JP2015176059A - 打楽器 - Google Patents

Abstract

【課題】打楽器演奏に安定して用いることが可能で、かつ、スイッチ操作など演奏を阻害するような操作を打楽器奏者に強いることなく、打楽器の演奏表現の幅を広げることを可能にする技術を提供する。
【解決手段】開口部を有する中空の筐体と前記開口部を覆うように前記筐体に取り付けられる打面とを有する打楽器に、前記打面に配設されるセンサであって、前記打面の振動を検出して当該振動を表す信号を出力するセンサと、前記打面の振動を表す信号を増幅するアンプと、前記アンプの出力信号に応じて前記打面を振動させる励振手段とを設ける。そして、奏者の手指等が打面に押し付けられていない状態における、センサ→アンプ→励振手段→筐体および打面→センサといったフィードバックループのゲインが１に近い値となるようにアンプのゲインを設定しておく。
【選択図】図１

Description

この発明は、打楽器の演奏表現の幅を広げる技術に関する。

打楽器では、ロール奏法によって持続音の発生が可能であるが、ロール奏法によらずとも持続音の発生が可能になると、打楽器の演奏表現の幅が広がる。エレクトリックギターでは、本来演奏には有害と言われていた発振音（ノイズ）を積極的に楽音に取り入れることで演奏音の響きが長く残るようにすること（すなわち、持続音を発音させること）が広く行われている（例えば、フィードバック奏法）。また、特別な演奏方法を行わずとも、持続音を発音させることができるようにするギター用サスティナも提案されている（例えば、特許文献１に開示の弦振動持続装置）。そこで、これらの仕組みを打楽器に適用してロール奏法によらずとも持続音を発音できるようにすることが考えられる。

エレクトリックギターにおいて発振音が発生する仕組みは以下の通りである。エレクトリックギターのピックアップおよびスピーカには磁気が利用されており、ピックアップとスピーカを互いに近付けることで電磁誘導の一種である電磁結合が発生しフィードバックループが形成される。すなわち、スピーカのボイスコイルからの漏洩磁束→ピックアップコイルへの電磁結合→正相信号の励起→アンプでの発振→スピーカーボイスコイルへの電流といったフィードバックループである。また、このような磁気を介したフィードバックループの他にも、スピーカからの演奏音→楽器の胴や弦の共振→アンプによる増幅→スピーカといったフィードバックループが形成される場合もある。このようなフィードバックループのゲインが１を上回ると発振状態となり、発振音が発生するのである。

図８は、ギター用サスティナの原理を模したドラム用サスティナの一例を示す図である。図８におけるドラム１００は１６インチのフロア・タムであり、その一端には打面となるドラムヘッド１２０が張り付けられている。ドラム１００の他端は開放されている。当該ドラム１００のシェル１１０内にはマイクロホン３００が設置される。より詳細に説明すると、マイクロホン３００はシェル１１０の側面から４０ｍｍ、ドラムヘッド１２０から２００ｍｍの位置に設置される。マイクロホン３００の出力信号はバンドパスフィルタ（図８では、「ＢＰＦ」と表記）４１０を通過した後、Ａ／Ｄコンバータ（図８では、「Ａ／Ｄ」と表記）４２０によってサンプリングされ、パーソナルコンピュータ（図８では、「ＰＣ」と表記）４３０で保存される。なお、Ａ／Ｄコンバータ４２０におけるサンプリング周期は１０ｋＨｚである。

図８に示すドラム１００を連続加振する場合には、ドラムヘッド１００のフープ上に超磁歪振動子２００を設置する。超磁歪振動子２００へはアンプ５００を介してバンドパスフィルタ４１０の出力信号が与えられる。これにより、フィードバックループが形成され、発振を励起することができる。つまり、図８に示す例では、超磁歪振動子２００と、マイクロホン３００と、バンドパスフィルタ４１０と、アンプ５００とによってドラム用サスティナが形成される。このドラム用サスティナにおいては、バンドパスフィルタ４１０の通過周波数帯域およびドラムヘッド１２０への質量付加によって意図的に振動モード及び発振周波数を制御することができる。ドラムヘッド１２０に振動を与えない状態で発振が励起しない程度にアンプ５００の増幅率を調整し、無発振状態から打音を発生させ、それをトリガとして発振を開始させる。そして、発振中に一度打音を発生させ、ドラムヘッド１２０を手でミュートすることによって発振を停止させるという一連の演奏が可能である。

特開平０５−１１９７７５号公報

図８に示すドラム用サスティナでは、無発振状態からの打音をトリガとして発振を開始し、ドラムヘッド１２０を手でミュートすることによって発振を停止するという一連の演奏が可能である。しかし、一度始まった発振は手でミュートしなければ止まらず、演奏していないときでも他の楽器音や雑音、振動などの外乱によって発振が開始される可能性があり、安定して演奏に用いるには難がある。図８に示すドラム用サスティナでは、打音を検出するセンサとしてマイクロホン３００が採用されており、マイクロホン３００は空気の振動を直接検出するため、他の楽器音や雑音などのちょっとした空気振動も検出し簡単に発振が開始されてしまうからである。

