WO2017138596A1

WO2017138596A1 - 音響信号処理装置、音響再生装置及び電子楽器

Info

Publication number: WO2017138596A1
Application number: PCT/JP2017/004682
Authority: WO
Inventors: 磯崎　善政
Original assignee: ヤマハ株式会社
Priority date: 2016-02-12
Filing date: 2017-02-09
Publication date: 2017-08-17
Also published as: JP2017142422A

Abstract

スピーカを備えた装置に備えられ、前記スピーカとは異なる位置に仮想的に配置された仮想音源から発せられた音響を表す音響信号を生成する音響信号処理装置であって、所定の装置の発音体から発せられた音響を表す原信号を取得する取得手段と、前記仮想音源の複数の固有周波数に対応して設けられ、前記原信号の周波数成分をそれぞれ抽出する複数のバンドパスフィルタと、前記仮想音源の複数の固有周波数に対応して設けられた複数の遅延手段であって、前記仮想音源の振動形態、及び前記スピーカの位置と前記仮想音源の位置との距離に応じて、前記抽出した各周波数成分を遅延させる複数の遅延手段と、前記複数の遅延手段からそれぞれ出力された周波数成分を加算する加算手段と、を備えた、音響信号処理装置。

Description

音響信号処理装置、音響再生装置及び電子楽器

　本発明は、アコースティック楽器などの発音体から発せられる音響を表す音響信号を生成する音響信号処理装置、前記音響信号処理装置が適用された、音響再生装置及び電子楽器に関する。

　例えば、下記特許文献１には、複数のスピーカを備えた電子ピアノが記載されている。これらのスピーカは、横方向（鍵の並び方向）に並べられており、演奏者側へ向けられている。この電子ピアノは、波面合成技術を用いて、アコースティックグランドピアノの音像を模擬している。この電子ピアノの演奏の聴取者は、前記複数のスピーカの後方に、アコースティックグランドピアノのような筐体（響板及び弦が設けられた部分であって、音を発生する部分）が存在するような感覚（臨場感）を得ることができる。

日本国特開２００７－３３３８１３号公報

　しかし、上記のように、従来の電子ピアノは波面合成技術を用いているので、そのハードウェア又はソフトウェアが複雑である。

　本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、スピーカから離れた位置に仮想的に配置された音源から発せられた音響を忠実に模擬できる音響信号処理装置、音響再生装置、及び電子楽器であって、その構成が簡単な音響信号処理装置、音響再生装置、及び電子楽器を提供することにある。

　上記目的を達成するために、本発明によれば、スピーカを備えた装置に備えられ、前記スピーカとは異なる位置に仮想的に配置された仮想音源から発せられた音響を表す音響信号を生成する音響信号処理装置であって、所定の装置の発音体から発せられた音響を表す原信号を取得する取得手段と、前記仮想音源の複数の固有周波数に対応して設けられ、前記原信号の周波数成分をそれぞれ抽出する複数のバンドパスフィルタと、前記仮想音源の複数の固有周波数に対応して設けられた複数の遅延手段であって、前記仮想音源の振動形態、及び前記スピーカの位置と前記仮想音源の位置との距離に応じて、前記抽出した各周波数成分を遅延させる複数の遅延手段と、前記複数の遅延手段からそれぞれ出力された前記周波数成分を加算する加算手段と、を備えた、音響信号処理装置が提供される。
　前記複数の遅延手段は、前記仮想音源の振動形態、及び前記スピーカの位置と前記仮想音源の振動の腹の位置との距離に応じて、前記周波数成分を遅延させてもよい。
　前記音響信号処理装置は、前記取得手段から出力された前記原信号を前記加算手段に供給するバイパス手段をさらに備えてもよい。

　また、本発明によれば、スピーカと、所定の装置の発音体から発せられた音響を表す原信号を取得する取得手段を有し、前記取得した原信号に基づいて、前記スピーカとは異なる位置に仮想的に配置された仮想音源から発せられた音響を表す音響信号を生成する音響信号処理手段と、を備えた音響再生装置であって、前記音響信号処理手段は、前記仮想音源の複数の固有周波数に対応して設けられ、前記原信号又は前記オーディオ信号の周波数成分をそれぞれ抽出する複数のバンドパスフィルタと、前記仮想音源の複数の固有周波数に対応して設けられた複数の遅延手段であって、前記仮想音源の振動形態、及び前記スピーカの位置と前記仮想音源の位置との距離に応じて、前記抽出した各周波数成分を遅延させる複数の遅延手段と、前記複数の遅延手段からそれぞれ出力された周波数成分を加算する加算手段と、を備えた、音響再生装置も提供される。
　前記複数の遅延手段は、前記仮想音源の振動形態、及び前記スピーカの位置と前記仮想音源の振動の腹の位置との距離に応じて、前記周波数成分を遅延させてもよい。

　また、本発明によれば、スピーカと、所定の音響合成アルゴリズムに従って、所定の装置の発音体から発せられた音響を表す原信号を再生する再生手段と、前記再生された原信号に基づいて、前記スピーカとは異なる位置に仮想的に配置された仮想音源から発せられた音響を表す音響信号を生成する音響信号処理手段と、を備えた電子楽器であって、前記音響信号処理手段は、前記仮想音源の複数の固有周波数に対応して設けられ、前記原信号の周波数成分をそれぞれ抽出する複数のバンドパスフィルタと、前記仮想音源の複数の固有周波数に対応して設けられた複数の遅延手段であって、前記仮想音源の振動形態、及び前記スピーカの位置と前記仮想音源の位置との距離に応じて、前記抽出した各周波数成分を遅延させる複数の遅延手段と、前記複数の遅延手段からそれぞれ出力された前記周波数成分を加算する加算手段と、を備えた、電子楽器も提供される。
　前記複数の遅延手段は、前記仮想音源の振動形態、及び前記スピーカの位置と前記仮想音源の振動の腹の位置との距離に応じて、前記周波数成分を遅延させてもよい。

