JPH0683363A - 電子楽器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 弦の横振動のみならず、縦振動に基づく挙動
をも勘案した実際に即した発音メカニズムをシミュレー
トする電子楽器を実現する。 【構成】 励振信号形成部１１が演奏情報に対応したハ
ンマ信号ＨＳ１，ＨＳ２を発生し、横振動発生部１２，
１３が上記ハンマ信号ＨＳ１，ＨＳ２に基づき、弦の横
振動に相当する横振動信号を発生する。振動変換回路１
６は、この横振動信号に応じて弦の縦振動を励起する変
位信号Ｈ１，Ｈ２を発生し、縦振動発生部１７，１８が
この変位信号Ｈ１，Ｈ２に基づき、縦振動信号を発生す
る。そして、共鳴系１４，１５が横振動の共鳴を表す第
１の共鳴信号と縦振動の共鳴を表す第２の共鳴信号とを
生成し、加算器１９が第１および第２の共鳴信号を合成
して楽音波形を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

【０００１】この発明は、例えば、自然楽器のピアノ音
を正確にシミュレートすることができる電子楽器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、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
方法が各種開発されている。例えば、ギター等の撥弦楽
器、ピアノ等の打弦楽器などの減衰性楽音を形成する自
然楽器のモデルは、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と弦の音響損失をシミュレートした
ローパスフィルタとからなる閉ループ回路によって実現
される。

【０００３】この閉ループ回路に撥弦あるいは打弦の際
の衝撃に対応した駆動信号を入力すると、該閉ループ回
路を駆動信号が循環して共振が発生する。そして、閉ル
ープを循環する信号は、ローパスフィルタによって徐々
に減衰する。このようにして、弦楽器の弦における振動
の往復運動がシミュレートされ、閉ループ回路を循環す
る信号を抽出することにより、弦の振動に対応した楽音
信号が形成される。なお、この種の技術は、例えば、特
開昭６３−４０１９９号公報に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、自然楽器の
ピアノにおいては、押鍵操作に応じてハンマが弦を打弦
し、これに基づき弦に振動が励起される。ここで、弦を
伝播する振動成分としては、通常の横振動波の他、これ
に直交する方向の縦振動波も存在することが知られてい
る。縦振動波は、一般に横振動波より伝播速度が速く、
しかも横振動波の挙動とは独立したものになり得る。

【０００５】そこで、自然楽器のピアノにおいて、この
横振動波および縦振動波が楽音形成に寄与する点につい
て考察すると、縦振動波は楽音発生時の立上がりである
アタック波形に大きな影響を与えることが判っている。
また、ピアノにおいて、弦は「駒」と、この「駒」に対
向する固定端である「カポダストロ」との間に張設され
ており、ここを伝播する横振動波が「駒」を通じて主に
響板から音響として放射され、一方、縦振動波は「カポ
ダストロ」を通じて主にフレームから音響放射されてい
ることも判った。そして、こうした振る舞いにより、ピ
アノ固有の楽音が形成されるようになっている。

【０００６】ところで、上記特開昭６３−４０１９９号
公報に開示されている技術においては、弦に励起される
横振動の挙動しか考慮しておらず、必ずしもピアノの発
音メカニズムを正確にシミュレートしたものではなかっ
た。したがって、この発明は上述した事情に鑑みてなさ
れたもので、弦の横振動のみならず、縦振動に基づく挙
動をも勘案した正確な発音メカニズムをシミュレートす
る電子楽器を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、演奏情報に
対応した第１の励振信号を発生する第１の励振手段と、
少なくとも前記第１の励振信号を所定時間遅延させると
共に、繰り返し循環させ、弦の横振動に相当する横振動
信号を発生する横振動発生手段と、前記横振動信号に応
じて第２の励振信号を発生する第２の励振手段と、少な
くとも前記第２の励振信号を所定時間遅延させると共
に、繰り返し循環させ、弦の縦振動に相当する縦振動信
号を発生する縦振動発生手段と、前記横振動信号および
縦振動信号を繰り返し循環させる手段であって、この横
振動信号および縦振動信号に対し、少なくとも遅延処理
および減衰処理を施して前記横振動および前記縦振動の
伝搬動作をシミュレートし、該横振動信号の共鳴を表す
第１の共鳴信号と該縦振動信号の共鳴を表す第２の共鳴
信号とを生成する共鳴手段と、前記第１および第２の共
鳴信号を合成して楽音波形を形成する合成手段とを具備
することを特徴とする。

