JP4833810B2 - 共鳴音発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、共鳴音発生装置に関し、特に、アコースティックピアノにおけるハーフダンパーペダルの効果を模擬するのに好適な共鳴音発生装置に関する。

アコースティックピアノでは、弦を押さえているダンパーをダンパーペダルで弦から外す操作を行い、実際に弾かれた弦だけでなく他の全ての弦を共鳴させる演奏手法がとられる。電子ピアノや電子オルガン等の電子楽器においては、このダンパーペダル操作による弦共鳴音を模擬する機能が要求される。

例えば、ダンパーペダルを操作しない通常のピアノ音と、ダンパーペダルを操作した場合の共鳴音を含むピアノ音とを録音してそれぞれの波形データを記憶し、ダンパーペダルの操作の有無に応じて波形を選択して楽音を発生する方法が行われている。

また、本発明者等は、ダンパーペダルオン後に押鍵したときの弦共鳴波形（楽音共鳴音波形）と押鍵後にダンパーペダルをオンにしたときの弦共鳴音波形（倍音共鳴音波形）を波形メモリに記憶しておき、押鍵とダンパーペダル操作のタイミングに応じて楽音共鳴音波形と倍音共鳴音波形の読み出しを制御することができる共鳴音発生装置を提案している（特願２００６−０１１４７０号）。

しかし、ダンパーペダルを使った奏法には、オンかオフかの２状態に限らず、オンとオフとの間で踏み込み量を調節して減衰度合を変える奏法もある。いわゆる「ハーフペダル」による演奏である。しかし、本発明者等が先に提案した共鳴音発生装置は、ハーフペダルの効果を模擬する点では改善の余地がある。

このハーフペダルによる効果を電子楽器で模擬するものとして、ダンパーペダルの操作があったときは電気的にキーオフの処理を保留し、ダンパーペダルの踏み込み量に応じて音量減衰レートを変えることができる電子楽器において、ダンパーが弦の振動を抑制している状態にあるか否かの判定結果に応じてエンベロープの減衰レートを制御する制御手段を備えた電子楽器が提案されている（特開平１０−１６１６５８号公報）。
特開平１０−１６１６５８号公報

特許文献１に記載された電子楽器では、単に、通常音の減衰時間を長くしているだけであるので、ダンパーペダルを最大に踏み込んだ場合に離鍵後も発音を継続させるダンパーペダルの効果を模擬することはできる。しかし、アコースティックピアノの場合は、ダンパーが弦から少しだけ離れているハーフペダルの状態では、ハーフペダル特有の小さい共鳴音が発生する。特許文献１に記載された従来技術ではこの共鳴音を模擬することはできないという問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、ハーフペダル時に特有の小さな共鳴音を模擬することができる共鳴音発生装置を提供することを目的とする。

上記問題点を解決し、目的を達成するための本発明は、発音指示に応答して通常音を発生する通常音発生手段と、前記発音指示に応答して前記通常音の第１共鳴音および第２共鳴音を選択的に発生可能な共鳴音発生手段と、ダンパー操作子の操作量が共鳴音選択判定用しきい値以上か否かによって前記第１共鳴音および第２共鳴音のいずれか一方を選択する共鳴音選択判定手段と、ダンパー操作子の操作に応じて前記共鳴音発生手段で発生された共鳴音のレベルを制御するレベル制御手段と、ダンパー操作子の操作に応じて前記通常音発生手段および前記共鳴音発生手段に対するエンベロープ制御情報を決定するエンベロープ制御手段と、前記通常音と前記レベル制御手段でレベル制御された共鳴音とを加算する楽音混合手段とを備えている点に第１の特徴がある。

前記共鳴音発生手段は、例えば、波形メモリから読み出された通常音から生成された前記第１共鳴音の波形データと、通常音の倍音成分から生成された前記第２共鳴音の波形データとに基づいて音源手段で前記第１共鳴音または前記第２共鳴音をそれぞれ発生する。前記共鳴音選択判定用しきい値は、例えば、音色または音高に対応して予め設定されている。

また、本発明は、前記レベル制御手段が、前記ダンパー操作子がオン操作された場合は、前記共鳴音のレベルをゼロから予定値まで第１の予定時間で変化させる手段と、前記ダンパー操作子がオフ操作された場合は前記共鳴音のレベルを前記第１の予定値からゼロまで前記第１の予定時間とは異なる第２の予定時間で変化させる手段とを含んでいる点に第２の特徴があり、前記レベル制御手段が、前記ダンパー操作子の操作量に対応して前記共鳴音のレベルを予定値からゼロの間で変化させるように構成されている点に第３の特徴がある。前記共鳴音のレベル変化の予定値は、例えば、音色または音高に対応して予め設定されている。

また、本発明は、前記エンベロープ制御手段が、発音停止指示入力時の前記ダンパー操作子の操作量に対応して、発音中の通常音および共鳴音の減衰時間をそれぞれ個別に制御するように構成されている点に第４の特徴がある。

