音データ生成装置および方向センシング発音楽器
【課題】動きに対応して多様な音を生成可能とする音データ生成装置および方向センシング発音楽器を提供することを目的とする。
【解決手段】３軸の加速度センサが内蔵されたセンサがユーザにより動かされると、センサにより該動きの加速度が軸ごとに特定される。加速度の大きさが極大となったタイミングで、最も大きな加速度で動いた方向（軸）および該軸における移動の向きが特定され、音階名称対応テーブルにおいて該特定内容と対応付けられた音階の名称に対応する波形データが読み出され発音がなされる。
【解決手段】３軸の加速度センサが内蔵されたセンサがユーザにより動かされると、センサにより該動きの加速度が軸ごとに特定される。加速度の大きさが極大となったタイミングで、最も大きな加速度で動いた方向（軸）および該軸における移動の向きが特定され、音階名称対応テーブルにおいて該特定内容と対応付けられた音階の名称に対応する波形データが読み出され発音がなされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動きに基づいて音を発するための音データ生成装置および方向センシング発音楽器に関する。
【背景技術】
【０００２】
楽器には、その発音の仕組みに応じた操作方法がある。例えば、ピアノでは、鍵が指で押下されると、所定のメカニズムによりハンマが弦を打撃し音を発する。その場合、押鍵の速度によりハンマの打撃の速度が制御され、生じる音の大きさや音色が変わる。また、リコーダーでは、管に息が吹き込まれると、空気が振動し音を発する。その場合、指で塞がれた音孔の組み合わせや、吹き込まれる息の強さなどにより空気の振動の態様が変わり、異なる音階や音色の音が生じる。
【０００３】
このような古典的な楽器に対し、操作子の動き自体に応じて音が生成される楽器が近年提案されている。特許文献１においては、ユーザにより動作センサが動かされると、動作のパターンを認識し、認識したパターンに応じた音が生成されるシステムについて記載されている。
【特許文献１】特開２００１−１９５０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載された技術においては、動作センサには１軸の加速度センサが設けられていることから、動作センサの１次元方向についての動きしか検知されない。従って、動作センサの動かし方を多様に制御しても、生成される音の音色や音量などにあまり反映されず、楽器として十分に楽しむことはできなかった。
【０００５】
本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、動きに対応して多様な音階の音を生成可能とする音データ生成装置および方向センシング発音楽器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る音データ生成装置は、複数の軸についての正の向きおよび負の向きの運動を検出するセンサと、各軸の各向きと音階を構成する音とを対応付けるテーブルを記憶する記憶手段と、前記センサにより検出された運動に基づいて各軸の各向きに対応する音を前記記憶手段内のテーブルを参照して特定し、該特定された音を指定する音指定情報を生成する音指定情報生成手段とを有することを特徴とする。
【０００７】
上記の構成において、前記センサは、各軸方向の加速度を検出し、検出結果を表す加速度データを生成する加速度センサであり、前記音指定情報生成手段は、前記センサにより生成された加速度データに基づいて、前記複数の軸から特定の軸および該特定された軸における向きを特定し、該特定内容と対応付けられた音を前記テーブルを参照して特定し、該特定された音を指定する音指定情報を生成しても良い。その場合、前記音指定情報生成手段は、前記センサにより検出された加速度の大きさが極大となる時刻に前記音指定情報を出力しても良い。なお、前記音指定情報生成手段は、前記センサにより生成された加速度データから、加速度の絶対値が最大である軸および該特定された軸における加速度の向きを特定しても良い。
