JP3339273B2 - 楽音波形形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波形信号を循環さ
せる手段を備える楽音波形形成装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、自然楽器の発音機構をシミュレー
トするために、波形信号を循環させる手段を備えている
楽音波形形成装置が特公平７−２３９９９号等に提案さ
れている。この楽音波形形成装置の構成を図１２に示
し、その概略説明をすると、非線形テーブル４３では、
演奏情報に応じて供給される弓等の操作子の速度情報VE
L および操作子の弦に対する押圧力（弓圧）情報PRESに
したがって、予め記憶されているテーブルから非線形関
数の励起信号が読み出される。

【０００３】一方、遅延回路２３、ローパスフィルター
（ＬＰＦ）２５、乗算器２７、加算器２９、遅延回路２
２、ローパスフィルター（ＬＰＦ）２４、乗算器２６、
および加算器２８から循環ループが形成され、非線形テ
ーブル４３から出力された励起信号が加算器２８，２９
に印加されることにより、この循環ループに励起信号が
供給されている。そして、循環ループを循環した信号
は、加算器３１を介して加算器３２に供給され、ここで
操作子の速度情報VEL が加算され、さらに除算器４２に
おいて押圧力（弓圧）情報PRESで除算されて非線形テー
ブル４３に入力される。

【０００４】このようにして非線形テーブル４３から読
み出された励起信号は、乗算器４４にて押圧力（弓圧）
情報PRESが乗算されて循環ループに供給される。循環ル
ープに供給された励起信号は、遅延回路２２，２３で遅
延され、ローパスフィルター２４，２５にて所定の周波
数特性が与えられて、減衰しながら循環ループを循環す
るようになる。この場合の循環信号のピッチは、おもに
遅延回路２２，２３によって決定される。そして、循環
信号が楽音信号として取り出されている。なお、「−
１」が乗算される乗算器２６，２７は弦の固定端で弦振
動が逆相で反射されることをシミュレートしている。

【０００５】ところで、非線形テーブル４３には、例え
ば図１２（ｂ）に示すような鋸歯状の正負に渡る非線形
関数が記憶されているが、この非線形関数の横軸は操作
子である弓の動き量を示し、縦軸はバイオリン等の楽器
の弦の動き量を表している。すなわち、直線状に増加あ
るいは下降する部分は弓の動きにつれて弦が引っ張られ
て動いていく両者間の摩擦が静止摩擦とされる部分を示
しており、その先の弦が弓の動きに抗して元に戻り弦の
動き量がが小さなほぼ一定の値となる部分は、両者の摩
擦が動摩擦とされる部分である。そして、弦にこのよう
な静止摩擦と動摩擦とが繰り返し生じることにより、
（ｂ）に示すような鋸歯状の非線形関数が非線形テーブ
ル４３から出力されるようになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、非線形関
数の遷移部分は急峻な特性とされているため、循環ルー
プから出力される楽音波形が、サンプリング定理を満足
しない周波数域の信号を含み、折り返しノイズが発生す
る恐れがある。特に、ピッチが高い場合にはこの現象が
生じる恐れが高くなる。そこで、これを解決するため
に、特開平４−３０３８９６号公報に記載されているよ
うに、楽音のピッチが高い場合は非線形関数の特性を図
１２（ｃ）に示すように滑らかに遷移する特性として、
楽音の周波数帯域を制限することが提案されている。し
かしながら、非線形関数の特性を図１２（ｃ）に示すよ
うに滑らかに遷移する波形とすると、周波数帯域が制限
されることから、楽音のリアリティーが失われてしまう
という問題点があった。

【０００７】また、循環ループから出力される楽音波形
のピッチは、非線形関数の遷移点から元に戻り、次に遷
移するまでの時間となる。そこで、非線形テーブルから
出力される信号の波形でみると、この信号は周期的な鋸
歯状の波形信号となるが、鋸歯状の波形の遷移点から次
の遷移点までの周期がピッチに対応するようになる。こ
の場合、図１２に示す楽音信号形成装置は、ディジタル
システムとして構成されているため、信号は所定の周期
のサンプリングされたディジタル信号である。すなわ
ち、アナログ信号で見た場合の遷移点で必ずしもサンプ
リングされるものとは限らないため、その遷移点が次の
サンプリング点を越えるまでは、ディジタル楽音信号の
見かけ状のピッチは変更されないようになる。すなわ
ち、サンプル周期に対応するピッチロックが生じるとい
う問題点がある。このピッチロックの影響は、高音域に
おいて特に著しいものとなる。

