KR0122000B1 - 악기음 신호 형성장치 - Google Patents

악기음 신호 형성장치

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KR0122000B1
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도시후미 구니모토
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우에시마 세이스케
야마하 가부시키가이샤
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Abstract

악기음 신호형성장치는 연주조작자와 자연악기를 시뮬레이트하는 악기음 신호합성을 갖추고 있으며, 악기음 신호합성부 중의 일부분, 즉, 다수의 음색에 대해서 악기음 합성에 선택적이 되는 부분이 외부로부터 접속가능하게 되어있다. 또, 악기음 신호합성을 위해 합성수순과 파라미터를 기억하는 기억수단이 외부로부터 접속가능하게 되어 있다.

Description

악기음 신호 형성장치
제1도는 본 발명의 실시예인 전자악기의 구성을 나타낸 도면.
제2도는 본 발명의 구체적인 실시 형태의 예를 나타낸 도면.
제3도는 본 발명의 또다른 구체적인 실시 형태를 나타낸 도면.
제4도는 본 발명의 또다른 실시예인 전자악기의 구성을 나타낸 도면.
제5도는 동 전자악기의 카트리지 메모리의 구성을 나타낸 도면.
제6도는 동 전자악기의 그래픽 표시의 예를 나타낸 도면.
제7도는 동 전자악기에 있어서의 파라미터의 처리방식을 나타낸 도면.
제8도는 일반적인 비선형부의 구성을 나타낸 도면.
제9도는 일반적인 선형부의 구성을 나타낸 도면.
제10도는 본 발명의 또다른 실시예의 구성을 나타낸 도면.
제11도는 상기 다른 실시예의 악기 본체부의 비선형부의 구성을 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 전자악기본체 2 : 카트리지
11 : 마우스피스 12 : 디지탈신호처리부(DSP) 키시스템
13 : 비선형부 15 : 스피커
17 : 인터페이스 21 : 선형부
22 : 파라미터테이블 23 : 비선형테이블
31 : 카트리지삽입구 32 : 카트리지
41 : 카트리지삽입구 42 : 카트리지
본 발명은, 전자악기 등의 음원장치로서 사용되는 악기음 신호형성장치에 관한 것이다.
전자악기 등에 있어서, 자연악기에 근사한 악기음 신호를 형성시키기 위해, 자연악기의 발음원리를 모방한 물리모델 음원이 제안되어 있다. 이 물리모델음원은, 예를들면 목관악기를 모방한 장치의 경우, 공기진동을 생성시키는 마우스피스의 부분을 비선형회로로 시뮬레이트하여, 공기진동의 전파에 의해 전파해서 일정한 주파수의 공기진동만으로 공명하는 관부를 선형회로에서 시뮬레이트한다.
제8도와 제9도는 목관악기의 발음원리를 시뮬레이트한 일반적인 물리모델음원을 나타낸 도면이다.
제8도(a)는 비선형부의 구성을 나타낸 도면이다. 이비선형부(MP)는 섹스폰등의 싱글리이드(Read) 악기에 있어서의 공기진동형성원리를 시뮬레이트한 것이다. 본 비선형부(MP)는 감산기(A4)를 가지며, 이 감산기(A4)는 연주조작자인 마우스피스로부터 입력되는 식압신호(息壓信號,PRES)를 선형부로부터 궤환된 궤환파형신호(FR)로부터 감산함으로써, 리이드변위를 발생시키기 위한 차압신호를 출력한다. 이 차압신호는 저대역통과필터(L) 및 비선형테이블(T2)에 입력된다. 비선형테이블(T2)에는 차압이 커져도 좁은 공기 통로에서는 유속이 포화되어 차압과 유속이 비례하지 않는 것을 시뮬레이트하는 것으로써 제8도(c)와 같은 입출력특성의 데이타가 기억되어 있다. 상기 저대역통과필터(L)는 차압신호의 고역성분을 제거해서 출력한다. 이것은, 목관악기의 리이드가 고역성분에 응답하지 않기 때문이다. 저대역통과필터(L)의 출력은 가산기(A3)에 입력되며, 이 가산기(A3)에는,입구의 조여지는 정도를 나타내는 암부슈아 신호(EMBS)가 입력되어 있다. 이것을 가산한 값은 비선형 테이블(T1)에 입력된다. 비선형 테이블(T1)은, 주어진 압력에 대한 리이드의 변위량을 시뮬레이트하는 것으로써, 제8도(b)에 도시한 바와같은 데이타를 기억하고 있다. 이 비선형테이블(T1)의 출력은 마우스피스의 리이드선단에 있어서의 공기의 통로면적을 나타내는 신호이다.
이 비선형테이블(T1)의 출력은 승산기(M3)에 입력되며, 이 승산기(M3)에는 상기 비선형테이블(T2)의 출력(보정된 압력차)도 입력되어 있다.
이것에 의해, 승산기(M3)에서는 압력차와 통로면적이 승산되어 공기의 유속이 산출되고, 이 출력은 다시 승산기(M4)에 입력된다. 이 승산기(M4)는 상기 공기의 유량을 나타내는 데이타에 마우스피스내의 임피이던스(공기저항)을 나타내는 계수(K)를 승산해서 출력한다. 출력된 데이타는 음압신호(진행파)(FD)로서 관부로 출력된다. 이상의 회로에 의해 주기적으로 공기의 유속이 변동해서 조밀파가 형성되는 프로세스를 시뮬레이트할 수 있다.
