(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遅延ループ手段と、
前記遅延ループ手段からのフィードバック信号および演奏情報の両者による演算出力に基づいた入力信号の大きさに応じて、小信号入出力特性と大信号入出力特性とに特性が変化する非線形特性を有して、前記遅延ループ手段を励振する励振信号を出力する励振手段と、
前記演算出力に基づいて、前記励振手段における前記入力信号の大きさが前記小信号入出力特性の領域から前記大信号入出力特性の領域に移行する直前において、前記遅延ループ手段の総遅延量を音高情報で決まる遅延量から変化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２】
前記遅延ループ手段は、前記励振信号の印加点を境に左右の遅延フィルタがループ接続されたものであり、前記各遅延フィルタは、タップ付き遅延線フィルタを有し、該タップ付き遅延線フィルタの少なくとも２つのタップ出力のそれぞれに重み付け係数が乗算されて合成された信号を出力し、
前記遅延量制御手段は、前記音高情報によって前記タップ付き遅延線フィルタの基準遅延量を決定するとともに、前記演算出力に基づいて前記タップ付き遅延線フィルタの前記重み付け係数を変化させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の楽音合成装置。
【請求項３】
遅延ループ手段と、
前記遅延ループ手段からのフィードバック信号および演奏情報の両者による演算出力に基づいた入力信号の大きさに応じて、小信号入出力特性と大信号入出力特性とに特性が変化する非線形特性を有して、前記遅延ループ手段を励振する励振信号を出力する励振手段と、
前記演算出力に基づいて、前記励振手段における前記入力信号の大きさが前記小信号入出力特性の領域から前記大信号入出力特性の領域に移行する直前において、前記演算出力に基づいて、前記遅延ループ手段の総遅延量を音高情報で決まる遅延量から変化させる遅延量制御手段、
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が記録された、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、自然楽器をモデリングした楽音合成装置および楽音合成用プログラムが記録された記録媒体に関するものである。
特に、擦弦楽器の発音機構に着目した楽音合成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自然楽器をモデリングして、自然楽器の音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。擦弦楽器をモデリングした場合、音高（ピッチ）情報と弓圧，弓速度等の演奏情報とを、操作子等を用いて入力する。あるいは、あらかじめ演奏情報を記憶しておく。これらの演奏情報に応じて、物理モデル音源のパラメータが変化し、自然楽器と同様な、あるいは、これを超えた音色および時変動をする楽音信号を合成することができる。
【０００３】
図４は、従来の擦弦楽器をモデリングした楽音合成装置のブロック構成図である。図４（ａ）は全体構成図、図４（ｂ）は非線形系の内部構成図である。
図４（ａ）において、４１，４５は遅延部、４２，４６はローパスフィルタ、４３，４７は係数乗算器、４４，４８，４９は加算器、５０は非線形系である。
加算器４４，４８は擦弦点に対応し、遅延部４１，ローパスフィルタ４２，係数乗算器４３は、擦弦点から弦の左端に到達しここで反射して再び擦弦点に戻る伝搬特性をモデル化した遅延フィルタである。このうち、ローパスフィルタ４２，係数乗算器４３は、弦の左端（弦の押弦点）での反射特性を表す。
【０００４】
一方、遅延部４５，ローパスフィルタ４２，係数乗算器４３は、擦弦点から弦の右端に到達しここで反射して、再び擦弦点に戻る伝搬特性をモデル化した遅延フィルタである。ローパスフィルタ４６，係数乗算器４７は、弦の右端（駒）での反射特性を表す。
