JPH0798588A - 楽音波形信号形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】自然楽器、特に管楽器を正確にシミュレートし
た楽音波形信号を形成でき、よりリアリティがあり、よ
り自然な楽音を発生することのできる楽音波形信号形成
装置を提供することを目的とする。 【構成】音高情報に応じて生成された第１のパラメータ
および第２のパラメータをそれぞれ波形信号を循環させ
る循環路を有する線形部および励起信号を発生する非線
形部に与える。非線形部は入力した第２のパラメータに
したがって動作し線形部に注入すべき励起信号を発生出
力する。また、線形部は、入力した第１のパラメータに
したがって波形信号を循環させる。最終的な出力は、線
形部から取出す。音高に応じて、線形部の遅延回路の遅
延時間および非線形部の動作モード（周波数特性）が制
御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、楽音波形信号形成装
置に関し、詳しくは管楽器などの自然楽器をより正確に
シミュレートすることのできる楽音波形信号形成装置に
関する。

【０００２】

【従来技術】自然楽器の管楽器の演奏者は、ある音高の
楽音の発音を行なおうとするとき、管体の長さを調節し
（レジスターキーの開閉も含むものとする）、かつマウ
スピースのリード部における吹き具合（あるいはリード
の噛み具合など）を調節する。これにより所望の音高の
楽音を発音する。

【０００３】音響学の観点から見れば、レジスターキー
の開閉などにより管体の長さを決定するということは、
管体の共振周波数を決定するということである。いわば
管体は、ある基本周波数ｆとその倍音の周波数２ｆ，３
ｆ，…を共振周波数とするくし形のフィルタの役割を果
たすことになる。そして、マウスピースのリード部にお
ける演奏者の吹き具合に応じて、管体が共振周波数ｆ，
２ｆ，３ｆ，…のどの周波数で共振するかが決定され
る。基本周波数ｆで共振を起こさせるリード部の動作モ
ードを１次モード、その倍の周波数２ｆで共振を起こさ
せる動作モードを２次モード、…、ｎ倍（ｎは正整数）
の周波数ｎｆで共振を起こさせる動作モードをｎ次モー
ドと呼ぶものとする。

【０００４】一方、従来より、管楽器などの自然楽器の
動作を電子回路（ソフトウエアも含む）でシミュレート
して、自然楽器の楽音を模倣したリアルな楽音を形成す
る楽音波形信号形成装置が知られている。そのような装
置で用いる楽音波形の合成方式として、遅延回路やフィ
ルタなどを閉ループ状に接続して波形信号を循環させる
循環路を構成し、励起信号（ディジタル信号）をこの循
環路に注入して循環路を循環させ、適当な位置から出力
楽音信号を取出す技術がある。

【０００５】管楽器をシミュレートする場合について説
明すれば、上記の循環路は管楽器の管体部に相当し、主
としてその循環路内に設けられた遅延回路の遅延時間が
管体の長さに相当する。また、レジスターキーに相当す
る回路を設けたものもある。以下、このような循環路を
構成する部分を線形部と呼ぶものとする。線形部は、上
述したような管体の長さに相当するパラメータやレジス
ターキーの開閉に相当するパラメータなどを入力し、そ
れらのパラメータにしたがって動作することにより波形
信号を循環させる。線形部の共振周波数ｆ，２ｆ，３
ｆ，…は、入力したパラメータによって定められる。

【０００６】上記線形部に注入する励起信号を発生する
部分は、管楽器のリード部（リップまたはジェットなど
のリードも含む）に相当する。以下、励起信号を発生す
る部分を非線形部と呼ぶものとする。非線形部は、管楽
器のリード部に吹き込まれる息圧（プレッシャー）に相
当するパラメータ、口の当て方や噛み方など（アンブシ
ュア）に相当するパラメータ、およびリードの周波数特
性を特定するパラメータなどを入力し、それらのパラメ
ータにしたがって動作することにより励起信号を発生出
力する。非線形部の動作モード（上述した自然楽器にお
けるリード部の動作モードに相当し、以後「非線形部動
作モード」と呼ぶ）は、入力したパラメータによって定
められる。

【０００７】以上のように、管楽器をシミュレートする
楽音波形信号形成装置では、線形部と非線形部とに所定
のパラメータを入力して、これらのパラメータに応じた
共振周波数および非線形部動作モードで動作することに
より所望の音高の楽音波形信号を形成する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本出願人は、上述した
ような楽音波形信号形成装置において、遅延回路の遅延
時間を制御することによって、形成すべき楽音の音高を
制御する技術を既に提案している。また、励起信号を発
生する非線形部の動作モード（周波数特性ということも
できる）を制御することによって、形成すべき楽音の音
高を変化させる技術も既に提案済みである。しかしなが
ら、ある音高の楽音を形成しようとするとき、どのよう
に、線形部の遅延回路の遅延時間および非線形部の動作
モード（周波数特性）を制御するかは、未だ未解決であ
った。したがって、ある音高の楽音を発生するときの管
体の長さと非線形部動作モードの条件が、自然楽器と楽
音波形信号形成装置とで異なることがあり、楽音波形信
号形成装置によって自然楽器を正確にシミュレートして
いるとは言い難い場合があった。

【０００９】この発明は、上述の従来例における問題点
に鑑み、自然楽器、特に管楽器を正確にシミュレートし
た楽音波形信号を形成でき、よりリアリティがあり、よ
り自然な楽音を発生することのできる楽音波形信号形成
装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、この発明に係る楽音波形信号形成装置は、第１のパ
ラメータを入力し、該第１のパラメータにしたがって動
作することにより、波形信号を循環させる循環手段と、
第２のパラメータを入力し、該第２のパラメータにした
がって動作することにより、前記循環手段に注入すべき
励起信号を発生出力する励起信号発生手段と、音高情報
を入力し、該音高情報に基づいて前記第１のパラメータ
および前記第２のパラメータを生成し、それぞれ前記循
環手段および励起信号発生手段に出力する制御手段とを
備えたことを特徴とする。

