(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
演奏操作情報に基づいて制御される励振信号を出力する励振手段、
前記励振信号が印加され、前記励振信号の印加点を境に総遅延量が第１，第２の遅延量に分割された遅延ループ手段、および、
前記第１，第２の遅延量の少なくとも一方を、前記演奏操作情報に基づいて当該信号特性が制御される変動信号に応じて時変動させることにより、前記第１，第２の遅延量の配分比をあらかじめ設定された所定値から時変動させる遅延量配分手段、
を有することを特徴とする楽音合成装置。
【請求項２】
演奏操作情報に基づいて制御される励振信号を出力する励振手段、
前記励振信号が印加され、前記励振信号の印加点を境に総遅延量が第１，第２の遅延量に分割された遅延ループ手段、および、
変動信号に応じて、前記第１，第２の遅延量の少なくとも一方を時変動させることにより、前記第１，第２の遅延量の配分比をあらかじめ設定された所定値から時変動させる遅延量配分手段、
を有することを特徴とする楽音合成装置。
【請求項３】
演奏操作情報に基づいて制御される励振信号を出力する励振手段、
遅延ループ手段、
前記励振信号および該励振信号を少なくとも遅延させた信号を前記遅延ループ手段に印加する励振入力手段、および、
前記遅延ループ手段の総遅延量、前記励振入力手段において前記励振信号を遅延させる遅延量、の少なくとも一方を、前記演奏操作情報に基づいて時変動させることにより、前記総遅延量に対する前記遅延量の比をあらかじめ設定された所定値から時変動させる遅延量制御手段、
を有することを特徴とする楽音合成装置。
【請求項４】
演奏操作情報に基づいて制御される励振信号を出力する励振手段、
前記励振信号が印加され、前記励振信号の印加点を境に総遅延量が第１，第２の遅延量に分割された遅延ループ手段、および、
前記第１，第２の遅延量の少なくとも一方を、前記演奏操作情報に基づいて当該信号特性が制御される変動信号に応じて時変動させることにより、前記第１，第２の遅延量の配分比をあらかじめ設定された所定値から時変動させる遅延量配分手段、
としてコンピュータを機能させるための楽音合成プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遅延ループを有し、この遅延ループの遅延量に対応した音高の楽音を生成する楽音合成装置および楽音合成プログラムを記憶した記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
楽音合成装置の一種として、自然楽器あるいは仮想された楽器の機械振動系や構造をモデリングして、自然楽器の楽器信号や実在しない仮想楽器の楽音信号を合成する楽音合成装置が、物理モデル音源として知られている。この物理モデル音源では、楽音に微妙な変化を与えることが可能である。擦弦楽器をモデリングした場合、例えば、音高情報を鍵盤で、弓圧および弓速度の情報を演奏操作子で入力する。これらの演奏操作情報に基づいて、モデリングパラメータが変化し、自然楽器と同様な、あるいは、これを超える楽音信号を合成することができる。
【０００３】
図６は、擦弦楽器をモデリングした従来の楽音合成装置の第１のブロック構成図である。
図中、４１は演奏情報発生部、４２は制御部、４３は楽器モデル部、４４は共鳴効果付与部である。
演奏情報発生部４１とは、例えば、鍵盤、特開平３−２１５８９７号公報等で知られた弓圧および弓速度を指定する感圧スライダなどの演奏操作子、音色を設定する設定操作子などである。演奏操作子として、バイオリンなどの自然楽器、あるいはこれを模した構造体に各種のセンサを設置したものを用いることによって、擦弦に関する擦弦位置，弓圧，弓速等の演奏操作情報を検知できるようにしてもよい。なお、これらの演奏操作情報は、自動演奏装置等から供給される場合もある。
【０００４】
鍵盤からは、キーオンおよびキーオフのタイミング、音高（ピッチ）情報が得られる。このほか、鍵盤からイニシアルタッチ情報、アフタータッチ情報を得ることもできる。この場合、イニシアルタッチ情報に基づいて弓速度(Vｂ)を取得し、アフタータッチ情報に基づいて弓圧(Pb)を取得することができる。演奏情報発生部４１から出力される、音色(TC)，音高(PITCH)，キーオン(KON)，弓速度(Vb)，弓圧(Pb)等の演奏情報は、制御部４２に出力される。
制御部４２は、上述した演奏情報そのものをモデリングパラメータとしたり、あるいは、これら演奏情報に基づいて各種モデリングパラメータを生成し、楽器モデル部４３および共鳴効果付与部４４に出力する。
【０００５】
楽器モデル部４３は、弓による弦の摩擦駆動をモデル化したもので、励振部と弦の振動をシミュレートする線形部とを有し、制御部４２から出力される弓速度(Vb)，弓圧(Pb)等により制御され、その出力(VTONEOUT)を共鳴効果付与部４４に供給する。共鳴効果付与部４４は、特開平３−９８０９７号公報等で知られたもので、弦楽器の胴部の共鳴をシミュレートして共鳴信号を生成し、これを楽器モデル部４３の出力(VTONEOUT)に付加して楽音信号(TONEOUT)を出力する。
【０００６】
図７は、擦弦楽器をモデリングした従来の楽音合成装置の第２のブロック構成図であって、楽器モデル部４３の内部をより詳細に示したものある。
