JP7045060B2

JP7045060B2 - 電子ドラムパッド

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Publication number: JP7045060B2
Application number: JP2018077143A
Authority: JP
Inventors: 春彦本橋; 達也西川
Original assignee: Korg Inc
Current assignee: Korg Inc
Priority date: 2018-04-12
Filing date: 2018-04-12
Publication date: 2022-03-31
Anticipated expiration: 2038-04-12
Also published as: JP2019184885A

Description

本発明は電子ドラムパッドに関する。

電子ドラムパッドの従来例として、例えば特許文献１、特許文献２がある。特許文献１の電子ドラムパッドは、リムショット検出用のピエゾセンサを別途設け、リムが打撃されたことを検知して、リムショットのレベルに応じたＰＣＭ信号を再生する。特許文献２の電子ドラムパッドは、ゴムに覆われたリム部に設けたリムセンサ（メンブレンスイッチ）によりリムショットを検出して、リムショットのレベルに応じたＰＣＭ信号を再生する。

特開２００５－１９５９２８号公報特開平９－１９８０４０号公報

リムショットのレベルに応じたＰＣＭ信号を再生する場合以下のような課題があった。

１）リムショット用に予め用意されたＰＣＭ信号を用いるのみでは、再現できる音のダイナミックレンジが狭くなってしまい、アコースティックドラムの打撃音の再現性に欠けるという課題。

２）リムショットのレベルに応じたＰＣＭ信号の選択、再生に数ｍｓｅｃ程度の時間を要することから、打撃からＰＣＭ信号再生までに数ｍｓｅｃ程度の遅れが生じ、アコースティックドラムの打撃音の再現性に欠けるという課題。

そこで本発明では、アコースティックドラムのリムショットを忠実に再現できる電子ドラムパッドを提供することを目的とする。

本発明の電子ドラムパッドは、圧電素子と、音色加工部と、ＰＣＭ信号選択部と、信号合成部を含む。

圧電素子は、電子ドラムパッドを打撃した打撃音に対応する信号を取得する。音色加工部は、圧電素子が取得した信号の音色を加工してなる音色加工信号を出力する。ＰＣＭ信号選択部は、圧電素子が取得した信号のレベルに応じてＰＣＭ信号を選択する。信号合成部は、音色加工信号と選択されたＰＣＭ信号を合成する。

本発明の電子ドラムパッドによれば、アコースティックドラムのリムショットを忠実に再現できる。

実施例１の電子ドラムパッドの分解斜視図。実施例１の電子ドラムパッドの断面図。実施例１の電子ドラムパッドの制御部の構成を示すブロック図。実施例１の電子ドラムパッドの制御部の動作を示すフローチャート。レベル検出部が実行する処理を例示する図であって、図５（ａ）はメンブレンスイッチがＯＮになった時刻を示し、図５（ｂ）はメンブレンスイッチのＯＮ状態の有効時間を示し、図５（ｃ）は有効時間内の入力信号のレベルをフレーム毎に取得する処理を示し、図５（ｄ）は取得したレベルから最大値を決定する処理を示す。ＰＣＭ信号記憶部に記憶されるＰＣＭ信号の例を示す図。実施例１の電子ドラムパッドの音色加工部の構成を示すブロック図。実施例１の電子ドラムパッドの音色加工部の動作を示すフローチャート。音色加工部に入力される信号を例示する図であって、図９（ａ）はセンターショットの打撃信号、図９（ｂ）はエッジショットの打撃信号、図９（ｃ）はオープンリムショットの打撃信号の例を示す。音色加工部が生成するエンベロープを例示する図であって、図１０（ａ）はセンターショットの打撃信号の二種類のエンベロープ、図１０（ｂ）はエッジショットの打撃信号の二種類のエンベロープ、図１０（ｃ）はオープンリムショットの打撃信号の二種類のエンベロープを示し、図１０（１）は打撃信号それぞれをバンドパスフィルタリングして生成した第１の信号のエンベロープ、図１０（２）は打撃信号それぞれをハイパスフィルタリングして生成した第２の信号のエンベロープを示す。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。

