JP2017032652A - 楽器 - Google Patents

Abstract

【課題】豊かな音の響きが得られる電気楽器を提供する。【解決手段】演奏操作されて振動する振動源と、振動源の振動を検出して振動波形を表す振動波形信号を出力する検出手段とを備える。また、振動波形信号と、アコースティック楽器の振動体に所定の基準信号を入力したときの応答信号とを畳み込むことにより楽音を表す原信号を生成する原信号生成手段と、複数のスピーカＳＰｘと、を備える。さらに、複数のスピーカＳＰｘに対応してそれぞれ設けられ、原信号を処理して、各スピーカＳＰｘの配置位置に応じた楽音信号をそれぞれ生成する複数の楽音信号処理手段ＤＧｘを備える。アコースティック楽器の振動体の各固有振動数及び各振動形態に基づいて、複数の楽音信号処理手段ＤＧｘの周波数特性がそれぞれ設定されている。【選択図】図５

Description

本発明は、弦や膜等のような振動体の振動を検出して、電気信号に変換して出力する楽器に関する。

例えば、下記特許文献に記載されているように、打鍵により弦を振動させ、その振動を、圧電素子等を用いたピックアップで電気信号に変換し、その電気信号でスピーカ等の発音器を鳴動させる電気ピアノが知られている。例えば、下記非特許文献１には、アコースティックピアノと同様の鍵盤装置及び複数の弦を備えた電気ピアノが記載されている。この鍵盤装置は複数の鍵と、前記複数の鍵にそれぞれ連動する複数のハンマーとを備える。各弦は、それらが対応するハンマーによって打たれて振動する。また、この電気ピアノは、前記弦の振動を検出するピックアップ装置、及び前記検出された振動を増幅するとともに音響信号に変換して放音するサウンドシステム（増幅回路、スピーカなど）を備える。また、特許文献１に記載されているように、打鍵により音又等の振動体を振動させ、その振動を、電磁コイル等を用いたピックアップで電気信号に変換する電気ピアノが知られている。

実公平０１−１６１４９号公報

ヤマハ株式会社、「ＣＰ−８０取り扱い説明書」、２００３年９月

上記のように、従来の電気ピアノは、アコースティックピアノとは異なり、弦の振動に共鳴する響板を備えておらず、前記弦の振動をそのまま電気的に増幅してスピーカで音響信号に変換する。弦の振動に共鳴した響板の複雑な振動から発せられる音の響き方と、弦の振動をそのまま増幅した信号に基づいてスピーカから発せられる音の響き方とは異なる。

本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、豊かな音の響きが得られる楽器を提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、演奏操作されて振動する振動源（ＳＴ，ＢＡ）と、前記振動源の振動を検出して振動波形を表す振動波形信号を出力する検出手段（ＶＤ）と、前記振動波形信号と、アコースティック楽器の振動体に所定の基準信号を入力したときの応答信号とを畳み込むことにより楽音を表す原信号を生成する原信号生成手段（１２ａ）と、複数のスピーカ（ＳＰ_ｘ）と、前記複数のスピーカに対応してそれぞれ設けられ、前記原信号を処理して、前記各スピーカの配置位置に応じた楽音信号をそれぞれ生成する複数の楽音信号処理手段（１６）と、を有し、前記アコースティック楽器の振動体の各固有振動数及び各振動形態に基づいて、前記複数の楽音信号処理手段の周波数特性がそれぞれ設定されている、楽器（ＧＰ，ＵＰ，ＤＳ）としたことにある。なお、上記の周波数特性とは、振幅に関する特性及び位相に関する特性を含む。また、上記のスピーカには、板状部材又は膜状部材と、前記板状部材又は膜状部材を振動させるアクチュエータから構成された発音装置が含まれるものとする。

この場合、前記応答信号は、前記アコースティック楽器の振動体の第１の部位に前記所定の基準信号を入力したときの前記振動体の第２の部位の振動波形を表す信号であるとよい。

この場合、前記楽音信号処理手段は、前記アコースティック楽器の振動体の各固有振動数に対応して設けられた、複数のバンドパスフィルタ（ＢＰ_ｘ，ｍ）及び複数の位相シフト回路（ＰＳ_ｘ，ｍ）を備え、前記複数の位相シフト回路の位相特性が前記楽器の各振動形態に基づいて設定されているとよい。

また、この場合、予め設定された供給先情報に基づいて、前記複数の楽音信号処理手段のうちのいずれか１つ又は複数の楽音信号処理手段に前記原信号が供給されるとよい。

また、この場合、前記楽音信号処理手段は、前記原信号を前記楽音信号として出力するバイパス手段をさらに含むとよい。

上記のように構成した楽器においては、振動源の振動波形を表す振動波形信号と、アコースティック楽器の振動体の所定の部分に基準信号を入力したときの応答信号とを畳み込むことにより、原信号が生成される。そして、この原信号は複数の楽音信号処理手段によって処理されて、複数のスピーカに供給される。これらの複数の楽音信号をそれぞれ生成する複数の楽音信号処理手段の周波数特性は、楽器の振動体の各固有振動数及び各振動形態（振動モード）に基づいて設定されている。したがって、この楽器によれば、アコースティック楽器の楽音と同様に豊かに響く楽音を発音できる。また、この楽器の演奏の聴取者はアコースティック楽器の演奏を聴いたときのような臨場感が得られる。そして、その臨場感が良好に得られる聴取範囲（リスニングエリア）を、従来よりも拡大することができる。

