JPH08286671A - 楽音合成装置および楽音合成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自然楽器の各部を電気的モデルによりシミュ
レートして楽音を合成する装置において、ｆｆにかかる
音色の音量を大きくする。 【構成】 管楽器における管体の物理的性質を電気的に
模擬したシミュレートした管体シミュレート部２０と、
演奏者による演奏操作に基づいて励起信号を生成し、管
体シミュレート部２０に供給する励振回路１０とを備
え、音圧信号ｆｚを管体シミュレート部２０に供給させ
て取り出すことにより楽音信号を合成する楽音合成装置
において、励振回路１０は、圧力差Δｐにしたがって音
圧信号ｆｚにおけるレベル特性を、所定の関数にしたが
って変化させる。そして、この関数特性を、空気差Δｐ
が大きくなるにつれて、音圧信号ｆｚのレベルが単調増
加するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電子楽器や、ゲーム
機器、パソコンシステム、そのアプリケーションプログ
ラム、楽音プロセッサなどのように楽音を合成する技術
に係り、特に、自然楽器の物理的性質をシミュレートし
た電子楽器に用いて好適な楽音合成装置および楽音合成
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、自然楽器における発音メカニ
ズムを電気的モデルによりシミュレートして、楽音を合
成する楽音合成装置が知られている。ここで、従来の楽
音合成装置における信号形成回路の一例を図１１に示
す。この信号形成回路は、自然楽器のうちの管楽器の楽
音を合成するものであり、同図に示すように、管楽器に
おける管体の物理的性質を電気的に模擬したシミュレー
トした管体シミュレート部２０と、演奏者による演奏操
作等に基づいて励起信号を生成し、管体シミュレート部
２０に供給する励振回路１０とから構成される。そし
て、励振回路１０および管体シミュレート部２０におけ
る種々のパラメータも演奏操作に基づいて制御されるよ
うになっている。

【０００３】まず、この励振回路１０における減算器１
１の減算入力端（−）には、マウスピースに吹き込まれ
る圧力ｐ（口内圧力）に相当する信号が、演奏操作を検
出するセンサ（図示省略）に従って生成されて供給され
る。一方、減算器１１の加算入力端（＋）には、後述す
るように、マウスピース内の圧力ｑを示す信号であっ
て、管体からの反射がシミュレートされた信号が供給さ
れる。このため、減算器１１の出力信号は、マウスピー
スとリードとの間隙における空気圧力差Δｐに相当する
信号となる。ローパスフィルタ１２は、リードの動きを
シミュレートするものであり、入力信号を帯域制限して
出力する。このように、帯域制限を行なうのは、圧力変
化に対するリードの追従性をシミュレートするためであ
る。より詳細には、リードの圧力が変化した場合、リー
ド自身には慣性等が働くため、リードの変位に遅れが生
じ、さらに、圧力変化の周波数が高くなるとリードは徐
々に反応しなくなるという特性をシミュレートするため
である。また、ローパスフィルタ１２には、その特性を
演奏操作等にしたがって制御するためのパラメータＦ
ｃ、Ｑが供給され、これらパラメータによりそれぞれカ
ットオフ周波数、Ｑ値が設定されるようになっている。

【０００４】ローパスフィルタ１２の出力には、リード
に加える圧力を示すアンブシュアデータたる信号Ｅが加
算器１３によって加算され、実際にリードに加えられる
圧力に相当する信号が求められる。そして、この信号
は、非線形テーブル１４によって、マウスピースとリー
ドとの間隙部分の断面積Ｓに相当する信号に変換され
て、乗算器１５の一方の入力端に供給される。

【０００５】一方、マウスピースとリードとの間隙にお
ける空気圧力差Δｐを示す信号は、非線形テーブル１６
にも供給される。この非線形テーブル１６は、空気の圧
力差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いことをシミュレートするものであ
り、これにより、リード部での空気圧が流速に与える影
響を考慮して補正した、空気圧に相当する信号が得られ
るようになっている。

