JP2977208B2 - 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、特に管楽器音の合成に用いて好適な楽音
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。クラリネット等
の管楽器の最も基本的なモデルとしては、リードの弾性
特性をシミュレートした非線形増幅素子と、共鳴管をシ
ミュレートした双方向伝送回路とを接続した閉ループ構
造のモデルが知られている。このモデルでは、非線形増
幅素子から信号が出力されると、この信号は進行波信号
として双方向伝送回路に入力され、双方向伝送回路の終
端部で反射され、この反射波信号が双方向伝送回路を介
し、非線形増幅素子に帰還される。このように、非線形
増幅素子と双方向伝送回路とからなる閉ループ回路によ
って、管楽器における空気圧力波の伝播が忠実にシミュ
レートされる。また、実際の管楽器には、音高操作用の
孔、いわゆるトーンホールが設けられているが、このト
ーンホールをも含めて管楽器をシミュレートしたモデル
が知られている。このモデルでは、複数の双方向伝送回
路が信号散乱ジャンクション（以下、ジャンクションと
略す）と呼ばれる信号処理回路を介してカスケード接続
される。ここで、ジャンクションは、複数のトーンホー
ルの各々に対応して設けられる。そして、各ジャンクシ
ョンにより、隣接する双方向伝送回路からの各入力信号
に対し係数乗算等の演算処理が行われ、演算結果が隣接
する双方向伝送回路に供給される。この演算処理におけ
る乗算係数等は当該音孔の開閉状態に対応し切り換えら
れ、音孔付近における空気圧力波の散乱がシミュレート
される。この種の技術は、例えば特開昭63−40199号公
報に開示されている。 「発明が解決しようとする課題」 ところで、上述した従来の楽音合成装置は、シミュレ
ートしようとする楽器の各トーンホールに対応してジャ
ンクションを設けるようにしているため、実現しようと
するトーンホール数が多くなると、回路規模が著しく大
きくなってしまう。また、楽音合成装置をソフトウェア
によって実現しようとする場合は、演算量の増大を招致
し、このため、リアルタイムな楽音合成に支障を来すと
いう問題があった。特に、このことは、音域の広い管楽
器について、基本的な音高のピッチを犠牲にすることな
く、全音域の楽音を合成しようとする場合、非常に重要
な問題となる。 この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであ
り、基本的な音高のピッチを犠牲にすることなく、広い
音域の楽音を合成することが可能であり、かつ、小規模
な回路構成あるいは少ない演算回数により実現される楽
音合成装置を提供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、本発明は、共鳴管をシミュ
レートした楽音合成装置であって、双方向に信号を伝送
するとともに所定の遅延時間だけ入力信号を遅延させる
複数の信号処理手段と、前記複数の信号処理手段の中の
２組の信号処理手段間に介挿され、該２組の信号処理手
段の各出力信号に対し所定の演算処理を施し、該演算結
果を該２組の信号処理手段に供給する１個の信号散乱ジ
ャンクションと、音高を表す音高情報に応じて、シミュ
レートする共鳴管の全長に対応した総遅延時間を前記複
数の信号処理手段の各遅延時間に配分するとともに、前
記音高情報に応じて、前記信号散乱ジャンクションにお
ける演算処理を制御する制御手段とを具備し、前記複数
の信号処理手段と前記１個の信号散乱ジャンクションを
接続してなるループ状の信号路に励振信号を入力するこ
とにより楽音信号を合成するようにしたことを特徴とし
ている。 「作用」 上記本発明によれば、複数の信号処理手段とこの複数