本発明の第１実施形態に係る電気ピアノの斜視図である。 図１の電気ピアノの平面図である。 図１の電気ピアノの側面図である。 図１の電気ピアノの楽音信号生成部のブロック図である。 図４の楽音信号処理装置のブロック図である。 第１実施形態の楽音信号処理回路のパラメータを表すテーブルの前半部を示す図である。 第１実施形態の楽音信号処理回路のパラメータを表すテーブルの後半部を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る電気ピアノの正面図である。 図７の電気ピアノの側面図である。 第２実施形態の楽音信号処理回路のパラメータを表すテーブルである。 本発明の第３実施形態に係る電気ドラムセットの正面図である。 スネアドラムを模擬した電子パッドの斜視図である。 図１１の電子パッドを分解して斜め上方から見た分解斜視図である。 図１１の電子パッドを分解して斜め下方から見た分解斜視図である。 シンバルを模擬した電子パッドの斜視図である。 図１３の電子パッドを分解して斜め上方から見た分解斜視図である。 図１０の電気ドラムセットの楽音信号処理装置のブロック図である。 第３実施形態の楽音信号処理回路であって、図１１の電子パッド用の楽音信号処理回路のパラメータを表すテーブルである。 第３実施形態の楽音信号処理回路であって、図１３の電子パッド用の楽音信号処理回路のパラメータを表すテーブルである。 本発明の変形例に係る分配回路の構成を示すブロック図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る電気ピアノＧＰについて説明する。電気ピアノＧＰの筐体の形状は、図１乃至図３に示すように、アコースティックグランドピアノの筐体の形状と同様である。すなわち、電気ピアノＧＰの筐体は、アコースティックグランドピアノと同様の、側板ＳＢ、屋根ＬＤ、支持脚ＬＧなどから構成されている。また、この電気ピアノＧＰは、アコースティックグランドピアノと同様の鍵盤装置ＫＹ及びペダル装置ＰＤを備えている。鍵盤装置ＫＹは、複数の鍵及び前記複数の鍵にそれぞれ対応した複数のハンマーを有する。また、この電気ピアノＧＰは、前記複数のハンマーにそれぞれ対応していて、各ハンマーによって打たれてそれぞれ振動する振動源である複数の弦ＳＴを備えている。また、この電気ピアノＧＰは、各弦ＳＴの振動をそれぞれ検出して、前記振動波形を表す振動波形信号をそれぞれ出力する複数の振動センサＶＤを備えている。本実施形態においては、非特許文献１に記載の電気ピアノと同様のセンサを振動センサＶＤとして採用している。つまり、弦の上下方向の振動を検出可能なセンサを振動センサＶＤとして採用している。さらに、この電気ピアノＧＰは、サウンドシステムＳＳ及び楽音信号生成装置ＳＧを備えている。なお、図２においては、屋根ＬＤ、弦ＳＴ及び振動センサＶＤを省略している。また、図３においては、屋根ＬＤを省略している。

サウンドシステムＳＳは、後述する楽音信号生成装置ＳＧから供給されたデジタル楽音信号をアナログ楽音信号にそれぞれ変換する変換回路ＤＡ_ｘ＝１〜ＤＡ_ｘ＝１６、前記アナログ楽音信号を増幅する増幅回路ＡＭ_ｘ＝１〜ＡＭ_ｘ＝１６、前記増幅されたアナログ楽音信号を音響信号に変換して放音する複数のスピーカＳＰ_ｘ＝１〜スピーカＳＰ_ｘ＝１６を備える。側板ＳＢには、スピーカＳＰ_ｘ＝１〜スピーカＳＰ_ｘ＝８のバッフル板ＢＵが組み付けられている。バッフル板ＢＵは、水平面に平行な板状部材である。このバッフル板ＢＵに形成された複数の貫通孔にスピーカＳＰ_ｘ＝１〜スピーカＳＰ_ｘ＝８が嵌め込まれて、固定されている。スピーカＳＰ_ｘ＝１〜スピーカＳＰ_ｘ＝８の正面が上方（屋根ＬＤ）へ向けられている。スピーカＳＰ_ｘ＝１，ＳＰ_ｘ＝３，ＳＰ_ｘ＝４，ＳＰ_ｘ＝２が、バッフル板ＢＵの前端部にて左から右へ（鍵盤装置ＫＹの鍵の低音側から高音側へ）、この順に並べられている。また、スピーカＳＰ_ｘ＝５，ＳＰ_ｘ＝６が、バッフル板ＢＵの前後方向中央部にて左から右へ、この順に並べられている。また、スピーカＳＰ_ｘ＝７，ＳＰ_ｘ＝８が、バッフル板ＢＵの後端部にて左から右へこの順に並べられている。また、側板ＳＢには、スピーカＳＰ_ｘ＝９〜スピーカＳＰ_ｘ＝１６のバッフル板ＢＬが組み付けられている。バッフル板ＢＬも、水平面に平行な板状部材である。バッフル板ＢＬは、バッフル板ＢＵの下方に配置されている。バッフル板ＢＬの形成された複数の貫通孔にスピーカＳＰ_ｘ＝９〜スピーカＳＰ_ｘ＝１６が嵌め込まれて、固定されている。スピーカＳＰ_ｘ＝９〜スピーカＳＰ_ｘ＝１６は、スピーカＳＰ_ｘ＝１〜スピーカＳＰ_ｘ＝８にそれぞれ対応している。スピーカＳＰ_ｘ＝９〜スピーカＳＰ_ｘ＝１６は、それらが対応するスピーカＳＰ_ｘ＝１〜スピーカＳＰ_ｘ＝８の下方にそれぞれ配置されている。スピーカＳＰ_ｘ＝９〜スピーカＳＰ_ｘ＝１６の正面が下方（電気ピアノＧＰの設置面）へ向けられている。

バッフル板ＢＵの上面には、アコースティックグランドピアノと同様の、各弦ＳＴに対応した一対のピッチピンＰＰ及びチューニングピンＴＰが取り付けられている。各弦ＳＴの一端はピッチピンＰＰに支持され、各弦ＳＴの他端はチューニングピンＴＰに支持されている。つまり、各弦ＳＴは、ピッチピンＰＰとチューニングピンＴＰとの間に張られて、それらの音高が所定の音高（「Ａ０」〜「Ｃ８」）にそれぞれ設定される。また、バッフル板ＢＵの上面に各振動センサＶＤ（例えば、圧電センサ）が取り付けられている。各振動センサＶＤは、アコースティックグランドピアノの各駒の位置に相当する位置に配置されている。

楽音信号生成装置ＳＧは、図４に示すように、設定操作子１１、コンピュータ部１２、表示器１３、記憶装置１４、外部インターフェース回路１５、楽音信号処理装置１６を備え、これらがバスＢＳを介して接続されている。また、各振動センサＶＤも、バスＢＳに接続されている。