【０００８】

【作用】上記構成によれば、第１の励振手段が演奏情報
に対応した第１の励振信号を発生し、横振動発生手段が
第１の励振信号に基づき、弦の横振動に相当する横振動
信号を発生する。第２の励振手段はこの横振動信号に応
じて弦の縦振動を励起する第２の励振信号を発生し、縦
振動発生手段が第２の励起信号に基づき、縦振動信号を
発生する。そして、共鳴手段が横振動信号の共鳴を表す
第１の共鳴信号と縦振動信号の共鳴を表す第２の共鳴信
号とを生成し、合成手段がこの第１および第２の共鳴信
号を合成して楽音波形を形成する。この結果、弦の横振
動のみならず、縦振動に基づく挙動をも勘案した正確な
発音メカニズムのシミュレートが可能になる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例につ
いて説明する。 Ａ．実施例の全体構成 図１は、この発明の一実施例である電子ピアノの全体構
成を示すブロック図である。この図において、１は鍵盤
である。この鍵盤１は、各鍵毎の押離鍵を検出すると共
に、押鍵の速度及び離鍵の速度を検出する機構を有し、
押離鍵および押離鍵の速度に対応した信号を発生する。
１ａは鍵盤インターフェイスであり、鍵盤１から供給さ
れる各種信号に基づき、音高に関する情報、押鍵速度信
号および離鍵速度信号を発生する。２はこの電子ピアノ
各部を制御するＣＰＵである。

【００１０】３はＣＰＵ２にロードされる各種制御プロ
グラムや、これらプログラムで用いられる各種データな
どが記憶されるＲＯＭである。４はＣＰＵ２の各種演算
結果や、レジスタ値が一時記憶されるＲＡＭである。５
はこの電子ピアノに配設されるペダルである。このペダ
ル５は、実際のピアノにおけるソフトペダルとダンパペ
ダルとに対応して後述するソフト効果、あるいは楽音の
減衰を制御するダンパ効果をもたらすものである。例え
ば、ソフトペダルが操作された場合には、打弦機構全体
を左あるいは右にシフトさせ、２本張設された弦のうち
１本を打弦するように構成されている。また、このペダ
ル５は、前記鍵盤１と同じく、その操作速度を検出する
機構が備えられており、操作量に応じた信号や、操作速
度を表す信号を発生する。５ａはペダルインターフェイ
スであり、ペダル５から供給される各種信号をもとに、
ペダル操作に対応したディジタル信号を発生する。

【００１１】６はバスを介して供給される各種信号に基
づき楽音合成を行い、これにより形成される楽音信号Ｗ
を出力する楽音合成回路であり、その構成については後
述する。７はサウンドシステムである。このサウンドシ
ステム７は、楽音信号Ｗに対して各種フィルタリングを
施し、不要ノイズの除去、あるいは効果音処理などを施
した後、これを増幅してスピーカＳＰから発音する。

【００１２】Ｂ．楽音合成回路６の概略構成 次に、図２は、楽音合成回路６の構成を示すブロック図
である。なお、この図に示す楽音合成回路６は、２弦モ
デルによって単音発音する回路構成であるが、これを時
分割動作させることにより複音を同時に発音させること
も可能である。図２に示すように、この楽音合成回路６
は大別すると、インタフェース部８と、横振動シミュレ
ート部９と、縦振動シミュレート部１０と、図７に示す
励振信号形成部１１とから構成される。

【００１３】まず、インタフェース部８は、ＣＰＵ２か
らバスを介して供給される演奏情報を動作パラメータと
して上記構成要素９〜１１に供給する。なお、この動作
パラメータは、共鳴動作をシミュレートする際に用いら
れる共鳴系パラメータＫ１〜Ｋ４と、弦振動をシミュレ
ートする際に用いられる弦系パラメータＳ１〜Ｓ４と、
打弦動作をシミュレートする際に用いられる励振パラメ
ータＥＰとから形成されるものであり、その意味すると
ころについては後述する。

【００１４】横振動シミュレート部９は、実際のピアノ
における「駒」と「カポダストロ」との間に張設された
弦に励起される横振動の伝搬動作をシミュレートすると
共に、この横振動の共鳴動作をもシミュレートする。こ
こで言う共鳴動作は、「駒」側から響板へ伝わる横振動
に基づく響板の共鳴と、「カポダストロ」側からフレー
ムに伝わる横振動に基づくフレームの共鳴と、更に、こ
のフレームを経て響板側へ伝わる振動に基づく響板の共
鳴とから形成されるものである。一方、縦振動シミュレ
ート部１０は、上記シミュレート部９で励起された横振
動に対応して発生する縦振動の伝搬動作と、この縦振動
に応じてなされる上記各共鳴動作とをシミュレートす
る。