　本発明に係る音響信号処理装置（音響再生装置又は電子楽器）においては、原信号のうち、仮想的に配置された発音体（又は発音体の一部）の各固有周波数を中心とする所定の周波数帯域の成分がそれぞれ抽出される。前記抽出された各周波数成分が、前記発音体（又は発音体の一部）の配置位置（つまり、発音体（又は発音体の一部）とスピーカとの距離）及び位相特性に応じて遅延されて加算される。これにより、例えば、アコースティックグランドピアノのように前後方向に長い響板から発せられる音響を、演奏者に近い位置に配置された少数のスピーカを用いて再現するための音響信号を生成できる。すなわち、本発明に係る音響信号処理装置によれば、装置本体外に発音体が位置するような仮想音源から発せられる音響を忠実に模擬できる。

　また、上記のような楽音信号を生成する楽音信号処理装置が、バンドパスフィルタ、遅延部など、比較的単純な構成の部位から構成されている。つまり、高価なハードウェア及び複雑なソフトウェアが不要である。

本発明の一実施形態に係る電子ピアノの正面図である。図１の電子ピアノの側面図である。図１の電子ピアノの楽音信号生成装置のブロック図である。図３の音源回路のブロック図である。仮想的な響板の平面図である。仮想的な響板の各振動モードにおける位相特性を示す表である。楽音信号の遅延時間であって、仮想的な響板の各領域からスピーカまでの距離に応じた遅延時間を示す表である。楽音信号の遅延時間であって、各振動モードにおける位相特性に応じた遅延時間を示す表である。

　本発明である音響信号処理装置の一実施形態に係る楽音信号処理装置ＰＰ、及び前記楽音信号処理装置ＰＰが適用された電子ピアノＵＰについて説明する。電子ピアノＵＰの筐体の形状は、図１及び図２に示すように、アコースティックアップライトピアノの筐体の形状と同様である。すなわち、電子ピアノＵＰは、上板ＴＢ、下板ＵＢ、右板ＲＢ及び左板ＬＢ、前板ＦＢ及び後板ＢＢを有する。電子ピアノＵＰの筐体には、従来の電子ピアノと同様に、鍵盤装置ＫＹ、ペダル装置ＰＤ、サウンドシステムＳＳ、及び楽音信号生成装置ＳＧが組み付けられている。

　鍵盤装置ＫＹ及びペダル装置ＰＤは、演奏者によって操作される複数の鍵及び複数のペダルレバーをそれぞれ備え、操作内容を表す操作情報（例えば、操作された鍵を特定する情報、ペダルレバーの踏み込み深さを表す情報など）を楽音信号生成装置ＳＧに供給する。

　サウンドシステムＳＳは、後述する楽音信号生成装置ＳＧから供給されたデジタル楽音信号をアナログ楽音信号にそれぞれ変換する変換部ＤＡ_ｎ＝１～変換部ＤＡ_ｎ＝４、前記アナログ楽音信号を増幅する増幅部ＡＭ_ｘ＝１～増幅部ＡＭ_ｘ＝８、前記増幅されたアナログ楽音信号を音響信号に変換して放音する複数のスピーカＳＰ_ｘ＝１～スピーカＳＰ_ｘ＝８を備える（図４　参照）。変換部ＤＡ_ｎ＝１は、増幅部ＡＭ_ｘ＝１～増幅部ＡＭ_ｘ＝３に接続されている。変換部ＤＡ_ｎ＝２は、増幅部ＡＭ_ｘ＝４～増幅部ＡＭ_ｘ＝６に接続されている。変換部ＤＡ_ｎ＝３は、増幅部ＡＭ_ｘ＝７に接続されている。変換部ＤＡ_ｎ＝４は、増幅部ＡＭ_ｘ＝８に接続されている。増幅部ＡＭ_ｘ＝１～増幅部ＡＭ_ｘ＝８は、スピーカＳＰ_ｘ＝１～スピーカＳＰ_ｘ＝８にそれぞれ接続されている。前板ＦＢに形成された複数の貫通孔にスピーカＳＰ_ｘ＝１～スピーカＳＰ_ｘ＝６が嵌め込まれて、固定されている。スピーカＳＰ_ｘ＝１～スピーカＳＰ_ｘ＝６の正面が前方（演奏者側）へ向けられている。スピーカＳＰ_ｘ＝１，ＳＰ_ｘ＝３，ＳＰ_ｘ＝５は、前板ＦＢの左端部に固定されている。スピーカＳＰ_ｘ＝１は、鍵盤装置ＫＹよりも下方に位置している。スピーカＳＰ_ｘ＝３は、鍵盤装置ＫＹよりも上方に位置している。スピーカＳＰ_ｘ＝５はスピーカＳＰ_ｘ＝１よりも下方且つ右方に位置している。また、スピーカＳＰ_ｘ＝２，ＳＰ_ｘ＝４，ＳＰ_ｘ＝６は、前板ＦＢの右端部に固定されている。スピーカＳＰ_ｘ＝２は、鍵盤装置ＫＹよりも下方に位置している。スピーカＳＰ_ｘ＝４は、鍵盤装置ＫＹよりも上方に位置している。スピーカＳＰ_ｘ＝６はスピーカＳＰ_ｘ＝２よりも下方且つ左方に位置している。また、上板ＴＢに形成された貫通孔にスピーカＳＰ_ｘ＝７及びスピーカＳＰ_ｘ＝８が嵌め込まれて、固定されている。スピーカＳＰ_ｘ＝７及びスピーカＳＰ_ｘ＝８の正面が上方へ向けられている。スピーカＳＰ_ｘ＝７は、上板ＴＢの左端部に固定されている。スピーカＳＰ_ｘ＝８は、上板ＴＢの右端部に固定されている。

