【手続補正書】
【提出日】平成17年9月30日(2005.9.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  シンセサイザ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撥弦楽器の弦を弾くことによって生じるアタック過渡現象を再現するシンセサイザにおいて、
第１の持続時間を有する第１の可聴なアタック過渡現象を再現する第１の過渡現象回路と、
第２の持続時間を有する第２の可聴なアタック過渡現象を再現する第２の過渡現象回路と、
弾かれた弦の基本固有振動数に調整され、上記第１又は第２の持続時間よりも長い第３の持続時間、可聴トーンを再現する共振回路とを備え、
上記第１及び第２の過渡現象回路は、上記共振回路に接続され、上記撥弦楽器の音を再現する可聴トーンを生成するように、該共振回路を励起することを特徴とするシンセサイザ。
【請求項２】
上記共振回路は、上記弾かれた弦の横振動の基本固有振動数に調整されることを特徴とする請求項１記載のシンセサイザ。
【請求項３】
上記共振回路は、第１及び第２の遅延回路と、第１及び第２のフィルタ回路とを備え、該第１の遅延回路の出力端子は該第１のフィルタ回路の入力端子に接続され、該第１のフィルタ回路の出力端子は該第２の遅延回路の入力端子に接続され、該第２の遅延回路の出力端子は該第２のフィルタ回路の入力端子に接続され、該第２のフィルタ回路の出力端子は該第１の遅延回路の入力端子に接続されていることを特徴とする請求項１記載のシンセサイザ。
【請求項４】
上記共振回路は、再現トーンの基本周波数に等しい基本固有周波数を有し、
上記第１及び第２の遅延回路は、上記弦を弾いたときの弦の横方向のたわみを表す波形で該第１及び第２の遅延回路を初期化することによって、上記第２の過渡現象回路を励起することを特徴とする請求項３記載のシンセサイザ。
【請求項５】
上記波形は、三角波であることを特徴とする請求項４記載のシンセサイザ。
【請求項６】
上記第１及び第２の遅延回路に接続され、該第１の遅延回路から該第２の遅延回路に通過する信号を調整してその一部を反射させ、該第２の遅延回路から該第１の遅延回路に通過する信号を調整してその一部を反射させる散乱再現回路を更に備える請求項３記載のシンセサイザ。
【請求項７】
再現トーンの終わりの最終的な減衰期間において、上記散乱再現回路は、該減衰期間の前の時間よりも、上記第１及び第２の遅延回路を通過する信号のより多くの部分を反射するように調整されることを特徴とする請求項６記載のシンセサイザ。
【請求項８】
上記第１及び第２の遅延回路は、
上記撥弦楽器のナットと撥弦具間の信号伝搬における遅延を再現するナット−撥弦具遅延部と、
上記撥弦具と上記撥弦楽器のブリッジ間の信号伝搬における遅延を再現する撥弦具−ブリッジ遅延部とをそれぞれ備え、
上記散乱再現回路は、上記ナット−撥弦具遅延部及び上記撥弦具−ブリッジ遅延部の各遅延回路間に接続されていることを特徴とする請求項６記載のシンセサイザ。
【請求項９】
上記第１の過渡現象回路は、第１及び第２の発振器を備え、該第１の発振器の出力は、該第２の発振器が周波数変調された搬送波を発生するように、該第２の発振器の発振周波数を制御することを特徴とする請求項１記載のシンセサイザ。
【請求項１０】
上記第１の過渡現象回路は、雑音発生回路を更に備え、該雑音発生回路の出力を上記第２の発振器の出力に混合して、合成された過渡現象を生成することを特徴とする請求項９記載のシンセサイザ。
【請求項１１】
弦の縦振動を再現する縦振動合成部を更に備え、
上記共振回路は、再現トーンの基本周波数に等しい基本固有周波数を有し、該共振回路の出力と上記縦振動合成部の出力を混合して、上記撥弦楽器の音を再現する出力信号を生成することを特徴とする請求項１記載のシンセサイザ。
【請求項１２】
撥弦楽器の弦を弾くことによって生じる弦の過渡現象の縦振動及びそれよりも長い横振動を再現するシンセサイザにおいて、
上記弦の横振動による可聴トーンを再現する横振動合成部と、
上記弦の縦振動を再現する縦振動合成部とを備え、
上記縦振動合成部の出力と上記横振動合成部の出力を混合して、上記撥弦楽器の音を再現する出力信号を生成することを特徴とするシンセサイザ。
【請求項１３】
上記縦振動合成部を鋸歯状波によって励起して、上記撥弦楽器の巻線の弦を弾いたときに生じる過渡現象を再現することを特徴とする請求項１２記載のシンセサイザ。
【請求項１４】
上記横振動合成部は、第１及び第２の遅延回路と、第１及び第２のフィルタ回路とを備え、該第１の遅延回路の出力端子は該第１のフィルタ回路の入力端子に接続され、該第１のフィルタ回路の出力端子は該第２の遅延回路の入力端子に接続され、該第２の遅延回路の出力端子は該第２のフィルタ回路の入力端子に接続され、該第２のフィルタ回路の出力端子は該第１の遅延回路の入力端子に接続されていることを特徴とする請求項１２記載のシンセサイザ。
【請求項１５】
上記横振動合成部は、再現トーンの基本周波数に等しい基本固有周波数を有し、
上記横振動合成部は、上記弦を弾いたときの弦の横方向のたわみを表す波形で上記第１及び第２の遅延回路を初期化することによって、励起されることを特徴をする請求項１４記載のシンセサイザ。
【請求項１６】
上記波形は、三角波であることを特徴とする請求項１５記載のシンセサイザ。
【請求項１７】
上記第１及び第２の遅延回路に接続され、該第１の遅延回路から該第２の遅延回路に通過する信号を調整してその一部を反射させ、該第２の遅延回路から該第１の遅延回路に通過する信号を調整してその一部を反射させる散乱再現回路を更に備える請求項１４記載のシンセサイザ。
【請求項１８】
再現トーンの終わりの最終的な減衰期間において、上記散乱再現回路は、該減衰期間の前の時間よりも、上記第１及び第２の遅延回路を通過する信号のより多くの部分を反射するように調整されることを特徴とする請求項１７記載のシンセサイザ。
【請求項１９】
上記第１及び第２の遅延回路は、
上記撥弦楽器のナットと撥弦具間の信号伝搬における遅延を再現するナット−撥弦具遅延部と、
上記撥弦具と上記撥弦楽器のブリッジ間の信号伝搬における遅延を再現する撥弦具−ブリッジ遅延部とをそれぞれ備え、
上記散乱再現回路は、上記ナット−撥弦具遅延部及び上記撥弦具−ブリッジ遅延部の各遅延回路間に接続されていることを特徴とする請求項１７記載のシンセサイザ。
【請求項２０】
撥弦楽器の振動している弦の減衰中に生じる過渡現象を再現するシンセサイザにおいて、
弦を弾いたことを再現したときから次に弦を弾いたことを再現する前の最終的な減衰期間に広がる第１の持続時間を有する再現音色に対応した可聴トーンを再現する音色合成部と、
上記第１の持続時間よりも短い第２の持続時間を有する可聴な過渡現象を上記最終的な減衰期間に再現する過渡現象合成部とを備え、
上記音色合成部の出力と上記過渡現象合成部の出力を混合して、上記減衰期間中の撥弦楽器の音を再現する出力信号を生成することを特徴とするシンセサイザ。
【請求項２１】
上記音色合成部は、第１及び第２の遅延回路と、第１及び第２のフィルタ回路とを備え、該第１の遅延回路の出力端子は該第１のフィルタ回路の入力端子に接続され、該第１のフィルタ回路の出力端子は該第２の遅延回路の入力端子に接続され、該第２の遅延回路の出力端子は該第２のフィルタ回路の入力端子に接続され、該第２のフィルタ回路の出力端子は該第１の遅延回路の入力端子に接続されていることを特徴とする請求項２０記載のシンセサイザ。
【請求項２２】
上記音色合成部は、再現トーンの基本周波数に等しい基本固有周波数を有し、
上記音色合成部は、上記弦を弾いたときの弦の横方向のたわみを表す波形で上記第１及び第２の遅延回路を初期化することによって、励起されることを特徴とする請求項２１記載のシンセサイザ。
【請求項２３】
上記波形は、三角波であることを特徴とする請求項２２記載のシンセサイザ。
【請求項２４】
上記第１及び第２の遅延回路に接続され、該第１の遅延回路から該第２の遅延回路に通過する信号を調整してその一部を反射させ、該第２の遅延回路から該第１の遅延回路に通過する信号を調整してその一部を反射させる散乱再現回路を更に備える請求項２１記載のシンセサイザ。
【請求項２５】
再現トーンの終わりの最終的な減衰期間において、上記散乱再現回路は、該減衰期間の前の時間よりも、上記第１及び第２の遅延回路を通過する信号のより多くの部分を反射するように調整されることを特徴とする請求項２４記載のシンセサイザ。
【請求項２６】
上記第１及び第２の遅延回路は、