また、前記発音指示が予定の音高または音高域の発音指示である場合に、前記第１共鳴音または前記第２共鳴音を発生する点に第５の特徴がある。

また、本発明は、前記共鳴音選択判定用しきい値を高低二つ設け、ダンパー操作子の操作量が低い方の共鳴音選択判定用しきい値以上のときは、第１共鳴音を選択するとともに、ダンパー操作子の操作量が高い方の共鳴音選択判定用しきい値以上と未満とで、高い共鳴音選択判定用しきい値以上の方を第１共鳴音の減衰時間を遅く設定している点に第６の特徴がある。

また、本発明は、前記共鳴音選択判定用しきい値より下方にゲート開放判定用しきい値を設定し、ダンパー操作子の操作量がゲート開放判定用しきい値以上のときに、前記共鳴音選択判定手段で選択された第１共鳴音および第２共鳴音の発生を許可するように構成された点に第７の特徴がある。

また、本発明は、前記第１共鳴音の波形データおよび前記第２共鳴音の波形データが、発生可能な楽音の倍音に対応した複数の共鳴回路を並列に接続した回路群に楽音を入力して得られた波形データであり、予め前記共鳴音発生手段の波形メモリに記憶されている点に第８の特徴がある。

前記共鳴回路はデジタルフィルタを有しており、そのインパルス応答が、倍音の振動波形を１自由度粘性減衰系モデルで模擬したものであり、前記デジタルフィルタで使用されるフィルタ係数が、１自由度粘性減衰系モデルの振る舞いを決めるためのモデルパラメータとして質量、減衰固有振動数、および減衰率を与えて、該モデルの運動方程式の係数となる粘性係数と剛性係数を求め、前記モデルの運動方程式をラプラス変換し、ｓ表現の伝達関数式を得ると共に、これに求めた粘性係数、剛性係数及び質量を代入し、双一次変換を行って、ｚ表現のフィルタ係数を求め、前記質量は任意の値とし、前記減衰固有振動数は模擬しようとする倍音の振動数であり、前記減衰率は倍音の減衰を指数関数で近似したときの指数として、その値を求めることによって決定される。

第１〜第８の特徴を有する本発明によれば、発音開始指示入力時つまり鍵盤楽器では押鍵時に、ダンパー操作子の操作量が共鳴音選択判定用しきい値以上のときは第１共鳴音が選択され、ダンパー操作子の操作量が共鳴音選択判定用しきい値未満のときは第２共鳴音が選択される。したがって、ダンパー操作子の操作量が大きいフルダンパーのときとダンパー操作子の操作量が小さいハーフダンパーのときとで異なる共鳴音を発生することができる。ダンパー操作子の操作量が小さいハーフペダル時には、第２共鳴音として例えば、発音開始指示つまり鍵盤楽器では押鍵した後にダンパーペダルをオン操作したときの弦共鳴音である倍音共鳴音を発生させ、かつ適度な早さで通常音とともに減衰させ、アコースティックピアノのハーフペダル効果を再現することができる。

第４の特徴を有する本発明によれば、ダンパー操作子の操作量に応じて発音中の通常音および共鳴音の減衰時間をそれぞれ個別に制御することができるので、フルダンパーに応じた長い減衰時間を設定できるし、ハーフダンパーに応じた比較的減衰時間が短い微妙な減衰共鳴音を発生することができる。

また、第５の特徴を有する本発明によれば、第１共鳴音または第２共鳴音は予め設定した音または音域での通常音の発音指示にのみ応答して発音される。例えば、高音域では、第１共鳴音または第２共鳴音を発生させ、低音域では第１共鳴音のみを発生させることができる。つまり、直接音のレベルが大きい高音域でのみ倍音共鳴音を発音するようにすることができる。

第６の特徴を有する本発明によれば、フルペダルの範疇に入るダンパー操作子の操作量であっても、ダンパー操作子の操作量が小さい部分では、第１共鳴音のみを発生させるが、ハーフペダルに準じて、発音を停止する際にはフルダンパー時より減衰時間をやや短くすることができる。

第７の特徴を有する本発明によれば、ダンパー操作子の操作量がゲート開放判定しきい値を超えないときは共鳴音が発生されない。

第８の特徴によれば、共鳴回路に楽音信号を入力することによって容易に共鳴音信号を得ることができる。特に、１自由度粘性減衰系モデルのパラメータを適宜設定することにより、任意の振動波形を再現して所望の共鳴音を発生させることができる。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図２は本発明の一実施形態に係る共鳴音発生装置を含む電子ピアノのハードウェア構成を示すブロック図である。同図において、ＣＰＵ１は、システムバス２を介して図中に示した各部を制御する。ＲＯＭ３はＣＰＵ１において用いられるプログラムを記憶するプログラムメモリ３ａや少なくとも音色データを含む各種データを記憶するデータメモリ３ｂを有している。ＲＡＭ４はＣＰＵ１による制御において発生する各種のデータ等を一時的に記憶する。