【０００８】そこで、本発明は楽音のリアリティーを保
ったまま、折り返しノイズが生じたり、ピッチロックす
ることのない楽音波形形成装置を提供することを目的と
している。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の楽音波形形成装置は、波形信号を循環させ
ることにより発音すべき楽音のピッチに対応した共振周
波数を得る信号循環手段と、該信号循環手段を循環中の
波形信号を所定の非線形特性に応じて変換して、前記信
号循環手段に出力する非線形制御手段とを備え、前記非
線形制御手段は、非線形変換手段と、該非線形変換手段
の出力の周波数帯域を制限するフィルター手段からな
り、今回のサンプリングタイミングにおけるサンプリン
グ値が、前回のサンプリングタイミングにおけるサンプ
リング値から所定レベルを通過して変化した時の、前回
のサンプリングタイミングから今回のサンプリングタイ
ミングにおける所定レベルを通過するタイミングまでの
時間割合に応じて、前記フィルター手段のフィルター係
数が制御されることにより、前記時間割合に応じて前記
フィルター手段により遅延されたディジタルサンプル信
号が、前記非線形変換手段から出力されるようにしたも
のである。

【００１０】このような本発明によれば、非線形制御手
段において、必要最小限の周波数帯域の制限をすること
ができ、これにより、折り返しノイズの発生を防止する
ことができる。また、アナログ的に近似した遷移点のタ
イミングに応じて、フィルター係数を設定するようにし
たので、フィルターの遅延時間をこの遷移点のタイミン
グに応じて変化させることができる。このため、ピッチ
ロックが防止されたディジタルデータを出力することが
できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】最初に、本発明の楽音波形形成装
置において、ピッチロックしないようにする原理を図１
ないし図５を用いて説明する。ここでは説明を簡単にす
るために非線形関数が図１（ａ）に示すようなステップ
関数であるとする。このステップ関数は入力ｘがｘｓ≧
ｘの時「１」、ｘ＞ｘｓの時「０」となる関数である。
すなわち、ｘｓがスレショルドとなる。このステップ関
数を離散的な２通りの時間で読み出すことを考える。第
１の例をＡとして示すが、この例においては時間（ｔｉ
ｍｅ）ｔ０のサンプリングタイミングにおいて入力ｘが
ｘ００であり、この入力ｘで読み出されたｙ軸上のステ
ップ関数は「１」であり、時間Ｔ後の次のサンプリング
タイミングｔ１において入力ｘがｘ０１となって、この
入力ｘで読み出されたステップ関数は「０」となる。

【００１２】また、第２の例をＢとして示すが、この例
においては時間（ｔｉｍｅ）ｔ０のサンプリングタイミ
ングにおいて入力ｘがｘ１０であり、この入力ｘで読み
出されたステップ関数は「１」であり、時間Ｔ後の次の
サンプリングタイミングｔ１において入力ｘがｘ１１と
なって、この入力ｘで読み出されたステップ関数は
「０」となる。このように、第１の例と第２の例では読
み出すタイミングの入力ｘが異なるものの、読み出され
たステップ関数は、図１（ｃ）に示すようにいずれもタ
イミングｔ０で「１」、タイミングｔ１で「０」とな
る。このように、遷移点がサンプリングのタイミングの
関係で本来あるべき時間位置と異なるようになる。この
遷移点の不正確さが折り返しノイズやピッチロックが生
じる原因である。

【００１３】この場合、第１の例においては同図（ｄ）
のＡに示すようなタイミングｔ０２で遷移するステップ
関数が読み出され、第２の例においては同図（ｄ）のＢ
に示すようにタイミングｔ１２で遷移するステップ関数
が読み出されればピッチロックは生じないようになる。
このように遷移点がサンプリングのタイミングから若干
ずれている場合をディジタル信号で表現するために、図
２に示すような構成を考える。この図において、アナロ
グローパスフィルター１は、入力されるアナログ信号の
ナイキスト周波数以上の周波数成分を除去するフィルタ
ーであり、アナログ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）２は
このフィルター１からの信号を取り込んでサンプリング
周期毎にディジタル信号に変換して、変換したディジタ
ルデータを出力するものである。

