JPH07113832B2 - 電子楽器 - Google Patents

電子楽器

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JPH07113832B2
JPH07113832B2 JP2002093A JP209390A JPH07113832B2 JP H07113832 B2 JPH07113832 B2 JP H07113832B2 JP 2002093 A JP2002093 A JP 2002093A JP 209390 A JP209390 A JP 209390A JP H07113832 B2 JPH07113832 B2 JP H07113832B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電子楽器に関し、特に弓と弦との組み合わせや
リード等を用いることなく弦楽器、管楽器の楽音を制御
パラメータを形成するのに適した電子楽器に関する。
［従来の技術］ 従来の電子楽器のリアルタイム操作子のほとんどは鍵盤
を用いていた。鍵盤には各音高に対応した複数の鍵が設
けられている。鍵を押鍵操作すると、キースイッチが閉
成（メイク）すること等によりその鍵の音高に対応した
ピッチ信号を出すことができる。
発生する楽音の効果を制御するものとして、鍵盤全体の
横揺れや前後揺れを利用するもの、鍵盤の横付近に設け
られたピッチベンドホィール、鍵盤を最下位まで押し込
んで用いるアフタータッチコントロール等のタッチビブ
等がある。
このような鍵盤装置を備えた電子楽器は、ピアノ、オル
ガン等の鍵盤楽器の音をシミュレートするのに適してい
る。
電子楽器としては、他にギターシンセやウインドコント
ローラ等がある。ギターシンセはギターの楽音を、ウイ
ンドコントローラは管楽器の楽音をシミュレートするの
に適している。
ところで、バイオリン等の擦弦楽器は指板上の押弦位置
によって楽音の音高を定めると共に弦を擦る弓の速度や
弦を押す弓の圧力によって楽音を表情豊かに変化させ
る。さらに、擦弦楽器に特徴的な楽音効果として、指板
上で元を押さえる指の位置を弦の方向に沿って振動させ
ることにより音高を振動させるビブラートがある。
楽音効果としては、さらに音高でなく音量を揺らせるト
レモロや位相変化を伴うセレステ、コーラス等の効果も
ある。
電子楽器で擦弦楽器の楽音をシミュレートしようとする
場合、大きく分けて２つの方法が考えられる。
また、特開昭63-40199号公報に開示された吹奏圧、アン
ブシュール（唇の構え、締め等を表わす）に応じて楽音
を形成する管楽器についてもロングトーン奏法、タンギ
ング奏法等の奏法の違いによって必要とされる楽音制御
情報自身も変化する。
１つは弓、弦、指板という擦弦楽器の基本演奏操作子を
そのまま用い、たとえば弦の振動を電気信号に変換して
電子的に処理する方法であり、他は、基本演奏操作子と
して自然擦弦楽器の弓、弦、指板等を用いず、これらと
異なる鍵盤等を用いた演奏に基づいて楽音をシミュレー
トする方法である。
第１の方法による場合、演奏操作子として自然楽器同様
の弓、弦、指板を用いて実際に弦を振動させれば、表情
豊かな演奏をすることのできる擦弦電子楽器を実現でき
る。ビブラート等の効果付与も当然行える。しかし、自
然擦弦楽器同様の演奏操作子を用いた演奏は、高度の技
術を必要とし、その習得には長期の練習を必要とする。
従って、演奏技術に熟練していない者は、擦弦楽器の演
奏を楽しめないことになる。
他の方法による場合、たとえばバイオリンの基本的音色
の倍音構成等を調べ、基本的楽音を電子的に合成できる
ようにしておき、鍵盤操作に応じてバイオリン等の音を
発生させるようにする。しかし、バイオリンの音は、弓
が弦に接している間、その弓速、弓圧等に応じてその音
楽的表情を豊かに変化させられ、さらにビブラート等の
効果も付与できるのに対し、鍵盤入力の電子楽器では、
発音の仕方や持続時の音の変化、表情、効果等を演奏者
の意志通りに正確にコントロールするのは困難であり、
しかも操作容易でもなかった。
鍵盤の変位でビブラート等の効果をコントロールするも
のにあっては、操作は容易かもしれないが、タッチレス
ポンスキーボードであったとして、強打鍵してから効果
制御しようとすると、強打鍵時に意志に反して横揺れや
前後揺れが起る場合があり、正確なピッチが得られない
という問題がある。
ピッチベンドホィールにあっては、このホィール操作に
片方の手を用いるので演奏の自由度が小さくなり、かつ
操作容易ではないという問題がある。
アフタータッチコントロール等のタッチビブにあって
は、強打鍵時に演奏者の好むと好まざるとに関わらず、
効果制御が掛かってしまうという問題がある。
また、ギターシンセ、ウインドコントローラ等にあって
は、特定の音源（ギター、管楽器）に付いては、楽音の
発生形態が似ているためコントロールがし易く作られて
いるが、他の楽音、たとえば擦弦楽器等を効果制御する
場合には不自然になる。また、これらの効果制御を行お
うとすると操作が容易とは言えない。
［発明が解決しようとする課題］ 以上説明したように、従来の技術によれば、鍵盤式電子
楽器は楽音の効果制御について制限があり、かつその操
作が容易とは限らない。
本発明の目的は、新しい機能を備えた電子楽器を提供す
ることである。
本発明の他の目的は、楽音の効果制御を容易とする電子
楽器を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、演奏者の意思に応じて選択
的に楽音に一定の効果を付与することの出来る電子楽器
を提供することである。
［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、２次元以上の操作領域を画定し、その
内で演奏操作するための操作手段と、その操作領域内で
行われた演奏操作の位置から位置データを時系列的に検
出する手段と、時系列的に検出された所定数の位置デー
タによって演奏操作の軌跡に関する方向変換のデータを
検出する手段と、検出された方向変換データを用いて楽