제9도는 선형회로의 구성을 나타낸 도면이다. 이 선형회로는, 목관악기의 관부에 있어서의 공기기둥(관내에 있는 기둥형상의 공기군)의 공진상태를 시뮬레이트하기 위하여 구성된 회로이다. 회로는 다수의 톤호울(tone hall)(THn) 및 이들 톤호울 사이를 연결하는 관부(Dn) 및 관의 선단부(TRM)로 이루어져 있다.또한, 본 도면에서는 톤호울은 1개(TH1)만을 나타내며, 관부는 2개(D1,D2)를 나타내고 있다. 이들 회로는 직렬로 접속되어 있고, 관부(Dn)는, 관체(管體)의 일부를 지연회로(DFn,DRn)로 시뮬레이트하고 있다. 죽, 관의 길리에 상응하여 음파(조밀파)의 전파에 시간을 요하기 때문에, 지연회로의 지연시간이 길이에 대응하고 있다. 이중에서 (DF)는 진행파 신호의 전송용 지연회로, (DF)은 반사파신호의 전송용지연회로를 나타낸다. TH는 톤호울 근방에 있어서의 압력파의 산란 즉, 강제적인 마디의 형성을 시뮬레이트하는 것이다.
여기서, M1, M2는 승산기이고, A1,A2는 감산기이며, Aj는 가산기를 나타낸다. 또, TRM에 있어서, 저대역통과필터(ML)는 공기진동의 반사에 따라 고역의 감쇠를 시뮬레이트하기 위한 것이며, 반전회로(인버터,IV)는 개구단에 있어서의 반사일 경우에 위상이 180°반전하는 것을 시뮬레이트하는 것이다.
상기 THn의 승산기(M1,M2)에 입력되며, 각각 진행파신호 및 반사파신호에 승산되는 계수(a1,a2)는, 이톤호울이 열려있는 때와, 닫혀있는 때 각각 서로 다른 값으로 인가되므로, 관악기에 있어서의 손가락 사용에 의한 음고의 변화가 시뮬레이트된다. 즉, 톤호울이 열려있는 경우에는,
a1=212(12+22+32)
a2=222(12+22+32)
또, 톤호울이 닫혀있는 경우에는,
a1=212/(12+22)
a2=222/(12+2)
의 파라미터가 인가된다. 여기서1,2,3는 각각 공명관의 전방 및 후방의 직경, 톤호울의 직경을 나타내고 있다. 이와같은 파라미터가 어떻게 구해지는가는 일본국 특허공개공보 평 2-280197호에 상세히 설명하고 있다.
또 현악기를 시뮬레이트하는 경우에는 비선형회로에 의해, 궁(弓)에 의한 현의 마찰을 시뮬레이트하며, 선형회로에 의해 현의진동을 시뮬레이트하도록 하고 있다.
이와같이, 현재 제안되어 있는 물리모델 근원은 비선형회로로부터 선형회로까지의 모든 악기음 신호 형성부를 일체로하여 구성하고 있다.
그런데, 예를들면 목관악기의 경우, 복수종류의 섹스폰이나 클라리넷 등의 싱들 리이드 악기인 경우, 마우스피스 부분에 의한 공기 진동의 형성원리는 대략 마찬가지이며, 관길이 혹은 공기진동의 전달 특성이 각각 약간 다를뿐이다. 또, 현악기를 시뮬레이트하는 경우에는 마찬가지로, 현의 진동은 궁에 의한 마찰이라는 동일한 형태의 원리에 의거하고 있으며 현의 길이 혹은 두께 및 동체의 크기가 다르기 때문에 음향의 방향이 다를뿐이다. 이것들은 지연회로의 파라미터 등을 변경하는 것에 의해 대략 시뮬레이트하는 것이 가능하다.
그러나, 상술한 바와같이 종래의 물리모델 음원에서는, 전체를 일체로하여 구성시키고 있기 때문에, 1개의 음원에서 발음될 수 있는 악기의 종류는 1개뿐이며, 다수 종류 악기의 음색(악기음 신호)을 형성할려고 하면 전체의 회로를 다수 설치하는 것이 필요하였다.
또, 일반적인 전자 악기에서는, 단지 1개의 방식으로 악기음신호를 형성시키는 음원회로(音源回路)가 채용되고 있었다. 그러나, CPU는 결정된 악기음형성 알고리즘을 드라이브시키면 되므로, 발음시의 제어프로그램이나 음색의 편집을 서포트시키는 프로그램등은 고정해도 되기 때문에 이러한 정보는 악기본체내의 ROM에 유지시키는 것이 상식이었다.
한편, FM 합성방식의 음원회로에 있어서도, 여러 종류의 음색(파형)을 발음시킬 수 있지만, 이들의 음색은, 합성시의 파라미터(보이싱(음성)정보)를 여러 종류로 변경하여 실현되는 것이며, 합성방식이 변경되는 것은 아니었다. 따라서, 카트리지 등의 외부 메모리를 접속가능한 전자악기의 경우에도 이 외부 메모리로부터 공급되는 정보는 음성 정보 뿐이었다. 또, 메모리에 다수의 제어 프로그램을 기억해두고, 이들중 어느것이가 1개를 선택함으로써 악기음 합성 알고리즘을 변경가능한 전자악기도 제안되어 있지만, 이 방식에 있어서도 미리 기억되어 있는 범위내에서만 선정할 수가 있었다.
