JPH056174A

JPH056174A - 楽音信号発生装置

Info

Publication number: JPH056174A
Application number: JP3156969A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Funaki; 知之船木; Yasuyuki Umeyama; 康之梅山
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1991-06-27
Filing date: 1991-06-27
Publication date: 1993-01-14

Abstract

(57)【要約】【目的】ピアノの楽音をシミュレートする電子楽器にお
いて、離鍵によるリリース時の楽音を、ダンパーによっ
て弦がダンピングされるときの音に近い音として再現す
る。【構成】離鍵により楽音の振幅を減衰させるためにエン
ベロープＥＮＶのリリース部で波形信号を減衰させる。
ピアノのダンパーによる楽音波形の変形に対応させて、
波形信号の少なくとも最大ピーク部ｐをエンベロープＥ
ＮＶに応じたクリップレベルＣＬでクリップする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、押鍵情報によって楽音
を発生するとともに離鍵情報等によって楽音を減衰して
消音し、ピアノなどの自然楽器をシミュレートできるよ
うにした楽音信号発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子楽器では、発音すべき楽音に
応じた波形信号を発生し、発音時から消音時までの上記
波形信号の振幅に対応するエンベロープ形状を制御する
ことにより、ピアノ等の楽音をシミュレートするように
している。例えば、楽音のエンベロープ全体をいくつか
のステップに分割し、そのそれぞれの目標値とレートか
ら全体のエンベロープ形状を生成するものなどがある。
これらの技術は、例えば特公昭６３−４２２６６号公報
などに示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ピアノにお
いては各弦毎にダンパーが備えられており、押鍵すると
ダンパーが弦から離されてハンマーが打弦し、サスティ
ンペダル等を踏まない状態で離鍵するとダンパーが弦に
当てられ、弦の振動がダンピングされて楽音の音量が減
衰していく。また、このように振動体である弦そのもの
にダンパーを当てて振動をダンピングするので、このダ
ンピング時には、音量が減衰するだけでなく楽音の波形
自体が変形して特徴的な楽音となる。

【０００４】しかしながら、上記従来の技術では、楽音
の減衰のしかたについてはエンベロープ形状を決めるパ
ラメータを適宜選択することによってシミュレートする
ことができるが、このようにエンベロープ形状を制御す
るだけでは楽音の波形に特徴的な変化を与えることがで
きないので、上記のようなダンピング時の楽音を上手く
シミュレートすることができなかった。

【０００５】本発明は、ピアノなどにおけるダンピング
時の楽音を上手くシミュレートすることができる楽音信
号発生装置を提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになした本発明の楽音信号発生装置は、押鍵情報と離
鍵情報を発生する鍵操作情報発生手段と、上記押鍵情報
により発音すべき楽音に応じた波形信号を発生する波形
信号発生手段と、上記離鍵情報により、上記波形信号を
減衰させるとともに波形の少なくとも最大ピーク部をク
リップする振幅波形制御手段とを備えることを特徴とす
る。

【０００７】

【作用】本発明の楽音信号発生装置において、楽音発生
時に例えば図１(A)のような波形信号が振幅波形制御手
段に入力されていると、この振幅波形制御手段は、鍵盤
やペダルなどの離鍵により、例えば図１(B) に示したよ
うにエンベロープＥＮＶで振幅を減衰し、かつ、クリッ
プレベルＣＬで波形の最大ピーク部ｐをクリップした波
形信号を出力する。

【０００８】ここで、図１(B) において、振幅が減衰さ
れた状態はピアノにおけるダンパーによる楽音の減衰に
対応し、クリップされた部分はダンパーによる楽音波形
の変形に対応している。

【０００９】

【実施例】図２は本発明の各実施例の電子楽器のブロッ
ク図であり、波形読出し方式によってグランドピアノの
楽音をシミュレートする電子楽器に本発明を適用したも
のである。

