JPH04116696A - 楽音合成装置 - Google Patents

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、自然楽器の発音メカニズムに即した楽音を
発生することができる楽音合成装置に関する。

「従来の技術」 従来、自然楽器の発音メカニズムをモデル化し、これを
シミュレートすることにより自然楽・器の楽音を合成す
る方法が知られている。この種の技術は、例えば、特開
昭６３−４０１９９号公報、または特公昭５８−５８６
７９号公報に開示されている。

第１Ｏ図は、この種の技術の一例として、管楽器の発音
メカニズムをシミュレートする楽音合成装置の構成例を
示したものである。同図におＬ）で、１１は後述する非
線形関数Ａが記憶されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）
、１３は減算器、１４および１５は乗算器、１６は加算
器である。これら構成要素１１−１６は、励振回路１０
を構成する。

この励振回路ｌＯは、例えば、クラリネット等の管楽器
におけるマウスピースおよびリードの動作をシミュレー
トする回路である。２０は双方向伝送回路であり、管楽
器の管部における共鳴管の伝送特性をシミュレートする
。この双方向伝送回路２０は、共鳴管内における空気圧
力波の伝播遅延をシミュレートした遅延回路り、Ｄ、・
・・と、これら遅延回路間に介挿されたジャンク７ョン
Ｊ　Ｕ、ＪＵ、・・・と、共鳴管の終端部において空気
圧力波が反射する際のエネルギー損失等をシミュレート
したローパスフィルタＬＰＦと、双方向伝送回路２０内
を伝播するデータの直流成分を阻止するバイパスフィル
タＨＰＰとから構成されている。

このジャンクションＪ　Ｕ、Ｊ　Ｕ、・・は、共鳴管の
管径が変化する箇所で発生する空気圧力波の散乱をシミ
スレートするものである。この図に示すジャンクション
Ｊ　Ｕ、Ｊ　Ｕ、・・・・・・には、乗算器Ｍ１〜Ｍ４
および加算器Ａ　＋　、　Ａ　ｔからなる４乗算格子を
用いている。この各乗算器Ｍ、〜Ｍ４に付された１１＋
ｋ”、“−に°、“ｌ−ｋ”、°ｋ“は乗算係数である
。この乗算係数は、実際の共鳴管とほぼ等しい伝送特性
か得られるように数値ｋか決められている。

このような構成において、加算器１６および減算器１３
には、吹奏者か管楽器に与える吹奏圧に相当したデータ
Ｐが入力される。そして、加算器１６の出力データは、
双方向伝送回路２０の内部を、遅延回路Ｄ−ンヤンクノ
ヨンＪＵ−遅延回路り−・・　というように伝播し、ロ
ーパスフィルタＬＰＦに到達する。次いで、ローパスフ
ィルタＬＰＦおよびバイパスフィルタＨＰＦを介した後
、遅延回路Ｄ→ジャンクンヨンＪＵ−・・というように
、上述とは逆方向に伝播し、双方向伝送回路２０から出
力されて減算器１３に入力される。ここで、双方向伝送
回路２０の出力データは、管楽器における共鳴管の終端
部側からマウスピースとリードとの間隙に戻される空気
圧力波の圧力に相当するデータになる。

次に、減算器１３は、双方向伝送回路２０の出力データ
からデータＰを減算する。この減算により、リードとマ
ウスピースの間隙部の空気圧に相当するデータＰ、か得
られる。このデータＰ１は、ＲＯＭ１１に供給される。

ＲＯＭ１１は、このデータＰ、に応じてリードとマウス
ピースとの間隙の断面積を表すデータ、すなわち、空気
流に対するアドミッタンスに相当するデータＹを出力す
る。

第１１図は、ＲＯＭＩＩに記憶された非線形関数Ａを例
示したものである。この非線形関数Ａは、リードとマウ
スピースとの間隙内の空気圧力（入力）に４応じたリー
ドとマウスピースとの間隙の断面積（出力）を示してい
る。そして、このＲＯＭｌ１から出力されるデータＹと
データＰ、とは、乗算器１４によって乗算される。これ
により、リードとマウスピースとの間隙を通過する空気
の流速に相当するデータＰＬが得られる。データＦＬは
、乗算器１５によって乗算係数Ｇが乗じられる。この乗
算係数Ｇは、管楽器におけるリード取り付は部付近の管
径に応じて決められる定数であり、空気流の通りにくさ
、すなわち、空気流に対するインピーダンスに相当する
ものである。従って、乗算器Ｉ５からは、マウスピース
とリードとの間隙を通過する空気流の流速と、管部の空
気流に対するインピーダンスとの積、すなわち、間隙を
通過する空気流による管内の圧力変化分に相当するデー
タＰ、が出力される。そして、このデータＰ、とデータ
Ｐとか加算器１６によって加算され、双方向伝送回路２
０に入力される。