上記撥弦楽器のナットと撥弦具間の信号伝搬における遅延を再現するナット−撥弦具遅延部と、
上記撥弦具と上記撥弦楽器のブリッジ間の信号伝搬における遅延を再現する撥弦具−ブリッジ遅延部とを備え、
上記散乱再現回路は、上記ナット−撥弦具遅延部及び上記撥弦具−ブリッジ遅延部の各遅延回路間に接続されていることを特徴とする請求項２４記載のシンセサイザ。
【請求項２７】
撥弦楽器の振動している弦が減衰中に生じる過渡現象を再現するシンセサイザにおいて、
弦を弾いたことを再現したときから次に弦を弾いたことを再現する前の最終的な減衰期間に広がる第１の持続時間を有する再現音色に対応した可聴トーンを再現する音色合成部を備え、
上記音色合成部は、
入力端子及び出力端子を備え、該入力端子に供給される信号を周波数的にフィルタリングして、該出力端子から出力する第１及び第２のフィルタと、
上記第１のフィルタの出力端子と上記第２のフィルタの入力端子間に設けられた第１の遅延回路と、
上記第２のフィルタの出力端子と上記第１のフィルタの入力端子間に設けられた第２の遅延回路と、
上記第１及び第２の遅延回路に接続され、該第１の遅延回路から該第２の遅延回路に通過する信号を調整してその一部を反射させ、該第２の遅延回路から該第１の遅延回路に通過する信号を調整してその一部を反射させる散乱再現回路とを備え、
上記最終的な減衰期間において、上記音色合成部の散乱再現回路は、該減衰期間の前の時間よりも、上記第１及び第２の遅延回路を通過する信号のより多くの部分を反射するよう調整されることを特徴とするシンセサイザ。
【請求項２８】
上記第１及び第２の遅延回路は、
上記撥弦楽器のナットと撥弦具間の信号伝搬における遅延を再現するナット−撥弦具遅延部と、
上記撥弦具と上記撥弦楽器のブリッジ間の信号伝搬における遅延を再現する撥弦具−ブリッジ遅延回路とを備え、
上記散乱再現回路は、上記ナット−撥弦具遅延部及び上記撥弦具−ブリッジ遅延部の各遅延回路間に接続されていることを特徴とする請求項２７記載のシンセサイザ。
【請求項２９】
撥弦楽器の弦を弾くことによって生じるアタック過渡現象を再現するアタック過渡現象再現方法において、
弾かれた弦の基本固有周波数に調整され、励起されると第１の持続時間、可聴トーンを生成する共振回路を準備し、
上記第１の持続時間よりも短い第２の持続時間を有する第１の可聴なアタック過渡現象を再現し、
上記第１の持続時間よりも短い第３の持続時間を有する第２の可聴なアタック過渡現象を再現し、
上記再現した第１及び第２の可聴なアタック過渡現象を上記共振回路に供給して、該共振回路を励起し、上記撥弦楽器の音を再現する可聴トーンを生成するアタック過渡現象再現方法。
【請求項３０】
撥弦楽器の弦を弾くことによって生じる過渡現象の縦振動及びそれよりも長い横振動を再現する振動再現方法において、
上記弦の横振動による可聴トーンを再現し、
上記弦の縦振動を再現し、
上記再現された横振動と縦振動を結合して、上記撥弦楽器の音を再現する出力信号を生成する振動再現方法。
【請求項３１】
撥弦楽器の振動している弦の減衰中に生じる過渡現象を再現する過渡現象再現方法において、
弦を弾いたことを再現したときから次に弦を弾いたことを再現する前の最終的な減衰期間に広がる第１の持続時間を有する再現音色に対応した可聴トーンを再現し、
上記第１の持続時間よりも短い第２の持続時間を有する可聴な過渡現象を上記最終的な減衰期間に再現し、
上記再現音色と上記再現された可聴な過渡現象を結合して、上記減衰期間中の撥弦楽器の音を再現する出力信号を生成する過渡現象再現方法。
【請求項３２】
撥弦楽器の振動している弦の減衰中に生じる過渡現象を再現する過渡現象再現方法において、
入力端子及び出力端子を備え、該入力端子に供給される信号を周波数的にフィルタリングして、該出力端子から出力する第１及び第２のフィルタと、上記第１のフィルタの出力端子と上記第２のフィルタの入力端子間に設けられた第１の遅延回路と、上記第２のフィルタの出力端子と上記第１のフィルタの入力端子間に設けられた第２の遅延回路と、上記第１及び第２の遅延回路に接続され、該第１の遅延回路から該第２の遅延回路に通過する信号を調整してその一部を反射させ、該第２の遅延回路から該第１の遅延回路に通過する信号を調整してその一部を反射させる散乱再現回路とを備え、弦を弾いたことを再現したときから次に弦を弾したことを再現する前の最終的な減衰期間に広がる第１の持続時間を有する再現音色に対応した可聴トーンを再現する音色シンセサイザを準備し、
上記減衰期間の前の時間よりも、該減衰期間において上記第１及び第２の遅延回路を通過する信号のより多くの部分を反射するように上記音色シンセサイザの散乱再現回路を調整する過渡現象再現方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撥弦楽器（plucked string instrument）の音を再現するシンセサイザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
参照するソフトウェアについて
以下の説明において、ソフトウェアプログラムを参照する。このプログラムは著作権保護の対象となる。出願人は合衆国の特許商標庁のファイルに見られる形式においてこの付録が複写されることを許可するが、その他の全ての権利を著作権法のもとに保有する。
集積回路技術の近年の進歩により、音のサンプルを高速かつ効率良く処理することができるシンセサイザやコンピュータの設計が可能となってきた。実際、ポップミュージックのコンサートやレコーディングのようなある種の音楽制作及び演奏過程において、演奏家の代わりにシンセサイザや電子楽器を使用する方が便利で廉価なものとなってきている。ヤマハ株式会社によって製作された「クラビノーバ（Clavinova）」、ＭＩＤＩギター、カーツウェル（Kurzweil）社及びヤマハ株式会社によって製作されたシンセサイザは、良く知られた電子楽器の例である。
【０００３】
これらの楽器の設計における最終的な目標は、コストと複雑さを押さえながら、全ての音域において元の楽器に可能な限り近い音を得ることである。この目標に達するためには、感音及び音響心理学を良く理解していなければならず、音質を犠牲にせずに、合成モデルを単純なものとするには、人間の耳にとって音のどの成分が重要であるかを決定しなければならない。
【０００４】
現在の最高水準のシンセサイザは、一般的に、ウェーブテーブル合成（wavetable synthesis）法、ＦＭ合成（FM synthesis）法及び加算合成（additive synthesis）法を組み合わせて用いている。物理モデル合成（physical modeling synthesis）法を組み入れた幾つかの非常に新しいモデルもある。ウェーブテーブル合成法では、アコースティック楽器の音色の音の一部又は全部をデジタル的に記録する。そして、記録データをデジタル的に処理して、様々な振幅、持続時間、ピッチ及びその楽器特有の他の表現豊かなパラメータを得ている。ＦＭ合成法では、予め記録した音のデータを使用するのではなく、複数の対の発振器によって周波数及び振幅変調された正弦波を生成し、適切にエンベロープを変化させるとともに、重み付けを行った後、これらを加算する。加算合成法では、音の周波数成分を別々に生成し、エンベロープを変化させた後、加算する。現実的な音を合成するために使用する成分の数は、非常に多く、特に過渡現象及び非線形の部分の合成においては顕著であるので、純粋な加算合成法は、商業的には存在しない。最後に、物理モデル合成法では、楽器の波の伝搬を支配する方程式を用い、それを数値的に解き、その計算結果によって音のサンプルを生成する。
【０００５】
これらの方法のそれぞれ、又はこれらの幾つかの組合せによって、種々の特定の楽器音の合成には成功していることがわかっている。特にＦＭ合成法及びウェーブテーブル合成法は、ピアノ、殆どの打楽器及び幾つかの管楽器のある音域については、非常に良い結果が得られている。一方、物理モデル合成法は、特に弓弦楽器及び全ての管楽器において重要な、非線形効果によって生じる音の合成において非常に効果的である。しかしながら、物理モデル合成のモデルは、非常新しく、実現が困難であり、その結果、まだ商業的には成功していない。
【０００６】
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