の信号処理手段間に１個の信号散乱ジャンクションとを
設け、音高を表す音高情報に応じて、制御手段が、シミ
ュレートする共鳴管の全長に対応した総遅延時間を複数
の信号処理手段の各遅延時間に配分するとともに、音高
情報に応じて、信号散乱ジャンクションにおける演算処
理を制御する。これにより、信号散乱ジャンクションを
１個だけ設けるという簡易な構成で、例えば、自然楽器
の管楽器のトーンホールによる楽音変化を模倣しつつ、
多数の音高の楽音を合成することができる。 「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。また、第２図はこの楽音
合成装置がシミュレートするクラリネットの物理モデル
の構成図である。 まず、第２図の物理モデルについて説明する。第２図
において、１は管楽器の共鳴管（管部）、２はマウスピ
ース部、2aはリード、THは共鳴管１に形成された１個の
トーンホールを示す。 以下、この物理モデルを参照し、クラリネットの発音
メカニズムを説明する。吹奏者がマウスピース部２をく
わえ、息を吹き込むと、その吹奏圧Ｐおよび自身の弾性
特性によりリード２に変位が生ずる（矢印2S）。この
結果、リード2aの管内側に空気の圧力波（粗密波）が発
生し、これが進行圧力波Ｆとなって共鳴管１の終端部1E
に向かって送出される。そして、進行圧力波Ｆは共鳴管
１内の各所および終端部1Eにおいて反射され、反射圧力
波Ｒとなってリード2aに戻り、リード2aは反射圧力波Ｒ
からの圧力PRを受ける。従って、吹奏中、リード2aが受
ける全圧力PAは、反射圧力波Ｒの圧力をPRとすると、 PA＝Ｐ−PR ……（１） となり、結局、リード2aは自身の弾性特性と上記圧力PA
とにより振動する。そして、リード２の振動と共鳴管
１内の圧力波ＦおよびＲの往復運動とが共振状態となる
ことにより楽音が発生される。 この時の共振周波数は、共鳴管１に形成されたトーン
ホールTHの開閉操作により切り換えられる。すなわち、
トーンホールTHの開閉操作が行われると、それに伴って
トーンホールTH近傍における圧力波の流れが変化し、共
鳴管１の実効的な長さが変化することによって共振周波
数の切換がなされる。 以下、共鳴管１のトーンホールTHの近傍点ｊにおける
空気圧力波の状態について説明する。 ＜トーンホールTHが開状態の場合＞ トーンホールTHが開状態の場合、点ｊの空気圧Pjは、 Pj＝a₁off P₁ ⁺＋a₂off P₂＋a₃off P₃ ⁺ ……（２） となる。ここで、P₁ ⁺は共鳴管１のリード2a側から点ｊ
に流入する空気圧力波の圧力、P₂ ⁺は共鳴管１の終端部1
E側から点ｊに流入する空気圧力波の圧力、また、P₃ ⁺は
トーンホールTHから流入する空気圧力波の圧力を示す。
また、a₁off,a₂offおよびa₃offは、点ｊに流入する各空
気圧力波の点ｊの空気圧Pjへの寄与度に相当する係数で
あり、下記式（３）〜（５）で与えられる。 a₁off＝２φ₁ ²/（φ₁ ²＋φ₂ ²＋φ₃ ²） ……（３）₂ off＝２φ₂ ²/（φ₁ ²＋φ₂ ²＋φ₃ ²） ……（４） a₃off＝２φ₃ ²/（φ₁ ²＋φ₂ ²＋φ₃ ²） ……（５） ここで、φ_１は共鳴管１のリード2a側の部分の直径、φ
_２は共鳴管１の終端部1E側の直径、φ_３はトーンホール
THの直径を示す。 一方、第２図において、点ｊから共鳴管１のリード２
方向に流出する空気圧力波の圧力P₁ ^-、共鳴管１の終
端部1E方向に流出する空気圧力波の圧力P₂ ^-およびトー
ンホールTHへと流出する空気圧力波の圧力をP₃ ^-とする
と、これらは各々 P₁ ^-＝Pj−P₁ ⁺ ……（６） P₂ ^-＝Pj−P₂ ⁺ ……（７） P₃ ^-＝Pj−P₃ ⁺ ……（８） となる。 点ｊから終端部1E側へと伝播する空気圧力波（圧力P₂
