JPH04301890A

JPH04301890A - 電子楽器

Info

Publication number: JPH04301890A
Application number: JP3091565A
Authority: JP
Inventors: Takashi Komano; 岳志駒野; Toshifumi Kunimoto; 利文国本
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1991-03-29
Filing date: 1991-03-29
Publication date: 1992-10-26
Anticipated expiration: 2016-03-26
Also published as: JP3149452B2; US5286915A

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電子楽器に係り、特
に鍵盤電子楽器に関する。

【０００２】

【従来の技術】鍵盤は、電子楽器の操作手段としては最
も一般的であり、演奏者にとって取り扱い易いものであ
ると同時に感情表現のし易い優れた操作手段である。従
来より、鍵盤の鍵が押下される時のタッチに応じた検出
信号を発生し、この検出信号によって楽音の強さを制御
するようにした鍵盤電子楽器が知られている。

【０００３】また、自然楽器の発音メカニズムをシミュ
レートした電気的モデルあるいはソフトゥェアモデルを
有し、これらのモデルを動作させるようにした楽音合成
装置が各種提案されている。この種の楽音合成装置に対
して鍵盤の押下によって発生する検出信号を入力するよ
うにすれば、さらにリアリティに富んだ演奏を行うこと
が可能な鍵盤電子楽器が実現され得る。

【０００４】さて、楽器としての表現力を高めるために
は、演奏者が鍵を押下する時のタッチが忠実に楽音に反
映されるようにする必要がある。図４１は、従来の鍵盤
電子楽器における押鍵検出に係る概略構成を鍵１個分に
ついて示したものである。この図に示すように、鍵盤に
は各鍵ＫＥＹに対し、押鍵されたことを検出するための
２個のスイッチＳＷ１およびＳＷ２が取り付けられてい
る。ここで、スイッチＳＷ１は鍵ＫＥＹが第１の深さま
で押下されるとオン状態になり、スイッチＳＷ２は第１
の深さよりもさらに深い第２の深さまで鍵ＫＥＹが押下
されるとオン状態になる。鍵ＫＥＹが押下されることに
より、スイッチＳＷ１、ＳＷ２が時間的に前後して順次
オン状態に切り換わると、各スイッチのオン状態への切
り換わりタイミングの時間差が時間差検出回路ＤＥＴに
よってカウントされ、該カウント結果に基づいて鍵ＫＥ
Ｙの押鍵速度に対応した鍵速度信号が発生される。そし
て、ＣＰＵ（中央処理ユニット）１により、鍵速度信号
に基づいて、音源ＴＧにおける発音の強さの制御が行わ
れる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、実際のピア
ノのアクションは、演奏者によって鍵に与えられる力積
をハンマ速度に変換する仕組みとなっている。従って、
上述のように鍵ＫＥＹが２点間を通過するのに要する時
間に応じてタッチの制御を行う方法では、実際のピアノ
を弾いたときのようなタッチによる微妙な表現力が得ら
れないという問題があった。また、上述の方法の場合、
実際の押鍵速度を正確に測定することができず、演奏者
が音の強さを調整することが困難であるという問題があ
った。このことを、図４２を参照して説明する。図４２
において、横軸は時間軸であり、縦軸は鍵ＫＥＹの押下
の深さｄを示している。そして、縦軸におけるｄ１はス
イッチＳＷ１がオン状態になる鍵ＫＥＹの深さを示して
おり、ｄ２はスイッチＳＷ２がオン状態になる鍵ＫＥＹ
の深さを示している。この図において、曲線Ｐ１は押鍵
操作の際の鍵ＫＥＹの深さの実際の時間的変化を例示し
たものである。直線Ｐ２は、曲線Ｐ１上においてｄ＝ｄ
１となる点とｄ＝ｄ２となる点の２点間を結んだもので
あり、その勾配が上述した従来の方法によって測定され
る鍵速度ＶＥＬに対応している。この図に示すように、
鍵ＫＥＹの最終的な速度（ｄ＝ｄ２付近における曲線Ｐ
１の勾配）と鍵速度信号ＶＥＬとの間には明らかに誤差
が生じてしまう。また、上述した従来の方法の場合、押
鍵操作の強さを変えた場合であっても、スイッチＳＷ１
、ＳＷ２が各々オン状態に切り換わるタイミングの時間
差に変化がない限り、全く同じタッチで楽音が発音され
てしまうという問題がある。このため、実際のピアノに
おいて速く弱く押鍵を行った時には弱い音が発音される
のに対し、従来の鍵盤電子楽器では速く弾くと強いタッ
チであると認識されてしまうため、あたかも強いタッチ
で弾かれたように発音されてしまう。また逆に、ゆっく
りと、力強く弾いた場合には、実際のタッチに較べて弱
く発音されてしまう。

【０００６】この発明は上述した事情に鑑みてなされた
ものであり、演奏の際のタッチが忠実に楽音に反映され
る電子楽器を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、演奏者によ
って操作される操作子と、前記操作子に作用する加速度
に応じた加速度信号を出力する加速度検出手段と、前記
加速度信号を時間積分した速度信号を出力する積分手段
と、前記速度信号に基づいて楽音を合成する楽音合成手
段とを具備することを特徴とする。

【０００８】

【作用】上記構成によれば、操作子に対して与えられる
力積に応じた楽音が発生されるので、演奏における表現
力を高めることができる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照し、本発明の実施例を説明
する。図１は本発明の一実施例による鍵盤電子楽器の概
略構成を示すブロック図である。ＣＰＵ１は必要に応じ
てパラメータメモリ２から制御用のパラメータを読み出
し、この電子楽器の各部に制御情報を供給する。ＫＥＹ
１〜ＫＥＹ２は、各々鍵盤に配備された鍵であり、各先
端部に加速度ピックアップ２４が各々取り付けられてい
る。ＴＧ１〜ＴＧｎは、各鍵ＫＥＹ１〜ＫＥＹｎに対す
る押鍵操作に応答し楽音を形成する押鍵検出／楽音合成
部である。これらの押鍵検出／楽音合成部ＴＧ１〜ＴＧ
ｎは、半波整流回路１１および１２、積分回路１３、Ａ
／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器１４、楽音合成部１
５を有する。半波整流回路１１は、加速度ピックアップ
２４から出力される加速度検出信号が入力され、その正
成分のみを選択して出力する。この正成分は、積分回路
１３によって積分され、その積分結果がＡ／Ｄ変換器１
４によってデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器１
４の出力デジタル信号は、ピアノにおけるハンマの速度
に対応したハンマ速度信号ＨＶとして楽音合成部１５に
供給される。楽音合成部１５においては、ハンマ速度信
号ＨＶに基づいて楽音信号が合成される。押鍵検出／楽
音合成部ＴＧ１〜ＴＧｎの各楽音合成部１５から出力さ
れる各楽音信号は加算器Ａ２〜Ａｎによって加算され、
加算器５の一方の入力端に入力される。

【００１０】一方、押鍵検出／楽音合成部ＴＧ１〜ＴＧ
ｎの各半波整流回路１２は加速度検出信号における負成
分のみを選択し、鍵が台座（いわゆる“どんずまり”で
あり、鍵盤の下の木の部分のことである）にあたったと
きに鍵盤が受ける加速度（台座が受ける加速度ともいえ
る）に対応した信号として出力する。各半波整流回路１
２の出力は、加算器Ｂ２〜Ｂｎによって加算され、Ａ／
Ｄ変換器３によってデジタル信号に変換される。そして
、Ａ／Ｄ変換器３の出力信号は、ピアノのフレーム等を
近似したフィルタ４に入力される。そして、フィルタ４
から、いわゆるメカ雑音に相当する信号が出力され、加
算器５の他方の入力端に入力される。そして、加算器５
により、各楽音合成部１５の出力の総和とフィルタ４の
出力とが加算される。この加算結果は、ピアノのフレー
ム、響板などをシュミレートした共鳴回路６を通過した
後、Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ）変換器７によってア
ナログ信号に変換されてスピーカＳＰに供給され、楽音
が発音される。