각각 특징있는 악기음신호를 형성시킬려면, 각각 음색마다 악기음 형성 알고리즘까지도 변경시키는 것이 요망되고 있으나, 종래의 전자악기에서는 이것이 불가능하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 알고리즘을 규정하는 프로그램, 데이타를 외부 메모리에 기억시킴으로써 상기 과제를 해결한 전자악기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은 다수의 음색에 대해서 공유할 수 있는 부분은 고정화하고, 변경이 필요한 부분만을 별체(別體)로하여 접속/분리가능하게 함으로써 상기 과제를 해결한 악기음 신호형성장치를 제공하는 것을 또다른 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 악기음 신호형성장치는 연주자에 의해 연주되며 소망의 악기에 대응하는 연주조작자와 ; 장치본체에 고정적으로 설치되어서 자연악기를 시뮬레이트함으로써 상기 연주조작자로부터 입력되는 연주신호에 의거해서 악기음 신호를 합성시키고, 다수의 음색에 대해 악기음 합성에 공통부분인 제1악기음 신호합성블록과; 상기 제1악기음 신호합성블록과 연계하여 자연악기를 시뮬레이트하며, 다수의 음색에 대해서 악기음 합성에 선택적으로 되는 제2악기음 신호합성블록과; 상기 제2의 악기음 신호합성블록을 외부로부터 접속가능하게 하는 접속수단을 갖춘 것을 특징으로 한다.
상기 제2의 악기음 신호합성블록을 제1의 악기음 신호합성블록으로부터 입력되는 진동신호를 지연시키는 지연수단과 필터수단을 갖추고 있다.
또, 상기 제1악기음 신호합성블록은 상기 시뮬레이트를 행하는데 비선형인 테이블을 갖추고 있고, 상기 제2악기음 신호합성블록은 지연수단과 필터수단과 이들의 특성을 결정하기 위한 파라미터를 기억하는 파라미터 기억 수단을 갖추고 있으며, 상기 비선형 테이블 및 파라미터 기억수단이 외부와 접속가능하게 된다.
또, 악기음 신호합성수단에서의 악기음 신호합성수순 및 파라미터를 기억하는 기억수단을 갖추고, 이 기억수단을 외부와 접속 가능하게 할 수도 있다.
상기 구성에 있어서, 상기 제1악기음 신호합성블록은 비선형 연산처리에 의해 진동신호를 생성한다. 이 진동신호의 생성은, 관악기의 경우, 연주자가 들여마시는 숨의 압력 및 관부로부터의 반사파보다, 리이드가 어떻게 진동하는가를 시뮬레이트한다. 현악기의 경우에는, 궁에 의한 현의 마찰 및 현 자체의 진동의 상호관계에 의한 현의 진동이 유지되는 시스템을 시뮬레이트한다.
상기 제2의 악기음 신호합성블록은 다수의 음색에 대하여 악기음 합성에 선택적이기 때문에, 외부로부터 접속가능한 이 블록을 선택함으로써, 임의의 악기음 신호를 합성하는 것이 가능하다. 또, 악기음 신호합성수단에서의 악기음 신호합성수순 및 파라미터를 기억하는 기억수단을 외부와 접속가능하게 함으로써, 접속된 기억수단에 기억되어 있는 알고리즘에 대한 악기음 신호를 생성시킬 수 있다.
이하 본 발명의 일실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명의 제 1 실시예인 전자악기의 블록도이다. 이 전자악기는, 섹스폰 등의 목관악기의 형상을 하고 있고, 자연악기와 마찬가지의 조작으로 연주할 수가 있다. 관악기 본체(1)에는 카트리지(2)가 접속되어 있으며, 악기본체(1)에는 마우스피스(11) 및 키이시스템(12)이 설치되어 있다. 마우스피스(11)에는 암부슈아센서 및 식압센서가 설치되어 있고, 이들 센서의 검출데이타인 암부슈아신호(EMBS) 및 식압신호(PRES)는 비선형부(13)에 입력된다. 비선형부는 마우스피스에 있어서의 공기진동의 발생과정을 시뮬레이트하는 회로이며, 상술한 제8도(a)의 회로와 거의 마찬가지 형태의 구성이다. 이 비선형부(13)가 발생하는 진동신호를 결정하는 비선형테이블(23)은 카트리지(2)에 설치되어 있고, 이 카트리지의 접속에 의해 비선형부(13)에 접속된다. 상기 비선형부(13)는 카트리지의 선형부(21)와 상호 접속되어 있다. 선형부(21)는 관체의 공기진동전파를 시뮬레이트하는 회로이며, 전술한 제9도의 회로와 거의 동일한 형태이다. 공기진동의 전파(傳播)는 키이시스템(12)의 조작에 따라 다르다.