図中、図６と同様な部分には同じ符号を付して説明を省略する。５１は励振部、５２は線形部、５３は非線形変換部、５４は減算器，５７，６１，６３は加算器、５５は左終端フィルタ、５６は第１の左側遅延部、５８は第２の右側遅延部、５９は右終端フィルタ、６０は第１の右側遅延部、６２は第２の左側遅延部、６４はミキサである。
図８は、擦弦楽器の演奏状態を示す説明図である。図中、７１は弦、７２は駒（ブリッジ）、７３は押弦指、７４は弓、７５は弓毛、７６は擦弦点、７７は押弦点、７８は支持点である。
【０００７】
図７に示した、励振部５１の減算器５４において、線形部５２から取り出されたフィードバック信号(FEEDBACK)は、演奏情報発生部４１から制御部４２を経由して出力される弓速度(Vb)との差をとられて、非線形変換部５３に入力される。
非線形変換部５３においては、フィードバック信号(FEEDBACK)と弓速度(Vb)との差信号を入力信号として非線形変換を行い、励振信号(DRIVE)を生成し、線形部５２に出力する。
この非線形変換は、特開平３−５８０９５号公報等で知られている。例えば、差信号の絶対値が所定値を超えるか否かによって入出力特性を切り替える。差信号の絶対値が小さいときには、図８に示した、弓毛７５と弦７１との間の静摩擦係数に支配される状態であり、弓毛７５の動きに応じた駆動力が与えられ、これをモデリングした入出力特性とする。一方、差信号の絶対値が大きいときには、弓毛７５と弦７１との間に滑りが生じ、動摩擦係数に支配される状態となり、これをモデリングした入出力特性とする。弓圧(Pb)が大きければ滑りを起こしにくいため、弓圧(Pb)に応じて入出力特性を切り替える所定値を大きくする。
【０００８】
一方、線形部５２においては、左終端フィルタ５５、第１の左側遅延部５６、加算器５７、第２の右側遅延部５８、右終端フィルタ５９、第１の右側遅延部６０、加算器６１、および、第２の左側遅延部６２により、遅延ループが形成されている。
左終端フィルタ５５は、図８に示した、弦７１の押弦点７７における、弦７１自体の音響損失等による信号減衰や反射による位相反転（位相変化）などをモデル化した模擬要素である。フィルタ特性を記号TMLで示し、その遅延量をdTMLとする。
右終端フィルタ５９は、図８に示した、駒（ブリッジ）７２による弦７１の支持点７８における、弦７１自体の音響損失等による信号減衰や反射による位相反転（位相変化）などをモデル化した模擬要素であり、フィルタ特性を記号TMRで示し、その遅延量をdTMRとする。
左終端フィルタ５５，右終端フィルタ５９は、例えば、位相反転信号を出力する低域通過フィルタであり、音色(TONE)によりフィルタ特性が制御される。
【０００９】
加算器５７，６１は、図８における、擦弦点７６、すなわち、弦の駆動点位置に対応する。第２の右側遅延部５８は、図８における、擦弦点７６から支持点７８への進行波の遅延をモデル化したものであり、第１の右側遅延部６０は、支持点７８から擦弦点７６への反射波の遅延をモデル化したものである。同様に、第２の左側遅延部６２、第１の左側遅延部５６は、擦弦点７６から押弦点７７への進行波、押弦点７７から擦弦点７６への反射波の各遅延をモデル化したものである。
励振信号(DRIVE)は、加算器５７から第２の右側遅延部５８に印加されるとともに、加算器６１から第２の左側遅延部６２に印加される。
【００１０】
第１，第２の左側遅延部５６，６２の遅延量をDL1，DL2、第１，第２の右側遅延部６０，５８の遅延量をDR1，DR2とする。制御部４２は、演奏情報発生部４１から出力される音高(PITCH)に応じて、遅延ループによる総遅延量(TD)を制御する。この総遅延量(TD)は、次式に示すように、遅延ループ内をループ信号が１周する時間であって、ループ信号の音高周期にほぼ等しい。
TD＝DL1＋DL2＋dTML＋DR1＋DR2＋dTMR      (1)
上述した式(1)において、DL1＝DL2，DR1＝DR2とすれば、擦弦楽器モデルとの対応が直接的である。しかし、信号処理上においては、次式のように、左右それぞれにおいて、遅延量を片寄せし、左側遅延量(DL)、右側遅延量(DR)として、遅延量をいずれか一方の遅延部に集中させる。
DL＝DL1，DL2＝0，DR＝DR1，DR2＝0，TD＝DL1＋dTML＋DL2＋dTMR    (2)
以後、図７のブロック構成をそのまま用いて説明するが、遅延量は、第１の左側遅延部５６と第１の右側遅延部６０とに集中させて説明する。
【００１１】
制御部４２は、また、擦弦点に対応させて、総遅延量(TD)に対する、左右の一方の総遅延量（DL＋dTMLまたはDR＋dTMR、以下、DL＋dTMLを例示する）の比として、次式に示す、分割比(DIV）を与える。
DIV＝（DL＋dTML）／TD     (3)
この分割比(DIV)により、第１の励振信号入力点である加算器６１から左側に進行するループ信号が第２の励振信号入力点である加算器５７に戻るまでの遅延時間に対応する左側総遅延量(DL＋dTML)と、加算器５７から右側に進行するループ信号が加算器６１に戻るまでの遅延時間に対応する右側総遅延量(DR＋dTMR)との遅延量配分比が決定される。
上述した分割比あるいは遅延量配分比は、楽音合成装置が生成する楽音の倍音分布、言い換えれば、音色の傾向を決定する１つの基本的要素である。分割比(DIV)が0.5付近（遅延量配分比が１付近）であれば、基音成分に対して倍音成分が少ない柔らかな音色になり、分割比(DIV)が０または１（遅延量配分比が０または∞）に近くなるほど、倍音成分が多い硬い音色となる。
