JP2011154151A

JP2011154151A - 電子管楽器

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Publication number: JP2011154151A
Application number: JP2010015052A
Authority: JP
Inventors: Tetsukazu Nakae; 哲一仲江
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2011-08-11
Anticipated expiration: 2030-01-27
Also published as: JP5614045B2

Abstract

【課題】フルートなど横笛に類する形態を有し、演奏者の下唇など身体の個人差に関わり無く、横笛の固有の演奏形態に応じた適切な音高の楽音を発生する。
【解決手段】ＣＰＵ２１は、キースイッチ３１、３２の各々の操作状態を示すキースイッチパターンに基づいて、発音すべき楽音の基本音高情報を特定する。また、周波数特性取得部２５は、電子管楽器１０の中空の本体に内部に配置されたマイク３４により取得された音信号の周波数特性を取得する。ＣＰＵ２１は、周波数特性取得部２５において取得された周波数特性に基づいて、キースイッチパターンに基づく基本音高情報より所定量（たとえば１オクターブ）高い音高の楽音を発生させるべく、音源部２７を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、フルートなどを含む横笛に類する形態をとる電子管楽器に関する。

従来、サックスやクラリネットに類する形態をとる電子管楽器が提案されている。たとえば、特許文献１には、通常の管楽器としても、電子管楽器としても使用可能な楽器が開示されている。特許文献１に開示された電子管楽器は、マウスピースに、光学式のタンギングセンサ、感圧センサであるリップセンサおよびブレス圧を検出するウィンドセンサ（ブレスセンサ）とが設けられている。タンギングセンサは、演奏者の舌が接近したことを検知する。リップセンサは、演奏者の唇がリード部を押さえつけたときの圧力を検知する。また、ウィンドセンサは、演奏者がマウスピース内部に吹き付けた息の圧力（息圧）を検知する。

特開２００８−１５５５１号公報特開２００７−１７１４７７号公報特開２００７−１９３１００号公報特開２００９−３０７７号公報特開２００９−３１１２号公報

横笛の形態を有する管楽器では、複数のキーのパターンが同一であっても異なる音高の楽音を発することができる。電子管楽器において、上記音高の異なる楽音の発生のためにいくつかの提案がなされている。特許文献２、３では、マウスピースにおいて、演奏者の下唇と接触させる部材を有するリッププレートにセンサを設け、センサによる下唇の接触圧を検出して、音高を変化させる電子管楽器が提案されている。また、特許文献４、５では、演奏者の下あごの動作を検出して、音高を変化させる電子管楽器が提案されている。

特許文献２、３に記載されたように、リッププレートのセンサにより下唇の接触圧を検出することは、演奏者がフルートのような管楽器に強く下唇を押し当てて、マウスピースの孔部（吹き込み口）の上側に息を吹き当てて、音高の１オクターブアップを行なうことを検出する試みである。しかしながら、唇の形は個人差があり、上記センサの感度などを演奏者ごとに調整する必要があった。また、実際の演奏の際には、演奏者の上体の揺れや楽器をもつ手の揺れなどがあり、接触圧の検出が困難になる場合もあるという問題点があった。同様に、特許文献４、５に提案された下あごの動作の検出についても、演奏者ごとの下あごの形状に合致するように装置を調整する必要があった。

本発明は、フルートなど横笛に類する形態を有し、演奏者の下唇など身体の個人差に関わり無く、横笛の固有の演奏形態に応じた適切な音高の楽音を発生することが可能な電子管楽器を提供することを目的とする。

本発明の目的は、
長手方向に延びる本体と、
前記本体の中空となっている一端に設けられたマウスピースであって、中空の内部と連通する孔部が設けられたマウスピースと、
前記本体に設けられ、オン状態およびオフ状態の何れかの状態をとる複数の演奏操作子と、
前記本体の中空の内部に配置された、前記孔部から吹き込まれた息による音信号を取得する音信号取得手段と、
所定の音高の楽音の発音を発生する楽音発生手段に対して、前記複数の演奏操作子の操作状態に基づいて発音すべき楽音の基準音高を特定して、特定された基準音高の楽音を発音するように指示を与える制御手段と、
前記音信号取得手段により取得された音信号の周波数特性を取得する周波数特性取得手段を備え、
前記制御手段が、前記周波数特性に基づいて、演奏操作子の操作状態に基づいた基準音高より所定量だけ高い音高の楽音を発生するように、前記楽音発生手段に指示を与えるように構成されたことを特徴とする電子管楽器により達成される。

好ましい実施態様においては、前記制御手段が、前記周波数特性において、所定の第１の周波数帯域における第１の信号レベルが、前記第１の周波数帯域より低域側の、所定の第２の周波数帯域における第２の信号レベルより、所定の比率以上大きい場合に、前記基準音高より所定量だけ高い音高の楽音を発生するように、前記楽音発生手段に指示を与える。

また、好ましい実施態様においては、前記制御手段が、前記音信号手段により取得された音信号の信号レベルにしたがって、前記楽音の音量を制御する。

より好ましい実施態様においては、前記制御手段が、前記第１の信号レベルおよび前記第２の信号レベルに基づいて、第３の信号レベルを生成し、前記第３の信号レベルにしたがって、前記音量を制御する。

別の好ましい実施態様においては、前記制御手段が、前記複数の演奏操作子の操作状態に基づく基準音高が、所定の範囲内であるときに、前記周波数特性に基づく音高の判断を行なう。