^-）は、やがて終端部1Eに到達して一部がリード２側
へ反射されるが、クラリネット等のように終端が開いた
管楽器の場合、この反射の際、位相の反転が行われる。
また、トーンホールTHが開状態の場合、ｊ点からトーン
ホールTHの外側に向けて流出された空気圧力波（圧力P₃
^-）は開口部において反射されるが、この場合も、進行
波は逆相で反射される。 ＜トーンホールTHが閉状態の場合＞ この場合、トーンホールTHの直径φ_３が０になった状
態と等価であると考えられる。従って、上記式（３）〜
（５）にφ_３＝０を代入することにより、トーンホール
THが閉状態の場合における各空気圧力波の空気圧Pjへの
寄与度に相当する係数a₁on,a₂on,a₃onが、下記式（９）
〜（11）のように導かれる。 a₁on＝２φ₁ ²/（φ₁ ²＋φ₂ ²） ……（９）₂ on＝２φ₂ ²/（φ₁ ²＋φ₂ ²） ……（10） a₃on＝０ ……（11） そして、点ｊの空気圧Pjは、 Pj＝a₁on P₁ ⁺＋a₂on P₂ ⁺a₃on P₃ ⁺ ……（12） となる。 次に第２図の物理モデルに基づいて構成された第１図
の楽音合成装置について説明する。同図において、励振
回路10は第２図におけるマウスピース部２に対応してお
り、共振回路30は共鳴管１に対応している。また、励振
回路10と共振回路30との間に介挿されるジャンクション
20は、マウスピース部２と共鳴管１との接続部における
空気圧力波の散乱をシミュレートしたものである。この
ジャンクション20では、共振回路30からの出力信号と励
振回路10の出力信号が加算器18によって加算されて共振
回路30に入力され、加算器18の出力信号と共振回路30の
出力信号が加算器19によって加算されて励振回路10に入
力されるようになっている。 励振回路10は、減算器11、フィルタ12および13、加算
器14、ROM15、乗算器16、17およびINVとで構成される。
そして、楽音発生時、楽音制御回路100から吹奏圧Ｐ、
エンブシュアＥ（マウスピースを口にくわえる時の圧
力）に相当する情報が与えられる。減算器11には、共振
回路30からジャンクション20を介して入力される信号、
すなわち、第２図における共鳴管１からの反射波Ｒの空
気圧PRに相当する信号と、吹奏圧Ｐに相当する信号が入
力される。そして、上記式（１）の演算が行われ、リー
ド2aに加わる空気圧PAに相当する信号が得られる。 減算器11の出力信号はフィルタ12によって帯域制限さ
れる。このフィルタ12は１次のローパスフィルタによっ
て構成されており、励振回路10と共振回路30との間を循
環する信号の振幅が特定周波数において著しく大きくな
らないようにするために介挿されている。そして、フィ
ルタ12の出力信号P₁はフィルタ13に入力されると共に、
乗算器INVによって反転されて乗算器16に入力される。
信号P₁はフィルタ13を介すことにより、高周波成分が除
去される。これにより、急激な圧力変化を吸収するリー
ド２の応答特性がシミュレートされる。 そして、加算器14によって、フィルタ13の出力信号P₂
に対し、エンブシュアＥに相当する信号が加算され、実
際にリードに加えられる圧力に相当する信号P₃が求めら
れる。そして、この信号P₃がROM15にアドレスとして与
えられる。これにより、ROM15内に予め記憶された非線
形関数のテーブルが参照され、リード２とマウスピー
ス部２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信号Ｙが出力される。そして、
信号Ｙと信号−P₁とが乗算器16によって乗算され、リー
ド2aとマウスピース部２との間隙を通過する空気の流速
に相当する信号FLが得られる。 そして、信号FLに対し、乗算器17によって乗算係数Ｇ