さらに、この電子ピアノには、操作パネル（以下、単に「パネル」と呼ぶ）５、ＭＩＤＩインタフェース６、およびダンパー操作子つまりダンパーペダル（以下、単に「ペダル」と呼ぶ）７が設けられる。パネル５は、発生すべき楽音の音色を選択する音色スイッチ５ａを含む各種状態設定のためのスイッチ等によって構成され、このパネル５から設定された情報はＣＰＵ１に供給される。ペダルセンサ７ａは、ペダル７の操作状態つまり踏み込み量をペダル情報として検出し、ＣＰＵ１に供給する。ペダルセンサ７ａは、可変抵抗器を含んで構成され、この可変抵抗器による電圧の変動などをペダル７の踏み込み量として検出する。

鍵盤８は８８鍵からなり、各鍵にはそれぞれタッチセンサからなるキースイッチ８ａが設けられる。キースイッチ８ａは、演奏者による鍵盤８の操作を検出して、押鍵された鍵の音高を示すキーコードＫＣ（キーナンバともいう）や、押鍵・離鍵に対応して楽音の発生・消音タイミングを指示するキーオンＫＯＮ・キーオフＫＯＦＦ、押鍵速度または押鍵強さであるキータッチＫＴなどのキー情報を出力する。キースイッチ８ａから出力される情報はシステムバス２を介してＣＰＵ１に供給される。

図２に示した電子ピアノにおける押鍵により発音開始されるという観点から押鍵時が発音開始指示入力時である。一方、離鍵に関しては、離鍵時にペダル操作されていれば離鍵のみによって直ちに発音が停止されるわけではないが、本明細書では、便宜上、離鍵を発音停止指示とみなし、発音停止指示入力時とは離鍵時を意味する。

楽音発生部９は、同時に複数の発音を行なうため時分割制御されるチャンネルを備えたトーンジェネレータからなり、複数のチャンネルすべての出力信号を累算して出力する。楽音発生部９では、押鍵操作により、いずれかのチャンネルが割り当てられ、該チャンネルにおいて押鍵操作に対応する楽音が生成される。

波形メモリ１０には、詳細を後述する３種類の楽音情報の波形データが記憶されており、楽音発生部９には、波形メモリ１０から鍵操作に対応して波形データが読み出される。読み出しアドレスの歩進はキーコードＫＣに対応した速度で行なわれる。すなわち、キーコードＫＣに対応する読出レートで波形データが読み出される。楽音発生部９は、波形メモリ１０から読み出された波形データに基づいて楽音信号を生成する。

楽音信号は、ＤＡ変換器１２でアナログ信号に変換された後、サウンドシステム１３に入力される。サウンドシステム１３は、アンプやスピーカ等から構成されており、ＤＡ変換器１２の出力信号を電子ピアノの出力として外部に発音させる。

上記電子ピアノの要部機能を説明する。アコースティックピアノでは、ダンパーペダルをオン操作して押鍵すると、押鍵時の衝撃音による大きい弦共鳴音（第１共鳴音）を発生する。以下、この大きい弦共鳴音の波形を「楽音共鳴音波形」と呼ぶ。一方、押鍵後にダンパーペダルをオン操作すると、すでに押鍵されている状態でダンパーが弦から離れて共鳴が生じる。したがって、このときの弦共鳴音（第２共鳴音）は押鍵時の衝撃音による弦共鳴音を含まない倍音成分のみの弦共鳴音波形（以下、「倍音共鳴波形」と呼ぶ）からなる。

そこで、本実施形態では、このようなアコースティックピアノの特性に応じて共鳴音を発生させるための楽音情報を２種類設定し、押鍵による直接音（以下、「通常音」と呼ぶ）の楽音情報と合わせて３種類の楽音情報に基づいて楽音を発生させるようにした。通常音の波形データを入力されて通常音を発生する通常音発音系統と、非周期成分を含む楽音共鳴音波形データを入力されて楽音共鳴音を発生する第１共鳴音発音系統と、通常音から押鍵時の衝撃音である非周期成分を除いた倍音成分のみの倍音共鳴音波形データを入力されて倍音共鳴音を発生する第２共鳴音発音系統とを設ける。

さらに本実施形態では、ハーフペダル時の効果を模擬できるように適度に減衰する倍音共鳴音を発生できるようにした。

図１は、本実施形態に係る電子ピアノの要部機能を示すブロック図である。図１において、通常音波形記憶部１５と、楽音共鳴音波形記憶部１６と、倍音共鳴音波形記憶部１７とが設けられる。これら記憶部１５〜１７は波形メモリ１０に設けられる。通常音波形記憶部１５には、鍵盤８に設けられる全ての鍵に対応して通常音波形データが予め記憶される。楽音共鳴音波形記憶部１６および倍音共鳴音波形記憶部１７には、通常音毎に対応した楽音共鳴音波形データおよび倍音共鳴音波形データが予めそれぞれ記憶される。キースイッチ８ａでキーオンが検出されると、その検出信号は、通常音波形記憶部１５、楽音共鳴音波形記憶部１６および倍音共鳴音波形記憶部１７に発音指示として入力され、各波形データが読み出される。