本発明によれば、フルートなど横笛に類する形態を有し、演奏者の下唇など身体の個人差に関わり無く、横笛の固有の演奏形態に応じた適切な音高の楽音を発生することが可能な電子管楽器を提供することが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態にかかる電子管楽器の外観を示す図である。図２は、本実施の形態にかかる電子管楽器のハードウェア構成を示すブロックダイヤグラムである。図３は、本実施の形態にかかる電子管楽器のヘッドジョイントの略縦断面図である。図４は、本実施の形態にかかる電子管楽器の内部構成を示すブロックダイヤグラムである。図５は、本実施の形態にかかる電子管楽器において実行される処理の例を示すフローチャートである。図６は、本実施の形態にかかるスイッチ処理の例を示すフローチャートである。図７は、フルートおよびピッコロの運指を示す図である。図８は、フルートおよびピッコロの運指を示す図である。図９（ａ）、（ｂ）は、フルートの管内部に吹き込まれた息による音信号の周波数特性を示す図である。図１０は、本実施の形態にかかる周波数特性取得部の例を示すブロックダイヤグラムである。図１１は、本実施の形態にかかる発音処理の例を示すフローチャートである。図１２は、本実施の形態にかかる発音処理の例を示すフローチャートである。。図１３（ａ）は、本発明の第２の実施の形態にかかる周波数特性取得部の例を示すブロックダイヤグラム、図１３（ｂ）は、帯域通過フィルタの例を示す図である。図１４は、第３の実施の形態にかかる電子管楽器のヘッドジョイントの略横断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる電子管楽器の外観を示す図である。図１に示すように、本実施の形態にかかる電子管楽器１０は、フルートに類する形態を有しており、中空のヘッドジョイント１１、ミドルジョイント１２およびフットジョイント１３を有する。ヘッドジョイント１１の中央部にはリッププレートないしマウスピース（歌口）１４が設けられる。本明細書では、これを「マウスピース」と称する。マウスピース１４には、中空の内部に貫通した孔部１６が設けられている。孔部１６と連通したヘッドジョイント１１の内部にはマイク３４（図１では図示せず）が配置されている。

演奏者は、マウスピース１４に唇を接触させ、孔部１６から内部に息を吹き込むことができる。ミドルジョイント１２およびフットジョイント１３には、複数のキースイッチ部２４が設けられ、演奏者は、右手および左手を用いて、これらキースイッチ部２４を構成するキースイッチ（たとえば、符号３１、３２参照）のそれぞれのオン・オフを行なうことができる。

アコースティック楽器のフルートは、キーのオン・オフにより、実際に、ミドルジョイント或いはフットジョイントに設けられた孔を塞ぎ、或いは、開放して、これにより発生する楽音の音高を調整している。本実施の形態にかかる電子管楽器１０においては、キースイッチのオン・オフ状態のパターンであるキースイッチパターンを検出して、キースイッチパターンに基づいてＣＰＵ２１により音高が決定され、その音高の楽音の楽音データが音源部２７において生成される。したがって、キースイッチは、単にオン・オフが検出できれば足りる。

図２は、本実施の形態にかかる電子管楽器のハードウェア構成を示すブロックダイヤグラムである。図２に示すように、本実施の形態にかかる電子管楽器１０は、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、キースイッチ部２４、周波数特性取得部２５およびサウンドシステム２６を有している。

キースイッチ部２４は、電子管楽器１０のキースイッチ（たとえば、符号３１、３２参照）を含むが、本実施の形態にかかる電子管楽器１０は、キースイッチ部２４を構成する複数のキースイッチのほか、音色指定などのための他のスイッチも有する。後述するように、マイク３４により得られた、電子管楽器１０の管内に吹き込まれた息による音信号に基づき、当該音信号の周波数特性を取得する。

ＣＰＵ２１は、電子管楽器１０全体の制御、キースイッチ部２４を構成するキースイッチ（たとえば、符号３１、３２参照）や他のスイッチの操作の検出、取得された周波数特性およびキースイッチの操作にしたがった楽音データ生成の指示など種々の処理を実行する。

ＲＯＭ２２は、キースイッチ部２４を構成するキースイッチや他のスイッチの操作の検出、周波数特性およびキースイッチの操作にしたがった楽音データ生成の指示などの処理プログラムを格納する。また、ＲＯＭ２２は、フルート、ピッコロ、サックス、クラリネットなど種々の音色の楽音データを生成するための波形データを記憶する波形データエリアを備えている。本実施の形態においては、ＲＯＭ２２の波形データエリアには、フルートなど主として管楽器の音色の波形データが格納されるが、これに限定されるものではなく、ピアノなど鍵盤楽器、ギターなど弦楽器、打楽器などの音色の波形データが格納されていても良い。

ＲＡＭ２３は、ＲＯＭ２２から読み出されたプログラムや、処理の過程で生じたデータを記憶する。処理の過程で生じたデータには、スイッチ部３４を構成するキースイッチの操作状態（キースイッチパターン）、周波数特性取得部２５により取得された周波数特性データ、電子管楽器における楽音の発音状態を示す発音ステータスなどが含まれる。

サウンドシステム２６は、音源部２７、オーディオ回路２８およびスピーカ２９を備える。音源部２７は、ＣＰＵ２１からの指示にしたがって、ＲＯＭ２２の波形データエリアから波形データを読み出して、楽音データを生成して出力する。オーディオ回路２８は、音源部２７から出力された楽音データをアナログ信号に変換し、変換されたアナログ信号を増幅してスピーカ２９に出力する。これによりスピーカ２９から音響信号が出力される。