が乗じられる。ここで、乗算係数Ｇは共鳴管１における
マウスピース部２の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17からは、共鳴管１のマウスピース側の入
口において発生する空気の圧力変化に相当する信号が得
られる。そして、この信号がジャンクション20を介し、
共振回路30に入力される。 共振回路30において、遅延回路Dnf,Dmf,D,D
は、各々、第２図は共鳴管１内における空気圧力波の伝
播経路に対応している。さらに詳述すると、リード２
から発された空気圧力波（進行波Ｆ）がトーンホールTH
に達するまでの遅延は遅延回路Dnfによってシミュレー
トされ、トーンホールTHを通過した空気圧力波が終端部
1Eに達するまでの遅延は遅延回路Dmfによってシミュレ
ートされ、終端部1Eで反射された空気圧力波がトーンホ
ールTHに到達するまでの遅延は遅延回路Ｄによって
シミュレートされ、トーンホールTHを通過した空気圧力
波（反射波Ｒ）がリード２に帰還されるまでの遅延は
遅延回路Ｄによってシミュレートされる。 共振回路30の出力信号が終端回路TRMに入力される
と、ローパスフィルタMLによって帯域制限され、さらに
乗算器IVによって負の係数γが乗算されて共振回路30に
戻される。このようにして、終端部1Eにおける音響損失
の周波数特性および反射に伴う位相反転がシミュレート
される。 共振回路30におけるジャンクションJTHは、第２図に
おけるトーンホールTHの近傍点ｊにおける空気圧力波の
散乱をシミュレートしたものであり、加算器Aj、乗算器
M₁,M₂,M₃,M₄、減算器A₁,A₂,A₃、遅延回路DTH₁,DTH₂、ロ
ーパスフィルタLPFTHとで構成される。加算器Ajには、
遅延回路Dnfの出力信号（第２図の圧力P₁ ⁺に対応）に乗
算器M₁によって係数_１を乗じた信号、遅延回路Dmrの
出力信号（第２図の圧力P₂ ⁺に対応）に乗算器M₂によっ
て係数_２を乗じた信号、および遅延回路DTH₂の出力信
号（第２図の圧力P₃ ⁺に対応）に乗算器M₃によって係数
_３を乗じた信号が入力される。また、各係数a₁,a₂,a₃
としては、当該トーンホールTHが開状態の場合は、楽音
制御回路100から上記式（３）〜（５）に従った係数a₁o
ff,a₂off,a₃offが与えられ、当該トーンホールTHが閉状
態の場合は、上記式（９）〜（11）に従った係数_１
，_２，_３が与えられる。 そして、加算器Ajの加算結果、すなわち、点ｊの空気
圧Pjに相当する信号は、減算器A₁、A₂およびA₃に入力さ
れる。そして、減算器A₁では加算器Ajの出力信号から遅
延回路Ｄｆの出力信号（圧力P₁ ⁺相当）が減算され、
減算結果（圧力P₁ ^-相当）が遅延回路Ｄに送られ
る。また、減算器A₂では加算器Ajの出力信号から遅延回
路Dmrの出力信号（圧力P₂ ⁺相当）が減算され、減算結果
（圧力P₂ ^-相当）が遅延回路Dmrに送られる。さらに、減
算器A₃では加算器Ajの出力信号から遅延回路DTH₂の出力
信号（圧力P₃ ⁺相当）が減算され、減算結果（圧力P₃ ^-相
当）が遅延回路DTH₁に送られる。 そして、遅延回路DTH₁に入力された信号は所定時間遅
延されてローパスフィルタLPFTHに入力され、トーンホ
ール開口部における音響損失が付与される。そして、ロ
ーパスフィルタLPFTHの出力信号に対し、トーンホールT
H開口部における空気圧力波に対する反射係数thcが乗算
器M₄によって乗算される。この反射係数thcは楽音制御
回路100から供給され、当該トーンホールTHが開状態の
場合は−１に、閉状態の場合は１に切り換えられる。そ
して、乗算器M₄の乗算結果は遅延回路DTH₂によって遅延
されて減算器A₃および乗算器M₃に入力される。遅延回路
