JP6155846B2 - 消音器 - Google Patents

Description

本発明は、消音器に関する。

周囲に対する音量を配慮する必要のある例えば住宅環境等での楽器演奏を支援するための技術として、本願と同一の出願人による特許第３３０４４４３号公報に開示された技術が知られている（特許文献１）。この技術によれば、管楽器の共鳴管の音響特性を電気的に模擬することにより、管楽器特有の自励発振現象を再現することができる。従って、この技術によれば、マウスピースに管楽器の共鳴管を装着することなく、自励発振現象に伴うバックプレッシャ（演奏者が管楽器を吹奏した場合に管楽器から演奏者の唇に作用する圧力）をマウスピース内に発生させることができ、これにより演奏者は管楽器特有の吹奏感を得ることができる。また、この技術によれば、管楽器の共鳴管の音響特性を電気的に模擬するので、マウスピースから共鳴管を取り外した状態で音を電気的に合成することができる。従ってこの技術によれば、管楽器の共鳴管から音を発生させることなく、音量が電気的に調整された音を得ることができる。

特許第３３０４４４３号公報

特許文献１に開示された上述の技術によれば、出力される音の音量を電気的に調整することはできるものの、マウスピースから漏れる音が依然として存在するため、音量の低減には限界がある。具体的には、上述の技術では、マウスピース内に、空気振動を抑制するための綿などの詰め物が設けられており、この詰め物により、僅かながら音量の低減効果が得られる。しかし、この詰め物は、マウスピースから楽器の共鳴管を取り外したことによるマウスピース端部（開放端）での不要な反射を抑制して、上述の自励発振現象を精度よく再現するために設けられたものであり、音量を低減させるためのものではない。仮に、音量を低減させるために詰め物の量を増やせば、演奏者がマウスピースに吹き込んだ呼気に対する抵抗が高まるため、管楽器の吹奏感が損なわれる。従って、上述の技術によれば、マウスピースから漏れる音の音量の低減効果に限界がある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、吹奏感を損なうことなく、管楽器のマウスピースから発生された音の音量を低減させることができる消音器を提供することを目的とする。

本発明の一態様による消音器は、吹奏体が一端に取り付けられる管路部と、前記管路部の他端に接続され、前記管路部から延びる通気管と、前記通気管に充填された吸音材と、 を備え、前記管路部と前記通気管との接続部分における前記管路部及び前記通気管の内径が同等に設定され、前記通気管の延在方向先端における前記通気管の内径が、前記通気管の延在方向基端における前記通気管の内径よりも小さく、前記通気管は、前記通気管の内径が前記管路部の内径よりも小さい部分を有することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、吹奏感を損なうことなく、吹奏体（例えばマウスピース）から発生された音の音量を低減させることができる。

本発明の第１実施形態による楽音装置の全体構成の一例を模式的に示す図である。 本発明の第１実施形態による楽音装置の構成を補足説明するための説明図である。 本発明の第１実施形態による楽音装置が備える消音器の断面構造の一例を模式的に示す図である。 本発明の第１実施形態による楽音装置が備える消音器を構成する管路部の詳細を説明するための説明図である。 本発明の第１実施形態における第１変形例による消音器の断面構造の一例を模式的に示す図である。 本発明の第１実施形態における第２変形例による消音器の断面構造の一例を模式的に示す図である。 本発明の第１実施形態における第３変形例による消音器の断面構造の一例を模式的に示す図である。 本発明の第１実施形態における第４変形例による消音器の断面構造の一例を模式的に示す図である。 本発明の第１実施形態における第５変形例による消音器の断面構造の一例を模式的に示す図である。 本発明の第１実施形態における第６変形例による消音器の断面構造の一例を模式的に示す図である。 本発明の第１実施形態における第７変形例による消音器の断面構造の一例を模式的に示す図である。 本発明の第１実施形態における第８変形例による消音器の断面構造の一例を模式的に示す図である。 本発明の第１実施形態における第９変形例による消音器の断面構造の一例を模式的に示す図である。 本発明の第１実施形態における第１０変形例による消音器の断面構造の一例を模式的に示す図である。 本発明の第２実施形態による楽音装置が備える信号処理部の仮想管体部の物理モデルの一例を説明するための説明図である。 本発明の第２実施形態による楽音装置が備える信号処理部の仮想管体部の物理モデルを補足説明するための説明図である。 本発明の第３実施形態による楽音装置が備える信号処理部の仮想管体部の物理モデルの一例を説明するための説明図である。 本発明の第３実施形態による楽音装置が備える信号処理部の仮想管体部の物理モデルを補足説明するための説明図である。 本発明の第４実施形態による楽音装置の全体構成の一例を模式的に示す図である。 本発明の第４実施形態による楽音装置の波動発生部の取り付け構造の一例を模式的に示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
なお、全図面にわたって、同一または対応する要素には同一符号を付す。

（第１実施形態）
[構成の説明]
図１は、本発明の第１実施形態による楽音装置１００の全体構成の一例を模式的に示している。楽音装置１００は、管楽器の共鳴管として機能する管体部（例えば管楽器のボディ、ボウ、ベルから構成される部分）の音響特性を電気的に模擬することにより、管楽器特有の自励発振現象を再現し、この自励発振現象に伴うバックプレッシャを管楽器のマウスピース（吹奏体）内に発生させながら、その管楽器の音を電気的に合成する。

なお、本実施形態では、サクソフォン等の木管楽器の音を合成するものとして楽音装置１００を説明するが、この例に限定されることなく、本実施形態による楽音装置１００は、トランペット等の金管楽器を含む管楽器全般に適用可能である。
また、以下の説明では、「上流側」なる用語は、管楽器のマウスピースから共鳴管に吹き込まれる呼気の流入側を指し、「下流側」なる用語は、その呼気の流出側を指す。また、「終端部」なる用語は、自然管楽器の上流側から下流側に伝搬する波動が反射する位置を指し、管楽器の音孔が開くことによって形成される開放端と、管楽器の下流側（ベル側）の端部に相当する開放端または閉端を含む。

楽音装置１００は、マウスピース１１０、消音器１２０、操作子１３０、信号処理部１４０、放音部１７０、連結部１９０を備える。このうち、マウスピース１１０は、リード１１１を備え、自然管楽器に用いられるものである。ただし、この例に限定されず、マウスピース１１０は管楽器のマウスピースと同様の機能を有するものであればよい。

消音器１２０は、マウスピース１１０から発生された音の音量を低減させるためのものであり、管路部１２１と吸音部１２２を備える。管路部１２１は、自然管楽器のネック部に対応した構造を有する管体であり、マウスピース１１０の着脱が可能に構成されている。吸音部１２２は、管路部１２１の管内を通じてマウスピース１１０から伝搬する音を吸収するものである。消音器１２０の構造の詳細については後述する。

消音器１２０の管路部１２１には、検出部１２３と加振部１２４が設けられている。このうち、検出部１２３は、マウスピース１１０から管路部１２１の内部に伝搬する音の波動を検出して検出信号ＳＡを出力するものであり、管路部１２１の長手方向の中途部に設けられている。検出信号ＳＡは信号処理部１４０に入力される。検出部１２３は、例えばマイクロフォンである。加振部１２４は、信号処理部１４０から出力された音響信号ＳＢに基づいて管路部１２１の内部空間を加振するものである。加振部１２４は、検出部１２３の近傍に位置するようにして管路部１２１の長手方向の中途部に設けられている。加振部１２４は、例えばスピーカである。

操作子１３０は、自然管楽器に備えられた操作キーに相当し、演奏者の運指により操作されるものである。操作子１３０は、音高に対応した複数のスイッチ（図示なし）から構成され、演奏者の運指に伴う操作子１３０の各スイッチの開閉に応じた運指信号ＳＣを出力する。操作子１３０は、連結部１９０を介して消音器１２０に固定される。ただし、この例に限定されず、操作子１３０は、消音器１２０から分離されてもよい。操作子１３０として、例えばウインドシンセサイザーやブレスコントローラの操作キーの機能を用いることができる。

