JP4488949B2 - 楽音情報発信器、楽音情報受信器、楽音情報処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば楽器の調律に用いる調律器のような楽音情報処理装置と、この楽音情報処理装置に楽音情報をワイヤレスで伝送し、受信する楽音情報発信器及び楽音情報受信器に関する。

図８に特許文献１に開示された調律器の構成を示す。ここに例示する調率器の構成は極く一般的な調律器の基本的な構成である。その構成としては集音部１０３と、周波数測定部１０５と、音階音判別部１０７と、ピッチ計測部１０９と、表示部１１１とによって構成される。
集音部１０３はマイクロホン１０３ａと波形成形器１０３ｂとで構成され、マイクロホン１０３ａでとらえた楽音信号を波形成形器１０３ｂで矩形波に波形成形し、周波数測定部１０５へ出力する。周波数測定部１０５では、楽音信号の例えばゼロクロス点を検出し、そのゼロクロス点の時間間隔を計測して楽音信号中の基本波の周波数を計測する。

周波数測定部１０５で測定した測定結果は音階音判別部１０７に入力され、この音階音判別部１０７で入力された楽音の音名を判定する。つまり、楽器音には音階に従ってそれぞれに音名が命名されており、各音名には標準の周波数が割当てられている。音階音判別部１０７には各音名の標準周波数が記憶されており、入力された楽音の周波数が計測されることにより、その周波数を手掛かりに標準周波数と音名を判定する。音名判定結果は表示部１１１に送られ、表示器１１１の音名表示部に入力された音の音名を表示する。これと共に、周波数測定部１０５で測定した周波数の測定結果はピッチ計測部１０９に送られ、このピッチ計測部１０９で標準周波数とのズレ量つまりピッチ誤差を計測する。ピッチ誤差量は表示部１１１のピッチ誤差表示部に表示される。

図９に表示部１１１の一例を示す。１１１Ａはピッチ誤差表示部、１１１Ｂは音名表示部を示す。ピッチ誤差表示部１１１Ａは指針型の指示計で構成することができる。また、音名表示部１１１Ｂは一列に配列した発光素子ＬＥＤによって構成することができる。一列に配列した発光素子にはそれぞれに音名を表わす音名記号が付され、何れかの発光素子が点灯することにより、入力された楽音の音名を表示する。
特許第２５９１８９４号明細書

従来から用いられている調律器は図８に示した集音部１０３、周波数測定部１０５、音階音判別部１０７、ピッチ計測部１０９、表示部１１１の全てが共通のケースに収納され、一体化されている。このため、実用状況としては楽器の近傍に調律器を置き、楽器から発した音を調律器に入力させ、集音部１０３で電気信号に変換する利用形態が採られる。
このように、集音部１０３が音波をとらえて電気信号を発生する構造とした場合、近傍で他の楽器が音を出したとすると、その他の楽器の音が混入し、本来調律しようとしている楽器の音の計測を狂わせてしまう不都合が生じる。

このような不都合を解消する一つの方法として集音部１０３を楽器に直接装着し、楽器の音を直接振動として集音部１０３に入力させる方法が考えられる。このように構成すれば、他の楽器からの妨害を軽減することができる。然し乍ら、集音部１０３を楽器に直接装着した場合、集音部１０３と調律器本体との間にコードがつながるため、このコードが邪魔になることと、コードによって楽器の移動範囲が制限される欠点が生じる。
このため、集音部１０３に電波発信器を実装し、集音部１０３で発信した電波を調律器本体に設けた受信器に受信させてワイヤレス方式で楽音を調律器本体に伝送する方法も考えられる。然し乍ら、この方法を採った場合、集音部１０３ａから出力される電気信号は音の波形情報そのものであるため広い帯域成分を含むアナログ信号であるため、情報量が大きい。このため楽器に装着する発信器の電力消費量が大きくなり、電池の消耗が激しい不都合が生じる。電池の寿命を長く維持するためには大型の電池を用いればよいが大型の電池を用いることにより、楽器に装着する発信器の形状が大きくなり、また重量が重くなる不都合が生じる。特にピッコロ、或はフルートのように形状が小さい楽器では、楽器自体の形状が小さいことからその楽器に装着する異物は形状が小さく、然も重量が軽いことが必須条件となる。

