JP2008299082A - 響板付き電子鍵盤楽器 - Google Patents

Abstract

【課題】響板付き電子鍵盤楽器において、自然鍵盤楽器のものにより良く模擬されたストリングレゾナンスを発生できるようにする。
【解決手段】音源装置２１は、押鍵の操作に対応した直接音の楽音信号と、該直接音に関連するストリングレゾナンスの楽音信号とを発生する。直接音の楽音信号はＤＳＰ２５を通り、ＤＡＣ２６でアナログ信号に変換された後、ハイパスフィルタ２７１、２７２、並びにアンプ２８１、２８２をそれぞれ通って中高音用スピーカ７〜１０と高音用スピーカ１１、１２とに入力される。直接音の楽音信号はＤＳＰ２５で音源装置２１から入力されるストリングレゾナンスの楽音信号と合成されてＤＡＣ２６でアナログ信号に変換され、ローパスフィルタ２７３およびアンプ２８３を介して加振器６に入力される。加振器６は響板３に固定されており、加振器６の振動によって響板３はストリングレゾナンスを含む楽音を発生させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、響板付き電子鍵盤楽器に関し、特に、響板の振動によって自然楽器のストリングレゾナンスを模擬させることができる響板付き電子鍵盤楽器に関する。

電子鍵盤楽器では、押鍵状態をスイッチで検出し、その検出結果を演算処理して楽音信号を生成し、スピーカによって発音させるものが一般的である。しかし、スピーカによる発音のみでは自然楽器の楽音をよりよく模擬できないということから響板を有する電子楽器が考えられていた。例えば、特開昭５３−６９６２４号公報には、従来のピアノにおける響板の弦受駒に沿った位置に複数の加振器を取り付けた電動ピアノが提案されている。

また、特開平８−０８３０６７号公報には、自然楽器のストリングレゾナンスを模擬できる電子楽器が開示されている。ストリングレゾナンスはアコースティックピアノにおいて、押鍵に応答してハンマが弦を打った時に、他の弦のうち共振関係にある弦が共振して発生される共鳴音をいう。例えば、ダンパペダルを踏んだ状態で押鍵したときにストリングレゾナンスは顕著に現れる。
特開昭５３−６９６２４号公報 特開平８−０８３０６７号公報

響板を有する電子楽器では、響板とは別個に、例えば中高音および高音発生用のスピーカが設けられることがある。このような響板とスピーカとを有する電子楽器において、楽音にストリングレゾナンスを付与する場合、次のような不具合がある。すなわち、スピーカは、電子楽器の予め設定された位置に限られた個数が配置される。したがって、このように定位置のスピーカからストリングレゾナンスを発生させた場合、ストリングレゾナンスの発生位置がスピーカ設置位置近傍の狭い位置に限定される。しかし、アコースティックピアノにおけるストリングレゾナンスは、音域全体つまりピアノの幅方向全体を含む広い領域で弦が共振して起こる現象であるので、位置が限定されているスピーカからストリングレゾナンスを発生させるとアコースティックピアノの自然な発音とは異なる感じになる。

そこで、電子鍵盤楽器において、アコースティックピアノのストリングレゾナンスをより良く模擬できる響板付き電子鍵盤楽器が要望される。

本発明は、上記課題に鑑み、響板とスピーカのうち響板から発生される楽音にのみストリングレゾナンスを含ませることができる響板付き電子鍵盤楽器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、鍵盤の操作に対応した直接音の楽音信号および該直接音の楽音信号に関連するストリングレゾナンスの楽音信号を発生させる音源装置と、該音源装置から出力される楽音信号で駆動されるサウンドシステムとしてのスピーカおよび響板用の加振器とを有する電子鍵盤楽器において、前記直接音の楽音信号を前記スピーカおよび前記加振器に入力する回路と、前記ストリングレゾナンスの楽音信号を前記加振器のみに入力する回路とを具備している点に第１の特徴がある。