DTH₁およびDTH₂の遅延時間はトーンホールTHの高さ、す
なわち、空気圧力波がトーンホールTHの筒状部分を往復
するのに要する時間に等しい。このようにして上述した
トーンホールTHの近傍点ｊにおける空気圧力波の伝播が
シミュレートされる。 さて、実際のクラリネットでは、トーンホールTHは第
２図のように１個ではなく多数設けられている。しかし
ながら、クラリネットのすべてのトーンホール対応し、
ジャンクションJTHを設けると、装置全体の回路規模が
かなり大規模なものとなってしまう。また、楽音合成装
置をソフトウェアにより実現する場合は、計算量が増大
するので演算時間が長くなり、リアルタイムな楽音合成
に支障を来す。そこで、この楽音合成装置では、以下説
明する方式を採ることにより、多数のトーンホールに対
応した信号処理を１個のジャンクションJTHのみで行う
ことを可能とした。 すなわち、この楽音合成装置における遅延回路Ｄf,
D,Df,Dは遅延時間の制御が可能な構成となっ
ており、トーンホールの開閉操作に応じてこれらの遅延
時間の配分が切り換えられるようになっている。なお、
この種の遅延時間の制御可能な遅延回路の具体的回路と
しては、例えば入力信号を所定周期のシフトクロックに
よって駆動されるシフトレジスタに入力し、シフトレジ
スタの各段出力の内、所望の遅延時間に対応したものを
セレクタ等によって選択して出力するといった方式のも
のを用いることができる。 ここで、上述のトーンホールの開閉操作に対応した遅
延時間の配分の制御について詳述する。今、第１図にお
けるトーンホールTHが、共鳴管１に多数設けられたトー
ンホールの内、開状態であり、かつ、最もリード2a寄り
のトーンホールであるものとする。この場合、リード２
から当該トーンホールTHまでの距離に対応した遅延段
数データが楽音制御回路100から遅延回路Ｄｆおよ
びDnrに供給される。また、共鳴管１の全長に対応した
遅延段数がlsの場合、＝ls−なる段数データｍが遅
延回路DmfおよびDmrに供給される。このようにして、遅
延回路DnfおよびDnr、遅延回路ＤｆおよびＤの遅
延時間が設定される。そして、ジャンクションJTHに
は、係数a₁off,a₂off,₃offが供給されると共に反射係
数thcとして−１が供給される。一方、トーンホールを
すべて指でふさいだ場合は、最も終端部1E寄りのトーン
ホール位置に対応し、段数データｎおよびｍが決められ
る。そして、ジャンクションJTHには、係数a₁on,a₂on,a
₃onが供給されると共に反射係数thcとして１が供給され
る。 ところで、実際のクラリネットでは、共鳴管１の直径
（φ_１およびφ_２相当）は一定でなく、また、すべての
トーンホールTHの直径φ_３が同じに作られているとは限
らない。そこで、この楽音合成装置では、クラリネット
に形成された各トーンホール毎に、当該トーンホールに
おける各直径φ_１〜φ_３から上記各乗算係数a₁off,a₂of
f,a₃offを演算｛上記式（３）〜（５）｝すると共に、
最後のトーンホールについては、乗算係数a₁on,a₂on,a₃
onを演算し｛上記式（９）〜（11）｝、各係数を各トー
ンホールに対応して配列した係数テーブルを例えばROM
等の記憶手段に記憶しておき、楽音発生時は、音高を決
定するトーンホール、すなわち、最もリード２寄りの
開いたトーンホールに対応する係数を楽音制御回路100
が選択し、ジャンクションJTHに係数₁,₂,_３とし
て供給するようにしている。このように、この楽音合成
装置では、１個のジャンクションJTHによって、実際の
クラリネットにおける多数のトーンホールに対応した信
号処理を行うことができる。 勿論、シミュレートしようとするクラリネットの管径
およびトーンホールの形状が一様である場合は、すべて
