JPH0398095A

JPH0398095A - 楽音合成装置

Info

Publication number: JPH0398095A
Application number: JP1235102A
Authority: JP
Inventors: Kazufumi Takeuchi; 千史竹内
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1989-09-11
Filing date: 1989-09-11
Publication date: 1991-04-23
Anticipated expiration: 2013-08-06
Also published as: JP2782831B2

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」この発明は、打弦楽器、撥弦楽器、擦弦楽器あるいは打
楽器等の楽音の合成に用いて好適な楽音合成装置に関す
る。「従来の技術」従来、楽音合戊装置としては、自然楽器の各種楽音波形
をＰＣＭ符号化して波形メモリ等に記録しておき、演奏
情報に対応した波形を波形メモリから読み出して再生す
る波形メモリ方式のものが一般的に知られている。しか
しながら、自然楽器では、演奏の状況に応じて実に多彩
な楽音が発生される。例えば管楽器等では吹奏圧が変わ
ることによって音色が多様に変化する。これらの多くの
楽音波形の発生を波形メモリ方式の楽音合成装置によっ
て行おうとする場合、波形メモリに対し、極めて膨大な
記憶容量が要求されるので、実現に無理がある。また、
複数の楽音波形を演算によって合成したり、あるいは変
調して多様な楽音波形を実現する方法も考えられるが、
この場合も極めて演算量が大きくなり、実現に無理があ
る。そこで、自然楽器における発音メカニズムをシミュレア
トした電気的モデルを動作させ、楽音を合戊するように
した楽音合戊装置が提案されるに至った。例えば、ピア
ノ等の打弦楽器音の楽音合成装置としては、弦における
振動の伝播遅延をノミュレートした遅延回路と弦におけ
る音響損失をシミュレートしたローパスフィルタとを閉
ループ接続した構成のものがよく知られている。この種
の楽音合成装置においては、ハンマが弦を叩く時の衝撃
に相当する信号（例えばインパルス等）が閉ループに入
力され、閉ルーブが共振状態とされる。そして、閉ループ内を循環する信号が楽音信号として取
り出される。このようにして、ピアノの弦がハンマによ
って叩かれることによって励起され、定在彼振動が発生
する現象が忠実に再現され、弦の定在波振動が直接周囲
に放射されることによる楽音（以下、この楽音を便宜上
、直接音と呼ぶ）が忠実に再現される。しかし、実際の自然楽器は共鳴器（例えば、ピアノにお
ける響板、ギターにおける箱）を有しており、共鳴器が
直接音に共鳴することによって共鳴音が発生される。共鳴音を直接音と共に再生することが可能な楽音合成装
置としては、直接音の楽音波形を記録した直接音用波形
メモリと、共鳴音の波形を記録した共鳴音用波形メモリ
とを備え、演奏情報に対応した直接音波形および共鳴音
波形を読み出し、重ね合わせて出力する方式のものが例
えば特公平１１５０７４号公報に開示されている。「発明が解決しようとする課題」ところで、ピアノ等の打弦楽器においては、ハンマによ
って弦を叩く時の衝撃が響板に伝播し、この衝撃に対す
る共鳴音が発生される。また、ギター等の撥弦楽器にお
いても、ピックあるいは爪によって弦に与えられた衝撃
がブリノジを介して箱に伝わり、この衝撃に対する共鳴
音が発生する。すなわち、実際の自然楽器においては、発音体の定在波
振動が直接放射される直接音、共鳴器によって発生され
る直接音の共鳴音、および、発音体を駆動する時に発音
体に加えられる衝撃が共鳴器に伝播することによって発
生される共鳴音（以下、この共鳴音を便宜上、過渡音と
呼ぶ）の３種の音か発生され、これらを混合したものが
楽音として聴取される。また、発音体に加えられる衝撃
は、共鳴器に伝播する途中において減衰し、しかも、こ
の戚衰率は発音体から共鳴器に至るまでの振動の伝播経
路によって決まる周波数特性を有している。このように
