JP3508976B2 - Interpolated tone color synthesis method - Google Patents
Interpolated tone color synthesis methodInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は知覚的に異なる二
つの合成音色を両端とし、これらを任意の割合で補間し
た音色を合成する物理モデルによる補間音色合成方法に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an interpolated tone color synthesizing method by a physical model in which two perceptually different tone colors are used as both ends, and tone colors obtained by interpolating these two tone colors at arbitrary ratios are synthesized.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の電子楽器において、使用者は様々
な音色を、(1)PCM音源、FM音源などの各種方式
によるプリセット、(2)使用者が音を収録することに
よる付加(サンプリング)、(3)FM音源などモデル
によるパラメータ表現されたものを修正編集した再合
成、(4)各種フィルタ処理、歪み付加等による加工等
の方法により作成してきた。2. Description of the Related Art In a conventional electronic musical instrument, a user adds various tones (1) preset by various methods such as PCM sound source and FM sound source, and (2) addition (sampling) by recording sound by the user. , (3) parameter synthesis represented by a model such as an FM sound source is re-synthesized by modifying and editing, (4) various filtering processes, processing by adding distortion and the like.
【0003】また、音色の連続的処理、微妙な処理とい
ったものはフィルタ処理、歪み付加などによる加工処理
によってある程度実現できた。しかし、これらは、ある
一つの音色を崩し、変形させることであり、目標とする
具体的音色を与えてその音色に向けて補間するという、
より高度な音色の制御はできなかった。Further, continuous processing of timbre and subtle processing could be realized to some extent by processing such as filter processing and distortion addition. However, these are to destroy and transform a certain timbre, and to give a specific timbre as a target and interpolate towards that timbre.
More advanced timbre control was not possible.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、二
つの異なる音色の両端を含む任意の知覚的内分点となる
音色を合成することができ、また二つの音色の一端から
他端までを連続的に変化させる音色の合成を実現できる
補間音色合成方法を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to synthesize a tone color that is an arbitrary perceptual internal division point that includes both ends of two different tone colors. An object of the present invention is to provide an interpolated tone color synthesis method capable of realizing tone color synthesis that continuously changes the tone.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】図1に示すように音色の
発音機構にそれぞれ立脚した音色Aの物理モデルと音色
Bの物理モデルとを用い、上記音色Aの発音体及び音色
Bの発音体の少くとも物理定数を含む各合成パラメータ
を、音色A,Bへの所望の近さの程度に応じた補間率α
に応じて、補間して新しいパラメータZを作成し、この
新しいパラメータZを用いて、上記音色の発音機構に立
脚した物理モデルにもとづいて音響信号波形を各時点ご
とに計算して補間音色合成する。As shown in FIG. 1, a tone color A sounding body and a tone color B sounding body are used by using a tone color A physical model and a tone color B physical model based on a tone color generating mechanism. Of the synthesis parameters including at least the physical constants of the interpolation parameters α according to the degree of the desired proximity to the timbres A and B.
, A new parameter Z is created by interpolation, and the new parameter Z is used to calculate the acoustic signal waveform at each time point based on the physical model based on the tone color generation mechanism to synthesize the interpolated tone color. .
【0006】[0006]
【発明の実施の形態】この発明を、打撃または撥(は
じ)きにより励起された一次元振動体の発する音色を合
成する場合に適用した実施例を説明する。この実施例で
は、励起モデルには打弦、撥弦を模疑したものを用い、
振動体は剛性をもつ弦のモデルを用いる。まず、利用す
る物理モデルについて述べる。振動体の振舞いは次式の
微分方程式により表される。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment in which the present invention is applied in the case of synthesizing a timbre emitted by a one-dimensional vibrating body excited by hitting or repelling (repelling) will be described. In this embodiment, the excitation model used is one that imitates plucking and plucking.
The vibrating body uses a rigid string model. First, the physical model used will be described. The behavior of the vibrating body is expressed by the following differential equation.