最新の典型的なシンセサイザは、音色間の調音（articulation）を忠実に表現できないという問題があった。孤立した１つの音色を完全に合成できても、幾つかの音色の調音が不適当であれば、音が不自然なものとなってしまう。特に音色の移行時に生じる雑音及び過渡現象は、非常に重要な要素である。音色を移行する間、ＦＭ合成法又はウェーブテーブル合成法ではうまく再現できない非線形効果があり、フルートのような幾つかの楽器では、これは非常に重大な問題である。
【０００７】
更に、また、最新の音楽用のシンセサイザでは、再生音において過渡現象を十分に表現することができない。典型的なシンセサイザの出力音を注意深く調べると、合成された撥弦楽器の音色には、多くの場合、実際の楽器の生録音において見られる過渡現象が欠けている。これらの過渡現象は、音色の調音された連続（articulated sequence of notes）を良好に合成させるだけではなく、孤立した音色の合成にとっても重要である。「クラシックギター（ナイロン弦のアコースティックギター）」は、非常に良い例であり、典型的なＦＭ合成法又は物理モデル合成法によるギターの音の再現は、「タップサウンド（tap sound）」として知られるボディの打楽器的な音を欠いている。タップサウンドは、最初の打撃によって生ずる弦の縦振動モードだけではなく、弦に対する最初の打撃による木の振動の結果生ずるものであり、弦が解放される前の短い時間のみ聞くことができるものである。これらの成分がないと、合成された個々の又は調音された（articulated）音色の音は、本物の楽器が出す音と簡単に区別される。
【０００８】
ウェーブテーブル合成法は、ウェーブテーブルを適切に記録すると、これらの過渡現象成分を含むが、現在のウェーブテーブルシンセサイザにおいては、過渡現象を別に記録しておらず、基本となる音色から独立して過渡現象を操作することはできない。これは、ピッチ、音色テンポ及び持続時間が元の記録されたものに近いという点では、再生音質は非常に優れているが、大部分のピッチ、音色テンポ及び持続時間の過渡現象は、生の楽器が出すものに一致していないという点では、再生音質は劣っていることを、意味している。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、従来のシンセサイザによって再現されていた主要な弦の振動に加えて、撥弦楽器が出す重要な過渡現象の音を再現する。特に、過渡現象を最終的な出力に加えることによって、より忠実に撥弦楽器の音を再現することができる。
【００１０】
特に、一側面において、本発明は、弾かれた弦の基本固有周波数に調整された共振回路を用い、弦を弾くことに対応した過渡現象で共振回路を励起することによって、アタック（又は撥弦（pluck））過渡現象を再現することを、特徴とする。したがって、撥弦楽器の音を再現するシンセサイザは、共振回路と、過渡現象合成部とを備える。過渡現象合成部は、第１の持続時間を有する可聴なアタック過渡現象を再現する。共振回路は、第１の持続時間よりも長い持続時間、再現音色に対応した可聴トーンを生成するように調整されている。過渡現象合成部の出力信号は、共振回路に供給され、この共振回路は、励起され、撥弦楽器の音を再現する可聴トーンを生成する。
【００１１】
他の側面において、本発明は、弦の過渡現象の縦振動と、それよりも長い弦の横振動とを再現することを、特徴とする。したがって、撥弦楽器の音を再現するシンセサイザは、弦の横振動の可聴トーンを再現する横振動合成部と、弦の縦振動を再現する縦振動合成部とを備える。横振動合成部の出力と縦振動合成部の出力を混合して、撥弦楽器の音を再現する出力信号を生成する。
【００１２】
更に、この側面において、縦振動合成部は、鋸歯状波によって励起され、これにより、撥弦楽器の巻線の弦を弾いたときに生じる過渡現象を再現する。
【００１３】
第３の側面において、本発明は、再現音色の最終的な減衰中の過渡現象を再現することを、特徴とする。
【００１４】
一実施の形態において、減衰雑音（damping noise）は、独立した過渡現象合成部によって再現される。撥弦楽器の音を再現するシンセサイザは、音色合成部と、過渡現象合成部とを備える。音色合成部は、弦を弾いたことを再現したときから次にげんを弾いたことを再現する前の最終的な減衰期間に広がる第１の持続時間を有する再現音色に対応した可聴トーンを再現する。過渡現象合成部は、第１の持続時間よりも短い第２の持続時間を有する可聴な過渡現象を最終的な減衰期間に再現する。音色合成部の出力と過渡現象合成部の出力を混合して、減衰期間中の撥弦楽器の音を再現する出力信号を生成する。
【００１５】
他の実施の形態において、減衰雑音は、音色シンセサイザを減衰期間中に再調整することによって、再現される。具体的には、音色シンセサイザは、第１及び第２のフィルタと、第１のフィルタの出力端子と第２のフィルタの入力端子間、第２のフィルタの出力端子と第１のフィルタの入力端子間にそれぞれ設けられた第１及び第２の遅延回路とを備える。更に、音色シンセサイザは、第１及び第２の遅延回路に接続され、第１の遅延回路から第２の遅延回路に及びその逆に通過する信号を調整して、その一部反射させる散乱再現回路を備える。散乱再現回路は、減衰期間の前の時間よりも、減衰期間においてそれらの信号より多くの部分を反射するように調整される。
【００１６】
【発明を実施するための最良の形態】
本発明の上述及び他の目的及び効果は、以下の説明によって明らかとなる。
【００１７】
以下の細部に亘る記述において、説明の便宜上、幾つかの用語を定義する。
撥弦楽器：「撥弦楽器（Plucked String Instrument：ＰＳＩ）」は、「撥弦具（Plucking Device）」によって振動させられる、「ボディ（Body）」に取り付けられた弦を有する楽器のことである。撥弦楽器の例としては、これらに限定されるものではないが、クラシックギター、エレキギター、フォークギター、フラメンコギター、スチール弦のギター及びナイロン弦のギター等のあらゆる種類のギター、あらゆる種類のマンドリン及びバンジョー、これらに限定されるものではないが、フレット付きの又はフレットがないバロックリュート、ルネッサンスリュート、ウード、サズ、タンビュラ等のあらゆる種類のリュート属撥弦楽器、あらゆる種類のシターン、あらゆる種類のハープ、あらゆる種類のリラ、例えばピチカートのような奏法を用いたときのあらゆる種類の弓弦楽器、これらに限定されるものではないが、チェンバロ、バージナル、スピネット、琴、ビーナ等のあらゆる種類の撥弦チター（plucked zithers）がある。
【００１８】
撥弦具：「撥弦具」は、弦を縦方向及び横方向に緊張させ、初期状態（通常は、弦の長さ方向に対して直交する方向に伸ばした状態）にし、そして、弦を解放することにより、撥弦楽器の弦を振動させるために用いる道具のことである。例えば、これらに限定されるものではないが、人間の指の爪、指及びあらゆる材料で作られたあらゆる種類のピックがある。
【００１９】
弦：撥弦楽器の「弦」は、可聴トーンを生成するために縦方向及び横方向に振動することができる、断面が円形の細長い部品のことである。弦は、楽器の他の部品と比べて剛性の低い材料で作られている。弦の剛性は、材料定数、例えばヤング率及び体積弾性係数に関係している。弦の材料としては、これらに限定されるものではないが、例えばナイロン、ガット、スチール、及び被覆された又は被覆されていない巻線状のナイロン等がある。
【００２０】
ボディ：撥弦楽器の「ボディ」は、弦が取り付けられる部分のことである。ボディは、その剛性と大きさに基づいて弦と良く共鳴し、その結果、共鳴器（Resonator）のように振る舞う。しかしながら、幾つかの楽器のボディは、非常に小さく、又はエレキギターのように非常に固いものもあり、これらは、弦の振動と共鳴しない。ボディは、例えば木、金属及び高分子化合物（プラスチック）等のあらゆる材料から作ることができる。
【００２１】
共鳴器：撥弦楽器の「共鳴器」は、ボディ自体又はその一部のことである。共鳴器の例としては、空洞の木管、又はクラシックギター、チェンバロ又はリュートのようなあらゆる形状及び材料の空洞の木箱がある。
【００２２】
縦振動トーン(Longitudinal Vibrational Tone：ＬＶＴ):ＬＶＴは、弦の縦振動モード（longitudinal mode of vibration）によって生じるトーンのことである。この縦振動モードは、通常、撥弦具の弦に沿った滑り運動によって起こる。ＬＴＶは、弦の表面構造（texture）、例えば巻線又は粗さに依存して、白色雑音によって表される音と共存する。
【００２３】
