特許 7375836 電子楽器、楽音発生方法およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-30

(45)【発行日】2023-11-08

(54)【発明の名称】電子楽器、楽音発生方法およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   G10H 1/00 20060101AFI20231031BHJP

【ＦＩ】

G10H1/00 C

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022000591

(22)【出願日】2022-01-05

(62)【分割の表示】P 2020154616の分割

【原出願日】2020-09-15

(65)【公開番号】P2022049019

(43)【公開日】2022-03-28

【審査請求日】2022-04-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000001443

【氏名又は名称】カシオ計算機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100199565

【弁理士】

【氏名又は名称】飯野 茂

(74)【代理人】

【識別番号】100162570

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 早苗

(72)【発明者】

【氏名】坂田 吾朗

【審査官】山下 剛史

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１７３６３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１４３７６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１１６１６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第６２５９００６（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ１０Ｈ １／００－７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力される励振信号を遅延および帰還させる複数の閉ループであって、左チャンネル用の弦音信号の生成に用いられる第１閉ループと、右チャンネル用の弦音信号の生成に用いられる第２閉ループと、左チャンネルと右チャンネルで共用する中央定位の弦音信号の生成に用いられる第３閉ループと、を含む複数の閉ループを有する音源を備える、
電子楽器。

【請求項2】

前記第１閉ループが出力する第１弦音信号と、前記第３閉ループが出力する中央定位の第３弦音信号とを加算して左チャンネル用の弦音信号を生成し、
前記第２閉ループが出力する第１弦音信号と、前記第３閉ループが出力する中央定位の第３弦音信号とを加算して右チャンネル用の弦音信号を生成する、
請求項１に記載の電子楽器。

【請求項3】

音高の指定に応じて、指定された音高に対応して設けられる複数の前記閉ループそれぞれが出力する左チャンネル、右チャンネル、中央定位の各弦音の出力が累算された累算信号から、左チャンネルと中央定位で各位相をそれぞれ弦音の出力毎にずらした遅延出力を加算して左チャンネルの弦音信号として生成し、右チャンネルと中央定位で各位相をそれぞれ弦音の出力毎にずらした遅延出力を加算して右チャンネルの弦音信号として生成して出力する、
請求項２に記載の電子楽器。

【請求項4】

前記各位相をそれぞれ弦音の出力毎にずらした遅延出力は、累算する弦音の周期に対応し、指数を用いて算出した時間設定で遅延した出力である、
請求項３に記載の電子楽器。

【請求項5】

電子楽器が、
入力される励振信号を遅延および帰還させる複数の閉ループ処理を実行する際に、
左チャンネル用の弦音信号の生成に用いられる第１閉ループ処理と、
右チャンネル用の弦音信号の生成に用いられる第２閉ループ処理と、
左チャンネルと右チャンネルで共用する中央定位の弦音信号の生成に用いられる第３閉ループ処理と、
を実行する楽音発生方法。

【請求項6】

コンピュータに、入力される励振信号を遅延および帰還させる複数の閉ループ処理を実行させる際に、
左チャンネル用の弦音信号の生成に用いられる第１閉ループ処理と、
右チャンネル用の弦音信号の生成に用いられる第２閉ループ処理と、
左チャンネルと右チャンネルで共用する中央定位の弦音信号の生成に用いられる第３閉ループ処理と、
を実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子楽器、楽音発生方法およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

アコースティックピアノの共鳴音をより忠実に模擬できる共鳴音生成装置の技術が提案されている。（例えば、特許文献１）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－１４３７６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ピアノの物理モデルの音源方式では、基本的な弦のモデルのみを生成し、出力はモノラルである。出力をステレオ化するための一般的な手法として、ピアノの１つの鍵に対して、励振信号と打撃信号の弦モデルを左チャンネル用と右チャンネル用の２セット独立して持つようなピアノのモデリング方法が考えられている。

【0005】

こうして１つの鍵当たりで２セットの信号処理の系統を持ってステレオ化する場合、信号の処理量が単純にモノラルの２倍必要となる。例えば、弦が鍵それぞれに１弦乃至３弦あって、総鍵数が８８である場合には、弦の総数が２３０程度となる。したがって、ステレオ用に２セット必要な場合、４６０程度の弦モデルが必要となるもので、信号の処理量が多く、回路の負担が増大する。