音の効果制御を行うことのできる楽音信号形成回路とを
有する電子楽器が提供される。
また、さらに、切替スイッチを有し、切替スイッチが一
方の側に設定されている時、その楽音信号形成回路は方
向変換データを用いて楽音の効果制御を行った楽音信号
を形成し、切替スイッチが他方の側に設定されている時
は、前記楽音形成回路は前記方向変換データを用いずに
楽音信号を形成する電子楽器が提供される。
また、方向変換データ検出手段は時系列的な３点の座標
から、これら３点によって画定される三角形に外接する
円の中心を仮想し、時系列に最初の点と中心を結ぶ第１
の半径と時系列的に最後の点と該中心を結ぶ第２の半径
を仮想し、これら第１の半径と第２の半径の作る角度を
検出する電子楽器が提供される。
また、方向変換データ検出手段は、時系列的に検出され
た１対の隣接位置を結ぶ第１の方向と、その後時系列的
に検出された１対の隣接位置を結ぶ第２の方向とを仮想
し、第１の方向と第２の方向との作る角度を検出する電
子楽器が提供される。
また、操作手段の操作領域は１つの基準点とその基準点
を原点とする１つの基準軸方向を設定でき、角度データ
検出手段は操作領域内での演奏操作の位置と基準点を結
ぶ方向がこの基準軸方向となす角度の時間変化を検出す
る手段を含む電子楽器が提供される。
また、楽音の効果制御がビブラート、トレモロ、セレス
テ、コーラスのいずれかである電子楽器が提供される。
［作用］ ２次元以上の操作領域を画定し、その内で演奏操作をす
ることにより、時系列的な位置データを得ることができ
る。この位置データの軌跡から方向変化のデータを検出
すると、速度や圧力等とは別の新たな制御パラメータを
形成することができる。これらを弦楽器や管楽器の楽音
信号形成に利用することができる。
たとえば、擦弦楽器や管楽器におけるビブラート効果を
制御するために、方向変化のデータを利用することがで
きる。たとえば、時系列的な３点から求められる方向変
化を利用してビブラート効果を制御すると、指の動作と
音、リードの震わせ具合等の関係を感覚的に結び付け易
く操作上都合がよい。擦弦楽器や管楽器に不慣れな者に
とっても、容易にビブラート効果を付与することができ
る。
方向変化から得られる新たな制御パラメータは、ビブラ
ートの外、トレモロ、セレステ、コーラス等の所望の効
果を制御するのに用いることができる。
また、切替スイッチによって、選択的に上述の機能を行
わせることにより、演奏技術に習熟した者は自分の好む
奏法で演奏することができる。
［実施例］ まず、擦弦楽器をシミュレートする鍵盤型電子楽器にお
いて、ビブラート効果を付与する場合を説明する。
第１図に本発明の実施例による電子楽器のハードウェア
構成を示す。面操作子１は平面状の操作領域（タブレッ
ト、被操作子）1aと、たとえばペン状の手許操作子1bを
含み、手許操作子1bを操作領域1aに接触させて操作する
ものである。面操作子１は全体としてペン先が接触した
位置やペン先が押圧している圧力等の手許演奏操作子1b
の指定する位置や与える圧力を検出できる機能を備えて
いる。手許操作子1bが接触している位置の操作面1a内の
座標情報、手許操作子1bが操作面1aを押圧する圧力情報
等を座標検出器４、圧力検出器５等を介してデータバス
７に供給する。座標情報から、演算処理によって速度情
報、向き情報、軌跡の方向変化の情報等のパラメータを
形成することができる。速度情報は、たとえば弓の操作
速度を表わす弓速情報として利用できる。向き情報はバ
イオリン等の弓の運動の向き（上向き、下向き）を表わ
す情報として利用できる。圧力情報は、たとえば、弓が
弦を押す弓圧を表わす弓圧情報として利用できる。鍵盤
２は音高を指定する多数の鍵2aと、楽器名等の音色を指
定する音色パッド2bと、その他の操作のための操作子2c
とを含み、それぞれの情報をバス７に供給する。タイマ
３はタイマインタラプトをかけるためのタイミング情報
をバス７に供給する。
ビブラートスイッチ６は、面操作子１上の演奏操作の位
置の軌跡から演算によって算出した方向変化によってビ
ブラート効果を与えるか否かを選択するためのスイッチ
である。
バス７には、さらに所定の演算処理を行うCPU9、CPUで
実行するプログラム等を記憶するROM10、プログラムの
実行に使用する種々の情報を格納する種々のレジスタ、
ワーキングメモリ等を有するRAM11、及び楽音信号形成
回路８等が接続されている。
なお、ROM10は楽音形成のプログラムを記憶しており、C
PU9はこのプログラムに従ってRAM11中のレジスタ等を利
用して楽音合成の演算処理を行う。
鍵盤２の鍵2aを操作することによって与えられる音高
（ピッチ）情報は、キーバッファKYB12a、12b、12c、12
dに格納される。バイオリン、ビオラのような擦弦楽器
が４本の弦を有することに対応させて、キーバッファは
４つ設けてある。キーバッファKYB12a〜12dに記憶され
るデータは、鍵のオン／オフを表すMSBビットと、どの
鍵かを表すキーデータとを含む。Ｆナンバー変換回路13
a〜13dはキーデータから楽音周波数を表わすＦナンバー
FNoを発生する。このＦナンバー信号は演算手段14a〜14
dでビブラート処理を受け、ビブラート演奏に応じて振
動を有する周波数データである修正ＦナンバーFNo′を
発生する。
楽音信号形成回路８はバス７から速度情報を格納する速
度情報バッファVB26、圧力情報を格納する圧力情報バッ
ファPB27、向き情報を格納する向き情報バッファDIRB28
等と共に、CPUが演算によって作り出すビブラートによ
り周波数がどれだけ変化するかの周波数変化の幅を示す
ビブラート深さ情報を格納するビブラート深さ情報バッ
ファVIBBD20a〜20dと、単位時間内に何回ビブラートの
振動が生じるかを示すビブラート速さ情報を格納するビ
ブラート速さ情報バッファVIBBSP21a〜21dを有する。速
度情報、圧力情報、向き情報等は音源19a、19b、19c、1
9dに供給される。ビブラートに関する情報は演算手段14
a〜14dに供給され、キーナンバ情報を修飾する。速度情
