JPH0412397A - 電子楽器 - 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】 し産業上の利用分野］ 本発明は電子楽器に関し、特に圧力を楽音信号形成の一
要素とする電子楽器に関する。

電子楽器においては、種々の音色を発生することができ
る。擦弦楽器や管楽器の楽音を発生させる場合、楽音が
弓圧や息圧に相当する圧力データによって制御されるこ
とが好ましい。そこで、圧力を楽音信号形成の一要素と
する電子楽器か提供される。

［従来の技術］ 従来の電子楽器のリアルタイム操作子のはとんどは鍵盤
を用いていた。鍵盤には各音高に対応した複数の鍵が設
けられている。鍵を押鍵操作すると、キースイッチが閉
成（メイク）すること等により、その鍵の音高に対応し
た楽音信号を出すことができる。

発生する楽音の効果を制御するものとして、鍵盤全体の
横揺れや前後揺れを利用するもの、鍵盤を最下位まで押
し込んで用いるアフタータッチコントロール等のタッチ
ビブ等がある。

このような鍵盤装置を備えた電子楽器は、ピアノ、オル
ガン等の鍵盤楽器の音をシミュレートするのに適してい
る。

電子楽器としては、他にギターシンセやウィンドコント
ローラ等がある。ギターシンセはギターの楽音を、ウィ
ンドコントローラは管楽器の楽音をシミュレートするの
に適している。

ところで、バイオリン等の擦弦楽器は、指板上の押弦位
置によって楽音の音高を定めると共に、弦を擦る弓の速
度や弦を押す弓の圧力によって楽音を表情豊かにさせる
。

また、フルート、サキソフオン等の管楽器は指孔のポジ
ション等によって音高を定めると共に、アンプシュア−
（唇の構え、締め等）や吹奏圧（点圧等）によって楽音
を表情豊かに変化させる。

第６図に、擦弦楽器の楽音を発生させる場合の物理音源
モデルを示す。

弓で擦弦楽器の弦を擦ることに対応して、回速信号が作
られ、加算回路５２に入力される。この回速信号は起動
信号であり、加算回路５３、除算回路５４を介して非線
形回路５５に供給される。

非線形回路５５は、バイオリン等の弦の非線形特性を表
わす回路である。

非線形回路５５の非線形特性は、第７図（Ａ）の実線の
特性に示すように、原点からある範囲までのほぼ線形な
領域とそれよりも外側の特性の変化した領域との二つの
部分を含む６バイオリン等の擦弦楽器の弦を弓で擦る場
合、弓速か遅い間は、弦の変位はほぼ弓の変位と同等で
あり、弦の運動を静摩擦係数によって表すことかできる
。これか原点を中心としたほぼ線形の範囲の特性で表さ
れる。弓の弦に対する相対速度が、ある値を越えると、
弓の速度と弦の変位速度とは同一でなくなる６すなわち
、静摩擦係数に代って動摩擦係数が運動を支配するよう
になる。この静摩擦係数から動摩擦係数への切り替えが
、段差部分で表される。

第６図において、非線形回路５５の出力は、乗算回路５
６を経て二つの加算回路４４．４５に供給される。

非線形回路５５の入力側の除算回路５４、出力側の乗算
回路５６は、弓圧信号を受けて非線形回路５５の特性を
変更させる。入力側の除算回路５４は、入力信号を除算
することによって小さな値に変更する。すなわち、第７
図（Ａ）の破線６３ａで示すように、除算回路５４があ
る場合、大きな入力を受けても小さな入力を受けたかの
ような出力を与える。

出力側の乗算回路５６は、非線形回路５５の出力を増大
させる役割を果たす。すなわち、第７図（Ａ）の−点鎖
線特性６３ｂで示すように、除算回路５４と非線形回路
５５で形成される特性６３ａを出力側に増大した特性を
作る。