キースイッチ部２４は、電子管楽器１０のミドルジョイント１２およびフットジョイント１３に配置されたキースイッチ（たとえば、符号３１、３２参照）を有する。また、図示しないが、本実施の形態にかかる電子管楽器１０は、音色指定スイッチなど他のスイッチを含む。キースイッチのそれぞれの操作状態（オン・オフ）により、キースイッチパターンを得ることができる（たとえば、Ｂ♭キー：オン、Ｂキー：オフ、Ｃキー：オン・・・など）。ＣＰＵ２１は、後述する発音処理において、キースイッチパターンおよび周波数特性データに基づいて、発音すべき音高を特定して、サウンドシステム２６の音源部２７に対して発音を指示する。

周波数特性取得部は、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換部３５および周波数分析部３６を有する。Ａ／Ｄ変換部３５にはマイク３４が接続され、マイク３４からの音信号がディジタル変換され、音データとして周波数分析部３６に出力される。周波数分析部３６は、後述するように、音データの所定範囲の周波数信号を取得し、かつ、その信号レベルの時系列変化を示すデータを抽出する。

図３は、本実施の形態にかかる電子管楽器のヘッドジョイントの略縦断面図である。図３に示すように、ヘッドジョイト１１の孔部１６に連通している管内部３７において、孔１６より、電子管楽器１０の長手方向、ミドルジョイントの側の所定位置にマイク３４が配置される。マイク３４は、孔部１６を介して管内部３７に吹き込まれる演奏者の息による音信号を取得することができる。

図４は、本実施の形態にかかる電子管楽器の内部構成を示すブロックダイヤグラムである。図４に示すように、電子管楽器１０は、周波数特性判定部４３、キースイッチ状態検出部４４および音源処理部４５を有する。周波数特性判定部４３は、周波数特性取得部２５からの周波数特性データを受理し、周波数データに基づき音高決定のための指標値を算出する。キースイッチ部２４を構成するキースイッチのそれぞれの操作状態（オン・オフ）を検出し、キースイッチパターンを生成する。

音源処理部４５は、周波数特性判定部４３により算出された指標値と、キースイッチ状態検出部４４により得られたキースイッチパターンとに基づいて、所定の音高の楽音データの生成を、サウンドシステム２６の音源部２７に指示する。周波数特性取得部２５により得られた周波数特性データ、周波数特性判定部４３により得られた指標値、キースイッチパターン、フィルタ特性を示すデータは、それぞれ、ＲＡＭ２３に格納される。

本実施の形態において、周波数特性判定部４３、キースイッチ状態検出部４４は、主としてＣＰＵ２１により実現される。音源処理部４５は、ＣＰＵ２１およびサウンドシステム２６により実現される。

このように構成された電子管楽器１０において実行される処理について説明する。図５は、本実施の形態にかかる電子管楽器において実行される処理の例を示すフローチャートである。電子管楽器１０のＣＰＵ２１は、ＲＡＭ２３に一時的に記憶された各種パラメータ、指標値、キースイッチパターンなどのクリアを含むイニシャライズ処理を実行する（ステップ５０１）。

次いで、ＣＰＵ２１（キースイッチ状態検出部４４）は、スイッチ処理を実行する（ステップ５０２）。図６は、本実施の形態にかかるスイッチ処理の例を示すフローチャートである。図６に示すように、ＣＰＵ２１は、キースイッチ部２４を構成するキースイッチを走査して、各キースイッチの操作状態（オン状態或いはオフ状態）を検出する（ステップ６０１）。ＣＰＵ２１は、キースイッチパターンを特定して、ＲＡＭ２３に格納する（ステップ６０２）。その後、ＣＰＵ２１は、前回の処理において特定されＲＡＭ２３に格納されていたキースイッチパターンと比較して、キースイッチパターンに変化があったかを判断する（ステップ６０３）。

ステップ６０３でＹｅｓと判断された場合には、ＣＰＵ２１は、キースイッチパターンに基づく楽音の基本音高情報ＫｅｙＰを特定する（ステップ６０４）。たとえば、キースイッチパターンごとに発生すべき楽音の音高を対応付けた音高テーブルをＲＯＭ２２に格納しておき、ＣＰＵ２１は、ＲＯＭ２２の音高テーブルを参照して、キースイッチパターンに対応付けられた音高を特定すれば良い。

図７および図８は、フルートおよびピッコロの運指を示す図である。図７および図８では、フルートおよびピッコロのキーの運指によるパターン（キーパターン）と、キーパターンに対応付けられた音高とが示されている。ピッコロは、Ｄ４から開始される（図７の矢印Ａ参照）。また、Ｅ４〜Ｃ♯５（Ｄ♭５）（図７の矢印Ｂで示す範囲参照）のキーパターンと、Ｅ５〜Ｃ♯６（Ｄ♭６）のキーパターン（図８の矢印Ｃで示す範囲参照）とは、それぞれ一致している。すなわち、同じキーパターンで、１オクターブ高い音高の楽音を奏でることができる。本実施の形態にかかるキースイッチパターンでは、上記Ｅ４〜Ｃ♯５（Ｄ♭５）（図７の矢印Ｂ参照）の運指によるパターンに関しては、Ｅ４〜Ｃ♯５（Ｄ♭５）を基本音高情報として与えるように値を格納しておく。そして、上記キーパターンの場合には、後述する周波数特性データに基づいて、基本音高情報より１オクターブ高い音高の楽音を生成可能としている。

