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空川英継 今回は ・パイプオルガン、チェレスタ等の鍵盤楽器の自動演奏 ・管楽器の自動演奏、 ・ギターの自動演奏 ・打楽器（カリオン、ハンドベル、ビブラフォン等）の自動演奏 の仕組みについて概説する。 １． 概 要 前回までは自動演奏ピアノの仕組みについて見てきたが、本節では第1節の ｢図２ 現代の自動演奏楽器の区分｣に挙げたピアノ以外の楽器の自動演奏の原理と仕組みについて概説する。実験モデルとしてはリコーダーやバイオリン、チェロの自動演奏（日本音響学会誌41巻6号，１９８５）も紹介されているがここではそれらには触れない。これらは制御工学の対象として楽器そのものには何の細工や加工改造をしないで奏者に代わって演奏するというものでその完成度は必ずしも高くはなく、実用化され市販されるまでには至っていない。この類のものはドラムや太鼓やフルートやサックスなどでも多く見られる。 ２． パイプオルガン、チェレスタ等の鍵盤楽器の自動演奏 ピアノ以外の鍵盤楽器の自動演奏装置についてはピアノの自動演奏システムの技術が応用でき、小型パイプオルガンやチェレスタが実用化されている。しかし鍵盤アクションの駆動から発音に至るまでの駆動制御はピアノとは異なり、それぞれ独自のサーボコントロールが必要となる。 これらのシステムでは操作子の操作状態を検出して、この検出値をフィードバック信号とし、このフィードバック信号と目標演奏情報との偏差を検出し、この偏差を小さくする駆動信号を発生して前記目標演奏情報に基づく前記操作子の駆動中に前記駆動手段へ供給することにより、前記実演奏状態を目標演奏状態へと収束させて、目標演奏情報を忠実に再生することができる。 パイプオルガンでは上述の小型のパイプオルガンに専用の自動演奏装置を組み込むものと大型のパイプオルガンのリモートコンソールにより本体演奏台と連携して遠隔操作する方式がある。コンサートホールなどの大型のパイプオルガンにおいては、演奏者が演奏を行う本体演奏台が所定の位置に据え付けられる。一方、パイプオルガンの発音部は、大小の多数のパイプと、それに空気を送り込む送風装置と、各パイプへの送風の開閉を制御する弁装置などを有しており、これらが本体演奏台の電気システムの電磁駆動に従って動作し、各種の音が発音されるようになっている。ところで、オルガンの独奏曲の場合は、上記の本体演奏台にて演奏を行うが、アンサンブルやオーケストラとの協奏を行う場合には、本体演奏台に代えてステージ上に配置される遠隔演奏台（以下、リモートコンソールという）が用いられる。これはオルガン演奏者が他の演奏者と近接していた方が、相互の呼吸もあい、音楽のタイミングも合うためである。ここで、リモートコンソールは、本体演奏台と同様の操作子、すなわち、鍵盤、ペダル鍵盤、ストップなどを有し、また、それらの操作子の操作状態に応じた演奏情報信号を出力する出力回路を有している。そして、演奏情報信号が本体演奏台に通信され、その電気システムが駆動されることによって、発音が行われるようになっている。図１に一実施形態であるパイプオルガンのリモートコンソールの外観構成を示す。 図１パイプオルガンのリモートコンソール（特開2000-187479より） パイプオルガンのリモートコンソールは、同図に示すように、パイプオルガンの主要なパイプによる発音情報等を操作するマニュアル鍵盤１４、ペダルを踏み込むことによりパイプオルガンの低音部のパイプによる発音情報等を操作するペダル鍵盤１３、各鍵盤に所属していてその鍵盤の音色や音質を作り出すいわゆるストップに相当する音色選択スイッチ６及び１０、複数のストップを一度に操作したのと同等の音色設定をすることができるコンビネーション・ストップに相当するフット・スイッチ３及び１１あるいは鍵盤下スイッチ４、音の強弱を表現するためのペダル・レバー２、各種音色情報を記録するための媒体であるメモリー・カード２６への記録及び読み出し等の操作を指示するメモリー・カード操作部７、メモリー・カード２６に記録された音色情報を選択するためのメモリー・スイッチ５、リモートコンソールの操作状態等を表示するための各種表示器９、演奏者が座る演奏者用椅子１、楽譜を置くための譜面台８、台座１２、そして、スピーカー１５を有している。