上述した遅延部４１，４５等によって遅延ループが構成され、この遅延ループの遅延量に応じて弦の共振周波数が決まるので、音高(ピッチ)情報に応じて、遅延ループの総遅延量を制御する。この総遅延量は、遅延ループ内をループ信号が１周する時間であって、ループ信号のピッチ周期にほぼ等しい。以上が線形系を構成する。
これに対し、非線形系５０は、弓による弦の摩擦駆動をモデル化したものである。線形系の擦弦点から取り出された、左右両方向に伝搬する振動に対応する信号を加算器４９で合成し、これをフィードバック信号(FEEDBACK)とする。弓速度VB，弓圧PBを演奏情報として、これらに応じてフィードバック信号(FEEDBACK)を変更し、非線形系の励振信号として、再び、加算器４４，４８において線形系に戻している。
【０００５】
図４(b)に示す非線形系５０の内部構成において、２は加算器、３は非線形関数部、４はローパスフィルタ、５は係数乗算器である。
線形系からのフィードバック信号(FEEDBACK)は、加算器２において弓速度VBが減算され、非線形関数部３に出力される。非線形関数部３の出力はローパスフィルタ４，係数乗算器５を経て、励振信号(DRIVE)を生成し、線形系に返される。
非線形関数部３においては、フィードバック信号(FEEDBACK)と弓速度VBとの相対速度（FEEDBACK−VB）を入力信号として非線形変換を行う。その入出力特性は、弓圧FBによって制御される。
【０００６】
図中、非線形関数部３に記載した非線形関数の横軸は、加算器２の出力、すなわち、相対速度（FEEDBACK−VB）、縦軸は関数出力である。
０入力レベルを中心とする図示の−P＜（FEEDBACK−VB）＜＋Pの範囲の小信号入出力特性は、典型的には逆比例特性（負の傾斜をもった直線特性）である。弓と弦との間の静摩擦係数に支配される状態であり、弓の動きに応じた駆動力が弦に与えられるスティック状態（stick：くっついている）である。
一方、相対速度がこの入力範囲を超える領域での大信号入出力特性は、出力が急速に０に近づいてその後なだらかになる特性である。弓と弦との間にすべりが生じ、静摩擦係数よりも小さい動摩擦係数に支配される動きをするスリップ状態（slip：すべっている）となり、弓から弦に加わる駆動力が急速に低下する。弦は、弓の動きに応じて変位している状態から、急速に戻る方向の動きをしようとする。したがって、静摩擦係数で動く領域から動摩擦係数で動く領域に移行するタイミングの間隔が、弦に与える振動の駆動力の周期に関連する。
上述した２つの領域の境界である±Pは、弓圧FBによって変化させる。すなわち、弓圧FBが大きければすべりを起こし始める相対速度が大きくなる。
【０００７】
図４(a)に戻って説明する。励振信号(DRIVE)は、加算器４４から右側遅延部４５に印加されるとともに、加算器４８から左側遅延部４１に印加される。
ミキサ５１は、一例として、係数乗算器４３の出力から遅延ループ信号の右方向の進行波成分を、係数乗算器４７の出力から遅延ループ信号の左方向の反射波成分を、さらに、非線形系５０の出力から励振信号(DRIVE)を取り出し、それぞれに、重み付けを付けてミキシングを行い、その出力を、図示しない共鳴効果付与部に出力する。なお、遅延ループからフィードバック信号を取り出す箇所、および、この取り出し箇所の数は任意でよく、また、励振信号(DRIVE)を取り出すかどうかの選択も任意でよい。
【０００８】
上述した楽音合成装置において、自然楽器の弦は、遅延部４１，４５とローパスフィルタ４２，４６と係数乗算器４３，４７のループゲインでモデル化されている。
ここで、遅延部４１，４５を用いる根拠は、次の(1)式で与えられる弦の自由振動の波動方程式の解が、伝搬速度ｃを定数と見なした、次の(2)式で与えられることにある。
【数１】
0003799982.tif 000002
【数２】
0003799982.tif 000003
上述した(2)式は、波（弦の変位）が一定速度で両方向に進行することを示している。