즉 톤호울의 개폐에 의해 관내에 형성되는 정상파가 영향을 받는다. 이들을 시뮬레이트하기 위한 키이시스템(12)의 온/오프 상태가 파라미터 테이블(22)에 입력되며, 이 파라미터 테이블(22)의 값은 선형부(21)에 입력된다. 이 값에 의해, 릴레이 타임등이 결정된다. 선형부(21)에서 전달된 신호는 악기음 신호로서 사운드 시스템(14)에 입력된다. 사운드시스템에 있어서는 이 신호를 증폭하여 스피커(15)를 통해 출력된다.
카트리지(2)는 악기본체(1)와 자유롭게 접속/분리될 수 있으며, 다수개 설치할 수 있다. 각각의 카트리지에 예를들면 비플랫(Bb) 클라리넷, 이플랫(Eb) 클라리넷, 알토섹스폰, 테너섹스폰등의 응원원리를 시뮬레이트하는 데이타를 기억하고 있으면, 카트리지를 바꿔주는 것만으로 여러가지 악기의 시뮬레이트가 가능하게 된다.
이와같은 전자악기가 실제로 실시되는 형태로서는 여러종류를 고려할 수가 있지만, 제2도에 도시한 바와같이 섹스폰에 유사한 형상으로 구성하고, 그 관부의 일부에 카트리지 삽입구(31)를 형성하며, 여기에, 예를들면 섹스폰용이나 플라리넷용등의 카트리지(32)를 삽입해서, 그 음색을 실현하도록 할수도 있다.
또, 제3도에 도시한 바와같은 트럼펫과 같은 형상으로 구성시키면, 금관악기의 연주법으로 연주할 수가 있고, 개방부 근처에 카트리지 삽입구(41)를 형성하여 트럼펫용이나 호른용등의 카트리지(42)를 삽입하여 여러종류의 음색을 실현할 수가 있다.
또, 도시하지 않았으나, 소위 랙마운트용의 음원 유니트에 카트리지 삽입구를 형성하표, 여기에 카트리지를 삽입함과 동시에, 임의의 연주장치(키이보드, 관악기형, 기타형등)을 접속시켜 연주하는 것도 가능하다.
한편, 제1도에 도시된 상기 실시 예에서는 선형부(21)와 비선형부(13)중 비선형테이블(23)을 카트리지로하여 별체로 설치하였지만, 비선형테이블을 고정화하고, 선형 부만을 별체로 설치하도록 해도된다.
또한, 선형부를 구성하는 딜레이회로, 승산기, 가산기, 저대역통과필터등은 모두 1개의 디지탈신호 처리부(DSP)에서 실현할 수가 있기 때문에 이 디지탈신호 처리부를 본체측에 설치하고, 각각의 지연시간이나 차단 주파수등을 실현하기 위한 파라미터만을 메모리카드등으로해서 별체화(카트리지화)하고, 이것을 삽입하여 여러종류의 악기를 시뮬레이터하는 것도 가능하다. 즉 비선형부 및 선형부와 함께 본체측에 설치되어 두고, 비선형부의 실제의 동작을 규정하는 비선형 테이블 및 선형부의 실제의 동작을 규정하는 파라미터 테이블만을 별체화 즉, 카트리지화하는 것도 가능하다.
또한, 제1도에 도시한 상기 실시예에 있어서는 동시 발음할 수 있는 음에 대해서 설명이 없지만, 복음(복수의 음)을 발음하는 경우에는 시분할 동작시킴으로써, 용이하게 가능해진다. 또 비선형 테이블을 본체내에 설치한 경우에 있어서, 이들을 다수개 지지해 두고, 접속된 선형부에 의거하여 한개를 선택하도록 할수도 있다.
또, 카트리지의 삽입구를 다수개 형성하여 동시에 다수의 음색을 연주 또는 자동 연주하는 것도 가능하다.
제1도에 도시한 상기 실시예는 목관악기(싱글리이드 악기)의 물리모델 음원에 대해서 설명하였으나, 이외에도, 현악기의 물리모델음원에도 적용이 가능하다.
이상과 같이 이 실시예에 의하면, 진동 발생부와 공명부로 이루어진 악기음 신호형성장치에 대해서, 다수의 음색(악기음 신호)에서 공통하는 부분과 상위하는 부분을 구별하고, 다른 부분만을 별도로 구성하여 접속/분리가능하게 함으로써 최소한의 구성부분의 추가로 다수의 음색을 형성할 수 있게 된다.
제4도는 본 발명이 적용된 전자악기의 블록도이다. 이 전자악기는, 악기 전체의 동작을 제어하는 CPU(51)와 악기음 신호를 형성하는 디지탈신호 처리부(52)를 갖추고 있다. 여기에서 디지탈신호 처리부(52)는 프로그램이나 데이타에 의거하여 악기음 신호를 형성하는 고속의 마이크로 프로세서이다. 이들은 버스(50)에 의해 접속되어 있다. 버스(50)에는 이외에 ROM(53), RAM(54), 키보드(55), 조작판넬(56), 인터페이스(57), MIDI 인터페이스(58)가 접속되어 있다. 인턴페이스(57)는 조작판넬에 형성되어 있는 슬룻에 접속되어 있다. 이 슬롯에는 카트리지 메모리(62)가 삽입된다. 이 카트리지 메모리(62)에는, 악기음 합성알고리즘을 제어하는 프로그램, 카트리지음 파형의 편집등의 설정을, 조작판넬을 통해서 행하기 위한 프로그램, 제어 프로그램내에서 취급되는 파라미터(음성정보)등이 기억되어 있다. 이들의 정보는 RAM(54)에 로프된다. 또, 카트리지 메모리(62)에는, 디지탈신호 처리부(52)가 사용되는 파라미터(음성정보)와, 디지탈신호처리부(52)의 동작을 제어하는 마이크로 프로그램등이 기억되어 있다.