【0006】

本発明は前記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、信号の処理量を抑えながら、良好なステレオ感の楽音を発音当初より生成することが可能な電子楽器、楽音発生方法およびプログラムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様は、入力される励振信号を遅延および帰還させる複数の閉ループであって、左チャンネル用の弦音信号の生成に用いられる第１閉ループと、右チャンネル用の弦音信号の生成に用いられる第２閉ループと、左チャンネルと右チャンネルで共用する中央定位の弦音信号の生成に用いられる第３閉ループと、を含む複数の閉ループを有する音源を備える、電子楽器である。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、信号の処理量を抑えながら、良好なステレオ感の楽音を発音当初より生成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態に係る電子鍵盤楽器の基本的なハードウェア回路の構成を示すブロック図。

【図2】同実施形態に係る音源のＤＳＰが実行する機能をハードウェア回路の構成として示すブロック図。

【図3】同実施形態に係る弦音の基音と倍音の周波数スペクトルを例示する図。

【図4】同実施形態に係る打撃音の周波数スペクトルを例示する図。

【図5】同実施形態に係る楽音の周波数スペクトルを例示する図。

【図6】同実施形態に係る弦音の励振インパルスの波形データから閉ループ回路により弦音の波形データを生成する概念について説明する図。

【図7】同実施形態に係る４本の弦モデルに割り当てられる弦音の周波数と、それら周波数の相違によって生じるうなりの関係を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明を電子鍵盤楽器に適用した場合の一実施形態について、図面を参照して説明する。
［構成］
図１は、本実施形態に係る電子鍵盤楽器１０の基本的なハードウェア回路の構成を示すブロック図である。演奏操作子である鍵盤部１１での操作に応じた、ノートナンバー（音高情報）と音量情報としてのベロシティ値（押鍵速度）とを含む操作信号が、ＬＳＩ１２のＣＰＵ１２Ａに入力される。

【0011】

ＬＳＩ１２は、バスＢを介してＣＰＵ１２Ａ、ＲＯＭ１２Ｂ、ＲＡＭ１２Ｃ、音源１２Ｄ、Ｄ／Ａ変換部（ＤＡＣ）１２Ｅを接続している。

【0012】

ＣＰＵ１２Ａは、電子鍵盤楽器１０全体の動作を制御する。ＲＯＭ１２Ｂは、ＣＰＵ１２Ａが実行する動作プログラムや演奏のための励振信号用波形データ、打撃音波形データ等を記憶する。ＲＡＭ１２Ｃは、ＣＰＵ１２ＡがＲＯＭ１２Ｂに記憶されている動作プログラムを読み出して展開記憶し、当該プログラムを実行する際のワークメモリである。ＣＰＵ１２Ａは、演奏動作時に音源１２Ｄに対して、ノートナンバーやベロシティ値などのパラメータを与える。

【0013】

音源１２Ｄは、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）１２Ｄ１、プログラムメモリ１２Ｄ２、ワークメモリ１２Ｄ３を有する。ＤＳＰ１２Ｄ１が、プログラムメモリ１２Ｄ２に記憶される動作プログラムや固定データを読み出してワークメモリ１２Ｄ３上に展開して記憶させた上で動作プログラムを実行することにより、ＣＰＵ１２Ａから与えられたパラメータに応じて、ＲＯＭ１２Ｂから必要な弦音の励振信号用の波形データや打撃音の波形データに基づき、信号処理によって左チャンネルと右チャンネルのステレオ楽音信号を生成し、生成した楽音信号をＤ／Ａ変換部１２Ｅへ出力する。

【0014】

Ｄ／Ａ変換部１２Ｅは、ステレオ楽音信号をそれぞれアナログ化して、アンプ（ａｍｐ．）１３Ｌ、１３Ｒへ出力する。アンプ１３Ｌ、１３Ｒで増幅されたアナログの左チャンネルと右チャンネルの楽音信号により、スピーカ１４Ｌ、１４Ｒが楽音をステレオ音として拡声放音する。

【0015】

なお、図１は電子鍵盤楽器１０に適用した場合のハードウェア回路の構成を説明するものであり、本実施形態で実行する機能を、例えばパーソナルコンピュータ等の情報処理機器にインストールしたアプリケーションプログラムで実行する場合には、当該機器のＣＰＵが音源１２Ｄにおける動作を実行する。

