JP2008197360A

JP2008197360A - 電子装置

Info

Publication number: JP2008197360A
Application number: JP2007032244A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Hikawa; 和生飛河
Original assignee: Crimson Tech Inc
Current assignee: Crimson Tech Inc
Priority date: 2007-02-13
Filing date: 2007-02-13
Publication date: 2008-08-28

Abstract

【課題】演奏者の熟練を要することなく演奏者の所望の音階を安定して出力する。
【解決手段】距離測定センサ１は、人間の手や顔などの測定対象との距離を測定し、距離・音階変換手段２は距離音階変換テーブル２２により、ある距離範囲ごとに音階指示信号に変換する。距離音階変換テーブルから読み出された音階指示信号は発音手段３（音源２３）に印加されて、音階指示信号に応じた音階の可聴周波数に変換され、スピーカ、ブザーなどの電気音響変換器４により出力される。
【選択図】図１

Description

本発明は、人間の手などの測定対象とセンサの間の距離に応じた音階の音を発生する電子装置に関する。

この種の従来技術としては、特許文献１に示されるように、本体に手を接触させることなく空間中の手の位置によって音階と音量を可変にする楽器が知られている。この楽器は発明者の名前である「テルミン」として知られ、発音原理は、アンテナと可変発振器を備えたＲＦ回路であり、アンテナと人間の手の間の距離に応じた静電容量に応じた可聴周波数を可変発振器が発生するものである。しかしながら、上記従来技術では、アンテナを用いるので、演奏者の側や楽器本体の近くに障害物などがあるとその影響を受けるため、ある程度広い空間が必要であり、また、ほんの少しの人間の手の動きや身体の動きに反応してしまうため、音階が不安定であり、また手などを動かす範囲に対応して生成する音階を決める際、周囲の障害物や体温、湿度など、アンテナの入力に対して影響を与える要素が多く、最初のキャリブレーションなどの初期設定が大変である。

そこで、この問題点を解決する他の従来技術として、特許文献２に示されるように赤外線カメラにより演奏者の手を撮像して手の大きさから赤外線と演奏者の手の距離を算出することにより、可聴周波数を可変にする方法が提案されている。また、他の従来技術としては、ローランド社の商品名が「Ｄビーム」と呼ばれている演奏インタフェースが知られている。この演奏インタフェースの原理は、鍵盤楽器の上に手をかざすことで演奏表現を行うもので、センサと手との距離や手をかざすタイミングなどで音の各種制御を行うコントローラである。ただし、音のエフェクトなどの補助的なものであり、音階を出すものではない。
特開２００４−８６１１８号公報（図１）特開２００５−３７７５８号公報（図１）

しかしながら、上記従来技術ではいずれも、本体と手の間の距離に応じた可聴周波数を無段階で変化させるので、正確な手の位置と演奏者の音感に依存する部分が大きく、演奏者が所望の音階・音階を安定して出すことは技量が要求され、演奏には熟練を要するという問題点がある。その理由は、可聴周波数を無段階で変化させるので、発生する音は、ミュージックソーのように音階がはっきりしない（不明確な）音であり、音階がはっきりした（明確な）一般的な楽器とは全く異なるからである。さらに、発生周波数が測定距離に追従してリニアに変化するので、音階が離散的な実際の音楽を演奏することは困難である。

本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、演奏者の熟練を要することなく演奏者の所望の音階を安定して出力することができる電子楽器などの電子装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、測定対象との距離を測定する距離測定手段と、
前記距離測定手段により測定された距離を所定の距離範囲ごとに段階化する手段と、
前記段階化された距離範囲ごとに異なる音階の音を発生する音源とを、
備えた。

本発明によれば、測定された距離を所定の距離範囲ごとに段階化して距離範囲ごとに異なる音階の音を発生するようにしたので、発生周波数が従来技術のように無段階及びリニアでなく、段階的及び離散的となり、このため、演奏者の熟練を要することなく演奏者の所望の音階を安定して出力することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明に係る電子装置の一実施の形態として電子楽器を示すブロック図、図２は図１の距離・音階変換手段を詳しく示すブロック図である。本発明では、楽器本体のセンサと（人間の手や顔などの）測定対象との間の距離を測定し、測定した距離の範囲に応じて同一音階保持範囲領域を設け、段階的に音階を発生する。

