JP3864411B2 - 楽音発生装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、楽音発生装置に関し、特にアコースティックピアノなどのような独特の広がり感のある共鳴音を発生させることができる楽音発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アコースティックピアノでは、ダンパーペダルを踏んで押鍵すると、全ての弦が開放となり自由振動できる状態になるので、押鍵された以外の弦も微妙に鳴動し、音が広がるような独特の共鳴感と余韻が得られることが知られている。
【０００３】
従来、電子楽器などに備えられている楽音発生装置においては、ダンパーペダルを踏んで押鍵したときのアコースティックピアノのような独特の広がり感を再現するために、残響装置などで余韻感を付与していた。あるいは、音源の構成として、ダンパーペダルを踏んで弾いたときの押鍵音とダンパーペダルを踏まずに弾いたときの押鍵音とを別々にサンプリングし、楽音発生時に使い分けるものもあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の方法では、生のアコースティックピアノなどにおける独特の広がり感を再現するには限界があった。
【０００５】
この発明は、上述した従来技術における問題点に鑑み、アコースティックピアノなどのような独特の広がり感のある共鳴音効果を再現する楽音発生装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、請求項１に係る発明は、楽音の音高を指定し、楽音の発生を指示する楽音発生指示手段と、前記楽音発生指示手段の指示に応じて、指示された音高の主楽音を発生する第１の音源と、前記主楽音に対応した副楽音を発生する第２の音源と、前記第１の音源により発生された主楽音を放音する第１のサウンドシステムと、前記第２の音源により発生された副楽音に、前記主楽音の楽音成分を混合する手段と、前記混合された結果の楽音を放音する第２のサウンドシステムとを備えたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る発明は、楽音の音高を指定し、楽音の発生を指示する楽音発生指示手段と、前記楽音発生指示手段の指示に応じて、指示された音高の主楽音を発生する第１の音源と、前記主楽音に対応した副楽音を発生する第２の音源と、前記第１の音源により発生された主楽音に、前記副楽音の楽音成分を混合する手段と、前記混合された結果の楽音を放音する第１のサウンドシステムと、前記第２の音源により発生された副楽音を放音する第２のサウンドシステムとを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の楽音発生装置において、演奏補助操作子と、前記演奏補助操作子がオフされているときは、前記第２の音源による副楽音の発生を行なうことなく前記第１の音源による主楽音の発生のみを行ない、前記演奏補助操作子がオンされているときは、前記第１の音源による主楽音の発生と前記第２の音源による副楽音の発生の両方を行なうように発音制御する制御手段とをさらに備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項１または２に記載の楽音発生装置において、前記第２の音源は、音高ごとまたは所定の音域ごとに分けた副楽音を発生するものであり、前記副楽音を、前記音高ごとまたは所定の音域ごとの副楽音に対してそれぞれ独立した遅延量で遅延させて、前記第２のサウンドシステムで放音する遅延効果手段と、前記音高ごとまたは所定の音域ごとの副楽音を互いに干渉させる手段とをさらに備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項１または２に記載の楽音発生装置において、前記第１の音源は、アコースティックピアノをダンパーペダルをオフして演奏したときの押鍵音を主楽音として発生するものであり、前記第２の音源は、アコースティックピアノをダンパーペダルをオンして演奏したときの押鍵音からダンパーペダルをオフして演奏したときの押鍵音成分を除いた楽音を副楽音として発生するものであることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、この発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図１（ａ）は、この発明に係る楽音発生装置を適用した電子ピアノの外観図を示す。この電子ピアノは、メインスピーカー１０１とサブスピーカー１０２を備えている。メインスピーカー１０１は、鍵盤下に演奏者に対向する形で左右２つ設けられている。サブスピーカー１０２は、図１（ｂ）に示すように、電子ピアノ上部の背面部に左右２つ設けられている。