【0016】

図２は、主として音源１２ＤのＤＳＰ１２Ｄ１が実行する機能をハードウェア回路の構成として示すブロック図である。同図は、後述するノートイベント処理部３１、波形メモリ３４、加算器４２Ｌ、４２Ｒを除いて、図中にIIで示す範囲が鍵盤部１１に含まれる１鍵に相当する。この電子鍵盤楽器１０では、鍵盤部１１に８８鍵あるものとして、同様の回路が８８鍵分設けられる。電子鍵盤楽器１０では、１鍵当たりで４本の弦モデルの信号循環回路を有して、ステレオの楽音信号を発生させる。

【0017】

前記鍵盤部１１での鍵の操作に応じたノートオン／オフ信号が、ＣＰＵ１２Ａからノートイベント処理部３１に入力される。

【0018】

ノートイベント処理部３１は、操作された鍵に応じて、発音開始（ノートオン）時のノートナンバーとベロシティ値の各情報を波形読出し部３２および窓掛け処理部３３に送出するとともに、各弦モデルと打撃音のゲートアンプ３５Ａ～３５Ｆにノートオン信号とベロシティ値に応じた乗数とを送出する。

【0019】

さらにノートイベント処理部３１は、減衰アンプ３９Ａ～３９Ｄに対して帰還減衰量を示す信号を送出する。

【0020】

波形読出し部３２は、ノートナンバーとベロシティ値の情報とに応じた読出しアドレスを発生して、波形メモリ３４（ＲＯＭ１２Ｂ）から弦音の励振信号としての波形データと打撃音の波形データとを読出す。具体的には、モノラルの弦音を発生させるための励振インパルス（励Ｉ）と、左チャンネルの打撃音（打Ｌ）、右チャンネルの打撃音（打Ｒ）の各波形データを波形メモリ３４から読出して、窓掛け処理部３３へ出力する。

【0021】

窓掛け処理部３３は、特に弦音の励振インパルス（励Ｉ）に対し、ノートナンバー情報から当該ノートナンバーに応じた音高の波長に対応した時間幅で窓掛け（窓関数）処理を実行し、窓掛け処理後の波形データをゲートアンプ３５Ａ～３５Ｆへ送出する。

【0022】

まず、４本の弦モデルの信号循環（閉ループ）回路の１つ、最上段のゲートアンプ３５Ａの後段側を説明する。このゲートアンプ３５Ａの後段側では、時間的に連続した左チャンネルの弦音の波形データを生成する。

【0023】

ゲートアンプ３５Ａにおいて、窓掛け処理後の波形データに対し、ベロシティ値に応じた乗数での増幅処理を施し、処理後の波形データを加算器３６Ａへ出力する。加算器３６Ａにはまた、後述する減衰アンプ３９Ａが出力する、減衰処理後の波形データが帰還入力されており、その加算出力がこの弦モデルの出力として、ディレイ回路３７Ａに出力される。ディレイ回路３７Ａは、アコースティックピアノにおいて、当該弦が振動した際に出力される音の１波長に応じた値の弦長ディレイが設定されており、その弦長ディレイ分だけ波形データを遅延して、後段のローパスフィルタ（ＬＰＦ）３９Ａへ出力する。つまり、ディレイ回路３７Ａにより、入力されたノートナンバー情報（音高情報）に応じて決定されている時間（１波長分の時間）だけ遅延させる。

【0024】

またディレイ回路３７Ａは、位相をずらすための遅延時間（ＴＡＰ遅延時間）が設定されて、その遅延時間分だけ遅延した結果（ＴＡＰ出力１）を加算器４０Ａへ出力する。このディレイ回路３７Ａから加算器４０Ａへの出力が、時間的に連続した左チャンネル（１弦分）の弦音の波形データとなる。

【0025】

ローパスフィルタ３８Ａは、その弦長の周波数に対して設定された広域減衰用のカットオフ周波数より低域側の波形データを通過させて、減衰アンプ３９Ａへ出力する。

【0026】

減衰アンプ３９Ａは、ノートイベント処理部３１から与えられる帰還減衰量の信号に応じて減衰処理を行ない、減衰後の波形データを加算器３６Ａへ帰還入力させる。

【0027】

２段目のゲートアンプ３５Ｂの後段側では、弦音の励振インパルス（励Ｉ）の波形データから、左チャンネルと右チャンネルで共用する第１の中央定位の弦音の波形データを生成する。