【０００６】そして、かかる非線形テーブル１６の出力
信号は乗算器１５の他方の入力端に供給されて、リード
の間隙（部分の断面積）Ｓを示す信号と乗算され、この
乗算結果が、マウスピースとリードとの間隙における体
積流速に相当する信号ｆとなって、乗算器１７に供給さ
れる。この信号ｆは、乗算器１７によって、マウスピー
スの（抵抗に相当する）特性インピーダンスｚを示す信
号と乗算され、マウスピースから管体に送り込まれる空
気に相当する音圧信号ｆｚとなり、励振信号として管体
シミュレート部２０に供給される。このようにして、励
振回路１０では、管楽器のリードを含む励振部が電気的
にシミュレートされるようになっている。

【０００７】次に、管体シミュレート部２０は、音圧信
号ｆｚを信号ｑとして帰還するものであり、該帰還路に
は、ローパスフィルタや遅延回路が介挿されている（図
示せず）。このうちのローパスフィルタは、管体、特に
共鳴管の形状をシミュレートするものであり、また、遅
延回路は、共鳴管の長さ、およびトーンホールの長さに
対応してマウスピースからの入射波が反射波としてマウ
スピースに戻ってくる状態をシミュレートするものであ
る。この場合、遅延回路の遅延時間は、発生楽音の音高
により制御されるようになっている。厳密に言えば、帰
還路のローパスフィルタにおいても遅延が発生するの
で、発生楽音の音高をの制御は、管体シミュレート部２
０の一巡当たりの遅延時間が音高に対応したものとなる
ように、ローパスフィルタによる遅延時間を考慮しつ
つ、遅延回路の遅延時間を制御することにより行なわれ
る。

【０００８】このように構成される信号形成回路によっ
て、管楽器において発生する空気の流れが電気的なモデ
ルによりシミュレートされるので、実際の管楽器による
楽音に近似した楽音信号を合成することできるようにな
っている。なお、この際の出力信号は、この信号形成回
路における励振回路１０あるいは管体シミュレート部２
０における任意地点から取り出すことができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、かかる構成
による合成音は、口内圧力ｐに相当する信号を大きくし
ても、なぜかｆｆ（フォルテシモ）にかかる音色が弱い
と指摘されていた。そこで、本願発明者は、原因を探っ
ているうちに、励振回路１０における非線形特性のモデ
リングに問題があると考え、その特性について再度吟味
することにした。

【００１０】まず、従来の励振回路１０は、大別する
と、リードの動特性を近似する部分（ローパスフィルタ
１２）、その非線形特性を近似する部分（非線形テーブ
ル１４）、およびリードの間隙における空気の流れを近
似する部分（非線形テーブル１６）に分けることができ
る。ここで、これらの合成がどのように行なわれるかに
ついて、リードの間隙を固定して考えてみる。

【００１１】すなわち、リードは、空気の流れと圧力の
現象と比較してゆっくりと運動するので、空気の流れと
圧力の現象を瞬間的に考えた場合には、リードは固定さ
れて運動しないものとみなして扱うことができる。そこ
で、励振回路１０におけるリードの間隙（非線形テーブ
ル１４の出力）Ｓを「１．０」、「０．５」、「０．２
５」（無単位）に固定し、圧力差Δｐが変化した場合に
おける体積流速ｆの特性を考えてみる。この場合の特性
を図９（ａ）に示す。

【００１２】次に、実際の自然楽器における圧力差Δｐ
と体積流速ｆとの関係を同図（ｂ）に示す。ここで、図
９（ａ）および（ｂ）の両特性を比較すると、良く似た
飽和関数となっている点を考慮すれば、従来の励振回路
１０は、自然楽器の空気の流れを良く近似しているとい
えるが、本願発明者は、次の２つの相違点に着目し
た。 圧力差Δｐと体積流速ｆとの関係は、本来的には同
図（ｂ）に示すように、リードの間隙Ｓに依存すること
なく、原点付近では−１／ｚの傾きに漸近するが、従来
のモデリングでは、同図（ａ）に示すように、関数全体
が上下に圧縮された形状となり、リードの間隙が小さく
なるにつれて傾きも小さくなってしまう。 圧力差Δｐと体積流速ｆとの関係は、本来的には同
図（ｂ）に示すように、圧力差Δｐの絶対値が大きくな
ると体積流速ｆも大きくなって飽和はしないが、物理モ
デルでは、同図（ａ）に示すように、完全に飽和して一
定値となってしまう。