なお、同一の弓圧信号を受けて、入力を初めに除算し後
に出力を乗算することは、除算回路５４で係数ＣＯで除
算し、乗算回路５６で同一の係数ＣＯを乗算することを
表す。この場合は、−点鎖線の総合特性６３ｂは非線形
回路５５のみの時の特性６３の延長線上にあり、それを
横軸、縦軸に００倍した形状を有する。すなわち、再圧
が増大するにつれて静摩擦係数から動摩擦係数に切り換
る値が増加する。乗算回路の係数を除算回路の係数と異
なるように変化させることにより、異なる形状を作るよ
うにさせてもよい。

加算回路４４．４５は、半循環信号路３１ａ、３１ｂの
内に設けられている。二つの半循環信号路を合わせた循
環信号路３１は、擦弦楽器の弦に対応して楽音信号を循
環させる閉ループを構成する。すなわち、弦においては
振動が両端で反射して往復する。また、管楽器において
は、共鳴体中を振動が往復する。これを信号が循環する
閉ループで近似する。この循環信号路内には、二つめ遅
延回路３２．３３、二つのＬＰＦ　（ローパスフィルタ
）３４．３５、二つの減衰回路３８．３９、二つの乗算
回路４２．４３を含む。

遅延回路３２．３３は音高を表すピッチ信号と係数αな
いしく１−α）との積を受け、所定の遅延時間を与える
。

循環信号路３１ａ、３１ｂを信号か循環し、元の位置に
戻るまでの全遅延時間によって、楽音の基本ピッチが定
まる。すなわち、主として二つの遅延回路３２．３３の
遅延時間の和、ピッチ×［α＋（１−α）コニピッチ、
か基本ピッチを定める。一方の遅延回路は、弓と弦との
接触する位置から駒間での距離、他方の遅延回路は弓と
弦の接触する位置から押指位置までの距離に対応する。

なお、遅延回路３２．３３によってピッチがほぼ決定す
るが、この循環信号路中に含まれる他の要素、たとえば
ＬＰＦ３４．３５、減衰コントロール３８．３９等によ
っても遅延が発生する。厳密には、発生する楽音のピッ
チを定めるのは、これらのループ中に含まれる全遅延時
間の和である。

ＬＰＦ３４．３５は、循環している波形信号の伝達特性
をシミュレートする。鍵盤上の音色パッドの選択等によ
って、音色信号を発生させ、ＬＰＦ３４．３５に供給し
て、その特性を切り換え、所望の擦弦楽器の楽音をシミ
ュレートする。

弦を振動か伝播する際に、振動は次第に減衰する。減衰
コントロール３８．３９はこの弦を伝わる振動が減衰す
る減衰量をシミュレートするものである。

乗算器４２．４３は弦固定端での振動の反射に対応して
反射係数−１を乗算するものである。すなわち、減衰な
しの固定端での反射を想定して弦の振幅を逆位相に変化
させる。係数−１がこの逆相反射を示す０反射における
振幅の減衰は、減衰コントロール３８．３９の減衰量に
組み込んである。

このようにして、弦に相当する循環信号＃１３１ａ、３
１ｂの上を振動が循環することによって擦弦楽器の弦の
運動をシミュレートする。

また、擦弦楽器の弦の運動はヒステリシス特性を有する
。これをシミュレートするため乗算回路５６の出力は、
ＬＰＦ５８と、乗算回路５９を介して非線形回路５５の
入力側にフィードバックされている。ＬＰＦ５８はフィ
ー・ドパツクルーズの発振を防止するためのものである
。

今、加算回路５２から加算回路５３への入力をＵとし、
フィードバック路から加算回路５３への入力をＶとし、
除算回路５４、非線形回路５５、乗算回路５６を合わせ
た増幅率をＡとすると、乗算回路５６の出力Ｗは、（ｕ
十ｖ）Ａ＝ｗで表される。ＬＰＦ５８と乗算回路５９を
含む負帰還回路のゲインがＢ（負の値）であるとすると
、帰還量Ｖはｖ＝ｗＢで表される。これらの２つの式を
整理すると、 （ｕ＋ｗＢ）Ａ＝ｗ 、、ｗ＝ｕＡ／（１−ＡＢ） となる。