【0007】[0007]
【数1】
ここで、y:弦の変位、μ:線密度(密度ρ×面積
S)、T:張力、E:ヤング率(剛性を表す)、κ:ジ
ャイレーション半径、S:弦断面積、f(x,x0 ,
t):外力密度、x0 :打弦位置である。右辺第1項は
弦の張力により生じる回復力、第2項は剛性をもつため
に生じる回復力であり、第3、第4項は減衰項であり、
この減衰項は定式化により次式で与えられる周波数に依
存した減衰率dを表現している。[Equation 1] Here, y: displacement of the string, μ: linear density (density ρ × area S), T: tension, E: Young's modulus (representing rigidity), κ: gyration radius, S: string cross-sectional area, f (x , X 0 ,
t): external force density, x 0 : string striking position. The first term on the right-hand side is the restoring force generated by the tension of the strings, the second term is the restoring force caused by the rigidity, and the third and fourth terms are the damping terms,
This attenuation term expresses a frequency-dependent attenuation rate d given by the following equation by the formulation.
【0008】d(ω)=b1 +b3 ω2
ωは角周波数である。外力項(励起)に関して、ピアノ
ハンマーによる打弦は次式の様にモデル化される。
MH d2 η/dt2 =−FH (t) (2)
FH (t) =K|η(t) −y(x0 ,t)|p ,η(t) >y(x0 ,t)
= 0 ,η(t) <y(x0 ,t)
(3)
η:ハンマーの変位、FH (t) :弦に加わる力、MH :
ハンマーの質量、K、pは実験的に決められる定数であ
る。f(x,x0 ,t)とFH (t) の関係は次式で与え
られる。D (ω) = b 1 + b 3 ω 2 ω is the angular frequency. With respect to the external force term (excitation), the string striking by the piano hammer is modeled as the following equation. MH d 2 η / dt 2 = −F H (t) (2) F H (t) = K | η (t) −y (x 0 , t) | p , η (t) > y (x 0 , T) = 0, η (t) <y (x 0 , t) (3) η: Displacement of hammer, F H (t): Force applied to string, M H :
Hammer mass, K, p are constants determined experimentally. The relationship between f (x, x 0 , t) and F H (t) is given by the following equation.
【0009】
f(x,x0 ,t)=FH (t) g(x,x0 )/(μ∫g(x,x0 )dx)
(4)
∫はx0 −δxからx0 +δxまで、2δx:ハンマー
(励起体)の幅、g(x,x0 ):力の分布を与える関
数である。境界条件は両端支持の場合次式で与える。F (x, x 0 , t) = F H (t) g (x, x 0 ) / (μ∫g (x, x 0 ) dx) (4) ∫ is from x 0 −δx to x 0. Up to + δx, 2δx: width of hammer (exciter), g (x, x 0 ): function that gives force distribution. Boundary conditions are given by the following equation in the case of both-end support.
【0010】
y(0,t)=y(L,t)=0 (5)
∂2 y(0,t)/∂x2 =∂2 y(L,t)/∂x2 =0 (6)
L:振動体の長さである。他に初期条件としてg
(x0 ,x),励起の入力位置x0 、および初速度VHO
を与える。有限差分法を用いてこれらの方程式を解く、
そして合成パラメータとして物理定数を指定し、変位等
を再帰的に計算する。ここではピアノ弦のモデルを用い
たが、振動体パラメータのうち張力を0とし、他のパラ
メータ値に適当な値を用いることにより弾性体の振動、
つまり張力を与えない状態の金属棒をハンマーで励起し
た時の振動が模疑できる。Y (0, t) = y (L, t) = 0 (5) ∂ 2 y (0, t) / ∂x 2 = ∂ 2 y (L, t) / ∂x 2 = 0 (6 ) L: Length of the vibrating body. In addition, g as an initial condition
(X 0 , x), excitation input position x 0 , and initial velocity V HO
give. Solve these equations using the finite difference method,
Then, a physical constant is designated as a synthesis parameter, and the displacement and the like are recursively calculated. Although a piano string model was used here, the vibration of the elastic body can be reduced by setting the tension of the vibration body parameter to 0 and using appropriate values for the other parameter values.
In other words, vibration can be simulated when a metal rod without tension is excited by a hammer.
【0011】以上の物理モデルについては文献A.Ch
aigne等,“Numerical Simulat
ions of Piano Strings.I.A
physical model for a str
uck string using finite d
ifference methods”Journal
of the acoustical societ
y of America,Vol.95,No.2,
Feb.1994に示されている。For the above physical model, refer to the document A. Ch
Aigne et al., “Numerical Simulat”
ions of Piano Strings. I. A
physical model for a str
uck string using finishing d
difference methods "Journal
of the acoustic societ
y of America, Vol. 95, No. Two
Feb. 1994.