また、本発明は、前記響板および加振器が低音発生用であり、前記スピーカが中高音および高音の発生用である点に第２の特徴がある。

さらに、本発明は、前記響板が該響板の縁に取り付けられた響板フレームを介してアップライト型電子鍵盤楽器本体の後面に取り付けられている点に第３の特徴がある。

第１の特徴を有する本発明によれば、音源装置で発生される楽音信号によって響板用の加振器およびスピーカが駆動され、スピーカによって楽音が発生させられるとともに、加振器で響板が振動されて楽音信号に応じた楽音が発生される。音源装置はストリングレゾナンスの楽音信号をも発生することができ、このストリングレゾナンスの楽音信号はスピーカおよび響板用の加振器にのみ入力される。したがって、設置個所が局所的に限定されたスピーカから発生される狭い範囲でのストリングレゾナンスとは違い、面積が比較的大きい響板から広範囲に広がるストリングレゾナンスを発生させることができ、より良くアコースティックピアノのストリングレゾナンスを模擬することができる。

第２の特徴を有する本発明によれば、響板により発生される楽音とは別に、響板で発音しにくい高音域や中音域の楽音をスピーカから発生させて幅広い周波数帯域の楽音を発生させることができる。

第３の特徴を有する本発明によれば、フレームを介して電子鍵盤楽器本体に響板を取り付ける構造においては響板の面積を大きくできるので、この響板をストリングレゾナンスの楽音信号によって振動させることで効果的にアコースティックピアノのストリングレゾナンスを模擬することができる。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電子鍵盤楽器である電子ピアノの後面図、図２は同右側面図である。図１、図２において、アップライト型の電子ピアノ１は、本体２と本体２の後面に取り付けられた響板３とを有する。響板３は横長長方形の木製板であり、４辺が響板フレーム４に接合されている。響板３には複数本（この例では５本）の響棒５が取り付けられている。響棒５は振動を瞬時に響板３全体に伝達する機能と、響板３に所望の強度を与える機能とを有する。響板３の裏面つまり電子ピアノ１の内側に面する面には、加振器６が固定される。加振器６は、例えば、磁気空隙にボイスコイルを配置したボイスコイル型式のものや圧電素子を用いた型式のものが好適である。加振器６は響板３の中央部から横方向および上下方向に偏った位置に設けられる。響板３の中央部に加振器６を固定すると、音域の一部分（中央部）で他の部分よりも極端に大きい音を発生することがあり、楽音の均一さに欠けるからであり、響板３の角に偏り過ぎると、響板３に大きい振幅を与えることができずに所望の音圧を得られないからである。

加振器６によって振動される響板３は低音域の楽音発生に適したように加振器６の仕様は設定される。また、電子ピアノ１の上部には、左右二対の中高音スピーカ７、８、９、１０と、左右一対の高音用スピーカ１１、１２とが設けられる。中高音スピーカ７、８、９、１０は電子ピアノ１の後部で、上方に指向させて配置される。グランドピアノにおいて、上方に向けて楽音が発音される状態を再現するためである。中高音スピーカ７、８、９、１０は、例えば７ｃｍのフルレンジスピーカである。また、高音用スピーカ１１、１２は、例えば２ｃｍドームツイータであり、電子ピアノ１の前方つまり演奏者側に指向して配置される。

図３は、響板およびスピーカで発音される楽音の周波数帯域の例を示す図である。同図に示すように、加振器６を固定した響板３では、５０Ｈｚ以上１８０Ｈｚ未満の周波数帯域をカバーし、中高音用スピーカ７、８、９、１０では１８０Ｈｚ以上６ｋＨｚ未満をカバーする。そして、高音用スピーカ１０、１１では６ｋＨｚ以上１５ｋＨｚ未満の周波数帯域をカバーする。なお、低音用の加振器６、中高音スピーカ７、８、９、１０並びに高音用スピーカ１１、１２によって発音される楽音の、「低音」、「中高音」、「高音」の意味は相対的なものであり、加振器６で発生される楽音の周波数帯域よりも中高音スピーカ７、８、９、１０で発生される楽音の周波数帯域が相対的に高く、中高音スピーカ７、８、１９、１０で発生される楽音の周波数帯域よりも高音用スピーカ１１、１２によって発音される楽音の周波数帯域が相対的に高いという意味である。