【００１３】そして、本願発明者は、フォルテシモにか
かる音色が弱いという原因が主に上記の相違点に基づ
くと考え、これを解消すべく本願発明をするに至った。
この発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、自然楽器における空気の流れを
より正確にシミュレートして、ｆｆにかかる音色が弱く
ならない楽音を合成することが可能な楽音合成装置およ
び楽音合成方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上述した問題を解決する
ために、請求項１に記載の発明にあっては、少なくとも
遅延手段とローパスフィルタとを有するループ手段と、
励起信号を生成して前記ループ手段に供給する励起信号
生成手段とを備え、前記励起信号を取り出すことにより
楽音信号を合成する楽音合成装置において、前記励起信
号生成手段は、合成すべき楽音の音量を大きくする演奏
操作量にしたがって前記励起信号のレベル特性を、所定
の関数にしたがって変化させ、前記所定の関数は、前記
演奏操作量の楽音を大きくする方向の変化に対して、前
記励振信号のレベルが単調増加することを特徴としてい
る。請求項２に記載の発明にあっては、請求項１に記載
の発明において、前記励振信号生成手段は、前記ループ
手段からの信号と、演奏操作に応じた信号との差分に応
じて前記励振信号を生成することを特徴としている。請
求項３に記載の発明にあっては、請求項１または２に記
載の発明において、前記所定の関数は少なくともルート
関数を含み、前記励振信号は、当該ルート関数を記憶す
る変換テーブルを介して生成されることを特徴としてい
る。請求項４に記載の発明にあっては、請求項１に記載
の発明において、前記所定の関数は、楽音を大きくする
演奏操作量がゼロの場合における励振信号の変化分が、
他の演奏操作量の変動に対し一定となる特性であること
を特徴としている。請求項５に記載の発明にあっては、
請求項１または２記載の発明において、前記所定の関数
は、入力対出力の特性曲線が非線形である非線形特性を
有し、前記励起信号生成手段は、当該特性曲線が前記演
奏操作量に応じて座標上を移動するように制御すること
を特徴としている。請求項６に記載の発明にあっては、
励起信号を生成する生成過程と、この励起信号を、少な
くとも遅延手段とローパスフィルタとを有するループ手
段に循環させて取り出すことにより楽音信号を合成する
合成過程とを備える楽音合成方法において、前記生成過
程は、前記励振信号のレベル特性を、合成すべき楽音の
音量を大きくする演奏操作量に対し、所定の関数にした
がって変化させ、前記所定の関数は、前記演奏操作量の
楽音を大きくする方向の変化に対して、前記励振信号の
レベルが単調増加することを特徴としている。

【００１５】

【作用】この種の楽器において、ループ手段の各種特性
や、励起信号は、自然楽器における形状等の物理的性質
をシミュレートすることによって制御されるので、従来
では、励振信号のレベルが、楽音を大きくする演奏操作
量に対して飽和するようになっていた。請求項１に記載
の発明によれば、遅延手段とローパスフィルタとを有す
るループ手段には、励起信号生成手段によって励起信号
が供給され、その特性が、合成すべき楽音の音量を大き
くする演奏操作量に対して単調増加とされる。請求項２
に記載の発明によれば、励起信号の生成に、ループ手段
から戻ってきた信号（帰還信号）が反映される。請求項
３に記載の発明によれば、励起信号の特性を定める関数
は、少なくともルート関数を有することになるが、励起
信号の生成の際には、変換テーブルを介するので、励起
信号の生成に要する時間が短縮化される。請求項４に記
載の発明によれば、演奏操作量がゼロに近い場合でも、
その変化分がある程度があるならば、励振信号の変化分
を確保することができる。請求項５に記載の発明によれ
ば、所定の関数が有する特性曲線が、演奏操作量にした
がって座標上を移動するように制御されることによっ
て、特性曲線を、実際の楽器の非線形特性に近似させる
ことができる。請求項６に記載の発明によれば、請求項
１に記載の発明と同様に、励起信号の特性が、合成すべ
き楽音の音量を大きくする演奏操作量に対して単調増加
とされる。

