JPH02304491A - 楽音合成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １産業上の利用分野、１ ごの発１！１１は、音色の制御が可能であり、かつ、ン
°？高制御の安定１’ｌのよい楽音合成装置に関４−ろ
。

［従来の技術Ｊ 自然楽器を発音メカニズ１４をシミュレートずろごとに
よりｉりられたモデルを動作さけ、これにより、自然楽
器の奈りを合成する方法が知られている。この種の技術
は、例えば特開昭５２−７３７２１号公報または特開昭
６３−４０１９９号公報に開示されている。

第５図は、例えばピアノ等の楽音合成に用いて好適な楽
音合成装置の構成を例示したものである。

この楽音合成装置は、同図に示すように、加算器Ｉ、遅
延回路２、ＩＩ”　ｌ　１１フイルタ（非巡回形デノタ
ルフィルタ）３および乗算器４を閉ループ状に接続して
なる。ここで、遅延回路２は、入力信号をＩサンプル時
間τｓだけ遅延して出力する遅延素子を複数縦続接続し
てなり、図示してない音高制御回路から供給される音高
情報によって遅廷段散ｎが切り換えられるようになって
いる。また、乗算器４の乗算係数７は、加算器Ｉ−遅延
回路２−　Ｉ；’　Ｉ　Ｉｔフィルタ３−乗算器４−加
算器ｌによ−）て構成される閉ループのゲインが１より
やや小さい値になるように決められている。

１”　Ｉ　Ｉ？フィルタ３は、入力信号を１サンプル時
間τｓだけ遅延して出力する遅延回路３１と、入力信号
に乗算係数１−αを乗じて出力４゛る乗算器３２と、遅
延回路３１の出力信号に乗算係数αを乗じて出力する乗
算Ｐｊ３３と、乗算器３２．３３の各乗算出力を加算し
て出力する加算器３４とからなる。そして、本奈音合成
装置において、Ｆ１■ｔフィルタ３は、音色調整用のロ
ーパスフィルタとして用いられる。係数として用いられ
る数値αはＯ〜０．５の範囲の実数が用いられる。

以下、Ｉ”　Ｉ　Ｉ？フィルタ３の特性について説明す
る。、ｌ＞　Ｉ　１１フイルタ３の伝達関数Ｌｉｔ（ｚ
）は、その＋Ａ成から明らかなように、下記式（りのよ
うに表４゛ことができる。

ｆｌ＋（ｚ）＝　ｌ　−ａ　＋　ａｚ−’　　−・−・
・・（１）まノご、周波数特性１・゛（ω）（ただし、
ωは人力信１）の角周波数）は、よく知られているよう
に、変数２にｃｘｐ（ｊωτｓ）を代入４゛ることによ
り、下記式（２）に示すように求ｙ）られる。

Ｆ　＋（ω）＝　ｌ　−ｕ−＋α　ｅｘｐ（−ｊωτｓ
）＝　ｌ　−ｔｔ　＋α　ｅＯｓωτｓ −ｊ　ａ　　５ｉｎ（＋、１　ｒ　ｓ　−（２）そして
、振幅特性ＡＩ（ω）は、 Ａ、（ω）＝　ｌ　１・’　ｌ（ω）１＝（（１−αＦ
αｅＯ５ωτｓ） ＋α’ｓｉｎ’ωｒ　ｓビ・５ −（＋−２α（１−α）ｓｉｎ”ωτ５３１１・５・・
・・・・（３） となる。上記式（３）によれば、各周波数ωを高（する
程（ただし、ωはωτｓ≦π／２を満足する範囲内であ
る乙のとする）、Ａ、（ω）が小さくなり、Ｐ　Ｉ　ｎ
　ｙイルタ３がローパスフィルタとして機能しているこ
とが理解されよう。