信号処理部１４０は、演奏者による操作子１３０の操作に応じて、検出部１２３から出力された検出信号ＳＡに対し後述の楽器管体部の音響特性（波動の伝達特性）を模擬するための信号処理を施して音響信号ＳＢを生成するものである。信号処理部１４０は、この音響信号ＳＢにより加振部１２４を駆動して、加振部１２４の振動板を振動させる。信号処理部１４０は、例えば、デジタル・シグナル・プロセッサ(DSP：Digital Signal Processor)を用いて構成される。信号処理部１４０は、消音器１２０または操作子１３０と一体に構成されてもよく、これらとは別体に構成されてもよい。

図２は、図１の楽音装置１００の構成を補足説明するための説明図であり、上述の「楽器管体部」の意味を説明するための図である。図２では、木管楽器である自然管楽器１０の断面構造が模式的に示され、音孔の個数や配置などは簡略化されている。
図２に示す自然管楽器１０は、木管楽器の一種である例えばソプラノサックスであり、マウスピース１１とネック部１２と主管体部１３から構成される。主管体部１３は、ボディ、ボウ、ベルなどを含む共鳴管を構成し、複数の音孔Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃと、各音孔の開閉を行うための複数の操作キーＫａ，Ｋｂ，Ｋｃを備える。主管体部１３の上流側にはネック部１２が取り付けられ、ネック部１２の上流側にはマウスピース１１が取り付けられる。図２において、位置Ａは、図１に示す検出部１２３および加振部１２４が設けられた管路部１２１上の長手方向中途部の位置に対応している。位置Ｂは、開かれた音孔のうち、最も上流側に位置する音孔の位置を表し、音孔が開くことによって形成される終端部の位置を表している。位置Ｃは、自然管楽器１０の下流側の端部の位置を表している。図２の例では、演奏者の運指により、上流側の音孔Ｈａが操作キーＫａで閉じられ、その下流側の音孔Ｈｂ，Ｈｃが開かれた状態となっている。従って、この例では、音孔Ｈｂの位置Ｂが終端部となる。なお、ネック部１２と主管体部１３は必ずしも分離できるとは限らず、一体となって形成される場合もある。

上述の「楽器管体部」は、図２に示す自然管楽器１０において、図１の検出部１２３および加振部１２４が設けられた位置に相当する位置Ａから、自然管楽器１０の下流側の端部である位置Ｃまでの部分を指す。従って、信号処理部１４０は、検出部１２３および加振部１２４が設けられた位置に対応する自然管楽器１０の位置Ａを基点とした下流側の音響特性を模擬する。
なお、検出部１２３および加振部１２４の取り付け位置は任意に設定することができ、これらの取り付け位置に対応した位置Ａに応じて定まる楽器管体部の音響特性に合わせて、信号処理部１４０が模擬する音響特性を適切に設定すればよい。

説明を図１に戻す。信号処理部１４０は、増幅器１４１、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１４２、フィルタ１４３、仮想管体部１４４、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器１４５、増幅器１４６、運指情報生成部１４７、増幅器１４８を備える。増幅器１４１は、検出部１２３から出力された検出信号ＳＡを増幅するものである。アナログ／デジタル変換器１４２は、増幅器１４１により増幅された検出信号ＳＡをデジタル信号ＳＡＤに変換するものである。フィルタ１４３は、ハウリング防止用のフィルタである。フィルタ１４３は例えばイコライザ等から構成してもよい。

仮想管体部１４４は、フィルタ１４３を介してアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１４２から入力されるデジタル信号ＳＡＤに対し、物理モデルに基づいて上述の楽器管体部の音響特性を電気的に模擬するための信号処理を施してデジタル信号ＳＢＤを出力するものである。本実施形態では、仮想管体部１４４は、楽器管体部の長さ（楽器管体部の内部の波動の伝搬距離）に対応した遅延特性を有する遅延部１４４１から構成される。本実施形態では、遅延部１４４１の機能はデジタル信号処理により実現されるが、この例に限定されず、例えばアナログ回路により実現することも可能である。

一般に、管楽器の下流側（ベル側）の端部は開放端になっている。このため、例えば全ての音孔が閉じられていれば、管楽器の上流側から下流側に伝搬する波動の位相は、管楽器の下流側の端部の位置（図２の位置Ｃ）で反転し、この位相反転された波動が上流側に戻ることにより管楽器特有の自励発振現象が発生する。管体の形状がストレートに近い管楽器では、その下流側の端部で波動の位相が反転する場合、管楽器の倍音の周波数は基音の周波数の奇数倍になるが、図１の例では、仮想管体部１４４は、管楽器の下流側の端部での反射波に相当する遅延部１４４１の出力信号を位相反転させないことにより、基音の周波数の整数倍の音を発生させる音響特性を模擬する。ただし、この例に限定されず、仮想管体部１４４が模擬する管楽器の音響特性は任意に設定し得る。

デジタル／アナログ変換器１４５は、フィルタ１４３を介して仮想管体部１４４から入力されるデジタル信号ＳＢＤをアナログ信号に変換するものである。増幅器１４６は、デジタル／アナログ変換器１４５からのアナログ信号を増幅して音響信号ＳＢとして加振部１２４に出力するものである。上述の増幅部１４１，１４６の増幅度は、楽音装置１００が再現する管楽器特有の自励発振現象が発生するように適切に設定される。

運指情報生成部１４７は、操作子１３０から出力された運指信号ＳＣから、演奏者により操作された操作子のスイッチに対応する音高を決定し、その音高を示す運指情報ＳＣＣを生成して出力するものである。後述するように、運指情報ＳＣＣに基づいて、仮想管体部１４４が、遅延部１４４１の遅延特性を制御することにより、演奏者が操作した操作子１３０のスイッチに対応する音高に応じて楽器管体部の音響特性を模擬する。

増幅器１４８は、フィルタ１４３からのデジタル信号ＳＡＤに基づいて、演奏者に対して放音される音を形成するための音信号を生成するものである。放音部１７０は、例えばヘッドフォンであり、増幅器１４８からの音信号に応じて演奏者に音を放音するものである。なお、演奏者がマウスピース１１０、リード１１１、消音器１２０等からの漏れ音を聴取して演奏することができれば、必ずしも増幅器１４８と放音部１７０を備える必要はなく、これら増幅器１４８と放音部１７０を省略することもできる。

次に、消音器１２０の構造について詳細に説明する。
図３は、消音器１２０の断面構造の一例を模式的に示す図である。
消音器１２０は、一端が楽器のマウスピースに着脱可能に取り付けられる筒状の管体からなる管路部１２１と、管路部１２１の他端に設けられた吸音部１２２とを備える。

管路部１２１は、前述の図２に示す自然管楽器１０のネック部１２をなす管部に相当する。管路部１２１の上流側の端部は、マウスピース１１０が取り付け可能な形状に形成されている。具体的には、管路部１２１をなす管体の外周においてマウスピース１１０に嵌め込まれる部分には、自然管楽器のネック部と同様に、例えばコルク１２１１が設けられている。これにより、自然管楽器のネック部への取り付けと同様の要領で、管路部１２１にマウスピース１１０を取り付けることができる。好ましくは、管路部１２１は、自然管楽器のネック部と同じ部材で構成されるが、これに限定されない。

管路部１２１において、前述の図２に示す位置Ａに対応する部位には、検出部１２３と加振部１２４が設けられる。検出部１２３は、その収音部の一部（例えばマイクロフォンの振動板）が管路部１２１の管内（内部）に露出するように取り付けられる。これにより、検出部１２３は、管路部１２１の管内に発生する音の波動を検出することができる。加振部１２４は、その振動板（例えばスピーカのコーン部）が管路部１２１の管内（内部）に露出するように取り付けられる。これにより、加振部１２４は、管路部１２１の管内に音の波動を発生させることができる。

なお、図３に示した例では、検出部１２３及び加振部１２４が互いに対向するように管路部１２１に設けられているが、これに限定されるものではなく、前述の自励発振現象を発生させることを限度として、検出部１２３と加振部１２４は、任意に配置することができる。

