JPH0573039A - 楽器の音響効果制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 楽器の演奏操作に影響を与えることなく、自
然音として音響効果の種類や可変量を任意に設定する。 【構成】 発音体１１と響板部材１２による発音に所望
の音響効果を付与する場合、設定手段１３が設定した音
響効果設定パラメータに基づいて、振動検出手段１４が
検出した発音体１１および響板部材１２の振動状態を示
す振動信号に対して演算手段１５によって演算処理して
響板駆動信号を生成する。アクチュエータ１６はこの響
板駆動信号により響板部材１２を振動させることによ
り、発音に音響効果を付与する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は楽器の音響効果制御装置
に関し、楽器の発音体、響板部材、共鳴部材等の振動状
態を検出し、音響効果設定パラメータに応じてこの振動
信号を処理して、この処理した振動信号により響板等を
リアルタイムで駆動することにより、例えば弦楽器の音
色、音量を任意に変更することができるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ピアノ等において音色可変効果を
得る装置としては、ピアノの演奏情報をＭＩＤＩ信号で
取り出して、電子音源、エフェクタ等を用いオーディオ
用スピーカから音を出してその効果を得る装置が知られ
ている。

【０００３】また、ピアノ等においては音量可変効果を
得る装置としてはマフラーを用いるのが一般的である。
マフラーペダルを踏み込むことにより、弦とハンマーと
の間にフェルトを挟み、音量を大きく減じている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の技術においては、前者では、ピアノ以外の発
音源からの音色を変更した発音をピアノによる発音（生
音）に重ね合わせることはできても、そのピアノの響板
自身から発生する音自体を変化させることはできなかっ
た。また、ＭＩＤＩ信号にはその音響効果を伝達するに
は限界があり、微妙な鍵タッチやペダル踏み替えを電子
音源、エフェクタ等に正確に伝えることができなかっ
た。

【０００５】また、後者にあっては、マフラーを使用す
ると、音色、タッチが著しく変化するうえ、音量を連続
的に変化させることができなかった。

【０００６】そこで、本発明は、楽器のタッチ（演奏操
作）に影響を与えることなく、自然音として音響効果の
種類や可変量を任意に設定することができる楽器の音響
効果制御装置を提供することを、その目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、図１に示すよ
うに、演奏操作により振動して発音する発音体１１と、
この発音体１１の振動が伝達されて振動する響板部材１
２と、を備えた楽器において、上記発音体１１、もしく
は、上記響板部材１２の少なくとも一方による発音に対
して音響効果を付与する音響効果設定パラメータを設定
する設定手段１３と、上記発音体１１もしくは、上記響
板部材１２の発音時の振動状態を振動信号として抽出す
る振動検出手段１４と、上記音響効果設定パラメータに
基づいてこの振動信号に対して演算処理を行って響板駆
動信号を生成する演算手段１５と、この響板駆動信号に
より上記響板部材１２を振動させるアクチュエータ１６
と、を備えた楽器の音響効果制御装置である。

【０００８】

【作用】本発明に係る楽器の音響効果制御装置では、演
奏操作により発音体１１が振動して発音するとともに、
響板部材１２もこの発音体１１の振動に対応して振動し
て一定の音を生成する。この発音に所望の音響効果を付
与したい場合には、設定手段１３により音響効果設定パ
ラメータを設定する。すると、振動検出手段１４が発音
体１１もしくは上記響板部材１２の振動状態を振動信号
（例えば線スペクトル）として抽出し、この振動信号を
演算手段１５は上記音響効果設定パラメータにより演算
処理して響板駆動信号を生成する。そして、アクチュエ
ータ１６がこの響板駆動信号に基づいて上記響板部材１
２を振動させる。この結果、響板部材１２は発音体１１
から伝達された振動に、アクチュエータ１６による振動
が付加されて振動し、所望の音響効果を発音に付与する
ことができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明に係る楽器の音響効果制御装置
の実施例について図面を参照して説明する。

【００１０】図２〜図８は本発明の一実施例を説明する
ための図である。図２は本発明の一実施例に係るグラン
ドピアノの音響効果制御装置の全体構成を示すブロック
図である。

