JP2007096691A - 楽音発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 音響用振動板から良好な音質の楽音を容易に発生させるようにする。
【解決手段】 音響用振動板２１をアナログ楽音信号に基づいて振動させるための振動素子１６ａ、１６ｂの質量の合計と、音響用振動板２１の質量とが略同じになるようにする。これにより、２つの振動素子１６ａ、１６ｂから音響用振動板２１へ振動を伝搬させる際の損失（ロス）を少なくことができ、広い周波数帯域で良好な音響出力を得ることができる。したがって、演奏に合わせてアナログ楽音信号を補正しなくても、音響用振動板２１から良好な音質の楽音を発生させることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、楽音発生装置に関し、特に、音響用振動板を振動させて楽音を発音するために用いて好適なものである。

従来から、音響用振動板を振動させて、音響用振動板から楽音を発音することが行われている。このように音響用振動板を振動させる場合、従来は、誘導性のインピーダンスを有する振動素子を備えた振動板駆動装置を用いて、電磁力の作用により音響用振動板を駆動するようにすることが一般的に行われている。
そして、音響用振動板に所望の振動を行わせるようにして、音響用振動板から良好な音質の楽音を発生させるために、振動素子へ与える信号を補正して、音響用振動板における音響出力の周波数特性を改善する提案がなされている。

しかしながら、前述した従来の技術では、振動素子へ与える信号を、演奏の状態毎に補正しなければならない。例えば、電子ピアノにおいて和音が打鍵された場合、和音の数、打鍵のタイミング、打鍵の速度、及び音響用振動板の振動の状態等を算出し、算出した結果に基づいて、振動素子へ与える信号を補正しなければならない。様々な演奏が行われる電子ピアノにおいては、これら和音の数、打鍵のタイミング、打鍵の速度、及び音響用振動板の振動の状態の組み合わせは膨大な数になる。したがって、これらの組み合わせに対応して、振動素子へ与える信号を補正することは非現実的であり、音響用振動板から良好な音質の楽音を発生させることが困難であった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、音響用振動板から良好な音質の楽音を容易に発生させるようにすることを目的とする。

本発明の楽音発生装置は、音響用振動板と、前記音響用振動板に取り付けられ、前記音響用振動板を楽音信号に基づいて振動させるための振動素子とを有し、前記音響用振動板の質量と、その音響用振動板に取り付けられた前記振動素子の質量とが略同じであるとことを特徴とする。

本発明によれば、音響用振動板の質量と、その音響用振動板に取り付けられた振動素子の質量とが略同じになるようにしたので、振動素子から音響用振動板へ振動を伝搬させる際の損失を少なくことができる。したがって、音響用振動板から良好な音質の楽音を容易に発生させることができる。

（第１の実施形態）
次に、図面を参照しながら、本発明の第１の実施形態について説明する。なお、本実施形態では、楽音発生装置が電子楽器である場合を例に挙げて説明する。
図１は、電子楽器の概略構成の一例を示したブロック図である。
図１において、電子楽器１００は、中央処理装置（以下、ＣＰＵと称する）１と、フラッシュメモリ２と、ランダムアクセスメモリ（以下、ＲＡＭと称する）３と、外部記憶媒体装着部４と、外部入出力用インターフェース部５と、信号バス６と、キースキャン回路７と、鍵盤８と、パネルスキャン回路９と、操作パネル１０と、楽音発生部１１と、波形フラッシュメモリ１２と、デジタル／アナログ変換部（以下、Ｄ／Ａ変換部と称する）１３と、アナログ信号処理部１４と、パワーアンプ１５と、振動素子１６とを有している。

図１に示すように、ＣＰＵ１、フラッシュメモリ２、ＲＡＭ３、キースキャン回路７、パネルスキャン回路９、楽音発生部１１、外部記憶媒体装着部４、及び外部入出力用インターフェース部５は、それぞれ信号バス６に接続され、相互に通信することが可能である。

（鍵盤）
鍵盤８は、複数の鍵と、それら複数の鍵の各々に対応して設けられた複数の鍵スイッチとを有している。電子楽器のユーザは、前記複数の鍵を押鍵及び離鍵して所望の演奏を行う。
（キースキャン回路）
キースキャン回路７は、鍵盤８の各鍵スイッチのスキャン処理を行うためのものである。

