JPH0776877B2 - 楽音合成装置 - Google Patents
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- JPH0776877B2 JPH0776877B2 JP2161863A JP16186390A JPH0776877B2 JP H0776877 B2 JPH0776877 B2 JP H0776877B2 JP 2161863 A JP2161863 A JP 2161863A JP 16186390 A JP16186390 A JP 16186390A JP H0776877 B2 JPH0776877 B2 JP H0776877B2
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Description
「産業上の利用分野」 この発明はピアノ音等の打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振信号を発生し
てループ回路に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63−40199号公報あるいは特公昭58−58679号公
報に開示されている。 さて、例えばピアノ音を合成する場合、自然な音質を得
るためには、その励振系たる打弦機構を忠実にシミュレ
ートする必要がある。そこで、本願出願人は、ハンマに
与える初速度、ハンマの慣性量およびハンマの弾性特性
に基づき、打弦の際のハンマおよび弦の挙動をシミュレ
ーションし、ハンマによって弦に与えられる速度寄与分
を上記励振信号としてループ回路に入力するようにした
楽音合成装置を特願平１−194580号において提案するに
至った。 「発明が解決しようとする課題」 ところで、実際のピアノのハンマにおけるフェルトは、
弾性の他、粘性を有している。そして、この粘性は、打
弦の際のハンマの挙動に少なからぬ影響を与える。例え
ば、ハンマが低速度で弦に衝突する場合には、ハンマは
それに追従して変形するが、ハンマが高速度で弦に衝突
する瞬間は、ハンマがその衝撃に追従せずに剛体のよう
に振舞う。また、ピアノに限らず、他の自然楽器におい
ても、その振動機構（例えば、ギターの場合におけるピ
ック等）は少なからず粘性を有している。しかし、従
来、楽音発生時における粘性の影響を考慮した楽音合成
装置はなかった。 この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、
粘性を有する励振機構の動作が忠実にシミュレートさ
れ、自然感に富んだ楽音を合成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、少なくとも遅延手段を含むループ部からな
るループ手段を有し、発音指示に応答して励振信号を前
記ループ手段に入力することによって楽音信号を合成す
るようにした楽音合成装置において、前記ループ手段か
ら取り出される信号を非線形に変更して出力する非線形
手段と、前記ループ手段から取り出される信号の変化分
に応じた信号を出力する変化分発生手段と、前記非線形
手段から出力された信号と前記変化分発生手段から出力
された信号とを演算して前記ループ手段に帰還する演算
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、ループ手段から取り出された信号に
非線形変換を施した結果得られる信号と、ループ手段か
ら取り出された信号の変化分に応じた信号とに基づいて
ループ手段に帰還される信号が演算される。このような
動作が行われることにより、実際の自然楽器において見
られるような発音操作子および発音体の相互間に粘性が
働く場合の動作がシミュレートされ、自然感に富んだ楽
音が合成される。 「実施例」 以下、図面を参照し、この発明の一実施例を説明する。 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。１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KC、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
鍵の強さを示すイニシャルタッチ情報ITが鍵情報発生部
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、鍵情報発生部２から
キーコード情報KC、キーオン信号KONおよびキーオフ信
号KOFFが入力され、キーコード情報KCに対応した各種制
御情報を発生する。なお、この各種制御情報については
後述する。 ４はハンマ系パラメータ形成部であり、イニシャルタッ
チ情報ITに対応したハンマの初速度を指定する情報を演
算し、キーオン信号KONがアサートされた後、所定期間
に亙って、ハンマ初速度信号Vhとして出力する。 ５は楽音形成部であり、第２図にその構成を示す。第２
図において、ループ回路510は、弦における振動の往復
伝播をシミュレートするために設けられたものであり、
遅延回路511、加算器512、フィルタ513、乗算器514、遅
延回路515、加算器516、フィルタ517および位相反転回
路518を閉ループ状に接続してなる。 ここで、遅延回路511および515は、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、弦系パラメータ形成部３によって発生される遅延情
報T1およびT2によって遅延時間が制御される。この種の
遅延時間可変の遅延回路は、例えば入力信号を遅延させ
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T1あるいはT2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。遅延情報T1お
よびT2は、弦系パラメータ形成部３によってキーコード