エレクトリックギターにおけるフィードバック奏法では、楽器外部のスピーカからの音響あるいは漏洩磁気が利用されており、楽器単体で成立するものではなかった。また、打楽器では基本的に磁気を利用しないため磁気を介するフィードバック現象は起きない。なお、従来の打楽器において、ＰＡスピ−カからの演奏音→打楽器の胴やドラムヘッドへの共振→>マイクやドラム用ピックアップ→アンプでの増幅→スピ−カからの演奏音といったフィードバックループによって発振現象が起こる場合もあるが、偶発的なものであり、演奏音として打楽器奏者がコントロール可能なものではない。特許文献１に開示の技術は楽器内で完結しているが、磁気、電磁力を利用したものであり、単音と持続音との切り替えにはスイッチ等の電気操作子の操作が必要である。このようなスイッチ操作を強いられることは打楽器演奏の妨げとなる場合があり、好ましくない。

本発明は以上に説明した課題に鑑みて為されたものであり、打楽器演奏に安定して用いることが可能で、かつ、スイッチ操作など演奏を阻害するような操作を奏者に強いることなく、打楽器の演奏表現の幅を広げることを可能にする技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、内部に空間を有し、表面の少なくとも一部が打面となる筐体と、前記筐体に設置され、前記打面の振動を検出して当該振動を表す信号を出力するセンサと、前記打面の振動を表す信号を増幅して出力するアンプと、前記アンプの出力信号に応じて前記打面を振動させる励振手段と、を備え、前記打面の少なくとも一部への押圧によって、前記励振手段、前記打面、前記センサおよび前記アンプを経て再度、前記励振手段に至るフィードバックループのゲインが上昇することを特徴とする打楽器、を提供する。

本発明によれば、打面が押圧されていない状態における上記フィードバックループのゲインが１に近い値となるようにアンプのゲインを設定しておけば、打楽器の演奏中に打面に手を押し付ける等することで発振を発生させ、持続音を放音させることが可能になる。なお、打楽器の演奏中に打面の少なくとも一部を押圧することで上記フィードバックループのゲインが上昇することは本願発明者の実験により判明したことであり、本発明はこの実験結果に基づくものである。本発明の打楽器では、打面の振動を検出するセンサは筐体に設置されている。打楽器の筐体は空気に比較してのエネルギー損失が高く、外部からの空気振動があったとしても、その空気振動が上記センサによって直接検出されることはない。よって、本発明によれば、他の楽器音や雑音などの外乱によって発振が開始することはなく、安定した打楽器演奏を行うことが可能になる。

また、詳細については本発明の実施形態の説明において明らかにするが、押圧する打面上の位置を変えることで持続音の音高（周波数）を変化させることが可能であることも本願発明者の行った実験により判明した。打楽器の演奏中にその打面に手を押し付けるといった操作は、スイッチ操作とは異なり、演奏の妨げとなることはない。つまり、本発明によれば、スイッチ操作などの演奏を阻害するような電気的（電子的）な操作を打楽器奏者に強いることなく、演奏表現の幅を広げることが可能になるといった効果も奏される。さらに、本発明によれば、本発明の打楽器の他に持続音を発生させるための仕組みを要さず、外部スピーカ等を必要としない、といった利点もある。

より好ましい態様としては上記センサを上記打面に設置する態様が考えられる。打面についてもエネルギー損失は空気に比較して大きく、外乱による発振の開始を回避できることに加えて、打面の振動を効率良く検出させることが可能になるからである。なお、センサの具体例としては、ピエゾ素子などの圧電素子により構成されている圧電センサが挙げられる。一方、励振手段の具体例としては、筐体内の空間或いは打楽器の外部に設置されたスピーカが挙げられる。励振手段としてスピーカを用い、当該スピーカを筐体内に設置する態様においてはセンサの出力信号に応じた振動は筐体内部の空間（より正確には、当該空間内の空気）を介して間接的に打面に伝達される。なお、励振手段として振動アクチュエータを用い、当該励振手段により発生させた振動を打面に直接伝達させても勿論良い。

より好ましい態様においては、後段に出力する信号に信号処理を施す信号処理部を前記センサと前記アンプの間に介挿する態様が挙げられる。ここで、信号処理の具体例としては、例えば予め定められた周波数帯域の信号のみを通過させるバンドパスフィルタ処理が挙げられる。また、励振手段としてスピーカを用いる場合には、センサの出力信号に応じた音信号を当該スピーカに与える音源をさらに設けるようにしても良い。このような態様によれば、打楽器本来の演奏音に上記音源の音が重なり、面白みのある演奏を行うことが可能になるからである。

