(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも遅延器を含む閉ループ手段に駆動データを供給し、巡回させ、巡回中のデータを周期波形として取り出し、前記周期波形から前記周期波形を所定時間Ｎ遅延させさらにレベル調整した後のデータを減算し所望の合成音データとして出力するようにした楽音合成装置であって、
遅延時間Ｎに応じて前記レベル調整におけるレベル値を決定することを特徴とする楽音合成装置。
【請求項２】
自然楽器の楽音に相当するＰＣＭデータから前記ＰＣＭデータを所定時間Ｎ遅延させさらにレベル調整した後のデータを減算し所望の合成音データとして出力するようにした楽音合成装置であって、
遅延時間Ｎに応じて前記レベル調整におけるレベル値を決定することを特徴とする楽音合成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子楽器の音源などに用いられる楽音合成装置、特に自然楽器の発音メカニズムを電子回路で模擬した方式（以下、物理モデル方式とする）に基づく楽音合成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
物理モデル方式に基づく楽音合成装置が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、図面を参照しながら上述したような従来の楽音合成装置について説明する。
【０００４】
図５は従来の楽音合成装置のブロック図である。図５において、５０１は予めメモリなどに記憶した駆動データを読み出す駆動データ発生回路、５０２，５０８はデータを所定時間遅延させる遅延器、５０３はローパスフィルタ、５０４，５０９は乗算器、５０５は加算器、５０６，５１１はそれぞれ遅延器５０２，５０８の遅延時間を制御する遅延制御回路、５１０は減算器、５０７は遅延器５０２、ローパスフィルタ５０３、乗算器５０４、加算器５０５、遅延制御回路５０６をまとめた巡回型コムフィルタ、５１２は遅延器５０８、乗算器５０９、減算器５１０、遅延制御回路５１１をまとめた非巡回型コムフィルタである。なお、駆動データ発生回路５０１は予め駆動データを記憶した読み出し専用メモリとサンプリングクロックＳＣＫに応じてメモリアドレスを１ずつ歩進するカウンタなどの周知の回路を用いて簡単に実現できるので、その内部構成については説明を省略する。また遅延器５０２，５０８は読み書きメモリをリングメモリ形式に構成したもので、遅延器制御回路５０６，５１１が出力するアドレスＡＤＲの番地に対して読み書きを行うものである。
【０００５】
図６は遅延制御回路５０６および５１１の回路図である。図６において、６０１はカウンタ６０３のカウント値と遅延器５０２の遅延段数Ｍまたは遅延器５０８の遅延段数Ｎとの比較を行う比較器、６０２は比較器６０１が出力する比較一致フラグが値１の時または発音開始フラグＫＯＮが値１の時にカウンタ６０３のカウント値を値０にリセットするＯＲゲート、６０３はサンプリングクロックＳＣＫに従って値を１ずつインクリメントするカウンタである。なお、発音開始フラグＫＯＮは押鍵などの発音操作に応じて合成処理を開始する際に最初の１サンプリング周期Ｔｓの間だけ値１になるフラグである。
【０００６】
図７（Ａ）は、ギターの弦の振動メカニズムを表す模式図である。図７（Ａ）において、弦はＡ，Ｃ点で固定され、弦を指やピックで弾く時に与えられる力（駆動データに対応）がＢ点に与えられるものとする。図７（Ｂ）は、ギター音の時間軸波形を表すグラフである。図７（Ｂ）において、横軸と縦軸はそれぞれ時間と振幅を表す軸である。図７（Ｃ）は、ギター音の振幅周波数スペクトルを表すグラフである。図７（Ｃ）において、横軸と縦軸はそれぞれ周波数と振幅を表す軸である。図７（Ｄ）は、ギターの駆動データの振幅周波数スペクトルを表すグラフである。図７（Ｄ）において、横軸と縦軸はそれぞれ周波数と振幅を表す軸である。
【０００７】
図８は、非巡回型コムフィルタ５１２の伝達特性図である。同図（Ａ）は、図５の遅延器５０８の遅延段数Ｎが遅延器５０２の遅延段数Ｍの１／４であり、さらに乗算器５０９に与えられるディップレベルデータＤが値０．５の時の伝達関数によるもの、同図（Ｂ）は、図５の遅延器５０８の遅延段数Ｎが遅延器５０２の遅延段数Ｍの１／２であり、さらに乗算器５０９に与えられるディップレベルデータＤが値０．５の時の伝達関数によるもの、同図（Ｃ）は、図５の遅延器５０８の遅延段数Ｎが遅延器５０２の遅延段数Ｍの１／４であり、さらに乗算器５０９に与えられるディップレベルデータＤが値０．０の時の伝達関数によるものである。なお横軸と縦軸はそれぞれ周波数と振幅を表す軸である。
【０００８】
図９（Ａ）はストリングアンサンブル音の振幅周波数スペクトルを表すグラフである。図９（Ｂ）はストリングアンサンブルの駆動データの振幅周波数スペクトルを表すグラフである。図９（Ｃ）はストリングアンサンブルの合成音データの振幅周波数スペクトルを表すグラフである。なお図９（Ａ）〜（Ｃ）において、横軸と縦軸はそれぞれ周波数と振幅を表す軸である。
【０００９】
以上のように構成された従来の楽音合成装置について動作説明をする。まず、図７（Ａ）を用いてギターの弦の振動メカニズムについて説明する。Ａ，Ｃで固定された弦において、ＡＢ間、ＢＣ間の長さの比率が１：３とする。弦のＢ点を弾くことにより単発的な力（駆動データに相当）が弦に与えられ、破線矢印の方向に伝搬していく。そしてＡ，Ｃ点において反射、反転し再びＢ点に戻ってくる。この動作を繰り返すことにより弦の振動が生じ胴を介して音が発生する。なお簡単のため胴は省略し、ギターの音を弦の振動とみなす。また時間の経過とともに弦から空気中に対して主に高域成分が放射され、また固定点Ａ，Ｃにおいて振動エネルギーが少しずつ消費されるので、ギター音の時間軸波形は図７（Ｂ）に示すように、時間の経過とともに次第になまっていく形状となる。またＷ１とＷ３の時間間隔ＴＭは、Ｂ点から伝搬された波形がＣ→ＡあるいはＡ→Ｃを反射して再びＢ点に戻るまでの時間に相当し、Ｗ１，Ｗ２の時間間隔ＴＮは、Ｂ点から伝搬された波形がＡのみを反射して再びＢ点に戻るまでの時間に相当する。
