JPH10228281A - Electronic musical instrument - Google Patents

Electronic musical instrument

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JPH10228281A
JPH10228281A JP10082234A JP8223498A JPH10228281A JP H10228281 A JPH10228281 A JP H10228281A JP 10082234 A JP10082234 A JP 10082234A JP 8223498 A JP8223498 A JP 8223498A JP H10228281 A JPH10228281 A JP H10228281A
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string
hammer
key
circuit
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Takashi Komano
岳志 駒野
Toshifumi Kunimoto
利文 国本
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Yamaha Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electronic musical instrument which can simulate even the longitudinal vibration of a string with simple constitution in addition to the lateral vibration. SOLUTION: This instrument is provided with 1st and 2nd closed-loop circuits 30 and 30H having delay circuits 31 and 35, and 31H and 35H connected in closed loops, an exciting circuit 50 which generates an exciting signal, supply means (adders 32 and 36, and 23H and 26H) which supply the exciting signal to the 1st closed-loop circuit 30 and also raises the exciting signal to power, and supplies the power-raised exciting signal to the 2nd closed-loop circuit 30H, and an output means (adder 85) which puts the signal circulated in the 1st closed-loop circuit 30 and the signal circulated in the 2nd closed-loop circuit 30H together and outputs the resulting signal as a musical sound signal.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、電子楽器に係り、特
にピアノ等の鍵盤電子楽器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electronic musical instrument, and more particularly to a keyboard electronic musical instrument such as a piano.

【0002】[0002]

【従来の技術】鍵盤は、電子楽器の操作手段としては最
も一般的であり、演奏者にとって取り扱い易いものであ
ると同時に感情表現のし易い優れた操作手段である。従
来より、鍵盤の鍵が押下される時のタッチに応じた検出
信号を発生し、この検出信号によって楽音の強さを制御
するようにした鍵盤電子楽器が知られている。
2. Description of the Related Art A keyboard is the most common operation means of an electronic musical instrument, and is an excellent operation means that is easy for a player to handle and at the same time easy to express emotions. 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a keyboard electronic musical instrument which generates a detection signal corresponding to a touch when a key on a keyboard is pressed, and controls the intensity of a musical tone based on the detection signal.

【0003】また、自然楽器の発音メカニズムをシミュ
レートした電気的モデルあるいはソフトウェアモデルを
有し、これらのモデルを動作させるようにした楽音合成
装置が各種提案されている。この種の楽音合成装置に対
して鍵盤の押下によって発生する検出信号を入力するよ
うにすれば、さらにリアリティに富んだ演奏を行うこと
が可能な鍵盤電子楽器が実現され得る。
[0003] Also, there have been proposed various tone synthesizers having an electric model or a software model simulating a sounding mechanism of a natural musical instrument and operating these models. By inputting a detection signal generated by pressing a keyboard to this kind of musical sound synthesizer, a keyboard electronic musical instrument capable of performing a more rich performance can be realized.

【0004】楽器としての表現力を高めるためには、演
奏者が鍵を押下する時のタッチが忠実に楽音に反映され
るようにする必要がある。図37は、従来の鍵盤電子楽
器における押鍵検出に係る概略構成を鍵1個分について
示したものである。この図に示すように、鍵盤には各鍵
KEYに対し、押鍵されたことを検出するための2個の
スイッチSW1およびSW2が取り付けられている。こ
こで、スイッチSW1は鍵KEYが第1の深さまで押下
されるとオン状態になり、スイッチSW2は第1の深さ
よりもさらに深い第2の深さまで鍵KEYが押下される
とオン状態になる。鍵KEYが押下されることにより、
スイッチSW1、SW2が時間的に前後して順次オン状
態に切り換わると、各スイッチのオン状態への切り換わ
りタイミングの時間差が時間差検出回路DETによって
カウントされ、該カウント結果に基づいて鍵KEYの押
鍵速度に対応した鍵速度信号が発生される。そして、C
PU(中央処理ユニット)1により、鍵速度信号に基づ
いて、音源TGにおける発音の強さの制御が行われる。
[0004] In order to enhance the expressive power of a musical instrument, it is necessary that a touch when a player presses a key is faithfully reflected in a musical tone. FIG. 37 shows a schematic configuration relating to key press detection in a conventional keyboard electronic musical instrument for one key. As shown in this figure, two switches SW1 and SW2 for detecting that a key has been pressed are attached to each key KEY. Here, the switch SW1 is turned on when the key KEY is pressed down to the first depth, and the switch SW2 is turned on when the key KEY is pressed down to the second depth which is deeper than the first depth. . By pressing the key KEY,
When the switches SW1 and SW2 are sequentially switched to the ON state before and after the time, the time difference of the switching timing of each switch to the ON state is counted by the time difference detection circuit DET, and the key KEY is pressed based on the count result. A key speed signal corresponding to the key speed is generated. And C
The PU (central processing unit) 1 controls the sound intensity of the sound source TG based on the key speed signal.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、ピアノ等の
自然楽器において弦を伝播する振動には、弦に対して垂
直な方向の振幅を有する横振動と、弦の水平方向(軸方
向)の振幅を有する縦振動とがある。ここで、縦振動
は、ハンマが弦に衝突した際に弦が縦方向に伸びること
に起因して生じる粗密波であり、横振動に比べて十数倍
の速さで伝搬する。実際、ピアノを強く弾いてみると、
基音の十数倍あたりの高さの特徴的な音を聴くことがで
きる。これは、弦の縦振動によるひなり音と呼ばれてい
るものである。ひなり音は弱いタッチの時には殆ど聞こ
えないが、強いタッチになると急激に大きくなる(ひな
り音の強さはタッチの二乗、もしくは横方向振幅の二乗
の大きさとなる)。ところが、従来の電気的モデルある
いはソフトウェアモデルを用いる鍵盤電子楽器において
は、一般に弦の横振動のみのシミュレートが行われてい
た。これは、横振動に加えて縦振動をもシミュレートす
るようにすると、演算量の膨大化を招き現実的でないた
めである。このため、一般的な電子楽器においては、上
述したような弦の縦振動によるひなり音をシミュレート
することができないという問題があった。
In a natural instrument such as a piano, vibrations propagating through a string include lateral vibration having an amplitude in a direction perpendicular to the string and amplitude in a horizontal direction (axial direction) of the string. And a longitudinal vibration having Here, the longitudinal vibration is a compression wave generated by the string extending in the vertical direction when the hammer collides with the string, and propagates at a speed several tens times faster than the transverse vibration. In fact, if you play the piano hard,
You can hear a characteristic sound with a pitch about ten times the fundamental tone. This is what is called a string sound caused by the longitudinal vibration of the strings. The bending sound is hardly heard at the time of a weak touch, but rapidly increases at the time of a strong touch (the strength of the bending sound is the square of the touch or the square of the lateral amplitude). However, in a keyboard electronic musical instrument using a conventional electric model or software model, generally, only the lateral vibration of a string is simulated. This is because simulating not only lateral vibration but also longitudinal vibration leads to an enormous amount of calculation and is not realistic. For this reason, in a general electronic musical instrument, there has been a problem that it is not possible to simulate the stringing sound caused by the longitudinal vibration of the strings as described above.

【0006】この発明は上述した事情に鑑みてなされた
ものであり、簡易な構成で横振動に加えて縦振動をもシ
ミュレートすることができる電子楽器を提供することを
目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide an electronic musical instrument that can simulate not only horizontal vibration but also vertical vibration with a simple configuration.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、請求項1記載の発明は、少なくとも遅延手段を閉
ループ接続した第1および第2の閉ループ手段と、励振
信号を発生する励振信号発生手段と、前記励振信号を前
記第1の閉ループ手段に供給するとともに、前記励振信
号をべき乗し、該べき乗された励振信号を前記第2の閉
ループ手段に供給する供給手段と、前記第1の閉ループ
手段を循環する信号と前記第2の閉ループ手段を循環す
る信号とを合成して楽音信号として出力する出力手段と
を具備することを特徴としている。また、請求項2記載
の発明は、少なくとも遅延手段を閉ループ接続した第1
および第2の閉ループ手段と、励振信号を発生する励振
信号発生手段と、前記励振信号を前記第1および第2の
閉ループ手段に供給する第1の供給手段と、前記第1の
閉ループ手段を循環する信号をべき乗して前記第2の閉
ループ手段に供給する第2の供給手段と、前記第1の閉
ループ手段を循環する信号と前記第2の閉ループ手段を
循環する信号とを合成して楽音信号として出力する出力
手段とを具備することを特徴としている。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 comprises first and second closed loop means in which at least delay means are connected in a closed loop, and an excitation signal generating means for generating an excitation signal. Means for supplying the excitation signal to the first closed loop means, powering the excitation signal, and supplying the raised excitation signal to the second closed loop means, and the first closed loop Output means for synthesizing a signal circulating through the means and a signal circulating through the second closed-loop means and outputting as a tone signal. Further, the invention according to claim 2 is the first invention wherein at least the delay means is connected in a closed loop.
And second closed loop means, excitation signal generating means for generating an excitation signal, first supply means for supplying the excitation signal to the first and second closed loop means, and circulating through the first closed loop means A second supply means for supplying a signal to be raised to the second power to the second closed loop means, a signal circulating in the first closed loop means and a signal circulating in the second closed loop means, and a tone signal And output means for outputting as

【0008】[0008]

【作用】請求項1記載の発明によれば、供給手段によっ
て励振信号が第1の閉ループ手段に供給されるととも
に、励振信号がべき乗されて、べき乗された励振信号が
第2の閉ループ手段に供給される。また、 請求項2記
載の発明によれば、第1の供給手段によって励振信号が
第1および第2の閉ループ手段に供給されるとともに、
第2の供給手段によって第1の閉ループ手段を循環する
信号がべき乗されて第2の閉ループ手段に供給される。
ここで、第1の閉ループ手段には弦の横振動に対応する
信号が循環し、第2の閉ループ手段には弦の縦振動に対
応する信号が循環するようになる。そして、出力手段に
よって、第1の閉ループ手段を循環する信号と第2の閉
ループ手段を循環する信号とが合成されて楽音信号とし
て出力される。
According to the first aspect of the present invention, the excitation signal is supplied to the first closed loop means by the supply means, the excitation signal is raised to the power, and the raised excitation signal is supplied to the second closed loop means. Is done. According to the second aspect of the present invention, the excitation signal is supplied to the first and second closed loop means by the first supply means,
The signal circulating through the first closed loop means is raised to the power by the second supply means and supplied to the second closed loop means.
Here, the signal corresponding to the horizontal vibration of the string circulates in the first closed loop means, and the signal corresponding to the vertical vibration of the string circulates in the second closed loop means. Then, the signal circulating through the first closed-loop means and the signal circulating through the second closed-loop means are synthesized by the output means and output as a tone signal.

【0009】[0009]

【実施例】以下、図面を参照し、本発明の実施例を説明
する。図1は本発明の一実施例による鍵盤電子楽器の概
略構成を示すブロック図である。CPU1は必要に応じ
てパラメータメモリ2から制御用のパラメータを読み出
し、この電子楽器の各部に制御情報を供給する。KEY
1〜KEY2は、各々鍵盤に配備された鍵であり、各先
端部に加速度ピックアップ24が各々取り付けられてい
る。TG1〜TGnは、各鍵KEY1〜KEYnに対す
る押鍵操作に応答し楽音を形成する押鍵検出/楽音合成
部である。これらの押鍵検出/楽音合成部TG1〜TG
nは、半波整流回路11および12、積分回路13、A
/D(アナログ/デジタル)変換器14、楽音合成部1
5を有する。半波整流回路11は、加速度ピックアップ
24から出力される加速度検出信号が入力され、その正
成分のみを選択して出力する。この正成分は、積分回路
13によって積分され、その積分結果がA/D変換器1
4によってデジタル信号に変換される。A/D変換器1
4の出力デジタル信号は、ピアノにおけるハンマの速度
に対応したハンマ速度信号HVとして楽音合成部15に
供給される。楽音合成部15においては、ハンマ速度信
号HVに基づいて楽音信号が合成される。押鍵検出/楽
音合成部TG1〜TGnの各楽音合成部15から出力さ
れる各楽音信号は加算器A2〜Anによって加算され、
加算器5の一方の入力端に入力される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a keyboard electronic musical instrument according to one embodiment of the present invention. The CPU 1 reads control parameters from the parameter memory 2 as necessary, and supplies control information to each section of the electronic musical instrument. KEY
1 to KEY2 are keys provided on the keyboard, respectively, and acceleration pickups 24 are attached to the respective tips. TG1 to TGn are key press detection / tone synthesizers that form a tone in response to a key press operation on each of the keys KEY1 to KEYn. These key press detection / tone synthesis sections TG1 to TG
n is half-wave rectifier circuits 11 and 12, integrating circuit 13, A
/ D (analog / digital) converter 14, tone synthesizer 1
5 The half-wave rectifier circuit 11 receives the acceleration detection signal output from the acceleration pickup 24, selects only the positive component thereof, and outputs the selected positive component. This positive component is integrated by the integration circuit 13 and the integration result is output to the A / D converter 1.
4 is converted into a digital signal. A / D converter 1
The output digital signal of No. 4 is supplied to the musical tone synthesizer 15 as a hammer speed signal HV corresponding to the speed of the hammer in the piano. In the tone synthesizer 15, a tone signal is synthesized based on the hammer speed signal HV. Each tone signal output from each tone synthesis unit 15 of the key press detection / tone synthesis unit TG1 to TGn is added by adders A2 to An.
The signal is input to one input terminal of the adder 5.