トーンジェネレータつまり音源手段の機能として、通常音発生部１８と共鳴音発生部１９とが設けられる。通常音波形記憶部１５から読み出された通常音波形データは通常音発生部１８に入力される。一方、楽音共鳴音波形記憶部１６から読み出された楽音共鳴音波形データおよび倍音共鳴音波形記憶部１７から読み出された倍音共鳴音波形データは、共鳴音切り替え部２０の切り替えに応じていずれかが選択的に共鳴音発生部１９に入力される。

通常音波形記憶部１５と通常音発生部１８とで通常音発生手段を構成し、楽音共鳴音波形記憶部１６と倍音共鳴音波形記憶部１７と共鳴音切り替え部２０と共鳴音発生部１９とで共鳴音発生手段を構成する。

通常音発生部１８では通常音波形データに通常音のエンベロープが付与されて通常音信号が生成され、この通常音信号は楽音混合手段である加算部２１に入力される。共鳴音発生部１９では楽音共鳴音波形データおよび倍音共鳴音波形データのうち、いずれか入力された方に共鳴音のエンベロープが付与されて共鳴音信号（楽音共鳴音信号または倍音共鳴音信号）が生成され、この共鳴音信号は乗算部２２に入力される。乗算部２２は、加算部２１に供給される共鳴音信号のレベルを変化させることで共鳴音を発生したり発生を停止させたりするゲートとして機能する。例えば、乗算部２２で予定された最大の乗算係数が共鳴音信号に乗算されたときには、共鳴音信号は最大レベルとなり、ゲートが開かれたことになる。ゲートが開かれると共鳴音信号は加算部２１に入力されて前記通常音信号と混合されて楽音信号となり、前記ＤＡ変換器１２に供給される。

通常音波形データ並びに楽音共鳴音波形データおよび倍音共鳴音波形データの上記各部での処理を行うために次の各機能が設けられる。

まず、共鳴音切り替え部２０を切り替えて共鳴音波形データを選択する共鳴音波形選択判定部２３が設けられる。共鳴音波形選択判定部２３は、ペダルセンサ７ａから入力されるペダル踏み込み量ＰＶを共鳴音選択判定用しきい値ＲＴと比較して、予め設定した判定基準により楽音共鳴音波形データおよび倍音共鳴音波形データのいずれか一方を選択する。共鳴音選択用しきい値ＲＴは、音色または音高に応じて異ならせることができる。例えば、予め音色または音高に対応した共鳴音選択判定用しきい値ＲＴをＲＯＭ３等の記憶手段にテーブルとして予め記憶しておき、演奏前に指示された音色や押鍵時のキーナンバに基づいて共鳴音選択判定用しきい値ＲＴを読み出せるように構成しておくとよい。例えば、高音に対しては共鳴音選択判定用しきい値ＲＴを下げるとよい。

また、消音時の減衰速度をペダルセンサ７ａから入力されるペダル踏み込み量ＰＶと消音判定用しきい値ＯＴと比較して決定する消音判定部２４が設けられる。消音判定部２４で決定された減衰速度はエンベロープ制御手段つまりエンベロープジェネレータである楽音発生制御部２５に設定される。楽音発生制御部２５は、設定された減衰速度に従って決定された減衰エンベロープを含む通常音および共鳴音のエンベロープ情報を、通常音発生部１８および共鳴音発生部１９にそれぞれ供給してエンベロープを制御する。減衰速度つまり減衰時間は通常音および共鳴音に関してそれぞれ個別に設定できるようにするのがよい。

さらに、ペダルセンサ７ａから入力されるペダル踏み込み量ＰＶをゲート開放用しきい値ＧＴと比較して共鳴音信号を発生させるか否かを判定するゲート開放判定部２６が設けられる。ゲート開放判定部２６の判定結果はレベル制御部２７に入力されて、レベル制御部２７は、ゲート開放判定部２６の判定に従って乗算係数を乗算部２２に入力する。例えば、乗算係数はペダル７の踏み込み量に対応して「０」から「１．０」まで変化する値とすることができる。乗算係数が「１．０」のときに最大振幅の共鳴音信号が加算部２１に入力されて共鳴音が発生可能となり、乗算係数が「０」のとには共鳴音信号のは加算部２１に入力されないので、共鳴音は発生されない。

上記構成に基づく共鳴音の発生タイミングを図３を併せて参照して説明する。図３はペダル踏み込み量ＰＶに応じた共鳴音の発生状態を示す図である。図３において、ペダル踏み込み量ＰＶに対してしきい値ＯＴ、ＲＴ、ＧＴが設定されている。図示のとおり、これらしきい値は「ＯＴ＞ＲＴ＞ＧＴ」の関係に設定されている。踏み込み量ＰＶがしきい値ＧＴ未満（ＰＶ＜ＧＴ）のとき、ゲート開放判定部２６は、レベル制御部２７に乗算係数「０」を出力させて共鳴音信号を発生させない。つまり、踏み込み量ＰＶがしきい値ＧＴ未満では、ペダル７を踏んでいないのと同じである。