【００１０】
以上の発音メカニズムを模擬した等価回路が、図５に示す楽音合成装置である。図５において、発音開始フラグＫＯＮとサンプリングクロックＳＣＫに基づき駆動データ発生回路５０１が駆動データを巡回型コムフィルタ５０７に供給する。供給された駆動データは巡回型コムフィルタ５０７を巡回することにより、図７（Ａ）のＷ１，Ｗ３，Ｗ５，・・・といった時間間隔がＴＭの周期波形が生成される。周期波形は巡回中にローパスフィルタ５０３により高域が遮断され、また乗算器５０４においてゲインＧ（Ｇは値１未満）の乗算によって減衰する。時間間隔ＴＭは遅延器５０２の遅延段数Ｍに対応する。時間間隔ＴＭと遅延段数Ｍとの関係を（数１）に示す。
【００１１】
【数１】
0003711983.tif 000002
【００１２】
巡回型コムフィルタ５０７で生成された周期波形は、非巡回型コムフィルタ５１２に送出されフィルタリングされることにより、図７（Ｂ）に示すギター音の時間軸波形に相当する合成音データが得られる。この合成音データあるいはギター音の振幅周波数スペクトルは図７（Ｃ）に示すような形状となる。すなわち、弦の全長に対してその１／４のところを弾いた場合の音の振幅周波数スペクトルは４次、８次倍音（ｆ４，ｆ８）・・・にディップが生じる。一般的には、弦などの共振部の全長に対して、その１／ｎのところを駆動して音を発生した場合、その音の振幅周波数スペクトルはｎ，２ｎ，３ｎ，・・・次倍音にディップが生じる。図７（Ｂ）の時間軸波形におけるＷ１，Ｗ２の時間間隔ＴＮは、遅延器５０８の遅延段数Ｎに対応する。ＴＮとＮとの関係を（数２）に示す。
【００１３】
【数２】
0003711983.tif 000003
【００１４】
なお、乗算器５０９で乗算されるディップレベルデータＤは、図７（Ｂ）のＷ１に対するＷ２の、あるいはＷ３に対するＷ４のレベル比に対応する。ここで駆動データとは、例えばギターの原音をギターの弦などに相当する回路、この場合は巡回型コムフィルタ５０７と非巡回型コムフィルタ５１２を直列接続した回路に対して逆に畳み込むことによって得られるデータであり、弦に対して指やピックが与える力に相当するものである。
【００１５】
次に遅延制御回路５０６，５１１の動作について図６を用いて説明する。遅延制御回路５０６，５１１ともに基本的に同じ動作をするので、遅延制御回路５０６のみを説明する。図６において、押鍵などの発音操作に応じて発音開始フラグＫＯＮがＯＲゲート６０２に入力され、カウンタ６０３のカウント値を値０にリセットする。その後カウンタ６０３はサンプリングクロックＳＣＫの発生タイミングに従ってカウント値を１ずつインクリメントする。そして比較器６０１に入力されたＭと等しくなった時に、比較器６０１は比較一致フラグをＯＲゲート６０２に送出し、カウンタ６０３のカウント値を値０にリセットする。以上の動作によって、カウンタ６０３から遅延器５０２（リングメモリ構成の読み書きメモリ）に対して読み書きアドレスＡＤＲが送出される。なおアドレスＡＤＲは１サンプリング周期Ｔｓ内において、まず読み出しアドレスとして作用し、その直後に書き込みアドレスとして作用するので、遅延器５０２は遅延時間ＴＭ（遅延段数Ｍ）の遅延器として機能する。
【００１６】
次に非巡回型コムフィルタ５１２の伝達特性について説明する。前述したように、弦などの共振部の全長に対してその１／ｎのところを駆動して音を発生した場合、その音の振幅周波数スペクトルはｎ，２ｎ，３ｎ，・・・次倍音にディップが生じる。この現象と同様に、非巡回型コムフィルタ５１２中の遅延器５０８の遅延段数Ｎを巡回型コムフィルタ５０７中の遅延器５０２の遅延段数Ｍの１／ｎとした場合、合成音データの振幅周波数スペクトルはｎ，２ｎ，３ｎ，・・・次倍音にディップが生じる。但し、非巡回型コムフィルタ５１２中の乗算器５０９におけるディップレベルデータＤの値によってそのディップの深さがかわる。例えば、Ｎ＝Ｍ／４，Ｄ＝０．５の場合は、図８（Ａ）に示すようにｆ４，ｆ８，・・・に−６ｄＢのディップが生じ、Ｎ＝Ｍ／２，Ｄ＝０．５の場合は、図８（Ｂ）に示すようにｆ２，ｆ４，・・・に−６ｄＢのディップが生じる。またＮ＝Ｍ／４，Ｄ＝０．０の場合は、図８（Ｃ）に示すようにディップが生じない。もっともＤ＝０．０の場合はＮの値によらずディップが生じない。
【００１７】
さて、図７（Ｃ）に示すようにｆ４，ｆ８・・・に約６ｄＢのディップがある場合の音（ギター音）の駆動データを求める場合は、予め非巡回型コムフィルタ５１２の伝達特性を図８（Ａ）に示す特性とし（Ｎ＝Ｍ／４、Ｄ＝０．５）、この特性の逆伝達特性にギターの原音を畳み込むことによって、図７（Ｃ）におけるｆ４，ｆ８・・・成分レベルがほぼ他の成分並にもちあがった特性の周期波形（以下、周期波形Ｗとする）が得られる。これが巡回型コムフィルタ５０７から出力されるべき周期波形Ｗの特性である。さらに巡回型コムフィルタ５０７中の遅延器５０２の遅延段数Ｍを周期波形Ｗのピッチに設定し、ローパスフィルタ５０３の特性を周期波形Ｗの振幅周波数スペクトル包絡のカーブに最も近くなるような調整等を行い、巡回型コムフィルタ５０７の逆伝達特性を求める。そして周期波形Ｗをこの逆伝達特性に畳み込むことにより、周期波形Ｗの各成分がほぼ同じレベルのところまでおち、得られた駆動データの振幅周波数スペクトルは図７（Ｄ）に示すような、ホワイトノイズのように全ての帯域に成分をもつ特性となる。時間軸波形としては図７（Ａ）に示すような単発的な波形が得られる。
【００１８】
以上ギター音の合成について説明したが、最後にストリングアンサンブルのような複音系の楽音について補足する。ストリングアンサンブルのような複音系の楽音は、バイオリンのような擦弦楽器音が複数重なってできた楽音であり、各々の楽器全てが上述したようなギターのように弦の全長の１／４に相当する位置を駆動していたとしても、それぞれが干渉しあいながら重なるため、ストリングアンサンブル音の振幅周波数スペクトルは、特定の成分に明確なディップが生じない（図９（Ａ）参照のこと）。
