JP4622682B2 - 電子楽器 - Google Patents

Description

この発明は、ユーザに適度な運動を行わせて、当該運動によって自動演奏（合奏）することができる電子楽器に関する。

高齢者は、加齢などにより運動機能が低下する。この運動機能の低下を防止、または徐々に回復させていくために身体を繰り返し動かす運動を行わせるリハビリテーション（以下、単にリハビリと言う。）を行う。また、事故等で身体機能に障害が残ったものには運動機能を回復させるために安全に簡単に行われるリハビリを行うこともある。

しかし、このようなリハビリは、単調な運動を繰り返し行うものであり、退屈感を感じてしまうという問題がある。そこで、運動に応じた音を発し、退屈感を感じさせないようにアミューズメント性を有するリハビリテーション装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開平９−２２０２６５号公報

特許文献１に記載のリハビリテーション装置は、複数人でテーブル上に設置された入力部をそれぞれ手で握り、握った運動に応じてテーブル中央のスピーカから楽音が発音されるものであり、複数人での演奏（合奏）を実現しながら運動をすることができる。

しかし、このような装置の場合、楽音はテーブル中央のスピーカでのみ発音され、入力部を握っているユーザは発音された楽音が自分の運動によるものであるかを判別することができず、演奏をしている実感が無いという問題があった。

一方で、それぞれの入力部にスピーカを備えて、単体で楽音を発音させるという事も考えられるが、各人がばらばらの運動を行った際に演奏としての統一感が無くなるという問題があった。

また、それぞれの入力部を管理するユニットが、操作入力を受け付けてから発音すべき楽音をそれぞれの入力部に指示していたのでは、これらの処理や伝送による遅延が生じるので、操作してから発音されるまでにタイムラグが生じ、演奏ずれが生じる。

この発明は、複数人で使用する場合であっても、ユーザが自分の運動に応じた発音を判別することができ、演奏ずれが生じることのない電子楽器を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、複数パートの発音指示データを記憶する記憶手段、発音指示データのうち一部のパートを演奏する演奏手段、前記演奏手段に同期して、演奏タイミングの前に、他のパートの複数の発音指示データを同時に送信する送信手段、を備えた管理ユニットと、前記管理ユニットから複数の発音指示データを同時に受信する受信手段、前記受信手段が受信した発音指示データを記憶する一時記憶手段、ユーザの操作を入力する操作子、前記発音指示データを受信したのち、所定時間内に前記操作子が操作されたとき、前記一時記憶手段に記憶した発音指示データを先頭から順に読み出して楽音を発音するとともに、発音した発音指示データを前記一時記憶手段から削除する発音手段、を備えた端末ユニットと、からなることを特徴とする。

この発明では、管理ユニットが伴奏楽音を演奏し、この伴奏に同期して他の演奏パートの複数の発音指示データを同時に端末ユニットに送信する。このとき、当該パートの演奏タイミングよりも前に送信する。端末ユニットは、受信した発音指示データをＦＩＦＯ型メモリに記録してから所定時間内に、ユーザが操作子を操作する（例えば操作子がパッドで、これを打撃する）と、記録している発音指示データを先頭から読み出して楽音を発音する。発音指示データは演奏タイミングよりも前に受信するので、ユーザがある程度タイミングがずれた操作をしたとしても、楽音が発音される。これにより、端末ユニットを操作するユーザは、自分の操作によって発生した楽音を判別することができる。

請求項２に記載の発明は、前記管理ユニットの送信手段が、前記端末ユニットにタイミングクロックを送信することにより、該管理ユニットと該端末ユニットとを同期させることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記端末ユニットは、操作タイミングを表示する表示手段をさらに備えたことを特徴とする。

この発明では、ＬＥＤ等の発光表示によって、操作タイミングを表示する。

請求項４に記載の発明は、前記送信手段は、伝送経路の遅延時間だけ前に発音指示データを送信することを特徴とする。

この発明では、管理ユニットから端末ユニットへの伝送遅延を想定した時間だけ事前に発音指示データを送信する。これにより管理ユニットと端末ユニットの処理、伝送遅延による演奏ずれを防止することができる。

