JP6805060B2 - 共鳴音制御装置及び共鳴音の定位制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子ピアノにおける効果付与装置に関し、特に、アコースティックピアノにおいてダンパーペダルが踏まれた状態で任意の鍵を押鍵する際に発生する弦の共鳴（ダンパーレゾナンス）について、自然な定位で再現可能とした共鳴音制御装置及び共鳴音の定位制御方法に関する。

アコースティックピアノの場合、ダンパーペダルが踏まれると、全ての鍵においてダンパーレバーの回動にしたがってダンパーフェルトが各弦から離れる。この状態で任意の鍵を押鍵すると、押鍵に応答してアクションが動作してハンマーが弦を打ち、弦の振動が響板に伝えられて楽音が発せられるとともに、他の全ての弦との間で共鳴（ダンパーレゾナンス）が生じることになる。通常時（ダンパーペダルが踏まれていない時）は、ダンパーフェルトが弦に接して振動を抑制するように構成されている。

電子ピアノの場合、主となるピアノの実音以外にも様々な付加音や付加効果を付与することで音のリアリティを高め、アコースティックピアノによる発音に近づけることが行われている。

上述したダンパーレゾナンスを再現するため、従来の電子ピアノにおいては、楽音を発する際に共鳴による効果を音源に付与する処理（ダンパーレゾナンスのステレオ出力処理）が行われていた。
ダンパーレゾナンスのステレオ出力処理では、複数の共鳴音に対して左右の音量を付けて定位させたり、正相や逆相の出力を合成したりすることで最終的に出力する信号を作成していた。

また、特許文献１には、パイプオルガンの響きを模倣した電子楽器におけるパイプオルガンの音について、定位させた後に残響を付与する技術が開示されている。

特許第３０６１４０３号公報

しかしながら、従来の電子ピアノで行われているダンパーレゾナンスのステレオ出力処理では、音量差による定位を与える場合、音像が平面的になったり、正相や逆相の合成処理で定位を与える場合、定位があやふやで不自然となったりするという問題点があった。
また、各鍵の共鳴音に左右の時間差をつけて合成すれば、より自然な定位が再現できるが、各鍵で時間差を付与するには大容量のバッファメモリが必要となり、大規模な構成となり現実的でないという問題点があった。

また、特許文献１では、共鳴音を定位させた後に残響を付与しているが、共鳴音をグループ化する処理ではない。

本発明は上記実情に鑑みて提案されたもので、電子ピアノにおける共鳴音の付与に関して、大規模な構成を採ることなく自然な定位が再現できる共鳴音制御装置及び共鳴音の定位制御方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため本発明の請求項１に係る共鳴音制御装置は、 複数の鍵と、前記鍵の押下により発音する発音手段を有する電子ピアノにおいて、
前記各鍵に対応して前記発音手段からの音源をステレオ入力し、左右で音量差が生じるようにステレオ出力する共鳴回路と、
複数の共鳴回路を１グループとしてステレオミックス処理を行う複数の共鳴回路グループと、
前記各共鳴回路グループからの各ステレオ出力に対して時間差を与える遅延回路と、を備え、
前記各遅延回路の出力を合成してステレオ出力を得ることでダンパーレゾナンス効果を付与することを特徴としている。

請求項２の共鳴音制御装置は、請求項１において、
各グループを構成する複数の共鳴回路からのステレオ出力は、鍵盤における鍵位置に応じて左右の音量差が付与されることを特徴としている。

請求項３の共鳴音制御装置は、請求項１において、
各共鳴回路グループからのステレオ出力は、鍵盤における鍵位置に応じて異なる遅延時間が付与されることを特徴としている。

請求項４の共鳴音の定位制御方法は、
複数の各鍵に対する複数の共鳴回路を１グループとして複数の共鳴回路グループを形成し、
前記各共鳴回路グループを構成する各共鳴回路に音源からの実音を入力し音量差をつけたステレオミックス処理を行い、
各共鳴回路グループからの各ステレオ出力に対して遅延回路を介して時間差を与え、
前記各遅延回路の各ステレオ出力を合成してステレオ出力を得ることでダンパーレゾナンス効果を付与することを特徴としている。

本発明によれば、電子ピアノにおいて、各鍵に対応する共鳴回路をグループ化し、グループ内における左右の出力同士を加算した後に遅延回路で時間差を付与することで、大容量のメモリを必要とすることなく自然な定位のステレオ出力を得ることができる。

本発明の共鳴音制御装置を備えた電子ピアノのハード構成を示すブロック図である。 共鳴音制御装置の構成を示すブロック図である。 ダンパーレゾナンス効果付与回路の詳細構成を示すブロック図である。

以下、本発明の一実施形態に係る共鳴音発音装置について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の共鳴音制御装置を備えた電子ピアノのハード構成を示すブロック図である。
同図において、バスライン４０には、ＣＰＵ１、ＲＡＭ２、ＲＯＭ３、プログラムメモリ４、楽音波形メモリ５、音源装置６、鍵盤インタフェース７、ペダルインタフェース８、パネルインタフェース９および共鳴音制御装置１０が接続される。