【００１９】
【特許文献１】
特開平６−６８３号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示すような構成では、遅延段数ＮやディップレベルデータＤの制御によって音色を変化させた場合、図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように非巡回型コムフィルタ５１２の伝達特性の１次成分のレベルが大きく異なってくるため、合成音データの音量感までが変化してしまう。これは、ギター音などのほとんどの楽音は図７（Ｃ）に示すように１次成分のレベルが最も大きいことに起因する。
【００２１】
また、ストリングアンサンブルのような複音系の楽音は、図９（Ａ）に示すように振幅周波数スペクトルに明確なディップが生じないので、仮に弦の駆動位置が全長の１／４、すなわち遅延器５０８の遅延段数ＮをＭ／４として駆動データを求めた場合、図９（Ｂ）のようにｆ４，ｆ８，・・・にピークが生じる。この駆動データを用いて合成した場合、Ｎ＝Ｍ／４の時は非巡回型コムフィルタ５１２によって、このピーク成分のレベルが原音のそれに相当するレベルまでおとしこまれるので、図９（Ａ）に示すような所望の楽音が得られるが、例えばＮ＝Ｍ／６の時はｆ４，ｆ８，・・・のピークは残ったまま、ｆ６，ｆ１２，・・・が非巡回型コムフィルタ５１２によってレベルがおとしこまれ（６ｄＢダウン）、合成音データが図９（Ｃ）に示すように、特定の成分、すなわち非巡回型コムフィルタ５１２の逆伝達関数を畳み込んだ時のＮの値に対応する成分（Ｎ＝Ｍ／４の時はｆ４，ｆ８，・・・）にピークが生じてしまい、聴感上好ましくない。
【００２２】
なお、駆動データの特定の成分にピークを生じさせないために、駆動データを求める過程において、非巡回型コムフィルタ５１２の逆伝達特性の畳み込みは行わず、巡回型コムフィルタ５０７の逆伝達特性の畳み込みのみを行う方法が考えられるが、その場合、原音、すなわち巡回型コムフィルタ５０７の逆伝達特性を畳み込むべきストリングアンサンブル音を再現するためには、巡回型コムフィルタ５０７のみを用いて合成する必要がある。言い換えれば、非巡回型コムフィルタ５１２でのフィルタリングも行うと、原音を再現することができない。従って、原音再現のためには非巡回型コムフィルタ５１２は使用することができず、この場合は、すでにギター音の例で説明したような、弦の駆動位置の変化に応じた音色変化を実現することができない。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために、本発明は、非巡回型コムフィルタ中の遅延器の遅延段数やディップレベルデータに応じて、合成音データの音量レベル補正を行うための変換手段と振幅制御手段とを設けることとしている。そして、変換手段が遅延段数やディップレベルデータに応じて生成した音量レベル補正データを生成し、振幅制御手段がこの音量レベル補正データを用いて合成音データの音量レベル補正を行うことにより、遅延段数やディップレベルデータを制御した音色変化において合成音データの音量を一定に保つことができる。
【００２４】
また、本発明は、従来の楽音合成装置に対して変換手段と振幅制御手段を追加すること（前述した解決手段）に加え、駆動データ発生回路と巡回型コムフィルタをあわせた回路を、ＰＣＭデータ発生回路に置き換えることとしている。そして、ＰＣＭデータ発生回路が発生する、自然楽器などの原音に相当するＰＣＭデータに対して、非巡回型コムフィルタ中の遅延器の遅延段数などに応じた音色変化、すなわち弦などの共振部の駆動位置制御に応じた音色変化を実現する場合において、合成音データの音量を常に一定に保つことができるので、前述した解決手段の効果に加えて、従来のＰＣＭ方式に基づく音源回路をフィルタリング前の波形発生手段として活用できるといった利点がある。
【００２５】
また、本発明は、非巡回型コムフィルタ中の遅延器の遅延段数Ｎに応じて、非巡回型コムフィルタの伝達特性のディップレベル制御を行うための変換手段を設けることとしている。そして、変換手段が、ストリングアンサンブルの原音を再現する時（仮にこの場合の遅延段数ＮをＭ／４とする。但しＭは巡回型コムフィルタ中の遅延器の遅延段数）には、ディップレベルデータを値０として合成処理を行い、また弦などの共振部の駆動位置を制御させた別の音色を得る時（ＮはＭ／４以外）は、ディップレベルデータを値０ではない値として合成処理を行う。さらにＮの値がＭ／４から離れていくに従い、ディップレベルデータを値０から次第に大きくしていくように制御することにより、ストリングアンサンブルの原音も再現できるし、またストリングアンサンブルの原音を中心として、弦などの共振部の駆動位置変化に応じて連続的に音色変化を行わせることができる。
【００２６】
また、本発明は、従来の楽音合成装置に対してディップレベルデータを制御する変換手段を追加すること（前述した解決手段）に加え、駆動データ発生回路と巡回型コムフィルタをあわせた回路を、ＰＣＭデータ発生回路に置き換えることとしている。そして、ＰＣＭデータ発生回路が発生する、自然楽器などの原音に相当するＰＣＭデータに対して、非巡回型コムフィルタ中の遅延器の遅延段数Ｎに応じた音色変化、すなわち弦などの共振部の駆動位置制御に応じた音色変化を連続的に実現できるので、前述した解決手段の効果に加えて、従来のＰＣＭ方式に基づく音源回路をフィルタリング前の波形発生手段として活用できるといった利点がある。