JP2504183B2 - 楽音合成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

「産業上の利用分野」 この発明は、管楽器および擦弦楽器における雑音を伴
った楽音を忠実に再現することができる楽音合成装置に
関する。 「従来の技術」 自然楽器の発音メカニズムをシミュレートすることに
より得られたモデルを動作させ、これにより、自然楽器
の楽音を合成する方法が知られている。なお、この種の
技術は、例えば特開昭63−40199号公報または特公昭58
−58679号公報に開示されている。 第５図は管楽器の発音メカニズムをシミュレートする
ことにより得られた楽器合成装置の構成を示したもので
ある。同図において、11はROM（リードオンリメモ
リ）、12は加算器、13は減算器、14および15は乗算器で
あり、クラリネット等の管楽器のマウスピースおよびリ
ードからなる部分の動作をシミュレートするために設け
られたものである。そして、これらの構成要素11〜15に
より、励振回路10が構成されている。 20は管楽器の管部、すなわち、共鳴管の伝送特性をシ
ミュレートした双方向伝送回路である。この双方向伝送
回路20は、共鳴管における空気圧力波を伝播遅延をシミ
ュレートした遅延回路D,D,…、これらの遅延回路間に介
挿されたジャンクションJU,JU,…、共鳴管の終端部にお
いて空気圧力波が反射する際のエネルギー損失等をシミ
ュレートしたローパスフィルタLPF、および双方向伝送
回路20内を伝播するデータの直流成分を阻止するハイパ
スフィルタHPFからなる。ジャンクションJU,JU,…は、
共鳴管において管の径が変化している箇所で発生する空
気圧力波の散乱をシミュレートするものであり、第５図
には乗算器M₁〜M₄および加算器A₁,A₂からなる４乗算格
子を用いた場合が示されている。ここで、各乗算器M₁〜
M₄に付された“１＋k",“−ｋ″，“１−k",“k"等は乗
算係数であり、実際の共鳴管に近い伝送特性が得られる
ように数値ｋが決められる。 この構成において、加算器12および減算器13には、吹
奏圧に相当するデータＰが入力される。そして、加算器
12の出力データは、双方向伝送回路20の内部を、遅延回
路Ｄ→ジャシクションJU→遅延回路Ｄ→…というように
伝播し、ローパスフィルタLPFに到達する。そして、ロ
ーパスフィルタLPFおよびハイパスフィルタHPFを介した
後、遅延回路Ｄ→ジャンクションJU→…というように、
上述とは逆向に伝播し、双方向伝送回路20から出力され
て減算器13に入力される。 そして、減算器13によって、双方向伝送回路20の出力
データ（このデータは共鳴管の終端部側からマウスピー
スとリードとの間隙に戻される空気圧力波の圧力に相当
する）からデータＰが減算される。この減算によって、
リードとマウスピースの間隙部の空気圧に相当するデー
タP₁が得られる。そして、このデータP₁がROM11に供給
されることにより、ROM11からリードとマウスピースと
の間隙の断面積、すなわち、空気流に対するアドミッタ
ンスに相当するデータＹが出力される。第６図はROM11
に記憶されたリードとマウスピースとの間隙内の空気圧
力（入力）と間隙の断面積（出力）との関係を示す非線
形関数Ａを例示したものである。 そして、データＹとデータP₁とが乗算器14によって乗
算され、リードとマウスピースとの間隙を通過する空気
の流速に相当するデータFLが得られる。このデータFLに
対し、乗算器15によって乗算係数Ｇが乗じられる。ここ
で、乗算係数Ｇは管楽器のリード取り付け部付近の管径
に応じて決められる定数であり、空気流の通りにくさ、
すなわち、空気流に対するインピーダンスに相当するも
のである。従って、乗算器15からは、マウスピースとリ
ードとの間隙を通過する空気流の流速と管部の空気流に
対するインピーダンスの積、すなわち、間隙を通過する
空気流による管内の圧力変化分に相当するデータP₂が得
られる。そして、このデータP₂とデータＰとが加算器12
によって加算され、双方向伝送回路20に入力される。 このようにして励振回路10と双方向伝送回路20とで構
成される閉ループにおいてデータの循環、すなわち、共
振動作が行われ、双方向伝送回路20のローパスフィルタ
LPFの接続点のデータが取り出され、このデータに基づ
いて楽音が発生される。 さて、実際の管楽器の吹奏時において、リードとマウ
スピースとの間隙に息を吹き込むと、「シュッ」という