上記筐体内の空間は打楽器の外部空間とは連通していない閉空間であっても良く、外部空間と連通している空間であっても良い。筐体内の空間を外部空間と連通した空間とする具体的な態様としては、１または複数のバスレフポートを上記筐体に設け、バスレフポートを介して筐体内の空間を外部空間に連通させる態様が考えられる。筐体に１または複数のバスレフポートを設ける態様によれば、ヘルムホルツ共鳴を利用して低音域の演奏音を放音することが可能になる。また、複数のバスレフポートを設ける態様においては、ポートの配置場所の都合で大口径のバスレフポートを設けることができない場合であっても、大口径のバスレフポートを１つ設けた場合と同様の効果が得られる。

本発明の一実施形態の打楽器１の構成例を示す図である。 本実施形態の動作を説明するための図である。 本実施形態の動作を説明するための図である。 本実施形態の動作を説明するための図である。 本実施形態の動作を説明するための図である。 変形例（６）の打楽器１Ａの構成例を示す図である。 変形例（６）の打楽器１Ｂの構成例を示す図である。 特許文献１に記載の従来技術を説明するための図である。

以下図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態の打楽器１の構成例を示す図である。より詳細に説明すると、図１（ａ）は、打楽器１の平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＸＸ´線に沿った打楽器１の断面図である。打楽器１は例えばカホンなどの箱型打楽器である。打楽器１は１つの面が開口した中空の直方体状の筐体１０の開口部を覆うように薄い板状の打面１２を貼り付けて構成されている。つまり、本実施形態では、筐体１０と打面１２とによって、打楽器１の内部に外部空間とは連通していない閉空間（以下、打楽器１の内部空間）が形成される。筐体１０は、例えば木材板などの内部損失（エネルギー損失）の大きい素材で形成されていることが好ましい。打面１２は筐体１０と同様に木材板で形成されていても良いが、押圧により弾性変形する程度の剛性（或いは柔軟性）を有することが好ましい。本実施形態の打面１２は、押圧により弾性変形する部材である。打面１２を押圧により弾性変形する部材とする具体的な方法としては、薄い金属板などの押圧により弾性変形する性質を本来的に有する素材により打面１２を形成する方法や、本来的にはこのような性質を有さない柔らかな膜状の素材（例えば、皮革や樹脂フィルムなど）を一定の張力で張設することで打面１２を形成し、これにより、押圧による弾性変形を実現する方法が挙げられる。打楽器１は、例えば椅子などに腰かけた奏者の膝上に打面１２が上になるように置かれ、打面１２を手指で叩くことで演奏される。

打面１２の裏面（前述した内部空間側の面）には、打面１２の振動を検出するためのセンサ３０が設置されている。センサ３０は、例えばピエゾセンサなどの圧電素子である。センサ３０は、打面１２の振動を検出し、その振動に応じた電気信号を出力する。本実施形態では、打面１２の振動を効率良く検出するためにセンサ３０を打面１２に設置したが筐体１０に設置しても良い。打面１２或いは筐体１０のエネルギー損失は空気に比較して大きいため、打面１２或いは筐体１０にセンサ３０を設置することで、他の楽器音などの外乱がセンサ３０によって検出されることを回避できるからである。センサ３０の出力信号は信号処理部４０による信号処理（例えば、バンドパスフィルタ処理などのフィルタ処理）、およびアンプ５０による増幅を経てスピーカ２０に与えられる。

スピーカ２０は、図１（ｂ）に示すように、筐体１０の内部空間側の面のうち打面１２の裏面と対向する面に設置されている。なお、打楽器１の内部空間に１または複数の響き線を張設しても良い。アンプ５０は可変利得増幅器であり、図示せぬ操作部等に対する操作によって利得（ゲイン）を適宜設定することができる。信号処理部４０およびアンプ５０については、打楽器１の筐体１０に内蔵させておいても良いし、筐体１０の外部に設けても良い。スピーカ２０は、信号処理部４０およびアンプ５０を介して与えられる電気信号に応じた音を放音する。スピーカ２０から出力された音は、打楽器１の内部空間を伝搬して打面１２に伝わり、打面１２を振動させる。つまり、スピーカ２０は、打面１２を振動させる励振手段の役割を果たす。

打楽器１においては、打面１２の振動がセンサ３０により検出され、その検出結果に応じた電気信号は信号処理部４０による信号処理およびアンプ５０による増幅を経てスピーカ２０に与えられる。スピーカ２０は、アンプ５０から与えられる電気信号に応じた音を放射し、この音によって打面１２が振動する。この振動がセンサ３０によって検出されることによって、フィードバックループが形成される。