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明は、駆動データを発生する駆動データ発生手段と、少なくとも遅延器を含む閉ループ状の回路を有し、駆動データ発生手段から供給された駆動データを巡回させ巡回中のデータを波形データとして取り出すようにした巡回型コムフィルタと、前記巡回型コムフィルタから取り出された波形データと波形データを所定時間Ｎ遅延させレベル調整した後のデータとの減算を行い減算結果を出力する非巡回型コムフィルタと、前記非巡回型コムフィルタの出力の振幅を制御することにより所望の合成音データを出力する振幅制御手段と、前記振幅制御手段における制御パラメータである振幅レベルデータを予め記憶し前記非巡回型コムフィルタの特性に応じて振幅レベルデータを読み出す変換手段とを備え、駆動データ発生手段がギターなどの自然楽器の共振部（弦など）に与えられる力に相当する駆動データを巡回型コムフィルタに供給し、巡回型コムフィルタが駆動データを巡回させて周期波形を生成し、非巡回型コムフィルタがその内部の遅延器の遅延時間Ｎを制御して前記周期波形の特定の成分（遅延時間Ｎに対応する成分）にディップを与えることにより、共振部（弦）の駆動位置に応じた音色変化を行い、さらに変換手段が予め記憶した音量レベル補正データＬを、非巡回型コムフィルタの特性、例えば遅延時間ＮやディップレベルデータＤ（非巡回型コムフィルタの遅延路上で調整するレベルに対応するもの）に応じて選択し、読み出し、振幅制御手段が読み出された音量レベル補正データＬに基づいて合成音データの音量レベル補正を行うことにより、遅延段数ＮやディップレベルデータＤを制御した音色変化において合成音データの音量を一定に保つこととなる。
【００２８】
また、本発明は、自然楽器の楽音に相当するＰＣＭデータを発生するＰＣＭデータ発生手段と、ＰＣＭデータ発生手段から送出されたＰＣＭデータと前記ＰＣＭデータを所定時間Ｎ遅延させレベル調整した後のデータとの減算を行い減算結果を出力する非巡回型コムフィルタと、前記非巡回型コムフィルタの出力の振幅を制御することにより所望の合成音データを出力する振幅制御手段と、前記振幅制御手段における制御パラメータである振幅レベルデータを予め記憶し前記非巡回型コムフィルタの特性に応じて振幅レベルデータを読み出す変換手段とを備え、ＰＣＭデータ発生手段が生成した、楽器原音に相当する楽音データを非巡回型コムフィルタに供給し、非巡回型コムフィルタがその内部の遅延器の遅延時間Ｎを制御し前記楽音データの特定の成分（遅延時間Ｎに対応する成分）にディップを与えることにより、共振部（弦）の駆動位置に応じた音色変化を行い、さらに変換手段が予め記憶した音量レベル補正データＬを、非巡回型コムフィルタの特性、例えば遅延時間ＮやディップレベルデータＤに応じて選択し、読み出し、振幅制御手段が音量レベル補正データＬに基づいて合成音データの音量レベル補正を行うことにより、遅延段数ＮやディップレベルデータＤを制御した音色変化において合成音データの音量を一定に保つこととなる。さらに従来のＰＣＭ方式に基づく音源回路をフィルタリング前の波形発生手段として活用できることとなる。
【００２９】
また、本発明は、駆動データを発生する駆動データ発生手段と、少なくとも遅延器を含む閉ループ状の回路を有し、駆動データ発生手段から供給された駆動データを巡回させ巡回中のデータを波形データとして取り出すようにした巡回型コムフィルタと、前記巡回型コムフィルタから取り出された波形データと前記波形データを所定時間Ｎ遅延させレベル調整した後のデータとの減算を行い減算結果を所望の合成音データとして出力する非巡回型コムフィルタと、前記非巡回型コムフィルタ中の遅延路上で調整するレベルに相当するディップレベルデータＤを予め記憶し前記非巡回型コムフィルタの特性に応じてディップレベルデータＤを読み出す変換手段とを備え、駆動データ発生手段がストリングアンサンブルなどの複音系の駆動データを巡回型コムフィルタに供給し、巡回型コムフィルタが駆動データを巡回させて周期波形を生成し、非巡回型コムフィルタがその内部の遅延器の遅延時間Ｎを制御し前記周期波形の特定の成分（遅延時間Ｎに対応する成分）にディップを与えることにより、共振部（弦）の駆動位置に応じた音色変化を行い、さらに変換手段が予め記憶したディップレベルデータＤを遅延時間Ｎに応じて選択し、読み出し、読み出したディップレベルデータＤに基づき非巡回型コムフィルタの遅延路上のレベル調整を行う。この時、ストリングアンサンブルの原音を再現する時（仮にこの場合のＮを巡回型コムフィルタ中の遅延器の遅延段数Ｍの１／４とする）には、ディップレベルデータＤを値０として合成し、また弦などの共振部の駆動位置を制御させた別の音色を得る時（ＮはＭ／４以外）は、ディップレベルデータＤを値０ではない値として合成する。さらにＮがＭ／４から離れていくに従い、ディップレベルデータＤを値０から次第に大きくなるように変換手段に記憶させ、変換手段が遅延段数Ｎに応じてディップレベルデータＤを読み出し、非巡回型コムフィルタの遅延路上のレベル調整を行うことにより、ストリングアンサンブルの原音も再現し、またストリングアンサンブルの原音を中心として、弦などの共振部の駆動位置変化に応じて連続的に音色変化を行うこととなる。
【００３０】
また、本発明は、自然楽器の楽音に相当するＰＣＭデータを発生するＰＣＭデータ発生手段と、ＰＣＭデータ発生手段から送出されたＰＣＭデータと前記ＰＣＭデータを所定時間Ｎ遅延させレベル調整した後のデータとの減算を行い減算結果を所望の合成音データとして出力する非巡回型コムフィルタと、前記非巡回型コムフィルタ中の遅延路上で調整するレベルに相当するディップレベルデータＤを予め記憶し前記非巡回型コムフィルタの特性に応じてディップレベルデータＤを読み出す変換手段とを備え、ＰＣＭデータ発生手段が生成した、楽器原音に相当する楽音データを非巡回型コムフィルタに供給し、非巡回型コムフィルタがその内部の遅延器の遅延時間Ｎを制御し前記楽音データの特定の成分（遅延時間Ｎに対応する成分）にディップを与えることにより、共振部（弦）の駆動位置に応じた音色変化を行い、さらに変換手段が予め記憶したディップレベルデータＤを遅延時間Ｎに応じて選択し、読み出し、読み出したディップレベルデータＤに基づき非巡回型コムフィルタの遅延路上のレベル調整を行う。この時、ストリングアンサンブルの原音を再現する時（仮にこの場合のＮを巡回型コムフィルタ中の遅延器の遅延段数Ｍの１／４とする）には、ディップレベルデータＤを値０として合成し、また弦などの共振部の駆動位置を制御させた別の音色を得る時（ＮはＭ／４以外）は、ディップレベルデータＤを値０ではない値として合成する。さらにＮがＭ／４から離れていくに従い、ディップレベルデータＤを値０から次第に大きくなるように変換手段に記憶させ、変換手段が遅延段数Ｎに応じてディップレベルデータＤを読み出し、非巡回型コムフィルタの遅延路上のレベル調整を行うことにより、ストリングアンサンブルの原音も再現し、またストリングアンサンブルの原音を中心として、弦などの共振部の駆動位置変化に応じて連続的に音色変化を行うこととなる。さらに従来のＰＣＭ方式に基づく音源回路をフィルタリング前の波形発生手段として活用できることとなる。
