JPH0789277B2

JPH0789277B2 - 電子楽器の楽音制御方法

Info

Publication number: JPH0789277B2
Application number: JP63301489A
Authority: JP
Inventors: 聡史宇佐
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1988-11-28
Filing date: 1988-11-28
Publication date: 1995-09-27
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: JPH02146593A

Description

【発明の詳細な説明】（ａ）産業上の利用分野この発明は電子的に楽音を発生する電子楽器の楽音制御
方法に関し、特に楽音の音色の制御方法に関する。

（ｂ）従来の技術電子的に楽音を発生する電子楽音は現在様々なものが実
用化されており、従来より一般的な鍵盤（キーボード）
型に加えて管楽器型や弦楽器（ギター）型のものも実用
化されている。これらの電子楽器は種々の操作部（キー
スイッチ等）を有し、この操作部が操作（演奏）される
ことにより演奏情報を得て発生する楽音を制御する。た
とえば鍵盤型の電子楽器の場合、操作部として４〜7.5
オクターブ程度のキーボード（各キーが半音毎の音高
（C,C＃,D,E♭……）に対応している）を備え、各キー
にキーのオン・オフを検出するキーオンセンサ，打鍵強
度（イニシャルタッチ）を検出するイニシャルタッチセ
ンサ，キーオン中のキー押圧強度（アフタータッチ）を
検出するアフタータッチセンサ等を備えている。さらに
このキーボードに加えてペダルやホイール型操作部をも
有している。一方、管楽器型電子楽器の場合には、操作
部として木管楽器類似のキーシステムおよび吹き口を備
え、各キーの操作状態を検出するセンサおよび吹き込ま
れる息の強さを検出するブレスセンサ，リードに加わる
圧力を検出するリップセンサ等を有している。このよう
な操作部から得られる演奏情報に基づいて音高，ピッチ
変位，レベル（音量），波形，ビブラート等種々の楽音
制御パラメータを決定し、この楽音制御パラメータで音
源部に発音させることにより、表情の豊かな楽音を発生
することができる。このような構成の電子楽器におい
て、より演奏効果を高め楽音に微妙な表情を付けること
が要求されることがあるが、このような場合、一つの楽
音制御パラメータを複数の演奏情報で制御することが従
来より行われている。

たとえば、楽音の倍音構成（率）は倍音パラメータによ
って決定されるが、この倍音パラメータはイニシャルタ
ッチ，アフタータッチ，キーオン時間，モジュレーショ
ンホイール等の演奏情報に基づいて決定される。ここ
で、楽音が含む周波数成分は主として基本周波数とその
整数倍の倍音であるが、高次倍音の構成率が高いと明る
く派手な音となり、高次倍音の構成率が低いとこもった
落ち着いた音となるため、演奏中にこの倍音構成を変化
させると楽音に豊かな表情付けが可能でありよく用いら
れる効果である。

従来の電子楽器においては、この倍音パラメータの決定
を、イニシャルタッチから求められた制御量，アフター
タッチから求められた制御量，キーオン時間から求めら
れた制御量，モジュレーションホイールから求められた
制御量をそれぞれ加算（乗算）することによって決定し
てた。

（ｃ）発明が解決しようとする課題しかし、多くの演奏情報を用いて倍音パラメータの複雑
に制御しようとする場合、上記のようなパラメータ決定
方式では演奏情報毎に個別に制御量を求める必要がある
ため制御に時間が掛かり発音が遅くなる欠点があるとと
もに、求められた複数の制御量が偏った場合でもこれを
抑制することができず、著しく倍音構成が変更されてし
まい楽音として好ましくなくなる危険性があった。

また、電子楽器で自然楽器に近いニュアンスを表現しよ
うとする場合、種々の演奏情報を複合的に演算して楽音
を制御する必要があるが、このような演算を従来の演奏
情報毎の制御や一般的なアルゴリズムによるプログラム
処理で行おうとする場合、演算に時間が掛かって実用に
ならない欠点があった。また、これを補うために演算装
置を高速にすると、大型化，高価格化する欠点があっ
た。

この発明は、上述の従来の欠点に鑑みてなされたもの
で、複数の演奏情報に対応した音色制御パラメータを簡
単かつ高速に形成できるようにした電子楽器の楽音制御
方法を提供することを目的とする。