フィードバックなし、すなわち、Ｂ＝Ｏの場合は、ｗ　
＝　ｕ　Ａであり、入力Ｕか単に係数Ａ倍されて出力す
る。ゲインＢの負帰還をかけた場合、同じ出力を得るに
は、Ｂ＝Ｏの場合の（１−ＡＢ）倍（Ｂは負）の入力を
印加しなければならない。

フィードバックかある場合の入力増大時の特性を、第７
図（Ｂ）の特性６３ｃで示す、入力がある大きさに達す
ると静摩擦係数がら動摩擦係数への切り換えか起り、出
力か階段的に減少する。

−旦入力がｉｌ値を越してから、再び減少する場合には
、出力Ｗが小さいので、フィードバックされる量ｖ＝＝
Ｂｗも小さい、すなわち、非線形回路５５に入力する信
号の大きさが同じでも、静摩擦係数領域の場合と比べて
、動摩擦係数領域の場合は、負のフィードバック量か小
さいので、加算回路５２から加算回路５３への入力Ｕは
小さな値となる。

非線形回路５５の入力が、閾値になる時の加算回路５２
からの入力Ｕの大きさを考えると、入力増大時には静摩
擦係数が支配し、大きい出力に対応して強い負帰還を受
けるので、より大きな入力でこの切り換えか起るが、入
力減少時には動摩擦係数か支配し、小さな出力に対応し
て負帰還量が小さいので、同じ入力値では切り換えは起
こらずより小さな入力Ｕの値で切り換えか起る。従って
、入力Ｕと出力Ｗとの関係を入力が次第に増大するとき
と次第に減少する時とで求めると、第７図（Ｂ）の曲線
６３ｃと曲線６３ｄに示すようなヒステリシス特性が得
られる。ヒステリシスの大きさは、乗算回路５９のゲイ
ンによって制御される。

このようにして、第６図に示す楽音信号形成回路によれ
ば、擦弦楽器の弦の運動がシミュレートでき、楽音の基
本波形を作ることができる。

第６図に示すように、循環信号路３１のいずれかの点か
ら出力を取り出して、擦弦楽器の胴の特性をシミュレー
トするフォルマントフィルタ６１を介して出力信号をサ
ウンドシステムに供給する。

フォルマントフィルタ６１も音色信号を受けてその特性
を変化させるようにすることができる。

第６図に示す楽音信号形成回路においては、楽音発生の
起動力となる信号が回速によって与えられている。また
、非線形回路５５の特性を制御する信号として弓圧が用
いられている。これらのパラメータは演奏者の意志ない
し演奏操作に基づいて制御できることか好ましい。ピッ
チを指定するパラメータは、鍵盤の鍵を操作すること等
によって得られる。回速情報と回圧情報とをどのように
得るかが解決すべき課題である。

同様に、管楽器の楽音発生の場合は、どのようにアンプ
シュア−や点圧の信号を形成すべきかが課題である。

［発明が解決しようとする課題］ 以上説明したように、擦弦楽器、管楽器等の楽音を発生
させようとすると、楽音信号形成の一要素として圧力の
情報が必要である。

本発明の目的は、容易に所望の圧力情報を発生すること
のできる電子楽器を提供することである。

本発明の他の目的は、迅速に変化する圧力情報を発生す
ることのできる電子楽器を提供することである。

［予備的検討コ 擦弦楽器や管楽器等の楽音を電子楽器で発生させようと
する場合、楽音信号形成の要素としての圧力等の情報を
得る方法として、以下のようなものが考えられる。

一つは弓、弦、指板という擦弦楽器の基本演奏操作子、
吹口等の管楽器の基本演奏操作子等をそのまま用い、た
とえば弦の振動を電気信号に変換して電子的に処理する
方法であり、他は、基本演奏操作子として自然擦弦楽器
の弓、弦、指板等を用いず、これらと異なる鍵盤等を用
いた演奏に基づいて楽音をシミュレートする方法である
。