以下、図１、図２を参照して、実施例１の電子ドラムパッドの構造を説明する。図１、図２に示すように本実施例の電子ドラムパッド１は、アコースティックドラムのシェル９に着脱可能である。電子ドラムパッド１は、シェルエッジクッション１１と、トレイ１２と、ヘッド１３と、フープ１４と、メンブレンスイッチ１５と、ラバーリング１６と、第１ピエゾセンサ１８ａ（図示略）と、第２ピエゾセンサ１８ｂ（図示略）と、制御部１９（図示略）を含む構成である。

＜シェルエッジクッション１１＞
シェルエッジクッション１１は、シェル９と略等しい直径のリング形状であって、その上面に粘着剤を含み、その上面はトレイ１２の裏面の縁に接着され、その下面はシェル９の上端面と接触する。シェルエッジクッションは弾性ゴム、例えばＣＲゴムでよい。シェルエッジクッション１１は、シェル９への衝撃の伝搬を吸収し、胴鳴りを防止する目的で設けられている。

＜トレイ１２＞
トレイ１２は、シェル９と略等しい直径の円形の浅い皿形状であって、その縁の裏面がシェルエッジクッション１１の上面と接着される。トレイ１２は、硬質樹脂材料、例えばＰＣ（ポリカーボネート）でよい。

＜ヘッド１３＞
ヘッド１３は、その内径がシェル９の直径より僅かに大きいリング１３１とリング１３１に張られたメッシュ生地１３２からなる。ヘッド１３は、トレイ１２に覆い被さった状態で固定され、メッシュ生地１３２は所定の張力を保持してトレイ１２に張られる。リング１３１は、金属、例えばアルミなどでよい。メッシュ生地１３２は特殊な糸を編み込んでなる網状の生地である。

＜フープ１４＞
フープ１４は、アコースティックドラムのリムに対応する。フープ１４は、その下端面にリング１３１の上端面および外側面と係り合う切欠き１４１を含み、リング１３１と略等しい直径のリング形状である。フープ１４は、電子ドラムパッド１のリムショットの打感をアコースティックドラムに近づけるために金属とすれば好適である。また後述する音色加工部１９１においてハイパスフィルタリングした信号成分から、アコースティックドラムのリムショット音に近い音を生成するためにも、リムショットには、金属音が含まれていることが好適であるため、フープ１４を金属とすれば好適である。フープ１４は、例えばアルミなどでよい。

＜メンブレンスイッチ１５＞
メンブレンスイッチ１５は、シェル９と略等しい直径のリング・シート形状であって、その下面に粘着剤を含み、フープ１４の上端面に貼り付けられる。メンブレンスイッチ１５は、ＰＥＴシートに回路パターンである銀ペースト、カーボンペーストをスクリーン印刷して実現すればよい。

＜ラバーリング１６＞
ラバーリング１６は、アコースティックドラムのリムの打撃面に対応する。ラバーリング１６は、その周方向に垂直な断面がドーム形状、かつシェル９と略等しい直径のリング形状であって、ドーム形状の脚部がフープ１４の上部と係り合い、ドーム内の空隙１７を介して（フープ１４、メンブレンスイッチ１５の上方に空隙を設けた状態で）、フープ１４、メンブレンスイッチ１５の上面に覆い被さる。ラバーリング１６は、弾性ゴム、例えばＥＰＤＭゴムとすることができる。ラバーリング１６は、演奏者がリムを打撃した際に、適度に硬い打感が残る程度の素材、厚さ、硬度とすることが望ましい。上述の空隙１７も打感に影響を与える。具体的には、空隙１７を設けることで、リムを打撃した際に、フープ１４の硬い打感を適度に残すことができる。空隙１７の高さは、０．７５ｍｍ程度とすれば好適である。また、ラバーリング１６をＥＰＤＭゴムとし、その硬さを、デュロメータタイプＡにおける硬度５０以上７０以下とした場合、好適な打感を得ることができた。

