JPH09222890A - 楽音合成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】管、弦あるいは膜の振動を模倣する物理モデル
音源を用いた楽音合成装置において、管、弦あるいは膜
の振動だけでなく、それらに付随する部材（例えばピア
ノの響板など）の振動をも模倣して、自然楽器における
現象を忠実に再現し、これにより高品位な楽音信号を発
生できるようにすることを目的とする。 【解決手段】少なくとも遅延手段を閉ループ内に含む閉
ループ手段を有する楽音合成装置において、閉ループ手
段から出力される信号の特性を変更して閉ループ手段に
再入力するようにする。閉ループ手段は、自然楽器の
管、弦あるいは膜の振動をシミュレートするものであ
る。閉ループ手段から出力された信号を特性変更して閉
ループ手段に再入力するのは、自然楽器の管、弦あるい
は膜の振動により出力された楽音が響板などの部材を振
動させ、その振動が逆に管、弦あるいは膜の振動に影響
を与えることをシミュレートするものである。楽音信号
はどの位置から取り出してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、楽音合成装置に関
し、例えば自然楽器のピアノなどが備えている響板の振
動をシミュレートすることのできる楽音合成装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ピアノなどの自然楽器を物理モデ
ル音源でシミュレートする音源回路の技術がある。例え
ば、特公昭５８−４８１０９号公報には、遅延手段を閉
ループ接続した閉ループ手段を有し、この閉ループ手段
を循環する信号を楽音信号として出力する楽音合成装置
が開示されている。これは、所望の周波数特性を有する
フィルタの入力端子に楽音波形を加え、このフィルタの
出力端子に現れる楽音波形を遅延手段で遅延して再び前
記フィルタの入力端子に加えるようにして、楽音波形が
閉ループ手段を循環するようにし、フィルタを通過する
たびにフィルタの特性によって順次変化していく楽音波
形を取り出すようにしたものである。これによれば、
管、弦あるいは膜の振動を利用する自然楽器の楽音に近
似した楽音をよくシュミレートすることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の楽音合成装置では、自然楽器における管、弦ある
いは膜の振動のみをシミュレートするに過ぎなかった。
一方、自然楽器のピアノでは、弦の振動が響板に伝達さ
れて響板が振動し、この響板の振動が逆に弦に伝達され
るといった現象がある。上述の従来技術では、このよう
な自然楽器における現象を模倣することはできなかっ
た。

【０００４】この発明は、管、弦あるいは膜の振動を模
倣する物理モデル音源を用いた楽音合成装置において、
管、弦あるいは膜の振動だけでなく、それらに付随する
部材（例えばピアノの響板など）の振動をも模倣して、
自然楽器における現象を忠実に再現し、これにより高品
位な楽音信号を発生できるようにすることを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、少なくとも遅延手段を閉ル
ープ内に含む閉ループ手段を有する楽音合成装置におい
て、前記閉ループ手段から出力される信号の特性を変更
して前記閉ループ手段に再入力する手段を備えたことを
特徴とする。

【０００６】

【作用】閉ループ手段に駆動波形を入力すると、この波
形は閉ループ手段を循環し、閉ループ手段内の適当な位
置から信号が出力される。閉ループ手段をループする信
号は、自然楽器の管、弦あるいは膜の振動をシミュレー
トするものであり、そのピッチは閉ループ手段のループ
の遅延時間によって定まる。さらに、閉ループ手段から
出力された楽音信号は、その特性が変更されて閉ループ
手段に再入力される。これは、自然楽器の管、弦あるい
は膜の振動により出力された楽音が響板などの部材を振
動させ、その振動が逆に管、弦あるいは膜の振動に影響
を与えることをシミュレートするものである。どのよう
な特性変更を行なって閉ループ手段に再入力するかは、
例えば自然楽器のピアノにおける弦と響板との関係を規
定する。

