JP6391265B2 - 電子鍵盤楽器 - Google Patents

Description

本発明は電子鍵盤楽器に関し、特に、アコースティックピアノでダンパーペダルを操作したとき等に生じる弦共鳴音を模擬するために用いて好適な共鳴音生成装置を有する技術に関する。

アコースティックピアノでは、弦を押さえているダンパーをダンパーペダルで弦から外す操作を行い、実際に弾かれた弦だけでなく他の全ての弦を共鳴させる演奏手法が行われる。このため、電子ピアノや電子オルガン等の電子鍵盤楽器においても、このダンパーペダル操作による弦共鳴音を模擬する機能が要求される。

例えば、ダンパーペダルを操作しない通常のピアノ音と、ダンパーペダルを操作した場合の共鳴音を含むピアノ音とを録音してそれぞれの波形データを記憶し、ダンパーペダルの操作の有無に応じて波形を選択して楽音を発生する方法が行われている。

また、ダンパーペダルを操作した場合の共鳴音を含むピアノ音を録音した後、このピアノ音からピアノの倍音成分のみを除去した共鳴音成分を生成してこの波形データを記憶し、ダンパーペダルが操作された際には、複数のチャンネルを使って、通常の楽音と共に共鳴音成分を発生するシステムも使用されている。

一例として、特許文献１には、基準音による共鳴音を伴う楽音から該基準音を除いた楽音の波形データを記憶する共鳴音楽音波形データメモリを備え、ダンパーペダルによる指示に応じて、前記共鳴音楽音波形データメモリから読み出された波形データの振幅を制御するようにした電子鍵盤楽器が提案されている。

さらに、予め記憶された波形データをもとに楽音を発生するのではなく、デジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）を使って共鳴音生成装置を構成し、ダンパーペダルが操作された場合にのみ、共鳴音生成装置を通じて共鳴音を生成する信号を出力する方法も行われている。
特開平０９−１２７９４１号公報

しかしながら、複数のチャンネルを使って、通常の楽音と共に共鳴音成分を発生するシステムでは、発音数が多くなった場合、予め決められた数しかないチャンネルでは、チャンネル数が足らなくなって、音切れが発生するという問題点があった。

一方、ＤＳＰによる演算処理で共鳴音を生成するシステム（共鳴音生成装置）では、多くの演算を必要とするため規模が大きくなり、また外部メモリ（遅延メモリ）とフィードバックループを使用した共鳴音生成装置の場合には、高音域でのピッチの正確な制御が複雑になるという問題がある。換言すれば、ＤＳＰでは、演算量を減らすためにピッチに対応する遅延量を整数で処理することがよく行われているが、高音域になればなるほど丸め誤差が大きくなりピッチの正確な制御ができなくなるという問題がある。

本発明は、以上のような問題を解決するために創案されたものであって、音切れの発生がなく、高音域でのピッチの正確な制御が可能な共鳴音を発生することのできる電子鍵盤楽器を提供することができるようにすることを目的とする。

本発明に係る電子鍵盤楽器の構成は、
楽音波形データを記憶する記憶装置と、
押鍵情報に従って上記記憶装置から該当する楽音波形データを読み出し楽音波形信号及び該楽音の高音域の共鳴音波形信号を生成する楽音生成装置と、
任意の共鳴音生成回路を構成でき、上記楽音波形信号を入力とし、ダンパーペダル操作子の操作情報及び押鍵情報に従って、該共鳴音生成回路で上記楽音の中低音域の共鳴音信号を生成し、その信号を出力する共鳴音生成装置と、
上記楽音生成装置と上記共鳴音生成装置から夫々出力された楽音信号と共鳴音信号を加算して出力する加算装置と
を少なくとも有していることを基本的特徴としている。

上記構成によれば、ダンパーペダルの効果がない高音域の共鳴音は、上記記憶装置の楽音波形データが読み出され、楽音生成装置によって、第１の音域の共鳴音楽音信号が生成され（つまり、楽音波形データの中に第１の音域の共鳴音楽音波形データが含まれる）、他方それ以外の音域の部分の（中低音域；第２の音域の）共鳴音は、上記共鳴音生成装置による演算処理により第２の共鳴音楽音信号が生成され、それらの発音がなされることになる。