【００１２】
第１の左側遅延部５６の出力と第１の右側遅延部６０の出力とは、加算器６３により加算されて、フィードバック信号(FEEDBACK)として励振部５１内の加算器５４に戻される。
ミキサ６４は、一例として、加算器５７の出力から遅延ループ信号の右方向の進行波成分を、第１の右側遅延部６０から遅延ループ信号の左方向の反射波成分を、さらに、非線形変換部５３の出力から励振信号(DRIVE)を取り出し、それぞれに、重み付け係数(MIXERVL1，MIXERVL2，MIXERVL3)に基づく重みを付けることによりミキシングを行い、出力(VTONEOUT)を、図示しない共鳴効果付与部４４に出力する。なお、遅延ループからループ信号を取り出す箇所、および、取り出し箇所の数は任意でよく、また、励振信号(DRIVE)を直接に取り出すかどうかの選択も任意でよい。
【００１３】
図８において、演奏者が自然楽器である擦弦楽器を、メロディに従って音高を変化させて演奏する際に、聴感上の音色変化を小さく抑えるようにして弾きたい場合がある。このような場合、演奏者は、押弦点７７と支持点７８との間の弦７１の長さに対する、押弦点７７と擦弦点７６との間の長さの比をほぼ一定に保とうとする傾向がある。音色は、擦弦点７６の位置以外にも、弓毛７５の当て方、音高による弦７１の音色変化など、種々の要素によって決まるのであるが、上述した比をほぼ一定に保てば、基本音成分および倍音成分の分布があまり変化せず、したがって、音色の変化が少ない。
【００１４】
しかし、擦弦点７６の位置をいくら一定に保つように努力しても、演奏操作中に弓毛７５は弦７１の長手方向の左右にも滑るため、微視的に見れば、擦弦点７６の位置が弦７１の長手方向に絶えず微小に変動する。擦弦楽器の楽音が擦弦楽器らしく聞こえる要因の１つとして、この擦弦点７６の微小な変動による音色の変動を挙げることができる。
そこで、物理モデル音源においても、擦弦点７６のこの微小変動をシミュレートし、擦弦楽器の音色変動を有するリアルな楽音を合成したい。また、このような自然の擦弦楽器における演奏操作による音色の微小変動を、擦弦楽器とは異なる他の音色の楽音に対しても与えることにより、この音色の自然楽器の演奏では生じ得ない音色の変動を有する楽音を合成したい。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、自然の擦弦楽器の演奏操作における擦弦点の変動による音色の変動を実現することができ、さらには、このような音色の変動を擦弦楽器の音色に限らず、任意の音色の楽音に対しても与えることができる、楽音合成装置および楽音合成プログラムを記録した記録媒体を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、請求項１に記載の発明によれば、楽音合成装置において、演奏操作情報に基づいて制御される励振信号を出力する励振手段、前記励振信号が印加され、前記励振信号の印加点を境に総遅延量が第１，第２の遅延量に分割された遅延ループ手段、および、前記第１，第２の遅延量の少なくとも一方を、前記演奏操作情報に基づいて当該信号特性が制御される変動信号に応じて時変動させることにより、前記第１，第２の遅延量の配分比をあらかじめ設定された所定値から時変動させる遅延量配分手段を有するものである。
したがって、楽音の音色を、励振信号を制御する演奏操作情報に基づいて信号特性が制御される変動信号に応じてあらかじめ設定された所定の音色から時変動させることができる。
【００１７】
また、請求項４に記載の発明によれば、上述した励振手段、遅延ループ手段、および、遅延量配分手段としてコンピュータを機能させるための、楽音合成プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
したがって、この楽音合成プログラムをコンピュータに実行させることにより、コンピュータを請求項１に記載の楽音合成装置として機能させることができる。
【００１９】
また、請求項２に記載の発明によれば、楽音合成装置において、演奏操作情報に基づいて制御される励振信号を出力する励振手段、前記励振信号が印加され、前記励振信号の印加点を境に総遅延量が第１，第２の遅延量に分割された遅延ループ手段、および、変動信号に応じて、前記第１，第２の遅延量の少なくとも一方を時変動させることにより、前記第１，第２の遅延量の配分比をあらかじめ設定された所定値から時変動させる遅延量配分手段を有するものである。
したがって、楽音の音色を変動信号に応じてあらかじめ設定された所定の音色から時変動させることができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、楽音合成装置において、演奏操作情報に基づいて制御される励振信号を出力する励振手段、遅延ループ手段、前記励振信号および該励振信号を少なくとも遅延させた信号を前記遅延ループ手段に印加する励振入力手段、および、前記遅延ループ手段の総遅延量、前記励振入力手段において前記励振信号を遅延させる遅延量、の少なくとも一方を、前記演奏操作情報に基づいて時変動させることにより、前記総遅延量に対する前記遅延量の比をあらかじめ設定された所定値から時変動させる遅延量制御手段を有するものである。