【0010】一方、押鍵検出/楽音合成部TG1〜TG
nの各半波整流回路12は加速度検出信号における負成
分のみを選択し、鍵が台座(いわゆる“どんずまり"で
あり、鍵盤の下の木の部分のことである)にあたったと
きに鍵盤が受ける加速度(台座が受ける加速度ともいえ
る)に対応した信号として出力する。各半波整流回路1
2の出力は、加算器B2〜Bnによって加算され、A/
D変換器3によってデジタル信号に変換される。そし
て、A/D変換器3の出力信号は、ピアノのフレーム等
を近似したフィルタ4に入力される。そして、フィルタ
4から、いわゆるメカ雑音に相当する信号が出力され、
加算器5の他方の入力端に入力される。そして、加算器
5により、各楽音合成部15の出力の総和とフィルタ4
の出力とが加算される。この加算結果は、ピアノのフレ
ーム、響板などをシミュレートした共鳴回路6を通過し
た後、D/A(デジタル/アナログ)変換器7によって
アナログ信号に変換されてスピーカSPに供給され、楽
音が発音される。
On the other hand, key press detection / tone synthesis sections TG1 to TG
n each half-wave rectifier circuit 12 selects only the negative component in the acceleration detection signal, and when the key hits the pedestal (the so-called "dumb", which is the tree under the keyboard) It is output as a signal corresponding to the acceleration received by the keyboard (also referred to as the acceleration received by the pedestal). Each half-wave rectifier circuit 1
2 are added by adders B2 to Bn, and A /
The signal is converted into a digital signal by the D converter 3. The output signal of the A / D converter 3 is input to a filter 4 which approximates a piano frame or the like. Then, a signal corresponding to so-called mechanical noise is output from the filter 4,
The signal is input to the other input terminal of the adder 5. Then, the adder 5 sums the sum of the outputs of the respective tone synthesis units 15 and the filter 4.
Is added to the output. The result of the addition passes through a resonance circuit 6 simulating a piano frame, a soundboard, and the like, and is then converted into an analog signal by a D / A (digital / analog) converter 7 and supplied to a speaker SP, and a musical tone is produced. Pronounced.

【0011】以下、この鍵盤電子楽器の各部の詳細な構
成およびその動作を順に説明する。 [押鍵検出に係る回路構成]この鍵盤電子楽器における
鍵KEYj(j=1〜n)の取り付け構造を図2に示
す。同図に示すように、鍵KEYjは支点22廻りに回
動し得るように鍵盤に取り付けられている。鍵KEYj
における演奏者によって押下される側の先端部は加速度
ピックアップ24が取り付けられている。また、鍵KE
Yjにおける演奏者が押下する側とは反対側の先端部に
はバネ23が取り付けられており、このバネ23によ
り、演奏者によって押下される側の先端部を上向きに持
ち上げるモーメントが与えられる。なお、バネ23の代
わりに錘を取り付けてもよい。加速度ピックアップ24
の取り付け位置は鍵の支点22からある程度離れた位置
であればどこでも良く、支点22からの距離に応じた重
み付けを行うことにより、各取り付け位置共、等価な加
速度検出信号ACCを得ることができる。しかし、加速
度を正確に検出するためには、加速度ピックアップ24
をなるべく先端の方に取り付けることが好ましい。ま
た、鍵KEYjの先端部の下方にはスイッチ25が設け
られている。このスイッチ25は鍵KEYjが所定量押
し込まれた場合にオン状態となるものであり、このスイ
ッチ25のオン/オフ状態に対応した信号値のキースイ
ッチ信号KON/KOFFが発生される。キースイッチ
信号KON/KOFFは、積分器13における加速度検
出信号ACCの取り込みおよび積分動作の開始の指示、
楽音合成部15における楽音合成処理のトリガとして用
いられる。従って、キースイッチ信号KON/KOFF
は、押鍵操作に対して遅れることなく出力される必要が
あり、そのためにはスイッチ25をできるだけ浅い位置
に取り付けた方がよい。
The detailed configuration and operation of each part of the keyboard electronic musical instrument will be described below in order. [Circuit Configuration for Key Press Detection] FIG. 2 shows the mounting structure of keys KEYj (j = 1 to n) in this keyboard electronic musical instrument. As shown in the figure, the key KEYj is attached to the keyboard so that it can rotate around the fulcrum 22. Key KEYj
The acceleration pickup 24 is attached to the tip of the side on which is pressed by the player. Also, the key KE
A spring 23 is attached to the tip of Yj on the side opposite to the side pressed by the player, and this spring 23 gives a moment for lifting the tip on the side pressed by the player upward. Note that a weight may be attached instead of the spring 23. Acceleration pickup 24
The attachment position may be any position as long as it is at a certain distance from the key fulcrum 22. By performing weighting according to the distance from the fulcrum 22, an equivalent acceleration detection signal ACC can be obtained for each attachment position. However, in order to accurately detect the acceleration, the acceleration pickup 24
Is preferably attached to the tip as much as possible. A switch 25 is provided below the tip of the key KEYj. The switch 25 is turned on when the key KEYj is depressed by a predetermined amount, and a key switch signal KON / KOFF having a signal value corresponding to the on / off state of the switch 25 is generated. The key switch signal KON / KOFF is an instruction to take in the acceleration detection signal ACC in the integrator 13 and start the integration operation.
It is used as a trigger of the tone synthesis process in the tone synthesis unit 15. Therefore, the key switch signal KON / KOFF
Must be output without delay with respect to the key depression operation, and for that purpose, it is better to mount the switch 25 at a position as shallow as possible.

【0012】図3は加速度ピックアップ24が出力する
加速度検出信号ACCを処理する回路の詳細な構成例を
示すものである。同図には、図1において図示が省略さ
れていた減算器16、スイッチ17および微分器18が
示されている。加速度検出信号ACCは、半波整流回路
11を通過することによってその正成分POS(鍵KE
Yjが下方に動く場合に対応)のみが取り出され、積分
器13に入力される。また、鍵KEYjが押下される
と、スイッチ25がオン状態となってキースイッチ信号
KON/KOFFが立ち上がる。このキースイッチ信号
KON/KOFFの立ち上がりが、微分器18によって
検出され、微分器18から積分器13にトリガ信号が送
られ、積分器13における積分動作が開始される。そし
て、積分器13の積分波形KWがA/D変換器14によ
って逐次デジタル信号に変換され、ハンマ速度信号HV
として楽音合成部15に供給される。押下されていた鍵
KEYjが離鍵されると、スイッチ25がオフ状態にな
ってキースイッチ信号KON/KOFFが立ち下がる。
このキースイッチ信号KON/KOFFの立ち下がりが
微分器18によって検出され、微分器18により積分器
18がリセットされ、次の押鍵操作を待機する状態とな
る。図4に加速度ピックアップ24が出力する加速度検
出信号ACCと、積分器13の出力波形KWを示す。
FIG. 3 shows a detailed configuration example of a circuit for processing the acceleration detection signal ACC output from the acceleration pickup 24. FIG. 2 shows a subtractor 16, a switch 17, and a differentiator 18, which are not shown in FIG. When the acceleration detection signal ACC passes through the half-wave rectifier circuit 11, its positive component POS (key KE
(Corresponding to the case where Yj moves downward) only, and is input to the integrator 13. When the key KEYj is pressed, the switch 25 is turned on and the key switch signal KON / KOFF rises. The rise of the key switch signal KON / KOFF is detected by the differentiator 18, a trigger signal is sent from the differentiator 18 to the integrator 13, and the integrator 13 starts the integration operation. Then, the integrated waveform KW of the integrator 13 is sequentially converted into a digital signal by the A / D converter 14, and the hammer speed signal HV
Is supplied to the tone synthesizer 15. When the pressed key KEYj is released, the switch 25 is turned off and the key switch signal KON / KOFF falls.
The fall of the key switch signal KON / KOFF is detected by the differentiator 18, the integrator 18 is reset by the differentiator 18, and the apparatus enters a state of waiting for the next key pressing operation. FIG. 4 shows an acceleration detection signal ACC output from the acceleration pickup 24 and an output waveform KW of the integrator 13.

【0013】一方、加速度信号ACCは、半波整流回路
12を通過することにより、負成分NEGのみが取り出
される。そして、減算器16により、負成分NEGから
バネ(または重り)によるモーメント分相当のオフセッ
トOFFSETが減じられ、スイッチ17、加算器B2
〜Bn(図1)およびA/D変換器3を介し、メカ雑音
発生用のフィルタ4(図1)に入力される。鍵KEYj
が離鍵され、キースイッチ信号KON/KOFFが立ち
下がると、スイッチ17が切断され、フィルタ4への信
号の供給、すなわち、メカ雑音の発生が終了する。
On the other hand, as the acceleration signal ACC passes through the half-wave rectifier circuit 12, only the negative component NEG is extracted. Then, the offset OFFSET corresponding to the moment by the spring (or the weight) is subtracted from the negative component NEG by the subtractor 16, and the switch 17, the adder B2
BBn (FIG. 1) and the A / D converter 3, and is input to a filter 4 (FIG. 1) for generating mechanical noise. Key KEYj
When the key is released and the key switch signal KON / KOFF falls, the switch 17 is turned off, and the supply of the signal to the filter 4, that is, the generation of mechanical noise ends.

【0014】なお、図1および図3において、A/D変
換器14は、あまり高精度である必要はない。従って、
図1に示すように各鍵に対応して設けるのではなく、1
個のA/D変換器を用い、各鍵に対応した積分波形KW
を時分割でA/D変換してもよい。例えば鍵盤が88鍵
の場合、A/D変換器14のサンプリング周波数を88
kHzとし、サンプリング周期を88分割した各タイム
スロットにおいて、各鍵に対応した積分波形KWのA/
D変換を行う。このようにすることで、各鍵について、
1kHzのサンプリング周波数のハンマ速度信号HMが
得られる。
In FIGS. 1 and 3, the A / D converter 14 does not need to be very accurate. Therefore,
Instead of being provided for each key as shown in FIG.
Integrated waveform KW corresponding to each key using A / D converters
May be A / D converted in a time-division manner. For example, if the keyboard has 88 keys, the sampling frequency of the A / D converter 14 is set to 88.
kHz, and in each time slot obtained by dividing the sampling period into 88, A / A of the integrated waveform KW corresponding to each key.
Perform D conversion. In this way, for each key,
A hammer speed signal HM having a sampling frequency of 1 kHz is obtained.

【0015】以上説明した構成によれば、押鍵の際のタ
ッチに対して忠実なハンマ速度信号HMが得られる。図
5(a)〜(d)に代表的なタッチの時の半波整流回路
11の出力POSと積分器13における積分波形KWを
示す。図5(a)は、速く強く弾いた場合の各波形を示
すものである。この場合、押下されてから台座に衝突す
るまでの間、終始、鍵KEYjに対して大きな加速度が
作用する。従って、積分機13の積分波形KWは大きく
立ち上がり、大きなハンマ速度信号HVが楽音合成部1
5に供給される。図5(b)は速く弱く弾いた場合の各
波形を示すものである。この場合、加速度信号ACCは
大きな信号値に立ち上がるが、鍵KEYjに与えられる
力積が小さく、立ち上がり以後における加速度信号AC
Cは小さな信号値に立ち下がる。このため、積分波形K
Wの最終値は小さくなり、ハンマ速度信号HVは小さく
なる。図5(c)は遅く強く弾いた場合の各波形を示す
ものである。この場合、立ち上がりにおける加速度信号
ACCは小さいが、鍵KEYjに与えられる力積が大き
いので、積分波形KWは大きな値に立ち上がり、ハンマ
速度信号HVは大きくなる。図5(d)は遅く弱く弾い
た場合の各波形を示すものである。この場合、加速度信
号ACCは終始小さな値であるので、ハンマ速度信号H
Vは小さくなる。このように、演奏者の意図したハンマ
速度を鍵盤から入力することができる。
According to the configuration described above, a hammer speed signal HM that is faithful to a touch when a key is pressed can be obtained. FIGS. 5A to 5D show the output POS of the half-wave rectifier circuit 11 and the integral waveform KW of the integrator 13 at the time of a typical touch. FIG. 5A shows each waveform when the player hits quickly and strongly. In this case, a large acceleration acts on the key KEYj from the time the button is pressed until the collision with the pedestal. Accordingly, the integral waveform KW of the integrator 13 rises greatly, and the large hammer speed signal HV is generated by the tone synthesis unit 1.
5 is supplied. FIG. 5B shows waveforms when the player hits quickly and weakly. In this case, the acceleration signal ACC rises to a large signal value, but the impulse given to the key KEYj is small, and the acceleration signal AC after the rise is increased.
C falls to a small signal value. Therefore, the integral waveform K
The final value of W becomes smaller and the hammer speed signal HV becomes smaller. FIG. 5 (c) shows the waveforms when the player hits slowly and strongly. In this case, the acceleration signal ACC at the rise is small, but the impulse given to the key KEYj is large, so that the integral waveform KW rises to a large value and the hammer speed signal HV increases. FIG. 5D shows each waveform when the player hits the ball slowly and weakly. In this case, since the acceleration signal ACC has a small value throughout, the hammer speed signal H
V becomes smaller. Thus, the hammer speed intended by the player can be input from the keyboard.