一方、位相特性１）、（ω）は、 Ｉ〕、（ω）−ａｒｇ（Ｆ　＋（０月 ・・・・・（４） となる。ただし、上記式（４）において、ａｒｇ（１°
゛（ω））は、１？（ω）の位相角を表す。この楽音合
成装置の場合、ｌ”　ｌ　１１フイルタ３に人力される
信りの角周波数ωは、サンプル周波数ｆｓ＝Ｉ／τ６に
比べて十分に小さい。従って、変数Ｘが十分に小さな値
の場合に成り立つ近似式ｊａｎ−’ｘξＸを用いると共
に、ｃｏｓωτ８勺１．ｓｉｎωτ８：ωτｓと近似す
ることができ、位相特性の近似式として下記式（５）が
求められる。

ｐ、（ω）＃−αωτＢ　　　　・・・・・・（５）従
って、上記の場合のｒｘ　ｉ　ｒｔフィルタ３の実効的
な遅延時間τａは、 τａ＝　　　ｄｌ’＋（ω）／ｄω 勺ατｓ　　　　　　　　　　・・・・・・（６）とな
る。

この楽音合成装置では、例えばインパルス信号のような
多くの１．’Ｊ波数成分を含んだ信号が人力される。そ
して、入力信号が加算器Ｉに人力されると、その信号は
加算器ｌ→遅延回路２−１”１１フィルタ；３−乗算器
４−ｈｎ　Ｆｌ器１によって打４成される閉ループ内を
結１：５する。

ごごで、遅延回路２の、！延時間をｎτｓ、１？１１也
フイルタ３の遅延時間をτａとすると、信号が閉ループ
を一巡・１゛るのに要する時間τは、τ＝１１τｓ＋τ
ａ　　　・・・・・・（７）となり、閉ループの利得周
ｔｌＩ数特性は、Ｊ、（本１．）ｉ１波敗Ｌ−１／τの
整数倍の周波数において極大点を持った特性となる。従
って、入力インパルス信号の周波数成分の内、」−記基
本周波数「、をａする基本波成分およびその整数倍の周
波数の高調波成分のみが残って閉ループ内を循環し、他
の周波数成分は打ち消し合一）で消滅する。そして、閉
ループを循環する信号の各周波数成分は、Ｆ　Ｉ　Ｒフ
ィルタ３の振幅特性に（上記式（３））に従って制限さ
れる。これにより閉ループ内を伝播する信号の波形、す
なわち、楽音の音色が調整される。そしで、」二連した
ように閉ループの利得が１よりやや小さな値となってい
るため、閉ループを循環する信号は除々に減衰する。そ
して、この時の加算器１の出力信号が楽音信号として取
り出される。

１発明が解決しようとする課題」 ところで、−ｈ述したＦ’　Ｉ　１１フイルタ３は、式
（６）を見ると明らかなように、係数αを変化ずろと、
遅延時間τ、ｈ＜変化してしまう。そして、従来の楽音
合成装置のように、ｌ）　Ｉ　Ｉｔフィルタ：１を片色
調整用に閉ループ内に介挿した場合、音色を変化さ仕る
ために乗算係数αおよび！−α変化さ口ろと、閉ループ
のトータルの遅延時間が変化してしまうので楽音の音高
が変化してしまう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乙ので、音色
を変化さけるために１？　１１？フイルタにおける乗算
係数を変化さＵた場合においてら、発生される楽音のｔ
″−′高か変化することのない制シ１１性の良い楽音合
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」 ごの発明は、入力信号と帰還信号をもとに励振信号を１
１１力４°る励振手段と、ｒｉｉｊ記励振手段の出力信
号を所定時間遅延さＵｏて前記励振り段に帰、ｉ！ｉｆ
　する遅延手段とをｆＴし、前記励振手段および遅延手
段からなる閉ループを共振状態にすることにより楽音信
号を発生・１゛る。Ｌうにした楽音合成装置において、 前記閉ループに、 （ａ）τｓを所定の時間とした場合、入力信号を、τｋ
−（Ｎ　＋　ｋ）τｓ（ただし、Ｎは整数であり、ｋは
−ＮからＮの初回の整数）なる遅延時間だけ遅延１、た
２Ｎ＋１仙の遅延信号Ｄｋ（ただし、ｋは−ＮからＮの
範囲の整数）を出力し、 （１））前記器遅延信号１）ｋ（ｋ−−Ｎ〜Ｎ）に対し
、各々対応４゛ろ係数ｒｋ（ｋ−−Ｎ〜Ｎ）を乗じ、３
乗算結果を加算してフィルタ出力として出力し、かつ、
その場合に、 （ｅ）前記係数ｆｋ＝（ｋ＝−Ｎ〜Ｎ）をｒｊ＝　ｒ−
ｊ（た）こし、ｊ＝１〜Ｎ）となるように、前記各係数
ｆｋ（ｋ＝　−Ｎ〜Ｎ）を変化させるようにしたＦ　Ｉ
　Ｉｔフィルタを介挿したことを特徴としている。