踏み込み量ＰＶがしきい値ＧＴ以上のとき、共鳴音が出力される。但し、踏み込み量ＰＶが消音判定用しきい値ＯＴ未満（ＧＴ≦ＰＶ＜ＯＴ）のときはハーフペダルである。ハーフペダルは、さらに共鳴音選択判定用しきい値ＲＴに従って２分される。踏み込み量ＰＶがＧＴ以上、かつしきい値ＲＴ未満（ＧＴ≦ＰＶ＜ＲＴ）のときはハーフペダルのうち、下部ハーフペダルであり倍音共鳴音が発生される。この下部ハーフペダルの状況では通常音および共鳴音はいずれも踏み込み量ＰＶに応じて、離鍵時の減衰速度が「大」の範囲内で変化する。すなわち、ペダル７を踏んでいないとき（減衰時間がほぼゼロ）のときとは異なり、わずかではあるが減衰音が発生するように楽音発生制御部２５でエンベロープが制御される。

踏み込み量ＰＶがしきい値ＲＴ以上、かつしきい値ＯＴ未満（ＲＴ≦ＰＶ＜ＯＴ）のときはハーフペダルではあるが、フルペダルに近い状況（上部ハーフペダル）であり、楽音共鳴音が発生される。この上部ハーフペダルは、ペダル７がかなり大きく踏み込まれていてフルペダルに近いので、離鍵時の減衰時間は下部ハーフペダルのときよりさらに長くなるし（減衰速度「中」）、共鳴音も大きくなるように楽音発生制御部２５とレベル制御部２７は制御を行う。

踏み込み量ＰＶがしきい値ＯＴ以上（ＰＶ＞ＯＴ）のときはフルペダル（ペダルオンの状態）であり、離鍵しても通常音および共鳴音の発音は長く継続されるように小さい減衰速度が設定される。

なお、ハーフペダルを下部ハーフペダルと上部ハーフペダルとに分けるのが望ましいが、二つに分けることは必須ではない。そして、フルペダルでは楽音共鳴音を発生し、ハーフペダルでは倍音共鳴音を発生するようにする。

また、レベル制御部２７は、ペダル７の踏み込み（ペダルオン操作）があったときに第１の予定時間をかけて乗算係数を「０」から予定値「１．０」に変化させる一方、ペダル７の踏み込みがなくなった（ペダルオフ操作）ときに、前記第１の予定時間とは異なる第２の予定時間をかけて乗算係数を予定値「１．０」から「０」に変化させるように構成してもよい。なお、レベル制御部２７における前記予定値「１．０」は音色または音高に対応して異ならせることができる。例えば、予め音色または音高に対応したレベル（乗算係数）の予定値をＲＯＭ３等の記憶手段にテーブルとして予め記憶しておき、演奏前に指示された音色や押鍵時のキーナンバに基づいてこの予定値を読み出せるように構成しておくとよい。例えば、高音に対しては予定値を下げて共鳴音の最大値を小さくする。

なお、特定の鍵または特定の鍵域の鍵がオン操作された場合のみ楽音共鳴音を発音することができるようにしてもよい。例えば、高音域では、第１共鳴音または第２共鳴音を発生させ、低音域では第１共鳴音のみを発生させることができる。つまり、直接音のレベルが大きい高音域でのみ楽音共鳴音を発音するようにすることができる。

次に、上記電子ピアノの動作をフローチャートを参照して説明する。図４は、電子ピアノの全体処理を示すフローチャートである。ステップＳ１では、ＣＰＵ１、ＲＡＭ４、音源ＬＳＩ（ＤＳＰ）等を初期化する。ステップＳ２では、パネル５のスイッチ等の状態を読み込んで対応の処理を行うパネルイベント処理を行う。ステップＳ３では、キースイッチ８ａの出力に基づいて通常音の楽音信号を発生する鍵盤イベント処理を実行する。鍵盤イベント処理にはキータッチ（押鍵強さ）に応じたエンベロープの設定も含まれる。

ステップＳ４では、ペダルセンサ７ａの出力に対応したペダルイベント処理が行われる。なお、ペダルイベント処理には、ペダル（ダンパーペダル）以外のペダルの処理を含むことができる。ステップＳ５では、その他の処理が行われる。

図５は、鍵盤イベント処理（ステップＳ３）の詳細を示すフローチャートである。ステップＳ３０ではペダル踏み込み量ＰＶを検出する。つまりペダルセンサ７ａの出力を読み込む。ステップＳ３１では、キースイッチ８ａの出力の有無により鍵盤８のオンイベントの有無つまり押鍵の有無を判断する。オンイベントならばステップＳ３２に進み、キー情報に応じて通常音波形記憶部１５から通常音波形データを通常音発生部１８に読み出して通常音発生部１８内の音源ＬＳＩに入力し、通常音波形データに基づいて通常音信号を生成して通常音を発生させる。