情報KCに対応したものが与えられる。 フィルタ513および517は、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513および517には、弦系パ
ラメータ形成部３によって発生されるフィルタ演算用係
数C1およびC2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518および乗算器514は、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シミュレ
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には、負の乗算係数kdが弦系パラメータ形成部
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kdは絶対値の小さな値
に切り換えられ、楽音の急速減衰が行われる。 次に励振回路550について説明する。この励振回路550
は、ハンマおよび弦の挙動をシミュレートするものであ
る。ループ回路510における遅延回路511および515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Vs1が出力される。この弦速度信号V
s1に乗算器552によって係数sadm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sadm・Vs1は、加算器553および１
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555から、第３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遅延回路569から出力されるハンマH
Mの変位（第３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HMとの間にはその食い込み量
に応じた反撥力が働く。一方、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０で
ある。 非線形回路557は、ハンマHMが弦SPに衝突する場合に弦S
Pから受ける反撥力を演算し、該演算結果を反撥力信号
Ｆとして出力する。ここで、ハンマHMが弦SPから受ける
反撥力は、ハンマHMの弾性に起因する成分と、ハンマHM
の粘性に起因する成分を含んでいる。非線形回路557に
おいては、反撥力におけるハンマHMの弾性に起因した成
分は相対変位信号ｙ−ｘに基づいて演算され、ハンマHM
の粘性に起因した成分は相対変位信号ｙ−ｘの時間的変
化に基づいて演算される。 第４図に非線形回路557の構成を示す。第４図におい
て、557aおよび557eは各々ROM（リードオンリメモリ）
である。ここで、ROM557aに、第５図（ａ）に例示する
ようなハンマHMにおけるフェルトの弾性特性をシミュレ
ートした非線形テーブルＩが記憶されており、相対変位
信号ｙ−ｘがアドレスとして入力される。第５図（ａ）
から明らかなように、ハンマHMが弦SPから離れており、
相対変位信号ｙ−ｘが負の領域の値である場合、ROM557
aの出力値は常に０である。また、ハンマHMが弦SPに衝
突し、相対変位信号ｙ−ｘが正の値になると、ROM557a
の出力値は相対変位信号ｙ−ｘの値の増加に伴い、下側
に凸のカーブに沿って緩やかに増加する。ROM557aの出
力は、反撥力信号ＦにおけるハンマHMの弾性に起因した
成分Fsとして加算器557hに与えられる。 557bは入力信号たる相対変位信号ｙ−ｘの時間的変化△
（ｙ−ｘ）を検出するために設けられた差分回路であ
り、入力信号を１サンプル周期遅延させる遅延回路557c
と、入力信号と遅延回路557cの出力との差分を演算する
演算器557dとからなる。 ROM557eには、第５図（ｂ）に例示するような非線形テ
ーブルIIが記憶されており、相対変位信号ｙ−ｘがアド
レスとして与えられる。そして、ROM557eから読み出さ
れる相対変位情報ｙ−ｘに対応した制御情報krと、相対
変位の時間的変化△（ｙ−ｘ）とが、乗算器557fによっ
て乗算され、該乗算結果に対し、乗算器557gによって所
定の係数Ｒが乗じられ、反撥力信号Ｆにおける粘性に起
因した成分Frが求められ、加算器557hに与えられる。そ
して、ハンマHMの弾性に起因した成分FsとハンマHMの粘
性に起因した成分Frの和からなる反撥力信号Ｆが加算器
557hから出力される。 反撥力信号Ｆは乗算器558によって1/2が乗じられ、ルー
プ回路510の加算器512,516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の速度変化への寄与分を算出
し、ループ回路510に入力すべきところであるが、本実
施例では、上述した乗算係数sadmを調整することによ
り、上記速度変化に対する抵抗を考慮している。 また、乗算器558の出力信号F/2は乗算器567によって係
数fadmが乗じられ、ハンマHM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が得られる。この
弦速度信号βｓが遅延回路568によって１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
て変位する現象がシミュレートされる。 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、ハンマHMの慣性量Ｍ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HM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が出力される。そして、このハンマ速度信号β
は、乗算器563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5
65からなる積分器565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。 そして、ループ回路510におけるフィルタ513の出力信号