したがって、楽音の音色を、励振信号を制御する演奏操作情報によりあらかじめ設定された所定の音色から時変動させることができる。特に、演奏操作情報に応じて上述した励振信号を遅延させる遅延量のみを時変動させる場合には、楽音の指示された音高をほとんど変化させることなく、簡単に楽音の音色を時変動させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の楽音合成装置の第１の実施の形態における遅延量配分制御のためのブロック構成図である。
図２は、図１に示した遅延量配分部３の内部構成図である。遅延量配分部３は、図６，図７に示した従来の楽音合成装置の制御部４２内に設けられる。
図１中、１は音高対応遅延量変換部、２はフィルタ遅延量換算部、３は遅延量配分部である。
【００２２】
図１を参照して最初に概要を説明する。音高対応遅延量変換部１は、図７に示した演奏情報発生部４１から取得した音高(PITCH)に基づいて、遅延ループによる総遅延量(TD)を、遅延量配分部３に出力する。
一方、フィルタ遅延量換算部２は、左終端フィルタ５５のフィルタ特性(TML)に基づいて、この左終端フィルタ５５による遅延量(dTMR)を遅延量配分部３に出力するとともに、右終端フィルタ５９のフィルタ特性(TMR)に基づいて、この右終端フィルタ５９による遅延量(dTMR)を遅延量配分部３に出力する。
【００２３】
図７に示した左終端フィルタ５５，右終端フィルタ５９の各カットオフ周波数を変化させると、ループ信号がこれらのフィルタを通過する際の遅延時間が変化する。これらの終端フィルタが、対称係数ＦＩＲ型フィルタなどの、遅延量一定のフィルタ構成である場合には、フィルタ係数の変化に関わらず終端フィルタによる遅延量を一定とすることにより、フィルタ遅延量換算部２を簡単化することができる。
【００２４】
遅延量配分部３には、また、分割比(DIV)、弓圧(Pb)、および、弓速度(Vb)が入力される。この分割比(DIV)は、あらかじめ所定値に設定する。
図８を参照して説明したように、自然擦弦楽器の演奏時に、音色変化を小さく抑える場合、擦弦点７６の位置を一定比に保つように演奏する傾向があるが、微視的に見れば擦弦点７６が、弦の長手方向に絶えず微小に変動している。そこで、擦弦点７６のこの微小変動をシミュレートする。
【００２５】
まず、擦弦点７６の微小変動をシミュレートする第１の方法を説明する。図８における弦７１の長手方向に沿った擦弦点７６の位置の移動量に対応させて、遅延変化量をΔLとする。支持点７８側への移動方向を正とし、押弦点７７側への移動方向を負とする。なお、正負方向を逆にして、押弦点７７側への移動方向を正とする右側遅延変化量（ΔR）を用いてもよい。
図７において、この遅延変化量(ΔL)により、第１の左側遅延部５６の左側遅延量(DL)が増加または減少したときに、逆に、第１の右側遅延部６０の右側遅延量(DR)は、同量だけ減少または増加するようにする。その結果、総遅延量(DL)は変化しないため、ループ信号から取り出される楽音の音高は、ほぼ一定に保たれる。
【００２６】
遅延量配分部３から出力される、左側遅延量(DL)、右側遅延量(DR)は、次式の通りとする。
DL＝TD＊DIV−dTML＋ΔL            (4)
DR＝TD＊（1−DIV）−dTMR−ΔL     (5)
遅延変化量(ΔL)が０のときには、分割比(DIV)に関する上述した(3)式が成り立つ。遅延変化量(ΔL)が０から変動することによって、(3)式で定義される分割比があらかじめ設定された所定値から変動し、遅延量配分比もそれに応じて変動する。
【００２７】
図２を参照して、遅延量配分部３の内部構成を説明する。図中、１１は変動信号発生部、１２はフィルタ部、１３は第１のパラメータ発生部、１４は第２のパラメータ発生部、１５は第３のパラメータ発生部、１６，１７は乗算器、１８，１９，２１は減算器、２０は加算器である。
乗算器１７、減算器１８，１９，２１、加算器２０は、上述した、第１の左側遅延部５６のための左側遅延量(DL)、および、第１の右側遅延部６０のための右側遅延量(DR)を求める演算を行うものである。
【００２８】
変動信号発生部１１は、例えば、ノイズ信号等のランダム信号を発生する。具体的には、Ｍ系列など、一般によく用いられる乱数発生アルゴリズムや乱数発生回路を用いることができる。あらかじめランダム信号を何らかの記憶装置あるいは記憶素子（例えばＲＯＭ（Read Only Memory）など）に書き込んでおき、これを読み出してもよい。
他に、フリーランさせたデジタルカウンタのカウント値を適当なタイミングでサンプリングした値を出力したり、楽音合成装置の内部、または、外部において、回路素子からホワイトノイズを発生させて、その電圧値をデジタル値に変換してランダム信号を出力することもできる。
遅延変化量(ΔL)を正負の値を取るものとしたので、正負の値をとるランダム信号を発生させると好都合であるが、ランダム信号が正の値に限られる場合には、後続するフィルタ部１２に直流カット特性をもたせれば、遅延変化量(ΔL)が正負の値を取る。
【００２９】
変動信号発生部１１の出力は、フィルタ部１２を通ることにより、周波数特性が制御された変動信号となる。この周波数特性は、弓圧(Pb)，弓速度(Vb)等によって制御される。このフィルタ部１２の出力(FLTOUT)は、０を中心に正負の値をとる。フィルタ部１２の出力(FLTOUT)が、乗算部１６において、弓圧(Pb)，弓速度(Vb)等によって制御される出力レベル(NLEVEL)と乗算されることにより、出力レベルが制御された変動信号となり、擦弦点７６の微小変動に応じた遅延変化量(ΔL)が得られる。