【００１６】
メインスピーカー１０１は、演奏者が押鍵した鍵に対応した音高の押鍵音（主楽音と呼ぶ）を放音するものである。サブスピーカー１０２は、演奏者がダンパーペダルを踏みながら押鍵したとき、その鍵に対応する共鳴音（ダンパー開放音と呼ぶ）を放音するものである。上述したように、サブスピーカー１０２は電子ピアノの背面部に設けられているため、演奏者はサブスピーカー１０２から放音された共鳴音を直接聞くのではなく、電子ピアノ後部の壁に反射した共鳴音を間接的に聞くこととなる。このように共鳴音が反射することによって、物理的にもより広がり感が強調された共鳴音を演奏者は聞くことができる。
【００１７】
なお、サブスピーカー１０２は、必ずしも電子ピアノの背面部に設置されている必要はない。例えば、図１（ｃ）に示すように、サブスピーカー１０２のみを電子ピアノから分離独立させ、電子ピアノの外部に設置してもよい。これによって、より広がり感のある共鳴音が期待できる。
【００１８】
図２は、図１の電子ピアノにおける楽音発生装置の基本構成を示すブロック図である。この楽音発生装置は、演奏情報発生部２０１、発音制御部２０２、メイン音源２０３、エフェクト付与部２０４、加算器２０５、乗算器２０６、メインスピーカー２０７、サブ音源２０８、乗算器２０９、加算器２１０、乗算器２１１、遅延効果部２１２、乗算器２１３、およびサブスピーカー２１４を備えている。この図では、１系列のみのモノラル構成で示しているが、実際にはステレオ構成であるものとする。
【００１９】
この楽音発生装置は、鍵盤やダンパーペダルによって入力された演奏情報に基づいて主楽音およびダンパー開放音を出力する。主楽音は、押鍵した音高のピアノの弦の振動のみによって発生する楽音を再現した音であり、図２のメイン音源２０３からメインスピーカー２０７に至る系列により発生される。ダンパー開放音は、ダンパーペダルを踏みながら押鍵したときに、主楽音と連動して発生する共鳴音を再現した音であり、図２のサブ音源２０８からサブスピーカー２１４に至る系列により発生される。
【００２０】
図２において、演奏情報発生部２０１は、複数の鍵を備えた鍵盤とダンパーペダルを含み、演奏者の演奏操作に基づく演奏情報を発生する。演奏情報は、音高指定情報、キーオン／オフ信号、およびダンパーペダルのオン／オフ情報を含む。これらの演奏情報は、発音制御部２０２に入力する。発音制御部２０２は、ダンパーペダルが踏まれていないで鍵盤の鍵が押鍵されたときは、メイン音源２０３のみに押鍵した鍵に対応する音高の主楽音の発音を指示する。ダンパーペダルが踏まれていて鍵盤の鍵が押鍵されたとき、発音制御部２０２は、メイン音源２０３に主楽音の発音を指示するとともに、サブ音源２０８にダンパー開放音の発音を指示する。ダンパー開放音がキーオフ制御されるのは、ダンパーペダルがオフされたときであり、このときは発音しているダンパー開放音のすべてが一括キーオフされる。
【００２１】
メイン音源２０３は、発音制御部からの主楽音の発音指示（音高指定情報やキーオン信号などを含む）に応じて、指定された音高の楽音信号（主楽音）を発生する。発生した楽音信号は、エフェクト付与部２０４および加算器２０５に入力する。エフェクト付与部２０４は、入力した楽音信号に対して、リバーブ、コーラス、およびイコライザなどの各種のエフェクト（音響効果）を単独あるいは組み合わせて付与する。加算器２０５は、エフェクト付与済みの楽音信号とエフェクト付与前の元の楽音信号（ドライ音）とを加算する。乗算器２０６は、加算器２０５からの楽音信号の音量レベルを制御するためのものである。乗算器２０６の出力は、メインスピーカー２０７（図１の１０１）により放音される。これにより、主楽音が出力される。
【００２２】
サブ音源２０８は、発音制御部からのダンパー開放音の発音指示（音高指定情報やキーオン信号などを含む）に応じて、指定された音高に対応するダンパー開放音の楽音信号を発生する。発生したダンパー開放音の楽音信号は乗算器２０９に入力し、ここでダンパーレベルの調整を行なう。乗算器２０９の出力は、加算器２１０に入力する。加算器２１０は、乗算器２０９でレベル調整された楽音信号と乗算器２１１の出力とを加算する。乗算器２１１は、加算器２０５から取り出した主楽音の楽音信号に所定の係数を乗算する。乗算器２１１と加算器２１０は、主楽音の状態をダンパー開放音に反映させるためのものである。加算器２１０の出力は、遅延効果部２１２に入力する。
