JP2011035851A - ヴァイオリンとスピーカーによる重畳再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動ヴァイオリンによって他種楽器との合奏音源を演奏する場合、伴奏楽器の音量や音色を十分に再現できなかった。
【解決手段】同一音源の音声信号を分岐し、一方の音声信号によってヴァイオリンの自動演奏を行い、他方の音声信号によってダイナミックスピーカーを発音させ、さらに両者の音量を好ましいバランスに調整することにより、自動ヴァイオリンによって創生される高周波数帯域から超音波帯域に至る実演奏の音声と、ダイナミックスピーカーによって再生される可聴音帯域における演奏家や使用楽器独自の音色や響きと伴奏楽器の音量と音色を伴う忠実な音声とをバランス良く重畳し、両者の長所を加算することによって、実演奏リアリティ度の高い音源再生効果を発揮する。
【選択図】図１

Description

本発明は、音源によりヴァイオリンが自動演奏すると同時に、ダイナミックスピーカーが同じ音源の再生音を発生し、聴者が両者の音量を調整してミキシング・サウンド効果を享受することができるようにしたヴァイオリンとスピーカーによる重畳再生装置に関するものである。

ステレオシステムの問題点の一つとして、高周波数帯域におけるダイナミックスピーカーの性能限界が、永年指摘されてきた。その対応策として、高音用のトゥイータその他幾多の考案がなされてきたが、必ずしも満足できる水準の効果が得られず、特に弦楽器音楽の再生には大きな不満が残っていた。

さらに近年は、ステレオシステムの愛好家が激減して久しい。その大きな原因の一つは、ＬＰレコードから音楽ＣＤへの録音媒体の変換である。同じソースから作製されたＬＰレコードの音声信号と音楽ＣＤの音声信号とを周波数分析して比較してみると、特に高周波数帯域における差異が歴然である。音楽ＣＤは、４４．１ＫＨzのサンプリング周波数によって２２．０５ＫＨz以上の超音波帯域音をまったく欠くのみならず、２２．０５ＫＨz以下の周波数帯域においても、１０ＫＨz以上の周波数帯域において、ＬＰレコードよりも相当程度に音声エネルギーが減弱している。これらの差異は、特に弦楽器の可聴域から超音波域にまたがる倍音の再生や、アタック音など矩形波の再生において顕著であって、音楽ＣＤは、ＬＰレコードが有していたサウンド上の輝きに満ちた魅力を喪失し、売上激減の原因になったことは間違いない。

一方発明者は、スピーカーシステムと大きく異なる楽器自動演奏方法として、音声信号によって振動する圧電振動子をヴァイオリンの駒に結合し、楽器を自動演奏する自動ヴァイオリンを提案した（特許文献１）。
この自動ヴァイオリンは、奏者が弓で絃を弾く代りに音声信号によって駒を励振し、擦絃と同様に楽器全体を振動させて演奏する。楽器の振動形態が演奏者による演奏と同様であるため、特に弦楽器ソースによる自動演奏では、単なる「再生」の概念を超え、楽器自身の振動による現実音が創生される（非特許文献１参照）。その音には、人間の可聴音のみならず超音波までが含まれる。そのため従来の通常再生システムでは得られない実演奏の輝かしいリアリティー感が醸成されるという大きな特徴がある。

しかしながらこの自動ヴァイオリンには、以下述べる二つの課題があった。
その第１は、多くの入手可能な弦楽器曲音源はピアノやオーケストラの伴奏を伴うものであるので、ヴァイオリン１台では、伴奏の音量や音色まで再現することが困難であった。
その第２は、音源に含まれる音色や響きの再現にあった。ヴァイオリンは特に、ストラディヴァリウスやグァルネリウスなどの名器に特有の音色と響きがある。さらに優れた演奏家には独特の奏法と音色がある。これらに対して、自動演奏は通常、名器とは大きく異なる楽器を利用することが多いので、音源に含まれている優れた音色や響きがある程度は再現されるが、より多くは使用された楽器の特性に覆い隠されてしまうことであった。
第２の課題の解決策として、発明者は、弦楽器の独奏音声と伴奏音声とを別途録音し、同期的に再生して合奏する方法の提案を行っている（特許文献２）。しかしながらこの方法は、そのための専用ソフトの特別製作を要する点において、普及利用に限界があった。