ステップＳ３３では、共鳴音波形選択判定部２３の機能として踏み込み量ＰＶと共鳴音選択判定用しきい値ＲＴとを比較し、踏み込み量ＰＶがしきい値ＲＴ以上か否かを判定する。踏み込み量ＰＶがしきい値ＲＴ以上であれば、ステップＳ３４に進んで共鳴音切り替え部２０を楽音共鳴音波形記憶部１６側に切り替えて楽音共鳴音波形データを共鳴音発生部１９に読み出す。踏み込み量ＰＶがしきい値ＲＴ未満であれば、ステップＳ３５に進んで共鳴音切り替え部２０を倍音共鳴音波形記憶部１７側に切り替えて倍音共鳴音波形データを共鳴音発生部１９に読み出す。

ステップＳ３１で、オンイベントでないと判断されたときは、ステップＳ３６に進んで、オフイベント（離鍵）か否かが判断される。オフイベントでなければ、この鍵盤イベント処理を抜けて図４の全体処理へ戻る。オフイベントが検出されたときは、ステップＳ３６からステップＳ３７に進む。ステップＳ３７では、消音判定部２４の機能として踏み込み量ＰＶと消音判定用しきい値ＯＴとを比較し、踏み込み量ＰＶがしきい値ＯＴ以上であれば、フルペダルであって、押鍵状態と実質的に同じであって消音させないので、この鍵盤イベント処理を抜けて図４の全体処理へ戻る。踏み込み量ＰＶがしきい値ＯＴ未満であれば、ステップＳ３８に進み、楽音発生制御部２５で踏み込み量ＰＶに応じて通常音を減衰消音させる。さらに、ステップＳ３９に進み、楽音発生制御部２５で踏み込み量ＰＶに応じた上部ハーフペダルか下部ハーフペダルかを判断し、それに応じた減衰速度で共鳴音を減衰消音させる。

図６は、ペダルイベント処理（ステップＳ４）の詳細を示すフローチャートである。ステップＳ４０では、ペダル７がオン操作されたか否か、つまりペダルセンサ７ａの出力がゼロから変化したか否かを判断する。ペダル７が操作されたのであればステップＳ４１に進み、踏み込み量ＰＶを検出する。ステップＳ４２では、消音判定部２４の機能として踏み込み量ＰＶと消音判定用しきい値ＯＴとを比較し、踏み込み量ＰＶがしきい値ＯＴ以上か否かを判定する。踏み込み量ＰＶがしきい値ＯＴ以上つまりフルペダルであれば、ステップＳ４３に進んで、レベル制御部２７で共鳴音の出力レベルを制御するためゲート開放判定部２６の機能で踏み込み量ＰＶがゲート開放判定用しきい値ＧＴ以上か否かを判定する。

踏み込み量ＰＶがしきい値ＧＴ以上であれば、ステップＳ４４に進んでレベル制御部２７と乗算部２２の機能により共鳴音レベルを最大値まで増加する。踏み込み量ＰＶがしきい値ＧＴ未満であれば、ステップＳ４５に進んでレベル制御部２７と乗算部２２の機能により、共鳴音レベルをゼロまで減少して共鳴音を消音させる。なお、ステップＳ４２が肯定となっているとき、つまりフルペダルのときには、しきい値はＯＴ＞ＧＴの関係にあるので、ステップＳ４５に至ることはないが、ステップＳ４２が否定の場合の処理ではステップＳ４３が否定となる場合が生じ、その場合にステップＳ４５の処理が実行されることになる。

ステップＳ４２が否定の場合、つまりペダル７の踏み込み量ＰＶが消音判定用しきい値ＯＴ未満のハーフペダルでは、発音中の音を減衰消音させるリリースフェーズに移行する。まず、ステップＳ４６で楽音発生制御部２５と通常音発生部１８の機能により発音中の通常音を踏み込み量ＰＶに応じて減衰消音させる。そして、ステップＳ４７では、通常音の減衰消音に伴い、楽音発生制御部２５と共鳴音発生部１９の機能により発音中の共鳴音を踏み込み量ＰＶに応じて減衰消音させる。

ステップＳ４０が否定の場合、つまりペダルオフの場合は、ステップＳ４８に進み、ペダル７以外のその他のペダルの操作がなされたか否かが判断される。ステップＳ４８が肯定ならば、ステップＳ４９で該当ペダルに応じた処理を行う。このステップＳ４９の処理は本発明の要部でないので詳細は省略する。ステップＳ４８が否定ならば、このペダルイベント処理は抜けて図４の全体処理に戻る。