【００１６】

【実施例】

１：実施例 以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明
する。図１は、この発明の楽音合成装置にかかる信号形
成回路の構成を示すブロック図である。この図に示した
信号形成回路は、図１１における乗算器１５、１７およ
び非線形テーブル１６による関数の合成を、非線形部モ
デル２００に置換して行なって、上述した問題を解決し
ようとするものである。また、この実施例は、マウスピ
ースと管体との接合部分における空気流の乱れをシミュ
レートするジャンクション部３０を有する。

【００１７】１−１：ジャンクション部 まず、説明の便宜上、ジャンクション部３０について説
明すると、ジャンクション部は、一般的には、図１２
（イ）のように構成される。同図に示す構成では、乗算
器１７の音圧信号ｆｚおよび管体シミュレート部２０の
帰還信号ｑ_iが加算器３１によって加算され、信号ｑ_Oと
して管体シミュレート部２０に供給される一方、管体シ
ミュレート部２０の帰還信号ｑ_iおよび加算器３１の出
力信号ｑ_Oが加算器３２によって加算され、信号ｑ_hとし
て減算器１１に供給されるようになっている。かかる構
成によりジャンクション部では、管体との接合部におけ
る空気圧力の散乱がシミュレートされるようになってい
る。しかし、この構成では、音圧信号ｆｚが信号ｑ_hの
成分として直接的に励振回路１０にフィードバックされ
るので、発振現象が生じやすい。そこで、図１２（イ）
の構成を若干変更し、図１におけるジャンクション部３
０の構成とした。すなわち、図１２（イ）におけるジャ
ンクション部において、加算器３１の加算結果（信号ｑ
_o）は、音圧信号ｆｚと信号ｑ_iとの和であるから、加算
器３１の加算結果と信号ｑ_iとを加算する加算器３２
は、同図（ロ）に示すように、信号ｑ_iに係数「２」を
乗じる乗算器３４と、その乗算結果および音圧信号ｆｚ
を加算する加算器３３とにより等価的に置換することが
できる。この構成において音圧信号ｆｚが励振回路１０
にフィードバックする経路を省略した構成、つまり加算
器３３を省略した構成が、図１におけるジャンクション
部３０の構成そのものとなる。

【００１８】１−２：非線形部モデル 次に、非線形部モデル２００について説明する。この非
線形部モデル２００は、非線形テーブル１４によって変
換されたリードの間隙Ｓを示す信号と、空気圧力差Δｐ
を示す信号と、マウスピースの特性インピーダンスｚを
示す信号とに基づいて、音圧信号ｆｚを適切に合成する
ものである。

【００１９】１−２−１：非線形部モデルにより合成さ
れる非線形関数 ここで、この非線形部モデル２００において合成される
非線形関数について説明する。まず、本願発明者は、実
際の管楽器のモデリングについて、本来の物理機構まで
戻って検討することとした。マウスピースのリード部分
での流速は、流体力学におけるＧｒａｈａｍの定理から
次式（１）のように与えられる。

【数１】 この式において、ｐは口内圧、ｑはマウスピース内の圧
力、ρは空気の密度である。なお、空気の流れ方向を考
慮する場合において（ｐ−ｑ）が負の場合には、正の特
性を原点対称としたものとなる。

【００２０】ここで、マウスピース内の圧力ｑは、次式
のように表わすことができる。 ｑ＝ｑ_i＋ｑ_O …… 次に、図１における信号ｑ_oは、音圧信号ｆｚと信号ｑ_i
との和であるから、この式は、さらに、次式のように
表わすことができる。 ｑ＝２ｑ_i＋ｆｚ_O …… この式において、２ｑ_iをｑ_hとおいて考えると、マウス
ピース内の圧力ｐは、さらに次式に示すように、接合
部分からマウスピースへの流入圧力を示す信号ｑ_hと、
逆にマウスピースから接合部分への流出圧力を示す音圧
信号ｆｚとの和で表わすことができる。 ｑ＝ｑ_h＋ｆｚ_O …… また、音速をｃ、リード直下部分でのマウスピースの断
面積をｓ₀とすると、リード部分での特性インピーダン
スｚ₀は、次の式に示すようになる。 ｚ₀＝ρｃ／ｓ₀ …… そして、式におけるｑを式（１）に代入し、さらに式
をも用いてｆについて解くと、次式（２）が得られ
る。