【００１１】図２において、２１はグランドピアノにお
けるフレームであって、このフレーム２１には弦２２が
チューニングピン２３、フレームピン等により張設され
ている。２４はチューニングピン２３が植設されたピン
板であり、２５はフレーム２１に配設されたアグラフま
たはベアリングを示している。２６はこのフレーム２１
の下面側に配設された響板であり、２７はこの響板２６
に固設され弦２２が張架される駒である。

【００１２】２８は弦２２を打撃するハンマーであっ
て、このハンマー２８はアクション２９を介して鍵３０
により動作する周知の構成である。この鍵３０は棚板３
１の上に配設されている。また、図において、３２は鍵
盤蓋、３３は譜面台、３４，３５は屋根前と屋根後をそ
れぞれ示している。

【００１３】そして、以上の構成に係るグランドピアノ
において、本音響効果制御装置は、以下の各種のセン
サ、複数のアクチュエータ、および、これらを制御する
電子制御装置によって構成されている。

【００１４】まず、センサについて説明する。この弦２
２の振動状態を検出する振動センサ４１は、弦２２に当
接するように駒２７の上面に固着されている。また、上
記アグラフ２５にも振動センサ４２が取り付けられてい
る。これらの振動センサ４１、４２は弦２２の振動を検
出することができる機械−電気変換素子、例えば圧電素
子で構成している。これらの振動センサ４１、４２は１
本の弦に対して１個配設してもよく、１キーについて１
個配設してもよい。なお、弦２２に近接対向する電磁ピ
ックアップからなる振動センサ４３Ａも各弦に対して配
設してある。

【００１５】また、４３、４４は弦２２の上方の側板に
固着されたマイクロフォンであって、弦２２及び響板２
６の振動による発音を音響信号（音波）として検出する
ものである。さらに、上記響板２６の表面には直接圧電
素子等からなる振動センサ４５、４６が固着されてい
る。これらの振動センサ４５、４６は音域に対応して響
板２６の振動を検出することができるように配設されて
いる。すなわち、これらの振動センサには、弦振動を直
接検出するもの４１、４２と、間接的に弦振動を検出す
るもの４３Ａ、４５、４６と、音波として検出するもの
４３、４４と、がある。

【００１６】次に、発音体である弦２２の振動が伝達さ
れてそれ自身も振動することにより所定の発音をなす響
板部材としての響板２６、および、屋根後３５、譜面台
３３には、それぞれを駆動して振動させるアクチュエー
タ５１〜５６が配設、固定されている。

【００１７】すなわち、響板２６の裏面には所定の位置
に２つの駆動アクチュエータ５１、５２が固着されてい
る。また、屋根後３５にはサラウンド効果を付与するた
め所定の位置に３つの駆動アクチュエータ５３、５４、
５５が配設されている。さらに、譜面台３３の裏面にも
駆動アクチュエータ５６が固定されている。これらの駆
動アクチュエータ５１〜５６はいずれも電磁駆動されて
響板２６等を振動させるものである。

【００１８】また、鍵盤蓋３２には、パラメータ入力ス
イッチ、表示器等からなる操作部６１が配設されてい
る。そして、上記棚板３１の下面には外部信号（ＭＩＤ
Ｉ信号等）の入力端子６２が固定されている。

【００１９】上記振動センサ４１〜４６、４３Ａの各検
出信号、パラメータ入力スイッチの入力信号、は電子制
御装置１００に入力されている。そして、この電子制御
装置１００は、各駆動アクチュエータ５１〜５６を制御
するものである。この入力パラメータ等は電子制御装置
１００によって操作部６１の表示器に表示される。

【００２０】電子制御装置１００は、主として、ＦＦＴ
（高速フーリエ変換）１０１、音量補正用ＤＳＰ１０
２、残響補正用ＤＳＰ１０３、遅延補正用ＤＳＰ１０
４、イコライザー用ＤＳＰ１０５、サラウンド用ＤＳＰ
１０６、および、主制御部１０７から構成されている。
そして、この電子制御装置１００は、上記各振動センサ
４１〜４６、４３Ａの検出信号と、入力スイッチからの
入力信号とに基づいて、上記プロセッサ１０２〜１０７
において所定の演算処理を行い、Ｄ／Ａ変換回路１０
８、駆動回路１０９を介して上記駆動アクチュエータ５
１〜５６を駆動するものである。

