JP4266370B2 - 姿勢角度検出装置を用いた電子楽器およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、肘や手首の角度（身振り）によって楽音を制御する電子楽器およびその制御方法に関し、特に仮想楽器を用いたデジタル演奏に好適な姿勢角度検出装置を用いた電子楽器およびその電子楽器の制御方法に関する。

演奏者の身振りによって楽音を制御する電子楽器は、特許文献１に開示されている。ここでは、演奏者の各関節に角度検出器を取り付けて、その角度に基づいて音階の高低を変化させて、演奏できる電子楽器が記述されている。この電子楽器は、いわゆる身振り電子楽器であり、関節の曲げ角度に基づいて発音する楽音の音高を設定する。発音時は、角度を複数の区間に分割し、分割された段階毎に一つの音高を割り当てるようにし、複数の曲げ角度を検出する場合には、それぞれの曲げ角度でマトリックスを作るようにする。

この方法により、大雑把な曲げ角度で正確な楽音を発音でき、発音中は、発音時の曲げ角度から微小な角度変化（（記憶手段）−（検出手段））を周波数変化（周波数調整手段）として反映させ、発音後の周波数変化を連続的につけることが可能になった。

特開平６−８３３３６号公報

上述した特許文献１の大雑把な曲げ角度で正確な楽音を発音でき、発音中は、発音時の曲げ角度から微小な角度変化（（記憶手段）−（検出手段））を周波数変化（周波数調整手段）として反映させ、発音後の周波数変化を連続的につける電子楽器の制御方法では、一定の人間の習熟度を必要とし、未経験者が聴衆に演奏して聞かせるのは困難であるという問題があった。また、音階の高低しか変化させることができず、演奏者の身振りの位置や動作が演奏するために制限され、演奏の自由度が少ないという問題があった。

本発明は、上述した問題を解決すべくなされたもので、その技術課題は、一定の人間の習熟度を必要とせず、未経験者が気軽に演奏でき、様々な音パラメータ（音量の強弱、音階の高低、テンポの高低、音色の種類、和音の数）を制御でき、演奏者の身振りの位置や動作が演奏するために制限されず、自由に体を動かして演奏できる姿勢角度検出装置を用いた電子楽器およびその制御方法を提供することである。

上記目的を達成するための第１の発明は、演奏者の体のうち、少なくとも１つ以上の関節を介して接続している部位に取り付けられるか、または演奏者が保持し、前記部位の姿勢角度を検出する複数の姿勢角度検出装置と、該姿勢角度検出装置の出力から１つの基準部位に対する他の部位の相対位置を演算する相対位置演算手段と、前記部位の加速度を検出する加速度検出装置と、音源と、前記姿勢角度検出装置の出力および前記相対位置演算手段の出力および前記加速度検出装置の出力に基づいて前記音源から発生する音出力を変化させる制御部とから構成された前記姿勢角度検出装置を用いた電子楽器において、前記制御部は、前記姿勢角度検出装置の出力および前記相対位置演算手段の出力に基づいて、前記音出力の音量の強弱、音階の高低、テンポの高低、音色の種類、和音の数、のうち少なくとも１つを変化させるとともに、前記加速度検出装置の出力がある一定の基準加速度を越えたときに、音を発生させる手段を有することを特徴とする姿勢角度検出装置を用いた電子楽器である。

上記目的を達成するための第２の発明は、演奏者の体のうち、少なくとも１つ以上の関節を介して接続している部位に取り付けられるか、または演奏者が保持し、前記部位の姿勢角度を検出する複数の姿勢角度検出装置と、該姿勢角度検出装置の出力から１つの基準部位に対する他の部位の相対位置を演算する相対位置演算手段と、前記部位の加速度を検出する加速度検出装置と、音源と、前記姿勢角度検出装置の出力および前記相対位置演算手段の出力および前記加速度検出装置の出力に基づいて前記音源から発生する音出力を変化させる制御部とから構成された前記姿勢角度検出装置を用いた電子楽器の制御方法において、前記制御部は、前記姿勢角度検出装置の出力および前記相対位置演算手段の出力に基づいて、前記音出力の音量の強弱、音階の高低、テンポの高低、音色の種類、和音の数、のうち少なくとも１つを変化させるとともに、前記加速度検出装置の出力がある一定の基準加速度を越えたときに、音を発生させる姿勢角度検出装置を用いた電子楽器の制御方法である。

