JP5258225B2 - 電子鍵盤楽器におけるキークリック音発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子鍵盤楽器において、トーンホイールオルガンの接点が起こすチャタリングによるキークリック音をシミュレートする装置に関するものである。

本件出願人会社はハモンドオルガン（登録商標。トーンホイールオルガン、或いは多列接点オルガンとも称する。）に関与している者であり、当初の型のオルガンは生産が停止されて久しいけれども、その音色は過去のものではなく、むしろ特有の音色として評価が定まっており、電子鍵盤楽器においても具備すべきことが推奨されている。ハモンドオルガン（登録商標）の音色を決定付けている要素は、まず、トーンホイールそのものに基づく音色であり、また、打鍵に伴い多列接点がチャタリングを起こすことによって発生する「キークリック」による音である。キークリック音は鍵を押したときに聞こえるノイズのことで、当初設計上の欠陥と考えられ取り除く努力もなされたがこれを支持する奏者も少なからずおり、やがてこのタイプのオルガンに必要なものと見なされるようになった。

上記の目的で擬似的なキークリック音を再生することはこれまでにも試みられている。その一つは、独立したキークリック音を何パターンか録音しておき、打鍵時にトーンホイール音と共にキークリック音として再生する方法である。打鍵毎にキークリック音をランダムに入れ換えることにより、ＰＣＭ録音独特の単調さを回避することができる。この方法の問題点は、表現可能なキークリック音が録音しておいた波形パターンのものに限定されてしまうことである。実際のキークリック音は、接点のチャタリングが発生するノイズであるがゆえに無限のパターンであり、同じ波形になることはない。

二つ目は、連続したノイズを発生させておき、打鍵時にトーンホイール音と共に短秒時だけゲートを開く方法である。打鍵毎に違った音が再生され、一つ目の方法よりも現実感のある音が得られる。二つ目の方法の問題点は、奏法やレジストレーション（ドローバーの引き出し具合）に応じたノイズが得られないことである。実際のキークリック音には、単なるゲートの開閉だけでは表現できないフェードイン、フェードアウトがあり、弱く打鍵したときには長く、強く打鍵したときには短く発音する。さらにレジストレーションの変化に伴いノイズの発音時間や音量も変化する。このような事情から、従来の方法では満足し得るキークリック音を再生することができない。

一方、電子楽器に用いられる鍵盤では２接点のものが主流である。これは鍵を浅く押したときにメークされる第１接点と、深く押し込んだときにメークされる第２接点を有し、これら二つの接点がメークされる時間差を利用して打鍵の強さに応じて放音される音量や音質をコントロールするもので、発音処理は第２接点がメークされた後に行なわれる。しかし２接点の鍵盤を電子鍵盤楽器にセオリー通りに適用すると、多列接点オルガンの模倣には具合の良くない点がある。多列接点オルガンでは鍵を浅く押した際に幾つかの接点が接触し始め、チャタリングひいてはキークリックの発音が始まり、深く押されると全ての接点が完全に接触し、キークリックの発音は消失してドローバーのレジストレーションを経由するトーンホイール音が発音されるようになるからである。即ち多列接点オルガンでは、鍵を浅く押した時点から発音処理を開始しなければならない。

先行技術には例えば特開２０００−２７６１６３号の発明があり、これは鍵のストローク過程に対応して発音タイミング或いは消音タイミングを所望により設定することを可能にしたもので、そのために複数のストローク位置を選択可能とし、選択されたストローク位置を発音開始又は消音開始のタイミングに割り当てられるようにしている。また、特開２００１−２３６０６８号の発明は鍵の押鍵、離鍵の操作に対して即応性が良く、ノートオン、ノートオフの切り換えを可能にしたオルガン用キーアサイン方式を開示している。これらの発明によれば、発音タイミング或いは消音タイミングの設定が可能であり、また押鍵、離鍵の操作に対して即応性が良いという特性を得ることもできるがそれ以上のものではなく、実際のキークリック音に近い音を再生することは困難である。

特開２０００−２７６１６３号 特開２００１−２３６０６８号

本発明は前記の実情に着目してなされたもので、その課題は、従来のキークリック音の生成における問題点を解消し、実際のキークリック音に限りなく近い音として再生できるようにすることである。また、本発明の他の課題は、より実際の多列接点オルガンに近いキークリック音が得られる電子鍵盤楽器におけるキークリック音発生装置を提供することである。

