JP3574264B2 - 電子楽器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子楽器に関し、特に演奏者の姿勢により楽音を制御する機能を有する電子楽器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のシンセサイザー、電子ピアノ、電子オルガン、シングルキーボード等の電子楽器においては、所望の楽音を得るために、様々な演奏情報入力手段が提案されている。例えば電子ピアノの場合には、鍵盤のタッチ感をピアノに近づけ、鍵盤スイッチによって打鍵強さを検出して、楽音の音色等を制御している。またシンセサイザーの場合には、ベンダーと呼ばれる操作子を搭載し、音色やピッチを変化可能に構成されている。また、打鍵後のアフタータッチを検出して楽音を制御するものもある。その他、足で操作するフットペダル、エクスプレッションペダル、息のスピード、圧力、マウスピースをくわえる力等によって楽音を制御する電子楽器もある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電子楽器における演奏情報入力方式においては、手、足、口等を使用するので、その操作には限界があり、例えば鍵盤楽器や吹奏楽器は通常両手で演奏するために、ベンダーなどの手で操作する操作子は使用しにくいという問題点があった。また、ペダルを使用する場合には、例えば本体と分離してペダル装置を設ける必要があり、演奏時には設置場所が必要であり、演奏姿勢も制限されるというような問題点があった。
【０００４】
本発明の目的は、前記のような従来技術の問題点を解決し、演奏者が基本的な音高情報以外の演奏情報を容易に入力可能な、従来に無い演奏情報入力機能を備えた電子楽器を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記した目的を達成するために、本発明は、電子楽器において、鍵盤の各鍵におけるタッチを検出し、タッチ情報を出力するタッチ検出手段と、演奏者の姿勢あるいは姿勢変化を検出し、姿勢情報を出力する姿勢検出手段と、前記タッチ検出手段から出力されるタッチ情報および前記姿勢検出手段から出力される姿勢情報に基づいて楽音信号変化係数を生成し、該楽音信号変化係数に応じて、発生する楽音信号を変化させる楽音信号変更手段とを備え、前記楽音信号変更手段は、楽音信号変化係数を生成するために、任意に設定可能な変換テーブルを有することを特徴とする。また、姿勢検出手段は、演奏者と電子楽器との距離あるいは距離の変化のいずれかを測定するものであるところにも特徴がある。
【０００６】
演奏者は通常、演奏中には、音楽に対する感情に応じて体が大きく動き、演奏姿勢が音楽表現の一部になっている。本発明は前記したような構成により、演奏者が鍵盤楽器を演奏する場合に、両手で鍵盤を演奏しながら、感情に応じて体を動かすことにより、電子楽器が音楽表現である演奏姿勢を検出し、発生させる楽音に反映させることができる。そして、演奏者は鍵盤の演奏以外に演奏情報を入力するために手や足で操作を行う必要がなく、演奏に対する負担も無い。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図２は、本発明を適用した電子ピアノの構成を示すブロック図である。ＣＰＵ２０は、ＲＯＭ２３に格納されている制御プログラムに基づき、電子ピアノ全体の制御を行う中央処理装置である。また、予め設定された所定の周期でＣＰＵ２０に割り込みをかけるタイマ回路、パネル２１との接続のためのパラレルポート、ＭＩＤＩインターフェース回路２２との接続のためのシリアルポートを内蔵している。パネル回路２１は、パネルにある音色選択、自動演奏曲選択などのための各種スイッチ、液晶やＬＥＤにより文字等を表示する表示装置、ペダルスイッチおよびそれらのインターフェース回路からなる。
【０００８】
ＭＩＤＩインターフェース回路２２は、外部のＭＩＤＩインターフェース回路を備えた機器との間でＭＩＤＩ信号の送受信を行う。ＲＯＭ２３には制御プログラム、音色データ、自動演奏データ等が記憶されている。ＲＡＭ２４はワークエリアおよびバッファとして使用される。また、バッテリ等によりバックアップされていてもよい。キーボード２５は、例えばそれぞれ２つのスイッチを有する複数の鍵からなる鍵盤であり、キーボードインターフェース回路２６は、キーボードの各鍵のスイッチをスキャンし、状態変化情報やタッチ情報を検出してＣＰＵ２０に通知する。