이들 정보는 디지탈신호처리부(52)가 관리하는 RAM(59)에 로드된다. 또한 합성알고리즘을 시각적으로 인식하기 위한 그래픽데이터가 격납되어 있다.
이 데이타는 조작판넬(56)의 LCD에 표시되어서 음색의 편집시에 사용된다. 즉, 악기음 형성알고리즘에는 다양한 것이 고려되어 있으므로, 디지탈신호처리부(DSP)(52)를 위한 프로그램과 알고리즘의 도형 정보의 양방을 함께 유지시키는 것은 중요하다. 파라미터와 함께 그 표시속성(선형, 데시벨(dB)등)과 CPU/DSP에서의 어드레스 및 값의 상한 하한등을 함께 격납함으로써, 음색 편집의 프로그램이 악기음 형성알고리즘에 의존하지 않게 되어, 전체 악기음 형성알고리즘에 사용할 수 있는 프로그램을 ROM(53)에 기억시켜 놓을 수가 있다. 또, ROM(53)에는, 카트리지 메모리(62)의 정보를 RAM(54,59)에 로드하기 위한 프로그램이나, MIDI 인터페이스(58)를 통해서 데이타 송수신을 제어하는 프로그램등이 기억되어 있다. 카트리지 메모리(62)에 기억되어 있는 정보로드는 카트리지 메모리(62)가 삽입되어 전원이 온될때 실행된다. 연주장치인 키이보드(55)에는 각 키이의 온/오프를 검술하는 센서 및 키이 온시 및 키이 온중의 누룸강도를 검출하기 위한 센서가 배설되어 있다. 조작패널(56)에는 음색선택스위치나 표시기 등이 배설되어 있다.
제5도(a)는 상기 카트리지 메모리(62)의 구성예를 나타낸 도면이다. 이 카트리지 메모리(62)는 ROM(70)과 밧데리(32)로 빽업(BACKUP)된 S-RAM(71)으로 구성되어 있다. ROM(70)에는 프로그램이나 도형정보등이 기억되어 있고, S-RAM(71)에는 보이싱 정보가 기억되어 있다.
제6도는 상기 카트리지 메모리(62)에 기억되어 있는 도형정보의 표시예를 나타낸 도면이다. 본 도면은, 디지탈신호 처리부(52)의 악기음 합성알고리즘이 싱글리이드 악기의 물리모델 음원방식인 경우의 그래픽적으로 나타낸 것이다.
전체표시는 실제 악기의 형상을 모식적으로 나타낸 것이고, 대응하는 부분의 근방에 물리적인 파라미터를 나타낸다. 도면중 XXX로 나타낸 것이 값을 표시한다. 이 값의 위치에 커서(cursor)를 이동시킴으로써, 그 값을 증감할 수가 있다.
제7도는, 제6도의 예에 있어서 파라미터가 물리모델 음원등에 어떻게 인가되는가를 설명하기 위한 도면이다. 이 도면에서는 리이드의 진동발생부 모델의 예를 나타낸다. 제7도 좌측의 그래프가 키이코드(KC)/리이드공진(Qr) 테이블의 입출력 관계를 나타내고 있다. 이 테이블은 카트리지 메모리(62)에 기억되어 있어, 직접 또는 RAM(52)에 로드해서 사용할 수 있다 리이드부 표시의 경직도(stif), 마찰저항(μ), 질량(mass)으로 키이스케일된 Qr : 리이드의 공진강도, Fr : 리이드의 공진주파수, Gr : 리드의 전달 이득을 수식한다. 도면에서는 간단히 승산으로 나타냈지만 실제에서는 보다 세밀한 연산이 필요하다.
우선, stif, μ, mass와 Qr, Fr, Gr의 관계에 대해서 설명한다. 이들의 파라미터의 사이에는 이하의 관계식이 있다.
Fr=(stkf/mass)0.5/2μ
Qr=(stif.mass)0.5/μ
Gr=S/stif
여기에서는 S는 리이드의 실효면적이며 정수로 취급한다. 각각의 파라미터는 이상과 같은 관계식이 있지만, Fr, Qr, Gr는 제7도와 같은 키스케일 테이블로부터 직접 주어지므로, 화면에서 주어진 stif, mass, μ는 그것들을 구하는 것에 관여할 수 없다. 그러나, 이들 값을 미리 프리세트되어 있는(키스케일로 주어진) Fr, Qr, Gr을 수식하기 위하여 사용할 수 있다. 여기에서 stif, mass, μ는 각각 ±1의 범위값을 갖는 것으로 하고, 이하의 식에서 실제의 Fr, Qr, Gr(Fra, Qra, Gra로 한다)을 계산하는 것으로 한다.
