(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波形信号を巡回させて、楽器の物理的な構造をモデリングする楽器信号形成装置において、
前記波形信号を遅延する直列接続の第１、第２の遅延手段と、
該第２の遅延手段の出力の波形信号と前記第１の遅延手段の波形信号との差分値を求める手段と、
該手段によって求められた差分値を非線形変換して出力する非線形変換手段と、
該非線形変換手段から出力されたデータを前記第１、第２の遅延手段間の波形信号に加算する加算手段とを具備したことを特徴とする楽音信号形成装置。
【請求項２】
請求項１記載の楽音信号形成装置において、
前記差分値は、該波形信号の傾きを表すことを特徴とする楽音信号形成装置。
【請求項３】
請求項１記載の楽音信号形成装置において、
前記非線形変換手段は、三角関数と一次関数とを合成した非線形変換データを具備することを特徴とする楽音信号形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は楽音信号形成装置に関し、特に波形メモリの信号を巡回させて、楽器の物理的な構造をモデリングした楽音信号形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、波形メモリの信号を巡回させて、弦楽器の物理的な構造をモデリングするようにした電子楽器の楽音信号形成装置、すなわち波形の一周期を繰り返して読み出す電子楽器の楽音信号形成装置に関わる技術が種々提案されている。この提案の一つとして、例えば特開昭４９−１３１１１５号公報（第１の従来技術）に開示されているものがある。この公報では、遅延回路と全域通過フィルタをループ状に接続して、位相を時変することにより、楽音の非調和性を実現している。
【０００３】
また、前記提案の他のものとして、例えば特開平３−５８０９４号公報、特開平５−６６７７８号公報（第２の従来技術）に開示されているものがある。これらの公報には、電子楽器の楽音信号形成装置において、非線形変換を利用して疑似的に楽器の物理的な構造をモデリングする技術が開示されている。これらの提案によれば、電子楽器の楽音信号形成装置の複雑な回路構成となる部分を簡単な構成で実現できたり、回路構成が解明されていなかった部分を実現できたりするというメリットを有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した第１の従来技術によれば、楽音の非調和性は実現できるが、回路構成が複雑である。また、前記の第２の従来技術は、ピアノ、ハープシコード、ギター、ハープ等の弦楽器の物理的な構造をモデリングすることはできるが、該弦楽器から発せられる音がもつ非調和性を十分に実現することができない。
【０００５】
本発明の目的は、前記した従来技術に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で、ピアノ、ハープシコード、ギター、ハープ等の弦楽器音がもつ非調和性の実現と、非線形変換を利用した弦楽器の構造の疑似的なモデリングを同時に実現できる電子楽器の楽音信号形成装置を提供することにある。換言すれば、簡単な回路構成で、前記第１の従来技術がもつ楽音の非調和性と、第２の従来技術がもつ弦楽器の物理的な構造をモデリングすることとの両方を同時に実現できる電子楽器の楽音信号形成装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明は、波形信号を巡回させて、楽器の物理的な構造をモデリングする楽音信号形成装置において、前記波形信号の波形形状の複数箇所のデータの差分値を求める手段と、該手段によって求められた差分値を非線形変換して出力する非線形変換手段と、該非線形変換手段から出力されたデータを前記波形形状の複数箇所間の所定箇所に加算する加算手段とを具備した点に第１の特徴がある。
【０００７】
また、本発明は、前記非線形変換手段に、三角関数と一次関数とを合成した非線形変換データを具備させるようにした点に第２の特徴がある。
【０００８】
本発明によれば、ピアノ、ギター、ハープシコード、ハープ等の弦楽器音がもつ非調和性の実現と、非線形変換を利用した弦楽器の構造の疑似的なモデリングとを、簡単な構成で同時に実現することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図２は、本発明が適用される電子楽器の概略の構成を示すブロック図である。図２の記憶装置１には、励起波形、非線形変換テーブル、システム制御用プログラム等が記憶されており、各種の演算時の作業用領域としても利用される。ここに、前記励起波形とは、各楽音の周波数包絡線を表すデータを意味し、通常は一周期分の楽音波形データと等価である。
【００１０】
次に、発振装置２は、楽音の元になる波形を合成する装置であり、本発明の対象とする装置である。該発振装置２の実施形態は後述の説明から明らかになるであろう。音色制御フィルタ３は、楽音の周波数特性を制御して音色を変化させる装置である。振幅制御装置４は、波形の振幅を制御して、楽音の音量やエンベロープを制御する装置である。入力装置５は、鍵盤、ペダル、スイッチ、ボリュームなどの演奏情報を入力する装置や、ミディ（ＭＩＤＩ）入力装置に該当する。
【００１１】
また、中央演算処理装置６は、前記記憶装置１に記憶されているシステム制御用プログラムなどによりシステムを制御したり、各周辺装置を動作させるために必要なパラメータを求める装置である。オーディオシステム７は、Ｄ／Ａ変換器、増幅器、スピーカ等から構成されており、楽音信号を音に変換する装置である。バス８はアドレス共通バスおよびデータ共通バスからなり、前記各装置間を往来するアドレスとデータを伝達する。
【００１２】