鍵盤インタフェース７には鍵盤装置７０が、ペダルインタフェース８にはペダル装置８０が、パネルインタフェース９には操作パネル９０がそれぞれ接続される。
鍵盤装置７０は、複数（例えば８８鍵）の鍵（キー）と、各鍵の押し下げ量を検出するためのキーセンサとを備える。
鍵盤インタフェース７は、キーセンサの出力信号に基づいてキーイベント情報やタッチ情報を生成し、これらの情報はキーナンバに対応づけられてＲＡＭ２に記憶される。

ペダル装置８０は、アコースティックピアノにおける各ペダルの踏み込みによる効果を電子ピアノで再現させるために設けられる。ペダル装置８０は、全ての弦に対して共鳴させるダンパーペダル、特定の弦に対して共鳴させるソステヌートペダル、発音を小さくするソフトペダル、及び、これらペダルの踏み込み量を検出するセンサ（ボリューム）からなる。ダンパーペダルの踏み込み量を検出するセンサ（ボリューム）は、例えば８段階の踏み込み量が検出できるようになっている。そして、踏み込み量に応じて制御が可能なように構成されている。

共鳴音制御装置１０にはデジタル／アナログ変換器２０が接続され、デジタル／アナログ変換器２０には、アンプやスピーカを含むサウンドシステム３０が接続される。アンプやスピーカは音像の方向を制御してステレオ出力できるように２組設けられている。

ＣＰＵ１は、プログラムメモリ４に格納されている制御プログラムに従って、各構成要素を制御する。楽音波形メモリ５には複数の音色に対応した波形データが記憶され、ＲＯＭ３には、楽音波形データを処理して楽音を生成するためのパラメータが記憶される。ＲＡＭ２はＣＰＵ１がプログラムを実行する際の各種データを一時記憶するワークエリアとして使用される。操作パネル９０はＬＣＤスクリーンや各種スイッチおよびボリューム、ならびにＬＥＤなどの表示灯からなり、例えば、鍵盤装置７０に隣接して設けられるコントロールパネル上に配置される。

演奏時、鍵盤装置７０から入力されるキーオン信号に応答して楽音波形メモリ５から音源装置６へ楽音波形データが読み出される。楽音波形データは、キーオン信号に含まれるキーオンナンバに応じた周波数で読み出される。音源装置６では、読み出された楽音波形データに対して、ベロシティに応じたアタック部の形成を含むエンベロープ制御および効果の付加等の処理がなされ、楽音信号が形成される。楽音信号は、共鳴音制御装置１０により共鳴音が付与され、デジタル／アナログ変換器２０でアナログ楽音信号に変換された後、サウンドシステム３０に供給される。サウンドシステム３０ではアナログ楽音信号をアンプで増幅した後、スピーカで発音する。

本発明の共鳴音制御装置は、図２に示すように、ダンパーが離れた状態での弦の共鳴音（ダンパーレゾナンス）をダンパーレゾナンス効果付与回路１０で作成し、音源（ピアノの実音）に付加する装置である。

このダンパーレゾナンス効果付与回路（共鳴音制御装置）１０は、図３に示すように、複数（例えば、８８個）の鍵にそれぞれ対応する各共鳴回路を備えている。複数の共鳴回路は、数個で１つの共鳴回路グループを構成している。この例では、複数の共鳴回路について、共鳴回路グループ１１，共鳴回路グループ１２，共鳴回路グループ１３の３つのグループを形成し、グループ内で音量差や正相・逆相等のステレオミックス処理を行う。

共鳴回路グループ１１を形成する各共鳴回路１４は、ステレオ入力された音源（ピアノの実音）をモノラル化し、左右で音量差が生じるようにステレオ出力する。例えば、共鳴回路１４ａでは、入力された音量１．０に対して、右側出力０．９、左側出力０．１の割合で音量差を付けて出力する。共鳴回路１４ｂでは、入力された音量１．０に対して、右側出力０．８、左側出力０．２の割合で音量差を付けて出力する。共鳴回路１４ｃでは、入力された音量１．０に対して、右側出力０．７、左側出力０．３の割合で音量差を付けて出力する。
各共鳴回路１４ａ，１４ｂ，１４ｃの右側出力、及び、各共鳴回路１４ａ，１４ｂ，１４ｃの左側出力はそれぞれ加算され、遅延回路１７Ｒ及び遅延回路１７Ｌを介して出力されることで左右出力に時間差が付与される。

同様に、共鳴回路グループ１２を形成する各共鳴回路１５は、ステレオ入力された音源（ピアノの実音）をモノラル化し、左右で音量差が生じるようにステレオ出力する。例えば、共鳴回路１５ａでは、入力された音量１．０に対して、右側出力０．６、左側出力０．４の割合で音量差を付けて出力する。共鳴回路１５ｂでは、入力された音量１．０に対して、右側出力０．５、左側出力０．５の割合で音量差を付けて出力する。共鳴回路１５ｃでは、入力された音量１．０に対して、右側出力０．４、左側出力０．６の割合で音量差を付けて出力する。
各共鳴回路１５ａ，１５ｂ，１５ｃの右側出力、及び、各共鳴回路１５ａ，１５ｂ，１５ｃの左側出力はそれぞれ加算され、遅延回路１８Ｒ及び遅延回路１８Ｌを介して出力されることで左右出力に時間差が付与される。