【0012】ギターの音のような弦を撥くことにより励
起される音、つまり撥弦の基本的モデルとしては、初期
条件として、初期変位および初速度0を与えるものがあ
る。もう少し複雑なモデルとして指の運動として一定の
加速度を与えるものや、指の抵抗などを考慮したものが
あるが、弦と撥弦体の物理的振る舞いを定式化したもの
は提案されていない。As a basic model of a sound such as a guitar sound excited by plucking a string, that is, a plucked string, there is one that gives an initial displacement and an initial velocity of 0 as initial conditions. There are some more complicated models that give a certain acceleration as the movement of the finger, and ones that consider the resistance of the finger, but no one that formulates the physical behavior of the string and plucked body has been proposed.
【0013】そこで、この実施例では図2に示す撥弦モ
デルを提案する。まず撥弦体11がある速度で弦12と
衝突し、弦12と接触を保ちつつ平衡位置から変位を生
じる。接触の際には、打弦モデルと同様の反発力を生じ
るものとする。ある時間経過の後、撥弦体11は弦12
からの反発力が0になる前に弦より離れる。なお撥弦体
11と弦12が接触しつつ移動する間に生じる摩擦力に
ついては無視している。Therefore, in this embodiment, the plucking model shown in FIG. 2 is proposed. First, the plucked body 11 collides with the string 12 at a certain speed, and a displacement occurs from the equilibrium position while maintaining contact with the string 12. Upon contact, a repulsive force similar to that of the string striking model is generated. After a certain period of time, the plucked string 11 is moved to the string 12
Rebound from the string before the repulsive force from becomes 0. The frictional force generated while the plucked string 11 and the string 12 move while making contact with each other is ignored.
【0014】この撥弦モデルは次式で表わせる。
FH (t) =K|η(t) −y(x0,t) |p , η(t) > y(x0 ,t),t<tp1
= 0 , その他 (7)
tp1:撥弦体11と弦12との接触時間(力の継続長)
これは式(3)の打弦モデルに力の継続長tp1を導入し
たものであり、打弦モデルにおける力の継続長をtsと
すると、tp1<tsである。この結果、弦12に加わる
外力は、t=tp1で減衰が急で、ステップ関数的に0に
なる。またpは撥弦体11の材質により異なると考え、
打弦における基準値とは異なる値を用いる。つまり撥弦
時の指先はピアノハンマーよりも柔らかく、生じる反発
力が小さいと考え、p=3.5などを撥弦モデルにおけ
る基準値とする。また力の継続長は例えばtp1=ts/
2とする。ここで継続長tp1を十分長く保った場合、励
起体は自然に弦から離れ力は0となり、これは打弦を模
疑したものであり、この時の継続長はtsである。この
モデルは指数係数pと継続長tp1を操作することによ
り、打弦と撥弦の両方を表現でき、従来のモデルを拡張
したものである。This plucking model can be expressed by the following equation. F H (t) = K | η (t) −y (x 0 , t) │p , η (t) > y (x 0 , t), t <t p1 = 0, others (7) t p1 : Contact time between plucked string 11 and string 12 (force duration)
This is an introduction of the force continuation length t p1 into the string striking model of the equation (3), where t p1 <ts, where ts is the force continuation length in the string striking model. As a result, the external force applied to the string 12 is rapidly attenuated at t = t p1 and becomes 0 in a step function manner. In addition, p is considered to be different depending on the material of the plucked body 11,
A value different from the reference value for striking is used. In other words, it is considered that the fingertip at the time of plucking the string is softer than the piano hammer and the repulsive force generated is small, and p = 3.5 is set as the reference value in the plucking model. Further, the continuation length of the force is, for example, t p1 = ts /
Set to 2. Here, when the duration t p1 is kept sufficiently long, the exciter naturally separates from the string and the force becomes 0, which is a suspicion of string striking, and the duration at this time is ts. This model can represent both striking and plucking by manipulating the exponential coefficient p and the duration t p1 and is an extension of the conventional model.
【0015】有限差分法を用いて、式(1),(2),
(4)〜(7)よりなる方程式を解くと、変位を求める
以下の再帰式が得られる。ここでx=iΔx,t=ηΔ
tと置き換えた。なお再帰式は用いる差分スキームの違
い等により変形が考えられるが、この実施例では前記C
haigne等の文献に示すものを以下に記す。Using the finite difference method, equations (1), (2),
By solving the equations (4) to (7), the following recursive equation for obtaining the displacement is obtained. Where x = iΔx, t = ηΔ
replaced with t. Note that the recursive formula may be modified depending on the difference scheme used and the like, but in this embodiment, the C
Those shown in the literature such as haigne are described below.