【０００８】
本発明に係る音データ生成装置は、上記の構成において、前記テーブルは、各軸の各向きとペンタトニックスケールを構成する音とを対応付けても良い。
【０００９】
本発明に係る音データ生成装置は、複数の回転軸の周りの正の向きおよび負の向きの回転運動を検出するセンサと、前記各回転軸の各向きの回転運動と音階を構成する音とを対応付けるテーブルを記憶する記憶手段と、前記センサにより検出された回転運動に基づいて各軸の各向きの回転運動に対応する音を前記記憶手段内のテーブルを参照して特定し、該特定された音を指定する音指定情報を生成する音指定情報生成手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る方向センシング発音楽器は、上記のいずれかに記載の音データ生成装置と、音階を表す音のデータを記憶する第２の記憶手段と、前記音指定情報により指定された音に対応する音のデータを前記第２の記憶手段から読み出し、該読出した音のデータに基づいて発音する発音手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る音データ生成装置および方向センシング発音楽器によれば、動きに対応して多様な音階の音を生成可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施形態の説明に入る前に、「ペンタトニックスケール（五音音階）」について説明する。ペンタトニックスケールとは、長音階（ドレミファソラシド）から「ファ」と「シ」を抜いた音階、すなわち、ドレミソラからなる音階である。ペンタトニックスケールを用いれば、どのような音の順序で発音しても調子はずれにならず、終わりのない流れるような音楽が奏でられることが知られている。
【００１３】
以下、図面を参照しつつ、本発明を実施する際の最良の形態について説明する。
（Ａ；構成）
本発明に係る方向センシング発音楽器１の構成について説明する。図１に示すように、方向センシング発音楽器１は、本体２とセンサ３の組み合わせで構成される。
【００１４】
（Ａ−１；センサ３の構成）
図２は、センサ３の外観を示す。図示するように、センサ３の筐体３ａは略直方体の形状であり、リストバンド３ｂにより手首に巻き付けられるようになっている。
センサ３の内部構成を、図３を参照して説明する。センサ３において、制御部３０と加速度センサ３１と送信部３２とは、バスで接続されており、それらの構成は図２に示す筐体３ａに収められている。
【００１５】
加速度センサ３１は、３軸の加速度センサである。すなわち、加速度センサ３１には、軸方向の加速度を検出する３つのセンサ（以下、各センサをＳx、Ｓy、Ｓzと呼ぶ）が含まれており、各センサの軸が図２に示すｘ、ｙ、ｚ軸方向となるように設けられている。各センサＳx、Ｓy、Ｓzは、各時刻において、図２に示したｘ、ｙ、ｚ軸の方向の加速度（それぞれ、αx、αy、αzと表す）を検出し、その加速度を表す数値データを生成・出力する。以下、該加速度を示す数値データを「加速度データ」と呼び、以下では、具体的にデータの内容を示す場合には、ｘ、ｙ、ｚ軸それぞれの方向の加速度の値を用いて、（αx、αy、αz）のように表す。
【００１６】
制御部３０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)とＲＯＭ(Read Only Memory)とＲＡＭ(Random Access Memory)とを含む。ＣＰＵは、ＲＡＭをワーキングエリアとして、ＲＯＭに格納された制御プログラムを実行する。
送信部３２は、上記加速度センサ３１が生成した加速度データを、所定時間（本実施形態では５ミリ秒）ごとに、電波などの無線信号として本体２に出力する。
【００１７】
（Ａ−２；本体２の構成）
次に、本体２の構成を、図４を参照して説明する。本体２において、制御部２０と受信部２１と音源２２と出力部２３とは、バスで接続されており、出力部２３にはスピーカ２４が接続されている。