上述の好適な条件において、ラバーリング１６の厚さを１．５ｍｍ～５．０ｍｍまで、０．５ｍｍ刻みで変更し、打感を評価する実験を行ったところ、下表の結果を得た。

ラバーリング１６をＥＰＤＭゴムとし、厚さを１．５ｍｍとした結果では、繰り返しの演奏に十分な強度を確保することができず、ラバーリング１６が破損してしまうことがあった。ラバーリング１６をＥＰＤＭゴムとし、厚さを４．５ｍｍ以上とした結果では、打感がゴムに近づきすぎてしまい、アコースティックシンバルの打感を再現することができなかった。ラバーリング１６をＥＰＤＭゴムとし、厚さを２．０ｍｍ～４．０ｍｍとした結果では、強度、静音性、打感、後述する音色加工のしやすさのすべてを満足する結果となった。

＜第１、第２ピエゾセンサ１８ａ，１８ｂ＞
第１ピエゾセンサ１８ａは、トレイ１２の裏面中央付近に設けられる（図示略）。第２ピエゾセンサ１８ｂは、リム周辺に設けられる。第１、第２ピエゾセンサ１８ａ，１８ｂは、電子ドラムパッド１を打撃した打撃音に対応する信号を取得する。第１、第２ピエゾセンサ１８ａ，１８ｂは、他の任意の圧電素子に代替可能である。

＜制御部１９＞
制御部１９は、設計上の都合に応じて、電子ドラムパッド１の任意の箇所に配置することができる。制御部１９は、ＣＰＵやメモリなどを含むマイクロコンピュータ、電子回路、電気回路、またはこれらの二つ以上の組み合わせなどによって実現できる。制御部１９は、メンブレンスイッチ１５、第１ピエゾセンサ１８ａ、第２ピエゾセンサ１８ｂからデータを取得できるように、これらのスイッチ、センサと直接、または間接的に接続されているものとし、電子ドラムパッド１と接続されるヘッドホン、スピーカー、ＰＣなどにデータを送信できるように、これらの機器と直接、または間接的に接続可能であるものとする。

図３を参照して、制御部１９の構成を説明する。同図に示すように、制御部１９は、音色加工部１９１と、レベル検出部１９２と、ＰＣＭ信号選択部１９３と、ＰＣＭ信号記憶部１９３ａと、信号合成部１９４を含む構成である。図４を参照して、各構成要件の動作を説明する。

＜音色加工部１９１＞
同図に示すように、音色加工部１９１は、第１ピエゾセンサ１８ａ、第２ピエゾセンサ１８ｂから取得した信号の音色を加工して音色加工信号として出力する（Ｓ１９１）。ステップＳ１９１の処理の詳細については後述する。レベル検出部１９２は、メンブレンスイッチ１５からメンブレンスイッチ１５がＯＮになったことを示す情報を取得し、メンブレンスイッチ１５のＯＮ状態の有効時間（予め設定する、例えば１０ｍｓｅｃ）内の所定のフレーム数の入力信号のレベルを検出し、検出したレベルのうち最大値を検出する（Ｓ１９２）。例えば図５（ａ）に示すように、レベル検出部１９２はメンブレンスイッチ１５がＯＮになったことをＴ_０秒で検出する。図５（ｂ）に示すように、レベル検出部１９２はその後のＴ_１秒間を、メンブレンスイッチ１５のＯＮ状態の有効時間とする。図５（ｃ）に示すように、レベル検出部１９２は有効時間のＴ_１秒間に含まれる入力信号のフレームのうち、所定のフレーム数について信号のレベルを検出する。レベル検出に要する時間をメンブレンスイッチ１５のＯＮ検出からＴ_２秒とする。図５（ｄ）に示すように、レベル検出部１９２は、検出したレベルのうち最大値を検出する。最大値の検出までに要する時間をＴ_３秒とする。ＰＣＭ信号選択部１９３は、信号のレベルに応じてＰＣＭ信号を選択する（Ｓ１９３）。より詳細にはＰＣＭ信号選択部１９３は、検出したレベルの最大値に対応するＰＣＭ信号をＰＣＭ信号記憶部１９３ａから選択する。ＰＣＭ信号記憶部１９３ａには、選択対象となるＰＣＭ信号が予め記憶されている。ＰＣＭ信号記憶部１９３ａに記憶するＰＣＭ信号の例として、図６を参照して説明する。例えば、同図に示すように、弱打から強打までの８段階の打撃強度によるそれぞれのリムショット音のＰＣＭ信号（ＰＣＭ－１，ＰＣＭ－２，…，ＰＣＭ－８）に１６段階のレベルバリエーション（ＬＥＶＥＬ－１，ＬＥＶＥＬ－２，…，ＬＥＶＥＬ－１６）を設け、計１２８階調のダイナミックレンジとしてもよい。なお、ＰＣＭ信号記憶部１９３ａに予め記憶するＰＣＭ信号は、図６の例に限らず、他のパターンとしてもよい。