【０００９】
楽音発生回路２９は、例えば波形読み出し方式により所望の楽音信号を発生する回路であり、デジタル楽音波形情報が記憶されている波形メモリから、発音すべき音高に比例したアドレス間隔で順次楽音波形を読み出し、補間演算等を行って楽音波形信号を発生させる。また、エンベロープ信号発生回路を有し、設定されたエンベロープパラメータに基づいて発生したエンベロープ信号を楽音波形信号に乗算してエンベロープを付与し、楽音信号を出力する。楽音発生回路８は、複数の楽音発生チャネルを有しているが、実際には、１つの楽音発生回路を時分割多重動作させることにより、同時に複数の楽音信号を独立して発生可能に構成されている。
【００１０】
Ｄ／Ａ変換器３０はデジタル楽音信号をアナログ信号に変換し、アンプ３１によって増幅された楽音信号はスピーカ３２によって発音される。バス３３は電子ピアノ内の各回路を接続している。なお、必要に応じて、メモリカードインターフェース回路、フロッピィディスク装置等を備えていてもよい。
【００１１】
距離センサ１は、電子ピアノ本体と演奏者の間の距離あるいは動き（距離の変化）を測定するためのセンサであり、任意のものを採用可能である。例えば、超音波を発射し、受信した反射波の到達時間により距離を検出するセンサであってもよいし、入射した赤外線電力の変化に応じた電圧を出力する焦電型赤外線センサを使用してもよい。焦電型赤外線センサの場合には、人間の放射する赤外線電力の変化に応じた出力電圧を生じるので、人が近づいたり遠ざかったりする動きを検出可能である。焦電型赤外線センサの構成および動作は、例えば「トランジスタ技術」１９９３年７月号第２４４〜２４９頁に記載されているように周知である。Ａ／Ｄ変換器２は、距離センサの出力する、演奏者の距離や動きに応じた出力電圧を例えば８ビットのデジタル信号にＡ／Ｄ変換する。
【００１２】
図３は、本発明を適用した電子ピアノを示す斜視図であり、図４は、電子ピアノと演奏者の位置関係を示す説明図である。距離センサ１は、例えば電子ピアノの本体中央部のカバー部分に、演奏者と対向するように設置される。そして、焦電型赤外線センサーの場合には、演奏者の胸部あるいは頭部から放射される赤外線の変化を検出する。また、超音波の反射により距離を測定するセンサーの場合には、演奏者の胸部あるいは頭部に向かって超音波を発射し、その反射波を検出する。
【００１３】
図１は、本発明の原理を説明するための機能ブロック図である。距離センサ部１において検知／測定された電子ピアノと演奏者との距離／動きに対応した電圧は、Ａ／Ｄ変換器２によってデジタル信号に変換される。この信号はＣＰＵ２０に読み込まれ、これ以降の機能ブロック（３〜１２）はソフトウェアにより処理される。
【００１４】
変化幅最適化変換テーブル３は、Ａ／Ｄ変換器２の出力信号をフルスケールでほぼリニアに変化する信号に変換する。距離センサ部１の出力電圧は、測定方式やセンサ素子の特性に依存して、Ａ／Ｄ変換器の入力電圧範囲に対してセンサ出力電圧範囲が狭かったり、出力特性がリニアでない場合がある。この変化幅最適化変換テーブル３は、距離センサ部１固有の特性を補正し、フルスケールでほぼリニアに変化する信号に変換する。ピッチ変化テーブル４、フィルタ変化テーブル５、レベル変化テーブル６は、それぞれ変化幅最適化変換テーブル３によってリニアに変換された信号をそれぞれ所望の特性に変換する。
【００１５】
乗算器７、８、９は、ピッチ変化テーブル４、フィルタ変化テーブル５、レベル変化テーブル６の出力信号に所定の定数Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３をそれぞれ乗算する。この係数は、ピッチ、カットオフ、レベル等のパラメータに測定された距離の影響をどの程度与えるかを決定する。ピッチ情報発生手段１０は、押鍵されたキーボードのノートナンバーを周波数ナンバーに変換し、更に乗算器７の出力信号を乗算することによってピッチ（周波数）を修正する。フィルター情報発生手段１１は、例えばパネルから設定されてる音色情報や、ノートナンバーの音域情報に基づき、例えばフィルタのカットオフ周波数情報を求め、この情報に、更に乗算器８の出力信号を乗算することによってフィルタのカットオフ周波数情報を修正する。