【００１５】Ｃ．横振動シミュレート部９の構成 次に、図２〜図５を参照し、横振動シュミレート部９の
構成について説明する。まず、図２おいて、１２は第１
弦横振動発生部であり、２弦モデルのうち第１弦におけ
る横振動の伝搬をシミュレートする。１３はこの発生部
１２と同一の構成を有する第２弦横振動発生部であり、
第２弦の横振動の伝搬をシミュレートする。これら第１
弦および第２弦横振動発生部１２，１３には、それぞれ
励振信号形成部１１からハンマ信号ＨＳ１，ＨＳ２が供
給される。このハンマ信号ＨＳ１，ＨＳ２とは、後述す
るように、実際のピアノにおけるハンマの打弦強度に対
応するものであり、これが上記振動発生部１２，１３の
それぞれに注入されることにより弦の横振動が励起され
る。また、これら振動発生部１２，１３は、それぞれ励
起された弦振動の速度に対応した振動速度信号Ｖ１，Ｖ
２を発生するものであり、その構成については後述す
る。

【００１６】１４は実際のピアノにおけるフレームの共
鳴動作をシミュレートする共鳴系Ａである。この共鳴系
Ａ１４には、「カポダストロ」を介して伝搬される振動
に相当する信号が供給される。１５は実際のピアノにお
ける響板の共鳴動作をシミュレートする共鳴系Ｂであ
る。この共鳴系Ｂには、「駒」を介して伝搬される振動
に相当する信号が供給される。なお、これら共鳴系Ａ１
４と共鳴系Ｂ１５との構成については後述する。

【００１７】次に、図３は、第１弦横振動発生部１２の
構成を示すブロック図である。図において、３０，３１
はそれぞれ減算器であり、第１弦の固定端に相当する。
すなわち、減算器３０は、弦の「カポダストロ」側に相
当し、一方、減算器３１は「駒」側に相当する。３２，
３３は加算器であり、実際のピアノにおけるハンマの打
弦位置に相当するものであり、これら両者に打弦強度に
対応するハンマ信号が注入されることで横振動が励起さ
れる。

【００１８】３４〜３７は、各々入力された信号を所定
時間遅延して出力する遅延回路であり、所定段数のシフ
トレジスタ等で構成されている。３８，３９は、それぞ
れ弦を伝搬する横振動の伝達周波数特性をシュミレート
するローパスフィルタ（ＬＰＦ）である。４０は加算器
であり、「カポダストロ」端で反射され、「駒」側へ進
行する横振動に相当する信号と、これと逆の方向に進行
する横振動に相当する信号とを加算し、加算結果を振動
速度信号Ｖ１として出力する。４１は係数乗算器であ
り、ハンマ信号ＨＳ１に乗算係数１／２を乗算して出力
する。

【００１９】このような構成によれば、構成要素３０〜
３９はループ回路を形成し、該ループ回路中をハンマ信
号ＨＳ１によって励起された信号が循環することで、第
１弦における横振動の往復運動がシミュレートされる。
また、第２弦横振動発生部１３は、上述した第１弦横振
動発生部１２と同一の構成となっており、第２弦におけ
る横振動の往復運動がシミュレートされる。なお、この
第２弦横振動発生部１３には、ハンマ信号ＨＳ２が供給
され、これに基づいて振動速度信号Ｖ２が形成されるよ
うになっている。

【００２０】ところで、この第１弦および第２弦横振動
発生部１２，１３には、前述した弦系パラメータＳ１，
Ｓ２がそれぞれ供給され、これに応じて遅延回路３４〜
３７の遅延時間と、ＬＰＦ３８，３９の伝達特性とを制
御するようにしている。このようにすることで、演奏情
報に応じてシミュレートすべき弦の振動特性が変化し、
これにより該演奏情報に対応した楽音が形成される。

【００２１】次に、図４は、前述した共鳴系Ａ１４と共
鳴系Ｂ１５とを形成するウェーブガイドネットワークの
構成を示すブロック図である。図において、Ｊ₁〜Ｊnは
ジャンクション、Ｌ，…，ＬはこれらジャンクションＪ
₁〜Ｊn相互間を接続するネットワークである。なお、こ
の図に示すジャンクションＪ₁とジャンクションＪ₂とを
相互に接続するラインは、前述した第１弦および第２弦
横振動発生部１２，１３に各々対応している。