、自然楽器における過渡音の発音メカニズムは複雑であ
り、自然楽器では、実に多様な過渡音が発生される。し
かしながら、従来、このような多様な過渡音の合成を行
うことができる楽音合戎装置はなく、このため、現実味
のある自然楽器音を合成することができないという問題
があった。この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり
、実際の自然楽器から発生される過渡音を含んだ楽音を
容易に再現することができる楽音合成装置を提供するこ
とを目的としている。「課題を解決するための手段」この発明は、演奏情報に対応した駆動信号を発生する駆
動信号発生手段と、前記駆動信号により第１の楽音信号を形戊する楽音形戊
手段と、前記駆動信号および前記楽音信号を入力とし、少なくと
も一方の入力信号を帯域制限してｄ合する混合手段と、前記混合手段の出力信号に対して共鳴効果を付与し、第
２の楽音信号を出力する共鳴手段と、前記第１および第
２の楽音信号を演奏情報に応じて混合し出力する出力手
段とを具備することを特徴としている。「作用」上記構成によれば、演奏情報に基づき、演奏の際に発音
系に与えられる衝撃に相当する駆動信号が、駆動信号発
生手段によって発生される。そして、この駆動信号に対
し、楽音形或手段によって駆動信号に対応した信号処理
が施され、第１の楽音信号が形成される。そして、混合
手段によって、駆動信号あるいは第１の楽音信号の少な
くとも一方が帯域制限され、混合される。そして、共０
１手段によって、混合手段の混合出力に対して共鳴効果
が付与され、第２の楽音信号が発生される。そして、出
力手段によって、第１および第２の楽音信号が混合され
て出力される。「実施例」以下、図面を参照し、本発明の一実施例を説明する。第１図はこの発明の一実施例によるピアノ音の楽音合戊
装置の構或を示すブロック図である。同図における楽音
制御回路１では、外部から入力される操作情報に対応し
、各種制御情報が発生される。そして、これらの制御情
報によって、装置全体の動作が制御される。楽音形成回路２は操作情報に対応した直接音の形成を行
う回路であり、加算器２ａ、弦における振動の伝播遅延
をシミュレートした遅延回路２ｂおよび弦の音響損失を
シミュレートしたフィルタ２ｃからなる閉ループ回路に
よって実現される。駆動信号発生回路３は、波形Ｒ　Ｏ　Ｍ　（　ＩＪ−ド
オンリメモリ）を有しており、この波形ＲＯＭには、ハ
ンマによって弦を叩く時の衝撃に相当する信号波形（こ
の信号波形としては例えば多くの周波数戊分を含んだイ
ンパルス波形等が用いられる〉をＰＣＭ符号化した時系
列のデジタル信号が記憶されている。そして、楽音発生
時、楽音制御回路ｌからキーオン信号ＫＥＹＯＮが供給
されると、波形ＲＯＭからデジタル信号が順次読み出さ
れ、衝撃信号ＩＰとして楽音形成回路２および共鳴回路
４に供給される。楽音形成回路２において、衝撃信号ＩＰは、加算器２ａ
→遅延回路２ｂ→フィルタ２ｃからなる閉ループを循環
する。この閉ループは、閉ループを信号が一巡するのに
要する遅延時間の逆数に対応する１次の共振周波数、お
よび１次の共振周波数の整数倍の高次の共振周波数を有
する共振回路として動作する。そして、閉ループを駆動
信号が循環することにより、駆動信号中における上記各
共振周波数或分が強調される。ここで、遅延回路２ｂは例えば段数を切り換えることが
可能なシフトレジスタ等によって実現され、楽音制御回
路ｌから供給されるキーコード情報ＫＣによって遅延時
間が切り換えられる。このようにすることで、弦に対応
し、閉ループを信号が一巡する時間、すなわち、楽音の
１次の共振周波数が切り換えられる。また、フィルタ２
ｃは、通常、ローバスフィルタによって実現される。こ
こで、ピアノに張設された各弦は、各々、振動の減衰率
の周波数特性が異なるので、楽音制御回路１からフィル
タ２ｃには、弦に対応した音色パラメータＴＮが与えら
れ、この音色パラメータに従ってフィルタ２ｃにおける
フィルタ演算用係数を切り換えられる。このようにして
、楽音制御回路ｌによって指定された音高および音色の
直接音信号ＳＤＲＹが発生される。フィルタ７は弦の固定端から響板に至るまでの振動の伝