ＰＣＭ信号選択までに要する時間をメンブレンスイッチ１５のＯＮ検出からＴ_４秒とする（図示略）。上述したようにＴ_０～Ｔ_４などの遅延の要因があるため、演奏者がリムを打撃してからＰＣＭ信号が再生されるまでには７ｍｓｅｃ程度の遅延が生じる。

信号合成部１９４は、ステップＳ１９１の出力である音色加工信号と、ステップＳ１９３で選択されたＰＣＭ信号を合成する（Ｓ１９４）。前述したように、ＰＣＭ信号は演奏者によるリムの打撃の瞬間よりも若干遅れたタイミングで再生が始まるため、リムを打撃した直後については、音色加工信号のみ再生可能な場合がある。この場合、信号合成部１９４は、音色加工信号のみを出力するか、音色加工信号と、ＰＣＭ信号の代わりに挿入される初期信号を合成して出力する。信号合成部１９４から出力された信号は、別装置であるスピーカ、ヘッドホン、ＰＣなどに入力され、これらの装置で再生される。

このように、本実施例の電子ドラムパッド１は、従来と同様のＰＣＭ信号に、圧電素子（第１、第２ピエゾセンサ１８ａ，１８ｂ）が取得した信号の音色を加工してなる音色加工信号を合成するため、従来の方式よりもダイナミックレンジが改善する。また、ＰＣＭ信号未取得時であっても、音色加工信号を先に再生することができるため、ＰＣＭ信号方式の弱点であった遅延の問題を解消することができる。

＜音色加工部１９１＞
次に、図７、図８を参照して、音色加工部１９１の詳細な構成および動作を説明する。図７に示すように、音色加工部１９１は、バンドパスフィルタ部１９１１と、ハイパスフィルタ部１９１２と、第１エンベロープ生成部１９１３と、第２エンベロープ生成部１９１４と、第1加工部１９１５と、第２加工部１９１６と、加工信号合成部１９１７を含む。

まず、バンドパスフィルタ部１９１１は、第１、第２ピエゾセンサ１８ａ，１８ｂが取得した信号を所定の帯域においてバンドパスフィルタリングして第１の信号を生成する（Ｓ１９１１）。ハイパスフィルタ部１９１２は、第１、第２ピエゾセンサ１８ａ，１８ｂが取得した信号を所定の帯域においてハイパスフィルタリングして第２の信号を生成する（Ｓ１９１２）。

次に、第１エンベロープ生成部１９１３は、第１の信号のエンベロープを生成する（Ｓ１９１３）。第２エンベロープ生成部１９１４は、第２の信号のエンベロープを生成する（Ｓ１９１４）。

次に、第１加工部１９１５は、第１の信号のエンベロープに所定の音（例えば、ドラムの基音を中心とした音、スネアのノイズ音を合成した音）を合成して第１の加工信号を生成する（Ｓ１９１５）。第２加工部１９１６は、第２の信号のエンベロープに所定の音（例えば、高次倍音を多く含む金属的な音）を合成して第２の加工信号を生成する（Ｓ１９１６）。

最後に、加工信号合成部１９１７は、第１の加工信号と第２の加工信号を合成して、音色加工信号を生成し、当該音色加工信号を出力する（Ｓ１９１７）。

すなわち、音色加工部１９１全体としては、圧電素子（第１、第２ピエゾセンサ１８ａ，１８ｂ）が取得した信号を所定の帯域においてバンドパスフィルタリングして生成した第１の信号のエンベロープに所定の音を合成した第１の加工信号と、圧電素子が取得した信号を所定の帯域においてハイパスフィルタリングして生成した第２の信号のエンベロープに所定の音を合成した第２の加工信号とを合成してなる音色加工信号を出力する処理が実行される。

