JP4131288B2 - 演奏アシスト装置 - Google Patents

Description

本発明は、楽器に対する人間の演奏を補助することができる演奏アシスト装置に関する。

機械によって自動的に楽器を演奏する技術は広く知られており、例えば、自動的に演奏を行う自動オルガンや自動ピアノなどは古くから生産されている。近年においては、鍵盤楽器だけでなく、吹奏楽器を自動的に演奏する機械も開発されており、特許文献１，２には金管楽器を自動的に演奏する装置が開示されている。
特開２００４−１７７８２８号公報 特開２００４−２５８４４３号公報

ところで、従来の自動オルガン、自動ピアノあるいは特許文献１，２に記載の技術においては、全ての演奏を機械が自動的に行うものであり、利用者は演奏を聞くだけであった。一方、演奏をしてみたいという要求を持つ人も多く、たとえ演奏技術が未熟であっても自分の操作によって楽器を奏でて楽しみたいという要望も多い。
しかしながら、上述した従来の技術においては、このような楽器を演奏したいという要求に対応することができなかった。

ところで、金管楽器の吹鳴をエネルギー的に補助するには、演奏音をマイクロフォン等で取り込み、電気的に増幅してスピーカから入力する方法が考えられるが、この場合、マイクロフォンとスピーカの間でハウリングが発生するという問題がある。

本発明は、上述した背景に鑑みてなされたものであり、吹鳴によって演奏を行う楽器において、ハウリングの発生を防止しつつ、演奏者の演奏を補助することのできる技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、管楽器に取り付けられ、取り付けられた部位を励振する励振手段と、前記管楽器から発せられる音を収音してその振動波形を表す波形信号を生成する波形生成手段と、前記管楽器に吹き込まれる演奏者の息の息圧を検出して、息圧値に対応した息圧信号を生成する息圧センサと、前記波形信号のエンベロープの逆数と前記息圧信号とを掛け合わせた結果に対応する制御信号を生成する制御信号生成手段と、前記波形信号を増幅するとともに、前記制御信号によって増幅率が変化する可変利得増幅器とを具備し、前記可変利得増幅器の出力信号を直接もしくは増幅して前記励振手段に供給することを特徴とする演奏アシスト装置を提供する。

本発明の好ましい態様においては、前記波形生成手段と前記息圧センサは、振動を検知して波形信号を生成することができるとともに、静圧としての息圧を検出することができる一つのセンサ手段によって構成されていることを特徴とする。
本発明の別の好ましい態様においては、前記励振手段と前記波形生成手段とは前記管楽器に重ねて取り付けられていることを特徴とする。
また、本発明の好ましい態様においては、前記波形生成手段、前記息圧センサおよび前記励振手段は、前記管楽器のマウスピースの管路に露出して設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、吹鳴によって演奏を行う楽器において、ハウリングの発生を防止しつつ、演奏者の演奏を補助することができるので、演奏者の演奏操作が微力であっても、それが増幅されて良好な演奏を行うことができる。

図１はこの発明の第１の実施形態である演奏アシスト装置１００の構成の一例を概略的に示す図である。演奏アシスト装置１００は、一点鎖線で囲まれている部分であり、２００はトランペットである。２１はトランペット２００に装着されて用いられるマウスピースである。なお、トランペット２００は、一般的なトランペットであるため、その他の各部構成についての説明は省略する。

図において、１１は音を収音してその振動波形を表すアナログ信号を生成するマイクロフォンであり、マウスピース２１の管路に露出して装着されている。１２は、マイクロフォン１１に接続されており、マイクロフォン１１から出力される信号を増幅して信号Ｓ１として出力するアンプである。１３は、アンプ１２から入力される信号Ｓ１をデジタル信号に変換して出力するＡ／Ｄ変換器である。
１４は、演奏者の息圧を検出し、その息圧を表すアナログ信号（以下、「息圧信号Ｓ３」とする）を生成する息圧センサである。１５は、息圧センサ１４から入力される息圧信号Ｓ３をデジタル信号に変換して出力するＡ／Ｄ変換器である。