【００３１】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について図面を参照しながら説明する。
【００３２】
図１は本発明の実施の形態１における楽音合成装置のブロック図である。図１において、１０１は予めメモリなどに記憶した駆動データを読み出す駆動データ発生回路、１０２，１０８はデータを所定時間遅延させる遅延器、１０３はローパスフィルタ、１０４，１０９，１１４は乗算器、１０５は加算器、１０６，１１１はそれぞれ遅延器１０２，１０８の遅延時間を制御する遅延制御回路、１１０は減算器、１０７は遅延器１０２、ローパスフィルタ１０３、乗算器１０４、加算器１０５、遅延制御回路１０６をまとめた巡回型コムフィルタ、１１２は遅延器１０８、乗算器１０９、減算器１１０、遅延制御回路１１１をまとめた非巡回型コムフィルタ、１１３は予め記憶された音量レベル補正データＬを遅延段数ＮおよびディップレベルデータＤに基づいて読み出す音量調整テーブル、１１４は非巡回型コムフィルタ１１２から送出された波形に対して、音量調整テーブルから読み出された音量レベル補正データＬを乗算する乗算器である。
【００３３】
なお、駆動データ発生回路１０１は予め駆動データを記憶した読み出し専用メモリとサンプリングクロックＳＣＫに応じてメモリアドレスを１ずつ歩進するカウンタなどの周知の回路を用いて簡単に実現できるので、その内部構成については説明を省略する。また遅延器１０２，１０８は読み書きメモリをリングメモリ形式に構成したもので、遅延器制御回路１０６，１１１が出力するアドレスＡＤＲの番地に対して読み書きを行うものである。
【００３４】
以上のように構成された楽音合成装置について動作説明をする。まず図１において、発音開始フラグＫＯＮとサンプリングクロックＳＣＫに基づき駆動データ発生回路１０１が、ギターなどの自然楽器の共振部（弦など）に与えられる力に相当する駆動データを巡回型コムフィルタ１０７に供給する。供給された駆動データは巡回型コムフィルタ１０７を巡回することにより、図７（Ａ）のＷ１，Ｗ３，Ｗ５，・・・といった時間間隔がＴＭの周期波形が生成される。周期波形は巡回中にローパスフィルタ１０３により高域が遮断され、また乗算器１０４においてゲインＧ（Ｇは値１未満）の乗算によって減衰する。そして非巡回型コムフィルタ１１２におけるフィルタリング処理により、図７（Ａ）のＷ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４，Ｗ５，・・・といった波形が非巡回型コムフィルタ１１２から出力される。非巡回型コムフィルタ１１２の伝達特性は図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、遅延段数ＮやディップレベルデータＤによって異なる（結果として合成音データの音色が異なる）。ここでギターをはじめほとんどの楽音は１次成分が他の倍音成分よりもレベルが大きいので、所望の合成音データの音量はほぼ１次成分のレベルによって決まる。従って、予め遅延段数ＮやディップレベルデータＤと、１次成分に対応する振幅特性の関係を明らかにし、その関係を音量調整テーブル１１３に記憶させ、遅延段数ＮやディップレベルデータＤに基づいて読み出し、合成音データの音量レベルを調整すればよい。遅延段数ＮやディップレベルデータＤと、１次成分に対応する振幅特性の関係を明らかにするために、まず非巡回型コムフィルタ１１２の伝達関数Ｈ（ｗ）を求めると（数３）のようになる。
【００３５】
【数３】
0003711983.tif 000004
【００３６】
さらに、非巡回型コムフィルタ１１２の振幅特性はＨ（ｗ）の絶対値をとることにより求められる。これを（数４）に示す。
【００３７】
【数４】
0003711983.tif 000005
【００３８】
さらに、（数４）に基づき、合成音データの１次成分が一定となるような、音量レベル補正データＬの値を求める。これを遅延段数ＮやディップレベルデータＤをアドレスとしてテーブル化したものが（表１）である。
【００３９】
【表１】
0003711983.tif 000006
【００４０】
（表１）を音量調整テーブル１１３として実現するために、まずディップレベルデータＤを値０から１の間を６４段階で区切り、さらに１つのディップレベルデータＤの値の中を、遅延段数Ｎの値Ｍ／３２からＭ／２の間の６４段階で（３２〜２を任意の間隔で６４段階に）区切る。そしてそれぞれの区切り（番地）の中に、（数４）に基づいて計算した音量レベル補正データＬの値を読み出し専用メモリに記憶させ、ディップレベルデータＤを読み出し専用メモリの上位アドレス（６ビット）、遅延段数Ｎを読み出し専用メモリの下位アドレス（６ビット）としてアドレスさせるようにして、音量調整テーブル１１３を実現する。遅延段数ＮやディップレベルデータＤをそれぞれ６４段階としたが、この程度の分解能をもてば、聴感的に十分な連続性が得られる。
【００４１】