図１において、距離測定センサ１は、赤外線センサや超音波センサなどを有し、人間の手や顔などの測定対象との距離を測定し、測定距離に応じた信号（以下、距離信号）を距離・音階変換手段２に出力する。この距離信号の精度は、距離測定センサ１の測定精度に準ずる。距離・音階変換手段２は図２に詳しく示すように、距離測定センサ１の出力信号がアナログ信号の場合にはこれをＡ／Ｄ変換器２１によりデジタル信号に変換し、次いで距離音階変換テーブル２２により、ある距離範囲ごとに音階指示信号に変換する。

図２に示す例１、２、３は、１０〜１１ｃｍ、１１〜１２ｃｍ…の１ｃｍ単位で音階を切り替えることを示し、また、１ｃｍ単位で
・例１はド、レ、ミ、ファ、ソ、ラ〜
・例２はド、ド＃、レ、レ＃、ミ、ファ〜
・例３はソ、ファ、ミ、レ、ド、シ〜
を切り替えることを示す。この領域から外れた場合、音を出さないようにしてもよいが、
例えば１０ｃｍ未満の時や測定検出限界距離を超えたりした場合などに、音階の基準となる「ド」の音程を発音するように設定してもよい。この場合、手をかざさないときに音を発音させると、基準となる「ド」の音程が出るため、相対的な音階を把握できる。距離音階変換テーブル２２から読み出された音階指示信号は発音手段３（音源２３）に印加されて、音階指示信号に応じた音階の可聴周波数に変換され、次いでこの可聴周波数はスピーカ、ブザーなどの電気音響変換器４により音に変換される。

図３は、図１の電子楽器の変形例を示すブロック図である。図３は変形例として操作パネル５が追加されている。操作パネル５は、一例としてド／ピアノ、レ／ギター、ミ／オルガン、ファ／ハーモニカ、ソ／フルート、ラ／クラリネット、シ／サックス、ド／ストリングスの音階表示及び音色選択スイッチ（ＬＥＤ／ＳＷ）５ａと、音階出力モード／音色選択モードを切り替えるためのスイッチ（ＳＷ）５ｂを有する。また、発音手段３は、ＬＥＤ／ＳＷ５ａが示す音色を発生可能なＭＩＤＩ（Musical Instruments Digital Interface）音源である。ＳＷ５ｂにより音色選択モードが選択されると、ＭＩＤＩ音源が発生する音色をＬＥＤ／ＳＷ５ａにより選択可能である。また、ＳＷ５ｂにより音階出力モードが選択されると、ＬＥＤ／ＳＷ５ａのうち、距離・音階変換手段２からの音階指示信号に応じた音階の１つが測定ステップごとに順次、点灯する。音階出力モードの際に演奏者がファ／ハーモニカのボタンを押すと、ファに相当する音階が音で出力され、この音に近づくように手を動かすことで、ファの音程が出る手の位置を覚えるというようなトレーニングに用いることもできる。さらに、後述するような手の位置の目印を机の上などに置くために１つずつスイッチを押して相当する音程を出すように構成しても構わない。なお発音手段３はＭＩＤＩではない手段で発音する形態の音源でも構わない。

上述のように、手や顔などの測定対象との距離に対してある程度の不感帯を設け、その帯域の間は同じ音階を出すことで、演奏者は安定して演奏することができる。また、音階を距離範囲に応じてあらかじめ決めておき、実際はその音階情報に応じて音源２３を発音させることにより、楽器やキャラクタの音声などさまざまな音色で音を発生させたり、手だけでなく本体を顔に近づけることで音階を制御したりすることもできるため、ぬいぐるみのような玩具に内蔵して友達の顔や身体に近づけることで音階を制御しつつ演奏を行ったり、あるいは、測定する距離単位を大きくし、床の上で運動しながら、自分の身体の位置で音階を出してメロディを演奏するなど、エクササイズなどのスポーツや、身体で演奏するカラオケなども実現できる。したがって、テルミンよりも誰でも簡単に演奏を行うことができ、なおかつ音階を安定して発生させることが可能な楽器を提供することができる。