１６は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算装置や、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などの各種メモリを備えた制御部である。制御部１６の演算装置は、ＲＯＭ等のメモリに記憶されているコンピュータプログラムを読み出して実行することにより、各種の処理を実行する。具体的には、制御部１６は、Ａ／Ｄ変換器１３，１５から供給される信号Ｓ１と息圧信号Ｓ３とに基づいて、制御信号Ｓｃを生成する。

１７は、制御部１６から供給されるデジタルの制御信号Ｓｃをアナログ信号に変換して出力するＤ／Ａ変換器である。１８は、ＶＣＡ（Voltage Controlled Amplifier）であり、Ｄ／Ａ変換器１７から供給される制御信号Ｓｃによって決定される増幅率で、アンプ１２から供給される信号Ｓ１を増幅して信号Ｓ２を出力する。１９は、ＶＣＡ１８から供給される信号Ｓ２を増幅して信号Ｓ２´として出力するアンプである。２０は、マウスピース２１の管路に露出して取り付けられ、取り付けられた部位を励振する振動アクチュエータである。振動アクチュエータ２０は、アンプ１９から供給される信号Ｓ２´に応じた励振を行って音波を発生させる。

次に、上記構成による本実施形態の動作を説明する。演奏者がマウスピース２１に唇をつけて、息を吹き込みつつ演奏を行うと、マイクロフォン１１は、マウスピース２１内で発生する音を収音し、その振動波形を示す信号を生成する。また、息圧センサ１４は、マウスピース２１内の息圧を検出し、その息圧を表す息圧信号Ｓ３を生成する。

マイクロフォン１１で生成された信号は、アンプ１２で増幅され信号Ｓ１としてＶＣＡ１８に入力される。ＶＣＡ１８は、入力される信号Ｓ１を増幅してその出力である信号Ｓ２をアンプ１９に入力する。アンプ１９は、入力される信号Ｓ２を増幅して、信号Ｓ２´として振動アクチュエータ２０に供給する。振動アクチュエータ２０は、供給される信号Ｓ２´に応じた励振を行う。振動アクチュエータ２０が励振することにより、マウスピース２１内に音波が発生する。

このように、マイクロフォン１１に入力された信号は、アンプ１２，ＶＣＡ１８およびアンプ１９によって増幅されて振動アクチュエータ２０によって放音されるから、マウスピース２１においては、演奏者による実際の演奏音に加えて、増幅された信号Ｓ２´に基づく演奏音が振動アクチュエータ２０から放音される。このように振動アクチュエータ２０から演奏音が出力され、この音がトランペット２００の管路内で響くことにより、演奏者の演奏音を増幅させることができる。

次に、制御部１６の制御信号Ｓｃの生成処理について説明する。アンプ１２は、信号Ｓ１を、ＶＣＡ１８に入力すると共に、同じ信号Ｓ１をＡ／Ｄ変換器１３に供給する。Ａ／Ｄ変換器１３は、アンプ１２から入力される信号Ｓ１をデジタルに変換して制御部１６に供給する。また、息圧センサ１４で検出された息圧信号Ｓ３は、Ａ／Ｄ変換器１５に供給され、Ａ／Ｄ変換器１５は、入力される息圧信号Ｓ３をデジタルの息圧信号Ｓ３に変換して制御部１６に供給する。すなわち、制御部１６には、信号Ｓ１と息圧信号Ｓ３との２つの信号が入力される。

信号Ｓ１と息圧信号Ｓ３とが入力されると、制御部１６は、信号Ｓ１のエンベロープを検出し、エンベロープ値の逆数を算出する。例えば、検出したエンベロープの値がある時点においてｐであるとすると、逆数として １／ｐ が算出される。次に、入力される息圧信号Ｓ３、所定の係数および算出した逆数（１／ｐ）の積を算出し、その算出結果を制御信号Ｓｃとする。例えば、所定の係数がａであり、息圧信号Ｓ３の値がｑであるとすると、
ａ×ｑ×（１／ｐ）
が制御信号Ｓｃとして生成される。

