JP3581763B2 - 電子楽器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、キーベロシティの強さにより決定されるダイナミックレンジを、エクスプレッションペダルの踏み込み量に応じて容易に制御することにより、ミスタッチやタッチのズレを表れにくくすることが可能な電子楽器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子楽器のダイナミックレンジはキーベロシティの強さによって一意的に決定されていた。一般にダイナミックレンジは広く取る程キーベロシティの強弱等の微妙な表現が可能となるので、電子楽器のダイナミックレンジの広いことが望ましいとされていた。
【０００３】
しかしながら、ダイナミックレンジを余り広く取ると、鍵の押下速度のバラツキや一寸したタッチのタイミングのズレ等、指の動きが即音色や音量に反映されて明確に表現されてしまうので、初心者にとっては難しく演奏しにくい楽器となっていた。
【０００４】
また、従来のエクスプレッションペダル等は、キータッチされた個々の音に対してではなく、発音中の音の全体の音色や音量、即ち、レベルを制御するものであり、弱音と強音との幅、即ち、ダイナミックレンジは音量変更前の状態であり変更されていなかった。
【０００５】
このため、特に弱音の指定時に弱音にならないばかりか、ダイナミックレンジが大きすぎて違和感があるという欠点があった。これは、特にピアノ等の減衰音においてその影響が顕著である。
【０００６】
また、従来のエクスプレッションペダルは、該エクスプレッションペダルが操作された都度音量変更を行っていたので、例えばピアノの減衰音等、発音時間の長いものについては、発音している間にエクスプレッションペダルの操作値が読み込まれて音色や音量が変化するため違和感があった。
【０００７】
一方、従来の電子楽器のダイナミックレンジの制御方法として、演奏者が弾きやすいベロシティカーブを選択し使用して制御するものもあるが、この方法によれば制御されるダイナミックレンジの幅は、選択されたベロシティカーブの範囲内でしか選べなかった。
【０００８】
さらに、広いダイナミックレンジを有する電子楽器で演奏する場合に、楽曲の場面場面に応じて、ミスタッチを減らしたい場合や抑揚を強く表したい場合があるが、従来の電子楽器においては、その都度操作子を操作する必要があり、操作が複雑で面倒であった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みなされたのであり、演奏の状態に応じてエクスプレッションペダルを操作することにより、キーのオンイベントのあった都度、リアルタイムにダイナミックレンジを制御することにより、ミスタッチやタッチのズレを表れにくくすることのできる初心者でも弾きやすい電子楽器ん音源装置を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電子楽器は、キーベロシティを検出しダイナミックレンジを持ったベロシティデータに変換するベロシティ検出手段と、前記ベロシティ検出手段により変換されたベロシティデータの制御を行うための制御値を入力する制御値入力手段と、前記ベロシティ検出手段により変換されたベロシティデータに対して、演算を施して圧縮されたベロシティデータを算出する演算手段と、前記演算手段により算出された圧縮されたベロシティデータに基づき圧縮されたダイナミックレンジを確定し、音量や音色を制御する制御手段と、を有する電子楽器であって、前記制御値は、制御入力手段の出力可能な最大出力と制御入力手段の操作量に応じて出力される操作量データとの比によって圧縮されるものであって、圧縮されたダイナミックレンジの中央値は、キーベロシティに基づいて求められたダイナミックレンジの中央値と一致するものである、ことを特徴とする。
【００１３】
かかる構成の本発明の音源装置は、キーのオンイベントがあった都度、エクスプレッションペダル１３の踏込み量を読み込み、該踏込み量に応じて、キーベロシティによって決定されたダイナミックレンジを制御して、演奏の状態に応じて連続的にダイナミックレンジを変化させるものである。