【０００７】

【実施例】以下、図面を用いてこの発明の実施例を説明
する。

【０００８】第１図は、この発明の一実施例に係る楽音
合成装置を適用した電子ピアノのブロック構成を示す。

【０００９】この実施例の電子ピアノは、８８鍵の鍵盤
（キーボード）２およびダンパー操作子であるダンパー
ペダル４を有する。

【００１０】制御部６は、鍵盤４の各鍵の押下およびダ
ンパーペダル４の操作を検出し、検出結果に応じて各鍵
ごとのキーオン信号ＫＯＮ１〜ＫＯＮ８８およびダンパ
ー操作量ＤＭＰＲを出力する。また、制御部６は、各鍵
に対応したピッチと該特性を有する楽音を合成するため
のパラメータである遅延時間ＤＬＹ１〜ＤＬＹ８８およ
び弦特性フィルタ係数ＳＴＲＧ１〜ＳＴＲＧ８８を生成
し、音源部８に出力する。さらに、制御部６は音源部８
における全体フィールドバックレベルＦＢを出力する。

【００１１】８は音源部（楽音波形出力手段）を示す。
音源部８は各鍵に対応した８８個の音源８−１〜８−８
８を有する。１８は情報変換部である。情報変換部１８
は、制御部６からダンパー操作量ＤＭＰＲおよびキーオ
ン信号ＫＯＮ１〜ＫＯＮ８８を入力し、音源部８の各音
源８−１〜８−８８に与えるダンパー特性フィルタ係数
ＤＭＰＦ１〜ＤＭＰＦ８８，ＤＭＰＧ１〜ＤＭＰＧ８８
およびフィードバックレベルＦＢＬＶＬ１〜ＦＢＬＶＬ
８８を出力する。

【００１２】音源８−ｎ（ｎ＝１〜８８）は、キーオン
信号ＫＯＮｎ、遅延時間ＤＬＹｎ、弦特性フィルタ係数
ＳＴＲＧｎ、ダンパー特性フィルタ係数ＤＭＰＦｎ，Ｄ
ＭＰＧｎ、フィードバックレベルＦＢＬＶＬｎを入力
し、これらのパラメータに応じて所定のピッチの楽音波
形を出力する。音源８ーｎからの出力は加算器（楽音波
形合成手段）１０にて合成され楽音信号（合成出力）と
して出力される。

【００１３】一方、この出力楽音信号（加算器１０の合
成出力）は、乗算器１２および響板共鳴付与部１４に入
力する。乗算器１２はその入力信号に全体フィードバッ
クレベルＦＢを乗算し加算器１６に出力する。響板共鳴
付与部１４は自然楽器であるピアノの響板の特性をシミ
ュレートするフィルタである。響板共鳴付与部１４は、
響板による共鳴の効果を付与した出力信号を加算器１６
に向けて出力する。加算器１６は、これらの入力を加算
し、各音源８−１〜８−８８へとフィードバックする。

【００１４】次に第２図を参照して、１つの音源８−ｎ
の構成を説明する。

【００１５】音源８−ｎ（ｎ＝１〜８８）は、加算器２
６と、遅延回路２０と、弦特性フィルタ２２と、ダンパ
ー特性フィルタ２４とを直列接続したループ回路２９を
有する。また、音源８−ｎはキーオン信号ＫＯＮｎに対
応する初期駆動波形を出力する初期駆動波形発生部２８
を有する。初期駆動波形発生部２８から出力される初期
駆動波形は、加算器２６を介して上記のループ回路２９
に供給される。

【００１６】このループ回路２９の遅延回路２０は、入
力楽音波形を遅延時間ＤＬＹｎだけ遅延させて出力す
る。この音源８−ｎで発生する楽音信号のピッチはルー
プ回路全体の遅延時間によって決まるので、ここでは遅
延時間ＤＬＹｎにより制御される。なお、フィルタとし
て高次のＦＩＲなどのフィルタで所望のピッチを得るに
十分な遅延量を持つものを使用する場合は、特に別途、
遅延回路を用意する必要はなく、フィルタの係数を適宜
設定することにより、遅延量を制御できることは公知で
ある。

【００１７】弦特性フィルタ２２は、シミュレートすべ
き発音体（この実施例ではピアノ弦）の周波数特性と同
等のフィルタであり、入力楽音波形をその周波数特性に
基づいて変化させ出力する。その周波数特性は弦特性フ
ィルタ係数ＳＴＲＧｎに応じて各音源ごとに設定され
る。