以上のような本発明の構成によれば、ダンパーペダルの効果がない高音域の共鳴音は、上記記憶装置の楽音波形データが読み出され、楽音生成装置によって、第１の音域の共鳴音楽音信号が生成され、他方それ以外の音域の部分の（中低音域；第２の音域の）共鳴音は、上記共鳴音生成装置による演算処理により第２の共鳴音楽音信号が生成され、それらの発音がなされるため、チャンネル数不足等を原因とする音切れの発生がなく、ピッチ制御のための遅延量を整数値で処理しても高音域での共鳴音のピッチの正確な制御が可能になるという優れた効果を奏し得る。

以下、添付図面を元に、本発明の実施の形態を説明する。

図２は、本発明の一実施形態に係る電子鍵盤楽器たる電子ピアノのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図２において、ＣＰＵ１０２は、システムバス１００を介して図２中に示した各部を制御する。

ＲＯＭ１０４は、ＣＰＵ１０２において用いられるプログラムを記憶するプログラムメモリ１０４ａや、少なくとも音色データを含む各種データを記憶するデータメモリ（図示なし）を有している。ＲＡＭ１０６は、ＣＰＵ１０２による制御において発生する各種のデータ等を一時的に記憶する。

電子ピアノには、操作パネル１０８、鍵盤１１０及びダンパーペダル１１２が設けられている。パネル１０８は、発生すべき楽音の音色を選択する音色スイッチ（図示なし）を含む各種状態設定のためのスイッチ等によって構成され、このパネル１０８から設定された情報はＣＰＵ１０２に供給される。

ダンパーペダル１１２の操作（踏込）状態はペダルセンサ１１２ａによって検出され、そのペダル操作子操作情報がＣＰＵ１０２に提供される。ペダルセンサ１１２ａは、可変抵抗器で構成され、この可変抵抗器の抵抗値による電圧の変動などをダンパーペダル１１２の踏み込み量として検出する。ペダルセンサ１１２ａで検出されたダンパーペダル１１２の踏み込み量データは、ペダル操作子操作情報として、ＣＰＵ１０２に送られる。

ＣＰＵ１０２は、ペダルセンサ１１２ａから出力された踏み込み量データをペダル操作子操作情報として受けた場合には、後述する共鳴音生成装置３に送るべき係数をＲＡＭ１０６上に設定する。ペダルセンサ１１２ａは、ダンパーペダル１１２の踏み込みが無くなれば、踏み込み量が「０」としてＣＰＵ１０２に送られ、ＲＡＭ１０６上の係数は、予めきめられた最小値に設定される。またその踏込み量によって、該ＲＡＭ１０６上の共鳴設定用の係数は変化する。

本実施形態の電子ピアノの鍵盤１１０は８８鍵からなり、各鍵にはそれぞれタッチセンサからなる鍵盤センサ１１０ａが設けられている。鍵盤センサ１１０ａは、演奏者の鍵盤１１０に対する演奏操作を検出して、押鍵された鍵の音高を示すキーコードや、押鍵・離鍵に対応して楽音の発生・消音タイミングを指示するキーオン・キーオフ、押鍵速度に対応するキータッチなどの押鍵情報を出力する。鍵盤センサ１１０ａから出力される情報はシステムバス１００を介してＣＰＵ１０２に供給される。

楽音生成装置２は、同時に複数の発音を行なうため時分割制御されるチャンネルを備えたトーンジェネレータであり、複数のチャンネルすべての出力信号を累算して出力する。楽音生成装置２では、押鍵情報に含まれる押鍵指示により、いずれかのチャンネルが割り当てられ、それぞれのチャンネルにおいて押鍵情報に対応する楽音が生成される。