設定操作子１１は、オン・オフ操作に対応したスイッチ（例えば数値を入力するためのテンキー）、回転操作に対応したボリューム又はロータリーエンコーダ、スライド操作に対応したボリューム又はリニアエンコーダ、マウス、タッチパネルなどからなる。設定操作子１１は、例えば、音量を変更する際に用いられる。設定操作子１１を操作すると、その操作内容を表す操作情報が、バスＢＳを介して、後述するコンピュータ部１２に供給される。

コンピュータ部１２は、バスＢＳにそれぞれ接続されたＣＰＵ１２ａ、ＲＯＭ１２ｂ及びＲＡＭ１２ｃからなる。ＣＰＵ１２ａは、例えば、各振動センサＶＤから出力された振動波形信号を取得し、前記振動波形信号に基づいて、楽音を表すデジタル楽音信号（原信号）を生成して楽音信号処理装置１６に供給する。具体的には、ＣＰＵ１２ａは、アコースティックグランドピアノの所定の駒（例えば、「Ａ４」の駒）に基準信号（インパルス）を入力したときの響板の所定の部分（例えば中央部分）の振動を表す応答信号（インパルス応答）と、各振動センサＶＤから取得した振動波形信号とを畳み込み演算する。例えば、前記インパルス応答に応じて各係数が予め決定されているＦＩＲフィルタに、前記振動波形信号を入力することにより、前記畳み込み演算が実行される。そして、その演算結果の振幅を音量の設定値に応じて増減させて、前記デジタル楽音信号として楽音信号処理装置１６に供給する。前記応答信号を表すデジタルデータは、予め測定されて、後述のＲＯＭ１２ｂ内に記憶されている。なお、本実施形態においては、振動センサＶＤは弦の上下方向の振動を検出可能に構成されているので、前記応答信号を記録する際、アコースティックグランドピアノの駒の高さ方向にインパルスを印加している。例えば、インパルスハンマで駒の上面を打撃する。

ＲＯＭ１２ｂには、ＣＰＵ１２ａの動作を規定するプログラムに加えて、初期設定パラメータ、表示器１３に表示される画像を表わす表示データを生成するための図形データ及び文字データなどの各種データが記憶されている。例えば、上記の応答信号を表すデジタルデータがＲＯＭ１２ｂに記憶されている。ＲＡＭ１２ｃには、各種プログラムの実行時に必要なデータが一時的に記憶される。

表示器１３は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）によって構成される。表示器１３には、表示すべき内容を表わす表示データがコンピュータ部１２から供給される。表示器１３は、コンピュータ部１２から供給された表示データに基づいて画像を表示する。例えば、現在の音量値が表示される。

記憶装置１４は、ＨＤＤ、ＦＤＤ、ＣＤ、ＤＶＤなどの大容量の不揮発性記録媒体と、各記録媒体に対応するドライブユニットから構成されている。外部インターフェース回路１５は、電気ピアノＧＰを他の電子音楽装置、パーソナルコンピュータなどの外部機器に接続可能とする接続端子を備えている。電子ピアノＧＰは、外部インターフェース回路１５を介して、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、インターネットなどの通信ネットワークにも接続可能である。

楽音信号処理装置１６は、分配回路ＤＶと、楽音信号処理回路ＤＧ_ｘ＝１〜楽音信号処理回路ＤＧ_ｘ＝１６を備える。分配回路ＤＶは、ＣＰＵ１２ａから供給されたデジタル楽音信号（原信号）を、後述する楽音信号処理回路ＤＧ_ｘ＝１〜ＤＧ_ｘ＝１６のうちの所定の回路へ供給する。分配回路ＤＶは、各デジタル楽音信号をいずれの楽音信号処理回路ＤＧ_ｘへ供給するかを表す供給先情報を記憶している。分配回路ＤＶは、前記供給先情報に従って、デジタル楽音信号を、所定の楽音信号処理回路ＤＧ_ｘへ供給する。例えば、ＣＰＵ１２ａから、低音域の弦ＳＴ（例えば、「Ｂ３」以下）に対応したデジタル楽音信号が供給された場合、分配回路ＤＶは、その楽音信号を楽音信号処理回路ＤＧ_ｘ＝１，ＤＧ_ｘ＝３，ＤＧ_ｘ＝５，ＤＧ_ｘ＝７及び楽音信号処理回路ＤＧ_ｘ＝９，ＤＧ_ｘ＝１１，ＤＧ_ｘ＝１３，ＤＧ_ｘ＝１５に供給する。また、高音域の弦ＳＴ（例えば、「Ｃ４」以上）に対応したデジタル楽音信号が供給された場合、分配回路ＤＶは、その楽音信号を楽音信号処理回路ＤＧ_ｘ＝２，ＤＧ_ｘ＝４，ＤＧ_ｘ＝６，ＤＧ_ｘ＝８及び楽音信号処理回路ＤＧ_ｘ＝１０，ＤＧ_ｘ＝１２，ＤＧ_ｘ＝１４，ＤＧ_ｘ＝１６に供給する。

楽音信号処理回路ＤＧ_{ｘ＝１，２，・・・，１６}は、スピーカＳＰ_{ｘ＝１，２，・・・，１６}に対応している。すなわち、楽音信号処理回路ＤＧ_ｘ＝１〜楽音信号処理回路ＤＧ_ｘ＝１６は、スピーカＳＰ_ｘ＝１〜スピーカＳＰ_ｘ＝１６を駆動するための信号（サウンドシステムＳＳの変換回路ＤＡ_ｘに供給されるデジタル楽音信号）をそれぞれ生成する。各楽音信号処理回路ＤＧ_ｘは、バンドパスフィルタＢＰ_{ｘ，ｍ＝１}〜バンドパスフィルタＢＰ_{ｘ，ｍ＝１２}、位相シフト回路ＰＳ_{ｘ，ｍ＝１}〜位相シフト回路ＰＳ_{ｘ，ｍ＝１２}、バッファＢＦ_{ｘ，ｍ＝１}〜バッファＢＦ_{ｘ，ｍ＝１２、}バッファＢＦＲ_ｘ及びサミング回路ＳＵＭ_ｘを備える。

