JPH0378799A - 楽音合成装置 - Google Patents

楽音合成装置

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Publication number
JPH0378799A
JPH0378799A JP1216407A JP21640789A JPH0378799A JP H0378799 A JPH0378799 A JP H0378799A JP 1216407 A JP1216407 A JP 1216407A JP 21640789 A JP21640789 A JP 21640789A JP H0378799 A JPH0378799 A JP H0378799A
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JP
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section
sound
pcm
musical
waveform
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JP1216407A
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Inventor
Masahiro Nakanishi
雅浩 中西
Daisuke Mori
大輔 森
Katsuyoshi Fujii
藤井 克芳
Masahiko Hatanaka
正彦 畠中
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は楽器の発音メカニズムを近似したアルゴリズム
をディジタル電子回路を用いて実現した楽音合成装置に
関する。
従来の技術 従来より電子キーボードやシンセサイザの音源方式が種
々開発されており、近年のディジタル技術のめざましい
進歩ともあいまって前記音源方式にもとづく高品質な楽
音合成装置が数多(開発されてきている。従来の音源方
式には自然楽器音等をPCMデビタとして予めメモリに
記憶し、演奏に応じて適宜読み出し再生するタイプのも
の、あるいは正弦波の倍音を重み付は加算して所望のス
ベクトルを得ると〜)ったタイプのものがある。これら
の音源方式にはそれぞれの特徴を存しており、前者は自
然楽器音に音色が似た音を合成することができ、また後
者はさまざまな音色を作ることができる。これらの音源
方式の他にも種々の音源方式があり、その中において自
然楽器等の発音メカニズムを解析し、これを種々の演算
で近似した音源方式が提案されている(例えば特開昭6
3−40199号公報やrExtensfons of
 the Karplus−5trong Pluck
ed−5tring AlgorithmJ Davi
d A、Jaffe and Julius O,Sm
1th著、出典Computer Music Jou
rnalvo17.2. SuImer 1983. 
page 56〜89)。
こ4で発音メカニズムとは、例えばクラリネットにおい
て、演奏者の口内圧力と本体の開口端からの反射波の圧
力によって振動源であるリードが強制振動し音が発生さ
れるといった、音を発生する時の物理的なふるまいのこ
とをいう。この発音メカニズムを電子回路で実現すると
、例えば振動源であるリードを、反射波と口内圧力相当
のデータによりアドレスされるテーブル、管の開口端へ
向かう進行波は前記テーブルから読みだされるデータ、
管の本体を進行波及び反射の遅延を実現するデイレイ、
反射を実現する開口端をローパスフィルタ、といったよ
うに構成される。このことからこの音源方式の特徴は、
自然楽器において行われるような操作(例えば前記口内
圧力の制御)に応じて音色を変化させることが容易に行
える、ということである。更にクラリネットのリードを
変えるといった楽器の構成要素を変更することによる音
色変化ということも容易に実現できる。
以下、前述したような音源方式にもとづく楽音合成装置
について説明する。
第9図は従来の楽音合成装置のブロック図を示すもので
ある。第9図において、91は発音開始時に発音指示フ
ラグ(kon)をアドレス発生部92及び加工部93に
送出し、更に周波数データ(f)をアドレス発生部92
に送出する発音指示部、92は発音指示部91から送出
されたkon及びfにもとづきアドレスデータをデイレ
イ部94に送出するアドレス発生部、93は発音指示部
91から送出4− されたkonの発生タイミングにより、デイレイ部94