特開２００８−０３４９９８号公報 特願２００９−０４９６５６号公報

Ｃ．Ｍ．ハッチンス著 「バイオリンの音響学」、サイエンス、１９８１年

解決しようとする問題点は、ヴァイオリンによって他種楽器との合奏音源を自動演奏する場合、音源ヴァイオリンと伴奏楽器の音量や音色を十分に再現できなかった点である。

本発明は、同一音源の音声信号を分岐し、一方の音声信号によってヴァイオリンの自動演奏を行い、他方の音声信号によってダイナミックスピーカーを発音させ、さらに両者の音量を好ましいバランスに調整することにより、ヴァイオリンの自動演奏によって創生される高周波数帯域から超音波帯域に至る実演奏の音声と、ダイナミックスピーカーによって再生される可聴音帯域における演奏家や使用楽器独自の音色や響きと伴奏楽器の音量と音色を伴う忠実な音声とをバランス良く重畳し、両者の長所を加算することによって、実演奏に近いリアリティ度の音源再生効果を発揮することを最も主要な特徴とする。

本発明のヴァイオリンとスピーカーによる重畳再生装置は、同一音源の音声信号を分岐し、それぞれを独立の増幅器で増幅することにより、一方の音声信号によるヴァイオリンの音量と、他方の音声信号によるダイナミックスピーカーの音量とを独立に調整するため、ヴァイオリンが創生する高周波数帯域から超音波帯域に至る広帯域音声の音量と、ダイナミックスピーカーが発生する演奏家や使用楽器独自の音色や響きをもった可聴音帯域音声と伴奏楽器音声の音量との間で、音量バランスをとることができるので、音楽ＣＤやダイナミックスピーカーにおける高周波数帯域から超音波帯域に至る広帯域音声の欠落による物足りなさを充足した鑑賞性の高い協奏音を楽しむことができるという利点がある。

図１は本発明装置の構成を示した説明図である。（各実施例共通） 図２は圧電振動・伝達ユニットを取り付けたヴァイオリンの断面を示した説明図である。（各実施例共通） 図３は圧電振動・伝達ユニットの構成例を示した説明図である。（各実施例共通） 図４は振動伝達体の構造を示した説明図である。（実施例１） 図５は振動伝達体の構造を示した説明図である。（実施例２） 図６は振動伝達体の構造を示した説明図である。（実施例３） 図７は振動伝達体の構造を示した説明図である。（実施例４）

実演奏に近く、リアリティ度の高い音楽音源の再生を実現するという目的を、同一音源を使用して、自動演奏ヴァイオリンによる高周波数帯域から超音波帯域に至る広帯域音声の音量と、ダイナミックスピーカーによる可聴帯域音声の音量とを、それぞれ独立に調整して最適の重畳サウンドを得るようにしたことにより実現した。

図１は、本発明装置を実現した実施例１の構成を示す図であって、１は音声媒体のプレイヤー、２は自動ヴァイオリン・ラインとスピーカー・ラインに分岐する音声信号分岐器である。３は自動ヴァイオリン・ラインに接続した自動ヴァイオリン用増幅器であり、４はスピーカー・ラインに接続したスピーカー用増幅器である。５は圧電振動・伝達ユニットを駒に取り付けた自動ヴァイオリン、５−１はヴァイオリン、５−２は圧電振動・伝達ユニット、そして６はダイナミックスピーカーである。ＬとＲは、それぞれステレオ左音声信号ラインと同右音声信号ラインとを示しており、それぞれが音声信号分岐器２によって分岐されて、自動ヴァイオリン用増幅器３とスピーカー用増幅器４に接続され、それぞれ自動ヴァイオリン５とダイナミックスピーカー６に入力する。

ここで、プレイヤー１に適用する音声媒体は、磁気テープでもＬＰレコードでも音楽ＣＤでもＤＶＤその他何でも適用可能である。

音声信号分岐器２は、プレイヤー１からのステレオ信号ラインＬ、Ｒをそれぞれステレオ自動ヴァイオリン・ラインとステレオスピーカー・ラインに分岐する。

自動ヴァイオリン用増幅器３は、ヴァイオリンの発音周波数帯域に適合した周波数特性を有する増幅器である。即ち、超音波に至る高周波数の倍音に対応するため、高周波数特性を有する増幅器を適用する。自動ヴァイオリン用増幅器３の増幅率を変えることにより、自動ヴァイオリン５の音量を調整する。