バンドパスフィルタＢＰ_ｘ，ｍは、アコースティックグランドピアノの響板の各振動モードｍ＝１，２，・・・，１２に対応している。一般に、アコースティックグランドピアノの響板は、複数の振動モードを有することが知られている（フレッチャー，Ｎ．Ｈ、ロッシング，Ｔ．Ｄ著、岸憲史、久保田秀美、吉川茂 訳、「楽器の物理学」、丸善出版株式会社、２００２年１０月、ｐ．３８０−ｐ．３８１）。アコースティックグランドピアノの響板の各振動モードの特性（各固有周波数及び各振動形態）は、例えば、アコースティックグランドピアノの響板を加振器によって振動させ、各振動周波数において、前記響板の各部（バッフル板ＢＵにおいてスピーカＳＰ_ｘ＝１〜ＳＰ_ｘ＝８が配置される位置に相当する部分）の振幅及び位相を測定することにより取得できる。なお、振動形態とは、振動の節及び腹の位置、振幅、位相などを意味する。また、アコースティックグランドピアノの響板の各部の振幅特性及び位相特性を、数値解析（例えば、有限要素解析）により決定してもよい。本実施形態においては、振動モードの数を「１２」としているが、模擬しようとするアコースティックグランドピアノの特性に応じて振動モードの数を変更してもよい。

各バンドパスフィルタＢＰ_ｘ，ｍは分配回路ＤＶから供給されたデジタル楽音信号を構成する周波数成分のうち、特定の周波数帯域に含まれる周波数成分のみを通過させる。本実施形態においては、アコースティックグランドピアノの響板の各振動モードにおける各部分の振動を集中定数系とみなしている。例えば、響板の２つの部分がそれぞれ振動する振動モードにおいて、響板の振動が、ばね及びダンパーを介して支持された２つの質点の振動と同等であるとみなしている。各バンドパスフィルタＢＰ_ｘ，ｍの伝達関数の次数は「２」である。各バンドパスフィルタＢＰ_ｘ，ｍの通過帯域の中心周波数は、アコースティックグランドピアノの響板の各固有周波数（各振動モードｍの周波数）に一致している。また、バンドパスフィルタＢＰ_ｘ，ｍの振幅特性（ゲイン、尖鋭度など）は、アコースティックグランドピアノの響板の部分であって、スピーカＳＰ_ｘが配置される位置に相当する部分の振幅特性に準じ、且つ楽音信号処理回路ＤＧ_ｘにおけるバンドパスフィルタＢＰ_{ｘ，ｍ＝１}〜バンドパスフィルタＢＰ_{ｘ，ｍ＝１２}の振幅特性を重ね合わせた結果が、可聴帯域において略フラット（例えば、最大値と最小値の差が１ｄＢ以内）になるように設定されている。

位相シフト回路ＰＳ_ｘ．ｍは、アコースティックグランドピアノの響板の部分であって、スピーカＳＰ_ｘが配置される位置に相当する部分の位相特性に応じて、バンドパスフィルタＢＰ_ｘ，ｍの出力の位相を変更する。本実施形態においては、各楽音信号処理回路ＤＧ_ｘの構成を簡単にするため、アコースティックグランドピアノの響板の各部の位相特性を簡略化している。すなわち、各楽音信号処理回路ＤＧ_ｘは、アコースティックグランドピアノの響板の各部の各固有周波数における位相を「０°」及び「１８０°（又は−１８０°）」のうちの近い方に設定し、その他の周波数帯域の位相を「０°」に設定する。上記のように簡略化した位相の情報が、テーブルＴＧＰとしてＲＯＭ１２ｂに記憶されている（図６Ａ及び図６Ｂ参照）。つまり、テーブルＴＧＰは、測定又は計算により取得したアコースティックグランドピアノの響板の特性に基づいて予め設定されて、ＲＯＭ１２ｂに記憶されている。なお、テーブルＴＧＰは、位相のみならず振幅に関する情報も含む。テーブルＴＧＰは、２チャンネルモード及び４チャンネルモードのいずれの動作モードにおいても共通に用いられる。テーブルＴＧＰにおいて、「Ｐ」は、位相が「０°」であることを表し、「Ｎ」は位相が「１８０°（又は−１８０°）」であることを表す。また、「０」は、振幅が「０」であることを表す。上記のように、スピーカＳＰ_ｘ＝９〜スピーカＳＰ_ｘ＝１６は、スピーカＳＰ_ｘ＝１〜スピーカＳＰ_ｘ＝８の下方にそれぞれ配置され、スピーカＳＰ_ｘ＝９〜ＳＰ_ｘ＝１６の向きとスピーカＳＰ_ｘ＝１〜ＳＰ_ｘ＝８の向きが反対である。したがって、テーブルＴＧＰにおいて、スピーカＳＰ_ｘ＝１〜スピーカＳＰ_ｘ＝８の位相に関する設定と、スピーカＳＰ_ｘ＝９〜スピーカＳＰ_ｘ＝１６の位相に関する設定とが逆になっている。

位相シフト回路ＰＳ_ｘ，ｍは、テーブルＴＧＰのうち、「ｘ」及び「ｍ」の値によって特定される欄を参照する。前記参照した欄の値が「Ｐ」又は「０」である場合、位相シフト回路ＰＳ_ｘ，ｍは、バンドパスフィルタＢＰ_ｘ，ｍの出力信号をそのまま出力する。一方、前記参照した欄の値が「Ｎ」である場合、位相シフト回路ＰＳ_ｘ，ｍは、バンドパスフィルタＢＰ_ｘ，ｍの出力信号の振幅の符号（プラス又はマイナス）を反転させて出力する。

バッファＢＦ_ｘ，ｍは、位相シフト回路ＰＳ_ｘ，ｍに接続されている。バッファＢＦ_ｘ，ｍは、テーブルＴＧＰのうち、「ｘ」及び「ｍ」の値によって特定される欄を参照する。テーブルＴＧＰを参照する。前記参照した欄の値が「Ｐ」又は「Ｎ」である場合、バッファＢＦ_ｘ，ｍは、位相シフト回路ＰＳ_ｘ，ｍの出力信号をそのまま出力する。一方、前記参照した欄の値が「０」である場合、バッファＢＦ_ｘ，ｍは、位相シフト回路ＰＳ_ｘ，ｍの出力信号の振幅を「０」に設定する。