【００２１】具体的には、ＦＦＴ１０１は、ハイカット
フィルタ１１０、Ａ／Ｄ変換回路１１１を介して入力さ
れた各センサ４１〜４６、４３Ａの検出信号の周波数分
析を行い、線スペクトル（振動データ）を算出するもの
である。なお、電子制御装置１００においては、ＦＦＴ
１０１、各ＤＳＰ１０２〜１０６、Ｄ／Ａ変換回路１０
８は、コモンバス１１２により接続されている。ハイカ
ットフィルタ１１０は上記検出信号の高周波成分を除去
し、Ａ／Ｄ変換回路１１１はこの検出信号をサンプリン
グ時間間隔でディジタル信号に変換するものである。そ
して、ＦＦＴ１０１は、この検出信号を線スペクトルに
変換し、コモンバス１１２を介して線スペクトルは各Ｄ
ＳＰ１０２〜１０６に供給される構成である。

【００２２】音量補正用ＤＳＰ１０２は、この振動デー
タ（線スペクトル）に基づいて音量補正データを算出す
るものである。この音量補正データは、操作部６１の入
力スイッチによる設定値に基づいて音量調節するための
データである。すなわち、音量補正用ＤＳＰ１０２は、
入力スイッチによる音量増加指令時は、入力される振動
データと同相の振動データを算出する。また、音量減少
指令時は、逆相の振動データを算出する。この音量の増
減の程度は、振動データの振幅として反映される。この
演算に必要な演算式またはマップは、ＲＯＭ１１３に格
納している。１１４はＤＳＰ１０２の演算に使用される
ＲＡＭである。

【００２３】図４はこの音量補正データの一例を示すグ
ラフである。このグラフにおいて、ｘは振動データの線
スペクトルの中の１周波数成分の波形を示し、ｙは音量
減少のために算出された逆位相の補正データの波形を示
している。

【００２４】残響補正用ＤＳＰ１０３は、発音について
の残響を補正するためのものである。主制御部１０７か
らの選択信号により動作してＲＯＭ１１５に格納したプ
ログラムに基づいてＲＡＭ１１６を用いて残響補正のた
めの演算処理を行うものである。例えば振動データの減
衰時間を、入力スイッチによる指令に応じて、延長、短
縮補正した残響補正用データを算出するものである。

【００２５】図５はこの残響補正データの一例を示して
いる。図に示すように、振動データｘの減衰部分の微分
係数を算出し、この傾きを緩やかにする微分係数を算出
し、これを積分して補正データｙを作成する。

【００２６】遅延補正用ＤＳＰ１０４は、上記振動デー
タ（線スペクトル）が遅延して出力するように遅延補正
するものである。残響補正用ＤＳＰ１０３と同じく主制
御部１０７の制御の基にＲＯＭ１１７、ＲＡＭ１１８を
用いて振動データについての出力を遅延したデータを演
算するものである。

【００２７】図６に示すように、遅延補正用ＤＳＰ１０
４は、振動データｘを、入力スイッチにより設定した指
令に応じて、所定時間ｔだけ遅延させた遅延補正用デー
タｙを算出する。

【００２８】また、イコライザー用ＤＳＰ１０５は、上
記振動データをイコライジング処理するもので、上記各
ＤＳＰ１０２〜１０４と同様にＲＯＭ１１９、ＲＡＭ１
２０を用いて、指令に応じて、各周波数帯域毎の強度を
補正したイコライジング補正データを算出する。

【００２９】図７にはこのイコライジング処理のデータ
を示している。ｘで示す線スペクトルの振動データを周
波数毎にその強度の増減補正を行い、補正後データｙを
得るものである。

