JP2017072623A - 楽器の音響効果設定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】演奏情報に基づいて加振器が響板を加振することで発音する楽器の周波数特性を所望のものとする。【解決手段】楽器の音響効果設定方法は、加振器により響板が加振されることにより発音する楽器において、テスト信号に基づいて前記響板を加振して発音させるステップと、前記響板による発音を収音し参照データとして出力するステップと、前記参照データを解析して周波数特性を算出するステップと、前記周波数特性のピークおよびディップを探索し、所望の周波数特性となるような制御パラメータを楽器のイコライザに設定するステップと、を含む。【選択図】図５

Description

本発明は、楽器の音響効果設定方法に関する。

ピアノに加振部を設け、この加振部によって響板を加振することにより、響板から音を放音させる技術が、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２０１３−７７０００号公報

しかし、響板は主に木材から作られており、木目や含水量などが響板毎に異なるので、響板の振動特性はピアノ１台１台毎に異なる。そのため、響板を駆動させて発音させる場合に、その周波数特性にピアノ１台１台毎に異なるピークやディップができてしまうという問題があった。このため、同一の音響信号に基づいて響板を加振しても、ピアノ１台１台毎に音が異なるという問題があった。

本発明は、上述した背景に鑑みてなされたものであり、その目的は、加振部が響板を駆動させるタイプの楽器において、１台１台の響板の振動特性のばらつきを吸収し所望の音響効果が得られる仕組みを提供することにある。

上述した問題を解決するため、本発明は、加振器により響板が加振されることにより発音する楽器の音響効果設定方法であって、テスト信号に基づいて前記響板を加振して発音させるステップと、前記響板による発音を収音し参照データとして出力するステップと、前記参照データを解析して周波数特性を算出するステップと、前記周波数特性のピークおよびディップを探索し、所望の周波数特性となるような制御パラメータを楽器のイコライザに設定するステップと、を含む楽器の音響効果設定方法を提供する。

本発明によれば、テスト信号を用いて響板の発音による周波数特性が所望の周波数特性になるようにイコライザの制御パラメータを楽器に設定するようにしたので、ピアノ１台１台毎の響板の振動特性が異なっていても、所望の周波数特性を有する楽器を安定した品質で供給できる。

本発明の実施形態におけるグランドピアノおよびマイクロホンの外観を示す斜視図である。 本発明の実施形態におけるグランドピアノの内部構造を説明する図である。 本発明の実施形態における構成を説明するブロック図である。 本発明の実施形態における機能を説明するブロック図である。 本発明の実施形態における動作を説明するフロー図である。 本発明の実施形態における周波数特性を説明する図である。

図１は本発明の一実施形態におけるグランドピアノ１およびマイクロホン２００の外観を示す斜視図である。グランドピアノ１は、その前面に演奏者によって演奏操作がなされる鍵２が複数配列された鍵盤、およびペダル３を有する鍵盤楽器である。また、グランドピアノ１は、操作部１３を有する制御装置１０を有する。ユーザの指示は、操作部１３が操作されることにより、制御装置１０に対して入力可能になっている。

図２は、本発明の実施形態におけるグランドピアノ１の内部構造を説明する図である。この図においては、各鍵２に対応して設けられている構成については、１つの鍵２に着目して示し、他の鍵２に対応して設けられている部分については記載を省略している

ハンマ４は、各鍵２に対応して設けられ、鍵２が押下されるとアクション機構（図示略）を介して力が伝達されて移動し、各鍵２に対応する弦５を打撃する。また、ダンパ８ は、鍵２の押下量、およびペダル３のうちダンパペダル（以下、単にペダル３といった場合にはダンパペダルを示す）の踏込量に応じて、弦５と非接触状態または接触状態となる。ダンパ８は、弦５と接触しているときには、その弦５の振動を抑制する。

鍵センサ２２は、各鍵２の下部に設けられ、鍵２の挙動に応じた検出信号を制御装置１０に出力する。この例においては、鍵センサ２２は、鍵２の押下量を検出し、検出結果を示す検出信号を制御装置１０に出力する。なお、鍵センサ２２は、鍵２の押下量に応じた検出信号を出力する代わりに、鍵２が特定の押下位置を通過したことを示す検出信号が出力されるようにしてもよい。特定の押下位置とは、鍵２のレスト位置（非押鍵状態での鍵の位置）からエンド位置（最も押しこまれた状態での鍵の位置）に至る範囲のいずれかの位置であり、複数箇所であることが望ましい。このように、鍵センサ２２が出力する検出信号は、鍵２の挙動を制御装置１０に認識させることができる信号であればどのようなものであってもよい。