前記の課題を解決するため、本発明は、電子鍵盤楽器において、トーンホイールオルガンの接点が起こすチャタリングによるキークリック音をシミュレートする装置について、鍵を浅く押したときにメークされる第１接点並びに鍵を深く押したときにメークされる第２接点とからなるスイッチを備えている２接点鍵盤と、打鍵に伴って、レジストレーションにより音色が設定されたトーンホイールシミュレート音を発生するトーンホイール音源装置と、電源投入後、かつ、打鍵時に連続したノイズを発生する連続ノイズ発生装置と、電源投入後、かつ、打鍵時にクリックノイズ音を発生し、トーンホイール音と共に短秒時ゲートを開くポップノイズ発生装置と、電源投入後、全鍵を走査し、各接点スイッチの閉成、開成の状態を記憶するキースキャン装置と、アタックレイト、リリースレイトのパラメーターのもとに、時間の経過に伴う音量変化を作り出すエンベロープジェネレーターを具備し、電源投入後、かつ、打鍵時に、連続ノイズ発生装置により連続したノイズを発生させるとともに、上記第１接点のメークにより連続ノイズを発音し、上記第２接点のメーク及び上記時間の経過により連続ノイズを消音し、かつ、トーンホイールシミュレート音から成る楽音を発生するように構成するという手段を講じたものである。

本発明の電子鍵盤楽器におけるキークリック音発生装置では、第１接点のメークによりノイズを発音し、上記第２接点のメークによりノイズを消音する。このため、鍵を浅く押した時点から発音処理を開始する多列接点オルガンと同様の作用が期待される。

本発明の装置は、上記の目的を達するために、鍵を浅く押したときにメークされる第１接点並びに鍵を深く押したときにメークされる第２接点と、レジストレーションにより音色が設定されたトーンホイールシミュレート音を発生するトーンホイール音源装置に加えて、連続したノイズを発生する連続ノイズ発生装置と、クリックノイズを発生し打鍵時にゲートを開くポップノイズ発生装置と、鍵を走査し各接点の状態を記憶するキースキャン装置と、時間に伴う音量変化を作り出すエンベロープジェネレーターとを具備する。

上記から明らかなように本発明の装置では、連続ノイズ発生装置と共にクリックノイズを発生するポップノイズ発生装置を使用している。そして、これらのノイズ発生装置により発生したノイズを上記第１接点のメークにより発音し、また上記第２接点のメークによりノイズを消音する。上記以外には、ミキサー及び再生装置が組み合わされる。

また本発明の装置においては、レジストレーションによりトーンホイールの出力レベルを調整するためにトーンバー（ドローバーに相当）を使用する。従って、請求項１の電子鍵盤楽器が複数個のトーンバーを有しており、引き出されているトーンバーの状態に応じてノイズの発音時間と音量を、レジストレーションによって制御することは望ましい構成である（請求項２記載の発明）。これにより弱い打鍵の場合にも、実際のトーンホイールオルガンの発音に対して有効となる接点数に相当する音量及び時間だけのキークリック音を得ることができる。

また、エンベロープジェネレーターをチャタリングが打鍵した瞬間から次第に強まり、最高値の後収束していく状態をシミュレートするために使用することは望ましい構成である（請求項３記載の発明）。エンベロープジェネレーターは、トーンホイール音源装置にも、また連続ノイズ発生装置にも適用することができ、クリックノイズにエンベロープを持たせるために有効である。

本発明は以上のように構成されかつ作用するものであるから、従来のキークリック音の生成における問題点を解消し、実際のキークリック音に限りなく近い音として再生することできるという効果を奏する。また、本発明によれば、より実際の多列接点オルガンに近いキークリック音が得られる電子鍵盤楽器におけるキークリック音発生装置を提供することができる。