また、手の位置を検出した後は、Ａ／Ｄ変換器２１を介してデジタル的に処理するため、楽器の出力としてＭＩＤＩを利用することも可能であり、このため、発音手段３の他、外部のさまざまなＭＩＤＩ音源に接続することもできる。また、音色やビブラート（同一音階保持範囲領域内で手をふるわせることで実現）などの詳細な演奏表現も自由に選ぶことができる。また、手の位置の検出は「テルミン」のようなアンテナとの距離ではなく、光センサや超音波、赤外線などを用いることで、「テルミン」のようなセンサの不安定さをなくすことができる。光センサや超音波、赤外線などの方式は、数ｃｍ精度で距離を測定でき、アンテナのようなＲＦ回路に比べ不安定要素が少ない

また、楽器本体の外観として、動物や人間などのキャラクタを用いることもでき、あたかもその動物が唄っているような演奏をさせることもできる。この場合、演奏の音色はその動物の鳴き声を利用したり、キャラクタ的な音を利用してもよい。芸能人のキャラクタを使う場合は本人の声で歌わせても面白い。人の声に似せて発音合成するボーカル音声合成はいくつか提案されている。ここで、同一音階保持範囲領域を超えて、音階が変わる都度に口を開閉したり、クビを動かすなどの動作を加えることで、よりリアルに動物などが唄っているような表現を楽器本体に加えることができる。この場合は楽器と言うよりも玩具、あるいはロボットのようなイメージに近くなる。
さらに、メロディ部分のみを演奏できるように構成したカラオケのような演奏データファイルを再生し、これに合わせて演奏者がメロディ部分を演奏するような事も考えられる。楽曲ファイルに基準となる音階の周波数などを記述しておけば、距離・音階変換手段２にて、バックで演奏する音楽とメロディのチューニングをあらかじめ合わせておくことができるため、相対的に音程を細かく合わせる必要がなく、非常に演奏がしやすくなる。このとき、バックの演奏は音源２３でメロディと共に再生してもよいし、あるいは別の音源を用意したり、さらにはオーディオファイルとしてバック演奏を再生するようにしてもよい。チューニングがあっていれば、アドリブでソロ演奏する際にも音程を外すことがなく、簡単に違和感のない演奏が可能となる。また、音程を選ぶ操作が通常の楽器と比べて正確な位置制御が必要なため、距離・音階変換手段２にて、楽曲のキーを合わせてスケール演奏ができるようにおくと、アボイドノートなどを取り除き、ソロなどが非常に演奏しやすくなる。この場合はあらかじめバックで演奏する曲がある場合はキーやスケールを合わせた形で音階変換を行うとよい。例えば、図２の例１において、音階が「レ」と書かれた部分では「ド」に変換し、「ファ」と書かれた部分は「ミ」に変換し、「ラ」と書かれた部分は「ソ」に変換することで、ドミソの三和音のみで演奏を行うことが出来る。同様にブルーノートスケールなどに設定してジャズのような雰囲気で演奏することも出来る。

また、手の位置を身体で覚えるためには熟練が必要なため、手の位置の目安として演奏すべき音階の位置に、子供などが演奏する際の目印になるように複数の旗を置き、きちんと正確な音階になったときに、別途設けたＬＥＤや音声などで知らせることで、その音階がこの位置で演奏されるという正確な位置に旗を置くことができる。この目印は旗でなくても、音符の形の「おはじき」のようなものを大きな五線譜の上に置いてもよい。この場合、距離方向の手の位置だけでなく五線譜上のどの高さに相当するかといったように、距離の方向とは垂直になる方向で、音の高さについて、音楽的な内容として学習することができるとともに、五線譜を読める人であれば、直感的に手の位置と音の高さを把握しやすくなる。
この際、距離・音階変換手段２の処理をオフにして同一音階保持範囲領域を持たせずに、「テルミン」と同じように音階をリニアに変化させてもよい。この場合も、目印として置いた旗を目安に演奏を行うことで、比較的簡単にメロディを弾くことができる。