は、弦SPの振動によって生じる直線音の楽音信号として
フィルタ６に入力される。そして、楽音信号に対し、フ
ィルタ６によってピアノの響板の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は負の値になっている。
このため、第５図（ａ）および（ｂ）から明らかなよう
に、ROM557aの出力FsおよびROM557eの出力krは共に０で
あり、従って、反撥力信号Ｆは０となっている。また、
遅延回路554,561,565,568および569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
鍵のキーコード情報KC、キーオン信号KONおよびイニシ
ャルタッチ情報ITが出力される。そして、弦系パラメー
タ形成部３からキーコード情報KCに対応した遅延情報T1
およびT2、フィルタ演算用係数C1およびC2が出力される
と共に、負の乗算係数kd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によってイニシャルタッチ情報ITに応じたハンマ
初速度信号Vhが出力され、所定期間に亙って楽音形成部
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０に向って変化する。こ
の期間、弦変位信号ｘが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とが離れた状態に
対応）、反撥力信号Ｆは０、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、ROM557a
から相対変位信号ｙ−ｘに応じた大きさの反撥力信号の
弾性成分Fsが出力される。また、ROM557eから相対変位
信号ｙ−ｘに応じた制御情報krが出力されると共に、差
分回路557bから相対変位の時間的変化△（ｙ−ｘ）が出
力される。ここで、ｙ−ｘ＝０、すなわち、ハンマHMが
弦SPに衝突した瞬間は、第５図（ｂ）から明らかなよう
にkr＝０であり、反撥力信号の粘性成分Frは０となる。
そして、第５図（ｂ）に示すように、相対変位信号ｙ−
ｘが増加するに従って制御情報krが緩やかに立ち上が
り、反撥力信号の粘性成分Frが徐々に増加する。そし
て、相対変位信号ｙ−ｘがある程度大きくなると、制御
情報krは相対変位信号ｙ−ｘに対して飽和し、反撥力信
号の粘性成分FrはハンマHMと弦SPの相対変位の時間的変
化△（ｙ−ｘ）に比例するようになる。 このようにして得られる弾性成分Fsおよび粘性成分Frを
含んだ反撥力信号Ｆが加算器557hから出力され、この反
撥力信号Ｆに対し、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）が演算される。そ
して、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、初速度
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が変化する。 この期間、ハンマ変位信号ｙは正方向（ハンマHMが弦SP
を押圧する方向）に増加し、相対変位信号ｙ−ｘが増加
すると共に、反撥力信号Ｆが増大する。そして、反撥力
信号Ｆに基づいて加速度信号αが出力され、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
度信号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、反撥力信号Ｆにおける粘性成分Frは、相対変
位信号ｙ−ｘが大きい間は、その時間的変化△（ｙ−
ｘ）に比例した大きさとなり、相対変位信号ｙ−ｘがあ
る程度より小さくなると、粘性成分Frは小さな値に減衰
する。そして、相対変位信号ｙ−ｘ＜０、すなわち、ハ
ンマHMが弦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に入力され、ループ回路510内を循環する。そして、
ループ回路510を循環する信号が、フィルタ６に入力さ
れ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。 本実施例によれば、以上説明したように、ハンマHMの粘
性による影響を考慮したシミュレーションを行っている
ので、ハンマHMによって弦SPに与えられる励起振動をよ
り正確に演算することができる。仮に上記粘性による影
響をシミュレートする回路を用いず、ROM557aのみに基
づいて反撥力信号Ｆを演算した場合の信号Ｆの波形が例
えば第６図（ａ）に例示するものであるとする。本実施
例のように差分回路557bによってハンマHMと弦SPの相対
変位の時間的変化△（ｙ−ｘ）を求め、この時間的変化
△（ｙ−ｘ）に応じた粘性成分を反撥力信号Ｆに含ませ
るようにすると、第６図（ｂ）に例示するように、第６
図（ａ）の波形に比べ、立ち上がりが急峻であり、高調
波成分を多く含んだ反撥力信号Ｆが発生される。
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振信号を発生し
てループ回路に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63−40199号公報あるいは特公昭58−58679号公
報に開示されている。 さて、例えばピアノ音を合成する場合、自然な音質を得
るためには、その励振系たる打弦機構を忠実にシミュレ
ートする必要がある。そこで、本願出願人は、ハンマに
与える初速度、ハンマの慣性量およびハンマの弾性特性
に基づき、打弦の際のハンマおよび弦の挙動をシミュレ
ーションし、ハンマによって弦に与えられる速度寄与分
を上記励振信号としてループ回路に入力するようにした
楽音合成装置を特願平１−194580号において提案するに
至った。 「発明が解決しようとする課題」 ところで、実際のピアノのハンマにおけるフェルトは、
弾性の他、粘性を有している。そして、この粘性は、打