図４は、電子ピアノ１のシステム構成図である。電子ピアノ１は、ＣＰＵ１３、プログラムメモリ１４、楽音波形メモリ１５、ＲＡＭ１６、パネルインタフェース回路１７、鍵盤インタフェース回路１８、自動演奏データメモリ１９、ペダルインタフェース回路２０、および音源装置２１を有している。

パネルインタフェース回路１７には操作パネル表示装置２２が、鍵盤インタフェース回路１８には鍵盤２３が、ペダルインタフェース回路２０にはダンパペダル２４がそれぞれ接続される。また、音源装置２１には、デジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）２５、デジタル・アナログ・コンバータ（ＤＡＣ）２６、フィルタ２７、およびアンプ２８が直列に接続される。アンプ２８の出力はサウンドシステム２９に接続される。サウンドシステム２９は加振器６で振動される響板３と、中高音スピーカ７、８、９、１０並びに高音用スピーカ１１、１２とからなる。

プログラムメモリ１４にはＣＰＵ１３で処理されるプログラムが格納され、楽音波形メモリ１５には楽音波形データが格納され、自動演奏データメモリ１９には自動演奏データが格納される。なお、楽音波形メモリ１５には、通常のピアノ音の波形データと、ストリングレゾナンスの波形データとが記憶されている。これらのメモリ１４、１５、１９はＲＯＭによって構成できる。ＲＡＭ１６はＣＰＵ１３がプログラムを実行する際の各種データを一時記憶するワークエリアや、操作パネル表示装置２２の操作によって設定される音色や効果、並びにレジストレーションの記憶エリアとして使用される。

操作パネル表示装置２２はタッチパネルやレジストレーションスイッチ等各種スイッチおよびボリューム、ならびにＬＥＤなどの表示灯からなり、例えば、鍵盤２３に隣接して設けられるコントロールパネル上に配置される。

図５は、図４の要部詳細図である。図５において、音源装置２１、ＤＳＰ２５、およびＤＡＣ２６はそれぞれ左チャネルＬｃｈおよび右チャンネルＲｃｈを備えている。音源装置２１は、通常のピアノ音の楽音波形データに基づいて通常楽音信号を左のチャンネルＬｃｈおよび右のチャンネルＲｃｈに出力する機能を有するとともに、ストリングレゾナンスの波形データに基づいてストリングレゾナンスを響板専用チャンネルＳＢｃｈに出力する機能を有する。さらに、ＤＳＰ２５およびＤＡＣ２６も、左右のチャンネルＬｃｈおよびＲｃｈと響板専用チャネルＳＢｃｈとを有している。

ＤＳＰ２５は左のチャンネルＬｃｈおよび右のチャンネルＲｃｈの楽音信号を響板専用チャンネルＳＢｃｈに入力し、音源装置２１から入力されるストリングレゾナンスの楽音信号と合成してＤＡＣ２６の響板専用チャンネルＳＢｃｈに入力する。

ＤＡＣ２６の左チャンネルＬｃｈの出力側はハイパスフィルタ２７１およびアンプ２８１を介して左の高音用スピーカ１１および中高音用スピーカ７、８に接続され、ＤＡＣ２６の右チャンネルＲｃｈの出力側はハイパスフィルタ２７２およびアンプ２８２を介して右の高音用スピーカ１２および中高音用スピーカ９、１０に接続される。そして、ＤＡＣ２６の響板専用チャンネルＳＢｃｈはローパスフィルタ２７３およびアンプ２８３を介して加振器６に接続される。

したがって、ＤＡＣ２６の響板専用チャンネルＳＢｃｈには通常のピアノ音にストリングレゾナンスが重畳された楽音信号が入力されるが、左のチャンネルＬｃｈ、および右のチャンネルＲｃｈにはストリングレゾナンスの楽音信号は重畳されない。