なお、１次成分のレベルを基準として音量調整テーブルに記憶する値を決定したが、楽音によっては４次などの倍音成分の方がメジャーなものもある（例えばトランペット）。この場合は、４次成分のレベルを基準として音量調整テーブルに記憶する値を決定すればよい。そして、楽器音の種類に応じて音量調整テーブル１１３を選択するようにしてもよい。また、１次あるいは４次といった特定の成分を基準として音量調整テーブル１１３に記憶する値を決定した後に合成および試聴を行い、音量調整テーブル１１３に記憶した値を調整する方が、より正確に合成音データの音量レベルの均一化を図ることができる。なお、巡回型コムフィルタ１０７と非巡回型コムフィルタ１１２の接続順序を替えてもさしつかえない。また非巡回型コムフィルタ１１２の遅延器１０８と乗算器１０９の接続順序を替えてもさしつかえない。
【００４２】
以上のように、本実施の形態によれば、音量調整テーブル１１３に（表１）に示すような音量レベル補正データＬを記憶させ、非巡回型コムフィルタ１１２の特性、すなわち遅延段数ＮやディップレベルデータＤをアドレスとして音量調整テーブル１１３内の音量レベル補正データＬを選択し、読み出し、非巡回型コムフィルタ１１２から送出された波形に対して、音量調整テーブル１１３から読み出された音量レベル補正データＬを乗算することにより、非巡回型コムフィルタ１１２の特性変化に基づく音色の変化によらず、合成音データの音量レベルを一定に保つことができる。
【００４３】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について図面を参照しながら説明する。
【００４４】
図２は本発明の実施の形態２における楽音合成装置のブロック図である。図２において、２０１は予めメモリなどに記憶した自然楽器の原音に相当するＰＣＭデータを読み出すＰＣＭデータ発生回路、２０２はデータを所定時間遅延させる遅延器、２０３は乗算器、２０５は遅延器２０２の遅延時間を制御する遅延制御回路、２０４は減算器、２０６は遅延器２０２、乗算器２０３、減算器２０４、遅延制御回路２０５をまとめた非巡回型コムフィルタ、２０７は予め記憶された音量レベル補正データＬを遅延段数ＮおよびディップレベルデータＤに基づいて読み出す音量調整テーブル、２０８は非巡回型コムフィルタ２０６から送出された波形に対して、音量調整テーブル２０７から読み出された音量レベル補正データＬを乗算する乗算器である。
【００４５】
以上のように構成された楽音合成装置について動作説明をする。この楽音合成装置は、実施の形態１における楽音合成装置の、駆動データ発生回路１０１と巡回型コムフィルタ１０７を、ＰＣＭデータ発生回路２０１に置き換えたものである。なお、ＰＣＭデータ発生回路２０１への入力のピッチデータは、巡回型コムフィルタ１０７での遅延段数Ｍに逆比例するものである。ＰＣＭデータ発生回路２０１は予め記憶した自然楽器の原音に相当するＰＣＭデータをピッチデータに対応するアドレス歩進幅で読み出し、非巡回型コムフィルタ２０６に供給する。その後の動作は実施の形態１と同様である。なお、非巡回型コムフィルタ２０６の遅延器２０２と乗算器２０３の接続順序を替えてもさしつかえない。
【００４６】
以上のように、本実施の形態によれば、音量調整テーブル２０７に（表１）に示すような音量レベル補正データＬを記憶させ、非巡回型コムフィルタ２０６の特性、すなわち遅延段数ＮやディップレベルデータＤをアドレスとして音量調整テーブル２０８内の音量レベル補正データＬを選択し、読み出し、非巡回型コムフィルタ２０６から送出された波形に対して、音量調整テーブル２０７から読み出された音量レベル補正データＬを乗算することにより、非巡回型コムフィルタ２０６の特性の制御に基づく音色の変化によらず、合成音データの音量レベルを一定に保つことができる。さらに、ＰＣＭデータ発生回路２０１が生成するＰＣＭデータに対して、非巡回型コムフィルタ２０６の特性の制御に基づく音色変化を行わせるようにしたので、従来のＰＣＭ方式に基づく音源回路をフィルタリング前の波形発生手段として活用することができる。
【００４７】
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３について図面を参照しながら説明する。
【００４８】
図３は本発明の実施の形態３における楽音合成装置のブロック図である。図３において、３０１は予めメモリなどに記憶した駆動データを読み出す駆動データ発生回路、３０２，３０８はデータを所定時間遅延させる遅延器、３０３はローパスフィルタ、３０４，３０９は乗算器、３０５は加算器、３０６，３１１はそれぞれ遅延器３０２，３０８の遅延時間を制御する遅延制御回路、３１０は減算器、３０７は遅延器３０２、ローパスフィルタ３０３、乗算器３０４、加算器３０５、遅延制御回路３０６をまとめた巡回型コムフィルタ、３１２は遅延器３０８、乗算器３０９、減算器３１０、遅延制御回路３１１をまとめた非巡回型コムフィルタ、３１３は予め記憶されたディップレベルデータＤを遅延段数Ｎに基づいて読み出すディップレベル調整テーブルである。
【００４９】
なお、駆動データ発生回路３０１は予め駆動データを記憶した読み出し専用メモリとサンプリングクロックＳＣＫに応じてメモリアドレスを１ずつ歩進するカウンタなどの周知の回路を用いて簡単に実現できるので、その内部構成については説明を省略する。また遅延器３０２，３０８は読み書きメモリをリングメモリ形式に構成したもので、遅延器制御回路３０６，３１１が出力するアドレスＡＤＲの番地に対して読み書きを行うものである。
【００５０】
以上のように構成された楽音合成装置について動作説明をする。この楽音合成装置は、実施の形態１における楽音合成装置の、音量調整テーブル１１３をディップレベル調整テーブル３１３に変更し、さらに乗算器１１４を省略したものであるので、相違点のみについて説明する。
【００５１】