【００１０】図２において、鍵盤１は演奏者による鍵操
作の速度を検出する機構を備えた鍵盤であり、鍵盤イン
ターフェイス１ａは、鍵盤１を走査することによって押
鍵（キーオン）と離鍵（キーオフ）の各イベントを検出
し、イベントのあった鍵のキーコードＫＣ、キーオン信
号ＫＯＮ／キーオフ信号ＫＯＦＦ、押鍵の速度を示す押
鍵速度ＩＴ（イニシャルタッチ）を出力する。

【００１１】ペダル５は、通常の鍵盤楽器に付属するサ
スティンペダルやソフトペダルなどの機能を実現するた
めのもので、ペダルインターフェイス５ａは、ペダル５
の踏込み動作（ペダルオン）と解放動作（ペダルオフ）
の各イベントを検出し、このペダル５の状態を示す情報
を出力する。

【００１２】パネル６は、通常の電子楽器に付属の音色
選択機能や効果の設定などを行う部分であり、パネルイ
ンターフェイス６ａは、パネル６の操作をスキャンして
その操作状態情報や音色情報ＴＣを出力する。

【００１３】ＲＯＭ３には後述説明する制御プログラム
やその他のテーブルデータが記憶されており、ＣＰＵ２
は、ＲＡＭ４内に設定したレジスタや配列変数等を用い
ながらＲＯＭ３の制御プログラムに基づいて電子楽器全
体の動作を制御する。このとき、キーコードＫＣ、押鍵
速度ＩＴ、音色情報ＴＣ、キーオン信号ＫＯＮおよびキ
ーオフ信号ＫＯＦＦは、それぞれバス１０を介してＣＰ
Ｕ２によって読み取られる。

【００１４】音源回路７は、波形メモリ読出し方式の音
源であり、ＣＰＵ２からバス１０を介して入力される各
種データに基づいてディジタルの波形信号Ｗを生成し、
それをサウンドシステム８に出力する。なお、この音源
回路７の構成は、後述の各実施例で説明する。

【００１５】サウンドシステム８は、Ｄ／Ａ変換器、増
幅器などからなり、音源回路７から出力される波形信号
Ｗをアナログ信号に変換し、増幅してスピーカ９から楽
音を出力する。

【００１６】図３はＣＰＵ２における制御プログラムの
フローチャートであり、演奏者の電源投入などの操作に
より、ＣＰＵ２はステップＳ１からメインルーチンの処
理を開始し、ステップＳ１で音源回路７など各種周辺回
路の初期設定などを行う。

【００１７】ステップＳ２では鍵盤インターフェイス１
ａにより鍵盤１の走査を行い、ステップＳ３で鍵のイベ
ントの有無を判定し、イベント無しと判定されたとき
は、ステップＳ８に進む。

【００１８】ステップＳ３の判定で鍵のイベント有りと
判断されたときは、ステップＳ４で、キーオンであるか
キーオフであるかのデータ（ＫＯＮ／ＫＯＦＦ）、キー
コードおよび押鍵速度を、それぞれキーイベント記憶レ
ジスタＫＥＶ、キーコード記憶レジスタＫＣおよび押鍵
速度記憶レジスタＩＴに書き込み、ステップＳ５に進
む。

【００１９】ステップＳ５では、キーイベント記憶レジ
スタＫＥＶの内容に応じてイベントがキーオンであるか
キーオフであるかの判定を行い、キーオン（ＫＥＶ＝Ｋ
ＯＮ）であったときはステップＳ６のＫＥＹＯＮ処理を
行ってステップＳ８に進む。また、キーオフ（ＫＥＶ＝
ＫＯＦＦ）であったときはステップＳ７のＫＥＹＯＦＦ
処理を行ってステップＳ８に進む。

【００２０】なお、ステップＳ６のＫＥＹＯＮ処理で
は、音源回路７に対して、キーオン信号ＫＯＮ、キーコ
ードＫＣ、押鍵速度ＩＴおよび現在設定されている音色
情報ＴＣを出力し、音源回路７による発音を開始する。

【００２１】また、ステップＳ７のＫＥＹＯＦＦ処理で
は、後述のペダルフラグＰＦを参照してサスティンペダ
ル（ペダル５）が踏まれているかを判定し、サスティン
ペダルが踏まれていないときは、音源回路７にキーオフ
信号ＫＯＦＦを出力して楽音を減衰させて発音を停止す
る。