から送出された波形データの加工を開始し、その加工結
果である波形データをデイレイ部94に書き込む加工部
、94は加工部93により書き込まれた波形データを一
定時間遅延させた後、前記波形データを加工部95に送
出し、更に、加工部95により書き込まれた波形データ
を一定時間遅延させた後、前記波形データを加工部93
に送出するデイレイ部、′95はデイレイ部94から読
み出された波形データを外部に出力するとともに、加工
を施し再びデイレイ部94に書き込む加工部、96は加
工部93.95及びデイレイ部94を総称した演算部、
97は加工部93,95.  デイレイ部94及びアド
レス発生部92を総称した音源部である。
第10図は加工部980回路図を示すものである。第1
O図において101はデータを記憶するメモリ、102
はメモリ発音指示部91から送出されたkonによりメ
モリ101のアドレスのインクリメントを開始するカウ
ンタ、103はメモリ101から読み出された駆動入力
データとデイレイ部94から読み出された波形データと
の加算を行う加算器である。
第11図はアドレス発生部92の回路図を示すものであ
る。第11図において、111はデイレイ部94に出力
するアドレスデータをカウントするカウンタ、112は
カウンタ111から出力されるアドレスデータと発音指
示部91から出力される周波数データfとの比較を行い
、一致した時に比較一致信号をORゲー)113に送出
する比較器、113は発音指示部91から出力されるk
onがアクティブの時(発音開始を指示する)あるいは
、比較器112から出力された比較一致信号がアクティ
ブの時にカウンタ111をリセットするORゲートであ
る。
第12図は加工部950回路図を示すものである。第1
2図において121はデイレイ部94から読み出された
波形データを1サンプリング周期分遅延させる遅延器、
122は遅延器121から出力された波形データと値1
/2との乗算を行う乗算器、123はデイレイ部94か
ら読み出された波形データと値1/2との乗算を行う乗
算器、124は乗算器122及び123から出力された
波形データの加算を行う加算器である。なお、これらの
回路は一般的にローパスフィルタとして機能することが
知られている。
第13図はデイレイ部94の回路図を示すものである。
第13図において131は加工部93から出力された波
形データを書き込むとともに、前記書き込まれた波形デ
ータを一定時間遅延させた後に加工部95に出力するメ
モリ、132は加工部95から出力された波形データを
書き込むとともに、前記書き込まれた波形データを一定
時間遅延させた後に加工部93に出力するメモリである
第14図は別の従来例であり、第9図に示す楽音合成装
置を一部変更したものである。第14図において141
はデイレイ部142から読み出された波形データの加工
を行う加工部、142は加工部141により書き込まれ
た波形データを一定時間遅延させた後に再び加工部14
1に波形デー7 タを送出するデイレイ部、143は加工部141、及び
デイレイ部142を総称した演算部、144は加工部1
41、デイレイ部142、及びアドレス発生部92を総
称した音源部である。なお、その他のブロックは第9図
に示す楽音合成装置と同様である。
第15図は加工部141の回路図を示すものである。な
お、加工部141は第9図に示す楽音合成装置における
加工部93と95を一つのブロックにまとめたものであ
る。回路構成は第10図に示す加算器103の入力に、
第12図に示す回路の出力を接続したものになる。
第16図はデイレイ部142の回路図を示すものである
。第16図において161は加工部141から出力され
た波形データを書き込むとともに、前記書き込まれた波
形データを一定時間遅延させた後に再び加工部141に
出力するメモリである。
第17図は、第9図に示す楽音合成装置の中の演算部9
6、あるいは第14図に示す楽音合成装置の中の演算部
143のモデルとなった弦の発音メカニズムを示した図
である。ここでまず弦の発音動作について概略説明する
。A点でのナツト及び0点でのブリッジによって弦がは
られており、B点において弦が弾かれることによって駆
動入力が印加される。その後前記駆動入力は時間ととも
にA点及び0点方向に伝搬し、A点及び0点で反射され
た後再びB点に戻ってくる。A点及び0点はナツト及び
ブリッジによって固定されているため、ここでの波形に
対する影響は、固定端による反転動作と高調波成分の漏
れが考えられる。
これらの弦の振動は演算部96のように、 「駆動波形