本発明によれば、姿勢角度検出装置を用いて演奏者の体の部位における相対位置を演算し、音や音楽（すでに収録されている音楽をアレンジする動き）を制御することで、体の動きに自由度が大きく演奏できるので、一定の人間の習熟度を必要とせず、未経験者が気軽に演奏できるようになる。また、姿勢角度検出装置を用いて演奏者の体の部位における相対位置を演算し、音や音楽（すでに収録されている音楽をアレンジする動き）を制御する電子楽器およびその制御方法に、出力がある一定の基準加速度を越えたときに、音を発生させる加速度検出装置を追加することで、加速度があらかじめ決められた一定値よりも大きいかどうかを判断し、大きければスピーカに出力し音を鳴らし、１つ１つ音を発生させて音楽に仕上げることを可能とする機能を追加することで、更に、様々な音パラメータ（音量の強弱、音階の高低、テンポの高低、音色の種類、和音の数）を制御できる。

その結果、一定の人間の習熟度を必要とせず、未経験者が気軽に演奏でき、様々な音パラメータ（音量の強弱、音階の高低、テンポの高低、音色の種類、和音の数）を制御でき、演奏者の身振りの位置や動作が演奏するために制限されず、自由に体を動かして演奏できる姿勢角度検出装置を用いた電子楽器およびその制御方法の提供が可能となる。

本発明を実施するための最良の形態に係る姿勢角度検出装置を用いた電子楽器およびその制御方法は、以下に図面および実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明は、この実施例に限定されるものではない。

図１は、本発明の参考例に係る姿勢角度検出装置を用いた電子楽器およびその制御方法の全体概略図である。図２は、本発明の参考例に係る姿勢角度検出装置を用いた電子楽器およびその制御方法の全体ブロック図である。図３は、本発明の実施例に係る姿勢角度検出装置を用いた電子楽器およびその制御方法の全体概略図である。図４は、本発明の実施例に係る姿勢角度検出装置を用いた電子楽器およびその制御方法の全体ブロック図である。

（参考例）
本発明の参考例に係る姿勢角度検出装置を用いた電子楽器およびその制御方法について図面を参照して説明する。図１に示すように、演奏者１１の両腕に姿勢角度検出装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが取り付けられている。姿勢角度検出装置はＮＥＣトーキン株式会社製の３Ｄモーションセンサを用いた。これらは演奏者１１の腰に取り付けられたＵＳＢハブ１３に接続され、１本にまとめられた後に、パソコン１４に接続されている。パソコン１４にはスピーカ１５が接続されている。

図２に示すように、姿勢角度検出装置２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄから相対位置演算手段２２に姿勢角度が出力される。相対位置演算手段２２では右手首と左手首の相対位置が演算され、姿勢角度出力とともに制御部２３に出力される。制御部２３は音源である音ファイル２４から出力された音データを相対位置出力と姿勢角度出力によって変更し、スピーカに出力する。

始めに相対位置演算手段について説明する。演奏者の右前腕部、右上腕部、左上腕部、左前腕部に取り付けられた姿勢角度検出装置からは、それぞれの部位における３軸の姿勢角度が出力される。ここで、座標の原点を右手首と仮定する。あらかじめ演奏者の各部位の長さが解っているものと仮定すると、右前腕部の長さのベクトルが求められる。右前腕部に取り付けた第１の姿勢角度検出装置における３軸の出力で回転させることで、右肘の座標が求められる。同様に右上腕部の長さのベクトルが求められる。右上腕部に取り付けた第２の姿勢角度検出装置における３軸の出力で回転させることで、右肘に対する右肩の座標が求められる。