報バッファ26は面操作子１の手許操作子1bを操作面1a上
で移動させる速度から得た速度情報を一時的に格納する
レジスタである。圧力情報バッファ27は、手許操作子1b
が操作面1aを押し付ける圧力から得た圧力情報を一時的
に格納するレジスタである。向き情報バッファDIRB28は
操作位置の角度変化等から得た向き情報を一時的に格納
する。
演算手段14a〜14dの各々は、第２図に示すような構成を
有する。すなわち、ビブラートの速さ情報が低周波発振
器23に入力され、速さに応じた周波数信号を発生させ
る。ビブラートの深さ情報と低周波発振器23の出力が乗
算器24に入力し、深さ情報で変調をかけられた速さ（周
波数）情報が出力し、加算器25でＦナンバー信号FNoと
加算され、修正Ｆナンバー信号FNo′を発生する。
この修正Ｆナンバーは、第１図で、それぞれ対応する遅
延段数変換回路15a〜15dに送られ、乗算回路16a〜16d、
17a〜17dを介して音源19a〜19dに供給される。遅延段数
変換回路15a〜15dはピッチが高ければ、遅延段数を少な
くし、ピッチが低ければ遅延段数を多くして後述する音
源19a〜19d内の信号ループを入力信号が一定時間に循環
する回数（周波数）を変化させ、所望周波数の信号を発
生させる。乗算回路16a〜16dにおいては、入力であるピ
ッチに一定の係数αが乗算され、乗算回路17a〜17dにお
いては、入力であるピッチに相補的な一定の係数（１−
α）が乗算される。この２つの乗算は、擦弦楽器の弦
は、弓が弦を擦る位置から固定端となる駒および指板状
の押弦位置までの２つの弦部分に分けて考えられること
を表している。すなわち、両係数を加算すると１になる
ことが、押弦位置から駒までの弦長がピッチを決定する
基本長となることに対応し、一方の係数αがたとえば擦
弦位置から駒までの距離に対応するとすれば、他方の係
数（１−α）は擦弦位置から押弦位置までの距離に対応
する。このようにしてピッチを表す情報が音源19a〜19d
に供給される。
なお、音源等が複数設けられている構成を示したが、時
分割を行うことによって１つの音源で同様の効果を得る
こともできる。
必要に応じて、ビブラート効果を付与されたピッチ情報
と速度情報、圧力情報、向き情報等に基づいて音源19a
〜19dで楽音信号が形成され、サウンドシステム29に送
られて楽音を発生する。なお、音源19a〜19dは、擦弦楽
器の胴の振舞いをシミュレートするフォルマントフィル
タ等も含む。また、サウンドシステム29はデジタル楽音
信号をアナログ信号に変換し、増幅し、電気信号を音響
信号に変換する手段を含む。
このようにして、弓速、弓圧、弓移動の向き、ビブラー
ト等の効果付与に応じて多彩に表情を変化させることの
できる擦弦楽器、管楽器の楽音が発生される。
なお、RAMに含まれるレジスタの内、主なものを以下に
説明する。
ビブラートモードレジスタ（VIB） ビブラートスイッチ６で切り換えるビブラート情報作成
モードの情報を表すデータを収納するレジスタである。
このモードが“1"の時は、以下に説明するように、単位
時間内の方向変化からビブラート効果付与情報を作成
し、楽音信号形成回路８に与える。
イベントバッファレジスタ（IVTBUF） 鍵盤の鍵2aの押鍵、離鍵等に対応する鍵イベントデータ
を収納するレジスタであり、オン／オフのデータと音高
を表すキーコードデータとを含む。擦弦楽器用の場合、
たとえば同時に４弦とも演奏した場合を考慮して４つの
キーイベントを収納することのできる４つのイベントバ
ッファレジスタが設けられる。これらは音高データを１
時的に格納する役割を果たす。
現Ｘ位置レジスタ（Ｘ） 被操作面であるタブレット1a面内での手許演奏操作子1b
の現在の操作位置のＸ軸方向の位置xpを記憶するレジス
タである。
前Ｘ位置レジスタ（xn） 前回のタイマインタラプト時の手許演奏操作子1bのＸ方
向位置を記憶するレジスタである。なお、現在のＸ方向
位置xpと前回のタイマインタラプト時のＸ方向位置xnの
２つの値からＸ方向の移動距離が算出できる。
現Ｙ位置レジスタ（Ｙ） タブレット1a内の手許演奏操作子1bの現在の操作位置の
Ｙ軸方向の位置ypを記憶するレジスタである。
前Ｙ位置レジスタ（yn） 前回のタイマインタラプト時の手許演奏操作子1bのＹ方
向位置ypを記憶するレジスタである。なお、現タイマイ
ンタラプト時のＹ方向位置ypと、前回のタイマインタラ
プト時のＹ方向位置ynの２つの値からＹ方向の移動距離
が算出できる。
速度レジスタ（Ｖ） 弓速を表す速度を格納するRAM側レジスタである。上述
のＸ方向移動距離とＹ方向移動距離から移動距離を求め
て（時間で割ることによって）得た速度情報である。
圧力レジスタ（Ｐ） 面操作子１内に設けられた圧力センサの出力Poから得た
圧力データを格納するRAM側レジスタである。
現角度レジスタ（θｐ） 面操作子１の中心（xc、yc）に対する演奏操作の位置か
ら演算によって算出された角度データを格納するレジス
タである。
前角度レジスタ（θｎ） 前回のタイマインタラプト時の角度データを格納するレ
ジスタである。
向きレジスタ（dir） 角度データの変化から演算によって算出した向きデータ
を格納するレジスタである。弓の移動の上向き、下向き
に対応させるデータである。なお、楽音信号形成回路８
内には別個に速度情報バッファVB、圧力情報バッファP
B、向き情報バッファDIRB等が設けられている。
進行方向変化レジスタ（ω） 単位時間内に演奏操作の軌跡の進行方向がどれだけ変化
したかを表わす情報を格納するレジスタである。このデ
ータを新たな制御情報としてビブラート等の効果の制御
を行える。
ビブラート深さ（VIBD） ビブラートの深さ情報を格納するレジスタである。何セ
ントピッチを振動させるかの情報となる。
ビブラート速さ（VIBSP） 単位時間に何回ピッチの振動を行うかのビブラート速さ
の情報を格納するレジスタである。
フラグOLDレジスタ フラグOLDが立っているか否かを１か０で格納するレジ
スタである。このフラグが１である時は、その事象が既
に検出されているものであり、２回目以後のタイマイン