続いて、楽音共鳴音波形データおよび倍音共鳴音波形データの作成例を説明する。図７は、共鳴音発生装置の要部構成を示すブロック図である。共鳴音発生装置は、音名毎に、各音名の楽音を構成するｎ個の倍音の周波数に相当する共振周波数を発生するｎ個のフィルタ回路を備える。図７は音名Ａ０およびＢ０に対応する部分を示す。共鳴回路３５は、Ａ０の基音に相当する共振周波数を発生するフィルタＦＡ０−１と、ｎ個の倍音に相当する共振周波数を発生するフィルタＦＡ０−２〜ＦＡ０−ｎとを有する。同様に共鳴回路３６は、Ｂ０の基音に相当する共振周波数を発生するフィルタＦＢ０−１と、ｎ個の倍音に相当する共振周波数を発生するフィルタＦＢ０−２〜ＦＢ０−ｎとを有する。加算器３７，３８は共鳴回路３５および共鳴回路３６の出力をそれぞれ合成する。さらに、加算器３９は、共鳴回路３５，３６を含む、全ての音名に対応して設けられる図示しない共鳴回路の出力を合成する。

なお、共鳴音は全ての音名（つまり鍵盤８の全ての鍵）に対応して作成するのがよいが、必ずしも鍵盤８の全ての鍵に対応して作成しなくてもよい。例えば、アコースティックピアノにおいては、ダンパーペダルによって制動を受ける音名が、Ａ０〜Ｆ６までの６９鍵である。この６９鍵以外の鍵では共鳴効果が少ないので、共鳴音を作成しなくてもよい。

また、上述したように、作成した非周期共鳴音波形データは、特定の音または特定の高音域の音の発音指示（押鍵）にのみ応答して読み出されるようにするのがよい。

図７の構成において、倍音共鳴音波形データを作成する場合は、録音した通常音から抽出された倍音成分を共鳴音発生装置の入力データとする。また、楽音共鳴音波形データを作成する場合は、録音した通常音を共鳴音発生装置の入力データとする。

例えば、通常音の倍音成分が入力されると、共鳴回路３５の各フィルタが入力された倍音成分に応答して基音および共鳴楽音情報を出力する。但し、Ａ０の通常音の波形データに対して共鳴回路３５のみが応答するのではなく、Ａ０の基音および各倍音周波数と同じ共振周波数か、これらから少しずれた共振周波数を有する、他の音名用のフィルタも応答して共鳴楽音情報を出力する。例えば、Ａ４の基音（４４０Ｈｚ）に近似するＡ３の第２倍音（４４１Ｈｚ）のフィルタ特性を持つフィルタからも共鳴楽音情報が出力される。応答した全てのフィルタから出力された共鳴楽音情報は加算器３９で合成されて倍音共鳴音の波形データが出力される。

共鳴回路の各フィルタ回路としては、ＩＩＲフィルタを用いるのが好適であり、各入力周波数に応答して急峻に出力が立ち上がる特性に設計される。つまり、フィルタのインパルス応答は、楽音の振動波形を模擬するものであって、１自由度粘性減衰系モデルで再現できるものとする。１自由度粘性減衰系モデルのため、質量、減衰固有振動数、および減衰率をモデルパラメータとし、これに基づいて１自由度粘性減衰系モデルの運動方程式の係数となる粘性係数と剛性係数とを求める。さらに前記運動方程式をラプラス変換し、ｓ表現の伝達関数式を得る。そして、この伝達関数式に粘性係数、剛性係数および質量を代入し、双一次変換を行ってｚ表現のフィルタ係数を求める。

前記質量は任意の値とし、前記減衰固有振動数は模擬しようとする倍音の振動数であり、前記減衰率は倍音の減衰を指数関数で近似したときの指数としてフィルタ係数を求める。

１つのフィルタは、楽音の時間変動を模擬するように設計されるが、共振周波数や振幅の時間変動を十分に模擬すると回路規模が大きくなりすぎるので、概略模擬できるものとする。

１自由度粘性減衰系モデルによる振動波形の模擬に関しては、特開２００６−４７４５１号公報に詳細に記載されている公知の手法を適用することができるので、詳細な説明は省略する。なお、楽音共鳴音波形データや倍音共鳴音波形データは、上記１自由度粘性減衰系モデルで模擬するのに限らない。

なお、上記各実施形態では共鳴音発生装置を適用した電子楽器の例として電子ピアノを挙げて説明しているが、本発明は電子ピアノにのみ限定されるものではなく、他の楽器でも、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、同様な構成を取ることは可能である。

本発明の第１実施形態に係る共鳴音発生装置の要部機能を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る共鳴音発生装置のハード構成部分を示すブロック図である。 ペダル踏み込み量と共鳴音の出力状況を示す図である。 共鳴音発生装置のメイン処理を示すフローチャートである。 鍵盤イベント処理を示すフローチャートである。 ペダルイベント処理を示すフローチャートである。 共鳴音発生部の要部構成を示すブロック図である。

符号の説明

１…ＣＰＵ、 ７…ダンパーペダル、 ７ａ…ペダルセンサ、 ８…鍵盤、 ８ａ…キーススイッチ、 １０…波形メモリ、 １５…通常音波形記憶部、 １６…楽音共鳴音波形記憶部、 １７…倍音共鳴音波形記憶部、 １８…通常音発生部、 １９…共鳴音発生部、 ２０…共鳴音切り替え部、 ２２…乗算部（ゲート）、 ２３…共鳴音波形判定部、 ２４…消音判定部、 ２６…ゲート判定部