【００１１】以下、この鍵盤電子楽器の各部の詳細な構
成およびその動作を順に説明する。［押鍵検出に係る回路構成］この鍵盤電子楽器における
鍵ＫＥＹｊ（ｊ＝１〜ｎ）の取り付け構造を図２に示す
。同図に示すように、鍵ＫＥＹｊは支点２２廻りに回動
し得るように鍵盤に取り付けられている。鍵ＫＥＹｊに
おける演奏者によって押下される側の先端部は加速度ピ
ックアップ２４が取り付けられている。また、鍵ＫＥＹ
ｊにおける演奏者が押下する側とは反対側の先端部には
バネ２３が取り付けられており、このバネ２３により、
演奏者によって押下される側の先端部を上向きに持上げ
るモーメントが与えられる。なお、バネ２３の代わりに
錘を取り付けてもよい。加速度ピックアップ２４の取り
付け位置は鍵の支点２２からある程度離れた位置であれ
ばどこでも良く、支点２２からの距離に応じた重み付け
を行うことにより、各取り付け位置共、等価な加速度検
出信号ＡＣＣを得ることができる。しかし、加速度を正
確に検出するためには、加速度ピックアップ２４をなる
べく先端の方に取り付けることが好ましい。また、鍵Ｋ
ＥＹｊの先端部の下方にはスイッチ２５が設けられてい
る。このスイッチ２５は鍵ＫＥＹｊが所定量押し込まれ
た場合にオン状態となるものであり、このスイッチ２５
のオン／オフ状態に対応した信号値のキースイッチ信号
ＫＯＮ／ＫＯＦＦが発生される。キースイッチ信号ＫＯ
Ｎ／ＫＯＦＦは、積分器１３における加速度検出信号Ａ
ＣＣの取り込みおよび積分動作の開始の指示、楽音合成
部１５における楽音合成処理のトリガとして用いられる
。従って、キースイッチ信号ＫＯＮ／ＫＯＦＦは、押鍵
操作に対して遅れることなく出力される必要があり、そ
のためにはスイッチ２５をできるだけ浅い位置に取り付
けた方がよい。

【００１２】図３は加速度ピックアップ２４が出力する
加速度検出信号ＡＣＣを処理する回路の詳細な構成例を
示すものである。同図には、図１において図示が省略さ
れていた減算器１６、スイッチ１７および微分器１８が
示されている。加速度検出信号ＡＣＣは、半波整流器１
１を通過することによってその正成分ＰＯＳ（鍵ＫＥＹ
ｊが下方に動く場合に対応）のみが取り出され、積分器
１３に入力される。また、鍵ＫＥＹｊが押下されると、
スイッチ２５がオン状態となってキースイッチ信号ＫＯ
Ｎ／ＫＯＦＦが立ち上がる。このキースイッチ信号ＫＯ
Ｎ／ＫＯＦＦの立ち上がりが、微分器１８によって検出
され、微分器１８から積分器１３にトリガ信号が送られ
、積分器１３における積分動作が開始される。そして、
積分器１３の積分波形ＫＷがＡ／Ｄ変換器１４によって
逐次デジタル信号に変換され、ハンマ速度信号ＨＶとし
て楽音合成部１５に供給される。押下されていた鍵ＫＥ
Ｙｊが離鍵されると、スイッチ２５がオフ状態になって
キースイッチ信号ＫＯＮ／ＫＯＦＦが立ち下がる。このキースイッチ信号ＫＯＮ／ＫＯＦＦの立ち下がりが
微分器１８によって検出され、微分器１８により積分器
１８がリセットされ、次の押鍵操作を待機する状態とな
る。図４に加速度ピックアップ２４が出力する加速度検
出信号ＡＣＣと、積分器１３の出力波形ＫＷを示す。

【００１３】一方、加速度信号ＡＣＣは、半波整流器１
２にを通過することにより、負成分ＮＥＧのみが取り出
される。そして、減算器１６により、負成分ＮＥＧから
バネ（または重り）によるモーメント分相当のオフセッ
トＯＦＦＳＥＴが減じられ、スイッチ１７、加算器Ｂ２
〜Ｂｎ（図１）およびＡ／Ｄ変換器３を介し、メカ雑音
発生用のフィルタ４（図１）に入力される。鍵ＫＥＹｊ
が離鍵され、キースイッチ信号ＫＯＮ／ＫＯＦＦが立ち
下がると、スイッチ１７が切断され、フィルタ４への信
号の供給、すなわち、メカ雑音の発生が終了する。

【００１４】なお、図１および図３において、Ａ／Ｄ変
換器１４は、あまり高精度である必要はない。従って、
図１に示すように各鍵に対応して設けるのではなく、１
個のＡ／Ｄ変換器を用い、各鍵に対応した積分波形ＫＷ
を時分割でＡ／Ｄ変換してもよい。例えば鍵盤が８８鍵
の場合、Ａ／Ｄ変換器１４のサンプリング周波数を８８
ｋＨｚとし、サンプリング周期を８８分割した各タイム
スロットにおいて、各鍵に対応した積分波形ＫＷのＡ／
Ｄ変換を行う。このようにすることで、各鍵について、
１ｋＨｚのサンプリング周波数のハンマ速度信号ＨＭが
得られる。

【００１５】以上説明した構成によれば、押鍵の際のタ
ッチに対して忠実なハンマ速度信号ＨＭが得られる。図
５（ａ）〜（ｄ）に代表的なタッチの時の半波整流器１
１の出力ＰＯＳと積分器１３における積分波形ＫＷを示
す。図５（ａ）は、速く強く弾いた場合の各波形を示す
ものである。この場合、押下されてから台座に衝突する
までの間、終始、鍵ＫＥＹｊに対して大きな加速度が作
用する。従って、積分機１３の積分波形ＫＷは大きく立
ち上がり、大きなハンマ速度信号ＨＶが楽音合成部１５
に供給される。図５（ｂ）は速く弱く弾いた場合の各波
形を示すものである。この場合、加速度信号ＡＣＣは大
きな信号値に立ち上がるが、鍵ＫＥＹｊに与えられる力
積が小さく、立ち上がり以後における加速度信号ＡＣＣ
は小さな信号値に立ち下がる。このため、積分波形ＫＷ
の最終値は小さくなり、ハンマ速度信号ＨＶは小さくな
る。図５（ｃ）は遅く強く弾いた場合の各波形を示すも
のである。この場合、立ち上がりにおける加速度信号Ａ
ＣＣは小さいが、鍵ＫＥＹｊに与えられる力積が大きい
ので、積分波形ＫＷは大きな値に立ち上がり、ハンマ速
度信号ＨＶは大きくなる。図５（ｄ）は遅く弱く弾いた
場合の各波形を示すものである。この場合、加速度信号
ＡＣＣは終始小さな値であるので、ハンマ速度信号ＨＶ
は小さくなる。このように、演奏者の意図したハンマ速
度を鍵盤から入力することができる。

【００１６】［楽音合成部］図６は楽音合成部１５の第
１の構成例を示すブロック図である。この図において、
３０はピアノにおける弦の挙動をシミュレートしたルー
プ回路、５０はハンマの挙動をシミュレートした励振回
路である。また、楽音合成部１５は、励振回路５０から
ループ回路３０に注入される信号を媒介する乗算器４３
と、ループ回路３０から励振回路５０に帰還される信号
を媒介する加算器４１および乗算器４２とを有する。

【００１７】ループ回路３０は遅延回路３１、加算器３
２、フィルタ３３、位相反転回路３４、遅延回路３５、
加算器３６、フィルタ３７および位相反転回路３８が閉
ループ状に接続されることによって構成されている。そ
して、遅延回路３１および３５の各出力が取り出されて
加算器４１によって加算され、乗算器４２を介して励振
回路５０に帰還されるようになっている。ループ回路３
０におけるこれらの各出力の取り出し点は、図１２にお
いてハンマＨＭが弦ＳＴＲを打弦する打弦点Ｐに対応し
ている。すなわち、ループ回路３０において、加算器３
６の入力から遅延回路３１の出力に至るまでの経路の遅
延時間は、弦ＳＴＲにおける打弦点Ｐと一方の固定端Ｔ
１との間の部分（長さＬ１）を振動が往復するのに要す
る遅延時間に一致しており、加算器３３の入力から遅延
回路３５の出力に至るまでの経路の遅延時間は、打弦点
Ｐと他方の固定端Ｔ２との間の部分（長さＬ２）を振動
が往復するのに要する遅延時間に一致している。位相反
転回路３８および３４は、固定端Ｔ１およびＴ２におい
て振動波の位相が反転する現象をシミュレートするため
に設けられたものである。また、フィルタ３７および３
３は、弦ＳＴＲの振動が直接空気中へ放射される際、お
よび弦ＳＴＲの振動が固定端Ｔ１およびＴ２を介してピ
アノの響板等に伝播する際の音響損失をシミュレートす
るために設けられたものである。通常、この種の音響損
失は、周波数が高い程大きいので、フィルタ３７および
３３はローパスフィルタが用いられる。