タップトーン(Tap Tone:ＴＴ):ＴＴは、撥弦具がトーンを奏でるために弦を解放し、あるいは次のトーンを奏でる準備の一部として弦を徐々に止めるときに、弦とボディ又は共鳴器との相互作用によって生じる打楽器的なトーンのことである。
【００２４】
減衰雑音(Damping Noise:ＤＮ):ＤＮは、撥弦具が弦に近づきすぎて、弦の振幅が撥弦具によって制限されるときに聞こえるブーンという雑音（buzzing noise）のことである。これはエネルギの幾らかの損失、クリッピングされた正弦波によって表すことができる過渡現象の原因となる。バンジョーのように弦がボディに非常に近く、弦の接線運動がボディによって制限される楽器においても、減衰雑音は発生し、この減衰雑音は、発生される音の重要な一部である。
【００２５】
横振動トーン(Transverse Vibrational Tone:ＴＶＴ):ＴＶＴは、弦の長さ方向に対して横方向の弦の振動によって発生するトーンのことである。通常、この振動モードは、ＬＶＴ及びＴＴに比べて比較的長い時間続き、演奏された音色の知覚されるピッチの基調である。弦は２次元的に振動することができるので、横振動には２つの成分がある。
【００２６】
まず、撥弦楽器における弦の振動モードについて説明する。弦の振動は、２つの成分、すなわち縦成分と横成分に分けることができる。横振動は、弦の長軸に直交する平面上における弦分子（string molecule）の運動から生じる。この平面において、２つの直交座標が定義できるので、２つの横振動モードが存在する。弦がｘ方向に伸びている場合、ｙ及びｚ方向の振動が考えられる。
【００２７】
１次のオーダに対して、これら２つの横振動モードは、互いに独立している。この場合、各横振動モードの基本振動数（fundamental frequency）ｆ０は、弦の張力をＴ、弦の体積密度をρ、弦の長さをＬとすると、以下の式で与えられる。ここで、ρは定数と見なされ、これは、弦が均質のときは妥当な仮定である。
【００２８】
【数１】
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【００２９】
しかしながら、２次以上のオーダでは、弦楽器の音の効果的な合成モデルに対しては検討する必要がある。殆どの弦楽器において、弦がボディに取り付けられている点は、ｙ方向とｚ方向において対称でない。これは、ｙ方向とｚ方向における境界条件が同じでないことを意味し、この違いにより、基本振動数及びその高調波振動数は異なることになる。境界条件の差異の他の理由は、撥弦楽器のブリッジと弦との接続に関係している。ブリッジの入力（admittance）は、これら２つの方向で異なっている。
【００３０】
２つの横振動モード間の結合は、振動において知覚できるうなり（beating）を生じ、すなわち、基本振動数が僅かに異なる可能性があることによる横振動の同時の位相外れを聞くことができる。例えば経年変化及び／又は製造における欠陥、あるいは材料特性の変動のために、十分に均質でない弦において、このうなりは非常に良く聞こえることがある。
【００３１】
また、弦は、縦振動を示す。縦振動は、弦の張られている方向に沿った弦材料の圧縮と伸張から生ずる。（この振動モードは、円筒形の管楽器、例えば管楽器内の空気の柱が長さ方向に沿って圧縮及び膨張され、可聴音色を出すフルート及びパイプオルガンにおける音の基本的な原理である振動モードに類似している）。１次のオーダに対して、弦の縦振動の振動数は、弦の張力に関係しない。横振動と対称的に、縦振動の基本振動数は、基本振動数、ヤング率、質量密度及び弦の長さをそれぞれｆ0，Ｅ，ρ0、Ｌとすると、以下の式で与えられる。
【００３２】
【数２】
1999194778.tif 000002
【００３３】
縦振動モードは、通常、撥弦楽器の弦を弾くことによって起こる。例えば、クラシックギターにおいては、縦振動モードは、弦を弾くときの一部としての、弦に沿った演奏家の爪の横方向の滑り運動によって起こる。一般的には、撥弦具の角度は、この縦振動モードがどれだけ強く起こるかを決定する。特に、撥弦具が弦の長軸に直交する方向に弦を打つとき、縦振動の励起は最小となる。撥弦具の角度が弦の長軸に近づくにつれて、縦振動モードの励起は強くなる。
【００３４】
なお、縦振動の振動数は、１次のオーダに対しては、弦の張力に依存しない。これは、弦の調律を変えるときでさえ、横振動の前の過渡現象において聞こえる一定の基本振動数が存在するという実験的な観測と一致する。なお、ヤング率自体は、時間とともに変わることができるとともに、弦の張力によって決まる。クラシックギターのＧ弦において、Ｅ＝４．５×１０Ｎ／ｍ２、ρ０＝１．０６７ｇ／ｃｍ３とすると、ｆ０＝１６００Ｈｚとなる。記録されたサンプルから得られる実験値は、１５４６Ｈｚである。これら及び他の数値は、撥弦具の滑り運動が縦振動モードを実際励起しているという事実を証明している。
【００３５】
弦楽器のボディと共鳴器は、固有の振動モードを有する。ボディは３次元構造体であり、その振動モードは、弦の振動モードよりも非常に複雑であり、ボディが励起されるときに生ずる反響は、等間隔ではない。これにより、弦の振動又は撥弦具自体によってボディが励起されたときに、打楽器的な音が生じる。更に、楽器は、空洞、すなわち空気で満たされたボディを有し、ボディ内の空気の共鳴に関連した振動モードも有する。一般的には、ボディ内に閉じ込められた空気は、ヘルムホルツ共鳴器を形成し、ボディ及び共鳴器に強く結合する。
【００３６】
以下、上述した振動モードを忠実に再現する様々な合成法の組合せについて説明する。この方法には、ウェーブテーブル合成法、ＦＭ合成法、物理モデル合成法が含まれる。
【００３７】
ウェーブテーブル合成法は、記録されている楽器のｐ個のサンプルを何度も繰り返し用いる方法である。信号を更に成形するために、エンベロープも利用される。シンセサイザによって生成されるｎ番目のサンプルをＡｎをとすると、ウェーブテーブル合成法の数学的結果は
Ａｎ＝Ａｎ−ｐ
となる。ここで、ｐはテーブル長と呼ばれる。テーブル長ｐは、ウェーブテーブルを格納するのに必要とされるメモリ容量と、トーンの周期を決定する。様々なピッチは、サンプル数を増やし又は減らすために、したがって可聴なピッチを高め又は下げるために、ウェーブテーブル内のサンプルを補間及び／又は間引くことよって得ることができる。
【００３８】
ＦＭ合成法は、複数の対の発振器を用い、これらの出力信号を重み付けして加算し、最終的な音を生成する。各対において１つの発振器は、搬送波を発生し、他方は変調器として機能する。発振器の対からの出力信号は、搬送波の振幅をＡｎ、搬送波の周波数をＷｃ、変調された振幅をｍ（ｎ）を、変調された周波数をＷｍとすると、以下のように表される。
【００３９】
Ｓｎ＝Ａｎｓｉｎ（Ｗｃ＊ｎ−ｍ（ｎ）＊ｓｉｎ（Ｗｍｎ））
Ｗｃ／Ｗｍが整数でなければ、Ｓｎは、ベッセル関数で定義される非和声的なスペクトルを有するので、ＦＭ合成法は、特に非和声的なトーンの合成に有効である。
【００４０】
物理モデル合成法においては、弦の波動方程式は、例えば遅延回路（delay line）、差分近似法（finite difference approximation）、有限要素法等の手法を用いて、数値的に解かれる。剛性及び二次効果を無視すれば、波動方程式は、以下のように表される。
【００４１】
【数３】
1999194778.tif 000003
【００４２】
ここで、Ｙ（ｘ，ｔ）は横方向の変位であり、ｃは音速である。波動方程式の解は、Ｙ（ｘ，ｔ）＝Ｙ（ｘ，ｔ）＋＋Ｙ（ｘ，ｔ）−の形で記述される。ここで、Ｙ＋，Ｙ−は、進行波の成分である。方程式を１／Δ＝サンプリング周波数、Δｘ／Δｔ＝ｃで分けると、方程式は、右左の進行波(図１Ａ参照)を表す導波管に類似した遅延回路を用いることにより、解かれる。Δｘ／Δｔ≠ｃの場合、遅延回路のモデルは有効でないので、より複雑な差分近似法が使われなければならない。
【００４３】
図１は、撥弦楽器の音を再現するシンセサイザ１０の好ましい実施の形態を示すブロック図である。この実施の形態において、シンセサイザ１０は、縦振動モードの過渡現象を合成する縦振動トーン(ＬＶＴ)合成部１２を備える。ＬＶＴ合成部１２についての更なる詳細については、図５Ａ、５Ｂを用いて後に説明する。
【００４４】
シンセサイザ１０は、更に弦の横振動の２つの成分を合成する２つの横振動トーン(ＴＶＴ)合成部１４，１６を備える。ＴＶＴ合成部１４，１６は、撥弦楽器のブリッジで生じる２つの横振動モード間のエネルギの移動を再現するブリッジフィルタ１８を介して接続されている。ＴＶＴ合成部１４，１６及びブリッジフィルタ１８については、更に図１Ａを用いて詳細に後述する。
