JP2009251477A - 電子ドラム - Google Patents

Abstract

【課題】レイテンシが無い等の共振系信号処理による利点を生かしつつその欠点であるリアルな楽音信号の放音ができない等を克服することを可能とする電子ドラムを提供する。
【解決手段】衝撃波信号が生成供給されると、共振系信号処理部２０によって共振系信号が生成されると共に、ＰＣＭ系信号処理部３０によってＰＣＭ系信号も再生出力され、この両者は夫々ゲイン６０、６２によって増幅され、両増幅信号はミキサー６５によって混合され、この混合信号はデジタルアナログ変換され、スピーカー５０から電子ドラム音として放音される。メモリ７０には予め実際の電子ドラムの残響音をＰＣＭ方式で録音した信号が記録されており、ＰＣＭ系信号処理部３０は、所定時にメモリ７０から録音信号を読み出して再生出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、打撃面に対する打撃による打撃面の振動を振動ピックアップによって衝撃波信号として検出されると、この検出された衝撃波信号を入力し、予め設定した共振周波数と所定の関係にある周波数の衝撃波信号を出力する共振系信号処理手段を有する電子ドラムの改良に関する。

図５は従来から提案されている電子ドラムの構成を示している模式的な構成図である（例えば、特許文献１参照）。ドラム本体側の上面に張り付けられた打撃面１（ドラムヘッド）には振動ピックアップ２が設けられている。そして、演奏者が不図示の「スティック」及び「手」等で打撃面１を打撃すると打撃面１が振動するが、振動ピックアップ２はこれを衝撃波信号として検出して出力する。図６は衝撃波信号（Ｓｕ）の一例である。衝撃波信号（Ｓｕ）はＡ／Ｄ変換器１０によってアナログデジタル変換され共振部３０に入力される。共振部３０は、共振周波数に合致した周波数の信号及びこの共振周波数の倍音信号を出力する。すると、Ｄ／Ａ変換器４０が共振部３０からの信号をデジタルアナログ変換し、これをスピーカー５０が放音することによって電子ドラムの楽音信号の放音動作が行われる。

特開平７−２９５５６１号公報（第２−５頁、第１２図）

このような電子ドラムは、打撃面に対する打撃に応答して即座に放音することができレインテンシ（遅延）が全く無いことや微妙な演奏ニュアンスを表現できる（アタックの違いが特に印象に残る）という利点を有するものの、その反面、電子ドラムの放音がデジタル的になりリアルさに欠け、更に振動ピックアップ１で検出する音の影響を受けすぎてしまう（特に後述するシエルの残響音に多大な影響を与えてしまう）といった問題が存在していた。

そこで、本発明は、かかる従来の課題を解決するためになされたもので、共振系信号処理による利点を生かしつつその欠点を克服する電子ドラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明者等は、実際のドラム残響音をＰＣＭ録音しておき、これを再生して共振系信号と混合することを見出した。ＰＣＭ録音では、レイテンシが必ず発生し、打撃面の打撃位置等による音色の微妙な違いを表現できないといった欠点がある反面、本物の打楽器の打面を打撃したようなリアル楽音信号を放音可能で、且つ、常に安定した楽音信号を得ることができるという利点を有する。したがって、ＰＣＭ録音しておきこれを再生して共振系信号と混合することによって、一方の欠点を他方の利点で補うことによって、共振系信号処理による利点を生かしつつその欠点を克服することが可能になる。

つまり、本発明は、打撃面に対する打撃による打撃面の振動を振動ピックアップによって衝撃波信号として検出されると、この検出された衝撃波信号を入力し、予め設定した共振周波数と所定の関係にある周波数の衝撃波信号を出力する共振系信号処理手段と、
現実の打楽器音をＰＣＭ方式で記録したメモリと、
前記衝撃波信号を受信して、前記メモリから録音信号を読み出して、再生出力するＰＣＭ系信号処理手段と、を備え、
前記共振系信号処理手段からの出力信号と、前記ＰＣＭ系信号処理手段の出力信号とを混合して放音するように構成したことを特徴とするようにした。