第一の方法による場合、演奏操作子として自然楽器同様
の弓、弦、指板を用いて実際に弦を振動させれば、表情
豊かな演奏をすることのできる擦弦電子楽器を実現でき
る。ビブラート等の効果付与も当然行える。しかし、自
然擦弦楽器同様の演奏操作子を用いた演奏は、高度の技
術を必要とし、その習得には長期の練習を必要とする。

従って、演奏技術に熟練していない者は、擦弦楽器等の
演奏を楽しめないことになる。

他の方法による場合、たとえばバイオリンの基本的音色
の倍音構成等を調べ、基本的楽音を電子的に合成できる
ようにしておき、鍵盤操作に応じてバイオリン等の音を
発生させるようにする。しかし、バイオリンの音は、弓
が弦に接している間、その回速、弓圧等に応じてその音
楽的表情を豊かに変化させ、さらにビブラート等の効果
を付与できるのに対し、鍵盤入力の電子楽器では、発音
の仕方や持続時の音の変化、表情、効果等を演奏者の意
志通りに正確にコントロールするのは困雛であり、しか
も操作も容易でなかった。

感圧センサ等を押し付けて押圧力を検出し、圧力情報を
作ることはできる。しかし、現実的な構造で圧力センサ
を構成し、指、手等で操作する場合、圧力センサの応答
は悪く、急峻に立上がる圧力情報を得ることが雛しい。

アラタフ、デイケイ、サスティン、リリースの明確な楽
音エンベロープを作ろうとしても、アタック部かなだら
か、もしくは無いものになり易い。

［課題を解決するための手段］ 本発明による電子楽器は、演奏操作子から供給されたデ
ータの微分を圧力データとして利、用する６ある形態に
おいては、操作子から圧力データを得ると共に、その圧
力データを微分して補助データを得、両者から圧力信号
を形成する。

他の形態においては、第１操作子から圧力データを得、
第２操作子から位置データを得、位置データを微分する
ことにより補助圧力データを得、圧力データと補助圧力
データから圧力信号を作成する。

−クを有する関数を発生させることができる。

圧力データとして、微分されたデータを用いることによ
って、急峻に変化する圧力信号を得ることができる。

圧力データと圧力データの微分データ等を用いることに
より、立上がりが急で、立上がり部にピークを有するこ
とのできる圧力信号が得られる。

圧力データと、位置のデータの微分を用いることにより
、応答が素早く立上がりが急峻で、立上がり部にピーク
を形成することのできる圧力信号が得られる。

［作用］ ”ｏ”から次第に立上がり、ある一定値に達する増加信
号の微分をとると、”ｏ”から最も変化が急峻であると
ころまでが増大する部分となり、その後減少し、一定値
となる点で再び′”０゛°となる特性が得られるｌＪｊ
関数と微分関数とを比較すると、微分関数は、前半部に
おいてその変化かより急峻となっている。また、増大す
る間数からピ［実施例］ 第１に本発明の実施例による、電子楽器の要部を示す。

演奏操作子１は、スライド型ボリュームの摺動端子に接
続されたつまみ２を有し、つまみ２の位置に対応した位
置信号を電圧信号として発生する。

また、つまみ２を下に押し付ける力を感圧シート等の圧
力センサ３か検出し、圧力信号を発生する。

また、鍵盤９からは、押鍵した鍵のピッチに対応するピ
ッチ信号が物理音源１０ａに供給される。

位置信号は、微分回路５ａで微分されて速度信号を発生
する４この速度信号は、回速信号として物理音源１０ａ
に供給される。また、速度信号はさらに、微分回路５ｂ
で微分されて、加速度信号を発生する。この加速度信号
を変換テーブル等の変換回路６ａで変換することにより
、補助圧力データを作成する。圧力センサ３からの圧力
データと、この補助圧力信号とを演算回路７で合成する
ことにより、弓圧信号を形成し、物理音源１０ａに供給
する。