【０００９】
一方、弦の速度（弦の変位の時間変化量）は、次の(3)式で与えられる。
【数３】
0003799982.tif 000004
物理モデル音源では、実際に遅延フィルタを流れる信号を弦の速度に対応させているので、弦の速度を評価すべきである。しかし、(3)式も、(2)式と同様に、波（弦の速度）も速度一定で進行することを示しているので、結果としては同じである。
【００１０】
さて、自然楽器としての擦弦楽器では、弓に擦られることによって弦が伸縮している。そのため、演奏中は弦の張力Ｔは絶えず変化している。
一方、波の伝搬速度ｃは、理論的に次の(4)式で与えられる。
【数４】
0003799982.tif 000005
すなわち、弦の線密度ρが一定であれば、張力Ｔが大きいほど伝搬速度ｃが大きくなることがわかる。
したがって、自然楽器としての擦弦楽器の弦を伝わる波の伝搬速度は、演奏中に絶えず変化していることがわかる。
なお、張力Ｔが大きくなって弦が伸びると、波が伝搬するループが長くなるが、弦の長さに対する弦の伸びが小さい通常の場合は、伝搬距離の伸びの影響は無視できる。
【００１１】
また、仮に線密度ρが一定でないとした場合を考える。一般に、弦の伸び（平衡状態からの長さの変化）は、張力Ｔに対して単調に大きくなる。すなわち、弦は、張力Ｔが大きくなるほど伸びる。一方、弦が伸びると線密度ρが小さくなる。したがって、線密度ρが一定でないとした場合の方が、伝搬速度ｃは大きな値を示すことになる。
しかしながら、従来の物理モデル音源における楽音信号の合成方法では、波の伝搬速度を一定とした弦モデルを用いていた。
【００１２】
【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、擦弦楽器の弦の張力変化を考慮してモデル化した楽音合成装置および楽音合成プログラムが記録された記録媒体を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、請求項１に記載の発明においては、楽音合成装置において、遅延ループ手段と、前記遅延ループ手段からのフィードバック信号および演奏情報の両者による演算出力に基づいた入力信号の大きさに応じて、小信号入出力特性と大信号入出力特性とに特性が変化する非線形特性を有して、前記遅延ループ手段を励振する励振信号を出力する励振手段と、前記演算出力に基づいて、前記励振手段における前記入力信号の大きさが前記小信号入出力特性の領域から前記大信号入出力特性の領域に移行する直前において、前記遅延ループ手段の総遅延量を音高情報で決まる遅延量から変化させる遅延量制御手段を有するものである。
弦の張力変化により弦を伝搬する波の速度が変化する。励振信号を出力するための、演算出力に基づいて弦を伝搬する波の速度を推定し、その推定値に応じて遅延ループの遅延量を変化させることにより、擦弦楽器の弦の張力変化を考慮したモデル化ができる。
この擦弦楽器モデルにおいて、弦を伝搬する波の速度変化を推定するための具体的な手段を提供することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明においては、請求項１に記載の楽音合成装置において、前記遅延ループ手段は、前記励振信号の印加点を境に左右の遅延フィルタがループ接続されたものであり、前記各遅延フィルタは、タップ付き遅延線フィルタを有し、該タップ付き遅延線フィルタの少なくとも２つのタップ出力のそれぞれに重み付け係数が乗算されて合成された信号を出力し、前記遅延量制御手段は、前記音高情報によって前記タップ付き遅延線フィルタの基準遅延量を決定するとともに、前記演算出力に基づいて前記タップ付き遅延線フィルタの前記重み付け係数を変化させるものである。