【００２１】

【数２】

【００２２】ここで、式（１）と式（２）とを比較すべ
く、スリットの開口を「０．０５ｃｍ」、幅を「１．３
６ｃｍ」として、この積をリードの間隙Ｓとし、さらに
特性インピーダンスを揃えると、両者の特性は図１０に
示すようになる。この図を見ても判るように、式（１）
の特性を、ｆ＝−１／ｚ₀の直線に接するように、かつ
原点を通過するように移動させると、式（２）となる。
したがって、式（２）をディジタルで実現しようとする
場合には、式（１）の特性を求めるテーブルや関数発生
器（ルート関数）とともに、四則演算回路を備えれば良
いことになる。なお、この図の特性は、Δｐに相当する
（ｑ_h−ｐ）が負である場合を示し、（ｑ_h−ｐ）が正で
ある場合の特性は、空気の流れ方向を考慮して、（ｑ_h
−ｐ）が負である場合の特性を原点を中心について対称
に移動した特性となる。そして、非線形部モデル２００
が出力すべき信号は、流速ｆとインピーダンスｚ₀との
積である音圧信号ｆｚであるから、式（２）の両辺にイ
ンピーダンスｚ₀を掛けて整理すると、次式（３）が得
られる。

【００２３】

【数３】 このようにして、本願発明者は、非線形部モデル２００
において合成すべき非線形関数を、ルート関数を含んだ
式（３）に設定することとした。なお、この式（３）
は、（ｑ_h−ｐ）が負の場合のときにおける音圧信号を
示す。

【００２４】１−２−２：非線形部モデルの構成 次に、かかる式（３）の非線形関数を合成する非線形部
モデル２００の構成について説明する。図２は、非線形
部モデル２００の構成を示すブロック図である。この図
に示すように、圧力差Δｐは、正負検出器２０１および
絶対値算出回路２０２に供給される。正負検出器２０１
は、圧力差Δｐの正負に応じて関数結果を原点において
対称とさせるために設けられる。具体的には、正負検出
器２０１は、Δｐが正である（ゼロである場合も含む）
場合には「＋１」を出力する一方、負であると検出した
場合には「−１」を出力する。なお、正負の検出には、
例えば、Δｐの最上位ビットにより判別される。

【００２５】絶対値算出回路２０２は、流れの方向を含
む圧力差Δｐの全波整流して絶対値を算出し、減算器２
０３の減算入力端（−）に供給する。減算器２０３の加
算入力端（＋）には、前段（図示せず）において予め計
算された「Ｓ²ｚ₀ ²／２ρ」が供給されて、これから圧
力差Δｐの絶対値が減算されて、ルート関数テーブル２
０４に入力される。ルート関数テーブル２０４は、入力
ｘと出力ｙとにおいて、ｙ＝（２ｘ／ρ）^1/2なるルー
ト関数結果を予め記憶しているテーブルであり、入力ｘ
に対応する出力ｙを乗算器２０５の一方の入力端に供給
する。乗算器２０５の他方の入力端には、前段（図示せ
ず）において予め計算された「Ｓｚ₀」が供給され、ル
ート関数テーブル２０４の出力ｙと乗算されて、減算器
２０６の加算入力端（＋）に供給される。減算器２０６
の減算入力端（−）には、前段（図示せず）において予
め計算された「Ｓ²ｚ₀ ²／ρ」が供給され、乗算器２０
５の乗算結果を減算して、乗算器２０７に供給される。

【００２６】そして、乗算器２０７には、他に正負検出
器２０１の出力と係数「−１」とが供給されて、乗算器
２０５の乗算結果を、圧力差Δｐの正負に応じて、原点
を中心に対称となるようになっている。すなわち、これ
は、空気の流れ方向まで考慮して式（３）の計算結果を
拡張するためである。