【００２３】
遅延効果部２１２は、入力楽音信号に遅延をかけることで音を散らせるなどの音響効果を与える。遅延効果部２１２は、シフトレジスタやＲＡＭを用いた信号遅延器によって構成される。音質調整のためのフィルタやイコライザなどを組み合わせてもよい。遅延効果部２１２の遅延量は、想定される電子ピアノの仕様（例えば、寸法や形状など）や想定される音場などに応じて設定する。例えば、電子ピアノが大きい場合は、共鳴音が演奏者の耳に達するまでに時間がかかるので、その距離を考慮した分だけの遅延時間を設定する。遅延効果部２１２の出力は、乗算器２１３に入力する。乗算器２１３は、ダンパー開放音の楽音信号の音量レベルを制御するためのものである。乗算器２１３の出力は、サブスピーカー２１４（図１の１０２）により放音される。これにより、ダンパー開放音が出力される。
【００２４】
メイン音源２０３およびサブ音源２０８は、音高ごと（あるいは所定の鍵域ごと）に用意された波形データを格納した波形メモリを備え、指示された音高に応じた波形データを読み出して再生することにより楽音生成するサンプリング音源である。メイン音源２０３の波形データは、ダンパーペダルをオフ（踏まない状態）してアコースティックピアノを弾いてサンプリング（共鳴音をできる限り除き、押鍵音そのものだけを取り込むようにする）したデータから作成した波形データである。サブ音源２０８の波形データは、ダンパーペダルをオン（踏んだ状態）した状態で取り込んだ波形データから、ダンパーペダルをオフした状態で取り込んだ波形データの成分を除くことで得た波形データである。
【００２５】
図３に、ダンパー開放音の波形データを生成する処理の概念図を示す。３０１は、ダンパーペダルを踏みながら押鍵したときの押鍵音をサンプリングした波形データを示す。３０２は、ダンパーペダルを踏まずに押鍵した押鍵音をサンプリングした波形データを示す。前者成分から後者成分を引いた残差成分が、ダンパー開放音の波形データ３０３である。これをサブ音源２０８の波形メモリに格納しておく。なお、ダンパー開放音３０３は、音高ごと、すなわち各鍵ごとに保持しておくと再現性が高まる。
【００２６】
図４は、エフェクト付与部２０４の構成例を示す。エフェクト付与部２０４は、リバーブ処理部４０１、コーラス処理部４０２、バリエーション処理部４０３、加算器４０４，４０５、およびイコライザ処理部４０６を備える。リバーブ処理部４０１は、入力した楽音信号にリバーブ効果を付与する。コーラス処理部４０２は、入力した楽音信号にコーラス効果を付与する。バリエーション処理部４０３は、入力した楽音信号にフェイズシフターやディストーションなどの各種の音響効果を付与する。イコライザ処理部４０６は、入力した楽音信号の周波数特性調整を行なう。
【００２７】
メイン音源２０３から入力された楽音信号は、リバーブ処理部４０１、コーラス処理部４０２、およびバリエーション処理部４０３に入力する。これらの処理結果は、加算器４０４，４０５により加算され、イコライザ処理部４０６へ出力される。イコライザ処理部４０６で周波数特性調整を行ない、最終的なエフェクト付与済みの楽音信号を出力する。
【００２８】
図５は、図２の楽音発生装置の変形例を示す。図２の構成では、乗算器２１１を介して主楽音の系列から楽音信号を取り出し、加算器２１０でダンパー開放音にミキシングしている。これは、主楽音の状態をダンパー開放音に反映させるためである。一方、主楽音とダンパー開放音は、本来は別個の音ではなく干渉しあっているため、ダンパー開放音が主楽音に影響することもある。図５の変形例では、ダンパー開放音を主楽音にミキシングするため、加算器５０１を追加した。他の部分は、図２と同じである。これにより、主楽音とダンパー開放音との相互の間の音の干渉を再現することができる。
【００２９】
図６は、図２や図５の遅延効果部２１２の変形例を示す。６０１はダンパー開放音の楽音信号を出力するサブ音源であり、図２や図５のサブ音源２０８に相当する。サブ音源６０１は、指定された音高に対応するダンパー開放音を発生するが、その際、複数の音域ごとに分けてダンパー開放音を発生する。各音域ごとのダンパー開放音は、それぞれ、乗算器６０２−１〜ｎでレベル調整され、加算器６０３−１〜ｎで主楽音とミキシングされる。乗算器６０２−１〜ｎは、図２や図５の乗算器２０９に相当する。加算器６０３−１〜ｎは、図２や図５の加算器２１０に相当する。なお、加算器６０３−１〜ｎによりミキシングする主楽音の楽音信号は、図２や図５の加算器２０５の出力から乗算器２１１を介して取り出した信号であるが、この乗算器２１１を音域ごとに設け、音域ごとにミックスする主楽音の楽音信号のレベルを制御するようにしてもよい。