【0016】[楽音合成部]楽音合成部15は本願発明
が最も特徴とする構成部分であるが、まず、背景となる
技術を説明し、後に本願発明に係る構成について詳細に
説明する。図6は本願発明の背景技術となる楽音合成部
15の基本的な構成の一例を示すブロック図である。こ
の図において、30はピアノにおける弦の挙動をシミュ
レートしたループ回路、50はハンマの挙動をシミュレ
ートした励振回路である。また、楽音合成部15は、励
振回路50からループ回路30に注入される信号を媒介
する乗算器43と、ループ回路30から励振回路50に
帰還される信号を媒介する加算器41および乗算器42
とを有する。
[Tone Synthesizing Unit] The tone synthesizing unit 15 is the most characteristic component of the present invention. First, the background art will be described, and then the configuration according to the present invention will be described in detail. FIG. 6 is a block diagram showing an example of a basic configuration of the musical sound synthesizer 15 as the background art of the present invention. In this figure, 30 is a loop circuit simulating the behavior of a string in a piano, and 50 is an excitation circuit simulating the behavior of a hammer. The tone synthesizer 15 includes a multiplier 43 that mediates a signal injected from the excitation circuit 50 into the loop circuit 30, and an adder 41 and a multiplier 42 that mediate a signal that is fed back from the loop circuit 30 to the excitation circuit 50.
And

【0017】ループ回路30は遅延回路31、加算器3
2、フィルタ33、位相反転回路34、遅延回路35、
加算器36、フィルタ37および位相反転回路38が閉
ループ状に接続されることによって構成されている。そ
して、遅延回路31および35の各出力が取り出されて
加算器41によって加算され、乗算器42を介して励振
回路50に帰還されるようになっている。ループ回路3
0におけるこれらの各出力の取り出し点は、図12にお
いてハンマHMが弦STRを打弦する打弦点Pに対応し
ている。すなわち、ループ回路30において、加算器3
6の入力から遅延回路31の出力に至るまでの経路の遅
延時間は、弦STRにおける打弦点Pと一方の固定端T
1との間の部分(長さL1)を振動が往復するのに要す
る遅延時間に一致しており、加算器33の入力から遅延
回路35の出力に至るまでの経路の遅延時間は、打弦点
Pと他方の固定端T2との間の部分(長さL2)を振動
が往復するのに要する遅延時間に一致している。位相反
転回路38および34は、固定端T1およびT2におい
て振動波の位相が反転する現象をシミュレートするため
に設けられたものである。また、フィルタ37および3
3は、弦STRの振動が直接空気中へ放射される際、お
よび弦STRの振動が固定端T1およびT2を介してピ
アノの響板等に伝播する際の音響損失をシミュレートす
るために設けられたものである。通常、この種の音響損
失は、周波数が高い程大きいので、フィルタ37および
33はローパスフィルタが用いられる。
The loop circuit 30 includes a delay circuit 31, an adder 3
2, a filter 33, a phase inversion circuit 34, a delay circuit 35,
The adder 36, the filter 37 and the phase inversion circuit 38 are connected in a closed loop. The outputs of the delay circuits 31 and 35 are taken out, added by an adder 41, and fed back to an excitation circuit 50 via a multiplier 42. Loop circuit 3
The extraction point of each of these outputs at 0 corresponds to the striking point P where the hammer HM strikes the string STR in FIG. That is, in the loop circuit 30, the adder 3
The delay time of the path from the input of the string 6 to the output of the delay circuit 31 is represented by the string striking point P in the string STR and one fixed end T
The length of the path from the input of the adder 33 to the output of the delay circuit 35 is equal to the delay time of the string striking. It corresponds to the delay time required for the vibration to reciprocate between the point P and the other fixed end T2 (length L2). The phase inversion circuits 38 and 34 are provided to simulate the phenomenon that the phase of the vibration wave is inverted at the fixed ends T1 and T2. Filters 37 and 3
3 is provided to simulate the acoustic loss when the vibration of the string STR is directly radiated into the air and when the vibration of the string STR propagates to the sound board of the piano via the fixed ends T1 and T2. It was done. Usually, this type of acoustic loss increases as the frequency increases, so that low-pass filters are used as the filters 37 and 33.

【0018】次に励振回路50について説明する。加算
器55は、一方の入力端にA/D変換器14(図1参
照)が出力するハンマ速度信号HVが入力される。ま
た、加算器55の他方の入力端には積分器56における
積分値が入力される。この積分値は、ハンマHMおよび
弦STR間の相互作用によってハンマHMに生じる速度
変化分に相当する。なお、この速度変化分の演算の詳細
については後述する。加算器55からはハンマ速度信号
HVを前記速度変化分によって修正した信号、すなわ
ち、現時点のハンマHMの速度に対応した信号が得られ
る。そして、加算器55の出力信号は積分器57によっ
て積分され、ハンマHMの変位に相当するハンマ変位信
号HDが出力される。
Next, the excitation circuit 50 will be described. The hammer speed signal HV output from the A / D converter 14 (see FIG. 1) is input to one input terminal of the adder 55. The other input terminal of the adder 55 receives the integrated value of the integrator 56. This integral value corresponds to a speed change generated in the hammer HM due to the interaction between the hammer HM and the string STR. The details of the calculation of the speed change will be described later. From the adder 55, a signal obtained by correcting the hammer speed signal HV by the change in the speed, that is, a signal corresponding to the current speed of the hammer HM is obtained. Then, the output signal of the adder 55 is integrated by the integrator 57, and a hammer displacement signal HD corresponding to the displacement of the hammer HM is output.

【0019】一方、加算器52は乗算器42および53
の各出力信号が入力される。ここで、乗算器42の出力
信号は図12において打弦点Pにおける弦STRの速度
に相当し、乗算器53の出力信号はハンマHMによって
弦STRにもたらされる速度修正分に相当する。従っ
て、加算器52から弦STRの現時点における弦STR
の速度に対応した信号SVが出力される。そして、信号
SVが積分器54によって積分されることにより、弦S
TRの変位に相当する弦変位信号SVが得られる。そし
て、減算器58により、ハンマ変位信号HDから弦変位
信号SDが減算され、ハンマHMに対する弦STRの食
込み量に応じた相対変位信号SHDが得られる。
On the other hand, the adder 52 comprises multipliers 42 and 53
Are output. Here, the output signal of the multiplier 42 corresponds to the speed of the string STR at the string striking point P in FIG. 12, and the output signal of the multiplier 53 corresponds to the speed correction provided to the string STR by the hammer HM. Accordingly, the string STR at the current time of the string STR from the adder 52 is calculated.
The signal SV corresponding to the speed is output. When the signal SV is integrated by the integrator 54, the string S
A string displacement signal SV corresponding to the displacement of TR is obtained. Then, the string displacement signal SD is subtracted from the hammer displacement signal HD by the subtractor 58, and a relative displacement signal SHD corresponding to the bite amount of the string STR with respect to the hammer HM is obtained.

【0020】相対変位信号SHDは乗算器61、非線形
回路62および微分器64に入力される。非線形回路6
2は例えばROMによって実現され、図7に例示するよ
うに非線形な入出力応答特性を有している。この図に示
すように、非線形回路62の出力は入力信号値の増大に
伴って増大するが、その勾配は入力信号値が大きくなる
に従って小さくなる。乗算器61は、相対変位信号SH
Dに対しハンマHMの弾性に応じた乗算係数Sを乗算し
て出力する。そして、乗算器63により、乗算器61の
出力に対し、非線形回路62の出力信号が乗算される。
この結果、ハンマHMの弾性特性に起因してハンマHM
および弦STR間に生じる反撥力に相当する信号が乗算
器63から出力される。この乗算器63の出力は、相対
変位信号SHDの増大に伴って増大するが、相対変位信
号SHDが大きくなると非線形回路62の出力が飽和す
るので、乗算器63の出力も飽和することとなる。この
ように、実際のハンマHMにおける弾性に起因する挙動
に忠実な動作が得られる。一方、相対変位信号SHDを
微分器64によって微分した信号に対し、乗算器65に
より、ハンマHMの粘性に応じた乗算係数Rが乗算され
る。そして、乗算器65の出力信号に対し、乗算器66
および67により、2回に亙って非線形回路62の出力
が乗算される。この2回乗算が行われることにより、実
効的に、相対変位信号SHDに図8に示す非線形変換を
施した信号が乗算器65の出力信号に乗算される。この
結果、ハンマHMの粘性に起因してハンマHMおよび弦
STR間に生じる反撥力に相当する信号が乗算器65か
ら出力される。この乗算器65の出力信号の信号値は、
相対変位信号SHDの時間的変化の大きい程、大きな値
となる。また、相対変位信号SHDの時間的変化率が同
じであっても、相対変位信号SHDが大きくなる程、す
なわち、ハンマHMに弦STRがより深く食込む程、乗
算器67の出力信号値は大きなものとなる。このように
して、実際のハンマHMにおける粘性に起因した挙動に
忠実な動作が得られる。乗算器63および67の各出力
は、加算器68によって加算され、ハンマHMと弦ST
Rとの間の反撥力に相当する信号Fが加算器68から出
力される。
The relative displacement signal SHD is input to a multiplier 61, a nonlinear circuit 62, and a differentiator 64. Nonlinear circuit 6
2 is realized by a ROM, for example, and has a nonlinear input / output response characteristic as illustrated in FIG. As shown in this figure, the output of the non-linear circuit 62 increases with an increase in the input signal value, but the slope decreases as the input signal value increases. The multiplier 61 outputs the relative displacement signal SH
D is multiplied by a multiplication coefficient S according to the elasticity of the hammer HM and output. Then, the multiplier 63 multiplies the output of the multiplier 61 by the output signal of the nonlinear circuit 62.
As a result, the hammer HM may be deformed due to the elastic characteristics of the hammer HM.
And a signal corresponding to the repulsion generated between the strings STR is output from the multiplier 63. The output of the multiplier 63 increases as the relative displacement signal SHD increases. However, when the relative displacement signal SHD increases, the output of the nonlinear circuit 62 saturates, so that the output of the multiplier 63 also saturates. Thus, an operation faithful to the behavior of the actual hammer HM caused by the elasticity is obtained. On the other hand, a signal obtained by differentiating the relative displacement signal SHD by the differentiator 64 is multiplied by a multiplier 65 by a multiplication coefficient R according to the viscosity of the hammer HM. The output signal of the multiplier 65 is applied to the multiplier 66.
And 67, the output of the nonlinear circuit 62 is multiplied twice. By performing the multiplication twice, the output signal of the multiplier 65 is effectively multiplied by the signal obtained by performing the nonlinear conversion shown in FIG. 8 on the relative displacement signal SHD. As a result, a signal corresponding to the repulsion generated between the hammer HM and the string STR due to the viscosity of the hammer HM is output from the multiplier 65. The signal value of the output signal of the multiplier 65 is
The larger the temporal change of the relative displacement signal SHD, the larger the value. Further, even if the temporal change rate of the relative displacement signal SHD is the same, the output signal value of the multiplier 67 increases as the relative displacement signal SHD increases, that is, as the string STR digs deeper into the hammer HM. It will be. In this way, an operation faithful to the behavior of the actual hammer HM caused by the viscosity can be obtained. The outputs of the multipliers 63 and 67 are added by the adder 68, and the hammer HM and the string ST
A signal F corresponding to the repulsive force between the signal R and the signal R is output from the adder 68.

【0021】加算器68の出力信号Fは乗算器43に入
力されて乗算係数1/2が乗算される。この結果、図1
2において、弦STRの打弦点Pの両側に各々伝播する
振動波の速度成分が乗算器43から出力される。乗算器
43の出力信号は、ループ回路30の加算器32および
36に帰還される一方、乗算器53によって所定の乗算
係数FADMが乗算され、ハンマHMによって弦STR
に与えられる速度変化分に相当する信号が乗算器53か
ら出力される。また、加算器68の出力信号Fは、乗算
器69によって乗算係数−1/M(ただし、Mはハンマ
HMの質量)が乗算され、ハンマHMに作用する加速度
に相当する信号HAが出力される。この信号HAは積分
器56によって積分され、上述したハンマHMの速度変
化分に相当する信号が得られる。
The output signal F of the adder 68 is input to the multiplier 43 and is multiplied by a multiplication factor 1/2. As a result, FIG.
In 2, the velocity component of the vibration wave propagating to both sides of the striking point P of the string STR is output from the multiplier 43. The output signal of the multiplier 43 is fed back to the adders 32 and 36 of the loop circuit 30, while being multiplied by a predetermined multiplication coefficient FADM by the multiplier 53, and the string STR by the hammer HM.
Is output from the multiplier 53. The output signal F of the adder 68 is multiplied by a multiplier coefficient −1 / M (where M is the mass of the hammer HM) by the multiplier 69, and a signal HA corresponding to the acceleration acting on the hammer HM is output. . This signal HA is integrated by the integrator 56, and a signal corresponding to the above-mentioned speed change of the hammer HM is obtained.

【0022】以下、この楽音合成部15の動作を説明す
る。この楽音合成部15に対応する鍵KEYjが押下さ
れ、それに対応するキースイッチ信号KON/KOFF
が立ち上がると、積分器56および57に初期値0がプ
リセットされ、弦STRに対してハンマHMが衝突した
状態からシミュレーションが開始される。そして、押鍵
操作に対応したハンマ速度信号HVがA/D変換器14
から出力される。このハンマ速度信号HVが、加算器5
5を介して積分器57に入力されて積分され、ハンマ変
位信号HDが出力される。そして、ハンマ変位信号HD
は減算器58に入力され、相対変位信号SHDが出力さ
れる。そして、上述のようにして、相対変位信号SHD
に応じた信号Fが発生され、この信号Fに基づいて、ハ
ンマHMの加速度に相当する信号HAおよびハンマHM
の速度変化分に相当する信号が順次演算され、ハンマH
Mの現時点における速度に相当する信号(加算器55出
力)が修正される。一方、信号Fは乗算器43を介して
ループ回路30に帰還されると共にさらに乗算器53、
52および加算器52を介して積分器54に入力されて
積分される。この結果、積分器54の積分値、すなわ
ち、弦STRの変位に相当する信号が修正される。励振
回路50からループ回路30内の加算器36に入力され
た信号は、フィルタ37、位相反転回路38および遅延
回路31を介してループ回路30から再び取り出され、
他方、加算器32に入力された信号は、フィルタ33、
位相反転回路34および遅延回路35を介してループ回
路30から再び取り出され、加算器41によって総合さ
れ、乗算器42を介し、励振回路50に帰還される。こ
の結果、弦STRの速度に相当する信号SVが修正され
ると共に弦STRの変位に相当する信号SDが修正され
る。以後、同様に、励振回路50およびループ回路30
により、ハンマHMおよび弦STRの相互作用のシミュ
レーションと、弦STR内における振動の伝播のシミュ
レーションが行われる。そして、ループ回路30におけ
る任意のノードから弦STRの振動速度成分に相当する
信号が取り出され、楽音信号として出力される。
The operation of the tone synthesizer 15 will be described below. The key KEYj corresponding to the tone synthesis unit 15 is depressed, and the corresponding key switch signal KON / KOFF
Rises, the initial value 0 is preset in the integrators 56 and 57, and the simulation is started from a state where the hammer HM collides with the string STR. Then, the hammer speed signal HV corresponding to the key pressing operation is output from the A / D converter 14.
Output from This hammer speed signal HV is added to the adder 5
5, the signal is input to the integrator 57, is integrated, and the hammer displacement signal HD is output. And the hammer displacement signal HD
Is input to a subtractor 58, and a relative displacement signal SHD is output. Then, as described above, the relative displacement signal SHD
Is generated, and based on the signal F, a signal HA and a hammer HM corresponding to the acceleration of the hammer HM are generated.
Signals corresponding to the speed change of the hammer H
The signal corresponding to the current speed of M (the output of the adder 55) is corrected. On the other hand, the signal F is fed back to the loop circuit 30 via the multiplier 43, and is further added to the multiplier 53,
The signal is input to the integrator 54 via the adder 52 and the adder 52 and is integrated. As a result, the integrated value of the integrator 54, that is, the signal corresponding to the displacement of the string STR is corrected. The signal input from the excitation circuit 50 to the adder 36 in the loop circuit 30 is extracted again from the loop circuit 30 via the filter 37, the phase inversion circuit 38, and the delay circuit 31.
On the other hand, the signal input to the adder 32 is
It is again taken out of the loop circuit 30 via the phase inversion circuit 34 and the delay circuit 35, integrated by the adder 41, and fed back to the excitation circuit 50 via the multiplier 42. As a result, the signal SV corresponding to the speed of the string STR is corrected, and the signal SD corresponding to the displacement of the string STR is corrected. Thereafter, similarly, the excitation circuit 50 and the loop circuit 30
Thus, a simulation of the interaction between the hammer HM and the string STR and a simulation of the propagation of vibration in the string STR are performed. Then, a signal corresponding to the vibration velocity component of the string STR is extracted from an arbitrary node in the loop circuit 30 and output as a tone signal.

