JP5287328B2 - 打楽器 - Google Patents

Description

本発明は、打楽器の音色を制御する技術に関する。

打楽器は、豊かな低音を表現するためには、大きさが必要であり、持ち運びできる程度の大きさの場合は、豊かな低音を出すことができなかった。そこで、打楽器を電子楽器とすることにより、小型化を図ることもできるが、生音のような豊かさが得られるものは少なく、演奏者の意図する音を出すことも困難であった。そこで、演奏者の意図する音に近づけるために、例えば、特許文献１に記載される技術のように、パッドに与えられた衝撃を利用する技術が開発されている。

特開平０６−１４９２５４号公報

しかし、特許文献１に開示された技術によっては、共振回路によって音質が左右され、本来の打楽器の生音の豊かな音を再現することはできていなかった。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、小型であっても、本来の打楽器の生音の豊かさを生かしつつ低音を出すことができる打楽器を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明は、打撃により振動して発音する発音部材と、特定の周波数の共振周波数を有する共振部材と、前記発音部材の振動を検出して、当該振動の波形を示す波形信号を出力する波形出力手段と、前記波形出力手段によって出力された波形信号に対して、前記発音部材の共振周波数と前記特定の周波数との関係に応じて定められたシフト量でピッチシフト処理を施して出力する信号処理手段と、前記信号処理手段によって出力された波形信号を用いて振動することにより、前記共振部材を共振させる振動部材とを具備することを特徴とする打楽器を提供する。

また、本発明は、特定の周波数の共振周波数を有する共振部材と、供給される波形信号を用いて信号を用いて振動することにより、前記共振部材を共振させる振動部材を有する外部装置に接続される打楽器であって、打撃により振動して発音する発音部材と、前記発音部材の振動を検出して、当該振動の波形を示す波形信号を出力する波形出力手段と、前記波形出力手段によって出力された波形信号に対して、前記発音部材の共振周波数と前記特定の周波数との関係に応じて定められたシフト量でピッチシフト処理を施して出力する信号処理手段と、前記信号処理手段によって出力された波形信号を、前記外部装置に供給する供給手段とを具備することを特徴とする打楽器を提供する。

また、別の好ましい態様において、前記信号処理手段は、ピッチシフト処理を施した波形信号を出力する前に、当該波形信号のレベルを調整することを特徴とする。

また、別の好ましい態様において、前記波形出力手段によって出力された波形信号に対して、前記信号処理手段においてピッチシフト処理される波形信号に相当する成分を減衰させて出力する減衰手段を有し、前記信号処理手段は、前記減衰手段によって出力された波形信号に対して、前記発音部材の共振周波数と前記特定の周波数との関係に応じて定められたシフト量でピッチシフト処理を施して出力することを特徴とする。

また、別の好ましい態様において、前前記共振部材の最低共振周波数は、前記発音部材の最低共振周波数の整数分の一であり、前記信号処理手段は、前記波形信号の周波数を前記整数分の一に変換することにより、ピッチシフト処理を施すことを特徴とする。

本発明によれば、小型であっても、本来の打楽器の生音の豊かさを生かしつつ低音を出すことができる打楽器を提供することができる。

本発明の実施形態に係る打楽器の外観を説明する図である。 本発明の実施形態に係る低音増幅部の構成を説明するブロック図である。 本発明の実施形態に係るピッチシフト処理を説明する図である。 本発明の実施形態に係る共振部の外観を説明する図である。 本発明の実施形態に係る共振部の断面構成を説明する図である。 変形例１に係る低音増幅部の構成を説明するブロック図である。 変形例２に係る低音増幅部の構成を説明するブロック図である。 変形例１１に係る打楽器の外観を説明する図である。 変形例１１に係る低音増幅部の構成を説明するブロック図である。

以下、本発明の一実施形態について説明する。

＜実施形態＞
図１は、本発明の実施形態に係る打楽器１の外観を説明する図である。打楽器１は、持ち運び可能な小型の楽器であり、例えば、ジャンベ、ボンゴ、コンガなど、胴１２に打撃面となる膜１１が張られた膜鳴楽器であり、打撃により膜１１、胴１２が振動して発音する。打楽器１は、膜１１の振動を検出するピエゾ素子などの検出部１３が設けられ、これにより、打撃面への打撃に対応する検出信号を出力する。図１においては、検出部１３は、複数設けられているが、１つであってもよい。また、胴１２に設けられていてもよい。