Fra=Fr100.5(stif-mass)-Log(2)
Qra=Qr100.5(mass+stif)-μ
Gra=Gr10Log(s)-stif
여기에서 log는 상용대수이다. 이것에 의해, Fra, Qra, Gra는 Fr, Qr, Gr에 대하여 1/10∼10정도의 폭으로 변화(수식)된다.
이상과 같은 방식은, 제6도중의 관의 폭을 나타내는 spread, 마우스피스의 두께(m2)등 여러 형태인 물리 파라미터의 수식에 사용할 수 있다. 또 싱글리이드 악기 뿐만 아니라 제트리이드(Jet READ), 립리이드(LEAF READ), 찰현(擦弦), 타현(打弦)등 여러형태인 악기의 모델 파라미터의 지정을 구조로하여 응용할 수 있다.
상기 실시예에서는 연주장치로서 키보드를 사용하였지만, 이들 이외에도 관악기형 연주장치등을 접속하는 것이 가능하다. 또, 악기본체에 직접 접속되지 않아도 MIDI 인터패이스(58)을 개재해서 연주데이타를 입력하는 것도 가능하다. 또, 상기 실시예에서는 프로그램이나 데이타를 카트리지 메모리(62)로부터 RAM에 로드하여 사용하고 있지만, 카트리지내의 메모리가 고속이고 CPU로부터 직접 악세스하여 동작가능한 형태로, 프로그램이 보관되어 있는 경우는, 카트리지 메모리로부터 램에 프로그램등의 데이타를 로드할 필요는 없다. 이 경우 CPU가 가진 램은 필요최소한의 음량이어도 된다.
또한, 상기 구성의 전자악기는 전원온에 의해 우선 CPU가 가진 ROM으로부터 기동되도록 하고있고, 이 프로그램에 따라서 하드웨어의 초기화를 행하고, 카트리지(플로피디스크)의 유무를 조사하고, 어떤 경우는 그 중에서 CPU/디지탈신호 처리부의 제어 소프트를 각각의 RAM에 적재하여 실행시킨다. 한편, 이 방식 이외에도. CPU에 ROM을 설치하지 않는 카트리지를 집어넣거나 전원이 온인가에 의해 리세트가 걸려 카트리지내의 프로그램에 갑자기 제어가 옮기도록 하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 카트리지가 CPU의 어드레스에 매핑되어 있을 필요가 있다.
또한, 이상의 예에서 카트리지 메모리에 격납할 수 있는 모드데이타를 이하에서 정리해서 기재하여 놓는다.
악기음성합성 CPU에 주어진 제어코드, 악기음제어 CPU에 인가되는 제어/음성용의 코드, 제6도와 같은 그래피컬 정보와 파라미터의 표시위치, 제6도 중의 파라미터 값과 같은 수식파라미터 정보, 제7도의 키이스케일 정보와 그들 값을 수식하는 계산식, 또 제6도 화면의 파라미터를 수식정보로 하여 사용하지 않고 파라미터 데이타값 이상의 것으로 해서 사용하여도 된다.
이상과 같이 상기 전자악기에서는, 악기음 신호를 형성하기 위한 알고리즘(수순)이나 데이타가 외부메모리에 기억되며, 이것을 접속가능하게 함으로써, 내부메모리의 용량을 크게하지 않고, 여러종류의 알고리즘으로 악기음 신호를 형성시킬 수가 있다.
다음에, 제10도 및 제11도를 참조하여, 제2실시예를 설명한다. 제10도는, 본 발명의 제2실시예의 전자악기의 전체구성을 나타낸 블록도이다. 제11도에 있어서, 제1도와 동일한 구성의 블록에는, 동일한 부호가 부여되어 있다. 이 전자악기는 제1실시예와 마찬가지로, 섹스폰을 모의하여 구성이 되도록 한 것으로써, 마우스피스(11) 및 키이시스템(12)이 설치되어 있다. 마우스피스(11)에는 연주자의 입술의 조여지는 상태를 검출하는 암부슈아 센서와, 연주자의 식압(호흡압력)을 검출하는 식압센서가 설치되며, 이들의 센서의 검출데이타가, 각각, 암부슈아 신호(EMBS), 식압신호(PRES)로써 출력된다.
또, 키이시스템(12)에는, 연주자에 의해 눌려지는 다수의 키이가 설치되어 있다. 이들 키가 연주자에 의해 다양한 패턴으로 눌려지게 되면, 눌려진 패턴을 나타내는 데이타(PT)가 출력된다.
키시스템(12)으로부터 출력된 데이타(PT)는, 파라미터 테이블(22)에 입력되며, 파라미터 테이블(22)에서는 입력된 데이타(PT)에 의거해서, 선형부(21)에 인가된 파라미터를 선택하여 출력한다. 즉, 연주자가 동일하게 누른 패턴에 의해 섹스폰을 연주할 경우와 같은 음높이가 되도록 파라미터를 선택한다.
파라미터 테이블(22)에서 선택된 파라미터는, 톤호울의 개폐상태를 나타내는 승산계수(a1,a2)등이고, 이들 승산계수는 전술한 제9도의 선형부(21)에 있어서, 톤호울의 개폐상태에 대응하는 계수이며, 키이시스템의 눌려진 패턴에 대응하여, 선형부(21)의 톤호울부의 열림상태와 닫힘 상태를 제어한다. 이들에 의해, 선형부(21)와 비선형부(NL)를 통해서 형성된 루프 네트워크 회로의 공진 주파수가 소망의 음높이에 대응하도록 실질의 지연시간이 결정된다.