ストリングアンサンブルのような複音系の楽音は図９（Ａ）に示すように、特定の成分に明確なディップがないので、駆動データは、予めストリングアンサンブルなどの原音を巡回型コムフィルタ３０７の逆伝達特性に畳み込むことによって求め、駆動データ発生回路３０１内の読み出し専用メモリに記憶しておく。ストリングアンサンブルなどの原音に相当する合成音データを再現する場合は、合成時において、巡回型コムフィルタ３０７の逆伝達特性と同じパラメータ値（例えばローパスフィルタ３０３の高域遮断周波数や乗算器３０４におけるゲイン）を設定し、さらに非巡回型コムフィルタ３１２のディップレベルデータＤを値０に設定して合成処理を行う。この時、通常ストリングアンサンブル音を構成するバイオリンなどの楽音は、弦の全長の１／４から１／８あたりの弦の位置を駆動している場合が多いので、遅延器３０８の遅延段数Ｎを例えばＭ／４に設定しておく。さらにディップレベル調整テーブル３１３には遅延段数ＮがＭ／４に対応するアドレスに値０を記憶しておき、ＮがＭ／４から遠ざかるにつれ、ディップレベルデータＤを値０から次第に大きくなるようにして記憶する。なお、Ｎの範囲は、（表２）のようにＭ／３２からＭ／２の範囲とする。
【００５２】
【表２】
0003711983.tif 000007
【００５３】
またＮがＭ／４から最も遠ざかった点、すなわちＮ＝Ｍ／３２やＮ＝Ｍ／２でのディップレベルデータＤの値は、値０．５付近がバイオリンなどの楽音に近いので、遅延段数Ｎの制御により音色変化させた時、比較的自然な音色変化の感じが得られる。一方、ＮがＭ／４から最も遠ざかった点の値が値１に近ければ近いほど、音色変化のレンジが聴感的に大きくなるので、極端に音色を変化させたい場合は、値１にすればよい。これらの値は楽器の種類によっても異なるため、楽器毎にディップレベル調整テーブル３１３を複数設け、楽器の種類に応じて使い分けるようにしてもよい。なお、巡回型コムフィルタ３０７と非巡回型コムフィルタ３１２の接続順序を替えてもさしつかえない。また非巡回型コムフィルタ３１２の遅延器３０８と乗算器３０９の接続順序を替えてもさしつかえない。
【００５４】
以上のように、本実施の形態によれば、ストリングアンサンブルのような複音系の楽音を構成する楽器において、弦などの共振部を駆動している位置に相当する遅延段数Ｎの値を決め、この遅延段数Ｎに対応するディップレベル調整テーブル３１３のメモリ番地に値０を記憶させ、さらに値０を記憶させた番地から遠ざかるにつれ、ディップレベルデータＤの値を値０から次第に大きくなるようにしてディップレベル調整テーブル３１３に記憶させ、合成時において、遅延段数Ｎに応じてディップレベル調整テーブル３１３に記憶されたディップレベルデータＤを選択し、読み出し、読み出したディップレベルデータＤを非巡回型コムフィルタ３１２内の乗算器３０９における乗算値とすることにより、ストリングアンサンブルの原音も再現し、またストリングアンサンブルの原音を中心として、弦などの共振部の駆動位置変化に応じて連続的に音色変化を行うことができる。
【００５５】
（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４について図面を参照しながら説明する。
【００５６】
図４は本発明の実施の形態４における楽音合成装置のブロック図である。図４において、４０１は予めメモリなどに記憶した自然楽器の原音に相当するＰＣＭデータを読み出すＰＣＭデータ発生回路、４０２はデータを所定時間遅延させる遅延器、４０３は乗算器、４０５は遅延器４０２の遅延時間を制御する遅延制御回路、４０４は減算器、４０６は遅延器４０２、乗算器４０３、減算器４０４、遅延制御回路４０５をまとめた非巡回型コムフィルタ、４０７は予め記憶されたディップレベルデータＤを遅延段数Ｎに基づいて読み出すディップレベル調整テーブルである。
【００５７】
以上のように構成された楽音合成装置について動作説明をする。この楽音合成装置は、実施の形態３における楽音合成装置の、駆動データ発生回路３０１と巡回型コムフィルタ３０７をあわせた回路を、ＰＣＭデータ発生回路４０１に置き換えたものである。ＰＣＭデータ発生回路４０１は予め記憶した自然楽器の原音に相当するＰＣＭデータをピッチデータに対応するアドレス歩進幅で読み出し、非巡回型コムフィルタ４０６に供給する。その後の動作は実施の形態３と同様である。なお非巡回型コムフィルタ４０６の遅延器４０２と乗算器４０３の接続順序を替えてもさしつかえない。
【００５８】
以上のように、本実施の形態によれば、ストリングアンサンブルのような複音系の楽音を構成する楽器において、弦などの共振部を駆動している位置に相当する遅延段数Ｎの値を決め、この遅延段数Ｎに対応するディップレベル調整テーブル４０７のメモリ番地に値０を記憶させ、さらに値０を記憶させた番地から遠ざかるにつれ、ディップレベルデータＤの値を値０から次第に大きくなるようにしてディップレベル調整テーブル４０７に記憶させ、合成時において、遅延段数Ｎに応じてディップレベル調整テーブル４０７に記憶されたディップレベルデータＤを選択し、読み出し、読み出したディップレベルデータＤを非巡回型コムフィルタ４０６内の乗算器４０３における乗算値とすることにより、ストリングアンサンブルの原音も再現し、またストリングアンサンブルの原音を中心として、弦などの共振部の駆動位置変化に応じて連続的に音色変化を行うことができる。
【００５９】
さらに、ＰＣＭデータ発生回路４０１が生成するＰＣＭデータに対して、非巡回型コムフィルタ４０６の特性変化に基づく音色制御を行わせるようにしたので、従来のＰＣＭ方式に基づく音源回路をフィルタリング前の波形発生手段として活用することができる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００６１】
駆動データ発生手段がギターなどの自然楽器の共振部（弦など）に与えられる力に相当する駆動データを巡回型コムフィルタに供給し、巡回型コムフィルタが駆動データを巡回させて周期波形を生成し、非巡回型コムフィルタがその内部の遅延器の遅延時間Ｎを制御しながら前記周期波形の特定の成分にディップを与えることにより、共振部（弦）の駆動位置に応じた音色変化を行い、さらに変換手段が予め記憶した音量レベル補正データＬを、非巡回型コムフィルタの特性、例えば遅延時間ＮやディップレベルデータＤに応じて選択し、読み出し、振幅制御手段が音量レベル補正データＬに基づいて合成音データの音量レベル補正を行うことにより、遅延段数ＮやディップレベルデータＤを制御した音色変化において合成音データの音量を一定に保つことができる。