管路部１２１の下流側の端部には、吸音部１２２が設けられる。吸音部１２２は、管路部１２１の下流側の端部において音を吸収する。吸音部１２２は、筒状に形成された管体からなる通気管１２２１の管内に吸音材１２２４を充填して構成される。通気管１２２１は、管路部１２１の下流側の端部に接続され、管路部１２１から離れる方向に延びるように形成されている。本実施形態では、通気管１２２１は、直線状に延びた形状を有するものとするが、例えば屈曲した形状であってもよく、吹奏感を損なわないことを限度に、その形状は任意である。通気管１２２１の延在方向（図３では長手方向）の先端は外部に開口している。通気管１２２１は、息抜きダクトとしての機能を兼ねている。なお、吸音材の材料としては、例えば、ウレタン、綿、グラスウール、ロックウールなど、吸音効果のある材料であれば、任意の材料を用いることができる。

通気管１２２１は、通気管１２２１の内径が管路部１２１の内径よりも小さい部分を有している。本実施形態では、管路部１２１と通気管１２２１との接続部分において、通気管１２２１の内径が管路部１２１の内径よりも小さく設定され、通気管１２２１の長手方向の全体にわたって、通気管１２２１の内径が管路部１２１の内径よりも小さい部分が形成されている。ただし、この例に限らず、例えば後述する図６に示す第２変形例のように、通気管の一部に、この通気管の内径が管路部１２１の内径よりも小さい部分（第２管部１２２１Ｂ_３）が形成されていてもよい。また、管路部１２１及び通気管１２２１は、通気管１２２１の径方向外側に延びる段差壁部１２２２によって相互に接続されている。

上記の構造により、演奏者がマウスピース１１０から管路部１２１に吹き込んだ呼気を、通気管１２２１を通して外部に抜くことができる。このように呼気が外部に抜けていく過程で、管路部１２１から通気管１２２１経由で外部に漏洩しようとする音は吸音材１２２４により吸収される。この場合、通気管１２２１の内径が小さいほど、管路部１２１から通気管１２２１に直進して入射する波動成分が少なくなると同時に、外部に開口する部位である通気管１２２１の先端部の内周円の面積（以下、管体の内周円の面積を「内径面積」と称す。）が小さくなるので、吸音部１２２による消音効果が高くなる。

また、通気管１２２１の延在方向の寸法が長いほど、通気管１２２１に入射した波動が通気管１２２１の端部に到達するまでに通過する吸音材１２２４の量が増えるので、吸音部１２２による消音効果は高くなる。このため、吸音材１２２４の密度を増やすことなく、演奏者がマウスピース１１０から吹き込んだ呼気に対する抵抗を抑制しつつ、消音効果を有効に得ることが可能となる。

管路部１２１に対して遮音部１２５が設けられる。遮音部１２５は、外側遮音ケース１２５１と、防振材１２５２と、内側遮音ケース１２５３と、吸音材１２５４，１２５５とを備える。内側遮音ケース１２５３は、検出部１２３と加振部１２４とを覆うように管路部１２１の外周側に設けられる。内側遮音ケース１２５３からは、マウスピース１１０が取り付けられる管路部１２１の上流側の端部と、吸音部１２２全体が突出する。吸音材１２５５は、内側遮音ケース１２５３の内部空間を埋めるように設けられる。

外側遮音ケース１２５１は、内側遮音ケース１２５３を覆うように設けられる。外側遮音ケース１２５１からは、マウスピース１１０が取り付けられる管路部１２１の上流側の端部と、吸音部１２２の先端側の所定長の部分が突出する。吸音材１２５４は、外側遮音ケース１２５１と内側遮音ケース１２５３との間の内部空間を埋めるように設けられる。防振材１２５２は、外側遮音ケース１２５１の外面全体に設けられる。ただし、防振材１２５２は、外側遮音ケース１２５１の外面の一部（例えば、加振部１２４に近い面）に設けられてもよいし、外側遮音ケース１２５１の内面に設けられてもよい。
以上のように遮音部１２５を設けることで、加振部１２４から放出された音が遮音部１２５の外部に漏れることを抑制することができる。

次に、検出部１２３と加振部１２４が取り付けられた管路部１２１の詳細構造を説明する。
上述のように、本実施形態では、スピーカからなる加振部１２４は、振動板であるコーン部を備えている。コーン部は、例えば平面形状ではなく、テーパー状となっている。このため、加振部１２４を管路部１２１に設けることにより、管路部１２１を構成する管体の内壁面には凹部が形成される。このため、管路部１２１の内径面積が、自然管楽器のネック部の内径面積と一致しなくなる。このように管路部１２１における内径面積が自然管楽器のネック部の内径面積と異なると、吹鳴される音高がずれるおそれがある。そこで、本実施形態では、管路部１２１の管内に内径面積調整部を設けることにより、加振部１２４が取り付けられた管路部１２１の管内の内径面積が自然管楽器のネックの内径面積とほぼ同じになるように、管路部１２１の管内の形状を調整している。本実施形態では、管路部１２１の管内の内径面積が自然管楽器のネックの管内の内径面積とほぼ同じであることは、例えば、人間の聴覚上、管内の音響特性がほぼ同じであることを意味する。従って、人間の聴覚上の音響特性がほぼ同じである限りにおいて、加振部１２４等が取り付けられた管路部１２１の管内の内径面積と、この管路部１２１に対応する自然管楽器のネックの管内の内径面積とが異なってもよい。

図４は、消音器１２０を構成する管路部１２１の詳細を説明するための説明図である。
管路部１２１の管内においては、加振部１２４と対向する位置に内径面積調整部１２１ａが突出して設けられる。内径面積調整部１２１ａは、加振部１２４のコーン部１２４ａのテーパー形状に対応して円錐に近い形状を有している。内径面積調整部１２１ａが設けられる位置の管路部１２１には検出部１２３が取り付けられることから、例えば図示するように検出部１２３は内径面積調整部１２１ａの中央部分から、例えばその先端が表出するように設けられる。内径面積調整部１２１ａが設けられることによって、管路部１２１の管内の内径面積は、自然管楽器のネック部の対応する部分の内径面積とほぼ同じになる。具体的には、図４に示すように、加振部１２４のコーン部１２４ａの中央部分に位置する管路部１２１の管内の内径面積Ｓ１１は、加振部１２４等が取り付けられていない場合の内径面積Ｓ１２（即ち、管路部１２１に対応する自然管楽器のネック部の内径面積）とほぼ同じになる。

このように、管路部１２１における管体の内径面積が自然管楽器の内径面積とほぼ同じになるように管路部１２１の管内の形状が調整されている。これにより、加振部１２４の形状に起因した管体共鳴の音高のずれを解消し、吹鳴される音高の精度を向上させることができる。
なお、内径面積調整部１２１ａは、管路部１２１の管内に対して後付けされるように取り付けられてもよいし、管路部１２１と一体化されるように形成されてもよい。

次に、上述した消音器１２０の変形例を説明する。
＜第１変形例＞
図５は、第１変形例による消音器１２０Ａの断面構造の一例を模式的に示す図である。消音器１２０Ａは、前述の図３に示す消音器１２０の構成において、遮音部１２５を取り除いた構成を有する。その他の構成は、上述の消音器１２０と同様である。
図３に示す前述の消音器１２０の構成によれば、加振部１２４の加振動作に伴って発生する音、または管路部１２１の管壁の振動により管路部１２１から漏れる音の音量が大きい場合であっても、優れた消音効果を得ることができるが、これらの音の音量が許容し得る環境においては遮音部１２５を必ずしも備える必要はない。遮音部１２５を省略すれば、装置構成を簡略化し、軽量化することができる。

＜第２変形例＞
図６は、第２変形例による消音器１２０Ｂの断面構造の一例を模式的に示す図である。消音器１２０Ｂは、上述の図５の消音器１２０Ａの構成において、吸音部１２２に代えて吸音部１２２Ｂを備える。吸音部１２２Ｂは、通気管１２２１Ｂと、通気管１２２１Ｂに充填された吸音材１２２４とを備え、通気管１２２１Ｂは、第１管部１２２１Ｂ_１と、段差壁部１２２１Ｂ_２と、第２管部１２２１Ｂ_３とから構成される。その他の構成は上述の消音器１２０Ａと同様である。
なお、本変形例では、上述した遮音部１２５は設けられていないが、本変形例においても、遮音部１２５を設けてもよい。