ハンマセンサ２４は、各ハンマ４に対応して設けられ、ハンマ４の挙動に応じた検出信号を制御装置１０に出力する。この例においては、ハンマセンサ２４は、ハンマ４による弦５の打撃直前のハンマ４の移動速度を検出し、検出結果を示す検出信号を制御装置１０に出力する。なお、この検出信号は、ハンマ４の移動速度そのものを示すものでなくてもよく、別の態様での検出信号として、制御装置１０において移動速度が算出されるようにしてもよい。例えば、ハンマ４が移動中にハンマシャンクが通過する２つの位置について、ハンマシャンクが通過したことを示す検出信号が出力されるようにしてもよいし、一方の位置を通過してから他方の位置を通過するまでの時間を示す検出信号が出力されるようにしてもよい。このように、ハンマセンサ２４が出力する検出信号は、ハンマ４の挙動を制御装置１０に認識させることができる信号であればどのようなものであってもよい。

ペダルセンサ２３は、各ペダル３に対応して設けられ、ペダル３の挙動に応じた検出信号を制御装置１０に出力する。この例においては、ペダル３の踏込量を検出し、検出結果を示す検出信号を制御装置１０に出力する。なお、ペダルセンサ２３は、ペダル３の踏込量に応じた検出信号を出力する代わりに、ペダル３が特定の踏込位置を通過したことを示す検出信号が出力されるようにしてもよい。特定の踏込位置とは、ペダルのレスト位置（演奏されていない状態でのペダルの位置）からエンド位置（最も踏み込まれた状態でのペダルの位置）に至る範囲のいずれかの位置であり、ダンパ８と弦５とが完全に接触する状態と非接触の状態とを区別できる踏込位置であることが望ましく、複数箇所を特定の踏込位置とすることでハーフペダルの状態についても検出することができるようにすることがさらに望ましい。このように、ペダルセンサ２３が出力する検出信号は、ペダル３の挙動を制御装置１０に認識させることができる信号であればどのようなものであってもよい。

なお、鍵センサ２２、ペダルセンサ２３、およびハンマセンサ２４から出力される検出信号によって、制御装置１０が、弦５に対するハンマ４の打撃タイミング（キーオンのタイミング）、打撃速度（ベロシティ）、およびその弦５に対するダンパ８の振動抑制タイミング（キーオフのタイミング）を、各鍵２（キーナンバ）に対応して特定することができるようになっていれば、鍵センサ２２、ペダルセンサ２３およびハンマセンサ２４は、鍵２、ペダル３、ハンマ４の挙動を検出した結果を、他の態様での検出信号として出力してもよい。なお、検出信号の詳細については後述する。

響板７は、響棒７５および駒６が接続され、駒６を介して響板７の振動を各弦５に伝達するとともに、各弦５の振動が駒６を介して響板７に伝達される。また、響板７には、加振部５０が接続されている。加振部５０は、響板７に接続された振動部５１と、直支柱９に接続された支持部５５によって支持されたヨーク保持部５２（本体部）とを有する。加振部５０には、制御装置１０から駆動信号が入力される。振動部５１は、入力された駆動信号が示す波形に応じて振動し、響板７を加振する。これにより、駒６も加振される。なお、加振部５０は、平面視で響棒７５または駒６に重なる位置に設けるのが望ましい。

図３は、本発明の実施形態における制御装置１０の構成を示すブロック図である。制御装置１０は、制御部１１、記憶部１２、操作部１３、通信部１４、信号出力部１５、およびインターフェイス１６を有する。これらの各構成はバスを介して接続されている。制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算装置、ＲＯＭ（Read Only Memory）、およびＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶装置を有する。制御部１１は、記憶装置に記憶されている制御プログラムに基づいて、制御装置１０の各部およびインターフェイス１６に接続された各構成を制御する。この例においては、制御部１１は、制御プログラムを実行することにより、制御装置１０および制御装置１０に接続された構成の一部を、本発明の鍵盤楽器として機能させる。

記憶部１２は、制御プログラムを実行しているときに用いられる各種設定内容を示す設定情報を記憶する。設定情報は、例えば、鍵センサ２２、ペダルセンサ２３、およびハンマセンサ２４から出力される検出信号に基づいて、信号出力部１５から出力される駆動信号の内容を決定するための情報である。また、記憶部１２は、後述する設定部１１０がテスト信号を出力するためのテストデータを記憶する。

操作部１３は、ユーザの操作を受け付ける操作ボタンなどを有する。この操作ボタンによりユーザの操作が受け付けられると、操作に応じた操作信号が制御部１１に出力される。

通信部１４は、無線、有線などにより他の装置と通信を行うインターフェイスである。通信部１４を介して制御装置１０に入力されるデータは、例えば、自動演奏時に信号出力部へ入力する楽曲データなどである。このインターフェイスには、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）やＣＤ（Compact Disk）などの記録媒体に記録された各種データを読み出し、読み出したデータを出力するディスクドライブが接続されていてもよい。