【００２７】かかる構成の非線形部モデル２００により
合成される非線形関数を次式（４）に示す。

【数４】

【００２８】この構成において、圧力差Δｐ以外は定数
として扱うことができ、また、処理に最も時間を要する
ルート関数の算出はルート関数テーブル２０４の変換に
より行なっているので、式（４）の演算をリアルタイム
で行なうことができる。そして、実際の自然楽器で起こ
る圧力差と流速との関係をより正確に模擬しているの
で、流速は、圧力差が大きくなっても飽和することがな
い。

【００２９】さらに、圧力差Δｐは、図示しないセンサ
によって検出された圧力ｐに相当する信号に基づき生成
され、また、それ以外の定数は、ユーザが任意に設定で
きるようになっているが、この場合でも、圧力差Δｐと
音圧信号ｆｚとの関係は、図１０に示したようにｆ＝−
１／ｚ₀の直線に接するように、かつ原点を通過するよ
うに移動して、設定された条件が満足されるようになっ
ている。

【００３０】また、式（４）についてｑ_h−ｐを例えば
ｘとして微分し、ｘ＝０のとき（すなわち圧力差がゼロ
のとき）の傾き（変化分）を、正側からｘ＝０に近づけ
た場合と、負側からｘ＝０に近づけた場合とで分けて求
めると、当該変化分は、両者とも−１／ｚ₀となるの
で、リードの間隙Ｓに依存することなく一定となり、こ
の点でも実際の自然楽器で起こる流速の関係をより正確
に模擬しているということができる。

【００３１】１−３：管体シミュレート部 次に、管体シミュレート部２０について説明する。この
実施例においては、シミュレートする管体の形状、種類
等に応じていくつかのアルゴリズムが用意され、いずれ
か１つが選択可能なように構成されているが、以下にお
いては、説明の関係上、代表的な２つのアルゴリズムに
ついて説明する。

【００３２】１−３−１：管体シミュレート部の第１ア
ルゴリズム まず、第１アルゴリズムについて説明する。図３は、第
１アルゴリズムによる管体シミュレート部２０の構成を
示すブロック図である。このアルゴリズムは、図６に示
すような管体形状（径が異なる円筒の集合）をシミュレ
ートして、管楽器のすべてのトーンホールおよびレジス
タチューブの開閉（中途半端に開いた状態も含める）の
組合せを近似し、なおかつ任意形状の管体を実現しうる
アコースティック楽器に最も近いものである。図３にお
いて、記号ＳＲと添字で示されるものは、シフトレジス
タであり、管体における空気圧力波の伝搬遅延をシミュ
レートするものである。記号Ｊと添字で示されるもの
は、ジャンクション部であり、管体の径が変化している
地点において発生する空気圧力波の散乱をシミュレート
するものである。また、ＬＰＦはローパスフィルタであ
り、管体の終端部において空気圧力波が反射する際にエ
ネルギー損失等をシミュレートするものである。

【００３３】図３に示す例において、ジャンクション部
Ｊ１、Ｊ２、Ｊ５は、トーンホールを有さず段差のみを
有するもの（２ポート・ジャンクション）であり、その
構成については、例えば、図４（イ）〜（ロ）のいずれ
かに示すものとなっている。また、ジャンクション部Ｊ
３、Ｊ４、Ｊ６は、高さのあるトーンホールがついたも
の（３ポート・ジャンクション）であり、その構成につ
いては、図５に示すものとなっている。ここで、第１ア
ルゴリズムにおけるパラメータα、β、γは、図６にお
ける管の直径φおよびトーンホールの径ψに依存し、ま
た、シフトレジスタＳＲ_t3等の段数ｍ３、ｍ４、ｍ６
は、トーンホールの高さｔ（ｔ３、ｔ４、ｔ６）により
決定される。さらに、各シフトレジスタＳＲの各遅延時
間は、図６における各管部の長さＬ１〜Ｌ７に対応す
る。すなわち、合成すべき楽音の音高に対応するように
制御される。また、パラメータγ_t1、γ_t2、γ_t3は、図
６におけるトーンホールが開のときには負、閉のときに
は正となるように反映される。このように、管体シミュ
レート部２０によるシミュレート態様を決定する各パラ
メータは、図示しない制御処理部によって、シミュレー
トすべき管体の形状に基づいて出力されるようになって
いる。なお、このアルゴリズムにおいては、ジャンクシ
ョン部におけるトーンホールの有無なども任意に設定で
きるようになっている。

