(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波形信号を遅延させつつ循環させる循環手段と、
演奏操作情報に基づいて励振信号を生成し前記循環手段に供給する励振手段と、
前記波形信号を用いて楽音信号を生成する楽音信号生成手段と、
前記波形信号の極性と前記演奏操作情報の極性とに基づいて前記循環手段における遅延量を設定する遅延量設定手段と
を有することを特徴とする楽音合成装置。
【請求項２】
前記循環手段は、前記波形信号の極性と前記演奏操作情報の極性とに基づいて前記波形信号を遅延させるためのフィルタ特性を決定するフィルタ手段を有することを特徴とする請求項１記載の楽音合成装置。
【請求項３】
循環手段内において波形信号を遅延させつつ循環させる過程と、
演奏操作情報に基づいて励振信号を生成し前記循環手段に供給する過程と、
前記波形信号を用いて楽音信号を生成する過程と、
前記波形信号の極性と前記演奏操作情報の極性とに基づいて前記循環手段における遅延量を設定する過程と
を有することを特徴とする楽音合成方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法を実行するプログラムを記憶したことを特徴とする記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子楽器、アミューズメント機器（カラオケ、ゲーム機器等）、およびパーソナルコンピュータ等におけるアプリケーションプログラムに用いて好適な楽音合成装置、楽音合成方法および記録媒体に関し、特にバイオリン、ビオラ等の擦弦楽器のシミュレーションに用いて好適な楽音合成装置、楽音合成方法および記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
弦楽器にはバイオリン、ビオラ等の擦弦楽器、ピアノ等の打弦楽器、ギター等の撥弦楽器等の種類がある。そのうち擦弦楽器音を自動的に合成するために、弦および弓の挙動をシミュレートする物理モデル音源が知られている（特許公報２７１９６５５号、特公平７−２１７１５号等）。これらの物理モデル音源においては、弦の挙動をシミュレートする閉ループ回路と、この弦を弓で擦弦する動作をシミュレートするために該閉ループ回路に対して励振信号を供給する励振部とが設けられている。
【０００３】
実在の弦楽器の弦振動をより精密にシミュレートするには、弦振動を例えばブリッジの突出方向に沿った縦振動成分と、これに直行する横振動成分とに分けて、各々考慮すべきである。縦振動においてブリッジを押圧する方向（以下、下方向という）に弦が加勢される（擦弦楽器の場合は、弓の圧力も弦を介したブリッジ押圧力として作用する）と、弦は実質的に堅くなる。換言すれば、弦の張力が増し、実効的な遅延長が短くなる。逆に、ブリッジから離れる方向（以下、上方向という）に弦が加勢されると、ブリッジによる束縛が小さくなるから、実効的な遅延長が長くなる。
【０００４】
そこで、ピアノ等の打弦楽器のシミュレーションにおいて弦振動の方向に応じて実効遅延長を制御する技術が提案されている（特許第２６４３７１７号）。また、上述した縦振動および横振動に対応する２個の閉ループ回路を設け、これらの振動による挙動を忠実にシミュレートする電子楽器も提案されている（特開平６−８３３６３）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように従来技術においても縦振動による挙動をシミュレートする点は開示されているが、何れもピアノ等の打弦楽器において弦が自由振動している状態を想定したものであった。一方、擦弦楽器の演奏態様においては、弦が自由振動している期間は比較的短く、大部分は弦と弓とが接触している状態にある。従って、縦振動と弓の動きとの相互作用を加味しなければ、擦弦楽器の挙動を正確にシミュレートすることができず、擦弦楽器の微妙なニュアンスを再現することは困難である。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で擦弦楽器等の精密なモデリングを行うことができる楽音合成装置、楽音合成方法および記録媒体を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１記載の楽音合成装置は、波形信号を遅延させつつ循環させる循環手段と、演奏操作情報に基づいて励振信号を生成し前記循環手段に供給する励振手段と、前記波形信号を用いて楽音信号を生成する楽音信号生成手段と、前記波形信号の極性と前記演奏操作情報の極性とに基づいて前記循環手段における遅延量を設定する遅延量設定手段とを有することを特徴とする。