信号出力部１５は、音響信号を出力する音源部１５１、この音響信号の周波数特性を調整するイコライザ部１５２、この音響信号を増幅する増幅部１５３を有する。信号出力部１５は、周波数特性が調整されて増幅された音響信号を、駆動信号として出力する。なお、イコライザ部１５２は、パラメトリックイコライザでもよいし、グラフィックイコライザでもよい。

インターフェイス１６は、制御装置１０と外部の各構成とを接続するインターフェイスである。インターフェイス１６に接続される各構成は、この例においては、鍵センサ２２、ペダルセンサ２３、ハンマセンサ２４、および加振部５０である。インターフェイス１６は、鍵センサ２２、ペダルセンサ２３およびハンマセンサ２４から出力される検出信号を、制御部１１に出力する。また、インターフェイス１６は、信号出力部１５から出力された駆動信号を加振部５０に出力する。続いて、制御部１１が制御プログラムを実行することにより機能する構成について説明する。

図４は、本発明の実施形態におけるグランドピアノ１の機能構成を示すブロック図である。

設定部１１０および演奏情報出力部１２０は、制御部１１および制御プログラムにより以下に示す機能を実現する。
ユーザが操作部１３を介してテスト信号の供給を指示すると、設定部１１０は、記憶部１２に記憶されているテストデータを読み出し、演奏情報出力部１２０へ出力する。
演奏情報出力部１２０は、入力されたテストデータに基づいてテスト信号を信号出力部１５に出力する。なお、テスト信号としてはピンクノイズやチャープ信号が一例としてあげられるが、これに限られるものではない。

信号出力部１５は、テスト信号に基づいてテスト駆動信号を加振部５０に出力する。なお、信号出力部にはイコライザ部１５２が備わっているが、テスト駆動信号を出力するときには、イコライザ部１５２は周波数特性を調整しないようになされている。

加振部５０は、入力されたテスト駆動信号に応じて振動し、響板７を加振する。これにより、響板７から発音がなされる。
マイクロホン２００は、響板７から発音された音を収音し、当該収音した音信号を参照データとして参照データ分析部２１０へ出力する。
参照データ分析部２１０は、参照データを分析し、周波数特性を算出する。参照データ分析部２１０は、算出された周波数特性からピークおよびディップを探索し、所望の周波数特性となるように制御パラメータをイコライザ部１５２に設定する。例えば、参照データ分析部２１０は、周波数特性がフラットとなるように、当該ピークおよびディップを打ち消すような制御パラメータをイコライザ部１５２に設定する。これにより、周波数の低域から広域にわたって音源部１５１が出力する音響信号を反映した音が響板７より放音される。
なお、イコライザ部１５２がパラメトリックイコライザで構成されている場合、制御パラメータは、軸となる周波数、変動させる帯域幅、変動させる帯域のゲイン等があげられるが、その他のパラメータを含んでいてもよい。

次に、図５を参照して、制御パラメータの設定方法を説明する。
設定部１１０は、テスト信号を演奏情報出力部１２０に出力する（ステップＳ１）。信号出力部１５は、テスト信号をテスト駆動信号として出力する（ステップＳ２）。加振部５０は、テスト駆動信号に応じて響板を加振する。これにより響板７から音が発音される（ステップＳ３）。
マイクロホン２００は、響板７から発せられる音を収音し、参照データとして参照データ分析部２１０へ出力する（ステップＳ４）。参照データ分析部２１０は、参照データを分析し、周波数特性を算出する（ステップＳ５）。参照データ分析部２１０は、所望の周波数特性となるように制御パラメータをイコライザ部１５２に設定する。（ステップＳ６）。
なお、上述の制御パラメータの設定は、グランドピアノ１の工場出荷時に設定することで、各ピアノの周波数特性をピアノの設計者が設計したものとすることができるが、ピアノの設置時にユーザの指示により制御パラメータの設定を行ってもよい。

その余の構成について、以下簡単に説明する。
図４に戻って、ユーザによって鍵２が操作されると、ハンマ４が弦５を打撃し、弦５が振動する。この振動は、駒６を介して響板７に伝達される。また、鍵２の操作、ペダル３の操作によりダンパ８が動作する。ダンパ８の動作により、弦５の振動の抑制状態が変化する。