【００１８】次に励振回路５０について説明する。加算
器５５は、一方の入力端にＡ／Ｄ変換器１４（図１参照
）が出力するハンマ速度信号ＨＶが入力される。また、
加算器５５の他方の入力端には積分器５６における積分
値が入力される。この積分値は、ハンマＨＭおよび弦Ｓ
ＴＲ間の相互作用によってハンマＨＭに生じる速度変化
分に相当する。なお、この速度変化分の演算の詳細につ
いては後述する。加算器５５からはハンマ速度信号ＨＶ
を前記速度変化分によって修正した信号、すなわち、現
時点のハンマＨＭの速度に対応した信号が得られる。そ
して、加算器５５の出力信号は積分器５７によって積分
され、ハンマＨＭの変位に相当するハンマ変位信号ＨＤ
が出力される。

【００１９】一方、加算器５２は乗算器４２および５３
の各出力信号が入力される。ここで、乗算器４２の出力
信号は図１２において打弦点Ｐにおける弦ＳＴＲの速度
に相当し、乗算器５３の出力信号はハンマＨＭによって
弦ＳＴＲにもたらされる速度修正分に相当する。従って
、加算器５２から弦ＳＴＲの現時点における弦ＳＴＲの
速度に対応した信号ＳＶが出力される。そして、信号Ｓ
Ｖが積分器５４によって積分されることにより、弦ＳＴ
Ｒの変位に相当する弦変位信号ＳＶが得られる。そして
、減算器５８により、ハンマ変位信号ＨＤから弦変位信
号ＳＤが減算され、ハンマＨＭに対する弦ＳＴＲの食込
み量に応じた相対変位信号ＳＨＤが得られる。

【００２０】相対変位信号ＳＨＤは乗算器６１、非線形
回路６２および微分器６４に入力される。非線形回路６
２は例えばＲＯＭによって実現され、図７に例示するよ
うに非線形な入出力応答特性を有している。この図に示
すように、非線形回路６２の出力は入力信号値の増大に
伴って増大するが、その勾配は入力信号値が大きくなる
に従って小さくなる。乗算器６１は、相対変位信号ＳＨ
Ｄに対しハンマＨＭの弾性に応じた乗算係数Ｓを乗算し
て出力する。そして、乗算器６３により、乗算器６１の
出力に対し、非線形回路６２の出力信号が乗算される。この結果、ハンマＨＭの弾性特性に起因してハンマＨＭ
および弦ＳＴＲ間に生じる反撥力に相当する信号が乗算
器６３から出力される。この乗算器６３の出力は、相対
変位信号ＳＨＤの増大に伴って増大するが、相対変位信
号ＳＨＤが大きくなると非線形回路６２の出力が飽和す
るので、乗算器６３の出力も飽和することとなる。この
ように、実際のハンマＨＭにおける弾性に起因する挙動
に忠実な動作が得られる。一方、相対変位信号ＳＨＤを
微分器６４によって微分した信号に対し、乗算器６５に
より、ハンマＨＭの粘性に応じた乗算係数Ｒが乗算され
る。そして、乗算器６５の出力信号に対し、乗算器６６
および６７により、２回に亙って非線形回路６２の出力
が乗算される。この２回乗算が行われることにより、実
効的に、相対変位信号ＳＨＤに図８に示す非線形変換を
施した信号が乗算器６５の出力信号に乗算される。この
結果、ハンマＨＭの粘性に起因してハンマＨＭおよび弦
ＳＴＲ間に生じる反撥力に相当する信号が乗算器６５か
ら出力される。この乗算器６５の出力信号の信号値は、
相対変位信号ＳＨＤの時間的変化の大きい程、大きな値
となる。また、相対変位信号ＳＨＤの時間的変化率が同
じであっても、相対変位信号ＳＨＤが大きくなる程、す
なわち、ハンマＨＭに弦ＳＴＲがより深く食込む程、乗
算器６７の出力信号値は大きなものとなる。このように
して、実際のハンマＨＭにおける粘性に起因した挙動に
忠実な動作が得られる。乗算器６３および６７の各出力
は、加算器６８によって加算され、ハンマＨＭと弦ＳＴ
Ｒとの間の反撥力に相当する信号Ｆが加算器６８から出
力される。

【００２１】加算器６８の出力信号Ｆは乗算器４３に入
力されて乗算係数１／２が乗算される。この結果、図１
２において、弦ＳＴＲの打弦点Ｐの両側に各々伝播する
振動波の速度成分が乗算器４３から出力される。乗算器
４３の出力信号は、ループ回路３０の加算器３２および
３６に帰還される一方、乗算器５３によって所定の乗算
係数ＦＡＤＭが乗算され、ハンマＨＭによって弦ＳＴＲ
に与えられる速度変化分に相当する信号が乗算器５３か
ら出力される。また、加算器６８の出力信号Ｆは、乗算
器６９によって乗算係数−１／Ｍ（ただし、Ｍはハンマ
ＨＭの質量）が乗算され、ハンマＨＭに作用する加速度
に相当する信号ＨＡが出力される。この信号ＨＡは積分
器５６によって積分され、上述したハンマＨＭの速度変
化分に相当する信号が得られる。

【００２２】以下、この楽音合成部１５の動作を説明す
る。この楽音合成部１５に対応する鍵ＫＥＹｊが押下さ
れ、それに対応するキースイッチ信号ＫＯＮ／ＫＯＦＦ
が立ち上がると、積分器５６および５７に初期値０がプ
リセットされ、弦ＳＴＲに対してハンマＨＭが衝突した
状態からシミュレーションが開始される。そして、押鍵
操作に対応したハンマ速度信号ＨＶがＡ／Ｄ変換器１４
から出力される。このハンマ速度信号ＨＶが、加算器５
５を介して積分器５７に入力されて積分され、ハンマ変
位信号ＨＤが出力される。そして、ハンマ変位信号ＨＤ
は減算器５８に入力され、相対変位信号ＳＨＤが出力さ
れる。そして、上述のようにして、相対変位信号ＳＨＤ
に応じた信号Ｆが発生され、この信号Ｆに基づいて、ハ
ンマＨＭの加速度に相当する信号ＨＡおよびハンマＨＭ
の速度変化分に相当する信号が順次演算され、ハンマＨ
Ｍの現時点における速度に相当する信号（加算器５５出
力）が修正される。一方、信号Ｆは乗算器４３を介して
ループ回路３０に帰還されると共にさらに乗算器５３、
５２および加算器５２を介して積分器５４に入力されて
積分される。この結果、積分器５４の積分値、すなわち
、弦ＳＴＲの変位に相当する信号が修正される。励振回
路５０からループ回路３０内の加算器３６に入力された
信号は、フィルタ３７、位相反転回路３８および遅延回
路３１を介してループ回路３０から再び取り出され、他
方、加算器３２に入力された信号は、フィルタ３３、位
相反転回路３４および遅延回路３５を介してループ回路
３０から再び取り出され、加算器４１によって総合され
、乗算器４２を介し、励振回路５０に帰還される。この
結果、弦ＳＴＲの速度に相当する信号ＳＶが修正される
と共に弦ＳＴＲの変位に相当する信号ＳＤが修正される
。以後、同様に、励振回路５０およびループ回路３０に
より、ハンマＨＭおよび弦ＳＴＲの相互作用のシミュレ
ーションと、弦ＳＴＲ内における振動の伝播のシミュレ
ーションが行われる。そして、ループ回路３０における
任意のノードから弦ＳＴＲの振動速度成分に相当する信
号が取り出され、楽音信号として出力される。