【0016】[0016]
【数2】 [Equation 2]
【0017】[0017]
【数3】 [Equation 3]
【0018】[0018]
【数4】
np1はモード設定時間であり、十分大とすれば打弦音を
表わし、ns /2(ts /2)程度にすれば撥弦音を表
わす。境界条件は次式で表わせる。
y(0,n)=y(N,n)=0
y(−1,n)=−y(1,η),y(N+1,n)=
−y(N−1,n)
n:時刻、i:弦上の位置
以下に挙げる物理定数、その他をパラメータとして指定
することにより、n=1からnを順次増加しながら式
(8)と式(9)及び(10)の各演算を交互に行うこ
とにより各位置iの各時点nごとの合成音波形を求める
ことができる。[Equation 4]
np1Is the mode setting time.
Represent, ns/ 2 (ts / 2) shows plucked sound
Forget The boundary condition can be expressed by the following equation.
y (0, n) = y (N, n) = 0
y (−1, n) = − y (1, η), y (N + 1, n) =
-Y (N-1, n)
n: time, i: position on the string
Specify the following physical constants and others as parameters
By increasing the value of n from 1 by 1
The operations of (8) and equations (9) and (10) are performed alternately.
The synthetic sound waveform at each time point n at each position i is obtained by and
be able to.
【0019】振動体に関しては
T:張力、E:ヤング率、ρ:密度、a:半径、L:長
さ、b1 :減衰係数、b3 :減衰係数、
励起体に関しては
MH :質量、p:指数係数、K:スチフネス係数、
tp1:接触時間、
その他として
N:振動体の長さLの分割数(その分割された1つの要
素の長さがΔxである)、i0 :励起の入力位置、i
out :変位の出力位置、g(i0 ,i):力の分布関
数、VHO:初速
である。For the vibrating body, T: tension, E: Young's modulus, ρ: density, a: radius, L: length, b 1 : damping coefficient, b 3 : damping coefficient, and for the exciter, M H : mass, p: exponential coefficient, K: stiffness coefficient,
t p1 : contact time, and others N: number of divisions of the length L of the vibrating body (length of one divided element is Δx), i 0 : input position of excitation, i
out : output position of displacement, g (i 0 , i): distribution function of force, V HO : initial velocity.
【0020】この実施例において採用した発音機構モデ
ルにおいて、二つの音色を生じる物理モデルA,Bのパ
ラメータX,Yを求める。ここでは物理的なモデルパラ
メータの推定を行わず、知覚的に異なる二つの合成音が
得られるパラメータを補間に用いる両端に対するパラメ
ータとする。これらX,Yは下記に表わせる。
X=(Tx ,Ex ,ρx ,・・・),Y=(TY ,EY ,ρY ,・・・)
(11)
これら両端のパラメータX,Yを、与えられた補間率α
を用いて対応するパラメータ間で補間し、新しいパラメ
ータZ(α)を得る。In the sounding mechanism model adopted in this embodiment, the parameters X and Y of the physical models A and B which generate two tone colors are obtained. Here, physical model parameter estimation is not performed, and parameters for obtaining two perceptually different synthesized sounds are used as parameters for both ends used for interpolation. These X and Y can be expressed as follows. X = (T x , E x , ρ x , ...), Y = (T Y , E Y , ρ Y , ...) (11) These parameters X and Y at both ends are given the interpolation rate. α
Is used to interpolate between the corresponding parameters to obtain a new parameter Z (α).
【0021】
Z(α)=(T(α),E(α),ρ(α),・・・)
以下にパラメータ補間処理の方法の具体例を示す。
1.打撃により励起された弦の音と、打撃により励起さ
れた弾性体の音とを両端音色として、音色合成する場合
(図3)
(1)励起パラメータとして、MH ,K,p及び力の継
続長tp1がある。この例では弦、弾性体は共に同一のハ
ンマー(励起体)で打撃するとして、MH ,K,pは、
X,Yに同一値に固定し、tp1を十分大きくとって、つ
まり振動体が反発力で励起体から自然に離れる状態とし
て打撃を模疑する。従ってこの場合は合成音色の演算に
は式(10)の代りに式(3)を用いてもよい。Z (α) = (T (α), E (α), ρ (α), ...) A specific example of the method of parameter interpolation processing will be described below. 1. When timbre synthesis is performed by using the sound of a string excited by striking and the sound of an elastic body excited by striking as both-end tones (Fig. 3) (1) As excitation parameters, M H , K, p and continuation of force There is a length t p1 . In this example, assuming that the string and the elastic body are both hit with the same hammer (exciter), M H , K, p are
By fixing the same value to X and Y and making t p1 sufficiently large, that is, the vibrating body is naturally separated from the exciter body by the repulsive force, the impact is simulated. Therefore, in this case, the formula (3) may be used instead of the formula (10) for the calculation of the synthesized tone color.