以下、図９、図１０を参照して、電子ドラムパッド１にセンターショット、エッジショット、オープンリムショットにあたる打撃を与えた場合に観測されるそれぞれの波形およびこれに基づいて生成されるエンベロープの違いについて説明する。

＜センターショット＞
例えば図９（ａ）に示すセンターショットを与えた場合の波形では、信号の先頭部分に中域の周波数成分が多く含まれ、時間の進行とともに低周波数帯成分が多くなる。図９（ａ）の波形には、高域の周波数成分はあまり含まれていない。

図９（ａ）の信号に対してバンドパス（中域強調）フィルタ処理を実行してそのエンベロープを生成した場合、図１０（ａ）-（１）に示すように、信号の先頭部分に中域の周波数成分を多く含んでいることを示すピークが現れる。また、図９（ａ）の信号に対してハイパス（高域強調）フィルタ処理を実行してそのエンベロープを生成した場合、図１０（ａ）-（２）に示すように、信号の先頭部分にわずかに高域の周波数成分を含んでいることを示すわずかなピークが現れる。従って、図１０（ａ）-（１）に示すエンベロープに対して所定の音（ドラムの基音を中心とした音、スネアのノイズ音）を合成した第１の加工信号は、ドラム中心部を打撃した音そのものを再現する音といえる。これに対し、図１０（ａ）-（２）に示すエンベロープに対して所定の音（高次倍音を多く含む金属的な音）を合成した第２の加工信号は、相対的に小さな音となり、センターショットによるリムの鳴りが小さいことを再現している。よって、第１の加工信号と第２の加工信号とを合成してなる音色加工信号により、センターショットの打撃音（基音付近が中心で高次倍音が少ない、アタックの強い音）を忠実に再現することができる。

＜エッジショット＞
例えば図９（ｂ）に示すエッジショットを与えた場合の波形では、信号の先頭部分に高域の周波数成分が多く含まれ、その後、中域の周波数成分が多く含まれるようになり、その後、時間の進行とともに低周波数帯成分が多くなる。

図９（ｂ）の信号に対してバンドパス（中域強調）フィルタ処理を実行してそのエンベロープを生成した場合、図１０（ｂ）-（１）に示すように、信号の先頭より少し進んだ部分に中域の周波数成分を含んでいることを示すなだらかなピークが現れる。また、図９（ｂ）の信号に対してハイパス（高域強調）フィルタ処理を実行してそのエンベロープを生成した場合、図１０（ｂ）-（２）に示すように、信号の先頭部分に高域の周波数成分を多く含んでいることを示す強いピークが現れる。従って、図１０（ｂ）-（１）に示すエンベロープに対して所定の音（ドラムの基音を中心とした音、スネアのノイズ音）を合成した第１の加工信号は、エッジショットが加えられた時のドラム中心部分の鳴りを再現している音といえる。これに対し、図１０（ｂ）-（２）に示すエンベロープに対して所定の音（高次倍音を多く含む金属的な音）を合成した第２の加工信号は、エッジショットが加えられた時のリムを打撃した音そのものを再現している音といえる。よって、第１の加工信号と第２の加工信号とを合成してなる音色加工信号により、エッジショットの打撃音（金属的なアタックが先に聴こえ、基音周辺の音は後から聴こえる、全体としてあまりアタックの強くない音）を忠実に再現することができる。

＜オープンリムショット＞
例えば図９（ｃ）に示すオープンリムショットを与えた場合の波形では、信号の先頭部分に高域、中域の周波数成分が多く含まれ、その後、時間の進行とともに低周波数帯成分が多くなる。