（操作パネル）
操作パネル１０は、各種操作子や表示装置を有している。本実施形態の電子楽器では、表示装置として、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display；液晶ディスプレイ）が設けられている。このＬＣＤは、各種操作子の選択状態や設定状態等を表示する。
前記操作子として、例えば、電子楽器に電源を供給するための電源スイッチや、電子楽器の設定状態を初期値にリセットするためのリセットスイッチや、テンポや音量を設定するためのダイアルや、音色を選択するための音色選択スイッチ等が設けられている。ただし、前記操作子はこれらのものに限定されるものではないということは言うまでもない。

（パネルスキャン回路）
パネルスキャン回路９は、操作パネル１０に設けられている各種操作子のスキャン処理を行うためのものである。
（ＣＰＵ）
ＣＰＵ１は、本実施形態の電子楽器の全体を統括制御するためのものであり、フラッシュメモリ２に格納されている制御プログラムに従って、ＲＡＭ３をワークメモリとして利用しながら、例えば次のような処理を行う。

ＣＰＵ１は、パネルスキャン回路９によりスキャン処理された結果を入力し、操作パネル１０の操作内容を識別する。
また、ＣＰＵ１は、キースキャン回路７によりスキャン処理された結果を入力して、鍵の操作内容（押鍵及び離鍵）を識別する。
そして、その鍵の操作内容（鍵の押鍵及び離鍵）に基づく演奏データや、操作パネル１０の操作内容に基づくデータを楽音発生部１１に割り当てる処理を行う。

この演奏データは、前記各鍵の操作が押鍵（キーオン）であるか離鍵（キーオフ）であるかを示すキーオン／オフ信号や、音高データである音高や、音量制御データであるベロシティデータや、演奏のテンポの絶対値を示すテンポ情報（以下、必要に応じて単にテンポ情報と称する）や、各鍵の動作スピードに関するキータッチレスポンス信号などから構成される。
なお、ＣＰＵ１は、前述したものの他に種々の処理を行うということは言うまでもない。

（フラッシュメモリ）
フラッシュメモリ２は、読み出し可能なメモリであり、ＣＰＵ１の制御プログラムの他に、種々のデータを格納する。

（ＲＡＭ）
ＲＡＭ３は読み書きが可能なメモリであり、ＣＰＵ１のプログラム実行過程において各種の必要なデータを一時的に記憶したり、編集可能なパラメータデータを記憶したりする記憶領域を有している。このＲＡＭ３の一部あるいは全部はバッテリーバックアップされており、必要なデータを、電子楽器の電源がオフにされても保持しておくことができるようにしている。

（外部記憶装置装着部）
外部記憶媒体装着部４は、例えば、ＣＤ−ＲＷドライブである。そして、ＣＰＵ１は、ＣＤ−ＲＷドライブに装着されたＣＤ−ＲＯＭに記憶されている制御プログラムや各種データを読み出して必要な処理を行う。なお、外部記憶媒体装着部４は、ＣＤ−ＲＷドライブに限定されず、フレキシブルディスク（ＦＤ）装置や、光磁気ディスク（ＭＯ）装置などであってもよいということは言うまでもない。

（外部入出力用インターフェース部）
外部入出力用インターフェース部５は、外部装置との間で、演奏情報などのデータのやり取りを行うためのものである。具体的に、この外部入出力用インターフェース部５は、例えばＭＩＤＩ（Musical Instrument Digital Interface）である。

（波形メモリ）
波形メモリ１２は、音色や音域に応じた種々の楽音波形データを記憶している。
（楽音発生部）
楽音発生部１１は、前述したようにしてＣＰＵ１により割り当てられた演奏データと、操作パネル１０の操作内容に基づくデータとに基づいて、波形メモリ１２から必要な楽音波形データを読み出し、デジタル楽音信号を発生させる。なお、本実施形態の電子楽器１００では、ステレオ信号を発生させるようにしている。したがって、楽音発生部１１は、右チャネル用のデジタル楽音信号と、左チャネル用のデジタル楽音信号を発生させる。

（Ｄ／Ａ変換部）
Ｄ／Ａ変換部１３は、楽音発生部１１で発生されたデジタル楽音信号をアナログ楽音信号に変換する機能を有する。
（アナログ信号処理部）
アナログ信号処理部１４は、Ｄ／Ａ変換部１３でＤ／Ａ変換されたアナログ楽音信号に対し、フィルタ処理（ノイズ除去処理）や音質調整、信号レベル（ゲイン）調整等を施す機能を有する。