【0028】

ゲートアンプ３５Ｂの後段側、加算器３６Ｂ、ディレイ回路３７Ｂ、ローパスフィルタ３８Ｂ、減衰アンプ３９Ｂの回路構成と動作は上段と同様であり、ディレイ回路３７ＢのＴＡＰ出力２が、第１の中央定位の弦音の波形データとして加算器４０Ａ、４０Ｂに出力される。

【0029】

加算器４０Ａでは、ディレイ回路３７Ａが出力する左チャンネルの弦音の波形データ（ＴＡＰ出力１）とディレイ回路３７Ｂが出力する第１の中央定位の弦音の波形データ（ＴＡＰ出力２）とを加算し、加算結果として左チャンネル（２弦分）の弦音の波形データを加算器４０Ｃへ出力する。

【0030】

３段目のゲートアンプ３５Ｃの後段側では、弦音の励振インパルス（励Ｉ）の波形データから、左チャンネルと右チャンネルで共用する第２の中央定位の弦音の波形データを生成する。

【0031】

ゲートアンプ３５Ｃの後段側、加算器３６Ｃ、ディレイ回路３７Ｃ、ローパスフィルタ３８Ｃ、減衰アンプ３９Ｃの回路構成と動作は上段と同様であり、ディレイ回路３７ＣのＴＡＰ出力３が、第２の中央定位の弦音の波形データとして加算器４０Ｃ、４０Ｄに出力される。

【0032】

加算器４０Ｃでは、加算器４０Ａが出力する左チャンネル（２弦分）の弦音の波形データとディレイ回路３７Ｃが出力する第２の中央定位の弦音の波形データ（ＴＡＰ出力３）とを加算し、加算結果として左チャンネル（３弦分）の弦音の波形データを加算器４１Ｌへ出力する。

【0033】

４段目のゲートアンプ３５Ｄの後段側では、弦音の励振インパルス（励Ｉ）の波形データから、時間的に連続した右チャンネルの弦音信号を生成する。

【0034】

ゲートアンプ３５Ｄの後段側、加算器３６Ｄ、ディレイ回路３７Ｄ、ローパスフィルタ３８Ｄ、減衰アンプ３９Ｄの回路構成と動作は上段と同様であり、ディレイ回路３７ＤのＴＡＰ出力４が、加算器４０Ｂに出力される。このディレイ回路３７Ｄから加算器４０Ｂへの出力が、時間的に連続した右チャンネル（１弦分）の弦音の波形データとなる。

【0035】

加算器４０Ｂでは、ディレイ回路３７Ｄが出力する右チャンネルの弦音の波形データ（ＴＡＰ出力４）とディレイ回路３７Ｂが出力する第１の中央定位の弦音の波形データ（ＴＡＰ出力２）とを加算し、加算結果として右チャンネル（２弦分）の弦音の波形データを加算器４１Ｄへ出力する。

【0036】

加算器４０Ｄでは、加算器４０Ｂが出力する右チャンネル（２弦分）の弦音の波形データとディレイ回路３７Ｃが出力する第２の中央定位の弦音の波形データ（ＴＡＰ出力３）とを加算し、加算結果として右チャンネル（３弦分）の弦音の波形データを加算器４１Ｒへ出力する。

【0037】

加算器４１Ｌにおいて、加算器４０Ｃが出力する左チャンネルの弦音の波形データと、ゲートアンプ３５Ｅが出力する左チャンネルの打撃音の波形データとを加算し、加算結果を左チャンネルの弦音と打撃音を重畳した楽音の波形データとして、加算器４２Ｌへ出力する。

【0038】

加算器４１Ｒにおいて、加算器４０Ｂが出力する右チャンネルの弦音の波形データと、ゲートアンプ３５Ｆが出力する右チャンネルの打撃音の波形データとを加算し、加算結果を右チャンネルの弦音と打撃音を重畳した楽音の波形データとして、加算器４２Ｒへ出力する。