図６は、ストリングレゾナンスが重畳された楽音信号を発生させるための機能を示すブロック図である。楽音波形メモリ１５は、押鍵に対応する弦の振動波形データを格納した第１波形データ格納部１５１とストリングレゾナンスの波形データを格納する第２波形データ格納部１５２とを備える。なお、本願明細書では、押鍵に対応する弦の振動によって発生される音を「直接音」と呼ぶ。ＣＰＵ１３は、鍵盤２３から入力されるキーオン・キーオフ情報およびダンパペダル２４に基づいて波形読み出し部３０を付勢し、第１波形データ格納部１５１および第２波形データ格納部１５２のいずれかまたは双方から波形データを読み出す。本実施形態では、押鍵に応答して第１波形データ格納部１５１から直接音の波形データを読み出すとともに、ダンパペダル２４がオンになっている間に押鍵されたときに第２波形データ格納部１５２からストリングレゾナンスの波形データを読み出す。

エンベロープ・ジェネレータ３１および３２は押鍵の状態、つまり押鍵強さに応じたエンベロープデータを発生し、乗算部３３、３４に入力する。乗算部３３は第１波形データ格納部１５１から読み出された直接音の波形データにエンベロープデータを乗算して加算部３５に入力する。乗算部３４は第２波形データ格納部１５２から読み出したストリングレゾナンスの波形データにエンベロープデータを乗算して加算部３６に入力する。加算部３６は乗算部３３、３４から入力された直接音およびストリングレゾナンスの波形データを加算してＤＡＣ２６の響板専用チャンネルＳＢｃｈに入力する。すなわち、直接音の楽音信号とストリングレゾナンスの楽音信号が重畳されてＤＡＣ２６に入力される。

エンベロープ・ジェネレータ３１および３２は音源装置２１の機能であり、乗算部３３、３４および加算部３６はＤＳＰ２５の機能として実現できる。

図７は、中高音スピーカ９、１０および響板３に入力される楽音信号の一例を示す模式図である。図７（ａ）は、中高音スピーカ９、１０および高音用スピーカ１１、１２に入力されるストリングレゾナンスが含まれない楽音信号の図であり、「Ｃ４」の楽音信号に関するものである。図７（ｂ）は、加振器６に入力されるストリングレゾナンスを含む楽音信号の図である。図７（ａ）と図７（ｂ）において、横軸には周波数、縦軸には時間をとってある。時間軸は上から下に向かって進んでいる。これらの図において、楽音信号の発生開始時は各周波数において楽音信号は高い音圧を有している。特に「Ｃ４」に対応する５００Ｈｚの信号と隣接する高周波数側の信号は発音当初、極めて高い音圧を示す（図中の符号ＨｄＢ）。発音からの時間経過に従って、各周波数の楽音信号の音圧が低下して、次第に減衰している。ストリングレゾナンスを含まない楽音信号は図７（ａ）に示すように、短時間ですべての周波数において楽音信号は減衰している。ストリングレゾナンスを含んでいる楽音信号は、Ｃ４（５００Ｈｚ）の信号と隣接する高周波数側の楽音信号が長く持続してストリングレゾナンスが重畳されていることが分かる。

なお、ストリングレゾナンスが重畳された楽音の発生機構は、図６に示したものに限定されない。例えば、第２波形データ格納部１５２にはストリングレゾナンスの波形データを格納するのではなく直接音とストリングレゾナンスとを予め合成した波形データを格納しておき、ダンパペダル２４の操作状態に応じて第１波形データ格納部１５１と第２波形データ格納部１５２のいずれかを適宜切り替えて使用することができる。

上記構成において、ＣＰＵ１３は前記プログラムならびに鍵盤２３から入力されたキー情報および操作パネル表示装置２２から入力された音色、テンポ、リズム等に基づいて楽音発生部としての音源装置２１を制御し、楽音波形メモリ１５から読み出した波形データに基づいて楽音信号を発生させる。自動演奏モードでは、鍵盤２３から入力されるキー情報に代えて、自動演奏データメモリ１９に格納された自動演奏データが使用される。