【００２３】以上においては、ハンマＨＭが弦ＳＴＲに
衝突した瞬間からシユレーションを開始する場合を説明
したが、初期状態においてハンマＨＭが弦ＳＰから離れ
ており、押鍵によってハンマＨＭが弦ＳＴＲに向って移
動し始める様子を含めてシミュレーションを行うように
すると、さらに実際のピアノ音を忠実に再現することが
できる。この場合、キースイッチ信号ＫＯＮ／ＫＯＦＦ
の立ち上がり時に、楽音合成部１５（図６）の積分器５
７にハンマＨＭおよび弦ＳＴＲ間の距離を表わす初期変
位をプリセットするように構成を変更する。また、この
変更と共に、図３において示した押鍵検出に係る回路の
構成を図９に示すものに変更する。すなわち、図３の構
成に対し、半波整流回路１１の出力から重力加速度に相
当する信号ｇを減算して積分器１３に供給する減算器１
９を追加する。これにより、タッチがかなり弱い時には
ハンマＨＭが弦ＳＴＲに達しないで戻ってくる様子をシ
ミュレートすることができる。また、ピアニシモの際、
ハンマＨＭが辛うじて弦ＳＴＲに衝突する様子を再現す
ることができる。

【００２４】［楽音合成部の他の構成例］図６に示す楽
音合成部のフィルタ３３および３７は、ＦＩＲ（有限イ
ンパルス応答）フィルタ、ＩＩＲ（無限インパルス応答
）フィルタ、オールパスフィルタなどによって構成する
ことが可能である。しかし、これらのフィルタとして、
低次のフィルタを用いた場合、時間方向の自由度が少な
くなる。従って、この場合、弦ＳＴＲを振動が往復伝播
する周波数は、遅延回路３１および３５の遅延時間によ
って調整することとなる。このため、弦ＳＴＲの振動の
様子を、周波数軸上においてある程度近似することは可
能であるが、弦ＳＴＲにおける振動の位相特性を近似す
ることが殆どできない。一方、現実のピアノの弦ＳＴＲ
には弾性があり、高い周波数の振動ほど速く伝搬すると
いった分散性を持つ。図１０に弦のインパルスレスポン
スの一例を示す。同図に示すように、実際のピアノにお
いては、打弦が行われてから弦にメインパルスが現れる
までの期間τ０内に、高い周波数の前駆波が現れる。こ
のため、弦の振動は非調和性を帯び、この非調和性がピ
アノらしい音を発生する一つの要因となっている。また
、ハンマＨＭと弦ＳＴＲとの相互作用に着目すると、ハ
ンマＨＭが弦ＳＴＲに接触している間に固定端Ｔ１およ
びＴ２で各々反射され打弦点Ｐにフィールドバックされ
た波がハンマＨＭに与える力を正確に再現することが必
要である。ハンマＨＭは粘性、弾性を持っているため、
ハンマＨＭと弦ＳＴＲは微少時間内接触したまま運動す
る。この間に弦ＳＴＲからの前駆波がハンマＨＭに及ぼ
す力を忠実にシュミレートすることができれば、ハンマ
ＨＭの弦ＳＴＲとの相互作用が正確に記述され、リアル
なピアノ音が実現される。

【００２５】以下、上記のことを考慮し、実際のピアノ
音に忠実な楽音を合成することを可能にした楽音合成部
の各種モデルを述べる。まず、高次のＦＩＲフィルタに
よって正確に弦ＳＴＲの位相特性を含めたインパルス応
答を近似したモデル〈１〉を説明する。次いでオールパ
スフィルタにより弦の位相特性を近似したモデル〈２〉
を説明する。さらに、モデル＜１＞においてはＦＩＲフ
ィルタの係数を求める際に生じる誤差によってディケィ
が短くなるといった不都合が生じるが、この不都合をモ
デル＜１＞および＜２＞を組み合わせることによって改
善したモデル〈３〉を述べる。加えて、楽音合成部の改
良例として、ひなり音の合成を可能にしたモデル＜４＞
、複数弦による発音をシミュレートしたモデル＜５＞、
および連続発音に対応したモデル＜６＞を順次説明する
。さらに、ハンマによる打弦のみならずダンパによるミ
ュートをも考慮したモデル＜７＞について説明する。

【００２６】モデル＜１＞：高次のＦＩＲフィルタを用
いた楽音合成部本モデル＜１＞による楽音合成部の構成例のブロック図
を図１１に示す。この楽音合成部は、図６におけるフィ
ルタ３３および３７として高次のＦＩＲフィルタを用い
たものである。これらのＦＩＲフィルタは、下記数１に
よって示されるピアノ弦の伝達関数を実現するものであ
る。

【数１】ここで、τ０は打弦が行われてからメインパルスが弦Ｓ
ＴＲに現れるまでの遅延時間、γは弦ＳＴＲの振動の非
調和性に関与する係数、ａは弦ＳＴＲに作用する空気摩
擦に応じた係数、ｂは弦ＳＴＲの振動が空気中に放射す
る時の放射特性に応じた係数である。なお、上記伝達関
数については、Ｔｈｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　
Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　“Ｐ
ｉａｎｏ　Ｔｏｎｅ　Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　Ｕｓｉｎｇ
　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｆｉｌｔｅｒｓ　Ｂｙ　ｃｏｍｐｕ
ｔｅｒ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ”（中村　　著）および
日本音響学会講演論文集「相互作用を持つ複数ピアノ弦
の振動に対するディジタルフィルタ法の適用」（中村　
　著）においてその説明がなされている。上記数１の伝
達関数を逆フーリエ変換することによりピアノ弦のイン
パルスレスポンスが求められる。このインパルスレスポ
ンスをサンプリングすることにより、各ＦＩＲフィルタ
の各乗算係数ａ０〜ａｎおよびｂ０〜ｂｎを得る。弦の
伝達関数はおもに音程、非調和度によって決定され、こ
れによりＦＩＲフィルタの段数および係数が決定される
。励振回路５０からの信号Ｆ（ハンマＨＭが弦ＳＴＲに
衝突する際の力に対応）は、立ち上がりが鋭いため、高
い周波数成分を持つ。図１１の構成によれば、この高周
波成分を多く含んだ信号が高次のＦＩＲフィルタ３３お
よび３７を通過するので、ループ回路３０を循環する信
号波形にはかなりの前駆波が現れ、これがループ回路３
０から取り出されて励振回路５０に帰還される。この結
果、楽音合成部から取り出される楽音信号波形は、実際
のピアノ音に極めて近いものになる。

【００２７】なお、図１１の構成の楽音合成部の処理を
ソフトウェアによって実現する場合、ループ回路３０の
総遅延時間をすべてＦＩＲフィルタ演算によって実現す
るとかなりの演算量が必要となる。そこで、演算量軽減
のため、インパルスレスポンスがかなり減衰した場合に
は、複数段の遅延演算でＦＩＲフィルタ演算を代用して
もよい。また、遅延、低次のフィルタなどを組み合わせ
、音色の自由度を向上させることもできる。低次のフィ
ルタとしては、ＦＩＲローパスフィルタ、ＦＩＲハイパ
スフィルタ、ＩＩＲローパスフィルタ、オールパスフィ
ルタ等を用いることができる。

【００２８】モデル＜２＞：オールパスフィルタを用い
た楽音合成部本モデル＜２＞について説明する前に、一般的な１次の
オールパスフィルタについて説明する。図１３および１
４に１次のオールパスフィルタの構成例を示す。ここで
、オールパスフィルタとは、入力信号周波数によらずゲ
インが常に正確に１であり、位相遅延のみが周波数に依
存するフィルタである。オールパスフィルタの位相遅延
量はフィルタ内の乗算器の乗算係数Ｃによって決定され
る。１次のオールパスフィルタの伝達関数の例を数１に
示す。また、数１の伝達関数に基づく位相特性式を数３
に示す。さらに、数３の位相特性式において係数Ｃを［
−１＜Ｃ＜１］の間で変化させたときの遅延量（位相遅
延）の周波数特性を図１５に示す。

【数２】

【数３】上記において、Ｔは１サンプル遅延回路の遅延時間であ
る。図１５に示す通り、Ｃが−１に近づくにつれて低い
周波数での遅延量が急激に増加する。しかし、高い周波
数の遅延量は殆ど１サンプル周期しかない。