なお、打楽器１は、膜鳴楽器に限られず、マラカス、カスタネットなどの体鳴楽器であってもよい。この場合であっても、打撃に対応する検出信号が打楽器１から出力されるように、検出部１３を設ければよい。なお、検出部１３のかわりに、マイクロフォンなどの収音手段を設けて、打楽器１への打撃により発生する音を検出信号として出力するようにしてもよい。

打楽器１は、さらに共振部２０を有する低音増幅部１０および操作部３０を有している。この例においては、低音増幅部１０および操作部３０は、胴１２の内面側に支持されて一体となっている。なお、低音増幅部１０および操作部３０は、胴１２の外面側に支持されてもよいし、胴１２から分離可能な構成としてもよい。操作部３０は、利用者の操作を受け付けるボタン、つまみ、キーボードなどの操作手段であって、操作に応じた操作信号を低音増幅部１０に出力する。以下、低音増幅部１０の構成について、図２を用いて説明する。

図２は、低音増幅部１０の構成を説明するブロック図である。低音増幅部１０は、波形出力部１４、信号処理部１５および共振部２０を有している。共振部２０は、共振部材２１および振動部材２２を有している。

波形出力部１４は、検出部１３から検出信号が入力され、その検出信号から膜１１に対する打撃により生じる振動の波形を示す波形信号をＡＤ（アナログデジタル）変換して出力する。

信号処理部１５は、波形出力部１４から出力された波形信号に対して、予め設定されたシフト量で実時間ピッチシフト処理（以下、単にピッチシフト処理という）を施して、ＤＡ（デジタルアナログ）変換して出力する。このピッチシフト処理におけるシフト量は、膜１１（膜１１および胴１２であってもよい）の最低共振周波数ｆａ０と、後述する共振部材２１における最低共振周波数ｆｂ０との関係によって設定され、この例においては、ｆａ０の周波数がｆｂ０の周波数にシフトするようにシフト量が設定されている。すなわち、信号処理部１５におけるピッチシフト処理は、図３に示すように、波形信号の周波数を（ｆｂ０／ｆａ０）倍の周波数に変換する処理になる。このようなリアルタイムに処理されるピッチシフト処理を行う技術については、公知の技術を用いればよく、例えば、特開平７−３０６６９３号公報に開示された技術を用いればよい。

図３は、信号処理部１５におけるピッチシフト処理を説明する図である。図３は、波形信号の周波数分布のスペクトルの一例を示したものであり、横軸が周波数（対数）、縦軸が各周波数におけるレベルを示している。また、実線のスペクトルは波形出力部１４から出力された波形信号のスペクトルを示し、破線は、信号処理部１５においてピッチシフト処理が施された波形信号のスペクトルを示している。

次に、共振部２０の構成について図４、図５を用いて説明する。この共振部２０の構成、原理、効果などの詳細は、特許４０５９２５９号公報、特許４０５９２６３号公報、特許４０５９２７２号公報などに記載されているため、構成について簡単に説明する。

図４は、共振部２０の外観を説明する図である。図５は、共振部２０の断面構造を説明する図である。図４に示す共振部２０は、スピーカである振動部材２２がバッフル板２０ａの前面上部に取り付けられた直方体状のスピーカエンクロージャーである。バッフル板２０ａの中央部から下部にかけてＵ字状に細長く切り欠かれた開口部２３が設けられている。

共振部材２１は、このＵ字状の内側の部分の板状の部材である。共振部材２１の上部はバッフル板２０ａと一体であり、それ以外の部分はＵ字形状の開口部２３によってバッフル板５０ａから切り離されているから、共振部材２１はその上端が固定された状態で自由に振動可能である。

また、図５（ａ）および図５（ｂ）は、それぞれ共振部２０の側断面図および横断面図である。これらの図に示すように、開口部２３は断面がアーチ状のエッジ２４によって、共振部２０の内側から覆われ、これによりスピーカエンクロージャーの気密性が保持されている。

共振部材２１は、その一辺がバッフル板２０ａと連通して固定端となっているから、共振部材２１はそれ自体が支持機能を有している。そのため、エッジ２４は共振部材２１の重量を支える必要がなく、気密性を保つ機能のみを持てばよい。したがって、柔らかい材料を使うことができ、共振部材２１の振動を抑制しない動き易い状況を作ることができる。

このように設けられた共振部材２１は、特定の周波数（ｆｂ０、ｆｂ１、・・・）の共振周波数を有している。ここで、ｆｂ０は上述したように最低共振周波数であり、ｆｂ１、ｆｂ２、・・・は、それぞれ高次モードの共振周波数である。この例においては、最低共振周波数ｆｂ０は、上述した最低共振周波数ｆａ０よりも低い周波数であり、ｆａ０の整数分の一の周波数になっている。