　楽音信号生成装置ＳＧは、図３に示すように、設定操作子１１、コンピュータ部１２、表示器１３、記憶装置１４、外部インターフェース部１５、音源部１６を備え、これらがバスＢＳを介して接続されている。なお、鍵盤装置ＫＹ及びペダル装置ＰＤは、図示しないインターフェース部を介して、バスＢＳに接続されている。また、サウンドシステムＳＳの変換部ＤＡ_ｎ＝１～変換部ＤＡ_ｎ＝４は、音源部１６に接続されている。

　設定操作子１１は、オン・オフ操作に対応したスイッチ（例えば数値を入力するためのテンキー）、回転操作に対応したボリューム又はロータリーエンコーダ、スライド操作に対応したボリューム又はリニアエンコーダ、マウス、タッチパネルなどからなる。設定操作子１１は、音色の選択、音律の選択などに用いられる。設定操作子１１を操作すると、その操作内容を表す操作情報が、バスＢＳを介して、後述するコンピュータ部１２に供給される。

　コンピュータ部１２は、バスＢＳにそれぞれ接続されたＣＰＵ１２ａ、ＲＯＭ１２ｂ及びＲＡＭ１２ｃからなる。例えば、ＣＰＵ１２ａは、前記鍵の操作及びペダルレバーの操作内容を表す操作情報に基づいて、発生させる楽音に関する楽音情報を音源部１６に供給する。楽音情報には、後述する波形メモリＷＭから読み出す波形データを特定する情報が含まれる。

　ＲＯＭ１２ｂには、ＣＰＵ１２ａの動作を規定するプログラムに加えて、初期設定パラメータ、表示器１３に表示される画像を表わす表示データを生成するための図形データ及び文字データなどの各種データが記憶されている。ＲＡＭ１２ｃには、各種プログラムの実行時に必要なデータが一時的に記憶される。

　表示器１３は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）によって構成される。表示器１３には、表示すべき内容を表わす表示データがコンピュータ部１２から供給される。表示器１３は、コンピュータ部１２から供給された表示データに基づいて画像を表示する。例えば、現在選択されている音色名が表示される。

　記憶装置１４は、ＨＤＤ、ＦＤＤ、ＣＤ、ＤＶＤなどの大容量の不揮発性記録媒体と、各記録媒体に対応するドライブユニットから構成されている。外部インターフェース部１５は、電子ピアノＵＰを他の電子音楽装置、パーソナルコンピュータなどの外部機器に接続可能とする接続端子を備えている。電子ピアノＵＰは、外部インターフェース部１５を介して、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）、インターネットなどの通信ネットワークにも接続可能である。

　音源部１６には、複数の波形データを記憶した波形メモリＷＭが接続されている。本実施形態においては、アコースティックグランドピアノの各鍵を押鍵したときに発生された演奏音（単音）を所定のサンプリング周期（１／４４１００秒）でステレオサンプリングして得られた各サンプル値がサンプリングチャンネル（左チャンネル及び右チャンネル）ごとに波形データとして波形メモリＷＭに記憶されている。例えば、アコースティックグランドピアノの響板の上側における前端部の左端及び右端に左チャンネル用マイク及び右チャンネル用マイクがそれぞれ設置され、各マイクから出力された音響信号がサンプリングされる。

　音源部１６は、図４に示すように、再生部ＰＬと楽音信号処理装置ＰＰを有する。再生部ＰＬは、ＣＰＵ１２ａから供給された楽音情報に基づいて、複数の波形データを波形メモリＷＭから読み出して複数のデジタル楽音信号を生成して楽音信号処理装置ＰＰへ供給する。例えば、再生部ＰＬは、楽音情報に基づいて、２チャンネルのデジタル楽音信号（左チャンネル用のデジタル楽音信号Ｌ及び右チャンネル用のデジタル楽音信号Ｒ）を供給する。

　楽音信号処理装置ＰＰは、再生部ＰＬから取得したデジタル楽音信号Ｌ及びデジタル楽音信号Ｒに基づいて、スピーカＳＰ_ｘよりも後方に配置された仮想音源から発せられた楽音を表す楽音信号を生成する。

　すなわち、本実施形態においては、図５に示すように、電子ピアノＵＰの後方にアコースティックグランドピアノの響板ＳＢを仮想的に配置した状態を想定している。一般に、アコースティックグランドピアノの響板は、複数の振動モードを有することが知られている（フレッチャー，Ｎ．Ｈ、ロッシング，Ｔ．Ｄ著、岸憲史、久保田秀美、吉川茂　訳、「楽器の物理学」、丸善出版株式会社、２００２年１０月、ｐ．３８０－ｐ．３８１）。響板ＳＢの各振動モードの特性は、アコースティックグランドピアノの響板の各振動モードの特性に準ずる。アコースティックグランドピアノの響板の各振動モードの特性は、例えば、アコースティックグランドピアノの響板を加振器によって振動させ、各振動周波数において、前記響板の各部の振幅及び位相を測定することにより取得できる。なお、振動形態とは、振動の節及び腹の位置、振幅、位相などを意味する。また、アコースティックグランドピアノの響板の各部の振幅特性及び位相特性を、数値解析（例えば、有限要素解析）により決定してもよい。