ＣＰＵ２１は、基本音高情報ＫｅｙＰに関するキーイベントを生成して、当該キーイベントをＲＡＭ２３に格納する（ステップ６０５）。なお、本実施の形態においては、音高ＫｅｙＰとして、ＭＩＤＩ（ＭｕｓｉｃａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＤｉｇｉｔａｌＩｎｔｅｒｆａｃｅ）のノートナンバーを使用している。

ステップ６０３でＮｏと判断された場合、或いは、ステップ６０５が実行された後に、ＣＰＵ２１は他のスイッチ処理（たとえば、音色指定スイッチの操作に応答した処理など）を実行して（ステップ６０６）、スイッチ処理を終了する。

スイッチ処理の後、ＣＰＵ２１（周波数特性判定部３２）は、周波数特性取得部２５からの周波数特性データを得て、周波数特性データに基づく所定の指標値を生成する（ステップ５０３）。以下、フルートの内部に吹き込まれる息による音信号について説明する。フルートを演奏する際に、演奏者は、マウスピース１４の下側に下唇を当て、孔部（吹き込み口）に息を吹き込むことで楽音を発生させる。また、上述したように同一の運指で１オクターブ上の音高の楽音を発生させることもできる。音高を１オクターブ上げるためには、一般に演奏者は以下のように動作する。
（１）吹き込み口の上側に息を吹き付ける。
（２）唇の開きを狭くした状態で息を吹く。
（３）吹き出す息のスピードを高める。

本実施の形態においては、特に（２）、（３）が行なわれた際の、フルートの管内部に生じる現象に着目している。図９（ａ）、（ｂ）は、フルートの管内部に吹き込まれた息による音信号の周波数特性を示す図である。図９（ａ）は、音高を１オクターブ上げるために、上記（２）、（３）を意識した状態で演奏者が息を吹き込んだ場合を示す。図９（ｂ）は、通常の音高の楽音を出すために演奏者が息を吹き込んだ状態を示す。図９（ｂ）と比較すると、図９（ａ）では、高域側、特に、１０ＫＨｚ以上の高周波成分の割合が明らかに大きい。これは、唇の開きを狭くすることにより、小さな隙間を速く空気が動くことによると考えられる。その一方、低域側、特に１ＫＨｚより小さな帯域での周波数成分は、図９（ａ）と図９（ｂ）とではそれほど相違がない。

そこで、本実施の形態においては、マイク３４により取得された音信号に基づいて、１０ＫＨｚ以上の第１の所定帯域（たとえば、１２ＫＨｚ〜１３ＫＨｚ）の周波数成分の時系列変化を示す第１の信号レベル値と、１ＫＨｚ以下の第２の所定帯域（たとえば、７００Ｈｚ〜８００Ｈｚ）の周波数成分の時系列変化を示す第２の信号レベル値とを算出し、これらの比に基づいて、発音すべき楽音の音高を判定する。

図１０は、本実施の形態にかかる周波数特性取得部の例を示すブロックダイヤグラムである。図１０に示すように、本実施の形態にかかる周波数特性取得部２５は、第１の所定帯域の周波数成分を抽出する第１の所定帯域抽出部５１、第１の所定帯域の周波数成分について、その時系列信号の値である第１の信号レベル値Ｅｎ１を出力する第１の信号レベル抽出部生成部５２、第２の所定帯域の周波数成分を抽出する第２の所定帯域抽出部５３、第２の所定帯域の周波数成分について、その時系列信号の値である第２の信号レベル値Ｅｎ２を出力する第２の信号レベル抽出部５４、および、第１の信号レベル値Ｅｎ１および第２の信号レベル値Ｅｎ２を加算して第３の信号レベル値Ｅｎ３を出力する加算演算部５５を有する。

第１の所定帯域抽出部５１および第２の所定帯域抽出部５３は、それぞれ、ディジタル帯域通過フィルタにより実現できる。たとえば、第１の信号レベル抽出部５２は、第１の所定帯域抽出部５１から出力されたフィルタ値の極大値を算出し、極大値を算出した時刻ｔにおける第１の信号レベル値Ｅｎ１（ｔ）として出力する。また、たとえば、第２の信号レベル抽出部５４は、第２の所定帯域抽出部５１から出力されたフィルタ値の極大値を算出し、極大値を算出した時刻ｔにおける第２の信号レベル値Ｅｎ２（ｔ）として出力する。以下、同一の時刻における第１の信号レベル値および第２の信号レベル値を参照するため、時刻ｔは省略し、単に第１の信号レベル値Ｅｎ１、第２の信号レベル値Ｅｎ２と表す。

なお、第１の信号レベル抽出部５２および第２の信号レベル抽出部５４は、それぞれ、出力されたフィルタ値の包絡線を得て、包絡線上の値を第１の信号レベル値Ｅｎ１、第２の信号レベル値Ｅｎ２として出力しても良い。或いは、第１の信号レベル抽出部５２および第２の信号レベル抽出部５４は、所定の時間間隔Δｔごとに、周波数成分の絶対値のΔｔにおける積算値を算出して、得られた積算値を、それぞれ第１の信号レベル値Ｅｎ１、第２の信号レベル値Ｅｎ２として出力しても良い。