（パワーアンプ）
パワーアンプ１５は、アナログ信号処理部１４でノイズ除去処理が施されたアナログ楽音信号に対し、増幅処理を施して適当なレベルに増幅する。
（振動素子）
振動素子１６は、図２に示すように、鍵盤８よりも上方で演奏者と略正対する位置に設けられた音響用振動板２１を、パワーアンプ１５で増幅処理が施されたアナログ楽音信号に基づいて振動させるためのものである。具体的に振動素子１６は、所謂ムービングコイルを備えて構成され、誘導性のインピーダンスを有し、電磁力の作用により音響用振動板２１を振動させる。このように、本実施形態では、振動素子１７による音響用振動板２１の振動によって楽音を発音する面音源のスピーカが形成されている。

前述したように、本実施形態の電子楽器１００には、ステレオ信号を発生させるようにしている。このため、右チャネル用の楽音信号に基づいて、音響用振動板２１を振動させるための振動素子１６ａと、左チャネル用の楽音信号に基づいて、音響用振動板２１を振動させるための振動素子１６ｂとが並列に接続されて電子楽器１００に設けられている。これら２つの振動素子１６ａ、１６ｂは、同じ構成を有するものであり、例えば接着剤を用いて音響用振動板２１に取り付けられている。なお、音響用振動板２１は、例えば、スプルース（木）製の板を用いて形成される。

そして、本実施形態では、音響用振動板２１に取り付けられている２つの振動素子１６ａ、１６ｂの質量の合計と、音響用振動板２１の質量とが略同じになるようにしている。このようにすることは以下の理由による。
２つの振動素子１６ａ、１６ｂから音響用振動板２１へ振動を伝搬させる場合、２つの振動素子１６ａ、１６ｂと、音響用振動板２１との間には、同じ大きさの反対向きの力が及ぼされ、作用反作用の法則が適用される。このため、２つの振動素子１６ａ、１６ｂの自重と、音響用振動板２１の自重とが互いに作用し合うことになり、この作用に基づいて振動伝搬における伝搬特性が決定される。そして、この作用は、２つの振動素子１６ａ、１６ｂの質量の合計と、音響用振動板２１の質量とが等しいときに最も小さくなる。したがって、２つの振動素子１６ａ、１６ｂの質量の合計と、音響用振動板２１の質量とを略同じにすれば、２つの振動素子１６ａ、１６ｂから音響用振動板２１へ振動を伝搬させる際の損失（ロス）を少なくことができ、音響用振動板２１から良好な音質の楽音を発生させることができる。

ここで、振動素子１６ａ、１６ｂの質量の合計と、音響用振動板２１の質量とを略同じにするとは、振動素子１６ａ、１６ｂの質量の合計が、音響用振動板２１の質量の０．５倍以上、２倍以下、好ましくは０．７５倍以上、１．５以下、より好ましくは０．９倍以上、１．１倍以下にすることをいう。なお、振動素子１６ａ、１６ｂの質量の合計と、音響用振動板２１の質量とが厳密に同じであるのが最も好ましいということは言うまでもない。

図３に、音響用振動板２１の質量が、振動素子１６ａ、１６ｂの質量の合計の約２倍である場合の音響出力と周波数との関係を示す。図４に、音響用振動板２１の質量と、振動素子１６ａ、１６ｂの質量の合計とが略等しい場合の音響出力と周波数との関係を示す。図５に、音響用振動板２１の質量が、振動素子１６ａ、１６ｂの質量の合計の約０．５倍である場合の音響出力と周波数との関係を示す。図３〜図５に示すように、音響用振動板２１の質量と、振動素子１６ａ、１６ｂの質量の合計とが略同じであると、広い周波数帯域で良好な音響出力が得られていることが分かる。

以上のように本実施形態では、音響用振動板２１をアナログ楽音信号に基づいて振動させるための振動素子１６ａ、１６ｂの質量の合計と、音響用振動板２１の質量とが略同じになるようにしたので、２つの振動素子１６ａ、１６ｂから音響用振動板２１へ振動を伝搬させる際の損失（ロス）を少なくことができる。よって、広い周波数帯域で良好な音響出力を得ることができると共に、アコースティックのグランドピアノと同様に広い範囲で高い音圧勾配を持たせるようにすることができる。したがって、演奏に合わせてアナログ楽音信号を補正しなくても、音響用振動板２１から良好な音質の楽音を発生させることができる。