【００２２】ステップＳ８ではペダルインターフェイス
５ａによりペダル５の走査を行い、ステップＳ９でペダ
ルのイベントの有無を判定し、イベント無しと判定され
たときはステップＳ１４に進む。また、ペダルのイベン
ト有りと判定されたときは、ステップＳ１０で、ペダル
オンであるかペダルオフであるかのデータ（ＰＯＮ／Ｐ
ＯＦＦ）をペダルイベント記憶レジスタＰＥＶに書き込
み、ステップＳ１１に進む。

【００２３】ステップＳ１１では、ペダルイベント記憶
レジスタＰＥＶの内容に応じて、イベントがペダルオン
であるかペダルオフであるかの判定を行い、ペダルオン
（ＰＥＶ＝ＰＯＮ）のときはステップＳ１２でペダルフ
ラグＰＦを“１”に設定してステップＳ１４に進む。ま
た、ペダルオフ（ＰＥＶ＝ＰＯＦＦ）のときはステップ
Ｓ１３でペダルＯＦＦ処理を行ってステップＳ１４に進
む。

【００２４】ステップＳ１３のペダルＯＦＦ処理では、
ペダルフラグＰＦを“０”にリセットし、現在、鍵盤が
離鍵状態でペダルオンによる発音持続状態であった場合
には音源回路７にキーオフ信号ＫＯＦＦを出力し、楽音
を減衰させて発音を停止する。

【００２５】ステップＳ１４ではパネルインターフェイ
ス６ａによりパネル６の走査を行い、ステップＳ１５で
パネルのイベントの有無を判定し、イベント無しと判定
されたときはステップＳ２に戻る。また、パネルのイベ
ント有りと判定されたときは、ステップＳ１６で例えば
音色情報ＴＣの設定など操作されたスイッチに応じた処
理を行い、ステップＳ２に戻る。そして、電源が切断さ
れるまでステップＳ２以降の一連の処理を繰り返す。

【００２６】図４は第１実施例の音源回路７の詳細を示
すブロック図である。位相発生回路７０１は、ＣＰＵ２
からのキーオン信号ＫＯＮの入力により、ＣＰＵ２から
与えられるキーコードＫＣに応じて波形データの読出し
速度を制御する位相情報の整数部Ｉと小数部Ｆを発生
し、この整数部Ｉをアドレス生成回路７０２に与えると
ともに小数部Ｆを補間データとして補間回路７０４に与
える。

【００２７】波形記憶回路７０３には、音色、押鍵速度
およびキーコードの組合せに応じた特性の異なる複数の
波形データがそれぞれ記憶されており、アドレス生成回
路７０２は、ＣＰＵ２から入力されるキーコードＫＣ、
押鍵速度ＩＴ、音色情報ＴＣおよび位相情報の整数部Ｉ
によりアドレス信号ＡＤを順次生成し、このアドレス信
号ＡＤにより波形記憶回路７０３をアクセスする。

【００２８】これにより、キーコード、押鍵速度および
音色情報に応じて選択された波形データが波形記憶回路
７０３から順次読み出され、キーコードＫＣに対応する
周波数の波形信号ｗ１として補間回路７０４に供給され
る。なお、上記の波形データは、自然楽器から採取した
楽音波形の振幅を波形記憶回路７０３の１語のビット数
に応じて正規化したディジタルの数値データである。

【００２９】補間回路７０４は、波形記憶回路７０３か
らの波形信号ｗ１を位相データの小数部Ｆで時間軸方向
に補間し、この補間した波形信号ｗ２を乗算回路７０６
に出力する。ここで波形記憶回路７０３に記憶されてい
る波形データは異なるピッチの楽音に対して共通のもの
が使用されるので、単に整数部のみで読出した場合は、
不要なノイズが発生してしまうが、位相データの小数部
Ｆを用いることによって、それらを防ぐとともに波形容
量の圧縮も可能になる。