タラプトであることを示す。
その他、種々の定数、変数を格納するレジスタが設けら
れるが、説明を省略する。
第３図は擦弦楽器用の音源モデルであり、楽音信号形成
回路８の要部を等価回路的に示すブロック図である。弓
で擦弦楽器の弦を擦ることに対応して、弓速信号が作ら
れ、加算回路52に入力される。この弓速信号は、起動信
号であり、加算回路53、除算回路54を介して非線形回路
55に供給される。非線形回路55はバイオリンの弦の非線
形特性を表す回路である。非線形回路55は、下向きに弓
が移動する時の特性を表わす第１非線形回路NLa55aと、
上向きに弓が移動する時の特性を表わす第２非線形回路
NLb55bと、２つの非線形回路の出力のうちいずれを採る
かを選択するセレクタ回路55cを含む。セレクタ回路55c
は向き信号によって制御される。
非線形回路55a、55bの非線形特性は、第４図（Ａ）の特
性63にまとめて示すように、原点からある範囲までのほ
ぼ線形な領域とそれよりも外側の特性の変化した領域と
の２つの部分を含む。バイオリン等の擦弦楽器の弦を弓
で擦る場合、弓速が遅い間は、弦の変位はほぼ弓の変位
と同等であり、弦の運動を静摩擦係数によって表すこと
ができる。これが原点を中心としたほぼ線形の範囲の特
性で表される。弓の弦に対する相対速度がある値を越え
ると、弓の速度と弦の変位速度とは同一ではなくなる。
すなわち、静摩擦係数に代わって動摩擦係数が運動を支
配するようになる。この静摩擦係数から動摩擦係数への
切り替えが、段差部分で表される。
第３図において、非線形回路55の出力は、乗算回路56を
経て２つの加算回路44、45に供給される。
非線形回路55の入力側の除算回路54、出力側の乗算回路
56は、弓圧信号を受けて、非線形回路55の特性を変更さ
せる。入力側の除算回路54は、入力信号を除算すること
によって、小さな値に変更する。すなわち、第４図
（Ａ）の破線63aで示すように、除算回路54がある場
合、大きな入力を受けても小さな入力を受けたかのよう
な出力を与える。出力側の乗算回路56は、非線形回路55
の出力を増大させる役割を果たす。すなわち、第４図
（Ａ）の１点鎖線特性63bで示すように、除算回路54と
非線形回路55で形成される特性63aを出力側に増大した
特性を作る。なお、同一の弓圧信号を受けて、入力を初
めに除算し、後で出力を乗算することは、除算回路54で
係数Coで除算し、乗算回路56で同一の係数Coを乗算する
ことを表す。この場合は、１点鎖線の総合特性63bは非
線形回路55のみの時の特性63の延長線上にあり、それを
横軸、縦軸にCo倍した形状を有する。乗算回路の係数を
除算回路の係数と異なるように変化させることにより、
異なる形状を作るようにさせてもよい。
加算回路44、45は半循環信号路31a、31bの内に設けられ
ている。２つの半循環信号路を合わせた循環信号路31
は、擦弦楽器の弦に対応して楽音信号を循環させる閉ル
ープを構成する。すなわち、弦においては振動が両端で
反射して往復する。また、管楽器においては、共鳴体中
を振動が往復する。これを信号が循環する閉ループで近
似する。この循環信号路内には、２つの遅延回路32、3
3、２つのLPF（ローパスフィルタ）34、35、２つの減衰
回路38、39、２つの乗算回路42、43を含む。遅延回路2
2、23は音高を表すピッチ信号と係数αないし（１−
α）との積を受け、所定の遅延時間を与える。
ビブラート効果を付与している時は、第２図に示す演算
手段14によってピッチが時間と共に振動するように制御
される。
循環信号路31a、31bを信号が循環し、元の位置に戻るま
での全遅延時間によって、楽音の基本ピッチが定まる。
すなわち、主として２つの遅延回路32、33の遅延時間の
和、ピッチ×［α＋（１−α）］＝ピッチ、が基本ピッ
チを定める。一方の遅延回路は、弓と弦との接触する位
置から駒までの距離、他方の遅延回路は弓と弦の接触す
る位置から押指位置までの距離に対応する。
なお、遅延回路32、33によってピッチがほぼ決定する
が。この循環信号路中に含まれる他の要素、たとえばLP
F34、35、減衰コントロール38、39等によっても遅延が
発生する。厳密には、発生する楽音のピッチを定めるの
はこれらのループ中に含まれる全遅延時間の和である。
LPF34、35は循環している波形信号の伝達特性を変更す
ることにより、種々の弦の振動特性をシミュレートす
る。鍵盤上の音色パッド2bの選択等によって、音色信号
を発生させ、LPF34,35に供給して、その特性を切り替
え、所望の擦弦楽器の楽音をシミュレートする。
弦を振動が伝搬する際に、振動は次第に減衰する。減衰
コントロール38、39はこの弦を伝わる振動が減衰する減
衰量をシミュレートするものである。
乗算器42、43は弦固定端での振動の反射に対応して反射
係数−１を乗算するものである。すなわち、減衰なしの
固定端での反射を想定して弦の振幅を逆位相に変化させ
る。係数−１がこの逆相反射を示す。反射における振幅
の減衰は、減衰コントロール38、39の減衰量に組み込ん
である。
このようにして、弦に相当する循環信号路31a、31bの上
を振動が循環することによって擦弦楽器の弦の運動をシ
ミュレートする。
また、擦弦楽器の弦の運動はヒステリシス特性を有す
る。これをシミュレートするため乗算回路56の出力は、
LPF58と、乗算回路59を介して非線形回路55の入力側に
フィードバックされている。LPF58はフィードバックル
ープの発振を防止するためのものである。
今、加算回路52から加算回路53への入力をｕとし、フィ
ードバック路から加算回路53への入力をｖとし、除算回
路54、非線形回路55、乗算回路56を合わせた増幅率をＡ
とすると、乗算回路56の出力ｗは、（ｕ＋ｖ）Ａ＝ｗで
表される。LPF58と乗算回路59を含む負帰還回路のゲイ
ンがＢ（負の値）であるとすると、帰還量ｖはｖ＝wBで
表される。これらの２つの式を整理すると、 （ｕ＋wB）Ａ＝ｗ ∴ｗ＝uA/（１−AB） となる。
フィードバックなし、すなわち、Ｂ＝０の場合は、ｗ＝
uAであり、入力ｕが単に係数Ａ倍されて出力する。ゲイ