【００１４】このアナログローパスフィルター１のイン
パルス応答は、図３に示すように、 ｙ＝ｓｉｎ（ｘ）／ｘ なる形状となり、無限に連続な関数である。この関数を
ジンク関数という。したがって、アナログローパスフィ
ルター１からはステップ関数に図３に示すジンク関数を
畳み込んで得られる関数波形が出力される。この関数波
形の立ち下がり部分を図１（ｅ）に示すが、第１の例Ａ
と第２の例Ｂにおけるアナログローパスフィルター１の
フィルター係数は異なるように設定されている。すなわ
ち、第１の例Ａにおいてはアナログローパスフィルター
１のフィルター係数は、その遅延時間が小さいものとさ
れるが、第２の例Ｂにおいてはアナログローパスフィル
ター１のフィルター係数は、その遅延時間が大きいもの
とされる。

【００１５】この結果、アナログローパスフィルター１
からは第１の例Ａの場合は、図１（ｅ）に示すように、
サンプリングタイミングｔ０において出力値ｙ００が得
られ、サンプリングタイミングｔ１において出力値ｙ０
１が得られる。また、第２の例の場合は、同図に示すよ
うに、サンプリングタイミングｔ０において出力値ｙ１
０が得られ、サンプリングタイミングｔ１において出力
値ｙ１１が得られる。このように、サンプリングタイミ
ングの間の異なるタイミングで遷移する信号を、遷移タ
イミングに応じたディジタル信号で表現することができ
るようになる。本発明はこのようにして、ピッチロック
されることを防止しているのである。

【００１６】以上の説明は非線形関数が立ち下がるステ
ップ関数として説明したが、立ち上がる非線形関数とさ
れた場合を図４を参照しながら説明する。図４（ａ）は
ステップ関数に変換後の遷移タイミングの異なるＡ，Ｂ
の２つのステップ関数波形でありアナログ信号として表
現されている。同図（ｂ）はサンプリングクロックのタ
イミングであり、サンプリング周期はＴである。同図
（ｃ）は出力されるディジタルデータをアナログ波形上
の黒丸で示すサンプル点として示している。同図（ａ）
に示すタイミングｔ０に近いタイミングで遷移する第１
の例Ａにおいては、図２に示す構成の処理が行われてタ
イミングｔ０でディジタルデータ値ｙ００が出力され、
タイミングｔ１においてディジタルデータ値ｙ０１、タ
イミングｔ２においてディジタルデータ値ｙ０２が出力
される。また、タイミングｔ１に近いタイミングで遷移
する第２の例Ｂにおいては、図２に示す構成の処理が行
われてタイミングｔ０でディジタルデータ値ｙ１０が出
力され、タイミングｔ１においてディジタルデータ値ｙ
１１、タイミングｔ２においてディジタルデータ値ｙ１
２が出力される。このようにして、遷移するタイミング
に応じたディジタルデータ値を得ることができる。

【００１７】本発明の楽音信号形成装置は以上のような
原理に基づくものであるが、ローパスフィルターのフィ
ルター係数を遷移するタイミングに応じて制御するため
に、図５に示すようにサンプリングタイミングからの遷
移点の時間の割合を算出している。図５において、遷移
点は入力ｘがスレショルドｘｓを越えた瞬間であり、サ
ンプリングされている入力ｘがタイミングｔ０において
入力ｘ０、次のサンプリング周期Ｔ後のタイミングｔ１
において入力ｘ１であったとする。この時の入力ｘ０と
入力ｘ１とを直線補間した時の補間値が、スレショルド
ｘｓとなった時のタイミングＴｘｓを求めると、 Ｔｘｓ＝（ｘｓ−ｘ０）Ｔ／（ｘ１−ｘ０） となる。このタイミングＴｘｓに応じてフィルター係数
を設定することにより、図１（ｅ）および図４（ｃ）に
示すように遷移するタイミングに応じたディジタルデー
タ値を得ることができる。

【００１８】次に、本発明の楽音波形形成装置の実施の
形態例の構成を示す機能ブロック図を図６に示す。この
図に示す楽音波形形成装置は、演奏情報発生部１１と音
色情報発生部１２、および楽音制御信号発生部１３とを
備え、演奏情報発生部１１からの演奏情報および音色情
報発生部からの音色情報に基づいて、楽音制御信号発生
部１３から発生される楽音制御信号を、楽音波形信号形
成部２０へ供給してバイオリン、ビオラ等の擦弦楽器の
楽音波形信号を形成するようにしたものである。

【００１９】ここで、演奏情報発生部１１は音階に対応
した複数の鍵からなる鍵盤と、この鍵盤の各鍵の押鍵操
作の有無を検出する押鍵検出回路と、押鍵された鍵の押
鍵操作速度を検出するイニシャルタッチ検出回路と、押
鍵された鍵の押鍵圧力又は押鍵深さを検出するアフター
タッチ検出回路等の鍵盤に付随する各種回路を備えてい
る。そして、各鍵の押鍵の有無及び押鍵された鍵を表す
鍵情報、イニシャルタッチ情報、アフタータッチ情報等
の演奏情報を楽音制御信号発生部１３に供給している。
また、音色情報発生部１２は音色選択スイッチと、この
選択スイッチの操作検出回路とを備え、選択音色を表す
音色情報を楽音制御信号発生部１３へ出力している。

