(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遅延手段を含むループ手段により、振動波形の入力信号に共鳴処理を施して楽音信号を発生する共鳴装置において、
前記入力信号のレベルを検出する入力レベル検出手段と、
前記共鳴処理後の信号のレベルを検出する共鳴レベル検出手段と、
前記入力レベル検出手段で検出されたレベルと前記共鳴レベル検出手段で検出されたレベルとの比を求めるレベル比検出手段と、
前記レベル比検出手段で求められた比に応じて前記共鳴処理後の信号のレベルを補正して楽音信号として出力する補正手段と、
を備えたことを特徴とする共鳴装置。
【請求項２】
前記補正手段は、前記補正の度合が可変であることを特徴とする請求項１記載の共鳴装置。
【請求項３】
前記補正手段は、前記入力信号の初期期間においては、前記レベル比検出手段で求められた比を予め設定された初期値で置き換えることを特徴とする請求項１記載の共鳴装置。
【請求項４】
前記補正手段は、前記補正の特性がパラメータにより設定され、該パラメータが楽音信号の音色に応じて設定されることを特徴とする請求項１記載の共鳴装置。
【請求項５】
前記補正手段は、前記レベル比検出手段で求められた比を時系列に補間する補間手段を備え、該補間手段で補間した比に基づいて、前記共鳴処理後の信号のレベルを補正することを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４記載の共鳴装置。
【請求項６】
前記補間手段は、前記レベル検出手段で求められた比が大きくなる場合と小さくなる場合とで補間速度を別々に設定できるようにしたことを特徴とする請求項５記載の共鳴装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動波形の入力信号に共鳴処理を施して楽音信号を発生する共鳴装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子楽器やコンピュータミュージック等において、例えば、バイオリンなどの共鳴胴を持つ楽器や管楽器などの共鳴管を持つ楽器の楽音を合成する場合、共鳴胴や共鳴管の物理的特性を模した共鳴器（共鳴フィルタ）が用いられる。そして、例えば弦振動波形などの信号を共鳴器に入力し、共鳴器で信号を共鳴させて楽音信号として出力する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような共鳴器は、典型的には遅延を含むループ回路で構成されており、周波数特性は基本的に複数の共振峰が並んだ櫛形特性を持っている。すなわち、このような共鳴器は櫛形フィルタとして機能し、入力される信号のうち、共振峰に相当する周波数成分は共振してレベルが大きくなり、共振峰から外れる周波数成分は減衰する。したがって、入力する弦振動波形の基音周波数や倍音周波数と共振峰の周波数との関係、あるいは各共振峰の急峻さすなわち共鳴の強さに応じて、出力される楽音波形の音量や音色感が変化する。場合によっては聴感音高（ピッチ）までが変化してしまうこともある。このため、あまり強い共鳴効果をかけることができなかった。
【０００４】
また、共鳴器と入力信号を発生する音源との間で信号のやりとりを行える、例えば特開昭６３−４０１９９号公報に開示されているウェーブガイド技術や遅延手段を含む閉ループ回路による共鳴アルゴリズムあるいは音源アルゴリズムを用いれば、ピークにはまった倍音（共振峰の周波数成分）が減衰してレベルのバラツキを抑えることができるが、このような構成では、使える共鳴器と音源が限られてしまい、汎用性に欠けるうという問題がある。さらに、このような物理モデルを用いても、音源が擦弦モデル（例えばバイオリンのモデル）のような持続音の場合には、共鳴器に対してつねにエネルギーが注入され続けることになるため、音量のバラツキを防ぐのが困難であった。
【０００５】
本発明は、入力信号の特性やその変化に対する共鳴器の出力の音量のバラツキや急激な変化を抑制し、共鳴器の汎用性を高めることを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の共鳴装置は、遅延手段を含むループ手段により、振動波形の入力信号に共鳴処理を施して楽音信号を発生する共鳴装置において、前記入力信号のレベルを検出する入力レベル検出手段と、前記共鳴処理後の信号のレベルを検出する共鳴レベル検出手段と、前記入力レベル検出手段で検出されたレベルと前記共鳴レベル検出手段で検出されたレベルとの比を求めるレベル比検出手段と、前記レベル比検出手段で求められた比に応じて前記共鳴処理後の信号のレベルを補正して楽音