このようにして次々に関節の座標を求めていき、最後に全てを足し合わせると原点である右手首に対する左手首の相対座標を求めることができる。厳密には右肩と左肩の間、すなわち胸の部分にも姿勢角度検出装置が必要であるが、上腕部の長さを肩幅の半分だけ長めに設定することで誤差を低減できる。ここでは、装着の煩わしさや束縛感を低減させ、低コスト化するために、胸部の装置を省略している。

次に、制御部について説明する。制御部には相対位置演算手段から右手首に対する左手首の相対位置とそれぞれの姿勢角度検出装置の出力が入力される。ここでは、相対位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）によって制御を行う。Ｘ軸は体の前後を表し、音量の強弱を割り当てる。右手を左手よりも前に出すと音量が増加し、逆に左手を右手より前に出すと音量が減少する。Ｙ軸は体の左右を表し、和音の数を割り当てる。音ファイルには基本となる音楽に関するそれぞれの楽器のパートが収録されており、両手を左右に広げていくと楽器の数が増加し、逆に左右の手を交差させると楽器の数が減少する。Ｚ軸は体の上下を表し、音階の高低を割り当てる。右手を左手よりも上に上げると音階が高くなり、逆に左手を右手よりも上に上げると音階が低くなる。さらに制御するパラメータを増やすこともできるが、増やしていくと演奏者が混乱し演奏が難しくなるので、３つ程度が妥当な数である。

本発明に係る姿勢角度検出装置を用いた電子楽器およびその制御方法について図面を参照して説明する。図３に示すように、演奏者３１の左腕に姿勢角度検出装置３２ａ，３２ｂが取り付けられており、右腕に加速度検出装置３３が取り付けられている。姿勢角度検出装置および加速度検出装置はＮＥＣトーキン株式会社製の３Ｄモーションセンサを用いた。これらは演奏者３１の腰に取り付けられたＵＳＢハブ３４に接続され、１本にまとめられた後に、パソコン３５に接続されている。パソコン３５にはスピーカ３６が接続されている。

図４に示すように、姿勢角度検出装置４１ａ，４１ｂから相対位置演算手段４３に姿勢角度が出力される。相対位置演算手段４３では左手首と左肩の相対位置が演算され、姿勢角度出力とともに制御部４４に出力される。一方、加速度検出装置４２からも制御部４４に加速度が出力される。制御部４４は音源である音ファイル４５から出力された音データを相対位置出力と姿勢角度出力によって変更し、加速度出力により出力するかどうかの判断をして、スピーカ４６に出力する。相対位置演算手段については参考例の内容と同様である。演奏者の左前腕部および左上腕部に取り付けられた姿勢角度検出装置から、左手首と左肩の相対位置を演算する。

次に、制御部について説明する。制御部には相対位置演算手段から左手首に対する左肩の相対位置とそれぞれの姿勢角度検出装置の出力が入力される。ここでは、相対位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と左前腕部のロール角Ｒによって制御を行う。Ｘ軸は体の前後を表し、音量の強弱を割り当てる。左手を左肩よりも前に出すと音量が増加し、逆に左手を左肩より後ろにすると音量が減少する。Ｙ軸は体の左右を表し、テンポの高低を割り当てる。左手を左肩よりも左に出すとテンポが増加し、逆に左手を左肩より右に出すとテンポが減少する。Ｚ軸は体の上下を表し、音階の高低を割り当てる。右手を左手よりも上に上げると音階が高くなり、逆に左手を右手よりも上に上げると音階が低くなる。Ｒ軸は腕をねじる方向の角度であり、楽器の種類を割り当てる。音ファイルにはそれぞれの楽器の単音が収録されており、左手をねじる位置により３段階に楽器を選ぶようにする。ここでは４つのパラメータを変化させているが、さらに制御するパラメータを増やすこともできる。このようにして、左腕の姿勢によって鳴らすべき音が決まり、右腕を振ることにより加速度が発生するが、加速度があらかじめ決められた一定値よりも大きいかどうかを判断し、大きければスピーカに出力し音を鳴らすようにしている。