【0023】以上においては、ハンマHMが弦STRに
衝突した瞬間からシミュレーションを開始する場合を説
明したが、初期状態においてハンマHMが弦SPから離
れており、押鍵によってハンマHMが弦STRに向かっ
て移動し始める様子を含めてシミュレーションを行うよ
うにすると、さらに実際のピアノ音を忠実に再現するこ
とができる。この場合、キースイッチ信号KON/KO
FFの立ち上がり時に、楽音合成部15(図6)の積分
器57にハンマHMおよび弦STR間の距離を表す初期
変位をプリセットするように構成を変更する。また、こ
の変更と共に、図3において示した押鍵検出に係る回路
の構成を図9に示すものに変更する。すなわち、図3の
構成に対し、半波整流回路11の出力から重力加速度に
相当する信号gを減算して積分器13に供給する減算器
19を追加する。これにより、タッチがかなり弱い時に
はハンマHMが弦STRに達しないで戻ってくる様子を
シミュレートすることができる。また、ピアニシモの
際、ハンマHMが辛うじて弦STRに衝突する様子を再
現することができる。
In the above description, the simulation is started from the moment when the hammer HM collides with the string STR. However, in the initial state, the hammer HM is separated from the string SP, and the hammer HM moves toward the string STR by pressing a key. If the simulation is performed including the state of starting to move, the actual piano sound can be reproduced more faithfully. In this case, the key switch signal KON / KO
When the FF rises, the configuration is changed so that an initial displacement indicating the distance between the hammer HM and the string STR is preset in the integrator 57 of the tone synthesis unit 15 (FIG. 6). Along with this change, the configuration of the circuit related to key press detection shown in FIG. 3 is changed to that shown in FIG. That is, a subtractor 19 that subtracts the signal g corresponding to the gravitational acceleration from the output of the half-wave rectifier circuit 11 and supplies the signal to the integrator 13 is added to the configuration of FIG. Thus, it is possible to simulate the hammer HM returning without reaching the string STR when the touch is considerably weak. In addition, it is possible to reproduce a state in which the hammer HM barely collides with the string STR during pianissimo.

【0024】[楽音合成部の他の構成例]図6に示す楽
音合成部のフィルタ33および37は、FIR(有限イ
ンパルス応答)フィルタ、IIR(無限インパルス応
答)フィルタ、オールパスフィルタなどによって構成す
ることが可能である。しかし、これらのフィルタとし
て、低次のフィルタを用いた場合、時間方向の自由度が
少なくなる。従って、この場合、弦STRを振動が往復
伝播する周波数は、遅延回路31および35の遅延時間
によって調整することとなる。このため、弦STRの振
動の様子を、周波数軸上においてある程度近似すること
は可能であるが、弦STRにおける振動の位相特性を近
似することが殆どできない。一方、現実のピアノの弦S
TRには弾性があり、高い周波数の振動ほど速く伝搬す
るといった分散性を持つ。図10に弦のインパルスレス
ポンスの一例を示す。同図に示すように、実際のピアノ
においては、打弦が行われてから弦にメインパルスが現
れるまでの期間τ0内に、高い周波数の前駆波が現れ
る。このため、弦の振動は非調和性を帯び、この非調和
性がピアノらしい音を発生する一つの要因となってい
る。また、ハンマHMと弦STRとの相互作用に着目す
ると、ハンマHMが弦STRに接触している間に固定端
T1およびT2で各々反射され打弦点Pにフィールドバ
ックされた波がハンマHMに与える力を正確に再現する
ことが必要である。ハンマHMは粘性、弾性を持ってい
るため、ハンマHMと弦STRは微少時間内接触したま
ま運動する。この間に弦STRからの前駆波がハンマH
Mに及ぼす力を忠実にシミュレートすることができれ
ば、ハンマHMの弦STRとの相互作用が正確に記述さ
れ、リアルなピアノ音が実現される。
[Another Configuration Example of the Tone Synthesizing Unit] The filters 33 and 37 of the tone synthesizing unit shown in FIG. 6 are constituted by an FIR (finite impulse response) filter, an IIR (infinite impulse response) filter, an all-pass filter, and the like. Is possible. However, when low-order filters are used as these filters, the degree of freedom in the time direction decreases. Therefore, in this case, the frequency at which the vibration propagates back and forth through the string STR is adjusted by the delay time of the delay circuits 31 and 35. For this reason, the state of the vibration of the string STR can be approximated to some extent on the frequency axis, but the phase characteristic of the vibration of the string STR can hardly be approximated. On the other hand, a real piano string S
The TR has elasticity, and has a dispersive property that the higher the frequency of the vibration, the faster the propagation. FIG. 10 shows an example of a string impulse response. As shown in the figure, in an actual piano, a high-frequency precursor wave appears during a period τ 0 from when a string is struck to when a main pulse appears on the string. For this reason, the vibration of the strings is incongruent, and this incongruity is one factor for generating a piano-like sound. Focusing on the interaction between the hammer HM and the string STR, the waves reflected at the fixed ends T1 and T2 and field-backed to the stringing point P while the hammer HM is in contact with the string STR are reflected on the hammer HM. It is necessary to accurately reproduce the applied force. Since the hammer HM has viscosity and elasticity, the hammer HM and the string STR move while being in contact for a very short time. During this time, the hammer H
If the force exerted on M can be faithfully simulated, the interaction of the hammer HM with the string STR is accurately described, and a realistic piano sound is realized.

【0025】以下、上記のことを考慮し、実際のピアノ
音に忠実な楽音を合成することを可能にした楽音合成部
の各種モデルを述べる。まず、高次のFIRフィルタに
よって正確に弦STRの位相特性を含めたインパルス応
答を近似したモデル〈1〉を説明する。次いでオールパ
スフィルタにより弦の位相特性を近似したモデル〈2〉
を説明する。さらに、モデル<1>においてはFIRフ
ィルタの係数を求める際に生じる誤差によってディケィ
が短くなるといった不都合が生じるが、この不都合をモ
デル<1>および<2>を組み合わせることによって改
善したモデル〈3〉を述べる。加えて、楽音合成部の改
良例として、ひなり音の合成を可能にした本願発明によ
るモデル<4>、複数弦による発音をシミュレートした
モデル<5>、および連続発音に対応したモデル<6>
を順次説明する。さらに、ハンマによる打弦のみならず
ダンパによるミュートをも考慮したモデル<7>につい
て説明する。
In the following, in consideration of the above, various models of a musical sound synthesizer capable of synthesizing a musical sound faithful to an actual piano sound will be described. First, a model <1> in which the impulse response including the phase characteristic of the string STR is accurately approximated by a high-order FIR filter will be described. Next, a model <2> in which the phase characteristics of the strings are approximated by an all-pass filter
Will be described. Further, in the model <1>, there is an inconvenience that the decay is shortened due to an error generated when obtaining the coefficients of the FIR filter. The inconvenience is improved by combining the models <1> and <2> with the model <3>. State. In addition, as an improved example of the musical sound synthesizing unit, a model <4> according to the present invention that enables synthesis of a hinari sound, a model <5> that simulates pronunciation by plural strings, and a model <6 corresponding to continuous pronunciation. >
Will be described sequentially. Further, a model <7> that takes into account not only the hammering of the strings but also the muting of the dampers will be described.

【0026】モデル<1>:高次のFIRフィルタを用
いた楽音合成部 本モデル<1>による楽音合成部の構成例のブロック図
を図11に示す。この楽音合成部は、図6におけるフィ
ルタ33および37として高次のFIRフィルタを用い
たものである。これらのFIRフィルタは、下記数1に
よって示されるピアノ弦の伝達関数を実現するものであ
る。
Model <1>: Musical Sound Synthesizing Unit Using Higher Order FIR Filter FIG. 11 is a block diagram showing a configuration example of a musical sound synthesizing unit according to this model <1>. This tone synthesizer uses a high-order FIR filter as the filters 33 and 37 in FIG. These FIR filters realize a transfer function of a piano string represented by the following equation (1).

【数1】 ここで、τ0は打弦が行われてからメインパルスが弦S
TRに現れるまでの遅延時間、γは弦STRの振動の非
調和性に関与する係数、aは弦STRに作用する空気摩
擦に応じた係数、bは弦STRの振動が空気中に放射す
る時の放射特性に応じた係数である。なお、上記伝達関
数については、The University of ElectroCommunicati
ons “Piano Tone Synthesis Using Digital Filters B
y computer Simulation"(中村 著)および日本音響学
会講演論文集「相互作用を持つ複数ピアノ弦の振動に対
するディジタルフィルタ法の適用」(中村 著)におい
てその説明がなされている。上記数1の伝達関数を逆フ
ーリエ変換することによりピアノ弦のインパルスレスポ
ンスが求められる。このインパルスレスポンスをサンプ
リングすることにより、各FIRフィルタの各乗算係数
a0〜anおよびb0〜bnを得る。弦の伝達関数はお
もに音程、非調和度によって決定され、これによりFI
Rフィルタの段数および係数が決定される。励振回路5
0からの信号F(ハンマHMが弦STRに衝突する際の
力に対応)は、立ち上がりが鋭いため、高い周波数成分
を持つ。図11の構成によれば、この高周波成分を多く
含んだ信号が高次のFIRフィルタ33および37を通
過するので、ループ回路30を循環する信号波形にはか
なりの前駆波が現れ、これがループ回路30から取り出
されて励振回路50に帰還される。この結果、楽音合成
部から取り出される楽音信号波形は、実際のピアノ音に
極めて近いものになる。
(Equation 1) Here, τ 0 indicates that the main pulse has changed to the string S after the string was struck.
Delay time before appearing in TR, γ is a coefficient related to the anharmonicity of the vibration of the string STR, a is a coefficient corresponding to the air friction acting on the string STR, b is the time when the vibration of the string STR radiates into the air Is a coefficient corresponding to the radiation characteristic of The transfer function is described in The University of ElectroCommunicati
ons “Piano Tone Synthesis Using Digital Filters B
This is explained in "Y Computer Simulation" (by Nakamura) and in the Proceedings of the Acoustical Society of Japan, "Application of Digital Filter Method to Vibration of Interacting Piano Strings" (by Nakamura). The impulse response of the piano string is obtained by performing an inverse Fourier transform on the transfer function of Equation (1). By sampling this impulse response, multiplication coefficients a0 to an and b0 to bn of each FIR filter are obtained. The transfer function of the string is mainly determined by the pitch and the degree of inharmonicity, and thus the FI
The number of stages and coefficients of the R filter are determined. Excitation circuit 5
The signal F from 0 (corresponding to the force when the hammer HM collides with the string STR) has a sharp rise and therefore has a high frequency component. According to the configuration of FIG. 11, since a signal containing a large amount of the high-frequency component passes through the high-order FIR filters 33 and 37, a considerable precursor wave appears in the signal waveform circulating through the loop circuit 30, and this is the loop circuit. It is taken out from 30 and fed back to the excitation circuit 50. As a result, the tone signal waveform extracted from the tone synthesizer becomes very close to the actual piano sound.

【0027】なお、図11の構成の楽音合成部の処理を
ソフトウェアによって実現する場合、ループ回路30の
総遅延時間をすべてFIRフィルタ演算によって実現す
るとかなりの演算量が必要となる。そこで、演算量軽減
のため、インパルスレスポンスがかなり減衰した場合に
は、複数段の遅延演算でFIRフィルタ演算を代用して
もよい。また、遅延、低次のフィルタなどを組み合わ
せ、音色の自由度を向上させることもできる。低次のフ
ィルタとしては、FIRローパスフィルタ、FIRハイ
パスフィルタ、IIRローパスフィルタ、オールパスフ
ィルタ等を用いることができる。
When the processing of the tone synthesizer having the configuration shown in FIG. 11 is realized by software, if the entire delay time of the loop circuit 30 is realized by FIR filter operation, a considerable amount of operation is required. Therefore, if the impulse response is considerably attenuated in order to reduce the amount of calculation, the FIR filter calculation may be substituted by a plurality of stages of delay calculation. Further, it is possible to improve the degree of freedom of the timbre by combining delay, low-order filters, and the like. As a low-order filter, an FIR low-pass filter, an FIR high-pass filter, an IIR low-pass filter, an all-pass filter, or the like can be used.

