JP3680748B2

JP3680748B2 - リードを備えた管楽器

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Publication number: JP3680748B2
Application number: JP2001083536A
Authority: JP
Inventors: 和男村上
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2005-08-10
Anticipated expiration: 2021-03-22
Also published as: JP2002278556A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばクラリネットやサクソフォンなどのリードを備える管楽器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、鍵盤楽器などにおいては、鍵等の動きをセンサにより検出して、この検出結果を演奏データとして記録したり、記録した演奏データを電子音源に供給して電子的に楽音を発生させたりすることが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、リードを備えた管楽器にあっては、演奏者が、例えばタンギングなどの奏法を用いて行う微妙な演奏表現を、記録することができないといった問題があった。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、演奏者の奏法に関する情報を、より多く取得できる管楽器を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の管楽器にあっては、管体部と、リードと、前記リードの振動状態に応じたリード振動信号を出力するセンサと、前記リード振動信号から、演奏者の呼気と唇または舌の動きとによって生じる呼気振動に対応した第１の信号と、前記演奏者の呼気により前記管体部内に生じる共鳴振動に対応した第２の信号とを分離する周波数フィルタと、前記第１の信号と前記第２の信号の少なくとも一の信号から楽音に関する情報を抽出する楽音情報抽出手段とを備えている。
【０００６】
この管楽器によれば、リードの振動状態に対応したリード振動信号がセンサから出力される。次いで、このリード振動信号から、演奏者の呼気と唇または舌の動きとによって生じる呼気振動に対応した第１の信号と、前記演奏者の呼気により前記管体部内に生じる共鳴振動に対応した第２の信号とが、周波数フィルタにより分離されるた後、楽音情報抽出手段により、前記第１の信号と前記第２の信号の少なくとも一の信号から楽音に関する情報が抽出される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１０】
＜実施形態＞
本実施形態では、本発明に係るリードを自然管楽器のサクソフォンに適用した場合の一例について説明する。
図１は、本実施形態に係るリードを備えたサクソフォン本体の外観を示す図である。同図に示すように、このサクソフォンは、演奏者が息を吹き込む吹口部２と、管体部４とを備えている。管体部４には、音高を指定する複数のキイ６と、管体部４から楽音を放射する開口部８とが設けられている。この他にも、管体部４には、レバーなどが設けられているが、その説明を省略する。
【００１１】
また、同図に示すように、吹口部２は、マウスピース９を備えている。図２は、吹口部２の拡大図である。同図に示すように、マウスピース９の図面下側には、リード１０が設けられている。リード１０は、その１面（図面上方）がマウスピース９と当接するように、リガチャー１２によってマウスピース９に圧着固定されている。
上述したマウスピース９とリード１０とは、演奏者の口ｍにくわえ込まれるものであり、演奏者の呼気は、マウスピース９の図面左方向の端部に設けられた貫通孔１４からマウスピース９とリード１０とによって形成されるキャビティＣ内に流入され、次いで、図示しない管体部４に流入する。
【００１２】
