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JP2824555B2 - Sound pressure estimation device - Google Patents

Sound pressure estimation device

Info

Publication number
JP2824555B2
JP2824555B2 JP6133179A JP13317994A JP2824555B2 JP 2824555 B2 JP2824555 B2 JP 2824555B2 JP 6133179 A JP6133179 A JP 6133179A JP 13317994 A JP13317994 A JP 13317994A JP 2824555 B2 JP2824555 B2 JP 2824555B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sound pressure
estimating
sound
change
wave signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP6133179A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH086564A (en
Inventor
整治 足立
Original Assignee
株式会社エイ・ティ・アール人間情報通信研究所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社エイ・ティ・アール人間情報通信研究所 filed Critical 株式会社エイ・ティ・アール人間情報通信研究所
Priority to JP6133179A priority Critical patent/JP2824555B2/en
Publication of JPH086564A publication Critical patent/JPH086564A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2824555B2 publication Critical patent/JP2824555B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Electrophonic Musical Instruments (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、音圧推定装置に関
し、特に、管状の楽器の音を合成するために音圧を推定
することができるような音圧推定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sound pressure estimating device, and more particularly to a sound pressure estimating device capable of estimating a sound pressure for synthesizing a sound of a tubular musical instrument.

【0002】[0002]

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従来
より、自然楽器の発音モデルをDSP(ディジタルサウ
ンドプロセッサ)などを用いてシミュレートすることに
よって楽音を合成する技術が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a technique of synthesizing a musical tone by simulating a sound model of a natural musical instrument using a DSP (Digital Sound Processor) or the like.

【0003】図21は、従来の楽音合成で必要な音圧推
定装置(物理モデル音源)の概略ブロック図である。
FIG. 21 is a schematic block diagram of a conventional sound pressure estimating device (physical model sound source) required for tone synthesis.

【0004】図21を参照して、音圧推定装置(物理モ
デル音源)1は、非線形演算部3と、線形演算部5とを
含む。非線形演算部3は、管楽器におけるリード(唇)
部をシミュレートする。線形演算部5は、管楽器におけ
る線形部分である共鳴管をシミュレートする。非線形演
算部3は、演奏者の吹奏圧を示す吹奏圧信号preと、
演奏者の唇の緊張度を示すをアンブシュア(embouchur
e) 信号embとが入力される。そして、非線形演算部
3は、線形演算部5に圧力進行波信号po を出力する。
線形演算部5は入力された圧力進行波信号po に基づい
て圧力反射信号p i を非線形演算部3に出力する。した
がって、非線形演算部3は、アンブシュア信号embお
よび吹奏圧信号preのみならず、圧力反射波信号pi
に基づいて進行波信号po を出力する。
Referring to FIG. 21, a sound pressure estimation device (physical model)
The Dell sound source 1 includes a nonlinear operation unit 3 and a linear operation unit 5
Including. The non-linear operation part 3 is a lead (lip) in a wind instrument.
Simulate the part. The linear operation unit 5 is used for wind instruments.
Simulate the resonant tube, which is a linear part. Non-linear performance
The arithmetic unit 3 generates a blowing pressure signal pre indicating the blowing pressure of the player,
Embouchur showing the lips tension of the performer
e) The signal emb is input. And a non-linear operation unit
3 indicates to the linear operation unit 5 that the pressure traveling wave signal poIs output.
The linear operation unit 5 receives the input pressure traveling wave signal p.oBased on
Pressure reflection signal p iIs output to the nonlinear operation unit 3. did
Accordingly, the non-linear operation unit 3 outputs the embouchure signal emb and
And not only the blowing pressure signal pre but also the pressure reflected wave signal pi
Based on the traveling wave signal poIs output.

【0005】非線形演算部3および線形演算部5によっ
て発振回路が形成され、ディジタルアナログコンバータ
(図面ではDAC)7が圧力波信号などを抽出してアナ
ログ信号に変換し、楽音信号として出力していた。
An oscillating circuit is formed by the non-linear operation unit 3 and the linear operation unit 5, and a digital-to-analog converter (DAC in the drawing) 7 extracts a pressure wave signal or the like, converts it into an analog signal, and outputs it as a tone signal. .

【0006】特に線形演算部5は、遅延回路、ローパス
フィルタなどを含んでいる。遅延回路は、管楽器の共鳴
管内における圧力波の伝搬遅延をシミュレートするため
のものである。ローパスフィルタは、共鳴管内における
圧力波の伝搬損失をシミュレートするものである。ロー
パスフィルタは、実際の楽器の音にシミュレートされた
音を近づけるために近似を行なうために用いられてい
た。
In particular, the linear operation section 5 includes a delay circuit, a low-pass filter, and the like. The delay circuit simulates a propagation delay of the pressure wave in the resonance tube of the wind instrument. The low-pass filter simulates the propagation loss of the pressure wave in the resonance tube. Low-pass filters have been used to make approximations to bring the simulated sound closer to the actual instrument sound.

【0007】しかしながら、ローパスフィルタを用いた
近似では、精度の限界があった。一方、Helmhol
tzによる先駆的な管楽器発音の研究を出発点として、
クラリネットを代表する木管楽器、および金管楽器発音
に関する非線形性を採り入れた研究がこれまでになされ
ている。これによって、楽器および演奏者との協調とし
て理解されるべき発音条件などが詳しく調べられるよう
になった。しかしながら、より強い非線形性が関与する
実際の発音時の波形を求めるためには、これらの研究で
用いられた非線形項を級数展開する方法では不十分であ
る。すなわち、モデル化された方程式系を数値計算法を
用いて解く必要がある。
However, approximation using a low-pass filter has a limit in accuracy. On the other hand, Helmhol
Starting from the study of pioneering wind instrument pronunciation by tz,
Studies have been made to incorporate nonlinearities in woodwind and brass pronunciations that represent the clarinet. As a result, the pronunciation conditions and the like that should be understood as coordination with the musical instrument and the player can be examined in detail. However, the method of series expansion of the nonlinear term used in these studies is not enough to obtain a waveform at the time of actual sound generation in which stronger nonlinearity is involved. That is, it is necessary to solve the modeled equation system using a numerical calculation method.

【0008】このような数値計算法を用いた方法は、た
とえば“Ab Initio Calculations of the Oscillations
of a Clarinet”Acustica 48 71-85(1981) でR.T.
Schumacherによって提案された。Schum
acherは、クラリネットに数値計算法を適用して自
然楽器に見られる発音波形を十分によく近似する結果を
得た。その方法について説明する。
A method using such a numerical calculation method is described in, for example, “Ab Initio Calculations of the Oscillations”.
of a Clarinet "Acustica 48 71-85 (1981).
Proposed by Schumacher. Schum
Acher applied the numerical calculation method to the clarinet and obtained a result that sufficiently approximated the sounding waveform seen in natural musical instruments. The method will be described.

【0009】楽器の特性は入力インピーダンスZinで表
わされる。音の反射を示す反射関数r(t)は、第
(1)式に示されるrhat の逆フーリエ変換で定義され
る。第(2)式に示されるように、反射関数r(t)が
用いられることで、音圧p(t)と体積速度U(t)が
効率よく数値計算される。ただし、第(2)式におい
て、Zc は特性インピーダンスである。
A characteristic of a musical instrument is represented by an input impedance Z in . The reflection function r (t) indicating the reflection of sound is defined by the inverse Fourier transform of r hat shown in Expression (1). As shown in Expression (2), the sound pressure p (t) and the volume velocity U (t) are efficiently numerically calculated by using the reflection function r (t). However, in the equation (2), Zc is a characteristic impedance.

【0010】第(2)式で用いられる反射関数r(t)
は、楽器にパルス音圧進行波が入射されたときに観測さ
れる音圧反射波を表わしている。反射関数r(t)は、
自然楽器の共鳴特性に忠実であることが望まれる。
The reflection function r (t) used in equation (2)
Represents a sound pressure reflected wave observed when the pulse sound pressure traveling wave is incident on the musical instrument. The reflection function r (t) is
It is desired to be faithful to the resonance characteristics of natural musical instruments.

【0011】しかしながら、実際の自然楽器形状からま
たは測定から得られる楽器入力インピーダンスZinが用
いられて、反射関数r(t)がディジタル計算された場
合には、しばしば因果律が破れる。因果律の破れとは、
t<0で、反射関数r(t)が有限の値を持つことであ
る。このような場合には、因果律の破れた反射関数r
(t)は直接第(2)式に用いられない。それは、第
(2)式の積分区間が0から∞であるためである。した
がって、Schumacherは、因果律の破れない場
合に仮定して、第(2)式によるシミュレーションを行
なっていた。同様に、“Physical Modeling of Wind In
struments ”Compt. Music J. 16 No. 4 57-73(1992)で
提案されているように、D.H.Keefeによって
も、反射関数r(t)が自然楽器の楽器入力インピーダ
ンスZinから計算せずに、因果律を満たすすなわち、t
<0でr(t)=0が満たされるような簡略化された模
式的な反射関数r(t)が仮定されて第(2)式による
シミュレーションが行なわれていた。その結果、反射関
数の因果律が破れる場合には、自然楽器からの発せられ
る楽音に近い音色が得られなかった。
However, when the reflection function r (t) is digitally calculated using the musical instrument input impedance Z in obtained from the actual natural musical instrument shape or from the measurement, the causality is often broken. Causality violation
At t <0, the reflection function r (t) has a finite value. In such a case, the causally broken reflection function r
(T) is not directly used in equation (2). This is because the integration interval of the equation (2) is from 0 to ∞. Therefore, Schumacher simulated by the formula (2), assuming that the causality was not violated. Similarly, “Physical Modeling of Wind In
Music J. 16 No. 4 57-73 (1992), the reflection function r (t) is also calculated from the instrument input impedance Z in of a natural instrument, as proposed in DH Keefe. Without causality, ie, t
The simulation according to the equation (2) has been performed assuming a simplified schematic reflection function r (t) such that r (t) = 0 is satisfied when <0. As a result, when the causality of the reflection function is broken, a tone close to a musical tone emitted from a natural musical instrument cannot be obtained.

【0012】ゆえに、本発明は、上記のような問題を解
決し、自然楽器から発せられる楽音を合成するために音
圧を精度よく推定することができるような音圧推定装置
を提供することである。
Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems and provides a sound pressure estimating apparatus capable of accurately estimating a sound pressure for synthesizing a musical tone emitted from a natural musical instrument. is there.

【0013】[0013]

【数2】 (Equation 2)

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】この発明の1つの局面に
従うと、音圧推定装置は、その一端付近に内部断面形状
の変化がある管状の楽器の音を合成するために音圧を推
定する音圧推定装置であって、内部断面形状の変化によ
って生じる音圧を推定する推定手段を備える。推定手段
は、一端に流入されるべき流体の流量変化を推定する流
量変化推定手段と、推定された流量変化に基づいて内部
断面形状の変化に応じた音圧を推定する音圧推定手段と
を備える。音圧推定手段は、推定された流量変化を表わ
す信号に所定の係数を乗算し、その信号を順次遅延させ
るとともに音の反射を表わす第(3)式の反射関数r
causal(t)の所定の値を乗算する複数の遅延段
と、係数が乗算された信号および各遅延段の出力を加算
して推定された音圧を表わす信号として出力するととも
に、係数が乗算された信号を推定された音圧を表わす信
号に加算して各遅延段に出力するループ手段とを含む。
According to one aspect of the present invention, a sound pressure estimating apparatus estimates a sound pressure in order to synthesize a sound of a tubular musical instrument having a change in internal cross-sectional shape near one end thereof. The sound pressure estimating device includes an estimating means for estimating a sound pressure caused by a change in an internal cross-sectional shape. The estimating means includes a flow rate change estimating means for estimating a flow rate change of a fluid to be flowed into one end, and a sound pressure estimating means for estimating a sound pressure according to a change in the internal cross-sectional shape based on the estimated flow rate change. Prepare. The sound pressure estimating means multiplies the estimated signal representing the change in the flow rate by a predetermined coefficient, sequentially delays the signal, and reflects the reflection function r of the formula (3) representing the reflection of sound.
A plurality of delay stages for multiplying a predetermined value of causal (t), a signal multiplied by a coefficient and an output of each delay stage are added to output as a signal representing an estimated sound pressure, and the coefficient is multiplied. And a loop means for adding the calculated signal to the signal representing the estimated sound pressure and outputting the signal to each delay stage.