また、ピッコロ或はフルートのような楽器では仮に調律器自体を小型化し、楽器に調律器を直接装着できたとしても、調律器の形状が小型であることにより、奏者の目と調律器との距離が近すぎて視認性が悪い欠点がある。
この発明の目的は集音部の形状を小型化し、然も重量も軽量化して調律器のような楽音処理装置に楽音情報を伝送することができる楽音情報発信器及びこの楽音情報発信器が発信した伝搬媒体を受信する楽音情報受信器と、この受信器が受信した楽音情報を取り込んで音名の判定、ピッチ誤差の計測等の処理を実行する楽音情報処理装置を提供しようとするものである。

この発明による楽音情報発信器は楽音振動を電気信号に変換する集音部と、この集音部から出力される電気信号のゼロクロス点を検出するゼロクロス点検出手段と、このゼロクロス点検出手段が検出したゼロクロス点を表わすタイミング情報を伝搬媒体に乗せて発信する発信器とを備えることを特徴とする。
この発明による楽音情報受信器は、楽音のゼロクロス点を表わすタイミング情報を含む伝搬媒体を受信し、楽音のゼロクロス点で立上り及び立下りを持つ矩形波を出力する復調器を備えることを特徴とする。

この発明による楽音情報処理装置は楽音情報受信器が出力する矩形波を入力とし、矩形波の立上り及び立下りの時間を計測し、楽音の周波数を測定する周波数測定部と、この周波数測定部が測定した楽音信号の周波数に関連する物理量を表示する表示器とを備えることを特徴とする。
この発明による楽音情報処理装置は、周波数測定部が測定した楽音信号の周波数と、この周波数で対応付けされる音名の標準周波数とのピッチ誤差を求めるピッチ計測部を備え、このピッチ計測部が計測したピッチ誤差を表示器に表示させる構成としたことを特徴とする。

この発明による楽音情報処理装置は、周波数測定部が測定した周波数で対応付けされる音名の標準周波数を持つ標準音信号を発生する標準音信号発生器を備え、この標準音信号発生器が出力する標準音信号を表示器により音として表示させる構成としたことを特徴とする。

本発明による楽音情報発信器によれば集音部と、ゼロクロス点検出手段と、伝搬媒体発振器とによって構成されるから、楽音情報発信器としては簡単な構成であり、小型に作ることができる。然も、電波或は赤外光のような伝搬媒体に乗せて伝送する情報は楽音信号のゼロクロス点のタイミング、つまり「１」と「０」の２値のデジタル量のみであるから、伝送する情報量はわずかである。この結果、発信器で消費する電力量もわずかであるため、電池も小型電池を用いることができる。従って、全体としても小型化と軽量化が可能である。

更に、この発明による楽音情報受信器によれば楽音情報発信器から送られて来る２値のデジタル量を矩形波に復調する構成でよいため簡単な回路で構成することができる。
更に、この発明による楽音情報処理装置は楽音情報受信器が出力する矩形波から、楽音の基本波を抽出するから、この基本波の周波数から各種の物理量を求めることができる。その一つには基本波の周波数で対応付けされる音名と、この音名に割当てられている標準周波数とのピッチ誤差量を求め、このピッチ誤差量を表示器に表示することができる。
また、他の物理量としては基本波の周波数からこの周波数で対応付けされる音名と、この音名に割当てられている標準周波数を持つ標準音信号を生成することができる。この標準音信号をスピーカで放音させ、音として表示することにより、自己の楽器で発した音と、標準音信号による音とを比較して聞くことができ、周波数の違い（楽器の音のズレ）を音として表示することができる。

この発明による楽音情報処理装置は調律器として機能させる実施形態が最良である。楽音情報発信器は楽音信号のゼロクロス点のタイミングのみを伝送すればよいから小型軽量化を実現でき、楽器に直接装着を可能とする。楽音情報受信器は調律器として機能する楽音情報処理装置側のケースに収納され、ケース内で楽音情報発信器が発信する電波或は赤外光等の伝搬媒体を受信し、楽音情報として送られて来る楽音のゼロクロス点のタイミングで立上り及び立下りを持つ矩形波を復調する。復調した矩形波の周波数を測定し、この周波数で対応付けされる音名を決定する。音名が決定されることにより、その音名の標準周波数を得ることができ、この標準周波数を基に先に測定した矩形波の周波数のピッチ誤差を求め、このピッチ誤差を表示器に表示し、調律器として機能させる。