【００４５】
図１に示すシンセサイザ１０は、更にタップトーン(ＴＴ)合成部２０を備え、ＴＴ合成部２０は、弦の解放及び横振動に先行し、弦と撥弦具との接触によって生成される過渡現象と、撥弦具によって弦振動が減衰するときのトーン間の過渡現象とを合成する。ＴＴ合成部２０は、ブリッジフィルタ１８に接続されており、それによって、ＴＶＴ合成部１４，１６に接続されている。ブリッジフィルタ１８は、あらゆる方向の透過係数及び反射係数を実現している。この方法により、ＴＴ合成部２０によって生成されたタップトーンは、差分近似法において課される境界条件と等価な、物理的にモデル化されたＴＶＴ合成部１４，１６上の境界条件を設定しており、したがって、物理モデルを直接実現する。
【００４６】
出力信号を生成するために、ＴＶＴ合成部１４，１６の出力信号は加算器２２によって加算される。加算器２２の出力信号は、第２の加算器２４によってＬＶＴ合成部１２の出力信号に加算され、ライン２６上の再現された撥弦楽器の音信号が生成される。デジタル的に処理する実施の形態において、ライン２６上に再現される音信号は、一連のデジタルサンプルからなり、これらは、デジタル／アナログ変換器に供給さ、１台以上のスピーカを駆動する。
【００４７】
ここで、図１Ａを参照してＴＶＴ合成部１４，１６及びブリッジフィルタ１８を詳細に説明する。この実施の形態において、弦の横振動モードは、物理モデルによって、すなわち図１ＡのＴＶＴ合成部１４，１６に示されるような共振回路モデルによって合成される。ＴＶＴ合成部１４，１６は、構造的に同一であるが、互いに鏡像の関係にあり（なお、横振動モード間のうなりを再現するために、対応する構成要素の様々なパラメータの値（スカラ増幅器の値、フィルタ伝達関数）は僅かに異なって設定されている。）、ブリッジフィルタ１８で接続されている。以下の説明において、添字「Ａ」によってＴＶＴ合成部１４の構成要素を示し、添字「Ｂ」によってＴＶＴ合成部１６の構成要素を示す。それぞれのＴＶＴ合成部１４，１６は、遅延回路３０Ａ／３０Ｂ，３２Ａ／３２Ｂ，３４Ａ／３４Ｂ，３６Ａ／３６Ｂと、ローパスフィルタ３８Ａ／３８Ｂ，４０Ａ／４０Ｂ，４２Ａ／４２Ｂ，４４Ａ／４４Ｂ，４６Ａ／４６Ｂ，４８Ａ／４８Ｂとを備える。遅延回路３０Ａ／３０Ｂ，３４Ａ／３４Ｂは、同じ遅延時間を有し、音の始めと終わりに弦が撥弦具と接触したときに、弦の撥弦具と弦を締めるナット間の部分を表している。遅延回路３２Ａ／３２Ｂ，３６Ａ／３６Ｂは、同じ遅延時間を有し、弦のブリッジと撥弦具間の部分を表している。
【００４８】
遅延回路３０Ａ／３０Ｂ，３４Ａ／３４Ｂと遅延回路３２Ａ／３２Ｂ，３６Ａ／３６Ｂ間には、撥弦具と弦との接触の効果を再現する散乱再現回路５０Ａ／５０Ｂが設けれられている。特に、散乱再現回路５０Ａ／５０Ｂは、横振動波形をＴＶＴ合成部１４，１６によって再現するために必要な反射係数及び透過係数を決定する。例えば、撥弦具が弦と接触した瞬間、撥弦具が弦に強く押し付けられた場合、撥弦具は、振動を弦との接触点で殆ど完全に止めてしまう。これは、弦を事実上振動がない中間点で２分割する。この場合、全ての進行波成分は、弦の２分割された半分に閉じ込められる。弦の機械的性質に結果として生じる変化をモデル化するために、散乱再現回路５０Ａ／５０Ｂは、リアルタイム可変のスカラ増幅器（real-time adjustable scalar）５２Ａ／５２Ｂ，５４Ａ／５４Ｂ，５６Ａ／５６Ｂを備え、これらは、必要に応じて、信号を遅延回路３０Ａ／３０Ｂ，３６Ａ／３６Ｂから遅延回路３２Ａ／３２Ｂ，３４Ａ／３４Ｂの一方又は両方に通過させる。
【００４９】
例えば、撥弦具が振動を弦との接触点で殆ど完全に止めているとき、遅延回路３６Ａ／３６Ｂからの信号出力は、直接スカラ増幅器５８Ａ／５８Ｂを介して遅延回路３２Ａ／３２Ｂに反射され、殆どスカラ増幅器５６Ａ／５６Ｂを介して遅延回路３４Ａ／３４Ｂに供給されない。同様に、この状況において、遅延回路３０Ａ／３０Ｂからの信号出力は、直接スカラ増幅器５４Ａ／５４Ｂを介して遅延回路３４Ａ／３４Ｂに反射され、殆どスカラ増幅器５２Ａ／５２Ｂを介して遅延回路３２Ａ／３２Ｂに供給されない（撥弦具又はピックは、完全な剛体というわけではなく、したがって、振動している弦によって動き、幾らかの信号を通過し、撥弦具が弦に強く押し付けられているときでも少量の信号、約０．５％の通過を許すスカラ増幅器５２Ａ／５２Ｂ，５６Ａ／５６Ｂによってモデル化される。）。
【００５０】
一方、撥弦具が弦から離れると、このような信号反射はなくなり、遅延回路３６Ａ／３６Ｂからの信号出力は、全てスカラ増幅器５６Ａ／５６Ｂを介して遅延回路３４Ａ／３４Ｂに直接供給され、スカラ増幅器５８Ａ／５８Ｂを介して遅延回路３２Ａ／３２Ｂに反射されない。同様に、この状況において、遅延回路３０Ａ／３０Ｂからの信号出力は、スカラ増幅器５２Ａ／５２Ｂを介して３２Ａ／３２Ｂに供給され、スカラ増幅器５４Ａ／５４Ｂを介して遅延回路３４Ａ／３４Ｂに反射されない。
【００５１】
撥弦具が弦と接触する過程において、部分的な反射が起こり、この場合、スカラ増幅器５２Ａ／５２Ｂ〜５８Ａ／５８Ｂの各対の両方は、通過成分と反射成分を生成する。スカラ増幅器５２Ａ／５２Ｂ〜５８Ａ／５８Ｂの対によって通過させられる信号の合計は、部分的な反射を再現するためにそのまま１になるように調整され、あるいは撥弦具と接触するために生ずる損失をモデル化するために僅かに１より小さくされる。
【００５２】
したがって、撥弦具の動作は、スカラ増幅器５２Ａ／５２Ｂ，５４Ａ／５４Ｂ，５６Ａ／５６Ｂ，５８Ａ／５８Ｂによって設定される透過係数及び反射係数を単に調整することによって容易に再現することができる。これは、撥弦具が既に振動している弦を止めるときに、特に重要な正確さであり、したがって、調音（articulation）に対して非常に重要な役割を果たすと考えられる。
【００５３】
ＴＶＴ合成部１４，１６で生成される共振周波数は、遅延回路３０Ａ／３０Ｂ〜３６Ａ／３６Ｂの遅延時間に依存するので、散乱再現回路５０Ａ／５０Ｂのスカラ増幅器５２Ａ／５２Ｂ〜５８Ａ／５８Ｂを調整することによって、ＴＶＴ合成部１４，１６の共振回路を調整し直すことができる。ローパスフィルタ３８Ａ／３８Ｂ，４４Ａ／４４Ｂは、４次（biquad）のローパスフィルタであり、弦における損失と、ナット及びブリッジ上の反射係数とを表す。ローパスフィルタ４０Ａ／４０Ｂ，４２Ａ／４２Ｂ，４６Ａ／４６Ｂ，４８Ａ／４８Ｂは、１次全パスフィルタであり、ピッチを調整し、位相遅延を導入することにより不調和性を生じさせるために用いられる。結果として生ずるフィルタマトリックスは、少なくとも３次、好ましくは４次のフィルタである。これにより、撥弦楽器の全音域における減衰プロファイルに完全に一致することを保証する。
【００５４】
弦の横振動を再現するために、遅延回路３０Ａ／３０Ｂ〜３６Ａ／３６Ｂは、三角波で初期化される。すなわち、遅延回路３０Ａ／３０Ｂ，３４Ａ／３４Ｂは、フィルタ４２Ａ／４２Ｂ，３８Ａ／３８Ｂとの接続点でゼロから始まり、遅延回路３０Ａ／３０Ｂ，３４Ａ／３４Ｂの反対端で最大値まで増加するサンプルによって初期化され、遅延回路３２Ａ／３２Ｂ，３６Ａ／３６Ｂは、遅延回路３０Ａ／３０Ｂ，３４Ａ／３４Ｂとの接続点で最大値から始まり、それらの反対点でゼロまで減少するサンプルによって初期化される。この三角波の初期パターンは、弦が撥弦具から解放された瞬間の弦の横方向のたわみを再現する。これは、直感的かつ物理的に正しい選択であり、スペクトルは、正しい周波数において高調波が存在していないことを示している。当然のことながら、実際にたわんだ弦において、最大変位点の間際には鋭角はなく、むしろ撥弦具が弦を変位させたとき、撥弦具の有限の大きさ及び柔軟性による曲がりが存在する。したがって、三角波の初期パターンのピークを丸めることにより、更に正確な初期化を行うことができる。
【００５５】
スカラ増幅器５２Ａ／５２Ｂ，５４Ａ／５４Ｂ，５６Ａ／５６Ｂ，５８Ａ／５８Ｂは、図３を用いて後述する時間間隔及び対応する過渡現象に従って調整される。ｔｌｏｎｇ＜ｔ＜ｔｅｎｄの場合、スカラ増幅器５２Ａ／５２Ｂ，５６Ａ／５６Ｂの両方向における透過係数は１.０であり、スカラ増幅器５４Ａ／５４Ｂ，５８Ａ／５８Ｂの反射係数は０．０である。弦の振動が減衰し始めると、直ちに撥弦具は変位量を制限する。弦の変位は、ｔ＝ｔｅｎｄでゼロになる。そして、弦の変位は、素早く負の値をとり、弦の分割された部分を励起する。したがって、ｔ＝ｔｅｎｄの直前からｔ＝ｔｅｎｄを通り、ｔ＝ｔｅｎｄ＋ｔｄａｍｐまでの間に、スカラ増幅器５４Ａ／５４Ｂ，５８Ａ／５８Ｂの反射係数は、１．０に近い値に向けて増加し、スカラ増幅器５２Ａ／５２Ｂ，５６Ａ／５６Ｂの透過係数は、ゼロに近い値、例えば０．０５に向けて減少する。励起に従い、スカラ増幅器５２Ａ／５２Ｂ〜５８Ａ／５８Ｂの透過係数を非対称的に変化させることができる。更に、付加的な損失を導入するために、一方の反射係数及び透過係数の合計を１．０未満としてもよい。