【００２９】さて、図１６は実際のピアノ弦の位相特性
をプロットしたものである。この図に示すように、ピア
ノ弦においては、周波数の高い振動ほど遅延量が少なく
、弦を速く伝搬する。従って、楽音の基本ピッチに対応
した遅延量（サンプル数）相当の位相遅延を実現し得る
ように、オールパスフィルタを多段接続してループ回路
３０を構成すると、ピアノ弦の位相特性をシミュレート
することができる。しかし、基本ピッチに対応した遅延
量は目的とする音高の楽音波形の周期をサンプリング周
期で割ったものであるから、通常、数百サンプル分の遅
延となるが、１次のオールパスフィルタ１つの遅延量は
たかだか数サンプルである。そこで、数百キロヘルツ以
下の周波数成分に対しては、数十段程度のオールパスフ
ィルタによって位相遅延を与え、残りの周波数成分の信
号に対しては遅延回路によって位相遅延を与えるという
手法が考えられる。

【００３０】また、１次のオールパスフィルタの代りに
高次のオールパスフィルタを用いる手法もある。図１７
は２次のオールパスフィルタの構成例、図１８は多次の
オールパスフィルタの一般形である。また、図１９はＬ
ａｔｔｉｃｅ形構成によるオールパスフィルタであり、
図２０はそのｍ番目の要素の構成を示すものである。な
お。１次、２次のオールパスフィルタの他の構成例は、
「ディジタル信号処理の基礎（辻井重雄監修：電子情報
通信学会）」等に記載されている。多次のオールパスフ
ィルタは、遅延量のピーク周波数、およびその急峻さを
設定することができるため、１次のものと組み合わせる
ことによってかなり正確なピアノの打弦動作のシミュレ
ーションを行うことができる。

【００３１】以下、本モデル＜２＞による楽音合成部の
構成例を説明する。本モデル＜２＞は上述した図１１の
構成において、高次のＦＩＲフィルタ３３および３７を
、多段のオールパスフィルタと遅延回路とを縦続接続し
たものに置き換えることによって構成される。励振回路
５０からの信号Ｆ（ハンマＨＭから弦ＳＴＲに与えられ
る力に相当）は、立ち上がりが鋭く高い周波数成分を有
する。この信号Ｆがオールパスフィルタを通過すること
によって各周波数成分の各位相遅延に差が生じ、高い周
波数成分ほど時間的に早くループ回路３０内を循環する
。このため、ループ回路３０を一巡して取り出される楽
音波形において、メインパルスよりも先にかなりの前駆
波が現れる。これによってループ回路３０を循環する信
号波形に細かいしわ（高周波成分）が生じ、これが励振
回路５０に帰還される。この結果、ハンマＨＭに対し、
弦ＳＴＲから特定の高い周波数成分による力が帰還され
る動作がシミュレートされる。このような動作が行われ
る結果、実際のピアノ音により忠実な楽音が合成される
。

【００３２】モデル〈３〉：ディケイを改善した楽音合
成部上記モデル＜１＞のように弦ＳＴＲの伝達特性をＦＩＲ
フィルタによって実現する場合、これらのフィルタは全
域通過性（オールパス）であることが好ましい。また、
楽音合成部における弦ＳＴＲの振動の減衰に対応した動
作は、駒に対応した位相反転回路３４および３８の乗算
係数を−１よりわずかに大きい値にすることによって実
現されることが理想的である。しかし、弦ＳＴＲのイン
パルスレスポンスから求められたＦＩＲフィルタの各乗
算係数は誤差を含んでいるので、全域通過性を実現する
のは困難であり、周波数によって振幅応答に誤差が生じ
る。この場合、高音域に対応した上記モデル＜１＞はＦ
ＩＲフィルタの次数が低いので、図２２に示すように振
幅応答の誤差が大きくなり、かつ、大きな周期で変動す
る。逆に低音域に対応した上記モデル＜１＞のＦＩＲフ
ィルタは、次数が高くなるので、図２１に示すように振
幅応答の誤差の周期は小さくなる。しかし、弦を打弦位
置を境に二分割し、各々の分割された部分の動作をシミ
ュレーションするモデル＜１＞（図１１の構成）におい
ては、１本の弦のインパルスレスポンスを２個のＦＩＲ
フィルタによって実現することとなる。このため、１個
のＦＩＲフィルタの次数は低くなり、結局、振幅応答で
の誤差は大きくなる。従って、振幅応答が大きく１を割
った周波数ではディケイが短くなり、倍音のエンヴェロ
ープも実際のピアノ音とは違ったものとなってしまう。

【００３３】以下、この問題を解決するための手段につ
いて述べる。上記モデル＜１＞において弦ＳＴＲを２分
割してシミュレーションを行う理由は、ハンマＨＭと弦
ＳＴＲとが衝突している期間における相互作用を正確に
シミュレーションするためである。従って、弦ＳＴＲか
らハンマＨＭが離れ、両者間の相互作用が終ってしまえ
ば２分割してシミュレーションを行う必要はなく、弦１
本分の挙動を１個のフィルタによってシミュレーション
することができる。この考え方に基づき、以下説明する
ように上記モデル＜１＞の構成を変形し、弦ＳＴＲとハ
ンマＨＭとの相互作用をシミュレーションする部分と、
弦ＳＴＲにおける振動の伝播をシミュレーションする部
分との分離を行う。

【００３４】図２３は上記モデル＜１＞（図１１）と全
く等価な構成を示すブロック図である。図２３と図１１
とでは、弦ＳＴＲの長さＬ１相当の部分に対応したＦＩ
Ｒフィルタ３７と位相反転回路３８との位置関係、およ
び長さＬ２相当の部分に対応したＦＩＲフィルタ３３と
位相反転回路３８との位置関係が逆になっているが、両
者においては全く同じ動作が行われる。まず、図２３に
示す構成において、加算器３２を３入力の加算器３２ａ
に置き換えると共に加算器３６を省略する。そして、Ｆ
ＩＲフィルタ３７および位相反転回路３８と全く同様な
構成のＦＩＲフィルタ３７ａおよび位相反転回路３８ａ
からなる直列回路を追加し、ＦＩＲフィルタ３７ａに乗
算器４３の出力を入力する。そして、乗算器４３の出力
、ＦＩＲフィルタ３７の出力および位相反展開路３８ａ
の出力を加算器３２ａによって加算して位相反転回路３
４に供給するようにする。この変更により、図２４に示
す構成が得られる。図２３および図２４のいずれの構成
においても、乗算器４３の出力信号と、この出力信号が
長さＬ１相当のＦＩＲフィルタおよび位相反転回路を通
過することによって得られる信号とを加算したものが、
位相反転回路３４に入力される。従って、図２４の構成
においては、図２３の構成において得られた動作と全く
等価な動作が得られる。次に図２４の構成において、Ｆ
ＩＲフィルタ３３の出力の加算器４１に対する供給をな
くすと共に、位相反転回路３４およびＦＩＲフィルタ３
３と全く同様な構成の位相反転回路３４ａおよびＦＩＲ
フィルタ３３ａからなる直列回路を加算器３２ａの出力
端に接続し、ＦＩＲフィルタ３３ａの出力を加算器４１
に供給するように変更する。この変更により、図２５に
示す構成が得られる。図２４および図２５のいずれの構
成においても、ＦＩＲフィルタ３７の出力信号と、加算
器３２ａの出力信号が位相反転回路および長さＬ２相当
のＦＩＲフィルタを通過することによって得られる信号
とを加算した信号が乗算器４２を介して励振回路５０に
帰還される。従って、図２５の構成によれば、図２４お
よび２３の各構成における動作と全く等価な動作が得ら
れる。このようにして、弦ＳＴＲとハンマＨＭとの相互
作用に係る要素をすべてループの外に集めることができ
、最終的にループ内には、１本の弦ＳＴＲに対応した高
次のＦＩＲフィルタを設けることができる。この結果、
上記振幅応答の誤差の軽減を図ることができる。