制御部１６は、生成した制御信号ＳｃをＤ／Ａ変換器１７に入力する。Ｄ／Ａ変換器１７は、入力されたデジタルの制御信号Ｓｃをアナログ信号に変換してＶＣＡ１８に入力する。ＶＣＡ１８は、Ｄ／Ａ変換器１７から供給される制御信号Ｓｃに基づいて、アンプ１２から供給される信号Ｓ１を増幅して信号Ｓ２を出力する。

この場合、ＶＣＡ１８は、信号Ｓ１の波形に制御信号Ｓｃを乗ずることになる。例えば、上述した例においては、信号Ｓ１のエンベロープ値はｐであるので、信号Ｓ２のエンベロープ値は、
ｐ×（ａ×ｑ×（１／ｐ））
＝ａ×ｑ
となる。

このように、信号Ｓ２のエンベロープ値は、息圧信号Ｓ３の値ｑと係数ａとの積値となる。すなわち、振動アクチュエータ２０に供給される信号Ｓ２´のエンベロープ値（ａ×ｑにアンプ１９の増幅率を掛けた値）は、マイクロフォン１１で検出された信号Ｓ１のエンベロープ値ｐに依存せず、息圧信号の値ｑにのみ依存する値となる。振動アクチュエータ２０に供給される信号Ｓ２´の値が、マイクロフォン１１で検出された信号Ｓ１のエンベロープ値に依存しないから、振動アクチュエータ２０から発生される音や振動がマイクロフォン１１に回り込んでも、この成分が増幅されることはなく、ハウリングを防止することができる。

従来では振動アクチュエータ２０とマイクロフォン１１とを近接して設けるとハウリングが発生するという問題があったが、本実施形態においては、ハウリングを防止することができるので、振動アクチュエータ２０とマイクロフォン１１とを近接して設置することができ、これにより、マウスピース２１に振動アクチュエータ２０とマイクロフォン１１とを重ねて取り付けることが可能となる。

また、ＶＣＡ１８は、息圧信号Ｓ３の値に応じて信号Ｓ１を増幅する。すなわち、振動アクチュエータ２０に供給される信号Ｓ２´の値は、息圧信号Ｓ３に依存するので、演奏者の息圧に応じた演奏アシストを行うことが可能となる。具体的には、演奏者の息圧が大きいほど、振動アクチュエータ２０から放音される音の音量は大きくなり、逆に、演奏者の息圧が小さいほど、振動アクチュエータ２０から放音される音の音量は小さくなる。演奏者は、演奏音を大きくしたい場合には息を多く吹き込み、逆に、演奏音を小さくしたい場合には息圧を弱くするから、演奏者の通常の演奏に応じた演奏アシストを行うことができる。

演奏者が初心者や中級者の場合は、呼気を高い息圧で送り出すことができず、大音量の吹奏を行うことが困難である場合が多い。しかし、本実施形態においては、演奏者の息圧に対応した息圧信号Ｓ３から制御信号Ｓｃを生成して、生成した制御信号Ｓｃに基づいた音量で振動アクチュエータ２０から演奏音を出力するので、実際には少量の呼気しか送り出していなくても、音量を大きくさせることができ、大音量の吹奏を楽に行うことが可能となる。

［変形例］
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。以下にその一例を示す。
（１）上述した実施形態においては、マウスピース２１にマイクロフォン１１を設けて、マイクロフォン１１でマウスピース２１内の音を収音するようにしたが、マイクロフォンに代えて、マウスピースの管路に、例えば圧電素子で構成された振動センサを設けるようにしてもよい。この場合、振動センサでマウスピース内の振動量を検出し、検出された振動量を、息圧信号Ｓ３に基づいて増幅して振動アクチュエータに供給するようにすればよい。

（２）上述した実施形態においては、音圧を検出するマイクロフォンと、息圧を計測する息圧センサとをそれぞれ別途設けるようにしたが、これに代えて、振動を検知して波形信号を生成することができるとともに、静圧としての息圧を検出することができる、例えば半導体センサ等の１つのセンサを設けるようにしてもよい。この場合は、センサの検出信号をフィルタを用いて、静圧に対応する直流から音楽の拍に対応する程度の周波数（例えば１０Ｈｚ程度）と、楽音に対応する周波数であって、ハウリングの発生する可能性のある高い周波数成分に分離することにより、ひとつのセンサで振動と静圧との両方を計測することができるので、演奏アシスト装置の構成をより単純な構成とすることができる。
また、第１の実施形態の息圧信号を上記のような静圧に対応する信号としてもよい。