【００１１】また、この発明に係る楽音波形信号形成装
置は、少なくとも遅延手段を含む循環路を有し、該遅延
手段の遅延時間を指定するパラメータを含む第１のパラ
メータを入力し、該第１のパラメータにしたがって動作
することにより、波形信号を該循環路で循環させる循環
手段と、第２のパラメータを入力し、該第２のパラメー
タにしたがって動作することにより、前記循環手段に注
入すべき励起信号を発生出力する励起信号発生手段であ
って、該励起信号発生手段の周波数特性は、前記第２の
パラメータにより決定されるものと、音高情報を入力
し、該音高情報に基づいて前記第１のパラメータおよび
前記第２のパラメータを生成しそれぞれ前記循環手段お
よび前記励起信号発生手段に出力することにより、音高
に応じて前記循環手段中の遅延手段の遅延時間および前
記励起信号発生手段の周波数特性を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする。

【００１２】さらに、この発明に係る楽音波形信号形成
装置は、少なくとも遅延手段を含む循環路を有し、該遅
延手段の遅延時間を指定するパラメータを含む第１のパ
ラメータを入力し、該第１のパラメータにしたがって動
作することにより、該循環路に波形信号を循環させる循
環手段と、第２のパラメータを入力し、該第２のパラメ
ータにしたがって動作することにより、前記循環手段に
注入すべき励起信号を発生出力する励起信号発生手段
と、発生すべき楽音の音高に応じて前記遅延手段の遅延
時間を指定するパラメータを含む前記第１のパラメータ
を生成し、前記循環手段に出力する第１の制御手段であ
って、該第１のパラメータにより、前記循環路の共振周
波数ｆ，２ｆ，３ｆ，４ｆ，…が決定されるものと、発
生すべき楽音の音高に応じて第２のパラメータを生成
し、前記励起信号発生手段に出力する第２の制御手段で
あって、該音高に応じて、前記循環路の共振周波数ｆ，
２ｆ，３ｆ，４ｆ，…のうちのどの周波数で動作させる
かを表す動作モードを決定し、前記励起信号発生手段が
該動作モードで動作するように前記第２のパラメータを
生成出力するものとを備えたことを特徴とする。

【００１３】

【作用】発生すべき楽音の音高に応じて第１のパラメー
タと第２のパラメータとが決定される。循環手段は第１
のパラメータにしたがって動作する。特に、循環手段
は、ある基本周波数ｆとその倍音の周波数２ｆ，３ｆ，
…を共振周波数とするくし形フィルタの役割を果たすも
のであるが、第１のパラメータ（特に遅延回路の遅延時
間を指定するパラメータ）がその共振周波数ｆ，２ｆ，
３ｆ，…を決定することになる。すなわち、第１のパラ
メータにより、循環手段の共振周波数が制御される。

【００１４】励起信号発生手段は、第２のパラメータに
したがって動作する。特に、励起信号発生手段から出力
され循環手段に注入される励起信号に基づいて循環手段
の共振周波数ｆ，２ｆ，３ｆ，…のうちのどの周波数で
動作させるか（動作モード）が決定されるから、第２の
パラメータにより励起信号発生手段の動作モード（周波
数特性）が制御されることになる。

【００１５】このように、音高に応じて第１および第２
のパラメータが発生され、各パラメータにより、遅延手
段の遅延時間および励起信号発生手段の動作モード（周
波数特性）が制御される。これにより、音高に応じた最
適な制御が行われる。

【００１６】上記の第１のパラメータは、循環手段（線
形部）における管体の長さに相当するパラメータ（循環
路に挿入された遅延回路の遅延時間）のほか、レジスタ
ーキーの開閉に相当するパラメータなどを含んでいても
よい。レジスターキーに相当する回路は、設けなくても
よいし複数設けてもよい。上記の第２のパラメータは、
例えば、励起信号発生手段（非線形部）におけるアンブ
シュア、プレッシャー（息圧）、およびリードの周波数
特性を特定するパラメータなどを含んでもよい。

【００１７】

【実施例】以下、図面を用いてこの発明の実施例を説明
する。まず、本発明の実施例に係る楽音波形信号形成装
置の構成を説明する前に、この実施例で用いた管楽器モ
デルについて説明する。

【００１８】図１はこの実施例の楽音波形信号形成装置
で用いた管楽器モデルを示すブロック図、図３はその詳
細な回路図を示す。図１において、この実施例で用いた
管楽器モデルは、非線形部１および線形部２を備えてい
る。非線形部１は管楽器のリード部に相当し、線形部２
は管楽器の管体部に相当する。３は非線形部１からの励
起信号の往路となる信号ライン、４は線形部２からの波
形信号の復路となる信号ラインを示す。

【００１９】非線形部１は、所定のパラメータ（第２の
パラメータ）を入力して、それらのパラメータに応じて
励起信号を発生する。線形部２は、所定のパラメータ
（第１のパラメータ）および非線形部１からの励起信号
を入力して、それらに応じて内部の循環路に楽音信号を
循環させる。線形部２の内部の循環路の適当な位置から
楽音波形信号が取出され出力される。

【００２０】図３の回路図を参照して、この管楽器モデ
ルをさらに詳しく説明する。まず、非線形部１について
説明する。非線形部１は、加算器１０１、リードダイナ
ミックスフィルタ１０２、乗算器１０３、加算器１０
４、スリット関数テーブル１０５、乗算器１０６、グレ
アム関数テーブル１０７、および乗算器１０８を備えて
いる。

【００２１】加算器１０１は、波形信号の復路をなす信
号ライン４の波形信号からプレッシャーＰＲＥＳを減算
する。この場合、信号ライン４からの波形信号は線形部
（管体部）２から非線形部（リード部）３へ伝播してき
た反射波を表し、この減算は、プレッシャーＰＲＥＳと
この反射波圧力との差圧に応じてリードが変位し、その
変位に応じて入射波が形成される状態を示している。す
なわち、加算器１０１の出力はリードを変位させる差圧
に対応したものである。