一方、リード１０には、振動センサ２０が設けられている。この振動センサ２０は、吹奏時のリード１０の振動に応じた信号を出力するものである。さらに、詳述すると、吹奏時において、演奏者の呼気と管体部４に発生する共鳴振動とによって、リード１０が駆動され該リード１０に振動が生じている。振動センサ２０は、このリード１０の振動状態に応じた信号をリード振動信号として出力する。
また、振動センサ２０からリード線２２が引き出されており、このリード線２２の終端には、着脱可能なコネクタ２４ａ、ｂが設けられている。コネクタ２４ａは、雌形状コネクタであり、コネクタ２４ｂは、該雌形状と係合する形状を有する雄コネクタである。そして、コネクタ２４ｂは、配線２６を介してプリアンプ２８に接続されている。
【００１３】
上述した振動センサ２０は、リード１０に埋設されているが、以下、振動センサ２０の埋設の態様について説明する。
図３は、リード１０と振動センサ２０との分解斜視図である。同図に示すように、リード１０のマウスピース９と当接する面内には、センサ２０と配線２２とコネクタ２４ａとを収容するための収容穴１０ａが設けられている。
上述したセンサ２０と配線２２とコネクタ２４ａとのそれぞれは、収容穴１０ａに収容される。
【００１４】
次いで、図４に示すように、振動センサ２０とリード線２２との図面上方（マウスピース９が当接する方向）およびリード１０との間隙を、例えば特殊シリコン変性ポリマー系弾性接着剤などの樹脂３０でモールドすることにより、防湿処理がなされる。そして、樹脂３０によりモールドする際に、モールド面を平坦にすることにより、リード１０とマウスピース９との当接面が密着され、キャビティＣ（図２参照）の気密性が維持される。
【００１５】
リード１０に埋設される振動センサ２０は、図５に示すように、電極３６ａ、ｂに挟持された圧電素子３４を備えている。さらに、振動センサ２０の外側全体は、ノイズを低減するために、例えば有機フィルムなどの絶縁素材３８で覆われている。
このような構成の振動センサ２０において、圧電素子３４は、リード１０を介して加わる応力に応じた電圧を出力する。この結果、振動センサ２０からは、リード１０の振動波形に応じた電流信号（以下、リード振動信号と称する）が出力される。
なお、圧電素子３４の材質としては、圧電効果を生じるものであればよく、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）やＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリヒデン）などがある。このＰＶＤＦは、有機圧電物質であり、膜状に成形し易いなどの利点を有している。このため、ＰＶＤＦを圧電素子として用いることにより、振動センサ２０をコンパクトにすることが可能となる。さらに、リード１０とマウスピース９とが圧着固定される際に、リード１０の部位のうち、リガチャー１２により加圧される部位にＰＶＤＦを備えたセンサ２０を埋設することにより、リード１０の振動検出感度が向上する。
【００１６】
図６は、本発明の実施形態に係るリードを備えたサクソフォンの電気的構成を示すブロック図である。同図に示すように、振動センサ２０から出力されたリード振動信号は、プリアンプ２８により増幅され、Ａ/Ｄ変換器５０において、アナログ信号からデジタル信号に変換された後、フィルタ５２に供給される。そして、リード振動信号は、フィルタ５２において、ノイズが除去され、信号処理部５４に供給される。
【００１７】
この信号処理部５４は、周波数フィルタを備えている。上述したように、リード１０は、演奏者の呼気と、管体部４に発生する共鳴振動とによって駆動され振動するため、リード振動信号には、演奏者の呼気と唇または舌の動きとによって生じる呼気振動に対応した第１の信号と、前記演奏者の呼気により前記管体部内に生じる共鳴振動に対応した第２の信号が含まれている。信号処理部５４は、内蔵の周波数フィルタを用いて、リード振動信号に含まれる第１の信号と第２の信号との分離を行った後、分離した各信号から楽音データを生成して記憶部５６に出力する。
そして、記憶部５６は、磁気ディスクや、光ディスク、半導体メモリなどの記録媒体を備えており、供給された楽音データを記憶する。
【００１８】
次に、上述したリードを備えるサクソフォンの動作について説明する。このサクソフォンは、振動センサ２０の出力結果を演奏データとして記録することが可能である。
【００１９】