バッファＢＦＲ_ｘは、分配回路ＤＶに接続されている。バッファＢＦＲ_ｘは、分配回路ＤＶから供給された楽音信号をそのまま出力する。つまり、バッファＢＦＲ_ｘは、バイパス回路を構成している。

サミング回路ＳＵＭ_ｘは、バッファＢＦ_{ｘ，ｍ＝１}〜バッファＢＦ_{ｘ，ｍ＝１２}の出力信号、及びバッファＢＦＲ_ｘの出力信号を加算して、変換回路ＤＡ_ｘに供給する。

上記のように構成した電気ピアノＧＰにおいては、アコースティックグランドピアノの響板の所定の部分に基準信号を入力したときの応答信号を記憶している。そして、弦の振動波形信号と応答信号とを畳み込むことにより、デジタル楽音信号（原信号）を生成している。また、スピーカＳＰ_ｘ＝１〜ＳＰ_ｘ＝１６をバッフル板ＢＵ及びバッフル板ＢＬに並べて固定することにより、アコースティックグランドピアノの響板を模擬している。そして、測定又は計算（シミュレーション）により取得したアコースティックグランドピアノの響板の特性（振動モード）に基づいて、スピーカＳＰ_ｘ＝１〜ＳＰ_ｘ＝１６の位相を決定した。したがって、電気ピアノＧＰによれば、アコースティックグランドピアノと同様に豊かに響く楽音を発音できる。また、電気ピアノＧＰの演奏の聴取者はアコースティックグランドピアノの演奏を聴いたときのような臨場感が得られ、その臨場感が良好に得られる聴取範囲（リスニングエリア）を、従来の電気ピアノよりも拡大することができる。

（第２実施形態）
つぎに、本発明の第２実施形態に係る電気ピアノＵＰについて説明する。電気ピアノＵＰの筐体の形状は、図７及び図８に示すように、アコースティックアップライトピアノの筐体の形状と同様である。電気ピアノＵＰは、天板ＴＢ、底板ＢＢ、右板ＳＢ_Ｒ及び左板ＳＢ_Ｌ、前板ＦＢ及び後板ＲＢを有する。また、電気ピアノＵＰの筐体には、アコースティックアップライトピアノと同様の鍵盤装置ＫＹ、ペダル装置ＰＤが組み付けられている。また、サウンドシステムＳＳ、及び楽音信号生成装置ＳＧが組み付けられている。また、この電気ピアノＵＰは、第１実施形態の電気ピアノＧＰと同様に、複数の弦ＳＴ、複数の振動センサＶＤ、サウンドシステムＳＳ及び楽音信号生成装置ＳＧを備えている。

サウンドシステムＳＳは、変換回路ＤＡ_ｘ＝１〜ＤＡ_ｘ＝１０、前記アナログ楽音信号を増幅する増幅回路ＡＭ_ｘ＝１〜ＡＭ_ｘ＝１０、前記増幅されたアナログ楽音信号を音響信号に変換して放音する複数のスピーカＳＰ_ｘ＝１〜スピーカＳＰ_ｘ＝１０を備える。前板ＦＢに形成された複数の貫通孔にスピーカＳＰ_ｘ＝１〜スピーカＳＰ_ｘ＝６が嵌め込まれて、固定されている。スピーカＳＰ_ｘ＝１〜スピーカＳＰ_ｘ＝６の正面が前方（演奏者側）へ向けられている。スピーカＳＰ_ｘ＝１，ＳＰ_ｘ＝３，ＳＰ_ｘ＝５は、前板ＦＢの左端部に固定されている。スピーカＳＰ_ｘ＝１は、鍵盤装置ＫＹよりも下方に位置している。スピーカＳＰ_ｘ＝３は、鍵盤装置ＫＹよりも上方に位置している。スピーカＳＰ_ｘ＝５はスピーカＳＰ_ｘ＝１よりも下方且つ右方に位置している。また、スピーカＳＰ_ｘ＝２，ＳＰ_ｘ＝４，ＳＰ_ｘ＝６は、前板ＦＢの右端部に固定されている。スピーカＳＰ_ｘ＝２は、鍵盤装置ＫＹよりも下方に位置している。スピーカＳＰ_ｘ＝４は、鍵盤装置ＫＹよりも上方に位置している。スピーカＳＰ_ｘ＝６はスピーカＳＰ_ｘ＝２よりも下方且つ左方に位置している。また、天板ＴＢに形成された貫通孔にスピーカＳＰ_ｘ＝７及びスピーカＳＰ_ｘ＝８が嵌め込まれて、固定されている。スピーカＳＰ_ｘ＝７及びスピーカＳＰ_ｘ＝８の正面が上方へ向けられている。スピーカＳＰ_ｘ＝７は、天板ＴＢの左端部に固定されている。スピーカＳＰ_ｘ＝８は、天板ＴＢの右端部に固定されている。また、後板ＲＢに形成された貫通孔にスピーカＳＰ_ｘ＝９及びスピーカＳＰ_ｘ＝１０が嵌め込まれて、固定されている。スピーカＳＰ_ｘ＝９及びスピーカＳＰ_ｘ＝１０の正面が後方へ向けられている。スピーカＳＰ_ｘ＝９は、後板ＲＢの左端部に固定されている。スピーカＳＰ_ｘ＝１０は、後板ＲＢの右端部に固定されている。スピーカＳＰ_ｘ＝９及びスピーカＳＰ_ｘ＝１０は、スピーカＳＰ_ｘ＝３及びスピーカＳＰ_ｘ＝４の後方に位置している。

楽音信号生成装置ＳＧの構成は、第１実施形態と同様である。ただし、本実施形態においては、スピーカの数が１０個なので、楽音信号処理装置ＰＰは、楽音信号処理回路ＤＧ_ｘ＝１〜楽音信号処理回路ＤＧ_ｘ＝１０を備える。分配回路ＤＶは、ＣＰＵ１２ａから供給されたデジタル楽音信号（原信号）を、楽音信号処理回路ＤＧ_ｘ＝１〜楽音信号処理回路ＤＧ_ｘ＝１０のうちの所定の回路へ供給する。例えば、ＣＰＵ１２ａから、低音域の弦ＳＴ（例えば、「Ｂ３」以下）に対応したデジタル楽音信号が供給された場合、分配回路ＤＶは、その楽音信号を楽音信号処理回路ＤＧ_ｘ＝１，ＤＧ_ｘ＝３，ＤＧ_ｘ＝５，ＤＧ_ｘ＝７，ＤＧ_ｘ＝９に供給する。また、高音域の弦ＳＴ（例えば、「Ｃ４」以上）に対応したデジタル楽音信号が供給された場合、分配回路ＤＶは、その楽音信号を楽音信号処理回路ＤＧ_ｘ＝２，ＤＧ_ｘ＝４，ＤＧ_ｘ＝６，ＤＧ_ｘ＝８，ＤＧ_ｘ＝１０に供給する。