図１にこの発明による楽音情報発信器の一実施例を示す。図１に示す１０はこの発明による楽音情報発信器を示す。この発明による楽音情報発信器１０は、例えば振動ピックアップのような集音部１１と、ゼロクロス点検出手段１２と、伝搬媒体発振器１３とによって構成することができる。
集音部１１は主に楽音情報発信器１０を収納するケースに伝わる楽音振動を電気信号に変換する振動ピックアップを用いることができる。但し、楽音情報発信器１０は調律しようとする楽器に直接取り付けて実用することを原則とするが、楽器に直接取り付けないまでも、楽器に接近させ、楽器音により楽音情報発信器１０を収納したケースを楽音で励振しても楽音振動を検出させることができる。要は１メートル程度離れた楽器からの音に応動しないように音波に対する感度を設定すればよい。

ゼロクロス点検出手段１２はここでは飽和増幅器を用いるものとして説明する。飽和増幅器により集音部１１から出力される楽音信号Ｓ（図２Ａ）を飽和増幅することにより楽音信号Ｓを矩形波Ｐ（図２Ｂ）に波形整形する。この矩形波Ｐの立上りと立下りのタイミングは楽音の基本波（楽器音に含まれる周波数成分の中の最も低い周波数の波）の周期に一致する。
この発明の特徴とするところは、ゼロクロス点検出手段１２で検出したゼロクロス点のタイミングを２値のデジタルデータとして電波或は赤外光のような伝搬媒体に乗せて発信させる構成とした点である。

図１に示す実施例では伝搬媒体として電波を用いた場合の実施例を示す。図中１３は伝搬媒体発振器を示す。この伝搬媒体発振器１３は、例えば３００ＭＨｚ帯域の高周波信号を発振する高周波発振器１３Ａと、この高周波発振器１３Ａの発振周波数をゼロクロス点検出手段１２から出力される矩形波Ｐの論理値に応じて２値の周波数に変調するＦＳＫ変調手段１３Ｂとによって構成することができる。
ＦＳＫ変調手段１３Ｂはここでは可変容量ダイオードＤと、この可変容量ダイオードＤに電圧を印加し、その容量値を小さくする方向に制御し、また電圧の印加を除去してその容量値を大きくする方向に制御するスイッチ素子Ｑとによって構成した場合を示す。可変容量ダイオードＤは高周波発振器１３Ａの発振周波数を定める同調回路に直流阻止コンデンサＣを通じて接続する。スイッチ素子Ｑが矩形波Ｐ（図２Ｂ）の論理値に応じてオン、オフ動作することにより、可変容量ダイオードＤの容量値はスイッチ素子Ｑがオンのとき、つまり矩形波Ｐが「１」論理のとき小となり、矩形波Ｐの論理が「０」のとき、大となるように制御される。この結果、高周波発振器１３Ａの発振周波数は矩形波Ｐが「１」論理のとき発振周波数が高い周波数に変移し、矩形波Ｐの論理が「０」のとき低い周波数に変移する（図２Ｃ）。このようにして楽音の基本周波数のゼロクロス点のタイミングは高周波発振器１３Ａが発振する２値周波数変調波ＦＳＫで伝送される。１３Ｃはアンテナ、１４は電源スイッチ、１５は電源となる電池を示す。

上述した２値周波数変調方式のデータ伝送装置は例えば自動車のドアロック及びドアロック解除装置のリモートコントローラとして広く利用されており、形状を小型に作ることできる点と、電池の消耗が少ないことはドアロック用のリモートコントローラによって実証されている。
図３に楽音情報発信器１０の外観構造の一例を示す。図３に示す１６は平板状のケースを示す。このケース１６に図１に示した集音部１１、ゼロクロス点検出手段１２、伝搬媒体発振器１３、電源スイッチ１４、電池１５を収納する。電池１５は楽音情報発信器１０の電力消費量が少ないことから、ボタン型の電池で充分動作させることができる。従ってケース１６の大きさとしては厚みが３〜５ｍｍ程度で平面形状が３０〜４０ｍｍ角程度の大きさにすることができる。ケース１６の一方の平面にクリップ１７を装着する。このクリップ１７でケース１６を楽器に装着する。クリップ１７に円爪部１７Ａを設けておくことにより、例えばピッコロ、フルートのような管楽器に簡単に装着することができる。