楽音波形データメモリ１には、楽音情報の波形データ（この波形データの中には夫々の波形データのうち対応する高音域の共鳴音波形データも含まれる）が記憶されており、楽音生成装置２は、楽音波形データメモリ１に記憶されている波形データ及びダンパーのない高音域の共鳴音波形データを読み出す。そして、読み出した波形データ及び共鳴音波形データに基づいて楽音波形信号及びダンパーのない高音域の共鳴音波形信号を生成する。

上記楽音生成装置２は、楽音波形データメモリ１から鍵操作に対応して楽音波形データを読み出して楽音波形信号を生成し、また発音すべき共鳴音があると判断された場合には同時に夫々の波形データのうち対応する高音域の共鳴音波形データを読み出して共鳴音波形信号を生成するものであり、音色スイッチによって設定された音色の楽音波形データを、キーオンに応答して読み出す。楽音波形データの読出アドレスの歩進はキーコードに対応した速度で行なわれる。すなわち、キーコードに対応する読出レートで楽音波形データを読み出す。また、共鳴音波形データを発音すべき共鳴音のピッチに対応した読み出しレートで読み出す。

楽音波形信号及び共鳴音波形信号は、後述する加算装置４で、さらに別の共鳴音波形信号と加算された上、ＤＡ変換器１１４でアナログ信号に変換された後、サウンドシステム１１６に入力される。サウンドシステム１１６は、アンプやスピーカ等から構成されており、ＤＡ変換器１１４の出力信号を電子ピアノの出力として外部に発音させる。

上記電子ピアノの要部機能を説明する。

本実施形態の電子ピアノは、ダンパーペダル１１２を操作しないでも発生する高音域の共鳴音と、ダンパーペダル１１２を操作した際に発生する中低音域の共鳴音を発生できる機能を有する。

アコースティックピアノでは、何もしなければ、弦をダンパーが押さえており、この場合の中低音域の共鳴音には押鍵時の衝撃音の影響は及ばず（その場合でも実際には微かにではあるがその音域の共鳴音が出力される）、高音域の共鳴音のみ発生する。これに対し、ダンパーペダル１１２を操作した場合、弦からダンパーが離れるので、押鍵時の衝撃音を含む振動による特に中低音域の鍵に対応する共鳴音が発生する。

本実施形態では、このようなアコースティックピアノの特性に応じて共鳴音を発生させることができるようにするために、夫々の波形データのうち対応する高音域の共鳴音波形データについては、該楽音波形データと共に（むしろ楽音波形データの一部として）、楽音波形データメモリ１に夫々記憶されており、押鍵指示に従って、ダンパーペダル１１２の操作状態に関わらず、楽音波形データ及び対応する高音域の共鳴音波形データを読み出し、楽音波形信号及び共鳴音波形信号を出力するようにした。

他方、中低音域の共鳴音波形データについては、上記のようにして出力された楽音波形信号を共鳴音生成装置３に入力すると共に、ペダル操作子操作情報に従って、ＣＰＵ１０２によって算出されＲＡＭ１０６上に設定される共鳴設定用の係数が該共鳴音生成装置３に送られ、それによってこの共鳴音生成装置３により、中低音域の共鳴音波形信号が出力される。

この共鳴音生成装置３は、デジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）で、構成されており、必要に応じて、ＣＰＵ１０２により、ＲＯＭ１０４のプログラムメモリ１０４ａからプログラムが読み出されて、本構成の場合、内部に、複数の共鳴音生成回路３０、３２、３４、３６、・・・・が構成されると共に、該回路内にあるディレイ回路で演算に必要な係数、すなわち上記ペダル操作子操作情報のペダル踏込み量に対応し、ＣＰＵ１０２によって算出されＲＡＭ１０４上に記憶された係数が、上記ＣＰＵ１０２によって夫々送られて設定され、夫々の回路で共鳴音が生成されて、最終的に、中低音域の共鳴音信号が出力される。

以下、図１を参照しながら本実施形態の共鳴音を生成する部分の構成を説明する。

図１に示すように、本実施形態の電子ピアノは、本願構成の１つである記憶装置としての楽音波形データメモリ１と、楽音生成装置２と、共鳴音生成装置３と、加算装置４とを備えている。