「作用」 上記構成におけるＦｆ　Ｉｔフィルタは、」−記条件を
満足する範囲内で係数ｆｋ（ｋ＝−Ｎ〜Ｎ）を変化さｌ
ても、遅延時間が変化しない。従って、発生Ｊ−ろ楽音
の音ｔ！！、シ４整のため、上記係数ｒｋ（ｋ＝　−Ｎ
〜Ｎ）を変化させても、音高は変化しない。

「実施例」 以下、図面を参照し、本発明の一実施例を説明する。

第１図はこの発明の一実施例による楽音合成装置の構成
を示したものである。この楽音合成装置は、ＦＩＲフィ
ルタ３に代えてＩ？　Ｉ　Ｒフィルタ５を介挿した点の
みが、第５図の構成と異なる。また、Ｆ　［１’ｔフイ
ルタ５は、入力１４号を１ザンブル時間τｓだけ遅延し
て出力４°る遅延回路５１および５２、入力信号に乗算
係数１０を乗じて出力する乗算器５３、遅延回路５１の
遅延出力に乗算係数ｆＩを乗じて出力４°る乗′ｎ器５
４、遅延回路５２の遅延出力に乗算係数「、を乗じて出
力する乗算器５５および乗算器５３〜５５の谷出力を加
算して出力４°ろ加算に４５６からなる。また、この楽
音合成装置では、音色操作子（図示せず）が操作される
と、それに対応し、音色制御回路（図示Ｕ・ず）から上
記各乗算係数「。、１゛いｒ、が乗算器５３，５４．５
５に凸々与えられるよ・）になっている。そして、この
場合、ｂ乗算係数「。、ｒ、、ｒ、は、下記式（８）〜
（１０）を満足する範囲内の値に設定される。

「。−（１−ｋ）／２　　・・・・・・（８）ｆ、＝ｋ
　　　　　　　・・・・・・（９）ｒ、＝（＋　−ｋ）
／２　　・・・・・・（１０）ただし、数ｖ１にとして
は、１〜０，５の範囲の実数が用いられる。

このＦｉｌｌフィルタ５の１．’ｄ波数特性Ｆ、（ω）
は、Ｆ足代（１１）に示ｌ−ようになる。

Ｆ、（ω） ＝　ｅｘｐ（−ｊωτｓ） ＝　ｅ＋＋：ｐ（−ｊωｒ　１＋）（（＋　−ｋ）ｃｏ
ｓωｒ　ｓ十ｋ）・・・・・・（１１） そして、振幅特性Ａｔ（ω）は、 Δ、（ω） ｌＦ’ｔ（ω）１ ＝（１−ｋ）ｃｏｓ（ωｒｓ）十に−（＋　　２）とな
る。上記式（１２）によれば、ωが大きくなるに従いＡ
、（ω）が小さくなることがわかる。４−なわち、Ｆｆ
Ｒフィルタ５がローパスフィルタとして機能しているこ
とが理解されよう。また、係数ｋを小さくする程、周波
数の変化に対するΔ、（ω）の変化率が大きくなること
も理解されよう。