以上のようにこの発明によれば、管理ユニットから端末ユニットに発音指示データを送信し、端末ユニットにおいて発音指示データを受信してから所定時間内にユーザが操作したときに発音するので、それぞれの端末ユニットのユーザが自分の操作に応じた発音を判別することができ、ユーザは演奏をしているという実感がわく。

また、ユーザが自分の操作タイミングで操作子を操作しようと努めるので、効率的なリハビリをすることができる。

この実施形態の電子楽器を用いた演奏システムは、高齢者等が複数人で合奏することで、楽しみながらリハビリを行うための演奏システムである。

演奏システムは、管理ユニットと端末ユニットとからなり、管理ユニットは複数パートの曲データを記憶している。これらのパートは、１または複数のメロディパート、リズムパート、伴奏パート等からなっている。管理ユニットは、伴奏パートの演奏をするための音源やオーディオ回路を備えているとともに、メロディパート、リズムパート等の演奏指示データを端末ユニットに送信する通信部を備えている。

端末ユニットは、リハビリを行うユーザ（高齢者等）が操作するものであり、管理ユニットと通信を行う通信部、音源、オーディオ回路、スピーカ、演奏パッド等を備えている。

管理ユニットは伴奏パートを自動演奏して、この自動演奏に合わせてメロディパート、リズムパート等の演奏指示データ（ノートデータ）を各パートを担当する端末ユニットに送信する。端末ユニットは演奏指示データを受信したのち、一定時間内に演奏パッドがオンされたとき、この演奏指示データに基づいて楽音を（手元で）発音する。

このように、リハビリを行うユーザは、自分の操作により自分の手元で楽音が発音されるため、演奏しているという実感がわく。自分の操作タイミングで楽音が発音されるので、積極的に演奏に参加して正しいタイミングで演奏パッドを操作しようと努めるため、効率的なリハビリを行うことができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施形態である電子楽器について説明する。図１は、電子楽器の構成を示すブロック図である。同図に示すように、この電子楽器は、管理ユニット１と、この管理ユニット１と無線通信によって接続される複数の端末ユニット２を備えている。

管理ユニット１は、音声を発するスピーカ１０、音声信号を増幅するアンプ１１、音声信号を生成する音源１２、管理ユニット１全体を制御する制御部１３、端末ユニット２と通信する通信Ｉ／Ｆ１４、プログラム等を記憶したＲＯＭ１５、ワークメモリであるＲＡＭ１６、および複数パートの曲データを記憶している記憶部１７を備えている。

制御部１３には、音源１２、通信Ｉ／Ｆ１４、ＲＯＭ１５、ＲＡＭ１６、および記憶部１７が接続されている。制御部１３は、ＲＯＭ１５に記憶されているプログラムを読み出し、ＲＡＭ１６に展開することで種々の処理を行う。

制御部１３は、記憶部１７に記憶されている複数パートの曲データのうち、一部のパートのデータを読み出し、音源１２に発音を指示する。

音源１２は、制御部１３から指定された音色、音高に基づいて音声信号を生成する。生成された音声信号は、音源１２に接続されたアンプ１１で増幅後、アンプ１１に接続されたスピーカ１０から発音される。このようにして、管理ユニット１は、楽曲の自動演奏を行うことができる。この実施形態では、管理ユニット１のスピーカ１０から主として楽曲の伴奏パートの楽音を発する。

通信Ｉ／Ｆ１４は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）、無線ＵＳＢ、無線ＬＡＮ等の近距離無線インタフェースであり、複数の端末ユニット２と無線で通信する。なお、ＵＳＢインタフェース等により有線で通信するようにしてもよい。