【００１４】
このため、本発明においては、ベロシティ検出手段２によりキーのオンイベントが検出されてキーベロシティが求められると、続いて制御部２２によりエクスプレッションペダル１３の踏込み量が読み込まれ、読み込まれた踏込み量に応じたキーベロシティの制御値が求められる。
【００１５】
求められた制御値は演算部２１に送られ、該演算部２１でキーイベントによって入力されたキーベロシティ値に乗ぜられて、圧縮されたキーベロシティ値が求められ、このキーベロシティ値に基づいてダイナミックレンジが決定されて楽音信号発生部５に送られて、所望の楽音が発音されることになる。
【００１６】
なお、圧縮されたダイナミックレンジの中央値は、キーイベントによって入力されたキーベロシティ値に基づくダイナミックレンジの中央値と一致するように調整される。
【００１７】
これにより、演奏者は、演奏間、エクスプレッションペダル１３の操作により自由に強打音と弱打音の差、即ち、ダイナミックレンジを制御できるので、演奏される楽曲は抑揚が付けられ、キーベロシティのバラツキや一寸したタイミングのズレ等が表れにくくなるので、使いやすい電子楽器の音源装置となる。
【００１８】
さらに、本発明によれば、キーのオンイベントのあった都度、エクスプレッションペダル１３の操作量を読み出して制御を行うので、例えば、従来のピアノの減衰音のように減衰の途中で音色や音量が変化することはなく、音の違和感も生じない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る電子楽器の概略構成を示すシステムブロック図である。以下図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。
【００２０】
図において、１０はＣＰＵであり、１１はＲＯＭ，１２はＲＡＭ、１３は制御値入力手段としてのエクスプレッションペダルである。また、１は鍵盤、２はベロシティ検出手段としてのタッチ検出回路、３は操作パネル、４はパネルスキャン回路、５は楽音信号発生部、６は波形メモリ、７はＤ／Ａ変換器、８は増幅器、９はスピーカである。
【００２１】
ＣＰＵ１０は、ＲＯＭ１１の図示しないプログラムメモリ部に記憶された制御プログラムに従って当該電子楽器の各部を制御するものである。このため、該ＣＰＵ１０には、演算部２１及び制御部２２が設けられており、入出力されたデータの変換及び発音のための処理等を行う。
【００２２】
演算部２１は、タッチ検出回路２の検出したキーベロシティと、エクスプレッションペダルより読み出されたエクスプレッションデータを演算して（例えば乗算）、ダイナミックレンジを制限する制限値を算出するものである。該演算部２１により確定されたダイナミックレンジは、制御部２２により楽音信号発生部５に送られる。
【００２３】
制御部２２は、電子楽器全般を制御するものであり、鍵盤１や操作パネル３から送られてくる信号に基づくデータの書き込みや読み出し、演奏時における楽音信号生成のための制御、生成された信号の楽音信号発生部５への送信等を制御するものである。
【００２４】
演算部２１により求められた圧縮されたキーベロシティは、制御部２２によりダイナミックレンジに変換されて楽音信号発生部５に送られ、該楽音信号発生部５の所定のレジスタに記憶される。
【００２５】
ＲＯＭ１１は、上述したＣＰＵ１０を動作させる制御プログラムの他、音色データ、その他、種々の固定データを記憶している。この音色データメモリ部には、楽音信号を生成するためのデータである周波数ナンバ、波形ナンバ、エンベロープ波形ナンバ、モードデータ等が記憶されている。
【００２６】
なお、該ＲＯＭ１１には、制御部２２が圧縮されたキーベロシティをダイナミックレンジに変換する際に参照されるダイナミックレンジテーブル２３が記憶されている。
【００２７】
ＲＡＭ１２は、ＣＰＵ１０の作業用領域、当該電子楽器を制御するための各種レジスタ、カウンタ、フラグ、バッファ等が定義されている他、ＲＯＭ１１に記憶されているデータのうち必要なデータが転送されて一時的に格納されるデータエリアを有している。
【００２８】