一方、Ｆ　ｆ　Ｅｌフィルタ５の位相特性Ｐｔ（ω）は
、ＰＲ（ω） ＝ａｒｇ（ｔ’ｔ（０月 一−−ωτｓ　　　　　　　　　・・・・・・（１３）
となる。従って、遅延時間τａ、は、 ｒａｐニーｄｌ’、（ω）／ｃｌω −τｓ　　　　・・・・・・（１４） となる。このようにＩ；’　Ｉ　ｎフィルタ５の遅延時
間τａ、は、係数に８変化さ０てら常に一定時間［Ｓを
保つ。従って、ｒ′７色を変化４゛るために１・”　Ｉ
　ｎフィルタ５へ供給する係数ｋを変化してし、加算器
１−・遅延回路２−＝　１・冒１（フィルタ５−・乗算
器４−・加算器１によって構成される閉ループのトータ
ルの遅延時間は変化ｕ４゛、所期の音高の楽音信号が発
生される。なお、６乗算器５：（，５４，５５に対し、
乗算係数として、古々　ｇ「。、ｇ　Ｌ、ｇ　Ｉｔを与
えろようにしてらよい。この場合、乗算器４を省略する
ことができる。

さて、音色調整用として］１イパスフイルタが必要な場
合はｌ；’　■’ｔフィルタ５に供給する乗算係数ｆｏ
、ｒ１．ｒｔを下記式（１５）〜（１７）のように設定
する。

Ｌ−（ｋ　−１）／　２　−（１５） 「１＝ｋ　　　　　　・・・・・・（１Ｇ）ｒｔ＝（ｋ
−皇）／２　・・・・・（１７）この場合、振幅特性Ａ
Ｌ（ω）は、 Ａ！（ω） ＝　（ｋ　−１）ｃｏｓ（ωｒ　ｓ）４　ｋ−−（１８
）となる。係数には、ローパスフィルタの場合と同じく
０．５〜ｌの範囲の実数を設定ずろ、、［，２式（１８
）を見れば、乗算係数「。ｒｒｘｒｔを式（１５）〜（
Ｉ７）に示４゛ように設定４°ることによりＦ　Ｉ　Ｉ
ｔフィルタ５がバイパスフィルタとして機能することが
容易に理解されよう。また、このようにバイパスフィル
タを実現する場合においても遅延時間は係数ｋに関係な
く一定値τｓを保たれる。

第１図の楽音合成装置はＩ？　Ｉ　１１フイルタ５を１
個用いた構成となっているが、ｌ；’　Ｉ　ｎフィルタ
５と同様な構成の複数のローパスフィルタ、あるいはバ
イパスフィルタを用いたり、あるいはＣＩ−パスフィル
タとバイパスフィルタを両方用いろことにより、より複
雑なフィルタ特性を実現することができる。この場合、
谷フィルタに供給する係数を変えても、谷フィルタの遅
延時間は一定値に保たれ、所期の音高の楽音が得られる
。

第２図は（ｌ−パスフィルタあるいはバイパスフィルタ
の別の＋１ｖｔ成例を示したしのである。このフィルタ
は第１図におけるＦ　Ｉ　Ｉｔフィルタ５の出力に、乗
算器６０によ−・て乗算係数ンを乗じ、遅延回路５１の
出力と乗り乙６０の出力との減算を減算器６１によって
行い、減算結果を出力するようになっている。なお、係
数７は０〜ｌの範囲の実数が用いられる。Ｐ　Ｉ　Ｉｊ
フィルタ５がローパスフィルタとして機能４゛るように
係数「。、ｒ８．Ｉｔが与えられている場合、第２図の
フィルタからは元の入力信号から元の信号の低周波数成
分を除去して得られる信号が出力されろ。従って、第２
図のフィルタはバイパスフィルタとして機能する。また
、この時、係数γを変化さ０ろごとにより、元の信号か
ら除去する低周波成分のレベルを調整することができる
。一方、Ｐ　Ｉ　Ｉ？フィルタ５がハイ゛°パスフィル
タとして機能するように係数「。、ｆ、ｒｔが与えられ
ている場合、第２図のフィルタがローパスフィルタとし
て機能する。なお、第３図に示すように、遅延回路５；
の出力に乗算器６２によって係数１−７を乗じて減算器
６１に０（給するようにしＣよい。