が伝搬する」といった動作を実現するデイレイ部94と
、「伝搬した波形がナツトあるいはブリッジで反射する
」といった動作を実現する加工部95と(ナツトとブリ
ッジ両者において反転が行われるので加工部95には反
転動作は必要ない)、「弦が弾かれることによって駆動
入力が。印加される」といった動作を実現する加工部9
3とによって近似して表わすことができる。
また、演算部96の加工部93及び95を1つのブロッ
クにまとめた形で表わした回路が、第14図に示す演算
部143である。
以上のように構成された楽音合成装置について以下その
動作について説明する。なお、第9図の楽音合成装置も
第14図の楽音合成装置もほぼ同様の動作をし、同等の
効果が得られるので第9図の楽音合成装置の場合のみに
ついて第9図〜第13図を用いて説明する。
まず第9図において、発音動作させるために発音指示部
91からko、nがアドレス発生部92と加工部93に
入力される。このタイミングにより、加工部93におい
て第10図に示すメモリ101から駆動入力データを読
み出す。読み出されたデータはデイレイ部94から読み
出された波形データとの加算が加算器103において行
われデイレイ部94に書き込まれる。またアドレス発生
部92においては第11図に示すカウンタ111がko
nによりリセットされ、その後クロックによりカウント
値のインクリメント動作を開始する。発音指示部91は
konの他に周波数データfをアドレス発生部92に送
出する。この周波数データfは第11図の比較器112
に入力されカウンタ114から出力されるカウント値と
の比較が行われる。
比較が一致した時にカウンタ111はリセットされ再び
カウント値0からインクリメント動作を行うので、カウ
ンタ111は周波数データfが示す値に等しいアドレス
空間(第13図のメモリ131゜132の語長)をアド
レスすることになる。即ちサンプリング周波数をfsと
すると2・f4sの周波数の楽音が合成されることにな
る。
また加工部95においてはデイレイ部94から読みださ
れた波形データを第12図に示すローパスフィルタによ
り高域成分が除去された後、再びデイレイ部94に書き
込まれる。即ち弦楽器のモデルにおいては弦を伝搬する
波形がナツトとブリッジの両者において反射が行われる
のと同等の動作が実現できる。
以上の動作説明により第9図に示す楽音合成装置により
第17図に示す弦の発音動作が実現できることがわかる
。そして第10図のメモリ10111 に格納されている駆動入力データを変更することにより
、弦の弾きがたを変えることにより音色を変化させると
いったことも可能になる。
また演算部96のデイレイ部94を管楽器の管、加工部
95を管の開口端、加工部93を管の吹き目部分に相当
するように回路を変更することによって管楽器の発音動
作を実現することもできる。
発明が解決しようとする課題 しかしながらこのような構成では、弦の発音メカニズム
を近似した演算部96だけで合成しているので、弦の振
動による楽音しか合成できない。
つまり弦を爪弾く時のピックから直接発音する音(弦の
発音メカニズムとは異なる発音メカニズムで合成される
音)は別の演算部を設けない限り合成することができず
、別に演算部を設けることはハードウェアの規模が増大
するという問題点を存していた。別の例で言えば、ピア
ノにおいては弦の振動ζこよる音と、ハンマー音、響板
の振動音、また管楽器においては管の本体とリードによ
り構成される振動系が発する音と、息が漏れる時の音、
12 というたように複数種類の発音メカニズムにより1つの
楽器音が合成されている。この場合複数種類の発音メカ
ニズムに対応した演算部を設け、それぞれの演算部から
合成される音を再度合成することが必要となる。
本発明は前記問題点に鑑み、自然楽器等の発音メカニズ
ムを近似した演算部を備えた楽音合成装置において、ハ
ードウェアの規模をさほど増すことなく簡単な回路構成
で自然楽器等の音を忠実に合成することができる楽音合
成装置を提供するものである。
課題を解決するための手段 本願の請求項1の発明は自然楽器等の発音メカニズムを
近似した楽音合成により楽音波形を出力する演算部と、 前記演算部では合成できない楽音波形をPCM波形とし
て保持するメモリを存し、前記メモリからのデータを読
み出すことにより楽音波形を出力するPCM部と、前記
演算部と前記PCM部に発音指示信号を出力する発音指
示部と、前記演算部から出力された波形と前記PCM部
から出力されたPCM波形の加算を行う加算器とを備え
てなるものである。
本願の請求項2の発明は演算によって得られた波形デー