【0015】この発明のもう1つの局面に従うと、音圧
推定装置は、その一端付近に内部断面形状の変化がある
管状の楽器の音を合成するために音圧を推定する音圧推
定装置であって、内部断面形状の変化によって生じる音
圧を推定する推定手段を備える。推定手段は、一端に流
入されるべき流体の流量変化に基づいて音圧の進行波を
表わす音圧進行波信号を求めて出力する進行波信号出力
手段と、出力された音圧進行波信号に基づいて音圧の反
射波を表わす音圧反射波信号を求めて出力する反射波信
号出力手段と、進行波信号出力手段および反射波信号出
力手段の出力を加算して音圧を求める第1の加算手段と
を備える。反射波信号出力手段は、進行波信号出力手段
の進行波信号を順次遅延させるとともに音の反射を表わ
す第(3)式の反射関数rcausal(t)の所定の
値を乗算する複数の遅延段と、各遅延段の出力を加算し
て反射波信号として出力する第2の加算手段とを含む。
According to another aspect of the present invention, a sound pressure estimating device is a sound pressure estimating device for estimating a sound pressure in order to synthesize a sound of a tubular musical instrument having a change in internal cross-sectional shape near one end thereof. And estimating means for estimating a sound pressure caused by a change in the internal cross-sectional shape. The estimating means is a traveling wave signal output means for obtaining and outputting a sound pressure traveling wave signal representing a traveling wave of sound pressure based on a change in the flow rate of the fluid to be flowed into one end, and A reflected wave signal output means for calculating and outputting a sound pressure reflected wave signal representing a reflected wave of sound pressure, and a first sound for obtaining sound pressure by adding outputs of the traveling wave signal output means and the reflected wave signal output means. Adding means. The reflected wave signal output means sequentially delays the traveling wave signal of the traveling wave signal output means and multiplies the predetermined value of the reflection function rcausal (t) of the expression (3) representing sound reflection. And second adding means for adding the outputs of the respective delay stages and outputting as a reflected wave signal.

【0016】この発明のさらにもう1つの局面に従う
と、音圧推定装置は、その一端付近に内部断面形状の変
化がある管状の楽器の音を合成するために音圧を推定す
る音圧推定装置であって、一端に流入されるべき流体の
流量変化U(t)と内部断面形状の変化に応じた音圧p
(t)との関係によって導かれる音の反射を表わす反射
関数r(t)が時間t<0で有限の値を有することに応
じて、反射関数r(t)を第(3)式の反射関数r
causal(t)に変更し、楽器入力インピーダンス
inおよび特性インピーダンスZを含む第(4)式
に基づいて内部断面形状の変化に応じた音圧p(t)を
推定する推定手段を備える。
According to yet another aspect of the present invention, a sound pressure estimating apparatus for estimating a sound pressure for synthesizing a sound of a tubular musical instrument having a change in internal cross-sectional shape near one end thereof. And a sound pressure p corresponding to a change in the flow rate U (t) of the fluid to be flown into one end and a change in the internal cross-sectional shape.
Since the reflection function r (t) representing the reflection of the sound guided by the relationship with (t) has a finite value at time t <0, the reflection function r (t) is changed to the reflection of the expression (3). Function r
Change the causal (t), comprising estimation means for estimating sound pressure p (t) in response to changes in the internal cross-sectional shape based on the equation (4) containing the instrument input impedance Z in and the characteristic impedance Z c.

【0017】好ましくは、上記反射関数r(t)は、第
(1)式のrhatの逆フーリエ変換で定義される。
Preferably, the reflection function r (t) is defined by the inverse Fourier transform of r hat in equation (1).

【0018】好ましくは、上記音圧推定装置はさらに、
推定手段が推定した音圧に応じて楽器の他端での音圧を
推定する他端音圧推定手段を備える。
Preferably, the sound pressure estimating apparatus further comprises:
There is provided another end sound pressure estimating means for estimating the sound pressure at the other end of the musical instrument in accordance with the sound pressure estimated by the estimating means.

【0019】[0019]

【0020】[0020]

【数3】 (Equation 3)

【0021】[0021]

【0022】[0022]

【作用】この発明の1つの局面に従うと、音圧推定装置
は、推定手段の流量変化手段によって一端に流入される
べき流体の流量変化を推定し、音圧推定手段の複数の遅
延段によって推定された流量変化を表わす信号に所定の
係数を乗算し、その信号を順次遅延させるとともに音の
反射を表わす第(3)式の反射関数r
causal(t)の所定の値を乗算し、音圧推定手段
のループ手段によって係数が乗算された信号および各遅
延段の出力を加算して推定された音圧を表わす信号とし
て出力するとともに、係数が乗算された信号を推定され
た音圧を表わす信号に加算して各遅延段に出力して、推
定された流量変化に基づく内部断面形状の変化に応じた
音圧を推定する。
According to one aspect of the present invention, a sound pressure estimating apparatus estimates a change in the flow rate of a fluid to be flown into one end by a flow rate changing means of an estimating means, and estimates the change by a plurality of delay stages of the sound pressure estimating means. The signal representing the change in the flow rate is multiplied by a predetermined coefficient, the signal is sequentially delayed, and the reflection function r of the expression (3) representing the reflection of sound is given.
The signal multiplied by a predetermined value of causal (t) and the signal multiplied by the coefficient by the loop means of the sound pressure estimating means and the output of each delay stage are added to output as a signal representing the estimated sound pressure. Is added to the signal representing the estimated sound pressure and output to each delay stage to estimate the sound pressure according to the change in the internal cross-sectional shape based on the change in the estimated flow rate.

【0023】上記音圧推定装置は、推定手段の進行波信
号出力手段によって一端に流入されるべき流体の流量変
化に基づく音圧の進行波を表わす音圧進行波信号を求め
て出力し、反射波信号出力手段の複数の遅延段によって
進行波信号出力手段の進行波信号を順次遅延させるとと
もに音の反射を表わす第(3)式の反射関数r
causal(t)の所定の値を乗算し、反射波信号出
力手段の第2の加算手段によって各遅延段の出力を加算
て反射波信号として出力し、第1の加算手段によって進
行波信号出力手段および反射波信号出力手段の出力を加
算して音圧を求める。
The above-mentioned sound pressure estimating device obtains and outputs a sound pressure traveling wave signal representing a traveling wave of sound pressure based on a change in the flow rate of the fluid to be flowed into one end by the traveling wave signal output means of the estimating means. A plurality of delay stages of the wave signal output means sequentially delays the traveling wave signal of the traveling wave signal output means, and the reflection function r of the expression (3) representing sound reflection.
multiplied by a predetermined value of causal (t), the output of each delay stage is added by the second adding means of the reflected wave signal output means and output as a reflected wave signal, and the traveling wave signal output means is output by the first adding means. And the output of the reflected wave signal output means are added to determine the sound pressure.

【0024】この発明のもう1つの局面に従うと、音圧
推定装置は、推定手段によって管状の楽器の一端に流入
されるべき流体の流量変化U(t)と一端付近の内部断
面形状の変化に応じた音圧p(t)との関係によって導
かれる音の反射を表わす反射関数r(t)が時間t<0
で有限の値を有することに応じて、反射関数r(t)を
第(3)式の反射関数rcausal(t)に変更し、
楽器入力インピーダンスZinおよび特性インピーダン
スZを含む第(4)式に基づいて内部断面形状の変化
に応じた音圧p(t)を推定する。
According to another aspect of the present invention, the sound pressure estimating device is configured to determine a change in the flow rate U (t) of the fluid to be flown into one end of the tubular musical instrument and a change in the internal cross-sectional shape near the one end by the estimating means. The reflection function r (t) representing the reflection of sound guided by the relationship with the corresponding sound pressure p (t) is expressed as time t <0.
, The reflection function r (t) is changed to the reflection function r causal (t) in the expression (3),
Estimating the sound pressure p (t) in response to changes in the internal cross-sectional shape based on the equation (4) containing the instrument input impedance Z in and the characteristic impedance Z c.

【0025】上記音圧推定装置は、第(1)式のr
hatの逆フーリエ変換で定義される反射関数r(t)
を用いて音圧を推定する。
The above-mentioned sound pressure estimating apparatus calculates the value of r in the equation (1).
reflection function defined by the inverse Fourier transform of the hat r (t)
Is used to estimate the sound pressure.

【0026】上記音圧推定装置は、他端音圧推定手段に
よって、推定手段が推定した音圧に応じた楽器の他端で
の音圧を推定する。
The sound pressure estimating device estimates the sound pressure at the other end of the musical instrument according to the sound pressure estimated by the estimating means by the other end sound pressure estimating means.

【0027】[0027]

【実施例】まず、音圧推定装置の実施例を説明する前
に、音圧推定装置で必要とされる原理について説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Before describing an embodiment of the sound pressure estimating device, the principle required by the sound pressure estimating device will be described.

【0028】前述した因果律が破られる管楽器として
は、金管楽器がある。したがって、その因果律を破る原
因とされるマウスピースおよび演奏者の唇のモデルであ
る振動体を例にとって原理について説明する。
Brass instruments are examples of wind instruments in which the above-mentioned causality can be broken. Therefore, the principle will be described by taking, as an example, a mouthpiece and a vibrator which is a model of the lips of a player, which is a cause of breaking the causal rule.

【0029】図1は、マウスピースおよび振動体の一例
である唇との関係を示した図である。
FIG. 1 is a diagram showing a relationship between a mouthpiece and a lip which is an example of a vibrating body.

【0030】図1を参照して、マウスピース9には、唇
11が接触している。唇11は、一部が開口しており、
口腔13から空気のような流体がマウスピース9側に流
入される。したがって、このような金管楽器の発音を記
述する3つの変数は、マウスピース9内の音圧p(t)
と、口腔13から唇11の唇開口部15に向かって流入
されてマウスピース9に流入される単位時間当りの気流
量(体積速度)U(t)と、唇11の変位を表わす位置
座標x(t)または角度θ(t)である。以下では、こ
れら3つの変数が3つの方程式を満たすモデルについて
説明する。第1番目の方程式は、口腔13で得られる吹
奏圧p0 とマウスピース9内の音圧p(t)との圧力差
を受けて唇11の唇開口面積を通過する気流が満たす流
体力学の方程式である。第2番目の方程式は、周囲の圧
力が与えられることで強制振動する唇11の運動方程式
である。第3番目の方程式は、体積速度U(t)によっ
てマウスピース9に発生する音圧p(t)を与える楽器
の特性を表わす積分方程式である。
Referring to FIG. 1, lip 11 is in contact with mouthpiece 9. The lips 11 are partially open,
A fluid such as air flows into the mouthpiece 9 from the oral cavity 13. Therefore, the three variables describing the pronunciation of such brass instruments are the sound pressure p (t) in the mouthpiece 9
And an air flow rate (volume velocity) U (t) per unit time which flows from the oral cavity 13 toward the lip opening 15 of the lip 11 and flows into the mouthpiece 9, and a position coordinate x representing the displacement of the lip 11 (T) or the angle θ (t). In the following, a model in which these three variables satisfy three equations will be described. The first equation is based on the fluid dynamics that is satisfied by the airflow passing through the lip opening area of the lip 11 due to the pressure difference between the blowing pressure p 0 obtained in the oral cavity 13 and the sound pressure p (t) in the mouthpiece 9. It is an equation. The second equation is an equation of motion of the lip 11 that is forcibly vibrated by the application of the surrounding pressure. The third equation is an integral equation representing the characteristic of the musical instrument that gives the sound pressure p (t) generated in the mouthpiece 9 by the volume velocity U (t).

【0031】次に、第1番目の方程式である気流の方程
式について説明する。唇開口部15での気圧がplip
図1では表わされている。気流は、1次元流であると仮
定する。楽声合成に使われる1質量または2質量モデル
と同じように口腔13から唇開口部15間の気流圧縮部
にエネルギー保存則、唇開口部15とマウスピース9間
の気流膨張部に運動量保存則が適用される。これらの保
存則は、第(5)式および第(6)式で表わされる。た
だし、ρは空気の平均密度、Slip は唇開口面積、dは
唇の厚さ、Scup はマウスピース入口の面積を表わす。
また、気流膨張部では気流の慣性項は無視されている。
唇開口面積Slip は唇の変位に比例するため、第(5)
式および第(6)式は3変数p(t)、U(t)、x
(t)(またはθ(t))の間の非線形関係を表わして
いる。
Next, the first equation, that is, the equation of air flow, will be described. The air pressure at the lip opening 15 is represented by p lip in FIG. The airflow is assumed to be a one-dimensional flow. Similar to the one-mass or two-mass model used for voice synthesis, the law of conservation of energy is applied to the airflow compression section between the oral cavity 13 and the lip opening 15, and the conservation of momentum is applied to the airflow expansion section between the lip opening 15 and the mouthpiece 9. Is applied. These conservation laws are expressed by equations (5) and (6). Here, ρ represents the average density of air, S lip represents the lip opening area, d represents the lip thickness, and S cup represents the area of the mouthpiece entrance.
In the airflow expansion section, the inertia term of the airflow is ignored.
Since the lip opening area S lip is proportional to the displacement of the lip , the (5)
Equation (6) is expressed by three variables p (t), U (t), x
(T) (or θ (t)).

【0032】次に、第2の方程式のために、唇のモデル
について説明する。唇11のような弾性体を取扱いため
には、本来、質量・復元力が空間上に分布した連続体が
考えられる必要がある。しかしながら、Martin,
Hallの楽器吹奏時の唇振動ストロボ撮影によって示
されているようにマウスピース9に当てられた唇11は
一体となって振動している。このことは、モデル化にあ
たって唇11を1つの質量を持つ振動子として取扱って
も少なくとも第1近似としては間違っていないことを示
している。復元力も変位に対して非線形なものが考えら
れることはできるが、ここでは簡単のためフックの法則
に従う力のみを考える。また、両唇11の運動の振幅に
差が見られるが、簡単のため同じ振幅として取扱う。
Next, a lip model will be described for the second equation. In order to handle an elastic body such as the lip 11, it is necessary to consider a continuum in which the mass and restoring force are distributed in space. However, Martin,
The lip 11 applied to the mouthpiece 9 is vibrating as a unit, as shown by the lip vibration strobe photographing when the Hall plays the musical instrument. This indicates that, even if the lips 11 are treated as vibrators having one mass in modeling, at least as a first approximation, this is not wrong. Although the restoring force can be considered to be nonlinear with respect to the displacement, here, for simplicity, only the force that obeys Hooke's law is considered. Although there is a difference between the amplitudes of the movements of both lips 11, they are treated as the same amplitude for simplicity.