【００５６】
上述したように、図１に示す横振動モードのシンセサイザは、図１Ａに詳細を示すブリッジフィルタ１８の相互作用によって、２つの横振動モード間のうなりをモデル化する。ブリッジフィルタ１８は、本質的には、もう１つの散乱再現回路であり、横モードの振動の同じモードへの反射をモデル化する周波数領域のフィルタ６１Ａ／６１Ｂと、横モードの振動の１つのモードから反対のモードへの転移（transference）をモデル化するフィルタ６３Ａ／６３Ｂとを備える。これらのフィルタ６１Ａ／６１Ｂ，６３Ａ／６３Ｂのパラメータは、音色を処理する間は変更されないが、これらのパラメータは、周波数に依存し、横振動モード間のブリッジ結合を最大限にモデル化する。フィルタ６１Ａ／６１Ｂ，６３Ａ／６３Ｂからの反射信号及び透過信号は、加算器６５Ａ／６５Ｂで加算されて、フィルタ４６Ａ／４６Ｂに供給され、弦を適切なモードを励起する。
【００５７】
上述したように、ＴＴ合成部２０によって生成された再現タップトーンは、物理的にモデル化されたＴＶＴ合成部１４，１６の境界条件を設定する。これは、スカラ増幅器６７Ａ／６７Ｂによって増幅されたＴＴ合成部２０の出力信号を加算器６５Ａ／６５Ｂに供給することによって、実行される。このように、ＴＴ合成部２０の出力信号を横振動モードの初期の励起の一部として用いて、各横振動モードにおける進行波の境界条件を設定する。
【００５８】
撥弦楽器のシンセサイザの簡略化した実施の形態を図２に示す。この実施の形態では、上述した多くのユニットを備えるが、ユニット間の相互作用はより単純である。具体的には、この実施の形態では、縦振動トーン合成部１２と、タップトーン合成部２０と、横振動トーン合成部１４、１６とを備える。これらの部の出力信号は、スカラ増幅器６０，６２，６４によって重み付けられ、加算器６６によって加算される。この実施の形態では、例えばブリッジにおけるボディと弦の接続を再現できないので、上述した実施の形態における再生音質を提供しない。結果として生じるタップトーンと横振動トーン間の相互作用は、ＴＴ合成部２０の出力信号とＴＶＴ合成部１４，１６の出力信号の単なる和によって、正確に表せない場合もある。
【００５９】
上述した図１Ａに示す物理モデル合成法は、多くの遅延回路とフィルタを用いるので、実現するにはコストがかかる。図２に示すような単純な実施の形態では、音質は落ちるが、ＴＶＴ合成モデルを、２つの横振動モードのウェーブテーブル合成法を用いて構成することができる。２つの横振動成分を別々に合成した後、加算して、ＴＶＴモードの忠実な再現を可能とするうなりを生成する。そして、加算された出力信号は、（図４に示すエンベロープ回路８２によって発生され、）アタックＴＴ部７０によって使われるエンベロープと同じ立上がり形状を有する時間エンベロープが乗算される。これは、ＴＴ成分とＴＶＴの成分が、同一の立上がりのエンベロープを用いることにより、単音として知覚させることを確実するために、行われる。
【００６０】
図２に示す単純化されたシンセサイザは、アタック及び減衰タップトーンだけではなく、縦振動トーンのモデル化を含むが、ＴＶＴの物理モデルにおいて実行できる動的なモード間の相互作用を欠いている。更に、このモデルでは、ＴＴ合成部２０を用いて、上述したＴＶＴ合成部１４，１６の境界条件を設定することができない。したがって、生成される結果は、図１に示すより複雑なモデルの結果よりも忠実性が落ちる可能性がある。ここで、図３を参照し、図１及び図２に示す実施の形態で使用されるＴＶＴ、ＴＴ及びＬＶＴ成分間の時間的順番とそれらの関係について説明する。図３に示すように、撥弦楽器によって生成され、ｔ＝０に始まり、ｔ＝ｔｅｎｄ＋ｔｄａｍｐに終わる再生された単一の音色による音は、以下のように分類することができる。
【００６１】
０＜ｔ＜ｔｄａｍｐの期間において、音色を出すために、撥弦具が弦に押し付けられると、前の音色の振動は減衰される。これにより、この瞬間、非常に短いブーンという雑音（buzzing noise）が生じ、この雑音は、撥弦具が弦の上を滑り始めるまで続く。このブーンという雑音は、この範囲内の減衰していくタップトーンによって再現される。
【００６２】
ｔｄａｍｐ＜ｔ＜ｔｌｏｎｇの期間において、撥弦具が弦に沿って滑ることによる縦振動トーン(ＬＶＴ)が生じる。この持続時間は、撥弦具が弦を叩くときの速さ及び角度（すなわち撥弦具が弦に平行か垂直か）によって決定される。
【００６３】
ｔｌｏｎｇ＜ｔ＜ｔｅｎｄ期間において、その期間の始めにおいて撥弦具から弦が解放されることによって、弦の横振動モードが励起される。弦から楽器のボディに伝達されたエネルギによっても、この範囲内のアタックタップトーンによって再現されるタップトーンが生成される。
【００６４】
ｔｅｎｄ＜ｔ＜ｔｅｎｄ＋ｔｄａｍｐ期間において、次の音色を出すために、撥弦具が弦に押し付けられると、この音色の振動は減衰される。この持続時間は、通常、前の音色の減衰期間と異なり、したがって、適切な再現を行うためには、個々の調音された（articulated）音色間の減衰時間における変化を取り入れる必要がある。
【００６５】
図４を参照し、タップトーン合成部２０について詳細に説明する。タップトーンは、ＦＭ合成法により効率的に生成される。ボディは、２次元以上であるため、物理モデル合成法は、効率的でない可能性がある。これは、物理モデル合成法が、特に２次元又は３次元の導波管では、互いに接続された多くの遅延回路を必要とすることを、意味している。図４に示す実施の形態で用いられているＦＭ合成法は、実質的に単純化されている。
【００６６】
まず、アタックタップトーン部７０について説明する。タップトーンは、周波数変調された搬送波によって再現される。アタックタップトーンには、２つの主要なものがある。第１のアタックタップトーンは、弦が振動し始める前、撥弦具が弦に最初に当たるとき（あるいは前の音色が減衰されるとき）のものであり、第２のアタックタップトーンは、撥弦具が弦を解放し、弦がエネルギの一部をボディ及び／又は共鳴器に伝達するときのものである。第２の振動が一旦励起されると、両方を同時に聞くことができる。したがって、所望の出力信号を得るために、２つの発振器７２，７４が用いられている。
【００６７】
各発振器７２，７４は、発振出力周波数を制御する第１の入力端子と、発振出力振幅を制御する第２の入力端子とを有する。第１の発振器７２の周波数入力端子には、定数７６が供給されており、したがって、第１の発振器７２の発振周波数は一定となる。第１の発振器７２の振幅入力端子は、エンベロープ回路７７に接続されており、一旦起動されると、図４に示す時間で定義されたエンベロープ波形を発生する。したがって、発振器７２の出力信号は、時間で定義されたエンベロープを有する一定周波数の交流波形である。
【００６８】
発振器７２の出力信号は、加算器７８に供給される。加算器７８の第２の入力端子には、定数８０が供給されている。したがって、加算器７８の出力信号は、一定のベースラインの値に、発振器７２によって発生された、時間で定義されたエンベロープを有する一定周波数の交流波形を重ねたものとなる。
【００６９】
加算器７８の出力端子は、第２の発振器７４の周波数入力端子に接続されている。発振器７４の振幅入力端子は、図４に示す時間で定義されたエンベロープ波形を発生する第２のエンベロープ回路８２に接続されている。したがって、ライン８４上の発振器７４の出力信号は、定数８０に対応した搬送波周波数が、エンベロープ回路７７のエンベロープに基づいて周波数変調され、エンベロープ回路８２のエンベロープに基づいて振幅変調されたものとなる。この波形は、弦が撥弦具に当たることによって生成されるアタックタップトーンを正確に表したものである。
【００７０】