図９（ｃ）の信号に対してバンドパス（中域強調）フィルタ処理を実行してそのエンベロープを生成した場合、図１０（ｃ）-（１）に示すように、信号の先頭に中域の周波数成分を含んでいることを示すピークが現れる。また、図９（ｃ）の信号に対してハイパス（高域強調）フィルタ処理を実行してそのエンベロープを生成した場合、図１０（ｃ）-（２）に示すように、信号の先頭部分に高域の周波数成分を多く含んでいることを示す急峻なピークが現れる。従って、図１０（ｃ）-（１）に示すエンベロープに対して所定の音（ドラムの基音を中心とした音、スネアのノイズ音）を合成した第１の加工信号は、オープンリムショットが加えられた時のドラム中心部分を打撃した音そのものを再現しているといえる。これに対し、図１０（ｃ）-（２）に示すエンベロープに対して所定の音（高次倍音を多く含む金属的な音）を合成した第２の加工信号は、オープンリムショットが加えられた時のリムを打撃した音そのものを再現している音といえる。よって、第１の加工信号と第２の加工信号とを合成してなる音色加工信号により、オープンリムショットの打撃音（金属的かつ強いアタックを持つ音）を忠実に再現することができる。

１電子ドラムパッド
１１シェルエッジクッション
１２トレイ
１３ヘッド
１３１リング
１３２メッシュ生地
１４フープ
１４１切欠き
１５メンブレンスイッチ
１６ラバーリング
１７空隙
１８ａ第１ピエゾセンサ
１８ｂ第２ピエゾセンサ
１９制御部
９シェル

Claims

電子ドラムパッドを打撃した打撃音に対応する信号を取得する圧電素子と、
前記圧電素子が取得した信号の音色を加工してなる音色加工信号を出力する音色加工部と、
前記圧電素子が取得した信号のレベルに応じてＰＣＭ信号を選択するＰＣＭ信号選択部と、
リムを打撃した直後については、前記音色加工信号と、前記ＰＣＭ信号の代わりに挿入される初期信号を合成し、それ以外の場合に前記音色加工信号と選択された前記ＰＣＭ信号を合成する信号合成部を含む
電子ドラムパッド。
電子ドラムパッドを打撃した打撃音に対応する信号を取得する圧電素子と、
前記圧電素子が取得した信号を所定の帯域においてバンドパスフィルタリングして生成した第１の信号のエンベロープに所定の音を合成した第１の加工信号と、前記圧電素子が取得した信号を所定の帯域においてハイパスフィルタリングして生成した第２の信号のエンベロープに所定の音を合成した第２の加工信号とを合成してなる音色加工信号を出力する音色加工部と、
前記圧電素子が取得した信号のレベルに応じてＰＣＭ信号を選択するＰＣＭ信号選択部と、
前記音色加工信号と選択された前記ＰＣＭ信号を合成する信号合成部を含む
電子ドラムパッド。
請求項２に記載の電子ドラムパッドであって、
前記音色加工部は、
前記第１の信号の前記エンベロープにドラムの基音を中心とした音を合成して第１の加工信号とし、前記第２の信号の前記エンベロープに高次倍音を含む音を合成して第２の加工信号とする
電子ドラムパッド。
請求項３に記載の電子ドラムパッドであって、
前記音色加工部は、
前記第１の信号の前記エンベロープにドラムの基音を中心とした音に加え、スネアのノイズ音を合成して前記第１の加工信号とする
電子ドラムパッド。
請求項１から４の何れかに記載の電子ドラムパッドであって、
アコースティックドラムのリムに対応する金属製の輪であるフープと、
アコースティックドラムのリムの打撃面に対応し、前記フープの上面に覆い被さる弾性ゴムの輪であるラバーリングと、
を含む電子ドラムパッド。
請求項５に記載の電子ドラムパッドであって、
前記ラバーリングは、前記フープの上方に空隙を設けた状態で、前記フープの上面に覆い被さる弾性ゴムの輪である
電子ドラムパッド。
請求項５または６に記載の電子ドラムパッドであって、
前記ラバーリングの厚さが２ｍｍ以上４ｍｍ以下である
電子ドラムパッド。
請求項５から７の何れかに記載の電子ドラムパッドであって、
前記ラバーリングの硬さを、デュロメータタイプＡにおける硬度５０以上７０以下とした
電子ドラムパッド。