【0033】唇11の運動モデル化にあたって必要な2
つ目は、運動の方向である。長い間、金管楽器の発音時
には吹奏圧が上昇した場合、両唇は開く方向に運動する
と信じられてきた。すなわち、外向き振動のみが実現さ
れているものと信じられてきた。ところが、実吉などの
提案とそれに続くマウスピース9内の音圧p(t)と唇
振動との同時測定によって、吹奏圧上昇時に、両唇11
が閉じる方向に運動することがわかってきた。すなわ
ち、内向き振動も生じることがわかってきた。したがっ
て、以下では両方の振動の可能性があるため、2つの唇
のモデルを採り上げる。
2 necessary for modeling the motion of the lip 11
The second is the direction of movement. It has long been believed that both lips move in the opening direction when the blowing pressure increases when a brass instrument is sounded. That is, it has been believed that only outward vibration is realized. However, due to the proposal of Mikichi and the subsequent simultaneous measurement of the sound pressure p (t) in the mouthpiece 9 and the lip vibration, both lips 11
Has been found to move in the closing direction. That is, it has been found that inward vibration also occurs. Therefore, in the following, a model of two lips will be taken because there is a possibility of both vibrations.

【0034】1番目の唇のモデルは、唇11を表わす調
和振動子の運動が気流の方向に対して垂直な方向のみ許
されるモデルである。このモデルは、声帯の振動がモデ
ル化される場合に使われている。この1番目のモデルを
1質量モデルと呼ぶ。この1質量モデルが内向き振動を
実現することは、気流が開口部15を流れる際にBer
noulli効果により、その気圧plip が下がり両唇
11が閉じる方向に動くことからわかる。唇の質量を
m、弾性係数をk、唇開口部15の幅をbとすると、唇
11の運動方程式は、第(7)式のように表わされる。
第(7)式において、r′は唇運動の減衰係数である。
減衰係数r′は、唇共鳴のQ値と、第(8)式によって
関係づけられている。第(7)式の右辺第1項は減衰
力、第2項は外力、第3項は復元力を表わしている。平
衡時の唇開口部15の間隔をx0 として、唇の変位xが
−x0 /2を下回った場合、すなわち、両唇11が閉じ
て接触しているときには第(7)式の第3項による復元
力の他に、x+x0 /2に比例する復元力が加わる。唇
開口面積Slip は、Slip =max{b(x0 +2
x),0}で与えられる。
The first lip model is a model in which the motion of the harmonic oscillator representing the lip 11 is allowed only in a direction perpendicular to the direction of the air flow. This model is used when vocal cord vibrations are modeled. This first model is called a one-mass model. The fact that this one-mass model realizes inward vibration means that when the airflow flows through the opening 15,
It can be seen from the noulli effect that the air pressure p lip decreases and both lips 11 move in the closing direction. Assuming that the mass of the lips is m, the elastic coefficient is k, and the width of the lip opening 15 is b, the equation of motion of the lips 11 is expressed by the following equation (7).
In the equation (7), r 'is an attenuation coefficient of the lip movement.
The damping coefficient r 'is related to the Q value of the lip resonance by equation (8). The first term on the right side of the equation (7) represents the damping force, the second term represents the external force, and the third term represents the restoring force. The spacing of the lips opening 15 at equilibrium as x 0, if the displacement x of the lips below the -x 0/2, i.e., when the lips 11 are in contact to close the third second (7) other restoring force due claim, restoring force that is proportional to x + x 0/2 is applied. The lip opening area S lip is expressed as S lip = max {b (x 0 +2
x), 0}.

【0035】2番目の唇のモデルは、マウスピース9の
リムに当たっている1点を支点としてカップ内へ向かっ
て回転運動する唇11である。この場合、唇11は、主
として吹奏圧p0 とマウスピース9内の圧力pの差によ
って駆動されるため、外向き振動が実現される。この第
2番目の唇のモデルをhingeモデルと呼ぶ。リムか
ら唇11の先端までの長さをl、気流に垂直な面と平衡
時の唇11のなす角度をθ0 とすれば、唇11の運動方
程式は、第(8)式で表わされる。第(8)式の右辺第
1項は減衰力、第2項は圧力差による外力、第3項はB
ernoulli力、第4項は復元力を表わしている。
第(7)式で表わされる1質量モデルと同じく両唇接触
時には、θ−θclに比例する復元力が加わる。ただし、
θclは唇閉止時の角度である。このhingeモデルの
場合、唇開口面積Slip は、Sli p =max{2bl
(cosθcl−cosθ),0}で与えられる。また、
このhingeモデルでは、流体力学的体積速度Uに唇
11の運動に起因する体積速度bl2 dθ/dtが加わ
る。表1に、以下で必要とされるパラメータを示す。た
だし、Elliot and Bowsherの測定結
果から唇の質量mおよび唇の弾性係数kは唇の固有周波
数flip に対してそれぞれ反比例、比例するものと仮定
している。
The second lip model is a lip 11 that rotates toward the inside of the cup with one point at the rim of the mouthpiece 9 as a fulcrum. In this case, since the lip 11 is driven mainly by the difference between the blowing pressure p 0 and the pressure p in the mouthpiece 9, outward vibration is realized. This second lip model is called a hinge model. If the length from the rim to the tip of the lip 11 is l, and the angle formed by the lip 11 at equilibrium with the plane perpendicular to the airflow is θ 0 , the equation of motion of the lip 11 is expressed by the following equation (8). The first term on the right side of the equation (8) is the damping force, the second term is the external force due to the pressure difference, and the third term is B
The ernoulli force and the fourth term represent the restoring force.
As in the case of the one-mass model represented by the equation (7), a restoring force proportional to θ-θ cl is applied at the time of contact with both lips. However,
θ cl is the angle when the lips are closed. For this hinge model, lips opening area S lip, S li p = max {2bl
(Cos θ cl −cos θ), 0 °. Also,
In the Hinge model, a volume velocity bl 2 dθ / dt resulting from the movement of the lips 11 is added to the hydrodynamic volume velocity U. Table 1 shows the parameters required below. However, from the measurement results of Elliot and Bowsher, it is assumed that the mass m of the lip and the elastic coefficient k of the lip are inversely proportional and proportional to the natural frequency f lip of the lip , respectively.

【0036】[0036]

【数4】 (Equation 4)

【0037】[0037]

【表1】 [Table 1]

【0038】次に、楽器の入力インピーダンスと反射関
数について説明する。前述したように、楽器の特性は入
力インピーダンスZinで表わされる。反射関数r(t)
は、Schumacherによって、第(1)式のr
hat の逆フーリエ変換で定義されていた。この反射関数
r(t)によって、第(2)式が、音圧p(t)と体積
速度U(t)の関係を効率よく表わしていた。したがっ
て、第(2)式を従来例と同様に用いる。ただし、反射
関数r(t)は、後で詳しく説明するが、再定義し直
す。
Next, the input impedance and the reflection function of the musical instrument will be described. As described above, the characteristics of the musical instrument are represented by the input impedance Z in . Reflection function r (t)
Is calculated by Schumacher as r in equation (1).
It was defined by the inverse Fourier transform of hat . With this reflection function r (t), equation (2) efficiently represented the relationship between the sound pressure p (t) and the volume velocity U (t). Therefore, equation (2) is used in the same manner as in the conventional example. However, the reflection function r (t) will be described in detail later, but will be redefined.

【0039】次に、この原理を裏付けるための実験につ
いて説明する。入力インピーダンスZinを得るためには
2つの方法が考えられる。1つ目は、既存の楽器を用い
て測定を行なう方法であり、2つ目は、楽器の管を簡単
な形状の構成要素に分割し各要素に対する伝達行列の積
から数値計算により求める方法である。この実験では、
後者の方法のうちR.コセによる截頭円錐を要素として
用いる方法を使った。したがって、管を伝わる波と管壁
の摩擦による粘性抵抗および管壁を伝って失われる熱損
失が考慮される。また、ベルからの放射損失を求めるた
めには、そこから自由空間に球面波が放射されるものと
して仮定して計算が行なわれる。
Next, an experiment for confirming this principle will be described. There are two methods for obtaining the input impedance Z in . The first is a method of performing measurement using an existing musical instrument, and the second is a method of dividing a musical instrument tube into components having a simple shape and calculating the numerical value from a product of a transfer matrix for each element. is there. In this experiment,
Of the latter methods, R.I. A method using a Kose frustocone as an element was used. Therefore, viscous resistance due to friction between the wave traveling through the tube and the tube wall and heat loss lost along the tube wall are taken into account. Further, in order to obtain the radiation loss from the bell, the calculation is performed on the assumption that a spherical wave is radiated from the bell into free space.

【0040】楽器形状のデータは、モダントランペット
の形状データが得られなかったため、バロックトランペ
ット(D管)のデータを全体の長さが約145cmにな
るようにその円筒形状部を短縮したものが計算に用いら
れた。このバロックトランペットの開口部は長さ約30
cmの円錐部と約5cmのベルがついており、開口端の
直径は約12cmであった。また、モダン楽器のマウス
ピースに比べ、やや大きいがほとんど同じ形状のマウス
ピースのデータがそのまま用いられた。
Since the shape data of the modern trumpet could not be obtained for the data of the musical instrument shape, the data of the baroque trumpet (D tube) was calculated by shortening the cylindrical portion so that the entire length was about 145 cm. Used for The opening of this baroque trumpet has a length of about 30
It had a cm cone and a bell of about 5 cm, and the diameter at the open end was about 12 cm. Also, the mouthpiece data, which is slightly larger than the mouthpiece of a modern musical instrument but has almost the same shape, was used as it is.

【0041】図2(a)は、周波数f(kHz)に対す
る|Zin/Zc |の値を示したグラフであり、図2
(b)は、周波数f(kHz)に対するZinの位相を示
したグラフである。ここで、Zinは、楽器入力インピー
ダンスであり、Zin=p/Uで表わされる。Zc は、特
性インピーダンスであり、前述したようにZc =ρc/
cup で表わされる。
FIG. 2A shows the frequency f (kHz).
| Zin/ ZcFIG. 2 is a graph showing the value of |
(B) shows Z with respect to frequency f (kHz).inShows the phase of
It is the graph which did. Where ZinIs the instrument input impedance
Dance, Zin= P / U. ZcIs special
Impedance, and as described above, Zc= Ρc /
S cupIs represented by

【0042】図2(a)の縦軸である|Zin/Zc
は、無次元の値となっており、特性インピーダンスZc
に対して入力インピーダンスZinが何倍であるかが示さ
れている。特性インピーダンスZc は、マウスピース入
口の面積Scup の断面形状で無限に長い管状楽器の場合
のインピーダンスを示しているため、|Zin/Zc |に
よって、マウスピースの形状によっていかにピークが発
生しているかが得られる。図2(a)から、ピークは等
間隔でほぼ並んでいる。周波数の低い順にピークの名前
を、Pd、A3 、E4 、A4 、C# 5 、E5 と名付け
る。ピーク間隔の不均一性は計算に用いたトランペット
開口部の形状がモダン楽器のそれに比べて単純化されて
いるためと思われる。また、カップの共鳴周波数である
650Hz付近に最大のピークが見られる。この傾向は
マウスピースを有する金管楽器の特徴をよく表わしてい
る。
| Z in / Z c |, which is the vertical axis of FIG.
Is a dimensionless value, and the characteristic impedance Z c
Shows how many times the input impedance Z in is. Characteristic impedance Z c, since illustrates the impedance in the case of infinitely long tubular instruments sectional shape of the mouthpiece inlet area S cup, | Z in / Z c | by how peak caused by the shape of the mouthpiece Is obtained. From FIG. 2A, the peaks are almost aligned at equal intervals. The names of the peaks are named Pd, A 3 , E 4 , A 4 , C # 5 , and E 5 in ascending order of frequency. The non-uniformity of the peak interval is thought to be due to the fact that the shape of the trumpet opening used in the calculation was simplified compared to that of modern instruments. A maximum peak is observed around 650 Hz, which is the resonance frequency of the cup. This tendency is characteristic of brass instruments having a mouthpiece.

