JPH0944164A

JPH0944164A - 楽音発生装置

Info

Publication number: JPH0944164A
Application number: JP7214161A
Authority: JP
Inventors: Goro Sakata; 吾朗坂田
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1995-07-31
Filing date: 1995-07-31
Publication date: 1997-02-14

Abstract

(57)【要約】【課題】回路規模を増大することなく簡易な構成で滑
らかに音高制御し得る楽音発生装置を実現する。【解決手段】第１の音高から第２の音高へ遷移させる
際、遅延回路４は互いに異なる読み出しアドレスａ，ｂ
に基づき第１の音高に対応する第１の遅延時間と、第２
の音高に対応する第２の遅延時間とを生成する一方、音
高遷移する際のポルタメントレートに従い変化する補間
係数ｒによって、この第１の遅延時間から第２の遅延時
間へ遅延補間されるので、滑らかに音高遷移する。しか
も、こうした遅延補間は、乗算と加算とだけで行う為、
従来のように回路規模を増大することなく簡易な構成で
実現可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、フルート
等の管楽器音の発音メカニズムをシミュレートする装置
に関し、特に、発生した管楽器音のピッチ（音高）を簡
易な構成下で滑らかに変化させ得る楽音発生装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、自然楽器の発音メカニズムをシミ
ュレートしたモデルを動作させ、これにより自然楽器の
楽音を発生する装置が各種開発されており、管楽器の発
音メカニズムをシミュレートするものとしては、例え
ば、特開平３−２３５９９７号公報に開示されている。
この種の装置によれば、管楽器のマウスピースおよびリ
ードからなる部分の非線形動作をシミュレートする励振
部と、管楽器の管部である共鳴管の伝送特性をシミュレ
ートする管体部とで閉ループを形成し、この閉ループ中
に励振部から吹奏圧に相当する信号を注入すると、閉ル
ープで信号の循環が励起され、これにより共鳴管の共振
動作に対応したピッチ（音高）の楽音信号が得られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】さて、上述した従来の
楽音発生装置では、閉ループ中に、共鳴管における空気
圧力波の伝播遅延をシミュレートする複数の遅延回路Ｄ
が介装されており、その遅延時間を変化させることで共
鳴管の共振特性を異ならせ、ループ中を循環する楽音信
号のピッチを制御している。ループ中の遅延時間を制御
するには、例えば、遅延回路Ｄがシフトレジスタによっ
て構成されているならば、発生すべき音高に応じてシフ
トレジスタを駆動するクロック信号の周波数を変化させ
る、所謂ピッチ同期的な手法が知られている。これに対
し、ピッチ非同期的にループ中の遅延量を制御する態様
として、遅延回路Ｄを周知のリングバッファで構成し、
その書込み・読み出しアドレスの相対値を変化させて所
望の遅延時間を得る手法が用いられている。

【０００４】ところで、リングバッファの書込み・読み
出しアドレスの相対値を変化させて遅延回路Ｄの遅延量
を制御する方式では、いきなり書込みアドレスと読み出
しアドレスとを異ならせると、読み出した信号値が不連
続となり、これがノイズ発生の要因になる虞がある。そ
こで、１サンプル遅延より小さい読み出しアドレスの小
数部を設け、整数部に対応して読み出された信号値を、
この小数部の値に基づき補間演算することで信号の不連
続を回避してノイズ発生を抑止するようにしている。

【０００５】しかしながら、このような補間演算を行う
には、少なくとも、所望の遅延時間を得る目的の読み出
しアドレスの整数部と、これと隣り合うアドレスの整数
部とに基づいて読み出した複数の信号値を一旦、レジス
タに退避させておき、次に、このレジスタ退避させた複
数の信号値を読み出して目的の読み出しアドレスの小数
部に従って内挿補間するので、高速な演算処理が必要に
なる。しかも、遅延回路Ｄは、共鳴管において管の径が
変化している箇所で発生する空気圧力波の散乱をシミュ
レートする複数のジャンクションＪＵ間に介装されるた
め、これら複数の遅延回路Ｄ毎に最適な遅延時間を与え
る必要があり、これ故、数多くの高速演算が必要とな
り、必然的に回路規模が増大してしまうという問題を生
じさせている。

【０００６】そこで、本発明は、上述した事情に鑑みて
なされたもので、回路規模を増大することなく簡易な構
成で滑らかに音高制御し得る楽音発生装置を提供するこ
とを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、発音体の非線形特性に
基づいて生成される励振信号を、所定時間遅延して出力
する遅延手段を備え、この遅延手段の出力を繰り返し循
環させて共鳴体の共振動作に対応した音高の楽音を発生
する楽音発生装置において、前記遅延手段は、発音すべ
き音高が指定される毎に、その音高に応じた遅延時間の
発生を指示する遅延発生指示手段と、この遅延発生指示
手段の指示に応じた遅延時間を発生する遅延発生手段
と、前記遅延発生指示手段の指示に従って、この遅延発
生手段が第１の音高に対応する第１の遅延時間と、第２
の音高に対応する第２の遅延時間とを生成した時、第１
の音高から第２の音高へ遷移する際の遷移レートに応じ
て第１の遅延時間から第２の遅延時間へ連続的に遅延補
間する遅延補間手段とを具備することを特徴としてい
る。

