JP2015225268A - 電子楽器、発音制御方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】電子楽器の特殊奏法音の発生制御技術に関し、吹奏者が息を吹き出しながら発声した声を検知して管楽器特有の特殊奏法を実現する。【解決手段】マウスピース内のマイクからの人声信号を整流化して得た倍音成分のうちの１つまたは複数の和の帯域周波数の包括値（エンベロープ）が、マウスピース内の圧力センサの出力に基づいて決定される境界値と比較される（Ｓ３０６）。エンベロープが境界値より大きい場合には、圧力センサからの音量信号とエンベロープとに基づいて決定した音量で、特殊音であるグロートーンの楽音波形情報が生成されて発音処理される（ステップＳ３０７）。【選択図】図３

Description

本発明は、電子楽器の特殊奏法音の発生制御技術に関する。

管楽器を電子技術によって実現する電子楽器において、演奏者の個人差を吸収しながら、伝統的な管楽器（例えばサクソホーン）における演奏者の息の強さや吹口部を噛む強さ等を楽音パラメータとしてその特性値に従って吹奏演奏を行なうことができる従来技術が知られている（例えば特許文献１に記載の技術）。

また、電子楽器において、演奏者の舌の位置と動き、いわゆるタンギング奏法を検出して、発音中の管楽器音を制御する従来技術が知られている（例えば特許文献２または３に記載の技術）。

特許第２６０５７６１号公報 特許第２７１２４０６号公報 特許第３３８９６１８号公報

ここで、伝統的な管楽器には、ただ吹いたりタンギングしたりするだけでなく、演奏時に「ウーーーーーッ」と実際に声を出しながら吹奏を行い、音に濁りを与える特殊奏法「グロートーン」がある。

しかし、電子楽器の従来技術では、発声動作による特殊奏法は実現することはできなかった。

本発明は、吹奏者が息を吹き出しながら発声した声を検知して管楽器特有の特殊奏法を実現することを目的とする。

態様の一例では、発声される音声を検知する音声センサと、発声に伴う呼気の圧力及び当該呼気の流量の少なくとも一方を検知する呼気センサと、呼気センサの出力と音声センサの出力との少なくとも一方に基づいて、楽音の発音を制御する楽音制御部と、を備える。

本発明によれば、吹奏者が息を吹き出しながら発声した声を検知して管楽器特有の特殊奏法を実現することが可能となる。

本実施形態による電子楽器のマウスピースの断面図である。 電子楽器の第１の実施形態の全体ブロック回路図である。 発音制御処理の例を示すフローチャートである。 本実施形態の説明図（その１）である。 本実施形態の説明図（その２）である。 電子楽器の第２の実施形態の全体ブロック回路図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態による電子楽器のマウスピース１００の断面図である。

マウスピース１００内の奥に設置される圧力センサ１０１（呼気センサ）は、吹奏者（演奏者）が吹き込み口１０３を咥えて吹き込んだ息の吹き込み圧力を検知する。

マイク１０２（音声センサ）は、上述の吹奏動作とともに吹奏者により発声される吹き込み人声（人の音声）を検知する。

図２は、電子楽器の第１の実施形態の全体ブロック回路図である。

図１の圧力センサ１０１で検知された吹き込み圧力のアナログ信号は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部２０３によって、吹き込み圧力のデジタル信号に変換されて、音量信号としてＣＰＵ（セントラルプロセッシングユニット：中央演算処理装置）２０１（楽音制御部）に取り込まれる。

図１のマイク１０２で検知された吹き込み人声のアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換部２０４によって、吹き込み人声のデジタル信号に変換されて、人声信号としてＣＰＵ２０１に取り込まれる。