スピーカである振動部材２２は、信号処理部１５によってピッチシフト処理がされた波形信号が入力され、波形信号を用いてボイスコイル、コーン紙などが振動することにより放音する。この振動は、共振部２０内部の空気を介して共振部材２１に伝達され、共振部材２１を共振させる。これにより、共振部材の共振周波数付近の帯域の音が増幅されることになる。

ここで、振動部材２２の振動に用いられる波形信号は、打撃により生じる振動の波形である波形信号に対してピッチシフト処理を施したものである。打撃により生じる振動の波形である波形信号は、最低共振周波数ｆａ０に対応する周波数成分を多く含む信号であるが、ピッチシフト処理を施したことにより、最低共振周波数ｆｂ０に対応する周波数成分を多く含む信号となる。したがって、この波形信号を用いて振動部材２２を振動させると、共振部材２１を効率よく共振させることができる。すなわち、低音を効率的に増幅して放音することができる。

このように、本発明の実施形態における打楽器１は、打撃により生じた振動を示す波形信号に対して、低周波数帯域にシフトさせるピッチシフト処理を施し、ピッチシフト処理を施した波形信号を用いて振動部材２２を振動させることによって、共振部材２１を共振させる。したがって、打楽器１を打撃することにより、打撃により生じた振動による生音での発音に加えて、生音を元に生成される豊かな低音についても発音をさせることができる。このとき、膜１１の最低共振周波数ｆａ０と共振部材２１の最低共振周波数ｆｂ０との関係から、ピッチシフト処理のシフト量を設定していることにより、共振部材２１を効率よく共振させることができ共振部２０を小型化できるから、小型であっても豊かな低音を響かせることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は以下のように、さまざまな形態で実施可能である。

＜変形例１＞
上述した実施形態における低音増幅部１０を、図６に示すように、波形出力部１４と信号処理部１５との信号経路にＨＰＦ（High Pass Filter）１６を設けた低音増幅部１０Ａとしてもよい。

図６は、変形例１に係る低音増幅部１０Ａの構成を説明するブロック図である。このＨＰＦ１６により、膜１１の最低共振周波数ｆａ０未満の成分を減衰させるように遮断周波数を設定すると、波形出力部１４から出力される波形信号の成分のうち、共振部２０から放音される低音の成分、すなわち信号処理部１５においてピッチシフト処理が施された波形信号に相当する成分を減衰させることができる。したがって、共振部２０から放音される低音の成分が検出部１３において再び検出されることにより信号がループしてエコー、ハウリングなどが発生することを防止することができる。

＜変形例２＞
上述した実施形態における低音増幅部１０を、図７に示すように、波形出力部１４と信号処理部１５との信号経路にエコーキャンセラ１７を設けた低音増幅部１０Ｂとしてもよい。

図７は、変形例２に係る低音増幅部１０Ｂの構成を説明するブロック図である。エコーキャンセラ１７は、波形出力部１４から出力される波形信号の成分から、信号処理部１５から出力されるピッチシフト処理が施された波形信号の成分を取り除く処理を行う。この処理については、公知の方法を用いればよい。

このようにすると、波形出力部１４から出力される波形信号の成分のうち、共振部２０から放音される低音の成分、すなわち信号処理部１５においてピッチシフト処理が施された波形信号に相当する成分を減衰させることができる。したがって、共振部２０から放音される低音の成分が検出部１３において再び検出されることにより信号がループしてエコー、ハウリングなどが発生することを防止することができる。

＜変形例３＞
上述した実施形態においては、図４、図５に示すように、振動部材２２としてスピーカを用い、共振部材２１として、板状の部材を用い、振動部材２２の振動が空気を介して共振部材２１に伝達され、振動部材２２と共振部材２１は、間接的に伝達するものであったが、共振部材２１と振動部材２２とを接触させ、振動部材２２の振動が共振部材２１に直接的に伝達するようにしてもよい。

この場合には、振動部材２２をスピーカのボイスコイルとし、共振部材２１をコーン紙とすることで、共振部２０をスピーカとしての構成にしてもよい。また、振動部材２２には、ピエゾ素子などを使用したアクチュエータを用いてもよい。このように、信号処理部１５においてピッチシフト処理が施された波形信号を用いて、振動部材２２が振動することにより、共振部材２１を共振させることができれば、共振部２０の構成は実施形態における構成に限られるものではない。