【００１８】ダンパー特性フィルタ２４は、ダンパーの
特性を近似する可変フィルタであり、入力楽音波形をダ
ンパー特性に基づいて変化させ出力する。ダンパー特性
フィルタ２４の周波数特性は、ダンパー操作量ＤＭＰＲ
に対応する周波数特性係数ＤＭＰＦｎに応じて変化す
る。ダンパー特性フィルタ２４のゲイン特性は、ダンパ
ー操作量ＤＭＰＲに対応するゲイン特性係数ＤＭＰＧｎ
に応じて変化する。

【００１９】ループ回路２９の加算器２６は、初期駆動
波形発生部２８からの初期駆動波形と、ダンパー特性フ
ィルタ２４の出力波形と、乗算器３０からのフィードバ
ック入力とを加算し出力する。

【００２０】乗算器３０は、第１図における合成出力の
フィードバックをフィードバック入力ＦＢＩＮとして入
力し、これに音源ごとのフィードバックレベルＦＢＬＶ
Ｌｎを乗算して出力する。

【００２１】加算器２６の出力が音源８−ｎとしての最
終出力となる。

【００２２】次に第３図を参照して、第２図のダンパー
特性フィルタ２４について説明する。

【００２３】ここで用いたダンパー特性フィルタ２４
は、基本的にはローパスフィルタである。ダンパー特性
フィルタ２４は、減算器２６、乗算器２８、加算器３
０、および遅延回路３２を直列接続したループ回路を有
する。遅延回路３２の出力は減算器２６だけでなく加算
器３０にもフィードバックする。ダンパー特性フィルタ
２４への入力波形ＩＮｎは減算器２６を介してこのルー
プ回路に注入され、このループ回路を循環する。

【００２４】乗算器２８は、このフィルタ２４のカット
オフ周波数を制御するためのものである。乗算器２８の
乗数である周波数特性係数ＤＭＰＦｎはダンパーペダル
の操作量（踏み込み量）に応じて、例えば第７図のよう
に、変化する。第７図において、横軸はダンパー位置を
示し、ダンパー位置「０」でダンパーペダルを踏み込ん
でいない状態を、ダンパー位置「１」でダンパーペダル
を最大踏み込みした状態を、それぞれ示す。ダンパーペ
ダルの踏み込み量が増加するにつれて、乗算器２８にお
ける乗数である周波数特性係数ＤＭＰＦｎが増加し、ダ
ンパー特性フィルタ２４のカットオフ周波数が高くな
る。

【００２５】ダンパー特性フィルタ２４の出力は、加算
器３０の出力から乗算器３４を介して取出される。乗算
器３４は、このフィルタ２４のレベル制御のためのもの
である。乗算器３４の乗数であるゲイン特性係数ＤＭＰ
Ｇｎは、ダンパーペダルの操作量（踏み込み量）に応じ
て、例えば第８図のように、変化する。この図に示すよ
うにダンパーペダルの踏み込み量が増加するにつれて、
乗算器３４の乗数であるゲイン特性係数ＤＭＰＧｎが増
加し、ダンパー特性フィルタ２４のゲインが高くなる。

【００２６】なお、ダンパー特性フィルタは簡単には乗
算器のみで構成してもよい。第４図は、ダンパー特性フ
ィルタ２４’をゲイン特性係数ＤＭＰＧｎを乗数とする
乗算器３６のみで構成した例を示す。ただし、実際のピ
アノのダンパーペダルのように弦をフェルトで押えた効
果を出すためには第３図の構成の方が好ましい。

【００２７】次に第５図を参照して、第１図の情報変換
部１８について説明する。

【００２８】情報変換部１８は、ダンパー特性フィルタ
２４に与えるためのダンパー特性を規定する係数などを
算出する回路である。情報変換部１８は、各鍵に対応す
る８８個の個別の変換部４０−１〜４０−８８を有す
る。各変換部は同様の構成であるので、以下変換部４０
−１につき説明する。