波形ＲＯＭ（リードオンリーメモリ：読出し専用メモリ）には、楽器音を生成するための波形データが書き込まれている。

吹奏者が操作キー２０５を押さえることで、抑えられた操作キー２０５のキーデータが音程情報としてＣＰＵ２０１に取り込まれて、楽器音の高低を決める要素となる。

ＣＰＵ２０１は、圧力センサ１０１からＡ／Ｄ変換部２０３を介して入力する音量信号と、マイク１０２からＡ／Ｄ変換部２０４を介して入力する人声信号と、操作キー２０５からの音程情報に従って、波形ＲＯＭ２０２中の波形データを楽音波形情報として読み出して、デジタル音声を生成し、Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ）変換部２０６に出力する。デジタル音声は、Ｄ／Ａ変換部２０６でアナログ音声に変換される。アナログ音声は、音響システム２０７で吹奏者達に聴こえる音量にまで増幅され、発音される。

図３は、図２のＣＰＵ２０１が実行する発音制御処理の例を示すフローチャートである。この処理は、ＣＰＵ２０１が、内蔵する特には図示しないＲＯＭ内の発音制御処理プログラムを実行する動作として実現される。この結果、ＣＰＵ２０１は、楽音制御手段の機能を実現する。ここで、発音制御処理プログラムは、特には図示しない可搬記録媒体駆動装置に挿入された可変記録媒体から、あるいは特には図示しないネットワーク通信装置を介してインターネットやローカルエリアネットワークなどのネットワークから、ＣＰＵ２０１内部のＲＯＭやＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）にインストールされてよい。以下、随時、図１および図２を参照するものとする。

まず、ＣＰＵ２０１は、操作キー２０５の値を読み取る。（ステップＳ３０１）。

次に、ＣＰＵ２０１は、ステップＳ３０１で読み取った操作キー２０５の値から音程情報を取得して音程を決定する（ステップＳ３０２）。

次に、ＣＰＵ２０１は、圧力センサ１０１の読取り動作を実行し、圧力センサ１０１から音量信号を取得する（ステップＳ３０３）。

次に、ＣＰＵ２０１は、圧力センサ１０１から取得した音量信号に基づいて、境界値を設定する（ステップＳ３０４）。例えば、この圧力センサ１０１から取得した音量信号と境界値とは比例関係とし、取得した音量信号が大きくなるに従って境界値は大きくなるように構成しても良い。また、ユーザーに手動でも調整してもらうようにしてもよい。

次に、ＣＰＵ２０１は、マイク１０２の読取り動作を実行し、マイク１０２から人声信号を取得する（ステップＳ３０５）。

次に、ＣＰＵ２０１は、人声信号を整流化して得た倍音成分のうちの１つまたは複数の和の帯域周波数の包括値（エンベロープ）を、ステップＳ３０４で設定した境界値と比較する（ステップＳ３０６）。

ＣＰＵ２０１は、上記エンベロープが上記境界値以下である場合には、ステップＳ３０３で取得した圧力センサ１０１からの音量信号に基づいて決定した音量で、ステップＳ３０２で決定した音程に従って、波形ＲＯＭ２０２から通常音の楽音波形情報を読み出し、Ｄ／Ａ変換部２０６に出力する（ステップＳ３０７）。その後、ＣＰＵ２０１は、ステップＳ３０１の処理に戻る。

ＣＰＵ２０１は、上記エンベロープが上記境界値より大きい場合には、ステップＳ３０３で取得した圧力センサ１０１からの音量信号と上記エンベロープとに基づいて決定した音量で、ステップＳ３０２で決定した音程に従って、波形ＲＯＭ２０２から特殊音であるグロートーンの楽音波形情報を読み出し、Ｄ／Ａ変換部２０６に出力する（ステップＳ３０７）。その後、ＣＰＵ２０１は、ステップＳ３０１の処理に戻る。

図４は、本実施形態の説明図（その１）である。図４において、横軸は時間［ｍｓ：ミリ秒］であり、縦軸は図２のＡ／Ｄ変換部２０４から出力される人声信号４０１の強度を示す電圧値である。４０２は、ＣＰＵ２０１が図３のステップＳ３０５およびＳ３０６の処理で算出する人声信号４０１の例えばピーク成分のエンベロープである。４０３は、ＣＰＵ２０１が図３のステップＳ３０４で決定する圧力センサ１０１の出力強度に応じた境界値である。図４に示されるように、吹奏者がグロートーンを発声しておらず、人声信号４０１のエンベロープ４０２が境界値４０３以下である場合には、通常の管楽器音が発音される。