本変形例では、通気管１２２１Ｂの一部に、その内径が管路部１２１の内径よりも小さい部分に相当する第２管部１２２１Ｂ_３を有している。即ち、管路部１２１と第１管部１２２１Ｂ_１との接続部分における管路部１２１及び第１管部１２２１Ｂ_１の内径が同等に設定される。また、吸音部１２２Ｂを構成する通気管１２２１Ｂの延在方向先端における内径（第２管部１２２１Ｂ_３の内径）が、この通気管１２２１Ｂの延在方向基端における内径（第１管部１２２１Ｂ_１の内径）よりも小さく設定されている。具体的には、通気管１２２１Ｂを構成する第１管部１２２１Ｂ_１は、その一端が管路部１２１の他端に接続され、管路部１２１の内径と同等の内径を有する。また、通気管１２２１Ｂを構成する第２管部１２２１Ｂ_３は、その一端の周縁が第１管部１２２１Ｂ_１の他端の周縁に段差壁部１２２１Ｂ_２を介して接続され、第１管部１２２１Ｂ_１の内径よりも小さい内径を有する。即ち、段差壁部１２２１Ｂ_２は、環状に形成され、第１管部１２２１Ｂ_１の他端の周縁と第２管部１２２１Ｂ_３の一端の周縁との間を接続するように、通気管１２２１Ｂの径方向に延在している。また、段差壁部１２２１Ｂ_２は、第１管部１２２１Ｂ_１の内周面と第２管部１２２１Ｂ_３の内周面とを結ぶ段差面（符号なし）を有し、この段差面は管路部１２１の管内に面している。

前述の第１変形例によれば、管路部１２１の下流側端部と接合する通気管１２２１の内径は、管路部１２１の下流側端部の内径よりも小さい。この場合、管路部１２１と通気管１２２１との間の段差壁部１２２２において波動が反射する。これに対し、図６に示す本変形例によれば、段差壁部１２２１Ｂ_２の上流側に位置する第１管部１２２１Ｂ_１に吸音材１２２４が充填されているので、マウスピース１１０から直進して第１管部１２２１Ｂ_１に入射した波動成分のうち、段差壁部１２２１Ｂ_２に向かう波動成分と、段差壁部１２２１Ｂ_２の段差面での反射成分が抑制される。従って、第１変形例に比較して、吸音部１２２Ｂからの反射波が管路部１２１の内部の波動に与える影響を抑制することができる。これにより、第１変形例に比較して、管楽器特有の自励発振現象を精度よく再現することができ、より優れた吹奏感と遮音効果を両立させることができる。

＜第３変形例＞
図７は、第３変形例による消音器１２０Ｃの断面構造の一例を模式的に示す図である。消音器１２０Ｃは、前述の図５の消音器１２０Ａの構成において、吸音部１２２に代えて吸音部１２２Ｃを備える。吸音部１２０Ｃをなす通気管１２２１Ｃは、管路部１２１の下流側端部と接合する基端部における開口部の形状を、管路部１２１の下流側端部と同じに設定している。また、通気管１２２１Ｃは、その基端から先端にかけて徐々に内径が小さくなるテーパー状に形成されている。つまり、通気管１２２１Ｃは、その内径が通気管の延在方向基端から先端に向かうに従って小さくなるように形成されている。その他の構成は上述の消音器１２０Ａと同様である。
なお、本変形例では、上述した遮音部１２５は設けられていないが、本変形例においても、遮音部１２５を設けてもよい。

本変形例によれば、第１変形例による吸音部１２２２の段差壁部１２２２に相当する要素が存在しないので、吸音部１２２Ｃからの波動の反射の影響が小さくなる。また、通気管１２２１Ｃは、その先端の内径が基端の内径よりも小さくなるテーパー形状を有するので、その内部を伝搬する波動が先端部において制限される。これにより、第２変形例と同様に、管楽器特有の自励発振現象を精度よく再現することができ、より優れた吹奏感と遮音効果を両立させることができる。なお、通気管１２２１Ｃは先端部が細いほど遮音効果が高まる。さらに、通気管１２２１Ｃはテーパー形状を有することで、通気管１２２１Ｃの管壁に反射する波動が散乱する。これにより、通気管１２２１Ｃ自体の共鳴の影響が小さくなるので、通気管１２２１Ｃの共鳴に起因した管体共鳴の音高のずれを解消し、吹鳴される音高の精度を向上させることができる。

＜第４変形例＞
図８は、第４変形例による消音器１２０Ｄの断面構造の一例を模式的に示す図である。消音器１２０Ｄは、前述の図５の消音器１２０Ａの構成において、吸音部１２２に代えて吸音部１２２Ｄを備える。吸音部１２２Ｄをなす通気管１２２１Ｄは、管路部１２１の下流側端部と接合する基端から先端にかけて管路部１２１の端部と同じ開口部の形状である。その他の構成は上述の消音器１２０Ａと同様である。
なお、本変形例では、上述した遮音部１２５は設けられていないが、本変形例においても、遮音部１２５を設けてもよい。

本変形例によれば、上述の消音器１２０と比較して通気管１２２１Ｄの内径が大きいので、マウスピース１１０から通気管１２２１Ｄに入射する波動成分が増える。そのため、仮に通気管１２２１Ｄの長さが通気管１２２１と同じであれば、マウスピース１１０から発生された音が外部に漏れる音量が大きくなる。しかし、通気管１２２１Ｄの長さを増やせば、上述の消音器１２０と同等の消音効果を得ることができる。

また、本変形例によれば、上述の消音器１２０と比較して通気管１２２１Ｄの内径が大きいので、演奏者により吹き込まれる呼気に対する抵抗が低減される。加えて、本変形例によれば、第１変形例による吸音部１２２２の段差壁部１２２２に相当する要素が存在しないので、吸音部１２２Ｄからの波動の反射の影響が小さくなる。従って、本変形例によれば、管楽器の自励発振現象を精度よく再現することができ、上述した第１から第３変形例に比較して、よりいっそう自然管楽器に近い吹奏感を得ることができる。

＜第５変形例＞
図９は、第５変形例による消音器１２０Ｅの断面構造の一例を模式的に示す図である。消音器１２０Ｅは、前述の図５の消音器１２０Ａの構成において、吸音部１２２に代えて吸音部１２２Ｅを備える。吸音部１２２Ｅをなす通気管１２２１Ｅは、第４変形例と同様に、管路部１２１の下流側端部と接合する基端から先端にかけて管路部１２１の端部と同じ開口部の形状である。本変形例では、通気管１２２１Ｅに充填された吸音材１２２４Ｅは、その密度が通気管１２２１Ｅの延在方向基端から先端に向かうに従って増すように充填され、これにより、通気管１２２１Ｅの基端側の密度を低くし、通気管１２２１Ｅの先端側の密度を高くしている。その他の構成は上述の消音器１２０Ａと同様である。
なお、本変形例では、上述した遮音部１２５は設けられていないが、本変形例においても、遮音部１２５を設けてもよい。

本変形例によれば、通気管１２２１Ｅの基端側の吸音材１２２４Ｅの密度を低くすることにより、上述の第４変形例に比較して、吸音材１２２４Ｅでの波動の反射を有効に抑制することができる。一方、通気管１２２１Ｅの先端側の吸音材１２２４Ｅの密度を高くすることにより遮音効果も保つことができる。従って、本変形例によれば、管楽器の自励発振現象を精度よく再現することができ、上述した第１から第４変形例に比較して、よりいっそう自然管楽器に近い吹奏感を得ることができる。

＜第６変形例＞
図１０は、第６変形例による消音器１２０Ｆの断面構造の一例を模式的に示す図である。消音器１２０Ｆは、前述の図６に示す第２変形例による消音器１２０Ｂの構成において、図３に示す遮音部１２５の構成要素である内側遮音ケース１２５３と吸音材１２５５を更に備える。その他の構成は、上述の消音器１２０Ｂと同様である。
なお、本変形例では、上述した遮音部１２５は設けられていないが、本変形例においても、遮音部１２５を設けてもよい。その他の構成は上述の消音器１２０Ａと同様である。
本変形例によれば、上述の第２変形例による効果に加え、加振部１２４の加振動作に伴って加振部１２４から発生する音を遮音することができる。従って、本変形例によれば、第２変形例に比較して消音効果を改善することができる。