【0022】(2)振動体のパラメータのうち、密度、
半径、長さ、減衰係数をX,Yに対し、適当な値に固定
し、また弦のヤング率EをES =0とし、弾性体は張力
Tb=0とする。
(3)発生したい音色の基本周波数f1 から弦の張力T
S 、弾性体のヤング率Eb を、次式により求める。(2) Of the parameters of the vibrating body, the density,
The radius, length, and damping coefficient are fixed to appropriate values for X and Y, the Young's modulus E of the string is E S = 0, and the tension of the elastic body is T b = 0. (3) Tension T of the string from the fundamental frequency f 1 of the timbre to be generated
S and Young's modulus E b of the elastic body are calculated by the following equation.
【0023】f1 =(1/2L)√(Ts /μ)=(1
/2La)√(Ts /ρπ)
f1 =(Kπ/2L2 )√(Eb /ρ)=(Ka/4L
2 )√(Eb /ρ)
(4)補間率(係数)α(0<α<1)を与え、(3)
で求めたTs 、Eb を次式で線形補間してZ(α)を求
める。
Z(α)=(E(α)=αEb ,T(α)=(1−α)
Ts )
2.材質が異なるギター弦の撥弦音を両端音色として補
間音色合成する場合(図4)
(1)励起のパラメータを撥弦を模疑する値に固定す
る。F 1 = (1 / 2L) √ (T s / μ) = (1
/ 2La) √ (T s / ρπ) f 1 = (Kπ / 2L 2 ) √ (E b / ρ) = (Ka / 4L
2 ) √ (E b / ρ) (4) Give the interpolation rate (coefficient) α (0 <α <1), and (3)
Z (α) is obtained by linearly interpolating the T s and E b obtained in (1) by Z (α) = (E (α) = αE b , T (α) = (1-α)
T s ) 2. When synthesizing interpolated tones by using the plucked sound of guitar strings made of different materials as both-end timbre (Fig. 4) (1) Fix the excitation parameter to a value that imitates plucked string.
【0024】(2)振動体(ギター弦)のパラメータに
ついて、密度、半径、長さ、減衰係数を与えられた補間
率αでそれぞれ下記のように線形補間する。
(ρ(α),a(α),・・・)=(αρX +(1−
α)ρY ),αaX +(1−α)aY ,・・・)
(3)両端について弦の非調波性を表す定数Bi (i=
X,Y)をそれぞれ求め、これをαで次式により線形補
間する。(2) For the parameters of the vibrating body (guitar string), the density, radius, length, and damping coefficient are linearly interpolated as follows at a given interpolation rate α. (Ρ (α), a (α), ...) = (αρ X + (1-
α) ρ Y ), αa X + (1-α) a Y , ...) (3) A constant B i (i =
X, Y) are respectively obtained and are linearly interpolated by α according to the following equation.
【0025】
Bi =π3 ai 4 Ei /8Li 2 Ti ,i=X,Y,B(α)=αBX +(
1−α)BY (12)
(4)次式により発生したい基本周波数f1 を与え、こ
れと対応する張力T(α)を決定する。
T(α)=(2L(α)a(α)f1 )2 ρ(α)π (13)
(5)ヤング率E(α)を次式より求める。B i = π 3 a i 4 E i / 8L i 2 T i , i = X, Y, B (α) = αB X + (1-α) B Y (12) (4) The fundamental frequency f 1 to be generated is given, and the tension T (α) corresponding to this is determined. T (α) = (2L (α) a (α) f 1 ) 2 ρ (α) π (13) (5) Young's modulus E (α) is calculated from the following equation.