【００６２】
また、ＰＣＭデータ発生手段が生成した、楽器原音に相当する楽音データを非巡回型コムフィルタに供給し、非巡回型コムフィルタがその内部の遅延器の遅延時間Ｎを制御しながら前記楽音データの特定の成分にディップを与えることにより、共振部（弦）の駆動位置に応じた音色変化を行い、さらに変換手段が予め記憶した音量レベル補正データＬを、非巡回型コムフィルタの特性、例えば遅延時間ＮやディップレベルデータＤに応じて選択し、読み出し、振幅制御手段が音量レベル補正データＬに基づいて合成音データの音量レベル補正を行うことにより、遅延段数ＮやディップレベルデータＤを制御した音色変化において合成音データの音量を一定に保つことができ、なおかつ従来のＰＣＭ方式に基づく音源回路をフィルタリング前の波形発生手段として活用することができる。
【００６３】
また、駆動データ発生手段がストリングアンサンブルなどの複音系の駆動データを巡回型コムフィルタに供給し、巡回型コムフィルタが駆動データを巡回させて周期波形を生成し、非巡回型コムフィルタがその内部の遅延器の遅延時間Ｎを制御しながら前記周期波形の特定の成分にディップを与えることにより、共振部（弦）の駆動位置に応じた音色変化を行い、さらに変換手段が予め記憶したディップレベルデータＤを遅延時間Ｎに応じて選択し、読み出し、読み出したディップレベルデータＤに基づき非巡回型コムフィルタ中の遅延器の遅延後のレベル調整を行う。この時、ストリングアンサンブルの原音を再現する時（仮にこの場合のＮを巡回型コムフィルタ中の遅延器の遅延段数Ｍの１／４とする）には、ディップレベルデータＤを値０として合成し、また弦などの共振部の駆動位置を制御させた別の音色を得る時（ＮはＭ／４以外）は、ディップレベルデータＤを値０ではない値として合成する。さらにＮがＭ／４から離れていくに従い、ディップレベルデータＤを値０から次第に大きくなるように変換手段に記憶させ、変換手段が遅延段数Ｎに応じてディップレベルデータＤを読み出し、非巡回型コムフィルタの遅延路上のレベル調整を行うことにより、ストリングアンサンブルの原音も再現し、またストリングアンサンブルの原音を中心として、弦などの共振部の駆動位置変化に応じて連続的に音色変化を行うことができる。
【００６４】
また、ＰＣＭデータ発生手段が生成した、楽器原音に相当する楽音データを非巡回型コムフィルタに供給し、非巡回型コムフィルタがその内部の遅延器の遅延時間Ｎを制御しながら前記楽音データの特定の成分にディップを与えることにより、共振部（弦）の駆動位置に応じた音色変化を行い、さらに変換手段が予め記憶したディップレベルデータＤを遅延時間Ｎに応じて選択し、読み出し、読み出したディップレベルデータＤに基づき非巡回型コムフィルタ中の遅延器の遅延後のレベル調整を行う。この時、ストリングアンサンブルの原音を再現する時（仮にこの場合のＮを巡回型コムフィルタ中の遅延器の遅延段数Ｍの１／４とする）には、ディップレベルデータＤを値０として合成し、また弦などの共振部の駆動位置を制御させた別の音色を得る時（ＮはＭ／４以外）は、ディップレベルデータＤを値０ではない値として合成する。さらにＮがＭ／４から離れていくに従い、ディップレベルデータＤを値０から次第に大きくなるように変換手段に記憶させ、変換手段が遅延段数Ｎに応じてディップレベルデータＤを読み出し、非巡回型コムフィルタの遅延路上のレベル調整を行うことにより、ストリングアンサンブルの原音も再現し、またストリングアンサンブルの原音を中心として、弦などの共振部の駆動位置変化に応じて連続的に音色変化を行うことができ、なおかつ従来のＰＣＭ方式に基づく音源回路をフィルタリング前の波形発生手段として活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における楽音合成装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態２における楽音合成装置の構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態３における楽音合成装置の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態４における楽音合成装置の構成を示すブロック図
【図５】従来の楽音合成装置の構成を示すブロック図
【図６】同楽音合成装置の遅延制御回路の回路構成図
【図７】（Ａ）はギターの弦の振動メカニズムを表す模式図
（Ｂ）はギター音の時間軸波形を表すグラフ
（Ｃ）はギター音の振幅周波数スペクトルを表すグラフ
（Ｄ）はギターの駆動データの振幅周波数スペクトルを表すグラフ
【図８】非巡回型コムフィルタの伝達特性図
【図９】（Ａ）はストリングアンサンブル音の振幅周波数スペクトルを表すグラフ
（Ｂ）はストリングアンサンブルの駆動データの振幅周波数スペクトルを表すグラフ
（Ｃ）はストリングアンサンブルの合成音データの振幅周波数スペクトルを表すグラフ
【符号の説明】
１０１  駆動データ発生回路
１０２，１０８  遅延回路
１０３  ローパスフィルタ
１０４，１０９，１１４  乗算器
１０５  加算器
１０６，１１１  遅延制御回路
１０７  巡回型コムフィルタ
１１０  減算器
１１２  非巡回型コムフィルタ
１１３  音量調整テーブル
【図１】
0003711983.tif 000008
【図２】
0003711983.tif 000009
【図３】
0003711983.tif 000010
【図４】
0003711983.tif 000011
【図５】
0003711983.tif 000012
【図６】
0003711983.tif 000013
【図７】
0003711983.tif 000014
【図８】
0003711983.tif 000015
【図９】
0003711983.tif 000016