このようにして、励振回路１０と双方向伝送回路２０と
で構成される閉ループにおいては、データが循環し、共
振動作となる。そして、共振動作がなされている双方向
伝送回路２０のローパスフィルタＬＰＦの接続点からデ
ータが取り出され、このデータに基づいて楽音か発生さ
れる。

「発明が解決しようとする課題ヨ ところで、上述した従来の楽音合成装置おいては、デー
タＰが入力されてから閉ループにおける共振動作が安定
化するまでの時間か長くなる恐れがあり、このような場
合には、安定した楽音信号を得るまでに時間か掛かると
いう問題があった。

さらに、励振回路ｌＯおよび双方向伝送回路２０からな
るループ回路では、複数の異なった共振周波数を有する
共振特性になる。そこで、これら共振周波数における各
利得に差がないと、どの共振周波数て共振しているかか
不確定となってしまい、所望の共振周波数で共振させる
ことが難しくなる。従って、この場合、所望の音高が得
られない恐れがある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、自
然楽器の実際の発音メカニズムに即した楽音合成を行う
ことができ、しかも、発音開始の操作に対し、迅速かつ
確実に楽音を発生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」 請求項Ｉに記載の発明にあっては、演奏操作に応じた演
奏情報を発生する演奏情報発生手段と、この演奏情報に
対応した励振信号を発生する励振手段と、前記励振信号
を所定時間遅延させると共に、繰り返し循環させる信号
ループ手段とを有し、当該信号ループ手段の出力を楽音
信号として出力する楽音合成装置において、前記演奏情
報発生手段は、前記楽音信号の発生開始当初に前記信号
ループ手段を励起させる初期励振制御信号を前記励振手
段へ供給することを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明によれば、前記信号ループ
手段は、前記初期励振制御信号の波形幅に応じた所定の
共振周波数で共振動作することを特徴としている。

「作用」 上記構成によれば、演奏情報発生手段が楽音信号の発生
開始当初に信号ループ手段を励起させる初期励振制御信
号を励振手段へ供給する。これにより、初期励振制御信
号に従って速やかに共振動作が行われる。

「実施例」 以下、図面を参照してこの発明の実施例について説明す
る。第１図はこの発明の一実施例による楽音合成装置の
電気的構成を示すブロック図である。この図において、
Ｉはクラリネット等の管楽器を模した前型操作子であり
、吹奏者の操作に応じた各種信号を出力する。ここで、
第２図および第３図を参照して前型操作子１の構成につ
いて説明する。

まず、第２図（イ）は、この前型操作子１の一例を示す
外観図である。図において、ＩａはキーコートＫｃを発
生するキースイッチである。１ｂはマウスピースである
。このマウスピースＩｂの内部には、同図（ロ）に示す
ようにカンチレバー１ｃおよび圧力センサＩｄが設けら
れている。カンチレバー１ｃは、吹奏者がマウスピース
］　ｂヲ＜　ワえた時にリードへ与える圧力（この圧力
はアンブノユアと呼ばれる）を検出し、これをアンプシ
ュア信号Ｅとして出力する。一方、圧力センサｌｄは、
マウスピースｌｂ内へ吹き込まれた息圧を検出し、これ
を吹奏圧信号Ｂとして出力する。さらに、このマウスピ
ース１ｂの内部には、タンギングセンサ１ｅが配設され
ている。ここで、タンギングとは、吹奏者の「舌」によ
ってリードを弾くようにして吹奏する動作を指す。この
タンギングセンサｌｅは、こうした吹奏動作時の「舌」
の変位を検出する。

第３図は、このタンギングセンサ１ｅの構成例を示す断
面図である。この図に示すタンギングセンサ１ｅは、マ
ウスピースＩｂとリードとの間隙部に配設されたＬＥＤ
（発光素子）および光フアイバ受光面と、この光ファイ
バの終端に接続される受光素子とから構成されている。