【００３０】
図３は、図２に示したフィルタ部１２の一例としてのＬＰＦ（低域通過フィルタ）特性の説明図である。
このＬＰＦは、例えば、カットオフ周波数(CUTOFF)と、このカットオフ周波数におけるレゾナンス(RESONANCE)を指定できるものである。レゾナンスは、ピークの鋭さに関する値であり、共振回路のＱ値に関係し、ピークレベルおよび帯域幅が決まる。フィルタ部１２としては、カットオフ周波数(CUTOFF)以外の周波数を指定して、ここにレゾナンス(RESONANCE)が指定されるピークを有するＬＰＦ、あるいは、カットオフ周波数(CUTOFF)により中心周波数が指定されるとともに、このカットオフ周波数におけるレゾナンス(RESONANCE)が指定されるＢＰＦ（帯域通過フィルタ）を用いることもできる。このほか、ピークを持たないＢＰＦやＬＰＦでもよい。
【００３１】
なお、フィルタ部１２に、必ずしも狭義のフィルタを用いる必要はない。例えば、フィルタ部１２の前回の処理タイミングにおける出力値と、今回の処理タイミングにおいて変動信号発生部１１から出力された出力値との、差分の絶対値が所定範囲内なら、変動信号発生部１１から出力された出力値をフィルタ部１２の出力(FLTOUT)とし、所定値を超えるなら、フィルタ部１２の前回の出力値を維持して今回の処理タイミングにおけるフィルタ部１２の出力とすれば、一種の低域通過フィルタとなる。
【００３２】
図２に戻って説明する。第１のパラメータ変換部１３は、弓圧(Pb)および弓速度(Vb)を入力し、フィルタのカットオフ周波数(CUTOFF)を出力してフィルタ部１２に供給する。第２のパラメータ発生部は、弓圧(Pb)および弓速度(Vb)を入力し、フィルタのレゾナンス(RESONANCE)を出力してフィルタ部１２に供給する。
さらに、第３のパラメータ発生部１５において、弓圧(Pb)、弓速度(Vb)、および、総遅延量(TD)を入力して、出力レベル(NLEVEL：0≦NLEVEL)の値を出力し、乗算器１６においてフィルタ部１２の出力(FLTOUT)と乗算することにより、フィルタ部１２の出力(FLTOUT)の出力レベルが制御される。その結果、擦弦点７６の微小変動による遅延変化量(ΔL)の、キースケーリングおよびレベルスケーリングがなされる。
【００３３】
キースケーリングは、音高(PITCH)に基づいた総遅延量(TD)に応じて遅延変化量(ΔL)を決める処理である。音高が高くなるほど総遅延量(TD)が短くなり、遅延変化量(ΔL)が相対的に大きくなってしまう。そのために、遅延変化量(ΔL)を抑制する。簡単には、次式のように、Rを定率とし、遅延変化量(ΔL)を、単純に総遅延量(TD)に比例させればよい。
ΔL＝FLTOUT＊NLEVEL＝FLTOUT＊TD＊R        (6)
なお、このキースケーリングは必ずしも行う必要はなく、意図的に、総遅延量(TD)と無関係に、弓圧(Pb)および弓速度(Vb)に基づいて出力レベル(NLEVEL)を決めればよい。
【００３４】
さらに、この定率(R)を、弓圧(Pb)および弓速度(Vb)で変化させことにより、レベルスケーリングを行う。乗算器１６におけるレベルスケーリングにおいては、弓圧(Pb)および弓速度(Vb)の時間的な変動に応じて、フィルタ部１２の出力(FLTOUT)を振幅制御している。
上述した制御の結果、変動信号発生部１１で発生されたノイズ信号等の変動信号は、その信号特性の内、周波数特性がフィルタ部１２によって制御され、出力レベル特性が乗算器１６によって制御されて、遅延変化量(ΔL)となる。
【００３５】
図４は、図２に示したフィルタ部１２に図３に示した特性の低域通過フィルタを用い、弓圧(Pb)および弓速度(Vb)に基づいてフィルタ特性の制御および出力レベル制御をする一例の説明図である。バイオリンの演奏操作をモデリングした一具体例である。
図４（ａ）〜図４（ｅ）は、弓速度(Vb)に対する出力レベル(NLEVEL)の特性を、弓圧(Pb)の段階毎に示した線図である。横軸，縦軸ともリニアスケールで示す。
【００３６】
図４（ａ）に示すように、弓圧(Pb)が０のときは、弓速(Vb)に関係なく出力レベル(NLEVEL)は０である。
図４（ｂ）に示すように、弓圧(Pb)が極く小さいときは、弓速(Vb)が大きくなるほど、出力レベル(NLEVEL)を増加させ、その増加率も大きくする。
図４（ｃ）に示すように、弓圧(Pb)が小さいときも、弓速(Vb)が大きくなるほど出力レベル(NLEVEL)を増加させ、その増加率も大きくするが、図４（ｂ）に比べ、出力レベル(NLEVEL)の増加率を上げる。
図４（ｄ）に示すように、弓圧(Pb)が中程度であるとき、図４（ｃ）の特性曲線を右にスライドさせた特性とする。すなわち、弓圧(Pb)が中程度になると、弓毛が滑らなくなるため、擦弦点がずれにくくなる。その結果、弓速(Vb)が小さい間は出力レベル(NLEVEL)を０にする。弓速(Vb)が大きくなると、弓毛が滑り始め、擦弦点がずれ出すから、出力レベル(NLEVEL)を増加させ、その増加率も大きくする。
図４（ｅ）に示すように、弓圧(Pb)がさらに大きくなると、図４（ｃ）の特性曲線をさらに右にスライドさせた特性にする。すなわち、図４（ｄ）に比べ、出力レベル(NLEVEL)が０の区間が長くなり、弓速(Vb)がさらに大きくなれば弓毛が滑り始め、擦弦点がずれ出すから、出力レベル(NLEVEL)を増加させ、その増加率も大きくする。
【００３７】