前述の第１図におけるＩ”　Ｉ　１１フイルタ５は時間
軸上において等間隔に並んだ３つのザンブル信号に係数
乗算する＋１が成となっていたが、第４図はそれをさら
に一般化した構成を一般化した構成を示したしのである
。この図において、遅延回路７１は、１ザンブル時間τ
８の遅延時間をａする遅延素子を２Ｎ＋１段（Ｎは整数
）縦続接続されてなる。

ここで、遅延回路７１の３段の遅延出力Ｄｋ（ｋ＝−Ｎ
〜Ｎ）の入力信号に対する遅延時間τｋ（ｋ＝　−Ｎ〜
Ｎ）は、 τｋ＝　（Ｎ　＋　ｋ）τ６　・・・・・・（！９）で
与えられる。そして、これらの各遅延出力Ｄ　ｋ（ｋ＝
−Ｎ〜Ｎ）には、乗算器Ｍｋ（ｋ＝−Ｎ〜Ｎ）によって
乗算係数Ｃｋ（ｋ＝−Ｎ〜Ｎ）が乗じられ、各乗算結果
の総和が加算器７２によって求められ、出力されるよう
になっている。

ここで、６乗算係数Ｃｋ（ｋ−−Ｎ〜Ｎ）は、その総和
が１になると共に Ｃ−ｊ＝　　Ｃｊ（ただし、ｊ−１〜Ｎ）・・・・・・
（２０）なる条件を満足するように決められる。

この場合、このｐ　ｒ　ｎフィルタの周波数特性［？（
ω）は、 １・゛（ω） ＝　Ｃ−Ｎ　　＋−Ｃ−Ｎ−１ａ＋＋ｐ（−ｊωｒ　Ｓ
）　（・−・−Ｉ　Ｃｏｅｘｐ（Ｎｊωｒ　ｓ）　＋　
・・−・−＋　ＣＮ　ｃｘｐ（−（２Ｎｖｌ）ｊωｒ　
５）＝ｅｘｐ（−Ｎｊωｒ　ｓ）　（Ｃ−Ｎ　ａｘｐ（
Ｎｊωｒ　ｓ）　＋　−＝・＋　ｃ−＋ｃｘｐ（ｊωｒ
　５）−ｔ−Ｃ、＋　ｃ　＋ｅｘｐ（−ｊωτ５）−１
−−−＋　ＣＮ　ｅｘｐ（−Ｎｊωτｓ））　　−−（
２１）となる。そして、上記式（２０）の条件を当ては
めることにより、下記式（２２）が導かれる。

１ｉ’　（ω） ＝　ｅｘｐ（−Ｎｊ　ω　τ　５）（（ン　。　ト　２
　　Ｃ、ｃｏｓ（ω　ｒｓ）＋−・・−−−＋２　ＣＮ
　ｃＯ＆（Ｎ（ＩＪ　ｒ　ｓ））　　−−（２２）そし
て、第４図のＦｌｌｌフィルタの振幅特性Ａ（（ＩＪ）
は、 Ａ（ω） ＝　に　ｏ＋　２　Ｃ＋ｃｏｇ（ωτ５）−１−−・＋
２　ＣＮ　　ｃｏｓ（Ｎωｒｓ）・・・・・・（２３） となる。また、位相特性Ｐ（ω）は、 Ｐ　（ω）＝−Ｎωτｓ　　・・・・・・（２４）とな
る。そして、このｌ”　Ｉ　ｆｌフィルタの遅延時間を
τａＡとすると、 τａ八へＮτｓ　　　　　・・・・・・（２５）となり
、遅延時間τａＡは乗算係数Ｃｋ（ｋ−−−Ｎ〜Ｎ）に
よらず一定値に保たれる。従って、この【パＩ　Ｉｔフ
ィルタを第１図の楽音合成装置に介挿ずろごとにより、
音高を変えずに音色を制御することができる。