【0043】図2(b)で示されているarg[Zin
は、Zin=p/Uであるため、pとUとの位相差を示し
ている。この楽器入力インピーダンスZinおよび特性イ
ンピーダンスZc によって、第(1)式から、rhat
得られる。このrhat が逆フーリエ変換されることで反
射関数r(t)は計算される。ただし、金管楽器形状に
対する計算の場合には、カップによる(内部断面形状の
変化)による時刻t=0直後の急激な反射と数値計算に
伴う有限切断周波数(サンプリング周波数)のため因果
律が破れる。その結果、本来ゼロであるはずのt<0に
おける反射関数r(t)の値が有限となり、第(2)式
で示した関係から音圧P(t)を得ることができなくな
る。すなわち、図2(a)および図2(b)に示した音
響特性が得られなくなる。そこで、反射関数r(t)
を、第(3)式に示す反射関数rca usal(t)のように
再定義する。このような再定義の根拠としては、因果律
の破れた反射関数r(t)の偶関数成分については、t
=0で連続なため、有限切断周波数の影響が少ないと思
われるためである。
Arg [Z in ] shown in FIG. 2 (b)
Represents the phase difference between p and U because Z in = p / U. This instrument input impedance Z in and the characteristic impedance Z c, the equation (1), r hat is obtained. The reflection function r (t) is calculated by performing an inverse Fourier transform on this r hat . However, in the case of calculation for the brass instrument shape, the causality is broken because of the sharp reflection immediately after time t = 0 due to the cup (change in internal cross-sectional shape) and the finite cutting frequency (sampling frequency) accompanying the numerical calculation. As a result, the value of the reflection function r (t) at t <0, which should be originally zero, becomes finite, and it becomes impossible to obtain the sound pressure P (t) from the relationship shown in Expression (2). That is, the acoustic characteristics shown in FIGS. 2A and 2B cannot be obtained. Therefore, the reflection function r (t)
The re-defined as the (3) reflection function shown in the expression r ca usal (t). The basis for such a redefinition is that, for the even function component of the reflection function r (t) whose causality is broken, t
This is because it is considered that the influence of the finite cutting frequency is small since = 0 and continuous.

【0044】[0044]

【数5】 (Equation 5)

【0045】図3は、反射関数rcausal(t)の時間に
対するグラフである。
FIG. 3 is a graph of the reflection function r causal (t) versus time.

【0046】図3を参照して、反射関数rcausal(t)
では、時刻7〜9msecにかけて楽器の開口部からの
反射がみられる。その後、楽器開口部、マウスピースス
ロート部を往復した反射がみられる。また、時刻ゼロ付
近のピークとその後に続く負の値を持つ反射は、それぞ
れマウスピースを構成するカップおよびスロートによる
反射である。このゼロ付近のピークが、前述したように
因果律を破った原因の1つであった。
Referring to FIG. 3, the reflection function r causal (t)
Then, reflection from the opening of the musical instrument is observed from time 7 to 9 msec. After that, reflections reciprocating between the instrument opening and the mouthpiece throat are seen. Further, the peak near time zero and the subsequent reflection having a negative value are reflections by the cup and the throat constituting the mouthpiece, respectively. This peak near zero was one of the causes of breaking the causality as described above.

【0047】次に、第(3)式で定義された反射関数r
causal(t)に基づく音圧推定装置について説明する。
Next, the reflection function r defined by the equation (3)
A sound pressure estimation device based on causal (t) will be described.

【0048】図4は、この発明の一実施例による音圧推
定装置の概略ブロック図である。図4を参照して、音圧
推定装置17は、制御部19と、推定部21と、フィル
タ23とを含む。推定部21は、非線形演算部25と、
線形演算部27とを含む。非線形演算部25および線形
演算部27は、制御部19によって制御される。したが
って制御部19は、非線形演算部25に吹奏圧p0 、リ
ード(唇)唇固有振動数flip 、リード(唇)Q値、平
衡時のリード(唇)開口長さx0 などのパラメータを出
力する。また、制御部19は、線形演算部27に反射関
数rcausal(t)の離散サンプル値r1 ,r2 ,…,r
n をパラメータとして与える。
FIG. 4 is a schematic block diagram of a sound pressure estimation device according to one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, sound pressure estimating device 17 includes a control unit 19, an estimating unit 21, and a filter 23. The estimating unit 21 includes a nonlinear operation unit 25,
And a linear operation unit 27. The non-linear operation unit 25 and the linear operation unit 27 are controlled by the control unit 19. Accordingly, the control unit 19 sends parameters such as the blowing pressure p 0 , the reed (lip) lip natural frequency f lip , the reed (lip) Q value, and the reed (lip) opening length x 0 at equilibrium to the nonlinear calculation unit 25. Output. Further, the control unit 19 causes the linear operation unit 27 to output discrete sample values r 1 , r 2 ,..., R of the reflection function r causal (t).
Give n as a parameter.

【0049】このように制御される非線形演算部25
は、管楽器に対しては、リード(唇)の振動およびリー
ド開口部を通過する気流をシミュレートする。また、線
形演算部27は、楽器共鳴管の音響特性をシミュレート
する。非線形演算部25は、線形演算部27の出力であ
るマウスピース内の音圧pが入力されると、リード開口
面積を計算し、さらにその開口部を通過し、マウスピー
スに流入する体積流Uを線形演算部27に出力する。線
形演算部27は、入力された体積流Uに応じて、楽器共
鳴管の結果生じるマウスピースの音圧pを非線形演算部
25に出力する。非線形演算部25および線形演算部2
7の間でのループ結合によって、発振系が構成される。
The nonlinear operation unit 25 controlled in this way
Simulates the vibration of the reed (lips) and the airflow passing through the reed opening for wind instruments. The linear operation unit 27 simulates the acoustic characteristics of the musical instrument resonance tube. When the sound pressure p in the mouthpiece, which is the output of the linear calculation unit 27, is input, the non-linear calculation unit 25 calculates the lead opening area, and further passes through the opening and flows into the mouthpiece U. Is output to the linear operation unit 27. The linear operation unit 27 outputs the sound pressure p of the mouthpiece resulting from the musical instrument resonance tube to the non-linear operation unit 25 according to the input volume flow U. Nonlinear operation unit 25 and linear operation unit 2
An oscillation system is configured by the loop connection between the loops 7.

【0050】そして、線形演算部27の出力であるマウ
スピース内の音圧pがフィルタ23に入力されて、フィ
ルタ23は楽器の終端部での音圧を計算して音圧信号P
outとして出力する。
The sound pressure p in the mouthpiece, which is the output of the linear operation unit 27, is input to the filter 23. The filter 23 calculates the sound pressure at the end of the musical instrument, and calculates the sound pressure signal P
Output as out .

【0051】図5は、図4の線形演算部27の回路図で
ある。線形演算部27は、乗算器29と、加算器31,
33と、遅延回路D1 〜Dnと、乗算器r1 〜rn とを
含む。
FIG. 5 is a circuit diagram of the linear operation unit 27 of FIG. The linear operation unit 27 includes a multiplier 29, an adder 31,
33 includes a delay circuit D 1 to D n, a multiplier r 1 ~r n.

【0052】非線形演算部25の出力である体積流Uを
表わす信号が乗算器29に入力されて、乗算器29は特
性インピーダンスZc を乗算する。そして、乗算器29
の出力は加算器31,33に入力される。この信号Zc
Uにより、圧力進行波po と圧力反射波pi の和がシミ
ュレートされる。加算器31には、乗算器21の出力信
号のみならず、後で説明する加算器33の出力信号であ
る音圧pを表わす信号が入力されている。したがって、
加算器31は、Zc Uおよびpから圧力進行波po の2
倍を出力する。その出力は、複数の遅延段を構成する遅
延回路D1 〜D n に入力される。
The volume flow U output from the non-linear operation unit 25 is
Is input to the multiplier 29, and the multiplier 29
Impedance ZcMultiply by And the multiplier 29
Are input to the adders 31 and 33. This signal Zc
U gives the pressure traveling wave poAnd the pressure reflected wave piThe sum of the spots
Is simulated. The output signal of the multiplier 21 is
Not only the signal but also the output signal of the adder 33 described later.
A signal representing the sound pressure p is input. Therefore,
The adder 31 calculates ZcPressure traveling wave p from U and po2
Output double. Its output is the delay that comprises the delay stages.
Extension circuit D1~ D nIs input to

【0053】遅延回路D1 〜Dn は、シリアルに接続さ
れている。遅延回路D1 〜Dn のそれぞれでは、1サン
プリング時間だけ信号が遅延される。その結果、遅延回
路D 1 〜Dn の出力のそれぞれが入力される乗算器r1
〜rn には、1サンプリング時間からnサンプリング時
間の遅れを持つ信号が入力される。乗算器r1 〜rn
は、第(3)式で定義された反射関数rcausal(t)の
離散サンプル値がそれぞれ乗算される。そして、乗算器
1 〜rn の出力は加算器33に入力される。加算器3
3に入力される前の乗算器r1 〜rn の各信号は、各遅
れ時間の間に楽器共鳴管内に伝搬し、マウスピースに戻
ってきた圧力反射波pi の2倍をシミュレートしてい
る。加算器33は、乗算器r1 〜rn の出力を加算し
て、マウスピース内の圧力進行波po と圧力反射波pi
の和である音圧を加算器31に出力してループ回路を形
成するとともに、非線形演算部25に音圧pを出力す
る。
Delay circuit D1~ DnConnected to the serial
Have been. Delay circuit D1~ DnIn each, one sun
The signal is delayed by the pulling time. As a result, the delay times
Road D 1~ DnMultiplier r to which each of the outputs of1
~ RnFrom 1 sampling time to n sampling times
A signal having a delay between them is input. Multiplier r1~ Rnso
Is the reflection function r defined in equation (3)causal(T)
The discrete sample values are each multiplied. And the multiplier
r1~ RnIs input to the adder 33. Adder 3
Multiplier r before being input to 31~ RnEach signal of
The sound propagates into the instrument resonance tube during the
Pressure reflection wave piIs simulating twice
You. The adder 33 includes a multiplier r1~ RnAdd the outputs of
The pressure traveling wave p in the mouthpieceoAnd the pressure reflected wave pi
Is output to the adder 31 to form a loop circuit.
And outputs the sound pressure p to the non-linear operation unit 25.
You.

【0054】線形演算部27は、結果的に、第(3)式
で定義される反射関数rcausal(t)を含む第(4)式
を実現している。
As a result, the linear operation unit 27 realizes Expression (4) including the reflection function r causal (t) defined by Expression (3).

【0055】図6は、この発明の他の実施例による音圧
推定装置の概略ブロック図である。図6を参照して、音
圧推定装置35は、図4に示した音圧推定装置17と同
様に制御部19と、フィルタ23とを含み、推定部37
をも含む。推定部37は、非線形演算部39と、線形演
算部41と、加算器43とを含む。
FIG. 6 is a schematic block diagram of a sound pressure estimation device according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, sound pressure estimating device 35 includes a control unit 19 and a filter 23 similarly to sound pressure estimating device 17 shown in FIG.
Including. The estimation unit 37 includes a non-linear operation unit 39, a linear operation unit 41, and an adder 43.

【0056】前述したように制御部19は、非線形演算
部39および線形演算部41を制御する。したがって、
制御部19は、非線形演算部39に吹奏圧po ,リード
(唇)唇固有振動数flip ,リード(唇)Q値,平衡時
のリード(唇)開口長さxoなどのパラメータを出力す
る。また、制御部19は第(3)式で定義された反射関
数rcausal(t)の離散サンプル値r0 ,r1 ,r2
…,rn をパラメータとして出力する。
As described above, the control unit 19 controls the non-linear operation unit 39 and the linear operation unit 41. Therefore,
The control unit 19 outputs parameters such as the blowing pressure p o , the reed (lip) lip natural frequency f lip , the reed (lip) Q value, and the reed (lip) opening length x o at equilibrium to the non-linear operation unit 39. I do. Further, the control unit 19 calculates the discrete sample values r 0 , r 1 , r 2 , and r 3 of the reflection function r causal (t) defined by the expression (3).
.., R n are output as parameters.

【0057】非線形演算部39は、管楽器の場合にはリ
ード(唇)の振動およびリード開口部を通過する気流を
シミュレートするが、図4に示した非線形演算部25と
異なり、音圧進行波信号po を線形演算部41に出力す
る。線形演算部41は、楽器共鳴管の音響特性をシミュ
レートするが、図4に示した線形演算部27と異なり音
圧反射波信号pi を非線形演算部39に出力する。非線
形演算部39は、音圧反射波信号pi が入力されたこと
に応じて、その信号pi と保持していた音圧進行波信号
o と加算して、マウスピース内の音圧pを演算する。
音圧pを表わす信号から、リード開口面積を計算し、さ
らにその開口部を通過し、マウスピースに流入される体
積流Uをシミュレートする。一方、入力された音圧反射
信号piには特性インピーダンスZc の逆数が乗算さ
れ、その信号と体積流Uが加算された結果が音圧進行波
信号po として出力される。
In the case of a wind instrument, the non-linear operation unit 39 simulates the vibration of the reed (lip) and the airflow passing through the reed opening. However, unlike the non-linear operation unit 25 shown in FIG. The signal po is output to the linear operation unit 41. The linear operation unit 41 simulates the acoustic characteristics of the musical instrument resonance tube, but outputs the sound pressure reflected wave signal pi to the non-linear operation unit 39 unlike the linear operation unit 27 shown in FIG. In response to the input of the sound pressure reflected wave signal p i , the non-linear operation unit 39 adds the signal p i and the held sound pressure traveling wave signal p o to generate the sound pressure p in the mouthpiece. Is calculated.
The lead opening area is calculated from the signal representing the sound pressure p, and the volume flow U passing through the opening and flowing into the mouthpiece is simulated. On the other hand, to the input sound pressure reflected signal p i is multiplied by the reciprocal of the characteristic impedance Z c, the signal and the volume flow results U has been added is output as the sound pressure traveling wave signal p o.