【0026】
E(α)=B(α)8L(α)2 T(α)/π3 a(α)4 (14)
(6)(2),(3),(5)で求めた各パラメータを
用いて、nを順次大としながら、各nについて式(8)
と式(9),(10)と交互演算を行い、FH(n)=
0となる最小のn、つまりns を求める。このようにし
て求まった打弦時の継続長ts (ns )の1/2を、
撥弦を模疑する継続長tp1(α)=ts(α)/2(n
p1(α)=ns (α)/2)とする。E (α) = B (α) 8L (α) 2 T (α) / π 3 a (α) 4 (14) (6) (2), (3), (5) Using the parameters, n (n) is sequentially increased, and equation (8) is obtained for each n.
And the formulas (9) and (10) are alternately calculated, and F H (n) =
The minimum n that becomes 0, that is, n s is obtained. Continuation length ts at string striking obtained in this way 1/2 of (n s )
Continuation length t p1 (α) = ts (α) / 2 (n
Let p1 (α) = n s (α) / 2).
【0027】3.ピアノ弦の打弦音とギター弦の撥弦音
とを両端として補間音色合成する場合(図5)
(1)励起パラメータのうち、MH ,Kは打弦、撥弦に
対して同一値とし、p,tp1に関して、打弦、撥弦の各
基準値の間を与えられた補間率αで次式により線形に補
間する。3. When interpolating timbre synthesis is performed with the string-sounding sound of the piano string and the string-plucking sound of the guitar string as both ends (FIG. 5) (1) Of the excitation parameters, M H and K are the same values for the string-striking and plucking strings, and p , T p1 are linearly interpolated between the reference values of striking and plucking with a given interpolation rate α by the following equation.
【0028】p(α)=αpx +(1−α)pY
tp1(α)=αts(α)+(1−α)ts(α)/2
=(1+α)ts(α)/2
このts(α)(ns (α))は前記2の(6)で求め
たようにして求める。この場合のtp1(α)は打弦の継
続長ts(α)と撥弦の継続長ts(α)/2との間を
線形補間したものである。この結果、再帰的に求められ
る外力の関数形も補間される。P (α) = αp x + (1-α) p Y t p1 (α) = αts (α) + (1-α) ts (α) / 2 = (1 + α) ts (α) / 2 This ts (α) (n s (α)) is obtained as obtained in (6) of 2 above. In this case, t p1 (α) is a linear interpolation between the string striking duration ts (α) and the plucking string duration ts (α) / 2. As a result, the functional form of the external force recursively obtained is also interpolated.
【0029】(2)振動体のパラメータについては、密
度、半径、長さ、減衰係数について次によりαで線形補
間する。
(ρ(α),a(α),・・・)=(αρX +(1−
α)ρY ,αaX +(1−α)aY ,・・・)
(3)式(12)により非調波性定数Bを求め、これを
線形補間する。(2) Regarding the parameters of the vibrating body, the density, radius, length and damping coefficient are linearly interpolated by α as follows. (Ρ (α), a (α), ...) = (αρ X + (1-
α) ρ Y, αa X + (1-α) a Y, ···) obtains the non-harmonic constants B by (3) (12), which linear interpolation.
【0030】(4)式(13)より、目的の基本周波数
とする張力T(α)を決定する。
(5)ヤング率E(α)を式(14)より求める。
以上のように補間率αに応じて各種パラメータを線形補
間し、この補間されたパラメータZ(α)を用いて補間
音色を合成する。その音色合成の機能構成を図6に示
す。補間された新パラメータZ(α)はそのパラメータ
中の初速度V、質量MH 、剛性K,p,継続長tが打弦
・撥弦モデルに与えられ、張力T、ヤング率E、密度
ρ、半径a、長さL、減衰係数b1 ,b3 が振動体モデ
ルに設定され、各時点ごとの振動体の変位y(i,n)
と打弦・撥弦モデルのパラメータとを用いて、式
(9),(10)、又は式(9),(3)の演算を行
い、外力FH (n)を求め、このFH (n)と振動体モ
デルのパラメータを用いて式(8)を演算して、振動体
の変位y(i,n+1)を求め、この式(9),(1
0)(又は(9),(3))と式(8)との交互演算を
各時点ごとに行う。ある一点での振動体の変位、または
振動速度を合成音波形Z(n)として出力する。(4) From equation (13), the tension T (α) to be the target fundamental frequency is determined. (5) The Young's modulus E (α) is calculated from the equation (14). As described above, various parameters are linearly interpolated according to the interpolation rate α, and the interpolated tone color is synthesized using the interpolated parameter Z (α). FIG. 6 shows the functional configuration of the tone color synthesis. The interpolated new parameter Z (α) is given the initial velocity V, mass MH , rigidity K, p, and continuation length t among the parameters to the string striking / plucking model, and the tension T, Young's modulus E, density ρ , Radius a, length L, and damping coefficients b 1 and b 3 are set in the vibration body model, and the displacement y (i, n) of the vibration body at each time point is set.