【００２９】変換部４０−１は、Ｎ個のオア（ＯＲ）回
路、フィルタ係数テーブル４４、ゲイン係数テーブル４
６、およびフィードバック入力係数テーブル４８を有す
る。

【００３０】オア回路４２−１はキーオン信号ＫＯＮ１
（１ビット）とダンパー操作量ＤＭＰＲ（所定のビット
数）の第１ビットとを入力し、オア演算した結果を出力
する。同様に、オア回路４２−ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）はキー
オン信号ＫＯＮ１とダンパー操作量ＤＭＰＲの第ｎビッ
トを入力し、オア演算した結果を出力する。したがっ
て、Ｎ個のオア回路４２−１〜４２−Ｎは、対応する鍵
がキーオンされていないときはダンパー操作量ＤＭＰＲ
を出力し、対応する鍵がキーオンされたときは全ビット
「１」を出力する。

【００３１】フィルタ係数テーブル４４は、ダンパー操
作量ＤＭＰＲに対応する周波数特性係数ＤＭＰＦ１の一
覧表を記憶したテーブルである。また、ゲイン係数４６
は、ダンパー操作量ＤＭＰＲに対応するゲイン特性係数
ＤＭＰＧ１の一覧表を記憶したテーブルである。

【００３２】オア回路４２−１〜４２−Ｎの出力に応じ
てフィルタ係数テーブル４４およびゲイン係数テーブル
４６が読み出され、周波数特性係数ＤＭＰＦ１およびゲ
イン特性係数ＤＭＰＧ１が出力される。対応する鍵がキ
ーオンされている場合は、テーブル４４，４６には全ビ
ット「１」のデータが入力する。これは、ダンパー操作
量ＤＭＰＲを強制的に「１」（即ち最大踏み込み状態）
にすることに相当する。

【００３３】一方、１ビットのキーオン信号ＫＯＮ１と
所定ビットのダンパー操作量ＤＭＰＲは、フィードバッ
ク入力係数テーブル４８に入力する。フィードバック入
力係数テーブル４８は、対応する鍵がオンされている場
合といない場合のそれぞれについて、ダンパー操作量Ｄ
ＭＰＲに対応するフィードバックレベルＦＢＬＶＬ１の
一覧表を記憶したテーブルである。

【００３４】そして、キーオンの有無およびダンパー操
作量ＤＭＰＲに対応してフィードバックレベルＦＢＬＶ
Ｌ１が読出され出力される。

【００３５】なお、通常キーオンされた弦は共鳴に関与
しないようにすべきであるから、キーオン信号ＫＯＮ１
が「１」である場合はダンパー操作量ＤＭＰＲの値にか
かわらずフィードバックレベルＦＢＬＶＬ１を「０」と
するようにフィードバック入力係数テーブル４８を設定
しておくとよい。

【００３６】また、フィードバック入力係数テーブル４
８には、キーオンされていない場合の情報のみ記憶し、
テーブル出力をキーオン信号でゲーティングするように
してもよい。

【００３７】第６図は、このようなフィードバック入力
係数テーブルの接続例を示す。この図において、フィー
ドバック入力係数テーブル５０はダンパー操作量ＤＭＰ
Ｒを入力し、それに対応するフィードバックレベルＦＢ
ＬＶＬｎを出力する。この出力はアンド（ＡＮＤ）回路
５４に入力する。一方、キーオン信号ＫＯＮｎはノット
（ＮＯＴ）回路５２により反転されて、アンド回路５４
に入力する。したがって、キーオン信号ＫＯＮｎが
「０」のときすなわち対応する鍵がキーオンされていな
いときはフィードバックレベルＦＢＬＶＬｎがアンド回
路５４から出力され、キーオン信号ＫＯＮｎが「１」の
ときすなわち対応する鍵がキーオンされているときはフ
ィードバックレベルＦＢＬＶＬｎとして全ビット「０」
のデータがアンド回路５４から出力される。

【００３８】フィードバックレベルＦＢＬＶＬｎが全ビ
ット「０」ということは、第３図の音源回路においてフ
ィードバック入力ＦＢＩＮを切断するということにな
り、当該音源回路は共鳴に関与しないこととなる。