バンドパスフィルタＢＰ_ｘ，ｍは、アコースティックアップライトピアノの響板の各振動モードｍ＝１，２，・・・，１２に対応している。なお、一般に、アコースティックアップライトピアノの響板は、複数の振動モードを有することが知られている。アコースティックアップライトピアノの響板の各振動モードの特性は、第１実施形態と同様に、測定又は計算により取得できる。本実施形態においては、振動モードの数を「１２」としているが、模擬しようとするアコースティックアップライトピアノの特性に応じて振動モードの数を変更してもよい。また、本実施形態においては、テーブルＴＧＰに代えて、図９に示すテーブルＴＵＰが用いられる。テーブルＴＵＰは、テーブルＴＧＰと同様に設定される。つまり、前記取得したアコースティックアップライトピアノの特性に基づいて予め設定される。テーブルＴＵＰは、ＲＯＭ１２ｂに記憶されている。

上記のように構成した電子ピアノＵＰによっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、電子ピアノＵＰによれば、アコースティックアップライトピアノと同様に豊かに響く楽音を発音できる。また、電子ピアノＵＰの演奏の聴取者はアコースティックアップライトピアノの演奏を聴いたときのような臨場感が得られ、その臨場感が良好に得られる聴取範囲（リスニングエリア）を、従来の電気ピアノよりも拡大することができる。

（第３実施形態）
つぎに、本発明の第３実施形態に係る電気ドラムセットＤＳについて説明する。電気ドラムセットＤＳは、図１０に示すように、電子パッドＤＰ_ｉ＝１，ＤＰ_ｉ＝２，・・・，ＤＰ_ｉ＝８及び楽音信号生成装置ＳＧを有している。各電子パッドＤＰ_{ｉ＝１，２，・・・，８}は、アコースティックドラムセットを構成する各アコースティックドラム（スネアドラム、キックドラム、タム、ハイハット、シンバルなど、）を模擬した装置である。

各電子パッドＤＰ_{ｉ＝１，２，・・・，８}の構成は同様である。電子パッドＤＰ_ｉは、打奏装置ＢＡとサウンドシステムＳＳを備える。打奏装置ＢＡは、ドラムスティック、ブラシなどで打撃される打面部と、前記打面部の振動の態様（振動波形）を検出して、前記検出した振動の態様を表す打撃信号を出力する振動センサＶＤを有する。サウンドシステムＳＳの構成は、第１実施形態及び第２実施形態のサウンドシステムＳＳと同様である。

例えば、図１１並びに図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、スネアドラム型の電子パッドＤＰ_ｉ＝１の打奏装置ＢＡの打面部は、スネアドラムの膜面を模擬している。この打面部の裏面の中央部に振動センサＶＤが組み付けられている。この振動センサＶＤは、例えば、円板状に形成されている。また、電子パッドＤＰ_ｉ＝１のサウンドシステムＳＳは、略円筒状の胴部ＢＤ、及び円板状のバッフル板ＢＵ，ＢＬを備える。バッフル板ＢＵに形成された貫通孔に、スピーカＳＰ_ｘ＝１〜スピーカＳＰ_ｘ＝４が嵌め込まれて、固定されている。スピーカＳＰ_ｘ＝１〜スピーカＳＰ_ｘ＝４は、バッフル板ＢＵの周方向に沿って等間隔に並べられている。また、バッフル板ＢＬに形成された貫通孔に、スピーカＳＰ_ｘ＝５〜スピーカＳＰ_ｘ＝８が嵌め込まれて、固定されている。スピーカＳＰ_ｘ＝５〜スピーカＳＰ_ｘ＝９は、バッフル板ＢＬの周方向に沿って等間隔に並べられている。バッフル板ＢＵは、胴部ＢＤの上端部（一方の開口部）に取り付けられている。また、バッフル板ＢＬは、胴部ＢＤの下端部（他方の開口部）に取り付けられている。スピーカＳＰ_ｘ＝１〜スピーカＳＰ_ｘ＝４は上方へ向けられていて、スピーカＳＰ_ｘ＝５〜スピーカＳＰ_ｘ＝８は下方へ向けられている。スピーカＳＰ_ｘ＝５〜スピーカＳＰ_ｘ＝８は、スピーカＳＰ_ｘ＝１〜スピーカＳＰ_ｘ＝４の下方にそれぞれ位置している。変換回路ＤＡ_ｘ＝１〜変換回路ＤＡ_ｘ＝８及び増幅回路ＡＭ_ｘ＝１〜増幅回路ＡＭ_ｘ＝８は胴部ＢＤの内周面に設けられた支持部材によって支持されている。そして、打奏装置ＢＡは、バッフル板ＢＵに重ねられるようにして、胴部ＢＤに取り付けられている。

また、例えば、図１３及び図１４に示すように、シンバル型の電子パッドＤＰ_ｉ＝２の打奏装置ＢＡの打面部は、シンバルのベル部、ボウ部、カップ部などを模擬している。この打面部の裏面に振動センサＶＤが組み付けられている。この振動センサＶＤは、例えば、円弧状に形成されている。電子パッドＤＰ_ｉ＝２のサウンドシステムＳＳは、深皿状のケースＣＡ及び円板状のバッフル板ＢＵを備える。バッフル板ＢＵに形成された貫通孔に、スピーカＳＰ_ｘ＝１〜スピーカＳＰ_ｘ＝８が嵌め込まれて、固定されている。スピーカＳＰ_ｘ＝１〜スピーカＳＰ_ｘ＝８は、バッフル板ＢＵの周方向に沿って等間隔に並べられている。バッフル板ＢＵは、ケースＣＡの上端部（開口部）に取り付けられている。スピーカＳＰ_ｘ＝１〜スピーカＳＰ_ｘ＝８は上方へ向けられている。変換回路ＤＡ_ｘ＝１〜変換回路ＤＡ_ｘ＝８、及び増幅回路ＡＭ_ｘ＝１〜増幅回路ＡＭ_ｘ＝８はケースＣＡ内に設けられた支持部材によって支持されている。打奏装置ＢＡは、バッフル板ＢＵに重ねられるようにして、ケースＣＡに取り付けられている。