And the parameters of the string-plucking / plucking model, the equations (9) and (10) or the equations (9) and (3) are calculated to obtain the external force F H (n), and this F H ( n) and the parameters of the vibrating body model, the equation (8) is calculated to obtain the displacement y (i, n + 1) of the vibrating body, and the equations (9) and (1
0) (or (9), (3)) and the equation (8) are alternately calculated at each time point. The displacement or vibration speed of the vibrating body at a certain point is output as a synthetic sound waveform Z (n).
【0031】上述では補間係数(率)αは合成音色の時
間に対して不変としたが、合成音色と各時点毎に計算す
る過程で変化させれば、時間とともに音色も変化させる
ことができる。例えば時間と共にαを0から1へ連続的
に変化させると、一端の音色から他端の音色へ自然に移
りかわるモルフィングを行うことができる。上述では二
つの原音響信号が与えられた場合のモデルパラメータの
推定については説明しなかったが、ニューラルネットワ
ークなどの手法を利用して原音よりパラメータ推定をし
てもよく、この発明は物理モデルを利用し、そのモデル
パラメータの補間を行うことに特徴がある。In the above description, the interpolation coefficient (ratio) α is invariable with respect to the time of the synthesized tone color, but if it is changed in the process of calculating the synthesized tone color and each time point, the tone color can be changed with time. For example, when α is continuously changed from 0 to 1 with time, morphing can be performed in which the tone color at one end naturally changes to the tone color at the other end. Although the estimation of the model parameters when two original acoustic signals are given is not described above, the parameters may be estimated from the original sound by using a method such as a neural network. It is characterized by using it and interpolating the model parameter.
【0032】前記実施例では一次元の振動体の場合を取
り上げ説明したが、二次元の振動体の場合にも同様に実
現できる。すなわちひとたびモデルを構築すれば、発音
体形状の次元によらず音色補間が実現できる。また、共
鳴、放射などの特性をモデル化したものに対してもこの
発明が適用ができる。更に、基本周波数を指定し弦の場
合には張力、弾性体の場合にはヤング率の値を調節する
ことにより、目的とする基本周波数の合成音が得られ
る。これは楽器としての利用を考えた場合大変重要であ
る。In the above-mentioned embodiment, the case of a one-dimensional vibrating body has been described, but the same can be realized in the case of a two-dimensional vibrating body. That is, once the model is constructed, tone color interpolation can be realized regardless of the dimension of the sounding body shape. The present invention can also be applied to a model of characteristics such as resonance and radiation. Further, by designating the fundamental frequency and adjusting the tension in the case of a string and the Young's modulus in the case of an elastic body, a synthetic sound having a desired fundamental frequency can be obtained. This is very important when considering its use as a musical instrument.
【0033】[0033]
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、例
えば打弦と撥弦のような異なる音色の補間も可能とな
る。更に、ひとたびモデルを構築すれば、物理パラメー
タを補間することで音色補間が実現できるため、音色補
間の際に制御すべきパラメータが少なく、制御が容易で
ある。二音色に共通な属性があれば補間音色もそれを維
持することができる。これは単に歪みを加える等の目標
のない音色制御と異なり、両端の音色に任意の程度で近
い音色を合成でき、音色制御の自由度が大きくなる。こ
れにより新しい電子楽器としての機能を持たせることが
できる。また、コンピュータグラフィックスでは画像の
連続変形はモルフィングと呼ばれ、すでに実用化され多
用されているが、この画像のモルフィングと合わせて音
のモルフィングを行うことができる。As described above, according to the present invention, it is possible to interpolate different timbres such as string striking and plucking. Further, once the model is constructed, the timbre interpolation can be realized by interpolating the physical parameters. Therefore, there are few parameters to be controlled in the timbre interpolation, and the control is easy. If the two timbres have a common attribute, the interpolated timbre can also maintain it. This is different from tone color control in which there is no target, such as simply adding distortion, which allows synthesis of tone colors that are close to the tone colors at both ends to an arbitrary degree, increasing the degree of freedom in tone color control. This makes it possible to have a function as a new electronic musical instrument. Further, in computer graphics, continuous deformation of images is called morphing, which has already been put to practical use and is widely used, but sound morphing can be performed in combination with this image morphing.