【０００８】また、請求項２に記載の発明では、発音体
の非線形特性に基づいて生成される励振信号を、所定時
間遅延して出力する遅延手段を備え、この遅延手段の出
力を繰り返し循環させて共鳴体の共振動作に対応した音
高の楽音を発生する楽音発生装置において、前記遅延手
段は、発音すべき音高が指定される毎に、その音高に応
じた遅延時間を生じさせる第１の読み出しアドレスと第
２の読み出しアドレスとを交互に発生する読み出しアド
レス発生手段と、環状アドレッシングされた書込みアド
レスに従って前記励振信号が書き込まれるメモリ手段で
あって、発音すべき音高が指定される毎に、前記第１お
よび第２の読み出しアドレスに従って当該メモリ手段を
交互に読み出して第１および第２の遅延時間を発生する
遅延発生手段と、発音すべき音高が第１の音高から第２
の音高へ遷移する際の遷移レートを設定するレート設定
手段と、前記遷移レートに応じて変化する補間係数を発
生すると共に、この補間係数に応じて前記第１の遅延時
間から前記第２の遅延時間に内挿補間する遅延補間手段
とを具備することを特徴としている。

【０００９】上記請求項２に従属する請求項３に記載の
発明によれば、前記遅延補間手段は、前記遷移レートに
応じて変化する第１の補間係数ｒと第２の補間係数１−
ｒとを発生する係数発生手段と、前記遅延手段が発生す
る第１および第２の遅延時間に第１の補間係数ｒと第２
の補間係数１−ｒとをそれぞれ乗算し、両乗算結果を加
算して補間遅延時間を発生する補間演算手段とを備える
ことを特徴とする。また、上記請求項２に従属する請求
項４に記載の発明では、前記レート設定手段は、ポルタ
メント奏法に相当する遷移レートを設定することを特徴
とする。

【００１０】本発明では、第１の音高に対応する第１の
遅延時間と、第２の音高に対応する第２の遅延時間とを
生成した時、第１の音高から第２の音高へ遷移する際の
遷移レートに応じて第１の遅延時間から第２の遅延時間
へ連続的に遅延補間するので、回路規模を増大すること
なく簡易な構成で滑らかに音高制御する。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明は、管楽器の発音メカニズ
ムをシミュレートする楽音発生装置に適用され得る。以
下では、発明の原理について述べた後、本発明の実施の
形態である楽音発生装置を実施例とし、図面を参照して
説明する。

【００１２】Ａ．発明の原理（１）発音メカニズム実施例の説明に入る前に、本発明による管楽器（エア・
リード楽器）の発音メカニズムについて述べる。周知の
通り、管楽器は空気柱を取囲む管と、空気柱に振動を生
じさせる機構とを備え、管は共鳴体として動作し、空気
振動を生じる機構は発音体として動作する。管楽器で
は、多くの場合、リードと呼ばれる弾性体の薄片を振動
させて発音するが、リードを持たないエア・リード楽器
も知られている。

【００１３】エア・リード楽器、あるいはノン・リード
楽器と呼ばれるものは、呼気などによって作られる空気
流（ジェット）と管内の空気柱との相互作用により振動
が励起される。より詳しく言えば、マウスピース部に設
けられたエッジに対する空気流自体の形や、それのエッ
ジに対する当り具合が振動発生の態様を左右しており、
これがエア・リードと呼称される所以となっている。こ
こで、図１に示すリコーダーの断面構造を参照してエア
・リード楽器の発音メカニズムについて説明する。マウ
スピースＭＰから吹込まれる空気流は、エッジＥＧで管
内へ向う流れと管外へ向う流れとからなるジェット・リ
ードＪＲを形成する。

【００１４】管内側へ流入される空気流は、管内圧力を
上昇させ、その圧力波が開口管端へ向って伝播する。開
口管端は、開放されている為、圧力分布がゼロとなり、
圧力波がマウスピースＭＰ側へ反射する。そして、マウ
スピースＭＰ側に到達した圧力波は、このマウスピース
ＭＰ端が開放されていることから、基本的に再び開口管
端側へ反射される。その際、圧力波がジェットリードＪ
Ｒに影響を及ぼす。すなわち、ジェットリードＪＲは、
圧力波の進行に伴って一旦、管外方向へ押し上げられる
が、その後、管内圧力の低下に応じて再び跳ね返るよう
に、管内側へ吹込む。このようなジェットリードＪＲの
振動挙動を図２（イ）〜（チ）の軌跡図として示す。な
お、この図に示す度数は振動位相角を表わしている。

【００１５】マウスピースＭＰから吹き出される空気流
は、進行するに連れて周囲の空気と混合して行くため、
その流速分布は図３に示すように変化する。すなわち、
マウスピースＭＰの吹き出し口近傍では、矩形状の流速
分布Ａが、吹き出し口から離間するにつれて流速分布
Ｂ，Ｃの順に変化する。したがって、図２に示したジェ
ット・リードＪＲの挙動と合せて考えると、エッジＥＧ
付近の流速分布Ｃは、管内を往来する反射圧力波に応じ
て略上下振動する自励振動源と考えられる為、この反射
圧力波に対する流速分布の変化に基づき管内における圧
力波の関数（圧力変化）を推定し得る。

【００１６】一般に、圧力ｐと体積速度ｖとの関係は、
面積Ｓ、空気密度ρおよび音速ｃを用いてｐ＝（ρｃ／
Ｓ）・ｖと表現できるが、図３に図示したように、管内
に流れ込む空気流速は一定ではない。そこで、エッジＥ
Ｇで分割されて管内に流れ込む流速分布を積分したもの
が圧力に比例する、と仮定した場合、反射圧力波と空気
流速とに応じて発生する圧力は、図４に示す非線形特性
で近似し得る。但し、この非線形特性は、エッジＥＧの
形状や、マウスピースＭＰの吹き出し口の形状により異
なるものである。

