JPH0437800A - 楽音合成装置 - Google Patents

楽音合成装置

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JPH0437800A
JPH0437800A JP2143736A JP14373690A JPH0437800A JP H0437800 A JPH0437800 A JP H0437800A JP 2143736 A JP2143736 A JP 2143736A JP 14373690 A JP14373690 A JP 14373690A JP H0437800 A JPH0437800 A JP H0437800A
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Kahoru Kobayashi
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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」 この発明はピアノ音等の打弦楽器音、ギター音等の撥弦
楽器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」 自然楽器の発音メカニズムをシミュレートしたモデルを
動作させ、自然楽器音を合成する楽音合成装置が知られ
ている。打弦楽器あるいは撥弦楽器の楽音合成装置とし
ては、弦における振動の伝播遅延をシミュレートした遅
延回路および弦における音響損失をシミュレートしたフ
ィルタを含んだループ回路と、このループ回路に撥弦あ
るいは打弦の際の励起振動に相当する励起信号を入力す
る励振回路とからなる構成のものが知られている。
なお、この種の楽音合成装置は、例えば特開昭63−4
0199号公報あるいは特公昭58−58679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、ピアノの場合、各弦は各々形状、硬さおよ−
5び質量の異なったハンマによって打撃される。さらに
詳述すると、低音部の弦を打撃するハンマは、第11図
(a)に示すように丸い形状であって打撃部のフェルト
も厚くて柔らかく、かつ、ハンマ全体の質量が大きいが
、高音部の弦を打撃するハンマは、第11図(b)に示
すように先細り形状であって打撃部のフェル゛トも薄く
て硬く、かつ、ハンマ全体の質量は小さい。従って、−
数的にピアノにおいては、低音部は柔らかい音色で発音
され、高音部は硬い音色で発音される。しかしながら、
上述した従来の楽音合成装置は、ピアノのように音高に
よって構造の異なった励振機構を有する楽器のシミュレ
ートがなされておらず、自然楽器の音を忠実に再現する
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、
構造の異なった複数の励振機構を有する自然楽器の楽音
を忠実に再現することができる楽音合成装置を提供する
ことを目的とする。
「課題を解決するための手段」 この発明は、個有の共振特性を有する発音体と前記発音
体に励起振動を与える発音操作子とからなる自然楽器の
楽音を合成する楽音合成装置において、 所望の楽音に対応したパラメータを発生するIくラメー
タ発生手段と、 少なくとも前記パラメータによって遅延時間が制御され
る遅延素子を含んだループ手段と、前記発音操作子が前
記発音体に与える励起振動に相当する励振信号を前記パ
ラメータを用いて演算し、前記ループ回路に入力する励
振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、所望の楽音に対応したパラメータを
用いて励起信号が演算され、この励振信号がループ手段
に入力され、ループ手段が共振状態となることにより、
楽音が発生される。
「実施例」 以下、図面を参照し、この発明の詳細な説明する。
第1図はこの発明の一実施例による楽音合成装置の構成
を示すブロック図である。■は電子楽器用の鍵盤、2は
鍵情報発生部である。ここで、鍵盤1において押鍵操作
がなされた場合、押下された鍵のキーコード情報KC1
鍵が押下されていることを示すキーオン信号KONおよ
び押鍵の際の強さを示すイニシャルタッチ情報ITか鍵
情報発生部2から出力され、押下中の鍵が離鍵された場
合にはキーオフ信号KOFFが出力されるようになって
いる。
3は弦系パラメータ形成部であり、第2図に示すように
、マイクロプロセッサ31およびROM(リードオンリ
メモリ)によって実現されるパラメータメモリ32から
なる。マイクロプロセッサ31はキーコード情報KC、
キーオン信号K ONおよびキーオフ信号KOF’Pが
入力され、キーコード情報KCに対応した遅延情報T1
〜T1、フィルタ演算用係数Cl−C6および乗算係数
に、−に、を発生する。これらの各情報のうち、遅延情
報T1〜T、およびフィルタ演算用係数C,−C,は、