ンＢの負帰還をかけた場合、同じ出力を得るには、Ｂ＝
０の場合の（１−AB）倍（Ｂは負）の入力を印加しなけ
ればならない。
フィードバックがある場合の入力増大時の特性を、第４
図（Ｂ）の特性63cで示す。入力がある大きさに達する
と静摩擦係数から動摩擦係数への切り替えが起り、出力
が階段的に減少する。この入力の閾値をTh1で示す。
一旦入力が閾値をTh1を越してから、再び減少する場合
には、出力ｗが小さいので、フィードバックされる量ｖ
＝Bwも小さい。すなわち、非線形回路55に入力する信号
の大きさが同じでも、静摩擦係数領域の場合と比べて、
動摩擦係数領域の場合は、負のフィードバック量が小さ
いので、加算回路52から加算回路53への入力ｕは小さな
値となる。
非線形回路55の入力が、閾値になる時の加算回路52から
の入力ｕの大きさを考えると、入力増大時には静摩擦係
数が支配し、大きい出力に対応して強い負帰還を受ける
ので、より大きな入力Th1で切り替えが起こるが、入力
減少時には動摩擦係数が支配し、小さな出力に対応して
負帰還量が小さいので、Th1では切り替えは起こらずよ
り小さな入力ｕの値で切り替えが起る。従って、入力ｕ
と出力ｗとの関係を入力が次第に増大するときと次第に
減少する時とで求めると、第４図（Ｂ）の曲線63cと曲
線63dに示すようなヒステリシス特性が得られる。ヒス
テリシスの大きさは、乗算回路59のゲインによって制御
される。
このようにして、第３図に示す楽音信号形成回路によれ
ば、擦弦楽器の弦の運動がシミュレートでき、楽音の基
本波形を作ることができる。
第３図に示すように、循環信号路31のいずれかの点から
出力を取り出して、擦弦楽器の胴の特性をシミュレート
するフォルマントフィルタ61を介して出力信号をサウン
ドシステムに供給する。フォルマントフィルタ61も音色
信号を受けてその特性を変化させるようにすることがで
きる。
第３図に示す楽音信号形成回路においては、楽音発生の
起動力となる信号が弓速によって与えられている。ビブ
ラート演奏の際には、振動するピッチ信号が与えられ
る。また、非線形回路55の特性を制御する信号として弓
圧が用いられている。また、非線形回路55の特性自体が
弓の移動の向きによって制御される。これらのパラメー
タは演奏者の意志ないし演奏操作に基づいて制御できる
ことが好ましい。ピッチを指定するパラメータは、鍵盤
２の鍵2aを操作することとビブラート効果を付与する時
は面操作子１の演奏操作に基づくCPU9内の演算、演算手
段14内の演算等によって得られる。弓速情報と弓圧情報
と向き情報は、面操作子１での演奏操作子の演奏操作に
よって得られる。面操作子１は、たとえばタブレット1a
と手許操作子1bとを含んでいる。
第５図（Ａ）〜（Ｂ）は面操作子の構成例を示す。
第５図（Ａ）は、面操作子の操作形態を示す概略平面図
である。タブレット62はその平面内の位置を検出するこ
とのできる操作面を有する。このタブレット62と組み合
わせて用いるペン操作子63は、タブレット62と接触させ
て操作するペン先64を有し、さらにスイッチ65を有す
る。また、タブレット62の操作面内には座標（xc、yc）
を有する基準点が設定される。また、基準点を通るある
方向が基準軸方向として設定される。ペン操作子63をタ
ブレット62の操作面上で演奏操作することにより、後に
述べるように、移動距離ｄから速度情報、基準軸方向か
らの角度θの変化から向き情報が作成される。
このような面操作子の内に組み込まれる電気回路の例を
第５図（Ｂ）に示す。
第５図（Ｂ）は電磁誘導型の位置検出型面操作子を示
す。ペン操作子は周波数f1の交流電源72aと、周波数f2
の交流電源72bと、コイル71と、スイッチSW65とを有
し、周波数f1かf2の交流磁界を発生させる。コイル71を
タブレットに近付けることによってタブレット面内に交
流磁界を形成する。タブレット内にはＸ方向に並んで配
置され、１端を共通に接続された複数のＸ方向検出線73
と、Ｙ方向に並んで配置され、１端を共通に接続された
複数のＹ方向検出線74とが設けられている。これらの開
放端において、検出器75、76がそれぞれＸ方向の隣接す
る検出線、Ｙ方向の隣接する検出線に接続され、走査さ
れる。すなわち、ペン操作子のコイル71の近傍では、交
流磁界が発生しているので、その下部の検出線には誘導
電流が生じる。この誘導電流を検出器75、76で検出する
ことによってペン操作子のコイル71の発生する交流磁界
の周波数と操作位置が検出される。周波数f1とf2との切
換えは、たとえばアルコ奏法とピッチカート奏法との切
換えを表わす。操作位置の情報は以下に述べる処理によ
り速度情報、向き情報、ビブラート情報を作り出す。な
お、位置検出手段の下に感圧導電シートのような圧力セ
ンサを設けて操作の圧力を検出する。
操作子63のペン先64をタブレット62の操作面を接触させ
て移動させると、タイマインタラプトに従って時系列的
に操作位置が検出される。現在のペン先64の位置が（x
p、yp）であり、前回のタイマインタラプト時の位置が
（xn、yn）とあるとする。すると、前回のタイマインタ
ラプト時の位置から今回のタイマインタラプト時の位置
までの距離ｄが算出される。また、基準点（xc、yc）か
図中右方向に示す基準軸が設定され、基準点（xc、yc）
と操作位置（xp、yp）とを結ぶ線と基準軸との間の角度
θが算出される。今回の角度データθｐと前回のタイマ
インタラプト時の角度データθｎの差から角度変化の向
きが導出される。これらのパラメータを用いて、速度情
報、圧力情報、向き情報を形成することができる。
第１図のビブラートスイッチ６がオンにされている時、
操作面1a内で手許操作子1bを演奏操作すると、その軌跡
から方向変化の情報が抽出される。
第６図に方向変化の情報をどのようにして取り出すかの
１例を示す。操作面内で手許操作子の先端が点Ｚから点
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆ、を通って点Ｇに向かう場合を考え
る。この時隣接する３つのサンプリング点から方向変化