本実施形態の打楽器１においては、奏者が打面１２の少なくとも一部を押圧する（例えば、手指を押し付ける）ことにより、打面１２が弾性変形し、打面１２（或いは打面１２および筐体１０よりなる打楽器１の本体全体）の音波の固体伝搬特性（以下、振動特性）が変化する。加えて、打面１２および筐体１０により区画される空間の形状は打面１２の弾性変形に応じて変化し、当該空間内の空気圧の上昇やスピーカ２０とスピーカ２０により励振される打面１２との距離の変化、スピーカ２０とセンサ３０の間の距離の変化が発生し、センサ３０とスピーカ２０間の音波の空間伝搬特性（以下、音響特性）も変化する。以下では、打楽器１における一連の電気機械音響系（センサ３０→信号処理部４０→アンプ５０→スピーカ２０→筐体１０および打面１２→センサ３０といった一連の電気機械音響系）の全体特性のことを打楽器１の伝達特性と呼ぶ。この伝達特性には、上記振動特性と上記音響特性が含まれる。本実施形態の打楽器１においては、打面１２の少なくとも一部が押圧されるのに応じて上記振動特性および音響特性が変化し、打楽器１の伝達特性が変化する。この伝達特性の変化により、発振現象が発生する。すなわち、変化後の伝達特性において、振幅が増し、且つ同相となる周波数で発振現象が起きる。本実施形態では、この発振現象を利用することで持続音の放音が可能となっている。打面１２が押圧されたときの伝達特性の変化の様子については後に明らかにする。

打楽器１の奏者は、打楽器１の演奏開始に先立って、勝手に発振が開始し始める手前の状態(すなわち、フィードバックループのゲインが１に近い状態)となるようにアンプ５０の初期設定を行っておく。このような初期設定が為された状態で打楽器１の演奏が開始されると、単音打（打面１２に対して短時間の打撃を加えた状態）ではセンサ３０の出力信号は信号処理部４０による信号処理およびアンプ５０による増幅を経てスピーカ２０から音として放射され、打面１２から放射される音を補強する。このような状況下で、打楽器１の奏者が打面１２に手指を押し付けるなどして打面１２の少なくとも一部が押圧されると、打楽器１の伝達特性が変化し、ある周波数において上記フィードバックループのゲインが上昇する。上記フィードバックループのゲインは１に近い値に初期設定されているため、打楽器１の奏者が打面１２に手指を押し付けると、上記周波数においてフィードバックループは発振状態となり、持続音が発生する。そして、奏者が打面１２に押し付けていた手指を離せば、伝達特性は元に戻り、発振状態から脱却して持続音は停止する。

前述したように、打楽器１の伝達特性には、打面１２の振動特性も含まれている。このため、打面１２のどの位置を押圧するか（打撃或いは手指を押し付ける）で、発振状態になる周波数は変化する。つまり、本実施形態の打楽器１では、打面１２上の押圧する位置を調整することで、音高の異なる持続音を発生させることができる。以下、打面１２上の押圧位置と発振状態となる周波数の関係について説明する。

まず、上記フィードバックループが発振状態となる周波数については、スピーカ２０とセンサ３０の位置（距離）関係、或いはスピーカ２０とスピーカ２０により励振される打面１２の位置（距離）関係から推定可能である。本実施形態では、センサ３０は打面１２の裏面に設置されているため、スピーカ２０とセンサ３０の位置（距離）関係は、スピーカ２０と打面１２の位置（距離）関係とは一致している。このため以下では、スピーカ２０とセンサ３０の位置（距離）関係に着目して、上記フィードバックループが発振状態となる周波数の算出方法を説明する。スピーカ２０〜センサ３０間の距離（本実施形態ではスピーカ２０から打面１２までの距離でもある）がＬ[ｍ]であるとすると、発振が起こる可能性の高い周波数は、当該距離Ｌ[ｍ]が波長の整数倍となる周波数である。よって、ｎ（自然数） 番目の発振状態が起きる周波数Ｆｎの候補は以下の式（１）で表される。なお、式（１）においてｃは音速である。また、センサ３０が打面１２の裏面とは異なる位置に設置されており、スピーカ２０〜センサ３０間の距離がＬ１[ｍ]、スピーカ２０〜打面１２間の距離がＬ２[ｍ]（ただし、Ｌ１≠Ｌ２）となっている場合には、下記式（１）のＬを上記Ｌ１またはＬ２に置き換えたそれぞれの場合について周波数Ｆｎを算出すれば良い。
Ｆｎ＝ｎ×ｃ／Ｌ・・・（１）

スピーカ２０〜センサ３０間の距離Ｌについては、既存の技術を用いて計測することができる。例えば、スピーカ２０から超音波を放射してセンサ３０により受信されるまでの到来時間Ｄ[ｓ]を測定し、以下の式（２）に示すように距離Ｌを算出するといった具合である。なお、式（２）におけるｃは、式（１）におけるものと同様に音速である。
Ｌ＝ｃ×Ｄ…（２）