【００３０】
さらに、遅延効果部６０４−１〜ｎにより、音域ごとに異なる遅延量の信号遅延を施す。遅延効果部６０４−１〜ｎの各遅延量は、ピアノの弦と演奏者（聴取者）との距離を想定して設定するとよい。ミキサー６０５は、遅延効果部６０４−１〜ｎから出力される音域ごとのダンパー開放音を加算（または重み付け加算）してミキシングする。遅延効果部６０４−１〜ｎとミキサー６０５は、図２や図５の遅延効果部２１２に相当する。乗算器６０６は、図２や図５の乗算器２１３に相当する。
【００３１】
図６の構成により、鍵方向の音場の広がり変化を実現することができる。例えば、ピアノの場合、演奏者に対して低音側の弦は左側に位置し高音側の弦は右側に位置する。したがって、ダンパー開放音のうち低音成分は左側から高音成分は右側からというように音高によって聞こえてくる位置が異なる。その相違を、音域ごとの遅延効果部６０４−１〜ｎの各遅延量の設定によって再現するものである。
【００３２】
図７は、ダンパー開放音を３つの音域に分けて発生するとともに、各音域のダンパー開放音相互の干渉を考慮して最終的なダンパー開放音を出力する変形例を示す。
【００３３】
７０１はダンパー開放音の楽音信号を出力するサブ音源であり、図２や図５のサブ音源２０８に相当する。サブ音源７０１は、指定された音高に対応するダンパー開放音を発生するが、その際、低音域、中音域、および高音域の３つの音域に分けてダンパー開放音を発生する。各音域ごとのダンパー開放音は、それぞれ、乗算器７０２−１〜３でレベル調整され、加算器７０３−１〜３で主楽音とミキシングされる。乗算器７０２−１〜３は、図２や図５の乗算器２０９に相当する。加算器７０３−１〜３は、図２や図５の加算器２１０に相当する。乗算器７０４−１〜３は、各音域のダンパー開放音にミキシングする主楽音のレベルを調整するものであり、図２や図５の乗算器２１１に相当する。
【００３４】
加算器７０３−１から出力された低音域のダンパー開放音に対して、加算器７０５−１で、中音域の加算器７０３−２から乗算器７０７−１を介して取り出した中音域のダンパー開放音を加算する。さらに、加算器７０６−１で、高音域の加算器７０３−３から乗算器７０８−１を介して取り出した高音域のダンパー開放音を加算する。同様にして、加算器７０３−２から出力された中音域のダンパー開放音に対して、加算器７０５−２で低音域の加算器７０３−１から乗算器７０７−２を介して取り出した低音域のダンパー開放音を加算し、加算器７０６−２で高音域の加算器７０３−３から乗算器７０８−２を介して取り出した高音域のダンパー開放音を加算する。また、加算器７０３−３から出力された高音域のダンパー開放音に対して、加算器７０５−３で低音域の加算器７０３−１から乗算器７０７−３を介して取り出した低音域のダンパー開放音を加算し、加算器７０６−３で中音域の加算器７０３−２から乗算器７０８−３を介して取り出した中音域のダンパー開放音を加算する。以上のように、各音域のダンパー開放音をレベル制御して相互にミキシングすることにより、各音域のダンパー開放音同士が互いに干渉し影響し合うことが再現できる。
【００３５】
遅延効果部７０９−１〜３、ミキサー７１０、および乗算器７１１は、図６の遅延効果部６０４−１〜ｎ、ミキサー６０５、および乗算器６０６と同様のものである。なお、図７では、各音域のダンパー開放音が干渉する処理を行なう加算器７０５−１〜３，７０６−１〜３および乗算器７０７−１〜３，７０８−１〜３の部分を遅延効果部７０９−１〜３の前段に設けたが、これを遅延効果部７０９−１〜３の後段に設けてもよい。
【００３６】
なお、上述の図６および図７の変形例ではダンパー開放音を複数の音域ごとに発生しているが、そのためには、サブ音源２０８の波形メモリに、押鍵音（主楽音）に対応して発生すべき複数の音域のダンパー開放音の波形データを用意しておき、それらの波形データから複数の音域のダンパー開放音を発生させればよい。あるいは、押鍵音に対応するダンパー開放音の波形データが全音域の成分を含むものである場合は、その波形データから各音域の成分を取り出して、複数の音域のダンパー開放音を発生させればよい。
【００３７】
上記実施の形態では電子ピアノを例として説明したが、この発明は、何らかの共鳴効果を特徴に持つ楽器（例えば、シタール、パイプオルガンなど）に適用することもできる。
【００３８】