このようにして、物理音源１０ａは回速信号、弓圧信号
を受け、擦弦楽器の楽音を発生させることができる。

物理音源１０ａとしては、第６図に示したような、音源
回路を用いることができる。

第１図の電子楽器による、弓圧信号の形成を第２図のグ
ラフを参照して説明する。第２図最上段は、圧力センサ
３が発生する圧力データの波形を示す。圧力センサ３は
一般に応答が悪く、立上がりが遅れがちである。一方、
演奏者は演奏操作子１のつまみ２を操作し、擦弦楽器の
弓の操作に相当する演奏操作を行う、すなわち、弓の移
動に対応した位置信号が演奏操作子１から発生する。こ
の演奏操作によって、第２図第２段に示す回速信号が得
られるとする。なお、この回速信号は微分回路５ａにお
ける位置信号の微分によって形成されている。回速信号
は、次第に立上がり、一定値をしばらく取った後、立ち
下がって　°０“となっている。

この回速信号を微分することにより、立上がり部分およ
び立下がり部分で正、負のピークを形成する加速度信号
が得られる。この加速度信号の波形の例が、第２図第３
段に示しである。

第２図最上段にホす、圧力データの立上がりは、弱々し
く、アタック部（頭）を形成することも難しい。そこで
、加速度信号を圧力データに加算することにより、合成
信号として、第２図最下段に示すような、波形を得るこ
とができる４すなわち、立上がりか急峻でかつ頭を形成
した楽音信号波形か得られる。なお、加速度信号の負の
ピークは、圧力信号の立下がりを形成するために利用す
ることもできるが、正のピークのみを用いて圧力信号の
立上がり部分のみの修飾を行うこともできる。

変換回路６ａは、加速度信号か、ら、補助圧力信号とし
て利用すべき信号を作り出す、たとえは、定の係数を乗
算したり、負のピークを除去したりする。演算回路７は
、変換回路６ａから供給される補助圧力信号と、圧力セ
ンサ３から供給される圧力信号とを合成し、物理音源１
０ａに供給する弓圧信号を作成する。

第３図は、本発明の他の実施例による、管楽器の楽音を
発生するのに適した電子楽器を示す、第１図に用いた参
照番号と同等の参照番号は、同等の部品を示す。演奏操
作子１ａは、スライド型ボリュームと圧力センサとを有
する点は、第１図の実施例と同様であるが、つまみ２の
位置によって管楽器のアンプシュア−を指定する点が、
第１図の実施例と異なる。また、圧力センサ３が検出す
る圧力データは、管楽器の点圧を表す。演奏操作子１ａ
のつまみ２の位置でアンプシュア−信号が供給され、つ
まみ２の移動の加速度から補助圧力データか変換回路６
ａで作成され、圧力センサ３からの圧力データと演算回
路７で合成されて点圧信号が形成される。

このようにして、アンプシュア−信号と点圧信号を供給
された管楽器用物理音源１０ｂが形成される。なお、信
号波形の形成は第１図の実施例同様である。

第４図に他の実施例による擦弦楽器用電子楽器を示す。

本実施例においては、第１図の実施例と異なり、演奏操
作子１のつまみ２の位置によって９迷信号を指定する。

すなわち、実際につまみ２を移動させる速さではなく、
つまみ２の位置そのものが９速信号の大きさを決定する
。つまみ２を常時移動させる代りに、一定の位置に保持
すればよいので、初心者にも容易に擦弦楽器の演奏が可
能となる。スライド型ボリュームからの位置信号は、変
換回路６ｂで所定の関係に従って９速信号に変換される
。

圧力センサ３からは、圧力信号か検出される。

この圧力信号は、直接演算回路７に供給される一方、微
分回路４に供給され、圧力の微分信号が変換回路６ｃで
補助圧力データに変換され、演算回路７に供給される。

演算回路７は、圧力センサ３からの圧力データと変換回
路６ｃからの補助圧力データに基づき、圧力信号を形成
し、弓圧信号として物理音源１０ａに供給する。物理音
源１０ａは、このようにして供給された９迷信号、弓圧
信号および鍵盤９からのピッチ信号に基づき、擦弦楽器
の楽音を発生させる。