【００１７】（２）信号処理アルゴリズム次に、図５を参照して上述した発音メカニズムに基づき
エア・リード楽器の発音動作をシミュレートする信号処
理アルゴリズムについて説明する。図５において、１は
係数乗算器であり、後述する非線形テーブル部９から出
力される反射圧力波に、直流成分ＤＣ（吹奏息圧に相
当）あるいはホワイトノイズ成分ＷＮを乗算して吹奏体
積速度（空気流速）を発生する。２はマウスピースとエ
ア・リードとの間隙における反射圧力波の散乱（反射お
よび透過）をシミュレートする信号散乱ジャンクション
であり、加算器２ａ，２ｃ、乗算器２ｅ，２ｂおよび遅
延素子２ｄとからなる乗算格子で形成される。なお、こ
の遅延素子２ｄは、入力される信号を１サンプリング周
期遅延して出力するものである。３は共鳴管の伝送特性
をシミュレートするウェーブガイドであり、構成要素４
〜６から構成されている。

【００１８】４−１〜４−６は、それぞれウェーブガイ
ド３の伝送往路に介挿されて共鳴管における空気圧力波
の伝播遅延をシミュレートする遅延回路である。遅延回
路４は、例えば、ＲＡＭなどの揮発性メモリを環状アド
レッシングしたリングバッファで形成され、その書込み
アドレスと読み出しアドレスとの相対差に応じた遅延時
間を発生する。この遅延回路４が従来のものと異なる点
は、図６に示すように、リングバッファ４ａにおいて互
いに異なる２つの読み出しアドレスａ，ｂをセット可能
とし、かつ、このアドレスａ，ｂに対応する遅延時間に
それぞれ補間係数ｒ，１−ｒを乗算する乗算器４ｂ，４
ｃと、これら乗算器４ｂ，４ｃの出力を加算する加算器
４ｄとを備えたことにある。

【００１９】つまり、上記構成による遅延回路４では、
ノートオンタイミング毎に読み出しアドレスａ，ｂが交
互にセットされるようになっており、例えば、図７に示
すように、ノートオンタイミングｔ₁において読み出し
アドレスａがセットされ、これに応じた遅延時間Ｄａに
対応するピッチで発音している時、乗算器６ｂには補間
係数ｒとして「１」がセットされる一方、読み出しアド
レスｂ側は使用されない。次に、新たなピッチへ音高変
化させる過程において、補間係数ｒを徐々に「０」にし
ながら、ノートオンタイミングｔ₂において新たな読み
出しアドレスｂをセットする。これにより、先のピッチ
に対応する遅延時間Ｄａから現ピッチに対応する遅延時
間Ｄｂに遅延補間されるから、簡単な構成で滑らかに音
高制御することが可能になっている。

【００２０】次に、再び信号処理アルゴリズムの構成に
ついて説明を進める。図５において、５−１〜５−５
は、それぞれ共鳴管において管の径が変化している箇所
で発生する空気圧力波の散乱をシミュレートする信号散
乱ジャンクションである。信号散乱ジャンクション５
は、図８に示すように、減算器５ａ、係数乗算器５ｂお
よび加算器５ｃ，５ｄから構成される格子構造フィルタ
であり、図１０に図示するように、管の断面積がＳ１か
らＳ２に変化する際の圧力波の反射（ｐ１’，ｐ２’）
および透過（ｐ１，ｐ２）をシミュレートする。なお、
係数乗算器５ｂの乗算係数ｋは、上記断面積の値Ｓ１、
Ｓ２に基づき、ｋ＝Ｓ１−Ｓ２／Ｓ１＋Ｓ２の関係で与
えられる値である。

【００２１】また、図９は、図８に図示した格子構造フ
ィルタと同等のジャンクションであり、この場合、図８
に示す構成のものに比して乗算器の数を１つ省略し得
る。図８および図９に示すジャンクションの構成は、使
用するＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）の
特性に応じていずれかを選択する。つまり、乗算回数を
減らしたい場合には、図８に図示する構成のジャンクシ
ョンを使用した方が有利であり、一方、乗加算の処理が
早いタイプのＤＳＰであれば、図９に図示する構成のジ
ャンクションを用いれば良い。

【００２２】次に再び図５に戻る。図５において、６−
１〜６−６は、ウェーブガイド３の伝送復路に介挿され
て１サンプリング周期遅延する遅延素子である。７は管
体終端の損失をシミュレートする乗算器である。８はジ
ェット・リードＪＲの共振特性をシミュレートするロー
パスフィルタ（以下、ＬＰＦと記す）である。ＬＰＦ８
は、例えば、図１１に図示するように、減算器８ａ，８
ｂ、乗算器８ｃ，８ｅ，８ｉ、加算器８ｄ，８ｆおよび
遅延素子８ｇ，８ｈからなるＩＩＲフィルタから構成さ
れ、吹奏態様に応じた共振値Ｑおよびカットオフ周波数
Ｆｃが乗算器８ｃ，８ｅ，８ｉの係数として与えられ、
これにより、ジェット・リードＪＲの自励振動モード等
が定められる。

【００２３】非線形テーブル部９は、ジェット・リード
ＪＲにおける非線形動作をシミュレートするものであ
り、上述したように、管内を往来する反射圧力波に対し
て作用する流速分布の変化に応じて発生する圧力波をテ
ーブル記憶している。この非線形テーブル部９は、図１
２に示すように、非線形テーブルＮＴＬ［ｎ］を補間読
み出しする為の加算器９ａ、減算器９ｂ、乗算器９ｃお
よび加算器９ｄを備える。非線形テーブルＮＴＬ［ｎ］
には、読み出しアドレスの整数部ＡＤと、この整数部Ａ
Ｄに加算器９ａにて１インクリメントされる整数部ＡＤ
＋１とが与えられる。これら隣り合うアドレスから読み
出されたテーブル値は、減算器９ｂにて減算される一
方、その減算結果に対して乗算器９ｃが読み出しアドレ
スの小数部ＦＲＣを乗算し、この乗算結果と読み出しア
ドレスの整数部ＡＤに対応して読み出されるテーブル値
とが加算器９ｄにて加算される。これにより、隣り合う
アドレスから読み出されたテーブル値が直線補間され
る。

