JPH06167981A - Musical sound synthesizing device - Google Patents

Musical sound synthesizing device

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JPH06167981A
JPH06167981A JP4319073A JP31907392A JPH06167981A JP H06167981 A JPH06167981 A JP H06167981A JP 4319073 A JP4319073 A JP 4319073A JP 31907392 A JP31907392 A JP 31907392A JP H06167981 A JPH06167981 A JP H06167981A
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signal
circuit
linear
pressure
flow velocity
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Hideyuki Masuda
英之 増田
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Yamaha Corp
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Abstract

PURPOSE:To provide the musical sound synthesizing device which has high fidelity although it can be manufactured at low cost. CONSTITUTION:Similarly to a general physical model sound source, various signals are exchanged between a linear part 104 and a nonlinear part 204 and then a musical sound is synthesized. The nonlinear part 204 is composed of an analog circuit to improve the stability and fidelity. Further, a junction 102 and the linear part 104 are composed of digital circuits to simplify the constitution.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、電子楽器に用いて好
適な楽音合成装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a musical tone synthesizer suitable for use in electronic musical instruments.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、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。その一例として、管
楽器物理モデルを用いた楽音合成装置の構成を図3に示
す。
2. Description of the Related Art Heretofore, there has been known a musical tone synthesizing device for synthesizing a natural musical instrument sound by operating a model simulating a sounding mechanism of a natural musical instrument. As an example thereof, FIG. 3 shows the configuration of a musical tone synthesizer using a wind instrument physical model.

【0003】図において、楽音合成装置は、管楽器のリ
ード部をシミュレートする非線形部101と、共鳴管を
シミュレートする線形部103と、両者に介挿されたジ
ャンクション102と、サウンド・システム75とから
構成されている。非線形部101の内部において51は
減算器であり、演奏者の吹奏圧を示す吹奏圧信号PRESS
が供給されるとともに、線形部103からジャンクショ
ン102を介して、マウスピース内の空気圧を示す圧力
信号qが供給される。減算器51にあっては、前者から
後者が減算され、減算結果が圧力差信号Δqとして出力
される。この圧力差信号Δqは、自然管楽器の演奏時に
おける口腔内の圧力とマウスピース内の圧力の差を示す
値であり、アベレージング・フィルタ52を介して高周
波成分が除去された後、リード・フィルタ53とグレア
ム関数テーブル54とに供給される。
In the figure, the musical tone synthesizer comprises a non-linear section 101 for simulating the lead section of a wind instrument, a linear section 103 for simulating a resonance tube, a junction 102 interposed between the two sections, and a sound system 75. It consists of Inside the non-linear unit 101, 51 is a subtractor, which is a blowing pressure signal PRESS indicating the blowing pressure of the performer.
And the pressure signal q indicating the air pressure in the mouthpiece is supplied from the linear portion 103 via the junction 102. In the subtractor 51, the latter is subtracted from the former, and the subtraction result is output as the pressure difference signal Δq. The pressure difference signal Δq is a value indicating the difference between the pressure in the mouth and the pressure in the mouthpiece during the performance of the natural wind instrument, and after the high frequency component is removed via the averaging filter 52, the reed filter. 53 and the Graham function table 54.

【0004】リード・フィルタ53は2次のローパスフ
ィルタであり、その振幅上昇比Qと共振周波数fcとは
外部からパラメータとして与えられる。55は乗算器で
あり、リード・フィルタ53の出力信号にコンプライア
ンス(ゲイン)Cが乗算され、乗算結果が加算器56に
供給される。すなわち、リード・フィルタ53と乗算器
55とによって、自然管楽器のリード部の周波数特性が
シミュレートされ、乗算器55からは、周波数特性の付
与された圧力差信号Δq’が出力される。
The read filter 53 is a second-order low-pass filter, and its amplitude increase ratio Q and resonance frequency fc are externally given as parameters. Reference numeral 55 denotes a multiplier, which multiplies the output signal of the read filter 53 by the compliance (gain) C and supplies the multiplication result to the adder 56. That is, the reed filter 53 and the multiplier 55 simulate the frequency characteristic of the reed portion of the natural wind instrument, and the multiplier 55 outputs the pressure difference signal Δq ′ to which the frequency characteristic is added.

【0005】次に、57はスリット関数テーブルであ
り、管楽器におけるリード部の圧力に対応するリードの
開口面積の変位、すなわちスリット関数が記憶されてい
る。従って、仮に乗算器55の出力信号をスリット関数
テーブル57に供給すると、周波数特性を加味したリー
ドの開口面積の変位が出力されることになる。しかし、
図示の回路では乗算器55とスリット関数テーブル57
との間に加算器56が介挿されており、乗算器55の出
力信号には、アンブシュア信号embが加算される。こ
こで、アンブシュア信号embとは、振動が無い場合の
リードの開口面積(以下、アパチュアaprという)に
対して、予めスリット関数の逆関数を施して成る信号で
ある。従って、スリット関数テーブル57からは、振動
を加味したリードの開口面積を示す開口面積信号SR
出力される。
Next, a slit function table 57 stores the displacement of the opening area of the reed corresponding to the pressure of the reed portion in the wind instrument, that is, the slit function. Therefore, if the output signal of the multiplier 55 is supplied to the slit function table 57, the displacement of the opening area of the lead considering the frequency characteristic is output. But,
In the illustrated circuit, the multiplier 55 and the slit function table 57
An adder 56 is inserted between the two, and the output signal of the multiplier 55 is added with the embouchure signal emb. Here, the embouchure signal emb is a signal obtained by previously performing an inverse function of the slit function on the opening area of the lead (hereinafter referred to as aperture apr) when there is no vibration. Therefore, the slit function table 57 outputs the opening area signal S R indicating the opening area of the lead in consideration of vibration.