【００３０】一方、エンベロープ生成回路７０５は、Ｃ
ＰＵ２から与えられるキーコードＫＣ、キーオン信号Ｋ
ＯＮ、キーオフ信号ＫＯＦＦ、押鍵速度ＩＴに基づい
て、エンベロープ信号ＥＮＶとステート信号ＳＴを発生
し、エンベロープ信号ＥＮＶを乗算回路７０６とリリー
ス波形変調部７０７に出力し、ステート信号ＳＴをリリ
ース波形変調部７０７に出力する。

【００３１】エンベロープ信号ＥＮＶは、図５に示した
ようにピアノの２段減衰の特徴を示すものであり、押鍵
直後に立ち上がるアタック部Ａ、最大振幅から比較的速
い速度で減衰するディケイ部Ｄ、このディケイ部Ｄに続
いて遅い速度で減衰するサスティン部Ｓ、および離鍵等
によるダンパーの効果を生むためにサスティン部Ｓの途
中から強制的に減衰されるリリース部Ｒで構成されてい
る。

【００３２】すなわち、エンベロープ生成回路７０５は
キーオン信号ＫＯＮの入力によりアタック部Ａ以降のエ
ンベロープ値ＥＮＶを出力し、キーオフ信号ＫＯＦＦの
入力によりリリース部Ｒのエンベロープ値ＥＮＶを出力
する。

【００３３】なお、エンベロープ形状の最大振幅（全体
の高さ）は押鍵速度ＩＴに応じて設定され、変化率（傾
き）はキーコードＫＣに応じて設定される。また、離鍵
等が行われない場合には、図５に破線で示したようにサ
スティン部Ｓによりレベル０まで減衰する。

【００３４】また、エンベロープ生成回路７０５から出
力されるステート信号ＳＴは、現在出力しているエンベ
ロープ信号の状態を２進数で表す２ビットの信号であ
り、それぞれ次のような状態を示す。ＳＴ＝“００”：アタック部ＳＴ＝“０１”：ディケイ部ＳＴ＝“１０”：サスティン部ＳＴ＝“１１”：リリース部および発音待機状態

【００３５】乗算回路７０６は、補間回路７０４からの
波形信号ｗ２に上記のようなエンベロープ信号ＥＮＶを
乗算して所定のエンベロープ形状にした波形信号ｗ３を
リリース波形変調部７０７に出力する。そして、リリー
ス波形変調部７０７は、ステート信号ＳＴに基づいてエ
ンベロープの状態を判断し、リリース部の波形に変調を
与えた波形信号Ｗをサウンドシステム８に出力する。

【００３６】図６はリリース波形変調部７０７の一例を
示すブロック図であ。乗算回路７０６からの波形信号ｗ
３はクリップ回路７０８に入力され、このクリップ回路
７０８はエンベロープ生成回路７０５から入力されるエ
ンベロープ信号ＥＮＶと予め設定されているクリップレ
ベル係数Ｃに応じて波形信号ｗ３の波形を変調し、この
変調された波形信号ｗ３' はセレクタ７１０の一方の入
力端Ａに入力される。また、乗算回路７０６からの波形
信号ｗ３はセレクタ７１０の他方の入力端Ｂに入力され
る。

【００３７】ここで、クリップレベル係数Ｃは１以下の
予め設定された定数であり、クリップ回路７０８は、入
力されるエンベロープ値ＥＮＶとクリップレベル係数Ｃ
とを乗算してクリップレベルＣＬを求め、例えば図７に
示したような入出力関係により波形信号ｗ３の最大ピー
ク部をクリップする。これにより、この実施例では前記
図１(B) のような変調された波形信号が得られる。

【００３８】ここで、実際のグランドピアノにおいて
は、サスティンペダルあるいはソステヌートペダルを踏
まない限り、鍵を離したときにダンパーが降りてきて弦
の振動がダンピングされるが、このときのダンパーによ
る楽音の振幅の減衰状態は、エンベロープ信号ＥＮＶの
リリース部によって得られる。

【００３９】そして、ダンピングされるとき弦の振動波
形がダンパーによって歪む状態は、波形信号ｗ３' のク
リップ部分によって得られる。なお、この実施例では波
形信号の正の領域だけでクリップを行うようにしている
が、これは、実際のグランドピアノではダンパーが弦の
上方片側にしか存在しないことに対応させたものであ
る。