自動ヴァイオリン５は、ヴァイオリン５−１と圧電振動・伝達ユニット５−２より成る。この実施例の説明では、説明を単純化するため５を自動ヴァイオリンとしているが、５はヴァイオリン以外のヴァイオリン族楽器のいずれであっても適用できることは言うまでもない。ただしその場合には、例えばチェロの場合には、ヴァイオリン用増幅器３をチェロ用増幅器とし、低音域から高音域に亘る広い周波数帯域特性を有する増幅器を適用する。
なお、本発明において適用するヴァイオリンは、楽器実演奏効果のみの役割を演じるものであるため、高価な名器を必要としない点を大きな特色としている。

図２は、圧電振動子１と振動伝達体２より成る圧電振動・伝達ユニットを駒３に結合した、ヴァイオリン４の断面を示す図である。圧電振動子１は、音声媒体の音声信号によって振動し、この振動が振動伝達体２を介して駒３を励振し、駒３の振動が楽器の表板を振動させる。表板の振動は胴内の魂柱を通って裏板に伝わり、裏板を振動させる。このようにして、圧電振動子１の振動が楽器４全体を鳴らせ、奏者による擦絃と同様の音が楽器４から発せられる。

図３は、圧電振動子１と振動伝達体４より成る圧電振動・伝達ユニットを説明する図であり、５は駒の断面図である。この実施例では、図３Ａに示すように、２個の圧電振動子を取り付けており、その一方はステレオの左音声信号２によって振動し、他方は右音声信号３によって振動する。圧電振動子２個の使用は、ステレオ再生効果と音量効果のためであるが、圧電振動子の個数は、図３Ｂに示したように、１個でも勿論構わない。圧電振動子が１個の場合には、図１において、音声信号分岐器２からのステレオ左音声信号Ｌあるいは同右音声信号Ｒを自動ヴァイオリン用増幅器３で増幅する。このとき、自動ヴァイオリン用増幅器３はモノラル用増幅器を適用することができる。
圧電振動子１は、円形のバイモルフ型ピエゾセラミック圧電振動板の中心を貫通して固定治具に固定し、固定治具を振動伝達体４に結合している。振動伝達体４は、圧電振動子１の振動を駒５に伝達するための極めて重要な要素である。

振動伝達体が付帯すべき特性には、下記に掲げる重要な４要素がある。
（１）材質は、音声振動伝達特性が良好であること。
（２）構造は、音声振動伝達特性が良好であること。
（３）形状は、文様的な開口を有する駒をしっかり掴む形状であること。
（４）開裂防止の要素を備えること。

音声振動伝達特性が良好な材質に関しては、ヴァイオリンが木製であることに関連し、木質によって最良の結果が得られることが判明した。楽器や弓の材料木材をはじめ、種々の材質について、硬度や粘弾性などのほか、広い周波数帯に亘る振動波の伝達特性を調べたところ、複数の適材が見出されている。

図４は、実施例１における振動伝達体の構造を示す説明図であり、図４Ａは側面図、図４Ｂは平面図、そして図４Ｃは振動伝達体分枝部における断面図である。振動伝達体は、一端を圧電振動子を貫通する固定治具１に固定する。他端を二股状に分枝し、分枝２、３の先端部によって駒８を前後から掴むようにして振動伝達体が駒８に固定される。

振動伝達体は、分枝２、３基部の開裂防止のため、両分枝の基部に開口４を設けている。開口４の形状は図４Ａにおいて円筒状に表しているが、駒８からの応力による開裂ベクトルの方向を転じて相殺する形状であれば、円筒状以外の形状でもよい。

分枝２、３の先端部には、横方向の内刳り５（図４Ａ）と縦方向の内刳り７（図４Ｃ）とを備えている。これらの構造は、個別に独自の形状を有する駒８への取り付けを安定化するために有効な形状要素である。

また分枝２、３の各外面６は、縦方向に沿って厚みを減じ、凹面状にしている。この形状は、各先端部が駒８をしっかり掴むために必要な曲がり性を分枝２、３に与えるために必要な基本形状である。

本発明の実施例２の全体構成は、実施例１の構成と同様であるので、その説明を省略する。実施例２は、図５に示したその圧電振動・伝達ユニットにおいて実施例１と異なっている。
図５は、実施例２の振動伝達体の構造を示す説明図であり、図５Ａは側面図、図５Ｂは平面図である。振動伝達体は、一端を圧電振動子を貫通する固定治具１に固定する。他端を二股状に分枝し、分枝２、３の先端部によって駒８を前後から掴むようにして振動伝達体が駒８に固定される。