はじめに、本実施形態に係るリードを備えるサクソフォンの記録動作の概要について説明する。図２に示すように、まず、演奏者は、マウスピース９とリード１０とを口ｍに咥えて呼気を貫通孔１４より流入する。これにより、管体部４から楽音が発音されるとともに、リード１０が、演奏者の呼気と管体部４内の共鳴振動とによって振動される。次いで、図６に示すように、振動センサ２０は、リード１０の振動を検出し、検出結果となるリード振動信号を、リード線２０とコネクタ２４ａ，ｂと配線２６とを介してプリアンプ２８に供給する。プリアンプ２８は、供給されたリード振動信号を増幅した後、Ａ／Ｄ変換器５０に出力する。Ａ／Ｄ変換器５０は、リード振動信号をアナログ信号からデジタル信号に変換した後、フィルタ５２に出力する。フィルタ５２は、デジタルフィルタであり、リード振動信号からノイズを除去した後、信号処理部５４に、リード振動信号を出力する。信号処理部５４は、リード振動信号を、周波数フィルタを用いて幾つかの振動成分に分離し、それぞれの振動成分から演奏に関する情報を取得して、これらの情報を用いて所定のフォーマットの演奏データを作成する。このようにして作成された演奏データは、記憶部５６が備える記録媒体に記録される。
なお、フィルタ５２は、アナログフィルタを用いてもよく、この場合、フィルタ５２は、プリアンプ２８とＡ／Ｄ変換器５０との間に設けられる。
【００２０】
以上説明した概略動作において、本実施形態に係るリードを備えたサクソフォンは、リード１０の振動から、信号処理部５４が演奏に関わる情報を取得して演奏データを作成する点に特徴を有している。以下、この演奏情報取得動作について詳細に説明する。
【００２１】
信号処理部５４は、供給されたリード振動信号を幾つかの振動成分に分離して、それぞれの振動成分から演奏に関する情報を取得する。まず、各振動成分とそれぞれの振動成分から取得される楽音情報について図７を参照して説明する。
【００２２】
図７は、リード管楽器の楽音発生動作を説明するための概念図である。同図において、符号Ｐは、演奏者の口内圧力（吹鳴圧力）を符号Ｐで示し、マウスピース９とリード１０とによって形成されるキャビティＣ内の圧力を符号ｐで示す。また、発音時に管体内部に発生する共鳴振動Ｗを一点破線で示す。
【００２３】
管楽器を演奏するに際して、演奏者は、貫通孔１４からキャビティＣに向けて呼気を流入する。このとき、演奏者の吹鳴圧力Ｐとキャビティ内圧力ｐとに圧力差（Ｐ−ｐ）が生じ、該圧力差に比例して、リード１０が図面上下方向に移動する。具体的には、吹鳴圧力Ｐが、キャビティ内圧力ｐに比べて大きい（Ｐ＞ｐ）ときに、リード１０は、図面上方（貫通孔１４を塞ぐ方向）に移動する。これとは逆に、吹鳴圧力Ｐが、キャビティ内圧力ｐに比べて小さい（Ｐ＜ｐ）ときに、リード１０は、図面下方（貫通孔１４を拡げる方向）に移動する。
このように、演奏者が呼気を貫通孔１４から流入することにより、リード１０に振動が生じる（以下、呼気振動という）。
【００２４】
また、吹鳴圧力Ｐとキャビティ内圧力ｐとの圧力差（Ｐ−ｐ）は、演奏者の呼気による流速に関係し、該呼気流速は、吹鳴圧力Ｐとキャビティ内圧力ｐとの圧力差（Ｐ−ｐ）に比例する。自然管楽器にあっては、この呼気流速が所定値を越えたときに、管体部４から音が発生し、この呼気流速に比例して発音される楽音の音量が大きくなる。
したがって、リード振動信号から呼気振動成分を抽出することにより、ノートオンおよびノートオフタイミング、発音時のアタック、ベロシティに関する情報を取得することができる。
【００２５】
一方、演奏者は、例えば、「舌」によって貫通孔１４を塞ぐといった、いわゆる「タンギング」などの吹奏動作により、演奏者は、意図的に呼気振動を静止することがある。
したがって、リード振動信号から、上述した呼気振動成分を抽出し、さらに、振動が静止するタイミングから演奏者の吹奏動作に関する情報としてタンギングタイミングを取得することができる。
【００２６】
また、図７に示すように、演奏者が貫通孔１４からキャビティＣに向けて呼気を流入すると、流入された呼気は、管体部４内に入射する空気流ｐｉを発生する。次いで、入射空気流ｐｉは、キイ６（図１参照）の操作状態に応じて開放される音孔６ａや開口部８で反射し、反射空気流ｐｏが生成される。この結果、入射空気流ｐｉの振動と反射空気流ｐｏの振動とが管体部４内で共鳴を起こし、共鳴振動Ｗが生成され、開口部８より、該共鳴振動Ｗの振動数に対応した音高の楽音が放音される。