の情報を引出す。今、点Ａ、Ｂ、Ｃが時系列的に検出さ
れた３つの位置であるとする。まず、この３点Ａ、Ｂ、
Ｃで画定される三角形ABCに外接する円を想定する。そ
の中心をＯで表わす。Ａ点からＣ点に移動する間に操作
位置が経験した方向変化はＯとＡを結ぶ半径OAとＯとＣ
とを結ぶ半径OCとが作る角ωで表わせる。この方向変化
の角度ωを求めるため、半径OBも考える。
三角形OBCにおいて、 ω１＋２α＝π …（１） 三角形OABにおいて、 ω２＋２β＝π …（２） ω１＋ω２＝ω …（３） これらの式（１）〜（３）をまとめて ω＋２（α＋β）＝２π …（４） 従って、α＋β＝π−（ω/2） また、三角形ABCに関する第２余弦法則から b2＝c2＋a2−2ca・cos（α＋β） ＝c2＋a2−2ca・cos［π−（ω/2）］ ＝c2＋a2−2ca・［cos（ω/2）］ …（５） 式（５）より cos（ω/2）＝（b2−c2−a2/2ca ∴ω＝2cos-1｛（b2−c2−a2）/2ca｝ …（６） ここで、 ａ＝｛(X3-X2)2＋（(Y3-Y2)2｝1/2 …（７） ｂ＝｛(X3-X1)2＋（(Y3-Y1)2｝1/2 …（８） ｃ＝｛(X2-X1)2＋（(Y2-Y1)2｝1/2 …（９） 式（６）に式（７）〜（９）を代入すると、 ω＝2cos-1［｛（(X3-X2)2＋(Y3-Y2)2 −(X3-X1)2−(Y3-Y1)2 −(X2-X1)2−(Y2-Y1)2｝ /2｛(X3-X2)2＋(Y3-Y2)2｝1/2 ｛(X2-X1)2＋(Y2-Y1)2｝1/2］ となる。このようにして方向変化の角度ωを求めること
ができる。
なお、進行方向の変化は他の方法によって求めることも
できる。第７図（Ａ）、（Ｂ）は他の方法により、手許
操作子の進行方向の変化を求める場合を示す。
第７図（Ａ）は、時系列的に検出された３点Ａ、Ｂ、Ｃ
から進行方向の変化を求める場合である。まず、基準方
向（本図においては水平方向）を想定しておき、時系列
的に隣接する点を線分で結ぶその基準方向から線分まで
の角度を求める。すなわち、３点Ａ、Ｂ、Ｃが時系列的
に検出された場合、線分AB、線分BCを想定し、線分ABが
基準軸となす角度φ１とし、線分BCが基準軸となす角を
φ２とする（図示の場合φ２は負の量）。すると、Ａか
らＣまでに向かう間に経験する方向変化の量として ω＝φ２−φ１ ＝−（φ１−φ２） が求まる。なお、角度φ１、φ２はそれぞれ φ１＝tan-1｛（Y2−Y1）／（X2−X1）｝ φ２＝tann-1｛（Y3−Y2）／（X3−X2）｝ である。
このように、時系列的に３点を検出することによって方
向変化の角度を検出することができるが、基準点（xc、
yc）を予め設定しておくことにより、時系列的な２点か
ら方向変化の角度を求めることもできる。
第７図（Ｂ）は２点のデータから方向変化の量を求める
場合を示す。時系列的に検出された２点Ａ、Ｂがある
時、基準点を通って設定した基準軸（図中水平方向）か
らの角度をそれぞれφ１、φ２とし、基準点の座標を
（xc,yc）とする。
点Ａの角度φ１は、 φ１＝tan-1｛（Y1−yc）／（X1−xc）｝ 点Ｂの角度φ２は、 φ２＝tan-1｛（Y2−yc）／（X2−xc）｝ となる。
進行方向の変化の量ωとして、 ω＝φ２−φ１ が求まる。
このようにして求まる方向変化を表わす情報によって、
ビブラートの深さと速さを制御する情報を作り出す。
たとえば、このようにして得た方向変化の角度ωを第８
図（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ビブラート深さVIBDと
ビブラート速さVIBSPに変換する。
第８図（Ａ）においては、方向変化の角度ωが増加する
に従ってビブラート深さが次第に大きくなっており、や
がて飽和する。これは、演奏者の意思に従って、角度変
化ωの増大と共にビブラート深さが深くなる。但し、余
り深くビブラートをかけるとかえって不快感を与えるよ
うになるので、ある程度で特性がフラットに飽和するよ
うに設定されている。
また、ビブラート速さVIBSPについては、演奏者の意思
でビブラートをかけたいと思った場合には、ほぼ一定の
周期（ビブラート速さ）でビブラートが掛けられる。但
し、ビブラート深さを大きくしていくと、自然弦楽器に
おいては指板上の指の動きの幅が大きくなるので、自然
に周期が遅くなる。これを表わすようωがある程度以上
大きくなるとVIBSPは減少するように特性が設定されて
いる。
このようにして、手許操作子の演奏操作の角度変化を検
出することによりビブラートに関するビブラート深さと
ビブラート速さの情報を作ることができる。
次に、以上説明したような構成を用いて、擦弦楽器の演
奏を行う場合の楽音形成のフローチャートを説明する。
ビブラート情報検出モードを選択するビブラートスイッ
チ６としては、操作すると２状態が相互に繰り返し現れ
る循環型のスイッチを考える。
まず第９図にメインルーチンを示す。メインルーチンが
スタートすると、まずステップS11によって初期設定を
行う。たとえば、各レジスタのクリア等を行う。次のス
テップS12では鍵盤の押鍵、離鍵の情報および面操作子
等の各操作子の操作情報を検出し、入力する。
演奏操作情報を入力したら、次のステップS13でイベン
トがあるかないかを調べる。
イベントがあれば、ステップS14に移る。S14では鍵イベ
ントがあるかどうか、ビブラートスイッチが操作された
かどうか、その他操作子が操作されたかどうかを調べ
る。鍵イベントがあれば、ステップS15の鍵イベントル
ーチンに移る。ビブラートスイッチが操作された時はス
テップS16のフラグ処理を行う。また、その他操作子が
操作された時は、それぞれに対応する処理（ステップS1
7）を行う。
第10図は鍵イベントルーチンを示す。鍵イベントルーチ
ンがスタートするとステップS21において同時に生じた
鍵イベントデータをイベントバッファレジスタIVTBUFに
取り込んで、番号ｎに０を設定する。
次に、ステップS22において、ｎ番目（初めは０番目）
イベントバッファレジスタIVTBUF（ｎ）のMSBが“1"か