振動伝達体は、分枝２、３の開裂防止のため、両分枝の基部に開口４を設けている。開口４の形状は図４Ａにおいて円筒状に表しているが、駒８からの応力による開裂ベクトルの方向を転じて相殺する形状であれば、円筒状以外の形状でもよい。

分枝２、３の先端部には、横方向の内刳り５（図５Ａ）と縦方向の内刳り（図示せず）とを備えている。これらの構造は、個別に独自の形状を有する駒８への取り付けを安定化するために有効な形状要素である。

また分枝２、３の各外面６は、縦方向に沿って厚みを減じ、凹面状にしている。この形状は、各先端部が駒８をしっかり掴むために必要な曲がり性を分枝２、３に与えるために必要な基本形状である。

実施例２は、締め具７を備える。締め具７は、分枝２と分枝３の基部における開裂を防止する機能と共に、分枝２と３の先端部間隔を、駒を掴むために最適な間隔に調節する機能をも有している。締め具７は、図５においてボルトナットの形状に表しているが、これら２機能が得られるものであれば、それ以外の形状のものも適用できる。

本発明の実施例３の全体構成は、実施例１の構成と同様であるので、その説明を省略する。実施例３は、図６に示したその圧電振動・伝達ユニットにおいて実施例１と異なっている。
図６は、実施例３の振動伝達体の構造を示す説明図であり、図６Ａは側面図、図６Ｂは平面図である。
振動伝達体は、主軸２と副軸３とより成る。主軸２は、一端を圧電振動子を貫通する固定治具１に固定する。副軸３はスプリング５によって主軸２と連結している。

主軸２と副軸３はそれぞれ縦方向に沿う内刳り（図示せず）と横方向に沿う内刳り４とを備えている。これらの構造は、個別に独自の形状を有する駒６への取り付けを安定化するために有効な形状要素である。

実施例３は、スプリング５のばね性を利用して常時閉状態（ノーマルクローズ）とし、駒６に取り付ける際に主軸と副軸を開き、閉状態に戻る力によって駒を掴むようにしている。

本発明の実施例４の全体構成は、実施例１の構成と同様であるので、その説明を省略する。実施例４は、図７に示したその圧電振動・伝達ユニットにおいて実施例１と異なっている。
図７は、実施例４の振動伝達体の構造を示す説明図であり、図７Ａは側面図、図７Ｂは平面図である。振動伝達体は、主軸２と副軸３とより成る。主軸２は、一端を圧電振動子を貫通する固定治具１に固定する。副軸３は蝶番４によって主軸２と連結している。

主軸２と副軸３はそれぞれ縦方向に沿う内刳り（図示せず）と横方向に沿う内刳り７とを備えている。これらの構造は、個別に独自の形状を有する駒８への取り付けを安定化するために有効な形状要素である。

実施例４は、主軸と副軸それぞれの先端部に常磁性体５，６をＮ極とＳ極とを対向させて取り付けて常時閉状態（ノーマルクローズ）とし、駒６に取り付ける際に主軸と副軸を開き、閉状態に戻ろうとする磁気力によって主軸と副軸が駒８を掴むようにしている。

以上、本発明実施例の説明は、振動伝達体の材質を木質として説明したが、これは音声振動伝達特性を重視したためであり、振動伝達体を合成樹脂成型品とすることももちろん可能である。

図１の説明に戻り、図１のスピーカー用増幅器４には、一般的に用いられるステレオアンプが適用できる。スピーカー用増幅器４の増幅率を変えることにより、ダイナミックスピーカー６の音量を調整する。

この発明により、図１の自動ヴァイオリン用増幅器３の増幅率変更によって自動ヴァイオリン５の音量を調整すること、およびスピーカー用増幅器４の増幅率変更によってダイナミックスピーカー６の音量を調整することができるようになったので、聴者は、ダイナミックスピーカー６が再生する可聴音帯域の音声の上に、自動ヴァイオリン５が発する高周波数帯域から超音波帯域に至る広帯域の実演奏音声を重畳し、更に両音声の最も好ましい重畳比率を選択することができるようになった。これにより、例えば高周波数帯域以上における音楽ＣＤの特性欠陥が大幅に改善される効果が得られた。

同一音源を使用して、ヴァイオリンによる高周波数帯域から超音波帯域に至る広帯域音声の音量と、ダイナミックスピーカーによる可聴帯域音声の音量とを、それぞれ独立に調整でき、最適の重畳サウンドを得ることによって、実演奏に近く、リアリティ度の高い音楽音源の再生を実現するという用途に適用できる。