【００３５】そして、図２５の構成におけるＦＩＲフィ
ルタ３３および３７と位相反転回路３４および３８を多
段のオールパスフィルタ３００−１〜３００−ｎに置き
換えることにより、図２６にその構成を示すモデル＜３
＞が得られる。このモデル＜３＞によれば、ハンマＨＭ
と弦ＳＴＲとの相互作用は高次のＦＩＲフィルタ３７ａ
および３３ａによってシミュレートされ、弦ＳＴＲの挙
動はループ内のオールパスフィルタ３００−１〜３００
−ｎによってシミュレートされる。このように振幅特性
が重要であるループ回路内にはオールパスフィルタを介
挿し、位相応答が重要なハンマＨＭと弦ＳＴＲとの相互
作用に係る部分にはＦＩＲフィルタを介挿したので、弦
ＳＴＲの振動波形を正確に再現すること、およびハンマ
ＨＭと弦ＳＴＲとの相互作用を正確に再現することを両
立させることができる。

【００３６】モデル〈４〉：ひなり音合成を可能にした
楽音合成部弦ＳＴＲを伝播する振動には、弦に対して垂直な方向の
振幅を有する横振動と、弦の水平方向（軸方向）の振幅
を有する縦振動とがある。ここで、縦振動は、ハンマＨ
Ｍが弦ＳＴＲに衝突した際に弦ＳＴＲが縦方向に伸びる
ことに起因して生じる粗密波であり、横振動に比べて十
数倍の速さで伝搬する。実際、ピアノを強く弾いてみる
と、基音の十数倍あたりの高さの特徴的な音を聴くこと
ができるが、これが弦の縦振動によるひなり音と呼ばれ
ているものである。ひなり音は弱いタッチの時には殆ど
聞こえないが、強いタッチになると急激に大きくなる（
ひなり音の強さはタッチの二乗、もしくは横方向振幅の
二乗の大きさとなる）。これまでに説明した各モデルは
いずれも横振動のみをシミュレートしたものであるが、
本モデル＜４＞は横振動に加えて縦振動をもシミュレー
トし、ひなり音を含んだ、より実際のピアノ音に近い楽
音を合成するものである。ただし、厳密にひなり音を合
成することは演算量の膨大化を招き現実的でないため、
本モデル＜４＞においては、図２７に示すように、実際
の弦ＳＴＲに対応したループ回路３０とは別に、ひなり
音合成のためのループ回路３０Ｈを図６の構成に対して
追加する。このひなり音合成のためのループ回路３０Ｈ
は、遅延回路３１Ｈ、加算器３２Ｈ、フィルタ３３Ｈ、
加算器３９Ｈ、位相反転回路３４Ｈ、遅延回路３５Ｈ、
加算器３６Ｈおよび位相反転回路３８Ｈがループ状に接
続されてなるものであり、遅延回路３１Ｈおよび３５Ｈ
は遅延回路３１および３５に比べて遅延段数が少なく、
フィルタ３３Ｈは低次のフィルタである。乗算器４３の
出力信号Ｆ／２（ハンマＨＭによって弦ＳＴＲに及ぼさ
れる力に対応）は、ループ回路３０に注入される一方、
乗算器８１によって二乗され、その結果に対し、乗算器
８２によって入力ゲインｇ１が乗算され、加算器３２Ｈ
および３６Ｈからループ回路３０Ｈに注入される。また、ブリッジＴ２に対応した位相反転回路３４の入力
端の信号が、弦ＳＴＲの横振動に対応した信号が採り出
され、この信号が乗算器８３によって二乗され、その結
果に対し、乗算器８４によってゲインｇ２が乗算され、
加算器３９Ｈからループ回路３０Ｈに注入される。そし
て、ループ回路３０を伝播する横振動に対応した信号と
、ループ回路３０Ｈを伝播する縦振動（ひなり音）に対
応した信号が各々取り出され、加算器８５によって加算
され、楽音信号として出力される。なお、弦ＳＴＲを複
数弦に拡張した場合、ひなり音合成用のループ回路もそ
れぞれの弦に対応し用意した方がよいであろう。

【００３７】モデル〈５〉：複数弦による発音をシミュ
レートした楽音合成部実際のピアノは１つの音高に対応し、複数の弦を有して
おり、これらの各弦の特性は微妙にずれているのが普通
である。従って、楽音合成部においても、これら各弦を
シミュレートした回路を各々用意し、各回路のパラメー
タを微妙にずらすことが好ましい。このようにすること
で、楽音にコーラス感、うねりが生じ、実際のピアノ音
らしさが増す。また、各弦をシミュレートした回路間で
信号の授受を行うように構成することで、複数弦間の共
鳴を実現することができる。図２８に複数弦による発音
をシミュレートした本モデル＜５＞による楽音合成部の
構成例を示す。この図において、９１および９２は２本
の弦の各々をシミュレートしたウェーブガイド（双方向
伝送回路）、９３はピアノのフレームもしくは響板等の
共鳴系をシミュレートしたウェーブガイドである。ここ
で、ウェーブガイド９１および９２は伝達特性が微妙に
ずれている。なお、ウェーブガイドについては特開昭６
３−４０１９９号公報において説明されている。図２８
において、各ウェーブガイド９１〜９３の出力は、各々
乗算器９４〜９６によって係数α１〜α３が乗算され、
各乗算結果は加算器９７によって加算される。ここで、
各係数α１、α２、α３には次の関係がある。

【数４】

【００３８】そして、加算器２０２により、加算器９７
の出力信号と、ウェーブガイド９１の出力信号を位相反
転回路２０１によって反転した信号とが加算され、その
加算結果がウェーブガイド９１に帰還される。また、加
算器２０４により、加算器９７の出力信号と、ウェーブ
ガイド９２の出力信号を位相反転回路２０３によって反
転した信号とが加算され、その加算結果がウェーブガイ
ド９２に帰還される。さらに加算器２０６により、加算
器９７の出力信号と、ウェーブガイド９３の出力信号を
位相反転回路２０５によって反転した信号とが加算され
、その加算結果がウェーブガイド９３に帰還される。このような構成によれば、各ウェーブガイド間の信号の
授受が行われ、２本の弦および響板等における共鳴がシ
ミュレートされる。以上、２本弦の場合の例を説明した
が、３本弦、４本弦の場合に本モデルを適用することが
可能であることは言うまでもない。また、本モデルを拡
張し、８８鍵分の弦の間の相互作用をシミュレーション
してもよい。

【００３９】モデル〈６〉：連続発音に対応した楽音合
成部本モデル＜６＞は、連続的に押鍵操作がなされる場合に
対応し、発音制御を行う手段を、図６の構成に付加する
ことによって実現される。すなわち、本モデル＜６＞に
おいては、ａ．ハンマＨＭの先端部が弦ＳＴＲから離れ、静止状態
における位置まで戻った時、ｂ．離鍵の検出が行われた時、ｃ．ハンマＨＭの先端部が上記静止状態における位置に
なる戻る前に、次の押鍵操作がなされた時、の各時点に
おいて、ハンマＨＭの変位を演算する積分器５７、ハン
マＨＭの速度を演算する積分器５６がリセットされる。また、上記ａ〜ｃの各時点において、図１における積分
器１３もリセットされることにより、ハンマ速度信号Ｈ
Ｖがリセットされ、次の押鍵操作を待機する状態となる
。弦ＳＴＲの変位を演算する積分器５４は上記ａ〜ｃの
各場合にリセットしてもよい。しかし、このリセットを
敢えて行わないことにより、弦ＳＴＲの振動が充分に減
衰しないうちに、次の押鍵操作によってハンマＨＭが接
触する場合をシミュレーションすることができる。この
場合、積分器５４には入力信号の誤差やＤＣ成分が蓄積
し出力されてしまう。そこで、積分器５４として、図２
９に示すゲイン付きの積分器を用いる。図３０にゲイン
付き積分器の周波数特性Ｓ１および通常の積分器の周波
数特性Ｓ２を例示する。図３０に示すように、ゲイン付
き積分器は、通常の積分器に比べ、低周波領域における
利得が低くなる。従って、積分器５４として、ゲイン付
き積分器を用いることにより、上記誤差あるいはＤＣ成
分の蓄積を低減することができる。この場合、ゲインｇ
はピアノの最低音、人が連続打鍵しうる周期などを考慮
して適当に選ぶ。また、上記ａ〜ｃの各場合にではなく
、加速度ピックアップ２４（図２）の出力レベルを判断
することにより、各積分器の初期化を行ってもより。例
えば、図３１は連続して鍵盤が叩かれたときの加速度ピ
ックアップ２４の出力信号波形であるが、この出力信号
波形におけるゼロクロス点Ｐ０（負→正に移行するタイ
ミング）を検出した時点で上記リセット動作を行っても
よい。