＜第７変形例＞
図１１は、第７変形例による消音器１２０Ｇの断面構造の一例を模式的に示す図である。消音器１２０Ｇは、前述の図６に示す第２変形例による消音器１２０Ｂの構成において、図３に示す遮音部１２５の構成要素である外側遮音ケース１２５１と吸音材１２５４を更に備える。その他の構成は、上述の消音器１２０Ｂと同様である。
本変形例によれば、上述の第２変形例による効果に加え、加振部１２４の加振動作に伴って加振部１２４から発生する音に加えて、管路部１２１の管壁の振動により管路部１２１の内部から漏れる音を遮音することができる。従って、第６変形例に比較して更に消音効果を改善することができる。

＜第８変形例＞
図１２は、第８変形例による消音器１２０Ｈの断面構造の一例を模式的に示す図である。消音器１２０Ｈは、前述の図６に示す第２変形例による消音器１２０Ｂの構成において、図３に示す遮音部１２５の構成要素である外側遮音ケース１２５１と、内側遮音ケース１２５３と、吸音材１２５４，１２５５を更に備える。その他の構成は、上述の消音器１２０Ｂと同様である。
本変形例によれば、加振部１２４が、外側遮音ケース１２５１と内側遮音ケース１２５３とにより二重に覆われるので、上述の第７変形例に比較して更に消音効果を改善することができる。

＜第９変形例＞
図１３は、第９変形例による消音器１２０Ｊの断面構造の一例を模式的に示す図である。消音器１２０Ｊは、前述の図６に示す第２変形例による消音器１２０Ｂの構成において、図３に示す遮音部１２５の構成要素である外側遮音ケース１２５１と、内側遮音ケース１２５３と、吸音材１２５４，１２５５と、防振材１２５２を更に備える。その他の構成は、上述の消音器１２０Ｂと同様である。
本変形例によれば、外側遮音ケース１２５１の表面が防振材１２５２で覆われているので、加振部１２４または管路部１２１の振動による外側遮音ケース１２５１の振動が抑制される。従って、上述の第８変形例に比較して更に消音効果を改善することができる。

＜第１０変形例＞
図１４は、第１０変形例による消音器１２０Ｋ，１２０Ｌ，１２０Ｍの断面構造の一例を模式的に示す図である。
図１４（Ａ）に示す変形例では、消音器１２０Ｋが備える吸音部１２２Ｋは、通気管１２２１Ｋと吸音材１２２４とを備える。ここで、通気管１２２１Ｋは、前述の第２変形例の通気管１２２１Ｂと同様の第１管部１２２１Ｂ_１と段差壁部１２２１Ｂ_２とを備えると共に、第２変形例の第２管部１２２１Ｂ_３に対応する要素として第２管部１２２１Ｂ_４を備える。第１０変形例では、第２管部１２２１Ｂ_４は、その延在方向中途部にマフラーとして機能する拡幅部Ｊを備えている。また、この変形例では、拡幅部Ｊは中空とされ、拡幅部Ｊに吸音材は充填されていない。その他の構成は、前述の第２変形例による消音器１２０Ｂと同様である。
この変形例によれば、拡幅部Ｊを通過する呼気が膨張及び収縮し、呼気の圧力が減衰することで、外部に放出される音の音量が抑制されるというマフラーとしての機能が発揮される。従って、通気管１２２１Ｋに充填された吸音材１２２４による吸音と拡幅部Ｊによる消音とを組み合わせて、消音効果を更に改善することができる。

図１４（Ｂ）に示す変形例では、拡幅部Ｊにも吸音材１２２４が充填されている。その他の構成は、図１４（Ａ）に示す例と同様である。図１４（Ｂ）の変形例によれば、図１４（Ａ）に示した例に比較して、拡幅部Ｊにおいても吸音材１２２４による吸音効果が得られるので、消音効果を更に改善することができる。
図１４（Ｃ）に示す変形例では、拡幅部Ｊの一部に吸音材１２２４が充填されている。また、この変形例では、拡幅部Ｊを形成する管部の内周面に吸音材１２２４が設けられている。その他の構成は、図１４（Ａ）に示す例と同様である。図１４（Ｃ）の変形例によれば、拡幅部Ｊにおいて拡散した波動が吸音材１２２４に吸収されるので、マフラーによる消音効果と吸音材による吸音効果を最適化することができる。
なお、図１４（Ａ）〜（Ｃ）に示す変形例では、上述した遮音部１２５は設けられていないが、本変形例においても、遮音部１２５を設けてもよい。

[動作の説明]
次に、図１を用いて楽音装置１００の動作を説明する。
演奏者がマウスピース１１０に呼気を吹き込むと、マウスピース１１０に取り付けられたリード１１１が振動して音圧の変化が発生する。この音圧の変化は、波動となってマウスピース１１０から管路部１２１の管内に伝搬する。管路部１２１に設けられた検出部１２３は、管路部１２１の管内を伝搬する波動を検出し、その波動の振幅に応じた信号レベルを有する検出信号ＳＡ（アナログ信号）を信号処理部１４０に出力する。

信号処理部１４０の増幅器１４１は、検出部１２３からの検出信号ＳＡを、後段のアナログ／デジタル変換部１４２の入力特性に適合した信号に増幅する。アナログ／デジタル変換部１４２は、増幅器１４１により増幅された検出信号ＳＡをデジタル信号ＳＡＤに変換してフィルタ１４３に出力する。フィルタ１４３は、デジタル信号ＳＡＤに含まれるハウリングを引き起こす周波数成分を抑圧して仮想管体部１４４に出力する。

仮想管体部１４４は、フィルタ１４３から入力されたデジタル信号ＳＡＤを、遅延部１４４１における遅延処理により遅延させてデジタル信号ＳＢＤとして出力する。この遅延処理により、仮想管体部１４４は、楽器管体部における波動の遅延、即ち、図２に示す位置Ａから下流側の楽器管体部の音響特性（波動の伝達特性）を模擬する。この信号処理により得られるデジタル信号ＳＢＤは、図２に示す自然管楽器１０の終端部（開放端）で反射した後、上流側へ伝搬して戻ってくる波動の振幅の時間波形を表す。

一方、操作子１３０は、演奏者の操作（運指）に応じて、図２に示す自然管楽器１０の複数の音孔Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃの開閉に対応した操作子１３０のスイッチの開閉を示す運指信号ＳＣを信号処理部１４０に出力する。信号処理部１４０の運指情報生成部１４７は、操作子１３０からの運指信号ＳＣに基づいて、演奏者による操作子１３０の操作に応じた音高を決定し、その音高を示す音高情報ＳＣＣを生成する。仮想管体部１４４は、上記の音高情報ＳＣＣに基づいて遅延部１４４１の遅延量を設定する。

ここで、仮想管体部１４４は、遅延部１４４１の遅延量として、図２に示す自然管楽器１０の位置Ａから終端部（例えば音孔Ｈｂの位置Ｂ）まで波動が伝搬するのに要する時間を設定する。これにより、仮想管体部１４４は、図２に示す位置Ａから下流側の自然管楽器１０の管体部の音響特性を再現し、演奏者の運指に応じた音高の音に対応したデジタル信号ＳＢＤを生成してフィルタ１４３に戻す。

フィルタ１４３は、デジタル信号ＳＢＤに含まれたハウリングを引き起こす周波数成分を抑圧してデジタル／アナログ変換器１４５に出力する。デジタル／アナログ変換器１４５は、フィルタ１４３からのデジタル信号ＳＢＤをアナログ信号に変換して増幅器１４６に出力する。増幅器１４６は、自励発振現象を発生させるために必要な条件を満たす（自然管楽器内を波動が伝搬することによって生じる波動の損失を再現する）ように、デジタル／アナログ変換器１４５からのアナログ信号を増幅し、これを音響信号ＳＢとして加振部１２４に出力する。