【００２２】加算器１０１の出力は、リードダイナミッ
クスフィルタ１０２に入力する。リードダイナミックス
フィルタ１０２はリードの動特性を実現する。リードダ
イナミックスフィルタ１０２に入力するパラメータＱは
ピーク部分の鋭さ、パラメータｆc はカットオフ周波数
を示す。リードダイナミックスフィルタ１０２の出力
は、乗算器１０３にてスリットゲインを表すパラメータ
Ｇと乗算され、加算器１０４にてアンブシュアＥＢと加
算される。スリットゲインＧとの乗算は、後述するスリ
ット関数の勾配をパラメータＧで制御するための演算で
ある。アンブシュアＥＢとの加算は、リードの変位量が
唇の構えや締め具合などに影響されることをシミュレー
トしたものである。

【００２３】加算器１０４の出力はスリット関数テーブ
ル１０５に入力する。スリット関数テーブル１０５は、
付与されたプレッシャーに対するリードの変位量をシミ
ュレートするための非線形テーブルであり、入力したプ
レッシャーに対するリードの変位量を出力する。ＳＬＴ
は、スリット関数テーブル１０５として用いる非線形テ
ーブルを特定するパラメータである。

【００２４】スリット関数テーブル１０５の出力は乗算
器１０６に入力する。乗算器１０６の乗数として、加算
器１０１から出力される差圧信号がグレアム関数テーブ
ル１０７を介して供給されている。グレアム関数テーブ
ル１０７は、差圧が大きくなっても狭い管路では流速が
飽和して差圧と流速とが比例しなくなることをシミュレ
ートするものである。これにより、リード部で差圧が流
速に与える影響を考慮して補正された差圧信号が乗数と
して乗算器１０６に入力することとなる。ＧＲＭは、グ
レアム関数テーブル１０７として用いるテーブルを特定
するパラメータである。

【００２５】乗算器１０６は、スリット関数テーブル１
０５およびグレアム関数テーブル１０７の各出力を乗算
する。結果として、乗算器１０６の出力はリード部にお
ける空気の体積流速を表す信号となる。乗算器１０６の
出力は、乗算器１０８にてマウスピース内のインピーダ
ンス（空気抵抗）を表す固定係数Ｚと乗算され、その乗
算結果は励起信号（音圧信号）として信号ライン３を介
して線形部２に供給される。

【００２６】次に、図３の線形部２について説明する。
線形部２は、ジャンクション部２１と部分管部２２，２
３，２４，２５，２６とからなる。ジャンクション部２
１は、加算器２０１、乗算器２０２、および加算器２０
３を備えている。

【００２７】部分管部２２は、遅延回路２０４，２０
５、加算器２０６、および乗算器２０７を備えている。
部分管部２３は、加算器２０９、遅延回路２１０、ロー
パスフィルタ（ＬＰＦ）２１１、乗算器２１２、遅延回
路２１３、および乗算器２１４を備えている。部分管部
２４は、加算器２１６、遅延回路２１７、乗算器２１
８、加算器２１９、遅延回路２２０、および乗算器２２
１を備えている。部分管部２５は、加算器２２２、遅延
回路２２３、ＬＰＦ２２４、乗算器２２５、遅延回路２
２６、および乗算器２２７を備えている。部分管部２６
は、加算器２２８、遅延回路２２９、ＬＰＦ２３０、乗
算器２３１、遅延回路２３２、および乗算器２３３を備
えている。

【００２８】部分管部２２、部分管部２３、および部分
管部２４は加算器２０８を介して接続されている。部分
管部２４、部分管部２５、および部分管部２６は加算器
２１５を介して接続されている。

【００２９】図２は、線形部２がシミュレートする管体
の形状（断面）を示す。この管体Ｃの主要部分は、頂点
がＡで底面がＢの円錐形の形状をしており、中空になっ
ている。頂点Ａから底面Ｂまでの全長をＬとし、頂点Ａ
から距離Ｌ１かつ底面Ｂから距離Ｌ２の位置の断面積を
Ｓ１とする。頂点Ａから断面積Ｓ１の位置までの長さＬ
１を有する部分的な管体をＣ１と呼ぶ。管体Ｃから管体
Ｃ１を取去った残りの部分、すなわち底面Ｂから断面積
Ｓ１の位置までの長さＬ２を有する部分的な管体をＣ２
と呼ぶ。

【００３０】断面積Ｓ１の位置には断面積Ｓ０の穴が開
けられており、その穴に管体Ｃ３の一端が接続されてい
る。管体Ｃ３の他端にリード部が接続され、リード部か
ら空気流が注入される。管体Ｃ２の中程の断面積Ｓ２の
位置には断面積Ｓ３の穴が開けられており、その穴に管
体Ｃ４の一端が接続されている。管体Ｃ４の他端には開
閉可能なレジスタキーＲＧが設けられている。したがっ
て、図３の線形部２でシミュレートする管体Ｃは、部分
的な管体Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４からなる。

【００３１】図３の線形部２の回路と図２に示した管体
とを対照させて説明する。図３の部分管部２２は図２の
管体Ｃ３に対応する。図３のジャンクション部２１は、
図２の管体Ｃ３とリード部との接続部分に対応する。部
分管部２２は、管体Ｃ３内を伝播する波形信号をシミュ
レートするためのループ回路を有する。このループ回路
は、波形信号を、加算器２０３→遅延回路２０５→加算
器２０６→遅延回路２０４→加算器２０３と循環させる
回路である。遅延回路２０４，２０５の遅延時間Ｄm
は、対応する管体Ｃ３の長さに応じて定められる。図３
の乗算器２０７，２１４，２１８と加算器２０８は、図
２の管体Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の接続部分に対応する。

【００３２】図３の部分管部２３は図２の管体Ｃ１に対
応する。部分管部２３は、図２の管体Ｃ１内を伝播する
波形信号をシミュレートするためのループ回路を有す
る。このループ回路は、波形信号を、加算器２０９→遅
延回路２１０→ＬＰＦ２１１→乗算器２１２→遅延回路
２１３→加算器２０９と循環させる回路である。遅延回
路２１０，２１３の遅延時間ＤL1，ＤL1′は、対応する
管体Ｃ１の長さＬ１に応じて定められる。ＬＰＦ２１１
と乗算器２１２は、管体Ｃ１の端部（頂点Ａの側）にお
ける反射特性をシミュレートする。