第3図に示すように、パラメータメモリ32内に各情報
の種類毎に区別されて記憶されており、キーオン信号K
ONがアサートされた場合に、キーコード情報KCに対
応したものがマイクロプロセッサ31によって読み出さ
れて出力されるようになっている。なお、これらの各情
報T1〜T、、C,〜C0およびに1〜に、の意味する
所については後述する。
4はハンマ系パラメータ形成部であり、第4図にその構
成を示す。同図において、セットリセット型フリップフ
ロップ43はキーオン信号KOIによってセットされ、
フリップフロップ43のQ出力は、所定の周期で発生さ
れるクロックφによってプレイド型フリップフロップ4
4に取り込まれ、フリップフロップ44のQ出力によっ
てフリップフロップ43がリセットされるようになって
いる。
また、ANDゲート42はクロックφおよびフリップフ
ロップ43のQ出力が入力され、ANDゲート42の出
力は出力イネーブル信号OEとしてROM41に入力さ
れる。このROM41にはイニシャルタッチ情報ITに
対応したハンマ速度を示す情報が記憶されている。
しかして、このハンマ系パラメータ形成部4によれば、
キーオン信号KONがアサートされた後、クロックφの
1周期相当の期間、ROM41がイネーブルされ、イニ
シャルタッチ情報ITに対応したハンマ速度信号vhが
出力される。
5は楽音形成部であり、第5図にその構成を示す。この
楽音形成部5は、3本弦のピアノの楽音を形成するもの
である。第5図において、フィルタ51!、加算器51
2、遅延回路513、乗算器514、加算器515、フ
ィルタ516、加算器517、遅延回路518および位
相反転回路519からなるループ回路510、および、
このループ回路510と同様な構成のループ回路520
.530によって各弦における振動の往復伝播がシミュ
レートされている。
遅延回路513および518は、第1の弦における振動
の伝播遅延をシミュレートした遅延時間可変の遅延回路
であり、前述の遅延情報T、およびT、によって遅延時
間が制御される。同様に、第2の弦に対応した遅延回路
523および528には遅延情報T、およびT4が供給
され、第3の弦に対応した遅延回路533および538
には遅延情報T、およびT、が供給される。この種の遅
延時間可変の遅延回路は、例えば人力信号を遅延させる
シフトレジスタとこのシフトレジスタの各段の遅延出力
を遅延情報に従って選択して出力するセレクタとによっ
て実現することができる。
実際のピアノの場合、3本の弦の張力は常に同じとはな
らず、これに起因したデチューン効果が現れる。従って
、通常のピアノにおいて発生し得るデチューン効果を考
慮し、ループ回路510.520および530の各々の
総遅延時間は、はぼ音高に対応した値であり、がっ、互
いに微妙にずれた状態となるように遅延情報T I””
 T Iが設定される。
フィルタ511および516、フィルタ521および5
26、フィルタ531および536は、各弦における音
響損失をシミュレートしたものである。通常、周波数が
高い程、損失が大きいため、これらのフィルタはローパ
スフィルタによって実現される。各フィルタ51!およ
び51G、フィルタ521および526、フィルタ53
1および536には、前述のフィルタ演算用係数01お
上びC1、C1およびC4、C1およびC,が各々与え
られ、これらに基づいてキーコード情報KCに対応した
フィルタ演算が行われる。
位相反転回路619および乗算器514、位相反転回路
529および乗算器524、位相反転回路539および
乗算器534は、各弦の両端部において振動が反射され
る際に起こる位相反転現象をンミュレートするために設
けられたものであり、楽音発生中、乗算器514.52
4および534には、各々、負の乗算係数に5、k、お
よびに3が弦系パラメータ形威部3によって与えられる
。また、離鍵に伴ってキーオフ信号KOFFが発生され
ると、乗算係数に、、 k、およびに、は弦系パラメー
タ形成部3によって絶対値の小さな値に切り換えられ、
楽音の急速減衰が行われる。
ループ回路510における遅延回路513の出力信号は
、乗算器M、によって乗算係数に、か乗じられ、加算器
525を介してループ回路520内に導入される。また
、遅延回路513の出力信号は、乗算器M、によって乗
算係数に6が乗じられ、加算器535を介してループ回
路530P’11.:導入される。同様に、ループ回路
520における遅延回路523の出力信号は、乗算器M
、(乗算係数に、)および加算器515を介してループ
回路520内に導入されると共に、乗算器M、(乗算係
数に、)および加算器535を介してループ回路530
内に導入される。さらに、ループ回路530における遅
延回路533の出力信号は、乗算器M、(乗算係数ks
)および加算器515を介してループ回路510内に導
入されると共に、乗算器M、(乗算係数に、)および加
算器525を介してループ回路520内に導入される。