反射空気流ｐｏの振動数は、開放された音孔６ａの位置によって決定されるため、共鳴振動Ｗの振動数も、開放された音孔６ａの位置によって変わる。また、この共鳴振動Ｗの振動数は、開放された音孔６ａの位置によって決定される管体部の固有振動数の整数倍となる。
【００２７】
このように、管体部４内には、演奏者の呼気によって共鳴振動Ｗが発生し、該共鳴振動Ｗによってリード１０も振動する。
したがって、リード振動信号から共鳴振動成分を抽出することにより、放音されている楽音の音高を取得することができる。
【００２８】
そこで、信号処理部５４は、供給されるリード振動信号から呼気振動成分と共鳴振動成分との分離を行い、各振動成分から楽音に関する情報を取得している。
図８は、このような信号処理部５４の動作を示す概念図である。
同図に示すように、共鳴振動は、呼気振動に比べて、高い振動周波数を有しており、検出したリード振動信号を、ハイパスフィルタまたはローパスフィルタを通すことにより、容易に共鳴振動成分と呼気振動成分とを分離することができる。
【００２９】
次いで、信号処理部５４は、分離された各振動成分から、楽音情報を生成する。具体的には、呼気振動振幅が、所定の値Ａを越えたタイミング、または、共鳴振動振動が発生するタイミングＴ０を、信号処理部５４は、楽音発生タイミングとして取得する。
【００３０】
楽音が発生すると、同図に示すように、呼気振動振幅が大きくなるに対応して共鳴振動振幅も大きくなる。したがって、信号処理部５４は、呼気振動振幅の変化率、または、共鳴振動振幅の変化率から、ベロシティの変化率（アタックの強さ）を取得する。
【００３１】
次いで、演奏者により、「タンギング」がなされると、リード１０の振動が、強制的に制止される。したがって、信号処理部５４は、呼気振動振幅の時間勾配に不連続変化生じ、この不連続な変化後、時間勾配がゼロになった場合には、不連続変化の発生時刻Ｔ１をタンギング開始タイミングとして取得する。このとき、管体部への空気流入がなされないため、共鳴振動も減衰する。
また、演奏者の「タンギング」が弱い場合、呼気振動振幅の時間勾配は、一点破線で示すように、緩やかにゼロに近づく。したがって、信号処理部５４は、演奏者によってなされる「タンギング」の強さを、呼気振動の不連続点における振幅変化率から取得する。
【００３２】
そして、信号処理部５４は、不連続に呼気振動振幅が時間変動を開始する時刻Ｔ２をタンギング終了タイミングとして取得する。タンギングが終了し、再び、管体部内に空気が流入すると、共鳴振動は、強くなる。
【００３３】
一方、吹鳴圧力Ｐよりもキャビティ圧力ｐの方が大きくなると、リード１０は、図７における図面下方向に移動する。このことは、管体部４内に、共鳴振動を誘起するに十分な空気流入がなされていないことを意味する。
したがって、信号処理部５４は、呼気振動振幅が減少を開始する時刻Ｔ３を消音タイミングとして取得する。
【００３４】
最後に、信号処理部５４は、リード１０が定常位置に静止した時刻Ｔ４、または、共鳴振動が停止した時刻Ｔ４を、発音終了タイミングとして取得する。
【００３５】
信号処理部５４は、このようにして取得した楽音情報を用いて、例えばＭＩＤＩ(Musical Instrument Digital Interface)規格により規定される所定のフォーマットの演奏データを作成する。
なお、演奏者の奏法意図に関する情報として、上述した発音タイミングや消音タイミング、タンギングに関する情報の他にも、リード振動信号から演奏者により吹奏時の息流量や息速度、息圧、演奏者の唇からマウスピース９に加わる力などに関する情報を取得することができる。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態にあっては、吹奏時のリードの振動状態を検出することにより、発生する楽音に関する情報を取得できる。具体的には、検出した振動状態を、演奏者の呼気運動に関する呼気振動と、呼気運動の結果放音される楽音に関する共鳴振動とに分離する。呼気振動からは、楽音の発生や楽音の減衰、タンギングなどの演奏者の奏法に関する情報が取得できる。また、共鳴振動からは、放音される楽音の音高、音量、発音タイミング、消音タイミングなどに関する情報を取得できる。