上記楽音波形データメモリ１は、上述のように、楽音情報の波形データ（この波形データの中には夫々の波形データのうち対応する高音域の共鳴音波形データも含む）が記憶されている。

上記楽音生成装置２は、楽音波形データメモリ１に記憶されている波形データ及びダンパーのない高音域の共鳴音波形データを読み出し、読み出された波形データ及び共鳴音波形データに基づいて楽音波形信号及びダンパーのない高音域の共鳴音波形信号を生成する。すなわち、該楽生成装置２は、楽音波形データメモリ１から鍵操作に対応して楽音波形データを読み出して楽音波形信号を生成し、また同時に夫々の波形データのうち対応する高音域の共鳴音波形データを読み出して共鳴音波形信号を生成する。

上記共鳴音生成装置３は、ＤＳＰで構成されており、上述のように、必要に応じて、ＣＰＵ１０２により、ＲＯＭ１０４のプログラムメモリ１０４ａからプログラムが読み出されて、ＤＳＰ内に、複数の共鳴音生成回路３０、３２、３４、３６、・・・・が構成され、該回路内にあるディレイ回路で演算に必要な係数が上記ＣＰＵ１０２によって夫々送られて設定され、上記楽音生成装置２から出力された楽音波形信号が入力される。この時、ペダルセンサ１１２ａからのペダル操作子操作情報に応じて、上記ＣＰＵ１０２により係数演算をし、それによりディレイ回路で演算に必要な上記係数変更が適宜なされて、夫々の回路で共鳴音が生成されて、最終的に、中低音域の共鳴音信号が出力される。

上記加算装置４は、上記楽音生成装置２から出力されてくる楽音波形信号及び共鳴音波形信号と、上記共鳴音生成装置３から出力されてくる中低音域の共鳴音波形信号とが入力され、これらの信号が加算された上で、ＤＡ変換器１１４側に出力する。

これらの加算された信号は、ＤＡ変換器１１４でアナログ信号に変換された後、サウンドシステム１１６に入力され、ＤＡ変換器１１４の出力信号を電子ピアノの出力として外部に発音させる。

以上の構成において、ダンパーペダルの効果がない高音域の共鳴音は、上記楽音波形データメモリ１から、楽音波形データとして（同一にして扱われて）読み出され、楽音生成装置２によって、第１の音域の共鳴音楽音信号が生成され、他方それ以外の音域の部分の（中低音域；第２の音域の）共鳴音は、上記共鳴音生成装置３による演算処理により第２の共鳴音楽音信号が生成され、それらの発音がなされることになる。

図３は、ＤＳＰで構成される上記共鳴音生成装置３の回路構成を示す概略図である。

同図に示すように、１つの共鳴音生成回路構成３０〜３Ｘは、ＲＯＭ１０４条のプログラムメモリから読み出されて構成された、ディレイ３０ａ〜３Ｘａ、ＣＰＵ１０２から送られてくる各係数をディレイ３０ａ〜３Ｘａの出力側に掛け合わせる乗算器３０ｂ〜３Ｘｂ、ディレイ３０ａ〜３Ｘａの入力側にその乗算値を加算する加算器３０ｃ〜３Ｘｃで構成され、最終的にこれらのディレイ３０ａ〜３Ｘａ側の出力を加算して出力する加算器３００を少なくとも備えている。そのうち、共鳴音生成回路構成３０はＣ音に対応する共振回路を、共鳴音生成回路構成３２はＣ＃音に対応する共振回路を、共鳴音生成回路構成３４はＤ音に対応する共振回路を、・・・・、共鳴音生成回路構成３ＸはＢ音に対応する共振回路を、各構成している。

これらの入力側には、上述のように、楽音生成装置２から出力された楽音波形信号が入力されており、他方これらの出力側には、上記共鳴音生成回路構成３０〜３Ｘにより上記楽音波形信号にディレイがかけられて出力される各Ｃ音〜Ｂ音の信号が出力される。