タを一時記憶するために用いられるエリアと、1周期あ
るいは複数周期のPCM波形を記憶するエリアとを含む
エリアを有し、自然楽器等の発音メカニズムを近似した
楽音合成により楽音波形を合成し出力する演算部と、前
記演算部に発音指示信号を出力する発音指示部と、前記
演算部の前記メモリにエリアを選択することにより複数
の楽音を合成するシステム制御部とを備えてなるもので
ある。
作用 以上の構成によって、自然楽器等の発音メカニズムを近
似した演算部から出力される音と、前記演算部では合成
することのできない音をPCMデータとして予めメモリ
に記憶し、これを読み出すことにより出力した音とを加
算することによって、簡単なハードウェアで自然楽器等
の音を忠実に合成できるようにしている。
実施例 以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。
第1図は本発明の第1の実施例の楽音合成装置のブロッ
ク図を示すものである。第1図において11は発音開始
時に発音指示フラグ(kon)を音源部97及びPCM
波形波形発生部上2出し、更に周波数データ(f)を音
源部97に送出する発音指示部、12は発音指示部11
から送出されたkonの発生タイミングにより内部に記
憶されたPCM波形を出力するPCM波形発生部、13
は音源部97から出力された波形データとPCM波形発
生部から出力されたPCMデータとの加算を行う加算器
である。その他のブロックは従来と同様である。第2図
はPCM波形波形発生部上2路図を示すものである。第
2図において21はPCM波形を記憶するメモリ、22
はメモリ21のアドレスを出力するカウンタである。こ
こでメモリ21には自然楽器等の発音メカニズムを近似
した演算では合成することが困難であった楽音(例えば
ピアノのハンマー音)を立ち上がりからすべてPCM波
形として格納しておく。以上のように構成された楽音合
成装置について以下その動作について第1図〜第2図を
用いて説明する。
まず第1図において、発音動作させるために発音指示部
11女らに、onが音源部97とPCM波形波形発生部
上2力される。このタイミングにより、音源部97は演
算結果である波形データを加算器13に出力を開始する
。なお、音源部97の詳細な動作は従来例である第9図
の楽音合成装置と同様である。次にPCM波形波形発生
部上2いては、第2図に示すように、カウンタ22にk
onが入力されることにより、カウント値がリセットさ
れる。その後、カウント値がインクリメントされ、カウ
ント値をアドレスとしてメモリ21に出力する。ここで
カウンタ22はメモリ21の全語長骨をカウントした時
点で、カウント値をホールドするものとすると、メモリ
21は格納されたすべてのPCMデータを−通り読み出
すことができ15− る。メモリ21から読み出されたPCMデータは加算器
13に送出され、音源部97から送出された波形データ
との加算が行われる。
以上のように第1の実施例によれば、従来の楽音合成装
置に相当する音源部97とPCM波形波形発生部上2設
け、これらの出力を加算器13により加算することによ
り、自然楽器等の発音メカニズムを近似する方法だけで
は忠実に合成することが困難であった楽音についても、
簡単なハードウェアで合成することができる。
次に本発明の第2の実施例について、図面を参照しなが
ら説明する。
なお、第2の実施例は第1の実施例の楽音合成装置をポ
リフォニック化したものであり、複数チャンネルある内
の1つのチャンネルをPCM波形発生チャンネルとする
ことにより、自然楽器等の発音メカニズムを近似する楽
音合成により合成した楽音と、PCM波形のメモリ読み
出しによって得られた楽音とを時分割で出力できるよう
にしたものである。さらに第2の実施例におけるPCM
波16− 形データは第1の実施例と同様に、自然楽器等の発音メ
カニズムを近似する方法では忠実に合成することが困難
であらた楽音(例えばピアノのハンマー音等)をあらか
じめメモリに格納しておく。
第3図は本発明の第2の実施例における楽音合成装置の
ブロック図を示すものである。第3図にデータを一定時
間遅延させた後、前記波形データを加工部95に送出し
、更に、加工部95により書き込まれた波形デエタを一
定時間遅延させた後、前記波形データを加工部93に送
出するデイレイ部、32は発音指示部91から送出され
た発音指示フラグkon及び周波数データfに基づきア
ドレスデータをデイレイ部31に送出するアドレス発生
部、33はどのチャンネルの処理を行っているかを示す