このような構成によれば、ＬＥＤから放射された光が１
舌」で反射され、この反射光が光ファイバを介して受光
素子に入射される。この結果、「舌」の位置に応じて反
射光の強度が変化するので、「舌」と光フアイバ受光面
との距離に応じた久ンギング信号Ｔを得ることができる
。例えば、「舌」を徐々に光フアイバ受光面に近付け、
再び遠ざけるようにした場合には、第４図（イ）に示す
タンギング信号Ｔが得られる。

次に、再び第１図を参照して実施例の構成について説明
する。２は励振パラメータ形成回路であり、前型操作子
１から供給されるアンプシュア信号Ｅ、吹奏圧信号Ｂお
よびタンギング信号Ｔに従って楽音制御情報を生成して
出力する。この楽音制御情報とは、後述する初期データ
ＩＮＩＴ、アンブンユアデータＥＭＢ、吹奏圧データＰ
ＲＳおよびキーオン信号Ｋｏｎである。３は線形系バラ
メー夕形成回路であり、管型操作子１から供給されるキ
ーコードＫｃを発生楽音の音高を制御するデータＳＴに
変換して出力する。４はウェーブガイドネットワークで
ある。このウェーブガイドネットワーク４は、上述した
楽音制御情報とデータＳＴとを受け、管楽器の動作特性
をシミュレートし、この結果得られた合成楽音を出力す
る。

次に、第５図は励振パラメータ形成回路２の構成例を示
す回路図である。この図において、２ａはＡ／Ｄ変換器
であり、上述したタンギング信号Ｔ１吹奏圧信号Ｂおよ
びアンブンユア信号ＥをそれぞれタンギングデータＴＮ
Ｇ、吹奏データＰＲ８およびアンプシュアデータＥＭＨ
に変換して出力する。２ｂはタンギングデータＴＮＧを
微分して出力する微分回路である。この微分回路２ｂの
出力は、「舌」の変位速度を表すデータＴＮＧ’となる
。２ｃｍ１〜２ｃｍ２はそれぞれコンパレータである。

これらコンパレータ２ｃｍ１〜２ｃｍ２は、入力端Ａと
入力端Ｂとに供給される信号のレベルを比較し、Ａ≧Ｂ
なる場合に、“Ｈ“レベルの信号を出力する。２ｄ−１
〜２ｄ−２は、それぞれＳＲフリップフロップ、２ｅは
タイマ回路である。このタイマ回路２ｅは、入力信号か
所定時間Ｔの間、“Ｌ”レベルにある場合、すなわち、
タンギングデータＴＮＧが時間Ｔの期間中に入力されな
い時にトリガパルスを発生して出力する。２ｆ−１〜２
ｆ２はＤフリップフロップ、２ｇはパルス発生回路であ
る。このパルス発生回路２ｇは、入力信号の立ち上がり
を検出してパルス幅をＴｔ待時間したゲート信号ＧＡＴ
Ｅを生成して出力する。２１はコンパレータであり、入
力端Ａと入力端Ｂとに供給される信号レベルを比較し、
Ａ＜Ｂなる場合に“Ｈ″レベル信号を出力する。２ｊは
アントゲート、２には波形整形用のローパスフィルタ（
ＬＰＦ）である。

上記構成による励振パラメータ形成回路２は、まず、管
型操作子ｌから供給される各種信号をそれぞれディジタ
ルデータに変換する。この変換によって得られたデータ
の内、上述したタンギングデータＴＮＧは微分され、吹
奏者の「舌」の変位速度を表すデータＴＮＧ’となる。