【0006】ここで、グレアム(Graham)の法則によれ
ば、口腔内の圧力とマウスピース内の圧力の差がΔqで
ある場合、リードの開口部において、単位面積を単位時
間に流れる流量(空気速度v)は、次式(1)によって表
わされる。 v={2(Δq)/ρ}1/2 ≡L(Δq) …… 式(1)
Here, according to Graham's law, when the difference between the pressure in the mouth and the pressure in the mouthpiece is Δq, the flow rate (air flow in the unit area per unit time at the opening of the reed (air The velocity v) is expressed by the following equation (1). v = {2 (Δq) / ρ} 1/2 ≡L (Δq) (1)

【0007】式(1)をグレアム関数と呼ぶ。グレアム関
数テーブル54は、圧力差信号Δqが供給されると、式
(1)に基づいて流速信号vを出力する。次に、流速信号
vと開口面積信号SRとは乗算器58において乗算され
る。この乗算結果は、マウスピースの開口部を単位体積
あたり単位時間に流れる空気流量を示す体積流速信号f
[cm3/s]として出力される。この体積流速信号fには、
乗算器59において、さらに定数zが乗算される。ここ
で、定数zは、管楽器のマウスピースおよび共鳴管が有
する空気流に対する抵抗、すなわち体積流速と空気圧と
の比例定数である。したがって、乗算器59からは、空
気圧を示す信号zfが出力される。この信号zfは、ジ
ャンクション102の加算器61を介して反射波圧力信
号qiと加算され、加算結果が進行波圧力信号q0として
線形部103に供給される。
Equation (1) is called a Graham function. When the pressure difference signal Δq is supplied to the Graham function table 54, the expression
The flow velocity signal v is output based on (1). Next, the flow velocity signal v and the opening area signal S R are multiplied in the multiplier 58. This multiplication result is the volume flow velocity signal f indicating the flow rate of the air flowing through the opening of the mouthpiece per unit volume per unit time.
It is output as [cm 3 / s]. The volume flow velocity signal f includes
In the multiplier 59, the constant z is further multiplied. Here, the constant z is a resistance to an air flow of the mouthpiece and the resonance tube of the wind instrument, that is, a proportional constant between the volume flow velocity and the air pressure. Therefore, the multiplier 59 outputs the signal zf indicating the air pressure. This signal zf is added to the reflected wave pressure signal q i via the adder 61 of the junction 102, and the addition result is supplied to the linear unit 103 as the traveling wave pressure signal q 0 .

【0008】次に、線形部103において、70は遅延
回路であり、自然楽器のマウスピースから共鳴管の終端
に至るまでの圧力進行波の伝搬遅延をシミュレートす
る。また、71はLPF(ローパスフィルタ)であり、
空気圧力波の伝搬時における高域成分の減衰をシミュレ
ートする。72は乗算器であり、ここでLPF71から
出力された進行波圧力信号q0に「−1」が乗算され
る。これは、共鳴管内の開口部に到達した圧力進行波が
反射され、位相が反転した後に圧力反射波としてマウス
ピースに向って伝搬することをシミュレートするもので
ある。そして、乗算器72から出力された反射波圧力信
号qiは、遅延回路73を介して再度伝搬遅延された
後、ジャンクション102に供給される。
Next, in the linear portion 103, 70 is a delay circuit, which simulates the propagation delay of the pressure traveling wave from the mouthpiece of the natural musical instrument to the end of the resonance tube. Further, 71 is an LPF (low pass filter),
Simulate attenuation of high frequency components during propagation of air pressure wave. 72 is a multiplier, in which the traveling wave pressure signal q 0 output from the LPF 71 is multiplied by “−1”. This simulates that the pressure traveling wave that has reached the opening in the resonance tube is reflected, and the phase is inverted before propagating toward the mouthpiece as a pressure reflected wave. The reflected wave pressure signal q i output from the multiplier 72 is again propagated and delayed via the delay circuit 73, and then supplied to the junction 102.

【0009】ジャンクション102内の加算器62にお
いては、反射波圧力信号qiに対して、その時点におけ
る進行波圧力信号q0が加算され、加算結果が新たな圧
力信号qとして出力される。次に、減算器51におい
て、この新たな圧力信号qからその時点における吹奏圧
信号PRESSが減算され、減算結果が新たな圧力差信号Δ
qとして出力され、アベレージング・フィルタ52を介
してリード・フィルタ53およびグレアム関数テーブル
54に供給される。
The adder 62 in the junction 102 adds the traveling wave pressure signal q 0 to the reflected wave pressure signal q i , and outputs the addition result as a new pressure signal q. Next, in the subtractor 51, the blowing pressure signal PRESS at that time point is subtracted from this new pressure signal q, and the subtraction result is the new pressure difference signal Δ.
It is output as q and supplied to the read filter 53 and the Graham function table 54 through the averaging filter 52.