演奏情報出力部１２０は、鍵センサ２２、ペダルセンサ２３およびハンマセンサ２４によって、鍵２、ペダル３およびハンマ４の挙動がそれぞれ検出され、その結果出力される検出信号に基づいて、ハンマ４による弦５の打撃タイミング（キーオンのタイミング）、打撃された弦５に対応する鍵２の番号（キーナンバ）、打撃速度（ベロシティ）、およびその弦５に対するダンパ８の振動抑制タイミング（キーオフのタイミング）を、音源部１５１で用いる情報（演奏情報）として特定する。この例においては、演奏情報出力部１２０は、打撃タイミングおよび鍵２の番号については鍵２の挙動から特定し、打撃速度についてはハンマ４の挙動から特定し、振動抑制タイミングについては、鍵２およびペダル３の挙動から特定する。なお、打撃タイミングがハンマ４の挙動から特定されてもよいし、打撃速度が鍵２の挙動から特定されてもよい。なお、演奏情報は、例えば、ＭＩＤＩ（Musical Instrument Digital Interface）形式の制御パラメータで示されるものであってもよい。

演奏情報出力部１２０は、特定したキーオンのタイミングにおいて、キーナンバ、ベロシティ、およびキーオンを示す演奏情報を、音源部１５１に出力する。また、演奏情報出力部１２０は、キーオフのタイミングにおいて、キーナンバおよびキーオフを示す演奏情報を、音源部１５１に出力する。

音源部１５１は、演奏情報出力部１２０から出力される演奏情報に基づいて、音響信号を出力する。例えば、音源部１５１は、キーナンバに応じた音高、ベロシティに応じた音量になるように音響信号を出力する。この音響信号は、上述したフローによって制御パラメータが設定されたイコライザ部１５２により周波数特性が調整され、増幅部１５３において増幅されて加振部５０に駆動信号として出力される。

加振部５０は、入力された駆動信号に応じて振動し、響板７を加振する。これにより、響板７から発音がなされる。この発音は、イコライザ部１５２により、例えば周波数特性がフラットになるように調整されている。

図６は、イコライザ部１５２にて制御パラメータを調整する前と調整した後の周波数特性を示した図である。制御パラメータ設定前には、大きなピークやディップが存在しているのに対し、制御パラメータ設定後には周波数特性がフラットに近づいた特性となっている。

本発明によれば、参照データ分析部が、算出された周波数特性からピークおよびディップを探索し、所望の特性となるような制御パラメータを、イコライザ部に設定する。これにより、ピアノ１台１台毎に周波数特性が均一になるので、響板に木材を用いることで生じる製造ばらつきを抑えることができる。
また、参照データ分析部が、周波数特性がフラットとなるように、探索したピークおよびディップを打ち消すような制御パラメータをイコライザ部に設定することで、周波数の低域から広域にわたって音源部が出力する音響信号を反映した音を響板より放音することが可能となる。

（変形例）
上述の実施形態では、参照データ分析部はグランドピアノ１に備えるとしたが、グランドピアノ１の外部に設けてもよい。例えば、外部のパーソナルコンピュータにて参照データ分析部を実現し、上述したピークおよびディップを打ち消すような特性となるような制御パラメータを制御装置１０に出力することで、制御パラメータをイコライザ部１５２に設定するようにしてもよい。
また上述の実施形態では、グランドピアノに適用した例を示したが、アップライトピアノに適用できるのはもちろんのこと、響板を備える電子ピアノのように加振部により響板を加振する楽器であればどのような楽器にも適用してもよい。また、ピアノや電子ピアノといった鍵盤楽器に限らず、ギターのような楽器に適用してもよい。
また、テストデータを記憶部１２に記憶するとしたが、これにかえて通信部１４を介して制御装置１０にテストデータを入力するようにしてもよい。

１…グランドピアノ、２…鍵、３…ペダル、４…ハンマ、５…弦、６…駒、７…響板、８…ダンパ、１０…制御装置、１１…制御部、１２…記憶部、１３…操作部、１４…通信部、１５…信号出力部、１６…インターフェイス、２２…鍵センサ、２３…ペダルセンサ、２４…ハンマセンサ、５０…加振部、５５…支持部、７５…響棒、１１０…設定部、１２０…演奏情報出力部、１５１…音源部、１５２…イコライザ部、１５３…増幅部、２００…マイクロホン、２１０…参照データ分析部

Claims (2)

1. 加振器により響板が加振されることにより発音する楽器の音響効果設定方法であって、
   テスト信号に基づいて前記響板を加振して発音させる第１ステップと、
   前記響板による発音を収音し参照データとして出力する第２ステップと、
   前記参照データを解析して周波数特性を算出する第３ステップと、
   前記周波数特性のピークおよびディップを探索し、所望の周波数特性となるような制御パラメータを楽器のイコライザに設定する第４ステップと、
   を含む楽器の音響効果設定方法。
2. 前記第４ステップは、前記ピークおよびディップを打ち消すような制御パラメータを楽器のイコライザに設定するステップである、請求項１記載の楽器の音響効果設定方法。

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