Claims (11)

1. 発音指示に応答して通常音を発生する通常音発生手段と、
   前記発音指示に応答して前記通常音の第１共鳴音および第２共鳴音を選択的に発生可能な共鳴音発生手段と、
   ダンパー操作子の操作量が共鳴音選択判定用しきい値以上か否かによって前記第１共鳴音および第２共鳴音のいずれか一方を選択する共鳴音選択判定手段と、
   前記ダンパー操作子の操作に応じて前記共鳴音発生手段で発生された共鳴音 のレベルを制御するレベル制御手段と、
   ダンパー操作子の操作に応じて前記通常音発生手段および前記共鳴音発生手段に対するエンベロープ制御情報を決定するエンベロープ制御手段と、
   前記通常音と前記レベル制御手段でレベル制御された共鳴音とを加算する楽音混合手段とを備え、
   前記共鳴音発生手段が、通常音から生成された前記第１共鳴音の波形データと、通常音の倍音成分から生成された前記第２共鳴音の波形データとが記憶される波形メモリと、該波形メモリから読み出された波形データに基づいて前記第１共鳴音および前記第２共鳴音をそれぞれ発生する音源手段を含み、
   前記第１共鳴音は非周期成分を含む楽音共鳴音波形データを入力されて発生する楽音共鳴音であり、
   前記第２共鳴音は通常音から押鍵時の衝撃音である非周期成分を除いた倍音成分のみの倍音共鳴音波形データを入力されて発生する倍音共鳴音であることを特徴とする共鳴音発生装置。
2. 前記共鳴音選択判定用しきい値が、音色または音高に対応して予め設定されていることを特徴とする請求項１記載の共鳴音発生装置。
3. 前記レベル制御手段が、
   前記ダンパー操作子がオン操作された場合は、前記共鳴音のレベルをゼロから予定値まで第１の予定時間で変化させる手段と、
   前記ダンパー操作子がオフ操作された場合は前記共鳴音のレベルを前記第１の予定値からゼロまで前記第１の予定時間とは異なる第２の予定時間で変化させる手段とを含んでいることを特徴とする請求項１または２記載の共鳴音発生装置。
4. 前記レベル制御手段が、前記ダンパー操作子の操作量に対応して前記共鳴音のレベルを予定値からゼロの間で変化させるように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の共鳴音発生装置。
5. 前記レベル制御手段におけるレベル変化の予定値が、音色または音高に対応して予め設定されていることを特徴とする請求項３または４記載の共鳴音発生装置。
6. 前記エンベロープ制御手段が、発音停止指示入力時の前記ダンパー操作子の操作量に対応して、発音中の通常音および共鳴音の減衰時間をそれぞれ個別に制御するように構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の共鳴音発生装置。
7. 前記発音指示が予定の音高または音高域の発音指示である場合に、前記第１共鳴音または前記第２共鳴音を発生するように構成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の共鳴音発生装置。
8. 前記共鳴音選択判定用しきい値を高低二つ設け、ダンパー操作子の操作量が低い方の共鳴音選択判定用しきい値以上のときは、第１共鳴音を選択するとともに、ダンパー操作子の操作量が高い方の共鳴音選択判定用しきい値以上と未満とで、高い共鳴音選択判定用しきい値以上の方を第１共鳴音の減衰時間を遅く設定していることを特徴とする請求項１記載の共鳴音発生装置。
9. 前記共鳴音選択判定用しきい値より下方にゲート開放判定用しきい値を設定し、ダンパー操作子の操作量がゲート開放判定用しきい値以上のときに、前記共鳴音選択判定手段で選択された第１共鳴音および第２共鳴音の発生を許可するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の共鳴音発生装置。
10. 前記第１共鳴音の波形データおよび前記第２共鳴音の波形データが、
    発生可能な楽音の倍音に対応した複数の共鳴回路を並列に接続した回路群に楽音を入力して得られた波形データであり、
    予め前記共鳴音発生手段の波形メモリに記憶されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の共鳴音発生装置。
11. 前記共鳴回路はデジタルフィルタを有しており、そのインパルス応答が、倍音の振動波形を１自由度粘性減衰系モデルで模擬したものであり、
    前記デジタルフィルタで使用されるフィルタ係数が、
    １自由度粘性減衰系モデルの振る舞いを決めるためのモデルパラメータとして質量、減衰固有振動数、および減衰率を与えて、該モデルの運動方程式の係数となる粘性係数と剛性係数を求め、
    前記モデルの運動方程式をラプラス変換し、ｓ表現の伝達関数式を得ると共に、これに求めた粘性係数、剛性係数及び質量を代入し、双一次変換を行って、ｚ表現のフィルタ係数を求め、
    前記質量は任意の値とし、前記減衰固有振動数は模擬しようとする倍音の振動数であり、前記減衰率は倍音の減衰を指数関数で近似したときの指数として、その値を求めることによって決定されることを特徴とする請求項１０記載の共鳴音発生装置。

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