信号として出力する補正手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明の請求項２の共鳴装置は、請求項１の構成を備え、前記補正手段は、前記補正の度合が可変であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項３の共鳴装置は、請求項１の構成を備え、前記補正手段は、前記入力信号の初期期間においては、前記レベル比検出手段で求められた比を予め設定された初期値で置き換えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項４の共鳴装置は、請求項１の構成を備え、前記補正手段は、前記補正の特性がパラメータにより設定され、該パラメータが楽音信号の音色に応じて設定されることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項５の共鳴装置は、請求項１または請求項２または請求項３または請求項４の構成を備え、前記補正手段は、前記レベル比検出手段で求められた比を時系列に補間する補間手段を備え、該補間手段で補間した比に基づいて、前記共鳴処理後の信号のレベルを補正することを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項６の共鳴装置は、請求項５の構成を備え、前記補間手段は、前記レベル検出手段で求められた比が大きくなる場合と小さくなる場合とで補間速度を別々に設定できるようにしたことを特徴とする。
【００１２】
請求項１の共鳴装置によれば、入力信号のレベルと共鳴処理後の信号のレベルとの比に応じて、該共鳴処理後の信号のレベルが補正されるので、入力信号の特性やその変化に対する共鳴器の出力の音量のバラツキや急激な変化を抑制することができる。例えばバイオリンの音をシミュレートする擦弦モデルなどのように、持続音を出力する音源に対しても音量を安定させることができる。すなわち、入力信号の特性やその変化に対して共鳴器を容易に適用することができ、共鳴器の汎用性が高まる。
【００１３】
請求項２の共鳴装置によれば、請求項１と同様な作用効果が得られるとともに、該共鳴処理後の信号のレベルを補正する補正の度合が可変であるので、楽音のバリエーションを豊かにすることもできる。
【００１４】
請求項３の共鳴装置によれば、請求項１と同様な作用効果が得られるとともに、例えば楽音のアタック部のように入力信号の初期期間においては、補正の度合を決める比を予め設定された初期値（例えば１）に置き換えることで、減衰音などで立ち上がりが欠けることがなくなる。また、ノートオン時のようにアタック部のレベル変化をそのまま反映した楽音信号を出力することができる。
【００１５】
請求項４の共鳴装置によれば、請求項１と同様な作用効果が得られるとともに、共鳴処理後の信号のレベルを補正する補正の特性を音色に応じて可変となるので、音色に応じた楽音信号を出力することができる。
【００１６】
請求項５の共鳴装置によれば、請求項１または請求項２または請求項３または請求項４と同様な作用効果が得られるとともに、レベル比検出手段で求められた比を時系列に補間して、この補間した比に基づいて出力信号のレベルを補正するので、補正の度合を滑らかに効かせることができる。
【００１７】
請求項６の共鳴装置によれば、請求項５と同様な作用効果が得られるとともに、レベル検出手段で求められた比が大きくなる場合と小さくなる場合とで補間速度を別々に設定できるので、例えば、音量をゆっくり下げたり、音量を上げるときは早めに上げるなど、自然な感じで音量レベルを補正することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施形態の共鳴装置のブロック図であり、図示しない音源等からの入力信号が共鳴器１に入力される。なお、この入力信号は、例えばバイオリンの弦の振動波形を持つ信号であり、例えば電気バイオリン等のブリッジの部分に埋め込んだピックアップ等で弦の振動を電気的に検出して、その波高値をサンプリングして量子化した時系列なデータ列からなるデジタル信号である。
【００１９】
共鳴器１は、加算器１１ａ、ディレイ（遅延回路）１１ｂ、オールパスフィルタ（ＡＰＦ）１１ｃ、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１ｄおよび係数乗算器１１ｅからなる第１のループ回路１１と、加算器１２ａ、ディレイ１２ｂ、オールパスフィルタ１２ｃ、ローパスフィルタ１２ｄおよび係数乗算器１２ｅからなる第２のループ回路１２で構成されている。
【００２０】