したがって、遅延ループの遅延量を容易に制御することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明においては、楽音合成プログラムが記録された、コンピュータ読み取り可能な記録媒体において、遅延ループ手段と、前記遅延ループ手段からのフィードバック信号および演奏情報の両者による演算出力に基づいた入力信号の大きさに応じて、小信号入出力特性と大信号入出力特性とに特性が変化する非線形特性を有して、前記遅延ループ手段を励振する励振信号を出力する励振手段と、前記演算出力に基づいて、前記励振手段における前記入力信号の大きさが前記小信号入出力特性の領域から前記大信号入出力特性の領域に移行する直前において、前記遅延ループ手段の総遅延量を音高情報で決まる遅延量から変化させる遅延量制御手段、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が記録されたものである。
したがって、請求項１に記載の楽音合成装置の機能をコンピュータで実現させるためのプログラムを提供することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態の非線形系のブロック構成図である。楽音合成装置の全体構成は、図４を参照して説明した従来と同様の構成である。
図中、図４と同様な部分には同じ符号を付して説明を省略する。
１は非線形系、６はローパスフィルタ、７は絶対値化部、８は単位遅延器、９は加算器、１０は伝搬速度の差分出力部、１１は乗算器、１２は係数乗算器である。
この実施の形態は、弓で弦を擦るときに、弦の張力が変化する発音機構を、従来の擦弦楽器の物理モデルに組み込んだものである。運弓の情報、例えば、弓速度VBに基づいて、弦における波の伝搬速度を推定し、推定された伝搬速度に応じて、線形系の遅延ループの遅延量（遅延時間）を、音高情報で決まる遅延量から変化させるという楽音合成法を採用したものである。
【００１８】
従来技術の説明で述べたように、弦の張力Ｔ、あるいは、弦の伸びがわかれば、伝搬速度が推定可能であり、遅延ループの遅延量を制御することができる。しかし、従来の物理モデル音源では、弦の張力あるいは弦の伸びを知ることは困難である。
自然楽器において、弦の横波が弦の両端を往復しているときに、弓で弦を擦ると、弦が弓にくっついて弓と同じ方向に動くスティック状態から、弦が弓から外れて逆方向にすべるスリップ状態に変化する直前で、弦の張力および弦全体の伸びが大きくなると推定される。
本発明では、この推定の下で、従来の楽音合成装置において、上述した式(4)を用いて伝搬速度を推定した。
【００１９】
図２は、本発明の実施の一形態における、伝搬速度の平衡状態からの差分値を説明するための線図である。
図２(a)は、弓と弦の相対速度に対する、伝搬速度の平衡状態からの差分値を示す線図である。物理モデルにおいて、弓と弦の相対速度は、線形系からのフィードバック信号(FEEDBACK)と弓速度VBとの相対速度との差（FEEDBACK−VB）に相当する。
図２(b)は、同じく弓と弦の相対速度（FEEDBACK−VB）に対する、非線形関数部３の出力である。図２(a)，(b)は、横軸のスケールを一致させている。
図２(a)に示した関数の入出力特性は、あらかじめ記憶しておいたルックアップテーブルの読み出し、あるいは、演算で実現してもよいし、両者を併用して実現してもよい。
【００２０】
従来の擦弦楽器の物理モデル音源において、非線形系で用いていた関数は、図２(b)に再掲したように、弓と弦の相対速度の絶対値がPを超えれば、大信号入出力特性の領域となって、弓はスリップして動摩擦特性を示す。相対速度の絶対値がP以内なら、小信号入出力特性の領域となって、弓はスティック状態にあり、静止摩擦特性を示す、という特性を反映したものである。
本発明の実施の一形態では、同様の非線形関数を用いることを前提にしている。その上で、スティック状態からスリップ状態へと切り替わる直前において、張力の変化および弦の伸びにより、伝搬速度が大きくなることをシミュレートする。
【００２１】
図２(a)に示すように、弓と弦の相対速度、物理モデルでは、相対速度信号（FEEDBACK−VB）、の絶対値が増加して、Pの近傍に近づくと、伝搬速度の差分値は、急上昇し、絶対値がPを超えると、直ちに、あるいは急激に０に戻るような特性とする。