雑音が発生する。 従来、この雑音の合成は、吹奏圧に相当するデータＰ
に雑音に相当するデータを重畳することにより行われて
いた。 第７図は、擦弦楽器または打楽器が発生する楽音を合
成する装置の構成を示したものである。同図において、
101は擦弦楽器または打楽器の発音開始直後の初期波形
（例えば１周期分）を記憶したROM、102は遅延回路、10
3は選択回路、104はフィルタである。この楽音合成装置
は、楽音発生指示部（図示せず）からの楽音発生指示に
より動作を開始する。楽音発生指示を受けると、まず、
選択回路103はROM101から与えられる１周期分の波形デ
ータを出力部に送出すると共にフィルタ104に与える。
さらに、フィルタ104によって帯域制限された波形デー
タは遅延回路102に与えられる。以後、波形データは、
選択回路103、フィルタ104、遅延回路102という順で循
環され、その都度、出力部に送出される。このような構
成により、擦弦楽器または打楽器に見られるような時間
経過に従い音色が変化するような楽音が合成される。 そして、擦弦楽器または打楽器においても、上述の管
楽器と同様に弾き始めまたは打撃時に雑音が重畳される
ことが知られている。しかし、従来のこの種の擦弦楽器
または打楽器音を合成する楽音合成装置においては、雑
音のことは考慮されていなかった。 「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、上述の「シュッ」という雑音は、息を
吹き込むことによって、マウスピースとリードとの間隙
部分に乱流が生じ、この乱流に起因して管内の空気圧力
波が乱され、雑音となって発生されるものである。従っ
て、上述した吹奏圧に相当するデータに雑音を重畳する
雑音再現方法は実際の雑音発生メカニズムに即しておら
ず、この方法によって発生される雑音は自然さに欠ける
という問題があった。さらに、擦弦楽器または打楽器の
合成においては、雑音が考慮されておらず、自然さに欠
けるという問題があった。 この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、実
際の雑音発生メカニズムに即した楽音合成装置を提供す
るものであり、これにより、楽器演奏時の雑音を忠実に
再現することを目的としている。 「課題を解決するための手段」 上記課題を解決するため、この発明は、演奏情報に対
応した励振信号を発生する励振手段と、少なくとも、所
定時間自己の入力信号を遅延する遅延手段を有し、上記
励振信号を繰り返し循環させるループ回路とを備え、上
記ループ回路の循環信号を楽音信号として用いるように
した楽音合成装置において、 雑音信号を発生する手段と、上記ループ回路の循環信
号に基づいて上記雑音信号を制御する雑音制御手段と、 上記ループ回路内の所定の位置に介挿され、自己の入
力信号を上記雑音制御手段により制御された雑音信号に
よって変調して出力する雑音重畳手段と を具備することを特徴とする。 「作用」 上記のように、ループ回路内を循環する信号で雑音信
号を制御し、この雑音信号でループ回路内の信号を変調
すると、例えば、管楽器の場合におけるリードとマウス
ピースとの間隙部分で発生する乱流に相当する信号が、
ループ回路によって循環される。このように、実際の楽
器における雑音発生メカニズムに忠実な信号処理が行わ
れる。 「実施例」 以下、図面を参照し、本発明の実施例を説明する。

【第１実施例】 第１図はこの発明の第１実施例による楽音合成装置の
構成を示すブロック図である。なお、同図において、前
述した第５図と対応する部分には同一の符号が付してあ
る。 楽音制御情報発生回路21では、この楽音合成装置本体
に装備された各種操作子（図示せず）の操作が検知さ
れ、それに従って各種楽音制御情報が発生される。この
楽音制御情報としては、吹奏圧に相当するデータＰ、吹
奏者が管楽器のマウスピースをくわえる時にリードに加
えられる圧力（この圧力はアンブシュアと呼ばれる）に
相当するデータＥ、発生楽音の音高を制御するデータS
T、雑音データＮ等が出力される。 音高制御用データSTは双方向伝送回路20に送られる。
このデータSTによって双方向伝送回路20における信号の
伝播経路が切り換えられ、双方向伝送回路20の共振特性
が切り換えられる。 雑音データＮは、後述するマウスピースとリードとの
間隙における乱流現象をシミュレートするために使用さ
れるものである。この雑音データＮは、例えば、Ｍ系列
乱数発生回路によって疑似乱数データを発生し、この疑