【００２４】以上のように、本発明の信号処理アルゴリ
ズムでは、先ず非線形テーブル部９にてジェット・リー
ドＪＲの非線形動作に基づき管体を励振する圧力波が生
成されると、係数乗算器１がこれに直流成分ＤＣあるい
はホワイトノイズ成分ＷＮを乗算して吹奏体積速度（空
気流速）を生成する。次いで、この空気流速がマウスピ
ースとエア・リードとの間隙における圧力波の透過／反
射をシミュレートする信号散乱ジャンクション２を経て
ウェーブガイド３の伝送往路に入力される。ウェーブガ
イド３では、共鳴管の伝播遅延、管の径が変化する箇所
での散乱および管端の反射損失とがシミュレートされ
る。

【００２５】この後、遅延素子→ジャンクション→遅延
素子…というようにウェーブガイド３の伝送復路を辿
り、ジェットリードの共振特性をシミュレートするＬＰ
Ｆ８に入力される。ＬＰＦ８では吹奏態様に応じた共振
値Ｑおよびカットオフ周波数Ｆｃに基づき、この反射圧
力波にローパスフィルタリングを施してジェットリード
ＪＲの自励振動モードに基づく流速分布変化を生成し、
再び非線形テーブル部９に与える。以上のようにして構
成要素１〜９からなる閉ループ中にデータの循環、すな
わち、共振動作が行われている過程で、ウェーブガイド
３の終端となる乗算器７の出力を楽音として抽出する
と、例えば、図１３に図示するような周期波形が得られ
る。この場合、周期波形のピッチは、当該ループ中の全
遅延量に対応したものとなる。

【００２６】Ｂ．実施例の構成次に、図１４を参照し、上述した信号処理アルゴリズム
に基づいて楽音を発生する実施例の構成について説明す
る。この図において、１０は押離鍵操作に応じたキーオ
ン、キーオフ、ノートナンバ（音高）および押鍵速度に
対応したベロシティ値などの演奏情報を発生する鍵盤で
ある。１１は操作パネルに各種配設されるパネルスイッ
チであり、各種スイッチの操作に応じた操作信号を発生
する。パネルスイッチ１１には、例えば、図１５に示す
ように、数値入力する際に操作されるテンキー１１ａ、
カーソル移動する際に操作されるカーソルキー１１ｂの
他、前述した非線形テーブルＮＬＴ［ｎ］の内容などを
編集する際に操作されるキーＥＤＩＴや、動作モードを
遷移する際に操作されるキーＥＸＩＴ、入力確定する際
に操作されるキーＥｎｔｅｒなどがある。

【００２７】１２はＬＣＤパネルやＬＣＤ駆動回路等で
構成される表示装置であり、後述するマイクロコンピュ
ータ１３からバスＢを介して供給される表示制御信号に
基づき、例えば、上記操作信号に応じたパネル設定状態
などを表示する。マイクロコンピュータ１３は、例え
ば、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を同一チップ上に形
成した所謂ワンチップマイコンであり、後述する動作に
より装置各部を制御する。１４はディジタル・シグナル
・プロセッサ（以下、ＤＳＰと記す）であり、自身に内
蔵されるマイクロプログラムに従って上述した信号処理
アルゴリズムに基づき楽音形成する。このＤＳＰ１４に
おいて実行される信号処理アルゴリズムは、マイクロコ
ンピュータ１３からバスＢを介して供給される各種パラ
メータ（後述する）に基づき制御される。１５は前述し
た遅延回路４−１〜４−５および遅延素子６−１〜６−
６として使用される遅延用のＲＡＭ、１６はＤＳＰ１４
から出力される楽音出力をアナログ信号に変換して出力
するＤ／Ａ変換器である。

【００２８】Ｃ．実施例の動作次に、上記構成による実施例の動作について図１６〜図
２３を参照して説明する。イニシャル処理まず、本実施例である楽音発生装置に電源が投入される
と、マイクロコンピュータ１３は、内部ＲＯＭに記憶さ
れている制御プログラムを読み出してロードした後、図
１６に示すイニシャル処理を実行してステップＳＡ１に
処理を進める。ステップＳＡ１では、レジスタｃ＿ｆｌ
ａｇに格納される制御フラグを「０」、レジスタｒ＿ｔ
ａｒｇｅｔに格納される補間係数目標値を「０」、吹奏
息圧に相当する直流成分ＤＣを格納するレジスタｐ＿ｔ
ａｒｇｅｔを「０」とするイニシャライズを行った後、
割込みマスクを解除してイベント割込みが発生する迄、
待機する。なお、ここで言うイベント割込みとは、上述
したパネルスイッチ１１のスイッチ操作に応じた割込み
や、押離鍵操作に応じた割込みの他、一定周期毎に発生
するタイマ割込みを指す。

【００２９】エディット処理ここで、例えば、演奏に先立って楽音パラメータの内容
を編集すべく、操作パネルに配設されるキーＥＤＩＴ
（図１５参照）が操作されたとする。そうすると、この
キーＥＤＩＴの操作に応じて発生するキーオンイベント
に基づき、マイクロコンピュータ１３は、図１７に示す
エディット処理ルーチンを起動してステップＳＢ１に処
理を進める。ステップＳＢ１では、スイッチ操作に応じ
てエディット指定されたパラメータの種類を判別する。
ここで、楽音の立上がり形状を表わすアタックレートを
更新する際には、ステップＳＢ２に処理を進め、新たに
入力されたアタックレートをレジスタａｔｋ＿ｒａｔｅ
にセットする。