ここで、伝搬速度の差分値とは、弦の伸びがないときの波の伝搬速度からの差を意味する。言い替えれば、この関数の出力が０であれば、音高情報に応じた通常の伝搬速度と同じであり、出力がプラスの値であれば、通常の伝搬速度より早いことを意味する。
【００２２】
再び、図１に戻って説明を続ける。
加算器２において、フィードバック信号(FEEDBACK)から弓速度VBが減算されて相対速度信号（FEEDBACK−VB）が出力される。この相対速度信号は、従来と同様に、非線形関数部３において、非線形関数（摩擦関数）によって変換され、ローパスフィルタ４を経て、係数乗算器５で適当なゲインを乗算されて、従来通りの非線形の出力となって線形系に出力される。
【００２３】
上述した相対速度信号は、また、ローパスフィルタ６を通って絶対値化部７において絶対値化される。ローパスフィルタ６は、その入力信号をスムージングして相対速度の大局的な動きを抽出して、リップルや不安定要素を除くために設けられたものである。
絶対値化された相対速度信号は、加算器９において、単位遅延器８の出力が減算されて、相対速度信号の絶対値の差分値となる。
【００２４】
伝搬速度の差分出力部１０は、上述した絶対値の差分値の極性を判定条件として、絶対値の差分値が正であれば、すなわち、相対速度信号の絶対値が増加しているときは、図２(a)に示した特性に対応する伝搬速度の差分値を出力する。
一方、絶対値の差分値が負であれば、すなわち、相対速度信号の絶対値が減少しているときには、０の差分値を出力する。このとき、伝搬速度は従来の伝搬速度と等しい。
ここで、相対速度信号の絶対値の差分値の正負の判定は、状態の変化が、スティックからスリップなのか、スリップからスティックなのかを判定していることに対応する。上述した判定により、スリップからスティックへの逆方向の移行のときには、伝搬速度の差分値を０にする。
【００２５】
相対速度信号は、また、乗算器１１において係数（１／P）が乗算されて、伝搬速度の差分出力部１０の入力信号となる。伝搬速度の差分出力部１０の左側の入出力特性は、入力の絶対値が１となる直前の領域で正の差分値を出力する特性としている。そのため、あらかじめ乗算器１１で入力値を（１／P）にすることにより、図２（ａ）に示された特性と同じ特性の出力を得て、係数乗算器１２を経て、伝搬速度の差分推定値が出力される。
【００２６】
次に、伝搬速度の差分の推定値を、どのように線形系に適用して合成音に反映させるかを説明する。
図３は、本発明の実施の一形態において、線形系の遅延ループを構成する、左右の遅延フィルタの一方のブロック構成図である。
すなわち、図４における、遅延部４１、ローパスフィルタ４２、係数乗算器４３からなる左側の遅延フィルタ、遅延部４５、ローパスフィルタ４６、係数乗算器４７からなる右側の遅延フィルタの一方である。
【００２７】
図３(a)ないし図３(e)は、複数の具体例を示したものである。
図中、ハッチングが施された機能素子のパラメータを、図１の非線形系１から出力される伝搬速度の差分推定値によって変化させる。
具体的には、大別して、次のような方法がある。
推定された伝搬速度に応じて、
(1)遅延部の遅延量を変える、
(2)タップ付き遅延線フィルタを用い、最終段のタップ出力と中間段のタップ出力との信号合成比（重み付け係数）を変える、
(3)タップ付き遅延線フィルタを用い、中間タップの位置を変える、
という方法がある。上述した(2)，(3)の方法は、上述した(1)において、遅延部としてタップ付き遅延線フィルタを用いた場合の、具体例ということもできる。
いずれの場合も、伝搬速度が大きくなると、擦弦点で生じた波が擦弦点に戻ってくるまでの時間が短くなるので、遅延量（遅延時間）を短くしている。
【００２８】
より具体的には、図３を参照して例示するように、さらに細分化される。
図３(a)は、上述した(1)に該当するものである。２１は遅延部であり、遅延量をＬ0とする。なお、ローパスフィルタ２２においても信号遅延があるが、この遅延量を差し引いて遅延部２１の遅延量を設定する。