【0010】このように、非線形部101、ジャンクシ
ョン102および線形部103から成るループを各種信
号が伝搬することにより、自然管楽器における発音メカ
ニズムがシミュレートされる。そして、進行波圧力信号
0は、サウンド・システム75に供給され、楽音とし
て発音される。
As described above, various signals propagate through the loop composed of the non-linear portion 101, the junction 102 and the linear portion 103, so that the sounding mechanism in the natural wind instrument is simulated. The traveling wave pressure signal q 0 is then supplied to the sound system 75 and sounded as a musical tone.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の楽音
合成装置を用いた電子楽器の用途としては種々のものが
考えられるが、一例として、自然楽器の演奏の練習に用
いることが期待されている。例えば、密集した住宅地に
おいてトランペットやサキソフォン等、大音量を発する
自然管楽器を実際に演奏することは種々の不都合を生む
ため、電子楽器を用いて演奏し、ヘッドホン等を用いて
楽音を確認することが望ましい。このような用途に供さ
れる電子楽器は、単に自然楽器に忠実な楽音を発生させ
るだけでは足りず、自然楽器と同様の奏法によって演奏
可能である必要がある。すなわち、管楽器について言え
ば、演奏者の息圧、唇の構え、張り具合等に基づいて楽
音を制御する必要がある。
There are various possible uses of the electronic musical instrument using the above-described musical tone synthesizer, and as one example, it is expected to be used for practicing the performance of a natural musical instrument. . For example, playing a natural wind instrument that emits a large volume, such as a trumpet or a saxophone, in a densely populated residential area creates various problems. Is desirable. An electronic musical instrument used for such an application is not sufficient to simply generate a musical tone that is faithful to a natural musical instrument, and needs to be able to be played in the same manner as a natural musical instrument. That is, in the case of a wind instrument, it is necessary to control the musical sound based on the player's breath pressure, lips posture, tension, and the like.

【0012】これを可能とするためには、演奏状態にお
ける各種のパラメータを計測し、計測したパラメータ
を、上述した各パラメータQ,fc,C,embに変換
する技術が必要となる。ここでは、その概要を図4およ
び図5を参照して簡単に説明する。まず、図4はマウス
ピースを模した入力部であり、演奏者の唇80,80が
マウスピース81を咬む圧力pと、唇80とリード82
の接触面積SLと、アパチュアaprと、リード82の
先端部から唇80が接触している位置までの距離xとを
計測する(計測用のセンサは図示略)。これらの計測結
果が、図5に示すような演算回路に供給されると、図3
において必要とされる各パラメータQ,fc,C,em
bが出力される。
In order to make this possible, a technique for measuring various parameters in a playing state and converting the measured parameters into the above-mentioned parameters Q, fc, C, emb is required. Here, the outline will be briefly described with reference to FIGS. 4 and 5. First, FIG. 4 shows an input section simulating a mouthpiece, and the pressure p at which the lips 80, 80 of the performer bite the mouthpiece 81, the lips 80 and the leads 82.
Of the contact area S L , the aperture apr, and the distance x from the tip of the lead 82 to the position where the lip 80 is in contact (a sensor for measurement is not shown). When these measurement results are supplied to the arithmetic circuit shown in FIG.
Each parameter Q, fc, C, em required in
b is output.

【0013】ところで、図3に示す回路においては、デ
ィレイフリーなループが存在する。すなわち、同図の破
線Aで示すように、非線形部101から加算器61,6
2を介して再び非線形部101に帰還するループであ
る。このため、該ループにおいて寄生発振が発生する危
険がある。これを防止するためにアベレージング・フィ
ルタ52を設けているのであるが、それにもかかわらず
寄生発振が生ずることがある。例えば、フィードバック
ゲインをある程度上げて硬い音を合成しようとする場
合、寄生発振が生ずるために、本来の楽音を合成するこ
とが著しく困難になる。
By the way, in the circuit shown in FIG. 3, there is a delay-free loop. That is, as indicated by the broken line A in FIG.
It is a loop that returns to the non-linear unit 101 again via 2. Therefore, there is a risk that parasitic oscillation will occur in the loop. Although the averaging filter 52 is provided in order to prevent this, parasitic oscillation may occur nevertheless. For example, when an attempt is made to synthesize a hard sound by raising the feedback gain to some extent, it is extremely difficult to synthesize the original musical sound because parasitic oscillation occurs.

【0014】かかる不具合を除去する方法として、サン
プリング周波数を高くし、シミュレーションの精度を向
上させることによって寄生発振を防止することが考えら
れる。しかし、実用上充分なサンプリング周波数を得よ
うとすると、高価なプロセッサが必要であり、民生用機
器に用いることは事実上きわめて困難である。また、図
4および図5に示すように、自然楽器と同様の奏法によ
って演奏を可能にしようとすると、多種のセンサと複雑
な演算回路が必要となり、電子楽器が一層高価になる問
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、安価に製造可能でありながら忠実度の高い
楽音合成装置を提供することを目的としている。
As a method of eliminating such a defect, it is considered to prevent the parasitic oscillation by increasing the sampling frequency and improving the accuracy of the simulation. However, in order to obtain a practically sufficient sampling frequency, an expensive processor is required, and it is practically extremely difficult to use it in consumer equipment. Further, as shown in FIGS. 4 and 5, in order to enable the performance by the same playing method as that of the natural musical instrument, various sensors and complicated arithmetic circuits are required, which makes the electronic musical instrument more expensive. . The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and an object thereof is to provide a musical tone synthesizer which can be manufactured at low cost and has high fidelity.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項1に記載の構成にあっては、供給されたデジタル
信号を遅延させて出力するデジタル線形回路と、前記デ
ジタル線形回路の出力信号をアナログ信号に変換する第
1の変換手段と、前記第1の変換手段から出力されたア
ナログ信号に対して周波数特性を付与して出力するアナ
ログ非線形回路と、前記アナログ非線形回路の出力信号
をデジタル信号に変換して前記デジタル線形回路に供給
する第2の変換手段とを具備することを特徴としてい
る。
In order to solve the above problems, according to the structure of claim 1, a digital linear circuit for delaying and outputting a supplied digital signal, and an output signal of the digital linear circuit. Converting an analog signal into an analog signal, an analog nonlinear circuit for giving frequency characteristics to the analog signal output from the first converting means and outputting the analog signal, and an output signal of the analog nonlinear circuit is digitalized. Second conversion means for converting into a signal and supplying it to the digital linear circuit is provided.