演奏者による唇の開きや吹き出す息のスピードの変化によって、第１の信号レベル値Ｅｎ１や第２の信号レベル値Ｅｎ２の信号レベルは時系的に変化する。本実施の形態においては、第１の信号レベル値Ｅｎ１の、第２の信号レベル値Ｅｎ２に対する比「Ｅｎ１／Ｅｎ２」が、所定の値（たとえば「２」）以上であるときに、基本音高情報ＫｅｙＰより１オクターブ高い音高の楽音を発生するようにしている。

周波数特性取得・判定処理５０３では、ＣＰＵ２１は、周波数特性取得部２５から周波数特性データである第１〜第３の信号レベル値Ｅｎ１〜Ｅｎ３を取得し、指標値として、第１の信号レベル値Ｅｎ１の、第２の信号レベル値Ｅｎ２に対する比を得る。第１の信号レベル値Ｅｎ１〜第３の信号レベル値Ｅｎ３および指標値Ｅｎ１／Ｅｎ２は、ＲＡＭ２３の所定の領域に格納される。

周波数特性取得・判定処理（ステップ５０３）が終了すると、ＣＰＵ２１は、発音処理を実行する（ステップ５０４）。図１１および図１２は、本実施の形態にかかる発音処理の例を示すフローチャートである。図１１に示すように、ＣＰＵ２１（発音処理部４５）は、ＲＡＭ２３を参照して、キーイベントが存在するかを判断する（ステップ１１０１）。ステップ１１０１でＹｅｓと判断された場合には、ＣＰＵ２１は、ＲＡＭ２３中に格納された第３の信号レベル値Ｅｎ３を参照して、第３の信号レベル値Ｅｎ３が所定の閾値Ｅｔｈ以上であるかを判断する（ステップ１１０２）。ステップ１１０２でＮｏと判断された場合には発音処理が終了される。

ステップ１１０２でＹｅｓと判断された場合には、ＣＰＵ２１は、基本音高情報ＫｅｙＰが、Ｅ４以上Ｃ♯５以下の範囲（Ｅ４≦ＫｅｙＰ≦Ｃ♯５）であるかを判断する（ステップ１１０３）。ステップ１１０３でＹｅｓと判断された場合には、ＣＰＵ２１（周波数特性判定部４３）は、さらに、ＲＡＭ２３中に格納された指標値Ｅｎ１／Ｅｎ２が、「２」以上であるかを判断する（ステップ１１０４）。

ステップ１１０３でＮｏ、或いは、ステップ１１０４でＮｏと判断された場合には、ＣＰＵ２１は、音高ＫｅｙＰの楽音を、第３の信号レベル値Ｅｎ３に基づく音量レベルで発音するように、サウンドシステム２６の音源部２７に指示する（ステップ１１０５）。音源部２７は、指示にしたがって、ＲＯＭ２２から音高ＫｅｙＰに応じて波形データを読み出して、第３の信号レベル値Ｅｎ３に基づく音量レベルを乗じて楽音データを生成して、オーディオ回路２８に出力する。その後、ＣＰＵ２１は、ＲＡＭ２３中のオクターブフラグＯｃｔを「０」にリセットする（ステップ１１０６）。

その一方、ステップ１１０４でＹｅｓと判断された場合には、ＣＰＵ２１は、音高（ＫｅｙＰ＋１２）の楽音、つまり、キースイッチパターンに基づいて特定された基本音高情報ＫｅｙＰより１オクターブ高い音高の楽音を、第３の信号レベル値Ｅｎ３に基づく音量レベルで発音するように、サウンドシステム２６の音源部２７に指示する（ステップ１１０７）。音源部２７は、指示にしたがって、ＲＯＭ２２から音高（ＫｅｙＰ＋１２）に応じて波形データを読み出して、第３の信号レベル値Ｅｎ３に基づく音量レベルを乗じて楽音データを生成し、オーディオ回路に出力する。その後、ＣＰＵ２１は、ＲＡＭ２３中のオクターブフラグＯｃｔを「１」にセットする（ステップ１１０８）。

このように、本実施の形態においては、高域側である第１の所定帯域の周波数成分に基づく第１の信号レベル値Ｅｎ１の、低域側である第２の所定帯域の周波数成分に基づく第２の信号レベル値Ｅｎ２対する比が所定値以上である場合に、演奏者の運指によるキースイッチパターンにより特定される音高の、１オクターブ上の音高の楽音が発音される。これにより、演奏者が、唇の開きを狭くした状態で息を吹き、また、吹き出す息のスピードを高めている状況を適切に判断し、所望の音高の楽音を発生させることが可能となる。

ステップ１１０６或いは１１０８が実行された後、ＣＰＵ２１は、発音ステータスを「発音中」に設定して、ＲＡＭ２３に格納する（ステップ１１０９）とともに、音量データとして第３の信号レベル値Ｅｎ３をＲＡＭ２３に格納する（ステップ１１１０）。その後、ＣＰＵ２１は、ＲＡＭ２３中のキーイベントをクリアする（ステップ１１１１）。

ステップ１１０１でＮｏと判断された場合には、ＣＰＵ２１は、ＲＡＭ２３中の発音ステータスが「発音中」であるかを判断する（ステップ１２０１）。ステップ１２０１でＮｏと判断された場合には、ＣＰＵ２１は、第３の信号レベル値Ｅｎ３が所定の閾値Ｅｔｈ以上であるかを判断する（ステップ１２０２）。

演奏者により何れかのキースイッチがオンされ、楽音が発音されていた状態で、演奏者がマウスピース１４の孔部１６への息の吹き込みを中止すると、ステップ１２０１、１２０４を経て、消音処理（ステップ１２０５）が実行され、発音ステータスが「消音中」となる。