【００３０】また、リリースレートを更新する際には、
ステップＳＢ３に処理を進め、新たに入力されたリリー
スレートをレジスタｒｌｓ＿ｒａｔｅにセットする。さ
らに、発音音高を滑らかに変化させる際のポルタメント
レートを更新する時には、ステップＳＢ４に処理を進
め、新たに入力されたポルタメントレートをレジスタｐ
ｌｔ＿ｒａｔｅにセットする。そして、前述した非線形
テーブルＮＬＴ［ｎ］の内容を更新する場合には、ステ
ップＳＢ５に処理を進めて当該テーブルＮＬＴ［ｎ］を
形成する全テーブル値を画面（ＬＣＤパネル）表示し、
続く、ステップＳＢ６では、これら画面表示された全テ
ーブル値の内、更新すべきテーブル値番号Ｎｏ．を入
力、あるいはカーソルキー１１ｂの操作にて指定する。
そして、次のステップＳＢ７では、この指定したテーブ
ル値に対して新たに入力された値を、レジスタＮＬＴ
［ＮＯ．］にセットして非線形テーブルの内容を更新す
る。

【００３１】ノートオン処理こうして各種パラメータや非線形テーブルの内容を更新
させてエディット処理を完了すると、マイクロコンピュ
ータ１３は再び割込み待機状態となる。そして、この状
態で操作者が鍵盤１０のいずれかの鍵を押鍵したとす
る。そうすると、この押鍵操作に応じて発生するキーオ
ンイベントに基づき、マイクロコンピュータ１３は図１
８に示すノートオン処理を実行してステップＳＣ１に処
理を進める。ステップＳＣ１では、押鍵された鍵のノー
トナンバと押鍵速度に対応するベロシティ値とをそれぞ
れレジスタＮｏｔｅ、レジスタＶｅｌにストアし、次の
ステップＳＣ２に処理を進める。

【００３２】ステップＳＣ２では、レジスタｃ＿ｆｌａ
ｇに格納される制御フラグが「０」、すなわち、先の発
音音高から現発音音高へ変化させる場合に遅延補間する
か否かを判断する。ここで、遅延補間しない時には、レ
ジスタｃ＿ｆｌａｇに格納される制御フラグは「０」で
あるから、判断結果は「ＹＥＳ」となり、次のステップ
ＳＣ３に処理を進める。ステップＳＣ３では、レジスタ
ｒ＿ｔａｒｇｅｔに補間係数目標値として「１」をセッ
トすると共に、レジスタＤ３ａに上記レジスタＮｏｔｅ
に格納されるノートナンバに対応した遅延時間を与える
読み出しアドレスａをセットする。つまり、レジスタＤ
３ａには、前述した信号処理アルゴリズム（図５参照）
における遅延回路４−３の読み出しアドレスａがセット
される。次いで、マイクロコンピュータ１３は、ステッ
プＳＣ４に進み、レジスタｃ＿ｆｌａｇに格納される制
御フラグを「１」にセットした後、後述するステップＳ
Ｃ７へ処理を進める。

【００３３】一方、遅延補間する発音の場合、つまり、
先の発音音高に対応する遅延時間から現発音音高に対応
する遅延時間に補間する時には、レジスタｃ＿ｆｌａｇ
に格納される制御フラグが「１」にセットされるから、
上記ステップＳＣ２の判断結果は「ＮＯ」となり、ステ
ップＳＣ５に進む。ステップＳＣ５では、レジスタｒ＿
ｔａｒｇｅｔの補間係数目標値を「０」とし、かつ、レ
ジスタＤ３ｂにノートナンバ（音高）に対応した遅延時
間を与える読み出しアドレスｂをセットする。これによ
り、遅延回路４−３における遅延時間は図７に図示した
ように、補間係数ｒが「１」から「０」へ連続的に変化
することで、遅延補間される。次いで、ステップＳＣ６
では、遅延補間を完了したので、レジスタｃ＿ｆｌａｇ
に格納される制御フラグをゼロリセットする。

【００３４】そして、この後、マイクロコンピュータ１
３はステップＳＣ７に処理を進め、レジスタＦ＿ｔａｒ
ｇｅｔにノートナンバ（音高）に対応した目標カットオ
フ周波数をセットする一方、レジスタｐｌｔ＿ｒａｔｅ
に格納されているポルタメントレートをレジスタＦ＿ｒ
ａｔｅにストアする。また、レジスタＶｅｌに格納され
ているベロシティ値を吹奏息圧に相当する直流成分ＤＣ
としてレジスタＰ＿ｔａｒｇｅｔにストアすると共に、
レジスタａｔｋ＿ｒａｔｅに格納されているアタックレ
ートをレジスタＰ＿ｒａｔｅに格納する。さらに、レジ
スタｐｌｔ＿ｒａｔｅに格納されているポルタメントレ
ートをレジスタｒ＿ｒａｔｅにセットする。

【００３５】なお、レジスタＦ＿ｔａｒｇｅｔに格納さ
れる目標カットオフ周波数は、図１９に図示するよう
に、予めテーブル化されており、発音すべき音高（ノー
トナンバ）に応じて読み出されるようになっている。結
局、ステップＳＣ７では、発音すべき音高に応じた目標
カットオフ周波数とその変化レート（ポルタメントレー
ト）とがセットされ、また、押鍵速度に応じたベロシテ
ィ値（吹奏息圧に相当）とその変化レート（アタックレ
ート）とがセットされる。さらに、補間係数を「１」か
ら「０」に変化させる際のレートにポルタメントレート
を割り当てる。

【００３６】ノートオフ処理次に、押鍵されていた鍵が離鍵されると、その離鍵操作
に応じて発生するキーオフイベントに基づき、マイクロ
コンピュータ１３は図２０に示すノートオン処理を実行
してステップＳＤ１に処理を進め、上記ノートオン処理
においてレジスタＰ＿ｔａｒｇｅｔにストアされたベロ
シティ値（吹奏息圧に相当）をゼロリセットすると共
に、レジスタｒｌｓ＿ｒａｔｅに格納されているリリー
スレートをレジスタＰ＿ｒａｔｅにセットする。