【0016】また、請求項2に記載の構成にあっては、
リードを有するマウスピースと、前記マウスピース内の
空気流速を検出する流速センサと、前記流速センサの出
力信号を増幅し遅延した後に出力する線形回路と、前記
マウスピース内に設けられ、前記線形回路の出力信号に
基づいて振動する振動手段とを具備することを特徴とし
ている。
Further, in the structure according to claim 2,
A mouthpiece having a lead, a flow velocity sensor for detecting an air flow velocity in the mouthpiece, a linear circuit for amplifying and delaying an output signal of the flow velocity sensor, and outputting the amplified signal, and the linear circuit provided in the mouthpiece. And a vibrating means that vibrates based on the output signal of 1.

【0017】[0017]

【作用】請求項1に記載の構成にあっては、デジタル線
形回路にデジタル信号が供給されると、このデジタル信
号が遅延された後出力される。出力されたデジタル信号
は、第1の変換手段を介してアナログ信号に変換され、
アナログ非線形回路に供給される。アナログ非線形回路
に供給された信号は、周波数特性が付与された後、第2
の変換手段を介してデジタル信号に変換され、デジタル
線形回路に供給される。このように、線形回路がデジタ
ル回路によって構成されているから、遅延回路が安価に
構成され、非線形回路がアナログ回路によって構成され
ているから異常発振が発生せず安定度が高い。
When the digital signal is supplied to the digital linear circuit, the digital signal is delayed and then output. The output digital signal is converted into an analog signal via the first conversion means,
Supplied to an analog nonlinear circuit. The signal supplied to the analog non-linear circuit has a second characteristic after the frequency characteristic is added.
Is converted into a digital signal through the conversion means and is supplied to the digital linear circuit. As described above, since the linear circuit is composed of the digital circuit, the delay circuit is composed at a low cost, and since the nonlinear circuit is composed of the analog circuit, abnormal oscillation does not occur and the stability is high.

【0018】また、請求項2に記載の構成にあっては、
演奏者がマウスピース内に息を吹込むと、これによって
生ずるマウスピース内の空気流の流速が流速センサを介
して検出される。流速センサの出力信号は、線形回路を
介して増幅された後遅延され、振動手段を振動させる。
振動手段が振動すると、その周囲に空気の疎密波が発生
し、この疎密波が圧力反射波となってマウスピース内を
伝搬してリードに到達し、リードを振動させる。リード
が振動すると、リードの周囲に空気の疎密波が生じ、こ
の疎密波が圧力進行波としてマウスピース内を伝搬す
る。そして、圧力進行波および圧力反射波によって局部
的な空気の流速の変化が発生し、この変化が流速センサ
を介して検出される。
Further, in the structure according to claim 2,
When the performer blows into the mouthpiece, the flow velocity of the airflow in the mouthpiece caused by the breath is detected by the flow velocity sensor. The output signal of the flow velocity sensor is amplified through a linear circuit and then delayed to vibrate the vibrating means.
When the vibrating means vibrates, a compression wave of air is generated around the vibration means, and the compression wave becomes a pressure reflection wave and propagates in the mouthpiece to reach the lead and vibrates the lead. When the reed vibrates, a compression wave of air is generated around the reed, and the compression wave propagates in the mouthpiece as a pressure traveling wave. Then, a local change in the flow velocity of the air occurs due to the pressure traveling wave and the pressure reflected wave, and this change is detected via the flow velocity sensor.

【0019】[0019]

【実施例】A.実施例の前提 まず、本発明者は、上述した課題を解決するために、楽
音合成装置をアナログ回路によって構成することを試み
た。その結果、創作した回路を図6に示す。図において
楽音合成装置は、非線形部201と、線形部203と、
サウンド・システム75とから構成されている。
EXAMPLES A. Prerequisites First, the present invention's embodiment, in order to solve the problems described above, have attempted to configure the musical tone synthesizing apparatus by an analog circuit. The resulting circuit is shown in FIG. In the figure, the musical sound synthesizer includes a non-linear unit 201, a linear unit 203,
It is composed of a sound system 75.

【0020】非線形部201において、151はアナロ
グ減算器であり、圧力信号qと吹奏圧信号pとが共に電
圧信号として供給されると、前者から後者が減算され、
その減算結果が電圧信号たる圧力差信号Δqとして出力
される。次に、153はリード・フィルタであり、電圧
上昇比Qおよび共振周波数fcを指定可能な2次のロー
パスフィルタである。なお、リード・フィルタ153
は、バイカッド・フィルタで実現すると好適である。リ
ード・フィルタ153においてフィルタリングされた圧
力差信号Δq’は、加算回路156に供給され、ここで
アンブシュアを示す電圧信号eと加算される。そして、
加算結果がスリット関数演算回路157に供給される
と、開口面積信号SRが出力される。
In the non-linear section 201, 151 is an analog subtractor, and when both the pressure signal q and the blowing pressure signal p are supplied as voltage signals, the latter is subtracted from the former,
The subtraction result is output as a pressure difference signal Δq which is a voltage signal. Next, reference numeral 153 is a read filter, which is a second-order low-pass filter capable of designating the voltage increase ratio Q and the resonance frequency fc. Note that the read filter 153
Is preferably realized by a biquad filter. The pressure difference signal Δq ′ filtered by the reed filter 153 is supplied to the adder circuit 156 where it is added to the voltage signal e indicating the embouchure. And
When the addition result is supplied to the slit function calculation circuit 157, the aperture area signal S R is output.