図５は、本実施形態の説明図（その２）である。図５の横軸および縦軸は、図４の場合と同様である。５０１は、図４の４０１と同様に、人声信号である。５０２は、図４の４０２と同様の、人声信号５０１のエンベロープである。５０３は、図４の５０３と同様の、圧力センサ１０１の出力強度に応じた境界値である。図５に示されるように、吹奏者がグロートーンを発声しており、人声信号５０１のエンベロープ５０２が境界値５０３より大きくなる場合には、グロートーンの管楽器音が発音される。

このようにして、第１の実施形態によれば、電子楽器において、吹奏者が息を吹き出しながら発声を行うことにより、管楽器特有のサンプリングされたグロートーンによる特殊奏法を実現することが可能となる。

図２に示される第１の実施形態の構成においてＣＰＵ２０１が実行するソフトウェアによる発音制御処理を、ハードウェアとして実行する第２の実施形態のハードウェアブロック図であり、図２のＣＰＵ２０１を置き換える構成部分である。ＣＰＵ２０１以外の構成部分は、図２に示される第１の実施形態の場合と同様である。

まず、Ｗａｖｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ（発音ブロック）６０１は、図２の波形ＲＯＭ２０２からの楽器波形情報と、図２の操作キー２０５からの音程情報、および図１または図２の圧力センサ１０１からの音量信号により、楽器音を生成する。本実施形態では、波形ＲＯＭ２０２からの楽音波形情報を使用するサンプリング音源を想定しているが、正弦波合成等の他の方式に基づいて楽音波形情報が生成されてもよい。

特殊奏法音は、図６の破線枠６０２で囲まれた処理ブロック群で生成される。まず、図２のＡ／Ｄ変換部２０４から出力される人声信号が、複数のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）６０６で分解される。各ＢＰＦ６０６の出力は、それぞれに対応する各整流化部（ＲＥＣＴＩＦＩＥＲ）６０８で整流化されることで、声の倍音構成成分が得られる。この倍音構成成分が声の特徴を示すデータとなる。

一方、Ｗａｖｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ６０１から出力される楽器音も、複数のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）６０５で分解される。

各ＢＰＦ６０５に対応して設けられている各制御増幅器（ＶＣＡ：Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｒｏｌｌｅｄ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）６０７は、各ＢＰＦ６０５の出力に、それぞれに対応する各ＲＥＣＴＩＦＩＥＲＢＰＦ６０６が出力する各倍音構成成分を足し合わせる。

各ＶＣＡ６０７の出力は加算された後に、特殊奏法音として選択スイッチ部（ＳＥＬＥＣＴＯＲ）６０４に入力する。ＳＥＬＥＣＴＯＲ６０４の一方の入力には、Ｗａｖｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ６０１から出力される楽器音が入力する。ＳＥＬＥＣＴＯＲ６０４の制御入力には、図２のＡ／Ｄ変換部２０３から得られる音量情報を増幅器（ＡＭＰ）６０３で増幅した境界値が入力する。

ＳＥＬＥＣＴＯＲ６０４は、ＲＥＣＴＩＦＩＥＲＢＰＦ６０６から得られる帯域周波数のうちの１つあるいは複数の和のエンベロープが、境界値以下であれば、楽器音をデジタル音声として図２のＤ／Ａ変換部２０６に出力する。これは、第１の実施形態における図３のステップＳ３０６→Ｓ３０７の処理に対応する。

ＳＥＬＥＣＴＯＲ６０４は、ＲＥＣＴＩＦＩＥＲＢＰＦ６０６から得られる帯域周波数のうちの１つあるいは複数の和のエンベロープが、境界値より大きければ、特殊奏法音をデジタル音声として図２のＤ／Ａ変換部２０６に出力する。