【００３７】タイマ割込み処理マイクロコンピュータ１３では、一定周期毎にタイマ割
込み処理を起動して図２１に示すステップＳＥ１〜ＳＥ
３を実行する。すなわち、ステップＳＥ１では、補間係
数ｒが補間係数目標値に到達するようポルタメントレー
トに応じて増加あるいは減少させる。また、ステップＳ
Ｅ２では、カットオフ周波数Ｆをカットオフ周波数目標
値となるようにポルタメントレートに応じて増加あるい
は減少させる。さらに、ステップＳＥ３では、吹奏息圧
に相当するベロシティ値までアタックレートに応じて増
加あるいは減少させる。つまり、これらステップＳＥ１
〜ＳＥ３は、いずれも与えられたレートに応じてパラメ
ータを目標値になるよう制御するエンベロープ処理であ
り、その詳細を上記ステップＳＥ１における補間係数発
生処理を例に挙げて説明する。

【００３８】いま、タイマ割込みに応じて図２１に示す
タイマ割込み処理が起動され、ステップＳＥ１に進む
と、マイクロコンピュータ１３は、図２２に示す補間係
数発生処理を実行してステップＳＦ１に処理を進める。
ステップＳＦ１では、補間係数ｒがレジスタｒ＿ｔａｒ
ｇｅｔに格納される補間係数目標値に達したか否かを判
断する。ここで、目標値に達したならば、判断結果は
「ＹＥＳ」となり、この処理を完了するが、そうでない
場合には、判断結果が「ＮＯ」となり、次のステップＳ
Ｆ２に処理を進める。

【００３９】ステップＳＦ２では、現在の補間係数ｒが
目標値より小であるか否かを判断する。ここで、現在の
補間係数ｒが目標値より小さい時には、判断結果が「Ｙ
ＥＳ」となり、ステップＳＦ３に進む。ステップＳＦ３
では、現在の補間係数ｒに対してレジスタｒ＿ｒａｔｅ
に格納されるポルタメントレートを加算して係数値を更
新する。つまり、音高変化に応じて補間係数ｒをレート
加算する訳である。一方、上記ステップＳＦ２において
補間係数ｒが目標値より大なる時には、判断結果が「Ｎ
Ｏ」となり、ステップＳＦ４に処理を進める。

【００４０】ステップＳＦ４では、現在の補間係数ｒに
対してレジスタｒ＿ｒａｔｅに格納されるポルタメント
レートを減算することにより、音高変化に応じて補間係
数ｒがレート減算される。そして、次のステップＳＦ５
に進むと、マイクロコンピュータ１３は、レート加算あ
るいはレート減算された補間係数ｒをＤＳＰ１４側に転
送する。これにより、ＤＳＰ１４では、マイクロコンピ
ュータ１３から供給される補間係数ｒに応じて遅延補間
する。

【００４１】このように、補間係数発生処理において
は、補間係数ｒが目標値に達するまでレート加算あるい
はレート減算されて更新され、その更新された補間係数
ｒが逐次ＤＳＰ１４側へ転送される。こうした処理は、
前述したステップＳＥ２，ＳＥ３においても同様であ
る。すなわち、ステップＳＥ２が実行された場合には、
図示されていないカットオフ周波数発生処理を実行し、
カットオフ周波数Ｆが目標値に達するまでレート加算あ
るいはレート減算されて更新され、その更新されたカッ
トオフ周波数が逐次ＤＳＰ１４側へ転送される。また、
ステップＳＥ３が実行された場合には、図示されていな
いベロシティ発生処理を実行し、吹奏息圧に相当するベ
ロシティ値が目標値に達するまでレート加算あるいはレ
ート減算されて更新され、その更新されたベロシティ値
が逐次ＤＳＰ１４側へ転送される。

【００４２】ここで、以上のようにして生成される各パ
ラメータ（補間係数ｒ、カットオフ周波数Ｆおよびベロ
シティ値）の関係について図２３を参照して説明する。
図２３（イ）〜（ニ）は、演奏操作に応じて生成される
パラメータ（補間係数ｒ、ベロシティ値（吹奏息圧）
ｐ、カットオフ周波数Ｆおよび遅延回路４の遅延時間Ｄ
３）の変化の様子を図示したものである。この図におい
て、時刻ｔ₀〜ｔ₂が第１の押鍵による発音期間、時刻ｔ
₂〜ｔ₄が第２の押鍵による発音期間、時刻ｔ₄以降が第
３の押鍵による発音期間としている。ここで、第１〜第
３の押鍵では、それぞれノートナンバで「３０ｈ」、
「３４ｈ」および「４８ｈ」の音高の鍵がキーオンされ
たとし（但し、ｈは１６進数表示を表わす）、これら各
鍵の押鍵速度、すなわち、目標息圧となるベロシティ値
はそれぞれ「６０ｈ」、「４８ｈ」および「５０ｈ」だ
とする。

【００４３】そうすると、まず、同図（ロ）に示すよう
に、ベロシティ値（吹奏息圧）ｐは、時刻ｔ₀から時刻
ｔ₁まで間、与えられたアタックレートに従いベロシテ
ィ値「６０ｈ」までレート加算され、次いで、時刻ｔ₂
〜ｔ₃も同様にベロシティ値「４８ｈ」へレート減算さ
れる。そして、第３の押鍵の時には、時刻ｔ₄〜ｔ₅の
間、アタックレートに基づきベロシティ値「５０ｈ」ま
でレート加算されている。また、これと同様、カットオ
フ周波数Ｆは、同図（ハ）に示す通り、時刻ｔ₀から時
刻ｔ₁までの間、与えられたポルタメントレートに従
い、ノートナンバ「３０ｈ」に対応して設定される目標
カットオフ周波数までレート加算され、次いで、時刻ｔ
₂〜ｔ₃も同様にノートナンバ「３４ｈ」に対応して設定
される目標カットオフ周波数へレート減算される。そし
て、第３の押鍵の時には、時刻ｔ₄〜ｔ₅の間、ポルタメ
ントレートに基づきノートナンバ「４８ｈ」に対応して
設定される目標カットオフ周波数までレート加算され
る。