また、操作パネル３の各操作子やスイッチの設定状態に対応して放音に必要なデータがセットされた複数のレジスタ、楽音信号発生部５の各楽音発生回路を未使用チャンネルに割り付けるためのデータを記憶するアサイナメモリ、楽音情報を記憶する記憶領域等も該ＲＡＭ１２に設けられている。
【００２９】
エクスプレッションペダル１３は、楽音の音量を制御するものであり、可変抵抗器の可動部（摺動子）に機械的に連結されており、エクスプレッションペダル１３の踏込み量に応じて可変抵抗器の摺動子が移動し、摺動子の位置、つまりエクスプレッションペダル１３の踏込み量に応じた電圧が出力される。
【００３０】
エクスプレッションペダル１３の踏込み量に応じて出力された電圧は、図示しないＡ／Ｄコンバータにより、アナログ信号がデジタル信号に変換され、エクスプレッションペダル１３の踏込み量としてＣＰＵ１０に送出される。なお、本発明においては、前記踏込み量に応じて出力されたデジタルデータをダイナミックレンジの制御値として使用する。
【００３１】
鍵盤１は押鍵情報としての鍵番号を制御部２２に送るものであり、複数のキーと、これらのキーの押鍵・離鍵動作に連動して開閉するキースイッチとで構成され、演奏者の押鍵・離鍵動作は図示しないキースキャン回路によって検出され、ＣＰＵ１０の制御のもとに検出された信号は楽音信号発生部５に送られる。
【００３２】
タッチ検出回路２は、前記鍵盤１に対してスキャン信号を送出し、鍵盤１からの信号に応じてキータッチの強弱（ベロシティ）を検出するものであり、鍵盤１の押下の状態を示すデータ及びキータッチの強弱を示すタッチデータは、鍵盤１から検出されたキースイッチの開閉状態を示す信号から形成される。
【００３３】
このタッチ検出回路２の形成する信号は、押鍵又は離鍵されたキーの鍵番号及び押鍵又は離鍵の速度を示すタッチデータに基づいて形成され、得られたベロシティデータはデジタル変換されてＣＰＵ１０の制御部２２に送出される。
【００３４】
なお、タッチ検出回路２からＣＰＵ１０へのデータの転送は、該タッチ検出回路２がＣＰＵ１０に対し、キーボードのイベントがあった旨の割り込みをかけることにより行われる。
【００３５】
操作パネル３には、電源スイッチの他、音色選択スイッチ、モード指定スイッチ、メロディ選択スイッチ、リズム選択スイッチ等、該電子楽器を制御する各種のスイッチや表示器が設けられている。なお、本発明に直接関係するエクスプレッションペダル１３は該操作パネル３に接続されている。
【００３６】
操作パネル３の各スイッチのセット／リセット状態は、内部に含まれるパネルスキャン回路４によって検出されるようになっており、このパネルスキャン回路４で検出したスイッチのセット状態に関するデータはＣＰＵ１０の制御の下にＲＡＭ１２上の所定の領域に記憶される。
【００３７】
楽音信号発生部５は、ＣＰＵ１０から送られる信号に対応する楽音波形データ及びエンベロープデータを波形メモリ６から読み出し、読み出した楽音波形データにエンベロープを付加して楽音信号として出力するものである。
【００３８】
この楽音信号発生部５から出力された楽音信号はＤ／Ａ変換器７でアナログ変換されたのち増幅器８に供給される。このため、楽音信号発生部５には波形データやエンベロープデータを記憶する波形メモリ６が接続されている。
【００３９】
Ｄ／Ａ変換器７は、入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ものである。このＤ／Ａ変換器７で変換されたアナログ楽音信号は、増幅器８に供給されるようになっている。
【００４０】
増幅器８は、Ｄ／Ａ変換器７から供給されるアナログ楽音信号を所定の利得で増幅するものである。この増幅器８の出力はスピーカ９に供給されるようになっている。
【００４１】
スピーカ９は、増幅器８より送られた電気信号としてのアナログ楽音信号を音響信号に変換するものである。つまり、発生された楽音信号に応じて楽音を放音するものである。
【００４２】
図２は、キー入力されたベロシティ値をエクスプレッションペダル１３で入力された制御値に基づいて変換し、圧縮されたダイナミックレンジを生成する本発明の音源装置の機能を説明する図である。
【００４３】