図１に示した構成によって推定された伝搬速度に応じて、遅延部２１の最終タップ（out）までの遅延量Ｌ0を変える。
まず、平衡状態における伝搬速度に応じて遅延量Ｌ0を基準値に設定し、図１に示した非線形系から出力される伝搬速度の差分推定値に応じて、遅延量Ｌ0を基準値よりも短くする。
【００２９】
図４を参照して既に説明したように、遅延ループの遅延量は、左右の遅延フィルタの遅延量の合計となり、この値が合成される楽音の音高情報に対応する。そのため、推定された伝搬速度に応じて遅延線フィルタ２１の遅延量Ｌ0を変えるときに、左右の遅延部への遅延量の配分が問題となる。
単純に２つの遅延部に分配する場合には、遅延ループの遅延量の短縮遅延量（Δｔ）を等分割して、それそれの遅延量を決めればよい。
しかし、左右の遅延量の比（配分比）に応じて、第１の励振信号入力点である加算器４８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４４に戻るまでの左側総遅延量と、加算器４４から右側に進行するループ信号が加算器４８に戻るまでの右側総遅延量との配分比が決定される。
上述した配分比は、楽音合成装置が生成する楽音の倍音構造、言い替えれば、音色傾向を決定する基本的要素の１つである。したがって、音色の変化を少なくするためには、上述した配分比をほぼ一定に保つことを条件として遅延量の制御を行う必要がある。
【００３０】
したがって、遅延ループの遅延量が、左右２つの遅延部へ所定の比率で配分されているときに、短縮する遅延量についても同じ比率で配分することが好ましい。
すなわち、遅延線フィルタの遅延量とローパスフィルタによる実質的な遅延量との和を、片側でＤshortとし、もう一方の側でＤlongとしたとき、
上述した片側で短縮する遅延量を、
Δｔ×Ｄshort／（Ｄshort＋Ｄlong）、
上述したもう一方の側で短縮する遅延量を、
Δｔ×Ｄlong／（Ｄshort＋Ｄlong）とする。
このようにすれば、擦弦点で２つに分けられた弦の実質的な総遅延量の比を、伝搬速度の変化によらず一定に保つことができる。
【００３１】
遅延部４１を実現する手段は、具体的には、シフトレジスタ、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、タップ付き遅延線フィルタのようなハードウエア構成で実現される。
あるいは、他の構成とともに、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）または汎用ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、レジスタやメモリを用いて、ソフトウエアプロラムで実現される。ローパスフィルタ２２、係数増幅器２３は、図４に示したローパスフィルタ４２，４６、係数増幅器４３，４７と同様なものである。
【００３２】
図３(b)は、上述した、(2)最終段のタップ出力と中間段のタップ出力との信号合成比を変える場合の一例である。
図中、図３(a)と同様な部分には同じ符号を付している。２４はタップ付き遅延線フィルタ、２５，２６，２８，２９は係数乗算器、２７，３０は加算器である。
タップ付き遅延線フィルタ２４は、ディジタルフィルタの一種で、ディジタルデータをサンプリングクロックのタイミングで入力するとともに、順次、複数段の単位遅延器をシフトさせ、最終段のタップ出力を含む任意の段のタップ出力から、遅延した入力信号を、そのまま、あるいは係数を乗算して出力するものである。
【００３３】
タップ付き遅延線フィルタ２４の最終段タップ（out）の出力が係数乗算器２５によってゲイン調整された信号と、タップ付き遅延線フィルタ２４の最終段から１段前のタップ（tap1）出力が係数乗算器２６によってゲイン調整された信号とは、加算器２７において合成され、係数乗算器２８によってゲイン調整されて、加算器３０に出力される。一方、タップ付き遅延線フィルタ２４の途中のタップ（tap2）出力は、係数乗算器２９によってゲイン調整されて加算器３０に出力される。タップ付き遅延線フィルタ２４の途中段のタップ（tap2）は、伝搬速度が最大となるときに対応する遅延量の短縮時間が実現できる中間段にあらかじめ設定されている。加算器３０の出力は、ローパスフィルタ２２に出力される。