ここで、減衰タップトーン部８８について説明する。減衰タップトーンも周波数変調された搬送波によって再現される。ここでも所望の出力信号を得るために、２つの発振器９０、９２が用いられる。第１の発振器９０の周波数入力端子には、定数９４が供給されており、したがって、第１の発振器９０の発振周波数は一定となる。第１の発振器９０の振幅入力端子は、エンベロープ回路９６に接続されており、一旦起動されると、図４に示す時間で定義されたエンベロープ波形を発生する。発振器９０の出力信号は、加算器９８に供給される。加算器９８の第２の入力端子には、定数１００が供給されている。したがって、加算器９８の出力信号は、一定のベースラインの値に、発振器９０によって生成された、時間で定義されたエンベロープを有する一定周波数の交流波形を重ねたものとなる。この出力信号は、第２の発振器９２の周波数入力端子に供給される。発振器９２の振幅入力端子は、図４に示す時間で定義されたエンベロープ波形を発生する第２のエンベロープ回路９４に接続されている。したがって、ライン１０１上の発振器９２の出力信号は、定数１００に対応した搬送波周波数が、エンベロープ回路９６のエンベロープに基づいて周波数変調され、エンベロープ回路９４のエンベロープに基づいて振幅変調されたものとなる。この波形は、撥弦具が横方向に振動している弦に接触することによって生成される減衰タップトーンを正確に表したものである。
【００７１】
図４に示すエンベロープ回路７７，８２，９４，９６は、縦振動及び横振動の開始時間と終了時間に適切に起動される。減衰ＴＴ部８８は、図３に示すｔ＝０とｔ＝ｔｅｎｄで起動され、各音色の終わりで聞こえる。アタックＴＴ部７０は、図３に示すｔ＝ｔｌｏｎｇで起動され、音色の始めで聞こえる。エンベロープ回路７７，８２，９４，９６の各エンベロープは、再現する撥弦楽器の特定の形状及び振動モードに基づいて選択される。これらは、記録した演奏パラメータの範囲、例えば撥弦具を動かす速度、ブリッジからの撥弦具の相対的位置、その角度等によって決定される。場合によっては、使われる楽器に応じて、アタックタップトーン又は減衰タップトーンに現れる全ての周波数を適切に再現するために、アタックＴＴ部７０及び減衰ＴＴ部８８と同様の回路を１つ以上設けることが必要である。
【００７２】
タップトーンの非常に初期の瞬間、特にアタック中に生じる音の周波数スペクトルは、非常に広い。この初期のスペクトルを十分に再現するためには、白色雑音部１０２によってエンベロープを有する白色雑音（enveloped white noise）を生成し、これを、アタックＴＴ部７０及び／又は減衰ＴＴ部８８によって生成されたＦＭ合成タップトーン上に重ね合わせるようにする。白色雑音部１０２は、起動されたときに、図４に示すような時間で定義されたエンベロープを発生するエンベロープ回路１０４と、白色雑音を発生する不規則信号発生器（random signal generator）１０６とを備える。エンベロープ回路１０４及び不規則信号発生器１０６の出力信号は、乗算器１０８に供給され、乗算器１０８は、これらの信号の積をライン１１０上に生成する。したがって、ライン１１０上の信号は、白色雑音の短いパルスである。エンベロープ回路１０４によって発生されるエンベロープは、同様に、様々なパラメータの違いによって記録される楽器によって決定される。
【００７３】
巻線の又は非常に粗い弦の場合には、タップトーンを合成する際に、更なる問題が生じる。この場合、撥弦具が弦の表面を滑るとき、撥弦具が弦の巻線又は粗い形状のそれぞれに当たるので、撥弦楽器は、タップトーンを連続的に生成する。巻線の弦の場合、撥弦具が巻線を飛ぶ（skip）度に、後続の巻線に当たり、エンベロープの値は増加する。この過程は、撥弦具の横方向の速度に関連した周波数で、弦に対する撥弦具の角度に関連した回数繰り返される。撥弦具の動きが速くなるほど、飛ばされる巻線の数は増え、生成されるトーンは、より高い周波数を有する。更に、弦に対する撥弦具の角度がより鋭角になると、より多くの巻線が飛ばされ、振幅が大きくなる回数が増える。
【００７４】
このような振る舞いを再現するために、エンベロープ回路７７，８２，９４，９６で用いられるエンベロープとしては、鋸歯状波を用いてもよい。具体的なエンベロープを図４Ａに示す。あるいは、主要なタップトーンを再現するアタックＴＴ部７０及び減衰ＴＴ部８８に加えて、同様の構成を有す新たな回路、すなわち撥弦具が巻線を飛ぶことによって生成される新たなタップトーンを再現する、図４Ａに示すような鋸歯状波のエンベロープを生成するエンベロープ回路を設けてもよい。
【００７５】
ここで、図５Ａを参照し、弦の縦振動モードをモデル化するシンセサイザについて説明する。この実施の形態において、シンセサイザは、ループ状に接続された遅延回路１４０と、ローパスフィルタ１４２と、加算器１４４とを備える。加算器１４４の第２の入力端子には、乗算器１４６によって生成されたエンベロープを有する白色雑音が供給される。すなわち、乗算器１４６は、不規則信号発生器１４８からの白色雑音に、エンベロープ回路１５０によって生成されたエンベロープを乗算して、エンベロープを有する白色雑音を生成する。したがって、縦振動モードは白色雑音によって再現され、すなわち、この縦振動モードを励起する撥弦具と弦間の摩擦が再現される（ある撥弦楽器では、撥弦具が弦の上を滑るときに、弦の粗さのため、可聴なピッチに重畳したある種の雑音が聞こえる。この雑音は、スチール弦と比べて、ナイロン弦又はガット弦においてより重要である。）。
【００７６】
図５Ａに示す実施の形態において、縦振動モードのピッチは、遅延回路１４０の遅延時間と、ローパスフィルタ１４２の係数（フィルタにより新たな位相遅延が導入される）とによって、調整される。エンベロープ回路１５０で生成されるエンベロープは、この縦振動モードのトーンを成形するために、撥弦具の速度及び角度の関数として、あるいは等価な縦モード励振の持続時間の関数として、調整される。
【００７７】
ここで、図５Ｂを参照し、他の実施の形態について説明する。縦振動モードは、周波数変調モデルを使用することによって合成することができる。この実施の形態においては、１対の周波数変調器１５２，１５４を用いている。縦振動モードは、高調波に近い振動を生成するので、この１対の周波数変調器１５２，１５４で十分である。更に、振動の持続時間が非常に短いので、より単純なモデルによっても、より理論的に正しいものと同様な知覚が得られる。ここでも、再び、搬送波周波数は、加算器１５８に供給される定数１５６により決定され、この加算器１５８の出力信号は、周波数変調器１５２の周波数を制御するための入力端子に供給される。加算器１５８の第２の入力端子は、周波数変調器１５４の出力端子に接続されており、変調信号（modulated signal）が供給される。この変調信号の周波数は、周波数変調器１５４の周波数制御入力端子に供給される定数１６０によって決定されるとともに、変調信号は、エンベロープ回路１６２生成され、周波数変調器１５４の振幅制御入力端子に供給されるエンベロープを有する。周波数変調された搬送波の振幅は、エンベロープ回路１６４で生成され、周波数変調器１５２の振幅制御入力端子に供給されるエンベロープによって制御される。搬送波及び周波数変調器１５２の周波数は、撥弦楽器の弦の長さによって定まる縦振動モードのピッチに基づいて、調整される。弦の粗さを表現するための雑音成分が、加算器１６６によって、この周波数変調された搬送波に加えられる。この雑音は、エンベロープを有する白色雑音であり、乗算器１６８によって、不規則信号発生器１７０の出力信号に、エンベロープ回路１７２からのエンベロープを乗算することにより、乗算乗算器１６８の出力端子に生成される。
【００７８】
以下に示すプログラムは、ＬＩＳＰプログラミング言語によって書かれたものであり、フィルタ、遅延回路等の単位となる信号発生器をモデル化するためのコモンＬＩＳＰ音楽パッケージを用いている。
【００７９】
【数４】
1999194778.tif 000004
【００８０】
【数５】
1999194778.tif 000005
【００８１】
【数６】
1999194778.tif 000006
【００８２】
【数７】
1999194778.tif 000007
【００８３】
【数８】
1999194778.tif 000008
【００８４】
【数９】
1999194778.tif 000009
【００８５】
【数１０】
1999194778.tif 000010
【００８６】
【数１１】
1999194778.tif 000011
【００８７】
【数１２】
1999194778.tif 000012
【００８８】
【数１３】
1999194778.tif 000013
【００８９】
【数１４】
1999194778.tif 000014
【００９０】
【数１５】