なお、図１、図２、あるいは図３では音階のみの制御を示しているが、別途に新たに音量などを制御するための距離センサを持たせることにより、音量やその他のコントロールパラメータを同時に制御しても構わない。

図４は音色を切り替える場合の電子楽器を示すブロック図である。距離・音階変換手段２から音源２３までに伝達する信号は音源の発音を制御する制御信号となるが、ここにＭＩＤＩを用いてもよい。ＭＩＤＩを用いることで、距離測定センサ１並びに距離・音階変換手段２の部分を音源２３と切り離し、さまざまな音源２３と接続することもできる。この場合、距離・音階変換手段２の出力は主にＭＩＤＩのノートオンメッセージやノートオフメッセージなどで構成すればよい。音色切り替えとは、本体から手などの距離に応じて演奏を行う際に、音源２３が発音する音がピアノやオルガンなどの音色に切り替わる機能を言う。音色切り替えの方法は、本体の音階出力モード／音色選択モード切り替えスイッチ５ｂなどの操作で行う。また、本体に発音のオンオフを行うスイッチを設けることで、音が常に鳴りっぱなしになってしまうことを防ぐことができる。これは、演奏する上で音階の移動時に、常にグリッサンドを行うような演奏表現になってしまうため、ミュートあるいは音量を小さくする機能を持たせることは非常に重要である。オンの状態である間は音源は音の発音を続け、オフの時には発音を止める。また、オンオフの切り替えしかないのではなく、音量を段階的に操作するようなボリュームのようなもので構成しても構わない。
音色切り替えの際、本体のオンが続いている状態で音色が切り替わったときにはその音階を維持しつつ連続的に音色が変わってもいいし、あるいはいったんオフになるまでその音色による発音を保持し、次のオン発音制御まで待ってから音色を切り替えてもいい。

また、演奏する際に、例えば「ド」から「ミ」に移行するといったように音階が離れている場合、正確に狙った音階にならずにその前後の音が出てしまう場合がある。その場合に、狙った音階に対して、例えば半音高くなってしまった場合には速やかに音階を半音下げるといった演奏が必要となる。その際に、距離・音階変換手段２によると、出力される音階は半音単位での段階的な音階であるため、音階を修正したことが如実にわかってしまう。例えば、「ド」から「ミ」に移らなければならないところを、「ド」「ファ」と演奏してしまい、あわてて「ミ」にしようとすると、「ド」「ファ」「ミ」という演奏になる。これを回避する手段として、このような場合に「ファ」から「ミ」に移行する際は音階がなめらかに変化するよう、ポルタメントのような変化を与えてもよい。この切り替えについては、本体に新たなスイッチを設けてもいいし、発音ボタンがオン（ＭＩＤＩで言えばノートオン）の間にこのような音階の変化が、ある一定時間以下であれば、これは音階の修正と見なし、自動的になめらかに音階が変化するように切り替えるような仕組みがあると、もっと聞きやすい演奏が可能となる。

また、視覚的に音階を表す方法として、本体にＬＥＤを光らせる方法（図３のＬＥＤ／ＳＷ５ａ）もあるが、その場合の構成図を図５（ＬＥＤ表示手段５ａ’）に示す。図５は、発生音階を表示する場合の電子楽器を示すブロック図である。この場合、２つのケースがある。すなわち、
１）距離・音階変換手段２により、音階が半音単位で段階的に変化する場合
２）従来の「テルミン」と同様、音階が無段階で変化する（リニアに変化する）場合
である。