【００１８】
受信部２１は、センサ３から送信される無線信号を受信し、受信した無線信号が表すデータを制御部２０に出力する。
制御部２０は、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭとを含む。ＣＰＵは、ＲＡＭをワーキングエリアとして、ＲＯＭに格納された制御プログラムを実行する。制御部２０は、センサ３から受信する加速度データに基づいて音を発音させるための処理を行う。
【００１９】
ＲＯＭには、制御プログラムに加え、「音階名称対応テーブル」が格納されている。音階名称対応テーブルとは、上記センサ３が動かされた軸方向及びその向きと、音階の名称とを対応付けるテーブルである。
【００２０】
図５に、音階名称対応テーブルの一例を示す。同図に示すように、音階名称対応テーブルにおいては、センサ３が動かされた軸方向（軸ｘ、ｙ、ｚ）および、該軸方向の向き（正または負）の組み合わせに対して音階の名称が１つ対応付けられている。各音階は、ペンタトニックスケールに含まれる５つの音階のうちの１つの音にそれぞれ対応する。なお、ｚ軸方向の正の向きに対応付けられている「レ」は、ｚ軸方向の負の向きに対応付けられている「レ」よりも１オクターブ高い音である。
【００２１】
音源２２は、上述したペンタトニックスケールに対応する各音について、所定時間長の音を表す波形データを記憶する。
出力部２３は、Ｄ／Ａコンバータとアンプとを有する。Ｄ／Ａコンバータは、受取った波形データをアナログの音信号へ変換する。アンプは、該音信号の振幅を調整する。
スピーカ２４は、出力部２３から供給される音信号に基づき、放音する。
【００２２】
（Ｂ；動作）
次に、上記の構成を有する方向センシング発音楽器１の動作について説明する。
センサ３は、リストバンド３ｂにより筐体３ａがユーザの手首に装着される。ユーザは、手首を回したり振ったりして、センサ３を３次元的に所望の態様で動かす。
【００２３】
（Ｂ−１；制御部３０（センサ３）の処理内容）
センサ３の処理内容を説明する。センサ３がユーザにより動かされると、加速度センサ３１は、各軸方向の加速度を表す加速度データを逐次生成する。該加速度データは、送信部３２を介して無線信号として本体２に送信される。なお、加速度データは、５ミリ秒ごとにその時点での値が書き込まれ送信される。
【００２４】
例えば、センサ３の筐体３ａが、ある時刻（以下、時刻Ｔ１）において、単位ベクトルｕ（本実施形態では、ｕ＝（３／１３、−４／１３、１２／１３））の方向に大きさ｜α｜（本実施形態では、｜α｜＝１３）の加速度で動かされたとする。その場合、加速度センサ３１の各軸のセンサＳx、Ｓy、Ｓzにより検出される加速度は、それぞれαx＝３、αy＝−４、αz＝１２となる。加速度データには、これら３軸方向の加速度の値が書き込まれる。
【００２５】
（Ｂ−２；制御部２０（本体２）の処理内容）
次に、本体２の処理内容を、図６に示すフローチャートに従って説明する。本体２の受信部２１は、センサ３から加速度データを受信し、制御部２０に出力する。ステップＳＡ１０において、制御部２０は加速度データを受信する。制御部２０は、受信した加速度データをＲＡＭに書き込むと共に、以下の処理を実行する。
【００２６】
メディアンフィルタ処理（ステップＳＡ２０）
制御部２０は、受取った加速度データの各軸ごとのデータについて以下の処理を行う。制御部２０は、各時刻（本実施形態では５ミリ秒ごと）のデータにおいて隣接する前後の所定長の区間（例えば５つのデータ）における加速度を求め、その加速度を小さい順に並べ、メディアン(中央の値)をその時刻の加速度とする。本処理がなされることにより、各軸の加速度の値が、時間的に滑らかに変化するように加工される。
【００２７】
ＤＣオフセット処理（ステップＳＡ３０）
制御部３０は、各軸ごとの加速度データから、直流成分（ＤＣ）を取り除くＤＣオフセット処理を施す。加速度センサ３１には定常的に重力が働いており、加速度センサ３１が生成する加速度データには、該重力に由来する加速度成分が直流成分として含まれている。