なお、本実施形態では、振動素子１６ａ、１６ｂが、同じ構成を有する場合を例に挙げて説明したが、振動素子１６ａ、１６ｂの質量の合計が、音響用振動板２１の質量と略同じであれば、振動素子１６ａ、１６ｂが、同じ構成を有していなくてもよい。例えば、振動素子１６ａ、１６ｂは、大きさや形状が異なっていてもよい。

また、音響用振動板２１に取り付けられる振動素子１６の数が２つである場合を例に挙げて説明したが、音響用振動板２１に取り付けられる振動素子１６の数は、幾つであってもよい。なお、振動素子１６の数が１つの場合には、その１つの振動素子１６の質量と、音響用振動板２１の質量とが略同じになるようにするということは言うまでもない。

さらに、本実施形態のように、音響用振動板２１を、アコースティックのピアノの響板と同じ材質のスプルース（木）製の板を用いて形成すれば、よりアコースティックのピアノに近い音色を再現することができ好ましいが、音響用振動板２１はスプルース（木）製の板に限定されない。例えば、音響用振動板２１が金属製や鋳物製等であってもよい。

また、本実施形態では、電子楽器１００の楽音発生部１１で発生された楽音信号に基づいて音響用振動板２１を振動させるようにしたが、ＣＤプレーヤで発生された楽音信号等、種々の楽音信号に基づいて音響用振動板を振動させることができる。
この他、音響用振動板２１の取り付け位置は、鍵盤よりも上方で鍵盤８を操作する演奏者と略正対する位置に限定されるものではないということは言うまでもない。例えば、音響用振動板２１を電子楽器１００の側面に取り付けるようにしてもよい。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
前述した第１の実施形態では、１つの音響用振動板２１に振動素子１６ａ、１６ｂを取り付けるようにしているが、本実施形態では、２つの音響用振動板に振動素子を取り付けるようにしている。このように、本実施形態と、前述した第１の実施形態とは、音響用振動板と、振動素子とが異なるだけであるので、以下の説明において、前述した第１の実施形態と同一の部分については、図１〜図５に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。

図６に示すように、本実施形態の電子楽器２００には、鍵盤８よりも上方で演奏者と略正対する位置に設けられた音響用振動板２１の他に、鍵盤８よりも下方で演奏者と略正対する位置に設けられた音響用振動板６１が設けられている。音響用振動板６１は、例えば、スプルース（木）製の板を用いて形成される。

音響用振動板６１には、パワーアンプ１５で増幅処理が施されたアナログ楽音信号に基づいて音響用振動板６１を振動させるための２つの振動素子１６ｃ、１６ｄが、例えば接着剤を用いて取り付けられている。これら２つの振動素子１６ｃ、１６ｄは、前述した第１の実施形態の振動素子１６ａ、１６ｂと同様に、並列に接続されている。また、これら２つの振動素子１６ｃ、１６ｄは、同じ構成を有し、前述した第１の実施形態の振動素子１６ａ、１６ｂと同様に、所謂ムービングコイルを備えて構成される。本実施形態では、これら振動素子１６ｃ、１６ｄの質量の合計と、音響用振動板６１の質量とが略同じになるようにしている。

以上のように本実施形態では、鍵盤８よりも上方で演奏者の上半身と略正対する位置に設けられた音響用振動板２１の質量と、振動素子１６ａ、１６ｂの質量の合計とが略同じになるようにすると共に、鍵盤８よりも下方で演奏者と略正対する位置に設けられた音響用振動板６１の質量と、振動素子１６ｃ、１６ｄの質量の合計とが略同じになるようにしたので、振動素子１６ｃ、１６ｄから音響用振動板６１へ振動を伝搬させる際の損失（ロス）も少なくことができる。これにより、前述した第１の実施形態に加え、より多くの音響用振動板を効率よく振動させることができ、より一層アコースティックのピアノに近い音質の楽音を発生させることができるという効果が得られる。