似乱数データをローパスフィルタ等を通過させ、データ
中の高調波成分を除き、さらに直流的なオフセット分に
相当するデータを加えることにより得られる。これ以外
の発生方法としては、例えばツェナーダイオード等の熱
雑音を増幅器で増幅し、その増幅出力をA/D変換するこ
とによっても得られる。 ジャンクション22は、加算器22aおよび22bからなる。
このジャンクション22では、乗算器15および双方向伝送
回路20の出力データが加算器22aによって加算されて双
方向伝送回路20に入力され、双方向伝送回路20および加
算器22aの出力データが加算器22bによって加算され、減
算器13に出力される。このようにすることで、共鳴管の
マウスピース側の端部における空気圧力波の散乱がシミ
ュレートされる。 減算器13には、上述した第４図の場合と同様、吹奏圧
に相当するデータＰが入力されると共に、双方向伝送回
路22からの帰還データ（このデータは共鳴管の終端部で
反射されてマウスピース側に戻ってくる空気圧力波に相
当する）がシャンクション22の加算器22bを介して入力
される。そして、マウスピースとリードの間隙における
空気圧に相当するデータP₁が減算器13から出力され、こ
のデータP₁は遅延回路13Dを介し、加算器16および乗算
器14に入力される。 そして、加算器16によって、データP₁にアンブシュア
に相当するデータＥがオフセットとして加算され、実際
にリードに加えられる圧力に相当するデータP₃が出力さ
れる。このデータP₃はフィルタ11aによって帯域制限さ
れてROM11に入力される。ここで、フィルタ11aを介挿す
る理由について説明する。リードへの圧力を変化させた
場合、リード自身の慣性等があるため、この圧力変化に
対してリードは遅れて反応する。また、圧力変化の周波
数が高いとリードは反応しない。このような圧力変化に
対するリードの追随性をシミュレートするために、フィ
ルタ11aによる帯域制限が行われる。 そして、ROM11から、マウスピースとリードとの間隙
部分の空気流に対するアドミッタンスに相当するデータ
Ｙが出力される。このデータＹと遅延回路13Dからのデ
ータP₁とが、乗算器14によって乗算され、マウスピース
とリードとの間隙を通過する空気流の流速に相当するデ
ータFLが出力される。 そして、乗算器MNによって、データFLに雑音データＮ
が乗じられる。このようにすることで、データFLは、時
々刻々と変化する雑音データＮの雑音成分（雑音データ
Ｎから上述のオフセット成分を除いた残りの成分）によ
って変調される。そして、乗算器MNからは、データFLに
対し上述した乱流に相当するデータが付与されたデータ
FLNが出力される。そして、データFLNに乗算器15によっ
て上述した定数Ｇが乗じられる。この乗算によって管内
における空気圧に相当するデータが得られ、このデータ
がジャンクション22の加算器22aを介して双方向伝送回
路20に入力される。そして、双方向伝送回路20からの出
力データがシャンクション22を介して加算器13に入力さ
れ、上述と同様の信号処理が行われる。 このように、この楽音合成装置では、マウスピースと
リードとの間隙の通過する空気流の流速に相当するデー
タを雑音データＮによって変調しており、実際の管楽器
の雑音発生メカニズムに即した信号処理が行われる。従
って、自然楽器から発生される雑音が忠実に再現され
る。 なお、上述した実施例では、乗算器14の出力データに
雑音データＮを乗算するようにしたが、遅延回路13Dか
ら乗算器14に入力されるデータ、遅延回路13Dの出力デ
ータ、あるいはROM11から乗算器14に入力されるデータ
に雑音データＮを乗算するようにしても上記実施例と同
様の効果が得られる。また、上記実施例では、雑音デー
タＮを乗算することによりデータの変調を行ったが、雑
音データＮを加えるようにしてもよい。

【第２実施例】 第２図はこの発明の第２の実施例による楽音合成装置
の構成を示したものである。なお、この図において、前
述した第１図と対応する部分には同一の符号が付してあ
る。32はROM、31,33は減算器、34,35は乗算器である。
また、13aはデータＰを減算器13に伝送するバッファ、1
3bは双方向伝送回路20の出力データを減算器13に伝送す
るバッファ、31aはデータＰを減算器13に伝送するバッ
ファ、31bは双方向伝送回路20の出力データを減算器13
に伝送するバッファである。 さて、マウスピースとリードとの間隙部分における空