方向センシング発音楽器１は、センサ３に働く加速度のうち、センサ３がユーザにより動かされたことに由来する加速度成分のみに基づいて音を発することを意図していることから、このように重力加速度による加速度成分を取り除く処理を行う。
【００２８】
ローパスフィルタ（以下、ＬＰＦ）処理（ステップＳＡ４０）
制御部２０は、各軸ごとの加速度データを、ＬＰＦ（所定の周波数以下の成分のみを通し、高周波数成分を除去するフィルタ）により処理する。該処理により、各軸ごとの加速度データに含まれるノイズ成分を除去することができる。
【００２９】
以上のステップＳＡ２０ないしステップＳＡ４０の処理は、加速度データについて各軸ごとに処理を行い、加速度データを加工する処理である。以下のステップＳＡ５０以降では、上記処理により加工した加速度データについて、各時刻ごとに処理を行う。
【００３０】
ピーク検出処理（ステップＳＡ５０）
制御部２０は、センサ３に働く加速度の大きさ（絶対値）が極大となる時刻を特定する。具体的には、制御部２０は、各時刻におけるセンサ３の加速度αの大きさを、以下の式に従って算出する。
｜α｜＝（αx2＋αy2＋αz2）1/2
【００３１】
制御部２０は、順次算出されるセンサ３の加速度の大きさから、加速度が極大となる時刻を特定する。具体的には、ステップＳＡ５０において生成された加速度の大きさの経時的変化を表す曲線において、各時刻における傾き（微分値）が正から負に転ずる時刻を特定する。以下では、該特定された時刻（以下、ピーク時刻）のそれぞれについて、ステップＳＡ６０ないしステップＳＡ９０の処理を行う。
【００３２】
制御部２０は、６軸分離処理を行う。６軸分離処理は、軸方向チェック処理と軸方向の向きチェック処理に大別される。
【００３３】
軸方向チェック処理（ステップＳＡ６０）
制御部２０は、上記ステップＳＡ５０において特定された各ピーク時刻において、いずれの軸方向の加速度の大きさが最大であるか、すなわちセンサ３がおよそいずれの軸方向で移動しているかを特定する。
【００３４】
具体的には、制御部２０は、ピーク時刻における各軸方向の加速度の絶対値を算出する。そして、算出結果が最大となる軸方向を特定する。本実施形態においては、上記時刻Ｔ１において、ｘ、ｙ、ｚ軸の方向の加速度は、それぞれαx＝３、αy＝−４、αz＝１２であるため、各軸についての算出結果（絶対値）は、｜αx｜＝３、｜αy｜＝４、｜αz｜＝１２となる。従って、時刻Ｔ１においては「ｚ軸」が特定される。このことは、時刻Ｔ１において、センサ３はおよそｚ軸の方向で加速していることを示す。
【００３５】
軸方向の向きチェック処理（ステップＳＡ７０）
制御部２０は、上記軸方向チェック処理（ステップＳＡ６０）において特定された軸方向の加速度の正負（加速の向き）を判定し、加速度の値が正である場合は軸の正の向き、負である場合には軸の負の向きに加速していると特定する。上記の例においては、ｚ軸における加速度（αz＝１２）は正の値であるため、ｚ軸において「正の向き」が特定される。
以上のように、６軸分離処理が各ピーク時刻について実行され、軸方向およびその向きが特定される。
【００３６】
ステップＳＡ８０において、制御部２０は、ＲＯＭに書き込まれた音階名称対応テーブルを参照し、各ピーク時刻において特定された軸方向およびその向きと対応付けられた音階の名称を選択する。上記の例においては、ｚ軸方向の正の向きと対応付けられた音階の名称として、階名「レ」を選択する。制御部２０は、選択された音階に対応する波形データを音源２２から読み出し、出力部２３に出力する。
【００３７】
ステップＳＡ９０において、読み出された波形データに基づく放音が行われる。具体的には、音源２２から読み出された波形データは、出力部２３において、Ｄ／Ａコンバータによりアナログの音信号へ変換され、アンプにより該音信号の振幅が調整される。そして、該音信号は、出力部２３から供給される音信号に基づきスピーカ２４から放音される。なお、上述したようにＲＯＭに格納された波形データは所定時間長の音を表す波形データであるため、読み出された波形データに基づいて上記所定時間長の発音がなされる。