【0028】モデル<2>:オールパスフィルタを用い
た楽音合成部 本モデル<2>について説明する前に、一般的な1次の
オールパスフィルタについて説明する。図13および1
4に1次のオールパスフィルタの構成例を示す。ここ
で、オールパスフィルタとは、入力信号周波数によらず
ゲインが常に正確に1であり、位相遅延のみが周波数に
依存するフィルタである。オールパスフィルタの位相遅
延量はフィルタ内の乗算器の乗算係数Cによって決定さ
れる。1次のオールパスフィルタの伝達関数の例を数1
に示す。また、数1の伝達関数に基づく位相特性式を数
3に示す。さらに、数3の位相特性式において係数Cを
[−1<C<1]の間で変化させたときの遅延量(位相
遅延)の周波数特性を図15に示す。
Model <2>: Musical Sound Synthesizing Unit Using All-Pass Filter Before describing the model <2>, a general first-order all-pass filter will be described. Figures 13 and 1
4 shows a configuration example of a primary all-pass filter. Here, the all-pass filter is a filter in which the gain is always exactly 1 regardless of the input signal frequency, and only the phase delay depends on the frequency. The amount of phase delay of the all-pass filter is determined by the multiplication coefficient C of the multiplier in the filter. An example of the transfer function of a first-order all-pass filter is given by Equation 1.
Shown in Equation 3 shows a phase characteristic equation based on the transfer function of Equation 1. Further, FIG. 15 shows the frequency characteristic of the delay amount (phase delay) when the coefficient C is changed between [−1 <C <1] in the phase characteristic equation of Expression 3.

【数2】 (Equation 2)

【数3】 上記において、Tは1サンプル遅延回路の遅延時間であ
る。図15に示す通り、Cが−1に近づくにつれて低い
周波数での遅延量が急激に増加する。しかし、高い周波
数の遅延量は殆ど1サンプル周期しかない。
(Equation 3) In the above, T is the delay time of the one-sample delay circuit. As shown in FIG. 15, as C approaches -1, the amount of delay at low frequencies increases sharply. However, the delay amount of the high frequency is almost only one sample period.

【0029】さて、図16は実際のピアノ弦の位相特性
をプロットしたものである。この図に示すように、ピア
ノ弦においては、周波数の高い振動ほど遅延量が少な
く、弦を速く伝搬する。従って、楽音の基本ピッチに対
応した遅延量(サンプル数)相当の位相遅延を実現し得
るように、オールパスフィルタを多段接続してループ回
路30を構成すると、ピアノ弦の位相特性をシミュレー
トすることができる。しかし、基本ピッチに対応した遅
延量は目的とする音高の楽音波形の周期をサンプリング
周期で割ったものであるから、通常、数百サンプル分の
遅延となるが、1次のオールパスフィルタ1つの遅延量
はたかだか数サンプルである。そこで、数百キロヘルツ
以下の周波数成分に対しては、数十段程度のオールパス
フィルタによって位相遅延を与え、残りの周波数成分の
信号に対しては遅延回路によって位相遅延を与えるとい
う手法が考えられる。
FIG. 16 is a plot of the phase characteristics of an actual piano string. As shown in this figure, in a piano string, the higher the frequency, the smaller the delay amount and the faster the string propagates. Therefore, if the loop circuit 30 is configured by connecting all-pass filters in multiple stages so that a phase delay corresponding to the delay amount (the number of samples) corresponding to the basic pitch of the musical tone can be realized, the phase characteristics of the piano strings can be simulated. Can be. However, since the delay amount corresponding to the basic pitch is obtained by dividing the period of the musical tone waveform of the target pitch by the sampling period, the delay amount is usually several hundreds of samples. The amount of delay is at most a few samples. Therefore, a method of giving a phase delay to frequency components of several hundred kilohertz or less by an all-pass filter of about several tens of stages and giving a phase delay to a signal of the remaining frequency components by a delay circuit is considered.

【0030】また、1次のオールパスフィルタの代わり
に高次のオールパスフィルタを用いる手法もある。図1
7は2次のオールパスフィルタの構成例、図18は多次
のオールパスフィルタの一般形である。また、図19は
Lattice形構成によるオールパスフィルタであり、図2
0はそのm番目の要素の構成を示すものである。なお、
1次、2次のオールパスフィルタの他の構成例は、「デ
ィジタル信号処理の基礎(辻井重雄監修:電子情報通信
学会)」等に記載されている。多次のオールパスフィル
タは、遅延量のピーク周波数、およびその急峻さを設定
することができるため、1次のものと組み合わせること
によってかなり正確なピアノの打弦動作のシミュレーシ
ョンを行うことができる。
There is also a method using a higher-order all-pass filter instead of the first-order all-pass filter. FIG.
7 is a configuration example of a second-order all-pass filter, and FIG. 18 is a general form of a multi-order all-pass filter. Also, FIG.
This is an all-pass filter with a Lattice-type configuration.
0 indicates the configuration of the m-th element. In addition,
Another configuration example of the first-order and second-order all-pass filters is described in "Basics of Digital Signal Processing (supervised by Shigeo Tsujii: The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers)" and the like. Since the multi-order all-pass filter can set the peak frequency of the delay amount and its steepness, it is possible to perform a fairly accurate simulation of the striking operation of the piano by combining it with the first-order one.

【0031】以下、本モデル<2>による楽音合成部の
構成例を説明する。本モデル<2>は上述した図11の
構成において、高次のFIRフィルタ33および37
を、多段のオールパスフィルタと遅延回路とを縦続接続
したものに置き換えることによって構成される。励振回
路50からの信号F(ハンマHMから弦STRに与えら
れる力に相当)は、立ち上がりが鋭く高い周波数成分を
有する。この信号Fがオールパスフィルタを通過するこ
とによって各周波数成分の各位相遅延に差が生じ、高い
周波数成分ほど時間的に早くループ回路30内を循環す
る。このため、ループ回路30を一巡して取り出される
楽音波形において、メインパルスよりも先にかなりの前
駆波が現れる。これによってループ回路30を循環する
信号波形に細かいしわ(高周波成分)が生じ、これが励
振回路50に帰還される。この結果、ハンマHMに対
し、弦STRから特定の高い周波数成分による力が帰還
される動作がシミュレートされる。このような動作が行
われる結果、実際のピアノ音により忠実な楽音が合成さ
れる。
Hereinafter, an example of the configuration of a tone synthesis unit based on the present model <2> will be described. This model <2> has the same structure as that of FIG.
Is replaced by a cascade connection of a multi-stage all-pass filter and a delay circuit. The signal F from the excitation circuit 50 (corresponding to the force applied to the string STR from the hammer HM) has a sharp rising and high frequency component. When the signal F passes through the all-pass filter, a difference is generated in each phase delay of each frequency component, and the higher the frequency component, the faster it circulates in the loop circuit 30 in time. For this reason, in the musical tone waveform extracted in a loop of the loop circuit 30, a considerable precursor wave appears before the main pulse. This causes fine wrinkles (high-frequency components) in the signal waveform circulating in the loop circuit 30, which are fed back to the excitation circuit 50. As a result, an operation in which a force due to a specific high frequency component is fed back from the string STR to the hammer HM is simulated. As a result of such an operation, a faithful musical tone is synthesized with the actual piano sound.

【0032】モデル〈3〉:ディケイを改善した楽音合
成部 上記モデル<1>のように弦STRの伝達特性をFIR
フィルタによって実現する場合、これらのフィルタは全
域通過性(オールパス)であることが好ましい。また、
楽音合成部における弦STRの振動の減衰に対応した動
作は、駒に対応した位相反転回路34および38の乗算
係数を−1よりわずかに大きい値にすることによって実
現されることが理想的である。しかし、弦STRのイン
パルスレスポンスから求められたFIRフィルタの各乗
算係数は誤差を含んでいるので、全域通過性を実現する
のは困難であり、周波数によって振幅応答に誤差が生じ
る。この場合、高音域に対応した上記モデル<1>はF
IRフィルタの次数が低いので、図22に示すように振
幅応答の誤差が大きくなり、かつ、大きな周期で変動す
る。逆に低音域に対応した上記モデル<1>のFIRフ
ィルタは、次数が高くなるので、図21に示すように振
幅応答の誤差の周期は小さくなる。しかし、弦を打弦位
置を境に二分割し、各々の分割された部分の動作をシミ
ュレーションするモデル<1>(図11の構成)におい
ては、1本の弦のインパルスレスポンスを2個のFIR
フィルタによって実現することとなる。このため、1個
のFIRフィルタの次数は低くなり、結局、振幅応答で
の誤差は大きくなる。従って、振幅応答が大きく1を割
った周波数ではディケイが短くなり、倍音のエンヴェロ
ープも実際のピアノ音とは違ったものとなってしまう。
Model <3>: tone synthesizer with improved decay As shown in model <1> above, the transfer characteristic of string
When implemented with filters, these filters are preferably all-pass (all-pass). Also,
Ideally, the operation corresponding to the attenuation of the vibration of the string STR in the tone synthesizer is realized by setting the multiplication coefficient of the phase inversion circuits 34 and 38 corresponding to the pieces to a value slightly larger than -1. . However, since each multiplication coefficient of the FIR filter obtained from the impulse response of the string STR includes an error, it is difficult to realize all-pass characteristics, and an error occurs in the amplitude response depending on the frequency. In this case, the model <1> corresponding to the treble range is F
Since the order of the IR filter is low, the error of the amplitude response increases as shown in FIG. 22 and fluctuates in a large cycle. Conversely, the order of the FIR filter of the model <1> corresponding to the bass range becomes higher, so that the period of the error of the amplitude response becomes smaller as shown in FIG. However, in the model <1> (the configuration of FIG. 11) that divides the string into two parts at the striking position and simulates the operation of each divided part, the impulse response of one string is divided into two FIRs.
It is realized by a filter. For this reason, the order of one FIR filter becomes low, and eventually, the error in the amplitude response becomes large. Therefore, the decay becomes short at a frequency where the amplitude response is large and less than 1, and the envelope of the overtone is different from the actual piano sound.

【0033】以下、この問題を解決するための手段につ
いて述べる。上記モデル<1>において弦STRを2分
割してシミュレーションを行う理由は、ハンマHMと弦
STRとが衝突している期間における相互作用を正確に
シミュレーションするためである。従って、弦STRか
らハンマHMが離れ、両者間の相互作用が終わってしま
えば2分割してシミュレーションを行う必要はなく、弦
1本分の挙動を1個のフィルタによってシミュレーショ
ンすることができる。この考え方に基づき、以下説明す
るように上記モデル<1>の構成を変形し、弦STRと
ハンマHMとの相互作用をシミュレーションする部分
と、弦STRにおける振動の伝播をシミュレーションす
る部分との分離を行う。
Hereinafter, means for solving this problem will be described. The reason why the simulation is performed by dividing the string STR into two in the model <1> is to accurately simulate the interaction during the period in which the hammer HM and the string STR collide. Therefore, if the hammer HM separates from the string STR and the interaction between the two ends, there is no need to divide the simulation into two, and the behavior of one string can be simulated by one filter. Based on this concept, the structure of the model <1> is modified as described below to separate a part that simulates the interaction between the string STR and the hammer HM from a part that simulates the propagation of vibration in the string STR. Do.

【0034】図23は上記モデル<1>(図11)と全
く等価な構成を示すブロック図である。図23と図11
とでは、弦STRの長さL1相当の部分に対応したFI
Rフィルタ37と位相反転回路38との位置関係、およ
び長さL2相当の部分に対応したFIRフィルタ33と
位相反転回路38との位置関係が逆になっているが、両
者においては全く同じ動作が行われる。まず、図23に
示す構成において、加算器32を3入力の加算器32a
に置き換えると共に加算器36を省略する。そして、F
IRフィルタ37および位相反転回路38と全く同様な
構成のFIRフィルタ37aおよび位相反転回路38a
からなる直列回路を追加し、FIRフィルタ37aに乗
算器43の出力を入力する。そして、乗算器43の出
力、FIRフィルタ37の出力および位相反展開路38
aの出力を加算器32aによって加算して位相反転回路
34に供給するようにする。この変更により、図24に
示す構成が得られる。図23および図24のいずれの構
成においても、乗算器43の出力信号と、この出力信号
が長さL1相当のFIRフィルタおよび位相反転回路を
通過することによって得られる信号とを加算したもの
が、位相反転回路34に入力される。従って、図24の
構成においては、図23の構成において得られた動作と
全く等価な動作が得られる。次に図24の構成におい
て、FIRフィルタ33の出力の加算器41に対する供
給をなくすと共に、位相反転回路34およびFIRフィ
ルタ33と全く同様な構成の位相反転回路34aおよび
FIRフィルタ33aからなる直列回路を加算器32a
の出力端に接続し、FIRフィルタ33aの出力を加算
器41に供給するように変更する。この変更により、図
25に示す構成が得られる。図24および図25のいず
れの構成においても、FIRフィルタ37の出力信号
と、加算器32aの出力信号が位相反転回路および長さ
L2相当のFIRフィルタを通過することによって得ら
れる信号とを加算した信号が乗算器42を介して励振回
路50に帰還される。従って、図25の構成によれば、
図24および23の各構成における動作と全く等価な動
作が得られる。このようにして、弦STRとハンマHM
との相互作用に係る要素をすべてループの外に集めるこ
とができ、最終的にループ内には、1本の弦STRに対
応した高次のFIRフィルタを設けることができる。こ
の結果、上記振幅応答の誤差の軽減を図ることができ
る。
FIG. 23 is a block diagram showing a configuration completely equivalent to the model <1> (FIG. 11). FIG. 23 and FIG.
In the FI corresponding to the part corresponding to the length L1 of the string STR
Although the positional relationship between the R filter 37 and the phase inverting circuit 38 and the positional relationship between the FIR filter 33 and the phase inverting circuit 38 corresponding to the portion corresponding to the length L2 are reversed, the same operation is performed in both. Done. First, in the configuration shown in FIG. 23, the adder 32 is a three-input adder 32a.
And the adder 36 is omitted. And F
FIR filter 37a and phase inverting circuit 38a having exactly the same configuration as IR filter 37 and phase inverting circuit 38
Is added, and the output of the multiplier 43 is input to the FIR filter 37a. The output of the multiplier 43, the output of the FIR filter 37, and the phase
The output of a is added by the adder 32a and supplied to the phase inversion circuit 34. With this change, the configuration shown in FIG. 24 is obtained. 23 and 24, the sum of the output signal of multiplier 43 and the signal obtained by passing this output signal through a FIR filter and a phase inversion circuit corresponding to length L1 is given by The signal is input to the phase inversion circuit 34. Therefore, in the configuration of FIG. 24, an operation completely equivalent to the operation obtained in the configuration of FIG. 23 is obtained. Next, in the configuration of FIG. 24, the supply of the output of the FIR filter 33 to the adder 41 is eliminated, and a series circuit including the phase inversion circuit 34a and the FIR filter 33a having the same configuration as the phase inversion circuit 34 and the FIR filter 33 is provided. Adder 32a
, So that the output of the FIR filter 33a is supplied to the adder 41. With this change, the configuration shown in FIG. 25 is obtained. 24 and 25, the output signal of FIR filter 37 and the signal obtained by the output signal of adder 32a passing through the phase inversion circuit and the FIR filter corresponding to length L2 are added. The signal is fed back to the excitation circuit 50 via the multiplier 42. Therefore, according to the configuration of FIG.
An operation completely equivalent to the operation in each configuration of FIGS. 24 and 23 is obtained. Thus, the string STR and the hammer HM
All the elements related to the interaction with the STR can be collected outside the loop, and finally, a high-order FIR filter corresponding to one string STR can be provided in the loop. As a result, it is possible to reduce the error of the amplitude response.