또한, 선형부(21)에 대한 상세한 설명은, 전술한 것과 유사하기 때문에 설명을 생략한다.
한편, 마우스피스(11)로부터 출력된 암부슈아신호(EMBS)와 식압신호(PRES)는, 비선형부(NL)에 입력된다.
제11도에 비선형부(NL)의 내부구조를 나타낸다. 제11도의 비선형부(NL)는, 제8도에 도시된 종래의 비선형부(MP)와 비교해서, 비선형 테이블을 테이블 콘트롤러와 테이블 데이타 메모리로 나누고, 테이블 데이타 메모리만을 카트리지로 해서 별도의 메모리로 하여 구성한 점이 다르다. 마우스피스(11)로부터 입력된 암부슈아 신호(EMBS)는, 가산기(A3)에서 후술하는 저역통과필터(L)로부터의 출력신호에 가산되어, 테이블 콘트롤러(TC1)에 입력된다. 테이블 컨트롤러(TC1)는 입력된 신호값을 어드레스(TAD1)로 하여, 제10도의 카트리지(23)내의 테이블 데이타 메모리(T1)에 보내고, 테이블 데이타 메모리는, 그 어드레스(TAD1)에 대응한 개소에 기억되어 있는 데이타를 테이블 콘트롤러(TC1)에 출력한다. 또한, 테이블 데이타 메모리(T1)에는, 제8도(b)에 나타내고 있는 바와 같은 변환을 실시하여 테이블에 기억되고 있다.
테이블 콘트롤러(TC1)는, 테이블 데이타 메모리(71)의 출력데이타를 받으면 그대로 승산기(M3)에 출력시키고, 승산기(M3)에서는, 테이블 콘트롤러(TC1)의 출력신호와 다른 1개의 테이블 콘트롤러(TC2)의 출력신호를 승산한다. 테이블 콘트롤러(TC2)는 테이블 콘트롤러(TC1)와 동일한 형태이며, 카트리지(23)과 독립한 카트리지(24)내의 테이블 데이타 메모리(T2)에 악세스시킨다. 또한, 테이블 데이타 메모리(T2)에는, 제8도(c)에 나타낸 바와같은 변환을 실시하는 테이블이 기억되어 있다.
승산기(M3)는 테이블 콘트롤러(TC1)의 출력신호와 테이블 콘트롤러(TC2)의 출력신호를 승산해서, 그 승산결과를 출력신호로 하여, 승산기(M4)에 출력시킨다. 승산기(M4)에 있어서는 승산기(M3)의 출력신호와 관의 음향 임피이던스에 대응하는 계수(k)가 승산되어 진행파신호(FD)를 생성하고, FD를 선형부(21)에 송출한다.
선형부(21)에서는 전술한 바와같이, 파라미터 테이블(22)로부터 인가되는 파라미터에 의해 음파의 전파에 대응하는 선형처리가 행해지며, 궤환파신호(FR)는 비선형부(NL)로 궤환되게 된다.
비선형부(NL)에서는 감산기(A4)에 있어서, 궤환파신호(FR)로부터 식압신호(PRESS)를 감산시키며, 그 감산결과를 저대역통과필터(L)와 테이블 콘트를러(TC2)에 출력한다. 로우패스 필터(L)에서는, 신호의 고역성분이 감쇠되어서, 가산기(A3)에 출력된다.
즉, 상기 비선형부(NL)는, 전체로서 섹스폰의 리이드의 특성을 시뮬레이트하고 있고, 선형부(21)를 개재해서 반사된 궤환신호와 암부슈아신호(EMPS)와 식압신호(PRES)에 의거해서 발진을 개시하지만, 그 발진원리 자체는 전술한 제8도와 제9도에서 별차이가 없기 때문에, 설명을 생략한다.
이상 설명한 제2의 실시예에 의하면, 비선형 테이블의 테이블 데이타에 관한 부분을, 전자악기 본체와 착탈가능한 카트리지 메모리로 분리하였으므로, 비선형 변환특성을 미묘하게 여러종류로 변화시킨 카트리지 메모리를 많이 준비해두면, 예를들면, 섹스폰의 주사가 자신이 좋아하는 음색으로 하기 위하여 다양한 마우스피스 및 리이드를 교환함으로써 시범연주하는 것과 같은 형태로 카트리지를 교체함으로써 다양한 비선형 교환을 행하는 것에 의해 음색의 차이를 실현한 수가 있다. 즉, 연주자가 소망하는 악기의 특성(튜닝특성)을 마우스피스를 교환함으로써 행해지는 섹스폰의 튜닝과 같이 행할 수가 있어, 더욱 자연악기에 근접한 연주 느낌을 시뮬레이트하는 것이 가능한 효과가 있다.
또한, 상기의 제2실시예에 있어서는 카트리지(23)와, 카트리지(24)를 독립적으로 설치하였지만, 2개를 합하여 1개의 카트리지로 하는 것도 가능함은 물론이다.