＜変形例４＞
上述した実施形態において、共振部２０のバッフル板２０ａの一部が、打楽器１の胴１２の一部となっていてもよい。すなわち、胴１２の一部とバッフル板２０ａにより共振部２０のスピーカエンクロージャーを構成するものとしてもよい。この場合には、胴１２の部分に開口部２３を設けて、共振部材２１が胴１２に設けられるものとしてもよい。同様に、振動部材２２であるスピーカが設けられる穴が、胴１２に設けられていてもよい。

＜変形例５＞
上述した実施形態においては、信号処理部１５におけるピッチシフト処理のシフト量は、膜１１の最低共振周波数ｆａ０と共振部材２１の最低共振周波数ｆｂ０との関係から定められていたが、共振部材２１の高次モードの共振周波数、例えばｆｂ１との関係から定められていてもよい。すなわち、ｆａ０の周波数がｆｂ１の周波数にシフトするようにシフト量が設定されていてもよい。なお、この場合において、共振周波数ｆｂ１が最低共振周波数ｆａ０よりも低くなくてもよい。すなわち、周波数帯域が高くなるシフト量であってもよい。

このとき、どの高次モードとの共振周波数との関係からシフト量を設定するかについては、演奏者が操作部３０を操作することにより切り替えができるようにしてもよい。

＜変形例６＞
上述した実施形態においては、共振部材２１の最低共振周波数ｆｂ０は、膜１１の最低共振周波数ｆａ０よりも低い周波数であり、ｆａ０の整数分の一の周波数になっていたが、必ずしも整数分の一の関係でなくてもよい。整数分の一の関係とすることにより、生音と共振部２０からの音とを倍音関係とすることができる一方、その関係としないことにより、倍音関係としないようにすることもでき、音質を変えることができる。

また、共振部材２１の最低共振周波数ｆｂ０は、膜１１の最低共振周波数ｆａ０よりも高い周波数としてもよく、さらにｆａ０の整数倍の周波数としてもよい。高い周波数とすることにより、低音を増幅するのではなく、高音を増幅して、別の楽器の音のようにすることもできる。どのような組み合わせを選ぶかは、打撃に応じてどのような発音を所望するかに応じて決定すればよい。

＜変形例７＞
上述した実施形態において、信号処理部１５は、波形信号の振幅から音量レベルを算出し、その音量レベルに応じてピッチシフト処理におけるシフト量を変化させるようにしてもよい。例えば、ｆａ０をｆｂ０にシフトさせるだけでなく、音量レベルに応じて、シフト先がｆｂ１、ｆｂ２、・・・と変化するようにしてシフト量が変化すれば、強く叩くと低い音、弱く叩くと高い音といったようにすることもできる。

また、音量レベルだけでなく、膜１１の打撃位置に応じてシフト量が変化するようにしてもよい。この場合には、検出部１３を複数設け、検出信号の出力レベルなどから打撃位置を算出し、その算出結果に応じて、上述のようにシフト量が変化するようにすればよい。また、打撃位置を検出する位置センサを設けて、位置センサの検出結果を信号処理部１５に出力し、その検出結果に応じて、上述のようにシフト量が変化するようにしてもよい。このように、打撃の態様によりシフト量が変化するようにしてもよい。また、時刻の進行に伴って、上述のようにシフト量が変化するようにしてもよい。

＜変形例８＞
上述した実施形態において、信号処理部１５は、波形信号に対してさらに別の処理を施して音響効果を付与するようにしてもよい。例えば、歪み、リバーブ、ディレイなどの音響効果を付与するようにすればよい。さらに、時刻の進行に伴って、上述のように付与される音響効果の種類、度合いが変化するようにしてもよい。なお、変形例７のようにして、打撃の態様により、音響効果の種類、度合いが変化するようにしてもよい。

＜変形例９＞
上述した実施形態においては、信号処理部１５によって出力される波形信号については、
ピッチシフト処理をした後の波形信号であったが、さらに、入力された波形信号を加算して出力するようにしてもよい。この場合には、共振部材２１の高次モードの共振周波数のいずれかの周波数が、膜１１の最低共振周波数ｆａ０と一致するようにすると、望ましい。

＜変形例１０＞
上述した実施形態において、信号処理部１５は、ピッチシフト処理を施した波形信号のレベルを調整してから出力してもよい。このレベルの調整とは、波形信号の全体の出力レベルを変更するボリューム調整のようなものであってもよいし、周波数帯域毎に出力レベルを変更するイコライジング調整であってもよい。これらの調整内容の設定は、演奏者が操作部３０を操作して設定するようにすればよい。

＜変形例１１＞
上述した実施形態において、共振部２０を有する低音増幅部１０は、打楽器１と一体に構成されていたが、胴１２から分離可能な構成としてもよいことを示した。本変形例においては、共振部２０を打楽器１とは別体に構成する場合の一例を示す。