このような管理ユニット１は、例えばパーソナルコンピュータによって実現することができる。

端末ユニット２は、管理ユニット１と通信する通信Ｉ／Ｆ１７、ユーザの操作を入力するパッド１８、一時記憶手段であるメモリ１９、端末ユニット２全体を制御する制御部２０、表示手段である表示部２１、音声信号を生成する音源２２、音声信号を増幅するアンプ２３、および音声を発するスピーカ２４を備えている。

制御部２０には、通信Ｉ／Ｆ１７、パッド１８、メモリ１９、表示部２１、および音源２２が接続されている。制御部２０は、通信Ｉ／Ｆ１７を介して受信する管理ユニット１からの指示に基づいて種々の処理を行う。なお、図示はしないが、端末ユニット２は必要に応じて記憶手段であるＲＯＭやワークメモリであるＲＡＭを備えているものとする。

通信Ｉ／Ｆ１７は、管理ユニット１の通信Ｉ／Ｆ１４と同様の近距離無線インタフェースであり、管理ユニット１と無線で通信する。なお、この通信Ｉ／Ｆ１７もＵＳＢインタフェース等により有線で通信するようにしてもよい。

パッド１８は、ユーザが打撃する（手で叩く）操作を入力する操作子であり（図２参照）、このパッド１８が打撃されたとき、パッド１８から制御部２０にユーザの操作信号が入力される。

メモリ１９は、管理ユニット１から送信される情報である発音指示データを一時保持するメモリである。管理ユニット１から送信される発音指示データは、端末ユニット２が発音する音高を指示する情報を含むデータであり、この発音指示データについては後ほど詳細に述べる。

音源２２は、制御部２０から指定された音色、音高に基づいて音声信号を形成する。この音源２２は、管理ユニット１の音源１２よりも簡略であり、音色数が音源１２よりも少数である。生成された音声信号は、音源２２に接続されたアンプ２３で増幅後、アンプ２３に接続されたスピーカ２４から発音される。スピーカ２４は、端末ユニット２の前面に配置されている（図２参照）。

表示部２１は、パッド１８周辺に設置された複数の発光部（ＬＥＤ）で構成され、パッド１８の直近から順に外側に向かって複数のＬＥＤが配置される。図２に端末ユニット２の外観図を示す。端末ユニット２は、ＬＥＤの配置態様の違いにより２つのタイプがある。同図（Ａ）はパッド１８上部に表示部２１を配置したタイプ、同図（Ｂ）はパッド１８周囲に表示部２１を配置したタイプの端末ユニット２を示した図である。いずれにしても、図１に示した機能部の構成は同様のものであり、端末ユニット２の前面にはパッド１８、表示部２１、およびスピーカ２４が配置されている。

図２（Ａ）においては、パッド１８上部の左右に、楕円形のＬＥＤが３つずつ配置されている。制御部２０は、パッド１８の最遠のＬＥＤ（左右２つ）から直近のＬＥＤ（左右２つ）まで順に点灯する制御を行う。左右のＬＥＤは同時に点灯させる。図２（Ｂ）においては、パッド１８の周囲を取り囲むように円弧状のＬＥＤが３つ配置されている。制御部２０は、パッド１８の最遠（最外周）のＬＥＤから直近（最内周）のＬＥＤまで順に点灯する制御を行う。

このように、表示部２１のうち、パッド１８の最遠のＬＥＤから直近のＬＥＤまで順番に点灯するという制御を行うことで、ユーザがパッド１８を叩くタイミングを表すことができる。すなわち、３つのＬＥＤ（図２（Ａ）については左右３つずつのＬＥＤ）を等しい時間間隔で順番に点灯させるので、ユーザは３つめのＬＥＤが点灯したのち、この時間間隔（タイミング）でパッド１８を打撃すればよいということが判断できる。