（ｄ）課題を解決するための手段この発明は、少なくとも２つの第１および第２の演奏情
報の値に応じて変化する音色制御パラメータを形成し、
この音色制御パラメータによって楽音の音色の制御を行
う電子楽器の楽音制御方法であって、前記第１の演奏情報の値の変化に応じた前記音色制御パ
ラメータの変化態様を示す第１のルールに関する第１の
関数および前記第２の演奏情報の値の変化に応じた前記
音色制御パラメータの変化態様を示す第２のルールに関
する第２の関数を用意し、入力された前記第１および第２の演奏情報の値に応じ前
記第１および第２の関数に基づきファジィ推論処理を行
って前記音色制御パラメータを形成することを特徴とする。

（ｅ）作用この発明の電子楽器の楽音制御方法では、ファジィ推論
により演奏情報（キーオン信号，イニシャルタッチ強
度，アフタータッチ強度等）を複合的に参照してピッチ
パラメータを制御するようにした。

ここで、ファジィ推論は『種々の演奏情報に基づいて倍
音構成をどの程度にすればよいか』に関して行われる。
このため理想的な倍音構成を得るための制御方法を命題
化したファジィルールが定められる。ファジィルールは
一般的に、 if（ｘ＝A,y＝B,……）then（ｕ＝Ｒ）の形式で表され、この発明では、例えば、『イニシャルタッチ（ｘ）が大きく（Ａ）且つアフター
タッチ（ｙ）が大きければ（Ｂ）ば、高次倍音構成率
（ｕ）を大きく上げる（Ｒ）。』『イニシャルタッチ（ｘ）が小さく（Ａ）且つアフター
タッチ（ｙ）が小されば（Ｂ）ば、高次倍音構成率
（ｕ）を少し下げる（Ｒ）。』『イニシャルタッチ（ｘ）が大きく（Ａ）且つアフター
タッチ（ｙ）が小さく（Ｂ）且つキーオン時間（ｚ）が
長ければ（Ｃ）ば、高次倍音構成率（ｕ）を変えない
（Ｒ）。』等のようなルールが構成される。

ここで第６図を参照して一般的なファジィ推論の方式を
説明する。この方式はmini,maxルールと言われるもので
ある。この例では２個のファジィルール『if（ｘ＝A₁）
then（ｕ＝R₁）,if（ｘ＝A₂,y＝B₂）then（ｕ＝R₂）』
に基づく推論を説明する。それぞれの命題（ｘ＝A₁,x＝
A₂,y＝B₂,u＝R₁,u＝R₂）がメンバーシップ関数で表現さ
れる。条件部（“if"以下の命題）のメンバーシップ関
数は入力される変数値（x₀,y₀）が所定のファジィ集合
（A₁,A₂,B₂）にどの程度属しているかを示す関数値（メ
ンバーシップ値：α_x,β_x,β_ｙ）を求めるための関数で
あり、条件部の出力は求められたメンバーシップ値のう
ち最小のもの（α_x,β_ｘ）となる。結論部（“then"以
下の命題）のメンバーシップ関数はこのルールの結論を
出力するための関数で、条件部の出力値でリミット（頭
切り）された制御量方向（ｕ軸方向）に広がりをもつ値
として出力されるものである。最終的な制御量（u₀）は
複数のファジィルールの結論を論理和し、その重心の値
とされる。

この発明では、前述の条件部の関数として、第１および
第２の演奏情報に対応してそれぞれ演奏情報の値の変化
に応じた音色制御パラメータの変化態様を示す第１のル
ールに関する第１の関数および第２のルールに関する第
２の関数を用意し、この各関数を用いて入力された各演
奏情報の値に対応した条件部としての各出力が求められ
る。そして、この各関数に基づく各演奏情報の値に対応
した各出力を用いて前述の結論部に対応する処理を実行
することにより、第１および第２の演奏情報の値に対応
した音色制御パラメータが形成される。

このようなファジィ推論を音色制御に用いることによ
り、複数の演奏情報を複合的に考慮した推論処理が容易
にできるため、簡略な回路構成で、微妙な音色を表現す
ることができる。また、この場合でも処理速度が低下す
ることがない。さらに、ファジィルールやメンバーショ
ップ関数を種々変更することにより、容易に楽器の特性
を変更することができ、楽器毎に独自の音色付けをする
ことも容易になる。