【００２２】これらネットワークＬは、図５（イ）に示
すように、双方向に信号を伝送するループ回路をなし、
減算器５０ａ，５０ｂ、遅延回路５０ｃ，５０ｄ、ロー
パスフィルタ（ＬＰＦ）５０ｅ，５０ｆとから構成され
ている。ここで、遅延回路５０ｃ，５０ｄは振動の伝搬
遅延をシミュレートしており、ＬＰＦ５０ｅ，５０ｆは
振動の伝達特性をシミュレートするものである。また、
こうしたネットワークＬによって相互接続される各ジャ
ンクションＪ₁〜Ｊnは、同図（ロ）に示す構成となって
いる。すなわち、一例として挙げたジャンクションＪ₁
は、入力信号に対してそれぞれ係数α₁〜α₄を乗ずる係
数乗算器６０ａ〜６０ｄと、これら係数乗算器６０ａ〜
６０ｄの出力を各々加算して出力する加算器とから構成
されている。なお、これら乗算係数は、結合部分におけ
る振動の伝搬率を表すインピーダンスであり、各ジャン
クションＪ₁〜Ｊnにおける係数α₁〜α₄の総和は「２」
となる。

【００２３】ここで、各ジャンクションＪ₁〜Ｊnの意味
について説明する。まず、ジャンクションＪ₁は、弦と
「カポダストロ」との結合点、ジャンクションＪ₂は弦
と「駒」との結合点を表している。また、ジャンクショ
ンＪ₃は「カポダストロ」とフレームとの結合点、ジャ
ンクションＪ₄は「駒」と響板との結合点を表してい
る。なお、このジャンクションＪ₄に接続される各ジャ
ンクションＪ₅〜Ｊnは、響板の共鳴特性をシミュレート
するよう格子状に接続されている。

【００２４】上記構成によれば、第１弦あるいは第２弦
において励起された横振動は、「カポダストロ」側およ
び「駒」側を介して共鳴系Ａ１４と共鳴系Ｂ１５とに供
給され、これにより、それぞれフレームと響板とにおけ
る共鳴動作と、上述した各結合点相互間の横振動伝搬と
がシュミレートされることになる。

【００２５】Ｄ．振動変換回路１６の構成 ところで、以上説明した横振動シュミレート部９から
は、ハンマ信号ＨＳ１，ＨＳ２に応じて振動速度信号Ｖ
１，Ｖ２が生成され、該信号Ｖ１，Ｖ２は振動変換回路
１６，１６（図２参照）に供給される。この振動変換回
路１６，１６は、振動速度信号Ｖ１（あるいはＶ２）を
変位信号Ｈ１（あるいはＨ２）に変換して出力するもの
であり、その構成を図６に示す。

【００２６】図６において、１６ａは加算器、１６ｂは
この加算器１６ａの出力を１サンプリング周期分遅延し
て出力する遅延回路である。すなわち、この加算器１６
ａと遅延回路１６ｂとは、積分回路を構成しており、入
力される振動速度信号Ｖ１（Ｖ２）を一階積分して、振
動の変位量に相当する信号ｙを形成する。１６ｃは自己
の入力信号を自乗して出力する乗算器である。この乗算
器１６ｃは、信号ｙを自乗（ｙ²）し、これを変位信号
Ｈ１（Ｈ２）として出力する。

【００２７】Ｅ．縦振動シミュレート部１０の構成 次に、再び図２を参照し、縦振動シュミレート部１０の
構成について説明する。この図おいて、１７は第１弦縦
振動発生部であり、上記の変位信号Ｈ１に応じて励起さ
れる縦振動の伝搬動作をシミュレートする。１８はこの
発生部１７と同一の構成による第２弦横振動発生部であ
り、変位信号Ｈ２に応じて励起される縦振動の伝搬動作
をシミュレートする。これら振動発生部１７，１８と、
前述した発生部１２，１３とは、基本的に同一の構成で
あるが、振動の伝搬特性をシミュレートする際の遅延時
間が異なっている。

【００２８】すなわち、弦を伝搬する横振動と縦振動と
では、その伝搬速度が異なるため、これに対応させて上
記振動発生部１７，１８における遅延時間を、前述した
振動発生部１２，１３のものより短縮させている。これ
は、例えば、この遅延時間を与える遅延回路が同一段数
のシフトレジスタ等で構成されている場合、動作クロッ
クを異ならせることで実現される。また、同一の動作ク
ロック下で動作させる場合には、異なる段数のシフトレ
ジスタを用い、実質的に遅延時間を異ならせるようにし
ても良い。