【００３３】図３の部分管部２４，２５は図２の管体Ｃ
２に対応する。部分管部２４，２５は、図２の管体Ｃ２
内を伝播する波形信号をシミュレートするためのループ
回路を有する。部分管部２４のループ回路は、波形信号
を、加算器２１９→遅延回路２２０→加算器２１６→遅
延回路２１７→加算器２１９と循環させる回路である。
部分管部２５のループ回路は、波形信号を、加算器２２
２→遅延回路２２３→ＬＰＦ２２４→乗算器２２５→遅
延回路２２６→加算器２２２と循環させる回路である。
遅延回路２１７，２２０，２２３，２２６の遅延時間Ｄ
L21 ，ＤL21 ′，ＤL22 ，ＤL22 ′は、対応する管体Ｃ
２の長さＬ２に応じて定められる。ＬＰＦ２２４と乗算
器２２５は、管体Ｃ２の端部（底面Ｂの側）における反
射特性をシミュレートする。乗算器２２１，２２７，２
２２と加算器２２５は、図２の管体Ｃ２，Ｃ４の接続部
分に対応する。

【００３４】図３の部分管部２６は管体Ｃ４に対応す
る。部分管部２６は、管体Ｃ４内を伝播する波形信号を
シミュレートするためのループ回路を有する。このルー
プ回路は、波形信号を、加算器２２８→遅延回路２２９
→ＬＰＦ２３０→乗算器２３１→遅延回路２３２→加算
器２２８と循環させる回路である。遅延回路２２９，２
３２の遅延時間Ｄh ，Ｄh は、対応する管体Ｃ４の長さ
に応じて定められる。ＬＰＦ２３０と乗算器２３１は、
管体Ｃ４における反射特性をシミュレートする。特に、
乗算器２３１は図３の開閉可能なレジスタキーＲＧに相
当しており、その乗数ＲＧＫＤ（後述するようにパラメ
ータとして与えられる）がほぼ「１」のときレジスタキ
ーが閉じた状態を、乗数ＲＧＫＤがほぼ「−１」のとき
レジスタキーが開いた状態を、それぞれシミュレートす
る。

【００３５】このように図２のモデルと図３の回路を対
応させれば、図３の各遅延回路の遅延時間および乗算器
の乗数は、以下のように決定できる。 ｋ１＝２・Ｓ０／（Ｓ０＋Ｓ１＋Ｓ１／Ｌ１） ｋ２＝２・Ｓ１／（Ｓ０＋Ｓ１＋Ｓ１／Ｌ１） ｋ３＝２・（Ｓ１／Ｌ１）／（Ｓ０＋Ｓ１＋Ｓ１／Ｌ
１） ＤL1＋ＤL1′＝２・Ｌ１／ｃ ＤL21 ＋ＤL21 ′＋ＤL22 ＋ＤL22 ′＝２・Ｌ２／ｃ

【００３６】ただし、ｋ１，ｋ２，ｋ３はそれぞれ乗算
器２０７，２１８，２１４の乗数、ＤL1，ＤL1′，ＤL2
1 ，ＤL21 ′，ＤL22 ，ＤL22 ′はそれぞれ遅延回路２
１０，２１３，２１７，２２０，２２３，２２６の遅延
時間を示す。ｃは音速を示す。

【００３７】また、 ｋ４＝ｋ５＝２・Ｓ２／（２・Ｓ２＋Ｓ３） ｋ６＝２・Ｓ３／（２・Ｓ２＋Ｓ３） ＤL22 ＋ＤL22 ′＝２・Ｌ／ｎｃ

【００３８】ただし、ｋ４，ｋ５，ｋ６はそれぞれ乗算
器２２１，２２７，２３３の乗数を示す。ｎは管体の動
作モードを示す。管体のレジスタキーの開閉状態とその
穴の位置に応じて管体の共振周波数が定められるが、そ
の動作の状態を表す値が管体の動作モード（以後、「線
形部動作モード」と呼ぶ）である。例えば、レジスタキ
ーをすべて閉じた状態は１次モード（ｎ＝１）、管体の
中央位置にレジスタキーが設けられておりそのレジスタ
キーを開けた状態は２次モード（ｎ＝２）、…となる。
この実施例で用いた図３の回路では、レジスターキーは
管体の中央位置に設けられているものとし、線形部動作
モードは１次モードか２次モードのどちらかとなるよう
にしている。

【００３９】非線形部１から信号ライン３を介して出力
される波形信号（励起信号）は、線形部２のジャンクシ
ョン部２１の加算器２０３および２０１に入力する。加
算器２０３は、乗算器１０８からの励起信号と遅延回路
２０４からの波形信号とを加算して、遅延回路２０５に
出力する。遅延回路２０４からの反射波の波形信号は乗
算器２０２で定数「２」と乗算され加算器２０１に入力
する。加算器２０１は、信号ライン３の励起信号と乗算
器２０２からの波形信号を加算して、加算結果を信号ラ
イン４に帰還する。以上のようなジャンクション部２１
における動作により、リード部と管体との接続部分にお
ける入射波と反射波との合成がシミュレートされる。

【００４０】また、ジャンクション部２１に入力した波
形信号は、上述した部分管部２２のループ回路に注入さ
れ、さらに部分管部２３，２４，２５，２６に伝播して
いき、各ループ回路を循環する。これにより、図２に示
した管体Ｃに空気流が吹き込まれて共鳴する動作をシミ
ュレートする。最終的な出力は、線形部２のどの位置か
ら取出してもよい。

【００４１】図４は、この発明の一実施例に係る楽音波
形信号形成装置のブロック構成を示す。この実施例の楽
音波形信号形成装置は、図１〜図３で説明した管楽器モ
デルの非線形部１および線形部２を備えている。そのほ
か、ノートオン制御部５、管長制御部６、レジスターキ
ー制御部７、およびモード制御部８を備えている。