音源装置２１で発生された楽音信号はＤＳＰ２５に入力される。ＤＳＰ２５は音源装置２１から入力された楽音信号に周知の効果を付与してＤＡＣ２６の左チャンネルＬｃｈおよび右チャンネルＲｃｈに入力する。また、音源装置２１から入力される左チャンネルＬｃｈおよび右チャンネルＲｃｈの楽音信号をストリングレゾナンスの楽音信号とミキシングしてＤＡＣ２６の響板専用チャンネルＳＢｃｈに入力する。

ＤＳＰ２５から出力される各楽音信号は、ＤＡＣ２６でアナログ信号に変換される。ＤＡＣ２６の出力信号のうち、左チャンネルＬｃｈの出力はハイパスフィルタ２７１に入力され、右チャンネルＲｃｈの出力はハイパスフィルタ２７２に入力される。そして、響板専用チャンネルＳＢｃｈの出力はローパスフィルタ２７３に入力される。ハイパスフィルタ２７１、２７２は、入力された楽音信号の中高音成分を抽出し、ローパスフィルタ２７３は、入力された低音成分を抽出する。

ハイパスフィルタ２７１の出力信号はアンプ２８１で増幅されて左の高音用スピーカ１１並びに中高音用スピーカ７、８に入力される。ハイパスフィルタ２７２の出力信号はアンプ２８２で増幅されて右の高音用スピーカ１２並びに中高音用スピーカ９、１０に入力される。ローパスフィルタ２７３の出力信号はアンプ２８３で増幅されて低音発生のため加振器６に入力される。

こうして、楽音信号によって４つのスピーカ７、８、９、１０並びに２つの高音用スピーカ１１、１２から楽音が発生されるとともに、楽音信号によって加振器６が駆動され、加振器６で発生した振動が響板３に伝搬されて低音域の楽音が発生される。

上述のように、比較的大きい面積を有する響板３から発生される直接音にのみストリングレゾナンスを重畳させることができるので、アコースティックピアノにおいて発生されるストリングレゾナンスをより良く模擬することができる電子ピアノを提供することができる。

本実施形態は、本発明の最良の形態に関するものであり、特許請求の範囲に記載した範囲を逸脱することなく種々変形は可能である。例えば、低音域の楽音を発生させるための加振器は一つに限らず、複数の加振器で単一の響板を振動させるようにしてもよい。また、響板の形状は長方形に限らず、グランドピアノの響板の形状を模擬したものであってもよい。また、高音用スピーカや中高音スピーカの形状、数量、および配置は実施形態に限定されず、種々選択できる。

本発明の一実施形態に係る電子ピアノの後面図である。 本発明の一実施形態に係る電子ピアノの側面図である。 スピーカおよび響板で発生される楽音がそれぞれカバーする周波数帯域を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電子ピアノのシステム構成を示すブロック図である。 システム構成の要部詳細図である。 ストリングレゾナンスが重畳された楽音信号を発生させるための機能ブロック図である。 ストリングレゾナンスを含む楽音信号とストリングレゾナンスを含まない楽音信号の減衰時間の違いを示す模式図である。

符号の説明

１…電子ピアノ、 ３…響板、 ４…響板フレーム、 ５…響棒、 ６…加振器、 ７〜１０…中高音用スピーカ、 １１、１２…高音用スピーカ、 １５…楽音波形メモリ、 ２１…音源装置、 ２５…ＤＳＰ

Claims (3)

1. 鍵盤の操作に対応した直接音の楽音信号および該直接音の楽音信号に関連するストリングレゾナンスの楽音信号を発生させる音源装置と、該音源装置から出力される楽音信号で駆動されるサウンドシステムとしてのスピーカおよび響板用の加振器とを有する電子鍵盤楽器において、
   前記直接音の楽音信号を前記スピーカおよび前記加振器に入力する回路と、前記ストリングレゾナンスの楽音信号を前記加振器のみに入力する回路とを具備していることを特徴とする響板付き電子鍵盤楽器。
2. 前記響板および加振器が低音発生用であり、前記スピーカが中高音および高音の発生用であることを特徴とする請求項１記載の響板付き電子鍵盤楽器。
3. 前記響板が該響板の縁に取り付けられた響板フレームを介してアップライト型電子鍵盤楽器本体の後面に取り付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の響板付き電子鍵盤楽器。

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