【００４４】これに対し、遅延回路４では、同図（ニ）
に示すように遅延時間が設定される。すなわち、第１の
押鍵による発音期間（時刻ｔ₀〜ｔ₂）では、前述した読
み出しアドレスａに対応した第１の遅延時間Ｄａを、第
２の押鍵による発音期間（時刻ｔ₂〜ｔ₄）では、前述し
た読み出しアドレスｂに対応した第２の遅延時間Ｄｂ
を、第３の押鍵による発音期間（時刻ｔ₄以降）では、
読み出しアドレスａに対応した第３の遅延時間Ｄａをそ
れぞれ発生する。なお、これら第１〜第３の遅延時間
は、各々ノートナンバ「３０ｈ」、「３４ｈ」および
「４８ｈ」で表わされる音高に対応する遅延量である。

【００４５】これら第１〜第３の遅延時間に対応する補
間係数ｒは、同図（イ）に示す通り、時刻ｔ₀から時刻
ｔ₁までの間、与えられたポルタメントレートに従い、
補間係数目標値「１」までレート加算される。この過程
をより詳しく言えば、レジスタｒ＿ｔａｒｇｅｔに補間
係数目標値として「１」をセットすると共に、レジスタ
Ｄ３ａにレジスタＮｏｔｅに格納されるノートナンバに
対応した遅延時間を与える読み出しアドレスａをセット
した後、目標値「１」なるまでポルタメントレートに従
って累算する。次いで、時刻ｔ2〜ｔ₃では、これとは反
対に補間係数目標値「０」へレート減算される。そし
て、第３の押鍵の時には、時刻ｔ₄〜ｔ₅の間、ポルタメ
ントレートに基づき補間係数目標値「１」までレート加
算される。したがって、最終的にＤＳＰ１４側に供給す
る遅延時間としては、同図（イ）に示す補間係数ｒと同
図（ニ）に示す各遅延時間とを乗算する遅延補間に基づ
いて得られる遅延量Ｄ３となる。この場合、ポルタメン
トレートに従い遅延補間されるため、滑らかに音高遷移
させることができ、しかも乗算と加算とだけで実現する
から、従来のように高速演算する必要がなく、簡単な構
成で事足りる訳である。

【００４６】こうして演奏操作に応じた各パラメータが
生成されると、マイクロコンピュータ１３はこれら各パ
ラメータをＤＳＰ１４側へ送出する。すると、ＤＳＰ１
４では、前述した信号処理アルゴリズム（図５参照）に
基づき、先ず発音すべき音高に応じたカットオフ周波数
および共振値ＱをＬＰＦ８に与えてジェットリードＪＲ
の流速分布変化を求め、この流速分布変化に対応してジ
ェットリードＪＲが発生する圧力波を非線形テーブルＮ
ＬＴ［ｎ］から読み出す。

【００４７】次いで、係数乗算器１において、当該テー
ブルＮＬＴ［ｎ］から読み出した圧力波とアタックレー
トに従って増加する吹奏息圧（ベロシティ値）とを乗算
して吹奏体積速度（空気流速）を生成し、これをマウス
ピースＭＰとジェット・リードＪＲとの間隙における透
過・散乱をシミュレートする信号散乱ジャンクション２
と、共鳴管の伝播遅延、管の径が変化する箇所での散乱
および管端の反射損失とを与えるウェーブガイド３とを
介した後に再びＬＰＦ８にループバックして信号循環に
よる共振動作を行わせ、この共振動作過程でウェーブガ
イド３の終端より抽出した信号が楽音として出力される
ようになっている。

【００４８】以上説明したように、本実施例によれば、
第１の音高から第２の音高へ遷移させる際、遅延回路４
は互いに異なる読み出しアドレスａ，ｂに基づき第１の
音高に対応する第１の遅延時間と、第２の音高に対応す
る第２の遅延時間とを生成する一方、音高遷移する際の
ポルタメントレートに従い変化する補間係数ｒによっ
て、この第１の遅延時間から第２の遅延時間へ遅延補間
されるので、滑らかに音高遷移する。しかも、こうした
遅延補間は、乗算と加算とだけで行う為、従来のように
回路規模を増大することなく簡易な構成で実現可能であ
る。

【００４９】なお、上述した実施例では、マイクロコン
ピュータ１３側が演奏操作に応じた各種パラメータを生
成し、ＤＳＰ１４側がこの各種パラメータに基づき信号
処理アルゴリズムを動作させて楽音形成しているが、こ
れに替えて、全ての処理をマイクロコンピュータ１３側
に任せる構成としても良い。また、この実施例にあって
は、ポルタメントレートやアタックレートを一定として
いるが、これは音色毎に異ならせるようにしても良い
し、あるいは発音する音高に応じて変化させるようにし
ても良い。

【００５０】なお、本実施例では、非線形テーブル出力
と吹奏息圧とを乗算して吹奏体積速度（空気流速）を生
成する励振構成としているが、これに加えて、楽音発生
当初のみに流速分布変化に相当する初期励振信号を非線
形テーブル部９に入力させる構成としても良い。このよ
うにすることで、信号が閉ループを一巡する前に楽音形
成し得るので、発音遅延を解消し得る。