【0021】次に、154はグレアム関数演算回路であ
り、圧力差信号Δqが供給されると、これに基づいて流
速信号vが電圧信号として出力される。次に、開口面積
信号SRと流速信号vとがアナログ乗算器158に供給
されると、両者が乗算され、乗算結果たる体積流速信号
fが電圧信号として出力される。
Next, 154 is a Graham function operation circuit, and when the pressure difference signal Δq is supplied, the flow velocity signal v is output as a voltage signal based on this. Next, when the opening area signal S R and the flow velocity signal v are supplied to the analog multiplier 158, they are multiplied and the volume flow velocity signal f that is the multiplication result is output as a voltage signal.

【0022】次に、160は電圧/電流変換器であり、
体積流速信号fを電流信号に変換して出力する。この電
流信号は、アナログ乗算器159において定数zが乗算
され、乗算結果zfが電流信号として線形部203に供
給される。なお、説明の便宜上、電圧/電流変換器16
0とアナログ乗算器159とは分離されているが、両者
を一体に構成しても良いことは言うまでもない。次に、
線形部203は、複数のコンデンサとコイルから成る梯
型回路によって構成されている。
Next, 160 is a voltage / current converter,
The volume flow velocity signal f is converted into a current signal and output. This current signal is multiplied by the constant z in the analog multiplier 159, and the multiplication result zf is supplied to the linear unit 203 as a current signal. For convenience of explanation, the voltage / current converter 16
Although 0 and the analog multiplier 159 are separated, it goes without saying that both may be integrated. next,
The linear portion 203 is composed of a ladder circuit including a plurality of capacitors and coils.

【0023】従って、線形部203の一端203aに電
流信号zfを供給すると、一端203aから他端203
bに向って電圧進行波が発生する。ここで、他端203
bにおいては、回路がショートされているため、他端2
03bに達した電圧進行波は反射され、一端203aに
向って伝搬される。そして、一端203aに表れた電圧
は、電圧信号qとしてアナログ減算器151に供給さ
れ、ここで吹奏圧信号pが減算される。このように、線
形部203は、遅延回路として機能することが判る。
Therefore, when the current signal zf is supplied to the one end 203a of the linear portion 203, the one end 203a changes to the other end 203a.
A voltage traveling wave is generated toward b. Here, the other end 203
In b, since the circuit is short-circuited, the other end 2
The voltage traveling wave reaching 03b is reflected and propagated toward the one end 203a. Then, the voltage appearing at the one end 203a is supplied to the analog subtractor 151 as the voltage signal q, and the blowing pressure signal p is subtracted therein. Thus, it can be seen that the linear unit 203 functions as a delay circuit.

【0024】上記構成において、アナログ減算器151
にマウスピース内の空気圧を示す圧力信号qと、演奏者
の吹奏圧を示す吹奏圧信号pとが供給されると、前者か
ら後者が減算され、その結果である圧力差信号Δqがさ
れる。この圧力差信号Δqは、リード・フィルタ153
およびグレアム関数演算回路154にそれぞれ供給され
る。リード・フィルタ153においては、圧力差信号Δ
qに対して、シミュレートしようとする管楽器のリード
部の特性に基づいて電圧上昇比Qおよび共振周波数fc
が付与され、その結果が圧力差信号Δq’として出力さ
れる。一方、グレアム関数演算回路154においては、
圧力差信号Δqに基づいて、流速信号vが出力される。
In the above configuration, the analog subtractor 151
When the pressure signal q indicating the air pressure in the mouthpiece and the blowing pressure signal p indicating the blowing pressure of the performer are supplied to, the latter is subtracted from the former, and the pressure difference signal Δq which is the result is obtained. The pressure difference signal Δq is supplied to the reed filter 153.
And the Graham function calculation circuit 154, respectively. In the reed filter 153, the pressure difference signal Δ
For q, the voltage rise ratio Q and the resonance frequency fc are calculated based on the characteristics of the lead portion of the wind instrument to be simulated.
Is given and the result is output as a pressure difference signal Δq ′. On the other hand, in the Graham function operation circuit 154,
The flow velocity signal v is output based on the pressure difference signal Δq.

【0025】次に、圧力差信号Δq’が加算回路156
に供給されると、圧力差信号Δq’に対して、アンブシ
ュアを示す電圧信号eが加算され、その加算結果がスリ
ット関数演算回路157に供給される。これによって、
スリット関数演算回路157からは開口面積信号SR
出力される。
Next, the pressure difference signal Δq 'is added to the adding circuit 156.
Is supplied to the pressure difference signal Δq ′, the voltage signal e indicating the embouchure is added, and the addition result is supplied to the slit function calculation circuit 157. by this,
The aperture function signal S R is output from the slit function calculation circuit 157.