【００２９】Ｆ．励振信号形成部１１の構成 次に、図７は前述したハンマ信号ＨＳ１，ＨＳ２を形成
する励振信号形成部１１の構成を示すブロック図であ
る。図において、７０はハンマ信号生成回路であり、イ
ンタフェース部８から供給される初期信号ＩＮＩＴに基
づき、実際のピアノの打弦強度に相当したハンマ信号Ｈ
Ｓ１を形成する。ここで、初期信号ＩＮＩＴとは、前述
した励振パラメータＥＰの一つであり、押鍵時のイニシ
ャルタッチに対応して生成される信号である。７１はゲ
ート回路であり、前述したソフトペダルの操作により形
成される信号ＳＯＦＴが供給されると、ハンマ信号ＨＳ
２を出力する。

【００３０】次に、図８〜図９を参照し、上述したハン
マ信号生成回路７０の構成について説明する。図におい
て、７２は乗算器であり、前述した加算器４０（図３参
照）の出力に係数Ｋ₂を乗算して出力する。この加算器
４０の出力は、弦に励起された横振動の速度に相当した
振動速度信号Ｖ１（Ｖ２）である。また、乗算係数Ｋ2
は、弦からハンマへのエネルギー伝達効率に相当する値
である。したがって、乗算器７２の出力は、弦の速度に
対応した信号に相当する。

【００３１】７３は加算器７３ａと１サンプル周期遅延
回路７３ｂとから構成される積分回路であり、入力信号
を積分することで弦の変位に相当した弦変位信号ｘを生
成する。７４は減算器であり、後述するハンマ変位信号
ｈから弦変位信号ｘを減算し、弦とハンマとの相対変位
を表す相対変位信号（ｈ−ｘ）を出力する。７５はＲＯ
Ｍ等の記録されたデータテーブルによって形成される非
線形関数Ａであり、図９（イ）にその入出力特性を示
す。７６はＲＯＭ等の記録されたデータテーブルで形成
される非線形関数Ｂであり、図９（ロ）にその入出力特
性を示す。ここで、非線形関数Ａ７５は、弦とハンマと
の相対変位に対する該ハンマの弾性成分を表し、一方、
非線形関数Ｂ７６は、弦とハンマとの相対変位に対する
該ハンマの粘性成分とを表している。

【００３２】７７は減算器７７ａと１サンプル周期遅延
回路７７ｂとから構成される差分回路である。この差分
回路７７からは、上述した相対変位信号（ｈ−ｘ）の１
サンプル周期前の値に対する変化分に相当する差分信号
Δ（ｈ−ｘ）が出力される。７８は非線形関数Ｂ７６の
出力と差分回路７７の出力とを乗算する乗算器である。
７９は入力信号にハンマの粘性係数Ｒを乗算する乗算器
であり、弦とハンマとの間に働く反発力のうち、ハンマ
の粘性に起因した成分に相当する信号が出力される。８
０は非線形関数Ａ７５の出力と乗算器７９の出力とを加
算する加算器である。ここで、加算器８０から出力され
る信号は、ハンマの弾性成分と粘性成分とが足し合わさ
れて、打弦強度を表すハンマ信号ＨＳ１（ＨＳ２）が形
成される。

【００３３】また、このハンマ信号ＨＳ１は、乗算器８
１においてハンマの慣性質量Ｍの逆数（−１／Ｍ）が乗
じられる。したがって、この乗算器８１からは、ハンマ
の加速度に相当する信号が出力されることになる。８２
は加算器８２ａと１サンプル周期遅延回路８２ｂとから
構成される積分回路である。この積分回路８２は、ハン
マの加速度に相当する信号を積分し、この結果得られる
ハンマ速度に相当する信号を発生する。８３は加算器８
３ａと１サンプル周期遅延回路８３ｂとから構成される
積分回路である。この積分回路８３は、前述したインタ
フェース部８から供給される初期励振信号ＩＮＩＴと、
積分回路８２の出力とを加算し、これを積分することに
より得られる前述のハンマ変位信号ｈを発生する。な
お、この初期励振信号ＩＮＩＴは、鍵盤１のいずれかの
鍵が押鍵された時のイニシャルタッチに基づき生成され
るものである。