加振部１２４は、音響信号ＳＢにより駆動され、上述の検出信号ＳＡが検出された管路部１２１の管内の位置（図２の位置Ａに相当する位置）において管路部１２１の内部空間を加振し、その管内に波動を発生させる。これにより、図２に示す自然管楽器１０の位置Ａから下流側に伝搬して終端部で反射し、上流側の位置Ａへ伝搬して戻ってくる波動とほぼ同じ波動が管路部１２１の管内に形成される。加振部１２４により管路部１２１の管内に形成された波動は、管路部１２１から上流側のマウスピース１１０の内部に伝搬してバックプレッシャを発生させ、リード１１１を押し戻す。これにより、図２に示す自然管楽器１０と同様の自励発振現象が再現され、その発振周波数の定在波が管路部１２１の管内に形成される。管路部１２１の管内に形成された音の波動は、前述したように、図３の吸音部１２２を構成する通気管１２２１を伝搬する過程で吸音材１２２４により吸音される。これにより、外部に放出される音の音量が抑制され、静音性が得られる。

また、管路部１２１の管内に形成された音は、検出部１２３により検出され、信号処理部１４０のフィルタ１４３を介して仮想管体部１４４と増幅器１４８に供給されるデジタル信号ＳＡＤに反映される。信号処理部１４０の増幅器１４８は、音が反映されたデジタル信号ＳＡＤを増幅して放音部１７０（例えばヘッドフォン）を駆動する。これにより、演奏者による操作子１３０の操作に応じた音高の音が放音部１７０から演奏者に対して放音される。なお、増幅器１４８の入力は、フィルタ１４３からのデジタル信号ＳＡＤに限られず、信号処理部１４０内の信号であって、検出部１２３から出力された検出信号に基づく信号であれば、どのような信号でもよい。例えば、増幅器１４８の入力は、仮想管体部１４４からフィルタ１４３に入力されるデジタル信号ＳＢＤでもよく、デジタル／アナログ変換器１４５から出力されるアナログ信号でも良い。また、増幅器１４８の入力がデジタル信号の場合は、増幅器１４８に入力されるデジタル信号をアナログ信号に変換するデジタル／アナログ変換器を増幅器１４８内に備えてもよい。

ここで、演奏者の操作により操作子１３０のスイッチの開閉が変化すると、そのスイッチの開閉を示す運指信号ＳＣに基づいて、信号処理部１４０は、仮想管体部１４４の遅延部１４４１の遅延量を変化させる。これにより、加振部１２４が管路部１２１の内部空間を加振することにより形成される波動の周波数が変化し、管路部１２１の管内の音の音高が変化する。管路部１２１の管内の音の音高が変化すると、信号処理部１４０のフィルタ１４３から出力されるデジタル信号ＳＡＤにより示される音の音高が変化するため、このデジタル信号ＳＡＤに基づいて放音部１７０から放出される音の音高が変化する。従って、演奏者は放音部１７０から放音される音を聴取しながら操作子１３０を操作することにより、演奏を行うことができる。

以上により、本実施形態の楽音装置１００によれば、自然管楽器の管体部をマウスピースに装着することなく、自然管楽器と同様の吹奏感を得ながら、その音を再現することができる。従って、管楽器の管体部から実際に音を発生させることなく、所望の音量で管楽器の演奏を楽しむことができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
図１５は、本発明の第２実施形態による楽音装置が備える信号処理部（図示なし）の仮想管体部２４４の物理モデルの一例を説明するための説明図である。また、図１６は、本実施形態による仮想管体部の物理モデルの一例を補足説明するための説明図である。図１６の上段に模式的に例示する自然管楽器１０ａは、下流側の端部が閉じている閉管楽器であり、マウスピース１１ａ、ネック部１２ａ、主管体部１３ａを備え、主管体部１３ａにオクターブ孔ＯＨを備えている。図１６の例では、説明の簡略化のため、ネック部１２ａと主管体部１３ａを含む共鳴管をストレート形状とみなしている。
本実施形態による楽音装置は、上述の第１実施形態による楽音装置１００の構成において、仮想管体部１４４に代えて、図１６に示す自然管楽器１０ａのオクターブ孔ＯＨの機能を有する仮想管体部２４４（図１５）を備える。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

トランペットのような金管楽器の音を再現する場合、前述の検出部１２３により検出した検出信号ＳＣから得られるデジタル信号ＳＡＤを遅延させ、正相でフィードバックさせることにより、基音の整数倍の周波数にピークを持つ特性を実現することができる。これにより、演奏者は、唇を緊張させることで、自然数倍のＮ次モード（Ｎは自然数）の音高を発生させ、広い音域で演奏することができる。しかしながら、上述の第１実施形態による仮想管体部１４４は、各音高の基音の発生は可能であるが、サクソフォンのような木管楽器のリードの特性上、２次モード以上の音高を発生させることができないため、音域が狭くなる。

そこで、本実施形態では、信号処理部２４４は、管楽器のオクターブ孔の開閉に応じた楽器管体部の内部における波動の振る舞いを反映させた物理モデルに基づき、この楽器管体部の音響特性を模擬する。即ち、本実施形態では、単純な遅延部によって表現される閉−閉管の途中に、仮想的に１オクターブだけ上の２次モードの音高の音を誘発させるためのオクターブ孔を、ウェーブガイド等の技術を用いて実現する。これにより、再現する音の音域を広げる。

仮に図１６の自然管楽器１０ａがオクターブ孔ＯＨを備えず、単純な遅延信号を正相でフィードバックさせた場合、自然管楽器１０ａのマウスピース１１ａと、位置Ａから上流側のネック部１２ａと、位置Ａから下流側のネック部１２ａおよび主管体部１３ａの内部の波動は、マウスピース１１ａやネック部１２ａを含む共鳴管を仮にストレート形状とみなせば、図１６の下段に実線で示すように、管楽器の下流側の端部（閉端）の位置Ｐ３（図２の位置Ｃ）で位相が反転しない場合の音圧に関する定在波により表される。このような管楽器において、上記の定在波を基音として１オクターブ上の２次モードの音高の音を発生させるためには、図１６の下段に破線で示す波形のように、節の位置を変化させればよい。そのためには、図１６の例では、自然管楽器１０ａの全長が半波長に相当し、自然管楽器１０ａの下流側の端部の位置Ｐ３から上流側に向かって８分の１波長に相当する位置Ｐ２にオクターブ孔ＯＨを形成すればよい。図１６の例では、自然管楽器１０ａの上流側の端部の位置Ｐ１から下流側に８分の１波長の位置Ｐ４で節を発生させてもよい。
なお、位置Ｐ４が仮想管体内に相当する場合、仮想管体のオクターブ孔ＯＨは位置Ｐ２もしくは位置Ｐ４のいずれか１箇所に設置してもよいし、位置Ｐ２および位置Ｐ４の両方に設置してもよい。また、位置Ｐ４が仮想管体外つまりマウスピース１１ａやネック部１２ａの位置となった場合には、その位置に実際のオクターブ孔を開け、実際に開閉させても良い。

図１５に示す仮想管体部２４４は、次のように、図１６の下段に点線で例示する波形のうち、位置Ａから下流側の波動を模擬し得るように構成される。
仮想管体部２４４は、遅延部２０１，２０６，２１１と、ゲイン調整器２０２，２０８，２０９，２１３，２１４と、減算器２０３，２０５，２１０と、加算器２０４と、ローパスフィルタ２０７，２１２とから構成される。このうち、ゲイン調整器２０２，２０９，２１４と加算器２０４とにより、オクターブ孔ＯＨが分岐している分岐点へ向かう方向の進行波の信号から、オクターブ孔ＯＨの分岐点での音圧が計算される。また、減算器２０３，２０５，２１０により、加算器２０４の出力信号を元に、上記オクターブ孔ＯＨが分岐している分岐点からそれぞれ、上流管体側、下流管体側、オクターブ孔へ向かう後退波の波形が生成される。

ここで、遅延部２０１は、図１６の下段に示す自然管楽器１０の位置Ａ（即ち、検出部１２３および加振部１２４の位置）からオクターブ孔の位置Ｐ２までの主管体部１３ａにおける波動の遅延を表現し、遅延部２０６は、図１６の下段に示す自然管楽器１０ａのオクターブ孔ＯＨの位置Ｐ２から自然管楽器１０の終端部の位置Ｐ３までの主管体部１３ａの遅延を表現し、遅延部２１１は、オクターブ孔ＯＨでの遅延を表現している。また、ローパスフィルタ２０７は、主管体部１３ａ内の伝搬による周波数依存の損失を表現している。ローパスフィルタ２１２は、オクターブ孔ＯＨ内の伝搬や、オクターブ孔ＯＨが開口した場合の各開口端での反射による周波数依存の損失を表現している。ゲイン調整器２０２，２０９，２１４は、仮想管体内の波動の散乱現象を模擬するためのウェーブガイド係数α１、α２、αｔを表現している。ゲイン調整器２０８，２１３は、主管体部１３ａおよびオクターブ孔ＯＨの各閉口端もしくは開口端での反射係数γ，γｔを表現している。