ステップ１２０２でＹｅｓと判断されたことは、発音ステータスが消音中である状態で、演奏者がキースイッチをオン状態で維持しつつ、新たにマウスピース１４の孔部１６への息を吹き込んだ場合に相当する。この場合には、ＣＰＵ２１は、再度、ＲＡＭ２３に格納された音高ＫｅｙＰを取得して（ステップ１２０３）、ステップ１１０３に進む。

ステップ１２０１でＹｅｓと判断された場合には、ＣＰＵ２１は、第３の信号レベル値Ｅｎ３が所定の閾値Ｅｔｈ以上であるかを判断する（ステップ１２０４）。ステップ１２０４でＮｏ、つまり、第３の信号レベル値Ｅｎ３が閾値Ｅｔｈより小さい場合には、ＣＰＵ２１は、楽音の消音を音源部２７に指示する（ステップ１２０５）。音源部２７は、発音中の楽音データに、所定のリリースエンベロープを乗じて、楽音を消音させる。また、ステップ１２０５において、ＣＰＵ２１は、ＲＡＭ２３中の発音ステータスを「消音中」とする。

ステップ１２０４でＹｅｓと判断された場合には、ＣＰＵ２１は、基本音高情報ＫｅｙＰが、Ｅ４以上Ｃ♯５以下の範囲（Ｅ４≦ＫｅｙＰ≦Ｃ♯５）であるかを判断する（ステップ１２０６）。ステップ１２０６でＹｅｓと判断された場合には、ＣＰＵ２１は、ＲＡＭ２３中に格納された指標値Ｅｎ１／Ｅｎ２が、「２」以上であるかを判断する（ステップ１２０７）。

ステップ１２０７でＹｅｓと判断された場合には、ＣＰＵ２１は、ＲＡＭ２３に格納されたオクターブフラグＯｃｔが「０」であるかを判断する（ステップ１２０８）。ステップ１２０８でＹｅｓと判断された場合には、ＣＰＵ２１は、音高（ＫｅｙＰ＋１２）の楽音、すなわち、現在発音中の楽音の音高より１オクターブ高い音高の楽音を、第３の信号レベル値Ｅｎ３に基づく音量レベルで発音するように、サウンドシステム２６の音源部２７に指示する（ステップ１２０９）。音源部２７は、指示にしたがって、現在発音中の音高ＫｅｙＰの楽音を高速に消音するとともに、ＲＯＭ２２から音高（ＫｅｙＰ＋１２）に応じて波形データを読み出して、第３の信号レベル値Ｅｎ３に基づく音量レベルを乗じて楽音データを生成し、オーディオ回路２８に出力する。

その後、ＣＰＵ２１は、ＲＡＭ２３中のオクターブフラグＯｃｔを「１」にセットする（ステップ１２１０）。次いで、ＣＰＵ２１は、音量データとして第３の信号レベル値Ｅｎ３をＲＡＭ２３に格納する（ステップ１２１１）。

ステップ１２０７および１２０８でＹｅｓと判断された場合は、音高ＫｅｙＰの楽音を発音中に、演奏者が、唇の開きを狭くした状態で、吹き出す息のスピードを高めて息を吹き込んだ場合に相当する。この場合には、発音される楽音の音高が、基本音高情報ＫｅｙＰの１オクターブ上に変更される。

ステップ１２０７でＮｏと判断された場合には、オクターブフラグＯｃｔが「１」であるかを判断する（ステップ１２１３）。ステップ１２１３でＹｅｓと判断された場合には、ＣＰＵ２１は、音高（ＫｅｙＰ）の楽音、すなわち、現在発音中の楽音の音高（ＫｅｙＰ＋１２）より１オクターブ低い音高の楽音を、第３の信号レベル値Ｅｎ３に基づく音量レベルで発音するように、サウンドシステム２６の音源部２７に指示する（ステップ１２１４）。音源部２７は、指示にしたがって、現在発音中の音高（ＫｅｙＰ＋１２）の楽音を高速に消音するとともに、ＲＯＭ２２から音高（ＫｅｙＰ）に応じて波形データを読み出して、第３の信号レベル値Ｅｎ３に基づく音量レベルを乗じて楽音データを生成し、オーディオ回路２８に出力する。

その後、ＣＰＵ２１は、ＲＡＭ２３中のオクターブフラグＯｃｔを「０」にセットする（ステップ１２１５）。次いで、ＣＰＵ２１は、音量データとして、第３の信号レベル値Ｅｎ３をＲＡＭ２３に格納する（ステップ１２１１）。

ステップ１２０７でＮｏ、かつ、１２１３でＹｅｓと判断された場合は、音高（ＫｅｙＰ＋１２）の楽音を発音中に、演奏者が、唇の開きを大きくして吹き出す息のスピードを低くして、息を吹き込んだ場合に相当する。この場合には、発音される楽音の音高が、基本音高情報（ＫｅｙＰ）、つまり、（ＫｅｙＰ＋１２）の１オクターブ下に変更される。

ステップ１２０６でＮｏと判断された場合、ステップ１２０８でＮｏと判断された場合、或いは、ステップ１２１３でＮｏと判断された場合には、ＣＰＵ２１は、現在発音中の楽音について、その音量を、第３の信号レベル値Ｅｎ３とするように音源部２７に指示する（ステップ１２１２）。音源部２７は、指示にしたがって、現在発音中の楽音の音高は変更せず、音量レベルのみを第３の信号レベル値Ｅｎ３に基づくような楽音データを生成して、ディジタルフィルタ２８に出力する。その後、ＣＰＵ２１は、音量データとして第３の信号レベル値Ｅｎ３をＲＡＭ２３に格納する（ステップ１２１１）。