【００２０】さらに、楽音制御信号発生部１３は例えば
マイクロコンピュータ、楽音制御パラメータ記憶テーブ
ル等により構成されており、前記演奏情報及び音色情報
に応じて前記テーブルを参照して、時間変化しない各種
楽音制御信号と時間変化する各種楽音制御信号とを楽音
波形信号形成部２０へ出力している。これらの楽音制御
信号は、例えば、鍵盤にて押鍵された鍵により決定され
る発生楽音のピッチを合算値により表すようにした第１
ピッチ信号PIT1および第２ピッチ信号PIT2と、イニシャ
ルタッチ演奏情報、アフタータッチ演奏情報および音色
情報により決定される擦弦楽器における弓の移動速度を
表す弓速度信号VEL と、弓の移動時における弓から弦に
付与される圧力を表す弓圧信号PRESと、音色情報により
主に決定されるとともに、各演奏情報を考慮して決定さ
れる音色制御要素としての音色制御信号TC₁ 〜TC₅ とか
らなる。

【００２１】なお、前記電子楽器が演奏者により操作さ
れるホイール、ペダル等の他の演奏操作子を備えている
場合には、これらの各演奏操作子の操作に関する演奏情
報を前記イニシャルタッチ及びアフタータッチと同様な
演奏情報として扱ってもよい。また、前記演奏情報発生
部１１および音色情報発生部１２として、他の楽器、自
動演奏装置等を採用し、これらから楽音制御信号発生部
１３に演奏情報及び音色情報が供給されるようにした
り、また他の楽器、自動演奏装置内にて前記各種楽音制
御信号が形成されるようにして、形成された楽音制御信
号が楽音波形信号形成部２０へ直接供給されるようにし
てもよい。

【００２２】楽音波形信号形成部２０は擦弦楽器の弦に
対応して楽音波形信号を循環させる閉ループの循環ルー
プ２１を有しており、この循環ループ２１内には遅延回
路２２，２３、ローパスフィルター（ＬＰＦ）２４，２
５、乗算器２６，２７および加算器２８，２９が縦続に
接続されている。遅延回路２２，２３はピッチ信号PIT
l，PIT2により各遅延時間がそれぞれ可変制御されるよ
うになっており、この遅延時間の可変制御により、循環
ループ２１の共振周波数を押鍵された鍵の音高に対応す
ることができ、発生楽音の音高がほぼ決定されるように
なっている。ローパスフィルター２４，２５は、循環し
ている波形信号の周波数特性を変更することにより、種
々の弦の振動特性をシミュレートするもので、音色制御
信号TC₁ ，TC₂ により前記特性が切り替え制御されてい
る。

【００２３】また、乗算器２６，２７は循環波形信号に
「−１」を乗算することにより、循環波形信号の位相を
反転するもので、弦の両側の固定端における振動波の反
射をシミュレートしている。ところで、循環ループ２１
上の波形信号は、乗算器２６，２７の各出力側にて、加
算器３１に供給されている。この加算器３１は加算器３
２と共に入力手段を構成しており、加算器３２の一方の
入力には加算器３１の出力が供給されており、かつ加算
器３２の他方の入力には、楽音波形信号の発生開始及び
持続を制御する起動制御信号としての弓速度信号VEL が
供給されている。この加算器３１，３２は、弦における
弓との接触部が弓の移動により変位することと、この接
触部が弦上を進行する振動波により変位することとをシ
ミュレートしている。

【００２４】そして、加算器３２の出力は、加算器４
１、除算器４２を介して非線形制御部１００に入力され
ると共に、非線形制御部１００の出力は乗算器４４およ
び加算器２８，２９を介して循環ループ２１へ供給され
ている。この非線形制御部１００は、加算器３２からの
出力を非線形変換して操作子である弓の移動による弦の
変位状態をシミュレートしている。そして、非線形制御
部１００には前記したピッチロックを防止する原理が適
用されて、ピッチロックすることのないディジタルデー
タが乗算器４４に出力するようにされている。