図のように、キーのオンイベントがあると鍵入力されたキータッチの強弱はタッチ検出回路２で検出されて制御部２２に送られベロシティデータ（Ｄｖｉ）に変換されて演算部２１に送られる。
【００４４】
一方、制御部２２は上記キーのオンイベントが検出されると、エクスプレッションペダル１３の踏込み量を読み取り、該踏込み量に応じたエクスプレッションデータ（Ｄｉｘ）を生成する。即ち、エクスプレッションペダル１３を一杯に踏み込んだ場合の変化幅を基準として、今回の踏込み量が全変化幅のどの程度であるかを検出する。
【００４５】
検出されたエクスプレッションデータ（Ｄｉｘ）は演算部２１に送られ、該演算部２１でタッチ検出回路２で検出されたキーベロシティデータ（Ｄｖｉ）に乗算されて、圧縮されたベロシティデータが求められ、制御部２２に送られる。
【００４６】
制御部２２は、ダイナミックレンジテーブル２３を参照して、圧縮されたベロシティデータをダイナミックレンジに変換して、これを楽音信号発生部５に送る。送られたダイナミックレンジは、楽音信号発生部５の所定のレジスタに記憶され、所定のタイミングになると読み出されて発音される。
【００４７】
次に、図３を参照しながら演算部２１の演算処理の一例について説明する。図において、Ｒｆｄは入力されたキーベロシティに基づき決定される全ダイナミックレンジであり、Ｒｌｄはエクスプレッションペダル１３の操作により制御されて圧縮されたダイナミックレンジである。
【００４８】
また、Ｄｆｘはエクスプレッションペダル１３が一杯に踏まれた時に出力される全エクスプレッションデータであり、Ｄｉｘは演奏間にエクスプレッションペダル１３が操作された量に応じて出力されるエクスプレッションデータである。
【００４９】
かかる関係において、本実施例における圧縮されたダイナミックレンジＲｌｄは、エクスプレッションペダル１３の出力可能な全エクスプレッションデータＤｆｘと、演奏間にエクスプレッションペダル１３の操作量に応じて出力されるエクスプレッションデータＤｉｘの比によって制御されるので、下記の式によって表される。
【００５０】
Ｒｌｄ＝（Ｄｉｘ／Ｄｆｘ）×Ｒｆｄ・・・・（１）
【００５１】
なお、本実施例のダイナミックレンジの制御方法においては、エクスプレッションペダル１３により制御され圧縮されたダイナミックレンジの中央値は、キーベロシティに基づいて求められたダイナミックレンジの中央値と一致するように制御されるものとする。
【００５２】
従って、エクスプレッションペダル１３の操作量に応じて圧縮されたダイナミックレンジは、上記キーベロシティに基づいて求められたダイナミックレンジの中央値を基準に、下限値は（Ｒｆｄ−Ｒｌｄ）／２となり、上限値は（Ｒｆｄ＋Ｒｌｄ）／２となり、ダイナミックレンジの幅が圧縮される。
【００５３】
従って、タッチ検出回路２から演算部２１へ入力されるベロシティデータをＤｖｉ、演算部２１から楽音信号発生部５へ出力されるベロシティデータをＤｖｏ、全ベロシティデータ、即ち、当該電子楽器の出力可能なベロシティデータの最大値を出力するＤｆｖとすると、演算部２１から楽音信号発生部５へ出力されるベロシティデータＤｖｏは、次の式で表される。
【００５４】
Ｄｖｏ＝（Ｄｖｉ／Ｄｆｖ）×Ｒｌｄ＋（Ｒｆｄ−Ｒｌｄ）／２・・（２）
【００５５】
上記（２）式において、（Ｄｖｉ／Ｄｆｖ）は、当該電子楽器のキータッチによって出力可能な最大値、即ち、全ベロシティデータと、今回のキータッチで入力されたベロシティデータの比を示すものである。
【００５６】
また、上記（２）式のＲｌｄは、エクスプレッションペダル１３の操作により圧縮されたダイナミックレンジであり、エクスプレッションペダルの操作量との関係は、上記（１）式で示されている。
【００５７】
また、（２）式において、（Ｒｆｄ−Ｒｌｄ）／２は、エクスプレッションペダル１３の操作により圧縮されたダイナミックレンジの下限値を、（Ｒｆｄ＋Ｒｌｄ）／２は、エクスプレッションペダル１３の操作により圧縮されたダイナミックレンジの上限値を示している。
【００５８】
上記（２）式を変形すると、
Ｄｖｏ＝Ｒｆｄ｛（Ｄｖｉ／Ｄｆｖ）（Ｄｉｘ／Ｄｆｘ）＋（１−Ｄｉｘ／Ｄｆｘ）／２｝・・（３）
となる。
【００５９】