したがって、１つの振動センサで、演奏者の奏法に関する情報と、この奏法の結果として放音される楽音に関する情報とを取得することができる。また、各々の情報を簡単に分離することができ、各々を個別に記録することが可能となる。
【００３７】
さらに、本実施形態において、振動センサがリードの外側ではなく、リード内に埋設されているため、演奏者は、振動センサの存在を意識することなく、吹奏することができる。また、振動センサは、樹脂によりモールドされ防湿処理が施されているので、演奏者の口内にて使用される場合であっても、唾液などの影響を受けず、長期に渡り安定した検出精度を確保することができる。
そして、振動センサとプリアンプとの間の接続が、着脱可能なコネクタによりなされているのため、演奏者は、プリアンプとの接続を外すことにより、リードの付け替えを簡単に行うことができる。
【００３８】
＜変形例および応用例＞
上述した実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、本発明の技術思想の範囲内において任意に変更可能である。そこで、以下に、各種の変形例および応用例を説明する。
【００３９】
（ａ）例えば、本実施形態において、本発明に係るリードを備えた管楽器としてサクソフォンを例示して説明したが、これに限らず、例えばクラリネットやオーボエなどのリードを備えた他の管楽器に本発明を適用してもよい。
【００４０】
（ｂ）また、例えば、本実施形態において、リードを備えた管楽器として、自然管楽器を例示したが、これに限らずリードを備えた電子管楽器でもよい。
図９は、本変形例に係るリードを備えた電子管楽器の電気的構成を示すブロック図である。なお、同図において、上述した図６と共通する部分については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４１】
同図に示す構成において、記憶部５６は、例えば電子音源で再生可能な楽音データを、予め記録している。
信号処理部５４では、リード振動信号から演奏者の奏法に関する情報（発音タイミング、消音タイミング、タンギングなどの情報）を抽出する。このとき、音高の指定が管体部に設けられたセンサ式の操作子により行われる電子管楽器であって、管体部に音孔を有しない電子管楽器の場合、信号処理部５４は、図示しない操作子に設けられたセンサ出力から、音高情報を取得する。
次いで、信号処理部５４は、演奏者の奏法に関する情報と音高情報とに対応する楽音データを記憶部から読み出して、楽音データ処理部５８に出力する。
【００４２】
楽音データ処理部５８は、Ｄ／Ａ変換器やＤＳＰ（Digital Signal Processor）、アンプなどを備えており、供給される楽音データをアナログ信号に変換した後、このアナログ信号に対して、例えばコンサートホールや教会などの音場特性を付与する。そして、プリアンプなどでアナログ信号の増幅を行い、スピーカ６０に出力する。これにより、スピーカ６０から、演奏者の奏法に応じた楽音が出力される。
【００４３】
（ｃ）また、本実施形態にあっては、リード１０に埋設された振動センサ２０は、アナログ信号を出力するものであったが、これに限らず、デジタル信号を出力するものであってもよい。より詳細に説明すると、振動センサ２０には、Ａ／Ｄ変換器が設けられており、振動センサ２０から出力されるアナログ信号は、このＡ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換され出力される。また、Ａ／Ｄ変換器を駆動する電源を供給するために、コネクタ２４ａ，ｂに備えられた端子のうち１つの端子が電源供給用端子として用いられる。
このような構成において、振動センサ２０から出力されたデジタル信号は、コネクタ２４ｂと配線２６とを介してプリアンプ２８にリード振動信号として出力され、信号の増幅が行われた後、フィルタ５２により雑音が除去され、信号処理部５４に出力される。
【００４４】
（ｄ）本発明の応用として、例えば、自然管楽器と上述した電子管楽器とを併せて電気（ハイブリット）管楽器を構成するといった応用例がある。
図１０は、本発明の応用例に係る電気管楽器の構成を示す概念図である。同図に示すように、自然音を放音する開口部８付近に電子音を放音するスピーカ６０が配置されている。このような構成において、開口部８から放音される自然音とスピーカ６０から放音される電子音とが重畳され、より深みのある音が発生する。