１ 音声媒体のプレイヤー
２ 音声信号分岐器
３ 自動ヴァイオリン用増幅器
４ スピーカー用増幅器
５ 圧電振動・伝達ユニットを駒に取り付けた自動ヴァイオリン
６ ダイナミックスピーカー

Claims (5)

1. 音声媒体のプレイヤーと、
   プレイヤーからの音声信号を自動ヴァイオリン・ラインとスピーカー・ラインに分岐する音声信号分岐器と、
   自動ヴァイオリン・ラインに接続し、ヴァイオリンの発音周波数帯域に適合した周波数特性を有する自動ヴァイオリン用増幅器と、
   自動ヴァイオリン用増幅器の出力によって振動する圧電振動子と圧電振動子の固定治具と振動伝達体とを備えた圧電振動・伝達ユニットと、
   駒の振動により発音する自動ヴァイオリンと、
   スピーカー・ラインに接続したスピーカー用増幅器と、
   スピーカー用増幅器に接続したダイナミックスピーカーと
   より成り、自動ヴァイオリン用増幅器の増幅率を変更して自動ヴァイオリンの音量を調整し、またスピーカー用増幅器の増幅率を変更してダイナミックスピーカーの音量を調整することによって、両者の音量比率を聴者の嗜好性に応じて最適化し、実演奏近似の重畳サウンド効果が得られるようにしたことを特徴とするヴァイオリンとスピーカーによる重畳再生装置。
2. 前記圧電振動・伝達ユニットは、
   圧電振動子と、
   圧電振動子を貫通・固定する固定治具と、
   一端が固定治具に連結し、他端が二股に分枝した振動伝達体であって、両分枝の基部に横方向の開口を備え、各分枝先端部の内面において、それぞれ縦方向に沿う内刳りと横方向に開けた内刳りとを設け、各分枝の外面を縦方向に沿って凹面形状にして分枝中央部の厚みを減じた振動伝達体と
   より成り、両分枝が復元弾性力を利用して駒を挟むことにより、振動伝達体が駒に固定されることを特徴とする請求項１記載のヴァイオリンとスピーカーによる重畳再生装置。
3. 前記圧電振動・伝達ユニットは、
   圧電振動子と、
   圧電振動子を貫通・固定する固定治具と、
   一端が固定治具に連結し、他端が二股に分枝した振動伝達体であって、両分枝の基部に横方向の開口と両分枝を貫通する締め具とを備え、各分枝はそれぞれ縦方向に沿う内刳りと横方向に開けた内刳りとを設け、各分枝外面を縦方向に沿って凹面形状にして分枝中央部の厚みを減じた振動伝達体と
   より成り、両分枝が復元弾性力を利用して駒を挟むことにより振動伝達体が駒に固定され、締め具によって振動伝達体両分枝基部の開裂を防止し、かつ両分枝先端部の間隔を駒を掴むために最適な間隔に調節することを特徴とする請求項１記載のヴァイオリンとスピーカーによる重畳再生装置。
4. 前記圧電振動・伝達ユニットは、
   圧電振動子と、
   圧電振動子を貫通・固定する固定治具と、
   一端が固定治具に連結した主軸と、副軸と、スプリングで構成され、スプリングが主軸と副軸を常時閉状態（ノーマルクローズ）になるように連結し、主軸と副軸はそれぞれ縦方向に沿う内刳りと横方向に開けた内刳りとを設けた振動伝達体と
   より成り、振動伝達体は、主軸と副軸がスプリングのばね力で駒を掴むようになしたことを特徴とする請求項１記載のヴァイオリンとスピーカーによる重畳再生装置。
5. 前記圧電振動・伝達ユニットは、
   圧電振動子と、
   圧電振動子を貫通・固定する固定治具と、
   一端が固定治具に連結した主軸と、副軸と、蝶番で構成され、蝶番が主軸と副軸を連結し、主軸と副軸の先端部にそれぞれ常磁性体をＮ極とＳ極が対向するように取り付けて主軸と副軸を常時閉状態（ノーマルクローズ）にすると共に、主軸と副軸はそれぞれ縦方向に沿う内刳りと横方向に開けた内刳りとを設けた振動伝達体と
   より成り、振動伝達体は、常磁性体間の磁気引力によって主軸と副軸が駒を掴むようになしたことを特徴とする請求項１記載のヴァイオリンとスピーカーによる重畳再生装置。

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