　響板ＳＢの振動モードＶＭ_{ｋ＝１，２，・・・，１２}は、図６に示すように、テーブルＴＵＰとして表現される。本実施形態において、響板ＳＢは、領域ＳＢ_Ａ＝１～領域ＳＢ_Ａ＝８に分割されている。テーブルＴＵＰにおいて、「Ｐ」又は「Ｎ」が記載されている欄に対応する領域ＳＢ_Ａが振動の腹である。また、「Ｐ」及び「Ｎ」は、位相を表している。すなわち、「Ｎ」が記載されている欄に対応する領域ＳＢ_Ａの位相は、「Ｐ」が記載されている欄に対応する領域ＳＢ_Ａの位相に対して１８０°遅れている。また、テーブルＴＵＰにおいて、「０」が記載されている欄に対応する領域ＳＢ_Ａが振動の節である。つまり、この領域ＳＢ_Ａは振動しない。例えば、振動モードＶＭ_ｋ＝１は、響板ＳＢの中央部（領域ＳＢ_Ａ＝２，ＳＢ_Ａ＝３，ＳＢ_Ａ＝６，ＳＢ_Ａ＝７）が振動の腹であり、且つ、それらの位相が正相である振動モードである。また、例えば、振動モードＶＭ_ｋ＝２は、響板ＳＢの左側部（領域ＳＢ_Ａ＝１，ＳＢ_Ａ＝２，ＳＢ_Ａ＝３，ＳＢ_Ａ＝４）及び右側部（領域ＳＢ_Ａ＝５，ＳＢ_Ａ＝６，ＳＢ_Ａ＝７，ＳＢ_Ａ＝８）が振動の腹であり、且つ、左側部の位相が正相であって右側部の位相が逆相である振動モードである。なお、本実施形態では、振動モードの数を「１２」としているが、模擬しようとするアコースティックグランドピアノの特性に応じて振動モードの数を変更してもよい。

　ただし、本実施形態においては、前後方向に隣り合う複数の領域であって、位相特性が同一である複数の領域ＳＢ_Ａが存在する場合、それらの領域ＳＢ_Ａから選択した１つの領域ＳＢ_Ａ（テーブルＴＵＰにおいて網点を付した領域ＳＢ_Ａ）の振動のみを考慮する。例えば、振動モードＶＭ_ｋ＝２においては、領域ＳＢ_Ａ＝２と領域ＳＢ_Ａ＝３は、前後方向に隣り合う領域であって、いずれも逆相である。この場合、領域ＳＢ_Ａ＝３の振動のみを考慮し、領域ＳＢ_Ａ＝２の振動を無視する。

　つぎに、楽音信号処理装置ＰＰの構成について説明する（図４参照）。楽音信号処理装置ＰＰは、分配部ＤＶと、信号処理部ＤＧ_ｎ＝１～信号処理部ＤＧ_ｎ＝４を備える。分配部ＤＶは、再生部ＰＬから供給されたデジタル楽音信号Ｌ，Ｒを、信号処理部ＤＧ_ｎ＝１，ＤＧ_ｎ＝２にそれぞれ供給する。

　つぎに、信号処理部ＤＧ_ｎ＝１及び信号処理部ＤＧ_ｎ＝２について説明する。信号処理部ＤＧ_ｎ＝１は、左側のスピーカＳＰ_ｘ＝１，ＳＰ_ｘ＝３，ＳＰ_ｘ＝７を駆動するための信号（サウンドシステムＳＳの変換部ＤＡ_ｎ＝１に供給されるデジタル楽音信号）を生成する。信号処理部ＤＧ_ｎ＝２は、右側のスピーカＳＰ_ｘ＝２，ＳＰ_ｘ＝４，ＳＰ_ｘ＝８を駆動するための信号（サウンドシステムＳＳの変換部ＤＡ_ｎ＝２に供給されるデジタル楽音信号）を生成する。信号処理部ＤＧ_ｎ＝１は、バンドパスフィルタＢＰ_{ｎ＝１，ｋ＝１}～バンドパスフィルタＢＰ_{ｎ＝１，ｋ＝１２}、遅延部ＤＬ_{ｎ＝１，ｋ＝１}～遅延部ＤＬ_{ｎ＝１，ｋ＝１２}、バッファＢＦ_{ｎ＝１，ｋ＝１}～バッファＢＦ_{ｎ＝１，ｋ＝１２、}バッファＢＦＲ_ｎ＝１及びサミング部ＳＵＭ_ｎ＝１を備える。信号処理部ＤＧ_ｎ＝２は、バンドパスフィルタＢＰ_{ｎ＝２，ｋ＝１}～バンドパスフィルタＢＰ_{ｎ＝２，ｋ＝１２}、遅延部ＤＬ_{ｎ＝２，ｋ＝１}～遅延部ＤＬ_{ｎ＝２，ｋ＝１２}、バッファＢＦ_{ｎ＝２，ｋ＝１}～バッファＢＦ_{ｎ＝２，ｋ＝１２、}バッファＢＦＲ_ｎ＝２及びサミング部ＳＵＭ_ｎ＝２を備える。

　バンドパスフィルタＢＰ_ｎ，ｋは、響板ＳＢの振動モードＶＭ_ｋに対応している。各バンドパスフィルタＢＰ_ｎ，ｋは分配部ＤＶから供給されたデジタル楽音信号が表す楽音の周波数成分のうち、特定の周波数帯域に含まれる周波数成分のみを通過させる。本実施形態においては、響板ＳＢの各振動モードにおける各部分の振動を集中定数系とみなしている。例えば、響板ＳＢの２つの部分がそれぞれ振動する振動モードにおいて、響板ＳＢの振動が、ばね及びダンパーを介して支持された２つの質点の振動と同等であるとみなしている。各バンドパスフィルタＢＰ_ｎ，ｋの伝達関数の次数は「２」である。各バンドパスフィルタＢＰ_ｎ，ｋの通過帯域の中心周波数は、各固有周波数（各振動モードＶＭ_ｋの周波数）に一致している。また、バンドパスフィルタＢＰ_ｎ，ｋの振幅特性（ゲイン、尖鋭度など）は、響板ＳＢの各領域ＳＢ_Ａの振幅特性に準じ、且つ信号処理部ＤＧ_ｎにおけるバンドパスフィルタＢＰ_{ｎ，ｋ＝１}～バンドパスフィルタＢＰ_{ｎ，ｋ＝１２}の振幅特性を重ね合わせた結果が、可聴帯域において略フラット（例えば、最大値と最小値の差が１ｄＢ以内）になるように設定されている。