【００４２】この楽音波形信号形成装置への入力は、音
高情報、音色制御情報、ピッチベンド・ビブラート情
報、および演奏操作子情報である。音高情報と演奏操作
子情報とを合せて演奏情報と呼ぶものとする。音高情報
は、発生する楽音波形信号の音高を特定するキーコード
ＫＣである。音色制御情報は、発生する楽音波形信号の
音色を特定する情報であり、例えばどのような自然楽器
をシミュレートした楽音を発生するのかその音色を選択
するための情報である。ピッチベンド・ビブラート情報
ＰＢは、それぞれ楽音波形信号に付与するピッチベンド
効果およびビブラート効果に関する情報である。演奏操
作子情報は、プレッシャーＰおよびアンブシュアＥであ
る。音高情報や演奏操作子情報は、例えば不図示の演奏
操作子により発生される。

【００４３】図４のノートオン制御部５、管長制御部
６、レジスターキー制御部７、およびモード制御部８
は、入力した上記の各種情報に応じて非線形部１および
線形部２に与えるパラメータデータを生成出力する。そ
のパラメータデータに応じて、非線形部１における非線
形部動作モード、および線形部２においてシミュレート
される管体の管長とレジスターキーの状態（線形部動作
モードや共振周波数）が決定される。

【００４４】以下、この実施例では、各キーコードに応
じて非線形部１と線形部２とを以下の〜のように動
作させる例を説明する。すなわち、現在選択されている
音色においては以下の〜のように設定されているも
のとする。説明の便宜のため音高を特定するキーコード
は音名で表すものとする。発生する楽音の音高の範囲は
６オクターブ分で、音高が低い方からキーコードＣ０，
Ｃ０＃，Ｄ０，Ｄ０＃，…，Ｂ５とする。なお、図３で
説明したように、この実施例で用いた管楽器モデルでは
レジスターキーが管体の中央位置に設けられているもの
とし、線形部動作モードは１次モード（レジスターキー
は閉状態）か２次モード（レジスターキーは開状態）の
どちらかとなるようにしている。

【００４５】キーコードがＣ０〜Ｂ２のとき：シミュ
レートする管体の管長はキーコードに応じて変化させ
る。レジスターキーは閉状態とする。非線形部動作モー
ドは１次とする。

【００４６】キーコードがＣ３〜Ｂ３のとき：管長は
キーコードＣ２〜Ｂ２の長さを用いる。レジスターキー
は開状態とする。非線形部動作モードは１次とする。レ
ジスターキーを閉じていればキーコードＣ２〜Ｂ２の範
囲の音高の楽音を発生する管長を用いて、管体の中央位
置に設けられているレジスターキーを開状態とするの
で、１オクターブ高いキーコードＣ３〜Ｂ３の範囲の楽
音が発生される。

【００４７】キーコードがＣ４〜Ｂ４のとき：管長は
キーコードＣ２〜Ｂ２の長さを用いる。レジスターキー
は開状態とする。非線形部動作モードは２次とする。レ
ジスターキーを閉じていればキーコードＣ２〜Ｂ２の範
囲の音高の楽音を発生する管長を用いて、管体の中央位
置に設けられているレジスターキーを開状態とし、かつ
非線形部動作モードを２次モードとするので、２オクタ
ーブ高いキーコードＣ４〜Ｂ４の範囲の楽音が発生され
る。

【００４８】キーコードがＣ５〜Ｆ５＃のとき：管長
はキーコードＦ２〜Ｂ２の長さを用いる。レジスターキ
ーは開状態とする。非線形部動作モードは３次とする。
レジスターキーを閉じていればキーコードＦ２〜Ｂ２の
範囲の音高の楽音を発生する管長を用いて、管体の中央
位置に設けられているレジスターキーを開状態とするの
でまず１オクターブ高くなり、かつ非線形部動作モード
を３次モードとするのでさらに１オクターブと５度分高
くなりキーコードＣ５〜Ｆ５＃の範囲の楽音が発生され
る。

【００４９】キーコードがＧ５〜Ｂ５のとき：管長は
キーコードＧ２〜Ｂ２の長さを用いる。レジスターキー
は開状態とする。非線形部動作モードは４次とする。レ
ジスターキーを閉じていればキーコードＧ２〜Ｂ２の範
囲の音高の楽音を発生する管長を用いて、管体の中央位
置に設けられているレジスターキーを開状態とし、かつ
非線形部動作モードを４次モードとするので、３オクタ
ーブ高いキーコードＧ５〜Ｂ５の範囲の楽音が発生され
る。

【００５０】次に、再び図４を参照して、この実施例の
楽音波形信号形成装置の各部について詳しく説明する。

【００５１】まず、ノートオン制御部５について説明す
る。ノートオン制御部５は、入力したキーコードＫＣと
１回前に発音しているキーコード（内部のメモリに記憶
してあるものとする）とを比較し、一致していないとき
のみ、入力したキーコードＫＣを３つの制御部６，７，
８に出力する。入力したキーコードＫＣが１回前に発音
しているキーコードと同じときは、キーコードの変更は
行なわない。

【００５２】次に、管長制御部６について説明する。管
長制御部６は、キーコードＫＣ、音色制御情報、ピッチ
ベンド・ビブラート情報ＰＢ、および線形部動作モード
情報ＭＯＤＥを入力し、これらに応じて線形部２に与え
る管長データＤL1，ＤL21 ，ＤL22 を生成出力する。線
形部動作モード情報ＭＯＤＥは、線形部動作モードを表
す情報であり、モード制御部８が生成出力する。

【００５３】なお、線形部２の動作時には図３に示した
ような各遅延回路の遅延時間や各乗算器の乗数などが定
められている必要があるが、この実施例では、管長制御
部６から遅延回路２１０，２１７，２２３の遅延時間Ｄ
L1，ＤL21 ，ＤL22 （ただし、ＤL1′＝ＤL1，ＤL21 ′
＝ＤL21 ，ＤL22 ′＝ＤL22 とする）を、レジスターキ
ー制御部７（後に詳述する）からレジスターキーデータ
ＲＧＫＤを、それぞれ線形部２に入力している。線形部
２に入力すべき他のパラメータは、選択されている音色
に応じてあらかじめ決定されているものとする。

【００５４】図５に、管長制御部６のブロック構成を示
す。管長制御部６は、管長制御テーブル６０１、管長デ
ータ部６０２、ピッチベンド・ビブラート付与制御部６
０３、加算器６０４、データ送出制御部６０５、および
ＬＰＦ６０６，６０７，６０８を備えている。