【0026】次に、アナログ乗算器158においては、
開口面積信号SRと流速信号vとが乗算され、乗算結果
が体積流速信号fとして出力される。この体積流速信号
fは電圧/電流変換器160において電流信号に変換さ
れた後、アナログ乗算器159において定数zが乗算さ
れ、乗算結果が電流信号zfとして線形部203に供給
される。線形部203においては、供給された電流信号
に基づいて、一端203aから他端203bに向って電
圧進行波が発生する。そして、この電圧進行波は、他端
203bにおいて反射されると、他端203bから一端
203aに向って伝搬する。そして、一端203aにお
いて表れた電圧は、電圧信号qとしてアナログ減算器1
51に帰還される。また、電圧信号qは、サウンド・シ
ステム75を介して、楽音として発音される。
Next, in the analog multiplier 158,
The opening area signal S R is multiplied by the flow velocity signal v, and the multiplication result is output as the volume flow velocity signal f. The volume flow velocity signal f is converted into a current signal in the voltage / current converter 160, then multiplied by the constant z in the analog multiplier 159, and the multiplication result is supplied to the linear unit 203 as the current signal zf. In the linear portion 203, a voltage traveling wave is generated from one end 203a toward the other end 203b based on the supplied current signal. When this voltage traveling wave is reflected at the other end 203b, it propagates from the other end 203b toward the one end 203a. The voltage appearing at the one end 203a is converted into a voltage signal q by the analog subtractor 1
Returned to 51. Further, the voltage signal q is sounded as a musical sound through the sound system 75.

【0027】上記構成によれば、回路全体がアナログ回
路として実現されているため、サンプリング周波数が無
限大とデジタル回路と同一視することができ、デジタル
回路のサンプリング周波数が有限であることに基づく寄
生発振を防止することが可能である。しかし、上述した
構成においては、線形部203を実現するために膨大な
量のコンデンサとコイルとを必要とし、依然として構成
が複雑となる欠点がある。一方、梯型回路の代用として
BBD素子等を使用することも考えられるが、装置が高
価となる問題がある。このように、単に従来のデジタル
回路をアナログ回路に置換したのみでは、所期の目的を
充分に達成できないことが判明した。以上が、後述の実
施例の前提となった事項である。
According to the above configuration, since the entire circuit is realized as an analog circuit, the sampling frequency can be regarded as infinity and can be equated with the digital circuit, and the parasitic frequency is based on the finite sampling frequency of the digital circuit. It is possible to prevent oscillation. However, the above-described configuration has a drawback that a huge amount of capacitors and coils are required to realize the linear portion 203, and the configuration is still complicated. On the other hand, it is possible to use a BBD element or the like as a substitute for the ladder circuit, but there is a problem that the device becomes expensive. As described above, it was found that the intended purpose cannot be sufficiently achieved only by replacing the conventional digital circuit with the analog circuit. The above is the premise of the embodiment described later.

【0028】B.第1の実施例 次に、本発明の第1の実施例を図1を参照して説明す
る。本実施例は、主としてアナログ回路から構成された
非線形部204と、デジタル回路から構成された線形部
104と、両者の間に介挿されたジャンクション102
と、サウンド・システム75とから構成されている。非
線形部204の構成は、図6において説明した非線形部
201と同様である。但し、アナログ減算器151にお
いて、圧力信号qの入力端にはD/Aコンバータ171
が設けられており、アナログ乗算器158の後段にはA
/Dコンバータ170とデジタル乗算器172とが設け
られている。従って、非線形部204は非線形部201
と同様に動作するが、入出力信号はデジタル信号である
点が相違する。
B. First Embodiment Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a non-linear portion 204 mainly composed of an analog circuit, a linear portion 104 composed of a digital circuit, and a junction 102 interposed between the two.
And a sound system 75. The configuration of the non-linear unit 204 is similar to that of the non-linear unit 201 described with reference to FIG. However, in the analog subtractor 151, the D / A converter 171 is connected to the input end of the pressure signal q.
Is provided, and A is provided after the analog multiplier 158.
A / D converter 170 and a digital multiplier 172 are provided. Therefore, the nonlinear unit 204 is the nonlinear unit 201.
It operates in the same manner as, except that the input / output signals are digital signals.

【0029】次に、ジャンクション102および線形部
104は、図3において説明したものと同様である。な
お、線形部103における遅延回路70,71は、線形
部104において一の遅延回路74に置き換えられてい
るが、特性的には両者同一である。本実施例において
は、非線形部204はアナログ回路によって構成され、
ジャンクション102および線形部104はデジタル回
路によって構成されている。従って、非線形部204に
おいては、デジタル回路特有のサンプリング周波数に基
づく寄生発振を防止することが可能である一方、線形部
104は安価なフリップフロップ等を用いて構成するこ
とが可能である。すなわち、本実施例による楽音合成装
置は、デジタル技術とアナログ技術とを巧みに組合せた
ことにより、安価に製造可能でありながら、きわめて忠
実度が高いことが判る。
Next, the junction 102 and the linear portion 104 are the same as those described in FIG. The delay circuits 70 and 71 in the linear unit 103 are replaced with one delay circuit 74 in the linear unit 104, but both are characteristically the same. In this embodiment, the non-linear unit 204 is composed of an analog circuit,
The junction 102 and the linear section 104 are composed of digital circuits. Therefore, in the non-linear unit 204, parasitic oscillation based on the sampling frequency peculiar to the digital circuit can be prevented, while the linear unit 104 can be configured by using an inexpensive flip-flop or the like. That is, it can be seen that the musical sound synthesizer according to the present embodiment can be manufactured at low cost but has extremely high fidelity by skillfully combining the digital technology and the analog technology.

【0030】C.第2の実施例 次に、本発明の第2の実施例を図2を参照して説明す
る。本実施例は、非線形部205と、線形部104と、
両者の間に介挿されたジャンクション102とから構成
されており、ジャンクション102および線形部104
の構成は第1の実施例と同様である。
C. Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the non-linear unit 205, the linear unit 104,
The junction 102 and the linear part 104 are provided between the junction 102 and the linear part 104.
The configuration is similar to that of the first embodiment.