【００２５】また、除算器４２及び乗算器４４には弓圧
信号PRESが共に入力されており、除算器４２は非線形制
御部１００に入力される信号を弓圧信号PRESにより除算
し、乗算器４４は非線形制御部１００の出力信号に弓圧
信号PRESを乗算する。これらの除算器４２および乗算器
４４は、摩擦係数が弦に付与される弓圧力により変化し
て、非線形特性が変更されることをシミュレートするも
のである。この変更は、弓圧力に応じて弓速度に対する
弦速度を相似的に拡大又は縮小するような変更とされて
いる。また、乗算器４４の出力はローパスフィルター
（ＬＰＦ）４５および乗算器４６を介して合成手段とし
ての加算器４１に帰還されており、この帰還により除算
器４２および乗算器４４を含めた非線形制御部１００に
よる信号の非線形変換に、ヒステリシス特性が付与され
ている。

【００２６】また、循環信号は加算器２８と遅延回路２
３との接続点から取り出されて、フォルマントフィルタ
ー５１に接続されている。このフォルマントフィルター
５１は擦弦楽器の動の音響特性をシミュレートするもの
で、音色制御信号TC₅ により周波数特性が切替制御され
ている。このフォルマントフィルター５１からの出力
は、サウンドシステム５２に供給されて楽音信号はアナ
ログ信号に変換された後、増幅されてスピーカから発音
される。

【００２７】このように構成された楽音波形形成装置に
おいて、演奏情報発生部１１から、演奏操作子の鍵情
報、イニシャルタッチ情報、アフタータッチ情報等の演
奏情報が楽音制御信号発生部１３に供給され、楽音制御
信号発生部１３は、これらの演奏情報と音色情報発生部
から供給されている音色情報に基づき、各種制御信号を
楽音波形信号形成部２０へ供給する。すなわち、弓速度
信号VEL が加算器３２に、弓圧信号PRESが除算器４２，
乗算器４４に供給されることにより、非線形制御部１０
０が弓速度信号VEL をピッチロックが生じないよう非線
形処理して循環ループ内の加算器２８，２９に供給す
る。これにより、循環ループ内を起動信号が循環し始め
るが、遅延回路２２，２３の遅延時間はピッチ信号PIT
1，PIT2により制御されて、これらの遅延時間の和が発
生すべき音高の周期に対応した値とされる。

【００２８】したがって、循環ループ内の循環信号の周
期は演奏情報発生部１１から供給された発生すべき音高
情報の周期と一致するようになる。また、この循環信号
には、音色情報TC₁ ，TC₂ により制御されたＬＰＦ２
４，２５により、弦の特性に応じた周波数特性が付与さ
れるようになる。このような循環信号は、音色制御情報
TC₅ により制御されているフォルマントフィルター５１
に導かれ、擦弦楽器の胴の音響特性が付与されてサウン
ドシステム５２に供給される。これにより、サウンドシ
ステムから擦弦楽器の音響信号が発音されるようにな
る。

【００２９】次に、ピッチロックが生じないように非線
形処理する非線形制御部１００の構成の一例を図７に示
す。この図において、除算器４２よりの信号は非線形関
数テーブル１０１に入力されて、非線形変換されてフィ
ルター部２００に入力される。このフィルター部２００
のフィルター係数が非線形変換された信号の遷移タイミ
ングに応じて制御されることにより、フィルター部２０
０から図１（ｅ）および図４（ｃ）に示すようなピッチ
ロックの生じていないディジタルデータが出力されて、
乗算器４４に出力されている。

【００３０】ここで、フィルター部２００はＦＩＲ（Fi
nite Impulse Responce ）型のローパスフィルターとさ
れており、ｎ段縦続接続された１サンプル周期Ｔだけ遅
延する遅延手段（Ｄ）１０４−１，１０４−２，・・
・，１０４−ｎと、それぞれの遅延手段１０４−１，１
０４−２，・・・，１０４−ｎの前後の出力にフィルタ
ー係数を乗算する（ｎ＋１）個の係数乗算器１０５−
１，１０５−２，・・・，１０５−（ｎ＋１）と、係数
乗算器１０５−１，１０５−２，・・・，１０５−（ｎ
＋１）よりの各出力をすべて加算する加算器１０６−
１，１０６−２，・・・，１０６−ｎから構成されてい
る。