以下図示の実施形態を参照して本発明をより詳細に説明する。図１は本発明の電子鍵盤楽器におけるキークリック音発生装置の一例を示すブロック図である。本発明の装置１０は図１に示すように、多列接点オルガンの音色の根幹となるトーンホイールシミュレート音を発生するためのトーンホイール音源装置１１、９本１組のドローバーにより倍音比率を変化させ目的の音色を形成するためのトーンバー（ドローバーに相当）１２、時間に伴う値の変化を作り出すエンベロープジェネレーター１３からなる要素と、電源投入後連続したノイズを発生させておく連続ノイズ発生装置１４、上記と同様のエンベロープジェネレーター１５からなる要素と、全ての鍵が鍵を浅く押したときにメークされる第１接点、鍵を深く押したときにメークされる第２接点からなるスイッチを備えている２接点鍵盤
１６、全鍵を走査し、各鍵毎に各接点スイッチの閉成、開成の状態を記憶してラッチするキースキャン装置１７、第１接点、第２接点オンに伴いクリックノイズ音を発生し打鍵時にトーンホイール音と共に短秒時ゲートを開くポップノイズ発生装置１８、各音響信号間のバランスを調整して混合し、所要の効果を付与するミキサー１９、及び放音する再生装置２０から構成されている。

ここで上記各要素についてより具体的に説明しておく。トーンバー（ドローバー）は、鍵盤の各鍵の倍音に相当するトーンホイールの出力レベルを調整する。一般的に、１６’（１／２倍音）、５と１／３’（１と１／２倍音）、８’（１倍音）、４’（２倍音）、２と２／３’（３倍音）、２’（４倍音）、１と３／５’（５倍音）、１と１／３’（６倍音）、１’（８倍音）の、９個の倍音を扱う。各倍音をどれだけ出すかという設定をレジストレーションと呼ぶ。
トーンホイール音源装置は、半音階単位で数多くの周波数の正弦波出力を持つ発振器群である。例えばハモンドオルガンＢ−３型であれば、９１個のトーンホイール（各音階に応じた凹凸の付いた鉄製の円盤）をモーターによって回転させ、その側に設置された磁石を内蔵したコイルから電磁誘導の原理によって得られた９１の音声信号を出力として使用していた。現在では、それらは電子回路によって置き換えられており物理的なトーンホイールは存在しないが、便宜上トーンホイール音源装置と呼ぶ。
エンベロープジェネレーターは、時間に伴った値の変化を創り出す装置である。本発明に使用されているものはＡＲ型であり、図２Ａに示すようなアタックレイト、リリースレイトのパラメーターを持つ。エンベロープジェネレーターが創り出した時間によって変化する値は、電子楽器では音程や音色、音量など様々な要素の制御に使用され、本発明に於いては音量の制御に使用する。鍵盤のある１鍵が押された時点から音量が最大になるまでの速さをアタックレイト、鍵を離した時点から音量が小さくなっていき、音が消えるまでの速さをリリースレイトと呼ぶ。
連続ノイズ発生装置は、ＦＭ放送の局間で聞かれるような「ザー」というノイズを連続して発生する装置である。全周波数の特性が均一であるホワイトノイズ、高音になるに従って出力レベルが降下していくピンクノイズなどが用いられる。
ポップノイズ発生装置は、電位差のある接点同士が接続された際に発する「ポン」という単発のノイズを、外部からの信号入力のタイミングによって発生する装置である。
キースキャン装置は、鍵盤装置の各接点状態を順次走査し、変化があった場合に、例えば「中央ドの第一接点がメークされた」といったイベント情報として各装置に伝える装置である。
２接点鍵盤は、打鍵したベロシティすなわち速さを検出できるよう、各鍵の浅い位置に第１接点を、深い位置に第２接点を装備した鍵盤装置である。ピアノ音の模倣等の一般的な用途では第１接点がメークされた時刻と第２接点がメークされた時刻を比較し、第２接点がメークされた時点で打鍵の速さを計算し発音処理を行う。本発明においては、第１接点がメークされた時点で連続ノイズの発音を開始させ、第２接点は連続ノイズの消音処理を開始させるために使用する。
ミキサーは、各装置で作られた信号を一つの再生装置で再生できるよう、各信号を適切なレベルに調整し混合する装置である。
そして再生装置は、電気信号を人間の耳で聞くことのできる音声に変換し、放音する装置である。

図１の例では特に示していないが、上記の各要素等に対する処理は、ＣＰＵ（中央処理装置）によりプログラムに格納されている制御プログラムに基づいてＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー、記憶媒体）のワーキングエリア等を使用して処理され、後述する方法により楽器全体を制御する。なお、各音源装置はＣＰＵにて設定された各種パラメーターに基づいて楽音信号等を発生する。