なお、上述した実施例では、ピアノ等の紘衰音を発生ず
る楽音合成装置を構成する場合について説明したが、本
発明の適用は、これに限定されるものではない。例えば
、本発明を、管奈器音等の持続音の合成に応用してもよ
い。管奈器音を合成する場合、管楽器の共鳴管は、遅延
回路を閉ループ伏に接続ｊ５てなるノ（銅回路によりシ
ミュレートされる。そして、この場合、」（鳴管におけ
ろ音響損失等をシミュレートするために共振回路にフィ
ルタが介挿される。このフィルタとし、て、上記実施例
において説明したＦ　Ｉ　Ｉ’ｔフィルタを用いると、
尺振周波敗を腹化さ仕ることなく、共振回路の伝送Ｃ１
１周波敗特性を所望の管楽器の特性に合わ０て調整する
ことができる。また、例えば、トーンホールを０４°る
管楽器をシミコレートする場合、トーンホールにおける
音響損失をソミュレ−１・４゛るフィルタとして上記Ｆ
ＩＲフィルタを適用し一ζムよい。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、入力信号と帰
還信号をもとに励振信号を出力する励振手段と、前記励
振手段の出力信号を所定時間遅延させて前記励振手段に
帰還ずろ遅延手段とを白°し、前記励振手段および遅延
手段からなる閉ループを共振状態にすることにより楽音
信号を発生ずるようにした楽音合成装置ζこおいて、ｉ
ｉｊ記閉ループに、 （ａ）τｓを所定の時間とした場合、入力信号を、τｋ
＝　（Ｎ　十ｋ）τｓ（）こだし、Ｎは整数であり、ｋ
は−ＮからＮの範囲の整数）なる遅延時間だけ遅延した
２Ｎ＋１個の遅延信号Ｄｋ（ただし、ｋは−ＮからＮの
範囲の整ｒ！Ｉ＞を出力し、 （ｂ）Ｉｆｒ記器遅延信号Ｄｋ（ｋ＝−Ｎ〜Ｎ）に対し
、青々対応する係数ｆｋ（ｋ＝−Ｎ　−Ｎ　）を乗じ、
３乗算結果を加算してフィルタ出力として出力し、かつ
、その場合に、 （ｃ　）　０７ｆ記係散ｆｋ＝ｃｋ＝−Ｎ〜Ｎ）をＢ＝
ｒ−ｊ（ただし、ｊ＝１〜Ｎ）となるように、１１１１
記呂係敗ｒｋ（ｋ＝　−Ｎ〜Ｎ）を変化させるようにし
たＦ　Ｉ　Ｉｔフィルタを介挿したので、楽音の音高を
変えることなく、音色を調整することができるという効
果が得られろ。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一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〜第４図は同実施例における
ＦＩＲフィルタの別の構成例を示すブロック図、第５図
は従来の楽音合成装置の（１■成を示４ブｔ′！ツタ図
である。 １・・・・・加算器、２・・・・・・遅延回路、５・・
・・・・Ｆ　ｆ　Ｉｔフィルタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入力信号と帰還信号をもとに励振信号を出力する励振手
   段と、前記励振手段の出力信号を所定時間遅延させて前
   記励振手段に帰還する遅延手段とを有し、前記励振手段
   および遅延手段からなる閉ループを共振状態にすること
   により楽音信号を発生するようにした楽音合成装置にお
   いて、 前記閉ループに、 （ａ）τｓを所定の時間とした場合、入力信号を、τｋ
   ＝（Ｎ＋ｋ）τｓ（ただし、Ｎは整数であり、ｋは−Ｎ
   からＮの範囲の整数）なる遅延時間だけ遅延した２Ｎ＋
   １個の遅延信号Ｄｋ（ただし、ｋは−ＮからＮの範囲の
   整数）を出力し、 （ｂ）前記各遅延信号Ｄｋ（ｋ＝−Ｎ〜Ｎ）に対し、各
   々対応する係数ｆｋ（ｋ＝−Ｎ〜Ｎ）を乗じ、各乗算結
   果を加算してフィルタ出力として出力し、かつ、その場
   合に、 （ｃ）前記係数ｆｋ＝（ｋ＝−Ｎ〜Ｎ）をｆｊ＝ｋ−ｊ
   （ただし、ｊ＝１〜Ｎ）となるように、前記各係数ｒｋ
   （ｋ＝−Ｎ〜Ｎ）を変化させるようにしたＦＩＲフィル
   タを介挿したことを特徴とする楽音合成装置。