【0058】また、線形演算部41は、音圧進行波信号
o が入力されたことに応じて、楽器共鳴の結果生じる
音圧反射波信号pi を出力する。これによって、非線形
演算部39と線形演算部41とによるループ結合が構成
され、第(4)式を満たす発振系が構成される。
[0058] Further, the linear operation unit 41, in response to the sound pressure traveling wave signal p o is input, and outputs the resulting sound pressure reflected wave signal p i instrument resonance. As a result, a loop connection is formed by the non-linear operation unit 39 and the linear operation unit 41, and an oscillation system that satisfies Equation (4) is formed.

【0059】そして、加算器43には音圧進行波信号p
o と音圧反射波信号pi とが入力される。加算器43
は、その結果、フィルタ23にマウスピース内の音圧p
を表わす信号を出力する。なお、非線形演算部39で音
圧Pを求めるので、加算器43を用いることなく、音圧
Pが非線形演算部39からフィルタ23に入力されても
よい。
The adder 43 supplies the sound pressure traveling wave signal p
o and the sound pressure reflected wave signal p i are input. Adder 43
As a result, the sound pressure p in the mouthpiece is applied to the filter 23.
Is output. Since the sound pressure P is obtained by the non-linear operation unit 39, the sound pressure P may be input from the non-linear operation unit 39 to the filter 23 without using the adder 43.

【0060】フィルタ23は、前述したようにマウスピ
ース内の音圧pを表わす信号から楽器終端部での音圧信
号を計算して、音圧信号pout として出力する。
As described above, the filter 23 calculates the sound pressure signal at the musical instrument end from the signal representing the sound pressure p in the mouthpiece, and outputs it as a sound pressure signal p out .

【0061】図7は、図6の線形演算部41の回路図で
ある。線形演算部41は、遅延回路D1 〜Dn と、乗算
器r0 〜rn と、加算器45とを含む。
FIG. 7 is a circuit diagram of the linear operation unit 41 of FIG. Linear operation unit 41 includes a delay circuit D 1 to D n, a multiplier r 0 ~r n, and an adder 45.

【0062】非線形演算部39によって入力される音圧
進行波信号po は、遅延回路D1 〜Dn に順次入力され
るとともに、乗算器r0 に入力される。遅延回路D1
nは、それぞれ1サンプリング時間だけ信号を遅延さ
せる。そして、遅延回路D1〜Dn のそれぞれは、乗算
器r1 〜rn に1サンプリング時間からnサンプリング
時間の遅れを持つ信号を出力する。したがって、乗算器
0 〜rn には、それぞれ0サンプリング時間からnサ
ンプリング時間の遅れを持つが信号が入力される。乗算
器r0 〜rn は、第(3)式で定義した反射関数r
causal(t)の離散サンプル値ri (i=0,…,n)
を遅延回路D1 〜Dn のそれぞれの出力に乗算する。乗
算器r0 〜rn のそれぞれは、加算器45に乗算された
結果を表わす信号を出力する。加算器45に入力される
それぞれの信号は、各遅れ時間の間に楽器共鳴管内を伝
搬しマウスピースに戻ってきた圧力反射波をシミュレー
トしたことを示す信号である。加算器45は、入力され
た信号のそれぞれを加算することにより、0サンプリン
グ時間からnサンプリング時間遅れの間に楽器共鳴管内
を伝搬し、マウスピースに戻ってきた圧力反射波信号p
i を非線形演算部39に出力する。
[0062] The sound pressure traveling wave signal p o input by the non-linear calculation unit 39, while being sequentially inputted to the delay circuit D 1 to D n, is input to the multiplier r 0. Delay circuits D 1 to
D n each delay the signal by one sampling time. Then, each of the delay circuits D 1 to D n, and outputs a signal having a multiplier r 1 ~r n from one sampling time to the n sampling time delay. Therefore, signals are input to the multipliers r 0 to r n , each having a delay of 0 sampling time to n sampling times. The multipliers r 0 to r n are provided by the reflection function r defined by the equation (3).
discrete sample values r i (i = 0,..., n) of causal (t)
Is multiplied by the respective outputs of the delay circuits D 1 to D n . Each multiplier r 0 ~r n outputs a signal representing the result of the multiplication to the adder 45. Each signal input to the adder 45 is a signal indicating that the pressure reflected wave propagating in the musical instrument resonance tube during each delay time and returning to the mouthpiece is simulated. The adder 45 adds each of the input signals, thereby propagating the pressure reflected wave signal p propagating in the instrument resonance tube from the 0 sampling time to the n sampling time delay and returning to the mouthpiece.
i is output to the non-linear operation unit 39.

【0063】このようにして、乗算器r0 〜rn のそれ
ぞれでは、第(3)式で定義された反射関数r
causal(t)の離散サンプル値が乗算されて、シミュレ
ートが行なわれる。
[0063] In this manner, the multiplier r 0 ~r in each of n, the (3) reflected function defined by the equation r
The simulation is performed by multiplying the discrete sample values of causal (t).

【0064】次に、図4および図6に示した音圧推定装
置の原理を説明するうえで、反射関数rcausal(t)が
再定義されたことによる音圧推定の効果について説明す
る。
Next, in describing the principle of the sound pressure estimation device shown in FIGS. 4 and 6, the effect of sound pressure estimation due to the redefined reflection function r causal (t) will be described.

【0065】図8は、管楽器の形状から得られる音響特
性を示したグラフであり、図8(a)は、周波数f(k
Hz)に対する|Zin/Zc |の値を示したグラフであ
り、図8(b)は、周波数f(kHz)に対する位相a
rg[Zin](deg)を示したグラフである。
FIG. 8 is a graph showing acoustic characteristics obtained from the shape of a wind instrument. FIG. 8A shows the frequency f (k
8) is a graph showing the value of | Zin / Zc | with respect to the frequency f (kHz).
9 is a graph showing rg [Z in ] (deg).

【0066】図9は、図8に示す音響特性から得られる
反射関数のt=0からt=50msecまでの反射関数
を示したグラフであり、図9(a)は、反射関数r
(t)を示したグラフであり、図9(b)は、図9
(a)の反射関数r(t)におけるt<0の値を0にし
た場合の反射関数rtrun(t)を示したグラフであり、
図9(c)は、第(3)式で定義される反射関数r
causal(t)を示したグラフである。
FIG. 9 is a graph showing a reflection function from t = 0 to t = 50 msec of the reflection function obtained from the acoustic characteristics shown in FIG. 8, and FIG.
FIG. 9B is a graph showing (t), and FIG.
FIG. 6 is a graph showing a reflection function r trun (t) when the value of t <0 in the reflection function r (t) in FIG.
FIG. 9C shows the reflection function r defined by the expression (3).
It is the graph which showed causal (t).

【0067】図10は、図9に示した反射関数のt=0
付近での状態を示したグラフであり、図10(a)は、
図9(a)に対応したグラフであり、図10(b)は、
図9(b)に対応したグラフであり、図10(c)は、
図9(c)に対応したグラフである。
FIG. 10 shows that the reflection function t = 0 shown in FIG.
FIG. 10A is a graph showing a state in the vicinity, and FIG.
FIG. 10B is a graph corresponding to FIG. 9A, and FIG.
FIG. 10C is a graph corresponding to FIG. 9B, and FIG.
It is a graph corresponding to FIG.9 (c).

【0068】図11は、反射関数rtrun(t)を用いた
場合の音響特性を示したグラフであって、Zin=(1+
hat(trun) )/(1−rhat(trun) )を用いた場合
(ただし、rhat(trun) はrtrun(t)のフーリエ変
換)の音響特性を示したグラフであり、図11(a)
は、図8(a)に対応したグラフであり、図11(b)
は、図8(b)に対応したグラフである。
FIG. 11 is a graph showing acoustic characteristics when the reflection function r trun (t) is used, where Z in = (1+
FIG. 11 is a graph showing acoustic characteristics when r hat (trun) ) / (1-r hat (trun) ) is used (where r hat (trun) is the Fourier transform of r trun (t)). (A)
FIG. 11B is a graph corresponding to FIG.
Is a graph corresponding to FIG.

【0069】図12は、反射関数rcausal(t)を用い
た場合の音響特性を示したグラフであって、Zin=(1
+rhat(causal) )/(1−rhat(causal) )を用いた
場合(ただし、rhat(causal) はrcausalのフーリエ変
換)の音響特性を示したグラフであり、図12(a)
は、図8(a)に対応したグラフであり、図12(b)
は、図8(b)に対応したグラフである。
FIG. 12 is a graph showing acoustic characteristics when the reflection function r causal (t) is used, where Z in = (1
FIG. 12 (a) is a graph showing acoustic characteristics when (+ rhat (causal) ) / (1- rhat (causal) ) is used (where rhat (causal) is the Fourier transform of rcausal ).
Is a graph corresponding to FIG. 8A, and FIG.
Is a graph corresponding to FIG.

【0070】図13は、反射関数rcausal(t)を用い
た場合の音響特性を示したグラフであって、第(4)式
での演算式を用いて線形演算部のみをシュミレートした
場合の音響特性を示したグラフであり、図13(a)
は、図8(a)に対応したグラフであり、図13(b)
は、図8(b)に対応したグラフである。
FIG. 13 is a graph showing acoustic characteristics when the reflection function r causal (t) is used, and shows a case where only the linear operation unit is simulated using the operation expression of the expression (4). FIG. 13A is a graph showing acoustic characteristics, and FIG.
FIG. 13B is a graph corresponding to FIG.
Is a graph corresponding to FIG.

【0071】図8に示す音響特性から得られる反射関数
r(t)は、図10(a)に示すように、t<0で有限
の値を有している。すなわち、t<0で、反射関数r
(t)は、ゼロで一定でない。したがって、第(4)式
の演算式による演算を行なうために、図10(b)に示
すようにt<0で強制的に0で一定値とした場合の反射
関数が従来の方法では用いられる必要があると思われ
る。本発明では、図10(c)に示すようにt<0での
反射関数r(t)の値が折返されてt>0に加えられて
いる。このような反射関数r(t),rtrun(t),r
causal(t)は、図10では、明らかに違いがあるが、
図9に示すようにt=0からt=50msecでは、あ
まり違いが見られない。
The reflection function r (t) obtained from the acoustic characteristics shown in FIG. 8 has a finite value at t <0, as shown in FIG. That is, at t <0, the reflection function r
(T) is not constant at zero. Therefore, in order to perform the calculation according to the expression (4), the reflection function when t <0 and forcibly set to a constant value at 0 as shown in FIG. 10B is used in the conventional method. It seems necessary. In the present invention, as shown in FIG. 10C, the value of the reflection function r (t) at t <0 is folded and added to t> 0. Such reflection functions r (t), r trun (t), r
causal (t) is clearly different in FIG.
As shown in FIG. 9, there is not much difference between t = 0 and t = 50 msec.

【0072】しかしながら、図11に示すような反射関
数rtrun(t)を用いた場合の音響特性は、図8に示す
音響特性と全く異なっている。これは、図10(b)に
示すようにt<0で強制的に反射関数の値を0にしたた
めである。図11に示す音響特性は、反射関数r
trun(t)のフーリエ変換rhat(trun) からZin=(1
+r hat(trun) )/(1−rhat(trun) )を用いて計算
される音響特性であった。
However, the reflection function shown in FIG.
Number rtrunThe acoustic characteristics when (t) is used are shown in FIG.
Completely different from acoustic characteristics. This is shown in FIG.
As shown, the value of the reflection function was forcibly set to 0 at t <0.
It is. The acoustic characteristic shown in FIG.
trunFourier transform r of (t)hat (trun)To Zin= (1
+ R hat (trun)) / (1-rhat (trun)) Calculated using
The acoustic characteristics were

【0073】これに対し、図12に示すような反射関数
causal(t)を用いた場合の音響特性は、図8に示す
音響特性と精度よく一致している。図12に示す音響特
性は、図10(c)に示す反射関数rcausal(t)のフ
ーリエ変換rhat(causal) からZin=(1+r
hat(causal) )/(1−rhat(causal) )を用いて計算
された音響特性であった。したがって、rtrun(t)を
用いる方法およびrcausal(t)を用いる方法を比較す
ると、明らかに、反射関数rcausal(t)を用いた場合
の方が、精度よく音響特性を再現している。図13に示
す音響特性は、反射関数rcausal(t)を用いて、フー
リエ変換でなく、第(4)式で定義された演算式を用い
てシュミレートした音響特性であった。図13に示され
るような音響特性も、図8に示される音響特性と精度よ
く一致している。したがって、反射関数rcausal(t)
を用いた第(4)式の演算式に基づく図4または図6に
示す音圧推定装置がいかに効果があるかがわかる。
On the other hand, when the reflection function r causal (t) as shown in FIG. 12 is used, the acoustic characteristics accurately match the acoustic characteristics shown in FIG. Figure acoustic characteristics shown in 12, Z in = (1 + r from the Fourier transform r hat (causal) of the reflection function r causal shown in FIG. 10 (c) (t)
hat (causal) ) / (1-r hat (causal) ). Therefore, when comparing the method using r trun (t) and the method using r causal (t), it is apparent that the acoustic characteristics are more accurately reproduced when the reflection function r causal (t) is used. . The acoustic characteristic shown in FIG. 13 was an acoustic characteristic simulated by using the calculation function defined by the expression (4) instead of the Fourier transform using the reflection function r causal (t). The acoustic characteristics shown in FIG. 13 also accurately match the acoustic characteristics shown in FIG. Therefore, the reflection function r causal (t)
It can be seen how effective the sound pressure estimating device shown in FIG. 4 or FIG.