上記実施の形態では電子ピアノにおける共鳴音の成分をサブ音源で発生させる例を説明したが、楽器の共鳴でなく、楽器を配置する部屋やホールによる共鳴音の成分（残響成分）をダンパー開放音としてサブ音源で発生させることもできる。これにより、音場の再現をすることができる。この場合、ダンパー開放音の波形データは以下のように取得する。すなわち、再現したい音場で主楽音を放音し、その音をサンプリングした結果から、主楽音自体の楽音信号成分を引いた残差波形を、ダンパー開放音の波形データとする。
【００３９】
また、上記実施の形態における遅延信号路には、フィルタ、イコライザなどの周波数特性制御要素を挿入してもよい。また、遅延に帰還を施して、残響が生じるようにしてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ダンパーペダルを踏み込んで弾いたときの共鳴音成分を押鍵音とは別に発音させ、かつ別個のスピーカーでその共鳴音成分を放音しているので、アコースティックピアノ独特の広がり感のある共鳴音効果を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る楽音発生装置を適用した電子ピアノの外観図。
【図２】楽音発生装置の基本構成を示すブロック図。
【図３】ダンパー開放音を生成する処理を説明する図。
【図４】エフェクト付与部の構成例を示す図。
【図５】楽音発生装置の基本構成を変形した例を示す図。
【図６】鍵方向の音場の広がり変化を実現するための構成を示すブロック図。
【図７】図６の構成の変形例を示すブロック図。
【符号の説明】
１０１，２０７…メインスピーカー、１０２，２１４…サブスピーカー、２０１…演奏情報発生部、２０２…発音制御部、２０３…メイン音源、２０４…エフェクト付与部、２０５，２１０，４０４，４０５，５０１…加算器、２０６，２０９，２１１，２１３…乗算器、２０８…サブ音源、２１２…遅延効果部、３０１…ダンパー押鍵音、３０２…ダンパーオフ押鍵音、３０３…ダンパー開放音、４０１…リバーブ処理部、４０２…コーラス処理部、４０３…バリエーション処理部、４０６…イコライザ処理部。

Claims (5)

1. 楽音の音高を指定し、楽音の発生を指示する楽音発生指示手段と、
   前記楽音発生指示手段の指示に応じて、指示された音高の主楽音を発生する第１の音源と、
   前記主楽音に対応した副楽音を発生する第２の音源と、
   前記第１の音源により発生された主楽音を放音する第１のサウンドシステムと、
   前記第２の音源により発生された副楽音に、前記主楽音の楽音成分を混合する手段と、
   前記混合された結果の楽音を放音する第２のサウンドシステムと
   を備えたことを特徴とする楽音発生装置。
2. 楽音の音高を指定し、楽音の発生を指示する楽音発生指示手段と、
   前記楽音発生指示手段の指示に応じて、指示された音高の主楽音を発生する第１の音源と、
   前記主楽音に対応した副楽音を発生する第２の音源と、
   前記第１の音源により発生された主楽音に、前記副楽音の楽音成分を混合する手段と、
   前記混合された結果の楽音を放音する第１のサウンドシステムと、
   前記第２の音源により発生された副楽音を放音する第２のサウンドシステムと
   を備えたことを特徴とする楽音発生装置。
3. 請求項１または２に記載の楽音発生装置において、
   演奏補助操作子と、
   前記演奏補助操作子がオフされているときは、前記第２の音源による副楽音の発生を行なうことなく前記第１の音源による主楽音の発生のみを行ない、前記演奏補助操作子がオンされているときは、前記第１の音源による主楽音の発生と前記第２の音源による副楽音の発生の両方を行なうように発音制御する制御手段と
   をさらに備えたことを特徴とする楽音発生装置。
4. 請求項１または２に記載の楽音発生装置において、
   前記第２の音源は、音高ごとまたは所定の音域ごとに分けた副楽音を発生するものであり、
   前記副楽音を、前記音高ごとまたは所定の音域ごとの副楽音に対してそれぞれ独立した遅延量で遅延させて、前記第２のサウンドシステムで放音する遅延効果手段と、
   前記音高ごとまたは所定の音域ごとの副楽音を互いに干渉させる手段と
   をさらに備えたことを特徴とする楽音発生装置。
5. 請求項１または２に記載の楽音発生装置において、
   前記第１の音源は、アコースティックピアノをダンパーペダルをオフして演奏したときの押鍵音を主楽音として発生するものであり、
   前記第２の音源は、アコースティックピアノをダンパーペダルをオンして演奏したときの押鍵音からダンパーペダルをオフして演奏したときの押鍵音成分を除いた楽音を副楽音として発生するものであることを特徴とする楽音発生装置。

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