以上で、本体２における処理は終了する。
【００３８】
（Ｂ−３；動作のまとめ）
以上に説明したように、方向センシング発音楽器１において、センサ３には３軸の加速度センサが設けられており、各軸方向でそれぞれ正の向きおよび負の向きの動きが検知されることから、計６通りの動きが検知される。そして、該６通りの動きに対して、それぞれ異なる音が割り当てられている。その結果、センサ３が３次元で動かされると、該動きに応じて６通りの音が発音される。
６通りの音を用いれば、多様な旋律を奏でることが可能である。更には、該６通りの音は、ペンタトニックスケールを構成する音の組み合わせであることから、センサ３がどのように動かされたとしても、生成される音の旋律は聴いて心地よい音のつながりとなる。
【００３９】
（Ｃ；変形例）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は以下のように種々の態様で実施することができる。なお、以下に説明する種々の実施形態を、適宜組み合わせて実施することも可能である。
【００４０】
（１）上記実施形態においては、センサ３に、３軸のセンサ（センサＳｘ、Ｓｙ、Ｓｚ）が互いに直交して設けられた加速度センサ３１を設ける場合について説明したが、３軸のセンサＳｘ、Ｓｙ、Ｓｚを互いに直交させずに設けても良い。また、設けられる軸の数は、３軸ではなく２軸、および４軸以上でも良い。
例えば、上記実施形態におけるｘ−ｙ平面において、１２個の加速度センサを互いに１５°ずつ角度をずらして設け、各センサの軸方向について正負の向きを判別することによりｘ−ｙ平面において２４方向の加速度を判別し、ｚ軸方向と併せることにより計４８方向の加速度を検出するようにしても良い。
なお、そのような場合、設定された軸の数や軸の設定方向に応じた数の波形データを音源２２に格納することが可能である。音階名称対応テーブルにおいては、該格納された波形データが表す音階の名称と該設けられた軸の方向および向きとを対応付けておけば良い。
【００４１】
（２）上記実施形態においては、方向センシング発音楽器１に、本体２とセンサ３が構造上分離して設けられている場合について説明した。しかし、本体２とセンサ３は単一の筐体に含まれていても良い。
その場合の方向センシング発音楽器５の構成を図７に示す。方向センシング発音楽器５は、制御部５０と加速度センサ５１と音源５２と出力部５３とスピーカ５４とを有する。制御部５０は、制御部２０および制御部３０の機能・構成を併せ有する。加速度センサ５１と音源５２と出力部５３とスピーカ５４とは、それぞれ加速度センサ３１と音源２２と出力部２３とスピーカ２４と同様の機能を有する。このように、方向センシング発音楽器５においては、本体２とセンサ３が有する構成を共通のバスに接続すると共に、送信部３２および受信部２１は設ける必要はない。
【００４２】
（３）上記実施形態においては、方向センシング発音楽器１において、本体２にセンサ３が１つ設けられている場合について説明した。しかし、本体２に対してセンサ３を複数設けても良い。その場合、複数のセンサ３は、センサ３を互いに識別可能な識別子と共に加速度データを送信し、本体２は、各センサ３からの加速度データについて、それぞれ上述の実施形態と同様の処理を行い、それぞれについて読み出された波形データに基づいて発音しても良い。このようにすると、複数の音を同時に発音して和音を奏することが可能となる。
【００４３】
（４）上記実施形態においては、軸方向チェック処理（ステップＳＡ６０）および軸方向の向きチェック処理（ステップＳＡ７０）により特定された軸方向および該軸方向の向きに基づいて、センサ３の運動状態を音と対応付ける場合について説明した。しかし、センサ３の運動状態を音に対応付けるためのパラメータは、軸方向および該軸方向の向きに限られるものではない。たとえば、以下の例のようにしても良い。