楽音信号生成装置ＳＧの構成は、第１実施形態及び第２実施形態とほぼ同様である。本実施形態においては、楽音信号生成装置ＳＧは、図１５に示すように、電子パッドＤＰ_ｉごとに、楽音信号処理装置１６を備える。以下、電子パッドＤＰ_ｉ用の楽音信号処理装置１６を楽音信号処理装置１６_（ｉ）と標記する。ＣＰＵ１２ａは、電子パッドＤＰ_ｉの振動センサＶＤから出力された振動波形信号を取得し、前記振動波形信号に基づいて、楽音を表すデジタル楽音信号（原信号）を生成して楽音信号処理装置１６_（ｉ）に供給する。具体的には、ＣＰＵ１２ａは、電子パッドＰＤ_ｉが模擬しようとするアコースティックドラムの打面の所定の位置（例えば中央）に基準信号（インパルス）を入力したときの前記打面の所定の部分（例えば前記打面の中央部と周縁部との中間に位置する部分）の振動を表す応答信号（インパルス応答）と、前記振動センサＶＤから取得した振動波形信号とを畳み込み演算する。すなわち、スネアドラムやバスドラムにおいては、膜と胴を振動体と捉え、膜を振動源として捉える。その振動体の所定の位置（例えば膜の中央）に基準信号を入力したときの前記打面の所定の部分（例えば前記打面の中央部と周縁部との中間に位置する部分）の振動を表す応答信号（インパルス応答）を記憶している。また、シンバルにおいては、シンバル自体が振動体であり振動源と捉える。そして、その振動体の所定の位置（例えばシンバルの中央部と周縁部との中間に位置する部分）に基準信号を入力したときの前記打面の所定の部分（例えば入力があった前記所定の位置から周方向に異なるシンバルの中央部と周縁部との中間に位置する部分）の振動を表す応答信号（インパルス応答）を記憶している。そして、その演算結果の振幅を音量の設定値に応じて増減させて、前記デジタル楽音信号として楽音信号処理装置１６_（ｉ）に供給する。

楽音信号処理装置１６_（ｉ）の分配回路ＤＶは、ＣＰＵ１２ａから供給されたデジタル楽音信号を、楽音信号処理回路ＤＧ_{ｘ＝１，２，・・・}へ供給する。すなわち、本実施形態では、楽音信号処理装置１６_（ｉ）の全ての楽音信号処理回路ＤＧ_{ｘ＝１，２，・・・}に同一のデジタル楽音信号が供給される。

楽音信号処理装置１６_（ｉ）の楽音信号処理回路ＤＧ_{ｘ＝１，２，・・・}の構成は、第１実施形態及び第２実施形態と同様である。ただし、楽音信号処理装置１６_（ｉ）においては、テーブルＴＧＰ及びテーブルＴＵＰに代えて、図１６及び図１７に示すようなテーブルＴＤＰ_{ｉ＝１，２，・・・}が用いられる。一般に、アコースティックドラムの打面部は、複数の振動モードを有することが知られている。テーブルＴＤＰ_ｉは、電子パッドＤＰ_ｉが模擬しようとするアコースティックドラムの打面部の振動モードの特性に基づいて予め設定されてＲＯＭ１２ｂに記憶されている。

上記のように構成した電気ドラムセットＤＳによっても、第１実施形態及び第２実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、電気ドラムセットＤＳによれば、アコースティックドラムセットと同様に豊かに響く楽音を発音できる。また、電気ドラムセットＤＳの演奏の聴取者はアコースティックドラムセットの演奏を聴いたときのような臨場感が得られ、その臨場感が良好に得られる聴取範囲（リスニングエリア）を、従来の電気ドラムセットよりも拡大することができる。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、電気ピアノＧＰ、電気ピアノＵＰ及び電気ドラムセットＤＳは、特許第５５７３２６３号に記載されている電気楽器と同様に、振動波形信号から振動センサＶＤの電気的特性に起因する信号成分を除去可能に構成されているとよい。

また、上記実施形態においては、アコースティック楽器において、発音時に振動する部分（ピアノであれば、弦、フレーム、響板、側板等。打楽器であれば、膜と胴等。）を振動体とし、アコースティック楽器の振動体の所定の部分（１箇所）に基準信号を入力した際における、前記振動体の所定の部分（１箇所）の振動を応答信号として記憶している。具体的には、電気ピアノの実施形態であれば、響板（駒）に入力した際における響板の所定位置の振動を応答信号として記憶する。また、打楽器であれば、膜に対する演奏時の打撃点（ほぼ中央）に入力した際における膜の周辺部（例えば、電気ドラムのスピーカの配置に対応した位置）における振動を応答信号として記憶する。そして、電気楽器が備える複数の振動センサＶＤからそれぞれ出力された振動波形信号と前記応答信号とを畳み込んでいる。しかし、前記振動体の複数の箇所の振動を応答信号として記憶しておいてもよい。例えば、アコースティックグランドピアノの響板の各部分であって、電気ピアノＧＰにおける響板の各振動センサＶＤが配置される部分に相当する各部分に対し順に基準信号を入力する。そして、基準信号を入力するごとに、アコースティックグランドピアノの響板の各部分であって、電気ピアノＧＰにおける各スピーカＳＰ_{ｘ＝１，２，・・・，１６}が配置される部分に相当する各部分の振動を応答信号として記憶する。すなわち、この場合、各振動センサＶＤに関して、１６個の応答信号（スピーカＳＰ_{ｘ＝１，２・・，１６}にそれぞれ対応する応答信号）を記憶しておく。そして、ＣＰＵ１２ａは、１つの振動センサＶＤから出力された振動波形信号と、前記振動センサＶＤに対応する１６個の応答信号とをそれぞれ畳み込む。これにより、各弦ＳＴに対し、１６個の楽音信号（原信号）が生成される。弦ＳＴに対して生成された楽音信号であって、スピーカＳＰ_ｘに対応する楽音信号を「楽音信号Ｍ_ＳＴ，ｘ」と記載する。分配回路ＤＶは、図１８に示すように、楽音信号Ｍ_ＳＴ，ｘのうち、「ｘ」の値が共通する楽音信号Ｍ_ＳＴ，ｘを重畳加算して、楽音信号処理回路ＤＧ_ｘに供給する。これによれば、アコースティック楽器の音色をより忠実に模擬できる。