　遅延部ＤＬ_ｎ，ｋは、バンドパスフィルタＢＰ_ｎ，ｋから供給された信号を遅延させた１つ又は複数の遅延信号を出力する。遅延信号の遅延時間は、電子ピアノＵＰの後方に仮想的に配置された響板ＳＢの各領域ＳＢ_Ａと電子ピアノＵＰの筐体との距離、及び各領域ＳＢ_Ａの位相特性（図６における「Ｐ」又は「Ｎ」）に応じて設定される。遅延信号の遅延時間は、図７及び図８にそれぞれ示す遅延テーブルＴＤ１及び遅延テーブルＴＤ２に従って設定される。

　遅延テーブルＴＤ１は、各領域ＳＢ_Ａと電子ピアノＵＰのスピーカＳＰ_ｘとの距離（前後方向の距離）に応じた遅延時間を表している。なお、全てのスピーカＳＰ_ｘの前後方向の位置は同一であるとみなす。遅延テーブルＴＤ１は、複数の遅延時間セットＤＴＳ_ｐからなる。遅延時間セットＤＴＳ_ｐは、領域ＳＢ_Ａ＝１～領域ＳＢ_Ａ＝８の各遅延時間から構成されている。本実施形態では、前後方向の寸法の異なる複数のアコースティックグランドピアノから選択した１つのアコースティックグランドピアノを模擬可能とするために、複数の遅延時間セットＤＴＳ_{ｐ＝１，２，・・・，８}が予め設定され、ＲＯＭ１２ｂに記憶されている。各遅延時間セットＤＴＳ_ｐにおいて、後側に位置する領域ほど、遅延時間が長く設定されている。また、前後方向の寸法が長いアコースティックグランドピアノに対応した遅延時間セットＤＴＳ_ｐ（例えば、遅延時間セットＤＴＳ_ｐ＝８）は、前後方向の寸法が短いアコースティックグランドピアノに対応した遅延時間セットＤＴＳ_ｐ（例えば、遅延時間セットＤＴＳ_ｐ＝１）に比べて、各領域の遅延時間が長く設定されている。ユーザは、演奏開始前又は演奏中に、複数の遅延時間セットＤＴＳ_ｐのうちの１つのセットを選択する。

　また、振動モードＶＭ_ｋにおける逆相（図６において「Ｎ」）の領域ＳＢ_Ａの振動は、正相（図６において「Ｐ」）の領域ＳＢ_Ａの振動に対して半波長分の時間だけ遅延しているとみなすことができる。遅延テーブルＴＤ２は、各振動モードＶＭ_ｋにおける半波長分の遅延時間を表すデータから構成されている。

　つぎに、遅延部ＤＬ_{ｎ＝１，ｋ}の動作について説明する。遅延部ＤＬ_{ｎ＝１，ｋ}は、テーブルＴＵＰの振動モードＶＭ_ｋにおける領域ＳＢ_{Ａ＝１，２，３，４}のうち、振動の腹とみなす１つ又は複数の領域ＳＢ_Ａ（図６において網点が付された領域：以下、対象領域と呼ぶ）に対応する遅延信号をそれぞれ生成して出力する。その際、遅延部ＤＬ_{ｎ＝１，ｋ}は、対象領域の遅延時間を遅延テーブルＴＤ１及び遅延テーブルＴＤ２に基づいて設定する。すなわち、遅延部ＤＬ_{ｎ＝１，ｋ}は、ユーザによって選択された遅延時間セットＤＴＳ_ｐを参照して、各対象領域の遅延時間Ｔ１を決定する。また、振動モードＶＭ_ｋにおいて、対象領域が逆相（図６において「Ｎ」）である場合には、遅延部ＤＬ_{ｎ＝１，ｋ}は、遅延テーブルＴＤ２を参照して、その対象領域に対応する遅延時間Ｔ２を決定する。振動モードＶＭ_ｋにおいて、対象領域が正相（図６において「Ｐ」）である場合には、遅延時間Ｔ２は「０」である。遅延部ＤＬ_{ｎ＝１，ｋ}は、バンドパスフィルタＢＰ_{ｎ＝１，ｋ}から供給されたデジタル楽音信号を、遅延時間Ｔ１と遅延時間Ｔ２とを加算した時間だけ遅延させた遅延信号を出力する。

　具体例として、遅延部ＤＬ_{ｎ＝１，ｋ＝１}の動作について説明する。テーブルＴＵＰの振動モードＶＭ_ｋ＝１を参照すると、領域ＳＢ_Ａ＝３が対象領域である。遅延時間セットＤＴＳ_ｐ＝１２が選択されているとき、領域ＳＢ_Ａ＝３に対応する遅延時間Ｔ１は、６ミリ秒である。また、振動モードＶＭ_ｋ＝１において領域ＳＢ_Ａ＝３は正相であるから、遅延時間Ｔ２は０ミリ秒である。よって、遅延部ＤＬ_{ｎ＝１，ｋ＝１}は、バンドパスフィルタＢＰ_{ｎ＝１，ｋ＝１}から供給されたデジタル楽音信号を、６ミリ秒だけ遅延させた遅延信号を出力する。