弦の際のハンマの挙動に少なからぬ影響を与える。例え
ば、ハンマが低速度で弦に衝突する場合には、ハンマは
それに追従して変形するが、ハンマが高速度で弦に衝突
する瞬間は、ハンマがその衝撃に追従せずに剛体のよう
に振舞う。また、ピアノに限らず、他の自然楽器におい
ても、その振動機構（例えば、ギターの場合におけるピ
ック等）は少なからず粘性を有している。しかし、従
来、楽音発生時における粘性の影響を考慮した楽音合成
装置はなかった。 この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、
粘性を有する励振機構の動作が忠実にシミュレートさ
れ、自然感に富んだ楽音を合成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、少なくとも遅延手段を含むループ部からな
るループ手段を有し、発音指示に応答して励振信号を前
記ループ手段に入力することによって楽音信号を合成す
るようにした楽音合成装置において、前記ループ手段か
ら取り出される信号を非線形に変更して出力する非線形
手段と、前記ループ手段から取り出される信号の変化分
に応じた信号を出力する変化分発生手段と、前記非線形
手段から出力された信号と前記変化分発生手段から出力
された信号とを演算して前記ループ手段に帰還する演算
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、ループ手段から取り出された信号に
非線形変換を施した結果得られる信号と、ループ手段か
ら取り出された信号の変化分に応じた信号とに基づいて
ループ手段に帰還される信号が演算される。このような
動作が行われることにより、実際の自然楽器において見
られるような発音操作子および発音体の相互間に粘性が
働く場合の動作がシミュレートされ、自然感に富んだ楽
音が合成される。 「実施例」 以下、図面を参照し、この発明の一実施例を説明する。 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。１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KC、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
鍵の強さを示すイニシャルタッチ情報ITが鍵情報発生部
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、鍵情報発生部２から
キーコード情報KC、キーオン信号KONおよびキーオフ信
号KOFFが入力され、キーコード情報KCに対応した各種制
御情報を発生する。なお、この各種制御情報については
後述する。 ４はハンマ系パラメータ形成部であり、イニシャルタッ
チ情報ITに対応したハンマの初速度を指定する情報を演
算し、キーオン信号KONがアサートされた後、所定期間
に亙って、ハンマ初速度信号Vhとして出力する。 ５は楽音形成部であり、第２図にその構成を示す。第２
図において、ループ回路510は、弦における振動の往復
伝播をシミュレートするために設けられたものであり、
遅延回路511、加算器512、フィルタ513、乗算器514、遅
延回路515、加算器516、フィルタ517および位相反転回
路518を閉ループ状に接続してなる。 ここで、遅延回路511および515は、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、弦系パラメータ形成部３によって発生される遅延情
報T1およびT2によって遅延時間が制御される。この種の
遅延時間可変の遅延回路は、例えば入力信号を遅延させ
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T1あるいはT2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。遅延情報T1お
よびT2は、弦系パラメータ形成部３によってキーコード
情報KCに対応したものが与えられる。 フィルタ513および517は、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513および517には、弦系パ
ラメータ形成部３によって発生されるフィルタ演算用係
数C1およびC2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518および乗算器514は、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シミュレ
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には、負の乗算係数kdが弦系パラメータ形成部
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kdは絶対値の小さな値
に切り換えられ、楽音の急速減衰が行われる。 次に励振回路550について説明する。この励振回路550
は、ハンマおよび弦の挙動をシミュレートするものであ
る。ループ回路510における遅延回路511および515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Vs1が出力される。この弦速度信号V
s1に乗算器552によって係数sadm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sadm・Vs1は、加算器553および１
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555から、第３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遅延回路569から出力されるハンマH
Mの変位（第３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HMとの間にはその食い込み量