また、上記実施形態は、本発明を電気ピアノ及び電気ドラムセットに適用した例であるが、他の電気楽器にも適用可能である。例えば、本発明は、電気ギター、電気バイオリンなどにも適用することができる。

また、上記実施形態においては、位相シフト回路ＰＳ_ｘ，ｍは、テーブルＴＧＰ（ＴＵＰ、ＴＤＰ_ｉ）に従って、バンドパスフィルタＢＰ_ｘ，ｍの出力信号の振幅の符号を反転するか否かを決定する。しかし、これに代えて、位相シフト量をテーブルＴＧＰ（ＴＵＰ、ＴＤＰ_ｉ）として記憶しておき、位相シフト回路ＰＳ_ｘ，ｍは、前記位相シフト量に従って、バンドパスフィルタＢＰ_ｘ，ｍの出力信号の位相を変更してもよい。

また、本発明における検出手段として、振動を直接検出する振動センサを採用した例を記載したが、これに限られない。上記第１実施形態及び第２実施形態における振動センサＶＤは、ピッチピンＰＰ及びチューニングピンＴＰの長手方向に平行な方向（第１の軸方向）の振動のみを検出可能である。しかし、弦ＳＴの長手方向（第２の軸方向）、及び第１の軸方向と第２の軸方向とに垂直な第３の軸方向の振動をも検出可能な振動センサＶＤを採用してもよい。第１の軸方向に加え、第２の軸方向及び第３の軸方向のいずれか一方の軸方向の振動を検出可能なセンサを採用してもよい。この場合、ＣＰＵ１２ａは、３つ（又は２つ）の軸方向の振動波形を重畳加算して、分配回路ＤＶに供給すればよい。また、各軸方向のインパルス応答を測定（又は計算）しておき、ＣＰＵ１２ａは、各軸方向の振動波形信号と前記各軸方向のインパルス応答とを畳み込むことにより、３つのデジタル楽音波形信号を生成し、それらを重畳加算して、分配回路ＤＶに供給してもよい。

また、振動を検出するセンサとして、圧電センサを例に挙げたが、検出形態はこれに限らず、例えば、フォトリフレクタでドラムの膜面の振動を光学的に検出するものでもよいし、振動が検出できるものであれば、形態は限定されるものではない。また、例えば、各電気楽器のスピーカＳＰ_ｘの数、向き、位置等の配置の形態は上記実施形態に限られず、スピーカの配置等に応じた楽音信号を得るようにすればよい。ただし、各電気楽器は、少なくとも４個のスピーカを備えることが望ましい。

１１・・・設定操作子、１２・・・コンピュータ部、１３・・・表示器、１４・・・記憶装置、１５・・・外部インターフェース回路、１６・・・楽音信号処理装置、ＡＭ_ｘ・・・増幅回路、ＢＡ・・・打奏装置、ＢＦＲ_ｘ・・・バッファ、ＢＦ_ｘ，ｍ・・・バッファ、ＢＰ_ｘ，ｍ・・・バンドパスフィルタ、ＤＡ_ｘ・・・変換回路、ＤＧ_ｘ・・・楽音信号処理回路、ＤＰ_ｉ・・・電子パッド、ＤＳ・・・電気ドラムセット、ＤＶ・・・分配回路、ＧＰ・・・電気ピアノ、ｍ・・・振動モード、ＰＤ・・・ペダル装置、ＰＳ_ｘ，ｍ・・・位相シフト回路、ＳＧ・・・楽音信号生成装置、ＳＰ_ｘ・・・スピーカ、ＳＳ・・・サウンドシステム、ＳＵＭ_ｘ・・・サミング回路、ＴＤＰ_ｉ，ＴＧＰ，ＴＵＰ・・・テーブル、ＵＰ・・・電気ピアノ

Claims (5)

1. 演奏操作されて振動する振動源と、
   前記振動源の振動を検出して振動波形を表す振動波形信号を出力する検出手段と、
   前記振動波形信号と、アコースティック楽器の振動体に所定の基準信号を入力したときの応答信号とを畳み込むことにより楽音を表す原信号を生成する原信号生成手段と、
   複数のスピーカと、
   前記複数のスピーカに対応してそれぞれ設けられ、前記原信号を処理して、前記各スピーカの配置位置に応じた楽音信号をそれぞれ生成する複数の楽音信号処理手段と、を有し、
   前記アコースティック楽器の振動体の各固有振動数及び各振動形態に基づいて、前記複数の楽音信号処理手段の周波数特性がそれぞれ設定されている、楽器。
2. 請求項１に記載の楽器において、
   前記応答信号は、前記アコースティック楽器の振動体の第１の部位に前記所定の基準信号を入力したときの前記振動体の第２の部位の振動波形を表す信号である、楽器。
3. 請求項１又は２に記載の楽器において、
   前記楽音信号処理手段は、前記アコースティック楽器の振動体の各固有振動数に対応して設けられた、複数のバンドパスフィルタ及び複数の位相シフト回路を備え、
   前記複数の位相シフト回路の位相特性が前記楽器の各振動形態に基づいて設定されている、楽器。
4. 請求項１乃至３のうちのいずれか１つに記載の楽器において、
   予め設定された供給先情報に基づいて、前記複数の楽音信号処理手段のうちのいずれか１つ又は複数の楽音信号処理手段に前記原信号が供給される、楽器。
5. 請求項１乃至３のうちのいずれか１つに記載の楽器において、
   前記楽音信号処理手段は、前記原信号を前記楽音信号として出力するバイパス手段をさらに含む、楽器。

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