図２に示すように、パッド１８は、端末ユニット２の上面に立体状に張り出し、このパッド１８をユーザが打撃する（手で叩く）ことにより制御部２０に操作信号が入力される。制御部２０は、操作信号が入力されたとき、メモリ１９に保持されている管理ユニット１からの発音指示データに基づいて、音源２２に音声信号生成を指示する。音源２２が生成した音声信号は、アンプ２３で増幅されて端末ユニット２の上面に配置されたスピーカ２４から発音される。操作信号が入力されても管理ユニット１から発音指示データが送信されていない場合、すなわちメモリ１９に発音指示データが保持されていない場合は、制御部２０は音源２２に音声信号の生成を指示しないので楽音が発音されない。

また、制御部２０は、管理ユニット１からの発光指示情報に基づいて表示部２１の発光を制御する。この発光指示情報は、ユーザが打撃すべきタイミングにあわせて管理ユニット１から送信される。例えば、管理ユニット１は、演奏中の楽曲のテンポに合わせて、各パートの発音タイミングの３拍前に端末ユニット２に発光指示情報を送信する。端末ユニット２の制御部２０は、この発光指示情報を受信すると、楽曲のテンポに応じて３つのＬＥＤを外側から順に点灯させるようにする。これにより、ユーザは打撃すべきタイミングを知ることができる。なお、ユーザに打撃タイミングを表示できるものであればこの例に限るものではない。管理ユニット１にディスプレイを接続し、このディスプレイに打撃タイミングを表示するようにしてもよい。

このようにして端末ユニット２は、管理ユニット１から受信した発音指示データとユーザの打撃操作によって楽音を発音することができる。複数の端末ユニット２は、それぞれ異なる音色、音高の楽音（ベースパート、リズムパート等）を発するように管理ユニット１が発音指示データを送信するので、複数のユーザによる演奏（合奏）を実現することができ、ユーザは楽しみながらリハビリをすることができる。

次に、発音指示データについて詳細に説明する。図３は管理ユニット１から端末ユニット２に送信される発音指示データを示す図である。発音指示データは、同図に示すように音高セット情報とリセット情報からなる。音高セット情報は、音高値（キーナンバ）を示した情報であり、端末ユニット２は、これを受信してメモリ１９に一時記憶する。リセット情報は、メモリ１９に記憶されている音高値を削除させる情報である。端末ユニット２は、これを受信するとメモリ１９に記憶されている内容を削除する。発光指示情報は、上述したようにユーザが打撃するタイミングを表示するための情報であり、例えば発音タイミングの３拍前に送信する。端末ユニット２は、これを受信すると表示部２１のＬＥＤを点灯させる。

制御部２０は、通信Ｉ／Ｆ１７を介して音高セット情報を受信すると、これに基づいてキーナンバをメモリ１９に記録する。パッド１８が打撃されて操作信号が入力されたときは、メモリ１９に記録されているキーナンバを読み出して音源２２に音声信号生成を指示する。

制御部２０は、通信Ｉ／Ｆ１７を介してリセット情報を受信すると、メモリ１９をリセットする。メモリ１９がリセットされると、記録されているキーナンバが削除され、パッド１８が打撃されて操作信号が入力されても楽音を発音することがない。よって、端末ユニット２においては、音高セット情報を受信してからリセット情報を受信するまでの時間帯が発音可能時間帯となる。この発音可能時間帯は、演奏のズレをおこさない程度にあらかじめ規定しておく。

管理ユニット１は、演奏中の伴奏楽音に同期して、所定のタイミングで端末ユニット２に発光指示情報、音高セット情報、およびリセット情報を送信する。各端末ユニット２には演奏パートを割り当てて、それぞれの端末ユニット２が発音すべきタイミングでこれらの情報を送信する。

これらの情報は、伝送経路の遅延時間を想定して、受信されるべきタイミングよりも遅延時間分だけ先に（例えば５０ｍｓｅｃだけ先に）送信する。遅延時間だけ先に送信することで、打撃しても楽音が発音されない等、演奏ずれを防止することができる。

このように、管理ユニット１が端末ユニット２に、発音すべき音高を指示する発音指示データをあらかじめ伝送遅延を想定して送信するので、ユーザが打撃操作してから発音されるまでにタイムラグが生じることなく、この電子楽器全体として演奏ずれが生じることがなくなり、合奏として一体感が生じ、楽しくリハビリを行うことができる。