１）の場合
距離・音階変換手段２によりクォンタイズをかけた際、今自分が出している音階がどの音階なのか分からなくなるときがある。その際に実際の手の位置がどの音階に相当するかを、ＬＥＤ表示を行うことで今の音階を知ることができる。その様子を図６に示す。この際に、実際に音が出ているかどうかは図５の発音オンオフボタンによって決まるため、あらかじめ自分が出したい音階のＬＥＤが表示する所まで手を動かし、それから発音オンオフボタンで音をオンにして音を出すことで、手の位置を間違えて変な音階を出してしまうことを防ぐことができる。これにより、従来の「テルミン」のように手の位置を身体で覚え込む必要はなく、しかも周りの物体や演奏者の身体の震えや手のぶれなどに関係なく、誰にでも簡単でかつ確実に音階を出して演奏することができる。

図６（１）では「ソ」の部分が光っている。このときに発音オンオフボタンはオンであった場合、実際に「ソ」の音がスピーカより出ている。この次に「ミ」の音階を出したいときは一度、発音オンオフボタンをオフにし、手を「ミ」の位置に動かして、「ミ」のＬＥＤが光ったことを確認してから（図６（２）参照）、発音オンオフボタンをオンにすることで確実に演奏を行うことができる

２）の場合
１）の場合とは異なり、音階も不安定になるため、自分の手の位置を正確に音階が出る位置に制止させる必要がある。そのため、少しでも手がぶれた場合に補正する方向を頻繁に表示させる必要がある。図７に表示の様子を示す。図７（１）は、ソの音階を演奏しているときに、ソの音階に近いところで音階が低い方向（フラット方向）に外れた場合、ファのＬＥＤが点滅し、ファの方向に音階がずれてしまっていることを表している。この
場合、ファの点滅が消えるところまで音階が上がる方向に手を動かすことで正確な音階に戻すことができる。次に、音階が高い方向（シャープ方向）に外れた場合は図７（２）に示す。また、ＬＥＤ表示は点滅でなくてもいいし、２つ同時に光らせなくても色で分かるようにしてもいいし、特に点灯の方法に関してはこれに限るものではない。また、机に旗などを置くことで、大体の手の位置を目印にすることもできる。この場合、例えば「ソ」と書いた旗を置く場合は上述のようにして、「ソ」のＬＥＤのみが光るような位置を探し、そこに旗を置くことで、机の上の旗の位置を目安に演奏をすることもできるようになる。

このようにして、小さな子供でも、また相対音感、絶対音感のない者でも気軽に正確に演奏することができるとともに、キャラクタの声やさまざまな楽器の音など、従来の「テルミン」とは異なり、いろいろな音色を楽しんだりすることができる。さらに、手だけでなくても距離を測定することができるため、身体全体を使って音楽を表現したり、足を使ったり、あるいは楽器本体を動かすことで、壁を使った演奏などもできる。ペットや友達の顔の動きを使って演奏することもできてしまうので、コミュニケーション手段として使うこともできる。

本発明に係る電子装置の一実施の形態として電子楽器を示すブロック図である。図１の距離・音階変換手段を詳しく示すブロック図である。図１の電子楽器の変形例を示すブロック図である。音色を切り替える場合の電子楽器を示すブロック図である。発生音階を表示する場合の電子楽器を示すブロック図である。図５のＬＥＤ表示手段の表示例を示す説明図である。図５のＬＥＤ表示手段の他の表示例を示す説明図である。

符号の説明

１距離測定センサ
２距離・音階変換手段
３発音手段
４電気音響変換器
５操作パネル
５ａ音階表示及び音色選択スイッチ（ＬＥＤ／ＳＷ）
５ａ’ ＬＥＤ表示手段
５ｂ音階出力モード／音色選択モード切り替えスイッチ（ＳＷ）
２１Ａ／Ｄ変換器
２２距離音階変換テーブル
２３音源

Claims

測定対象との距離を測定する距離測定手段と、
前記距離測定手段により測定された距離を所定の距離範囲ごとに段階化する手段と、
前記段階化された距離範囲ごとに異なる音階の音を発生する音源とを、
備えた電子装置。
前記音源は、発生音の音量を制御する機能を持つことを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
音階ごとにそれぞれ点灯する複数の表示素子を備え、前記複数の表示素子のうち、前記段階化された距離範囲に対応して表示素子を点灯するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子装置。