図４にこの発明による楽音情報受信器の実施例を示す。図４に示す２０は楽音情報受信器、３０は楽音情報処理装置を示す。
楽音情報受信器２０はアンテナ２１に誘起された２値周波数変調波ＦＳＫを高周波受信器２２で受信し、受信した２値周波数変調波を復調器２３で復調する。復調器２３の出力側には２値周波数変調波の変調周波数に応じて受信信号の周波数が高い方の周波数に変移した場合は「１」論理、低い方の周波数に変移した場合は「０」論理となる矩形波（図２と同じ）が得られる。復調器２３から出力される矩形波は楽音情報処理装置３０へ入力される。尚、楽音情報受信器２０の内部構成を特に説明しないが、この受信器は自動車用のドアロック及び解除装置の受信器をそのまま用いることができる。

図４に示す実施例では楽音情報処理装置３０を調律器とした場合を示す。調律器は図８で説明したのと同様に周波数測定部３１と、音名判定部３２と、ピッチ誤差計算部３３と表示部３４とによて構成される。
周波数測定部３１は復調器２３から出力される矩形波のゼロクロス点の相互間の時間を計測し、この計測結果により矩形波の周波数を算出する。周波数測定部３１で周波数が算出されることにより、その算出された周波数に最も近い周波数を標準周波数とする音名に対応付けし、音名を特定する。音名を特定することにより、ピッチ誤差計算部３３はその特定した音名の標準周波数を基に、送られて来た楽音情報のピッチ誤差を算出する。表示部３４では音名判定部３２で判定した音名と、ピッチ誤差計算部３３で求めたピッチ誤差を表示する。

以上の説明から明らかなように、この発明による楽音情報発信器１０は小型軽量に作ることができるから、ピッコロのように形状が小さい楽器に取り付けても奏者に負担をかけることはない。また、特に集音部１１を振動ピックアップを用いることにより、装着されている楽器以外の楽器が近隣で鳴っていても、その楽器の音で調律が邪魔されることはない。
また、楽音情報発信器１０と、楽音情報処理装置３０とは電波で結ばれ、ワイヤレスで楽音情報を伝達することができる、楽器に楽音情報発信器１０を装着したとしても、楽音情報処理装置３０の位置に係わらず自由に移動することができる。

上述した実施例１では楽音情報処理装置３０として表示部３４が目視によって楽音情報の状況を表示する形式の調律器にこの発明を適用した場合を説明したが、他の形式の調律器を楽音情報処理装置に適用することができる。
図５はその実施例を示す。この実施例に示す調律器は先に説明した特許文献１に開示された調律器である。
楽音情報受信器２０は図４に示した実施例と同じである。図５に示す楽音情報処理装置３０は図４に示したピッチ誤差計算部３３の代わりに、標準楽音信号発生部３５と、音響表示部３６とを設けた構成とした実施例を示す。標準楽音信号発生部３５は音名判定部３２で判定した音名の標準周波数を持つ信号を発生する。この標準周波数を持つ信号は音響表示部３６に備えた増幅器で所望のレベルに増幅し、スピーカ３６Ｂで放音し、楽音情報を音として表示する。

楽音情報発信器１０から送られて来た楽音情報を、その送られて来た楽音情報に対応する音名の標準周波数に変換し、この標準周波数の信号を音響表示部３６で音として放音して表示することにより、奏者は自己が鳴らす楽器の音と楽音情報処理装置３０から放音される標準周波数の音とを聴覚で比較することができる。その比較の結果に応じて楽器の調律を行うことができる。
尚、図５に示した実施例２では音響表示部３６で表示した音は楽器から発した楽音情報を電波に乗せ、その楽音情報を受信器で受信し、標準音の周波数に整合させた標準音であることから、調律以外にも利用することが考えられる。