これは、タッチ検出回路２から入力されたベロシティデータＤｖｉが、エクスプレッションペル１３により制御された結果を示しており、この（３）式で表されるベロシティデータがダイナミックレンジに変換されて楽音信号発生部５に送られる。なお、本実施例で示した演算方法は一例であり、他の演算方法によってもよい。
【００６０】
次に、本発明のエクスプレッションペダル１３によりダイナミックレンジを制御する動作についてフローチャートを参照しながら説明する。図４は、本発明の電子楽器の動作を示すメインフローチャートである。
【００６１】
電源の投入や図示しないリセットスイッチが押下されることにより発生するリセット信号により、当該電子楽器の初期設定処理が行われる（ステップＳ１１）。
【００６２】
この初期設定処理は、楽音信号発生部５の内部状態を初期状態に設定して電源投入時に不要な音が発生されるのを防止したり、ＲＡＭ１２の作業用領域をクリアしたり、レジスタやフラグ、音量、音色等のデータを初期設定する処理である。
【００６３】
次いで、パネル処理が行なわれる（ステップＳ１２）。このパネル処理では、操作パネル３のパネルスキャン回路４により検出された各スイッチのオン／オフ状態を示す情報をＲＡＭ１２のイベントバッファに取り込む。
【００６４】
そして、前回取り込んだ各スイッチのオン／オフ状態を示す情報（既にＲＡＭ１２の所定領域に記憶されている）と今回取り込んだ情報を比較することにより、新たにオンにされたスイッチに対応するビットのみをセットしたオンイベントマップをＲＡＭ１２上に作成する処理である。
【００６５】
次いで、鍵盤処理が行われる（ステップＳ１３）。この鍵盤処理は、鍵盤１の図示しないキースキャン回路からキーデータを読み込み、新鍵バッファにセットする。そして、旧鍵バッファと新鍵バッファの内容を比較することにより新たに操作された鍵に対応する部分がオン又はオフにされた鍵イベントバッファを作成する。
【００６６】
なお、検出されたキーイベントがオンイベントの場合には、引き続いてタッチ検出回路２によるキーベロシティの検出が行われる。検出されたアナログ値としてのキーベロシティは、制御部２２の制御のもと図示しないＡ／Ｄ変換回路でＡ／Ｄ変換されてデジタルのベロシティ値が生成される。
【００６７】
続いて、エクスプレッションデータの検出が行われる。即ち、検出された電圧値としてのエクスプレッションデータは、キーベロシティの場合と同様、Ａ／Ｄ変換回路でＡ／Ｄ変換されてデジタルのエクスプレッションデータとなる。なお、キーベロシティの検出にともなうダイナミックレンジの圧縮処理については図５で詳述する。
【００６８】
そして、その他の処理が行われる（ステップＳ１４）。この「その他の処理」は、パネル処理や鍵盤イベント処理等で検出したスイッチの指定やキーイベントに従った処理であり、例えば音色や音量の変更処理、リズム選択処理や、鍵番号に対応した発音処理、消音処理等が行われる。
【００６９】
その後、ステップＳ１２に戻り、以下同様の処理が繰り返し実行される。これにより、操作パネル３の操作に応じた音色や音量で、鍵盤１の操作に応じた音感の楽音が連続して発音されることになる。
【００７０】
次に、図５のフローチャートを参照しながら前記メインルーチンのステップＳ１３の鍵盤処理のうち、本発明に直接かかわるエクスプレッションデータによるダイナミックレンジの圧縮動作について説明する。
【００７１】
ダイナミックレンジの圧縮処理においては、先ず、キーイベントがあったか否かが調べられる（ステップＳ２１）。これは新旧のキーイベントバッファを調べることにより行われ、キーイベントがなかった場合には、鍵盤処理の必要はないので、そのままメインルーチンに戻る。
【００７２】
一方、キーイベントがあった場合には、続いて、該キーイベントがオンイベントであったか否かが調べられる（ステップＳ２２）。その結果、キーイベントがオフイベントであった場合には、消音処理であり、ダイナミックレンジを圧縮する必要はないので、そのままメインルーチンに戻り消音処理が行われる。
【００７３】