否かを調べる。MSBが“1"であることは、鍵が押された
押鍵状態を示す。MSBが“0"であることは、離鍵された
状態を示す。MSBが“1"であれば、Ｙの矢印にしたがっ
て次のステップS23に進む。
ステップS23においては、押鍵データを入力するため空
チャンネルをサーチして空いているキーバッファKYB
（Ｎ）にイベントバッファレジスタIVTBUF（ｎ）のキー
データを取り込む。
本実施例では、空チャンネルが存在しない場合は、割当
てを行なわないとしているが、後述するように最古に割
当てられたチャンネルをサーチし、順に押鍵を書換えて
いくようにしてもよい。
続いて、キーデータの取り込みが終わったイベントバッ
ファレジスタIVTBUF（ｎ）をクリアする。次に番号ｎを
１つカウントアップし、ｎ＋１とする（ステップS2
4）。
次のステップS25でイベントバッファレジスタの残りイ
ベントデータがあるかないかを調べる。残りデータがな
ければ、処理を終了するため数ｎに０を設定して（ステ
ップS26）、リターンする（ステップS27）。
イベントバッファレジスタの残りイベントがある場合
は、ステップS25からステップS22に戻る。
ステップS22において、ｎ番目のイベントバッファレジ
スタのMSBが“0"である場合、ステップS28に移り、同じ
キーデータが割り当てられているチャンネルをサーチす
る。すなわちMSB＝“0"は離鍵を意味し、離鍵がされる
ためには、その前に押鍵がされているから、その押鍵し
たデータを収納しているキーバッファを捜すわけであ
る。割り当てられているチャンネルをサーチしたら、離
鍵に対応させて対応するキーバッファKYB（Ｎ）をクリ
アし、対応する楽音を消音させる。
本実施例では、楽音を発生するには、鍵盤のいずれかの
鍵が押圧され、かつ面操作子上で手許操作子が操作面に
接触していることが必要な条件となっている。このよう
に、押鍵と手許操作子の操作の２条件を発音条件とする
電子楽器においては、鍵が離鍵されれば楽音が消音す
る。KYBをクリアすることが離鍵に対応する。
なお、後述する最古に割当てた押鍵データから順に書換
えていく割当て方式を採用している場合には、離鍵イベ
ントに対応した処理を省略し、楽音発生をペンの操作の
みを条件に行なってもよい。
第11図にビブラートスイッチのフラグ処理ルーチンを示
す。ビブラートスイッチが操作された場合は、ステップ
S18でオンイベントかどうかを調べる。オンイベントで
あればステップS19でレジスタVIBに“１−VIB"を立て
る。すなわち、状態を反転させる。オンイベントでなけ
ればステップS19を飛び越す。その後リターンする（ス
テップS27）。
次に、第12図を参照してタイマインタラプトのルーチン
を説明する。まずタイマインタラプトが生じると、ステ
ップS31で圧力バッファに収納された圧力データPBが所
定の圧力P1よりも大きく、かつキーバッファKYBのいず
れかにデータがあるか否かを調べる。P0はごく小さい値
の圧力に設定する。すなわち、面操作子に圧力が加えら
れており、鍵盤のいずれかの鍵が押圧されていれば、楽
音を発生させる決まりとなる。言い換えると、押鍵のみ
または面操作子のみの操作では楽音を発生させないよう
にして、誤動作による誤発音を防止している。
両条件を満す時、Ｙの矢印に従う次のステップS32にお
いて、面操作子１の出力である座標xp、ypおよび圧力P0
をそれぞれのレジスタＸ、Ｙ、Ｐに取り込む。また、基
準点（xc、yc）を通るｘ軸を基準軸として操作位置
（Ｘ、Ｙ）の基準値に対する角度θをtanの値｛（Ｙ−y
c）／（Ｘ−xc）｝から求め、レジスタθｐに取り込
む。次にステップS33において、レジスタVIBのデータが
“1"かどうかを判断する。
ステップS33でVIBが“1"である場合は、ビブラート情報
を演奏操作の軌跡から作成するモードであるので、フラ
グOLDが“1"か否かをステップS34で調べる。フラグOLD
が“1"であれば、すでに検出された事象であるのでステ
ップS35に移る。
ステップS35では、第６図を参照して説明した原理に従
い、方向変化の角度を求め、レジスタωに格納する。続
いて、ステップS36に移り、第８図を用いて説明した変
換特性を有する変換テーブルによりωからビブラート情
報VIBDとVIBSPを変換操作によって求め、それぞれを楽
音信号形成回路のバッファVIBBD、VIBBSPへ出力する。
このようにして、ビブラート深さとビブラート速さの情
報が楽音信号形成回路に入力される。
次に、ステップS37において、時系列的に検出された位
置データからその間の距離を求め、速さを表わすレジス
タｖに格納する。また、基準軸に対する操作位置の角度
から角度変化を求め、向きを示すレジスタdirに格納す
る。
続いて、ステップS38でレジスタdirの内容が０または正
か否かを調べる。レジスタdirが負でなければ、Ｙの矢
印に従い、ステップS39でレジスタDIRに“1"を立て、レ
ジスタdirが負であれば、レジスタDIRに“0"を立てる
（ステップS40）。
このようにして、角度変化の向きを表わす情報がレジス
タDIRに収納される。次にステップS41に進み、速さ情報
ｖと圧力情報ｐをそれぞれ第13図に示すような特性を示
すテーブルを用いて速度データＶ、圧力データＰに変換
する。これらのパラメータＶ、Ｐ、DIRを楽音信号形成
手段のラッチ手段VP、PB、DIRBへ出力する。その後、ス
テップS45でデータを更新し、ステップS46でリターンす
る。
なお、ステップS33でVIBが“1"でない場合は、ステップ
S42に進み、フラグOLDが“1"か否かを調べる。フラグOL
Dが“1"でない時は、Ｎの矢印に従ってステップS43に進
んでフラグOLD“1"を立てる。ステップS42でフラグOLD
が“1"である場合は、Ｙの矢印に従ってステップS37に
進む。
また、ステップS34でフラグOLDが“1"でない時は、Ｎの
矢印に従ってステップS43でフラグOLDに“1"を立てる。
また、ステップS31において、２つの条件を共に満たし
ていない場合は、Ｎの矢印に従ってステップS47で各レ