さらに、請求項２記載の構成にあっては、請求項１記載の楽音合成装置において、前記循環手段は、前記波形信号の極性と前記演奏操作情報の極性とに基づいて前記波形信号を遅延させるためのフィルタ特性を決定するフィルタ手段を有することを特徴とする。
また、請求項３記載の楽音合成方法は、循環手段内において波形信号を遅延させつつ循環させる過程と、演奏操作情報に基づいて励振信号を生成し前記循環手段に供給する過程と、前記波形信号を用いて楽音信号を生成する過程と、前記波形信号の極性と前記演奏操作情報の極性とに基づいて前記循環手段における遅延量を設定する過程とを有することを特徴とする。
また、請求項４記載の記録媒体は、請求項３記載の方法を実行するプログラムを記憶したことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
１．実施形態の構成
１．１．演奏操作情報発生部１００
次に、本発明の一実施形態の構成を図を参照しつつ説明する。
図１において１００は演奏操作情報発生部であり、擦弦楽器および弓をあしらった形態を有し、ユーザの操作に応じて演奏操作情報を出力する。かかる演奏操作情報には、弓圧Ｐｂ、弓速度Ｖｂ、音色ＴＣ、および音高PITCHが含まれる。なお、このような演奏操作子は、例えば特開平５−００６１６９号公報、あるいは特開平１０−０７８７７８号公報等に開示されている。弓速度Ｖｂは、弓を所定方向に動かすと正値になり、逆方向に動かすと負値になる。
【０００８】
１．２．楽器モデル部３００
１．２．１．線形部３２０
次に、３００は楽器モデル部であり、図３に示すように励振部３１０と線形部３２０とから構成されている。線形部３２０においては、遅延回路１２，１３，１５，１６、終端フィルタ１１，１４、ブリッジフィルタ２２、および加算器１７，１９によって擦弦楽器の弦の挙動をシミュレートする閉ループ回路が形成されている。閉ループ回路内には弦速度を示す速度信号が伝搬される。
【０００９】
実際の擦弦楽器においては、弓と弦との接触点において振動が生じると、弦の支持点（２点）に向かって進行波が発生する。遅延回路１３，１６は、この進行波が両支持点に達するまでの遅延時間に対応する遅延時間を各々有している。また、該擦弦楽器においては、弦の両支持点に達した進行波は、極性が反転されつつ反射され、弓と弦との接触点に向かって伝搬する。遅延回路１２，１５は、この両反射波が弓と弦との接触点に到達するまでの遅延時間に対応する遅延時間を各々有している。
【００１０】
また、擦弦楽器における進行波および反射波は弦内で伝搬され支持点で反射される過程で減衰される。終端フィルタ１１，１４は、上述したように進行波の極性を反転させるとともに、弦内および支持点における減衰およびその周波数特性をシミュレートするような通過特性を有している。ブリッジフィルタ２２は、縦振動の振動方向に応じて、進行波に対して異なるフィルタリング特性を施す。なお、その詳細については後述する。
【００１１】
加算器１８は、遅延回路１２，１５から出力される速度信号を加算し、これによって弦の両端からの反射波を合成した弦の速度信号RETURNを出力する。また、励振部３１０から出力される励振信号DRIVE（詳細は後述する）は、加算器１７，１９に印加される。これにより、弓から弦に印加される速度がシミュレートされる。２３はミキサーであり、混合比制御信号MIXERVLに基づいて加算器１７の出力信号、遅延回路１５の出力信号および励振信号DRIVEをミキシングし、その結果を楽音信号VTONEOUTとして出力する。
【００１２】
１．２．２．励振部３１０
次に、励振部３１０の内部において３１２は減算器であり、加算器１８から出力される速度信号RETURNから弓速度Ｖｂを減算し、弓と弦との相対速度ＲＶを出力する。３１１は非線形変換部であり、相対速度ＲＶ、弓圧Ｐｂ、その他パラメータに基づいて、線形部３２０に付与すべき励振信号DRIVEを出力する。すなわち、現実の擦弦楽器においては、弓と弦との相対速度と、弓圧Ｐｂとによって弓に加わる力が決定される。そして、これらの関係は非線形である。非線形変換部３１１はかかる弦の挙動をシミュレートするものである。