一方、図４（ｆ）〜図４（ｊ）は、弓速度(Vb)に対するフィルタのカットオフ周波数(CUTOFF)を、弓圧(Pb)の値の段階毎に示した線図である。
図４（ｆ），図４（ｇ）に示すように、弓圧(Pb)が０ないし極く小さいときは、弓速度(Vb)が大きくなるほどカットオフ周波数(CUTOFF)を比例的に高くする。
図４（ｈ）に示すように、弓圧(Pb)が小さいときは、図４（ｇ）の特性直線を下にスライドさせた特性にする。すなわち、弓圧(Pb)が大きくなり出すと、弓毛が滑り始め、擦弦点がずれ出すから、弓速(Vb)が０のときのカットオフ周波数(CUTOFF)をわずかに下げるとともに、弓速度(Vb)が大きくなるほどカットオフ周波数(CUTOFF)を比例的に高くする。
図４（ｉ）に示すように、弓圧(Pb)が中程度であるとき、図４（ｇ）の特性直線をさらに下にスライドさせた特性にする。すなわち、弓速(Vb)が０のときのカットオフ周波数(CUTOFF)をさらにもう少し下げるとともに、弓速度(Vb)が大きくなるほどカットオフ周波数(CUTOFF)を比例的に高くする。
図４（ｊ）に示すように、弓圧(Pb)が大きくなると、図４（ｇ）の特性をさらに下にスライドさせた特性にする。すなわち、弓速(Vb)が０のときのカットオフ周波数(CUTOFF)をもっと下げるとともに、弓速度(Vb)が大きくなるほどカットオフ周波数(CUTOFF)を比例的に高くする。
【００３８】
上述した説明では、図４に示した変換テーブルとしては、弓圧(Pb)の値がとり得る複数の範囲毎に、弓速(Vb)に対する出力レベル(NLEVEL)およびカットオフ周波数(CUTOFF)の変換テーブルを用意したが、弓圧(Pb)および弓速(Vb)の組合せから、直ちに出力レベル(NLEVEL)およびカットオフ周波数(CUTOFF)が得られるような変換テーブルを用意してもよい。
なお、図２においては、フィルタ部１２のレゾナンス(RESONANCE)を出力する第２のパラメータ発生部１４により、帯域通過フィルタの共振の鋭さ（ピークレベルおよび帯域幅）を制御するものとしたが、図４を参照して説明した具体例では、レゾナンス(RESONANCE)を一定とした。
実験結果によれば、レゾナンス(RESONANCE)は、小さ目として緩やかなピークを持つものが好適であった。また、上述したカットオフ周波数(CUTOFF)は、音高(PITCH)に関係なく、数kHzないし数１０kHzが好適な範囲であった。とりわけ、２〜３kHz、５〜１０kHz、１０〜１５kHzが好ましく、特に、５〜１０kHzが好適であった。聴感上は、かすかに弦の擦れる音が発生するとともに、音程がわずかに不安定な感じとなった。
【００３９】
上述した説明では、変動信号発生部１１においてランダム信号を発生させることにより、擦弦点７６が微小に変動する擦弦動作のモデリングを行った。これに代えて、複数の周波数成分を含む任意の波形をデジタル変換した値を変動信号として発生させ、これをフィルタ部１２に出力すれば、周波数特性が制御された任意波形を変動信号として生成することができる。
この場合、変動信号発生部１１およびフィルタ部１２に代えて、１以上の正弦波信号を発生させ、これらの複数の正弦波信号の振幅を、その周波数毎に弓圧(Pb)，弓速(Vb)等で制御した上で、デジタル加算することにより、等価的にフィルタ演算を行うことになり、その加算値を周波数特性の制御された変動信号とすることもできる。
【００４０】
上述した第１〜第３のパラメータ発生部１３〜１５は、変換テーブル、演算、あるいは、変換テーブルと演算との組合せで各出力パラメータを求めるようにすればよい。
その際、弓速度(Vb)，弓圧(Pb)，音高(PITCH)等の制御パラメータと、各出力パラメータとの間の関数関係は、任意に定めることができる。さらに、音色(TONE)など、他の制御パラメータを導入して変換特性を可変できるようにしてもよい。
また、図３において、乗算器１７，減算器１８といった演算素子で実現された左側遅延量(DL)、および、右側遅延量(DR)を演算する式も、変換テーブル、あるいは、演算と変換テーブルとの組合せで各パラメータを求めるようにしてもよい。
【００４１】
擦弦点の微小変動をシミュレートする上述した第１の方法では、式(4)，(5)に示したように、左側遅延量(DL)および右側遅延量(DR)から、遅延変化量(ΔL)を加減算した。この方法は、図８における弦７１上の擦弦点７６の位置の移動に良く対応しており、パラメータの設定および演算が容易である。
これに代えて、擦弦点の微小変動をシミュレートする第２の方法として、左側総遅延量（DL＋dTML)の遅延変化率（Lrate）を導入し、乗算により反映させることができる。
左側遅延量(DL)，右側遅延量(DR)は、次式のように演算処理する。
DL＝TD＊DIV＊Lrate−dTML            (7)
DR＝TD＊(1−DIV＊Lrate)−dTMR       (8)
この場合は、分割比(DIV)をあらかじめ設定された所定値から直接的に変動させる方法をとっている。
【００４２】
変動信号発生部１１から、例えば、ノイズ信号（NOISE：−１＜NOISE＜１）を発生させ、フィルタ部１２の出力(FLTOUT)が０を中心とする正負の値をとるものとし、かつ、出力レベル(NLEVEL)が正の値をとるものとする。このとき、遅延変化率(Lrate)を、例えば、次式のようにすれば、１を中心として変化させることができる。
Lrate＝１＋FLTOUT＊NLEVEL           (9)