【００５５】管長制御テーブル６０１は、音色に応じた
テーブルを参照して、キーコードＫＣに応じた管長選択
データおよび管長補正データを出力する。図６（ａ）
は、管長制御テーブル６０１の内容を示す。説明を容易
にするためキーコードの欄は音名で表しているが、実際
に管長制御テーブル６０１に入力するキーコードＫＣは
各音名に対応した数値データである。管長制御テーブル
６０１は、音色ごとに図６（ａ）に示すものと同様のテ
ーブルを有している。ここでは、現在選択されている音
色が上記〜の設定となるものであるので、それに応
じて図６（ａ）に示す内容のテーブルが選択されてい
る。どのテーブルを用いるかは音色制御情報に基づいて
定められる。

【００５６】図６（ａ）の管長選択データは、シミュレ
ートする管体の全長Ｌを選択するためのデータである。
管長選択データは、管長制御テーブル６０１から管長デ
ータ部６０２に向けて出力される。管長データ部６０２
は、入力した管長選択データに応じて管長データＬを出
力する。管長データＬは、図２の管体のモデルの全長Ｌ
に相当する。管長選択データの値が大きいほど、全長Ｌ
が長くなるようになっている。

【００５７】管長補正データは、シミュレートする管体
の全長Ｌを補正するデータである。図６（ａ）の表にお
いて、キーコードがＣ０〜Ｂ２の範囲は管長Ｌのみ変化
させ、レジスターキーは閉状態、非線形部動作モードは
１次であるから、管長を補正する必要がなく、管長補正
データは「０」になっている。一方、キーコードＣ３の
音高より高い音高の楽音を発生する場合は、レジスター
キーを開状態としたり（線形部動作モードが２次以
上）、非線形部動作モードを２次以上にするため、多少
ピッチがずれる現象が発生する。そこで、管長Ｌを若干
補正する必要があり、キーコードＣ３以上ではそれぞれ
所定の管長補正データが出力される。

【００５８】管長補正データは、ピッチベンド・ビブラ
ート付与制御部６０３に入力する。ピッチベンド・ビブ
ラート付与制御部６０３には、ほかにピッチベンド・ビ
ブラート情報ＰＢ、および管長データＬが入力する。管
長データＬを入力しているのは、管長データＬの何％と
いう形でその管長データを時間的に変動させるためであ
る。ピッチベンド・ビブラート付与制御部６０３は、こ
れらの入力情報に応じて管長データＬの変動分を出力す
る。この変動分は、加算器６０４により管長データＬに
加算され、データ送出制御部６０５に入力する。

【００５９】データ送出制御部６０５は、音色制御情報
で特定される音色および線形部動作モード情報ＭＯＤＥ
に応じて、管長データＬを管長データＤL1，ＤL21 ，Ｄ
L22に配分する。管長データＤL1，ＤL21 ，ＤL22 は、
それぞれＬＰＦ６０６，６０７，６０８を介して線形部
２に向けて出力される。ＬＰＦ６０６，６０７，６０８
は、管長データすなわち線形部２内の遅延回路の遅延時
間を急激に変更するとノイズの発生などの不都合がある
ので、管長データを徐々に変更するために設けられてい
るものであり、サンプリング周波数φs で動作してい
る。

【００６０】データ送出制御部６０５は、出力しようと
する管長データＤL1，ＤL21 ，ＤL22 と前回出力した値
（内部のメモリに記憶してあるものとする）とを比較
し、一致していないときのみ、管長データＤL1，ＤL21
，ＤL22 を出力する。一致していたときは、管長デー
タＤL1，ＤL21 ，ＤL22 の変更は行なわない。

【００６１】再び図４を参照して、レジスターキー制御
部７を説明する。レジスターキー制御部７は、キーコー
ドＫＣおよび音色制御情報を入力し、音色に応じたテー
ブルを参照して線形部２に与えるレジスターキーデータ
ＲＧＫＤ（レジスターキーの開閉を示すデータ）を生成
出力する。

【００６２】今、選択されている音色では前記〜の
設定になっているから、用いるテーブルは図６（ｂ）の
ようなテーブルになる。すなわち、キーコードがＣ０〜
Ｂ２の範囲では、レジスターキーは閉状態で管長Ｌのみ
変化させて各音高の楽音を生成するから、レジスターキ
ーデータＲＧＫＤ＝＋１とする。キーコードがＣ３以上
のときは、レジスターキーは開状態で管長Ｌや非線形部
動作モードを変化させて各音高の楽音を生成するから、
レジスターキーデータＲＧＫＤ＝−１とする。

【００６３】レジスターキー制御部７は、音色ごとに図
６（ｂ）と同様のテーブルを有している。どのテーブル
を用いるかは、音色制御情報に基づいて定められる。ま
た、レジスターキー制御部７は、出力しようとするレジ
スターキーデータＲＧＫＤと前回出力した値（内部のメ
モリに記憶してあるものとする）とを比較し、一致して
いないときのみ、レジスターキーデータＲＧＫＤを出力
する。一致していたときは、レジスターキーデータＲＧ
ＫＤの変更は行なわない。

【００６４】次に、図４のモード制御部８について説明
する。モード制御部８は、キーコードＫＣ、音色制御情
報、プレッシャーＰおよびアンブシュアＥを入力し、こ
れらに応じて、非線形部１に与える励振制御データＤＲ
ＩＶおよび管長制御部６に与える線形部動作モード情報
ＭＯＤＥを生成出力する。励振制御データＤＲＩＶは、
図３で説明した非線形部１に入力するパラメータデータ
の集合であり、具体的には、アンブシュアＥＢ、プレッ
シャーＰＲＥＳ、リードのカットオフ周波数ｆc 、ピー
ク部分の鋭さを表すパラメータＱ、およびスリットゲイ
ンＧである。

【００６５】なお、図３の非線形部１では、ほかにスリ
ット関数テーブルを特定するパラメータＳＬＴ、グレア
ム関数テーブルを特定するパラメータＧＲＭ、および乗
算器１０６の乗数Ｚが定められていることが必要である
が、これらは選択されている音色に応じてあらかじめ決
定されているものとする。