【００１６】
レベル情報発生手段１２は、例えばパネルから設定されてる音色情報や、ノートナンバーの音域情報に基づき、例えばエンベロープパラメータを求め、このパラメータに、更に乗算器９の出力信号を乗算することによってアタックレベル等のエンベロープパラメータを修正する。
【００１７】
楽音波形発生部１３、フィルタ部１４、振幅制御部１５は楽音発生回路２９の内部にある回路であり、ＣＰＵから各種のパラメータを設定されて、楽音信号を発生する。楽音波形発生部１３は、ＣＰＵから設定された周波数ナンバーを累算することにより、楽音信号波形を記憶している波形メモリの読み出しアドレスを発生する。そして、内蔵する波形メモリからキーナンバーに対応する間隔で波形データを読み出し、補間演算処理を行って楽音波形信号を出力する。フィルタ部１４は、ＣＰＵから設定されたカットオフ周波数等のパラメータに基づいて楽音波形信号をフィルタリングし、振幅制御部１５は、ＣＰＵから設定されたパラメータに基づき、内蔵するエンベロープ信号発生器によって発生したエンベロープ信号を楽音波形信号に乗算して、振幅制御を行う。
【００１８】
図８は、本発明の第１の実施例の動作を説明するための機能ブロック図であり、図１と同じものには同じ番号が付与されている。この実施例はタッチ情報によりピッチ、フィルタ特性、レベルを制御する電子ピアノに本発明を適用した例である。図８の上部は図１と同じ構成であるので説明は省略する。図８の下部はタッチ情報を検出し、修正係数を発生させる部分であり、まずタッチ検出部４１はキーボード２５の各鍵のスイッチの状態をスキャンし、タッチ情報を発生する。鍵盤タッチカーブテーブル４２は、後段での制御がしやすいように、タッチ情報を例えば８ビットのフルスケールで直線的に変化するデータに変換する。
【００１９】
ピッチ変化タッチカーブテーブル４３は変換されたタッチデータに基づき、ピッチ変化係数を発生する。この係数は、乗算器４６によって所定の定数Ｋ１と乗算され、更に乗算器７によって距離に基づく係数と乗算される。そして、ピッチ情報発生手段１０に入力され、ピッチがタッチ情報および距離情報の双方の影響を受けて変化する。フィルタのカットオフ周波数情報、レベル情報についても同様にタッチ情報および距離情報の双方の影響を受けて変化する。
【００２０】
図５は、図８の本発明の第１の実施例に対応するＣＰＵ２０のメイン処理を示すフローチャートである。ステップＳ１においては、ＣＰＵ、ＲＡＭ、楽音発生回路のＬＳＩ等の初期化を行う。ステップＳ２においては、パネルイベント処理が行われ、パネルのスイッチ等の状態情報を取り込み、状態変化を検出して、対応する処理を行う。ステップＳ３においては、ペダルイベント処理が行われ、ペダルの状態情報を取り込み、状態変化を検出して、対応する処理を行う。
【００２１】
ステップＳ４においては、オンイベントが発生した、即ちキーボードの鍵が押下されたか否かが判定され、判定結果が肯定の場合にはステップＳ５に移行する。ステップＳ５においては、後述するセンサデータ取り込み処理が行われる。その後、ステップＳ６、７、８においては、図１の番号４から１２に対応する、ピッチ情報発生処理、フィルタ情報発生処理、レベル情報発生処理が行われる。これらの処理については後述する。ステップＳ９においては、ステップＳ６〜８において決定された各種パラメータを楽音発生回路２９の割り当てられた楽音発生チャネルに設定し、発音を開始させる。
【００２２】
ステップＳ４における判定結果が否定の場合にはステップＳ１０に移行する。ステップＳ１０においては、オフイベントが発生したか否かが判定され、結果が肯定であればステップＳ１１に移行する。ステップＳ１１においては、ダンパーペダルがオンであるか否かが判定され、結果が肯定の場合にはキーオフを無視してステップＳ２に戻るが、否定の場合にはステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２においては、楽音発生回路２９を含む音源ＬＳＩにエンベロープパラメータの１つであるリリーススピードパラメータを設定し、該当する発音を所定のスピードで減衰させる。そして楽音信号レベルが所定値以下に減衰すると、該当する発音チャネルが開放される。