【００４５】
（ｅ）さらに、本発明の応用として、例えば、記憶部に記録する楽音データフォーマットをＭＩＤＩ(Musical Instrument Digital Interface)データとして、該ＭＩＤＩデータを電子音源で再生するといった応用例がある。
また、本実施形態にあっては、演奏者の奏法に関する情報（発音タイミング、消音タイミング、タンギングなどの情報）を正確に取得できる。そこで、例えば、記憶部にＭＩＤＩフォーマットの楽音データを記録させておき、取得した奏法に関する情報に対応する楽音データを該記憶部から読み出して、この楽音データを電子音源等で再生する。これにより、電子音源を用いて吹奏を行う場合であっても、演奏者の奏法に込められた微妙な演奏表現を表現できる。
【００４６】
（ｆ）また、例えば、本実施形態にあっては、検出したリード振動信号から、共鳴振動成分を検出することにより、放音される楽音の情報（音高、音量、発音・消音タイミングなど）を取得できる。そこで、この情報から、吹奏された楽曲の採譜を行うといった応用が考えられる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、演奏者の奏法をより多く検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るリードを備えたサクソフォンの外観を示す図である。
【図２】同サクソフォンの吹口部の拡大図である。
【図３】実施形態に係るリードと該リードに埋設される振動センサとの分解斜視図である。
【図４】振動センサが埋設されたリードの断面図である。
【図５】振動センサの構成を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係るサクソフォンの電気的構成を示すブロック図である。
【図７】リード管楽器の楽音発生動作を説明するための概念図である。
【図８】本実施形態に係る信号処理部の動作を説明するための図である。
【図９】本発明の変形例に係るリードを備えた電子管楽器の電気的構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の応用例に係るリードを備えた電気管楽器の構成を示す概念図である。
【符号の説明】
２…吹口部、４…管体部、６…キイ、６ａ…音孔、８…開口部、９…マウスピース、１０…リード、１０ａ…収容穴、１４…貫通孔、２０…振動センサ、２２…リード線、２４ａ，ｂ…コネクタ、３４…圧電素子、３８…絶縁素材、５４…信号処理部、５６…記憶部、５８…楽音データ処理部、６０…スピーカ

Claims

管体部と、
リードと、
前記リードの振動状態に応じたリード振動信号を出力するセンサと、
前記リード振動信号から、演奏者の呼気と唇または舌の動きとによって生じる呼気振動に対応した第１の信号と、前記演奏者の呼気により前記管体部内に生じる共鳴振動に対応した第２の信号とを分離する周波数フィルタと、
前記第１の信号と前記第２の信号の少なくとも一の信号から楽音に関する情報を抽出する楽音情報抽出手段と
を具備することを特徴とする管楽器。
前記センサは、前記リードに埋設されていることを特徴とする請求項１に記載の管楽器。
前記リードは、マウスピースと対向する面内に設けられた凹部であって、前記センサを収容するための凹部と、
前記凹部に収容されたセンサと前記リードとの間隙を満たすとともに、前記センサの表面を前記マウスピースが配置された方向から覆う部材と
を具備することを特徴とする請求項２に記載の管楽器。
前記センサは、周囲を絶縁素材に覆われていることを特徴とする請求項１または２に記載の管楽器。
前記センサは、圧電素子を備え、前記リードを前記マウスピースに圧着固定する固定具とを具備することを特徴とする請求項３に記載の管楽器。
前記圧電素子は、有機圧電物質から成り、前記固定具により加圧されることを特徴とする請求項５に記載の管楽器。
前記センサは、
リード振動信号を外部装置に伝送する配線と、
前記配線における前記外部装置との接続端に、前記外部装置と着脱自在に設けられたコネクタと
を具備することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の管楽器。