そして、式（１）と式（２）とから、以下の式（３）に示すように、上記周波数Ｆｎを音速に依存しない形で表すことができる。この式（３）により表される関係（すなわち、スピーカ２０とセンサ３０の間の距離と発振周波数の関係）を利用することにより、ある特定の周波数を発振状態にすることができる打撃位置を特定することが可能となる。
Ｆｎ＝ｎ／Ｄ・・・（３）
なお、打楽器１において打面１２と筐体１０とにより区画される空間は閉空間であり、その閉空間内を伝搬する音波の伝搬経路は反射などによって複雑になる。このため、式（３）にしたがって算出される周波数において常に発振が発生するとは限らない。そこで、打面１２上の押圧位置と発振状態となる周波数の関係については、式（３）にしたがって大まかな位置の目安をつけつつ、スピーカ２０の入力信号から見たセンサ３０の出力信号の周波数応答の実測を行って特定することが好ましい。

また、打楽器１に発生させる持続音の周波数やその周波数を励起できる打撃位置等を決める要素としては、打面１２に力を加えない状態での音響特性、筐体１０を含めた状態での打面１２の振動特性（固有値（周波数）、振動モード（変形状態）など）、打面１２のある部分にある力を加えた状態での上記それぞれの特性の変化等が想定される。そこで、打楽器１の設計手順としては、センサ３０とスピーカ２０とを接続する配線を切った状態において、スピーカ２０に信号を入力した際のセンサの応答（出力電圧、位相角）を打面１２に力を加える位置毎にその力を加える前後で測定し、変化を得ることができる打面上の位置、周波数帯に対して、電気的にゲインや位相角を調節する、という手順が考えられる。本願発明者は、この手順に即して打楽器１の試作品を作成した。この試作品では、センサ３０付近が幅広く押圧された場合の発振（低音）と、センサ３０からやや離れた、ある狭い範囲が押圧された場合の発振（高音）の２種類の周波数での発振が確認できた。

図２におけるグラフ曲線ＧＡ１およびＧＡ２は、スピーカ２０に信号を与えて打面１２を振動させ、センサ３０でその振動を計測することで得られた周波数応答関数（すなわち、スピーカ２０（加振装置）の入力信号から見たセンサ３０の出力信号の周波数応答関数、以下、同様））の振幅を、縦軸をセンサ出力、横軸を周波数とする座標平面にプロットしたものである。より詳細に説明すると、グラフ曲線ＧＡ１は、打面１２が押圧されていないときの周波数応答関数の振幅をプロットしたものであり、グラフ曲線ＧＡ２は打面１２上の低音を発音できる部分が押圧されたときの周波数応答関数の振幅をプロットしたものである。図２におけるグラフ曲線ＧＡ３は、スピーカ２０への入力信号のパワ−スペクトルを上記座標平面にプロットしたものである。また、図３のグラフ曲線ＧＡ４は、打面１２が押圧されていないときの周波数応答関数の位相角を、縦軸を位相角、横軸を周波数とする座標平面にプロットしたものであり、同グラフ曲線ＧＡ５は打面１２上の低音を発音できる部分が押圧されたときの上記周波数応答関数の位相角をプロットしたものある。上記各周波数応答関数は打楽器１の伝達特性を表している。したがって、図２におけるグラフ曲線ＧＡ１とグラフ曲線ＧＡ２とを対比すること、および図３におけるグラフ曲線ＧＡ４とグラフ曲線ＧＡ５とを対比することで、打面１２上の低音を発音できる部分が押圧されたときの打楽器１の伝達特性の変化の様子が把握される。

グラフ曲線ＧＡ３を参照すると、６５Ｈｚ付近の周波数の音がスピーカ２０から放音されていることが判る。そして、グラフ曲線ＧＡ１とＧＡ２とを対比すれば明らかように、打面１２上の低音を発音できる部分が押圧されると、スピーカ２０の発音周波数付近の周波数応答関数の振幅が、打面１２が押圧されていないときよりも大きくなっている。また、打面１２上の低音を発音できる部分が押圧されたときは、上記発音周波数付近における周波数応答関数の位相角は０°付近となっており（図３：グラフ曲線ＧＡ５参照）、同相でゲインの高い状態になることがわかる。よって、センサ３０から信号処理部４０、アンプ５０およびスピーカ２０を経て再びセンサ３０に至るフィードバックループのゲインが１を超えれば発振（センサ３０で拾いアンプ５０で増幅され再度スピーカ２０に入る信号が最初にスピーカ２０に入った信号よりも大きくなる状態）が開始される。そして、奏者が打面１２から手を離せば、周波数応答関数は元の状態（すなわち、振幅がグラフ曲線ＧＡ１で表され、位相角がグラフ曲線ＧＡ４で表される状態）に戻り、発振は停止する。なお、グラフ曲線ＧＡ１には、１８６Ｈｚ付近にピークが現れているが、この周波数周辺の位相角を見ると１８０°程ずれておおむね逆相となっている。このため、奏者が打面１２に手指を押し付けていない状態において、１８６Ｈｚ付近の周波数で発振状態となることはない。つまり、今回の試作品では、打面１２が押圧されたときに振幅が増し、且つ同相となる周波数（すなわち、６５Ｈｚ）で発振現象が起きる。