【００４０】モデル＜７＞：ダンパを考慮した楽音合成
部実際のピアノにおいて、ハンマによる打弦とダンパによ
るミュートが同時に起こることはない。このため、図６
の構成において、各パラメータ、すなわち、各乗算器の
乗算係数−１／Ｍ，Ｓ，Ｒ等の切り換え等簡単な操作を
行うことにより、同一の構成を用いて、ハンマによる打
弦のシミュレーションとダンパによるミュートのシミュ
レーションを行うことができる。その第１の具体的を図
３２に示す。図３２に示す構成によれば、電源を投入し
た時、もしくはパラメータを操作し登録した時等に、ハ
ンマおよびダンパに対応した各パラメータが一旦係数レ
ジスタＲＥＧ１およびＲＥＧ２に各々格納される。そし
て、押鍵操作がなされてキースイッチ信号ＫＯＮ／ＫＯ
ＦＦが立ち上がると、係数レジスタＲＥＧ１からハンマ
用パラメータが読み出され、励振回路５０の各部に設定
され、打弦のシミュレーションが行われる。次いで押下
中の鍵が離鍵されてキースイッチ信号ＫＯＮ／ＫＯＦＦ
が立ち下がると、係数レジスタＲＥＧ２からダンパ用パ
ラメータが読み出されて励振回路５０の各部に設定され
、ダンパによるミュートのシミュレーションが行われる
。

【００４１】ダンパを考慮した第２の具体例を図３３に
示す。この第２の具体例は、上記第１の具体例に加え、
ループ回路３０内に通過特性を制御することが可能なロ
ーパスフィルタ３３Ｄを介挿したものである。ミュート
を行わない場合のシミュレーションを行う際には、ロー
パスフィルタ３３Ｄは無効とされ、加算器３２の出力は
そのままフィルタ３３に供給される。一方、ミュートを
行いながらピアノを弾く場合のシミュレーションを行う
際にはローパスフィルタ３３Ｄに所定のフィルタ係数が
与えられ、ダンパによって弦ＳＴＲに与えられる音響損
失がシミュレーションされる。なお、離鍵操作がなされ
たことは上記のようにキースイッチ信号ＫＯＮ／ＫＯＦ
Ｆによって判断する他、加速度ピックアップ２４から負
のパルスが発生されるのを検出することによって判断す
ることができる。この場合、ダンパ用のパラメータの設
定が完了した後、加速度ピックアップ２４からの負のパ
ルスをそのままダンパの加速度に相当する信号として、
図６における積分器５６に入力してもよい。また、負の
パルスを積分したものをハンマ速度信号ＨＶの代りに入
力してもよい。このようにすることで、リリースタッチ
に応じてミュートが制御され、多彩なリリース感が実現
される。

【００４２】［メカ雑音の生成に係る構成］ピアノを弾
いた場合、弦の振動による音、および弦の振動が響板あ
るいはフレーム等の共鳴系に伝播することによって発生
される音が聞こえるが、それ以外に、いわゆるメカ雑音
（メカノイズ）が聞こえてくる。このメカ雑音とは鍵が
台座にあたったりアクションがこすれたりすることによ
って発せられるもので、これらは多かれ少なかれピアノ
音を特徴づけている。従って、メカ雑音をシュミレーシ
ョンすることによってリアリティ（特にアタック部）を
向上させることができる。このメカ雑音もいわゆる直接
音とそれが共鳴系を通りフィルタリングされた音、さら
に駒から弦に注入されて放音される音等かなり複雑な経
路をたどって我々の耳に聞こえてくる。

【００４３】このメカ雑音の発生をシミュレートするた
め、鍵に取り付けた加速度ピックアップ２４の出力を利
用する。鍵が台座にあたった時に台座に与える加速度に
対応した信号ＭＫは、図３４に示す加速度ピックアップ
２４の出力波形における負の領域に相当する部分からオ
フセットＯＦＦＳＥＴを減じた部分を、上述した図３あ
るいは図９に示す構成によって抽出することにより得ら
れる。このようにして得られた信号ＭＫをＡ／Ｄ変換し
、フレームや響板の特性を近似したフィルタ４（図１）
に通し、楽音合成部１５からの出力と加算する。この場
合、図３５に示すように、各鍵に対応した信号ＭＫ、Ｍ
Ｋ、…を加算した後でＡ／Ｄ変換するのが経済的に見て
現実的である。しかし、より実際のピアノに近いメカ雑
音を発生する必要がある場合には、図３６に示す構成を
用いる。この構成においては、各オクターブ単位で信号
ＭＫ、ＭＫ、…が加算されて出力される。そして、各オ
クターブ毎の信号ＭＫ、ＭＫ、…の加算結果を各々Ａ／
Ｄ変換器３−１〜３−ｍ（ｍはオクターブ数）によって
Ａ／Ｄ変換され、各々特性の異なったフィルタ４−１〜
４−ｍを通過し、楽音合成部からの楽音信号と加算され
る。

【００４４】さて、上記メカ雑音の他、ピアノ本体に衝
撃を与えた時に弦に発生する弦なりがある。これは駒、
もしくはブリッジよりフレームの揺れが弦に注入される
ことにより発生するものである。この弦なりも、メカ雑
音発生のためのフィルタ４の出力を、楽音合成部１５に
おける駒、またはブリッジに対応する位置（例えば図６
における位相反転回路３４の入力端）に注入することで
再現することができる。なお、上記のように加速度ピッ
クアップ２４から得られる信号をフィルタ４に入力する
以外に、ハンマの衝撃に相当する波形をメモリに記憶し
ておき、この波形を読み出してフィルタ４に与えるよう
にしてもよい。その他、加速度ピックアップ２４を利用
せず、台座に圧力センサを取り付けその出力を利用して
もよく、また、メカ雑音の波形そのものをメモリに記憶
しておき、出力段において楽音信号と加算してもよい。

【００４５】［共鳴系］一般に聴取されるピアノ音は、
純粋な弦の振動に基づくもののみではなく、弦の振動が
響盤、フレーム等によって畳み込まれた結果得られる合
成音を含む。従って、楽音合成部１５によって得られた
楽音信号を共鳴系に入力することが考えられる。共鳴系
は、ウェーブガイド、あるいはコムフィルタとオールパ
スフィルタとを組合せた構成等によって実現することが
できる。ところで、ピアノの共鳴特性は発音する弦の位
置によってかなりの差がある。そこで、各弦に対応した
楽音合成部毎に共鳴系を設けるのが理想的であるが、演
算量からみて現実的ではない。従って、８８鍵分の楽音
信号を加算し共鳴系の入力とする方法と、１オクターブ
に一つ程度の割合で共鳴系を用意する構成が現実的であ
る。この場合、各共鳴系の特性はその音域に準じたもの
を用いる。また、弦と響板の結合をシュミレートするた
めに共鳴系出力を楽音合成部１５にフィードバックして
もよい。

【００４６】［全音発音でない鍵盤電子楽器への応用］
以上説明した鍵盤電子楽器は、基本的に全音発音のモデ
ル（例えば８８鍵、８８音源）である。しかし、本発明
は、例えば８８鍵で１６音源、８８鍵で３２音源等、鍵
の数と音源の数とが異なる鍵盤電子楽器にも適用するこ
とができる。ただし、全音発音のモデルであれば、ＣＰ
Ｕ１がキーコード、発音数の認識、音源の割当等をする
必要がないが、全音発音モデルでないときにはＣＰＵ１
がキーアサインを行う必要がある。また、全音発音モデ
ルでない場合、音高の異なった楽音を同一の音源によっ
て発音することとなるが、この場合、音高に応じて高次
ＦＩＲフィルタの係数を切り換える必要が生じる。この
ことを可能にするため、各キーコードに対応したフィル
タ係数を計算した結果を予め係数レジスタに格納してお
き、キーオンイベントがあった場合にＣＰＵ１がキーコ
ードに対応したフィルタ係数を係数レジスタから読み出
し発音を行う音源に供給するように構成する。この場合
、低音弦ほどフィルタの次数が高く、高音弦に対し数十
倍もの差があるので、係数レジスタの容量をキーコード
毎によって変えると、メモリ容量を節約することができ
る。

