JPH0782343B2 - 電子楽器 - Google Patents

電子楽器

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JPH0782343B2
JPH0782343B2 JP2165568A JP16556890A JPH0782343B2 JP H0782343 B2 JPH0782343 B2 JP H0782343B2 JP 2165568 A JP2165568 A JP 2165568A JP 16556890 A JP16556890 A JP 16556890A JP H0782343 B2 JPH0782343 B2 JP H0782343B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、楽音波形を形成する音源としていわゆる物
理モデル音源を用いて電子楽器に関し、特にピアニシモ
のような小さな音からフォルテシモのような大きな音ま
で安定かつ容易に演奏することができる、発音音量のダ
イナミックレンジの広い電子楽器に関する。
[従来の技術] バイオリン等の擦弦楽器やクラリネット等の管楽器の演
奏音を発生する電子楽器として、弦楽器の機械振動系や
管楽器の空気振動系を電気回路で物理的にシミュレート
させた、いわゆる物理モデル音源を楽音波形信号形成手
段として具備するものが知られている。このような電子
楽器においては、キーボード操作により押下鍵のピッチ
情報を入力させるとともに、スライドボリウム等からな
る演奏操作子により擦弦楽器における弓操作の弓圧や弓
速度あるいは管楽器における吹奏操作の息圧やアンブシ
ュアに対応した楽音制御信号(楽音パラメータ)を音源
に入力させて電子音を作成し発生させている。
このような物理モデル音源は、弓圧、弓速度、息圧、ア
ンブシュアといった物理イメージのパラメータを持って
いるが、これらのパラメータを変化させることにより、
自然楽器と同様に、音色を音量や演奏の仕方あるいは発
音開始後の経過時間等に応じて多様かつ自然に変化させ
ることができる。しかしながら、このような物理モデル
音源は、例えば、前記パラメータがある値以下ではその
モデルの発振条件を満たさず、音が出なかった。一方、
パラメータ値を発振限界以上にすると、それが下限値で
あっても、発音される音量は比較的大きかった。このた
め、物理モデル音源を用いた従来の電子楽器は、楽音の
ダイナミックレンジが狭く、ピアニシモのような小さな
音での演奏ができなかったり、できても音が途切れ途切
れになるという不都合があった。
この発明は、前記従来技術の欠点に鑑みてなされたもの
で、物理モデル音源を用いた電子楽器であって、演奏音
のダイナミックレンジが広く、特にピアニシモのような
小さな音での演奏が容易な電子楽器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] 前記の目的を達成するため、この発明では、物理モデル
を用いた電子楽器において、物理モデル音源駆動用の楽
音パラメータを、発音時はその物理モデル音源の発振条
件を常に満たすように操作子信号を補正する制御信号補
正手段と、物理モデル音源の発振により形成された楽音
波形信号の振幅を前記操作子信号を補正した量に基づい
て制御する音量制御手段とを設けている。
[作用] 前記の構成によれば、物理モデル音源駆動用の楽音パラ
メータを発音時は常にその物理モデル音源の発振条件を
満たすように、例えば発振のための下限より小さくしな
いように補正することによって、音がでなかったり、途
切れ途切れになることを防いでいる。つまり、発音(発
振)が安定に行なわれるようにしている。さらに、物理
モデル音源の出力を音量調整手段により制御して操作子
の操作により意図した所望の音量を得るようにしてい
る。
[効果] したがって、この発明によれば、物理モデル音源のパラ
メータ操作のみによる音のダイナミックレンジより、ま
た、その物理モデル音源によりシミュレートされた自然
楽器のダイナミックレンジより、広いダイナミックレン