図２Ｂは本発明の装置１０によって得られるクリックノイズ音の波形の例を示すグラフである。グラフの中央横軸が時間軸（単位：ｍｓ）であり、縦軸は振幅（単位：Ｖ）である。同図におけるサインカーブの前の曲線がクリックノイズ音を示しており、打鍵に伴う鍵ストロークの過程において、第１接点がメークされた瞬間にノイズが発音され（グラフのＡの部分）、第２接点がメークされるとノイズが消音し（グラフのＢの部分）、それと共にトーンホイールシミュレート音から成る楽音の発生することが分かる。

次に本発明の装置１０における作動について、図３以下を参照しながら説明する。図３は打鍵による第１接点の動作に伴うイベントに関するもので、第１接点がメークされると（なお、メークと図中のオンとは同じ意味で用いている。）、２接点鍵盤１６からなる鍵盤装置における発音処理イベントが発生し、後述するトーンバーイベントで算出されたゲートタイムから、後述のキークリックランダムイベントで算出されたランダムゲートタイムを減算した最終キークリックタイムを算出する（ＳＴ３１）。さらにオッシレーターによる固有の音量を算出し、トーンバーイベントで算出した音量と掛け合わせ、最終音量を算出する（ＳＴ３２）。次いでキークリック波形のゲートオープンスタート処理を行ないエンベロープイベントによりアタック処理を行なう（ＳＴ３３）。かくしてポップノイズ波形チャンネルを発音させるために（ＳＴ３４）、トーンバー１２の状態とノートナンバーを解析し、該当するオッシレーターチャンネルのゲートが開かれる。

図４は第２接点の動作に伴うイベントに関するものである。第２接点がメークされるとあらかじめ設定されたゲートタイムに到達していないかどうかのチェックが行なわれ（ＳＴ４１）、ＹＥＳであればキークリック波形のゲートクローズのスタート処理を行い、後述のエンベロープイベントによりディケイ処理が行なわれる（ＳＴ４２）。ＮＯの場合にはゲートクローズスタート処理は行なわれない。

図５はゲートタイムイベントに関するもので、タイマー処理による割り込み処理を行なう。タイマーはＣＰＵに設けられ、例えば５００μｓインターバルに設定する。この割り込み処理に入ると、まず、設定されたゲートタイム値が「０」であるかどうかを判別し（ＳＴ５１）、ＹＥＳであればキークリック波形のゲートクローズのスタート処理を行い、後述するエンベロープイベントによりリリース処理を行なう（ＳＴ５２）。ＮＯの場合にはリリース処理は行なわない。

図６は前述のトーンバーイベントに関するもので、これはトーンバーのボリューム値をＡＤ変換し、変化があったときに発生するイベントである。ここでは先ずトーンバーの０以上の本数を検出しゲートタイムを算出し（ＳＴ６１）、さらにトーンバーの総音量を検出してキークリック音量を算出する（ＳＴ６２）。

図７は前述のキークリックランダムイベントに関するもので、やはりタイマー処理による割り込み処理を行ない、例えば４ｍｓインターバルに設定する。本処理によりキークリックランダム値を算出し（ＳＴ７１）、算出値は前述したようにランダムゲートタイムとして使われる。

図８はエンベロープイベントに関するもので、タイマー処理による割り込み処理を行ない、例えば３００μｓインターバルに設定する。ここでは現在値と目的値を比較し、アタック処理かディケイ処理化を判別する（ＳＴ８１）。ＹＥＳ（現在値＜目的値）の場合、アタック処理を行ない（ＳＴ８２）、アタック処理では現在値にエンベロープレイトを加算する。ＮＯ（現在値＞目的値）の場合にはリリース処理を行ない（ＳＴ８３）、リリース処理では現在値からエンベロープレイトを減算する。そして現在値と目的値が同じ値かどうかを判別し（ＳＴ８４）、同じ値なら終了処理に移行し、エンベロープ処理の終了処理を行なう（ＳＴ８５）。

本発明の電子鍵盤楽器におけるキークリック音発生装置１０は上記のように構成されており、２接点鍵盤１６からなる鍵盤装置が打鍵され、第１接点がメークされるとエンベロープジェネレーター１５が動作を始め、連続ノイズ発生装置１４によって生成されたノイズが徐々に音量を増すように作用し、第１接点のメークと同時に、ポップノイズ発生装置１８により「ポン」というポップノイズを発音する。本来のポップノイズは、連続して発振しているトーンホイールに回路が接続された際に加えられる電位差によって発生する雑音であるから、一様ではなく接続の状態に応じた変化を伴うものであるが、本発明においても、キークリック音の主たる原因であるチャタリングが一定ではなく徐々に音量を増すことをシミュレートする。