【００３０】さらに、上記サラウンド用ＤＳＰ１０６
は、少なくとも３箇所に配設した上記駆動アクチュエー
タ５１〜５６に位相差を設けるためのデータ処理を行う
ものである。１２１はそのＲＯＭ、１２２はＲＡＭであ
る。このサラウンド用ＤＳＰ１０６は、指令に応じて、
響板２６、屋根板３５、譜面台３３の少なくとも３箇所
に、または、響板２６内の複数箇所に設けた駆動アクチ
ュエータ５１〜５６の振動位相を相違させるサラウンド
補正用データを算出する。

【００３１】図８には各駆動アクチュエータ５１〜５６
に供給する振動データの１周波数成分の波形を示してい
る。振動データの１周波数成分ｘに対して所定の位相差
θ₁、θ₂を有する振動データｙ，ｚを生成し、これらの
データを異なる位置に設けた駆動アクチュエータ５１〜
５６に供給するものである。

【００３２】主制御部１０７は、操作部６１の入力スイ
ッチ、または、フットコントロールスイッチ等による入
力に応じて、各ＤＳＰ１０２〜１０６を制御する。すな
わち、主制御部１０７は、周知のマイクロコンピュータ
の構成を有しており、各ＤＳＰ１０２〜１０６および操
作部６１に設けた入力スイッチと接続された入出力部１
２３と、ＣＰＵ１２４と、ＲＯＭ１２５と、ＲＡＭ１２
６と、バックアップＲＡＭ１２７と、を有して構成され
ている。１２８はバックアップＲＡＭ１２７の電源であ
る。そして、入力スイッチの設定により所定のプログラ
ムをＣＰＵ１２４が実行し、各ＤＳＰ１０２〜１０６を
選択的に作動させ、各補正データを算出するものであ
る。なお、バックアップＲＡＭ１２７は操作部６１の入
力スイッチの設定値を記憶しておくための記憶回路であ
って所定の記憶容量を有して構成されている。

【００３３】このようにして算出された各補正データ
は、上記Ｄ／Ａ変換器１０８でアナログデータに変換さ
れ、駆動回路１０９に供給される。この駆動回路１０９
は、適宜、必要な駆動アクチュエータ５１〜５６を駆動
して、実打弦音と略同一時期に響板２６等により発音さ
せる。

【００３４】このグランドピアノにあっては、打弦され
て振動する弦２２の振動状態を振動センサ４１〜４６、
４３Ａにより検出し、この振動状態を示す線スペクトル
に基づいて所定の補正演算を行うことにより、響板駆動
信号を算出し、ハンマー２８による打弦発音から例えば
５ｍｓｅｃ内に駆動アクチュエータ５１〜５６を介して
響板２６等を振動させて発音する。この補正演算は上記
入力スイッチによる音響効果設定パラメータに基づいて
なされる。この結果、所望の音響効果が付与された、例
えば所望の音色、音量の発音を得ることができる。この
場合、アコースティックなピアノの音の立ち上がりは低
音で２０ｍｓｅｃ程度、高音で数ｍｓｅｃ程度であるか
ら、これらの音域に合わせて響板駆動時期のタイミング
調整を行う。

【００３５】図３はＣＰＵ１２４で実行されるプログラ
ムを示すフローチャートである。このプログラムは電子
制御装置１００への電源投入により起動され、所定時間
毎に繰り返される。

【００３６】まず、ステップＳ３０１では、操作部６１
から設定値を入力する。音量、残響補正量、遅延量、イ
コライジング設定値、サラウンド設定値等を入力するも
のである。但し、その標準値は、無補正状態のデータで
あって、その設定値は、実打弦音に対する偏奇量により
設定するものである。

【００３７】次に、ステップＳ３０２では、操作部６１
の設定値に応じて、補正処理を要するＤＳＰ１０２〜１
０６を選択する。

【００３８】そして、選択した後に、ステップＳ３０３
では、操作部６１での設定値に応じて、各補正量を示す
パラメータを設定する。

【００３９】さらに、ステップＳ３０４では、Ｓ３０２
で選択されたＤＳＰに対し、Ｓ３０３で決定したパラメ
ータをＤＳＰ作動指令として出力する。したがって、そ
のＤＳＰは上記したように音量補正、残響補正等の処理
を行い、駆動回路１０９を介して響板駆動信号を出力す
るものである。