なお、この遅延変化率(Lrate)は、１を中心として微小に変化させるので、通常使用する範囲では問題にならないが、左側遅延量(DL)および右側遅延量(DR)の値が負にならないように、フィルタ出力（FLTOUT）および出力レベル(NLEVEL)の変化範囲を設定しておく必要がある。
また、上述した式(7)，(8)においては、総遅延量(TD)に遅延変化率(Lrate)を乗算しているので、図２に示した第３のパラメータ発生部１５において、総遅延量(TD)を乗算するキースケーリングを必要としない。
【００４３】
擦弦点の微小変動をシミュレートする第３の方法として、左側遅延量(DL)の遅延変化率（L'rate）を導入することもできる。
左側遅延量(DL)，右側遅延量(DR)は、次式のように演算処理する。
DL＝（TD＊DIV−dTML）＊L'rate                                    (10)
DR＝TD−DL−dTML−dTMR＝TD−(TD＊DIV−dTML)＊L'rate−dTML−dTMR  (11)
この場合も、総遅延量に遅延変化率(L'rate)を乗算しているので、図２に示した第３のパラメータ発生部１５において、総遅延量(TD)を乗算するキースケーリングは必要ない。
なお、上述した説明では、左側の遅延変化率（Lrate，L'rate）を導入したが、もちろん、右側の遅延変化率（Rrate，R'rate）を導入してもよい。
【００４４】
上述した説明では、遅延変化量(ΔL)、遅延変化率(Lrate ，L'rate)のいずれを用いた場合も、左側遅延量(DL)および右側遅延量(DR)の両者を変動させた。しかし、いずれか一方のみを変動させるようにすれば、演算処理が簡単になる。
例えば、左側遅延量(DL)のみを変動させる場合、右側遅延量(DR)を表す式(5)，(8)，(11)は、次式のようにする。
DR＝TD＊（1−DIV）−dTMR             (12)
この場合、遅延変化量(ΔL)、遅延変化率(Lrate ，L'rate)によって、総遅延量(TD)も変動してしまうために、音高(PITCH)の指示値を変えないときにも、合成される楽音信号の音高は、指示された音高(PITCH)から微小に変動することになる。
【００４５】
上述した説明では、遅延量を片寄せした場合について説明したため、第１の左側遅延部５６の左側遅延量(DL)、第１の右側遅延部６０の右側遅延量(DR)を、遅延変化量(ΔL)、遅延変化率(Lrate ，L'rate)によって変動させた。しかし、第２の左側遅延部６２、第２の右側遅延部５８の遅延量を変動させたり、左終端フィルタ５５の遅延量(dTML)、右終端フィルタ５９の遅延量(dTMR)を変動させてもよい。要するに、左側総遅延量(TD＋dTML)と右側総遅延量(TD＋dTMR)の遅延量配分比を変動させればよい。
【００４６】
図５は、本発明の楽音合成装置の第２の実施の形態の線形部を説明するためのブロック構成図である。図中、３１は第１の右終端フィルタ、３２は第１の右側遅延部、３３，３６は加算器、３４は左終端フィルタ、３５は左側遅延部、３７は第２の右終端フィルタ、３８は第２の右側遅延部である。
左終端フィルタ３４、左側遅延部３５、第２の右終端フィルタ３７、第２の右側遅延部３８、加算器３３により遅延ループが構成される。一方、励振信号の直接入力、第１の右終端フィルタ３１、第１の右側遅延部３２により、遅延ループに励振信号を供給する励振信号入力部となる。
【００４７】
図中、破線で示した結線が存在し、かつ、以下の条件を満足するときに、図７の線形部５２と等価である。すなわち、第１の右終端フィルタ３１および第２の右終端フィルタ３７は、それぞれ、図７中の右終端フィルタ５９と等しいものとする。第１の右側遅延部３２の右側遅延量(DR)および第２の右側遅延部３８の右側遅延量(DR)は、それぞれ、図７中の第１の右側遅延部６０の右側遅延量(DR)に等しいものとする。左終端フィルタ３４は、図７中の左終端フィルタ５９と等しいものとする。左側遅延部３５の遅延量(DL)は、図７中の第１の左側遅延部５６の左側遅延量(DL)に等しいものとする。
【００４８】
図７の線形部５２と等価であるから、第１の実施の形態と同様に、遅延変化量(ΔL)あるいは遅延変化率(Lrate ，L'rate)等を用いて、例えば、右側遅延量(DR)または左側遅延量(DL)の少なくとも一方を変動させることにより、総遅延量(TD)に対する右側総遅延量(DR＋dTMR)、言い換えれば、総遅延量(TD)の、左側総遅延量(DL＋dTML)および右側総遅延量(DR＋dTMR)への遅延量配分比を変動させることができる。
【００４９】
この他、左側遅延部３５の左側遅延量(DL)と左終端フィルタ３４の遅延量(dTML)との和、あるいは、第２の右側遅延部の右側遅延量(DR)と第２の右終端フィルタ３７の遅延量(dTMR)との和のみを、遅延変化量(ΔL)，遅延変化率(Lrate，L'rate)等に応じて変動させてもよい。この場合、図７の線形部５２と等価でなくなるため、図７の線形部５２を用いた場合とは一致しないが、音色を変動させることができる。
また、第１の右側遅延部３２の右側遅延量(DR)と第１の右終端フィルタ３１の遅延量(dTMR)の和のみを、遅延変化量(ΔL)，遅延変化率(Lrate，L'rate)等に応じて変動させてもよい。この場合も、図７の線形部５２と等価でなくなるが、音色を変動させることができる。しかし、遅延ループの総遅延量(TD)は変化しない。