に応じた反撥力が働く。一方、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０で
ある。 非線形回路557は、ハンマHMが弦SPに衝突する場合に弦S
Pから受ける反撥力を演算し、該演算結果を反撥力信号
Ｆとして出力する。ここで、ハンマHMが弦SPから受ける
反撥力は、ハンマHMの弾性に起因する成分と、ハンマHM
の粘性に起因する成分を含んでいる。非線形回路557に
おいては、反撥力におけるハンマHMの弾性に起因した成
分は相対変位信号ｙ−ｘに基づいて演算され、ハンマHM
の粘性に起因した成分は相対変位信号ｙ−ｘの時間的変
化に基づいて演算される。 第４図に非線形回路557の構成を示す。第４図におい
て、557aおよび557eは各々ROM（リードオンリメモリ）
である。ここで、ROM557aに、第５図（ａ）に例示する
ようなハンマHMにおけるフェルトの弾性特性をシミュレ
ートした非線形テーブルＩが記憶されており、相対変位
信号ｙ−ｘがアドレスとして入力される。第５図（ａ）
から明らかなように、ハンマHMが弦SPから離れており、
相対変位信号ｙ−ｘが負の領域の値である場合、ROM557
aの出力値は常に０である。また、ハンマHMが弦SPに衝
突し、相対変位信号ｙ−ｘが正の値になると、ROM557a
の出力値は相対変位信号ｙ−ｘの値の増加に伴い、下側
に凸のカーブに沿って緩やかに増加する。ROM557aの出
力は、反撥力信号ＦにおけるハンマHMの弾性に起因した
成分Fsとして加算器557hに与えられる。 557bは入力信号たる相対変位信号ｙ−ｘの時間的変化△
（ｙ−ｘ）を検出するために設けられた差分回路であ
り、入力信号を１サンプル周期遅延させる遅延回路557c
と、入力信号と遅延回路557cの出力との差分を演算する
演算器557dとからなる。 ROM557eには、第５図（ｂ）に例示するような非線形テ
ーブルIIが記憶されており、相対変位信号ｙ−ｘがアド
レスとして与えられる。そして、ROM557eから読み出さ
れる相対変位情報ｙ−ｘに対応した制御情報krと、相対
変位の時間的変化△（ｙ−ｘ）とが、乗算器557fによっ
て乗算され、該乗算結果に対し、乗算器557gによって所
定の係数Ｒが乗じられ、反撥力信号Ｆにおける粘性に起
因した成分Frが求められ、加算器557hに与えられる。そ
して、ハンマHMの弾性に起因した成分FsとハンマHMの粘
性に起因した成分Frの和からなる反撥力信号Ｆが加算器
557hから出力される。 反撥力信号Ｆは乗算器558によって1/2が乗じられ、ルー
プ回路510の加算器512,516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の速度変化への寄与分を算出
し、ループ回路510に入力すべきところであるが、本実
施例では、上述した乗算係数sadmを調整することによ
り、上記速度変化に対する抵抗を考慮している。 また、乗算器558の出力信号F/2は乗算器567によって係
数fadmが乗じられ、ハンマHM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が得られる。この
弦速度信号βｓが遅延回路568によって１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
て変位する現象がシミュレートされる。 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、ハンマHMの慣性量Ｍ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HM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が出力される。そして、このハンマ速度信号β
は、乗算器563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5
65からなる積分器565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。 そして、ループ回路510におけるフィルタ513の出力信号
は、弦SPの振動によって生じる直線音の楽音信号として
フィルタ６に入力される。そして、楽音信号に対し、フ
ィルタ６によってピアノの響板の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は負の値になっている。
このため、第５図（ａ）および（ｂ）から明らかなよう
に、ROM557aの出力FsおよびROM557eの出力krは共に０で
あり、従って、反撥力信号Ｆは０となっている。また、
遅延回路554,561,565,568および569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
鍵のキーコード情報KC、キーオン信号KONおよびイニシ
ャルタッチ情報ITが出力される。そして、弦系パラメー
タ形成部３からキーコード情報KCに対応した遅延情報T1
およびT2、フィルタ演算用係数C1およびC2が出力される
と共に、負の乗算係数kd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によってイニシャルタッチ情報ITに応じたハンマ
初速度信号Vhが出力され、所定期間に亙って楽音形成部
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０に向って変化する。こ
の期間、弦変位信号ｘが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とが離れた状態に
対応）、反撥力信号Ｆは０、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、ROM557a
から相対変位信号ｙ−ｘに応じた大きさの反撥力信号の
弾性成分Fsが出力される。また、ROM557eから相対変位
信号ｙ−ｘに応じた制御情報krが出力されると共に、差
分回路557bから相対変位の時間的変化△（ｙ−ｘ）が出