【００３９】次に、この電子ピアノの動作を簡単に説明
する。この電子ピアノの鍵盤２を押下すると、制御部６
はこの押下を検出し対応するキーオン信号ＫＯＮｎ、遅
延時間ＤＬＹｎ、および弦特性フィルタ係数ＳＴＲＧｎ
を出力する。また制御部６は、ダンパーペダル４の操作
量を検出し、対応するダンパー操作量ＤＭＰＲおよび全
体フィードバックレベルＦＢを出力する。

【００４０】制御部６から出力されたキーオン信号ＫＯ
Ｎｎなどの信号は、対応する音源８−ｎに入力する。音
源８−ｎにおいて、キーオン信号ＫＯＮｎは初期駆動波
形発生部２８に入力し、これにより初期駆動波形がルー
プ回路２９の加算器２６に供給される。初期駆動波形は
ループ回路２９を循環し出力波形が生成出力される。ル
ープ回路２９の出力すなわち音源８−ｎの出力は、加算
器１０にて他の音源からの出力と合成され出力される。

【００４１】また加算器１０の出力は、乗算器１２およ
び加算器１６を介して、さらに響板共鳴付与部１４およ
び加算器１６を介して、全音源８−１〜８−８８のフィ
ードバック入力ＦＢＩＮに入力する。各音源８−１〜８
−８８では、このフィードバック入力ＦＢＩＮにフィー
ドバックレベルＦＢＬＶＬｎを乗算して、ループ回路２
９に注入する。

【００４２】以上により、例えばピアノなどの楽器にお
いて、ある鍵が打鍵されて発音された場合に、その振動
がピアノのフレームや響板を伝搬して他の弦全体を加振
し、共鳴音が発生される状況をシミュレートすることが
できる。

【００４３】一方、制御部６から出力されたダンパー操
作量ＤＭＰＲは、キーオン信号ＫＯＮ１〜ＫＯＮ８８と
ともに情報変換部１８に入力する。情報変換部１８にお
いて、ダンパー操作量ＤＭＰＲに対応する周波数特性係
数ＤＭＰＦｎ、ゲイン特性係数ＤＭＰＧｎ、およびフィ
ードバックレベルＦＢＬＶＬｎが読み出され出力され
る。このとき、キーオンされた鍵に対応する音源に与え
るこれらのパラメータとしては、強制的にダンパー操作
量ＤＭＰＲの最大値に対応する値を出力し、共鳴効果の
ためのフィードバックレベルＦＢＬＶＬｎとしては強制
的に「０」を出力する。これにより、キーオンされた音
源が共鳴音を発生しないようにできる。

【００４４】情報変換部１８から出力された周波数特性
係数ＤＭＰＦｎ、ゲイン特性係数ＤＭＰＧｎおよびフィ
ードバックＦＢＬＶＬｎは、対応する音源８−ｎに入力
する。周波数特性係数ＤＭＰＦｎおよびゲイン特性係数
ＤＭＰＧｎは、音源８−ｎのループ回路２９のダンパー
特性フィルタ２９の特性を変化させる。これにより、ダ
ンパーの効果が付与されて共鳴音成分の楽音波形が出力
される。また、フィードバックレベルＦＢＬＶＬｎによ
り合成出力のフィードバックのレベルを制御して共鳴音
成分を出力することができる。

【００４５】以上説明したように、上記の実施例では、
ループ回路を用いて物理モデル音源を構成しているの
で、ピアノなどの自然楽器の楽音に近似した楽音を発生
させることができる。また、各音源からの出力を合成し
た合成出力波形を再び各音源のループ回路に供給してお
り、共鳴や残響効果が物理モデル音源により実現された
こととなる。さらに、各音源のループ回路内にダンパー
の特性を近似する可変フィルタを設けて、ダンパーペダ
ルなどによるダンパーの効果を実現している。

【００４６】なお、上記の実施例では物理モデルの例と
して初期波形を入力する撥弦のモデルを用いたが、これ
に限らず種々の励起信号を用いるようにしてよい。例え
ば、初期波形の代わりに弦を打つハンマーをシミュレー
トしたモデルを用いてもよい。