したがって、合成される楽音の音高を、指示された音高(PITCH)情報に応じた値にほぼ保ったまま、第１の右側遅延部３２という１つの遅延部、または、第１の右終端フィルタ３１の遅延量を変動させるだけで、簡単に、擦弦位置の変動にほぼ応じた音色の変動を与えることができる。
【００５０】
なお、図５中、破線で示した結線は、励振部へフィードバックする信号の一部を供給する線であるから、励振信号(DRIVE)の生成に若干の影響を与えるものの、楽音合成にとって必ずしも必要としない。
また、さらに、第１の右終端フィルタ３１をなくし、ここで位相反転だけを行っても楽音合成ができる。ただし、遅延ループに供給される励振信号が変化するため、図７の線形部５２とは音色が異なる。この場合、第１の右側遅延部３２と励振信号の直接入力線、および、加算器３３とからなるブロックは、励振信号(DRIVE)を遅延ループに供給する櫛歯型フィルタを構成する。したがって、第１の右側遅延部３２の右側遅延量(DR)を変化させることにより、遅延ループに入力される信号の周波数成分のピーク周波数およびディップ周波数が変化し、この変化が音色の変動を与える。
【００５１】
上述した説明では、励振信号を制御する弓圧(Pb)、弓速(Vb)等の複数の演奏操作情報に基づいて、遅延変化量(ΔL)，遅延変化率(Lrate，L'rate)等を変動させたが、いずれか１つの演奏操作情報のみによって変動させてもよい。上述した説明では、音高(PITCH)により変動量のキースケーリングを行ったが、音色(TONE)等、その他の演奏情報によって変動量を設定してもよい。また、演奏操作情報によっては制御されない変動信号で遅延変化量(ΔL)，遅延変化率(Lrate，L'rate)等を変動させてもよい。
【００５２】
本発明の楽音合成装置は、プログラムにより動作するＤＳＰ（Digital signal Processor）、ロジック回路、あるいは、これらＤＳＰとロジック回路とのハイブリッド構成によって実現することができる。
あるいは、いわゆるソフト音源として、楽音合成プログラムを用いて、汎用コンピュータのＣＰＵ(Central Processing Unit)を楽音合成手段として機能させることもできる。合成された楽音は、ドライバを介してデジタルアナログ変換器に出力され、アンプ、スピーカを介して放音される。この楽音合成プログラムおよびその実行に必要なパラメータテーブル等のデータは、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk-Read Only Memory）等の記録媒体、あるいは、ネットワーク上のサーバから通信回線を介して供給され、汎用コンピュータのハード磁気ディスクにインストールされる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の楽音合成装置および楽音合成プログラムを記録した記録媒体は、上述した説明から明らかなように、励振信号を制御する演奏操作情報、または、変動信号に基づいて、楽音の音色を時変動させることができるという効果がある。その結果、例えば、自然の擦弦楽器の演奏操作における擦弦点の変動による、音色の変動を実現することができる。さらには、このような音色の変動を、任意の音色の楽音に対しても与えることができる。
本発明の楽音合成装置および楽音合成プログラムを記録した記録媒体は、電子楽器やコンピュータ等の音源に用いることができる。また、ゲームや玩具、カラオケ等、アミューズメント装置用の音源として、あるいは、アラーム音やメロディ音等の報知用の音源に用いることもできる。その他、音響振動解析や楽器の開発ツールとしてのシミュレータ、ＰＣＭ波形データ作成・編集装置用の音源に用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の楽音合成装置の第１の実施の形態における遅延量配分制御のためのブロック構成図である。
【図２】  図１に示した遅延量配分部の内部構成図である。
【図３】  図２に示したフィルタ部の一例としての低域通過フィルタ特性の説明図である。
【図４】  弓圧(Pb)および弓速度(Vb)に基づいてフィルタ特性の制御および出力レベル制御をする一具体例の説明図である。
【図５】  本発明の楽音合成装置の第２の実施の形態の線形部を説明するためのブロック構成図である。
【図６】  擦弦楽器をモデリングした従来の楽音合成装置の第１のブロック構成図である。
【図７】  擦弦楽器をモデリングした従来の楽音合成装置の第２のブロック構成図である。
【図８】  擦弦楽器の演奏状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１  音高対応遅延量変換部、２  フィルタ遅延量換算部、３  遅延量配分部、１１  変動信号発生部、１２  フィルタ部、１３  第１のパラメータ発生部、１４  第２のパラメータ発生部、１５  第３のパラメータ発生部、３１  第１の右終端フィルタ、３２  第１の右側遅延部、３４  左終端フィルタ、３５  左側遅延部、３７  第２の右終端フィルタ、３８  第２の右側遅延部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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