【００３４】加算器８０から出力されるハンマ信号ＨＳ
１は、乗算器８４と、１サンプル周期遅延回路８５とを
介して前述の加算器７３ａに供給される。乗算器８４で
は、ハンマから弦へ伝達されるエネルギーの伝達効率が
乗算係数Ｋ₁として乗ぜられ、これにより、ハンマによ
って弦に与えられる速度変化分に相当する信号が生成さ
れる。したがって、加算器７３ａにおいては、この速度
変化分に相当する信号と、弦に励起された横振動の速度
に相当する信号とが足し合わされるようになっている。

【００３５】上記構成によるハンマ信号生成回路７０に
おいて、初期励振信号ＩＮＩＴが供給されると、まず、
これが積分されることによってハンマの変位に相当する
ハンマ変位信号ｈが次第に増加する。そして、ハンマと
弦との反発力の内、ハンマの弾性に起因する成分と、粘
性に起因する成分とが生成され、これが加算器８０にお
いて加算される。この結果、弦に対するハンマの打弦強
度を表すハンマ信号ＨＳ１が形成される。

【００３６】Ｈ．実施例の動作 次に、以上に説明した構成による実施例の動作について
説明する。なお、ここでは、第１弦および第２弦が共に
打弦される場合と、前述したソフトペダルが操作され、
第１弦のみが打弦される場合の動作とについて示す。 第１弦および第２弦が共に打弦される場合の動作 まず、鍵盤１において押鍵がなされると、鍵盤インタフ
ェース１ａより押鍵に対応した演奏情報（例えば、キー
オンＫｏｎ、キーコードＫＣ、イニシャルタッチＩＴ）
が生成される。そして、この演奏情報はＣＰＵ２に取込
まれ、各種動作パラメータに変換された後、バスを介し
てインタフェース部８から楽音合成回路６の各部へ供給
される。

【００３７】こうしたパラメータ設定において、イニシ
ャルタッチＩＴに応じて生成される初期励振信号ＩＮＩ
Ｔは、ハンマ信号生成回路１１に供給され、これにより
ハンマ信号ＨＳ１，ＨＳ２が生成される。また、キーコ
ードＫＣに応じて生成される弦系パラメータＳ１〜Ｓ４
と共鳴系パラメータＫ１〜Ｋ４とは、横振動シミュレー
ト部９および縦振動シミュレート部１０に供給される。
ここで、弦系パラメータＳ１〜Ｓ４は、振動発生部１
２，１３，１７，１８における弦振動の遅延時間や伝達
特性を規定する。これにより、シミュレートすべき弦の
弦長が定まる。一方、共鳴系パラメータＫ１〜Ｋ４は、
共鳴系Ａ１４と共鳴系Ｂ１５とに供給され、振動が伝搬
する際の遅延時間や伝達特性が規定され、その共鳴特性
が定められる。

【００３８】このようにして初期設定がなされると、ハ
ンマ信号ＨＳ１，ＨＳ２がそれぞれ第１弦および第２弦
横振動発生部１２，１３に供給され、各弦に横振動を励
起する。これら振動発生部１２，１３で励起された横振
動は、前述したように、図４に示すウェーブガイドネッ
トワークを伝搬し、「フレーム」と「響板」とにおける
共鳴動作と、各ジャンクションＪ₁〜Ｊn相互間の横振動
伝搬とがシュミレートされる。そして、これら振動発生
部１２，１３においてそれぞれ励起された横振動は、振
動速度信号Ｖ１，Ｖ２として抽出され、該信号Ｖ１，Ｖ
２はそれぞれ振動変換回路１６において変位信号Ｈ１，
Ｈ２に変換される。

【００３９】ここで、この変位信号Ｈ１，Ｈ２が縦振動
を励起する理由について図１０を参照し、説明する。図
１０は振動中にある弦の瞬間を模した図であり、弦の振
動変位を三角形で近似した状態を表している。すなわ
ち、弦の長さをこの三角形の斜辺ｄによって表すと、ｄ
＝（ｘ²＋ｙ²)^1/2となる。そして、ｘ》ｙなる条件でこ
の式をテイラー展開し、その一次の項を取ると、ｄ＝ｘ
＋（ｙ²／２ｘ）となる。したがって、この展開式にお
けるｘは定数であるので、長さ方向ｄの振動（縦振動）
が横振動の変位ｙの自乗によって励起されることになる
訳である。

【００４０】このようにして励起された縦振動は、横振
動シミュレート部９と同様に、縦振動シュミレート部１
０においてフレームと響板とで共鳴する。そして、横振
動シミュレート部９と縦振動シミュレート部１０とから
出力される各信号は、加算器１９において加算され、楽
音信号Ｗとして次段へ供給される。この楽音信号Ｗは、
横振動変位の自乗に対応して励起される縦振動をも考慮
したものであり、従来のものに比べ、より実際のピアノ
固有の楽音となる。