より具体的には、前記ＰＣＭ系信号処理手段は、前記衝撃波信号のエンベロープ信号を求めるエンベロープ生成手段と、生成されたエンベロープ信号が或る閾値を超えたか否かを判定する閾値超え判定手段と、この閾値超え判定手段において前記或る閾値を超えたものが存在すると判定した場合にそのピークを検出したか否かを判定するピーク検出判定手段と、を含み、このピーク検出判定手段がピークを検出したことに応答して前記メモリから録音信号を読み出して、再生出力する構成とする。更に、前記メモリには、前記衝撃波信号のピークの大きさに応じて複数種類のＰＣＭ方式での残響音が記録され、前記ＰＣＭ系信号処理手段は、更に、前記ピーク検出判定手段が判定したピークの大きさに応じて、メモリから対応する録音信号を読み出して、再生出力する多段階再生出力手段を備えれば、一層リアルな電子ドラムの楽音信号の放音が可能となる。更に、前記メモリに記録されるＰＣＭ方式の打楽器音の波形データを、前記衝撃波信号の発生開始からこの衝撃波信号のピーク検出までに要する時間（ｔａ）の部分が存在しない打楽器音データをその再生時に単調に増加するようにされた波形データとして、ＰＣＭ再生時のクリックノイズ防止等を実現できる。より具体的には、前記メモリに記録されるＰＣＭ方式の打楽器音の波形データを、打楽器音の現実の打音の出力先頭から録音したＰＣＭ波形データにおいて衝撃波信号のピーク検出までに要する時間（ｔａ）の部分を取り除いた波形に、「０」から始まる単調増加関数を乗算して得られる波形データとすれば良い。

本発明によれば、レイテンシが無い等の共振系信号処理による利点を生かしつつその欠点である、リアルな楽音信号の放音ができない等を克服することを可能とする電子ドラムを提供することができるようになるという効果が得られる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しつつ説明する。

図７は本発明の実施形態である電子ドラムのドラム本体側の外観の模式的正面図である。また、図８はその平面図である。図７、図８に示すように、外観視筒状体のシェル２００の上面である開放面には、打撃面１（ドラムヘッド）がシエル２００に張設されている。また、シエル２００の外周面には、その縦方向において適宜の間隔を設けてラグ３００が配置されている。更に、テンションボルト１００の支持部を連接しているリム４００が、打撃面１の外縁部を押さえ付けるようにして、テンションボルト１００がラグ３００にねじ込まれて締結され所定の張設力で打撃面１が張設されている。そして、図７、図８では図示はしないが、打撃面１の打撃による振動信号を検出し、衝撃波信号（Ｓｕ）として出力する振動ピックアップが打撃面１（ドラムヘッド）の裏面又は表面の適宜の位置に設けられている。

図１は本発明の好適な実施形態である電子ドラムの信号処理系の構成図である。この信号処理系は、衝撃波信号（Ｓｕ）をアナログデジタル変換するＡ／Ｄ変換器１０と、このデジタル出力信号を入力する共振系信号処理部２０と、このデジタル出力信号を入力するＰＣＭ系信号処理部３０と、共振系信号処理部２０からの出力信号を増幅するゲイン６０と、ＰＣＭ系信号処理部３０からの出力信号を増幅するゲイン６２と、両ゲイン６０、６２からの信号を混合するミキサー６５と、混合されたミキシング信号をデジタルアナログ変換するＤ／Ａ変換器４０と、このアナログ変換された信号を電子ドラム音として放音するスピーカー５０とを備えている。また、メモリ７０には予め実際の打楽器音等をＰＣＭ方式で録音した信号（例えば、一例として電子ドラム残響音が挙げられる）が記録されており、ＰＣＭ系信号処理部３０は、所定時にメモリ７０から録音信号を読み出して再生出力するように構成されている。更に、ゲイン６０、６２は、不図示の操作子でゲイン量を個別に調整可能になっている。

（動作）
次に動作を説明する。今、打撃面１が不図示のドラムスティック又は手等により打撃され振動ピックアップ２が衝撃波信号（Ｓｕ）を検出した場合、この衝撃波信号（Ｓｕ）はＡ／Ｄ変換器１０でアナログデジタル変換されて、両信号処理部２０、３０に供給される。共振系信号処理部２０は、衝撃波信号（Ｓｕ）に対するノイズ除去処理を行い、例えば共振周波数に合致した周波数の信号及びこの共振周波数の倍音信号を出力する。すると、これがゲイン６０によって増幅されてミキサー６５に入力される。ＰＣＭ信号処理部３０からの信号もミキサー６５に入力されると、両者は混合されこの混合信号がＤ／Ａ変換器４０でデジタルアナログ変換され、電子ドラムの楽音信号がスピーカー５０から放音されることになる。

次に図２を参照して、ＰＣＭ系信号処理部３０が衝撃波信号（Ｓｕ）を受信してから出力するまでの動作を説明する。先ず、ステップＳ２００において、衝撃波信号のエンベロープ信号を生成する。次に、ステップＳ２１０において、生成されたエンベロープ信号が予め設定した或る閾値（ｔｈ）を超えたか否かを判定する。或る閾値を超えたものが存在すると判定した場合にのみ（ステップＳ２１０のＹｅｓ）、ステップＳ２２０に移行して、そのピークを検出したか否かを判定する一方、これ以外の場合（ステップＳ２１０のＮｏ）には処理を終える。