【0031】次に、非線形部205は、自然管楽器用の
マウスピース180を用いて構成されており、その一端
にリード181が設けられている。182は、マウスピ
ース180内の流速を測定する流速センサ182であ
り、マウスピース180の中央部付近に設けられてい
る。なお、流速センサ182としては、熱線流速計等を
用いると好適である。この流速センサ182の測定結果
は、アンプ183によって増幅され、A/Dコンバータ
170、デジタル乗算器172を介してジャンクション
102に供給される。
Next, the non-linear portion 205 is constructed by using a mouthpiece 180 for a natural wind instrument, and a lead 181 is provided at one end thereof. 182 is a flow velocity sensor 182 that measures the flow velocity in the mouthpiece 180, and is provided near the center of the mouthpiece 180. As the flow velocity sensor 182, it is preferable to use a heat ray velocity meter or the like. The measurement result of the flow velocity sensor 182 is amplified by the amplifier 183 and supplied to the junction 102 via the A / D converter 170 and the digital multiplier 172.

【0032】185は、スピーカー等によって構成され
る振動板であり、D/Aコンバータ171を介して出力
されアンプ184によって増幅された音声信号が発音さ
れる。また、186は綿などの詰め物であり、空気振動
を抑制するためにマウスピース180の終端部180b
に詰込まれている。次に、本実施例の動作を説明する。
まず、演奏者がマウスピース180の一端180aから
息を吹込むと、これによって生ずる流速の変化が流速セ
ンサ182によって検出される。また、流速センサ18
2が設けられている部分については、マウスピース18
0の断面積は一定であるから、空気流速は空気流量に対
して一意に決定され、空気流量を示す電圧信号たる体積
流速信号fがアンプ183から出力される。
Reference numeral 185 is a diaphragm composed of a speaker or the like, and a voice signal output through the D / A converter 171 and amplified by the amplifier 184 is sounded. Also, 186 is a padding such as cotton, which is provided at the end portion 180b of the mouthpiece 180 to suppress air vibration.
Is packed in. Next, the operation of this embodiment will be described.
First, when the performer blows from one end 180a of the mouthpiece 180, the flow velocity sensor 182 detects the change in the flow velocity caused by the breath. In addition, the flow velocity sensor 18
2 is the mouthpiece 18
Since the cross-sectional area of 0 is constant, the air flow velocity is uniquely determined with respect to the air flow rate, and the volume flow velocity signal f, which is a voltage signal indicating the air flow rate, is output from the amplifier 183.

【0033】次に、体積流速信号fはA/Dコンバータ
170においてデジタル信号に変換され、デジタル乗算
器172を介して定数zが乗算されるから、デジタル乗
算器172からは空気圧を示す信号zfが出力される。
この信号zfは、ジャンクション102を介して、進行
波圧力信号q0として線形部104に供給される。線形
部104においては、進行波圧力信号q0が遅延される
とともにフィルタリングされ、所定時間経た後に反射波
圧力信号qiとして出力される。この反射波圧力信号qi
は、ジャンクション102を介して、圧力信号qとして
D/Aコンバータ171に供給される。圧力信号qは、
D/Aコンバータ171においてアナログ信号に変換さ
れ、アンプ184によって増幅された後、振動板185
を介して発音される。
Next, the volume flow velocity signal f is converted into a digital signal in the A / D converter 170 and is multiplied by the constant z through the digital multiplier 172, so that the digital multiplier 172 outputs the signal zf indicating the air pressure. Is output.
This signal zf is supplied to the linear unit 104 via the junction 102 as the traveling wave pressure signal q 0 . In the linear unit 104, the traveling wave pressure signal q 0 is delayed and filtered, and after a predetermined time has passed, it is output as a reflected wave pressure signal q i . This reflected wave pressure signal q i
Is supplied to the D / A converter 171 as the pressure signal q via the junction 102. The pressure signal q is
After being converted into an analog signal in the D / A converter 171, amplified by the amplifier 184, the diaphragm 185
Is pronounced through.

【0034】振動板185が発音すると、発音によって
生じる空気の疎密波は、マウスピース180の終端部1
80bから一端180aに向って伝搬し、リード181
に達する。ところで、この時点においても演奏者はマウ
スピース180に息を吹込みつつあるため、これによっ
て生ずる吹奏圧pと、振動板185によって生ずる圧力
qとの和に相当する圧力がリード181に印加され、こ
の圧力によってリード181が振動する。
When the diaphragm 185 produces a sound, the compressional wave of the air generated by the production of the sound is generated by the end portion 1 of the mouthpiece 180.
Propagating from 80b toward one end 180a, leads 181
Reach By the way, since the player is still breathing into the mouthpiece 180 even at this point, a pressure corresponding to the sum of the blowing pressure p generated thereby and the pressure q generated by the diaphragm 185 is applied to the lead 181. This pressure causes the lead 181 to vibrate.

【0035】リード181が振動すると、空気の疎密波
が発生し、この疎密波が圧力進行波としてマウスピース
180内を一端180aから終端部180bに向って伝
搬する。ここで、リード181および振動板185によ
って生ずる疎密波は、局所的には空気の流速の変化を発
生させるため、この流速の変化が流速センサ182を介
して検出される。そして、流速センサ182の検出結果
は、アンプ183、A/Dコンバータ170、ジャンク
ション102を介して進行波圧力信号q0に変換され、
再び線形部104に供給されるとともに、サウンド・シ
ステム75を介して発音される。
When the lead 181 vibrates, a compressional wave of air is generated, and this compressional wave propagates as a pressure traveling wave in the mouthpiece 180 from one end 180a toward the terminal end 180b. Here, the compression wave generated by the lead 181 and the diaphragm 185 locally causes a change in the flow velocity of air, and thus the change in the flow velocity is detected via the flow velocity sensor 182. Then, the detection result of the flow velocity sensor 182 is converted into a traveling wave pressure signal q 0 via the amplifier 183, the A / D converter 170, and the junction 102,
It is supplied to the linear unit 104 again and is sounded via the sound system 75.