【００３１】このフィルター部２００のフィルター係数
は、フィルター係数テーブルを備えるフィルター係数制
御部１０３により制御される。そして、後述するように
フィルター係数制御部１０３において、サンプリング周
期に対する遷移点までの時間割合が、除算器４２より入
力された連続する２つのサンプリング信号から前記図５
に示す手法で算出され、検出された（ｘｓ−ｘ０）Ｔ／
（ｘ１−ｘ０）に基づいて、係数テーブルから所定のフ
ィルター係数が読み出されるようにされる。また、この
フィルター係数が変更されるタイミングは遷移点である
不連続点が生じるタイミングであるので、不連続点の発
生タイミングを除算器４２より入力された連続する２つ
のサンプリング信号から、後述する不連続点の検出部１
０２が検出して、この検出部１０２の出力をフィルター
係数の変更タイミングとして、フィルター係数制御部１
０３にトリガー（Trigger ）信号として印加している。

【００３２】また、非線形関数テーブル１０１の関数の
一例がそのブロック内に示されているが、この関数特性
は、弓の移動による弦の変位状態をシミュレートしてい
る。すなわち、弓を弦に擦りつけた場合、弓速度が小さ
いときには、弓と弦の間における摩擦力は静止摩擦係数
により主に支配されて弦速度は弓速度とほぼ同じになる
が、弓速度が大きくなると、前記摩擦力は動摩擦係数に
より主に支配されるようになって弦速度は弓速度より遅
くなるものであり、この現象が非線形関数テーブル１０
１による非線形変換により実現されるようになってい
る。なお、この非線形関数テーブル１０１の特性は音色
制御信号TC₃ により変更制御されるようにされている。

【００３３】次に、不連続点の検出部１０２の詳細構成
を図８に示す。この図に示す不連続点の検出部１０２
は、非線形制御部１００に入力される信号のレベル（以
下、信号ｘと記す。）が、図１に示すようにスレショル
ドｘｓとなった時に非線形変換された出力が遷移して、
不連続点が発生されることを利用することにより不連続
点を検出している。この不連続点の検出部１０２にはサ
ンプリングされた信号ｘ１が入力されるが、この信号ｘ
１は１サンプル周期の遅延手段（Ｄ）１１０により１サ
ンプル周期遅延される。したがって、遅延手段１１０か
らは信号ｘ１より１サンプル前の信号ｘ０が出力され
る。なお、遅延手段１１０にはサンプリングクロックφ
ｓが供給されている。

【００３４】遅延手段１１０の入力側および出力側から
取り出された連続する２つのサンプリング信号ｘ１，ｘ
０はそれぞれ比較器１１１（比較器１），比較器１１２
（比較器２）に供給される。比較器１ではサンプリング
信号ｘ０とスレショルドｘｓとを比較して、サンプリン
グ信号ｘ０がスレショルドｘｓ以上となった時に、
「１」信号を出力する。また、比較器２ではサンプリン
グ信号ｘ１とスレショルドｘｓとを比較して、サンプリ
ング信号ｘ１がスレショルドｘｓ以上となった時に、
「１」信号を出力する。比較器１の出力はアンド回路１
１６の一方に入力されると共に、インバータ１１３を介
してアンド回路１１４の一方に入力される。また、比較
器２の出力はアンド回路１１４の他方に入力されると共
に、インバータ１１５を介してアンド回路１１６の他方
に入力される。

【００３５】したがって、アンド回路１１４では ｘ０＜ｘｓ・ｘ１≧ｘｓ が出力される。すなわち、入力される信号が増加してい
ってスレショルドｘｓ以上となった時に「１」が出力さ
れる。また、アンド回路１１６では ｘ０≧ｘｓ・ｘ１＜ｘｓ が出力される。すなわち、入力される信号が減少してい
ってスレショルドｘｓ以下となった時に「１」が出力さ
れる。

【００３６】そして、アンド回路１１４とアンド回路１
１６の出力の論理和がオア回路１１７で取られ、オア回
路１１７の出力の立ち上がりエッジでトリガ信号発生部
１１８がトリガされて、インパルス状のトリガ信号（TR
IGGER ）が発生される。すなわち、トリガ信号発生部１
１８により立ち上がりエッジが検出される。このよう
に、不連続点の検出部１０２においては入力されるサン
プリング信号が増加していって、スレショルドｘｓ以上
のレベルとなった時、および入力されるサンプリング信
号が減少していって、スレショルドｘｓ以下のレベルと
なった時に、不連続点が生じるものとしてトリガ信号が
発生されるのである。