ジを得ることができる。特に、ピアニシモのような小さ
な音の演奏を容易かつ安定に行なうことができる。
なお、自然楽器においては、例えば、メゾフォルテ(m
f)からフォルテシモ(ff)の範囲では音量のみでなく
音色も変化するが、ピアノ(p)以下では主に音量のみ
が変化する。したがって、ピアノ(p)以下の音量で発
音させる際は、物理モデル音源をピアノ(p)以下の音
量で発振する領域で動作させるようにすれば、音量と音
色との関係が不自然になったり、物理モデル音源の特長
を損なうことはない。
[実施例] 以下、この発明を実施例に基づきさらに詳しく説明す
る。
第1図は、この発明の一実施例に係る電子擦弦楽器のブ
ロック構成を示す。
第1図において、操作子1は、弓圧および弓速データを
入力するための演奏操作子およびピッチ(音高)データ
を入力するためのピッチ入力操作子を具備する。演奏操
作子は、例えば感圧手段を備えたスライドボリウムある
いはジョイスティック機構またはマウス機構からなる。
ピッチ入力操作子は、例えばキーボードからなる。操作
子1は、さらに演奏操作子の操作による位置信号および
圧力信号を、それぞれデジタルデータである位置データ
および圧力データ(cp)に変換するA/D変換器、ならび
に前記位置データを速度データ(cv)に変換する時間微
分回路を具備する。演奏操作子の操作による速度データ
(cv)および圧力データ(cp)は、この発明の特徴とす
る制御システム2に入力される。
制御システム2は、CPUを具備し、速度データ(bv)お
よび圧力データ(cp)を所定の発音領域(発音開始領域
または発音持続領域)に入るように補正したデータを、
弓速データ(bv)および弓圧データ(bp)として物理モ
デル音源3に入力する。音源3には、さらに操作子1か
らピッチ入力操作子の操作に応じたピッチデータ(pt)
が入力される。制御システム2は、また、前記速度(c
v)および圧力(cp)データ、あるいはこれらのデータ
から弓速(bv)または弓圧データ(bp)に変換した際の
変換(補正)量に基づいてボリウム情報(vol)を作成
し、増幅器4に入力する。
音源3は、擦弦楽器の機械振動系を電気回路でシミュレ
ートしたいわゆる擦弦アルゴリズムからなり、前記弓速
データ(bv)、弓圧データ(bp)およびピッチデータ
(p)等に基づいて楽音情報(mt)を作成し、増幅器4
に入力する。
増幅器4は、前記音源3から入力される楽音情報(mt)
を楽音波形信号に変換するとともに、この楽音波形信号
の振幅を、前記制御システム2から入力されるボリウム
情報(vol)に基づいて制御する。増幅器4から出力さ
れる楽音波形信号は、サウンドシステム9を介して放音
される。このような増幅器4としては、例えば前記楽音
情報(mt)にボリウム情報(vol)を乗算する乗算器
と、この乗算器の出力データをアナログの楽音波形信号
に変換するD/A変換器とによって構成することができ
る。また、前記乗算器は、ボリウム情報(vol)に基づ
いて前記楽音情報(mt)を左右にビットシフとするビッ
トシフタに置換することもできる。また、前記乗算器を
用いずに、前記楽音情報(mt)をD/A変換した後、利得
可変のアナログアンプを用いて楽音波形信号の振幅を制
御するようにしてもよい。
第2図は、音源3として用いられる擦弦アルゴリズム音
源の回路例を示す。同図において、202,203は加算器を
示し擦弦点に対応する。204,205は乗算器を示し擦弦点
両側の弦端に対応する。加算器202、遅延回路206、ロー
パスフィルタ207、減衰器208および乗算器204からなる
閉ループは擦弦点の片側の弦に対応し、閉ループの遅延
時間はその弦の共振周波数に対応する。同様に、加算器
203、遅延回路209、ローパスフィルタ210、減衰器211お
よび乗算器205からなる閉ループは擦弦点のもう一方の
片側の弦に対応する。212は非線形関数発生装置を示
す。この非線形関数発生装置212には、前記擦弦点の両
側の閉ループの出力を加算器213で合成した信号に、弓