本実施形態におけるウェーブガイドの物理モデルでは、ウェーブガイド係数α１、α２、αｔと、主管体部１３ａの内径面積Ｓと、オクターブ孔ＯＨの内径面積Ｓｔは次の関係を有する。
α１＝α２＝２・Ｓ／（２・Ｓ＋Ｓｔ）
αｔ＝２・Ｓｔ／（２・Ｓ＋Ｓｔ）

本実施形態では、ゲイン調整器２０８が表現する反射係数γは「＋ａ」（ａは正の数）であり、管体の下流側の端部が閉じている閉管楽器の端部での反射特性を仮想的に表現している。ゲイン調整器２１３の反射係数γｔは、自然管楽器１０ａのオクターブ孔ＯＨに対応する仮想管体部のオクターブ孔が閉じた状態では「＋ａ」であり、開いた状態では「−ａ」である。即ち、ゲイン調整器２１３の反射係数γｔは、演奏者によるオクターブ孔ＯＨに対応する操作子の操作に応じて「＋ａ」または「−ａ」の値をとる。
以上の構成によれば、仮想管体部２４４は自然管楽器１０ａのオクターブ孔ＯＨの機能を模擬することができるので、基音の整数倍の音高の音を発生させることができ、広い音域での演奏が可能になる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
図１７は、本実施形態による楽音装置の全体構成の一例を模式的に示す図である。図１８は、本実施形態による楽音装置が備える信号処理部の仮想管体部の物理モデルの一例を補足説明するための説明図である。
本実施形態による楽音装置は、上述の第１実施形態による楽音装置１００の構成において、仮想管体部１４４に代えて、テーパー状の円錐管の音響特性を模擬する仮想管体部３４４を備える。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

図１７に示す仮想管体部３４４は、円錐管からなる管楽器の楽器管体部の音響特性を複数の円筒管の音響特性を用いて近似する物理モデルに基づいて、円錐管の管楽器の管体部の音響特性を模擬する。本実施形態では、円錐管を近似する２本の円筒管をウェーブガイドフィルタにより実現する。

ここで、図１８を参照して、２本の円筒管による円錐管の近似について説明する。図１８の上段には、円錐管の自然管楽器１０ｂの全体が示されている。この例では、自然管楽器１０ｂは、マウスピース１１ｂと、ネック部１２ｂと、円錐管からなる主管体部１３ｂとから構成されている。図１８の下段には、２本の円筒管で自然管楽器１０ｂの円錐管を近似した例が示されている。この例では、自然管楽器１０ｂの主管体部１３ｂをなす円錐管が２本の円筒管１３１ｂ，１３２ｂにより近似されている。以下では、円筒管１３１ｂを「主管部１３１ｂ」と称し、円筒管１３２ｂを「副管部１３２ｂ」と称す。主管部１３１ｂの一端は、管楽器のネック部１２ｂに接続され、この位置から分岐するように副管部１３２ｂが取り付けられている。主管部１３１ｂの長さは、自然管楽器１０ｂをなす主管体部１３ｂの下流側の端部の位置Ｐ３からネック部１２ｂの下流側の端部の位置Ｐ５までの長さに相当し、主管部１３１ｂの内径面積Ｓ１は、ネック部１２ｂの内径面積とほぼ同じである。また、副管部１３２ｂの長さはＬ２であり、その内径面積はＳ２である。

図１７に示す仮想管体部３４４は、図１８に示すように、主管部１３１ｂおよび副管部１３２ｂの２本の円筒管を用いて円錐管である自然管楽器１０ｂの主管体部１３ｂを近似する場合を想定したものであり、概略的には、上述の図１５に示す仮想管体部２４４の構成要素と対応する要素から構成される。ただし、本実施形態では、各構成要素が表現するパラメータの意味が異なる。

図１７において、遅延部３０１は、図１８の下段に示す楽器の先端部の位置Ｐ１から主管部１３１ｂの上流側の一端の位置Ｐ５までの管体の遅延を表現し、遅延部３０６は、主管部１３１ｂにおける遅延を表現し、遅延部３１１は、副管部１３２ｂにおける遅延を表現している。また、ローパスフィルタ３０７，３１２は、主管部１３１ｂおよび副管部１３２ｂの各開口端での反射による周波数依存の損失を表現している。ゲイン調整器３０２，３０９，３１４は、仮想管体内の波動の散乱現象を模擬するためのウェーブガイド係数αｉ、αＬ、αｘを表現している。ゲイン調整器３０８，３１３は、それぞれ、主管部１３１ｂおよび副管部１３２ｂの開口端での反射係数γＬ，γｘを表現している。加算器３０４は、主管部１３１ｂと副管部１３２ｂとの分岐位置Ｐ５から上流側の波動の伝達特性と、主管部１３１ｂの波動の伝達特性と、副管部１３２ｂの波動の伝達特性とを合成するものである。本実施形態では、ゲイン調整器３０８，３１３が表現する反射係数γＬ，γｘは、いずれも開放端を表す「−ａ」（ａは正の数）である。
なお、本実施形態では、図１８に示すマウスピース１１ｂおよびネック部１２ｂに対応する図１のマウスピース１１０およびネック部１２０として、仮想管体ではなく、自然楽器と同様のパーツが使用されるので、図１７に示す遅延部３０１は省略される。この場合、図１のアナログ／デジタル変換器１４２からフィルタ１４３を通じてデジタル信号ＳＡＤが図１７のゲイン調整器３０２に直接入力される。

本実施形態におけるウェーブガイドの物理モデルでは、ウェーブガイド係数αｉ、αＬ、αｘと、主管部１３１ｂの内径面積Ｓ１と、副管部１３２ｂの内径面積Ｓ２は次の関係を有する。
αｉ＝αＬ＝２・Ｓ１／（２・Ｓ１＋Ｈ・Ｓ１）
αｘ＝２・Ｈ・Ｓ１／（２・Ｓ１＋Ｈ・Ｓ１）
Ｓ２＝Ｈ・Ｓ１
Ｌ２＝Ｈ・ｒ

ここで、Ｈは任意の正の値であり、通常、０＜Ｈ＜１の値に設定される。Ｈの値が小さい程、円錐管の特性を正確に近似できる。ｒは、自然管楽器１０ｂの主管体部１３ｂをなす円錐管の斜辺を延長して得られる仮想的な円錐の頂点の位置Ｐ０から、主管部１３１ｂの上流側の一端（主管体部１３ｂをなす円錐管の上流側の一端）の位置Ｐ５までの距離である。Ｌ１は主管部１３１ｂの長さであり、Ｌ２は副管部１３２ｂの長さである。

上述の例では、仮想管体部３４４は、円錐管からなる自然管楽器１０ｂの主管体部１３ｂを、分岐する２本の円筒管（主管部１３１ｂおよび副管部１３２ｂ）により表現したが、太さの異なる円筒管を長手方向に細かく輪切りにして接続した物理モデルを、ウェーブガイドで実現したものを用いてもよい。また、自然管楽器のように、主管体部１３ｂの途中に音孔を設けた物理モデルをウェーブガイドにより構成し、音孔の開閉により各音高を実現してもよい。