（例１）３次元空間をｘ＝０、ｙ＝０、ｚ＝０の３つの平面で計８つの空間（以下、亜空間）に区切り、加速度データに基づいてセンサ３がいずれの亜空間の方向に向けて移動しているかを判定する。例えば、加速度データの各軸方向の成分（αx、αy、αz）について、正か負いずれであるかを判定し、その組み合わせから上記亜空間を特定する。ＲＯＭには８つの音階（例えば、長音階における「ド」から１オクターブ上の「ド」までの８つの音階）の音を表す波形データを書き込んでおくと共に、該８つの音階の名称と上記亜空間とを対応付ける音階名称対応テーブルを書き込んでおく。そして、センサ３が動かされると、該動きに基づいて生成された加速度データからいずれかの亜空間を特定し、音階名称対応テーブルにおいて該特定された亜空間に対応付けられた音階の音を表す波形データが読み出されるようにしても良い。図８には、その場合の音階名称対応テーブルを示す。例えば、センサ３が（３、２、−７）の加速度で動かされた場合、αx＞０、αy＞０、αz＜０であることから、「レ」を表す波形データが読み出され、発音される。
【００４４】
（例２）上記実施形態において、センサ３には加速度センサ３１が設けられている場合について説明した。しかし、センサ３に設けられるセンサは加速度センサに限定されない。
例えば、上記実施形態の加速度センサ３１に代えて、センサ３にジャイロを複数の（例えば３）軸方向に設けても良い。ジャイロとは、センサ３の回転速度を測定する装置である。ジャイロからは、時々刻々変化する回転速度が出力される。該回転速度から角度を計算し、該角度を足しあわせることにより最終的に回転した角度が算出可能である。このようなジャイロが複数の軸について設けられた場合、各回転軸について時計回り、反時計回りの回転を検出し、検出結果であるセンサ３の回転運動の状態を図５に示す音階名称対応テーブルに照らし合わせることにより６つの音を発音させることも可能である。
また、上記実施形態の加速度センサ３１に代えて、３次元の動きを詳細に検出することが可能な以下のセンサ群を設けても良い。該センサ群には、例えばジャイロと加速度センサと磁気センサの組み合わせが可能である。加速度センサは、重力を検出するセンサである。該加速度センサは、センサ３が傾けられると重力を検出し、該重力に対応する信号を出力する。そこで、該加速度センサを２つ直交するように配置すると、水平面に対する傾斜角度を検出することが可能である。磁気センサは、方位磁石と同じように東西南北の方位を検出する。この場合、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３次元方向のそれぞれに１つづつジャイロを配し、それとペアになるように、ｚ軸方向に磁気センサ、ｘ軸およびｙ軸方向に加速度センサを組み合わせる。そのように配されたセンサ群により出力される信号から、センサ３の運動を総合的に判断することにより、正確にセンサ３の運動を３次元的に検出することができる。音階名称対応テーブルには、上記センサ群により特定可能な運動状態と音階の名称とを対応付けておけば良い。
【００４５】
（５）上記実施形態においては、ＲＯＭに６種類の音の波形データを格納しておく場合について説明した。しかし、そのような波形データの組みをＲＯＭに複数組み格納しておき、いずれかの組み合わせがユーザにより選択されるようにしても良い。その場合、各波形データの組みを、特定の楽器の音色を表す波形データの組み合わせとしておき、該組み合わせが選択されることにより、発音される音色（楽器）が選択されるようにしても良い。
また、音階名称対応テーブルにおいて、軸方向および軸方向の向きと音階の名称との対応関係をユーザにより適宜変更可能としても良い。
【００４６】
（６）上記実施形態においては、音源２２に格納された波形データは６種類であり、該６種類の波形データはペンタトニックスケールをなす場合について説明した。しかし、音の組み合わせはペンタトニックスケールに限られるものではなく、他の音の組み合わせでも良い。例えば、日本の民謡や演歌にみられるヨナ抜き音階の音などでもよいし、ユーザにより選択された任意の５つの音でも良い。また、複数の楽器の音が組み合わされていても良い。要はどのような音の波形データの組み合わせでも良い。