【００３４】
まず、平衡状態における伝搬速度において、発音される楽音の音高情報に対応した遅延量となるように、タップ付き遅延線フィルタ２４の最終段の段数を設定するとともに、係数乗算器２５，２６のゲインＧo1，Ｇt1（０≦Ｇo1，Ｇt1≦１，Ｇo1＋Ｇt1＝１）を調整する。ここで、最終段の出力と、最終段の１段前のタップ出力とを重み付け合成しているのは、タップ付き遅延線フィルタ２４の最終段までの段数を設定するだけでは、単位遅延量の整数倍の遅延量しか設定できないために、音高情報に対応した遅延量に正確に一致した値に設定できないからである。そこで、上述した重み付け合成において、それぞれのゲインＧo1，Ｇt1を調整することによって、単位遅延量未満の精度で遅延量が設定できる。
次に、係数乗算器２８，２９のゲインＧo2，Ｇt2（０≦Ｇo2，Ｇt2≦１，Ｇo2＋Ｇt2＝１）を、図１に示した構成によって出力される伝搬速度の差分推定値に応じて制御することにより、遅延部全体の遅延量を音高情報に応じた基準値よりも短縮する。
【００３５】
図３(c)は、図２(b)の重み付け合成部分を簡略化したものであって、図３(b)と同様な部分には同じ符号を付している。
３１，３２は係数乗算器である。タップ付き遅延線フィルタ２４の最終段のタップ（out）の出力が係数乗算器３１によってゲイン調整された信号と、タップ付き遅延線フィルタ２４の途中タップ（tap3）の出力が係数乗算器３２によってゲイン調整された信号とが、加算器３０に出力される。この途中段のタップ（tap3）の位置は、伝搬速度が設計上最大となるときに対応する遅延量の短縮が実現できる段にあらかじめ設定してある。
この具体例では、タップ付き遅延線フィルタ２４の最終段の段数の設定と、係数乗算器３１，３２のゲインＧo3，Ｇt3（０≦Ｇo3，Ｇt3≦１，Ｇo3＋Ｇt3＝１）の調整とによって、音高情報に対応した基準遅延量の設定をする。それとともに、伝搬速度の差分推定値に応じた遅延量の制御を行う。
【００３６】
図３(d)は、図３(c)の特別な場合の構成である。途中段の特定のタップ（tap3）を、最終段から１段前のタップ（tap1）にしたものである。最終段のタップ（out）の出力が係数乗算器３３によってゲイン調整された信号と、１段前のタップ（tap1）の出力が係数乗算器３４によってゲイン調整された信号とは、加算器２７において合成される。
タップ付き遅延線フィルタ２４の最終段の段数の設定と、係数乗算器３３，３４のゲインＧo4，Ｇt4（０≦Ｇo4，Ｇt4≦１，Ｇo4＋Ｇt4＝１）とによって、音高情報に対応した基準遅延量の設定をする。それとともに、伝搬速度の差分推定値に応じた遅延量の制御を行う。伝搬速度が最大となるときに対応する遅延量の短縮時間が１サンプルタイミングよりも短い場合に制御が可能である。しかし、音高情報に応じた遅延量を設定したときのゲインＧo4，Ｇt4の値によっては、伝搬速度の差分推定値に応じた遅延量の制御が不可能になる場合もある。
【００３７】
図３(e)は、上述した、推定された伝搬速度に応じて、(3)タップの位置を変える場合の一例である。
図中、図３(a)，図３(b)と同様な部分には同じ符号を付して説明を省略する。３５，３６は係数乗算器である。最終段のタップ（out）の出力が係数乗算器３５によってゲイン調整された信号と、途中段のタップ（tap5）の出力が係数乗算器３６によってゲイン調整された信号とが加算器３０において合成される。
この具体例では、係数乗算器３５，３６のゲインＧo5，Ｇt5（０≦Ｇo5，Ｇt5≦１，Ｇo5＋Ｇt5＝１）の比をあらかじめ決めておき、最終段の段数の設定と中間タップ（tap5）の位置Ｌtの設定とによって、音高情報に対応した遅延量、および、伝搬速度の差分推定値に応じた遅延量の制御とを行うものである。