また、本発明の装置では、レジストレーションにより連続ノイズをどれだけの時間発音させ続けるかというゲートタイム用タイマーの時間設定を行なっているので、ドローバーが多く引き出されているほどキークリックの発音時間を長くすることにも対応するものとなる。レジストレーションによって音色を設定されたトーンホイール音源装置１１が発音を始めると、この音源装置にもエンベロープジェネレーター１２が作用し、実際のオルガンにおいて回路が接続されてから完全に回路の抵抗値が下がるまで数ミリ秒を必要とする状況を再現している。

第２接点がメークされるか、或いはタイマーがゲートタイムにより設定された時間経過すると、エンベロープジェネレーター１５が再び動作を始め、連続ノイズ発生装置１４によって生成されたノイズを徐々に消音する。これにより、実際のキークリックの主原因であるチャタリングが突然なくならず徐々に納まっていく減少をシミュレートするものである。

このように、本発明では、チャタリングが徐々に音量を増し徐々に納まっていく多列接点オルガンの一つの特徴であるキークリック音が、レジストレーション及び打鍵速度によって適切にシミュレートされるため、現実には多列接点を持っていない電子鍵盤楽器であるにも拘らずあたかも多列接点を使用して演奏されているかのような効果を得ることができる。

本発明に係る電子鍵盤楽器におけるキークリック音発生装置の一例を示すブロック図である。 同上の装置における特性を示すもので、Ａは時間の経過に伴う音量変化を示すグラフであり、Ｂはキークリック音の波形の一例を示したグラフである。 同上の装置における第１接点の作用を示すフロー図である。 同じく第２接点の作用を示すフロー図である。 同じくタイマーによる割り込み処理を示すフロー図である。 同じくトーンバーの作用を示すフロー図である。 同じくタイマーによる割り込み処理を示すフロー図である。 同じくタイマーによる割り込み処理を示すフロー図である。

符号の説明

１０ 電子鍵盤楽器におけるキークリック音発生装置
１１ トーンホイール音源装置
１２ トーンバー
１３ エンベロープジェネレーター
１４ 連続ノイズ発生装置
１５ エンベロープジェネレーター
１６ 第１接点、第２接点からなるスイッチを備えている２接点鍵盤
１７ キースキャン装置
１８ ポップノイズ発生装置
１９ ミキサー
２０ 再生装置

Claims (3)

1. 電子鍵盤楽器において、トーンホイールオルガンの接点が起こすチャタリングによるキークリック音をシミュレートする装置について、
   鍵を浅く押したときにメークされる第１接点並びに鍵を深く押したときにメークされる第２接点とからなるスイッチを備えている２接点鍵盤と、
   打鍵に伴って、レジストレーションにより音色が設定されたトーンホイールシミュレート音を発生するトーンホイール音源装置と、
   電源投入後、かつ、打鍵時に連続したノイズを発生する連続ノイズ発生装置と、
   電源投入後、かつ、打鍵時にクリックノイズ音を発生し、トーンホイール音と共に短秒時ゲートを開くポップノイズ発生装置と、
   電源投入後、全鍵を走査し、各接点スイッチの閉成、開成の状態を記憶するキースキャン装置と、
   アタックレイト、リリースレイトのパラメーターのもとに、時間の経過に伴う音量変化を作り出すエンベロープジェネレーターを具備し、
   電源投入後、かつ、打鍵時に、連続ノイズ発生装置により連続したノイズを発生させるとともに、上記第１接点のメークにより連続ノイズを発音し、上記第２接点のメーク及び上記時間の経過により連続ノイズを消音し、かつ、トーンホイールシミュレート音から成る楽音を発生するように構成された
   電子鍵盤楽器におけるキークリック音発生装置。
2. 電子鍵盤楽器は複数個のトーンバーを有しており、引き出されているトーンバーの状態に応じてノイズの発音時間と音量を、レジストレーションによって制御するようにした請求項１記載の電子鍵盤楽器におけるキークリック音発生装置。
3. チャタリングが打鍵した瞬間から次第に強まり、最高値の後収束していく状態をシミュレートするためにエンベロープジェネレーターを具備して成る請求項１記載の電子鍵盤楽器におけるキークリック音発生装置。

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