このような構成によれば、ループ回路510.520お
よび530の相互間において信号の授受が行われ、3本
の弦の相互干渉がシミュレートされる。各乗算係数に4
〜に、は、実現しようとする3本弦の相互干渉の度合に
応じたものが設定される。
次に励振回路550について説明する。この励振回路5
50では、ハンマによって弦に与えられる励起振動に相
当する励振信号が生成される。ル−ブ回路530におけ
るフィルタ531および536の各出力は加算器551
に入力され、加算器551から弦の速度に相当する弦速
度信号Vs、か出力される。この弦速度信号Vs、に乗
算器552によって係数5adaが乗算される。なお、
この係数sadmについては後述する。
乗算器552の出力信号5ada−Vs、は、加算器5
53およびlサンプル周期遅延回路554からなる積分
回路555によって積分される。そして、積分回路55
5から、第9図に示すピアノの弦SPの基準線REFか
らの変位に相当する弦変位信号Xが出力され、弦変位信
号Xは減算器556の一方の入力端に入力される。ここ
で、減算器556のもう一方の入力端には後述する積分
器566から出力されるハンマHMの変位(第9図参照
)に相当するハンマ変位信号yが入力される。そして、
減算器556から、ハンマHMと弦SPとの相対変位に
相当する相対変位信号y−xが出力される。
ここで、弦SPがハンマHMに食い込んでいる場合、y
−xは正となり、弦SPとハンマ)(Mとの間にはその
食い込み量に応じた反撥力が働く。
方、弦SPのハンマHMが軽く触れているだけの状態あ
るいは弦SPからハンマHMが離れている場合、y−X
は0あるいは負であり、反撥力はOである。
非線形回路557は、キーコード情報KCおよび相対変
位信号y−xに基づいて弦SPとハンマHMとの反撥力
に相当する反撥力信号Fを演算するものであり、第6図
に示すように、ROM557a、557bおよび乗算器
557Cからなる。ROM557gには第7図に示す例
えば2次曲線等の非線形関数のテーブルが記憶されてい
る。ま1こ、ROM557bにはキースケーリング係数
SCのテーブルが記憶されており、キーコード情報KC
に対応したものが読み出されて乗算器557Cに乗算係
数として与えられる。具体的には、第8図に示すように
、KC=21(最低音A1に対応)の場合に5C=1、
KC=108(最高音C8に対応)の場合に5C=S(
Sは所定の最大値)となるように、キーコード情報KC
に対してリニアに変化するキースケーリング係数SCが
乗算器557Cに与えられる。乗算器557cては、相
対変位信号y−Xとキースケーリング係数SCとの乗算
が行われる。そして、その乗算結果がROM557aに
アドレスとして供給され、ROM557aから反撥力信
号Fの信号値が読み出される。
しかして、この非線形回路557によれば、キーコード
情報KCが小さい場合は、第1O図に符号Bによって示
すように、相対変位信号y−Xの変化に対し、緩やかに
変化する反撥力信号Fが得られ、キーコード情報KCが
大きい場合は、符号Aによって示すように、相対変位信
号y−xの変化に対し、急勾配で変化する反撥力信号F
が得られる。
反撥力信号Fは、ループ回路510の加算器512.5
17、ループ回路520の加算器522527、ループ
回路530の加算器532,537に入力される。本来
ならば、反撥力信号Fに対し、弦SPの速度変化に対す
る抵抗に相当する係数を乗じて弦SPの速度変化分を算
出し、その1/2を各ループ回路51O〜530に入力
すべきところであるか、本実施例では、上述した乗算係
数5ad11を調整することにより、上記速度変化に対
する抵抗等を考慮している。
また、反撥力信号Fは乗算器567によって係数fad
mを乗じられ、ハンマl−(Mによって弦SPに与えら
れる速度変化分に相当する弦速度信号βSか得られる。
この弦速度信号βSか遅延回路568によって!サンプ
ル周期遅延され、積分器555に入力される。このよう
にすることにより、弦SPがハンマHMによって叩かれ
ることによって変位する現象がノミュレートされる。
また、反撥力信号Fは乗算器559に入力される。ここ
で、乗算器559には、係数変換部558によって演算
されるキーコード情報KCに対応したハンマHMの慣性
11Mの逆数−1/Mが乗算係数として与えられる。こ
の結果、乗算器559からハンマ)(Mの加速度に相当
するハンマ加速度信号αが出力される。このハンマ加速
度信号αは、加算器560および遅延回路561からな
る積分器562によって積分され、積分器562からハ
ンマHMの速度変化分に相当するハンマ速度信号βか出
力される。そして、このハンマ速度信号βは、乗算器5
63を介すことにより所定の減衰係数が乗算され、ハン
マ系パラメータ形成部4によって発生されるハンマ初速
度信号vhと共に、加算器564および遅延回路565
からなる積分器566に入力され、積分器566から前
述したハンマ変位信号yが出力される。