【００４０】図６において、判断回路７０９にはエンベ
ロープ生成回路７０５から出力されるステート信号ＳＴ
が入力され、この判断回路７０９は、ステート信号ＳＴ
が“１１”（リリース部または発音待機状態）のとき
“１”を出力し、ステート信号ＳＴがそれ以外のときは
“０”を出力する。また、セレクタ７１０は、判断回路
７０９の出力が“１”のとき入力端Ａの入力信号を、判
断回路７０９の出力が“０”のとき入力端Ｂの入力信号
をそれぞれ選択的にサウンドシステム８に出力する。

【００４１】すなわち、サウンドシステム８に入力され
る波形信号Ｗは、エンベロープがアタック部、ディケイ
部およびサスティン部のときは乗算回路７０６からの波
形信号ｗ３となり、エンベロープがリリース部のとき
は、クリップ回路７０８で変調された波形信号ｗ３' と
なる。そして、リリース部以外は通常の楽音が発生さ
れ、リリース部では、変調された波形の楽音が減衰する
楽音として発生される。

【００４２】図８は第２実施例の音源回路の詳細を示す
ブロック図であり、以下の実施例において、第１実施例
と同様のものには同符号を付記してある。この実施例
は、補間回路７０４からの波形信号ｗ２に対して、リリ
ース波形変調部７０７' で所定レベルのクリップ処理を
行い、このクリップ処理を行った波形信号ｗ３' に対し
てエンベロープ信号ＥＮＶを乗算するようにしたもので
ある。

【００４３】図９は第２実施例におけるリリース波形変
調部７０７' のブロック図であり、クリップ回路７０
８' は入力と出力との間に同図に示したような入出力関
係を有するもので、補間回路７０４からの波形信号ｗ２
に対して一定のクリップレベルＣＬ以上をクリップし、
例えば図１０のような波形信号を出力する。

【００４４】このクリップ回路７０８' の出力波形信号
ｗ２' と補間回路７０４からの波形信号ｗ２はセレクタ
７１０の入力端Ａ，Ｂにそれぞれ入力されており、この
セレクタ７１０は第１実施例と同様にステート信号ＳＴ
によって出力を切替え、リリース部以外のときは波形信
号ｗ２を、リリース部のときは波形信号ｗ２' をそれぞ
れ波形信号ｗ３' として出力する。

【００４５】したがって、乗算回路７０６で波形信号ｗ
３' にエンベロープ信号ＥＮＶが乗算されて得られる波
形信号Ｗは、前記第１実施例と同様にリリース部が図１
(B)のような波形になり、第１実施例と同様の効果が得
られる。

【００４６】図１１は第３実施例の音源回路の詳細を示
すブロック図であり、この実施例のリリース波形変調部
７０７' ' はエンベロープ信号ＥＮＶとステート信号Ｓ
Ｔに応じて入出力関係が変化するような回路である。

【００４７】例えば、エンベロープがリリース部以外の
ときは、図１２(A)に示したように、エンベロープ信号
ＥＮＶに応じた傾きの線形な入出力関係を示す。また、
エンベロープがリリース部のときは、図１２(B) に示し
たように、エンベロープ信号ＥＮＶに応じた傾きの線形
な入出力関係と、一定のクリップレベルＣＬ以上の入力
に対してエンベロープ信号ＥＮＶに応じた所定の出力と
なる入出力関係を示す。

【００４８】したがって、補間回路７０４からの図１
(A) のような波形信号ｗ２がリリース波形変調部７０
７' ' に入力されると、リリース部以外のときは、エン
ベロープ信号ＥＮＶに応じてアタック部、ディケイ部お
よびサスティン部のエンベロープを有する波形信号を出
力し、リリース部のときは、前記各実施例と同様に図１
(B) のように波形がクリップされた波形信号が出力され
る。なお、この第３実施例によれば乗算回路７０６が不
要となる。

【００４９】上記の各実施例では、波形信号の片側（正
の領域）だけをクリップするようにしているが、例えば
図１３のような入出力関係を有するクリップ回路を用
い、図１４に示したように波形信号の正負両側をクリッ
プするようにしてもよい。