【００１３】
１．３．制御部２００
次に、２００は制御部であり、演奏操作情報発生部１００から演奏操作情報が供給されると、これに応じて線形部３２０の各種パラメータを設定する。すなわち、制御部２００は、音高PITCHに基づいて遅延回路１２，１３，１５，１６における遅延時間ＤＬ１，ＤＬ２，ＤＲ１，ＤＲ２を設定し、音色ＴＣに基づいて終端フィルタ１１，１４におけるフィルタ特性ＴＦＬ、ブリッジフィルタ２２における各種定数、および遅延時間ＤＬ１，ＤＬ２，ＤＲ１，ＤＲ２の配分比を設定する。
【００１４】
１．４．ブリッジフィルタ２２
次に、図４を参照し線形部３２０に設けられたブリッジフィルタ２２の詳細を説明する。図において３４は加算器、３５，３６はＤフリップフロップ、３７は乗算器、３８は減算器であり、これらによって可変遅延回路４３（オールパス型のデジタルフィルタ）が構成されている。可変遅延回路４３は、遅延回路１３から出力された波形信号を、係数COEFに応じた時間だけ遅延させる。
【００１５】
３１はセレクタであり、弓速度Ｖｂが正値である場合は「０．５」、負値である場合は「−０．５」の値を出力する。３２は乗算器であり、セレクタ３１の出力信号と、信号BRDGとの乗算結果を出力する。ここで、信号BRDGは、可変遅延回路４３を構成する加算器３４の出力信号であり、遅延回路１３から出力された波形信号の高域成分をカットしたものになる。
【００１６】
次に、３３はセレクタであり、乗算器３２の出力信号が正値であれば上記係数COEFを「APUP」に設定する一方、負値であれば係数COEFを「APDOWN」に設定する。ここで、係数COEFに応じて設定される可変遅延回路４３の遅延時間をDELAY[COEF]とすると、DELAY[APDOWN]≦DELAY[APUP]になるように設定される。
【００１７】
従って、係数COEFは、信号BRDGと弓速度Ｖｂの正負の極性に応じて選択されることになる。すなわち、信号BRDGと弓速度Ｖｂの極性が等しい場合は乗算器３２における乗算結果が正値になるから係数COEFとしてAPUPが選択され、極性が異なる場合には該乗算結果が負値になるから係数COEFとしてAPDOWNが選択される。上述したように、信号BRDGは遅延回路１３から出力された波形信号の高域成分をカットしたものに等しいから、結局、波形信号の低周波成分と弓速度Ｖｂの極性が一致する場合は係数COEFとしてAPUPが選択され、一致しない場合はAPDOWNが選択されることになる。
【００１８】
３９は乗算器であり、可変遅延回路４３を介して遅延された波形信号に係数BFMIXを乗算する。４０は乗算器であり、遅延される前の波形信号に係数「1-BFMIX」を乗算する。４１は加算器であり、乗算器３９，４０の出力信号を加算する。４２は乗算器であり、加算器４１から出力された波形信号に「−１」を乗算する。
【００１９】
１．５．共鳴効果付与部４００
次に、４００は共鳴効果付与部であり、楽器モデル部３００から楽音信号VTONEOUTを受信するとともに、弓速度Ｖｂ、弓圧Ｐｂおよび音高Pitchを制御部２００から受信し、楽音信号VTONEOUTに共鳴効果を付与する。
【００２０】
共鳴効果付与部４００の詳細を図２に示す。図において４０２は乗算器であり、楽音信号VTONEOUTに音量制御係数を乗算して出力する。４０１は音量制御係数供給部であり、弓速度Ｖｂ、弓圧Ｐｂおよび音高Pitchに基づいて該音量制御係数を算出する。４０３は共鳴信号発生部であり、擦弦楽器の共鳴部をシミュレートし、乗算器４０２の出力信号に共鳴効果を付与する。
【００２１】
次に、４０４は出力ミキサーであり、共鳴信号発生部４０３から供給された共鳴信号と、共鳴効果が付与される前の楽音信号VTONEOUTとを混合し、その結果を最終的な楽音信号TONEOUTとして出力する。この楽音信号TONEOUTは、図示せぬサウンドシステム等を介して発音される。
【００２２】
２．実施形態の動作
２．１．全般動作
次に、本実施形態の動作を説明する。