そして、ディレイ１１ｂ，１２ｂの遅延時間を指定する各遅延時間定数、オールパスフィルタ１１ｃ，１２ｃのフィルタ特性を指定する各フィルタ係数、ローパスフィルタ１１ｄ，１２ｄのフィルタ特性を指定する各フィルタ係数、および係数乗算器１１ｅ，１２ｅの帰還ゲインを指定する各乗算係数等の各種パラメータが、ぞれぞれ図示しない制御回路により設定され、この共鳴器１は、２段の遅延ループにより櫛形フィルタを構成している。
【００２１】
音源等からの入力信号は、第１のループ回路１１において、加算器１１ａ、ディレイ１１ｂ、オールパスフィルタ１１ｃ、ローパスフィルタ１１ｄおよび係数乗算器１１ｅを介して加算器１１ａに帰還され、この加算器１１ａで入力信号と帰還信号が加算されて第２のループ回路１２への出力信号とされる。また、第２のループ回路１２において、同様に加算器１２ａ、ディレイ１２ｂ、オールパスフィルタ１２ｃ、ローパスフィルタ１２ｄおよび係数乗算器１２ｅを介して加算器１２ａに帰還され、この加算器１２ａで入力信号と帰還信号が加算されて、共鳴器１の出力信号として、後述の補正手段を構成する係数乗算器６および定数乗算器７に出力される。
【００２２】
ここで、共鳴器１の周波数特性は、ディレイの遅延時間に応じた倍音成分にピーク（共振峰）を持つ櫛形の出力波形となり、ローパスフィルタとオールパスフィルタの特性に応じてピークの包絡線の形状が決められる。そして、これらの遅延時間やフィルタ特性を決める各種パラメータは、合成する楽音信号（および入力信号）のピッチに応じて適宜設定されるものであるが、例えば擦弦楽器の奏法に応じて同ピッチでも入力信号に変化をつけるような場合など、共鳴器１の周波数特性を入力信号に対して常に適したものに設定するのは困難であり、共鳴により特定の周波数成分が強調されて音量にバラツキが生じることがある。そこで、以下のように出力レベルを補正し、音量のバラツキを低減して楽音信号として出力する。
【００２３】
入力信号は入力レベル検出手段としての第１のエンベロープフォロワ（ＥＦ）２に入力され、このエンベロープフォロワ２で入力信号のエンベロープが検出され、この入力信号のエンベロープは乗算器５に入力される。また、共鳴器１の出力信号は出力レベル検出手段としての第２のエンベロープフォロワ３に入力され、このエンベロープフォロワ３で出力信号のエンベロープが検出される。出力信号のエンベロープは逆数テーブル４に入力され、出力信号のエンベロープの逆数に変換されて乗算器５に入力される。そして、乗算器５で入力信号のエンベロープと出力信号のエンベロープの逆数とが乗算され、乗算結果は前記係数乗算器６に出力される。
【００２４】
ここで、この実施形態では、入力信号は共鳴器１においてオーバーフローしないようにレベルを落とされており、エンベロープフォロワ２，３は、共鳴器１の最大出力から出力ゼロの振幅レベルを“１〜０”の範囲として検出し、それぞれ出力Ｌｄ，Ｌｗとして出力するように設定されている。また、逆数テーブル４は、入力ｘと出力ｙの関係が、
ｙ＝１／（２５６・ｘ）
となるように設定されており、入力ｘ（エンベロープフォロワ３の出力Ｌｗ）が１／２５６以下の場合はｘ＝１／２５６として扱われる。
【００２５】
以上の構成により、乗算器５からは、
ｒ＝Ｌｄ／（２５６・Ｌｗ）
の比が出力され、この比ｒが係数乗算器６において乗算係数として共鳴器１の出力信号に乗算される。そして、定数乗算器７で定数“２５６”が乗算され、この定数乗算器７の出力は入力信号と同じレベルとなる。
【００２６】
図２はエンベロープフォロワの実施形態を示す図であり、エンベロープフォロワ２，３としては、図２(A) のように、全波整流回路１０で全波整流してローパスフィルタ２０でその包絡線を検出するように構成することができる。また、図２(B) のように、全波整流回路１０で全波整流して、ローパスフィルタ３０に入力する。そして、ローパスフィルタ３０において、エンベロープの変化量（差分）の符号を符号検出器３０ａで検出し、この符号に応じて係数乗算器３０ｂの乗算係数をアタックレートａｒとリリースレートｒｒとで切り換える。これにより、アタック部とリリース部を有するエンベロープとして、検出することができる。
【００２７】
図３は共鳴装置の第２実施形態のブロック図であり、共鳴器１、エンベロープフォロワ２，３、逆数テーブル４、乗算器５、係数乗算器６および定数乗算器７は図１の第１実施形態のものと同一の要素であり、以後、各実施形態において同一の要素には同符号を付記して、その詳細な説明は省略する。
【００２８】