（ｆ）実施例第１図はこの発明の実施例である楽音制御方法が適用さ
れる電子楽器のブロック図である。この電子楽器は鍵盤
型の演奏器を有するものである。鍵盤１は複数の音高に
対応するキーを有している。それぞれのキーにはキーの
オン・オフを検出するキーオンセンサ，イニシャルタッ
チ強度（速度）を検出するイニシャルタッチセンサおよ
びアフタータッチ強度を検出するアフタータッチセンサ
が設けられており、これらのセンサの状態はキーオン検
出回路2,イニシャルタッチ検出回路３およびアフタータ
ッチ検出回路４に検出される。イニシャルタッチセンサ
はキーオン動作に伴って連続して２個のフォトセンサか
らなっており、このうち後にオンするフォトセンサがキ
ーオンセンサを兼ねている。キーオン検出回路２は常時
鍵盤１（フォトセンサ）をスキャンして各キーのオン・
オフを監視しており、キーオンがあったときにはそのキ
ーコード（音高を表すコード:KC），キーオン信号（KO
N）およびキーオン時間進行（KONT）を出力する。イニ
シャルタッチ検出回路３はキーオンがあったとき、その
キーの打鍵の強さを検出して出力する。また、アフター
タッチ検出回路４はオンされているキーの押圧強度を検
出して出力する。キーコード（KC）およびキーオン信号
（KON）は音源回路６に入力され、キーオン時間信号（K
ONT），イニシャルタッチ強度信号，アフタータッチ強
度信号はパラメータ推論回路５に入力される。パラメー
タ推論回路５は入力された信号に基づいて倍音構成率を
決定するための倍音パラメータを推論し音源回路６に出
力する。音源回路６はこのパラメータ，キーコードおよ
びキーオン信号に基づいて楽音を発音する。音源回路６
にはアンプ（サウンドシステム）７が接続されており、
楽音信号を増幅してスピーカから楽音として出力する。

音源回路６は入力されたキーコードに対応する音高の楽
音信号の音が発生できればディジタル音源でもアナログ
音源でもよい。パラメータ推論回路５から入力されたパ
ラメータに基づく倍音構成の変更は、音源回路が基本正
弦波に倍音正弦波を合成してゆく方式のものであれば合
成時に倍音レベルを制御するようにすればよく、フィル
タによって楽音波形を整形してゆく方式のものであれば
そのフィルタの透過率，透過周波数を制御するようにす
ればよい。又、波形メモリ式の音源の場合には入力され
たパラメータに基づいて波形を選択すればよい。

第２図はパラメータ推論回路５の詳細なブロック図であ
る。この回路はファジィ推論回路で構成されている。第
３図（Ａ）〜（Ｄ）はこのパラメータ推論回路５で用い
られるメンバーシップ関数を示す図である。

このパラメータ推論回路５で行われるファジィ推論は、『if“アフタータッチが大きい"then“高次倍音構成率
を少し上げる”』……（１）『if“イニシャルタッチが大きい"and“キーオン直後"t
hen“高次倍音構成率を上げる”』……（２）『if“アフタータッチが大きい"nor“‘イニシャルタッ
チが大きい'and‘キーオン直後'"then“高次倍音構成率
を変えない”』……（３）である。これらの推論結果を総合して倍音構成率を決定
する。このルールを構成する各命題のメンバーショップ
関数が第３図（Ａ）〜（Ｄ）のように設定されている。
ここで、AT,KO,ITはそれぞれ「アフタータッチが大き
い」「キーオン直後」「イニシャルタッチが大きい」の
ファジィ集合（条件部）を表すメンバーシップ関数であ
る。また、F0,F1,F2はそれぞれ「高次倍音構成率を変え
ない」「高次倍音構成率を少し上げる」「高次倍音構成
率を上げる」の結論部に対応するメンバーシップ関数で
ある。このようなメンバーシップ関数を用いて上記ファ
ジィルールを実行することにより演奏中に高次倍音を多
く含んだ派手な音を出すことができる（いわゆるディス
トーションに類似の効果を得ることができる。）。

また、これ以外に高次倍音構成率を低下させる制御を行
ってもよく、この場合には音をこもらせて暗くすること
ができる。このように、ファジィルール，メンバーシッ
プ関数を様々に変更することにより、上記の例以外の任
意の倍音構成（音色）特性を得ることができる。