【００４１】第１弦のみが打弦される場合の動作 この動作は、前述したソフトペダルが操作されることに
より実現される。すなわち、該ソフトペダルが操作され
ると、インタフェース部８から信号ＳＯＦＴが「１」と
して供給され、これによりゲート回路７１（図７参照）
がディスエーブルされる。この結果、ハンマ信号ＨＳ１
だけが第１弦横振動発生回路１２に供給され、第１弦の
みに横振動が励起されることになる。

【００４２】ところで、この第１弦に励起される横振動
は、前述したウェーブガイドネットワークを介して第２
弦にも伝搬することになる。これは、「一方の弦が打弦
された場合、他方の弦にも振動を伝え、発生楽音を柔ら
かに発音する」という実際のピアノにおけるソフト効果
をシミュレートすることになる。そして、第１弦に励起
された横振動と、この第１弦において励起された振動が
伝搬することで励起される第２弦の横振動とは、縦振動
シミュレート部１０に導入されて縦振動に関する伝搬動
作および共鳴動作がなされる。

【００４３】以上のように、この実施例にあっては、横
振動に関する発音挙動のみをシミュレートする従来のも
のに対し、横振動の変位の自乗に対応して励起される縦
振動の発音挙動をも勘案するようにしたので、より正確
な発音メカニズムをシミュレートしたことになる。ま
た、上記実施例にあっては、実際のピアノに即してソフ
トペダルが設けられ、これにより上述のソフト効果をも
再現することが可能になっている。

【００４４】Ｉ．第１変形例 上述した実施例においては、図２に示したように、楽音
合成回路６を横振動発生部分と縦振動発生部分とに分
け、それぞれの振動伝搬をシミュレートするようにした
が、これに替えて、図１１に示す第１変形例のようにし
ても良い。すなわち、図１１に示す第１変形例は、前述
した縦振動シミュレート部１０を省略し、横振動変位を
積分して自乗する自乗回路９０を設け、該回路９０の出
力を直接縦振動用共鳴系９０に入力する構成にしたもの
であり、このようにしても縦振動に基づく楽音形成過程
を充分再現することが可能になる。

【００４５】Ｊ．第２変形例 次に、図１２〜図１３は、第２変形例による楽音合成回
路１００の構成を示すブロック図である。図１２におい
て、図２に示す楽音合成回路６と共通する構成要素には
同一の番号を付し、その説明を省略する。図１２に示す
楽音合成回路１００が、前述した楽音合成回路６（図２
参照）と異なる点は、横振動シミュレート部９および縦
振動シミュレート部がそれぞれ独立した構成としたこと
にある。すなわち、この第２変形例にあっては、横振動
シミュレート部９が前述した実施例と同様に、励振信号
形成部１１から供給されるハンマ信号ＨＳ１，ＨＳ２に
よって弦に横振動が励起される一方、縦振動シミュレー
ト部１０は駆動波形発生回路１０１によって縦振動の励
起、共鳴がシミュレートされる構成となっており、横振
動と縦振動とがそれぞれ個別に励起されるようにしてい
る。

【００４６】ここで、図１３を参照し、駆動波形発生回
路１０１の構成について説明する。この図において、１
０２はアドレス生成回路であり、押鍵操作に対応して生
成されるイニシャルタッチＩＴおよびキーオンＫｏｎに
応じて読み出しアドレス先頭値ＡＤを発生する。このア
ドレス生成回路１０２は、イニシャルタッチＩＴが与え
られると、波形データ読み出しアドレス先頭値ＡＤを生
成し、キーオンＫｏｎが供給された時に該アドレス先頭
値ＡＤをインクリメントする。

【００４７】１０３は駆動波形メモリであり、実際のピ
アノにおける縦振動に相当する波形データが記憶され
る。このメモリ１０３は、上記読み出しアドレス先頭値
ＡＤが供給されると、この先頭値から順次アタック波形
を読み出して出力する。１０４はキーコードＫＣにより
キースケーリングされるフィルタである。フィルタ１０
４は、押鍵操作に対応したキーコードＫＣによってフィ
ルタ特性が制御されるようになっており、該フィルタ１
０４に供給される波形データ（縦振動波形）は、所定の
フィルタリングが施された後、変位信号Ｈ１として出力
される。