この第２実施形態では、乗算器５から出力される比ｒを、ローパスフィルタ型の補間器４０により補間し、この補間器４０で補間された比ｒ′を、係数乗算器６で共鳴器１の出力信号に乗算するようにしたものである。共鳴器１を通した信号には時間遅延が生じる場合があるので、入力信号の入力直後はレベルの比が最大（理論上は無限大）となり、いきなり最大音量から発音されることがあるが、この第２実施形態のように比を補間すると、乗算器４０ａに設定した補間時間ｉｔにより比がある程度平滑化されて、最大音量から発音されるのを防止することができる。
【００２９】
図４は共鳴装置の第３実施形態のブロック図であり、この第３実施形態では、補間器５０により比ｒを補間する。この補間器５０は、比ｒの変化量（差分）の符号を符号検出器５０ａで検出し、この符号に応じて係数乗算器５０ｂの乗算係数を拡大時間ｅｔと抑制時間ｓｔとで切り換える。これにより、補間器５０は比ｒの増加方向と減少方向に応じて補間速度を切り換える。
【００３０】
すなわち、比ｒの変化量の符号が正の場合は比ｒは増加の状態にあり、共鳴器１の出力信号のレベルが入力信号のレベルに対して減少している状態であり、係数乗算器６および定数乗算器７によりレベルを増加させるように補正する。一方、比ｒの変化量の符号が負の場合は比ｒは減少の状態にあり、共鳴器１の出力信号のレベルが入力信号のレベルに対して増加している状態であり、係数乗算器６および定数乗算器７によりレベルを減少させるように補正する。そして、補間器５０の補間速度を切り換えることにより、音量を下げるのはゆっくりにし、音量を上げる（戻す）のは早めにしている。これにより、自然な音量変化が得られる。
【００３１】
図５は共鳴装置の第４実施形態のブロック図であり、この第４実施形態では、ローパスフィルタ型の補間器６０により比ｒを補間する。補間器６０は、ノートオン信号が“１”になると出力を所定値“１／２５６”に切り換えるように構成されている。これにより、楽音の始めは音量レベルを補正しないで発音し、その後、乗算器６０ａに設定した補間時間ｉｔにより、所定の時定数で音量レベルの補正が効いていくようになる。このようにすると、減衰音などで立ち上がりが欠けることながく、自然な楽音となる。また、ノートオン直後のアタック部のレベル変化をそのまま反映した楽音信号を出力することができる。なお、この実施形態ではローパスフィルタ型の補間器を用いているが図４のタイプの補間器に適用してもよい。
【００３２】
図６は共鳴装置の第５実施形態のブロック図であり、この第５実施形態は音量レベルの補正の効き具合を変えられるようにしたものである。補間器７０の出力に係数乗算器８０ａで係数ａｇｃを乗算し、所定値“１／２５６”に係数乗算器８０ｂで係数ａｇｃを乗算し、加算器８０ｃで係数乗算器８０ａの出力に所定値“１／２５６”を加算するとともに、係数乗算器８０ｂの出力を減算する。そして、係数ａｇｃの値を“０〜１”の範囲で可変とする。これにより、係数ａｇｃの値を“０〜１”の範囲で切り変えることにより、ａｇｃ＝０の場合は加算器８０ｃ出力は“１／２５６”となっては補正無しとなり、ａｇｃ＝１の場合は、加算器８０ｃにおいて所定値“１／２５６”はキャンセルされて、その出力は補間器７０の出力そのものとなり、１００％の補正が効くようになる。また、この補正無しと１００％との間で補正の効き具合を連続に変えることができる。
【００３３】
図７は共鳴装置の第６実施形態のブロック図である。この第６実施形態は、エンベロープフォロワ２の出力Ｌｄをログ変換回路９０ａで対数変換してｌｏｇ（Ｌｄ）とし、エンベロープフォロワ３の出力Ｌｗをログ変換回路９０ｂで対数変換してｌｏｇ（Ｌｄ）とする。加算器９０ｃでｌｏｇ（Ｌｄ）からｌｏｇ（Ｌｄ）を減算し、ｌｏｇ（Ｌｄ／Ｌｗ）として補間器９０ｄで補間する。この補間器９０ｄの出力に係数乗算器９０ｅで係数ａｇｃを乗算してａｇｃ・ｌｏｇ（Ｌｄ／Ｌｗ）とし、指数変換回路９０ｆに入力する。
【００３４】
指数変換回路９０ｆは、入力ｘと出力ｙの関係が、
ｙ＝（１／２５６）・ｅｘｐ（ｘ）
となるように設定されており、
ａｇｃ・ｌｏｇ（Ｌｄ／Ｌｗ）＝ｌｏｇ（Ｌｄ／Ｌｗ）agc
の入力に対して、
（１／２５６）・（Ｌｄ／Ｌｗ）agc
を係数乗算器６に出力する。これにより、音量レベルが補正される。そして、この実施形態では係数ａｇｃにより、補正の効き具合を制御することができる。
【００３５】
以上の各実施形態において、入力信号のレベルと共鳴器の出力信号のレベルとの比として、“１／２５６”の定数が乗算された値を求めているが、この“１／２５６”は予め決められている定数であり、このような定数を乗算した場合でも、レベルの比を求めことに相当する。
【００３６】
また、図２(B) におけるアタックレートａｒとリリースレートｒｒ、図３における補間時間ｉｔ、図４における拡大時間ｅｔと抑制時間ｓｔ、図５における所定値“１／２５６”と補間時間ｉｔ、図６における所定値“１／２５６”と係数ａｇｃ、図７における係数ａｇｃ等の補正に関わるパラメータは、音色毎に設定できるようにしてもよい。