【0039】

加算器４２Ｌは、鍵盤部１１で押鍵されている各鍵の左チャンネルの楽音の波形データを加算し、その和を楽音発生のために次段のＤ／Ａ変換部１２Ｅへ出力する。

【0040】

同様に加算器４２Ｒは、鍵盤部１１で押鍵されている各鍵の右チャンネルの楽音の波形データを加算し、その和を楽音発生のために次段のＤ／Ａ変換部１２Ｅへ出力する。

【0041】

なお前記図２の構成では、モノラルの励振インパルスの波形データを４本の弦モデルの閉ループ回路に入力する場合について説明したが、１本分、左チャンネルと右チャンネルで共用する第２の中央定位の弦音の波形データを生成する３段目のゲートアンプ３５Ｃとその後段側の閉ループ回路を減らして、３本の弦モデルの閉ループ回路に入力するものとして、回路構成をより簡易化しても良い。

【0042】

［動作］
次に前記実施形態の動作について説明する。
まず、図３乃至図５を用いて、弦音と打撃音を重畳、加算して楽音を生成する概念について説明する。
図３は、弦音の周波数スペクトルを例示する図である。図示するように、ピーク状の基本ｆ０とその倍音ｆ１、ｆ２、‥‥とが連なった周波数スペクトルを有する。

【0043】

また、周波数スペクトルの弦音の波形データに対し、基本ｆ０とその倍音ｆ１、ｆ２、‥‥の周波数成分をずらすような処理を施すことで、複数の異なる音高の弦音の波形データも生成できる。

【0044】

このような物理モデルにより生成できる弦音は、図３に示す通り、基音成分と倍音以外は含まない。一方、元の楽器で発生される楽音には、打撃音とも称すべき楽音成分が含まれており、この打撃音とも称すべき楽音成分が当該楽器の楽音を特徴付けている。そのために電子楽器においては、この打撃音を生成して弦音と合成することが望ましい。

【0045】

なお、本実施形態で打撃音には、例えば、アコースティックピアノにおいて、押鍵によってピアノ内部でハンマーが弦に衝突する際の衝突音、ハンマーの動作音、ピアノ奏者の指による打鍵音、鍵がストッパに当たって止まる際の音、といった音の成分を含み、純粋な弦音の成分（各鍵の基音成分及び倍音成分）を含まない。なお打撃音は、必ずしも押鍵時に生じる物理的な打撃動作そのものの音には限らないものとする。

【0046】

打撃音を生成するに当たっては、まず録音した楽音の波形データをハニング窓などの窓関数によって窓掛け処理した後に、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）により周波数次元のデータに変換する。

【0047】

その変換されたデータに対し、録音波形データの音高情報、除去する倍音、倍音周波数の基音とのずれ分など、録音波形から観測できるデータに基づいて基音と倍音の周波数を決定して、それら周波数における結果データの振幅が０となるような演算処理を施すことで、弦音の周波数成分を除去する。

【0048】

例えば、基音周波数が１００［Ｈｚ］であった場合、乗数０による乗算で弦音の周波数成分を除去する周波数は、１００［Ｈｚ］、２００［Ｈｚ］、４００［Ｈｚ］、８００［Ｈｚ］、‥‥となる。

【0049】

ここでは倍音が正確に整数倍となるものとしたが、実際の楽器では若干周波数がずれるため、録音により得た波形データから観測される倍音周波数を用いるようにした方が、より適切に対応できる。

【0050】

その後、弦音の周波数成分を除去したデータをＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）により時間次元のデータに変換することで、打撃音の波形データが生成できる。

【0051】

図４は、打撃音の楽音の周波数スペクトルを例示する図である。このような周波数スペクトルを有する打撃音の波形データが、波形メモリ３４（ＲＯＭ１２Ｂ）に記憶される。

【0052】

図４の打撃音の波形データと、図３で示した物理モデルから発生される弦音の波形データとを加算合成することで、図５に示すような周波数スペクトルの楽音を発生させる。

【0053】

図５は、アコースティックピアノである音高ｆ０のノートが押鍵された場合に発生する楽音の周波数スペクトルを例示する図である。図示するように、ピーク状の基本ｆ０とその倍音ｆ１、ｆ２、‥‥とが連なった弦音と、それらピーク状の弦音の間隙部分V、V、‥‥に発生する打撃音とを合成することで、アコースティックピアノの楽音を再現できる。