力される。ここで、ｙ−ｘ＝０、すなわち、ハンマHMが
弦SPに衝突した瞬間は、第５図（ｂ）から明らかなよう
にkr＝０であり、反撥力信号の粘性成分Frは０となる。
そして、第５図（ｂ）に示すように、相対変位信号ｙ−
ｘが増加するに従って制御情報krが緩やかに立ち上が
り、反撥力信号の粘性成分Frが徐々に増加する。そし
て、相対変位信号ｙ−ｘがある程度大きくなると、制御
情報krは相対変位信号ｙ−ｘに対して飽和し、反撥力信
号の粘性成分FrはハンマHMと弦SPの相対変位の時間的変
化△（ｙ−ｘ）に比例するようになる。 このようにして得られる弾性成分Fsおよび粘性成分Frを
含んだ反撥力信号Ｆが加算器557hから出力され、この反
撥力信号Ｆに対し、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）が演算される。そ
して、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、初速度
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が変化する。 この期間、ハンマ変位信号ｙは正方向（ハンマHMが弦SP
を押圧する方向）に増加し、相対変位信号ｙ−ｘが増加
すると共に、反撥力信号Ｆが増大する。そして、反撥力
信号Ｆに基づいて加速度信号αが出力され、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
度信号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、反撥力信号Ｆにおける粘性成分Frは、相対変
位信号ｙ−ｘが大きい間は、その時間的変化△（ｙ−
ｘ）に比例した大きさとなり、相対変位信号ｙ−ｘがあ
る程度より小さくなると、粘性成分Frは小さな値に減衰
する。そして、相対変位信号ｙ−ｘ＜０、すなわち、ハ
ンマHMが弦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に入力され、ループ回路510内を循環する。そして、
ループ回路510を循環する信号が、フィルタ６に入力さ
れ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。 本実施例によれば、以上説明したように、ハンマHMの粘
性による影響を考慮したシミュレーションを行っている
ので、ハンマHMによって弦SPに与えられる励起振動をよ
り正確に演算することができる。仮に上記粘性による影
響をシミュレートする回路を用いず、ROM557aのみに基
づいて反撥力信号Ｆを演算した場合の信号Ｆの波形が例
えば第６図（ａ）に例示するものであるとする。本実施
例のように差分回路557bによってハンマHMと弦SPの相対
変位の時間的変化△（ｙ−ｘ）を求め、この時間的変化
△（ｙ−ｘ）に応じた粘性成分を反撥力信号Ｆに含ませ
るようにすると、第６図（ｂ）に例示するように、第６
図（ａ）の波形に比べ、立ち上がりが急峻であり、高調
波成分を多く含んだ反撥力信号Ｆが発生される。
【非線形回路５５７の他の構成例】 第７図に非線形回路557の他の構成例を示す。この回路
では、相対変位信号ｙ−ｘと、この相対変位信号ｙ−ｘ
が入力されるROM557e（非線形テーブルII）の出力とを
乗算器557iによって乗算し、この乗算結果に対し、乗算
器557jによって所定の係数Ｓを乗じ、反撥力信号におけ
る弾性成分Fsを求めるようにしたものである。この構成
によれば、近似的に第５図（ａ）の非線形テーブルＩが
実現され、第４図の構成におけるROM557aを省略するこ
とができる。 なお、以上説明した実施例では、反撥力信号Ｆにおける
弾性に起因した成分と粘性に起因した成分との比率を決
定するためのS,Rなどの係数は、スイッチ，ボリューム
などの操作子によって設定するようにしても良いし、鍵
のイニシャルタッチ、アフタタッチ等に応じた値を設定
するようにしても良い。また、上記実施例では、非線形
回路を非線形テーブルを記憶したROMによって実現する
場合を説明したが、演算回路によって所期の非線形演算
を行うようにしても良い。また、遅延回路はシフトレジ
スタに限らず、RAMによって実現することも可能であ
る。また、遅延回路を含むループ回路として、前述の特
開昭63−40199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、
本発明を打弦楽器音の合成装置に適用した場合を説明し
たが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではな
く、他の撥弦楽器、管楽器等、発音メカニズムに粘性要
素を有するものに適用することにより、本発明と同様の
効果を奏するものである。また、本発明は、上記実施例
のようにデジタル回路によって実現するのみならず、ア
ナログ回路によっても実現可能であり、また、DSP（デ
ジタル信号プロセッサ）等によるソフトウェア処理によ
っても実現可能であることは言うまでもない。 「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、少なくとも遅
延手段を含むループ部からなるループ手段を有し、発音
指示に応答して励振信号を前記ループ手段に入力するこ
とによって楽音信号を合成するようにした楽音合成装置
において、前記ループ手段から取り出される信号を非線
形に変更して出力する非線形手段と、前記ループ手段か
ら取り出される信号の変化分に応じた信号を出力する変
化分発生手段と、前記非線形手段から出力された信号と
前記変化分発生手段から出力された信号とを演算して前
記ループ手段に帰還する演算手段とを設けたので、発音
操作子の有する粘性をも考慮したシミュレーションがな
され、自然楽器音を忠実に合成することができるという
効果が得られる。
では、相対変位信号ｙ−ｘと、この相対変位信号ｙ−ｘ
が入力されるROM557e（非線形テーブルII）の出力とを
乗算器557iによって乗算し、この乗算結果に対し、乗算