速(bV)に対応した信号を加算し、さらに固定ヒステリ
シス用ローパスフィルタ214からの信号にゲインGを乗
算器215で乗算した信号を加算した信号が入力される。
また、非線形関数発生装置212のヒステリシスコントロ
ールは弓圧(bp)に対応した信号により行われる。
第3図は、第2図の擦弦モデル(擦弦アルゴリズム)の
弓速(bv)・弓圧(bp)平面における発音(発振)領域
特性を示す。第3図において、斜線部の内側Aが正常な
楽音が発生する領域(以下、発音領域という)であり、
外側Bは音が出ないか、出ても不快な音やいわゆる裏返
り音等の不整音が発生する領域(以下、非発音領域とい
う)である。パラメータである弓速(bv)および弓圧
(bp)が小さい領域では、弓圧(bp)がbp<pminになっ
たり、弓速(bv)がbv<vminになると、発振が停止し、
音が途切れてしまう。すなわち、それ以上、小さな音を
出すことができず、ダイナミックレンジが狭い。
そこで、この実施例において、制御システム2は、例え
ば弓速bvが比較的小さく、しかしvminよりは充分大きく
設定された弓速下限値vlimに対してbv<vlimになろうと
した時、物理モデル音弦にはそれ以下の値を送らずbv=
vlimで固定して発音を維持し、ボリウムにて音量を制御
するルーチンに入って小さな音まで出すという操作をす
る。
第4図は、第1図の制御システム2における弓圧・弓速
データ計算のアルゴンリズムを示す。この弓圧・弓速デ
ータ計算は、例えば、1mSecごとの割込ルーチンにて実
行される。
制御システム2は、先ず、操作子1から速度データ(c
v)および圧力データ(cp)を取り込み(ステップ40
1)、これらを下記式により発音領域内の弓速(tp)お
よび弓圧(tv)のデータに変換する(ステップ401)。
ここで、fおよびgは、それぞれ弓速(tp)および弓圧
(tv)を発音領域内に落とし込むための関数である。関
数f,gは、例えば とおく。ここで、cpuとcplは、前記発音領域の境界線の
横軸座標cvに対する縦軸座標であり、前記発音領域の境
界線を、 放物線u:cp=au×em2+bu×em+cu… (6) 放物線l:pl=al×em2+bl×em+cl… (7) 但し、au,bu,cuは放物線uの係数 al,bl,clは放物線lの係数 で表わされる上に凸の放物線lと下に凸の放物線uとで
近似したとすると、 で表わされる。
または、前記関数f,gを、本出願人による特願平2−188
97号に記載されているように、 または のように表わしてもよい。ここで、a,bは、前記発音領
域の境界線を2つの直線aとbとで cp=a・cv… (13) cp=b・cv… (14) 但し、a>b>0 のように近似したときの各直線a,bの傾きである。
第4図を参照して、制御システム2(第1図)は、弓速
(tv)および弓圧(tp)のデータが得られると、次に、
弓速データ(tv)を予め設定された弓速データの下限値
(vlim)と比較する(ステップ403)。そして、もし、
弓速データ(tv)が下限値(vlim)以上であれば、ステ
ップ402で算出した弓速(tv)および弓圧(tp)をそれ
ぞれそのまま音源3(第1図)用の楽音パラメータであ
る弓速データ(bv)および弓圧データ(bp)として設定
し(ステップ404)、増幅器4用のボリウム情報(vol)
をその最大値であるVOLMAXに設定した(ステップ405)
後、ステップ408の処理を実行する。すなわち、普段
は、ボリウム情報(vol)をその最大値であるVOLMAXに
固定し、音源3へ出力するパラメータを変化させてダイ
ナミックを付与する。
一方、ステップ403で、もし、弓速データ(tv)が下限
値(vlim)より小さいと判定されれば、今度は、音源3
用の楽音パラメータとしての弓速データ(bv)を下限値
(vlim)に設定し、かつこのbv=vlimを前記(1)式に
代入し、さらに必要なら(2)式をも用いて、その解
(tp)を前記楽音パラメータである弓圧データ(bp)と
して設定し(ステップ406)、増幅器4用のボリウム情