ステップＳ２２０において、ピークを検出した場合（ステップＳ２２０のＹｅｓ）にはステップＳ２３０に移行し、これ以外の場合（ステップＳ２２０のＮｏ）には処理を終える。そして、ステップＳ２３０では、ＰＣＭトリガを生成し、ＰＣＭ信号の再生機能を起動させる。これに応じて、メモリ７０の記録信号を再生してゲイン６２へ出力され、ゲイン６２はＰＣＭ信号を増幅しミキサー６５に供給する。以上のように、十分な時間を取ってより正確なアタックレベルを検出した後に、ＰＣＭ方式で録音された残響音を再生出力することができる。

図４は以上の処理の流れを模式的に説明した図面である。符号Ａに示すように衝撃波信号（Ｓｕ）が生成供給されると、符号Ｂで示すように共振系信号が生成されると共に、符号Ｃで示すようにＰＣＭ系信号も生成され、この両者は符号Ｄに示すように混合され、これが電子ドラムの楽音信号として放音されることになる。なお、符号Ｃにて示す信号波形において、ＰＣＭ方式で録音したシエル等の残響信号は、ＰＣＭトリガが生成されてから所定時間Ｔの無音状態が経過した後に音信号が出現するようになっている。

以上のように、本発明の電子ドラムは、レイテンシが無い等の共振系信号処理による利点を生かしつつその欠点である、演算量、計算精度等の制限がある場合にリアルな楽音信号の放音ができない等を克服することを可能とする。

（他の実施形態）
図３はメモリ７０に格納されたテーブル４００の説明図である。このテーブル４００はピーク値を３段階に分け、夫々に対してＰＣＭ録音内容を変えている。具体的にはピーク値（Ｐ）が「０＜ｐ＜ｐ１」の場合には録音内容は「Ｍ１」、「ｐ１≦ｐ＜ｐ２」の場合には録音内容は「Ｍ２」、「ｐ２≦ｐ」の場合には録音内容が「Ｍ３」となっている。そして、ＰＣＭ系信号処理部３０は、ピーク値の大きさに応じて、メモリ７０から対応する録音信号を読み出して、再生出力する構成とする。例えば、ピーク値（ｐ）の大きさが、「０＜ｐ＜ｐ１」の場合にはメモリ７０から録音内容「Ｍ１」を読み出し、これを再生出力する。このような処理は図２のステップＳ２３０において、ステップＳ２２０にて検出されたピークに対する値（ピーク値）を求めて、実行されるようにすれば良い。これによって、一層リアルな電子ドラムの楽音信号の放音が可能となる。

次に、図４の符号Ｃで示した図面中の無音部Ｔについて詳細に説明する。図９〜図１１は、図４の符号Ｃで示したＰＣＭ系信号と衝撃波信号（Ｓｕ）のピークとの関係を示す説明図である。図９（ａ）中の「ｔａ」は、打撃による衝撃波信号の発生開始（振動ピックアップによる信号検出開始）からピーク検出（図２のステップＳ２２０）までの時間である。なお、この時間は打撃面の共振周波数に依存するため打撃力を変えても略一定となる。さて、もし、このピーク検出タイミングから予め録音されたＰＣＭ波形を再生すると、衝撃波信号（Ｓｕ）に対する遅延（レイテンシ）が非常に少ない共振信号に対して、「ｔａ」のずれが生じる。図９（ｂ）を参照すれば分かるように、予め録音されたＰＣＭ波形に打楽器音のアタック部分が仮に含まれているとすれば、共振系信号のアタック部分とＰＣＭ波形信号のアタック部分が分離して聞こえるため演奏感を損なうことになる。つまり、ピーク検出後にＰＣＭ波形信号を再生すると、「ｔａ」の遅延が生じるため、図９（ａ）に示す「打撃音信号」と図９（ｂ）に示す「ＰＣＭ信号」とは分離して聞こえてしまう。

これを避けるためには、打撃による発音開始（換言すれば、衝撃波信号の出力開始）からピーク検出までの時間「ｔａ」の間は、図９（ａ）に示す信号に対して共振系信号処理部２０が処理を施した信号を用い、時間「ｔａ」を経過した後に、打楽器音の先頭から「ｔａ」までのアタック部分を取り除いた信号（図１０（ｂ）に示す：点線がアタック部分の取り除きを示す）を用いれば良い。つまり、打撃後、「ｔａ」時間が経過する前には、図１０（ａ）に示す信号（共振系信号処理部２０にて処理を施した信号）を用い、打撃面による発音開始から時間「ｔａ」を経過すると図１０（ｂ）に示すＰＣＭ波形信号を前記共振系信号処理を施した波形に加算し再生するという混合処理を行えば良い。