【００２３】
図６（ａ）は、図５のステップＳ５のセンサデータ取り込み処理を示すフローチャートである。ステップＳ２０においては、Ａ／Ｄ変換された距離センサ部の出力値ＳＤをＡ／Ｄ変換器２から読み込む。ステップＳ２１においては、変化幅最適化変換テーブルを使用してＳＤをＳＤＣに変換する。ステップＳ２２においては、キーボードインターフェース回路２６に含まれるタッチ検出回路の出力値ＴＤを読み込む。ステップＳ２３においては、鍵盤タッチカーブテーブル４２を用いてＴＤをＴＤＣに変換する。
【００２４】
図６（ｂ）は、図５のステップＳ６のピッチ情報発生処理を示すフローチャートである。ステップＳ３０においては、ピッチ変化テーブル４を使用してＳＤＣをＳＤＰに変換する。ステップＳ３１においては、ピッチ変化タッチカーブテーブル４３を用いてＴＤＣをＴＤＰに変換する。ステップＳ３２においては、現在指定されている音色におけるキーオンの音域に対応する波形メモリのピッチパラメータＭＰＰ（楽音波形のサンプリング周期等に関するパラメータ）を図示しない音色パラメータテーブルから読み出す。ステップＳ３３においては、音高情報（ノートナンバー）、ＳＤＰ、ＴＤＰ、ＭＰＰ、定数Ｋ１に基づき、ピッチ情報（周波数ナンバー）を計算する。ステップＳ３４においては、楽音発生回路２９内の楽音波形発生部１３にピッチ情報を設定する。
【００２５】
図７（ａ）は、図５のステップＳ７のフィルタ情報発生処理を示すフローチャートである。ステップＳ４０においては、フィルタ変化テーブル５を使用してＳＤＣをＳＤＦに変換する。ステップＳ４１においては、フィルタ変化タッチカーブテーブル４４を用いてＴＤＣをＴＤＦに変換する。ステップＳ４２においては、現在指定されている音色におけるキーオンの音域に対応するフィルタパラメータＭＰＦを図示しない音色パラメータテーブルから読み出す。ステップＳ４３においては、ＳＤＦ、ＴＤＦ、ＭＰＦ、定数Ｋ２に基づき、フィルタ情報（カットオフ周波数データ）を計算する。ステップＳ４４においては、楽音発生回路２９内のフィルタ部１４にフィルタ情報を設定する。
【００２６】
図７（ｂ）は、図５のステップＳ８のレベル情報発生処理を示すフローチャートである。ステップＳ５０においては、レベル変化テーブル６を使用してＳＤＣをＳＤＬに変換する。ステップＳ５１においては、レベル変化タッチカーブテーブル４５を用いてＴＤＣをＴＤＬに変換する。ステップＳ５２においては、現在指定されている音色におけるキーオンの音域に対応するレベルパラメータＭＰＬを図示しない音色パラメータテーブルから読み出す。ステップＳ５３においては、ＳＤＬ、ＴＤＬ、ＭＰＬ、定数Ｋ３に基づき、レベル情報（エンベロープのアタックレベルパラメータ等）を計算する。ステップＳ５４においては、楽音発生回路２９内の振幅制御部１５にレベル情報を設定する。
【００２７】
図９は、変化幅最適化変換テーブル３の特性例を示す説明図である。（ａ）は、入力と出力が１対１に対応している場合であって、距離センサからのデータを変換する必要のない場合に使用される。（ｂ）は距離センサからのデータのレンジが狭く、特定の範囲の値しかとらない場合に使用され、変換によって最小値から最大値まで変化するようになる。（ｃ）、（ｄ）は変化の仕方を変換した場合であって、距離の変化（センサの出力）に対して楽音がどの程度制御されるかがテーブルに設定される。（ｅ）は（ａ）と全く逆の値を出力する。（ｆ）は距離が特定の範囲内にあるときにのみ楽音が変化する。
【００２８】
前記のように、変化幅最適化変換テーブル３の特性を任意に設定することにより、距離の変化に対する楽音の変化の仕方を様々に調整することができる。また、ピッチ変化テーブル４、フィルタ変化テーブル５、レベル変化テーブル６の特性をそれぞれ独立して設定することにより、距離の変化に対するピッチ、フィルタ、レベルへの変化の仕方をそれぞれ独立して制御することができる。
【００２９】
図１０は、第２の実施例である可搬型電子楽器の構成を示す正面図である。この電子楽器５０は、キーボード５１を備え、ベルト５４を使用して楽器本体を肩に掛けて使用するものである。ネック部５２には、音色設定や効果付与等のためのスイッチ５３が設けられている。ネック部５２の先端には距離センサ５５が備えれらており、この距離センサによって床までの距離（ａ）あるいは演奏者までの距離（ｂ）を測定し、その測定結果によって楽音を制御する。