【0036】このように、非線形部205と線形部10
4との間において信号が交換され、ジャンクション10
2から出力される圧力信号qによってマウスピース18
0内部の物理状態が変動する。従って、リード181
は、線形部104における遅延時間に相当する周期で共
鳴し、これによって進行波圧力信号q0および反射波圧
力信号qi等の周波数、すなわち楽音のピッチが決定さ
れる。
As described above, the nonlinear section 205 and the linear section 10
Signals are exchanged between 4 and junction 10
2 by the pressure signal q output from the mouthpiece 18
The physical state inside 0 changes. Therefore, the lead 181
Resonates in a cycle corresponding to the delay time in the linear section 104, and thereby the frequencies of the traveling wave pressure signal q 0 and the reflected wave pressure signal q i , that is, the pitch of the musical sound is determined.

【0037】このように、本実施例によれば、非線形部
205において実際の管楽器のマウスピース180を使
用したから、非線形部の回路構成をきわめて簡略化で
き、安価に製造可能でありながら、きわめて忠実度の高
いことが判る。また、本実施例にあっては、振動板18
5によって発生する音のうちマウスピース外に漏れる音
は微弱であり、サウンド・システム75としては、ヘッ
ドホン等を自由に採用することが可能であるから、住宅
密集地等における演奏の練習に用いて好適である。
As described above, according to the present embodiment, since the mouthpiece 180 of the actual wind instrument is used in the non-linear section 205, the circuit configuration of the non-linear section can be extremely simplified and can be manufactured at a low cost. It turns out that the fidelity is high. Further, in the present embodiment, the diaphragm 18
Of the sounds generated by 5, the sound that leaks out of the mouthpiece is weak, and headphones or the like can be freely adopted as the sound system 75. It is suitable.

【発明の効果】以上説明したように、請求項1に記載の
楽音合成装置によれば、線形回路がデジタル回路によっ
て構成され、非線形回路がアナログ回路によって構成さ
れているから、安価に製造可能でありながら忠実度を高
めることが可能である。また、請求項2に記載の構成に
あっては、リードを有するマウスピースの物理的挙動を
利用して楽音を合成するから、電気的構成を簡略化する
ことができるとともに、忠実度の高い楽音を発生するこ
とが可能である。
As described above, according to the tone synthesis apparatus of the first aspect, the linear circuit is composed of the digital circuit and the non-linear circuit is composed of the analog circuit. It is possible to increase fidelity. Further, in the structure according to the second aspect, since the musical sound is synthesized by utilizing the physical behavior of the mouthpiece having the lead, the electric structure can be simplified and the musical sound with high fidelity can be obtained. Can occur.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の第1の実施例のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の第2の実施例のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a second embodiment of the present invention.

【図3】 従来の楽音合成装置のブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of a conventional tone synthesizer.

【図4】 従来の楽音合成装置の動作説明図である。FIG. 4 is an operation explanatory diagram of a conventional musical sound synthesizer.

【図5】 従来の楽音合成装置の要部のブロック図であ
る。
FIG. 5 is a block diagram of a main part of a conventional musical sound synthesizer.

【図6】 本発明の前提となった回路のブロック図であ
る。
FIG. 6 is a block diagram of a circuit on which the present invention is based.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

104 線形部(デジタル線形回路、線形回路) 170 A/Dコンバータ(第2の変換手段) 171 D/Aコンバータ(第1の変換手段) 180 マウスピース 182 流速センサ 185 振動板(振動手段) 204 非線形部(アナログ非線形回路) 104 linear part (digital linear circuit, linear circuit) 170 A / D converter (second conversion means) 171 D / A converter (first conversion means) 180 mouthpiece 182 flow rate sensor 185 diaphragm (vibration means) 204 non-linear Section (analog nonlinear circuit)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】供給されたデジタル信号を遅延させて出力
するデジタル線形回路と、 前記デジタル線形回路の出力信号をアナログ信号に変換
する第1の変換手段と、 前記第1の変換手段から出力されたアナログ信号に対し
て周波数特性を付与して出力するアナログ非線形回路
と、 前記アナログ非線形回路の出力信号をデジタル信号に変
換して前記デジタル線形回路に供給する第2の変換手段
とを具備することを特徴とする楽音合成装置。
1. A digital linear circuit that delays and outputs a supplied digital signal, a first conversion unit that converts an output signal of the digital linear circuit into an analog signal, and an output from the first conversion unit. An analog non-linear circuit for giving frequency characteristics to the analog signal and outputting the analog signal; and a second conversion means for converting an output signal of the analog non-linear circuit into a digital signal and supplying the digital signal to the digital linear circuit. A tone synthesizer characterized by.
【請求項2】リードを有するマウスピースと、 前記マウスピース内の空気流速を検出する流速センサ
と、 前記流速センサの出力信号を増幅し遅延した後に出力す
る線形回路と、 前記マウスピース内に設けられ、前記線形回路の出力信
号に基づいて振動する振動手段とを具備することを特徴
とする楽音合成装置。
2. A mouthpiece having a lead, a flow velocity sensor for detecting an air flow velocity in the mouthpiece, a linear circuit for amplifying and delaying an output signal of the flow velocity sensor, and outputting the amplified signal, the linear circuit being provided in the mouthpiece. And a vibrating means for vibrating based on the output signal of the linear circuit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009168835A (en) * 2008-01-10 2009-07-30 Yamaha Corp Musical sound synthesizer and program
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