【0035】そして、図25の構成におけるFIRフィ
ルタ33および37と位相反転回路34および38を多
段のオールパスフィルタ300−1〜300−nに置き
換えることにより、図26にその構成を示すモデル<3
>が得られる。このモデル<3>によれば、ハンマHM
と弦STRとの相互作用は高次のFIRフィルタ37a
および33aによってシミュレートされ、弦STRの挙
動はループ内のオールパスフィルタ300−1〜300
−nによってシミュレートされる。このように振幅特性
が重要であるループ回路内にはオールパスフィルタを介
挿し、位相応答が重要なハンマHMと弦STRとの相互
作用に係る部分にはFIRフィルタを介挿したので、弦
STRの振動波形を正確に再現すること、およびハンマ
HMと弦STRとの相互作用を正確に再現することを両
立させることができる。
By replacing the FIR filters 33 and 37 and the phase inverting circuits 34 and 38 in the configuration of FIG. 25 with multi-stage all-pass filters 300-1 to 300-n, the model <3 shown in FIG.
> Is obtained. According to this model <3>, the hammer HM
Interaction between the string STR and the high-order FIR filter 37a
And the behavior of the string STR is simulated by the all-pass filters 300-1 to 300-300 in the loop.
Simulated by -n. In this way, an all-pass filter is inserted in the loop circuit in which the amplitude characteristic is important, and an FIR filter is inserted in a portion relating to the interaction between the hammer HM and the string STR in which the phase response is important. It is possible to achieve both accurate reproduction of the vibration waveform and accurate reproduction of the interaction between the hammer HM and the string STR.

【0036】モデル〈4〉:ひなり音合成を可能にした
楽音合成部(本願発明が最も特徴とする構成) 弦STRを伝播する振動には、弦に対して垂直な方向の
振幅を有する横振動と、弦の水平方向(軸方向)の振幅
を有する縦振動とがある。ここで、縦振動は、ハンマH
Mが弦STRに衝突した際に弦STRが縦方向に伸びる
ことに起因して生じる粗密波であり、横振動に比べて十
数倍の速さで伝搬する。実際、ピアノを強く弾いてみる
と、基音の十数倍あたりの高さの特徴的な音を聴くこと
ができるが、これが弦の縦振動によるひなり音と呼ばれ
ているものである。ひなり音は弱いタッチの時には殆ど
聞こえないが、強いタッチになると急激に大きくなる
(ひなり音の強さはタッチの二乗、もしくは横方向振幅
の二乗の大きさとなる)。これまでに説明した各モデル
はいずれも横振動のみをシミュレートしたものである
が、本モデル<4>は横振動に加えて縦振動をもシミュ
レートし、ひなり音を含んだ、より実際のピアノ音に近
い楽音を合成するものである。ただし、厳密にひなり音
を合成することは演算量の膨大化を招き現実的でないた
め、本モデル<4>においては、図27に示すように、
実際の弦STRに対応したループ回路30とは別に、ひ
なり音合成のためのループ回路30Hを図6の構成に対
して追加する。このひなり音合成のためのループ回路3
0Hは、遅延回路31H、加算器32H、フィルタ33
H、加算器39H、位相反転回路34H、遅延回路35
H、加算器36Hおよび位相反転回路38Hがループ状
に接続されてなるものであり、遅延回路31Hおよび3
5Hは遅延回路31および35に比べて遅延段数が少な
く、フィルタ33Hは低次のフィルタである。乗算器4
3の出力信号F/2(ハンマHMによって弦STRに及
ぼされる力に対応)は、ループ回路30に注入される一
方、乗算器81によって二乗され、その結果に対し、乗
算器82によって入力ゲインg1が乗算され、加算器3
2Hおよび36Hからループ回路30Hに注入される。
また、ブリッジT2に対応した位相反転回路34の入力
端の信号が、弦STRの横振動に対応した信号が採り出
され、この信号が乗算器83によって二乗され、その結
果に対し、乗算器84によってゲインg2が乗算され、
加算器39Hからループ回路30Hに注入される。そし
て、ループ回路30を伝播する横振動に対応した信号
と、ループ回路30Hを伝播する縦振動(ひなり音)に
対応した信号が各々取り出され、加算器85によって加
算され、楽音信号として出力される。なお、弦STRを
複数弦に拡張した場合、ひなり音合成用のループ回路も
それぞれの弦に対応し用意した方がよいであろう。
Model <4>: Tone synthesizer capable of synthesizing a beat sound (a configuration which is the most characteristic of the present invention) A vibration propagating through a string STR has a lateral amplitude having an amplitude in a direction perpendicular to the string. There are vibrations and longitudinal vibrations having a horizontal (axial) amplitude of the strings. Here, the longitudinal vibration is the hammer H
This is a compression wave generated by the string STR extending in the vertical direction when M collides with the string STR, and propagates at a speed several tens of times faster than the transverse vibration. In fact, when you play the piano strongly, you can hear a characteristic sound whose pitch is about ten times as high as the fundamental tone. This is called a string sound caused by longitudinal vibration of the strings. The bending sound is hardly heard at the time of a weak touch, but rapidly increases at the time of a strong touch (the strength of the bending sound is the square of the touch or the square of the lateral amplitude). Each of the models described so far simulates only lateral vibration, but this model <4> simulates longitudinal vibration in addition to lateral vibration, and contains more actual This synthesizes musical tones that are close to the piano sound. However, since it is not realistic to rigorously synthesize the tongue sound, the amount of calculation is enormous, and in this model <4>, as shown in FIG.
In addition to the loop circuit 30 corresponding to the actual string STR, a loop circuit 30H for synthesizing a beat sound is added to the configuration of FIG. A loop circuit 3 for synthesizing this sound
0H is a delay circuit 31H, an adder 32H, a filter 33
H, adder 39H, phase inversion circuit 34H, delay circuit 35
H, an adder 36H and a phase inverting circuit 38H are connected in a loop, and the delay circuits 31H and 3H
5H has a smaller number of delay stages than the delay circuits 31 and 35, and the filter 33H is a low-order filter. Multiplier 4
3 (corresponding to the force exerted on the string STR by the hammer HM) is injected into the loop circuit 30 while being squared by the multiplier 81, and the result is input by the multiplier 82 to the input gain g. 1 is multiplied and the adder 3
Injected into loop circuit 30H from 2H and 36H.
Further, a signal corresponding to the horizontal vibration of the string STR is picked up as a signal at the input terminal of the phase inversion circuit 34 corresponding to the bridge T2, and this signal is squared by the multiplier 83. Is multiplied by the gain g 2 ,
The signal is injected from the adder 39H into the loop circuit 30H. Then, a signal corresponding to the horizontal vibration propagating through the loop circuit 30 and a signal corresponding to the longitudinal vibration (finish sound) propagating through the loop circuit 30H are respectively extracted, added by the adder 85, and output as a musical tone signal. You. When the string STR is extended to a plurality of strings, it is better to prepare a loop circuit for string sound synthesis corresponding to each string.

【0037】モデル〈5〉:複数弦による発音をシミュ
レートした楽音合成部 実際のピアノは1つの音高に対応し、複数の弦を有して
おり、これらの各弦の特性は微妙にずれているのが普通
である。従って、楽音合成部においても、これら各弦を
シミュレートした回路を各々用意し、各回路のパラメー
タを微妙にずらすことが好ましい。このようにすること
で、楽音にコーラス感、うねりが生じ、実際のピアノ音
らしさが増す。また、各弦をシミュレートした回路間で
信号の授受を行うように構成することで、複数弦間の共
鳴を実現することができる。図28に複数弦による発音
をシミュレートした本モデル<5>による楽音合成部の
構成例を示す。この図において、91および92は2本
の弦の各々をシミュレートしたウェーブガイド(双方向
伝送回路)、93はピアノのフレームもしくは響板等の
共鳴系をシミュレートしたウェーブガイドである。ここ
で、ウェーブガイド91および92は伝達特性が微妙に
ずれている。なお、ウェーブガイドについては特開昭6
3−40199号公報において説明されている。図28
において、各ウェーブガイド91〜93の出力は、各々
乗算器94〜96によって係数α1〜α3が乗算され、各
乗算結果は加算器97によって加算される。ここで、各
係数α1、α2、α3には次の関係がある。
Model <5>: Musical tone synthesizer simulating sound generation with multiple strings An actual piano corresponds to one pitch and has a plurality of strings, and the characteristics of each of these strings are slightly shifted. It is common to have. Therefore, it is preferable that the tone synthesis section also prepares circuits simulating these strings, and slightly shifts the parameters of the circuits. By doing so, the musical sound has a chorus feeling and swell, and the likeness of the actual piano sound increases. Also, by configuring so that signals are transmitted and received between circuits simulating each string, resonance between a plurality of strings can be realized. FIG. 28 shows an example of the configuration of a tone synthesis unit based on the present model <5> that simulates sound generation by a plurality of strings. In this figure, 91 and 92 are waveguides (bidirectional transmission circuits) simulating each of two strings, and 93 is a waveguide simulating a resonance system such as a piano frame or a soundboard. Here, the transmission characteristics of the waveguides 91 and 92 are slightly shifted. The wave guide is disclosed in
This is described in JP-A-3-40199. FIG.
, The outputs of the waveguides 91 to 93 are multiplied by coefficients α 1 to α 3 by multipliers 94 to 96, respectively, and the multiplication results are added by an adder 97. Here, each of the coefficients α 1 , α 2 and α 3 has the following relationship.

【数4】 (Equation 4)

【0038】そして、加算器202により、加算器97
の出力信号と、ウェーブガイド91の出力信号を位相反
転回路201によって反転した信号とが加算され、その
加算結果がウェーブガイド91に帰還される。また、加
算器204により、加算器97の出力信号と、ウェーブ
ガイド92の出力信号を位相反転回路203によって反
転した信号とが加算され、その加算結果がウェーブガイ
ド92に帰還される。さらに加算器206により、加算
器97の出力信号と、ウェーブガイド93の出力信号を
位相反転回路205によって反転した信号とが加算さ
れ、その加算結果がウェーブガイド93に帰還される。
このような構成によれば、各ウェーブガイド間の信号の
授受が行われ、2本の弦および響板等における共鳴がシ
ミュレートされる。以上、2本弦の場合の例を説明した
が、3本弦、4本弦の場合に本モデルを適用することが
可能であることは言うまでもない。また、本モデルを拡
張し、88鍵分の弦の間の相互作用をシミュレーション
してもよい。
The adder 202 causes the adder 97
Is added to a signal obtained by inverting the output signal of the waveguide 91 by the phase inversion circuit 201, and the addition result is fed back to the waveguide 91. Further, the adder 204 adds the output signal of the adder 97 and the signal obtained by inverting the output signal of the waveguide 92 by the phase inversion circuit 203, and the addition result is fed back to the waveguide 92. Further, the output signal of the adder 97 and the signal obtained by inverting the output signal of the waveguide 93 by the phase inversion circuit 205 are added by the adder 206, and the addition result is fed back to the waveguide 93.
According to such a configuration, transmission and reception of signals between the respective waveguides are performed, and resonance in two strings, a soundboard, and the like is simulated. The example of the case of two strings has been described above, but it goes without saying that the present model can be applied to the case of three strings and four strings. Further, the present model may be extended to simulate the interaction between strings for 88 keys.