【００３０】
演奏者はネック部５２をつかんで演奏を行うので、ネック部の先端を容易に移動可能であり、自然にあるいは意図してネック部５２を振り回すことにより、床あるいは演奏者との距離が変化し、例えば楽音の音色が変化することになる。
【００３１】
センサの位置はネックの頭部以外であってもよく、例えば床との距離であれば楽器の底部でもよい。
【００３２】
以上、実施例を説明したが、次のような変形例も考えられる。実施例ではセンサ出力がアナログ信号であるのでＡ／Ｄ変換器２を用いているが、センサ出力がデジタル信号の場合にはＡ／Ｄ変換器２は不要である。
【００３３】
実施例においては１個のセンサにより距離もしくは動きを検出しているが、２個のセンサを使用して、前後の動きと左右の動き（ある方向と、それと９０度異なる方向）を分離して検出するようにしてもよく、検出された２方向の位置あるい動きに応じて、例えばレベルとピッチというようにそれぞれ別のパラメータを制御するようにしてもよい。
【００３４】
焦電型赤外線センサのように動きの変化に対応した出力を生じるようなセンサの場合には、後段に積分器を挿入してもよく、また距離そのものを出力するようなセンサの場合には微分器を挿入してもよい。
【００３５】
以上述べたように、本発明においては、鍵盤楽器の場合に、両手で鍵盤を演奏しながら感情に応じてあるいは意図して体を動かすことにより、電子楽器が音楽表現である演奏姿勢を検出して、発生させる楽音の音色等に反映させることができるので、表現力の豊かな電子楽器を提供することができるという効果がある。そして、演奏者は鍵盤の演奏以外に演奏情報を入力するために手や足で操作を行う必要がなく、演奏に対する負担も無いので演奏に集中することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明するための機能ブロック図である。
【図２】本発明を適用した電子ピアノの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明を適用した電子ピアノを示す斜視図である。
【図４】電子ピアノと演奏者の位置関係を示す説明図である。
【図５】本発明のＣＰＵのメイン処理を示すフローチャートである。
【図６】センサデータ取り込み処理およびピッチ情報発生処理を示すフローチャートである。
【図７】フィルタ情報発生処理およびレベル情報発生処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第１の実施例の動作を説明するための機能ブロック図である。
【図９】変化幅最適化変換テーブル３の特性例を示す説明図である。
【図１０】本発明の第２の実施例である可搬型電子楽器の構成を示す正面図である。
【符号の説明】
１…距離センサ部、２…Ａ／Ｄ変換器、３…変化幅最適化変換テーブル、４…ピッチ変化テーブル、５…フィルタ変化テーブル、６…レベル変化テーブル、７、８、９…乗算器、１０…ピッチ情報発生手段、１１…フィルタ情報発生手段、１２…レベル情報発生手段、１３…楽音波形発生部、１４…フィルタ部、１５…振幅制御部

Claims (3)

1. 鍵盤の各鍵におけるタッチを検出し、タッチ情報を出力するタッチ検出手段と、
   演奏者の姿勢あるいは姿勢変化を検出し、姿勢情報を出力する姿勢検出手段と、
   前記タッチ検出手段から出力されるタッチ情報および前記姿勢検出手段から出力される姿勢情報に基づいて楽音信号変化係数を生成し、該楽音信号変化係数に応じて、発生する楽音信号を変化させる楽音信号変更手段とを備え、
   前記楽音信号変更手段は、楽音信号変化係数を生成するために、任意に設定可能な変換テーブルを有することを特徴とする電子楽器。
2. 前記姿勢検出手段は、演奏者と電子楽器との距離あるいは距離の変化のいずれかを測定するものであることを特徴とする請求項１に記載の電子楽器。
3. 楽音信号変更手段は、前記姿勢情報に応じて、発生する楽音信号のピッチ、フィルタのカットオフ周波数、信号レベルの内の少なくとも１つを制御することを特徴とする請求項１または２に記載の電子楽器。

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