【0054】

次に、図６を用いて、波形メモリ３４（ＲＯＭ１２Ｂ）から読出した弦音の励振インパルスの波形データから、弦モデルを構成する各閉ループ回路（３６Ａ～３９Ａ、３６Ｂ～３９Ｂ、３６Ｃ～３９Ｃ、３６Ｄ～３９Ｄ）により時間的に連続した弦音の波形データを生成する概念について説明する。
図６は、あるノートナンバーに対応する音高において、強弱波形の加算合成から励振信号を生成する方法を例示する図である。強弱に応じた波形データの先頭部分のデータを、図中にそれぞれ示す加算比率で示すような値で、格納アドレスの進行と同様の時系列に沿って、それぞれ強度が変化するように加算する。

【0055】

具体的には、図６（Ａ）は、強度の高い（音の強さが、強い）第１の波形データであるフォルテ（ｆ）の波形データの約６周期分を示すもので、この波形データに対して図６（Ｂ）に示すように、始めの約２周期分を有効とするための加算比信号が与えられている。したがって、乗算器（アンプ）２１では、「１．０」～「０．０」の間で変化する、この加算比信号を乗数（増幅率）として波形データを乗算処理し、その積となる波形データを加算器２４へ出力する。

【0056】

同様に、図６（Ｃ）は、強度が中庸な（音の強さが、やや強い）第２の波形データであるメゾフォルテ（ｍｆ）の波形データの約６周期分を示すもので、この波形データに対して図６（Ｄ）に示すように、中央の約２周期分を有効とするための加算比信号が与えられている。したがって、乗算器２２がこの加算比信号を乗数として波形データを乗算処理し、その積となる波形データを加算器２４へ出力する。

【0057】

同じく、図６（Ｅ）は、強度が低い（音の強さが、弱い）第３の波形データであるピアノ（ｐ）の波形データの約６周期分を示すもので、この波形データに対して図６（Ｆ）に示すように、終盤の約２周期分を有効とするための加算比信号が与えられている。したがって、乗算器２３がこの加算比信号を乗数として波形データを乗算処理し、その積となる波形データを加算器２４へ出力する。

【0058】

したがって、これらの波形データを加算する加算器２４の出力は、図６（Ｇ）に示すように、２周期毎に「強」→「中」→「弱」と連続的に波形が変化する。

【0059】

このような波形データ（励振信号用波形データ）を波形メモリ３４（ＲＯＭ１２Ｂ）に格納しておき、演奏強度に応じた開始アドレスを指定することで、必要な波形データ（部分データ）を弦音の励振インパルスの信号として読出す。読出した波形データは、図６（Ｈ）に示すように、窓掛け処理部３３により窓掛け処理されて、後段の各信号循環（閉ループ）回路に供給されることで、時間的に連続した弦音の波形データが生成される。

【0060】

波形データとして２～３波長分を用いるために、音高によって、波形データを構成するサンプリングデータの数は異なる。例えば、アコースティックピアノの８８鍵の場合、低音から高音で、サンプリングデータの数は約２０００～２０程度（サンプリング周波数：４４．１［ｋＨｚ］の場合）となる。

【0061】

なお、前記した波形データの加算方法は、同じ楽器の演奏強度が異なる波形データの組合わせのみに限るものではない。例えば、エレクトリックピアノの場合、鍵を弱打した場合は正弦波に近い波形特性を有する一方で、強打した場合はサチュレーションした矩形波のような波形の形状となる。これらの明らかに形状の異なる波形や、例えばギターなどから抽出した波形など、様々な異なる楽器の楽音を連続して加算し、演奏強度やその他の演奏操作子により連続的に変化させるようなモデリングの楽音を発生させることができる。

【0062】

続いて、図２の４本の弦モデルの信号循環（閉ループ）回路で生成される、ステレオの弦音の周波数とうなりの関係について説明する。
ピアノの楽音で単にうなりというと、一般的には基本波の位相を指す。本実施形態では、ステレオ感のある楽音を発生させるために、基本波を含めた各倍音それぞれで発生するうなり現象により、それぞれの倍音成分の振幅が左チャンネルと右チャンネルとで位相ずれを起こした状態で出力されるよう、遅延時間とＴＡＰ遅延とを設定している。