　更なる具体例として、遅延部ＤＬ_{ｎ＝１，ｋ＝５}の動作について説明する。テーブルＴＵＰの振動モードＶＭ_ｋ＝５を参照すると、領域ＳＢ_Ａ＝２及び領域ＳＢ_Ａ＝４が対象領域である。遅延時間セットＤＴＳ_ｐ＝１２が選択されているとき、領域ＳＢ_Ａ＝２に対応する遅延時間Ｔ１は４ミリ秒である。また、振動モードＶＭ_ｋ＝５において、領域ＳＢ_Ａ＝２は正相であるから、遅延時間Ｔ２は０ミリ秒である。よって、遅延部ＤＬ_{ｎ＝１，ｋ＝５}は、バンドパスフィルタＢＰ_{ｎ＝１，ｋ＝５}から供給されたデジタル楽音信号を、４ミリ秒だけ遅延させた第１の遅延信号を出力する。一方、遅延時間セットＤＴＳ_ｐ＝１２が選択されているとき、領域ＳＢ_Ａ＝４に対応する遅延時間Ｔ１は８ミリ秒である。また、振動モードＶＭ_ｋ＝５において、領域ＳＢ_Ａ＝４は逆相であるから、遅延部ＤＬ_{ｎ＝１，ｋ＝５}は、遅延テーブルＴＤ２を参照して、遅延時間Ｔ２を１．３ミリ秒に設定する。よって、遅延部ＤＬ_{ｎ＝１，ｋ＝５}は、バンドパスフィルタＢＰ_{ｎ＝１，ｋ＝５}から供給されたデジタル楽音信号を、９．３ミリ秒だけ遅延させた第２の遅延信号を出力する。

　つぎに、遅延部ＤＬ_{ｎ＝２，ｋ}の動作について説明する。遅延部ＤＬ_{ｎ＝２，ｋ}は、テーブルＴＵＰの振動モードＶＭ_ｋにおける領域ＳＢ_{Ａ＝５，６，７，８}のうち、振動の腹とみなす１つ又は複数の領域ＳＢ_Ａに対応する遅延信号を生成して出力する。遅延部ＤＬ_{ｎ＝２，ｋ}の具体的動作は、上記の遅延部ＤＬ_{ｎ＝１，ｋ}の動作と同様であるので、その説明を省略する。

　バッファＢＦ_{ｎ＝１，ｋ＝１，２，・・・，１２}は、遅延部ＤＬ_{ｎ＝１，ｋ＝１，２，・・・，１２}にそれぞれ接続されている。また、バッファＢＦ_{ｎ＝２，ｋ＝１，２，・・・，１２}は、遅延部ＤＬ_{ｎ＝２，ｋ＝１，２，・・・，１２}にそれぞれ接続されている。バッファＢＦ_ｎ，ｋは、遅延部ＤＬ_ｎ，ｋの出力信号をそのまま出力する。

　バッファＢＦＲ_ｎ＝１は、分配部ＤＶに接続されている。バッファＢＦＲ_ｎ＝１は、分配部ＤＶから供給されたデジタル楽音信号Ｌをそのまま出力する。また、バッファＢＦＲ_ｎ＝２は、分配部ＤＶに接続されている。バッファＢＦＲ_ｎ＝２は、分配部ＤＶから供給されたデジタル楽音信号Ｒをそのまま出力する。つまり、バッファＢＦＲ_ｎ＝１，ＢＦＲ_ｎ＝２は、バイパス回路を構成している。なお、バッファＢＦＲ_ｎ＝１，ＢＦＲ_ｎ＝２のゲインを調整可能としてもよい。

　サミング部ＳＵＭ_ｎ＝１は、バッファＢＦ_{ｎ＝１，ｋ＝１}～バッファＢＦ_{ｎ＝１，ｋ＝１２}の出力信号、及びバッファＢＦＲ_ｎ＝１の出力信号を加算して、変換部ＤＡ_ｎ＝１に供給するとともに、信号処理部ＤＧ_ｎ＝３に供給する。また、サミング部ＳＵＭ_ｎ＝２は、バッファＢＦ_{ｎ＝２，ｋ＝１}～バッファＢＦ_{ｎ＝２，ｋ＝１２}の出力信号、及びバッファＢＦＲ_ｎ＝２の出力信号を加算して、変換部ＤＡ_ｎ＝２に供給するとともに、信号処理部ＤＧ_ｎ＝４に供給する。

　つぎに、信号処理部ＤＧ_ｎ＝３及び信号処理部ＤＧ_ｎ＝４について説明する。信号処理部ＤＧ_ｎ＝３は、左側のスピーカＳＰ_ｘ＝５を駆動するための信号（サウンドシステムＳＳの変換部ＤＡ_ｎ＝３に供給されるデジタル楽音信号）を生成する。信号処理部ＤＧ_ｎ＝４は、右側のスピーカＳＰ_ｘ＝６を駆動するための信号（サウンドシステムＳＳの変換部ＤＡ_ｎ＝４に供給されるデジタル楽音信号）を生成する。信号処理部ＤＧ_ｎ＝３は、反転部ＲＶ_ｎ＝３、バッファＢＦ_ｎ＝３、バッファＢＦＲ_ｎ＝３及びサミング部ＳＵＭ_ｎ＝３を備える。信号処理部ＤＧ_ｎ＝４は、反転部ＲＶ_ｎ＝４、バッファＢＦ_ｎ＝４、バッファＢＦＲ_ｎ＝４及びサミング部ＳＵＭ_ｎ＝４を備える。

　反転部ＲＶ_ｎ＝３，ＲＶ_ｎ＝４は、信号処理部ＤＧ_ｎ＝１，ＤＧ_ｎ＝２から供給されたデジタル楽音信号の正負の符号を反転させたデジタル楽音信号をそれぞれ出力する。

　バッファＢＦ_ｎ＝３は、反転部ＲＶ_ｎ＝３に接続されている。バッファＢＦ_ｎ＝３は、反転部ＲＶ_ｎ＝３の出力信号をそのまま出力する。また、バッファＢＦ_ｎ＝４は、反転部ＲＶ_ｎ＝４に接続されている。バッファＢＦ_ｎ＝４は、反転部ＲＶ_ｎ＝４の出力信号をそのまま出力する。