気流の流速は空気圧に応じて変化するが、ある速度に達
すると飽和する。第３図はこの空気流の流速の飽和特性
を示す非線形関数Ｂを示したものである。そして、この
非線形関数ＢのテーブルがROM32に記憶されている。 この実施例では、減算器31の出力データ（リードに加
えられる圧力に相当するデータ）を、ROM32に入力して
非線形関数Ｂに従ったテーブル変換を行い、ROM32の出
力データとROM11の出力データ（このデータはマウスピ
ースとリードとの間隙部分の空気流に対するアドミッタ
ンスに相当する）とを乗算器14によって乗算し、間隙部
分の空気流の流速に相当するデータを得るようにしてい
る。従って、減算器31の出力データが大きい場合、ROM3
2からは非線形関数Ｂの飽和領域のデータが読み出され
る。この結果、乗算器14の出力データとしては、飽和し
た時の流速に対応したものが得られる。 また、この実施例では、乱流に相当するデータを、空
気流の流速が飽和するに従って大きくするような制御が
行われる。以下、その動作について説明する。非線形関
数Ｂは、第３図から明らかなように、非飽和領域から飽
和領域に進むに従って入力値と出力値の差が大きくな
る。この実施例では、減算器23によってこの差を求め、
乗算器34によって、減算器23の出力データと雑音データ
Ｎとを乗算するようにしている。従って、ROM32から非
飽和領域のデータが読み出される場合、すなわち、空気
流の流速が非飽和の場合は、乗算器34の出力データは小
さく、ROM32から飽和領域のデータが読み出される場
合、すなわち、空気流の流速が飽和している場合は、乗
算器34の出力データが大きくなる。 そして、乗算器34の出力データと乗算器14の出力デー
タとを乗算器35によって乗算し、乱流を含んだ空気流の
流速に相当するデータが得られる。そして、上述した第
１実施例と同様に、雑音を含んだ楽音が発生される。こ
のようにして、実際に管楽器吹奏において、息を強く吹
き込んでマウスピースとリードとの間隙部分の空気流速
度が飽和した時に雑音が大きくなる現象が忠実に再現さ
れる。

【第３実施例】 第４図は、第７図に示した擦弦楽器または打楽器音を
合成する楽音合成装置のループ回路内に乗算器105を介
挿し、雑音信号Ｎを重畳するようにした例である。 「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、雑音信号を
発生する手段と、上記ループ回路の循環信号に基づいて
上記雑音信号を制御する雑音制御手段と、ループ回路内
の所定の位置に介挿され、自己の入力信号を上記雑音制
御手段により制御された雑音信号によって変調して出力
する雑音重畳手段とを設けたので、実際の楽器演奏時に
発生される雑音が忠実に再現され、さらに、マウスピー
スとリードとの乱流現象を忠実に模倣することが可能と
なり、高品位の楽音を発生させることができるという効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例による楽音合成装置の構
成を示すブロック図、第２図はこの発明の第２実施例に
よる楽音合成装置の構成を示すブロック図、第３図は同
実施例におけるROM32に記憶された非線形関数Ｂを説明
する図、第４図はこの発明の第３実施例による楽音合成
装置の構成を示すブロック図、第５図は従来の楽音合成
装置の構成を示すブロック図、第６図は第１図および第
２図および第５図におけるROM11に記憶された非線形関
数Ａを説明する図、第７図は従来の擦弦楽器音あるいは
打楽器音を合成する楽音合成装置の構成を示すブロック
図である。 11,32……ROM、MN,34……乗算器、20……双方向伝送回
路、21……楽音制御情報発生回路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】演奏情報に対応した励振信号を発生する励
   振手段と、少なくとも、所定時間自己の入力信号を遅延
   する遅延手段を有し、上記励振信号を繰り返し循環させ
   るループ回路とを備え、上記ループ回路の循環信号を楽
   音信号として用いるようにした楽音合成装置において、 雑音信号を発生する手段と、 上記ループ回路の循環信号に基づいて上記雑音信号を制
   御する雑音制御手段と、 上記ループ回路内の所定の位置に介挿され、自己の入力
   信号を上記雑音制御手段により制御された雑音信号によ
   って変調して出力する雑音重畳手段と を具備することを特徴とする楽音合成装置。