次に、前記発振装置２の一実施形態を、図１のブロック図を参照して説明する。発信装置２は、励起信号および巡回信号を入力とするｎ段（ｎは正の整数）の遅延素子２１と、該ｎ段の遅延素子２１に順次接続された１段の遅延素子２２、２３と、前記ｎ段の遅延素子２１の出力信号から前記１段の遅延素子２３の出力信号を減算する減算器２４と、該減算器２４の出力信号を入力とし、該入力を非線形変換して出力する非線形テーブル２５、該非線形テーブル２５からの出力を前記１段の遅延素子２２の出力に加算し、前記１段の遅延素子２３へ出力する加算器２６とから構成されている。前記の遅延素子２１〜２３は、書換え可能な記憶装置を用いても実現することができる。
【００１３】
前記ｎ段の遅延素子２１に入力する励起信号は、発音開始時に楽音に固有な周波数包絡を表すｎワードの波形データであり、このデータは、楽音の周波数包絡をｎワードの離散的な情報として求め、それを逆フーリエ変換することにより求めることができる。
【００１４】
前記非線形テーブル２５としては、図３（ａ）  に示されているような、正弦波の特性を有する非線形テーブルを用いることができる。また、非線形テーブル２５の他の例としては、前記（ａ）  図のテーブルと、同図（ｂ）  の係数を乗算することと等価な一次関数のテーブルとを加算して作成された同図（ｃ）  のテーブルを用いることができる。なお、前記（ａ）  のテーブルは正弦波を用いているが、これに変えて、周期の違う三角関数波を、任意の振幅で複数加算合成したものであっても良い。
【００１５】
次に、本実施形態の発振装置２の動作を説明する。ｎ段の遅延素子２１に励起信号が入力すると、該励起信号は該ｎ段の遅延素子２１により遅延されて出力される。該遅延素子２１からの出力は前記遅延素子２２に進み、加算器２６で非線形テーブル２５からの信号と加算されて遅延素子２３へと進む。一方、減算器２４には前記遅延素子２１の出力信号と遅延素子２３の出力信号とが入力し、該減算器２４は前記遅延素子２１の出力信号から遅延素子２３の出力信号を減算する。したがって、減算器２４は、前記励起信号波形の二箇所のデータの差分値を表す値、換言すれば該励起信号波形の傾きを表す値を順次求めることになる。この傾きを表す値は前記非線形テーブル２５に入力し、前記した図３（ａ）  または同図（ｃ）  のようなテーブルにより非線形変換される。非線形変換された出力信号は、前記加算器２６に入力され、遅延素子２２からの出力信号と加算される。加算後の信号は遅延素子２３を経て、遅延素子２１の入力側に帰還され、再度遅延素子２１に入って巡回される。
【００１６】
この装置で発生された楽音は、次の２つのいずれかの方法で読み出すことができる。
（１）  音程または音高によって前記遅延素子２１のｎを制御し、巡回しているデータを楽音とする。
（２）  前記遅延素子２１のｎは一定としたまま、遅延回路の記憶されているデータの読出し速度を音程または音高によって制御しながら読み出す。これは、遅延回路を波形メモリとして、従来のＰＣＭ読出し方式において、１周期の波形を巡回して読み出す音程制御手段と同じである。
【００１７】
さて、非線形テーブル２５が図３（ｂ）のような一次関数の変換テーブルの場合（この場合は、たまたま線形変換になってしまうが）、その一次関数を［出力値］＝ｋ×［入力値］とすると、図１の点線で囲んだ回路Ａの伝達関数は、｛（Ｚ−１−ｋ）／（１−ｋ・Ｚ−１）｝×Ｚ−１となる。一方、前記第１の従来技術で開示されている図５のような全域通過フィルタの伝達関数は（Ｚ−１−ｋ）／（１−ｋ・Ｚ−１）となり、両者は遅延時間が違うだけで同じ特性となる。したがって、本実施形態の回路の機能は、図５のものと等価であり、該第１の従来技術と同等の非調和性を実現できることが分かる。また、本実施形態によれば、簡単な回路構成で弦楽器の物理的な構造をモデリングすることができる。
【００１８】
なお、本発明者の実験においても、本実施形態の発振装置２から得られた波形は、その各倍音が独立に変調されており、各倍音の非調和性を実現することができることが確かめられた。
【００１９】
次に、本発明の第２実施形態を、図４を参照して説明する。この実施形態は、前記非線形テーブルを作成する変形例を示し、図示されているように、正弦波発生装置３１、乗算器３２、３４、一次関数発生装置３３および加算器３５から構成されている。正弦波発生装置３１から発生された正弦波は乗算器３２で、倍音の時変度合いの制御信号と掛け算される。一方、一次関数発生装置３３から発生された信号は、倍音の非調和度合いの制御信号と掛け算される。前記二つの乗算器３２、３４で得られた信号は加算器３５で加算され、非線形テーブル２５として利用される。
【００２０】
この第２実施形態で得られた非線形テーブルを用いれば、楽器演奏者の操作に従って、音色を制御することができるようになる。
【００２１】
【発明の効果】
前記した説明から明らかなように、本発明によれば、前記第１の従来技術がもつ特性、すなわち非調和性の実現と、前記第２の従来技術がもつ弦楽器の構造の疑似的なモデリングとを同時に実現することができる効果がある。このため、本発明によれば、楽器の物理的な構造をモデリングした音源システムにおいて、従来より簡単な構成で、ピアノ、ギター、ハープシコード、ハープ等の弦楽器音を発生する音源を提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の楽音信号形成装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明が適用される電子楽器の概略の構成を示すブロック図である。
【図３】図１の非線形テーブルの一例を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態の要部の構成を示すブロック図である。
【図５】全域通過フィルタの一例を示す回路図である。
【符号の説明】
１…記憶装置、２…発振装置、３…音色制御フィルタ、４…振幅制御装置、５…入力装置、６…中央演算処理装置、７…オーディオシステム、２１…ｎ段の遅延素子、２２、２３…１段の遅延素子、２４…減算器、２５…非線形テーブル、２６…加算器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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