【００５０】また、図１５に示したようなクリップレベ
ルＣＬの付近で微分連続な入出力関係を有するクリップ
回路を用い、図１６に示したように、波形信号のクリッ
プ部分に丸みを付けるようにしてもよい。このようにす
ると、実際のグランドピアノのダンパーに貼ってあるフ
ェルトの効果を得ることができる。また、この場合、実
際のピアノでは低域と高域とでダンパーが異なることを
考慮し、クリップレベルＣＬ付近の特性（曲線の変化率
など）をキーコードＫＣによってスケーリングするよう
にしてもよい。

【００５１】さらに、クリップ回路の入出力関係がクリ
ップレベルＣＬで微分不連続となるような場合は、この
微分不連続による折り返しノイズが発生しやすくなるの
で、クリップ回路の後段にローパスフィルタを設けるよ
うにしてもよい。また、このようにローパスフィルタを
設けると上記同様にダンパーフェルトの効果をも得るこ
とができる。

【００５２】上記の実施例では、波形メモリ読出しによ
って楽音を発生するようにしているが、本発明は、周波
数変調合成による楽音の発生や、実際の自然楽器の挙動
をシミュレートすることによって楽音を合成するような
ものにも応用することができる。

【００５３】さらに、上記実施例の電子楽器は単音発音
の構成にしているが、音源回路として内部の回路を時分
割多重動作させて複数の発音チャンネルを構成する音源
回路を用い、ＣＰＵで音源回路の各チャンネルをスキャ
ンして各チャンネル毎にＫＥＹＯＮ処理、ＫＥＹＯＦＦ
処理、ペダルＯＦＦ処理等を行えば、複数楽音を同時発
音できる電子楽器とすることができる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の楽音信号発
生装置は、鍵盤等からの離鍵情報により、波形信号を減
衰させるとともに波形の少なくとも最大ピーク部をクリ
ップする振幅波形制御手段を備えているので、振幅を減
衰させることにより、ピアノのダンパーによる楽音の減
衰をシミュレートすることができるばかりか、波形のク
リップにより、ピアノのダンパーによる楽音波形の変形
をシミュレートすることができる。したがって、ピアノ
などにおけるダンピング時の楽音を上手くシミュレート
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における楽音信号の一例を示す
図である。

【図２】本発明の実施例の電子楽器のブロック図であ
る。

【図３】実施例におけるＣＰＵの制御を示すフローチャ
ートである。

【図４】第１実施例における音源回路のブロック図であ
る。

【図５】実施例におけるエンベロープの一例を示す図で
ある。

【図６】第１実施例におけるリリース波形変調部の回路
図である。

【図７】第１実施例におけるクリップ回路の入出力関係
を示す図である。

【図８】第２実施例における音源回路のブロック図であ
る。

【図９】第２実施例におけるリリース波形変調部の回路
図である。

【図１０】第２実施例におけるクリップ回路の出力波形
の一例を示す図である。

【図１１】第３実施例における音源回路のブロック図で
ある。

【図１２】第３実施例におけるリリース波形変調部の入
出力関係を説明する図である。

【図１３】実施例に係わるクリップ回路の入出力関係の
他の例を示す図である。

【図１４】図１３の入出力関係によるクリップされた波
形信号の一例を示す図である。

【図１５】実施例に係わるクリップ回路の入出力関係の
さらに他の例を示す図である。

【図１６】図１５の入出力関係によるクリップされた波
形信号の一例を示す図である。

【符号の説明】

７…音源回路、７０５…エンベロープ生成回路、７０６
…乗算回路、７０７，７０７' ，７０７' ' …リリース
波形変調部。

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】押鍵情報と離鍵情報を発生する鍵操作情
報発生手段と、上記押鍵情報により発音すべき楽音に応
じた波形信号を発生する波形信号発生手段と、上記離鍵
情報により、上記波形信号を減衰させるとともに波形の
少なくとも最大ピーク部をクリップする振幅波形制御手
段とを備えることを特徴とする楽音信号発生装置。