このように第２の実施形態では、エンベロープが境界値を上回れば吹奏者が特殊奏法を実施したとみなし、ＳＥＬＥＣＴＯＲ６０４において、楽器音が特殊奏法音に切り替わる。このとき、境界値は、圧力センサ１０１からの吹き込み圧力（図２）から算出され、吹き込み圧力と比例関係にある。このような関係により、吹奏者が小さな声を出しながら吹いても、境界値がそれなりに小さいので特殊奏法音を出すことができる。

以上のようにして、第２の実施形態による電子楽器においても、吹奏者が息を吹き出しながら声を発したことを認識できるので、管楽器特有の特殊奏法を実現することが可能となる。

以上説明した第１および第２の実施形態では、マイク１０２からの吹き込み人声（人声信号）のエンベロープが、圧力センサ１０１からの吹き込み圧力（音量情報）から算出される境界値を越えているか否かに基づいて、通常の楽器音と特殊奏法音が切り替えられて発音される。これに対して、上記エンベロープに基づく比率で、通常の楽器音と特殊奏法音が混合されて発音されてもよい。

また、エンベロープと境界値との比較による通常の楽器音と特殊奏法音との切替えにおいて、通常の楽器音から特殊奏法音への切替え時における境界値と特殊奏法音から通常の楽器音への切替え時における境界値には、異なる値となるようにヒステリシスを持たせてもよい。
そして、第１及び第２の実施形態では、圧力センサ１０１により吹奏による呼気の圧力を検知しているが、これに限るものではない。本実施形態の圧力センサ１０１を流量センサに置き換えて、吹奏による呼気の流量を検知してもよい。
さらに、この圧力センサ１０１および流量センサ両方を用いる構成にしてもよい。

以上の実施形態に関して、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
発声される音声を検知する音声センサと、
前記発声に伴う呼気の圧力及び当該呼気の流量の少なくとも一方を検知する呼気センサと、
前記呼気センサの出力と前記音声センサの出力との少なくとも一方に基づいて、楽音の発音を制御する楽音制御部と、
を備えることを特徴とする電子楽器。
（付記２）
前記楽音制御部は、前記音声センサにより検知された音声に含まれる複数の倍音成分のうちの少なくとも１つの包括値が境界値を越えているか否かに基づいて、第１の楽音及び第２の楽音のいずれかを選択して、前記楽音として発音させる、
ことを特徴とする付記１に記載の電子楽器。
（付記３）
前記境界値は、前記呼気センサの出力に基づいて設定されることを特徴とする付記２に記載の電子楽器。
（付記４）
前記楽音制御部は、前記第１の楽音を選択して発音させる場合は、当該第１の楽音の音量を前記呼気センサの出力に基づいて制御し、前記第２の楽音を選択して発音させる場合は、当該第２の楽音の音量を前記呼気センサ及び前記音声センサの出力に基づいて制御する、
ことを特徴とする付記１乃至３のいずれかに記載の電子楽器。
（付記５）
前記楽音制御部は、前記音声センサにより検知された音声に含まれる複数の倍音成分のうちの少なくとも１つの包括値に基づいて定められた比率で混合された第１の楽音と第２の楽音を、前記楽音として発音させる、
ことを特徴とする付記１に記載の電子楽器。
（付記６）
前記楽音制御部は、特殊奏法音をサンプリングして波形メモリに記憶させた楽音波形データを、前記第２の楽音として読み出して出力する、
ことを特徴とする付記２乃至５のいずれかに記載の電子楽器。
（付記７）
前記楽音制御部は、前記第１の楽音を複数の第１の帯域通過フィルタそれぞれに入力させることにより得られる第１の出力それぞれの強度を、前記音声センサの出力を複数の第２の帯域通過フィルタそれぞれに入力させることにより得られる第２の出力それぞれに基づいて制御し、当該強度の制御された第１の出力それぞれを加算して得られた出力を前記第２の楽音として出力する、
ことを特徴とする付記２乃至５のいずれかに記載の電子楽器。
（付記８）
吹奏センサ及び音声センサを有する電子楽器に用いられる発音制御方法であって、
前記電子楽器が、
前記音声センサにより発声される音声を検知し、
前記呼気センサにより前記発声に伴う呼気の圧力及び当該呼気の流量の少なくとも一方を検知し、
前記吹奏センサの出力と前記音声センサの出力との少なくとも一方に基づいて、楽音の発音を制御する、発音制御方法。
（付記９）
音声センサにより発声される音声を検知するステップと、
呼気センサにより前記発声に伴う呼気の圧力及び当該呼気の流量の少なくとも一方を検知するステップと、
前記吹奏センサの出力と前記音声センサの出力とに基づいて、楽音の発音を制御するステップと、
を実行させるプログラム。