次に図４、図５を用いて本実施形態の電子楽器の動作について詳細に説明する。図４は、管理ユニット１の動作を示すフローチャートである。制御部１３は、ＲＯＭ１５からこの電子楽器の動作プログラムを読み出して、ＲＡＭ１６に展開し、この動作を開始する。まず、記憶部１７から曲データを読み出す（ｓ１０）。読み出した曲データに従ってそれぞれの端末ユニット２にプログラムチェンジデータを送信する（ｓ１１）。プログラムチェンジデータはそれぞれの端末ユニット２が発音すべき音色を指示する情報である。これにより、それぞれの端末ユニット２に演奏パートを割り当てる。

その後、伴奏パートの演奏を開始する（ｓ１２）。演奏開始後、いずれかの端末ユニット２に発音タイミングを示す発光指示をするべきタイミングにあるか否かを判断し（ｓ１３）、発光指示タイミングにある場合は、発光指示情報を送信する（ｓ１４）。その後、発光指示情報を送信してから所定の時間が経過して、端末ユニット２に発音させるべきタイミングにあるか否かを判断し（ｓ１５）、発音タイミングにある場合は、音高セット情報を送信する（ｓ１６）。上述のように、音高セット情報は、伝送遅延を想定して発音タイミングよりも遅延時間だけ事前に送信する。端末ユニット２の音色と発音タイミングは、演奏する楽曲データと端末ユニット２の数に応じてあらかじめ規定しておく。

その後、いずれかの端末ユニット２で音高セット情報が送信されてから所定の時間が経過してメモリをリセットすべきタイミングにあるか否かを判断し（ｓ１７）、リセットタイミングにある場合は、リセット情報を送信する（ｓ１８）。リセット情報も上述のように、伝送遅延時間だけ事前に送信する。

楽曲の終了まで以上の処理を繰り返し（ｓ１９→ｓ１３）、楽曲が終了した場合は動作を終える（ｓ１９→ＥＮＤ）。このように、管理ユニット１がそれぞれの端末ユニット２に演奏中の伴奏パートに同期して発音指示をするので、全体として演奏ずれがなく、統一感のある合奏を実現できる。

次に、図５は端末ユニット２の動作を示すフローチャートである。まず、管理ユニット１からプログラムチェンジデータを受信する（ｓ２０）。音源２２は、受信したプログラムチェンジデータの指定音色をセットする（ｓ２１）。その後、管理ユニット１から発光指示情報を受信したか否かを判断し（ｓ２２）、受信していれば表示部２１を発光させる（ｓ２３）。上述したように、スピーカ２４の上部、または周囲に設置した複数のＬＥＤを外側から順に発光させる。

その後、管理ユニット１から音高セット情報を受信したか否かを判断し（ｓ２４）、受信していればこれに基づいてメモリ１９にキーナンバを記録する（ｓ２５）。記録した後、ユーザからの打撃が入力（操作信号が入力）されたか否かを判断する（ｓ２６）。打撃がなされたときはメモリ１９に記録されているキーナンバを読み出し、これを発音する（ｓ２７）。なお、打撃がなされたとき、この操作信号を管理ユニット１に送信するようにしてもよい。管理ユニット１は、操作信号を受信して演奏の採点等を行う。すなわち、その端末ユニットの正しい演奏タイミングと、ユーザが打撃したタイミングとのズレを点数で表して（時間ズレが少ないほど点数が良い等）、１曲分の点数をディスプレイなどに表示し、各ユーザで演奏の出来を比較する。これにより、さらに楽しみながらリハビリを行うことができる。

その後、リセット情報を受信したか否かを判断し（ｓ２８）、受信していればメモリ１９をリセットする（ｓ２９）。楽曲の終了まで以上の処理を繰り返し（ｓ３０→ｓ２２）、楽曲が終了した場合は動作を終える（ｓ３０→ＥＮＤ）。