（３）なお、上述した実施形態における係数ａの値は任意であり、回路によっては１でもよい。この係数ａの値をどのように設定しても、制御信号Ｓｃは、エンベロープの逆数と息圧信号との両者の乗算結果に対応する信号となる。

（４）なお、上述した実施形態において、ＶＣＡ１８の出力が十分に大きければアンプ１９は省略してもよい。また、同様に、マイクロフォン１１の出力レベルが充分に大きければ、アンプ１２は省略することができる。

（５）上述した実施形態においては、トランペットの演奏をアシストする演奏アシスト装置について説明したが、本発明が演奏のアシストを行う対象となる楽器は、トランペットに限らず、例えばトロンボーンやホルン等の他の金管楽器であってもよい。または、例えばサクソフォンやクラリネット等の木管楽器であってもよい。ここで、図２にサクソフォン３００の演奏をアシストする演奏アシスト装置の構成を示す。なお、図２において、図１に示した構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付与している。図２に示す例においても、上述した実施形態と同様に、マイクロフォン１１、息圧センサ１４および振動アクチュエータ２０は、木管楽器であるサクソフォン３００のマウスピースの管路に露出して設けられている。制御部１６は、マイクロフォン１１で収音された音を表す波形信号のエンベロープ値の逆数と息圧信号Ｓ３とを掛け合わせた結果に対応する制御信号Ｓｃを生成し、この制御信号Ｓｃに基づいて増幅された信号Ｓ２に応じて振動アクチュエータ２０が駆動されるから、振動アクチュエータ２０から発生される音や振動がマイクロフォン１１に回り込んでも、この成分が増幅されることはなく、ハウリングを防止しつつ演奏者の通常の演奏に応じた演奏アシストを行うことができる。
なお、木管楽器の場合は、振動アクチュエータ２０をマウスピースの管路に露出して設けるようにせず、リードに振動アクチュエータを取り付けるようにしてもよい。

本発明の実施形態である演奏アシスト装置の構成を示す図である。 本発明の変形例に係る演奏アシスト装置の構成を示す図である。

符号の説明

１００…演奏アシスト装置、２００…トランペット、３００…サクソフォン、１１…マイクロフォン、１２，１９…アンプ、１３，１５…Ａ／Ｄ変換器、１４…息圧センサ、１６…制御部、１７…Ｄ／Ａ変換器、１８…ＶＣＡ、２０…振動アクチュエータ、２１…マウスピース

Claims (4)

1. 管楽器に取り付けられ、取り付けられた部位を励振する励振手段と、
   前記管楽器から発せられる音を収音してその振動波形を表す波形信号を生成する波形生成手段と、
   前記管楽器に吹き込まれる演奏者の息の息圧を検出して、息圧値に対応した息圧信号を生成する息圧センサと、
   前記波形信号のエンベロープの逆数と前記息圧信号とを掛け合わせた結果に対応する制御信号を生成する制御信号生成手段と、
   前記波形信号を増幅するとともに、前記制御信号によって増幅率が変化する可変利得増幅器とを具備し、
   前記可変利得増幅器の出力信号を直接もしくは増幅して前記励振手段に供給することを特徴とする演奏アシスト装置。
2. 前記波形生成手段と前記息圧センサは、振動を検知して波形信号を生成することができるとともに、静圧としての息圧を検出することができる一つのセンサ手段によって構成されていることを特徴とする請求項１記載の演奏アシスト装置。
3. 前記励振手段と前記波形生成手段とは前記管楽器に重ねて取り付けられていることを特徴とする請求項１または２記載の演奏アシスト装置。
4. 前記波形生成手段、前記息圧センサおよび前記励振手段は、前記管楽器のマウスピースの管路に露出して設けられていることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の演奏アシスト装置。

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