【0074】このように、反射関数rcausal(t)を用
いる場合には、音響特性が精度よく再現される。特に、
数値計算上だけでなく、第(4)式に表わされる演算式
を用いて線形演算部をシュミレートしても、音響特性は
精度よく再現される。
As described above, when the reflection function r causal (t) is used, the acoustic characteristics are accurately reproduced. Especially,
The acoustic characteristics can be accurately reproduced not only in the numerical calculation but also by simulating the linear operation unit using the operation expression represented by Expression (4).

【0075】次に、図1から図3を用いて説明した原理
の続きとして、マウスピースのみならず唇のような振動
体をも考慮した実験結果について説明する。すなわち、
時間領域シミュレーションについて説明する。第(4)
式に示される方程式が前方オイラー法によって差分化さ
れたものを用いて、シミュレーションが行なわれた。音
の強さが中程度(mf)の発音の場合の吹奏圧を図2
(a)に示すPdからE 5 のインピーダンスピークに対
して順に20,20,25,30,35,40kdyn
/cm2 とした。唇のQ値は、hingeモデルのA4
ピークに対して8.0に選んだが、それ以外はすべて
5.0と置いた。唇の固有周波数を60から800Hz
まで20Hzずつ変化させ、発音周波数が求められた。
唇の平衡位置を表わすx0 またはθ0 は両唇が長時間接
触することのないよう、また唇の変位が最大の振幅を得
るように調整した。
Next, the principle described with reference to FIGS.
As a continuation, not only the mouthpiece but also the lip-like vibration
The experimental results that take the body into consideration will now be described. That is,
The time domain simulation will be described. No. (4)
The equation shown in the equation is differentiated by the forward Euler method.
A simulation was performed using the data obtained. sound
Fig. 2 shows the blowing pressure when the sound is moderate (mf).
Pd to E shown in (a) FiveTo the impedance peak of
20, 20, 25, 30, 35, 40 kdyn
/ CmTwoAnd The Q value of the lips is AFour
I chose 8.0 for the peak, but everything else
5.0. The natural frequency of the lips is from 60 to 800 Hz
The sounding frequency was determined by changing the frequency by 20 Hz.
X representing the equilibrium position of the lips0Or θ0For a long time
Avoid touching, and the displacement of the lips gives the maximum amplitude
Was adjusted to

【0076】図14は、唇の固有周波数に対して発音周
波数をプロットした図である。図14に示すように、h
ingeモデルおよび1質量モデルのどちらの唇モデル
でも発音がみられる。理論から予想されるように1質量
モデルでは、各ピーク位置よりも低い周波数で発音され
ている。逆に、hingeモデルでは、高い周波数で発
音されている。また、唇の固有周波数は1質量モデルで
は各ピーク位置よりも同じかやや高い。これに対して、
hingeモデルでは高音域の音を発音するとき、唇の
固有周波数がかなり低い。発音条件は楽器のインピーダ
ンスZinと易動度Gの絶対値および位相のバランスによ
って決定される。hingeモデルで唇の固有周波数が
低いのは、その場合にしか位相の条件が満たされないた
めである。
FIG. 14 is a diagram in which the sound frequency is plotted against the natural frequency of the lips. As shown in FIG.
Pronunciation is observed in both the inge model and the one-mass lip model. As expected from the theory, the one-mass model is sounded at a frequency lower than each peak position. Conversely, in the hinge model, sound is generated at a high frequency. The natural frequency of the lips is the same or slightly higher than each peak position in the one-mass model. On the contrary,
In the hinge model, the natural frequency of the lips is considerably low when a sound in the high range is produced. The sound generation condition is determined by the balance between the absolute value and the phase of the impedance Z in and the mobility G of the musical instrument. The reason why the natural frequency of the lips is low in the hinge model is that the phase condition is satisfied only in that case.

【0077】図15は、1質量モデルとhingeモデ
ルとの発音の違いを示すグラフであり、図15(a)
は、1質量モデルの時間に対する音圧p(kdyn/c
2 )を示したグラフであり、図15(b)は、1質量
モデルの時間に対する体積速度U(cm3 /sec)を
示したグラフであり、図15(c)は、1質量モデルの
時間に対する唇の変位x(mm)を示したグラフであ
る。また、図15(d)は、hingeモデルの時間に
対する音圧p(kdyn/cm2 )を示したグラフであ
り、図15(e)は、hingeモデルの時間に対する
体積速度U(cm3/sec)を示したグラフであり、
図15(f)は、hingeモデルの時間に対する唇の
変位θ(deg.)を示したグラフである。
FIG. 15 is a graph showing the difference in pronunciation between the one-mass model and the hinge model.
Is the sound pressure p (kdyn / c
m 2 ), FIG. 15B is a graph showing the volume velocity U (cm 3 / sec) with respect to time of the one-mass model, and FIG. 15C is a graph showing the volume velocity of the one-mass model. It is the graph which showed displacement x (mm) of the lip with respect to time. FIG. 15D is a graph showing the sound pressure p (kdyn / cm 2 ) with respect to time in the hinge model. FIG. 15E is a graph showing the volume velocity U (cm 3 / sec) with respect to time in the hinge model. ).
FIG. 15F is a graph showing the displacement of the lips θ (deg.) With respect to the time of the hinge model.

【0078】図15(a)〜(c)に示すように、1質
量モデルの場合には、argZin=argp−argU
=81.0,argG=argx−argp=−34.
2になる。すなわち、音圧pと体積速度Uとの間では、
位相差が81.0あり、音圧pと唇の変位xとの間では
位相差が−34.2ある。また、hingeモデルの場
合には、argZin=−52.0,argG=argθ
−argp=16.2となっている。すなわち、音圧p
と体積速度Uとの間には位相差が−52.0あり、音圧
pと唇の変位θとの間には位相差が16.2ある。これ
らの符号から、1質量モデルでは内向き発振、hing
eモデルでは外向き発振が行なわれていると思われる。
また、線形理論から導かれる位相条件argZin+ar
gG=0は、この発音では満たされていない。
As shown in FIGS. 15A to 15C, in the case of the one-mass model, argZ in = argp-argU
= 81.0, argG = argx-argp = -34.
It becomes 2. That is, between the sound pressure p and the volume velocity U,
The phase difference is 81.0, and the phase difference between the sound pressure p and the lip displacement x is -34.2. In the case of the hinge model, argZ in = −52.0, argG = argθ
−argp = 16.2. That is, the sound pressure p
And the volume velocity U have a phase difference of −52.0, and the sound pressure p and the lip displacement θ have a phase difference of 16.2. From these signs, the inward oscillation, hin,
It is considered that outward oscillation is performed in the e model.
Also, the phase condition argZ in + ar derived from the linear theory
gG = 0 is not satisfied by this pronunciation.

【0079】図16は、図2(a)に示すインピーダン
スピークPdからC# 5 での発音波形を示したグラフで
ある。図16(a)〜(e)は1質量モデルに対応した
グラフであって、図16(a)は、インピーダンスピー
クPdに対応したグラフであり、図16(b)は、イン
ピーダンスピークA3 に対応したグラフであり、図16
(c)は、インピーダンスピークEo に対応したグラフ
であり、図16(d)は、インピーダンスピークA4
対応したグラフであり、図16(e)は、インピーダン
スピークC# 5 に対応したグラフである。図16(f)
〜(j)はhingeモデルに対応したグラフであっ
て、図16(f)は、インピーダンスピークPdに対応
したグラフであり、図16(g)は、インピーダンスピ
ークA3 に対応したグラフであり、図16(h)は、イ
ンピーダンスピークE4 に対応したグラフであり、図1
6(i)は、インピーダンスピークA4 に対応したグラ
フであり、図16(j)は、インピーダンスピークC#
5 に対応したグラフである。
FIG. 16 is a graph showing a tone generation waveform from the impedance peak Pd shown in FIG. 2A to C # 5 . Figure 16 (a) ~ (e) is a graph corresponding to 1 mass model, 16 (a) is a graph corresponding to the impedance peak Pd, FIG. 16 (b), the impedance peak A 3 FIG. 16 is a corresponding graph.
16C is a graph corresponding to the impedance peak E o , FIG. 16D is a graph corresponding to the impedance peak A 4 , and FIG. 16E is a graph corresponding to the impedance peak C # 5. It is. FIG. 16 (f)
~ (J) is a graph corresponding to the hinge model, FIG. 16 (f) is a graph corresponding to the impedance peak Pd, FIG 16 (g) is a graph corresponding to the impedance peak A 3, FIG. 16H is a graph corresponding to the impedance peak E 4 , and FIG.
6 (i) is a graph corresponding to the impedance peak A 4, FIG. 16 (j), the impedance peak C #
5 is a graph corresponding to FIG.

【0080】図16(a)〜図16(e)および図16
(f)〜図16(j)で示されるように、低音域から高
音域に変化するにつれて、倍音成分が少なくなってい
る。ただし、hingeモデルの高音域は例外である。
これは、この場合に唇の固有周波数がピーク位置に比べ
て低いことが原因となって低音域と異なる発振体制が生
じているためと思われる。
FIGS. 16 (a) to 16 (e) and FIG.
As shown in (f) to FIG. 16 (j), the harmonic components are reduced as the range changes from the low range to the high range. However, the high range of the hinge model is an exception.
This is presumably due to the fact that the natural frequency of the lips is lower than the peak position in this case, causing an oscillation system different from the bass range.

【0081】ところで、図16(a)に示す波形は、音
名D2 に相当する。図16(b)の波形は、音名F3
相当する。図16(c)の波形は、音名Eb 4 に相当す
る。図16(d)の波形は、音名Ab 4 に相当する。図
16(e)の波形は、音名B 5 に相当する。図16
(f)の波形は、音名Bb 2 に相当する。図16(g)
の波形は、音名Bb 3 に相当する。図16(h)の波形
は、音名F4 に相当する。図16(i)の波形は、音名
4 に相当する。図16(j)の波形は、音名C# 5
相当する。
By the way, the waveform shown in FIG.
First name DTwoIs equivalent to The waveform of FIG.ThreeTo
Equivalent to. The waveform of FIG.b FourEquivalent to
You. The waveform of FIG.b FourIs equivalent to Figure
The waveform of 16 (e) is sound name B FiveIs equivalent to FIG.
The waveform of (f) is the note name Bb TwoIs equivalent to FIG. 16 (g)
Waveform of note name Bb ThreeIs equivalent to The waveform of FIG.
Is the note name FFourIs equivalent to The waveform in FIG.
AFourIs equivalent to The waveform of FIG.# FiveTo
Equivalent to.

【0082】音名D2 ,F3 ,Eb 4 ,Ab 4 ,B
5 は、図2(a)に示すインピーダンスピーク名Pd,
3 ,E4 ,A4 ,C# 5 ,E5 に一致すべきだが、1
質量モデルでは音が下がり半音から1音半程度ずれてい
るため、同一の音名となっていない。同様に、音名Bb
2 ,Bb 3 ,F4 ,A4 ,C# 5 もインピーダンスピー
ク名Pd,A3 ,E4 ,A4 ,C# 5 ,E5 と一致すべ
きだが、hingeモデルの場合、音が上がり半音から
1音半程度ずれたため、音名は一致していない。すなわ
ち、それぞれの共鳴モードでの発音でありながら、イン
ピーダンスピーク名と合成音の音名とが一致していな
い。
Note names D 2 , F 3 , E b 4 , A b 4 , B
5 is the impedance peak name Pd, shown in FIG.
Should match A 3 , E 4 , A 4 , C # 5 , E 5 , but 1
In the mass model, the sound drops and deviates from the semitone by about one and a half, so that they do not have the same note name. Similarly, note name B b
2, B b 3, F 4 , A 4, C # 5 the impedance peak name Pd, A 3, E 4, A 4, C # 5, but should be consistent with E 5, when the hinge model, increases the sound Since the pitch is shifted by one and a half tone from a semitone, the pitch names do not match. In other words, the impedance peak name and the synthesized sound name do not match even though the sound is generated in each resonance mode.

【0083】図17は、図16に示した各倍音に対する
振幅を示した図である。特に、図17(a)は、図16
(a)〜(e)に示される1質量モデルでの各倍音に対
する振幅をプロットした図であり、図17(b)は、図
16(f)〜(j)に示されるhingeモデルでの各
倍音に対する振幅をプロットした図である。
FIG. 17 is a diagram showing the amplitude for each overtone shown in FIG. In particular, FIG.
It is the figure which plotted the amplitude with respect to each overtone in the 1 mass model shown to (a)-(e), and FIG.17 (b) shows each of the hinges model shown to FIG.16 (f)-(j). It is the figure which plotted the amplitude with respect to an overtone.

【0084】図17(a)において、○は、図16
(b)に示す音名F3 の振幅を示している。×は、図1
6(c)に示される音名Eb 4 に対する振幅を示してい
る。+は、図16(d)に示される音名Ab 4 での振幅
を示している。*は、図16(e)に示される音名B5
での振幅を示している。
In FIG. 17 (a), .largecircle.
Shows the amplitude of the sound name F 3 shown in (b). × indicates FIG.
6C shows the amplitude for the pitch name E b 4 shown in FIG. + Indicates the amplitude at the pitch name A b 4 shown in FIG. * Indicates the note name B 5 shown in FIG.
Shows the amplitude at.