【００４７】ダンパーによる減衰特性は弦のループの中
に押入された可変フィルタにより近似したが、ダンパー
の物理モデルを用いてもよい。

【００４８】弦の本数は８８本としたが、それぞれが複
数弦の場合や、８８本より少なくしてキーアサインにお
いて弦の長さを変化させるようなモデルを用いてもよ
い。

【００４９】音源に与える遅延時間ＤＬＹや弦特性フィ
ルタ係数ＳＴＲＧは制御部６から入力するようにしてい
るが、あらかじめ固定された値を設定しておいてもよ
い。

【００５０】第５図の変換部１８において、フィードバ
ック入力係数テーブル４８はキーオンされている場合と
されていない場合の２つの場合に対応してテーブルを設
けているが、第６図に示したようにキーオン信号ＫＯＮ
ｎによりゲーティングすることとし、フィードバック入
力係数テーブルはキーオンされていない場合のデータの
みをもつようにしてもよい。

【００５１】ただし、キーオンされている場合とされて
いない場合とで、音源のループ回路へのフィードバック
入力信号ＦＢＩＮのレベルを適宜可変制御することが望
ましいので、上記実施例のようにペダル操作量ＤＭＰＲ
とキーオン信号ＫＯＮｎを並列化した信号をアドレスと
してフィードバック入力係数テーブルを参照することが
好ましい。

【００５２】現実のピアノの高音域弦にはダンパー機構
が備えられていないので、その範囲の高音弦に対応する
音源については、ダンパー開放状態に固定することとし
対応する変換部４０−ｉを省略してもよい。

【００５３】ループ回路からの出力はループ回路内のど
こから取り出してもよい。また、ループ回路の複数の異
なる位置から出力を取り出して合成するようにしてもよ
い。

【００５４】上記実施例のように遅延回路を設けること
なく、例えば所望のピッチを得るに十分な遅延量を有す
るフィルタのみをループ回路に用いてよい。この場合、
フィルタの係数を適宜設定して遅延量を制御すればよ
い。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、遅延手段を閉ループ接続した閉ループ手段を循環す
る信号を楽音信号として出力する楽音合成装置におい
て、閉ループ手段から出力される楽音信号の特性を変更
して閉ループ手段に再入力するようにしているので、例
えば、自然楽器のピアノにおける「弦の振動が響板に伝
達されて響板が振動し、この響板の振動が逆に弦に伝達
される」という現象などを模倣することができる。した
がって、自然楽器における現象を忠実に再現し、これに
より高品位な楽音信号を発生することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施例に係る楽音合成装置を適
用した電子ピアノのブロック構成図

【図２】 この楽音合成装置の音源のブロック構成図

【図３】 音源のダンパー特性フィルタのブロック構成
図

【図４】 ダンパー特性フィルタの別の例を示す構成図

【図５】 上記楽音合成装置の情報変換部のブロック構
成図

【図６】 フィードバック入力係数テーブルの接続例を
示すブロック構成図

【図７】 ダンパー位置と周波数特性係数との対応を示
すグラフ

【図８】 ダンパー位置とゲイン特性係数との対応を示
すグラフ

【符号の説明】

２…鍵盤、４…ダンパーペダル、６…制御部、８…音源
部、８−１〜８−８８…各音源、１０，１６…加算器、
１２…乗算器、１４…響板共鳴付与部、１８…情報変換
部、２０…遅延回路、２２…弦特性フィルタ、２４…ダ
ンパー特性フィルタ、２６…加算器、２８…初期駆動波
形発生部、２９…ループ回路、３０…乗算器、４２−１
〜４２−Ｎ…オア回路、４４…フィルタ係数テーブル、
４６…ゲイン係数テーブル、４８…フィードバック入力
係数テーブル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも遅延手段を閉ループ内に含む閉
   ループ手段を有する楽音合成装置において、 前記閉ループ手段から出力される信号の特性を変更して
   前記閉ループ手段に再入力する手段を備えたことを特徴
   とする楽音合成装置。