　バッファＢＦＲ_ｎ＝３は、信号処理部ＤＧ_ｎ＝１に接続されている。バッファＢＦＲ_ｎ＝３は、信号処理部ＤＧ_ｎ＝１から供給されたデジタル楽音信号をそのまま出力する。また、バッファＢＦＲ_ｎ＝４は、信号処理部ＤＧ_ｎ＝２に接続されている。バッファＢＦＲ_ｎ＝４は、信号処理部ＤＧ_ｎ＝２から供給されたデジタル楽音信号をそのまま出力する。つまり、バッファＢＦＲ_ｎ＝３，ＢＦＲ_ｎ＝４は、バイパス回路を構成している。なお、バッファＢＦＲ_ｎ＝３，ＢＦＲ_ｎ＝４のゲインを調整可能としてもよい。

　サミング部ＳＵＭ_ｎ＝３は、バッファＢＦ_ｎ＝３の出力信号、及びバッファＢＦＲ_ｎ＝３の出力信号を加算して、変換部ＤＡ_ｎ＝３に供給する。また、サミング部ＳＵＭ_ｎ＝４は、バッファＢＦ_ｎ＝４の出力信号、及びバッファＢＦＲ_ｎ＝４の出力信号を加算して、変換部ＤＡ_ｎ＝４に供給する。

　上記のように構成した電子ピアノＵＰにおいては、アコースティックピアノの演奏音（単音）をステレオサンプリングして得られたデジタル楽音信号が再生される。前記再生されたデジタル楽音信号のうち、電子ピアノＵＰの筐体の後方に仮想的に配置された響板ＳＢの各領域ＳＢ_Ａの各振動モードにおける固有周波数を中心とする所定の周波数帯域の成分がそれぞれ抽出される。前記抽出された各周波数成分が、各領域ＳＢ_Ａの配置位置（つまり、領域ＳＢ_ＡとスピーカＳＰ_ｘとの距離）及び位相特性に応じて遅延されて加算される。このようにして得られたデジタル楽音信号がアナログ信号に変換されて、スピーカＳＰ_{ｘ＝１，３，７}及びスピーカＳＰ_{ｘ＝２，４，８}から放音される。これにより、アコースティックグランドピアノのように前後方向に長い響板から発せられる楽音を忠実に再現できる。つまり、電子ピアノＵＰの筐体はアップライト型であるが、ユーザは、その筐体の後方から音が発せられたような感覚を得られる。さらに、前記各周波数成分を遅延させて加算した信号の正負の符号を反転させた信号を、筐体の下部に配置されたスピーカＳＰ_ｘ＝５及びスピーカＳＰ_ｘ＝６に供給している。これにより、アコースティックグランドピアノの響板から放射されて床面にて反射した楽音を再現できる。すなわち、本実施形態に係る電子ピアノＵＰによれば、アコースティックグランドピアノそのものが発するような豊かな演奏音を再生できる。

　また、上記のような楽音信号を生成する楽音信号処理装置ＰＰが、バンドパスフィルタＢＰ_ｎ，ｋ、遅延部ＤＬ_ｎ，ｋなど、比較的単純な構成の部位から構成されている。つまり、高価なハードウェア及び複雑なソフトウェアが不要である。

　さらに、本発明の実施にあたっては、上記の各実施形態の態様に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

　上記実施形態は、本発明を電子ピアノに適用した例であるが、他の電子楽器にも適用可能である。例えば、ハープシコードを模擬した電子楽器に本発明を適用してもよい。また、本発明は、前後方向の寸法が大きい（例えば、２．７５ｍ）アコースティックグランドピアノを、前後方向の寸法が比較的小さい（例えば、１．４９ｍ）グランドピアノ型の電子ピアノにおいて模擬する際にも好適である。つまり、この電子ピアノの後端部よりもさらに後方に仮想的な響板が延設された状態を想定する。この電子ピアノのスピーカが、演奏者から前後方向にある程度離れた位置に配置されている場合には、そのスピーカから発せられた音が演奏者に到達するまでに、演奏者とスピーカとの距離に応じた時間がかかる。したがって、そのスピーカよりも後方に位置する前記仮想的な響板の領域（仮想音源）と前記スピーカとの距離、及び前記仮想的な響板の領域の振動形態に応じて、楽音信号を遅延させればよい。これにより、前後方向の寸法が比較的小さいグランドピアノ型の電子ピアノにおいて、前後方向の寸法が大きいアコースティックグランドピアノを模擬することが出来る。

　また、上記実施形態においては、テーブルＴＵＰにおいて、前後方向に隣り合う複数の領域であって、位相特性が同一である複数の領域ＳＢ_Ａが存在する場合、それらの領域ＳＢ_Ａから選択した１つの領域ＳＢ_Ａ（図６において網点を付した領域ＳＢ_Ａ）の振動のみを考慮している。しかし、前後方向に隣り合う複数の領域であって、位相特性が同一である複数の領域ＳＢ_Ａが存在した場合、それぞれの領域ＳＢ_Ａの振動を考慮してもよい。すなわち、信号処理部ＤＧ_{ｎ＝１，２}は、前記位相特性が同一である複数の領域ＳＢ_Ａを対象領域としてそれぞれの遅延時間を決定して、各対象領域の遅延信号を生成しても良い。

　また、例えば、電子ピアノＵＰのスピーカＳＰ_ｘの数、向きや配置の形態は上記実施形態に限られない。例えば、通常の電子ピアノのように、左右一対のスピーカを備えていてもよい。この場合、信号処理部ＤＧ_{ｎ＝１，２}にてそれぞれ生成された信号を用いて前記左右一対のスピーカを駆動すればよく、信号処理部ＤＧ_{ｎ＝３，４}を省略することができる。

　また、上記実施形態のスピーカＳＰ_{ｘ＝１，２，・・・，８}に代えて、響板と、前記響板に取り付けられ前記響板の一部を振動させる複数のアクチュエータを用いて音を発生させてもよい。

　また、例えば、外部インターフェース部１５に接続された外部機器（音源装置、パーソナルコンピュータなど）から分配部ＤＶにデジタル楽音信号を供給可能に構成してもよい。この場合、上記実施形態から演奏操作子及び再生部ＰＬを削除すれば、楽音を再生する楽音再生装置が実現される。