【0085】図17(b)において、○は、図16
(g)に示される音名Bb 3 での振幅を示している。×
は、図16(h)に示される音名F4 を示している。+
は、図16(i)に示される音名A4 での振幅を示して
いる。*は、図16(j)に示される音名C# 5 での振
幅を示している。
In FIG. 17 (b), .largecircle.
The amplitude at the pitch name B b 3 shown in (g) is shown. ×
Shows the pitch name F 4 shown in FIG. 16 (h). +
Shows the amplitude of the sound names A 4 shown in FIG. 16 (i). * Indicates the amplitude of note name C # 5 shown in FIG.

【0086】図17(a),(b)からわかるように、
Elliot and Bowsherが導いた倍音次
数に対して対数振幅が一定に減る傾向が全体としては見
られる。ただし、特に図17(b)のhingeモデル
の高音域(*で示される音名C# 5 など)では、一定に
減る傾向は見られていない。
As can be seen from FIGS. 17A and 17B,
As a whole, there is a tendency for the logarithmic amplitude to decrease steadily with respect to the harmonic order derived by Elliot and Bowsher. However, particularly in the high range of the hinge model in FIG. 17B (note name C # 5 indicated by *), the tendency to decrease constantly is not seen.

【0087】次に、音の強さによって音圧波形がどのよ
うに変わるかを調べるために、ピークA3 で吹奏圧p0
を5(pp),20(mf),60(ff)kdyn/
cm 2 に変化させてシミュレーションを行なうことにつ
いて説明する。
Next, what is the sound pressure waveform depending on the sound intensity?
Peak A to see how it changesThreeAt blowing pressure p0
Is 5 (pp), 20 (mf), 60 (ff) kdyn /
cm TwoTo perform simulation by changing
Will be described.

【0088】図18は、ピークA3 で異なる吹奏圧によ
る音圧波形を示した図である。図18(a)は、1質量
モデルにおける吹奏圧p0 =5(pp)kdyn/cm
2 について示した図である。図18(b)は、1質量モ
デルにおける吹奏圧p0 =20(mf)kdyn/cm
2 について示した図である。図18(c)は、1質量モ
デルにおける吹奏圧p0 =60(ff)kdyn/cm
2 について示した図である。図18(d)は、hing
eモデルにおける吹奏圧p0 =5(pp)kdyn/c
2 について示した図である。図18(e)は、hin
geモデルにおける吹奏圧p0 =20(mf)kdyn
/cm2 について示した図である。図18(f)は、h
ingeモデルにおける吹奏圧p0 =60(ff)kd
yn/cm2 について示した図である。
[0088] Figure 18 is a diagram showing a sound pressure waveform by a different blowing pressure peak A 3. FIG. 18A shows the blowing pressure p 0 = 5 (pp) kdyn / cm in the one-mass model.
Is a diagram showing the 2. FIG. 18B shows the blowing pressure p 0 = 20 (mf) kdyn / cm in the one-mass model.
Is a diagram showing the 2. FIG. 18C shows the blowing pressure p 0 = 60 (ff) kdyn / cm in the one-mass model.
Is a diagram showing the 2. FIG.
Wind pressure p 0 = 5 (pp) kdyn / c in e model
FIG. 7 is a diagram illustrating m 2 . FIG.
blowing pressure p 0 = 20 (mf) kdyn in the ge model
/ Cm 2. FIG. FIG. 18F shows h
blowing pressure p 0 = 60 (ff) kd in the inge model
FIG. 4 is a diagram showing yn / cm 2 .

【0089】図19は、図18に対応した発音時の各倍
音次数に対する振幅を示した図である。図19(a)
は、図18(a)〜(c)に対応する1質量モデルの場
合を示した図である。図19(b)は、図18(d)〜
(f)に対応したhingeモデルを示した図である。
FIG. 19 is a diagram showing the amplitude corresponding to each harmonic order at the time of sound generation corresponding to FIG. FIG. 19 (a)
FIG. 19 is a diagram showing a case of a one-mass model corresponding to FIGS. FIG. 19 (b) shows the state shown in FIG.
It is a figure showing the hinge model corresponding to (f).

【0090】図19(a)において、×は、図18
(a)に示す吹奏圧p0 =5(pp)kdyn/cm2
について示した図である。○は、図18(b)に示した
吹奏圧p 0 =20(mf)kdyn/cm2 について示
した図である。+は、図18(c)に示した吹奏圧p0
=60(ff)kdyn/cm2 について示した図であ
る。図18(b)においても、×は、図18(d)に対
応し、○は、図18(e)に対応し、+は、図18
(f)に対応する。
In FIG. 19 (a), x indicates that in FIG.
The blowing pressure p shown in (a)0= 5 (pp) kdyn / cmTwo
FIG. ○ is shown in FIG.
Blowing pressure p 0= 20 (mf) kdyn / cmTwoAbout
FIG. + Indicates the blowing pressure p shown in FIG.0
= 60 (ff) kdyn / cmTwoFIG.
You. Also in FIG. 18 (b), × indicates the opposite to FIG. 18 (d).
18 corresponds to FIG. 18E, and + corresponds to FIG.
This corresponds to (f).

【0091】図18および図19を参照して、ピークA
3 で、吹奏圧p0 を異ならせても、対数振幅が倍音次数
に対して線形に落ちていく傾向が見られる。ただし、図
19に示されるグラフからは、対数振幅の線形に落ちて
いく傾きが音のレベルが上がるにつれて緩くなるかどう
かは明らかでない。
Referring to FIGS. 18 and 19, peak A
3, even with different blowing pressure p 0, it tends to logarithmic amplitude will fall linearly with the harmonic orders can be seen. However, it is not clear from the graph shown in FIG. 19 whether the linearly decreasing slope of the logarithmic amplitude becomes gentler as the sound level increases.

【0092】図14を再度参照して、同一ピークに対す
る発音で唇の固有周波数の変化に伴い発音周波数がかな
り変化している。特に、ピークA3 での発音に対し、1
質量モデルでは4度、hingeモデルでは2度変化が
生じている。
Referring again to FIG. 14, the sounding frequency significantly changes with the change in the natural frequency of the lips in the sounding for the same peak. In particular, with respect to sound at peak A 3, 1
The change occurs four times in the mass model and twice in the hinge model.

【0093】図20は、インピーダンスピークA3 で唇
の固有振動数を変化させたときの発音音圧波形を示した
図である。図20(a)〜(c)は、1質量モデルに対
しての図であり、図20(d)〜(f)はhingeモ
デルに対しての図である。図20(a)は、発音周波数
に最も近い音名としてEb 3 と名付けられる図である。
図20(b)は、発音周波数に最も近い音名としてF3
と名付けられる図である。図20(c)は、発音周波数
に最も近い音名としてAb 3 と名付けられる図である。
図20(d)は、発音周波数に最も近い音名としてA3
と名付けられる図である。図20(e)は、発音周波数
に最も近い音名としてBb 3 名付けられる図である。図
20(f)は、発音周波数に最も近い音名としてB3
名付けられる図である。
[0093] Figure 20 is a diagram showing the pronunciation sound pressure waveforms at the time of changing the natural frequency of the lip by the impedance peak A 3. FIGS. 20A to 20C are diagrams for the one-mass model, and FIGS. 20D to 20F are diagrams for the hinge model. FIG. 20A is a diagram in which E b 3 is named as the note name closest to the sound generation frequency.
FIG. 20B shows F 3 as the note name closest to the sounding frequency.
FIG. FIG. 20C is a diagram in which A b 3 is named as the note name closest to the sound generation frequency.
FIG. 20D shows A 3 as the note name closest to the sounding frequency.
FIG. FIG. 20E is a diagram in which B b 3 is named as the note name closest to the sound generation frequency. Figure 20 (f) are diagrams named B 3 as nearest pitch name pronunciation frequency.

【0094】このような同一インピーダンスA3 であっ
ても、1質量モデルでは図20(a)〜(c)に示すよ
うに、Eb 3 ,F3 ,Ab 3 となり、インピーダンスピ
ークA3 から音名がずれている。同様に、hingeモ
デルでは図20(d)〜(f)に示すように、インピー
ダンスピークA3 であっても、音名A3 ,Bb 3 ,B 3
のようにインピーダンスピークA3 から音名がずれてい
る。このような音程の変わりやすさは、楽器のインピー
ダンスピークの位置間隔の不均一性が原因であると思わ
れる。一般に、系の非線形性によって、異なる倍音間の
カップリングが生じる。ピーク位置が完全に等間隔に並
んだ楽器では、基本周波数がピーク位置付近にあればそ
の倍音も他のピーク位置に一致する。そのため、その位
置で鋭く安定した発振体制ができあがる。これに対し
て、不均一なピーク位置を持つ楽器では、基音の周波数
がピーク位置がずれていても、別のピーク位置が倍音の
周波数に一致すれば発音が可能となる。したがって、図
20に示すように発音が可能となっていた。
The same impedance AThreeSo
However, in the one-mass model, it is shown in FIGS.
U, Eb Three, FThree, Ab ThreeAnd the impedance
Arc AThreeThe note name is off. Similarly, hingemo
At Dell, as shown in FIGS.
Dance Peak AThreeEven, note name AThree, Bb Three, B Three
Like impedance peak AThreeNote name is shifted from
You. Such variability in pitch is the instrument's impedance.
Probably due to non-uniformity of dance peak positions
It is. In general, due to the nonlinearity of the system,
Coupling occurs. Peak positions are perfectly evenly spaced
Instrument, if the fundamental frequency is near the peak position,
Overtones also coincide with other peak positions. Because of that
A stable and stable oscillation system is completed. In contrast
For instruments with non-uniform peak positions, the fundamental frequency
Even if the peak position is shifted, another peak position
If the frequency matches, sound can be generated. Therefore, the figure
As shown in FIG.

【0095】そこで、実際にどの倍音がインピーダンス
ピークに一致しているかは、表2に示す。
Table 2 shows which overtone actually matches the impedance peak.

【0096】[0096]

【表2】 [Table 2]

【0097】表2からわかるように、1質量モデルEb
3 では、第4次、F3 には第3・5次、Ab 3 は第1次
(基音)倍音が発振体制に寄与している。また、hin
geモデルA3 では第3・4次、Bb 3 には第4次、B
3 は第4・5次倍音が発振体制に寄与している。
As can be seen from Table 2, the one-mass model E b
In 3, 4th, 3rd and 5th order in F 3, A b 3 is first order (fundamental) harmonic contributes to the oscillation regime. Also, hin
ge Model A 3 In order third-4, Fourth to B b 3, B
In No. 3 , the fourth and fifth harmonics contribute to the oscillation system.

【0098】楽器のような時間送りフィードバックのあ
る系では、全く同じパラメータの下での発音であって
も、過去の履歴(ヒステリシス)によって異なる発音が
得られる。実際、クラリネットの人工吹鳴の実験でこの
ヒステリシスが観測されている。この実施例で示したシ
ミュレーションでは、異なる2つ以上の発音するパラメ
ータは得られていない。しかし、あるパラメータ(p0
=5kdyn/cm2 ,x0 =0.01cm,Q=5.
0)で過去の履歴によって発音する場合としない場合が
あることがわかった。また、変わった発音としては、2
つのピークA4 とC# 5 に対して同時に発音する例が得
られた。
In a system having time-feedback feedback such as a musical instrument, different sounds can be obtained depending on the past history (hysteresis) even if the sound is generated under exactly the same parameters. In fact, this hysteresis has been observed in experiments of artificial sounding of clarinets. In the simulation shown in this embodiment, two or more different sounding parameters are not obtained. However, certain parameters (p 0
= 5 kdyn / cm 2 , x 0 = 0.01 cm, Q = 5.
In 0), it was found that there were cases where the pronunciation was made depending on the past history and cases where the pronunciation was not made. Also, the strange pronunciation is 2
One simultaneously Could example the peak A 4 and C # 5 was obtained.

【0099】以上のことをまとめる。まず、本発明に必
要な反射関数rcausal(t)が音圧推定にいかに効果が
あることが図8〜図13に示すグラフにより明らかにな
った。
The above is summarized. First, it became clear from the graphs shown in FIGS. 8 to 13 that the reflection function r causal (t) required for the present invention was effective in sound pressure estimation.

【0100】さらに、2つの唇モデルを用いて、どちら
のモデルでも発音が実現されることが示された。シミュ
レーションによって得られる音は自然楽器音と同じよう
に、音のピッチが上昇するにつれ倍音を含んだ音から純
音に近い音に変化することが示された。また、音の強弱
に対しても自然楽器音に見られるのと同じような音質の
変化を示すことができた。さらに、系の非線形性を通し
て複数の楽器インピーダンスピークの協同作用を伴った
発振体制による発音が見られた。
Further, it was shown that the pronunciation was realized in both models using two lip models. It was shown that the sound obtained by the simulation changes from a sound including harmonics to a sound close to a pure sound as the pitch of the sound increases, similarly to the sound of a natural instrument. In addition, a change in sound quality similar to that seen in a natural musical instrument sound could be exhibited with respect to the strength of the sound. Furthermore, through the nonlinearity of the system, a sound was generated by the oscillation system with the cooperative action of multiple instrument impedance peaks.