図４におけるグラフ曲線ＧＢ１およびＧＢ２は、スピーカ２０に信号を与えて打面１２を振動させ、センサ３０でその振動を計測することで得られた周波数応答関数の振幅を、縦軸をセンサ出力、横軸を周波数とする座標平面にプロットしたものである。より詳細に説明すると、グラフ曲線ＧＢ１は、打面１２が押圧されていないときの周波数応答関数の振幅をプロットしたものであり、グラフ曲線ＧＢ２は打面１２上の高音を発音できる部分（センサ３０からやや離れた、ある狭い範囲）が押圧されたときの周波数応答関数の振幅をプロットしたものである。そして、図４におけるグラフ曲線ＧＢ３は、スピーカ２０への入力信号のパワ−スペクトルを上記座標平面にプロットしたものである。また、図５のグラフ曲線ＧＢ４は、打面１２が押圧されていないときの上記周波数応答関数の位相角を、縦軸を位相角、横軸を周波数とする座標平面にプロットしたものであり、同グラフ曲線ＧＢ５は打面１２上の高音を発音できる部分が押圧されたときの上記周波数応答関数の位相をプロットしたものある。前述したように、上記各周波数応答関数は打楽器１の伝達特性を表すのであるから、図４におけるグラフ曲線ＧＢ１とグラフ曲線ＧＢ２とを対比すること、および図５におけるグラフ曲線ＧＢ４とグラフ曲線ＧＢ５とを対比することで、打面１２上の高音を発音できる部分が押圧されたときの打楽器１の伝達特性の変化の様子が把握される。

グラフ曲線ＧＢ３を参照すると、４９０Ｈｚ付近の周波数の音がスピーカ２０から放音されていることが判る。そして、グラフ曲線ＧＢ１とＧＢ２とを対比すれば明らかように、打面１２上の高音を発音できる部分が押圧されたときは、打面１２が押圧されていないときよりも周波数応答関数の振幅がスピーカ２０の発音周波数付近の周波数において大きくなっている。また、打面１２上の高音を発音できる部分が押圧されたときは、上記発音周波数付近における周波数応答関数の位相角は０°付近となっており（図５：グラフ曲線ＧＢ５参照）、同相でゲインの高い状態になることがわかる。よってループゲインが１を超えれば（センサで拾いアンプで増幅され再度スピーカに入る入力が最初にスピーカに入った入力よりも大きくなる状態）発振が開始される。そして、奏者が打面１２から手を離せば、周波数応答関数は元の状態（すなわち、振幅がグラフ曲線ＧＢ１で表され、位相角がグラフ曲線ＧＢ４で表される状態）に戻り、発振は停止する。

グラフ曲線ＧＢ４およびＧＢ５を参照すれば明らかように、４９０Ｈｚ付近の位相角は、打面１２上の高音を発音できる部分が押圧されているか否かによらず、０°付近の値となっている。このため、４９０Ｈｚ付近では打面１２が押圧されているか否かによらずに発振状態となるかのように見えるが、周波数応答関数の振幅の違いで発振状態になる、ならないが決まると思われる。すなわち、打面１２が押圧されていない状態では発振状態とならず、打面１２上の高音を発音できる部分が押圧されたときに発振状態となる。また、グラフ曲線ＧＢ２では６８０Ｈｚ付近にも盛り上がりが認められ、位相角も０°付近となっているが、４９０Ｈｚ付近に比較して振幅が小さいため、発振状態となっていないと考えられる。したがって、例えば、４９０Ｈｚ付近のゲインを信号処理部４０における信号処理により電気的に下げる一方、６８０Ｈｚ付近のゲインを上げれば、４９０Ｈｚ付近ではなく６８０Ｈｚ付近で発振が起きると考えられる。このように、高音の発振状態についても、低音の発振状態同様、打面１２上の所定の部分が押圧されたときに振幅が増し、且つ同相となる周波数で発振現象が起きる。

打面１２が押圧されると、打楽器１の伝達特性が変化し、フィードバックループのゲインが上昇して発振可能な状態になる。しかし、上記試作品では打面１２上の低音を発音できる位置にゆっくりと強く手を押し付けていっても発振が始まらない場合があった。この場合、発振が開始（励振）されるためには、十分なレベルの最初の励起信号が必要になる。したがって、この試作品では、低音持続音を出したい場合、ある必要な強さの打撃を打面１２に加え、それに連続して必要な強さで打面１２に手指を押し付けるという演奏動作が必要になる。なお、この試作品の高音の発振の場合は、打面１２にゆっくりと手指を押し付けた場合でも発振が始まった。

打楽器１の伝達特性について、アンプ５０のゲイン設定により、勝手に発振が開始し始める手前の状態にしておくと、打面１２に手指を押し付けず、軽く叩いた場合（叩いてすぐに手を離す、通常の打楽器演奏状態）でも、発振しようとしている周波数の成分の響きが長く残るといったサスティン効果が発現する場合がある。試作品では高音の発振が起きる打面上の位置を軽く叩くと、その周波数成分が長く続く演奏音となった。