器557jによって所定の係数Ｓを乗じ、反撥力信号におけ
る弾性成分Fsを求めるようにしたものである。この構成
によれば、近似的に第５図（ａ）の非線形テーブルＩが
実現され、第４図の構成におけるROM557aを省略するこ
とができる。 なお、以上説明した実施例では、反撥力信号Ｆにおける
弾性に起因した成分と粘性に起因した成分との比率を決
定するためのS,Rなどの係数は、スイッチ，ボリューム
などの操作子によって設定するようにしても良いし、鍵
のイニシャルタッチ、アフタタッチ等に応じた値を設定
するようにしても良い。また、上記実施例では、非線形
回路を非線形テーブルを記憶したROMによって実現する
場合を説明したが、演算回路によって所期の非線形演算
を行うようにしても良い。また、遅延回路はシフトレジ
スタに限らず、RAMによって実現することも可能であ
る。また、遅延回路を含むループ回路として、前述の特
開昭63−40199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、
本発明を打弦楽器音の合成装置に適用した場合を説明し
たが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではな
く、他の撥弦楽器、管楽器等、発音メカニズムに粘性要
素を有するものに適用することにより、本発明と同様の
効果を奏するものである。また、本発明は、上記実施例
のようにデジタル回路によって実現するのみならず、ア
ナログ回路によっても実現可能であり、また、DSP（デ
ジタル信号プロセッサ）等によるソフトウェア処理によ
っても実現可能であることは言うまでもない。 「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、少なくとも遅
延手段を含むループ部からなるループ手段を有し、発音
指示に応答して励振信号を前記ループ手段に入力するこ
とによって楽音信号を合成するようにした楽音合成装置
において、前記ループ手段から取り出される信号を非線
形に変更して出力する非線形手段と、前記ループ手段か
ら取り出される信号の変化分に応じた信号を出力する変
化分発生手段と、前記非線形手段から出力された信号と
前記変化分発生手段から出力された信号とを演算して前
記ループ手段に帰還する演算手段とを設けたので、発音
操作子の有する粘性をも考慮したシミュレーションがな
され、自然楽器音を忠実に合成することができるという
効果が得られる。
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、第２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３図は同実施例がシミ
ュレーションを行うハンマと弦とを例示する図、第４図
は同実施例における非線形回路557の構成を示す図、第
５図は同実施例における非線形テーブルの内容を例示す
る図、第６図は同実施例の効果を説明する波形図、第７
図は同実施例における非線形回路557の別の構成例を示
すブロック図である。 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……ループ回路、550
……励振回路、557……非線形回路、557b……差分回
路。
を示すブロック図、第２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３図は同実施例がシミ
ュレーションを行うハンマと弦とを例示する図、第４図
は同実施例における非線形回路557の構成を示す図、第
５図は同実施例における非線形テーブルの内容を例示す
る図、第６図は同実施例の効果を説明する波形図、第７
図は同実施例における非線形回路557の別の構成例を示
すブロック図である。 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……ループ回路、550
……励振回路、557……非線形回路、557b……差分回
路。
Claims (1)
- 【請求項１】少なくとも遅延手段を含むループ部からな
るループ手段を有し、発音指示に応答して励振信号を前
記ループ手段に入力することによって楽音信号を合成す
るようにした楽音合成装置において、 前記ループ手段から取り出される信号を非線形に変更し
て出力する非線形手段と、 前記ループ手段から取り出される信号の変化分に応じた
信号を出力する変化分発生手段と、 前記非線形手段から出力された信号と前記変化分発生手
段から出力された信号とを演算して前記ループ手段に帰
還する演算手段と を具備することを特徴とする楽音合成装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2161863A JPH0776877B2 (ja) | 1990-06-20 | 1990-06-20 | 楽音合成装置 |
| US07/717,385 US5229536A (en) | 1990-06-20 | 1991-06-19 | Musical tone synthesizing apparatus |
| EP91110162A EP0462610B1 (en) | 1990-06-20 | 1991-06-20 | Musical tone synthesizing apparatus |
| DE69108303T DE69108303T2 (de) | 1990-06-20 | 1991-06-20 | Vorrichtung zur Synthetisierung von Musiktönen. |
| HK150695A HK150695A (en) | 1990-06-20 | 1995-09-21 | Musical tone synthesizing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2161863A JPH0776877B2 (ja) | 1990-06-20 | 1990-06-20 | 楽音合成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0452697A JPH0452697A (ja) | 1992-02-20 |