【0063】

図２に示した構成では、１ループ目から各弦モデルの出力が異なる位相で遅延出力され、且つ各弦モデルのうなりの周期も異なるものとして設定したことで、各倍音成分それぞれの信号波形の頂点が左右のチャンネルで大きく位相ずれを起こした状態で出力されるため、鍵盤部１１での打鍵時直後からステレオ感に富んだ楽音を発生させることが可能となる。

【0064】

図７は、鍵盤部１１で押鍵されたノートナンバーが、例えばＡ４「ラ」（４４０［Ｈｚ］）であった場合に、４本の弦モデルに割り当てられる弦音の周波数と、それら周波数の相違によって生じるうなりの関係を示す図である。図７（Ａ）が左チャンネルの弦音の周波数とうなりの関係を示し、図７（Ｂ）が右チャンネルの弦音の周波数とうなりの関係を示す。図２で示した４本の弦音の閉ループ回路を、上段側から順に弦モデルのナンバー「１」～「４」とした場合、共用の弦モデルとなるナンバー「２」の第１の中央定位の弦モデルに本来の周波数４４０［Ｈｚ］、共用の弦モデルとなるナンバー「３」の第２の中央定位の弦モデルに周波数４４０．６６［Ｈｚ］をそれぞれ割り当てるとともに、ナンバー「１」の左チャンネルの弦モデルに４４０．３［Ｈｚ］、ナンバー「４」の右チャンネルの弦モデルに４４０．４３２［Ｈｚ］を割り当てて、それぞれ当該周波数の弦音の励振インパルスの波形データを読み出して各弦モデルに与えるものとする。これら割り当てた周波数の比は、指数に基づいて設定されている。各弦モデルのディレイ回路３７Ａ～３７Ｄでの弦長ディレイ時間が、それぞれ割り当てられた周波数の波長１周期分に設定される。

【0065】

一方で、位相をずらすために設定された遅延時間を持ってディレイ回路３７Ａ～３７Ｄから出力するＴＡＰ出力１～４に関しては、図７で示すようなＴＡＰ遅延時間を設定する。すなわち、本来の周波数４４０［Ｈｚ］が割り当てられたナンバー「２」でのＴＡＰ遅延時間を「０（ゼロ）」とすると共に、ナンバー「１」でのＴＡＰ遅延時間を１．３［ｍｓ］、ナンバー「３」でのＴＡＰ遅延時間を１．６９［ｍｓ］、ナンバー「４」でのＴＡＰ遅延時間を２．１９７［ｍｓ］としている。

【0066】

そのため、例えばナンバー「１」の閉ループ回路（３６Ａ～３９Ａ）では、ピッチを決める遅延時間である１周期分２．２７１１７８７４２［ｍｓ］ごとに、励振インパルスの波形データが帰還回路を１回ループすることになる。

【0067】

１回目のループにおいて、ディレイ回路３７Ａに励振インパルスの波形データを入力した時点から、設定されたＴＡＰ遅延時間１．３［ｍｓ］が経過した時点でＴＡＰ出力１として加算器４０Ａへ出力し、以後、２．２７１１７８７４２［ｍｓ］ごとに繰り返して徐々に減衰する当該波形データをＴＡＰ出力１として出力する。

【0068】

ディレイ回路３７Ａ～３７Ｄに設定する、ＴＡＰ出力１～４を得るためのＴＡＰ遅延時間は、次式
DelayＴ(n)＝DelayINIT×DelayGAIN^ｎ
（但し、DelayＴ(n)：ＴＡＰ遅延時間［ｍｓ］、
DelayINIT：初期値(例えば７［ｍｓ］)、
DelayGAIN：定数(例えば１．３)。
で与えられる。同式中のｎは「０」～「３」の値をとり、弦ナンバーとの関係により設定するもので、弦ナンバー「１」（ディレイ回路３７Ａ）でｎ＝１、弦ナンバー「２」（ディレイ回路３７Ｂ）でｎ＝０、弦ナンバー「３」（ディレイ回路３７Ｃ）でｎ＝２、弦ナンバー「４」（ディレイ回路３７Ｄ）でｎ＝３となる。

【0069】

結果としてＴＡＰ遅延時間を、０［ｍｓ］、１．３［ｍｓ］、１．６９［ｍｓ］、２．１９７［ｍｓ］というように、整数倍ではなく指数状の数値列として算出して各弦モデルに設定することで、各弦モデルの弦音を加算したときの周波数特性を、できうる限り均一にできる。