なお、マニュアル鍵盤は、通常、数段の鍵盤を有しており、それらの鍵盤には、主鍵盤、ポジティブ鍵盤、スエル鍵盤等がある。また、フット・スイッチ３及び１１、鍵盤下スイッチ４、ペダル・レバー２等は、リモートコンソールの演奏補助装置として各種パイプの音色、音質、音量等をコントロールする。また、メモリー・カードには、ユーザーがリモートコンソールの各種スイッチ類等を操作して、独自に作成した音色情報をメモリー・スイッチ５対応して記憶することができ、また、メモリー・カードに記憶された音色情報は、メモリー・スイッチを選択することにより、他のスイッチ類等から発せられる信号と同様に、演奏情報信号として扱われる。 ３． 管楽器の自動演奏 ここでは愛・地球博に登場した金管楽器の演奏ロボットの構造原理を紹介する。自動化のポイントはピストンバルブの操作と発音源の発振を連動操作することである。エンタテイメントとして装置が歩行型のロボットの外観であるが､このことは自動演奏の構造原理とは無関係である。
図２演奏再演装置の構成 （特開2004-258443より） 実際の演奏時には、図２に示すように、アクチュエータ２に固定されたマウスピース３０を管楽器（例えばトランペット）４０に装着する。そしてコイル３８に所定振動数の交流電力を印加する。すると、その振動数で、コイルが上下方向に振動し、メンブレンフィルム３２が振動し、マウスピース（管楽器の唇接触部）内の圧力が時間的に変動する（振動する）。マウスピース内の圧力が前記振動数で振動するために、管楽器からその振動数の楽音が発生する。 加圧空気を貯蔵しているボンベ６０とアクチュエータのポート３６をチューブで接続し、間に設けられた切換え弁５８と絞り５６と減圧弁５４をＣＰＵ４６で制御することによって、振動するメンブレンフィルムとマウスピース間の隙間を通過する空気量を増大させると音量が増大し、空気量を減少させると音量が減少する。コイルに印加する交流電力の振動数に合わせて管楽器の共鳴振動数を変化させると、きれいに共鳴した音色が大音量で得られる。トランペットの３つのピストン４０ａ〜４０ｃを操作する３本の人工指６８ａ〜６８ｃを用意し、それを作動させるソレノイド弁６６ａ〜６６ｃをＣＰＵで制御し、３つのピストンで調節されるトランペットの共鳴振動数を、コイルに印加する交流電力の振動数に一致させると、きれいに共鳴した音色が大音量で得られる。 人工的に創り出した交流電力をコイルに印加して管楽器から楽音を発生させることができるが、人が演奏した楽音を再現することもできる。発音源の発振の仕組みを図3に示す。
図３演奏用アクチュエータ 管楽器の唇接触部に装着されて使用される演奏用アクチュエータ２を、管楽器の唇接触部３０を覆って配置される可撓性の膜３２と、その膜を振動させる振動装置３８，４０とで構成する。振動装置によって唇接触部を覆う膜を積極的に振動させると、管楽器から安定的に楽音が発生する。楽音の音高は振動装置の振動数によって決定され、管楽器本体の音響管としての共鳴振動数と必ずしも一致して練成共鳴しなくても、管楽器本体内部を伝播増幅されて楽音が安定的に開口部から放射される。ここの所は実際に人が吹鳴する場合と異なるわけで、音色や音量の違いとなる。 ４． ギターの自動演奏 ギターの自動演奏装置は実際のギターを人が演奏するようにアクチュエータを制御する形態のものがエンタテイメントとしてトピックス的に紹介されたことがある。しかし装置が大掛かりで高価な割に、その形態が奇妙で、演奏も音楽性が高くなくて普及はしていない。 