【００３８】
この他の例としては、図３(b)において、係数乗算器２８，２９のゲインＧo2，Ｇt2（０≦Ｇo2，Ｇt2≦１，Ｇo2＋Ｇt2＝１）の比をあらかじめ決めておき、タップ（tap2）の位置により伝搬速度の差分推定値に応じた遅延量の制御を行うこともできる。しかし、このままでは、差分推定値に応じた遅延量の制御が、単位遅延時間以内の精度ではできなくなる。そのため、結局、係数乗算器２８，２９のゲイン制御を併用する必要がある。同様にして、図３(c)においても、タップ（tap3）の位置により伝搬速度の差分推定値に応じた遅延量の制御を行うことができる。
【００３９】
図３(b)ないし図３(e)を参照した説明では、遅延ループの一方側の遅延部について説明したが、図３(a)において説明したように、伝搬速度の差分推定値に応じた遅延量を左右に配分する。
上述した説明では、張力の変化および弦の長さが平衡状態から増加し、伝搬速度が平衡状態よりも速くなることを前提としてモデル化し、タップ付き遅延線フィルタの遅延量が短くなるように制御した。
しかし、自然楽器の擦弦楽器の特性を離れてもよい。フィードバック信号と弓速度との相対速度に基づいて、音高情報に応じて決まる遅延量から遅延量が長くなるように制御して、自然楽器の擦弦楽器では出せないような音色の楽音を合成してもよい。この場合、音高情報に応じた平衡状態のときの遅延量を得る段よりも遅れる段のタップ出力を用いて、伝搬速度の差分推定値に応じた遅延量を制御すればよい。
また、上述した説明では、フィードバック信号と弓速度との相対速度信号で遅延量を制御したが、フィードバック信号と任意の演奏情報とを任意の演算式を用いて演算して遅延量を制御しても、自然楽器の擦弦楽器では出せないような音色の楽音を合成することができる。
【００４０】
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、ディジタルアナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）を備えたコンピュータの汎用ＣＰＵ(Central Processing Unit)を、楽音合成装置として機能させることもできる。
合成された楽音信号は、ドライバを介してＤ／Ａ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）等の記録媒体によって供給されたり、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たりして、汎用コンピュータのハードディスクにインストールされる。あるいは、メモリチップに書き込まれて供給される。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は、上述した説明から明らかなように、擦弦楽器の弦の張力変化を考慮に入れてモデル化したため、擦弦楽器らしいリアルな音や、自然楽器にはない音を合成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の一形態の非線形系のブロック構成図である。
【図２】  本発明の実施の一形態における、伝搬速度の平衡状態からの差分値を説明するための線図である。
【図３】  本発明の実施の一形態において、遅延ループを構成する、左右の遅延部の一方のブロック構成図である。
【図４】  従来の擦弦楽器をモデリングした楽音合成装置のブロック構成図である。
【符号の説明】
１…非線形系、２、９…加算器、３…非線形関数部、４，６…ローパスフィルタ、５，１２…係数乗算器、７…絶対値化部、８…単位遅延器、１０…伝搬速度の差分出力部、１１…乗算器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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