各ループ回路における遅延回路513.523および5
33の各出力信号は、各々、乗算器MM 、2およびM
 1 ffによって所定の乗算係数が乗じられ、各乗算
器の出力信号は加算器A、によって加算され、弦SPの
振動によって生じる直接音の楽音信号として出力される
。この楽音信号は、ピアノの響板をシミュレートしたフ
ィルタ6によって共鳴効果が付与された後、図示しない
D/A(デジタル/アナログ)変換器によってアナログ
信号に変換され、スピーカ7から楽音として発音される
以下、本実施例の動作を説明する。打弦前の初期状態に
おいて、ハンマHMは弦SPから離れており、楽音形成
部5において、相対変位信号Y−Xは負の値になってお
り、従って、反撥力信号Fは0となっている。また、遅
延回路554,561および565はすべて0にリセッ
トされている。
鍵盤1の押鍵操作が行われると、鍵情報発生部から当該
鍵のキーコート情報KC、キーオン信号KONおよびイ
ニノヤルタプチ情報ITが出力される。そして、弦系パ
ラメーダ形成部3からキーコード情報KCに対応した遅
延情報T、〜T6、フィルタ演算用係数01〜C,が出
力され、楽音形成部5の対応する各部に設定される。ま
た、ハンマ系パラメータ形成部4によってイニンヤルタ
ッチ情報rTに応じたハンマ初速度が演算され、クロッ
クφの1周期に相当する期間、ハンマ初速度信号vhが
出力され、楽音形成部5における積分器566に与えら
れる。
この結果、積分器566の積分値、すなわち、ハンマ変
位信号yが時間経過と共に負から正に向って変化する。
この期間、弦変位信号xh<0であるため、相対変位信
号y−xは負の値であり(ハンマHMと弦SPとか離れ
1こ状態に対応)、第9図に示すように反撥力信号Fは
Oであり、ハンマ速度信号βは0である。従って、積分
器566ではハンマ初速度信号vhのみが積分される。
そして、相対変位信号y−xが0を越えて(ハンマHM
が弦SPに衝突した状態に対応)正の値になると、非線
形回路557からキーコード情報KCおよび相対変位信
号y−xに応じた大きさの反撥力信号Fが出力される。
そして、この反撥力信号Fに対し、キーコード情報KC
に応じ1こ係数−1/Mが乗算器559によって乗じら
れ、ハンマ加速度信号α(負の値)が演算され、積分器
562によってハンマ加速度信号αが積分されてハンマ
速度信号βが求められる。ここで、ハンマ速度信号βは
負の値となるので、積分器566では、初速開信号vh
がハンマ速度信号βの分だけ減速されて積分が行われ、
ハンマ変位信号yの増加の時間的変化は徐々に鈍くなる
。また、ハンマ反撥力信号Fに応じた弦速度信号βSが
発生されて積分器555によって積分され、弦変位信号
Xか変化する。
この期間、ハンマ変位信号yは正方向(弦SPか食い込
むようなハンマHMの移動方向)に増加し、相対変位信
号y−xが増加する。この結果、反撥力信号Fか増大す
る。ここで、反撥力信号Fは、キーコート情報KCか大
きい(高音)の場合には、第1O図において矢印F1に
よって示すように嘗激に増大し、キーコート情報KCが
小さい(低音)の場合には、矢印F、によって示すよう
に緩やかに増大する。
このようにして発生される反撥力信号Fに従って加速度
信号αが出力される結果、ハンマ速度信号βは負の方向
(ハンマHMが弦SPから離れる方向)に大きくなる。
そして、ハンマ速度信号βの絶対値が初速開信号vhを
越え、ハンマHMの速度の方向が弦SPから離れる方向
に逆転すると、ハンマ変位信号yは負の方向に変化する
。そして、相対変位信号y−xは徐々に小さくなり、そ
れに伴って反撥力信号Fは小さくなる。この場合も、反
撥力信号Fは、第10図に示すように、高音の場合には
矢印F、によって示すように急激に減衰し、低音の場合
には矢印F、によって示すように緩やかに減衰する。そ
して、相対変位信号y−x<Olすなわち、ハンマHM
か弦SPから離れた状態となって打弦動作が終了する。
このようにして打弦動作時における反撥力信号Fが演算
され、この反撥力信号Fが、ハンマHMが弦SPに与え
る速度変化の寄与分、すなわち、励振信号としてループ
回路510,520および530に入力される。そして
、ループ回路510゜520および530の各々におい
て、入力された励振信号が循環する。また、ループ回路
510の循環する信号は、乗算器M、を介してループ回
路520に導入されると共に乗算器M、を介してループ
回路530に導入され、同様に、ループ回路520から
ループ回路510および530への信号の導入、および
ループ回路530からループ回路510および520へ
の信号の導入が行われ、3本の弦の相互干渉がシミュレ
ートされる。
そして、ループ回路510.520および530の各出
力信号が乗算器M l l * M l 2およびM 
13を各々介した後、加算器A、によって加算されて楽
音信号か形成され、この楽音信号に対し、フィルタ6に
よって共鳴効果が付与され、スピーカ7から楽音として
発音される。