【００４０】図９は本発明の他の実施例を示している。
この実施例は本発明を竪型ピアノに適用した場合を示し
ている。したがって、上記実施例とは駆動アクチュエー
タ２０１、２０２を上前板２０３、下前板２０４にそれ
ぞれ配設した点で異なる。

【００４１】すなわち、フレーム２０５、駒２０６、響
板２０７には振動センサ２０８、２０９、２１０がそれ
ぞれ取り付けられており、マイクロフォン２１１も弦２
１２に近接して配設されている。また、電子制御装置２
１３により駆動される駆動アクチュエータとしては、上
記駆動アクチュエータ２０１、２０２の他にも響板２０
７に配設された駆動アクチュエータ２１４がある。さら
に、電子制御装置２１３に入力信号を供給する操作部２
１５は鍵盤蓋２１６に、外部入力端子２１７はピアノ本
体の棚板の下方に、それぞれ配設されている。その他の
構成および作用は上記実施例のそれと同じであり、省略
する。

【００４２】図１０は本発明のさらに他の実施例を示す
ものである。この実施例では、上記実施例（図２参照）
に示す装置からその電子制御装置１００にあってＦＦＴ
１０１を取り除いたものである。したがって、各振動セ
ンサ４１〜４６，４３Ａからの検出信号はＡ／Ｄ変換回
路１１１にてディジタル信号に変換された後、直ちに時
間領域でディジタル信号処理される。その他の構成、作
用は上記実施例と同じである。なお、本発明は上記各実
施例に示したピアノ以外にも例えばギター、ヴァイオリ
ン等響胴（響板部材）を有する楽器に適用することがで
きることはもちろんである。

【００４３】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係る
楽器の音響効果制御装置によれば、楽器の演奏操作に影
響を与えることなく、楽器の発する自然音として各種の
音響効果を任意に付加することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る楽器の音響効果制御装置を例示す
る基本的構成図である。

【図２】本発明の一実施例に係る音響効果制御装置を示
すその概略構成図である。

【図３】本発明の一実施例に係る電子制御装置において
実行されるプログラムを示すフローチャートである。

【図４】本発明の一実施例に係るＤＳＰにおける音量補
正処理を示すグラフである。

【図５】本発明の一実施例に係るＤＳＰでの残響補正処
理を示すグラフである。

【図６】本発明の一実施例に係るＤＳＰでの遅延補正処
理を示すグラフである。

【図７】本発明の一実施例に係るＤＳＰにおけるイコラ
イジング補正処理を説明するためのグラフである。

【図８】本発明の一実施例に係るＤＳＰでのサラウンド
補正処理を説明するためのグラフである。

【図９】本発明を竪型ピアノに適用した他の実施例の概
略構成図である。

【図１０】本発明のさらに他の実施例に係る音響効果制
御装置を示すその概略構成図である。

【符号の説明】

１１ 発音体、１２ 響板部材、１３ 設定手段、１４
振動検出手段、１５演算手段、１６ アクチュエータ

フロントページの続き (72)発明者 和田 雅博 静岡県浜松市中沢町10番１号 ヤマハ株式 会社内 (72)発明者 井上 敏 静岡県浜松市中沢町10番１号 ヤマハ株式 会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 演奏操作により振動して発音する発音体
   と、 この発音体の振動が伝達されて振動する響板部材と、 を備えた楽器において、 上記発音体による発音に対して音響効果を付与する音響
   効果設定パラメータを設定する設定手段と、 上記発音体、もしくは、上記響板部材の少なくとも一方
   の発音時の振動状態を振動信号として抽出する振動検出
   手段と、 上記音響効果設定パラメータに基づいてこの振動信号に
   対して演算処理を行って響板駆動信号を生成する演算手
   段と、 この響板駆動信号により上記響板部材を振動させるアク
   チュエータと、 を備えたことを特徴とする楽器の音響効果制御装置。