【００６６】図７に、モード制御部８のブロック構成を
示す。モード制御部８は、モード選択テーブル８０１、
プレッシャーテーブル８０２、アンブシュアテーブル８
０３、乗算器８０４、加算器８０５、およびパラメータ
変換部８０６を備えている。

【００６７】モード選択テーブル８０１は、入力したキ
ーコードＫＣに応じて、線形部動作モード情報ＭＯＤＥ
および非線形部動作モード情報ＮＬＭＯＤＥを出力す
る。図８（ａ）は、モード選択テーブル８０１の内容を
示す。前記〜の設定にしたがってキーコードＫＣに
応じたモード情報が保持されている。モード選択テーブ
ル８０１から出力された線形部動作モード情報ＭＯＤＥ
は、上述したように管長制御部６に入力する。モード選
択テーブル８０１から出力された非線形部動作モード情
報ＮＬＭＯＤＥは、プレッシャーテーブル８０２および
アンブシュアテーブル８０３に入力する。

【００６８】プレッシャーテーブル８０２は、非線形部
動作モード情報ＮＬＭＯＤＥに応じたプレッシャー係数
を出力する。図８（ｂ）は、プレッシャーテーブル８０
２の内容を示す。プレッシャーテーブル８０２から出力
されたプレッシャー係数は、乗算器８０４によりプレッ
シャーＰ（入力した演奏操作子情報）に乗算される。こ
れにより、プレッシャーが音高に応じて変更（修飾）さ
れることになる。

【００６９】例えば自然楽器のリコーダで同じ指使いで
強く息を吹込むと弱く息を吹込んだときの１オクターブ
上の楽音が発生する現象がある。これは、非線形部動作
モードを上げるときはプレッシャー（息圧）を強めにし
たほうがよいということを示している。そこで、図８
（ｂ）のように、プレッシャーＰに乗算するプレッシャ
ー係数は、非線形部動作モード情報ＮＬＭＯＤＥが大き
くなるにつれてより大きくなるようにしている。

【００７０】アンブシュアテーブル８０３は、非線形部
動作モード情報ＮＬＭＯＤＥに応じたアンブシュアオフ
セットを出力する。図８（ｃ）は、アンブシュアテーブ
ル８０３の内容を示す。アンブシュアテーブル８０３か
ら出力されたアンブシュアオフセットは、加算器８０５
によりアンブシュアＥ（入力した演奏操作子情報）と加
算される。これにより、アンブシュアが音高に応じて変
更（修飾）されることになる。

【００７１】乗算器８０４から出力されたプレッシャー
データは、パラメータ変換部８０６に入力し、そのまま
プレッシャーＰＲＥＳとして出力される。加算器８０５
から出力されたアンブシュアデータは、パラメータ変換
部８０６に入力し、そのままアンブシュアＥＢとして出
力される。なお、音色に応じたテーブルを設け、そのテ
ーブルを音高に応じて参照して、プレッシャーやアンブ
シュアのスケーリングなどを行なったのち、出力するよ
うにしてもよい。

【００７２】そのほかパラメータ変換部８０６は、選択
されている音色に応じたテーブルを参照し、音高に応じ
たカットオフ周波数ｆc 、パラメータＱ、およびスリッ
トゲインＧを出力する。カットオフ周波数ｆc 、パラメ
ータＱ、およびスリットゲインＧのテーブルは、音色ご
とに設けられている。さらに、自然楽器の管楽器ではリ
ードを噛み込んだりプレッシャーを上げることによりリ
ード部の動作モードを変えることができるものがあるの
で、それらをシミュレートするときには、カットオフ周
波数ｆc 、パラメータＱ、およびスリットゲインＧをプ
レッシャーやアンブシュアに応じて生成または変更して
もよい。

【００７３】なお、パラメータ変換部８０６は、出力し
ようとするデータと前回出力した値（内部のメモリに記
憶してあるものとする）とを比較し、一致していないと
きのみ、そのデータを出力する。一致していたときは、
そのデータの変更は行なわない。

【００７４】上記実施例によれば、非線形部１および線
形部２に与えるパラメータは、音色および音高に応じて
生成（変更も含む）される。したがって、音色および音
高に応じて正確に自然楽器をシミュレートするようなパ
ラメータを非線形部１および線形部２に与えることがで
きる。また、音色を変更したときにはその音色に応じた
テーブルを用いてパラメータ生成を行なうようにしてい
るので、音色を切り換えた場合でも常にその音色の自然
楽器の楽音をシミュレートできる。

【００７５】また、上記実施例ではノートオン制御部
５、管長制御部６（特にその内部のデータ送出制御部６
０５）、レジスターキー制御部７、およびモード制御部
８（特にその内部のパラメータ変換部８０６）におい
て、今回出力しようとする値と前回出力した値とを比較
し一致していないときのみデータ出力を行なうようにし
ている。したがって、例えば同一キーコードの楽音信号
を発生するときは、線形部および非線形部ともに新規の
キーオン処理を行なうことなく、プレッシャーおよびア
ンブシュアのみを制御することにより対処できる。ま
た、レジスターキーの開閉条件のみ、あるいは動作モー
ドの変更のみで対処できるときにも、他のパラメータ条
件は変更することなく、レジスターキーあるいは動作モ
ードのみ変更して対処できる。このようにすることによ
り、処理量を軽減することができ、よりリアリティがあ
り、より自然な音のつながりを実現することができる。

【００７６】なお、この実施例では図６および図８のよ
うなテーブルを設けているが、テーブルを用いずに処理
するようにしてもよい。特に、ソフトウエアによって上
述の各部の動作を実現するときは、単なる判別とデータ
の設定のみでこれらのテーブルを代用してもよい。

【００７７】また、上記実施例では音色ごとのテーブル
を各部に用意しておき音色制御情報に基づいてそれらの
テーブルから１つを選択し用いるようにしているが、音
色を設定あるいは作成したときにこれらのテーブルを作
成し、各部に設定するようにしてもよい。