図４は、図３のＣ音に対応する共振回路の特性、Ｃ＃音に対応する共振回路の特性、Ｄ音に対応する共振回路の特性、・・・・、Ｂ音に対応する共振回路の特性を、各示している。同図に示すように、これらの共鳴音楽音信号は、ピッチが微妙にずれており、これは丁度、アコースティックピアノのダンパーペダルを操作した場合の共鳴音成分と一致している。これらの共鳴音楽音信号が最終的に上記加算器３００で加算され、１つの共鳴音楽音信号として出力される。上述のように、元々中低音域の楽音波形信号に対応した共鳴音楽信号に生成されるものであって、上記乗算器３０ｂ〜３Ｘｂに掛け合わせる係数は、上記ペダル操作子操作情報のペダル踏込み量に対応し、ＣＰＵ１０２によって算出されＲＡＭ１０４上に記憶された値であり、ＤＳＰで処理可能である。

次に、図５〜図７フローチャートを参照しながら、本実施形態の電子ピアノの動作を説明する。

図５は、電子ピアノのメイン処理を示すフローチャートである。電源オンで、ＣＰＵ１０２、ＲＡＭ１０６及び共鳴音生成装置３（ＤＳＰ）等を初期化する（ステップＳ１００）。

次に操作パネル１０８のスイッチ等の状態を読み込んで対応の処理を行うパネルイベント処理を行う（ステップＳ１０２）。そして鍵盤センサ１１０ａの出力に基づいて鍵盤イベントを実行する（ステップＳ１０４）。

さらに、ペダルセンサ１１２ａの出力に対応したペダルイベント処理が行われる（ステップＳ１０６）。次に楽音信号や共鳴音信号に関する楽音生成処理がなされ（ステップＳ１０８）、最後にその他の処理が行われる（ステップＳ１１０）。

図６は、図５の楽音生成処理（ステップＳ１０８）の詳細を示すフローチャートである。

まず、新規押鍵情報があるか否かのチェックがなされ（ステップＳ２００）、新規押鍵情報がない場合（ステップＳ２００；Ｎ）は、後述するステップＳ２０８の第２共鳴音信号生成処理に移行する。

逆に、新規押鍵情報がある場合（ステップＳ２００；Ｙ）は、押鍵情報に基づいた楽音生成装置２による楽音信号生成処理がなされる（ステップＳ２０２）。

そして押鍵情報中にあるキーコードが第１の音域内に共鳴関係にある鍵があるか否かのチェックが行われる（ステップＳ２０４）。該キーコードが第１の音域内に共鳴関係にある鍵である場合（ステップＳ２０４；Ｙ）、楽音生成装置２によって、楽音波形データメモリ１中から第１の音域（高音域）の共鳴音波形データが読み出され、第１の共鳴音波形信号が生成される（ステップＳ２０６）。

上記キーコードが第１の音域内に共鳴関係にある鍵でない場合（ステップＳ２０４；Ｎ）や第１共鳴音信号が生成された場合（ステップＳ２０６）の何れであっても、共鳴音生成装置３により、第２の共鳴音波形信号が生成される（ステップＳ２０８）。上述のように、ステップＳ２００で、新規押鍵情報がないと判断された場合（ステップＳ２００；Ｎ）も、第２の共鳴音波形信号が生成される（ステップＳ２０８）。

そして、加算装置４により、楽音信号、第１共鳴音信号、第２共鳴音信号を任意のバランスで加算する処理がなされ（ステップＳ２１０）、加算された楽音信号の発音処理がなされて（ステップＳ２１２）、図５のその他の処理（ステップＳ１１０）に復帰する。