Claims (10)

  1. 연주자에 의해 연주되며, 소망의 악기에 대응하는 연주조작자와 ; 장치본체에 고정적으로 설치되며, 상기 연주조작자로부터 입력되는 연주신호를 아래의 제 2악기음 신호합성블록으로부터의 귀환신호에 의거한 신호로 변환시키는 연산수단과, 이 연산수단의 출력을 비선형변환해서 진동신호를 생성시키는 비선형변환수단을 포함하도록 구성되어, 상기 연주조작자로부터 입력되는 연주신호에 기초해서 악기음 신호를 합성하며, 다수의 음색에 대해서 악기음 합성에 공통부분으로 사용되는 제1악기음 신호합성블록과 ; 상기 제1악기음 신호합성블록으로부터 입력되는 상기 진동신호를 지연시키는 지연수단과, 상기 진동신호를 여과하는 필터수단을 포함하도록 구성되며, 상기 제1악기음 신호합성블록과 연계하여, 다수의 음색에 대해서 악기음 합성에 선택적으로 사용되는 제2악기음 신호합성블록과 ; 상기 제2악기음 신호합성블록을 외부로부터 접속가능하게 하는 접속수단을 구비한 것을 특징으로 하는 악기음 신호형성장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비선형 변환수단은 테이블로 구성되며, 상기 접속수단은 상기 제2의 악기음 신호합성블록과 함께 상기 테이블은 외부와 접속가능하게 하는 것을 특징으로 하는 악기음 신호형성장치.
  3. 연주자에 의해 연주되고, 소망의 악기에 대응하는 연주조작자와 ; 장치본체에 고정적으로 설치되어, 상기 연주조작자로부터 입력되는 연주신호에 의거해서 악기음 신호를 합성하여, 다수의 음색에 대해서 악기음 합성에 공통부분인 제1의 악기음 신호합성블록과 ; 상기 제1의 악기음 신호합성블록과 연계하여, 다수의 음색에 대해서 악기음 합성에 선택적으로 되는 제2악기음 신호합성블록을 갖추고 ; 상기 제1의 악기음 신호합성블록은 상기 연주조작자로부터 입력되는 연주신호를 상기 제2의 악기음 신호합성블록으로부터의 귀환신호에 의거한 신호로 변환하는 연산수단과, 이 연산수단의 출력을 비선형 테이블에 의거해서 비선형변환해서 진동신호를 생성하는 비선형변환수단을 포함하고 ; 상기 제2악기음 신호합성블록은 상기 제1악기음 신호합성블록으로부터 입력되는 상기 진동신호를 지연시키는 지연수단과, 상기 진동신호를 여과하는 필터수단과, 상기 지연수단 및 상기 필터수단의 특성을 결정하기 위한 파라미터를 기억시키는 파라미터 기억수단을 포함하며 ; 상기 비선형 테이블을 외부와 접속가능하게 하는 접속수단을 구비한 것을 특징으로 하는 악기음 신호형성장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 접속수단은 또한 상기 파라미터 기억수단도 접속가능하게 하는 것을 특징으로하는 악기음 신호형성장치.
  5. 제1항에 있어서, 장치본체는 자연악기의 형상으로 되며, 상기 접속수단은 그 장치본체의 소정의 부분에 설치된 카트리지 삽입구멍을 포함하고, 상기 제2의 악기음 신호합성블록은 이 카트리지 삽입구멍에 삽입됨으로써 접속상태가 되는 것을 특징으로 하는 악기음 신호형성장치.
  6. 제3항에 있어서, 장치본체는 자연악기의 형상으로 되며, 상기 접속수단은 그 장치본체의 소정부분에 설치되는 카트리지 삽입구멍을 포함하고, 상기 제2악기음 신호합성블록은 이 카트리지 삽입구멍에 삽입됨으로써 접속상태가 되는 것을 특징으로 하는 악기음 신호형성장치.
  7. 연주자에 의해 연주되는 연주조작자와 ; 비선형 변환부를 포함하며, 비선형 변환부 및 출력을 비선형변환부로 귀환하는 딜레이회로로부터의 입력신호를 수신하는 폐루프경로와, 여기신호를 수신하며 여기신호 및 딜레이회로의 출력신호에 기초한 신호를 비선형 변환특성에 따라 변환하여 변환된 신호를 딜레이회로에 공급하는 비선형 변환부를 포함하며, 상기 연주조작자로부터의 연주신호에 의거해서 악기음 신호를 합성하는 악기음 신호합성수단과 ; 상기 악기음 신호합성수단에서의 악기음 신호합성수순 및 악기음 신호합성을 위한 파라미터를 기억시키는 기억수단과 ; 상기 기억수단을 외부로부터 접속가능하게 하는 접속수단을 구비해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 악기음 신호형성장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 악기음 신호합성수단은 RAM을 갖추고 있으며, 상기 기억수단에 기억되어 있는 상기 악기음 신호합성수순 및 상기 파라미터는 상기 RAM에 로드되고 나서 사용되는 것을 특징으로 하는 악기음 신호형성 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 기억수단은 또한 상기 악기음 신호합성수순을 그래픽 표시하기 위한 도형정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 악기음 신호형성장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 기억수단은 상기 악기음 신호합성수순을 기억한 ROM과, 상기 파라미터를 기억하는 밧데리로 백업된 RAM으로 구성되는 것을 특징으로 하는 악기음 신호형성장치.
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