【００４８】上記構成による駆動波形発生回路１０１か
ら出力される変位信号Ｈ１は、前述した実施例と同様に
第１弦縦振動発生部１７に供給されると共に、ゲート回
路７１に入力される。このゲート回路７１に供給される
と、ソフトペダル効果が付与された変位信号Ｈ２とな
り、第２弦縦振動発生部１８に供給される。このよう
に、第２変形例にあっては、横振動発生部分と縦振動発
生部分とを分離しており、特に、波形メモリ読み出し方
式に基づき縦振動波形を発生させている。そして、こう
した態様にしても前述の実施例と同様に、弦の横振動の
みならず、縦振動に基づく挙動をも勘案した正確な発音
メカニズムのシミュレートが可能になる訳である。

【００４９】なお、前述した実施例においては、打弦楽
器であるピアノをシミュレートする場合について示した
が、これに限定されることなく撥弦楽器であるギター
や、その他シンバル、トライアングルなどの打楽器にも
応用しても効果がある。要は、横振動と縦振動とが楽音
発生時に関与する楽器であれば、いずれにも適用可能で
あり、その楽器固有の楽音を正確にシミュレートするこ
とが可能になる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、第１の励振手段が演奏情報に対応した第１の励振信
号を発生し、横振動発生手段が第１の励振信号に基づ
き、弦に励起される横振動に相当する横振動信号を発生
する。第２の励振手段はこの横振動信号に応じて弦の縦
振動を励起する第２の励振信号を発生し、縦振動発生手
段が第２の励起信号に基づき、弦に励起される縦振動に
相当する縦振動信号を発生する。そして、共鳴手段が横
振動信号の共鳴を表す第１の共鳴信号と該縦振動信号の
共鳴を表す第２の共鳴信号とを生成し、合成手段がこの
第１および第２の共鳴信号を合成して楽音波形を形成す
るので、弦の横振動のみならず、縦振動に基づく挙動を
も勘案した正確な発音メカニズムをシミュレートするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明による一実施例の全体構成を示すブ
ロック図。

【図２】 同実施例における楽音合成部６の構成を示す
ブロック図。

【図３】 同実施例における第１弦横振動発生部１２の
構成を示すブロック図。

【図４】 同実施例における共鳴系Ａ１４および共鳴系
Ｂ１５を形成するウェーブガイドネットワークを示す
図。

【図５】 ウェーブガイドネットワークを構成するネッ
トワークＬおよびジャンクションの構成を示すブロック
図。

【図６】 同実施例における振動変換回路１６の構成を
示すブロック図。

【図７】 同実施例における励振信号形成部１１の構成
を示すブロック図。

【図８】 同実施例におけるハンマ信号生成回路７０の
構成を示すブロック図。

【図９】 同ハンマ信号生成回路７０における非線形関
数Ａ７５および非線形関数Ｂ７６の入出力特性を示す
図。

【図１０】 同実施例における振動変換回路１６の原理
を説明するための図。

【図１１】 第１変形例を示すブロック図。

【図１２】 第２変形例における楽音合成回路１００の
構成を示すブロック図。

【図１３】 第２変形例における駆動波形発生回路１０
１の構成を示すブロック図。

【符号の説明】

６…楽音合成回路、９…横振動シミュレート部、１０…
縦振動シミュレート部、１１…励振信号形成部、１４…
共鳴系Ａ、１５…共鳴系Ｂ、１６…振動変換回路、１９
…加算器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東 岩男 静岡県浜松市中沢町10番１号 ヤマハ株式 会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 演奏情報に対応した第１の励振信号を発
   生する第１の励振手段と、 少なくとも前記第１の励振信号を所定時間遅延させると
   共に、繰り返し循環させ、弦の横振動に相当する横振動
   信号を発生する横振動発生手段と、 前記横振動信号に応じて第２の励振信号を発生する第２
   の励振手段と、 少なくとも前記第２の励振信号を所定時間遅延させると
   共に、繰り返し循環させ、弦の縦振動に相当する縦振動
   信号を発生する縦振動発生手段と、 前記横振動信号および縦振動信号を繰り返し循環させる
   手段であって、この横振動信号および縦振動信号に対
   し、少なくとも遅延処理および減衰処理を施して前記横
   振動および前記縦振動の伝搬動作をシミュレートし、該
   横振動信号の共鳴を表す第１の共鳴信号と該縦振動信号
   の共鳴を表す第２の共鳴信号とを生成する共鳴手段と、 前記第１および第２の共鳴信号を合成して楽音波形を形
   成する合成手段とを具備することを特徴とする電子楽
   器。