このデータＴＮＧ′とタンギングデータＴＮＧとは、そ
れぞれスレッショルド値Ｔ　ｈｖ、　Ｔ　ｈｌと比較さ
れる。このスレッショルド値Ｔ　ｈｖ、　Ｔ　ｈｌは、
各々所定の変位速度および位置に相当するデータである
。ここで、例えば、第４図（イ）に示したようｊこＵ舌
ヨを変位させた場合には、データＴＮＧ’は同図（ロ）
に示す出力となる。そして、これらコンパレータ２ｃｍ
１〜２ｃｍ２の比較条件が満たされた時、すなわち、吹
奏者の「舌」の変位速度および位置が各スレッシシルト
値Ｔ　ｈｖ、　Ｔ　ｈ１以上になった最初のタイミング
が回路要素２ｄ〜２ｇによって検出される。これにより
、発音の開始を表すキーオン信号Ｋｏｎ、キーオンパル
ス信号Ｋ　ｏｎｐ、ゲート信号ＧＡＴＥおよびタンギン
グゲート信号ＴＮＧＧが生成される。いま、例えば、第
６図（イ）、（ロ）に示すようなタンギングデータＴＮ
Ｇおよび吹奏圧データＰＲＳが演奏によってもたらされ
た場合には、同図（ハ）、（ニ）に示すキーオン信号Ｋ
　ｏｎ、キーオンパルス信号Ｋ　ｏｎｐが生成され、ア
ンドゲート２ｊに供給される。そして、アンドゲート２
ｊの出力信号は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２ｋを介
することによってその波形がなまらされ、初期データＩ
ＮＩＴ（同図（ホ）参照）になる。この初期データＩＮ
ＩＴは、リードに与える初期変位に相当するデータとな
る。なお、タンギングデータＴＮＧが所定時間Ｔの期間
中に入力されない場合には、タイマ回路２ｅからトリガ
パルスが出力される。この結果、ＳＲフリップフロップ
２ｄ−２がリセットされ、キーオン信号Ｋｏｎが立ち下
がる。

次に、第７図を参照してウェーブガイドネットワーク４
の構成について説明する。なお、この図において、前述
した第１０図と対応する部分には同一の符号を付け、そ
の説明を省略する。まず、このウェーブガイドネットワ
ーク４に供給される音高制御用のデータＳＴは、双方向
伝送回路２０における信号伝播の遅延時間を切り換える
・これにより、双方向伝送回路２０における共振周波数
が切り換わり、音高が制御される。ノヤンクソヨン２２
は、加算器２２ａ、２２ｂからなる。このジャンクノヨ
ン２２ては、乗算器１５および双方向伝送回路２０の出
力データが加算器２２ａによって加算され、双方向伝送
回路２０へ入力される。さらに、双方向伝送回路２０お
よび加算器２２ａの出力データが加算器２２ｂによって
加算されて減算器１３へ出力される。このようにするこ
とで、共鳴管のマウスピース側の端部における空気圧力
波の散乱がシミュレートされる。

減算器１３には、前述した第１０図の場合と同様、吹奏
圧データＰＲ８か入力されると共に、双方向伝送回路２
２からの帰還データ（このデータは共鳴管の終端部で反
射されてマウスピース側に戻ってくる空気圧力波に相当
する）がジャンクション２２の加算器２２ｂを介して入
力される。そして、マウスピースとリードとの間隙にお
ける空気圧に相当するデータＰ１が減算器１３から出力
され、このデータＰ、は遅延回路１３Ｄを介し、加算器
１６および乗算器１４に入力される。加算器１６には、
データＰ１に上述したアンプンユアデータＥＭＢがオフ
セットとして加算される。この結果、加算器１６からは
、実際にリートに加えられる圧力に相当したデータＰ３
が出力される。このデータＰ３は、フィルタＩ２によっ
て帯域制限されてＲＯＭＩＩ（非線形関数Ａ）に入力さ
れる。

ここで、フィルタＩ２について第８図および第９図を参
照して説明する。これらの図に示すフィルタ１２は、遅
延メモリ、係数乗算器および加算器により２次のフィル
タを構成しており、リードのダイナミクスを近似してい
る。すなわち、実際のリードにあっては、当該リードに
与える圧力を変化させると、リード自身の慣性等かある
ため、リードの変位に遅れが生しる。さらに、この圧力
変化の周波数が高い場合にはリードは反応しなくなる。

そこで、このフィルタ１２では、こうした圧力変化に応
じたリードの変位を近似するように帯域制限が行われる
。加えて、このフィルタ１２にあっては、第８図および
第９図に示すように上述した初期データＩＮＩＴを加算
、もしくは入力切替によって与えるように構成されてい
る。このようにすることで、発音開始と共に、リードが
初期変位するので、迅速かつ確実に楽音を発生すること
が可能になる。

こうしたフィルタＩ２から出力されるデータは、非線形
関数Ａが記憶されたＲＯＭＩＩに供給される。そして、
このＲＯＭ１１からは、マウスピースとリードとの間隙
部分の空気流に対するアドミッタンスに相当するデータ
Ｙが出力される。このデータＹと遅延回路１３Ｄを介し
て入力されるデータＰ、とが乗算され、マウスピースと
リードとの間隙を通過する空気流の流速に相当するデー
タＦＬが出力される。次いで、このデータＰＬには、乗
算器１５によって定数Ｇが乗じられる。この定数Ｇは、
前述したように、空気流に対するインピーダンスに相当
するものであり、この乗算では、管内における空気圧に
相当するデータか得られる。