一方、上記キーイベントがオンイベントであった場合には、ダイナミックレンジの圧縮処理を行う。このため、先ずキーベロシティの検出が行われる（ステップＳ２３）。即ち、制御部２２は、タッチ検出回路２の検出したアナログ値としてのキーベロシティを、Ａ／Ｄ変換回路によりデジタルデータにＡ／Ｄ変換して演算部２１に送る。
【００７４】
続いて、エクスプレッションペダル１３が操作されて入力されている制御値を検出する（ステップＳ２４）。即ち、制御部２２は、エクスプレッションペダル１３より送られた電圧値を、Ａ／Ｄ変換回路により例えば００〜ＦＦのデジタル値に変換して演算部２１に送る。
【００７５】
演算部２１は、送られたデータに基づき図３で詳述した演算を施して、圧縮されたベロシティデータを生成する（ステップＳ２５）。
【００７６】
次いで、圧縮されたダイナミックレンジを確定する（ステップＳ２６）。即ち、制御部２２は、演算部２１により確定された圧縮されたベロシティデータに基づき、ダイナミックレンジテーブル２３を参照してダイナミックレンジを確定し、楽音信号発生部５に送る。
【００７７】
これにより、楽音信号発生部５の所定のレジスタに圧縮されたダイナミックレンジの書き込みが行われる（ステップＳ２７）。そして、所定のタイミングになると、所定のレジスタに書き込まれている圧縮されたダイナミックレンジが読み出されて発音されることになる。
【００７８】
このように、本発明によれば、エクスプレッションペダル１３の踏み込み量は、キーオンがあったときにのみ参照されるので、例えばピアノの減衰音等を発音中にダイナミックレンジが変化することはなく、違和感を生じることがない。
【００７９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の電子楽器によれば、演奏間、エクスプレッションペダルの踏み込みによって、随時ダイナミックレンジが圧縮可能であり、キータッチのバラツキやミスタッチを表れにくくすることが可能となる。また、操作子を手で操作する必要はないので使いやすい電子楽器が提供できる。
【００８０】
また、本発明の電子楽器はプログラムにより制御されるので、簡単な構成で若干の改造で実現可能であり、低価格の電子楽器が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子楽器の全体構成を示す概略ブロック図である。
【図２】本発明に係る電子楽器のダイナミックレンジの圧縮に関係する部位の機能を説明する図である。
【図３】本発明に係る電子楽器の演算部の演算処理を説明する図である。
【図４】本発明に係る電子楽器のメインフローチャートである。
【図５】本発明に係る電子楽器のダイナミックレンジの圧縮動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１ 鍵盤
２ タッチ検出回路（ベロシティ検出手段）
３ 操作パネル
４ パネルスキャン回路
５ 楽音信号発生部
６ 波形メモリ
７ Ｄ／Ａ変換器
８ 増幅器
９ スピーカ
１０ ＣＰＵ
１１ ＲＯＭ
１２ ＲＡＭ
１３ エクスプレッションペダル（制御値入力手段）
２１ 演算部（演算手段）
２２ 制御部（制御手段）
２３ ダイナミックレンジテーブル

Claims (1)

1. キーベロシティを検出しダイナミックレンジを持ったベロシティデータに変換するベロシティ検出手段と、
   前記ベロシティ検出手段により変換されたベロシティデータの制御を行うための制御値を入力する制御値入力手段と、
   前記ベロシティ検出手段により変換されたベロシティデータに対して、演算を施して圧縮されたベロシティデータを算出する演算手段と、
   前記演算手段により算出された圧縮されたベロシティデータに基づき圧縮されたダイナミックレンジを確定し、音量や音色を制御する制御手段と、を有する電子楽器であって、
   前記制御値は、制御入力手段の出力可能な最大出力と制御入力手段の操作量に応じて出力される操作量データとの比によって圧縮されるものであって、圧縮されたダイナミックレンジの中央値は、キーベロシティに基づいて求められたダイナミックレンジの中央値と一致するものである、ことを特徴とする電子楽器。

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