播経路の損失をシミュレートしたものである。このフィ
ルタ７によって衝撃信号ＩＰが帯域制限される。この損
失は周波数が高い程、大きくなるので、フィルタ７は、
通常、ローハスフィルタが用いられる。また、フィルタ
７のフィルタ演算用係数は、楽音制御回路１から供給さ
れる制御情報ξによって、弦に対応して切り換えられる
。すなわち、ピアノにおいては、各弦から響板までの振動
の伝播経路は各々異なり、各伝播経路の損失の周波数特
性が各々異なるので、それに合わせてフィルタ演算用係
数の切換が行われる。　混合回路６は、乗算器６　ａ，
　６　ｂおよび加算器６ｃによって構成される。乗算器
６ａには、直接音信号ＳＤＲＹが入力され、楽音制御回
路ｌから供給される乗算係数７３が乗じられる。また、
乗算器６ｂには、フィルタ７の出力信号が入力され、楽
音制御回路ｌから供給される乗算係数γ。が乗じられる
。そして、各乗算結果が、加算Ｗ　６　ｃによって加算
され、共鳴回路４に入力される。共鳴回路４は、ピアノの響板の音響特性をシミュレート
したものであり、例えば前述の楽音形成回路２において
用いられているような遅延回路とフィルタとによる閉ル
ーブ回路によって実現される。 −ＡＱにピアノの響板は多数の共振周波数を有するが、
これに応じ、共振周波数の異なる閉ループ回路を複数並
列接続することによって、ピアノの響板の音響特性を忠
実に再現した共鳴回路４を実現することができる。この
共鳴回路４によって、混合回路６の出力信号に対して共
鳴効果が与えられる。この結果、弦の定在波振動および
７％冫マから弦に与えられた衝撃の両方の信号波形に対
する共鳴音が共鳴回路４から出力される。なお、共鳴回
路４の構成例については、後述する。混合回路５は、乗算器５　ａ，　５　ｂおよび加算器５
Ｃによって構成される。乗算器５ａには、直接音信号Ｓ
ＤＲＹが入力され、楽音制御回路１から供給される乗算
係数７１が乗じられる。また、乗算器５ｂには、共鳴回
路４の出力信号が入力され、楽音制御回路ｌから供給さ
れる乗算係数γ，が乗じられる。そして、各乗算結果が
、加算器５Ｃによって加算される。このようにして、直
接音信号ＳＤＲＹと共鳴回路４の出力信号が所定の比率
で混合され、楽音信号として出力される。以下、この楽音合成装置に鍵盤ユニノトを接続し、鍵盤
付電子楽器を構成する場合を想定し、動作を説明する。鍵盤ユニｙトにおいて鍵の操作が検知されると、音高指
定のためのキーコード情報ＫＣ、音色パラメータＴＮが
楽音制御回路１から出力され、これらの制御情報に従っ
て、楽音形成回路２における遅延回路２ｂの遅延時間設
定、フィルタ２Ｃのフィルタ演算用係数の設定が行われ
る。次いで、楽音制御回路Ｉからキーオン信号ＫＥＹＯＮが
出力される。この結果、駆動信号発生回路３が駆動され
、楽音形成回路２によって直接音信号Ｓ　ＤＲＹが発生
される。一方、衝撃信号はフィルタ７によって弦から響板に至る
までの伝播損失が付与される。そして、フィルタ７の出
力信号と直接音信号ＳＤＲＹとが混合回路６によって混
合され、混合出力に対し、共鳴回路４によって共鳴効果
が付与される。そして、直接音信号と共鳴回路４の出力
信号とが混合回路５によって混合され、楽音信号として
出力される。また、上述の動作に先立ち、楽音制御回路１によって混
合回路６に乗算係数７３，γ４が設定される。一般的に
ピアノの場合、高音になる程、過渡音が強調されるので
、音高が高くなるに従い、高音になるに従って乗算係数
７４が乗算係数７３に対して大きくなるように設定され
る。このようにして、弦をハンマによって打撃した時の
過渡音が音高に応じてバランス良く配合された自然感に
富んだ楽音が発生される。また、ピアノの鍵を叩く時の
タノチを示す情報を入力し、タノチが強い場合に過渡音
が強調されるように構成すると、より一層リアリティに
富んだ楽音が得られる。なお、楽音発生開始当初は、乗算係数７４を大きな値に
，乗算係数γ，を小さな値に設定して過渡音を強調し、
時間経過と共に乗算係数７４を小さな値に、乗算係数７
３は大きな値に滑らかに変化させ、次第に過渡音を減衰
するようにしてもよい。このようにすると、さらに自然感に富んだ楽音が発生さ
れる。