【００３７】次に、この不連続点の検出部１０２の動作
を図９に示すフローチャートを参照しながら説明する。
不連続点の検出部１０２は２つのサンプリング信号を必
要とすることから、サンプリング信号ｘ１が入力された
時に処理が開始され、ステップＳ１０にてｘ０＜ｘｓか
つｘ１≧ｘｓか否かが判定される（アンド回路１１４に
相当）。ここで、増加していったサンプリング信号がス
レショルドｘｓ以上となると、「ＹＥＳ」と判定されて
ステップＳ２０に進みトリガ信号が出力される。次い
で、ステップＳ２５にてサンプリング信号ｘ１がサンプ
リング信号ｘ０とされてリターンされ、次のサンプリン
グタイミングでサンプリング信号ｘ１が入力された時に
再度処理が開始される。

【００３８】また、ステップ１０で「ＮＯ」と判定され
た場合は、ステップＳ１５にてｘ０≧ｘｓかつｘ１＜ｘ
ｓか否かが判定される（アンド回路１１６に相当）。こ
こで、減少していったサンプリング信号がスレショルド
ｘｓ以下となると、「ＹＥＳ」と判定されてステップＳ
２０に進みトリガ信号が出力される。次いで、ステップ
Ｓ２５にてサンプリング信号ｘ１がサンプリング信号ｘ
０とされてリターンされ、次のサンプリングタイミング
でサンプリング信号ｘ１が入力された時に再度処理が開
始される。このように、不連続点の検出処理はサンプリ
ングタイミング毎に行われることになる。なお、ステッ
プＳ１５にて「ＮＯ」と判定されるとステップＳ２５に
てサンプリング信号ｘ１がサンプリング信号ｘ０とされ
てリターンされる。

【００３９】この不連続点の検出部１０２よりのトリガ
信号は、フィルター係数制御部１０３に供給されて、フ
ィルター係数を変更するタイミングとされる。このフィ
ルター係数制御部１０３の詳細構成を図１０に示すが、
フィルター係数制御部１０３は前記図５に示す原理でサ
ンプリング周期Ｔに対する遷移点（不連続点）の時間割
合を算出している。図１０において、入力されたサンプ
リング信号ｘは１サンプル遅延手段（Ｄ）１２０で遅延
されて、遅延手段１２０からは１サンプル周期前のサン
プリング信号ｘ０が出力される。

【００４０】そして、減算器１２１において（ｘ１−ｘ
０）が演算出力されて、この演算出力が絶対値回路（Ａ
ＢＳ）１２２で絶対値信号とされて割り算器１２５のＡ
入力端子に入力される。また、減算器１２３において
（ｘｓ−ｘ０）が演算出力されて、この演算出力が絶対
値回路（ＡＢＳ）１２４で絶対値信号とされて割り算器
１２５のＢ入力端子に入力される。割り算器１２５で
は、Ａ入力端子の信号で、Ｂ入力端子の信号が除算さ
れ、その結果が出力される。すなわち、（ｘｓ−ｘ０）
／（ｘ１−ｘ０）が割り算器１２５から出力される。こ
の出力に、乗算器（ＮＡ）１２６においてサンプリング
周期Ｔが乗算され、サンプリング周期Ｔに対する遷移点
の時間割合（ｘｓ−ｘ０）Ｔ／（ｘ１−ｘ０）が乗算器
１２６から出力されるようになる。

【００４１】この時間割合の出力（ｘｓ−ｘ０）Ｔ／
（ｘ１−ｘ０）が係数テーブル１２７に入力され、この
時間割合に応じたフィルター係数が係数テーブル１２７
から読み出されてラッチ（Latch ）回路１２８に供給さ
れる。そして、このラッチ回路１２８において、前記し
た不連続点の検出部１０２からのトリガ信号により、係
数テーブル１２７から読み出されたフィルター係数がラ
ッチされる。ラッチされたフィルター係数は、前記図７
に示す係数乗算器１０５−１〜１０５−（ｎ＋１）にそ
れぞれ供給され、前記図１（ｅ）および図４（ｃ）に示
すようなピッチロックしないサンプリング信号が得られ
るようになる。

【００４２】なお、係数テーブル１２７に記憶されてい
るフィルター係数の例を図１１を参照しながら説明する
が、ここでは、ＦＩＲフィルターが図１１（ｂ）に示す
構成とされ、係数乗算器に供給されるフィルター係数は
１，２，３，４の４係数であるとする。図１１（ａ）は
ＦＩＲフィルターのインパルス応答に窓関数を乗算し
て、その応答を有限長としたインパルス応答であり、○
を付した○１，○２，○３，○４の点を第１のフィルタ
ー係数組とすると、この第１のフィルター係数組はイン
パルス応答に対して左右対称とされて、サンプリング周
期Ｔの中央、すなわち時間遅れが５０％の係数とされ
る。また、△を付した△１，△２，△３，△４の点を第
２のフィルター係数組とすると、時間遅れは０．５Ｔ短
くなり、時間遅れが０％の係数とされる。さらに、□を
付した□１，□２，□３，□４の点を第３のフィルター
係数組とすると、時間遅れは０．５Ｔ長くなり、時間遅
れが１００％の係数とされる。