1999194778.tif 000015
【００９１】
【数１６】
1999194778.tif 000016
【００９２】
【数１７】
1999194778.tif 000017
【００９３】
プログラムは、コマンド「:cl filename」によって実行することができる。このプログラムにより、本発明の原理に従ったクラシックギターの音が再現される。このソフトウェアに使われる主要な変数及びそれらの関係は、以下の通りである。
【００９４】
撥弦具の速度＝function()
ブリッジからの撥弦具の距離＝function()
弦に対する撥弦具の角度＝function()
アタックタップの振幅＝function(PD speed)
アタックタップの持続時間＝function(Attack tap Amplitude)
縦モードの持続時間＝function(PD speed,PD angle from string)
減衰タップの振幅＝function(PD speed,PD distance from bridge)
減衰タップの持続時間＝function(Damp tap amplitude)
減衰の持続時間＝function(PD speed)
巻線の長さピッチ＝function(PD speed)
【００００】
本発明を、様々な実施の形態によって説明し、また、これらの実施の形態をかなり詳細に説明したが、これらの実施の形態は、特許請求の範囲を制限し、何らかの限定を加えるものではない。当業者にとって、更なる効果及び変更を容易に加えることができることは、明らかである。
【００９５】
例えば、図１Ａに示す遅延回路の遅延時間を調整して、散乱再現回路５０Ａ／５０Ｂが弦のナット端に近い位置にくるようにすることにより、そのモデルは、ナット部に隣接した弦を、親指が止める効果を再現することができる。
【００９６】
上述の実施の形態において、図１Ａの散乱再現回路５０Ａ／５０Ｂの透過係数及び反射係数を変えることによりモデル化される減衰雑音は、例えば遅延回路に沿った様々なタップ位置を平均化し、この平均値を出力として使うことによって、様々に実現することができる。また、非常に小さな振幅の白色雑音を加えることもできる（この雑音は、チェンバロにおいて特に大きい。）。
【００９７】
縦振動モードから横振動モードへの転移は、図１の加算器２４の入力にフェーダを用いることによって、円滑にすることができ、ｔ＝ｔｌｏｎｇの後、ＴＶＴがフェードインし、ＬＶＴがフェードアウトする。
【００９８】
また、他の打楽器的なトーンも再現することができる。多くの撥弦楽器において、純粋な打楽器的なトーンは、特別の効果として出すことができる。これら全ては、ＴＴ合成部２０のＦＭ合成パラメータを変更することによって、容易かつ簡単に合成することができる。
【００９９】
クラシックギターの奏法の１つであるタンボラ奏法において、手でブリッジ上の弦を打つことがある。これは、図１に示すブリッジ側の遅延回路に有限値を導入することによって、換言すれば、ブリッジに有限の境界条件を設定することによって、実現することができる。
【０１００】
手で弦を擦る雑音も再現することができる。この雑音は、肌が弦の上を滑るときに、撥弦楽器の粗い弦又は巻線の弦上で生じる。弦が巻線でない場合、ピッチは、本質的に、縦振動モードの基本振動数である。弦が巻線である場合、ピッチは、２つの重ね合わされた音、すなわち図４Ａに示す鋸歯状波のエンベロープを有するＬＶＴとＴＴの重ね合わせであり、これは、図１又は図２に示す実施の形態で使われている方法によって生成することができる。１つの音色から他の音色にへ移行するとき、指の速さは一定ではないので、精度を高めるためには、軽く周波数変調する必要がある。実際、指の速さは、スタジオでの録音から正確に決めることができる音調曲線（contour）を有する。
【０１０１】
フレットボード（fretboard）を備えた撥弦楽器において、左手の指を用い、基本的には指板（fingerboard）をハンマリングすることによって得られる上昇スラーを調音する（articulate）ことができる。これは、ＴＴと同時に始まる縦振動の場合のように、打楽器的な音を生成し、新たなＴＴ成分を加えることによって、モデル化することができる。左手は、通常、共鳴器から遠いところを打つので、このＴＴの振幅は小さい。
【０１０２】
また、左手の下降スラーも、撥弦楽器の指板による特有な奏法である。下降スラーは、基本的には弦を指でプリングすることによって演奏するものであり、ＴＶＴが開始すると直ぐにＴＴが生成される。したがって、この調音（articulation）は、リアルタイムで、単にＬＶＴ合成部１２の動作を停止し、図１に示すＴＶＴ遅延回路の遅延の長さを変えることによって、合成することができる。
【０１０３】
高調波は、図１Ａに示す１つの導波管を２分割することによって、非常に簡単に実現することができる。これにより、撥弦具で演奏している位置とは異なる弦上の位置を一本の指で押さる状態を再現する。
【０１０４】
その他の様々なプラッキングテクニックにより、様々な減衰雑音が生成される。例えばクラシックギターにおいて、前の音色が減衰するときに、指で弦を２つに分割する。親指で演奏しているときに、弦のナットの部分を親指の腹で減衰する。他の指で演奏しているときに、同時に振動しているブリッジを指の腹によって減衰する。これらの奏法は、その働きを再現するために、図１に示すブリッジフィルタ１８の透過係数及び反射係数を変えるすることによって、容易にモデルに取り入れることができる。
【０１０５】
したがって、本発明は、上述した特定の詳細事項、代表的な装置及び方法、説明した実施の形態に限定されるものではない。したがって、発明の概念の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
特定の部分を具体的に示す図面は、発明の実施の形態を説明するためのものであり、実施の形態の記述とともに発明の原理を説明するものである。
【図１】
第１の実施の形態における本発明を適用した撥弦楽器のシンセサイザの構成を示すブロック図である。
【図１Ａ】
図１に示す撥弦楽器のシンセサイザのＴＶＴ合成部１４，１６及びブリッジフィルタ１８の詳細な構成を示すブロック図である。
【図２】
他の実施の形態における本発明を適用した撥弦楽器のシンセサイザの構成を示すブロック図である。
【図３】
本発明のを適用して再現された様々な過渡現象のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図４】
図１及び図２に示す撥弦楽器のシンセサイザのＴＴ合成部２０の詳細な構成を示すブロック図である。
【図４Ａ】
巻線の弦によって生成されるタップトーンを再現するために、図４に示すタップトーンとの合成に使われる鋸歯状波を示す図である。
【図５Ａ】
図１及び図２示す撥弦楽器のシンセサイザのＬＶＴ合成部１２の第１の実施の形態における詳細な構成を示すブロック図である。
【図５Ｂ】
図１及び図２に示す撥弦楽器のシンセサイザのＬＶＴ合成部１２の第２の実施の形態における詳細な構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０  シンセサイザ、１２  縦振動トーン合成部、１４  横振動トーン合成部、１６  横振動トーン合成部、１８  ブリッジフィルタ、２０  タップトーン、２２  加算器、２４  加算器、２６  ライン
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
1999194778.tif 000018
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１Ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１Ａ】
1999194778.tif 000019
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
1999194778.tif 000020
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
1999194778.tif 000021
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５Ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５Ａ】
1999194778.tif 000022