図７は、図６のステップＳ２０８の第２共鳴音波形信号生成処理の詳細を示すフローチャートである。

まず、ペダルセンサ１１２ａから、ペダル操作子操作情報が送られ、ＣＰＵ１０２により、該情報からペダル踏込み量の取得処理がなされる（ステップＳ３００）。

取得されたペダル踏込み量に対応して、ＣＰＵ１０２によって算出されＲＡＭ１０４上に記憶された係数が選択され、該ＣＰＵ１０２によって、共鳴音生成装置３の各共鳴音生成回路３０〜３Ｘに設けられた乗算器３０ｂ〜３Ｘｂに、それらの係数が夫々送られて変更設定がなされ（ステップＳ３０２）、夫々の共鳴音生成回路３０〜３Ｘで共鳴音が生成されて、最終的に、第２の（中低音域の）共鳴音信号が、共鳴音生成装置３から出力される（ステップＳ３０４）。その後。図６のステップＳ２１０の、加算装置４による、楽音信号、第１共鳴音信号、第２共鳴音信号が任意のバランスで加算する処理に復帰する。

以上詳述した本実施例に係る電子ピアノでは、ダンパーペダル１１２の効果がない第１の音域（高音域）の共鳴音は、上記楽音波形データメモリ１の楽音波形データが読み出され、楽音生成装置２によって、押鍵のキーコードに相当する楽音波形信号の生成と共に、第１の音域の共鳴音楽音信号が生成されることになる。他方それ以外の音域の部分の（中低音域；第２の音域の）共鳴音は、上記共鳴音生成装置３による演算処理により第２の音域の共鳴音楽音信号が生成され、これらの楽音波形信号、共鳴音波形信号が加算装置４により加算処理されて、それらの発音がなされることになる。そのため、チャンネル数不足等を原因とする音切れの発生がなく、ピッチ制御のための遅延量を整数値で処理しても、高音域での共鳴音のピッチの正確な制御が可能になる。

尚、本発明の電子鍵盤楽器は、上述の電子ピアノにのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の電子鍵盤楽器は、電子ピアノだけでなく、電子オルガン、デジタルシンセサイザやモデリングシンセサイザなどに適用できる。

本発明の電子鍵盤楽器の一実施例を示す電子ピアノのうちの本発明の構成に係る機能構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る電子鍵盤楽器たる電子ピアノのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 共鳴音生成装置３の回路構成を示す概略図である。 図３のＣ音に対応する共振回路の特性、Ｃ＃音に対応する共振回路の特性、Ｄ音に対応する共振回路の特性、・・・・、Ｂ音に対応する共振回路の特性を、各示す波形図である。 電子ピアノのメイン処理を示すフローチャートである。 図５のステップＳ１０８の楽音生成処理詳細を示すフローチャートである。 図６のステップＳ２０８の第２共鳴音波形信号生成処理の詳細を示すフローチャートである。

１ 楽音波形データメモリ
２ 楽生成装置
３ 共鳴音生成装置
４ 加算装置
３０、３２、３４、３６、３Ｘ 共鳴音生成回路
３０ａ〜３Ｘａ ディレイ
３０ｂ〜３Ｘｂ、 乗算器
３０ｃ〜３Ｘｃ、３００ 加算器
１００ システムバス
１０２ ＣＰＵ
１０４ ＲＯＭ
１０６ ＲＡＭ
１０８ 操作パネル
１１０ 鍵盤
１１０ａ 鍵盤センサ
１１２ ダンパーペダル
１１２ａ ペダルセンサ
１１４ ＤＡ変換器
１１６ サウンドシステム

Claims (1)

1. 楽音波形データを記憶する記憶装置と、
   押鍵情報に従って上記記憶装置から該当する楽音波形データを読み出し楽音波形信号及び該楽音の高音域の共鳴音波形信号を生成する楽音生成装置と、
   任意の共鳴音生成回路を構成でき、上記楽音波形信号を入力とし、ダンパーペダル操作子の操作情報及び押鍵情報に従って、該共鳴音生成回路で上記楽音の中低音域の共鳴音信号を生成し、その信号を出力する共鳴音生成装置と、
   上記楽音生成装置と上記共鳴音生成装置から夫々出力された楽音信号と共鳴音信号を加算して出力する加算装置と
   を少なくとも有することを特徴とする電子鍵盤楽器。

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