のトーンホールについて、共通の係数a₁off,a₂off,a₃of
f,a₁on,a₂on,a₃onを供給するようにしてもよい。 以下、この楽音合成装置を電子楽器に搭載した場合を
想定し、その動作を説明する。電子楽器本体に複数装備
されたトーンホール開閉用操作子（例えば鍵盤）がオン
されたとすると、その操作子に対応するトーンホール位
置が楽音制御回路100によって検出され、トーンホール
位置に対応する段数データn,mが発生され、遅延回路Dn
f,Dnr,Df,Dの遅延時間の設定が行われる。また、
同時に、当該トーンホールに対応した係数a₁,a₂,₃,
がジャンクションJTHに供給される。 そして、吹奏圧ＰおよびエンブシュアＥに相当する信
号が励振回路10に供給される。この結果、吹奏圧Ｐおよ
びエンブシュアＥに基づく初期励振信号が励振回路10か
ら出力される。この信号はジャンクション20を介し、共
振回路30に入力される。そして、上述したように共振回
路30内を伝播し、ジャンクション20を介して励振回路10
に帰還される。そして、励振回路10では共振回路30から
帰還した信号と、当該時点における吹奏圧Ｐおよびエン
ブシュアＥに基づき上述した信号処理が行われ、新たな
励振信号がジャンクション20を介し、共振回路30に入力
される。以下同様の動作が行われ、励振回路10と共振回
路30との間で信号の循環が行われ、この循環する信号
（例えば励振回路10の出力信号）が楽音信号として出力
される。 この楽音信号の音高および音色は共振回路30の共振周
波数特性によって決まる。そして、トーンホールTHが開
かれた状態の場合、１次の共振周波数は励振回路10とジ
ャンクションJTHとの間に介挿される遅延回路Dnfおよび
Dnrの遅延時間の和の逆数となる。また、励振回路10に
帰還される信号には、ジャンクションJTHで折り返され
て戻る信号（上述、１次の共振周波数に対応）の他、終
端回路TRMで折り返されて戻る信号の成分も含まれ、ま
た、トーンホールTHの開口端に相当するローパスフィル
タLPFTHまで到達して折り返される成分も含まれる。従
って、実際のクラリネット内部における空気圧力波の散
乱状態が忠実に音色に反映される。

【第２実施例】 管楽器の共鳴管は多峰性の伝送量周波数特性を有す
る。そして、その場合における最も低い共振周波数、す
なわち、１次周波数はトーンホールの開閉操作によって
制御される。しかし、吹奏においては、トーンホールの
開閉状態を変えないで、吹奏圧の調整等の操作により、
例えば１次周波数の３倍,5倍といった高次の周波数の楽
音を発生することが行われる。 第３図にその構成を示す本発明の第２実施例による楽
音合成装置は、上述したような高次の共振周波数による
楽音発生を促進する手段を備えている。第４図は第３図
の楽音合成装置に対応するクラリネットの物理モデルを
示したものである。本物理モデルは、共鳴管１における
高次の共振周波数での共振を促進するためのレジスタチ
ューブRTCを設けた点が前述の第２図のモデルと異な
る。実在の管楽器の中にも、１オクターブ以上の音高切
換を容易にするために、レジスタチューブRTCに相当す
る孔（オクターブキーと呼ばれる）を備えた管楽器も存
在する。なお、第３図および第４図において、第１図お
よび第２図と対応する部分には同一の符号が付してあ
る。 レジスタチューブRTCは、トーンホールTHと同様、共
鳴管１に開口する孔である。第４図に示すように、レジ
スタチューブRTCの近傍点ｋでは、空気圧力波の散乱が
発生する。Q₁ ⁺,Q₂ ⁺,Q₃ ⁺は近傍点ｋに流入する空気圧力
波の圧力、Q₁ ^-,Q₂ ^-,Q₃ ^-は近傍点ｋから流出する空気圧
力波の圧力である。第３図におけるジャンクションJRTC
はレジスタチューブRTCの空気圧力波の散乱を演算する