図８は、打楽器１Ｃの外観を説明する図である。図９は、低音増幅部１０Ｃの構成を説明するブロック図である。図８に示すように、打楽器１Ｃは、実施形態の構成における打楽器１の低音増幅部１０を本変形例の低音増幅部２０Ｃとしたものである。図９に示すように、低音増幅部１０Ｃは、波形出力部１３、信号処理部１４および信号供給部１８を有する。波形出力部１３および信号処理部１４については、実施形態における構成と同様な構成であるためその説明を省略する。信号供給部１８は、信号処理部１６から出力された波形信号を共振部２０Ｃに供給する。この波形信号の供給は、有線で行われても無線で行われてもよい。有線で行われる場合には、波形信号を出力する出力端子などを設ければよい。

共振部２０Ｃは、実施形態における共振部２０と同様であるが、打楽器１と別体であり、信号供給部１８から波形信号の供給を受け、供給された波形信号を用いて振動部材２２が振動することが異なるだけである。共振部２０Ｃの構成は、実施形態における共振部２０のような構成に限られず、変形例３で示したようなものであってもよく、ヘッドホン、体感音響装置(ボディソニック)、スーパーウーファなどであってもよい。このように、信号処理部１５においてピッチシフト処理が施された波形信号を用いて、振動部材２２が振動することにより、共振部材２１を共振させることができれば、どのようなものを用いてもよい。

＜変形例１２＞
上述した実施形態における各構成については、ハードウエアによる構成として説明したが、波形出力部１４、信号処理部１５における機能については、図示しないコンピュータのＣＰＵが、記憶手段などに記憶された制御プログラムを実行することにより実現してもよい。このような制御プログラムは、磁気記録媒体（磁気テープ、磁気ディスクなど）、光記録媒体（光ディスクなど）、光磁気記録媒体、半導体メモリなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶した状態で提供し得る。この場合には、これらの記録媒体を読み取る読取手段を設ければよい。また、インターネットのようなネットワーク経由でダウンロードさせることも可能である。

１，１Ｃ…打楽器、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…低音増幅部、１１…膜、１２…胴、１３…検出部、１４…波形出力部、１５…信号処理部、１６…ＨＰＦ、１７…エコーキャンセラ、１８…信号供給部、２０，２０Ｃ…共振部、２０ａ…バッフル板、２１…共振部材、２２…振動部材、２３…開口部、２４…エッジ、３０…操作部

Claims (5)

1. 打撃により振動して発音する発音部材と、
   特定の周波数の共振周波数を有する共振部材と、
   前記発音部材の振動を検出して、当該振動の波形を示す波形信号を出力する波形出力手段と、
   前記波形出力手段によって出力された波形信号に対して、前記発音部材の共振周波数と前記特定の周波数との関係に応じて定められたシフト量でピッチシフト処理を施して出力する信号処理手段と、
   前記信号処理手段によって出力された波形信号を用いて振動することにより、前記共振部材を共振させる振動部材と
   を具備することを特徴とする打楽器。
2. 特定の周波数の共振周波数を有する共振部材と、供給される波形信号を用いて信号を用いて振動することにより、前記共振部材を共振させる振動部材を有する外部装置に接続される打楽器であって、
   打撃により振動して発音する発音部材と、
   前記発音部材の振動を検出して、当該振動の波形を示す波形信号を出力する波形出力手段と、
   前記波形出力手段によって出力された波形信号に対して、前記発音部材の共振周波数と前記特定の周波数との関係に応じて定められたシフト量でピッチシフト処理を施して出力する信号処理手段と、
   前記信号処理手段によって出力された波形信号を、前記外部装置に供給する供給手段と
   を具備することを特徴とする打楽器。
3. 前記信号処理手段は、ピッチシフト処理を施した波形信号を出力する前に、当該波形信号のレベルを調整する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の打楽器。
4. 前記波形出力手段によって出力された波形信号に対して、前記信号処理手段においてピッチシフト処理される波形信号に相当する成分を減衰させて出力する減衰手段を有し、
   前記信号処理手段は、前記減衰手段によって出力された波形信号に対して、前記発音部材の共振周波数と前記特定の周波数との関係に応じて定められたシフト量でピッチシフト処理を施して出力する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の打楽器。
5. 前記共振部材の最低共振周波数は、前記発音部材の最低共振周波数の整数分の一であり、
   前記信号処理手段は、前記波形信号の周波数を前記整数分の一に変換することにより、ピッチシフト処理を施す
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の打楽器。

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