【0034】更に式(8),(9),(10)、特に
(10)を用いることにより、打弦のみならず撥弦の合
成音波形を、物理パラメータを用いて演算することがで
きる。演算により音色を合成するため、発音体の物理定
数としては現実の楽器と対応したもののみならず、現実
には通常は存在しない、例えば著しく長い弦を想定した
音色を発生することができる。Further, by using the equations (8), (9) and (10), especially (10), not only the striking string but also the synthetic sound waveform of the plucking string can be calculated using the physical parameters. Since the timbres are synthesized by calculation, not only the physical constants of the sounding body corresponding to those of a real musical instrument but also timbres that do not normally exist in reality, for example, assuming a remarkably long string, can be generated.
【図1】この発明の方法の処理手順を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a processing procedure of a method of the present invention.
【図2】撥弦モデルの挙動を示す図。FIG. 2 is a diagram showing the behavior of a plucked model.
【図3】打弦音と打撃で励起された弾性体音のパラメー
タの補間の例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an example of interpolation of parameters of a string striking sound and an elastic body sound excited by striking.
【図4】材質の異なるギター弦の撥弦音のパラメータ補
間の例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an example of parameter interpolation of plucked sound of guitar strings made of different materials.
【図5】打弦音と撥弦音のパラメータ補間の例を示す
図。FIG. 5 is a diagram showing an example of parameter interpolation of a striking sound and a plucking sound.
【図6】合成音生成演算を説明するための図。FIG. 6 is a diagram for explaining a synthetic sound generation calculation.
Claims (2)
補間音色音を合成する方法であって、 前記各発音機構は、パラメータ群により表現され、 前記パラメータ群は、発音体の振る舞いを表現する微分
方程式と励起体の振る舞いを表現する微分方程式を規定
し、 前記励起体の振る舞いを表現する微分方程式は、励起体
の変位及び発音体に加わる力の関数であり、 前記発音体に加わる力は、励起体の変位が発音体の変位
以上であって励起体と発音体の接触時間が所定時間未満
であれば励起体の変位と発音体の変位の差に応じた値と
なり、それ以外の時には0となるよう規定され、 前記所定時間は、前記パラメータ群に含まれるパラメー
タであり、励起が打撃である場合には、励起が撥きであ
る場合に比べ十分大きな値が指定され、 打撃と撥きを励起とした2つの発音機構をそれぞれ表現
する2組のパラメータ群と補間率とを指定し、 前記2組のパラメータ群を前記補間率に応じて補間し、 前記補間されたパラメータ群により規定される微分方程
式を解くことにより打撃と撥きを励起とした2つの発音
機構の補間音色音合成方法。1. A method for synthesizing interpolated tones of two sounding mechanisms that are excited by hitting and repelling, wherein each sounding mechanism is represented by a parameter group, and the parameter group is a behavior of a sounding body. It defines a differential equation expressing the behavior of the exciter and the differential equation expressing, the differential equation expressing the behavior of the exciter is a function of the displacement of the exciter and the force applied to the sounding body, the sounding body If the displacement of the exciter is equal to or more than the displacement of the sounding body and the contact time between the exciter and the sounding body is less than the predetermined time, the applied force has a value according to the difference between the displacement of the exciter and the displacement of the sounding body. It is specified to be 0 when other than, the predetermined time is a parameter included in the parameter group, when the excitation is a hit, a sufficiently large value is designated as compared with the case where the excitation is repulsion, Hit and repel The two sets of parameter groups and the interpolation rate that respectively represent the two sounding mechanisms excited by are specified, and the two sets of parameter groups are interpolated according to the interpolation rate, and are defined by the interpolated parameter group. A method for synthesizing interpolated timbres of two sound producing mechanisms in which striking and repelling are excited by solving a differential equation.
が打撃である場合の所定時間の半分程度とすることを特
徴とする請求項1記載の補間音色音合成方法。2. The interpolated tone color sound synthesizing method according to claim 1, wherein the predetermined time when the excitation is repulsive is about half of the predetermined time when the excitation is batting.
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|---|---|---|---|
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| JPH10232679A JPH10232679A (en) | 1998-09-02 |
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