【００３７】
また、実施形態では、櫛形フィルタの共鳴器を用いているが、共鳴器としては、イコライザのようなフィルタを始め、特開昭６３−４０１９９号公報に開示されているようなウェーブガイドのネットワークまで使用可能である。
【００３８】
共鳴器には、共鳴を通した音と直接音とを適宜ミックスするような手段を含んでいてもよいし、あるいはレベル補正後の共鳴音と直接音とをミックスするような手段を後段に設けてもよい。
【００３９】
また、レベル検出にはエンベロープフォロワのようなピーク検出ではなく、実効値を検出するようにしてもよい。
【００４０】
また、除算器を備えたＤＳＰやＣＰＵなどを用いる場合は、レベル合わせを考慮するだけでそのまま演算することも可能である。また、浮動小数点演算が可能であれば、レベル補正のレンジはもっと広くすることが可能となる。
【００４１】
また、共鳴器の遅延が大きく、比の初期値を与えても発音までに値が大きく変化してしまうような場合は、ある一定時間、比の初期値をホールドするようにしてもよい。
【００４２】
また、入力信号はバイオリン等の擦弦楽器の波形信号に限らず、特に持続音を発音するような場合に適しており、共鳴処理を対象とするような入力信号であればよい。
【００４３】
また、本発明は、各種電子楽器、音源装置、シーケンサ、エフェクタなど各種装置や、また、これらをＭＩＤＩあるいは各種ネットワーク等の通信手段を用いて各装置を接続するようなシステム等に、機能として、あるいはアプリケーションとして組み込むようにしてもよい。また、パーソナルコンピュータとソフトウエアにより実現してもよい。
【００４４】
また、本発明は、楽器の共鳴胴や共鳴管の他、広く、音場空間あるいは何らかの音響媒体の共鳴特性のシミュレート手法、方法としての共鳴装置に適用してもよい。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１の共鳴装置によれば、入力信号の特性やその変化に対する共鳴器の出力の音量のバラツキや急激な変化を抑制することができ、例えばバイオリンの音をシミュレートする擦弦モデルなどのように、持続音を出力する音源に対しても音量を安定させることができる。したがって、入力信号の特性やその変化に対して共鳴器を容易に適用することができ、共鳴器の汎用性が高まる。
【００４６】
請求項２の共鳴装置によれば、請求項１と同様な効果が得られるとともに、出力信号のレベルを補正する補正の度合が可変であるので、楽音のバリエーションを豊かにすることもできる。
【００４７】
請求項３の共鳴装置によれば、請求項１と同様な効果が得られるとともに、減衰音などで立ち上がりが欠けるのを防止できるとともに、アタック部のレベル変化をそのまま反映した楽音信号を出力することができる。
【００４８】
請求項４の共鳴装置によれば、請求項１と同様な効果が得られるとともに、出力信号を補正する補正特性を音色に応じて可変となるので、音色に応じた楽音信号を出力することができる。
【００４９】
請求項５の共鳴装置によれば、請求項１または請求項２または請求項３または請求項４と同様な効果が得られるとともに、補正の度合を滑らかに効かせることができる。
【００５０】
請求項６の共鳴装置によれば、請求項５と同様な効果が得られるとともに、例えば、音量をゆっくり下げたり、音量を上げるときは早めに上げるなど、自然な感じで音量レベルを補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の共鳴装置のブロック図である。
【図２】本発明の各実施形態におけるエンベロープフォロワの例を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態の共鳴装置のブロック図である。
【図４】本発明の第３実施形態の共鳴装置のブロック図である。
【図５】本発明の第４実施形態の共鳴装置のブロック図である。
【図６】本発明の第５実施形態の共鳴装置のブロック図である。
【図７】本発明の第６実施形態の共鳴装置のブロック図である。
【符号の説明】
１…共鳴器、２，３…エンベロープフォロワ、４…逆数テーブル、５…乗算器、６…係数乗算器、７…定数乗算器、１０…全波整流器、２０，３０…ローパスフィルタ、４０，５０，６０，７０，９０ｄ…補間器
【図１】
0003799969.tif 000002
【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】
0003799969.tif 000008