ユーザが演奏操作情報発生部１００を操作すると、音色ＴＣおよび音高PITCHが制御部２００に供給されるとともに、弓圧Ｐｂが非線形変換部３１１に供給され、弓速度Ｖｂが減算器３１２に供給される。そして、音色ＴＣおよび音高PITCHに基づいて、線形部３２０内における遅延時間ＤＬ１，ＤＬ２，ＤＲ１，ＤＲ２およびフィルタ特性ＴＦＬ，ＴＦＲが決定される。
【００２３】
また、減算器３１２に対して弓速度Ｖｂが供給されると、速度信号RETURNからこの弓速度Ｖｂを減算した結果が相対速度ＲＶとして非線形変換部３１１に供給される。ここで、初期状態においては速度信号RETURNは「０」であるから、弓速度Ｖｂの反転信号がそのまま非線形変換部３１１に供給されることになる。
【００２４】
非線形変換部３１１においては、弓圧Ｐｂおよび相対速度ＲＶ等に基づいて、弓に加わる力に対応する励振信号DRIVEが出力される。初期状態においては、閉ループ回路内の遅延回路１２，１５から出力される速度信号は「０」である。このため、上記励振信号DRIVEがそのまま進行波を成す速度信号として遅延回路１３，１６に供給されることになる。これら速度信号は、遅延回路１３，１６を介して遅延され、終端フィルタ１１，１４およびブリッジフィルタ２２を介してフィルタリング処理が施された後、遅延回路１２，１５を介して、反射波を成す速度信号として加算器１７，１９に供給される。
【００２５】
また、これら速度信号は加算器１８において合成された後、速度信号RETURNとして減算器３１２に帰還される。従って、該速度信号RETURNから帰還された時点における弓速度Ｖｂが減算され、この結果が新たな相対速度ＲＶとして非線形変換部３１１に供給され、この相対速度ＲＶに基づく励振信号DRIVEが加算器１７，１９を介して再び閉ループ回路に供給される。
【００２６】
弓速度Ｖｂ等のパラメータが一定である状態で以上の処理が繰返されると、やがて閉ループ回路内の各速度信号、速度信号RETURNおよび励振信号DRIVEは、一定の安定したピッチを有する定在波になる。そして、閉ループ回路内の速度信号がミキサー２３、共鳴効果付与部４００を介してサウンドシステムに供給されると、このピッチを有する楽音が発音されることになる。
【００２７】
２．２．ブリッジフィルタ２２における動作
ブリッジフィルタ２２においては、信号BRDGの一方の極性に対して比較的短い遅延時間DELAY[APDOWN]が、また他方の極性に対して比較的長い遅延時間DELAY[APUP]が可変遅延回路４３に付与される。従って、線形部３２０内で伝搬される波形信号は、極性毎の遅延時間の差異に基づく歪みが付与されることになる。
【００２８】
上述したように、実在の弦楽器の縦振動においては下方向に弦が加勢されると、弦は堅くなり、実効的な遅延長が短くなる。逆に、上方向に弦が加勢されると、実効的な遅延長が長くなる。本実施形態のブリッジフィルタ２２によって波形信号に付与される歪みは、このような実在の弦楽器において発生する歪みに対応するため、より自然楽器に近い忠実な楽音生成を行うことが可能になる。
【００２９】
さらに、本実施形態においては、セレクタ３１および乗算器３２によって、弓速度Ｖｂの極性に応じてセレクタ３３の選択状態が切り換えられる。ここでその理由について説明しておく。実在の弦楽器の縦振動による挙動をシミュレートするためには、理論的には信号BRDGのみに基づいて係数COEFを切り換えれば充分である。しかし、演奏操作情報発生部１００において弓の返しがなされると、弓と弦との相対的な速度（運動）方向が逆転する。その場合に不連続なノイズあるいは無用な音色変化が発生することを防止するために、係数COEFの選択に際して弓速度Ｖｂの極性も加味したものである。
【００３０】
３．実施形態の効果
以上のように、本実施形態によれば、線形部３２０内の波形信号の極性および弓速度Ｖｂの極性に応じて可変遅延回路４３における遅延時間DELAYを切り換えるため、実在の弦楽器の縦振動の挙動がシミュレートされ、簡単な構成で擦弦楽器の精密なモデリングを行うことができる。
【００３１】
４．変形例
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように種々の変形が可能である。