【００４７】［一般的な音源を有する鍵盤電子楽器への
応用例］本発明は、ＦＭ音源、波形読み出し方式の音源
等を備えた鍵盤電子楽器に適用することが可能である。その場合の構成例を図３７に示す。この構成によれば、
加速度ピックアップ２４から出力される加速度検出信号
は減算器１９によって重力加速度相当の信号ｇが減じら
れ、積分器１３によって積分される。そして、積分器１
３の出力がＡ／Ｄ変換器１４に入力され、図３８に示す
ハンマＨＭの速度を示す信号ＶがＡ／Ｄ変換器１４から
出力され、積分器２７およびラッチ２９に入力される。ここで、積分器２７は、押鍵の開始によりスイッチ２５
がオン状態になることにより、図３８におけるハンマＨ
Ｍと弦ＳＴＲとの初期変位に相当する信号値Ｘ０が初期
設定される。そして、積分器２７によって信号Ｖが積分
され、該積分結果、すなわち、ハンマＨＭの変位を示す
信号Ｘが比較器２８に与えられる。そして、図３９およ
び４０に示すように、信号Ｘが弦ＳＴＲの静止位置に対
応した値Ｘ０に達すると（すなわち、ハンマＨＭが弦Ｓ
ＴＲに衝突すると）、比較器２８の出力が立ち上がり、
その時点における信号Ｖがラッチ２９に取り込まれ、Ｆ
Ｍ音源等にヴィロシティ信号として供給される。なお、
このヴィロシティ信号をＭＩＤＩ音源に供給することが
可能であることは言うまでもない。

【００４８】以下、図３９および４０を参照し、鍵をゆ
っくり深く押した場合、および素早く鍵を押した場合の
各場合について、本構成の動作と、従来のスイッチＳＷ
１およびＳＷ２を用いた構成（図４１）における動作と
を比較する。まず、鍵をゆっくり深く押した場合は、図
３９に示すように、スイッチＳＷ２が確実にオン状態に
なるため、スイッチＳＷ１およびＳＷ２がオン状態にな
る時間差を検出することによって鍵速度を検出すること
ができる。しかし、鍵を素早く押した場合は、スイッチ
ＳＷ２がオン状態になる前に鍵が返ってしまったりする
ため、スイッチＳＷ１のオン状態を検出することができ
ても、スイッチＳＷ２のオン状態を検出することができ
ないことがある。また、スイッチＳＷ２がオン状態にな
ったとしても、図４０に示すようにスイッチＳＷ２のオ
ン状態になるタイミングが不安定になったり、非常に遅
れたりする。本構成によれば、押鍵によるハンマＨＭの
挙動が忠実にシミュレーションされるため、押鍵タッチ
を正確にヴィロシティ信号に反映させることができる。また、本構成によれば、押鍵速度が速い場合には、図４
０に示すように信号Ｘが極めて早く立ち上がるので、鍵
が押込まれる（従来の構成におけるスイッチＳＷ２がオ
ン状態になる時点に対応）前にヴィロシテイ信号を発生
することができ、速い押鍵に対する応答性がよいという
利点が得られる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
演奏者によって操作される操作子と、前記操作子に作用
する加速度に応じた加速度信号を出力する加速度検出手
段と、前記加速度信号を時間積分した速度信号を出力す
る積分手段と、前記速度信号に基づいて楽音を合成する
楽音合成手段とを設けたので、演奏者が操作子を操作す
るときのタッチが忠実に楽音に反映され、演奏における
表現力を向上させ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】

【図１】　　この発明の一実施例による鍵盤電子楽器の
基本構成を説明するブロック図である。

【図２】　　同実施例における鍵ＫＥＹｊの構成を説明
する図である。

【図３】　　同実施例における押鍵検出に係る部分の構
成を示すブロック図である。

【図４】　　図３における各部の信号波形を示す波形図
である。

【図５】　　同実施例において各種タッチによる押鍵が
なされた場合の各信号波形を示す波形図である。

【図６】　　同実施例における楽音合成部１５の構成例
を示すブロック図である。

【図７】　　同楽音合成部１５において行われる非線形
変換を説明する図である。

【図８】　　同楽音合成部１５において行われる非線形
変換を説明する図である。

【図９】　　同実施例において押鍵検出に係る部分の別
の構成例を示すブロック図である。

【図１０】　　ピアノの弦に現れる振動波形を示す波形
図である。

【図１１】　　楽音合成部１５の他の構成例であるモデ
ル＜１＞の構成を示すブロック図である。

【図１２】　　楽音合成部１５がシミュレートするピア
ノの弦ＳＴＲおよびハンマＨＭを示す図である。

【図１３】　　１次オールパスフィルタを構成例を示す
ブロック図である。

【図１４】　　１次オールパスフィルタの構成例を示す
ブロック図である。

【図１５】　　１次オールパスフィルタの位相特性を例
示する図である。

【図１６】　　ピアノ弦における位相特性を例示する図
である。

【図１７】　　２オールパスフィルタの構成例を示すブ
ロック図である。

【図１８】　　多次オールパスフィルタの構成例を示す
ブロック図である。

【図１９】　　格子型オールパスフィルタの構成例を示
すブロック図である。

【図２０】　　図１９における第ｎ段目の構成を示すブ
ロック図である。

【図２１】　　楽音合成部１５のループ回路３０に高次
ＦＩＲフィルタを介挿した場合における振幅応答を例示
する図である。

【図２２】　　楽音合成部１５のループ回路３０に低次
ＦＩＲフィルタを介挿した場合における振幅応答を例示
する図である。

【図２３】　　楽音合成部１５の変形例を示すブロック
図である。

【図２４】　　楽音合成部１５の変形例を示すブロック
図である。

【図２５】　　楽音合成部１５の変形例を示すブロック
図である。

【図２６】　　楽音合成部１５の他の構成例であるモデ
ル＜３＞の構成を示すブロック図である。

【図２７】　　楽音合成部１５の他の構成例であるモデ
ル＜４＞の構成を示すブロック図である。

【図２８】　　楽音合成部１５の他の構成例であるモデ
ル＜５＞の構成を示すブロック図である。

【図２９】　　楽音合成部１５の他の構成例であるモデ
ル＜６＞に使用するゲイン付積分器の構成を示すブロッ
ク図である。

【図３０】　　図２９に示すゲインツ付積分器の周波数
特性を例示する図である。

【図３１】　　モデル＜６＞の動作を示す波形図である
。

【図３２】　　楽音合成部１５の他の構成例であるモデ
ル＜７＞の構成を示すブロック図である。

【図３３】　　モデル＜７＞の他の構成例を示すブロッ
ク図である。

【図３４】　　同実施例においてメカ雑音を発生する動
作を説明する波形図である。

【図３５】　　同実施例におけるメカ雑音の発生に係る
部分の構成を示すブロック図である。

【図３６】　　同実施例におけるメカ雑音の発生に係る
部分の他の構成を示すブロック図である。

【図３７】　　この発明を一般的な音源を備えた鍵盤電
子楽器、あるいはＭＩＤＩ音源に応用する場合の構成例
を示すブロック図である。

【図３８】　　図３７の構成においてシミュレートされ
るピアノのハンマＨＭを示す図である。

【図３９】　　図３７の構成の動作および従来の構成の
動作を比較説明する波形図である。

【図４０】　　図３７の構成の動作および従来の構成の
動作を比較説明する波形図である。

【図４１】　　従来の鍵盤電子楽器の構成を示すブロッ
ク図である。

【図４２】　　従来の鍵盤電子楽器の問題点を説明する
図である。

【符号の説明】

ＫＥＹｊ……鍵、２４……加速度ピックアップ、１３…
…積分器、１５……楽音合成部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　演奏者によって操作される操作子と、
前記操作子に作用する加速度に応じた加速度信号を出力
する加速度検出手段と、前記加速度信号を時間積分した
速度信号を出力する積分手段と、前記速度信号に基づい
て楽音を合成する楽音合成手段とを具備することを特徴
とする電子楽器。