【００７８】図９は、上記実施例の楽音波形信号形成装
置を適用した電子楽器の一例である。この電子楽器は、
中央処理装置（ＣＰＵ）９０１、リードオンリメモリ
（ＲＯＭ）９０２、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）
９０３、管型操作子９０４、音色指定操作子９０５、音
源９０６、サウンドシステム９０７、およびバスライン
９０８を備えている。ＣＰＵ９０１は、この電子楽器全
体の動作を制御する。ＲＯＭ９０２は、ＣＰＵ９０１が
実行するプログラムや各種のテーブルを記憶している。
ＲＡＭ９０３は、各種のワークエリアなどに用いられ
る。

【００７９】音色指定操作子９０５は、演奏者の音色指
定操作に応じて音色制御情報を出力する。管型操作子９
０４は、演奏者の演奏に応じて、音高情報であるキーコ
ード、ピッチベンド・ビブラート情報、および演奏操作
子情報であるプレッシャーとアンブシュアを出力する。
ＣＰＵ９０１は、これら音色制御情報、キーコード、ピ
ッチベンド・ビブラート情報、プレッシャー、およびア
ンブシュアを入力し、所定のプログラムを実行すること
により、管長データＤL1，ＤL21 ，ＤL22 、レジスター
キーデータＲＧＫＤ、および励振制御データＤＲＩＶを
生成する。

【００８０】すなわち、ＣＰＵ９０１とＲＯＭ９０２の
プログラムは、図４〜図８で説明したノートオン制御部
５、管長制御部６、レジスターキー制御部７、およびモ
ード制御部８に相当している。ここで、図６および図８
のテーブルはＲＯＭ９０２に記憶しておいてもよいし、
音色に応じて作成したものをＲＡＭ９０３に記憶しそれ
を用いてもよい。

【００８１】音源９０６は、上記図１〜図３で説明した
管楽器モデルに相当する。この音源９０６は、管長デー
タＤL1，ＤL21 ，ＤL22 、レジスターキーデータＲＧＫ
Ｄ、および励振制御データＤＲＩＶを入力し、これらの
パラメータにしたがって管楽器をシミュレートした楽音
波形信号を発生する。その楽音波形信号は、サウンドシ
ステム９０７に入力し、実際の楽音として放音される。

【００８２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、音高に応じて生成した第１のパラメータと第２のパ
ラメータで循環手段の遅延手段の遅延時間および励起信
号発生手段の動作モード（周波数特性）を制御するよう
にしているので、自然楽器、特に管楽器を正確にシミュ
レートした楽音波形信号を形成でき、よりリアリティが
あり自然な楽音を発生することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の楽音波形信号形成装置で用いた管楽
器モデルを示すブロック図

【図２】 実施例で用いた管楽器モデルの線形部がシミ
ュレートする管体の形状を示す断面図

【図３】 実施例で用いた管楽器モデルの回路図

【図４】 実施例の楽音波形信号形成装置のブロック構
成図

【図５】 管長制御部のブロック構成図

【図６】 管長制御テーブルおよびレジスターキー制御
テーブルの内容を示す図

【図７】 モード制御部のブロック構成図

【図８】 モード選択テーブル、プレッシャーテーブル
およびアンブシュアテーブルの内容を示す図

【図９】 実施例の楽音波形信号形成装置を適用した電
子楽器のブロック構成図

【符号の説明】

１…非線形部、２…線形部、３，４…信号ライン、５…
ノートオン制御部、６…管長制御部、７…レジスターキ
ー制御部、８…モード制御部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１のパラメータを入力し、該第１のパラ
   メータにしたがって動作することにより、波形信号を循
   環させる循環手段と、 第２のパラメータを入力し、該第２のパラメータにした
   がって動作することにより、前記循環手段に注入すべき
   励起信号を発生出力する励起信号発生手段と、 音高情報を入力し、該音高情報に基づいて前記第１のパ
   ラメータおよび前記第２のパラメータを生成し、それぞ
   れ前記循環手段および励起信号発生手段に出力する制御
   手段とを備えたことを特徴とする楽音波形信号形成装
   置。
2. 【請求項２】少なくとも遅延手段を含む循環路を有し、
   該遅延手段の遅延時間を指定するパラメータを含む第１
   のパラメータを入力し、該第１のパラメータにしたがっ
   て動作することにより、波形信号を該循環路で循環させ
   る循環手段と、 第２のパラメータを入力し、該第２のパラメータにした
   がって動作することにより、前記循環手段に注入すべき
   励起信号を発生出力する励起信号発生手段であって、該
   励起信号発生手段の周波数特性は、前記第２のパラメー
   タにより決定されるものと、 音高情報を入力し、該音高情報に基づいて前記第１のパ
   ラメータおよび前記第２のパラメータを生成しそれぞれ
   前記循環手段および前記励起信号発生手段に出力するこ
   とにより、音高に応じて前記循環手段中の遅延手段の遅
   延時間および前記励起信号発生手段の周波数特性を制御
   する制御手段とを備えたことを特徴とする楽音波形信号
   形成装置。
3. 【請求項３】少なくとも遅延手段を含む循環路を有し、
   該遅延手段の遅延時間を指定するパラメータを含む第１
   のパラメータを入力し、該第１のパラメータにしたがっ
   て動作することにより、該循環路に波形信号を循環させ
   る循環手段と、 第２のパラメータを入力し、該第２のパラメータにした
   がって動作することにより、前記循環手段に注入すべき
   励起信号を発生出力する励起信号発生手段と、 発生すべき楽音の音高に応じて前記遅延手段の遅延時間
   を指定するパラメータを含む前記第１のパラメータを生
   成し、前記循環手段に出力する第１の制御手段であっ
   て、該第１のパラメータにより、前記循環路の共振周波
   数ｆ，２ｆ，３ｆ，４ｆ，…が決定されるものと、 発生すべき楽音の音高に応じて第２のパラメータを生成
   し、前記励起信号発生手段に出力する第２の制御手段で
   あって、該音高に応じて、前記循環路の共振周波数ｆ，
   ２ｆ，３ｆ，４ｆ，…のうちのどの周波数で動作させる
   かを表す動作モードを決定し、前記励起信号発生手段が
   該動作モードで動作するように前記第２のパラメータを
   生成出力するものとを備えたことを特徴とする楽音波形
   信号形成装置。