| JPH0776877B2 true JPH0776877B2 (ja) | 1995-08-16 |
Family
ID=15743396
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2161863A Expired - Fee Related JPH0776877B2 (ja) | 1990-06-20 | 1990-06-20 | 楽音合成装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5229536A (ja) |
| EP (1) | EP0462610B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0776877B2 (ja) |
| DE (1) | DE69108303T2 (ja) |
| HK (1) | HK150695A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011013675A (ja) * | 2009-06-03 | 2011-01-20 | Yamaha Corp | 楽音信号合成方法、プログラムおよび楽音信号合成装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05297870A (ja) * | 1992-04-20 | 1993-11-12 | Kawai Musical Instr Mfg Co Ltd | 電子楽器の鍵のタッチ検出装置 |
| US5466884A (en) * | 1994-05-10 | 1995-11-14 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Music synthesizer system and method for simulating response of resonant digital waveguide struck by felt covered hammer |
| ATE208530T1 (de) * | 1995-05-10 | 2001-11-15 | Univ Leland Stanford Junior | Effiziente synthesierung von durch nichtlinearen antrieb erzeugten musiktönen |
| US5747714A (en) * | 1995-11-16 | 1998-05-05 | James N. Kniest | Digital tone synthesis modeling for complex instruments |
| JP5605192B2 (ja) * | 2010-12-02 | 2014-10-15 | ヤマハ株式会社 | 楽音信号合成方法、プログラムおよび楽音信号合成装置 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5858679A (ja) * | 1981-10-05 | 1983-04-07 | Hitachi Ltd | 自動取引装置 |
| EP0248527B1 (en) * | 1986-05-02 | 1995-02-01 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Digital reverberation system |
| US4868869A (en) * | 1988-01-07 | 1989-09-19 | Clarity | Digital signal processor for providing timbral change in arbitrary audio signals |
| JPH0774955B2 (ja) * | 1989-07-27 | 1995-08-09 | ヤマハ株式会社 | 楽音合成装置 |
| JPH06340199A (ja) * | 1993-05-31 | 1994-12-13 | Nippon Avionics Co Ltd | ペンプロッタ作画制御方式 |
-
1990
- 1990-06-20 JP JP2161863A patent/JPH0776877B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-06-19 US US07/717,385 patent/US5229536A/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-06-20 DE DE69108303T patent/DE69108303T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-06-20 EP EP91110162A patent/EP0462610B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-09-21 HK HK150695A patent/HK150695A/xx not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011013675A (ja) * | 2009-06-03 | 2011-01-20 | Yamaha Corp | 楽音信号合成方法、プログラムおよび楽音信号合成装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0462610B1 (en) | 1995-03-22 |
| EP0462610A2 (en) | 1991-12-27 |
| HK150695A (en) | 1995-09-29 |
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