【００３４】１−３−２：管体シミュレート部の第２ア
ルゴリズム 次に、第２アルゴリズムについて説明する。図７は、第
２アルゴリズムによる管体シミュレート部２０の構成を
示すブロック図である。このアルゴリズムは、トーンホ
ールを持たない管体モデルであり、管の終端までの長さ
が発音周波数を決めるようになっている。なお、このよ
うな管体モデルには、管体部分を２ポートのＷＧＮ（ウ
ェーブガイドネットワーク）による縦続接続にて実現す
るタイプと、管体の一部である円錐部分を簡単なＷＧＮ
により実現するタイプとの２種類が存在するが、このア
ルゴリズムは後者のタイプに対応している。

【００３５】また、このタイプは、円錐の入力音響イン
ピーダンスの近似式から導出され、図７に示すアルゴリ
ズムでは、２つの円筒ＷＧＮが並列接続されている。こ
のアルゴリズムにおいても、各種パラメータは、管体形
状にしたがって算出される。すなわち、これらのパラメ
ータは、第１アルゴリズムと同様に、図示しない制御処
理部から出力される。なお、第１および第２アルゴリズ
ムについては、例えば、特開平５−８０７６１号公報が
詳しい。

【００３６】１−４：実施例効果 従来では、空気圧が大きくなっても狭い管路では流速が
飽和して空気圧と流速とが比例しないことをシミュレー
トした結果、励振信号は、圧力差がある程度の大きさに
なると、飽和して一定値となって、ｆｆにかかる音色を
うまく合成できなかった。かかる構成によれば、圧力差
が大きくなると、ルート関数により傾きは小さくなりつ
つも飽和することなく単調に増加し続けるので、圧力差
に応じた励振信号を生成することができ、このため、ｆ
ｆにかかる音色をうまく合成できることとなる。また、
圧力差Δｐがゼロに近い付近で変化しても、流速ｆの変
化分は、リードの間隙Ｓによらず一定となるので、音圧
信号ｆｚの励振信号としての変化分を確保することがで
きる。これにより、リードの間隙Ｓが小さい場合に、管
体シミュレート部２０による音色変化が少ないという問
題を回避することができる。

【００３７】なお、上述した実施例では特に説明しなか
ったが、非線形テーブル１４により求めたリードの間隙
Ｓを、それぞれ乗算器ＦＢＮＬおよびＦＢを介して加算
器１３および加算器１８に帰還して、フィードバックを
する構成としても良い。これによって、シミュレートす
べきリードにヒステリシス特性を持たせることができ、
また、それぞれの乗算係数をゼロとすればその特性もな
いものに設定することができる。

【００３８】２：変形例 次に、上述した実施例の変形例について図８を参照して
説明する。この図に示すように、この変形例では、音圧
信号Ｆｚは、乗算器Ｍにより係数が乗じられて加算器１
８に供給され、圧力差Δｐと加算されるようになってい
る。かかる構成により、リードの間隙Ｓの算出において
フィードバック制御を行なうことができるようになって
いる。

【００３９】なお、上述した実施例では、ハードウェア
で構成する場合を示したが、かかる信号処理の手順をプ
ログラムで記述し、ＤＳＰやＭＰＵ等で実行しても、同
等な楽音合成が可能であり、また、両者の混合システム
でも楽音合成が可能である。すなわち、本願は、ハード
ウェア構成のみならず、信号の処理手順を示したアルゴ
リズムでも楽音合成が可能である。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したこの発明によれば、次のよ
うな効果がある。合成すべき楽音の音量を大きくする演
奏操作量に対し、励振信号のレベルが単調増加するの
で、演奏操作がｆｆにかかるものであっても、合成され
る音色が弱くなることをなくすることができる（請求項
１、６）。励起信号の生成に、ループ手段から戻ってき
た信号（帰還信号）が反映されるので、自然楽器の特徴
を活かしたものとすることができる（請求項２）。励起
信号の特性を定める関数は、少なくともルート関数を有
することになるが、励起信号の生成の際には、変換テー
ブルを介するので、励起信号の生成に要する時間を短縮
化することができる（請求項３）。演奏操作量がゼロに
近い場合でも、その変化分がある程度があるならば、励
振信号の変化分を確保することができるので、ループ手
段による働きをより確かなものへとすることができる
（請求項４）。所定の関数が有する特性曲線を、実際の
楽器の非線形特性に近似させることができる（請求項
５）。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明による第１実施例の構成を示すブロ
ック図である。