第４図の電子楽器による弓圧信号の形成を、第５図のグ
ラフを参照して説明する。圧力センサ３からの圧力デー
タは、第５図上段に示すように、徐々に立上がるものと
する。この圧力データを微分回路４で微分した圧力の微
分信号は、第５図中段に示すように、圧力データの立上
がり部分でピークを形成する。この圧力データと微分信
号とを合成することにより、第５図下段に示すように、
アタック部に頭を有する楽音信号を形成することができ
る。圧力センサからの圧力データとその微分とを用いる
ので、合成信号の頭のテール部分は、平坦なエンベロー
プに連続することになる。

なお、圧力の２次微分を形成し、補助圧力信号を形成す
ることもできる。１次微分のピークの立ち上がり部が正
のピークとなり、より素早く急峻な応答を発生できる。

以上の実施例により、応答の悪い圧力センサを用いても
発生する楽音が急峻に立上がることができ、かつアタッ
ク部に頭を付けた楽音を形成することかできる。

従って、スタッカート演奏かし易くなる。特に速い演奏
での効果が大きい。

なお、操作子を加速して音の立上がりを急峻にする動作
は、感覚的にもよく適合する動作である。

なお、以上の実施例においては、位置データを微分する
ことよって、速度データ、加速度データを得ているか、
位置データと独立に速度データないし加速度データを得
ることもできる４また、次微分ないしは二次微分を圧力
データとして利用する場合を説明したが、より急峻な変
化か望ましい場合には、さらに高次の微分をもちいるこ
ともできる。また、演奏操作子に圧力センサが備えられ
、圧力を検出する実施例を説明したが、実際の圧力は検
出せず、加速度データから作成した圧力データや何等か
の他の操作子からの入力に従って、圧力データを用いる
こともできる。たとえは、面操作子を用い、ペン等の手
許操作子を面操作子上で操作し、手許操作子の軌跡の曲
率半径等から圧力信号を得ることもできる。また、音源
として擦弦楽器モデル、管楽器モデルを説明したが、他
の音源を用いることもできる。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば、圧力を楽音信号
形成の一要素とする電子楽器において、演奏操作子から
供給されたデータを微分した信号も圧力データとして利
用することにより、圧力信号の急峻な変化を可能とする
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例による電子楽器を示すブロッ
ク図、 第２図は、第１図の電子楽器における弓圧信号の形成を
説明するためのグラフ、 第３図は、本発明の他の実施例による電子楽器を示すブ
ロック図、 第４図は、本発明の他の実施例による電子楽器を示すブ
ロック図、 第５図は、第４図の電子楽器における弓圧信号の形成を
説明するためのグラフ、 第６図は、楽音信号形成回路の要部を示すブロック図、 第７図（Ａ）、（Ｂ）は、第６図に示す楽音信号形成回
路の非線形回路の特性を示すグラフであり、第７図（Ａ
）は、除算回路５４、乗算回路５６の機能を説明するた
めのグラフ、第７図（Ｂ）は、フィードバックによるヒ
ステリシス特性を説明するためのグラフである。 図において、 ４．５ 演奏操作子 スライド型ボリュームのつまみ 圧力センサ 微分回路 変換回路 演算回路 鍵盤 物理音源 特許出願人　　　ヤマハ株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）、圧力を楽音信号形成の一要素とする音源を有す
   る電子楽器において、 演奏操作子から供給されたデータを微分したものを圧力
   データとして利用することを特徴とする電子楽器。
2. （２）、請求項１記載の電子楽器において、操作によっ
   て圧力のデータを発生する操作子と、 前記圧力のデータを微分する微分回路と、 前記圧力のデータとその微分データを用いて圧力信号を
   形成する手段と を含む電子楽器。
3. （３）、請求項１記載の電子楽器において、操作によっ
   て圧力のデータを発生する第１操作子と、 操作によって位置のデータを発生する第２操作子と、 第２操作子の出力信号を微分する手段と、 前記第１操作子の出力信号と前記微分手段の出力信号と
   から圧力信号を形成する手段と を含む電子楽器。