【００４７】
（７）上記実施形態においては、同一の軸の正および負の向きに、互いに異なる音を割り当てる場合について説明した。しかし、軸の正および負の向きで、互いに同じ音を割り当てるようにしても良い。
【００４８】
（８）上記実施形態においては、センサ３を例えば単振動させた場合、その振動の１周期には、加速度の大きさが極大となる時刻が２度訪れることから、２回発音がなされる。そこで、各軸の一方の向き（例えば正の向き）だけに音を割り当て、他方には割り当てないようにしても良い。そのようにすれば、同じようにセンサ３を単振動させた場合、その振動の１周期に１度だけ発音される。即ちセンサの運動の軸方向とその向きにおいて、発音させない運動の方向又はその向きを設定しても良い。
【００４９】
（９）上記実施形態において、地磁気の方向を検出する地磁気センサをセンサ３に更に設け、加速度センサ３１による加速度の検出結果に加え、地磁気センサによって特定されたセンサ３の方位（東西南北）に基づいて発音内容を定めるようにしても良い。例えば図９に示すように、各加速度センサ３１の軸方向およびその向きと、上記地磁気センサにより検出されたセンサ３の方位との組み合わせに対して音階の名称を対応付けた音階名称対応テーブルを参照するようにしても良い。図９に示す音階名称対応テーブルによれば、北を向いてｚ軸方向の正の向きにセンサ３を動かした場合には「ミ」が発音されるが、東を向いて同様にｚ軸方向の正の向きにセンサ３を動かした場合には「レ」が発音される。即ち4つの方位（東西南北）毎に異なるペンタトニックの音の組みを設定してもよい。
【００５０】
（１０）上記実施形態においては、３軸方向の正負の向き（６方向）にペンタトニックスケールの５音（ドレミソラ）の組み合わせの音を割り当てる場合について説明した。しかし、全ての方向に対して音を割り当てるようにはせず、１または複数の方向に対しては、音ではなく各種の音響効果を割り当てるようにしても良い。例えば、６方向のうち５方向には、上記ペンタトニックスケールに含まれる５音をそれぞれ割り当てると共に、残りの１方向には、例えばエコー効果を割り当て、エコー効果が割り当てられた方向にセンサ３が加速された直後の所定時間に発音される音にはエコー効果が付与されるとの制御がなされても良い。エコー効果の他にも、音量を大きくする処理、発音される音を１オクターブ上げたり下げたりする処理など各種の音響効果を割り当てても良い。
【００５１】
（１１）上記実施形態においては、ピーク検出処理（ステップＳＡ５０）において特定されたピーク時刻においてのみ発音がなされる場合について説明した。しかし、ピーク時刻以外の時刻においても発音がなされるようにしても良い。例えば、ピーク時刻に代えて、所定時間おきに、その時点で加速度が最大である軸方向および該軸方向の向きを特定する処理（軸方向チェック処理および軸方向の向きチェック処理に相当）を行い、該処理において特定された軸方向および該軸方向の向きと対応付けられた音階に対応する波形データを読み出して発音させるようにしても良い。
また、加速度の大きさが所定の閾値を越える期間に継続して発音がなされるようにしても良い。その場合、ステップＳＡ５０のピーク検出処理に代えて、加速度の大きさが閾値を越えている期間を特定する処理を行えば良い。そして、ステップＳＡ９０においては、ステップＳＡ５０において特定された期間に継続的に発音処理を行うようにすれば良い。このようにした場合、発音時間はユーザがセンサ３の加速度を上記閾値を越えるように維持した時間により決まるため、よりユーザが所望する音へと近づけることができる。
【００５２】
（１２）上記実施形態においては、ピーク検出処理（ステップＳＡ５０）において、加速度の大きさが極大となる時刻をピーク時刻として特定し、該時刻に発音がなされる場合について説明した。しかし、極大となる時刻に代えて、加速度の大きさが極小となる時刻、０となる時刻などを、加速度の大きさが極大となるピーク時刻に代えて特定しても良い。