チャンネルコードCHと、デイレイ部31への波形デー
タの書き込み及び読み出しを制御するWR,RD倍信号
発生するシステム制御部、34は加工部93.95及び
デイレイ部31を総称した演算部、35は加工部93,
95.デイレイ部31及びアドレス発生部32を総称し
た音源部である。
その他のブロックは従来と同様である。
第4rgJはデイレイ部310回路図を示すものである
。第4図において41は加工部93から出力された波形
データを書き込むとともに、前記書き込まれた波形デー
タを一定時間遅延させた後に加工部85に出力するメモ
1ハ 42は加工部95から出力された波形データを書
き込むとともに、前記書き込まれた波形データを一定時
間遅延させた後に加工部93に出力するメモリである。
なお、メモリ41.42は各々チャンネル0〜7までの
8チャンネル分のエリアに分割されており、メモリ41
のチェンネル7のエリアには予めPCMデータが格納さ
れている。
第5図はアドレス発生部32の回路図を示すものである
。第5図において51は第4図に示すメモリ41.42
の8チャンネル分のアドレス(現在値)を格納するメモ
リ、52はメモリ51から読み出されたデータをリセッ
トするリセット回路、53はリセット回路52から出力
されたデータを19− インクリメントする加算器、54は加算器53から出力
されたデータをラッチするラッチである。
その他の回路は従来の楽音合成装置と同様である。
第6図は本実施例の楽音合成装置のメモリ41゜420
読み出し/書き込みの動作を表わすタイミングチャート
である。
第7図は第3図に示す楽音合成装置の演算部34を演算
部72に変更した楽音合成装置のブロック図を示すもの
である。第7図において71は加工部141により書き
込まれた波形データを一定時間遅延させた後、前記波形
データを再び加工部141に送出するデイレイ部である
。その他のブロックは実施例2及び従来例と同様である
第8図はデイレイ部71の回路図を示すものである。第
8図において81は加工部141から出力された波形デ
ータを書き込むとともに、前記書き込まれた波形データ
を一定時間遅延させた後に再び加工部141に出力する
メモリである。
以上のように構成された楽音合成装置について第4図〜
第6図を用いて動作説明をする。
20− なお、従来の楽音合成装置と異なる点のみについて動作
説明をする。異なる点は、第3図に示すデイレイ部31
とアドレス発生部32が従来のものから変更され、更に
システム制御部33が新たに付加された点である。もう
少し具体的にいうと、第4図に示すメモリが複数チャン
ネル(8チヤンネル、チャンネルO〜チャンネル7)の
エリアに分割され、ある特定のチャンネル(チャンネル
7)にPCMデータを格納し、これを読み出すようにし
、その他のチャンネル(チャンネルO〜チャンネル6)
に対応するエリアは従来の楽音合成装置と同様に波形デ
ータの遅延用として用いられる。
まず発音指示フラグkonが第5図に示すORゲート1
13に送出され、リセット回路53から出力されるデー
タがリセットされる。さらにシステム制御部33(第3
図)から出力されるチャンネルコードCHが第5図のリ
セット回路52からの出力ラインへ合流し、アドレスデ
ータとしてメモリ41.42(第4図)に送出される。
前記チャンネルコードCHに対応するビットはメモリ4
1゜42の各エリアを選択し、リセット回路52から出
力されたデータは、前記メモリエリア内のアドレスを指
示する。この動作は第6図に示すようにチャンネルO〜
チャンネル7の間を繰り返して行われるので、結果的に
チャンネルO〜チャンネル7に対応する楽音が時分割で
合成されることになる。また、ここで注目すべきことは
、第6図に示すWR倍信号あり、PCMデータが格納さ
れたチャンネル7のメモリエリアをアドレスする区間(
第6図のCR2の区間)はWRがマスクされる(アクテ
ィブにならない)ことである。すなわち、PCMデータ
はメモリ41から読み出されるだけで、書き込み動作は
行われな〜)。以上の動作によるとチャンネル0〜チヤ
ンネル6は従来の楽音合成装置と同様に、自然楽器等の
発音メカニズムを近似する方法で楽音を合成し、またチ
ャンネル7はPCM波形を読み出し、さらにチャンネル
O〜チャンネル7を時分割で処理を行うことになる。
なお、第7図に示す楽音合成装置は、第3図に示す楽音
合成装置の演算部34を演算部72に変更しただけのも
のであり、この変更は従来例である第9図の楽音合成装
置の演算部96を第14図の楽音合成装置の演算部14
3に変更したのと全く同じ変更であるので、動作説明は