報(vol)を下記式 により算出して設定した(ステップ407)後、ステップ4
08の処理を実行する。すなわち、弓速(tv)が下限値
(vmin)より小さいと、ボリウム情報の値(vol)を0
≦vol≦VOLMAXの間で変化させる。
ステップ408では、前記ステップ404または406で設定さ
れた弓圧(bp)および弓速(bv)を音源3に出力し、か
つ前記ステップ405または407で設定されたボリウム情報
(vol)を増幅器4に出力した後、割込を解除してもと
のルーチン、例えばメインルーチンに復帰する。
これにより、音源3においては、ピアニシモのように小
さな音で演奏するために操作子が小さな速度(cv)およ
び圧力(cp)で操作された場合、たとえそれがそのまま
では物理モデル音源3の発音領域外の速度(cv)および
圧力(cp)となるときであっても、それらを発音領域内
のデータに変換して音源3に供給するため、安定して発
音させることができる。さらに、このデータ変換によ
り、音源3の出力音量が増加する分、増幅器4の利得を
下げるように制御して、サウンドシステム5から放音さ
れる音量を、操作子1の操作に見合ったものとしてい
る。このようにして、本来の物理モデル音源および自然
楽器では発音できない小さな音の発音が可能になり、発
生楽音のダイナミックレンジを広げることができた。
[実施例の変形例] なお、この発明は、上述の実施例に限定されることな
く、適宜の変形を加えて実施することができる。
例えば、上述の実施例においては物理モデル音源として
擦弦楽器アルゴリズムを用いた例を示したが、サキソフ
ォンアルゴリズム等の管楽器アルゴリズムを用いた場合
にもこの発明は適用可能である。
また、物理モデル音源には、前述のように楽音パラメー
タが小さ過ぎて発振しない非発音領域の他、楽音パラメ
ータが大き過ぎて発音しないか、発音しても不快な音や
いわゆる裏返り音等の不整音を発生する非発音領域が存
在する。この発明は楽音パラメータが大き過ぎる場合に
も適用可能である。例えば、前記実施例において、ステ
ップ405および407で用いるボリウム情報最大値VOLMAXの
代わりにボリウム情報標準値VOLSTDを用い、ステップ40
3の判定にさらにデータtvが弓速の上限値vulimを超えた
か否かの判定を加え、データtvが弓速上限値vulimを超
えた場合はステップ406に倣って弓速データ(bv)を上
限値vulimに固定してそのときの弓圧データ(bp)を算
出し、ステップ407と同様にしてボリウム情報(vol)を
算出するようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明に係る電子楽器の基本構成図、 第2図は、擦弦アルゴリズム物理モデル音源の構成図、 第3図は、擦弦アルゴリズム音源の発音領域特性図、そ
して 第4図は、第1図の制御システム2において実行される
弓速・弓圧データ計算ルーチンのフロー図である。 1:演奏操作子 2:制御システム(制御信号補正手段) 3:物理モデル音源(楽音波形信号形成手段) 4:増幅器(音量制御手段)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】遅延手段を含む閉ループ手段、および楽音
    パラメータと前記閉ループ手段から取り出される波形信
    号とを入力され該波形信号を前記楽音パラメータに応じ
    て変更して前記閉ループ手段へ供給する駆動信号発生手
    段を備えた楽音波形信号形成手段と、 前記楽音パラメータに対応した演奏操作子の操作子信号
    を、前記楽音波形信号形成手段の発振領域特性に基づい
    て補正した後、前記楽音パラメータとして前記楽音波形
    信号形成手段に入力させる制御信号補正手段と、 前記楽音波形信号形成手段から出力される楽音波形信号
    の振幅を、前記操作子信号を補正した量に応じて増減す
    る音量制御手段と を具備することを特徴とする電子楽器。
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