【図２】 同実施例における非線形部モデルの構成を示
すブロック図である。

【図３】 同実施例における管体ユニットで用いられる
第１アルゴリズムの構成を示すブロック図である。

【図４】 第１アルゴリズムにおけるジャンクション部
Ｊ１、Ｊ２、Ｊ５の構成を示すブロック図である。

【図５】 第１アルゴリズムにおけるジャンクション部
Ｊ３、Ｊ４、Ｊ６の構成を示すブロック図である。

【図６】 第１アルゴリズムによりシミュレートされる
管体形状を示す概略構成図である。

【図７】 同実施例における管体ユニットで用いられる
第２アルゴリズムの構成を示すブロック図である。

【図８】 この発明による第２実施例の構成を示すブロ
ック図である。

【図９】 （ａ）は従来構成による圧力差と流速との関
係を示す図であり、（ｂ）は実際の自然楽器による同関
係を示す図である。

【図１０】 実施例による特性と図９（ｂ）に示した特
性との関係を示す図である。

【図１１】 従来の楽音合成装置における励振回路の構
成を示すブロック図である。

【図１２】 同励振回路におけるジャンクション部の構
成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０……励振回路（励振信号生成手段）、２０……管体
シミュレート部（ループ手段）、２０４……ルート関数
テーブル（変換テーブル）、ｆｚ……音圧信号（励振信
号）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも遅延手段とローパスフィルタ
   とを有するループ手段と、 励起信号を生成して前記ループ手段に供給する励起信号
   生成手段とを備え、前記励起信号を取り出すことにより
   楽音信号を合成する楽音合成装置において、 前記励起信号生成手段は、前記励起信号のレベル特性
   を、合成すべき楽音の音量を大きくする演奏操作量に対
   し、所定の関数にしたがって変化させ、 前記所定の関数は、前記演奏操作量の楽音を大きくする
   方向の変化に対して、前記励振信号のレベルが単調増加
   することを特徴とする楽音合成装置。
2. 【請求項２】 前記励振信号生成手段は、前記ループ手
   段からの信号と、演奏操作に応じた信号との差分に応じ
   て前記励振信号を生成することを特徴とする請求項１記
   載の楽音合成装置。
3. 【請求項３】 前記所定の関数は少なくともルート関数
   を含み、 前記励振信号は、当該ルート関数を記憶する変換テーブ
   ルを介して生成されることを特徴とする請求項１または
   ２記載の楽音合成装置。
4. 【請求項４】 前記所定の関数は、楽音を大きくする演
   奏操作量がゼロの場合における励振信号の変化分が、他
   の演奏操作量の変動に対し一定となる特性であることを
   特徴とする請求項１記載の楽音合成装置。
5. 【請求項５】 前記所定の関数は、入力対出力の特性曲
   線が非線形である非線形特性を有し、前記励起信号生成
   手段は、当該特性曲線が前記演奏操作量に応じて座標上
   を移動するように制御することを特徴とする請求項１ま
   たは２記載の楽音合成装置。
6. 【請求項６】 励起信号を生成する生成過程と、 この励起信号を、少なくとも遅延手段とローパスフィル
   タとを有するループ手段に循環させて取り出すことによ
   り楽音信号を合成する合成過程とを備える楽音合成方法
   において、 前記生成過程は、前記励振信号のレベル特性を、合成す
   べき楽音の音量を大きくする演奏操作量に対し、所定の
   関数にしたがって変化させ、 前記所定の関数は、前記演奏操作量の楽音を大きくする
   方向の変化に対して、前記励振信号のレベルが単調増加
   することを特徴とする楽音合成方法。