省略する。
以上のように第2の実施例によれば、メモリ41のある
特定のチャンネル(チャンネル7)に対応するエリアに
予めPCMデータを格納しておき、さらにチャンネル7
の区間のみ書き込みを禁止することにより、チャンネル
7からPCM波形を出力することができる。またチャン
ネルO〜6は従来の楽音合成装置と同様に自然楽器等の
発音メカニズムを近似した演算による波形を出力するこ
とができる。そしてこれらの波形を時分割出力すること
により、自然楽器等の発音メカニズムを近似する方法だ
けでは忠実に合成することが困難であった楽音について
も、簡単なハードウェアで合成することができる。
発明の効果 以上のように本発明の楽音発生装置によれば、従来の楽
音合成装置と並列にPCM波形発生部を23− 般けるか、あるいは従来の楽音合成装置のメモリエリア
の一部をPCMデータ格納エリア、その他を従来と同様
に波形データを遅延するエリアとし、前記2M類のエリ
アから出力される波形を時分割出力することにより、自
然楽器等の発音メカニズムを近似する方法では忠実に合
成することが困難な部分の音(例えばピアノのハンマー
音等)については、立ち上がりから減衰するまでのすべ
ての区間にわたって予めメモリに記憶したPCMデータ
を読み出すことにより発生させることができ、またその
他の部分(例えば弦の振動音)については自然楽器等の
発音メカニズムを近似した演算により発生させることが
できる。即ち簡単なハードウェアで自然楽器等音を忠実
に合成することができ、その効果は大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
第1. 3. 7図は本発明の実施例による楽音合成装
置のブロック図、第2図はPCM波形発生部12の回路
図、第4図はデイレイ部310回路図、第5図はアドレ
ス発生部32の回路図、第6図は4 第3図に示す本発明の楽音合成装置の動作を表わすタイ
ミングチャート図、第8図はデイレイ部71の回路図、
第9.、1.4図は従来の楽音合成装置のブロック図、
第10図は加工部93の回路図、第11図はアドレス発
生部920回路図、第12図は加工部950回路図、第
13図はデイレイ部940回路図、第15図は加工部1
410回路図、第16図はデイレイ部1420回路図、
第17図は弦の発音メカニズムを説明した図である。 11・・・発音指示部、12・・・PCM波形発生部、
13、53.124・・・加算器、  97−・・音源
部、  113・ORゲー)、121・・・遅延器、1
22,123・・・乗算器。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)自然楽器等の発音メカニズムを近似した楽音合成
    により楽音波形を出力する演算部と、前記演算部では合
    成できない楽音波形をPCM波形として保持するメモリ
    を有し、前記メモリからのデータを読み出すことにより
    楽音波形を出力するPCM部と、 前記演算部と前記PCM部に発音指示信号を出力する発
    音指示部と、 前記演算部から出力された波形と前記PCM部から出力
    されたPCM波形の加算を行う加算器とを備えてなる楽
    音合成装置。
  2. (2)演算によって得られた波形データを一時記憶する
    ために用いられるエリアと、1周期あるいは複数周期の
    PCM波形を記憶するエリアとを含むエリアを有し、自
    然楽器等の発音メカニズムを近似した楽音合成により楽
    音波形を合成し出力する演算部と、 前記演算部に発音指示信号を出力する発音指示部と、 前記演算部の前記メモリにエリアを選択することにより
    複数の楽音を合成するシステム制御部とを備えてなる楽
    音合成装置。
JP1216407A 1989-04-10 1989-08-22 楽音合成装置 Pending JPH0378799A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09179558A (ja) * 1995-12-21 1997-07-11 Yamaha Corp 楽音生成方法
USRE36910E (en) * 1994-10-31 2000-10-17 Yamaha Corporation Electronic musical instrument creating timbre by optimum synthesis mode

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