なお、以上説明した実施例では、楽音合成装置をデジタ
ル回路で実現する場合について説明したが、アナログ回
路によって実現することも勿論可能であり、デジタル回
路で実現した場合と同様な効果が得られる。また、遅延
回路を含むループ回路として、前述の特開昭63−40
199号公報に開示されているウェーブガイドを利用す
ることも可能である。また、上記実施例ではハンマの慣
性量Mおよびフェルトの弾性特性をシミュレートする非
線形テーブル等を、キーコード情報KCに応じて選択す
るようにしたが、このように実際の自然楽器の機構に忠
実にパラメータを設定するのでなく、自由な音作りを行
うため?こ演奏者が任意に各種パラメータを設定し得る
ように構成してもよい。また、ハンマ系パラメータを、
IIIIのキーコートに対し、複数組容易しておき、音
色スイッチ等の操作に応じて切り換えて使用するように
してもよ(1゜まfコ、上記フェルトの弾性特性を実現
するのに非線形テーブルを用いるのでなく、演算によっ
て求めるようにしてもよい。また、上記実施例では、キ
ーコード情報KCに対し、キースケーリング係数SCを
直線的に変化させたが、実際のピアノにおけるキーに応
じたフェルトの弾性特性の変化を測定し、その測定結果
に合わせて各キーコード情報KCに対応したキースケー
リング係数SCを設定してもよい。また、自由な音作り
を行うために、任意のキースケーリング係数Scを設定
し得るように構成してもよい。また、楽音形成部におい
て使用する各遅延回路は、RAM(ランダムアクセスメ
モリ)であってもよく、アナログ遅延回路であってもよ
い。また、本発明はハードウェアによる実現の他、ソフ
トウェアによる実現も勿論可能である。
「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、個Hの共振特
性を有する発音体と前記発音体に励起振動を与える発音
操作子とからなる自然楽器の楽音を合成する楽音合成装
置において、所望の変音に対応したパラメータを発生す
るパラメータ発生手段と、少なくとも前記パラメータに
よって遅延時間か制御される遅延素子を含んだループ手
段と、前記発音操作子が直配発音体に与える励起振動に
相当する励振信号を前記パラメータを用いて演算し、前
記ループ手段に入力する励振手段とを設けたので、発音
する楽音によって励振機構の構造の異なった自然楽器の
楽音を忠実に合成することか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成装置の構成
を示すブロック図、第2図は同実施例における弦系パラ
メータ形成部3の構成を示すブロック図、第3図は同実
施例におけるパラメータメモリ32の記憶内容を示す図
、第4図は同実施例におけるハンマ系パラメータ形成部
4の構成を示すブロック図、第5図は同実施例における
楽音形成部5の構成を示すブロック図、第6図は同実施
例における非線形回路557の構成を示すブロック図、
第7図は同実施例における非線形テーブルを示す図、第
8図は同実施例におけるキースケーリング係数SCを示
す図、第9図は同実施例がシミュレートするハンマHM
および弦SPの打弦時の状態を示す図、第1O図は同実
施例における相対変位信号y−xに対する反撥力信号F
の変化を例示する図、第11図は一般的はピアノのハン
マの形状を例示する図である。 3・・・・・・弦系パラメータ形成部、4・・・・・・
ハンマ系パラメータ形成部、5・・・・・・楽音形成部
、510,520.530・・・・・・ループ回路、5
50・・・・・・励振回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 個有の共振特性を有する発音体と前記発音体に励起振動
    を与える発音操作子とからなる自然楽器の楽音を合成す
    る楽音合成装置において、 所望の楽音に対応したパラメータを発生するパラメータ
    発生手段と、 少なくとも前記パラメータによって遅延時間が制御され
    る遅延素子を含んだループ手段と、前記発音操作子が前
    記発音体に与える励起振動に相当する励振信号を前記パ
    ラメータを用いて演算し、前記ループ回路に入力する励
    振手段とを具備することを特徴とする楽音合成装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH06222767A (ja) * 1993-01-26 1994-08-12 Yamaha Corp 楽音合成装置
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JP2010107827A (ja) * 2008-10-31 2010-05-13 Kawai Musical Instr Mfg Co Ltd 鍵盤装置及び鍵盤制御方法

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