１００ マウスピース
１０１ 圧力センサ
１０２ マイク
１０３ 吹き込み口
２０１ ＣＰＵ
２０２ 波形ＲＯＭ
２０３、２０４ Ａ／Ｄ変換部
２０５ 操作キー
２０６ Ｄ／Ａ変換部
２０７ 音響システム
４０１、５０１ 人声信号
４０２、５０２ エンベロープ
４０３、５０３ 境界値
６０１ Ｗａｖｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ
６０２ 破線枠
６０３ 増幅器（ＡＭＰ）
６０４ ＳＥＬＥＣＴＯＲ
６０５、６０６ ＢＰＦ
６０７ ＶＣＡ
６０８ ＲＥＣＴＩＦＩＥＲ

Claims (9)

1. 発声される音声を検知する音声センサと、
   前記発声に伴う呼気の圧力及び当該呼気の流量の少なくとも一方を検知する呼気センサと、
   前記呼気センサの出力と前記音声センサの出力との少なくとも一方に基づいて、楽音の発音を制御する楽音制御部と、
   を備えることを特徴とする電子楽器。
2. 前記楽音制御部は、前記音声センサにより検知された音声に含まれる複数の倍音成分のうちの少なくとも１つの倍音成分の包括値が境界値を越えているか否かに基づいて、第１の楽音及び第２の楽音のいずれかを選択して、前記楽音として発音させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子楽器。
3. 前記境界値は、前記呼気センサの出力に基づいて設定されることを特徴とする請求項２に記載の電子楽器。
4. 前記楽音制御部は、前記第１の楽音を選択して発音させる場合は、当該第１の楽音の音量を前記呼気センサの出力に基づいて制御し、前記第２の楽音を選択して発音させる場合は、当該第２の楽音の音量を前記呼気センサ及び前記音声センサの出力に基づいて制御する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子楽器。
5. 前記楽音制御部は、前記音声センサにて検知された音声に含まれる複数の倍音成分のうちの少なくとも１つの包括値に基づいて定められた比率で混合された第１の楽音と第２の楽音を、前記楽音として発音させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子楽器。
6. 前記楽音制御部は、特殊奏法音をサンプリングして波形メモリに記憶させた楽音波形データを、前記第２の楽音として読み出して出力する、
   ことを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の電子楽器。
7. 前記楽音制御部は、前記第１の楽音を複数の第１の帯域通過フィルタそれぞれに入力させることにより得られる第１の出力それぞれの強度を、前記音声センサの出力を複数の第２の帯域通過フィルタそれぞれに入力させることにより得られる第２の出力それぞれに基づいて制御し、当該強度の制御された第１の出力それぞれを加算して得られた出力を前記第２の楽音として出力する、
   ことを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の電子楽器。
8. 吹奏センサ及び音声センサを有する電子楽器に用いられる発音制御方法であって、
   前記電子楽器が、
   前記音声センサにより発声される音声を検知し、
   前記呼気センサにより前記発声に伴う呼気の圧力及び当該呼気の流量の少なくとも一方を検知し、
   前記吹奏センサの出力と前記音声センサの出力との少なくとも一方に基づいて、楽音の発音を制御する、発音制御方法。
9. 音声センサにより発声される音声を検知するステップと、
   呼気センサにより前記発声に伴う呼気の圧力及び及び当該呼気の流量の少なくとも一方を検知するステップと、
   前記吹奏センサの出力と前記音声センサの出力とに基づいて、楽音の発音を制御するステップと、
   を実行させるプログラム。