【0039】モデル〈6〉:連続発音に対応した楽音合
成部 本モデル<6>は、連続的に押鍵操作がなされる場合に
対応し、発音制御を行う手段を、図6の構成に付加する
ことによって実現される。すなわち、本モデル<6>に
おいては、 a.ハンマHMの先端部が弦STRから離れ、静止状態
における位置まで戻った時、 b.離鍵の検出が行われた時、 c.ハンマHMの先端部が上記静止状態における位置に
なる戻る前に、次の押鍵操作がなされた時、 の各時点において、ハンマHMの変位を演算する積分器
57、ハンマHMの速度を演算する積分器56がリセッ
トされる。また、上記a〜cの各時点において、図1に
おける積分器13もリセットされることにより、ハンマ
速度信号HVがリセットされ、次の押鍵操作を待機する
状態となる。弦STRの変位を演算する積分器54は上
記a〜cの各場合にリセットしてもよい。しかし、この
リセットを敢えて行わないことにより、弦STRの振動
が充分に減衰しないうちに、次の押鍵操作によってハン
マHMが接触する場合をシミュレーションすることがで
きる。この場合、積分器54には入力信号の誤差やDC
成分が蓄積し出力されてしまう。そこで、積分器54と
して、図29に示すゲイン付きの積分器を用いる。図3
0にゲイン付き積分器の周波数特性S1および通常の積
分器の周波数特性S2を例示する。図30に示すよう
に、ゲイン付き積分器は、通常の積分器に比べ、低周波
領域における利得が低くなる。従って、積分器54とし
て、ゲイン付き積分器を用いることにより、上記誤差あ
るいはDC成分の蓄積を低減することができる。この場
合、ゲインgはピアノの最低音、人が連続打鍵しうる周
期などを考慮して適当に選ぶ。また、上記a〜cの各場
合にではなく、加速度ピックアップ24(図2)の出力
レベルを判断することにより、各積分器の初期化を行っ
てもより。例えば、図31は連続して鍵盤が叩かれたと
きの加速度ピックアップ24の出力信号波形であるが、
この出力信号波形におけるゼロクロス点P0(負→正に
移行するタイミング)を検出した時点で上記リセット動
作を行ってもよい。
Model <6>: Musical Tone Synthesizing Unit Compatible with Continuous Tone This model <6> adds a means for controlling tone generation to the configuration shown in FIG. 6 in response to continuous key press operation. It is realized by doing. That is, in the present model <6>, a. When the tip of the hammer HM separates from the string STR and returns to the position in the stationary state; b. When a key release is detected; c. When the next key depression operation is performed before the tip of the hammer HM returns to the position in the stationary state, at each point of the following, the integrator 57 that calculates the displacement of the hammer HM, and calculates the speed of the hammer HM. The integrator 56 is reset. In addition, at each of the above points a to c, the integrator 13 in FIG. 1 is also reset, so that the hammer speed signal HV is reset, and the apparatus enters a state of waiting for the next key pressing operation. The integrator 54 for calculating the displacement of the string STR may be reset in each of the cases a to c. However, by not intentionally performing this reset, it is possible to simulate a case where the hammer HM comes into contact by the next key depression operation before the vibration of the string STR is sufficiently attenuated. In this case, an error of the input signal or DC
Components are accumulated and output. Therefore, an integrator with a gain shown in FIG. 29 is used as the integrator 54. FIG.
0 illustrates the frequency characteristic S1 of the integrator with gain and the frequency characteristic S2 of the normal integrator. As shown in FIG. 30, the gain-added integrator has a lower gain in a low frequency region than a normal integrator. Therefore, by using an integrator with a gain as the integrator 54, it is possible to reduce the error or the accumulation of the DC component. In this case, the gain g is appropriately selected in consideration of the lowest note of the piano, a period at which a person can continuously press a key, and the like. It is also possible to initialize each integrator by determining the output level of the acceleration pickup 24 (FIG. 2), not in each of the cases a to c. For example, FIG. 31 shows the output signal waveform of the acceleration pickup 24 when the keyboard is continuously struck,
The reset operation may be performed at the time point when the zero cross point P0 (timing of transition from negative to positive) in this output signal waveform is detected.

【0040】モデル<7>:ダンパを考慮した楽音合成
部 実際のピアノにおいて、ハンマによる打弦とダンパによ
るミュートが同時に起こることはない。このため、図6
の構成において、各パラメータ、すなわち、各乗算器の
乗算係数−1/M,S,R等の切り換え等簡単な操作を
行うことにより、同一の構成を用いて、ハンマによる打
弦のシミュレーションとダンパによるミュートのシミュ
レーションを行うことができる。その第1の具体的を図
32に示す。図32に示す構成によれば、電源を投入し
た時、もしくはパラメータを操作し登録した時等に、ハ
ンマおよびダンパに対応した各パラメータが一旦係数レ
ジスタREG1およびREG2に各々格納される。そし
て、押鍵操作がなされてキースイッチ信号KON/KO
FFが立ち上がると、係数レジスタREG1からハンマ
用パラメータが読み出され、励振回路50の各部に設定
され、打弦のシミュレーションが行われる。次いで押下
中の鍵が離鍵されてキースイッチ信号KON/KOFF
が立ち下がると、係数レジスタREG2からダンパ用パ
ラメータが読み出されて励振回路50の各部に設定さ
れ、ダンパによるミュートのシミュレーションが行われ
る。
Model <7>: Musical tone synthesizer considering damper In an actual piano, striking by a hammer and muting by a damper do not occur at the same time. Therefore, FIG.
In the configuration of the above, by performing simple operations such as switching of each parameter, that is, switching of the multiplication coefficient of each multiplier -1 / M, S, R, etc., the simulation of the hammering of the hammer and the damper using the same configuration are performed. Can simulate mute. The first specific example is shown in FIG. According to the configuration shown in FIG. 32, each parameter corresponding to the hammer and the damper is temporarily stored in the coefficient registers REG1 and REG2 when the power is turned on or when the parameters are operated and registered. Then, a key pressing operation is performed and the key switch signal KON / KO is input.
When the FF rises, the hammer parameters are read out from the coefficient register REG1, set in the respective sections of the excitation circuit 50, and a simulation of string striking is performed. Next, the pressed key is released and the key switch signal KON / KOFF
Falls, the parameter for the damper is read out from the coefficient register REG2 and set in each section of the excitation circuit 50, and the mute simulation by the damper is performed.

【0041】ダンパを考慮した第2の具体例を図33に
示す。この第2の具体例は、上記第1の具体例に加え、
ループ回路30内に通過特性を制御することが可能なロ
ーパスフィルタ33Dを介挿したものである。ミュート
を行わない場合のシミュレーションを行う際には、ロー
パスフィルタ33Dは無効とされ、加算器32の出力は
そのままフィルタ33に供給される。一方、ミュートを
行いながらピアノを弾く場合のシミュレーションを行う
際にはローパスフィルタ33Dに所定のフィルタ係数が
与えられ、ダンパによって弦STRに与えられる音響損
失がシミュレーションされる。なお、離鍵操作がなされ
たことは上記のようにキースイッチ信号KON/KOF
Fによって判断する他、加速度ピックアップ24から負
のパルスが発生されるのを検出することによって判断す
ることができる。この場合、ダンパ用のパラメータの設
定が完了した後、加速度ピックアップ24からの負のパ
ルスをそのままダンパの加速度に相当する信号として、
図6における積分器56に入力してもよい。また、負の
パルスを積分したものをハンマ速度信号HVの代わりに
入力してもよい。このようにすることで、リリースタッ
チに応じてミュートが制御され、多彩なリリース感が実
現される。
FIG. 33 shows a second specific example in which a damper is considered. This second example is in addition to the first example,
A low-pass filter 33D capable of controlling a pass characteristic is inserted in the loop circuit 30. When performing a simulation without muting, the low-pass filter 33D is invalidated, and the output of the adder 32 is supplied to the filter 33 as it is. On the other hand, when performing a simulation of playing the piano while muting, a predetermined filter coefficient is given to the low-pass filter 33D, and the acoustic loss given to the string STR by the damper is simulated. It is noted that the key release operation is performed as described above by the key switch signal KON / KOF.
In addition to the determination by F, the determination can be made by detecting that a negative pulse is generated from the acceleration pickup 24. In this case, after the setting of the parameters for the damper is completed, the negative pulse from the acceleration pickup 24 is directly used as a signal corresponding to the acceleration of the damper.
It may be input to the integrator 56 in FIG. Further, an integrated negative pulse may be input instead of the hammer speed signal HV. By doing so, mute is controlled according to the release touch, and various release feelings are realized.

【0042】[メカ雑音の生成に係る構成]ピアノを弾
いた場合、弦の振動による音、および弦の振動が響板あ
るいはフレーム等の共鳴系に伝播することによって発生
される音が聞こえるが、それ以外に、いわゆるメカ雑音
(メカノイズ)が聞こえてくる。このメカ雑音とは鍵が
台座にあたったりアクションがこすれたりすることによ
って発せられるもので、これらは多かれ少なかれピアノ
音を特徴づけている。従って、メカ雑音をシミュレーシ
ョンすることによってリアリティ(特にアタック部)を
向上させることができる。このメカ雑音もいわゆる直接
音とそれが共鳴系を通りフィルタリングされた音、さら
に駒から弦に注入されて放音される音等かなり複雑な経
路をたどって我々の耳に聞こえてくる。
[Configuration Related to Generation of Mechanical Noise] When a piano is played, a sound caused by vibration of a string and a sound generated by the vibration of the string propagated to a resonance system such as a soundboard or a frame are heard. In addition, so-called mechanical noise (mechanical noise) is heard. This mechanical noise is generated by the key hitting the pedestal or rubbing the action, which more or less characterizes the piano sound. Therefore, by simulating the mechanical noise, the reality (particularly, the attack portion) can be improved. This mechanical noise can be heard by our ears following a rather complicated path, such as the so-called direct sound, the sound that is filtered through the resonance system, and the sound that is injected from the piece into the string and emitted.

【0043】このメカ雑音の発生をシミュレートするた
め、鍵に取り付けた加速度ピックアップ24の出力を利
用する。鍵が台座にあたった時に台座に与える加速度に
対応した信号MKは、図34に示す加速度ピックアップ
24の出力波形における負の領域に相当する部分からオ
フセットOFFSETを減じた部分を、上述した図3あ
るいは図9に示す構成によって抽出することにより得ら
れる。このようにして得られた信号MKをA/D変換
し、フレームや響板の特性を近似したフィルタ4(図
1)に通し、楽音合成部15からの出力と加算する。こ
の場合、図35に示すように、各鍵に対応した信号M
K、MK、…を加算した後でA/D変換するのが経済的
に見て現実的である。しかし、より実際のピアノに近い
メカ雑音を発生する必要がある場合には、図36に示す
構成を用いる。この構成においては、各オクターブ単位
で信号MK、MK、…が加算されて出力される。そし
て、各オクターブ毎の信号MK、MK、…の加算結果を
各々A/D変換器3−1〜3−m(mはオクターブ数)
によってA/D変換され、各々特性の異なったフィルタ
4−1〜4−mを通過し、楽音合成部からの楽音信号と
加算される。
In order to simulate the occurrence of the mechanical noise, the output of the acceleration pickup 24 attached to the key is used. The signal MK corresponding to the acceleration applied to the pedestal when the key hits the pedestal is obtained by subtracting the offset OFFSET from the portion corresponding to the negative region in the output waveform of the acceleration pickup 24 shown in FIG. It is obtained by extraction using the configuration shown in FIG. The signal MK obtained in this way is A / D-converted, passed through a filter 4 (FIG. 1) that approximates the characteristics of the frame and soundboard, and added to the output from the tone synthesizer 15. In this case, as shown in FIG. 35, the signal M corresponding to each key
A / D conversion after adding K, MK,... Is economically realistic. However, when it is necessary to generate mechanical noise closer to that of an actual piano, the configuration shown in FIG. 36 is used. In this configuration, signals MK, MK,... Are added and output in octave units. Then, the addition results of the signals MK, MK,... For each octave are respectively converted into A / D converters 3-1 to 3-m (m is the number of octaves).
A / D-converted by the filter, passes through filters 4-1 to 4-m having different characteristics, and is added to a tone signal from a tone synthesizer.

【0044】さて、上記メカ雑音の他、ピアノ本体に衝
撃を与えた時に弦に発生する弦なりがある。これは駒、
もしくはブリッジよりフレームの揺れが弦に注入される
ことにより発生するものである。この弦なりも、メカ雑
音発生のためのフィルタ4の出力を、楽音合成部15に
おける駒、またはブリッジに対応する位置(例えば図6
における位相反転回路34の入力端)に注入することで
再現することができる。なお、上記のように加速度ピッ
クアップ24から得られる信号をフィルタ4に入力する
以外に、ハンマの衝撃に相当する波形をメモリに記憶し
ておき、この波形を読み出してフィルタ4に与えるよう
にしてもよい。その他、加速度ピックアップ24を利用
せず、台座に圧力センサを取り付けその出力を利用して
もよく、また、メカ雑音の波形そのものをメモリに記憶
しておき、出力段において楽音信号と加算してもよい。
In addition to the above mechanical noise, there is a string generated when a string is applied to the piano body. This is a piece,
Alternatively, the vibration of the frame is injected into the strings from the bridge, which is generated. This string also outputs the output of the filter 4 for generating mechanical noise to a position corresponding to a piece or a bridge in the musical tone synthesizer 15 (for example, FIG. 6).
The input can be reproduced by injecting it into the input terminal of the phase inversion circuit 34). In addition to inputting the signal obtained from the acceleration pickup 24 to the filter 4 as described above, a waveform corresponding to the impact of a hammer may be stored in a memory, and this waveform may be read and applied to the filter 4. Good. In addition, the output may be used by attaching a pressure sensor to the pedestal without using the acceleration pickup 24, or storing the waveform of the mechanical noise itself in the memory and adding it to the tone signal at the output stage. Good.

【0045】[共鳴系]一般に聴取されるピアノ音は、
純粋な弦の振動に基づくもののみではなく、弦の振動が
響板、フレーム等によって畳み込まれた結果得られる合
成音を含む。従って、楽音合成部15によって得られた
楽音信号を共鳴系に入力することが考えられる。共鳴系
は、ウェーブガイド、あるいはコムフィルタとオールパ
スフィルタとを組み合わせた構成等によって実現するこ
とができる。ところで、ピアノの共鳴特性は発音する弦
の位置によってかなりの差がある。そこで、各弦に対応
した楽音合成部毎に共鳴系を設けるのが理想的である
が、演算量からみて現実的ではない。従って、88鍵分
の楽音信号を加算し共鳴系の入力とする方法と、1オク
ターブに一つ程度の割合で共鳴系を用意する構成が現実
的である。この場合、各共鳴系の特性はその音域に準じ
たものを用いる。また、弦と響板の結合をシミュレート
するために共鳴系出力を楽音合成部15にフィードバッ
クしてもよい。
[Resonance system] The piano sound generally heard is
Not only those that are based on pure string vibrations, but also include synthetic sounds resulting from string vibrations being convolved with sound boards, frames, and the like. Therefore, it is conceivable that the tone signal obtained by the tone synthesizer 15 is input to the resonance system. The resonance system can be realized by a waveguide or a configuration in which a comb filter and an all-pass filter are combined. By the way, the resonance characteristics of a piano have a considerable difference depending on the position of a string to be sounded. Therefore, it is ideal to provide a resonance system for each tone synthesis unit corresponding to each string, but this is not realistic in view of the amount of calculation. Therefore, it is realistic to add a musical tone signal for 88 keys and use it as an input to the resonance system, and to prepare a resonance system at a rate of about one per octave. In this case, the characteristics of each resonance system are used according to the sound range. Further, the output of the resonance system may be fed back to the musical sound synthesizer 15 in order to simulate the connection between the string and the soundboard.