発音処理（ステップ５０４）の後、ＣＰＵ２１は、他の処理を実行して（ステップ５０５）、ステップ５０２に戻る。

本実施の形態においては、ＣＰＵ２１は、キースイッチの各々の操作状態を示すキースイッチパターンに基づいて、発音すべき楽音の基本音高情報ＫｅｙＰを特定する。また、周波数特性取得部２５は、電子管楽器１０の中空の本体に内部に配置されたマイク３４により取得された音信号の周波数特性を取得する。ＣＰＵ２１は、周波数特性取得部２５において取得された周波数特性に基づいて、キースイッチパターンに基づく基本音高情報より所定量（たとえば１オクターブ）高い音高の楽音を発生させるべく、音源部２７を制御する。これにより、演奏者は、電子管楽器１０のマウスピース１４内に吹き込む際の唇に開き具合および息の吹き込むスピードを変更することで、楽音の音高を変化させることができる。特に、本実施の形態では、接触式のセンサを用いていないため、接触部を演奏者ごとに調整する必要が無い。

特に、本実施の形態においては、ＣＰＵ２１は、所定の第１の周波数帯域（１０ＫＨｚ以上の帯域、たとえば、１２ＫＨｚ〜１３ＫＨｚ）における第１の信号レベルＥｎ１が、第１の周波数帯域より低域側の、所定の第２の周波数帯域（１ＫＨｚ以下の帯域、たとえば、７００Ｈｚ〜８００Ｈｚ）における第２の信号レベルＥｎ１より、所定の比率以上大きい（たとえば、Ｅｎ１／Ｅｎ２≧２）場合に、基本音高情報より所定量だけ高い音高の楽音を発生させるべく音源部２７を制御する。いわゆるオクターブアップさせるときのフルートの奏法において、演奏者は、唇の開きを狭くした状態で息を吹き、また、吹き出す息のスピードを高めている。この場合に、管内部に吹き込まれた息による音信号では、低域側の所定帯域の周波数成分の信号レベルは、通常の奏法のときと変化しないにもかかわらず、高域側の所定帯域の周波数成分の信号レベルは、通常の奏法のときと比較して相当量増大する。そこで、本実施の形態では、この高域側の所定帯域の周波数レベルの増大を検出することで、演奏者が音高を変化させようとする動作を適切に検出する。

また、本実施の形態においては、ＣＰＵ２１は、取得された音信号の信号レベルにしたがって、発音すべき楽音の音量を制御する。したがって、別途、息圧センサなどを設けることなく、演奏者の管内部に吹き込む息の量にしたがった音量で楽音を発音させることができる。

特に、本実施の形態においては、ＣＰＵ２１は、第１の信号レベルＥｎ１および第２の信号レベルＥｎ２に基づいて、第３の信号レベルＥｎ３を生成し、第３の信号レベルＥｎ３にしたがって音量を制御する。これにより、ノイズの影響を排除して、所望の音量で楽音を発音させることが可能となる。

また、前記実施の形態においては、ＣＰＵ２１は、キースイッチパターンに基づく基本音高情報が、所定の範囲内であるときに、周波数特性に基づく音高の判断を行なう。フルートにおいては、Ｅ４〜Ｃ♯５の音高のキーパターン（運指）が、それぞれ、Ｅ５〜Ｃ♯６と同一である。したがって、ＣＰＵ２１は、たとえば、キースイッチパターンに基づく基本音高情報が、Ｅ４〜Ｃ♯５であるときに、音高の変化の必要性を、周波数特性に基づいて判断する。これにより、演奏者は、フルートなどの管楽器と同様の運指で、かつ、同様の息の吹き込み具合で所望の音高の楽音で演奏することが可能となる。

本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。

たとえば、第１の実施の形態においては、マイク３４により取得された音信号を、Ａ／Ｄ変換器３５においてディジタル信号に変換し、変換されたディジタルデータから、第１の所定帯域の周波数成分、および、第２の所定帯域の周波数成分を抽出している。しかしこれに限定されるものではない。図１３（ａ）は、本発明の第２の実施の形態にかかる周波数特性取得部の例を示すブロックダイヤグラムである。図１３（ａ）に示すように、第２の実施の形態にかかる周波数特性取得部１２５は、第１の所定帯域通過フィルタ１５１および第２の所定帯域通過フィルタ１５３を有する周波数分析部１３６およびＡ／Ｄ変換部１３５を有する。第１の所定帯域は、たとえば、１２ＫＨｚ〜１３ＫＨｚ、第２の所定帯域は、たとえば、７００Ｈｚ〜８００Ｈｚであり、第１の実施の形態と同様で良い。

図１３（ｂ）は、帯域通過フィルタの例を示す図である。図１３（ｂ）に示すように、帯域通過フィルタは、第１のキャパシタ１０１および第１のコイル１０２により構成される低域周波数遮断フィルタ１００と、第２のキャパシタ１１１および第２のコイル１１２により構成される高域周波数遮断フィルタ１１０と、整流器１２１とを有する。低域周波数遮断フィルタ１００において、第１のキャパシタ１０１および第１のコイル１１２の定数を適当に調整することによって、所望の低域遮断周波数とすることができ、また、高域周波数遮断フィルタ１１０において、第２のキャパシタ１１１および第２のコイル１１２を調整することによって、所望の高域遮断周波数とすることができる。また、整流器１２１によって、所定帯域の周波数成分の絶対値に相当する信号が出力される。