以上の処理を行うことで、それぞれの端末ユニットのユーザが自分の操作に応じた発音を判別することができ、演奏ずれを生じることなく合奏することができ、合奏として一体感が生じるので、楽しくリハビリを行うことができる。

なお、管理ユニット１からそれぞれの端末ユニットにタイミングクロックを送信し、全体を同期するようにしてもよい。全体を同期することで、さらに管理ユニット１と各端末ユニット３のずれを防止することができる。

なお、上記実施形態においては、管理ユニットからそれぞれの端末ユニットに単音のキーナンバを送信し、その後リセット情報を送信する例を示したが、この例に限るものではない。複数のキーナンバを同時に送信するようにしてもよい。この場合、端末ユニット２のメモリ１９は、記録された順に読み出され、読み出し済のキーナンバを削除するＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ−Ｉｎ Ｆｉｒｓｔ−Ｏｕｔ）型メモリにより構成する。すなわち、端末ユニット２は、管理ユニットからキーナンバ列を受信してメモリ１９に記憶し、パッド１８が打撃されて操作信号が入力されたときは、メモリ１９に記録されているキーナンバを先頭から読み出して発音する。先頭のキーナンバは発音後に削除し、次に記録されるキーナンバが先頭となる。したがって、次にパッド１８が打撃されて操作信号が入力されたときは、次に記録されていたキーナンバを読み出して新たな音高の楽音を発音する。これにより、連続した打撃による発音を実現することもできる。

また、単音の演奏指示データ（ノートデータ）を送信する例に限らず、演奏フレーズ単位の自動演奏データ（シーケンスデータ）を送信して、１回の打撃で演奏フレーズが発音されるようにしてもよい。つまり、１回の打撃で複数の音高の楽音、例えば「ドレミファソ」と、発音したりすることも可能である。また、和音を発音することも可能である。

なお、本実施形態においては、パッドの打撃によりユーザの操作を入力する例について示したが、操作子はこれに限定するものではない。ユーザの操作に応じて操作信号を発生するものであればどのようなものであってもよい。例えば、身体の動きを検出するセンサ、発話した音声を集音するマイク、吹き込んだ息に応じて操作信号を出すものであってもよい。

なお、本実施形態においては、音源によって音声信号を形成して発音する例について説明したが、あらかじめ内蔵記憶部等に記憶しておいたオーディオデータ（ＭＰ３データ等）をデコードして発音するようにしてもよい。

この発明の実施形態である電子楽器のブロック図 端末ユニットの外観図 発音指示データを示す図 管理ユニットの動作を示すフローチャート 端末ユニットの動作を示すフローチャート

符号の説明

１−管理ユニット
２−端末ユニット

Claims (4)

1. 複数パートの発音指示データを記憶する記憶手段、
   発音指示データのうち一部のパートを演奏する演奏手段、
   前記演奏手段に同期して、演奏タイミングの前に、他のパートの複数の発音指示データを同時に送信する送信手段、
   を備えた管理ユニットと、
   前記管理ユニットから複数の発音指示データを同時に受信する受信手段、
   前記受信手段が受信した発音指示データを記憶する一時記憶手段、
   ユーザの操作を入力する操作子、
   前記発音指示データを受信したのち、所定時間内に前記操作子が操作されたとき、前記一時記憶手段に記憶した発音指示データを先頭から順に読み出して楽音を発音するとともに、発音した発音指示データを前記一時記憶手段から削除する発音手段、
   を備えた端末ユニットと、
   からなる電子楽器。
2. 前記管理ユニットの送信手段が、前記端末ユニットにタイミングクロックを送信することにより、該管理ユニットと該端末ユニットとを同期させる請求項１に記載の電子楽器。
3. 前記端末ユニットは、操作タイミングを表示する表示手段をさらに備えた請求項１、または請求項２に記載の電子楽器。
4. 前記送信手段は、伝送経路の遅延時間だけ前に発音指示データを送信する請求項１、請求項２、または請求項３に記載の電子楽器。

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