そして、この管内の空気圧に相当したデータがジャンク
ション２２の加算器２２ａを介して双方向伝送回路２０
に入力される。次いで、双方向伝送回路２０からの出力
データがジャンクション２２を介して減算器１３に入力
され、上述と同様の信号処理が繰り返し行われる。

このような構成による楽音合成装置Ｚこあって（よ、楽
音発生開始当初に、上述した初期データＩＮＩＴに従っ
て信号が循環し、速や力＼１こ共振動作りく行われる。

これにより、従来問題となってし）た楽音発生時のタイ
ムラグが解消される。し力）も、この初期データＩＮＩ
Ｔの波形幅に応じた共振力く行われるため、所望のモー
ド（管の共鳴周波数）でのみ発音する。例えば、初期デ
ータＩＮＩＴの波形幅を短くすれば、高次の倍音、長く
すれ番ｆ１低次の倍音となる。そして、こうした発音力
くなされナニ以後には吹奏圧データＰＲ５，アンプシュ
アデータＥＭＢ、キーオン信号Ｋｏｎによって実際の管
楽器に与えられる物理量に即した制御りくなされ、管楽
器の楽音合成が行われる。

なお、上記実施例では、タンギング奏法を再現できるよ
うにするため、タンギングデータＴＮＧに基づいて初期
データＩＮＩＴを生成した力４、これに替えて、アンプ
ノユアデータＥＭＢに基づＬ）て初期データＩＮＩＴを
発生することもできる。

この場合、アンプノユアデータＥＭＨに応してリードに
初期変位を与えるようにすれば良い。

さらに、上記実施例にあっては、ローパスフィルタ２ｋ
（第５図参照）を介して初期データＩＮＩＴを得ている
が、これに替えて、対応ピッチ、すなわち、所望の共振
周波数を中心周波数とするバンドパスフィルタを介して
この初期データＩＮＩＴを生成しても良い。

なお、上述した実施例において、「舌」がリードについ
ている状態を検出した場合に、当該リードをンユミレー
トするフィルタ１２のレゾナンスを下げるようにすると
、リードがダンプされた状態をもノユミレートすること
ができる。このように・することで、急激なレリースを
与えることができ、こうした奏法は実際の楽器でスタッ
カートとしてしばしば用いられるものである。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、演奏情報発生
手段が楽音信号の発生開始当初に信号ループ手段を励起
させる初期励振制御信号を励振手段へ供給し、この結果
、初期励振制御信号に従って速やかに共振動作が行われ
るので、自然楽器の実際の発音メカニズムに即しＴ二楽
音合成を行うことができ、しかも、発音開始の操作に対
し、迅速かつ確実に楽音を発生することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第２図は同実施例における前型操作子ｌの一例を示す外
観図、第３図は同実施例におけるタンギングセンサ１ｅ
の構造を示す断面図、第４図はタンギングセンサｌｅの
出力例を示す図である。 第５図は励振パラメータ形成回路２の構成例を示す回路
図、第６図は励振パラメータ形成回路２の動作を説明す
るたぬの図、第７図はウェーブガイドネットワーク４の
構成例を示すブロック図、第８図および第９図はそれぞ
れフィルタ１２の構成例を示す回路図、第１０図および
第１１図は従来例を説明するための図である。 １・・・・・・前型操作子、 ２・・・・・励振パラメータ形成回路、３・・・・・線
形系パラメータ形成回路、４・・・・・・ウェーブガイ
ドネットワーク。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）演奏操作に応じた演奏情報を発生す演奏情報発生
   手段と、この演奏情報に対応した励振信号を発生する励
   振手段と、前記励振信号を所定時間遅延させると共に、
   繰り返し循環させる信号ループ手段とを有し、当該信号
   ループ手段の出力を楽音信号として出力する楽音合成装
   置において、前記演奏情報発生手段は、前記楽音信号の
   発生開始当初に前記信号ループ手段を励起させる初期励
   振制御信号を前記励振手段へ供給することを特徴とする
   楽音合成装置。
2. （２）前記信号ループ手段は、前記初期励振制御信号の
   波形幅に応じた所定の共振周波数で共振動作することを
   特徴とする請求項１記載の楽音合成装置。