　また、上記実施形態においては、演奏音（単音）を所定のサンプリング周期（１／４４１００秒）でサンプリングして得られた各サンプル値がサンプリングチャンネルごとに波形データとして波形メモリＷＭに記憶され、それを読み出して信号処理部ＤＧ_{ｎ＝１，２}へ供給している。しかし、このような形態に限られず、所定の楽音合成アルゴリズムに従って合成された、アコースティック楽器の楽音を表す信号を出力するものであればよい。例えば、波形データを予め記憶するものでなく、ＦＭ音源や物理モデル音源等を用いてもよい。また、一般的な音源部に限らず、ＣＤ、ＤＶＤ、Ｂｌｕ－ｒａｙ等（Ｂｌｕ－ｒａｙは登録商標）の録音されたオーディオ信号を用いてもよい。

　本出願は、２０１６年２月１２日出願の日本特許出願（特願２０１６－０２４６００）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

本発明によれば、スピーカから離れた位置に仮想的に配置された音源から発せられた音響を忠実に模擬でき、さらに構成が簡単な装置が提供できる。

１６・・・音源部、ＡＭ_ｘ・・・増幅部、ＢＦ_ｎ，ｋ・・・バッファ、ＢＦＲ_ｎ・・・バッファ、ＢＰ_ｎ，ｋ・・・バンドパスフィルタ、ＢＳ・・・バス、ＤＡ_ｎ・・・変換部、ＤＧ_ｎ・・・信号処理部、ＤＬ_ｎ，ｋ・・・遅延部、ＤＴＳ_ｐ・・・遅延時間セット、ＤＶ・・・分配部、ＰＬ・・・再生部、ＰＰ・・・楽音信号処理装置、ＲＶ_ｎ・・・反転部、ＳＢ・・・響板、ＳＧ・・・楽音信号生成装置、ＳＰ_ｘ・・・スピーカ、ＳＳ・・・サウンドシステム、ＳＵＭ_ｎ・・・サミング部、ＴＤ１，ＴＤ２・・・遅延テーブル、ＴＵＰ・・・テーブル、ＵＰ・・・電子ピアノ、ＶＭ_ｋ・・・振動モード、ＷＭ・・・波形メモリ

Claims

　スピーカを備えた装置に備えられ、前記スピーカとは異なる位置に仮想的に配置された仮想音源から発せられた音響を表す音響信号を生成する
音響信号処理装置であって、
　所定の装置の発音体から発せられた音響を表す原信号を取得する取得手段と、
　前記仮想音源の複数の固有周波数に対応して設けられ、前記原信号の周波数成分をそれぞれ抽出する複数のバンドパスフィルタと、
　前記仮想音源の複数の固有周波数に対応して設けられた複数の遅延手段であって、前記仮想音源の振動形態、及び前記スピーカの位置と前記仮想音源の位置との距離に応じて、前記抽出した各周波数成分を遅延させる複数の遅延手段と、
　前記複数の遅延手段からそれぞれ出力された周波数成分を加算する加算手段と、
　を備えた、音響信号処理装置。
　請求項１に記載の音響信号処理装置において、
　前記複数の遅延手段は、前記仮想音源の振動形態、及び前記スピーカの位置と前記仮想音源の振動の腹の位置との距離に応じて、前記周波数成分を遅延させる、音響信号処理装置。
　請求項１に記載の音響信号処理装置において、
　前記取得手段から出力された前記原信号を前記加算手段に供給するバイパス手段をさらに備えた、音響信号処理装置。
　スピーカと、
　所定の装置の発音体から発せられた音響を表す原信号を取得する取得手段を有し、前記取得した原信号に基づいて、前記スピーカとは異なる位置に仮想的に配置された仮想音源から発せられた音響を表す音響信号を生成する音響信号処理手段と、を備えた
音響再生装置であって、
　前記音響信号処理手段は、
　前記仮想音源の複数の固有周波数に対応して設けられ、前記原信号の周波数成分をそれぞれ抽出する複数のバンドパスフィルタと、
　前記仮想音源の複数の固有周波数に対応して設けられた複数の遅延手段であって、前記仮想音源の振動形態、及び前記スピーカの位置と前記仮想音源の位置との距離に応じて、前記抽出した各周波数成分を遅延させる複数の遅延手段と、
　前記複数の遅延手段からそれぞれ出力された周波数成分を加算する加算手段と、
　を備えた、音響再生装置。
　請求項４に記載の音響再生装置において、
　前記複数の遅延手段は、前記仮想音源の振動形態、及び前記スピーカの位置と前記仮想音源の振動の腹の位置との距離に応じて、前記周波数成分を遅延させる、音響再生装置。
　スピーカと、
　所定の音響合成アルゴリズムに従って、所定の装置の発音体から発せられた音響を表す原信号を再生する再生手段と、
　前記再生された原信号に基づいて、前記スピーカとは異なる位置に仮想的に配置された仮想音源から発せられた音響を表す音響信号を生成する音響信号処理手段と、を備えた
電子楽器であって、
　前記音響信号処理手段は、
　前記仮想音源の複数の固有周波数に対応して設けられ、前記原信号の周波数成分をそれぞれ抽出する複数のバンドパスフィルタと、
　前記仮想音源の複数の固有周波数に対応して設けられた複数の遅延手段であって、前記仮想音源の振動形態、及び前記スピーカの位置と前記仮想音源の位置との距離に応じて、前記抽出した各周波数成分を遅延させる複数の遅延手段と、
　前記複数の遅延手段からそれぞれ出力された周波数成分を加算する加算手段と、
　を備えた、電子楽器。
　請求項６に記載の電子楽器において、
　前記複数の遅延手段は、前記仮想音源の振動形態、及び前記スピーカの位置と前記仮想音源の振動の腹の位置との距離に応じて、前記周波数成分を遅延させる、電子楽器。