以上のファジィルールを実行するために第２図に示すよ
うにパラメータ推論回路５が構成される。メンバーシッ
プ関数発生回路（MFC:Members hip Function Cercuit）
101〜103は条件部のAT,IT,KOのメンバーシップ関数を発
生させる回路であり、それぞれアフタータッチ強度信
号，イニシャルタッチ強度信号およびキーオン時間信号
を受け付けて対応するメンバーシップ値を求める。メン
バーシップ関数発生回路108〜110は結論部のF1,F2,F0の
メンバーシップ関数を発生する回路である。また、ミニ
マム回路111〜113はそれぞれ（１）〜（３）のファジィ
ルールの結論を推論するための回路である。ミニマム回
路111はメンバーシップ関数発生回路101（条件部）およ
び108（結論部）のメンバーシップ値およびメンバーシ
ップ関数を受け付けてファジィルール（１）の結論を推
論する。メンバーシップ関数102および103のメンバーシ
ップ値はミニマム回路104に入力され、論理積（最小
値）が求められ、これがファジィルール（２）の条件部
の値としてミニマム回路112に入力される。ミニマム回
路112にはメンバーシップ関数発生回路109のメンバーシ
ップ関数（F2）が入力されておりファジィルール（２）
の結論を推論する。また、メンバーシップ関数発生回路
101およびミニマム回路104の出力はマキシマム回路106
で理論和され（最大値が求められ）、減算器109におい
て“1"から減算される（補集合が求められる）。この値
はミニマム回路113にファジィルール（３）の条件部の
値として入力される。ミニマム回路113にはメンバーシ
ップ関数発生回路110のメンバーシップ関数（F0）が入
力されておりファジィルール（３）の結論を推論する。

ミニマム回路111〜113で推論された３つの結論はマキシ
ム回路114で論理和されるとともに面積が求められる。
求められた論理和図形および面積は重心計算回路115に
入力され、この重心計算回路115によって重心が求めら
れる。この重心が倍音構成率制御のための倍音パラメー
タとなる。

上記ミニマム回路，マキシヤム回路，重心計算回路はデ
ィスクリートな回路で構成することもマイクロコンピュ
ータで構成することも可能である。第４図（Ａ）〜
（Ｅ）に上記ミニマム回路，マキシマム回路，重心計算
回路をマイクロコンピュータで構成した場合のフローチ
ャートを示す。

同図（Ａ），（Ｂ）はマキシム回路106およびミニマム
回路104の動作を実行するためのフローチャートであ
る。同図（Ａ）において、まず２個のスカラ量（scl₁,s
cl₂）を読み込んで比較し（n1）、scl₁が大きい場合に
はscl₁をメモリscl₀に書き込み（n2）、scl₂が大きい場
合にはscl₂をメモリscl₀に書き込む（n3）。同図（Ｂ）
において、まず２個のスカラ量（scl₁,scl₂）を読み込
んで比較し（n4）、scl₁が小さい場合にはscl₁をメモリ
scl₀に書き込み（n5）、scl₂が小さい場合にはscl₂をメ
モリscl₀に書き込む（n6）。

同図（Ｃ）はミニマム回路111〜113の動作を実行するた
めのフローチャートである。まずn7でメンバーシップ関
数の横軸の値を表すｉを０にセットする。このｉの値が
メンバーシップ関数の横軸の大きさ（size）以上になっ
たときn8の判断で動作を終了する。n9ではメンバーシッ
プ関数のｉにおける値（mem（ｉ））を読み出し、この
値が条件部のメンバーシップ値scl以下であるか否かを
判断する（n10）。mem（ｉ）がscl以下であればmem
（ｉ）の値をバッファ（buf）に書き込み（n12）、mem
（ｉ）がsclを超えていればsclの値をバッファ（buf）
に書き込む（n11）。このバッファの値をｉに対応する
結論メモリmemo（ｉ）に書き込んだのち（n13）、ｉに
１を加算して（n14）n8に戻る。

同図（Ｄ）はマキシマム回路114の論理和および面積計
算動作を実行するためのフローチャートである。まずn1
5で横軸値ｉおよび面積積算メモリaccに０をセットす
る。ｉの値がメンバーシップ関数の横軸の大きさ（siz
e）を超えたときn16の判断で動作を終了する。n17では
ｉにおけるファジィルール（１），（２），（３）の結
論関数値（mem1（ｉ）,mem2（ｉ）,mem3（ｉ））を読み
出し、このうち最大のものをn18で判断する。mem1
（ｉ）が最大であればmem1（ｉ）をバッファ（buf）に
書き込み（n19）、mem2（ｉ）が最大であればmem2
（ｉ）をバッファ（buf）に書き込み（n20）、mem3
（ｉ）が最大であればmem3（ｉ）をバッファ（buf）に
書き込む（n21）。n22でバッファの値をmem0（ｉ）に書
き込むとともに（n22）、面積積算メモリaccにバッファ
の値を加算する（n23）。こののちｉに１を加算して（n
24）n16に戻る。