【００４３】この０％の第２のフィルター係数と、１０
０％の第３のフィルター係数の間のフィルター係数を多
数係数テーブル１２７に記憶しておくことにより、０〜
１００％の遅れ時間のフィルター係数を係数テーブル１
２７から読み出すことができ、ピッチロックを防止した
ディジタルデータをフィルタ部２００から出力すること
ができるようになる。

【００４４】なお、本発明の楽音波形形成装置は擦弦楽
器をシミュレートするものとして説明したが、これに限
られるものではなく、非線形の特性や各部の制御・調整
を行うことにより管楽器をシミュレートすること、およ
び非現実的な音色の合成も可能である。また、楽音波形
形成装置における楽音合成のアルゴリズムはＤＳＰ（Di
gitalSignal Processor），ＭＰＵ（Micro Processing
Unit ）などを用いて、マイクロプログラム等で記述し
て実行するようにしてもよい。また、ハードウェアで構
成してもよい。さらに、演奏操作子としては既存の鍵盤
等や、バイオリンを模した操作子を用いることができ
る。

【００４５】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、非線形制御手段において、必要最小限だけ周波数帯
域を制限することができ、これにより折り返しノイズの
発生を防止することができる。また、アナログ的に近似
した遷移点のタイミングに応じて、フィルター係数を設
定するようにしたので、フィルターの遅延時間をこの遷
移点のタイミングに応じて変化させることができる。こ
のため、出力されるディジタルデータのピッチロックを
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の楽音波形形成装置の原理を説明する
ための図である。

【図２】 本発明の楽音波形形成装置の原理構成を示す
図である。

【図３】 図２に示す構成のアナログフィルターのイン
パルス応答を示す図である。

【図４】 本発明の楽音波形形成装置においてピッチロ
ックしていない出力を説明するためのステップ入力に対
する出力を示す図である。

【図５】 本発明の楽音波形形成装置においてサンプリ
ング入力からサンプリング周期に対する遷移点までの時
間割合の算出を説明するための図である。

【図６】 本発明の楽音波形形成装置の実施の形態例の
構成を示す機能ブロック図である。

【図７】 本発明の楽音波形形成装置における非線形制
御部の詳細構成を示すブロック図である。

【図８】 本発明の楽音波形形成装置における不連続点
の検出部の詳細構成を示すブロック図である。

【図９】 本発明の楽音波形形成装置における不連続点
の検出部の動作を示すフローチャートである。

【図１０】 本発明の楽音波形形成装置におけるフィル
ター係数制御部の詳細構成を示すブロック図である。

【図１１】 本発明の楽音波形形成装置におけるフィル
ター係数制御部に記憶されるフィルター係数を説明する
ためのインパルス応答、およびフィルターの構成を示す
図である。

【図１２】 従来の楽音波形形成装置の構成を示す機能
ブロック図である。

【符号の説明】

１ アナログローパスフィルター、２ Ａ／Ｄ変換器、
２１ 循環ループ、２２，２３ 遅延回路、２４，２５
ＬＰＦ、２６，２７ 乗算器、１００ 非線形制御
部、１０１ 非線形関数テーブル、１０２ 不連続点の
検出部、１０３ フィルター係数制御部、２００ フィ
ルター部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G10H 7/00 G10H 7/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 波形信号を循環させることにより発音
   すべき楽音のピッチに対応した共振周波数を得る信号循
   環手段と、 該信号循環手段を循環中の波形信号を所定の非線形特性
   に応じて変換して、前記信号循環手段に出力する非線形
   制御手段とを備え、 前記非線形制御手段は、非線形変換手段と、該非線形変
   換手段の出力の周波数帯域を制限するフィルター手段か
   らなり、今回のサンプリングタイミングにおけるサンプ
   リング値が、前回のサンプリングタイミングにおけるサ
   ンプリング値から所定レベルを通過して変化した時の、
   前回のサンプリングタイミングから今回のサンプリング
   タイミングにおける所定レベルを通過するタイミングま
   での時間割合に応じて、前記フィルター手段のフィルタ
   ー係数が制御されることにより、前記時間割合に応じて
   前記フィルター手段により遅延されたディジタルサンプ
   ル信号が、前記非線形変換手段から出力されるようにし
   たことを特徴とする楽音波形形成装置。