（１）上記実施形態においては、終端フィルタ１１，１４によって弦の周波数特性をシミュレートしたが、遅延回路１２，１３，１５，１６を分布定数回路（弦の立体性、即ち弦の太さや断面形状等を考慮した遅延ネットワーク）としたり、各遅延をＦＩＲフィルタ構造にすることなどによって構成し、弦の遅延と周波数特性とをシミュレートすることにより、一層正確なシミュレーションを行ってもよい。
【００３２】
（２）上記実施形態においては、遅延回路、演算回路等の要素をハードウエアで構成したが、これら要素の一部または全部をソフトウエアで実現してもよい。また、ハードウエアブロック図で示された全ての構成をプログラムによって実現すれば、汎用パーソナルコンピュータ等によって本発明を実現できることは勿論である。かかる場合、本発明は、各要素の動作を記述したプログラムを記憶した記録媒体としても実現できる。
【００３３】
（３）上記実施形態においては、擦弦楽器の挙動をシミュレートするために遅延時間DELAYについて「DELAY[APDOWN]≦DELAY[APUP]」なる関係を付与したが、特殊な音色変化効果を発揮させるにはかかる大小関係を保持する必要はない。
【００３４】
（４）図４の構成においては、弓速度Ｖｂに基づくセレクタ３１の選択結果と信号BRDGの乗算を行ってセレクタ３３の選択状態を決定した。しかし、デジタルデータである弓速度Ｖｂおよび信号BRDGの最上位ビット（正の場合は“０”、負の場合は“１”になる）の排他的論理和に基づいてセレクタ３３の選択状態を決定してもよい。
【００３５】
（５）図４の構成においては係数COEFは瞬時に切り換えられるが、切換時のノイズを削減するために、補間処理等を行って係数COEFを徐々に変化させてもよい。
【００３６】
（６）上記実施形態において、APUPおよびAPDOWNを音高Pitchまたは弓圧Ｐｂに基づいて決定するようにしてもよい。また、可変遅延回路４３の寄与度を決定する係数BFMIXも音高Pitchまたは弓圧Ｐｂに基づいて決定するようにしてもよい。
【００３７】
（７）上記実施形態においては、弓速度Ｖｂの極性が変化すると、直ちにセレクタ３１の選択状態が切り替わり、セレクタ３３の選択状態が切り替わる。しかし、実在の擦弦楽器においては、弓の返しによる弦の挙動変化は、ある程度の時間をかけて擦弦点からブリッジまで伝搬した後に楽音に反映される。この伝搬時間は、図３においては遅延時間ＤＲ１に対応する。従って、セレクタ３１の選択入力端に遅延時間ＤＲ１を有する遅延回路を介挿し、この遅延回路を介してセレクタ３１に弓速度Ｖｂを供給するようにしてもよい。
【００３８】
（８）上記実施形態例では、擦弦楽器の弦振動シミュレーション（物理モデル）を主題としたが、弦の振動で楽音を発生するという点では共通する撥弦楽器や打弦楽器等の弦振動シミュレーションにおいても適用可能である。例えば、撥弦楽器シミュレーションの場合は、本願実施例における擦弦楽器の弓速度Ｖｂや弓圧Ｐｂを、撥弦する指やピックの移動速度や加える力などと置き換えて考えればよい。また、打弦楽器、例えばピアノのシミュレーションならば、ＶｂやＰｂを打弦ハンマーの速度やその作用力と置き換えて考えればよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、波形信号と演奏操作情報との関係に基づいて循環手段における遅延量を設定することができるから、例えば擦弦楽器における弦の縦振動と弓の動きとの相互作用をシミュレートすることができ、簡単な構成で擦弦楽器等の精密なモデリングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態の全体構成を示すブロック図である。
【図２】  共鳴効果付与部４００のブロック図である。
【図３】  楽器モデル部３００のブロック図である。
【図４】  ブリッジフィルタ２２のブロック図である。
【符号の説明】
１１，１４  終端フィルタ（循環手段）
１２，１３，１５，１６  遅延回路（循環手段）
１７，１９  加算器（循環手段）
２２  ブリッジフィルタ
２３  ミキサー（楽音信号生成手段）
３１，３３  セレクタ（遅延量設定手段）
３２  乗算器（遅延量設定手段）
４３  可変遅延回路（遅延量設定手段）
３１０  励振部（励振手段）
【図１】
0003758474.tif 000002
【図２】
0003758474.tif 000003
【図３】
0003758474.tif 000004
【図４】
0003758474.tif 000005