以上説明したように、本実施形態によれば、打楽器１の演奏中に打面１２に手指を押し付けることで打楽器１に持続音を発音させることができ、さらに押し付ける位置を変えることで持続音の音高を変えることができる。打楽器１の演奏中に打面１２に手指を押し付けるといった操作は、スイッチ操作とは異なり、演奏操作を阻害することはない。このため、本実施形態によれば、演奏を阻害するような操作を打楽器奏者に強いることなく、打楽器の演奏表現の幅を広げることが可能になる。

加えて、本実施形態の打楽器１では、打面１２の振動を検出するセンサ３０は打面１２の裏面に設置されているため、他の楽器音や雑音などの外乱によって発振が開始されることはない。前述したように打面１２は空気に比較してのエネルギー損失が高いため、外部からの空気振動があったとしても、その空気振動がセンサ３０によって直接検出されることはないからである。また、信号処理部４０における信号処理の処理内容およびアンプ５０のゲインを適切に設定しておけば、奏者が打面１２に手指を押し付けていないにもかかわらず発振状態となることも回避される。つまり、本実施形態によれば、打楽器演奏に安定して用いることが可能で、かつ、スイッチ操作など演奏を阻害するような操作を奏者に強いることなく、打楽器の演奏表現の幅を広げることが可能になる。

以上本発明の一実施形態について説明したが、この実施形態に以下の変形を加えても勿論良い。
（１）発振状態では際限なく音量が増えていく可能性があるが、アンプ５０の最大出力で規制される。センサ３０のゲインにリミッタを掛けたりすることで持続音の音量を設定してもよい。

（２）信号処理部４０においてセンサ３０の出力信号に施す信号処理はバンドパスフィルタ処理には限定されず、遅延を付与する処理や周波数成分毎に信号強度を調整するフィルタ処理であっても良い。打楽器１の演奏音の音程は、スピーカ２０とセンサ３０との間の伝達特性或いは位相角のずれの具合によって決まるため、信号処理部４０においてフィルタ処理を施したり、遅延を付与したりすることで伝達特性或いは位相角のずれの具合を調整すれば、単音打撃時の補強音、持続音の音程音色を調整できるようになる。

（３）上記実施形態では、打面１２の少なくとも一部が押圧されたときにフィードバックループのゲインが上昇することを利用したものである。よって、類似した現象（すなわち、奏者の操作によってフィードバックループのゲインが上昇する現象）を起こすことができるトランスデューサや音響的機械的構造により上記フィードバックループのゲインの制御を実現しても良く、フィードバックループのゲインを制御するための奏者の操作も打面１２に手指を押し付けるといった操作に限定される訳ではない。また、上記実施形態では、打面１２に設置されたセンサ３０とスピーカ２０との間の距離が打面１２に対する押圧量に応じて鋭敏に変化するように、スピーカ２０を筐体１０の内部空間側の面のうち打面１２の裏面（すなわち、センサ３０の設置面）と対向する面に設置したが、センサ３０の設置面とは異なる筐体１０内の面にスピーカ２０を設置しても良い。また、スピーカ２０を打楽器１の内部空間に設置するのではなく、スピーカ２０を打楽器１の外部に設置しても良い。スピーカ２０が打楽器１の外部に設置されている態様であっても、打面１２の少なくとも一部の押圧により振動特性の変化およびスピーカ２０とスピーカ２０により励振される打面１２との距離の変化に起因する音響特性の変化が生じ、打楽器１の伝達特性は変化するからである。ただし、他の楽器音などの外乱がセンサ３０によって検出されないようにするために打面１２はエネルギー損失の大きい素材で形成されていることが好ましいため、スピーカ２０を打楽器１の外部に設ける場合には、打面１２から充分に近い位置にスピーカ２０を設ける或いはスピーカ２０の出力音圧を充分に大きくしておくことが好ましい。外乱による打面１２の励振を回避しつつ、打楽器１の外部に設置されたスピーカ２０によって打面１２を励振できるようにするためである。

（４）センサ３０の出力信号に応じて音信号をスピーカ２０に与える電子音源をさらに設けても良い。例えば、センサ３０から電子音源を経てスピーカ２０に至る信号径路を上記フィードバック経路とは別個に設けても良く、また、信号処理部４０とアンプ５０の間（またはセンサ３０と信号処理部４０の間）に、前段からの信号入力をトリガとして電子音の音信号を出力する電子音源を挿入しても良い。この構成の場合、フィードバックループの振動周波数で電子音の発音が繰り返されるようなトレモロ発音動作となり、電子音源を挿入しなかった場合に比べ、スピーカ２０から発音される音色に電子音がもつ人工的な音色上の特徴を与える効果が期待できる。