なお、本実施形態では、音響用振動板２１と音響用振動板６１とが同じ材質を用いて形成されるようにしたが、音響用振動板２１と音響用振動板６１とが異なる材質を用いて形成されるようにしてもよい。また、音響用振動板２１と音響用振動板６１の大きさ及び形状は、同じであっても異なっていてもよい。さらに、音響用振動板６１がスプルース（木）製の板を用いて形成されたものである場合を例に挙げて説明したが、音響用振動板６１はスプルース（木）製の板に限定されない。例えば、音響用振動板６１が金属製や鋳物製等であってもよい。

また、振動素子１６ｃ、１６ｄが、同じ構成を有する場合を例に挙げて説明したが、振動素子１６ｃ、１６ｄの質量の合計が、音響用振動板６１の質量と略同じであれば、振動素子１６ｃ、１６ｄが、同じ構成を有していなくてもよい。例えば、振動素子１６ｃ、１６ｄは、大きさや形状が異なっていてもよい。さらに、振動素子１６ｃ、１６ｄは、前述した第１の実施形態の振動素子１６ａ、１６ｂと同じ構成を有している必要もない。

また、音響用振動板６１に取り付けられる振動素子１６の数が２つである場合を例に挙げて説明したが、音響用振動板６１に取り付けられる振動素子１６の数は、幾つであってもよい。なお、振動素子１６の数が１つの場合には、その１つの振動素子１６の質量と、音響用振動板６１の質量とが略同じになるようにするということは言うまでもない。
この他、音響用振動板６１の取り付け位置は、鍵盤８を操作する演奏者の下半身と略正対する位置に限定されるものではないということは言うまでもない。例えば、音響用振動板６１を電子楽器２００の側面に取り付けるようにしてもよい。

なお、前述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本発明の第１の実施形態を示し、電子楽器の概略構成の一例を示したブロック図である。 本発明の第１の実施形態を示し、電子楽器の概略構造の一例を示した図であり、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ´から見た断面図である。 本発明の第１の実施形態を示し、音響用振動板の質量が、振動素子の質量の合計の約２倍である場合の音響出力と周波数との関係を示した図である。 本発明の第１の実施形態を示し、音響用振動板の質量と、振動素子の質量の合計とが略等しい場合の音響出力と周波数との関係を示した図である。 本発明の第１の実施形態を示し、音響用振動板の質量が、振動素子の質量の合計の約０．５倍である場合の音響出力と周波数との関係を示した図である。 本発明の第２の実施形態を示し、電子楽器の概略構造の一例を示した図であり、図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ´から見た断面図である。

符号の説明

１ ＣＰＵ
２ フラッシュメモリ
３ ＲＡＭ
４ 外部記憶媒体装着部
５ 外部入出力用インターフェース部
６ 信号バス
７ キースキャン回路
８ 鍵盤
９ パネルスキャン回路
１０ 操作パネル
１１ 楽音発生部
１２ 波形メモリ
１３ Ｄ／Ａ変換部
１４ アナログ信号処理部
１５ パワーアンプ
１６ 振動素子
２１、６１ 音響用振動板
１００、２００ 電子楽器

Claims (5)

1. 音響用振動板と、
   前記音響用振動板に取り付けられ、前記音響用振動板を楽音信号に基づいて振動させるための振動素子とを有し、
   前記音響用振動板の質量と、その音響用振動板に取り付けられた前記振動素子の質量とが略同じであるとことを特徴とする楽音発生装置。
2. 前記音響用振動板に前記振動素子が複数取り付けられており、
   前記音響用振動板の質量と、その音響用振動板に取り付けられた前記複数の振動素子の質量の合計とが略同じであるとことを特徴とする請求項１に記載の楽音発生装置。
3. 前記音響用振動板を複数備え、それら複数の音響用振動板に前記振動素子が取り付けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の楽音発生装置。
4. 前記複数の音響用振動板の材質が異なることを特徴とする請求項３に記載の楽音発生装置。
5. 演奏を行うために演奏者により操作される演奏操作子と、
   前記演奏操作子の操作に基づくデジタル楽音信号を出力する楽音信号発生手段と、
   前記楽音信号発生手段により出力されたデジタル楽音信号をアナログ楽音信号に変換する変換手段と、
   前記変換手段により変換されたアナログ楽音信号を増幅する増幅手段とを有し、
   前記振動素子は、前記増幅手段により増幅されたアナログ楽音信号に基づいて、前記音響用振動板を振動させることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の楽音発生装置。

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