同様に、共鳴回路グループ１３を形成する各共鳴回路１６は、ステレオ入力された音源（ピアノの実音）をモノラル化し、左右で音量差が生じるようにステレオ出力する。例えば、共鳴回路１６ａでは、入力された音量１．０に対して、右側出力０．３、左側出力０．７の割合で音量差を付けて出力する。共鳴回路１６ｂでは、入力された音量１．０に対して、右側出力０．２、左側出力０．８の割合で音量差を付けて出力する。共鳴回路１６ｃでは、入力された音量１．０に対して、右側出力０．１、左側出力０．９の割合で音量差を付けて出力する。
各共鳴回路１６ａ，１６ｂ，１６ｃの右側出力、及び、各共鳴回路１６ａ，１６ｂ，１６ｃの左側出力はそれぞれ加算され、遅延回路１９Ｒ及び遅延回路１９Ｌを介して出力されることで左右出力に時間差が付与される。

また、グループ１１、グループ１２、グループ１３からの各ステレオ出力に対する遅延回路１７，１８，１９による遅延時間は、グループの鍵位置（鍵盤に向かって、右側、中央、左側）に応じてグループ毎に異なる遅延時間が与えられる。

最後に、グループ毎に処理されたそれぞれの時間差付きステレオ出力（各遅延回路からの出力）を左右別に合成してステレオ出力する。このような処理を行うことで、出力される共鳴音（右側及び左側）について、鍵盤における鍵位置に応じて左右の音量差と時間差が付与されて明確なステレオ効果を与えることができる。
なお、各共鳴回路１４，１５，１６の出力における音量差や、各遅延回路１７，１８，１９における時間差は、予め設定された比率や遅延時間が用いられる。

上述した共鳴音制御装置（ダンパーレゾナンス効果付与回路）１０においては、複数の鍵を３つのグループに分けたが、４以上に分けても良い。

上述した共鳴音制御装置（ダンパーレゾナンス効果付与回路）１０によれば、電子ピアノにおいて、各鍵に対応する共鳴回路１４，１５，１６をグループ化し、グループ１１、１２，１３内における左右の出力同士を加算した後に遅延回路１７，１８，１９で時間差を付与することで、大容量のメモリを必要とすることなく自然な定位のステレオ出力を得ることができる。

１…ＣＰＵ、 ２…ＲＡＭ、 ３…ＲＯＭ、 ４…プログラムメモリ、 ５…楽音波形メモリ、 ６…音源装置（発音手段）、 ７…鍵盤インタフェース、 ８…ペダルインタフェース、 ９…パネルインタフェース、 １０…ダンパーレゾナンス効果付与回路（共鳴音制御装置）、 １１，１２，１３…共鳴回路グループ、 １４，１５，１６…共鳴回路、 １７Ｒ，１８Ｒ，１９Ｒ…遅延回路、 １７Ｌ，１８Ｌ，１９Ｌ…遅延回路、 ２０…デジタル／アナログ変換器、 ３０…サウンドシステム、 ４０…バスライン、 ７０…鍵盤装置、 ８０…ペダル装置、 ９０…操作パネル。

Claims (4)

1. 複数の鍵と、前記鍵の押下により発音する発音手段を有する電子ピアノにおいて、
   前記各鍵に対応して前記発音手段からの音源をステレオ入力し、左右で音量差が生じるようにステレオ出力する共鳴回路と、
   複数の共鳴回路を１グループとしてステレオミックス処理を行う複数の共鳴回路グループと、
   前記各共鳴回路グループからの各ステレオ出力に対して時間差を与える遅延回路と、を備え、
   前記各遅延回路の出力を合成してステレオ出力を得ることでダンパーレゾナンス効果を付与することを特徴とする共鳴音制御装置。
2. 各グループを構成する複数の共鳴回路からのステレオ出力は、鍵盤における鍵位置に応じて左右の音量差が付与される請求項１に記載の共鳴音制御装置。
3. 各共鳴回路グループからのステレオ出力は、鍵盤における鍵位置に応じて異なる遅延時間が付与される請求項１に記載の共鳴音制御装置。
4. 複数の各鍵に対する複数の共鳴回路を１グループとして複数の共鳴回路グループを形成し、
   前記各共鳴回路グループを構成する各共鳴回路に音源からの実音を入力し音量差をつけたステレオミックス処理を行い、
   各共鳴回路グループからの各ステレオ出力に対して遅延回路を介して時間差を与え、
   前記各遅延回路の各ステレオ出力を合成してステレオ出力を得ることでダンパーレゾナンス効果を付与する
   ことを特徴とする共鳴音の定位制御方法。

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