以上に示したとおり、本発明は、一定の人間の習熟度を必要とせず、未経験者が気軽に演奏でき、様々な音パラメータ（音量の強弱、音階の高低、テンポの高低、音色の種類、和音の数）を制御でき、演奏者の身振りの位置や動作が演奏するために制限されず、自由に体を動かして演奏できる姿勢角度検出装置を用いた電子楽器およびその制御方法の提供が可能となることがわかる。

本発明の参考例に係る姿勢角度検出装置を用いた電子楽器およびその制御方法の全体概略図。 本発明の参考例に係る姿勢角度検出装置を用いた電子楽器およびその制御方法の全体ブロック図。 本発明の実施例に係る姿勢角度検出装置を用いた電子楽器およびその制御方法の全体概略図。 本発明の実施例に係る姿勢角度検出装置を用いた電子楽器およびその制御方法の全体ブロック図。

１１ 演奏者
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ 姿勢角度検出装置
１３ ＵＳＢハブ
１４ パソコン
１５ スピーカ
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ 姿勢角度検出装置
２２ 相対位置演算手段
２３ 制御部
２４ 音ファイル
２５ スピーカ
３１ 演奏者
３２ａ，３２ｂ 姿勢角度検出装置
３３ 加速度検出装置
３４ ＵＳＢハブ
３５ パソコン
３６ スピーカ
４１ａ，４１ｂ 姿勢角度検出装置
４２ 加速度検出装置
４３ 相対位置演算手段
４４ 制御部
４５ 音ファイル
４６ スピーカ

Claims (2)

1. 演奏者の体のうち、少なくとも１つ以上の関節を介して接続している部位に取り付けられるか、または演奏者が保持し、前記部位の姿勢角度を検出する複数の姿勢角度検出装置と、該姿勢角度検出装置の出力から１つの基準部位に対する他の部位の相対位置を演算する相対位置演算手段と、前記部位の加速度を検出する加速度検出装置と、音源と、前記姿勢角度検出装置の出力および前記相対位置演算手段の出力および前記加速度検出装置の出力に基づいて前記音源から発生する音出力を変化させる制御部とから構成された前記姿勢角度検出装置を用いた電子楽器において、前記制御部は、前記姿勢角度検出装置の出力および前記相対位置演算手段の出力に基づいて、前記音出力の音量の強弱、音階の高低、テンポの高低、音色の種類、和音の数、のうち少なくとも１つを変化させるとともに、前記加速度検出装置の出力がある一定の基準加速度を越えたときに、音を発生させる手段を有することを特徴とする姿勢角度検出装置を用いた電子楽器。
2. 演奏者の体のうち、少なくとも１つ以上の関節を介して接続している部位に取り付けられるか、または演奏者が保持し、前記部位の姿勢角度を検出する複数の姿勢角度検出装置と、該姿勢角度検出装置の出力から１つの基準部位に対する他の部位の相対位置を演算する相対位置演算手段と、前記部位の加速度を検出する加速度検出装置と、音源と、前記姿勢角度検出装置の出力および前記相対位置演算手段の出力および前記加速度検出装置の出力に基づいて前記音源から発生する音出力を変化させる制御部とから構成された前記姿勢角度検出装置を用いた電子楽器の制御方法において、前記制御部は、前記姿勢角度検出装置の出力および前記相対位置演算手段の出力に基づいて、前記音出力の音量の強弱、音階の高低、テンポの高低、音色の種類、和音の数、のうち少なくとも１つを変化させるとともに、前記加速度検出装置の出力がある一定の基準加速度を越えたときに、音を発生させることを特徴とする姿勢角度検出装置を用いた電子楽器の制御方法。

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