【0070】

４本の弦モデルから６種類の周波数のうなり成分が生成され、ステレオ音を構成する左チャンネルと右チャンネルに２種の異なるうなり成分と共通した１種のうなり成分とを割り当てた楽音を発生させることで、ステレオ感に富んだ楽音の発生が可能となる。

【0071】

加えて、一般的なピアノの電子楽器では１鍵当たり３本の弦モデルを必要とする場合、ステレオ音の生成で２セット、計６本の弦のモデルが必要となるところ、図２で示した構成では、２本の弦のモデルを共用として、４本の弦のモデルでステレオ音を生成可能としているため、信号の処理量を大幅に軽減できる。

【0072】

また図２に示した構成では、共用となる中央定位の弦モデルとしてナンバー「２」「３」の２本分の弦モデルを設けて、左右各チャンネルの弦音をそれぞれ３本の弦モデルから生成する。そのため、特に左右のチャンネルの楽音が空間内で混在しないような環境、例えばヘッドホン等により楽音を再生するような環境下で、左右のチャンネルの一方の楽音のみを聴いた場合でも、聞こえる楽音に単調さを感じるような可能性を確実に排除できる。

【0073】

［実施形態の効果］
以上詳述した如く本実施形態によれば、信号の処理量を抑えながら、良好なステレオ感の楽音を発音当初より生成することが可能となる。

【0074】

また本実施形態では、指定された音高とその倍音の成分を含む弦音に加えて、楽器固有の打撃音を重畳、加算してステレオの楽音を生成しているので、信号の処理量を抑えながら、より自然な楽音を良好に生成することが可能となる。

【0075】

なお、前述した如く、本実施形態は電子鍵盤楽器に適用した場合について説明したものであるが、本発明は楽器や特定のモデルに限定されるものではない。

【0076】

なお、本願発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

【0077】

以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［請求項１］
指定された音高に対応する励振信号の入力に応じて、前記音高に対応して設けられている各閉ループから、それぞれ異なるタップディレイ時間ごとにタップ出力される信号が累算された累算信号に基づいて、左チャンネルから出力される弦音信号及び、右チャンネルから出力される弦音信号を生成する、
電子楽器。
［請求項２］
前記各閉ループは、それぞれ異なるディレイ時間で前記励振信号が循環する、請求項１に記載の電子楽器。
［請求項３］
前記タップ出力は、前記各閉ループから出力される信号の位相を変化させるために設けられている、請求項１または２に記載の電子楽器。
［請求項４］
前記タップディレイ時間は、指数を含む計算式で算出されている、請求項１乃至３のいずれかに記載の電子楽器。
［請求項５］
前記各閉ループは、左右それぞれの弦音信号を生成するために共用されている閉ループを含む、請求項１乃至４のいずれかに記載の電子楽器。
［請求項６］
前記弦音信号は、前記累算信号及び打撃音信号に基づいて生成する、請求項１乃至５のいずれかに記載の電子楽器。
［請求項７］
コンピュータに、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の各処理を実行させる楽音発生方法。
［請求項８］
コンピュータに、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の各処理を実行させるプログラム。

【符号の説明】

【0078】

１０…電子鍵盤楽器
１１…鍵盤部
１２…ＬＳＩ
１２Ａ…ＣＰＵ
１２Ｂ…ＲＯＭ
１２Ｃ…ＲＡＭ
１２Ｄ…音源
１２Ｄ１…デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）
１２Ｄ２…プログラムメモリ
１２Ｄ３…ワークメモリ
１２Ｅ…Ｄ／Ａ変換部（ＤＡＣ）
１３Ｌ、１３Ｒ…アンプ（ａｍｐ．）
１４Ｌ、１４Ｒ…スピーカ
３１…ノートイベント処理部
３２…波形読出し部
３３…窓掛け処理部
３４…（励振信号生成用）波形メモリ
３５Ａ～３５Ｃ…ゲートアンプ
３６Ａ～３６Ｄ…加算器
３７Ａ～３７Ｄ…ディレイ回路
３８Ａ～３８Ｄ…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
３９Ａ～３９Ｄ…減衰アンプ
４０Ａ～４０Ｄ、４１Ｌ、４１Ｒ、４２Ｌ、４２Ｒ…加算器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】