ギターで弾く音楽を再生する通信カラオケの端末装置として図４に示すシステムが提案されている。しかしながら楽器演奏装置の中で使われる楽器はギターもどきのものである。 図４ 通信カラオケ端末装置のブロック図 （特開平11-288270より） 通信カラオケ端末装置３に、自動演奏装置40を備えた楽器41を有する楽器演奏装置４を設け、カラオケ情報中の特定の音楽情報に基づき、自動演奏装置のソレノイドユニットによる押弦機構と弾弦機構を作動させ、音楽を楽器から直接発音させる。スピーカのような音楽出力装置を増設することなく、豊かな音色の音楽を再生できる。 ５． 打楽器（カリヨン、ハンドベル、ビブラフォン等）の自動演奏 打楽器の自動演奏のポイントは楽器の構造振動原理を変えずにいかに演奏操作子を自動的に遠隔操作するかである。 ・カリヨンはピッチ（音高）の異なるベルを組み合わせてメロディーを奏でる楽器で時報を告げるサウンドスケープとして地域社会のシンボルとして普及している。17世紀中頃にオランダでその調律法が確立され、電磁ソレノイドで金属性の槌を駆動してベルを殴打するものでその操作は遠隔で行われる。最近では自動演奏化が進んで、メロディーのMIDIデータをプログラム再生するやり方が普及している。 ・ハンドベルの自動演奏装置も提案されている（特許第2913915号）。
図５ハンドベル自動演奏の部分側断面図 複数のハンドベル４のうち、演奏情報にしたがって選択したハンドベルを指示速度で回転するように指令すると、駆動手段は、反重力方向に回転して支持棹を所定移動量だけ指示速度で変位させ、選択されたハンドベルは慣性力により反重力方向へ所定移動量より多く回動するが、所定回動量相当位置で規制部材１０により回動規制されるため、ここでハンドベルは指示速度に応じて生じる慣性力で回転するハンマー２１により打撃されて発音する。ハンドベルの回動量よりも駆動手段の移動量が少なくて済み、駆動手段に要求される機能上の制約が少なくなり、駆動手段の選択の範囲が広がるので設計の自由度が増す。 簡単な装置構成で、演奏者による通常演奏と略同一演奏状態でハンドベルを発音させて演奏情報に応じて自動演奏させることが可能になり、ハンドベル本来の柔らかい音色となる。さらに、発音状態が通常演奏時と略同一であるため、発音時期や発音後の音の余韻が演奏者による演奏と変わらないので、他の自動楽器、例えば、ＭＩＤＩ仕様の電子楽器や自動演奏ピアノ等とのアンサンブル演奏を実現でき、小型の鐘の自動演奏装置として広い汎用性を発揮する。 ・ビブラフォンの自動演奏システムも提案されている（特開平6-51755）。
図６ ビブラフォンの自動演奏装置斜視図 次のブロック図と発音部の側面図により仕組みを説明する。
ブロック図 発音部の側面図 自動演奏装置１は、タイマー付きＭＩＤＩシーケンサー５及び打撃コントロール部６からなる制御部７と、ソレノイド９に電力を供給する電源部８とを備えるとともに、ソレノイドによって発音体２を打撃する打撃部１０と、音高に応じて設けられた複数の発音体と、各発音体に対応して配置された共鳴体３とからなる発音部４を備えている。これによって、演奏する環境や時間等に制限されることなく奏者も演奏できないような複雑な楽曲を演奏することもできる。 ピアノ以外の楽器の自動演奏は余り実用化、普及してはいないが楽器を演奏したり、その奏でられる音楽を聴いたりするのは人々にとって一つの憧れであり夢であるのでこれからも進化していくことに期待したい。未だ実用化していないが、音程感が良くてメロディも奏でることができるチャイムの類のメロディックチャイムは打楽器で取り上げた、ヴァィブのように 自動演奏に適したものであるので、音程館の不快なカリオンに変わるサウンドスケープとしてその研究開発に期待したい。 今回で自動演奏楽器の解説を終え、次回からは 第3章 デジタル楽器の誕生と進化 について解説する。 |