【0101】なお、反射関数rcausal(t)を用いるこ
とによる音圧推定の効果は、金管楽器のマウスピースの
ように断面形状が管楽器内部に進むにつれて小さくなる
ような形状のみに限定される必要はない。すなわち、楽
器の一端の断面形状が広がっていてもよく、たとえば断
面形状が一定に増大する円すい管であっても反射関数r
causal(t)は効果を発揮する。これは、インピーダン
ス変化のある所では反射が起こるためである。すなわ
ち、断面積Sの変化により、管の特性インピーダンスZ
c =ρc/Sが変化し、反射が起こるためである。
The effect of sound pressure estimation by using the reflection function r causal (t) needs to be limited to only a shape such as a mouthpiece of a brass instrument whose cross-sectional shape decreases as it goes inside the wind instrument. There is no. That is, the cross-sectional shape of one end of the musical instrument may be widened. For example, even if the cross-sectional shape of the instrument is a conical tube, the reflection function r
causal (t) is effective. This is because reflection occurs where impedance changes. That is, the change in the sectional area S causes the characteristic impedance Z of the tube to change.
This is because c = ρc / S changes and reflection occurs.

【0102】したがって、楽器は、金管楽器に限定され
るものではなく、マウスピースのように内部断面形状の
変化が生じている部分を有する楽器であれば、木管楽器
でもよい。
Therefore, the musical instrument is not limited to a brass instrument, but may be a woodwind instrument as long as it has a portion where the internal cross-sectional shape changes, such as a mouthpiece.

【0103】また、反射関数rcausal(t)の定義とし
て、必ずしもt=−∞からt=0までの区間がt=0か
らt=+∞までの区間に折返される必要はない。すなわ
ち、t=0の近傍であって、t<0での反射関数r
(t)の値が有限の値を有する区間までが折返されても
よい。
As a definition of the reflection function r causal (t), the section from t = −∞ to t = 0 does not necessarily need to be folded back to the section from t = 0 to t = + ∞. That is, the reflection function r near t = 0 and at t <0
The section up to the section where the value of (t) has a finite value may be folded.

【0104】[0104]

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、楽器の
一端付近に内部断面形状のある楽器の音を合成するため
の音圧を極力精度よく推定できる。
As described above, according to the present invention, the sound pressure for synthesizing the sound of a musical instrument having an internal cross-sectional shape near one end of the musical instrument can be estimated as accurately as possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】マウスピース、唇および口腔の状態を示した図
である。
FIG. 1 is a diagram showing a state of a mouthpiece, a lip, and an oral cavity.

【図2】楽器の入力インピーダンスを示したグラフであ
る。
FIG. 2 is a graph showing the input impedance of a musical instrument.

【図3】反射関数を示したグラフである。FIG. 3 is a graph showing a reflection function.

【図4】この発明の一実施例による音圧推定装置を示し
た概略ブロック図である。
FIG. 4 is a schematic block diagram showing a sound pressure estimation device according to one embodiment of the present invention.

【図5】図4の線形演算部の回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram of a linear operation unit of FIG. 4;

【図6】この発明の他の実施例による音圧推定装置を示
した概略ブロック図である。
FIG. 6 is a schematic block diagram showing a sound pressure estimation device according to another embodiment of the present invention.

【図7】図6の線形演算部の回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram of the linear operation unit of FIG. 6;

【図8】楽器の形状から得られる楽器の音響特性を示し
たグラフである。
FIG. 8 is a graph showing acoustic characteristics of a musical instrument obtained from the shape of the musical instrument.

【図9】t=0から50(msec)までの反射関数を
示したグラフである。
FIG. 9 is a graph showing a reflection function from t = 0 to 50 (msec).

【図10】t=0付近での反射関数を示したグラフであ
る。
FIG. 10 is a graph showing a reflection function near t = 0.

【図11】反射関数r(t)をt=0とした反射関数r
trun(t)を用いた場合の音響特性を示したグラフであ
って、逆フーリエ変換およびフーリエ変換を用いた場合
の音響特性を示したグラフである。
FIG. 11 is a reflection function r where the reflection function r (t) is t = 0.
7 is a graph showing acoustic characteristics when trun (t) is used, and is a graph showing acoustic characteristics when inverse Fourier transform and Fourier transform are used.

【図12】反射関数rcausal(t)を用いた場合の音響
特性を示したグラフであって、逆フーリエ変換およびフ
ーリエ変換を用いた場合の音響特性を示したグラフであ
る。
FIG. 12 is a graph showing acoustic characteristics when a reflection function r causal (t) is used, and is a graph showing acoustic characteristics when an inverse Fourier transform and a Fourier transform are used.

【図13】反射関数rtrun(t)を用いた場合の音響特
性を示したグラフであって、逆フーリエ変換および第
(4)式を用いた場合の音響特性を示したグラフであ
る。
FIG. 13 is a graph showing acoustic characteristics when a reflection function r trun (t) is used, and showing acoustic characteristics when an inverse Fourier transform and Expression (4) are used.

【図14】唇の固有振動数と発音振動数の関係を示した
グラフである。
FIG. 14 is a graph showing the relationship between the natural frequency of the lips and the pronunciation frequency.

【図15】マウスピースでの音圧p、体積速度U、唇の
変位x(またはθ)の波形を示したグラフである。
FIG. 15 is a graph showing waveforms of sound pressure p, volume velocity U, and lip displacement x (or θ) at the mouthpiece.

【図16】図2(a)の異なるインピーダンスピーク
(PdからC# 5 )への発音音圧波形を示したグラフで
ある。
FIG. 16 is a graph showing sound pressure waveforms at different impedance peaks (from Pd to C # 5 ) in FIG. 2 (a).

【図17】図2(a)の異なるインピーダンスピーク
(PdからC# 5 )への発音時の各倍音次数に対する振
幅を示したグラフである。
FIG. 17 is a graph showing the amplitude with respect to each harmonic order when sound is generated at different impedance peaks (Pd to C # 5 ) in FIG. 2A.

【図18】吹奏圧p0 が5(pp),20(mf),6
0(ff)kdyn/cm2 による異なるレベルでの発
音音圧波形を示したグラフである。
FIG. 18 shows a blowing pressure p 0 of 5 (pp), 20 (mf), 6
It is the graph which showed the sounding sound pressure waveform in different levels by 0 (ff) kdyn / cm < 2 >.

【図19】吹奏圧p0 が5(pp),20(mf),6
0(ff)kdyn/cm2 の異なるレベルでの発音時
の各倍音次数に対する振幅を示したグラフである。
FIG. 19: blowing pressure p 0 is 5 (pp), 20 (mf), 6
It is the graph which showed the amplitude with respect to each overtone order at the time of tone generation at 0 (ff) kdyn / cm < 2 > different levels.

【図20】図2(a)の同一インピーダンスピーク(A
3 )で唇の固有振動数を変化させたときの発音音圧波形
を示したグラフである。
FIG. 20 shows the same impedance peak (A
3 is a graph showing a sound pressure waveform when the natural frequency of the lips is changed in 3 ).

【図21】従来の音圧推定装置(物理モデル音源)の概
略ブロック図である。
FIG. 21 is a schematic block diagram of a conventional sound pressure estimation device (physical model sound source).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

17,35 音圧推定装置 21,37 推定部 23 フィルタ 25,39 非線形演算部 27,41 線形演算部 17, 35 Sound pressure estimation device 21, 37 Estimation unit 23 Filter 25, 39 Non-linear operation unit 27, 41 Linear operation unit

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G10H 7/08 G10H 7/00Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G10H 7/08 G10H 7/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 その一端付近に内部断面形状の変化があ
る管状の楽器の音を合成するために音圧を推定する音圧
推定装置であって、 前記内部断面形状の変化によって生じる音圧を推定する
推定手段を備え、 前記推定手段は、 前記一端に流入されるべき流体の流量変化を推定する流
量変化推定手段と、 前記推定された流量変化に基づいて前記内部断面形状の
変化に応じた音圧を推定する音圧推定手段とを備え、 前記音圧推定手段は、 前記推定された流量変化を表わす信号に所定の係数を乗
算し、その信号を順次遅延させるとともに音の反射を表
わす第(1)式の反射関数rcausal(t)の所定
の値を乗算する複数の遅延段と、 前記係数が乗算された信号および前記各遅延段の出力を
加算して前記推定された音圧を表わす信号として出力す
るとともに、前記係数が乗算された信号を前記推定され
た音圧を表わす信号に加算して前記各遅延段に出力する
ループ手段とを含む、音圧推定装置。
1. A sound pressure estimating apparatus for estimating a sound pressure for synthesizing a sound of a tubular musical instrument having a change in internal cross-sectional shape near one end thereof, wherein the sound pressure generated by the change in internal cross-sectional shape is determined. A flow rate change estimating means for estimating a flow rate change of a fluid to be flowed into the one end, and a flow rate change estimating means for estimating a change in the internal cross-sectional shape based on the estimated flow rate change. Sound pressure estimating means for estimating sound pressure, wherein the sound pressure estimating means multiplies a signal representing the estimated flow rate change by a predetermined coefficient, sequentially delays the signal, and represents a sound reflection. A plurality of delay stages for multiplying a predetermined value of the reflection function rcausal (t) of the expression (1); a signal multiplied by the coefficient and an output of each of the delay stages to add the estimated sound pressure Output as a signal And a loop means for adding a signal multiplied by the coefficient to the signal representing the estimated sound pressure and outputting the signal to each of the delay stages.
【請求項2】 その一端付近に内部断面形状の変化があ
る管状の楽器の音を合成するために音圧を推定する音圧
推定装置であって、 前記内部断面形状の変化によって生じる音圧を推定する
推定手段を備え、 前記推定手段は、 前記一端に流入されるべき流体の流量変化に基づいて音
圧の進行波を表わす音圧進行波信号を求めて出力する進
行波信号出力手段と、 前記出力された音圧進行波信号に基づいて音圧の反射波
を表わす音圧反射波信号を求めて出力する反射波信号出
力手段と、 前記進行波信号出力手段および前記反射波信号出力手段
の出力を加算して音圧を求める第1の加算手段とを備
え、 前記反射波信号出力手段は、 前記進行波信号出力手段の進行波信号を順次遅延させる
とともに音の反射を表わす第(1)式の反射関数r
causal(t)の所定の値を乗算する複数の遅延段
と、 前記各遅延段の出力を加算して反射波信号として出力す
る第2の加算手段とを含む、音圧推定装置。
2. A sound pressure estimating apparatus for estimating a sound pressure for synthesizing a sound of a tubular musical instrument having a change in internal cross-sectional shape near one end thereof, wherein the sound pressure generated by the change in internal cross-sectional shape is determined. Estimating means for estimating, the estimating means, a traveling wave signal output means for obtaining and outputting a sound pressure traveling wave signal representing a traveling wave of sound pressure based on a change in the flow rate of the fluid to be flowed into the one end, A reflected wave signal output unit that obtains and outputs a sound pressure reflected wave signal representing a reflected wave of sound pressure based on the output sound pressure traveling wave signal; and the traveling wave signal output unit and the reflected wave signal output unit. A first adding means for adding the output to obtain a sound pressure, wherein the reflected wave signal output means sequentially delays the traveling wave signal of the traveling wave signal output means and represents sound reflection (1). Equation reflection function r
A sound pressure estimating device comprising: a plurality of delay stages for multiplying a predetermined value of causal (t); and a second adding unit for adding outputs of the respective delay stages and outputting a reflected wave signal.
【請求項3】 その一端付近に内部断面形状の変化があ
る管状の楽器の音を合成するために音圧を推定する音圧
推定装置であって、 前記一端に流入されるべき流体の流量変化U(t)と前
記内部断面形状の変化に応じた音圧p(t)との関係に
よって導かれる音の反射を表わす反射関数r(t)が時
間t<0で有限の値を有することに応じて、前記反射関
数r(t)を第(1)式の反射関数r
causal(t)に変更し、楽器入力インピーダンス
inおよび特性インピーダンスZを含む第(2)式
に基づいて前記内部断面形状の変化に応じた音圧p
(t)を推定する推定手段を備えた、音圧推定装置。
3. A sound pressure estimating device for estimating a sound pressure for synthesizing a sound of a tubular musical instrument having a change in internal cross-sectional shape near one end thereof, wherein a change in a flow rate of a fluid to be flowed into the one end is provided. The reflection function r (t) representing the reflection of sound guided by the relationship between U (t) and the sound pressure p (t) corresponding to the change in the internal cross-sectional shape has a finite value at time t <0. Accordingly, the reflection function r (t) is changed to the reflection function r of the equation (1).
Change the causal (t), instrument input impedance Z in and the characteristic impedance Z a containing c (2) the sound pressure p in response to changes in the internal cross-sectional shape based on the formula
A sound pressure estimating device comprising: estimating means for estimating (t).
【請求項4】 前記反射関数r(t)は、第(3)式の
hatの逆フーリエ変換で定義される、請求項3記載
の音圧推定装置。
4. The sound pressure estimating device according to claim 3, wherein the reflection function r (t) is defined by an inverse Fourier transform of r hat in the equation (3).
【請求項5】 さらに、前記推定手段が推定した音圧に
応じて前記楽器の他端での音圧を推定する他端音圧推定
手段を備えた、請求項3記載の音圧推定装置。 【数1】
5. The sound pressure estimating device according to claim 3, further comprising another end sound pressure estimating means for estimating a sound pressure at the other end of the musical instrument according to the sound pressure estimated by the estimating means. (Equation 1)
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