【共鳴回路の構戊例】

第２図は上記実施例における共鳴回路４の構成例を示す
ブロノク図である。ただし、第２図の共鳴回路はステレ
オ再生への対応を考慮し、左チャネル用出力しおよび右
チャネル用出力Ｒを有する構成となっている。従って、
この共鳴回路を上記実施例に適用する場合、左チャネル
用出力しおよび右チャネル用出力Ｒの各々に対応し、直
接音信号との混合を行う混合回路を設けるか、または、
左右どちらか一方のチャネル出力を使用する。この共鳴回路は、第２図に示すように、乗算器６１〜６
４、閉ルーブ回路７１〜７４、加算器８１，８２、オー
ルバスフィルタ９１．９２からなる。閉ループ回路７１〜７４は、ピアノの響板の共振特性を
シミュレートしたものであり、各閉ルーブ回路７１〜７
４は、各々、異なった共振特性を有している。従って、
この共鳴回路は、各閉ルーフ回路７１〜７４の１次の共
振周波数および２次、３次、・・・といった高次の共振
周波数の各々を共振周波数として有する。閉ルーブ回路７１は、加算６１７１、遅延回路１７２、
オールパスフィルタ１７３およびよく知られたローバス
フィルタ１７４によって構成される。ここで、オールパ
スフィルタ１７３の位｛目遅延は周波数に応じて変化す
るようになっており、閉ループ回路７ｌにおいて、高次
の共振周波数が１次の共振周波数の整数倍とならない非
調和な倍音構造を有する共振特性が得られる。そして、
乗算器６１を介して閉ループ回路７１に信号が入力され
ると、入力信号の中から、上記非調和な各共振周波数成
分が選択され、ローバスフィルタ１７４によって減衰さ
れながら、閉ループ内を循環する。なお、このようなオ
ールバスフィルタを用いた閉ループ回路の共振特性につ
いては、例えば特公昭５６−２８２７４号公報に開示さ
れている。そして、閉ループ回路７１を循環する信号が、遅延回路
１７２における遅延時間の異なった各遅延出力端から取
り出され、各々、乗算器１７２ａおよび１７２ｂを介し
、加算器８１および８２に供給される。他の閉ルーブ回
路７２〜７４も、同様の構成となっており、各々から遅
延位相の異なった２組の信号が出力され、加算器８１お
よび８２に各々入力される。そして、加算器８ｌおよび
８２の各出力信号はオールバスフィルタ９ｌおよび９２
を各々介し、左チャネル用出力信号し、右チャ不ル用出
力信号Ｒとして出力される。なお、オールパスフィルタ
１７３、９１および９２としては、従来公知の第３図（
ａ）〜（ｄ）に示す構成のものを使用する。この共鳴回路によれば、各閉ルーブ回路７１〜７４は、
１次の共振周波数が各々異なるのに加え、各共振特性が
非調和であるため、実際のピアノの響板が有する非常に
多くの共振周波数を実現することができる。また、各閉
ループ回路７１〜７４から位相の異なった２組の信号を
取り出し、各々を左チャネル用出力Ｌおよび右チャネル
用出力Ｒとして出力するようにしているので、入力信号
に対し、残響効果が付与され、幅の広い楽音が発生され
る。なお、上述した実施例では、ピアノ音を合成する場合を
例に説明したが、同様の構成により、ギター等の撥弦楽
器の他、多くの種類の自然楽器の楽音合成を行うことが
できる。また、ギターの楽音合成装置を構成する場合、
上記実施例における共鳴回路４に箱を直接叩く時の衝撃
に相当する信号を入力するようにしてもよい。このよう
にすると、例えばフラメンコギター演奏において、箱を
叩くことによって発生される過渡音を発生することがで
きる。また、この楽音合成装置によれば、例えば、ピア
ノの共鳴器として、響板の変わりにギターの箱を接続し
た場合の楽音等、自然楽器では発生し得ない音を発生す
るといった応用が可能である。また、この楽音合成装置
は、上述したようなデジタル回路に限らず、アナログ回
路によって実現することも可能であり、ＤＳＰ（デジタ
ル信号プロセッサ）による演算処理によって実現するこ
とも勿論可能である。「発明の効果」以上説明したように、この発明によれば、演奏情報に対
応した駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、前記駆
動信号により第１の楽音信号を形成する楽音形或手段と
、前記駆動信号および前記楽音信号を入力とし、少なく
とも一方の入力信号を帯域制限して混合する昆合手段と
、前記混合手段の出力信号に対して共鳴効果を付与し、
第２の楽音信号を出力する共鳴手段と、前記第１および
第２の楽音信号を演奏情報に応して混合し出力する出力
手段とを設けたので、楽器の演奏時に発生される過渡音
が忠実に再生され、自然感に富んだ楽音を容易に発生す
ることができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による楽音合戊装置の構成
を示すブロノク図、第２図は同実施例において用いる共
鳴回路の構成例を示すブロソク図、第３図は第２図の共
鳴回路において用いるオールバスフィルタの構成例を示
すブａノク図である。１・・・・・・楽音制御回路、２・・・・・・楽音形成
回路、３・・・・・・駆動信号発生回路、４・・・・・
・共鳴回路、５．６・・・・・・混合回路、７・・・・
・・フィルタ。

Claims

【特許請求の範囲】演奏情報に対応した駆動信号を発生する駆動信号発生手
段と、前記駆動信号により第１の楽音信号を形成する楽音形成
手段と、前記駆動信号および前記楽音信号を入力とし、少なくと
も一方の入力信号を帯域制限して混合する混合手段と、前記混合手段の出力信号に対して共鳴効果を付与し、第
２の楽音信号を出力する共鳴手段と、前記第１および第
２の楽音信号を演奏情報に応じて混合し出力する出力手
段とを具備することを特徴とする楽音合成装置。