また、演奏者の好みに応じて、ワンタッチで管楽器の種類を変更できるように、仮想管体部３４４を構成してもよい。例えば、ソプラノサックスやアルトサックスなど、形状の異なる複数の自然管楽器の音響特性を模擬する複数の物理モデルを準備し、デジタル・シグナル・プロセッサ上で実現する管体形状に応じて物理モデルをプログラム切替手段によって切り替えてもよい。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態を説明する。
図１９は、本実施形態による楽音装置４００の全体構成の一例を模式的に示す図である。図１に示す構成要素と同一または対応する要素には同一符号を付す。
楽音装置４００は、前述の図１に示す第１実施形態による楽音装置１００の構成において、信号処理部１４０に代えて信号処理部４４０を備えると共に、自然管楽器の主管体部４０と波動発生部１６０を更に備える。また、本実施形態による楽音装置４００は、第１実施形態による楽音装置１００の操作子１３０に対応する要素として、運指検出部１５０を備える。この運指検出部１５０は、演奏者の運指を検出するものである点で第１実施形態の操作子１３０と同様のものであるが、本実施形態では、自然管楽器の主管体部に取り付けられた状態で演奏者の運指を検出するものである。また、本実施形態では、管路部１２１における検出部１２３及び加振部１２４の取り付け位置は、主管体部４０に取り付けられた加振部１６３の取り付け位置に対応している。

信号処理部４４０は、前述の図１に示す第１実施形態による楽音装置１００が備える信号処理部１４０の構成において、仮想管体部１４４に代えて、開管楽器の音響特性を模擬する物理モデルに基づく仮想管体部４４４を備える。なお、仮想管体部４４４が模擬する管楽器の音響特性は、この例に限定されることなく、任意である。

波動発生部１６０は、主管体部４０の上流側の一端に取り付けられ、検出部１２３から出力された検出信号ＳＡに基づき、主管体部４０の内部空間を加振し、その上流側から下流側に向かう波動を発生させるものである。波動発生部１６０は、増幅部１６１、音量調整部１６２、加振部１６３を備える。増幅部１６１は、検出部１２３から出力された検出信号ＳＡを増幅するものである。音量調整部１６２は、増幅部１６１の出力信号の振幅を調整して音の音量を調整するものである。加振部１６３は、音量調整部１６２により調整された信号に基づき主管体部４０の上流側の内部空間を加振するものである。その他の構成は第１実施形態の楽音装置１００と同様である。

上述の第１から第３実施形態では、演奏者が自然管楽器の操作キーとは異なる操作子１３０を用いて運指操作が行われ、この運指操作に応じて合成された音を放音部１７０から放出するものとして構成したが、本実施形態では、演奏者は自然管楽器の主管体部４０に備えられた操作キーを操作することにより演奏を行う。そして、演奏者の演奏に応じて合成された音に基づいて主管体部４０の上流側から波動を主管体部４０に入射させることにより、自然管楽器の主管体部４０を共鳴させる。これにより、自然管楽器に近い音色を再現する。

図２０は、本実施形態による楽音装置４００の波動発生部１６０の取り付け構造の一例を模式的に示す図である。主管体部４０の上流側の一端は、連結部１６０１に形成された挿通孔（符号なし）に嵌め込まれる。消音器１２０を構成する外側遮音ケース１２５１には連結部１６０１が固定される。これにより、主管体部４０は、連結部１６０１を介して消音器１２０に固定される。また、主管体部４０の上流側の開口部には、加振部１６３が取り付けられる。加振部１６３は、遮音ケース１６０２に覆われ、遮音ケース１６０２の外面は防振材１６０３で覆われている。このような遮音構造により、主管体部４０に取り付けられた加振部１６３の加振動作に伴って発生する不要な音が抑制される構造となっている。

以下では図１９、図２０を用いて、本実施形態の特徴部である波動発生部１６０に着目して楽音装置４００の動作を説明する。
前述した第１実施形態と同様に、演奏者がマウスピース１１０に呼気を吹き込むと、前述した管楽器特有の自励発振現象が発生し、演奏者が操作した主管体部４０の操作キーに対応する音高の音が管路部１２１の管内に形成される。検出部１２３は、管路部１２１の管内に形成された音の波動を検出し、その波動の振幅に応じた信号レベルを有する検出信号ＳＡを生成して波動発生部１６０と信号処理部４４０に出力する。

波動発生部１６０において、増幅器１６１は、検出信号ＳＡを増幅して音量調整部１６２に出力する。音量調整部１６２は、増幅器１６１により増幅された信号の振幅を調整して音量を調整する。加振部１６３は、音量調整部１６２により音量が調整された信号に駆動され、主管体部４０の上流側の内部空間を加振する。これにより、加振部１６３により波動が発生されて主管体部４０に送り込まれる。

ここで、加振部１６３が発生させる波動は、自然管楽器と同様に形成された管路部１２１の管内と同じ位相の波動であるから、波動の振幅の違いを除けば、主管体部４０が管路部１２１の下流側端部に直接接続された場合と同様の音響効果を得ることができる。従って、本実施形態によれば、自然管楽器に近い音色の音を再現することができる。また、本実施形態では、運指検出部１５０は自然管楽器の主管体部４０に装着されるので、自然管楽器と同様の操作感を得ることができる。

また、本実施形態によれば、音量調整部１６２により、加振部１６３の加振量を調整することができる。これにより、主管体部４０から放出される音の音量を任意に調整することができる。従って、音量調整部１６２により音量を下げれば、例えば夜中などに消音状態で演奏することができる。また、例えば日中など、音量を上げても許容される環境であれば、音量調整部１６２により音量を上げて、自然管楽器と同様の音量で演奏を楽しむことができる。

上述した本実施形態によれば、演奏者は自然管楽器の主管体部を操作し、この主管体部を利用して音を発生させるので、より自然管楽器に近い運指の操作感覚と音色で演奏を楽しむことができる。また、音量を自由に設定して管楽器の練習／演奏を行うことができる。

上述した各実施形態によれば、仮想管体を利用した管楽器用の消音器を実現することができる。また、可搬性に優れ、静音性能に優れ、音質の良好な木管用ミュート機能を、広い音域で実現する楽音装置を実現することができる。
また、自然管楽器のマウスピースをそのまま用いて演奏することができる。
更に、例えば、自宅で夜中に行う小音量での楽器の演奏や旅行先での演奏などを支援することができる。

１００，４００…楽音装置、１１０…マウスピース、１１１…リード、１２０，１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃ，１２０Ｄ，１２０Ｅ，１２０Ｆ，１２０Ｇ，１２０Ｈ，１２０Ｊ，１２０Ｋ，１２０Ｌ，１２０Ｍ…消音器、１２１…管路部、１２１ａ…内径面積調整部、１２２，１２２Ｂ，１２２Ｃ，１２２Ｄ，１２２Ｅ，１２２Ｆ，１２２Ｋ，１２２Ｌ，１２２Ｍ…吸音部、１２３…検出部、１２４…加振部、１２４ａ…コーン部、１２５…遮音部、１４０，４４０…信号処理部、１４４，２４４，３４４，４４４…仮想管体部、１２１１…コルク、１２２１，１２２１Ｂ，１２２１Ｃ，１２２１Ｄ，１２２１Ｅ，１２２１Ｋ…通気管、１２２１Ｂ_１…第１管部、１２２１Ｂ_３…１２２１Ｂ_４…第２管部、１２２２，１２２１Ｂ_２…段差壁部、１２２４…吸音材、１２５１…外側遮音ケース、１２５２…防振材、１２５３…内側遮音ケース、１２５４，１２５５…吸音材、Ｊ…拡幅部。

Claims (4)

1. 吹奏体が一端に取り付けられる管路部と、
   前記管路部の他端に接続され、前記管路部から延びる通気管と、
   前記通気管に充填された吸音材と、
   を備え、
   前記管路部と前記通気管との接続部分における前記管路部及び前記通気管の内径が同等に設定され、
   前記通気管の延在方向先端における前記通気管の内径が、前記通気管の延在方向基端における前記通気管の内径よりも小さく、
   前記通気管は、前記通気管の内径が前記管路部の内径よりも小さい部分を有する消音器。
2. 前記通気管は、
   一端が前記管路部の他端に接続され、前記管路部の内径と同等の内径を有する第１管部と、
   前記第１管部の内径よりも小さい内径を有する第２管部と、
   前記第１管部の他端の周縁と前記第２管部の一端の周縁との間を接続する環状の段差壁部と、
   を備えた、請求項１に記載の消音器。
3. 前記通気管は、その内径が前記通気管の延在方向基端から先端に向かうに従って小さくなるように形成された、請求項１に記載の消音器。
4. 前記吸音材は、その密度が前記通気管の延在方向基端から先端に向かうに従って増すように前記通気管に充填された、請求項１から３の何れか１項に記載の消音器。

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