（５）上記実施形態では、打楽器１の筐体１０は直方体状に形成されていたが、少なくとも１つの面が湾曲した形状に筐体１０を形成しても良い。例えば、上記実施形態の打楽器１のように、椅子などに腰かけた奏者の膝上に置かれた状態で演奏される打楽器に本発明を適用する場合には、当該打楽器の筐体を形成する面のうち、内部空間を挟んで打面と対向する面を外部空間に向かって緩やかに突出するように湾曲させておくことが考えられる。このような態様によれば、当該打楽器を膝上に置いたときの安定性が向上すると考えられるからである。また、上記実施形態では、椅子などに腰かけた奏者の膝上に置かれた状態で演奏される打楽器への適用例を説明したが、打面を正面に向けた状態で床などに置かれ、奏者がその上に腰かけて演奏する打楽器に本発明を適用しても勿論良い。また、上記実施形態では、１つの面が開口した中空の直方体状の筐体１０の開口部を薄い板状の打面１２で覆うことで打楽器１の外部とは連通しない閉空間を形成したが、上記筐体１０および打面１２の組み合わせに代えて、内部に閉空間を有し、表面の少なくとも一部が打面となる筐体を用いても良い。

（６）上記実施形態では、打楽器１の内部空間を閉空間とした。しかし、当該内部空間と打楽器１の外部空間とを連通させるバスレフポートを筐体１０に１または複数設け、打楽器の内部空間を外部空間と連通させても良い（図６および図７参照）。また、信号処理部４０は必ずしも必須ではなく、省略しても良い。要は、内部に空間（閉空間であるか否かは問わない）を有し、表面の少なくとも一部が打面となる筐体と、前記筐体に設置され、前記打面の振動を検出して当該振動を表す信号を出力するセンサと、前記打面の振動を表す信号を増幅して出力するアンプと、前記アンプの出力信号に応じて前記打面を振動させる励振手段と、を備え、前記打面の少なくとも一部への押圧によって、前記励振手段、前記打面、前記センサおよび前記アンプを経て再度、前記励振手段に至るフィードバックループのゲインが上昇するように構成された打楽器であれば良い。

図６或いは図７に示すようにバスレフポートを設ける態様によれば、ヘルムホルツ共鳴を利用して低音域の演奏音を放音することが可能になる。図６は、打楽器の内部空間と外部空間とを連通させるバスレフポートＢＰが１つだけ設けられた打楽器１Ａの構成例を示す図である。図６（ａ）は打楽器１Ａの平面図であり、図６（ｂ）は打楽器１ＡのＸＸ´線に沿った断面図である。そして、図６（ｃ）は、打楽器１ＡをＸ´からＸに向かう方向に見たときの側面図である。なお、図６では、信号処理部４０およびアンプ５０の図示を省略した（図７においても同様）。一方、図７は、打楽器の内部空間と外部空間とを連通させるバスレフポートＢＰが複数（図７に示す例では２つ）設けられた打楽器１Ｂの構成例を示す図である。図７（ａ）は打楽器１Ｂの平面図であり、図７（ｂ）は打楽器１ＢのＸＸ´線に沿った断面図である。そして、図７（ｃ）は、打楽器１ＢをＸ´からＸに向かう方向に見たときの側面図である。図７に示すように、複数のバスレフポートを設ける態様は、大口径のバスレフポートを一つ設けたのと同様の効果を奏するため、バスレフポートの配置場所の都合で大口径のバスレフポートを設けることができない場合に好適である。なお、複数のバスレフポートを設ける態様の場合、打楽器の内部空間のスペース或いは形状に合わせてバスレフポート毎にその長さを異ならせるようにしても良い。

１，１Ａ、１Ｂ…打楽器、１０…筐体、１２…打面、２０…スピーカ、３０…センサ、４０…信号処理部、５０…アンプ、ＢＰ…バスレフポート。

Claims (5)

1. 内部に空間を有し、表面の少なくとも一部が打面となる筐体と、
   前記筐体に設置され、前記打面の振動を検出して当該振動を表す信号を出力するセンサと、
   前記打面の振動を表す信号を増幅して出力するアンプと、
   前記アンプの出力信号に応じて前記打面を振動させる励振手段と、を備え、
   前記打面の少なくとも一部への押圧によって、前記励振手段、前記打面、前記センサおよび前記アンプを経て再度、前記励振手段に至るフィードバックループのゲインが上昇する
   ことを特徴とする打楽器。
2. 前記打面は、押圧により弾性変形する部材であることを特徴とする請求項１に記載の打楽器。
3. 前記センサは前記打面に設置されており、前記励振手段は前記打面とは異なる前記筐体内の面に設置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の打楽器。
4. 前記励振手段は前記筐体の内側の面のうち前記打面の裏面と対向する面に設置されていることを特徴とする請求項３に記載の打楽器。
5. 前記筐体にはバスレフポートが設けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の打楽器。

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