ために設けたものである。ここで、各乗算係数b₁,b₂,b₃
は、レジスタチューブRTCに対応した各径φ_１，φ_２
，φ_３に基づいて決められる。また、LPFRTCはレジ
スタチューブRTC開放時の音響損失を与えるローパスフ
ィルタ、DRTC₁およびDRTC₂はレジスタチューブRTCの高
さに応じた遅延時間を有する遅延回路である。また、反
射係数rtcはレジスタチューブRTCの開閉に対応し切り換
えられる。なお、ジャンクションJRTCの構成は、ジャン
クションJTHと全く同じであり、以上説明したように演
算に用いられる各係数に相異があるだけである。従っ
て、ジャンクションJRTCに関する詳細な構成の説明は省
略する。 第３図において、リード2aとレジスタチューブRTCと
の間の遅延は、遅延回路DjfおよびDjによってシミュ
レートされており、レジスタチューブRTCとトーンホー
ルTHとの間の遅延が遅延回路DkfおよびDkによってシ
ミュレートされている。すなわち、第１図における遅延
回路DnfおよびＤは、第２図の構成では、遅延回路D
jfおよびDjfと、遅延回路DkfおよびDkfに分解されてい
る。 以上説明した第３図の構成の楽音合成装置を試作し、
各遅延回路の遅延時間、各種乗算係数等のパラメータを
色々変化させ、楽音波形の評価を行った。以下、今回の
評価において試作品に適用した各パラメータを列挙し説
明する。 ＜設計パラメータ一覧＞ ［フィルタ類］ ◇トーンホールTH用ローパスフィルタLPFTHのカットオ
フ周波数fcTH＝2500［Hz］ ◇レジスタチューブRTC用ローパスフィルタLPFRTCのカ
ットオフ周波数 fcRTC＝7000［Hz］ ◇終端部1E用ローパスフィルタMLのカットオフ周波数fc
ML＝2000［Hz］ ◇フィルタ13（ローパスフィルタ）のカットオフ周波数
fcdcf＝1500［Hz］ ［遅延回路の段数（シフトレジスタ段数）］ ◇遅延回路Djf,DkfおよびDmf（遅延回路Djr,Dkおよび
Ｄ）の総遅延段数（共鳴管１の全長に対応）ls＝82 ◇遅延回路DTH₁およびDTH₂の各々の遅延段数（トーンホ
ールTHの高さに対応）lTH＝１ ◇遅延回路DRTC₁およびDRTC₂の各々の遅延段数（レジス
タチューブRTCの高さに対応）lRTC＝１ ［トーンホールTH関連の各パラメータ］ φ_１＝24［］ φ_２＝24［mm］ φ_３は８〜48［mm］の範囲で可変 これら各径の値に基づいて上記乗算係数a₁off,₂of
f,₃offを演算し、ジャンクションJTHに設定した。 また、乗算器M₄の乗算係数（反射係数）thcは−１
（トーンホールTHが開放した状態に対応）とした。 ［レジスタチューブRTC関連の各パラメータ］ φ₁b＝19［］ φ₂b＝19［mm］ φ₃b＝３［］ これらの各径の値に基づいて上記乗算係数b₁off,₂o
ff,₃off,₁o，₂o，₃oを演算し、ジャンク
ションJRTCに設定した。 また、反射係数rtcは、１（レジスタチューブRTC閉状
態）および−0.9（レジスタチューブRTC開状態）に２条
件に切り換えた。 ［その他のパラメータ］ ◇反転回路IVの乗算係数（終端部1Eの反射係数）＝−
0.9 ◇乗算器17の乗算係数（共鳴管１の空気流に対するイン
ピーダンス）Ｇ＝0.3 そして、レジスタチューブRTCの開閉操作に対応した
係数rtc、遅延回路Djf（Djf）の遅延段数（リード2aか
らレジスタチューブRTCまでの距離に対応）_１、遅延
回路DjfおよびDkf（DjfおよびDkr）の遅延段数（リード
2aからトーンホールTHまでの距離に対応）ｎ、およびト
ーンホールTHの直径φ_３を下記表−１に示すように各種
切り換えて楽音合成を試行した。 今回の試行では、表−１に示すように、遅延段数_１
を遅延段数の1/4に設定すると共に、遅延段数ｎが大