【0046】[全音発音でない鍵盤電子楽器への応用]
以上説明した鍵盤電子楽器は、基本的に全音発音のモデ
ル(例えば88鍵、88音源)である。しかし、本発明
は、例えば88鍵で16音源、88鍵で32音源等、鍵
の数と音源の数とが異なる鍵盤電子楽器にも適用するこ
とができる。ただし、全音発音のモデルであれば、CP
U1がキーコード、発音数の認識、音源の割り当て等を
する必要がないが、全音発音モデルでないときにはCP
U1がキーアサインを行う必要がある。また、全音発音
モデルでない場合、音高の異なった楽音を同一の音源に
よって発音することとなるが、この場合、音高に応じて
高次FIRフィルタの係数を切り換える必要が生じる。
このことを可能にするため、各キーコードに対応したフ
ィルタ係数を計算した結果を予め係数レジスタに格納し
ておき、キーオンイベントがあった場合にCPU1がキ
ーコードに対応したフィルタ係数を係数レジスタから読
み出し発音を行う音源に供給するように構成する。この
場合、低音弦ほどフィルタの次数が高く、高音弦に対し
数十倍もの差があるので、係数レジスタの容量をキーコ
ード毎によって変えると、メモリ容量を節約することが
できる。
[Application to non-whole sound keyboard electronic musical instrument]
The above-described keyboard electronic musical instrument is basically a model of whole sound generation (for example, 88 keys, 88 sound sources). However, the present invention can also be applied to keyboard electronic musical instruments having different numbers of keys and sound sources, such as 16 sound sources with 88 keys and 32 sound sources with 88 keys. However, if the model is a whole-tone pronunciation, CP
It is not necessary for U1 to recognize the key code, the number of pronunciations, assign sound sources, etc.
U1 needs to make a key assignment. If the model is not a full-tone model, musical tones with different pitches are generated by the same sound source. In this case, it is necessary to switch the coefficient of the high-order FIR filter according to the pitch.
To make this possible, the result of calculating the filter coefficient corresponding to each key code is stored in the coefficient register in advance, and when a key-on event occurs, the CPU 1 stores the filter coefficient corresponding to the key code from the coefficient register. It is configured to supply to a sound source that performs readout sound generation. In this case, the order of the filter is higher for the lower strings, and there is a difference of several tens of times from the higher strings. Therefore, by changing the capacity of the coefficient register for each key code, the memory capacity can be saved.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
少なくとも遅延手段を閉ループ接続した第1および第2
の閉ループ手段と、励振信号を発生する励振信号発生手
段と、請求項1記載の発明では励振信号を第1の閉ルー
プ手段に供給するとともに、励振信号をべき乗し、べき
乗された励振信号を第2の閉ループ手段に供給する供給
手段と、または、請求項2記載の発明では、励振信号を
第1および第2の閉ループ手段に供給する第1の供給手
段ならびに第1の閉ループ手段を循環する信号をべき乗
して第2の閉ループ手段に供給する第2の供給手段と、
第1の閉ループ手段を循環する信号と第2の閉ループ手
段を循環する信号とを合成して楽音信号として出力する
出力手段とを設けたので、簡易な構成で横振動に加えて
縦振動をもシミュレートすることができ、ひなり音を含
んだ、より実際のピアノ音に近い楽音を合成することが
できるという効果が得られる。
As described above, according to the present invention,
First and second at least delay means connected in a closed loop
In the invention according to claim 1, the excitation signal is supplied to the first closed loop means, the excitation signal is raised to a power, and the raised excitation signal is converted to the second excitation signal. And the supply means for supplying the excitation signal to the first and second closed loop means and the signal circulating through the first closed loop means. Second supply means for supplying power to the second closed loop means;
Since the output means for synthesizing the signal circulating in the first closed loop means and the signal circulating in the second closed loop means and outputting it as a musical tone signal is provided, it is possible to use a simple configuration to produce not only horizontal vibration but also vertical vibration. The effect of being able to simulate and synthesizing a musical tone that is closer to an actual piano sound, including a string sound, is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の一実施例による鍵盤電子楽器の基
本構成を説明するブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a basic configuration of a keyboard electronic musical instrument according to an embodiment of the present invention.

【図2】 図1に示す鍵盤電子楽器における鍵KEYj
の構成を説明する図である。
FIG. 2 shows a key KEYj in the keyboard electronic musical instrument shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of FIG.

【図3】 図1に示す鍵盤電子楽器における押鍵検出に
係る部分の構成を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a portion related to key press detection in the keyboard electronic musical instrument shown in FIG.

【図4】 図3における各部の信号波形を示す波形図で
ある。
FIG. 4 is a waveform diagram showing signal waveforms at various parts in FIG.

【図5】 図1に示す鍵盤電子楽器において各種タッチ
による押鍵がなされた場合の各信号波形を示す波形図で
ある。
5 is a waveform chart showing signal waveforms when keys are pressed by various touches in the keyboard electronic musical instrument shown in FIG. 1.

【図6】 図1に示す鍵盤電子楽器における楽音合成部
15の構成例を示すブロック図である。
6 is a block diagram showing a configuration example of a musical sound synthesizer 15 in the keyboard electronic musical instrument shown in FIG.

【図7】 図1に示す楽音合成部15において行われる
非線形変換を説明する図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a non-linear conversion performed in the musical sound synthesizer 15 shown in FIG. 1;

【図8】 同楽音合成部15において行われる非線形変
換を説明する図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a nonlinear conversion performed in the musical sound synthesizing unit 15;

【図9】 図1に示す鍵盤電子楽器において押鍵検出に
係る部分の別の構成例を示すブロック図である。
9 is a block diagram showing another configuration example of a portion related to key press detection in the keyboard electronic musical instrument shown in FIG. 1.

【図10】 ピアノの弦に現れる振動波形を示す波形図
である。
FIG. 10 is a waveform diagram showing a vibration waveform appearing on a string of a piano.

【図11】 楽音合成部15の他の構成例であるモデル
<1>の構成を示すブロック図である。
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a model <1>, which is another configuration example of the tone synthesis unit 15;

【図12】 楽音合成部15がシミュレートするピアノ
の弦STRおよびハンマHMを示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a string STR and a hammer HM of a piano simulated by the musical sound synthesizer 15;

【図13】 1次オールパスフィルタを構成例を示すブ
ロック図である。
FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration example of a first-order all-pass filter.

【図14】 1次オールパスフィルタの構成例を示すブ
ロック図である。
FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration example of a first-order all-pass filter.

【図15】 1次オールパスフィルタの位相特性を例示
する図である。
FIG. 15 is a diagram illustrating a phase characteristic of a first-order all-pass filter.

【図16】 ピアノ弦における位相特性を例示する図で
ある。
FIG. 16 is a diagram illustrating phase characteristics of a piano string.

【図17】 2オールパスフィルタの構成例を示すブロ
ック図である。
FIG. 17 is a block diagram illustrating a configuration example of a two-all-pass filter.

【図18】 多次オールパスフィルタの構成例を示すブ
ロック図である。
FIG. 18 is a block diagram illustrating a configuration example of a multi-order all-pass filter.

【図19】 格子型オールパスフィルタの構成例を示す
ブロック図である。
FIG. 19 is a block diagram illustrating a configuration example of a lattice type all-pass filter.

【図20】 図19における第n段目の構成を示すブロ
ック図である。
20 is a block diagram showing the configuration of the n-th stage in FIG.

【図21】 楽音合成部15のループ回路30に高次F
IRフィルタを介挿した場合における振幅応答を例示す
る図である。
FIG. 21 shows a high order F in a loop circuit 30 of the musical sound synthesizer 15.
FIG. 7 is a diagram illustrating an amplitude response when an IR filter is inserted.

【図22】 楽音合成部15のループ回路30に低次F
IRフィルタを介挿した場合における振幅応答を例示す
る図である。
FIG. 22 shows a low order F in a loop circuit 30 of the musical sound synthesizer 15.
FIG. 7 is a diagram illustrating an amplitude response when an IR filter is inserted.

【図23】 楽音合成部15の変形例を示すブロック図
である。
FIG. 23 is a block diagram showing a modification of the musical sound synthesizer 15.

【図24】 楽音合成部15の変形例を示すブロック図
である。
FIG. 24 is a block diagram showing a modification of the musical sound synthesizer 15.

【図25】 楽音合成部15の変形例を示すブロック図
である。
FIG. 25 is a block diagram showing a modified example of the musical sound synthesizer 15.

【図26】 楽音合成部15の他の構成例であるモデル
<3>の構成を示すブロック図である。
FIG. 26 is a block diagram showing a configuration of a model <3>, which is another configuration example of the tone synthesis unit 15;

【図27】 本願発明による楽音合成部15の構成例で
あるモデル<4>の構成を示すブロック図である。
FIG. 27 is a block diagram showing a configuration of a model <4> which is a configuration example of the musical sound synthesis unit 15 according to the present invention.

【図28】 楽音合成部15の他の構成例であるモデル
<5>の構成を示すブロック図である。
FIG. 28 is a block diagram illustrating a configuration of a model <5>, which is another configuration example of the tone synthesis unit 15;

【図29】 楽音合成部15の他の構成例であるモデル
<6>に使用するゲイン付積分器の構成を示すブロック
図である。
FIG. 29 is a block diagram showing a configuration of a gain-added integrator used in a model <6>, which is another configuration example of the musical sound synthesizer 15.

【図30】 図29に示すゲイン付積分器の周波数特性
を例示する図である。
30 is a diagram illustrating a frequency characteristic of the integrator with gain shown in FIG. 29;

【図31】 モデル<6>の動作を示す波形図である。FIG. 31 is a waveform chart showing the operation of model <6>.

【図32】 楽音合成部15の他の構成例であるモデル
<7>の構成を示すブロック図である。
FIG. 32 is a block diagram illustrating a configuration of a model <7>, which is another configuration example of the musical sound synthesis unit 15.

【図33】 モデル<7>の他の構成例を示すブロック
図である。
FIG. 33 is a block diagram illustrating another configuration example of a model <7>.

【図34】 図1に示す鍵盤電子楽器においてメカ雑音
を発生する動作を説明する波形図である。
34 is a waveform diagram illustrating an operation of generating mechanical noise in the keyboard electronic musical instrument shown in FIG.

【図35】 図1に示す鍵盤電子楽器におけるメカ雑音
の発生に係る部分の構成を示すブロック図である。
35 is a block diagram showing a configuration of a portion related to generation of mechanical noise in the keyboard electronic musical instrument shown in FIG. 1.

【図36】 図1に示す鍵盤電子楽器におけるメカ雑音
の発生に係る部分の他の構成を示すブロック図である。
36 is a block diagram showing another configuration of a portion related to generation of mechanical noise in the keyboard electronic musical instrument shown in FIG. 1.

【図37】 従来の鍵盤電子楽器の構成を示すブロック
図である。
FIG. 37 is a block diagram showing a configuration of a conventional keyboard electronic musical instrument.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

KEYj……鍵、24……加速度ピックアップ、13…
…積分器、15……楽音合成部、30,30H…ループ
回路、31,35,31H,35H…遅延回路、32,
36,32H,36H,39H,85…加算器、50…
励振回路、81,83…乗算器。
KEYj: Key, 24: Acceleration pickup, 13:
... Integrator, 15 ... Sound synthesizer, 30, 30H ... Loop circuit, 31, 35, 31H, 35H ... Delay circuit, 32,
36, 32H, 36H, 39H, 85 ... adder, 50 ...
Excitation circuit, 81, 83 ... multiplier.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも遅延手段を閉ループ接続した
第1および第2の閉ループ手段(30,30H)と、 励振信号を発生する励振信号発生手段(50)と、 前記励振信号を前記第1の閉ループ手段に供給するとと
もに、前記励振信号をべき乗し、該べき乗された励振信
号を前記第2の閉ループ手段に供給する供給手段(32,3
6,32H,36H,81)と、 前記第1の閉ループ手段を循環する信号と前記第2の閉
ループ手段を循環する信号とを合成して楽音信号として
出力する出力手段(85)とを具備することを特徴とする電
子楽器。
1. First and second closed loop means (30, 30H) in which at least delay means are connected in a closed loop; an excitation signal generating means (50) for generating an excitation signal; Supply means (32, 3) for supplying the excitation signal to the second closed loop means while supplying the excitation signal to the second closed loop means.
6, 32H, 36H, 81), and an output means (85) for combining a signal circulating through the first closed loop means and a signal circulating through the second closed loop means and outputting as a tone signal. An electronic musical instrument characterized by that:
【請求項2】 少なくとも遅延手段を閉ループ接続した
第1および第2の閉ループ手段(30,30H)と、 励振信号を発生する励振信号発生手段(50)と、 前記励振信号を前記第1および第2の閉ループ手段に供
給する第1の供給手段(32,36,32H,36H)と、 前記第1の閉ループ手段を循環する信号をべき乗して前
記第2の閉ループ手段に供給する第2の供給手段(39H,8
3)と、 前記第1の閉ループ手段を循環する信号と前記第2の閉
ループ手段を循環する信号とを合成して楽音信号として
出力する出力手段(85)とを具備することを特徴とする電
子楽器。
2. First and second closed loop means (30, 30H) in which at least delay means are connected in a closed loop, an excitation signal generating means (50) for generating an excitation signal, and said first and second closed loop means First supply means (32, 36, 32H, 36H) for supplying to the second closed-loop means; and second supply for supplying a signal circulating through the first closed-loop means to the second closed-loop means. Means (39H, 8
3) and output means (85) for combining a signal circulating in the first closed-loop means and a signal circulating in the second closed-loop means and outputting as a tone signal. Musical instruments.
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