図６は、伝搬媒体として赤外光を利用する場合の楽音情報発信器１０の実施例、図７はその受信器の実施例を示す。伝搬媒体として赤外光を利用する場合はスイッチ素子Ｑと直列に赤外光発光素子ＬＤを接続し、スイッチ素子Ｑをゼロクロス点検出手段１２から出力される矩形波Ｐ（図２Ｂ参照）でオンオフ制御するように構成すればよい。このように構成することにより、矩形波Ｐの論理が「１」のとき赤外光発光素子ＬＤが点灯し、矩形波Ｐが「０」論理に立下がると赤外光発光素子ＬＤは消灯する。従って、ゼロクロス点検出手段１２が出力する矩形波Ｐのパルス幅で赤外光がパルス幅変調されパルス幅変調により楽音情報が伝送される。

楽音情報受信器２０では受光器２４で赤外光を受光し、受光器２４からパルス幅変調に対応したパルス幅を持つ受光電流を発生する。この受光電流を抵抗器２５に流し、電圧を発生させ、この電圧を増幅器２６で増幅し、矩形波を出力させ、出力端子２７から図４に示した楽音情報処理装置３０又は図５に示した楽音情報処理装置３０に矩形波を入力する。

この発明は例えばオーケストラのように多人数で楽器を扱う場合に適用すれば、他の楽器に邪魔されることなく各個の楽器を調律することが可能となり、オーケストラ或はブラスバンド等の分野で活用される。

この発明の楽音情報発信器の一実施例を説明するための接続図。 図１に示した実施例の動作を説明するための波形図。 図１に示した楽音情報発信器の外観構造の一例を説明するための側面図。 この発明による楽音情報処理装置の一実施例を説明するためのブロック図。 この発明による楽音情報処理装置の第２の実施例を説明するためのブロック図。 この発明による楽音情報発信器の他の実施例を説明するための接続図。 この発明による楽音情報受信器の他の実施例を説明するための接続図。 従来の調律器の構成を説明するためのブロック図。 図８に示した調律器に用いられている表示器の例を説明するための図。

符号の説明

１０ 楽音情報発信器 ２０ 楽音情報受信器
１１ 集音部 ２１ アンテナ
１２ ゼロクロス点検出手段 ２２ 高周波受信器
１３ 伝搬媒体発振器 ２３ 復調器
１３Ａ 高周波発振器 ２４ 赤外光受光器
１３Ｂ ＦＳＫ変調手段 ３０ 楽音情報処理装置
１３Ｃ アンテナ ３１ 周波数測定部
１４ 電源スイッチ ３２ 音名判定部
１５ 電池 ３３ ピッチ誤差計算部
Ｓ 楽音信号 ３４ 表示部
Ｐ 矩形波 ３５ 標準楽音信号発生部
ＦＳＫ ２値周波数変調波 ３６ 音響表示部
ＬＤ 赤外光発光器

Claims (5)

1. 楽音振動を電気信号に変換する集音部と、
   この集音部から出力される電気信号のゼロクロス点を検出するゼロクロス点検出手段と、
   このゼロクロス点検出手段が検出したゼロクロス点を表わすタイミング情報を伝搬媒体に乗せて発信する発信器と、
   を備えることを特徴とする楽音情報発信器。
2. 楽音のゼロクロス点を表わすタイミング情報を含む伝搬媒体を受信し、上記楽音のゼロクロス点で立上り及び立下りを持つ矩形波を出力する復調器を備えた楽音情報受信器。
3. 請求項２記載の楽音情報受信器が出力する矩形波を入力とし、矩形波の立上り及び立下りの時間を計測し、楽音の周波数を測定する周波数測定部と、この周波数測定部が測定した楽音信号の周波数に関連する物理量を表示する表示器と、
   を備えることを特徴とする楽音情報処理装置。
4. 請求項３記載の楽音情報処理装置において、上記周波数測定部が測定した楽音信号の周波数と、この周波数で対応付けされる音名の標準周波数とのピッチ誤差を求めるピッチ計測部を備え、このピッチ計測部が計測したピッチ誤差を上記表示器に表示させる構成としたことを特徴とする楽音情報処理装置。
5. 請求項３記載の楽音情報処理装置において、上記周波数測定部が測定した周波数で対応付けされる音名の標準周波数を持つ標準音信号を発生する標準音信号発生器を備え、この標準音信号発生器が出力する標準音信号を上記表示器により音として表示させる構成としたことを特徴とする楽音情報処理装置。

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