しかしながら、単に先頭部分を取り除いただけではＰＣＭ波形の発音開始時（再生開始時）にクリックノイズが発生してしまう場合がある。そこで、打撃音を録音したＰＣＭ波形信号から衝撃波信号（Ｓｕ）のピーク検出に要する時間「ｔａ」の部分の信号（図１１（ａ）参照：図１０（ｂ）と同一の信号）に対して、ピーク検出時点、すなわち、衝撃波信号が出力開始されてから時間「ｔａ」が経過した時点を基準時として「０」から始まる単調増加関数（図１１（ｂ）参照）を乗算して得られるＰＣＭ信号（図１１（ｃ）参照）をメモリ７０に記録しておけば、発音タイミングのずれやノイズ発生等が生じなくなり演奏時の違和感を回避することが可能となる。なお、単調信号としては、平方根関数等が挙げられるが特に制限は無い。

なお、以上の説明においては、振動ピックアップを１個とし対応する信号系も２個（１個の共振系信号処理部２０、１個のＰＣＭ系信号処理部３０）としたが、振動ピックアップの数を複数個とし対応する信号系も複数個とした構成においても本発明は適用可能である。更に、打撃面１の裏側に感圧センサを設け、共振系信号処理部２０を構成する不図示の移相器を制御する等の各種効果付加が可能な電子ドラムに対しても本発明は適用可能である。

以上説明してきたように、本発明は電子ドラムに適用可能なものである。

本発明の実施形態である電子ドラムの信号処理系の構成図である。 ＰＣＭ系信号処理の説明図である。 エンベロープフォロアー６０の構成図である。 メモリ７０に格納されたテーブル４００の説明図である。 一般的な電子ドラムの構成図である。 衝撃波信号の説明図である。 ドラム側の外観図である。 ドラム側の平面図である。 動作の説明図である。 動作の説明図である。 動作の説明図である。

符号の説明

１ 打撃面（ドラムヘッド）
２ 振動ピックアップ
１０ Ａ／Ｄ変換器
２０ 共振系信号処理部
３０ ＰＣＭ系信号処理部
４０ Ｄ／Ａ変換器
５０ スピーカー
６０ ゲイン
６２ ゲイン
６６ ミキサー
７０ メモリ
４００ テーブル

Claims (6)

1. 打撃面に対する打撃による打撃面の振動を振動ピックアップによって衝撃波信号として検出されると、この検出された衝撃波信号を入力し、予め設定した共振周波数と所定の関係にある周波数の衝撃波信号を出力する共振系信号処理手段と、
   現実の打楽器音をＰＣＭ方式で記録したメモリと、
   前記衝撃波信号を受信して、前記メモリから録音信号を読み出して、再生出力するＰＣＭ系信号処理手段と、を備え、
   前記共振系信号処理手段からの出力信号と前記ＰＣＭ系信号処理手段の出力信号とを混合して放音するように構成したことを特徴とする電子ドラム。
2. 請求項１に記載の電子ドラムにおいて、
   前記ＰＣＭ系信号処理手段は、
   前記衝撃波信号のエンベロープ信号を求めるエンベロープ生成手段と、
   この生成されたエンベロープ信号が或る閾値を超えたか否かを判定する閾値超え判定手段と、
   この閾値超え判定手段において前記或る閾値を超えたものが存在すると判定した場合にそのピークを検出したか否かを判定するピーク検出判定手段と、を含み、
   このピーク検出判定手段がピークを検出したことに応答して前記メモリから録音信号を読み出して、再生出力することを特徴とする電子ドラム。
3. 請求項１および２の内のいずれか一項に記載の電子ドラムにおいて、
   前記メモリには、
   前記衝撃波信号のピークの大きさに応じて複数種類の打楽器音がＰＣＭ方式で記録され、
   前記ＰＣＭ系信号処理手段は、更に、
   前記ピーク検出判定手段が判定したピークの大きさに応じて、メモリから対応する録音信号を読み出して、再生出力する多段階再生出力手段を備えたことを特徴とする電子ドラム。
4. 請求項１及び２の内のいずれか一方に記載の電子ドラムにおいて、
   前記メモリに記録されるＰＣＭ方式の打楽器音の波形データは、
   前記衝撃波信号の発生開始からこの衝撃波信号のピーク検出までに要する時間（ｔａ）の部分が存在しない打楽器音データをその再生時に単調に増加するようにされた波形データであることを特徴とする電子ドラム。
5. 請求項４に記載の電子ドラムにおいて、
   前記メモリに記録されるＰＣＭ方式の打楽器音の波形データは、
   打楽器音の現実の打音の出力先頭から録音したＰＣＭ波形データにおいて衝撃波信号のピーク検出までに要する時間（ｔａ）の部分を取り除いた波形に、「０」から始まる単調増加関数を乗算して得られる波形データであることを特徴とする電子ドラム。
6. 請求項１及び２の内のいずれか一方に記載の電子ドラムにおいて、
   前記メモリに記録されるＰＣＭ方式の打楽器音データは、
   電子ドラムの現実の残響音であることを特徴とする電子ドラム。

Images