ジスタをクリアし、ステップS48でリターンする。
なお、第13図（Ａ）に示す特性において、速さデータｖ
が小さい領域で勾配が急であるのは、バイオリンの弓操
作速度が小さすぎる場合には、良い楽音が発生しにくい
ので、小さな速度で操作した場合も直ぐ良好な楽音形成
領域まで弓速データを上昇させるためのものである。
同様に、第13図（Ｂ）で圧力データｐの小さな領域で勾
配が急であるのは、楽音形成に不適である領域を狭くす
るためであり、適当な圧力で操作した場合には楽音形成
に好適な領域の圧力データＰを出力するためのものであ
る。
以上、演奏操作の軌跡の方向変化を検出し、ビブラート
効果を制御する場合を説明したが、方向変化データを用
いて他の効果、たとえばトレモロ、セレステ、コーラス
等の効果を制御することもできる。
バイオリンの場合を例にとって擦弦楽器の演奏を説明し
たが、同様の電子楽器を用いて他の楽器の楽音を発生さ
せることもできる。
なお、操作子面1aが圧力センサを備える場合を説明した
が、圧力センサがペン操作子に組み込まれたものでもよ
い。
また、電磁結合型２次元操作領域を有する操作子を説明
したが、これらに限定されるものではない。たとえば、
ライトペンと光感知性ディスプレイ面を用いるもの、極
座標を用いて３次元入力を行うもの等を用いてもよい。
基準点は固定のものでも任意に設定できるものでもよ
い。
また、手許操作子としてペン型以外のものを用いてもよ
い。また、擦弦楽器の演奏に限らず、管楽器の演奏にも
本発明は適用できる。また、音源として上述した物理モ
デルの他、波形メモリ、FM音源等を用いることもでき
る。CPU、ROM、RAMの代りに各プログラムを実行する専
用回路を用いてもよい。
以上実施例に沿って説明したが、本発明はこれらに制限
されるものではない。たとえば、種々の変更、改良、組
み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、２次元以上の操
作領域を有する操作子を用い、操作領域内での演奏操作
の軌跡から方向変化の情報を得て、楽音制御用の新たな
パラメータを得ることができる。
この情報によって、たとえば、擦弦楽器や管楽器のビブ
ラート情報を与えることができる。
たとえば、操作領域内で手許操作子を回すことによって
擦弦楽器における弓の速度情報と圧力情報等に加えてビ
ブラート情報を与えることができる。
さらに、移動方句を検出して弓の移動方向等のパラメー
タを創出することもできる。
【図面の簡単な説明】
第１図は電子楽器のハードウェアを示すブロック図、 第２図は、第１図中の演算手段の構成例を示すブロック
図、 第３図は、第１図の電子楽器において形成される楽音信
号形成回路の要部を示す回路ダイアグラム、 第４図（Ａ）、（Ｂ）は非線形回路の特性を説明するた
めの図であり、第４図（Ａ）は非線形回路55の特性を変
更する除算回路54、乗算回路56の機能を説明するグラ
フ、第４図（Ｂ）はフィードバックループによって与え
られるヒステリシス特性を示すグラフ、 第５図（Ａ）、（Ｂ）は面操作子の１例の形態と機能を
説明するための概略図、 第６図、第７図（Ａ）、（Ｂ）は演奏操作の軌跡の方向
変化のデータの導出方法を説明する線図、 第８図（Ａ）、（Ｂ）は方向変化のテーブルからのブラ
ート情報作成を説明するグラフ、 第９図はメインルーチンのフローチャート、 第10図は鍵イベントルーチンのフローチャート、 第11図はビブラートスイッチ処理ルーチンのフローチャ
ート、 第12図はタイマインタラプトルーチンのフローチャー
ト、 第13図（Ａ）、（Ｂ）は変換テーブルの特性を示すグラ
フである。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】２次元以上の操作領域を画定し、その内で
    演奏操作するための操作手段と、 前記操作領域内で行われた演奏操作の位置から位置デー
    タを時系列的に検出する手段と、 時系列的に検出された所定数の位置データによって演奏
    操作の軌跡に関する方向変換のデータを検出する手段
    と、 検出された方向変換データを用いて楽音の効果制御を行
    うことのできる楽音信号形成回路とを有する電子楽器。
  2. 【請求項２】さらに、切替スイッチを有し、切替スイッ
    チが一方の側に設定されている時、前記楽音信号形成回
    路は前記方向変換データを用いて楽音の効果制御を行っ
    た楽音信号を形成し、切替スイッチが他方の側に設定さ
    れている時は、前記楽音形成回路は前記方向変換データ
    を用いずに楽音信号を形成する請求項１記載の電子楽
    器。
  3. 【請求項３】前記方向変換データ検出手段は時系列的な
    ３点の座標から、これら３点によって画定される三角形
    に外接する円の中心を仮想し、時系列に最初の点と該中
    心を結ぶ第１の半径と時系列的に最後の点と該中心を結
    ぶ第２の半径を仮想し、これら第１の半径と第２の半径
    の作る角度を検出する請求項１ないし２記載の電子楽
    器。
  4. 【請求項４】前記方向変換データ検出手段は、時系列的
    に検出された１対の隣接位置を結ぶ第１の方向と、その
    後時系列的に検出された１対の隣接位置を結ぶ第２の方
    向とを仮想し、第１の方向と第２の方向との作る角度を
    検出する請求項１ないし２記載の電子楽器。
  5. 【請求項５】前記操作手段の前記操作領域は１つの基準
    点と該基準点を原点とする１つの基準軸方向を設定で
    き、 前記方向変化データ検出手段は、前記操作領域内での演
    奏操作の位置と該基準点とを結ぶ方向が前記基準軸方向
    となす角度の時間変化を検出する手段を含む請求項１な
    いし２記載の電子楽器。
  6. 【請求項６】前記楽音の効果制御がビブラート、トレモ
    ロ、セレステ、コーラスのいずれかである請求項１〜５
    のいずれかに記載の電子楽器。
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