きくなるに従ってトーンホールTHの直径φ_３を小さくし
た。なお、rtc＝−0.9でｎ＝20の場合に限り、ローパス
フィルタLPFTHのカットオフ周波数fcTH＝4000［Hz］、
フィルタ13のカットオフ周波数fcdcf＝4000［Hz］とし
た。この結果、共振回路30aにおいて第５図（）〜
（）に示す共振波形が得られた。第５図（）〜
（ｄ）はrtc＝１、すなわち、レジスタチューブRTCを閉
じた場合の発振波形である。これらの波形を見ると、リ
ード２からトーンホールTHまでの距離に対応した遅延
段数ｎが20,40,60,80と大きくなるに従い、発振周期Ｔ
がＴ,2Ta,3Ta,4Taと長くなることが分かる。また、第
５図（ｅ）〜（ｈ）はrtc＝−0.9、すなわち、レジスタ
チューブRTCが開いた場合も同様に、遅延段数ｎが大き
くなるに従い、発振周期が長くなる。また、遅延段数
が同じ条件で第５図（ａ）〜（ｄ）と第５図（ｅ）〜
（ｈ）とを比較して見ると、例えば第５図（ｅ）の波形
の周期Ｔは第５図（）の波形の周期Taの1/3である
（ｎ＝20の場合）。また、他の遅延段数＝40,60,80の
場合を比較して見ると、ｎ＝20の場合と同様、レジスタ
チューブRTCを開放することによって、開放しない場合
の約1/3の発振周期が得られることが分かる。このよう
にして、この楽音合成装置において、３オクダーブ半の
音域の楽音合成が可能であることが確認された。 なお、上述した実施例では、進行波の遅延時間と反射
波の遅延時間を等しくした場合について説明したが、励
振回路10から出力された信号が、ジャンクションJRTCあ
るいはJTH、あるいは終端回路TRMを介して励振回路10に
帰還されるまでの時間の総和が一定であるならば、進行
波に対する遅延時間と反射波に対する遅延時間との配分
を不均衡にしても構わない。 「発明の効果」 以上説明したように、本発明によれば、素子数あるい
は演算回数を増やすことなく、各音高間のピッチが正確
であり、かつ、多くの種類の音高の楽音を合成すること
が可能な楽音合成装置を実現す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図は同実施例がシミュレート
するクラリネットの基本的な物理モデルを示す図、第３
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４図は同実施例に対応したレジスタ
チューブを有する物理モデルを示す図、第５図は同実施
例の動作を示す波形図である。 JTH……トーンホール用ジャンクション、JRTC……レジ
スタチューブ用ジャンクション、Dnf,Dmf,Dmr,Nnr,Dif,
Dkf,Dkr,Djr……遅延回路、100……楽音制御回路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】共鳴管をシミュレートした楽音合成装置で
   あって、 双方向に信号を伝送するとともに所定の遅延時間だけ入
   力信号を遅延させる複数の信号処理手段と、 前記複数の信号処理手段の中の２組の信号処理手段間に
   介挿され、該２組の信号処理手段の各出力信号に対し所
   定の演算処理を施し、該演算結果を該２組の信号処理手
   段に供給する１個の信号散乱ジャンクションと、 音高を表す音高情報に応じて、シミュレートする共鳴管
   の全長に対応した総遅延時間を前記複数の信号処理手段
   の各遅延時間に配分するとともに、前記音高情報に応じ
   て、前記信号散乱ジャンクションにおける演算処理を制
   御する制御手段と を具備し、 前記複数の信号処理手段と前記１個の信号散乱ジャンク
   ションを接続してなるループ状の信号路に励振信号を入
   力することにより楽音信号を合成するようにしたことを
   特徴とする楽音合成装置。