【００５１】加えて、本発明の要旨は、管楽器音を発生
する装置にのみ適用し得るものではなく、例えば、ギタ
ーなどの撥弦楽器やバイオリンなどの擦弦楽器の発音メ
カニズムをシミュレートするものにも適用可能であるこ
とは言うまでもない。要は、共鳴体の伝播遅延をシミュ
レートする信号処理アルゴリズムを用いた装置であれ
ば、どのような態様であっても本発明の要旨が適用し得
る。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、第１の音高に対応する
第１の遅延時間と、第２の音高に対応する第２の遅延時
間とを生成した時、第１の音高から第２の音高へ遷移す
る際の遷移レートに応じて第１の遅延時間から第２の遅
延時間へ連続的に遅延補間するので、回路規模を増大す
ることなく簡易な構成で滑らかに音高制御することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における発音メカニズムを説明するため
の図である。

【図２】ジェット・リードＪＲの振動挙動を示す軌跡図
である。

【図３】エッジＥＧ付近における空気流速分布の変化を
説明するための図である。

【図４】ジェット・リードＪＲの非線形特性を示す図で
ある。

【図５】本発明における信号処理アルゴリズムを示すブ
ロック図である。

【図６】信号処理アルゴリズムにおける遅延回路４の構
成を示すブロック図である。

【図７】遅延回路４における遅延補間を説明するための
図である。

【図８】信号処理アルゴリズムにおける信号散乱ジャン
クション５の構成を示すブロック図である。

【図９】信号散乱ジャンクション５の他の構成例を示す
ブロック図である。

【図１０】信号散乱ジャンクション５における乗算係数
ｋを説明するための図である。

【図１１】信号処理アルゴリズムにおけるＬＰＦ８の構
成を示すブロック図である。

【図１２】信号処理アルゴリズムにおける非線形テーブ
ル部９の構成を示すブロック図である。

【図１３】信号処理アルゴリズムに基づき生成される楽
音波形の一例を示す図である。

【図１４】本発明による実施例の構成を示すブロック図
である。

【図１５】同実施例における操作パネルの外観を示す図
である。

【図１６】同実施例におけるイニシャル処理の動作を示
すフローチャートである。

【図１７】同実施例におけるエディット処理の動作を示
すフローチャートである。

【図１８】同実施例におけるノートオン処理の動作を示
すフローチャートである。

【図１９】同実施例におけるパラメータテーブルの一例
を示す図である。

【図２０】同実施例におけるノートオフ処理の動作を示
すフローチャートである。

【図２１】同実施例におけるタイマ割込み処理の動作を
示すフローチャートである。

【図２２】同実施例における補間係数発生処理の動作を
示すフローチャートである。

【図２３】演奏操作に応じて生成されるパラメータ（補
間係数ｒ、ベロシティ値（吹奏息圧）ｐ、カットオフ周
波数Ｆおよび遅延回路４の遅延時間Ｄ３）の変化の様子
を示す図である。

【符号の説明】

１３マイクロコンピュータ（遅延発生指示手段、遅延
補間手段）１４ＤＳＰ（遅延発生手段）１５ＲＡＭ（遅延発生手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発音体の非線形特性に基づいて生成され
る励振信号を、所定時間遅延して出力する遅延手段を備
え、この遅延手段の出力を繰り返し循環させて共鳴体の
共振動作に対応した音高の楽音を発生する楽音発生装置
において、前記遅延手段は、発音すべき音高が指定される毎に、その音高に応じた遅
延時間の発生を指示する遅延発生指示手段と、この遅延発生指示手段の指示に応じた遅延時間を発生す
る遅延発生手段と、前記遅延発生指示手段の指示に従って、この遅延発生手
段が第１の音高に対応する第１の遅延時間と、第２の音
高に対応する第２の遅延時間とを生成した時、第１の音
高から第２の音高へ遷移する際の遷移レートに応じて第
１の遅延時間から第２の遅延時間へ連続的に遅延補間す
る遅延補間手段とを具備することを特徴とする楽音発生
装置。
【請求項２】発音体の非線形特性に基づいて生成され
る励振信号を、所定時間遅延して出力する遅延手段を備
え、この遅延手段の出力を繰り返し循環させて共鳴体の
共振動作に対応した音高の楽音を発生する楽音発生装置
において、前記遅延手段は、発音すべき音高が指定される毎に、その音高に応じた遅
延時間を生じさせる第１の読み出しアドレスと第２の読
み出しアドレスとを交互に発生する読み出しアドレス発
生手段と、環状アドレッシングされた書込みアドレスに従って前記
励振信号が書き込まれるメモリ手段であって、発音すべ
き音高が指定される毎に、前記第１および第２の読み出
しアドレスに従って当該メモリ手段を交互に読み出して
第１および第２の遅延時間を発生する遅延発生手段と、発音すべき音高が第１の音高から第２の音高へ遷移する
際の遷移レートを設定するレート設定手段と、前記遷移レートに応じて変化する補間係数を発生すると
共に、この補間係数に応じて前記第１の遅延時間から前
記第２の遅延時間に内挿補間する遅延補間手段とを具備
することを特徴とする楽音発生装置。
【請求項３】前記遅延補間手段は、前記遷移レートに
応じて変化する第１の補間係数ｒと第２の補間係数１−
ｒとを発生する係数発生手段と、前記遅延手段が発生する第１および第２の遅延時間に第
１の補間係数ｒと第２の補間係数１−ｒとをそれぞれ乗
算し、両乗算結果を加算して補間遅延時間を発生する補
間演算手段とを備えることを特徴とする請求項２記載の
楽音発生装置。
【請求項４】前記レート設定手段は、ポルタメント奏
法に相当する遷移レートを設定することを特徴とする請
求項２記載の楽音発生装置。