第２の実施の形態においては、Ａ／Ｄ変換器１３５からのデータに基づいて、ＣＰＵ２１が、第１の信号レベル値Ｅｎ１および第２の信号レベル値Ｅｎ２を生成し、かつ、これらを加算することにより第３の信号レベル値Ｅｎ３を生成する。第２の実施の形態では、簡便なアナログフィルタを用いて、第１の所定帯域の周波数成分および第２の所定帯域の周波数成分を得ることができる。

また、上記第１の実施の形態においては、第１の信号レベル値Ｅｎ１と第２の信号レベル値Ｅｎ２とを加算して得た第３の信号レベル値Ｅｎ３を音量情報として、楽音を発音させているがこれに限定されるものではない。たとえば、図２において、Ａ／Ｄ変換部３５から出力された音データの信号レベル値（たとえば、極大値）を取得して、これを、第３の信号レベル値としても良い。

さらに、Ａ／Ｄ変換器３５から出力された音データ以外の信号に基づいて、第３の信号レベル値を取得しても良い。図１４は、第３の実施の形態にかかる電子管楽器のヘッドジョイントの略横断面図である。図１４に示すように、孔部１６の長手方向の一方の端面に、半径方向にブレスセンサ１４１が配置されている。孔部１６の端面は、演奏者の唇（図１４において符号Ｌで示す）に対向する面であり、唇から吹き出された息（矢印参照）がブレスセンサ１４１の表面に当たるようになっている。ブレスセンサ１４１は、ヘッドジョイント１１の本体を形成するリング部材１４０の上側に取り付けられたマウスピース１４の端面およびリング部材１４０端面上に、リング部材１４０の半径方向に沿って取り付けられる。第３の実施の形態においては、ブレスセンサ１４１が、演奏者の吹き込む息の息圧を検出し、息圧に基づくセンサ値ＢＳを第３の信号レベル値として利用する。

また、前記実施の形態においては、周波数特性データに基づいて、所定量だけ高い音高として、１オクターブ高い楽音を発生させているが、所定量は１オクターブに限定されるものではない。

また、本実施の形態においては、高域側の第１の周波数帯域として、１０ＫＨｚ以上の帯域、特に、１２ＫＨｚ〜１３ＫＨｚを採用し、低域側の第２の周波数帯域として、１ＫＨｚ以下の帯域、特に、７００Ｈｚ〜８００Ｈｚの周波数成分をそれぞれ取得している。しかしながら、周波数帯域は上述したものが望ましいが、これらに限定されるものではない。さらに、第１の信号レベル値Ｅｎ１の、第２の信号レベル値Ｅｎ２に対する比「Ｅｎ１／Ｅｎ２」が「２」より大きいときに、基本音高情報の１オクターブ高い音高の楽音を発生させるように構成しているが、音高の変化を判断する際の比の値は上述したものに限定されない。

１０電子管楽器
１１ヘッドジョイント
１２ミドルジョイント
１３フットジョイント
１４マウスピース
２１ＣＰＵ
２２ＲＯＭ
２３ＲＡＭ
２４スイッチ部
２５周波数特性取得部
２６サウンドシステム
２７音源部
２８オーディオ回路
３０スピーカ
３１、３２キースイッチ
３４マイク
３５Ａ／Ｄ変換部
３６周波数分析部

Claims

長手方向に延びる本体と、
前記本体の中空となっている一端に設けられたマウスピースであって、中空の内部と連通する孔部が設けられたマウスピースと、
前記本体に設けられ、オン状態およびオフ状態の何れかの状態をとる複数の演奏操作子と、
前記本体の中空の内部に配置された、前記孔部から吹き込まれた息による音信号を取得する音信号取得手段と、
所定の音高の楽音の発音を発生する楽音発生手段に対して、前記複数の演奏操作子の操作状態に基づいて発音すべき楽音の基準音高を特定して、特定された基準音高の楽音を発音するように指示を与える制御手段と、
前記音信号取得手段により取得された音信号の周波数特性を取得する周波数特性取得手段を備え、
前記制御手段が、前記周波数特性に基づいて、演奏操作子の操作状態に基づいた基準音高より所定量だけ高い音高の楽音を発生するように、前記楽音発生手段に指示を与えるように構成されたことを特徴とする電子管楽器。
前記制御手段が、前記周波数特性において、所定の第１の周波数帯域における第１の信号レベルが、前記第１の周波数帯域より低域側の、所定の第２の周波数帯域における第２の信号レベルより、所定の比率以上大きい場合に、前記基準音高より所定量だけ高い音高の楽音を発生するように、前記楽音発生手段に指示を与えることを特徴とする請求項１に記載の電子管楽器。
前記制御手段が、前記取得された音信号の信号レベルにしたがって、前記楽音の音量を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の電子管楽器。
前記制御手段が、前記第１の信号レベルおよび前記第２の信号レベルに基づいて、第３の信号レベルを生成し、前記第３の信号レベルにしたがって、前記音量を制御することを特徴とする請求項３に記載の電子管楽器。
前記制御手段が、前記複数の演奏操作子の操作状態に基づく基準音高が、所定の範囲内であるときに、前記周波数特性に基づく音高の判断を行なうことを特徴とする請求項１ないし４の何れか一項に記載の電子管楽器。