同図（Ｅ）は重心計算回路115と同様の重心計算動作を
実行するためのフローチャートである。まず同図（Ｄ）
で求められた面積（acc）の半分の値を記憶エリア（hal
f）に記憶する（n25）。次に理論和された結論関数の横
軸に対応するｊおよび面積積算のエリアhacに０をセッ
トする（n26）。バッファ（buf）にmem0（ｊ）を読み出
し（n27）、この値を面積積算エリアhacに積算する（n2
8）。積算されたhacの値を（half）と比較し（n29）、
（hac）が（half）以上であればそのときのｊの値が重
心点であるとして動作を終了し、（hac）が（half）に
満たないときはｊに１を加算して（n30）n27に戻る。

上記実施例では、パラメータ推論回路５が出力する倍音
パラメータを音源回路６が受け取り、生成する楽音の倍
音構成を制御するようにしたが、音源には一定の楽音を
生成させ後続のフィルタでその倍音構成を変更する方式
もこの発明に適用することができる。第６図にこの実施
例を示す。上記実施例と構成において同一の部分は同一
番号を付して説明を省略する。音源回路15にはキーオン
信号，キーコード，イニシャルタッチ信号，アフタータ
ッチ信号が入力され、これらの演奏情報に基づいて所定
の信号を生成する。また、フィルタ制御回路16にはキー
オン時間信号，イニシャルタッチ信号，アフタータッチ
信号が入力され、これらの演奏情報に基づいて上記パラ
メータ推論回路５と同様のファジィ推論を実行する。こ
の推論によって得られた倍音パラメータに基づいて音源
回路17に接続されているフィルタ（ディジタルコントロ
ールドフィルタ）17の透過特性を制御し楽音の倍音構成
率を制御する。フィルタ17を透過した楽音信号はD/A変
換回路18でアナログ信号に変換されアンプ７によって増
幅出力される。

以上の実施例では鍵盤等の操作に基づいてリアルタイム
に発音する電子楽器について説明したが、予め演奏情報
を記憶しておき自動演奏する装置にも同様に適用するこ
とができる。

（ｇ）発明の効果以上のようにこの発明の電子楽器の楽音制御方法によれ
ば、音色制御にファジィ推論を用いたことにより、複数
の演奏情報を複合的に考慮して微妙な音色の制御をする
場合でも、簡略な回路構成で、処理速度を低下させるこ
となく行うことができる。さらに、ファジィルールやメ
ンバーシップ関数を種々変更することにより、容易に楽
器の特性を変更することができ、楽器毎に音色の特徴付
けをすることも容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例である楽音制御方法が用いら
れる電子楽器のブロック図、第２図は同電子楽器のパラ
メータ推論回路のブロック図、第３図（Ａ）〜（Ｄ）は
同パラメータ推論回路で用いられるメンバーシップ関数
を表す図、第４図（Ａ）〜（Ｅ）は同パラメータ推論回
路の各演算部をマイクロコンピュータで構成した場合の
動作を示すフローチャートである。また、第５図はこの
発明の他の実施例を示す図である。第６図は一般的なファジィ推論の手法を説明するための
図である。１……鍵盤、２−キーオン検出回路、３……イニシャルタッチ検出回路、４……アフタータッチ検出回路、５……パラメータ推論回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２つの第１および第２の演奏情
報の値に応じて変化する音色制御パラメータを形成し、
この音色制御パラメータによって楽音の音色の制御を行
う電子楽器の楽音制御方法であって、前記第１の演奏情報の値の変化に応じた前記音色制御パ
ラメータの変化態様を示す第１のルールに関する第１の
関数および前記第２の演奏情報の値の変化に応じた前記
音色制御パラメータの変化態様を示す第２のルールに関
する第２の関数を用意し、入力された前記第１および第２の演奏情報の値に応じ前
記第１および第２の関数に基づきファジィ推論処理を行
って前記音色制御パラメータを形成することを特徴とする電子楽器の楽音制御方法。