【００５３】
（１３）上記実施形態においては、図２に示すように、センサ３はリストバンド３ｂにより手首に装着可能であり、手首を動かすことによりセンサ３が操作される場合について説明した。しかし、センサ３の構造および操作方法は、上述の態様に限られるものではない。例えば、足首や靴などに装着できるように径の大きなバンドを設けたり、接着剤などで所望の位置に貼付できるようにしたりしても良い。
また、上記実施形態においては、人間の動きに応じて音が発音される場合について説明したが、人間とは異なる対象（動物や物）にセンサ３を取り付けるようにしても良い。例えば風鈴や暖簾にセンサ３を取り付けても良く、そのようにすれば、風鈴が風に揺れた場合やお客さんが暖簾をくぐった際に、毎回異なった組み合わせで音が生成されるといった使用法が可能である。
【００５４】
（１４）上記実施形態においては、無線信号によりセンサ３から本体２へ加速度データを送信する場合について説明したが、伝送ケーブルなどによりセンサ３と本体２を接続し、有線により送信しても良い。
【００５５】
（１５）上記実施形態においては、ステップＳＡ２０およびステップＳＡ４０において、各種のデータ処理を行う場合について説明した。それらの処理を行うのが好ましいが、行わないとしても良い。
【００５６】
（１６）上記実施形態においては、ピーク検出処理（ステップＳＡ５０）において、センサ３の加速度の大きさが極大となる時刻を特定する場合について説明した。その場合、加速度の大きさが極大となると共に、その極大値が所定のレベルを越えるとの条件も同時に満たす時刻を特定するようにしても良い。そのようにすれば、ユーザが発音させることを意識せずに、わずかにセンサ３が動いた場合にも発音されてしまうのを防ぐことが出来る。
【００５７】
（１７）上記実施形態において、加速度センサ３１が検出した加速度の大きさ（絶対値）に応じて音量を調整するなどしても良い。その場合、例えば、加速度の大きさが大きいほど出力部２３のアンプに高い増幅率が設定されるようにすれば良い。
【００５８】
（１８）上記実施形態においては、センサ３に格納された加速度センサ３１の向きを基準として、センサ３がいずれの方向に移動したか検出する場合について説明した。しかし、以下のように、空間の向き（重力の向き）を基準としたセンサ３の絶対的な移動方向を検出するようにしても良い。例えば、上記ステップＳＡ３０のＤＣオフセット処理において、各軸における加速度から取り除かれた重力加速度の成分に基づいて、センサ３の方向を基準とした重力の方向を特定することができ、該特定された重力の方向とセンサ３の加速度の方向とを比較することにより、空間におけるセンサ３の絶対的な移動方向を特定し、該特定された移動方向に基づいて発音がなされるようにしても良い。
【００５９】
（１９）上記実施形態においては、本体２に出力部２３およびスピーカ２４が設けられており、センサ３の動きに応じて読み出された波形データが発音される場合について説明した。しかし、読み出された波形データをそのまま外部機器に出力するようにしても良い。その場合、外部機器との間でデータ通信を仲介する通信インタフェースを本体２に設けておけば良い。
また、上記実施形態においては、音を表すデータとして波形データを用いたが、波形データに代えてＭＩＤＩデータなどの音の種類を指定する音指定データをＲＯＭに格納しておき、該音指定データを読み出し外部機器に出力するようにしても良い。
【００６０】
（２０）上記実施形態においては、ステップＳＡ２０において、メディアンフィルタ処理を行う場合について説明した。しかし、メディアンフィルタ処理に代えて、移動平均処理を行っても良い。移動平均処理とは、ある時刻のデータを、該時刻の近傍に位置する所定数のデータの平均値で置き換えることにより、データを平滑化する処理である。上記実施形態においてこの方法を用いる場合には、例えば、所定時間（５ミリ秒）ごとのデータについて複数（例えば５つ）のデータの平均をとり、該平均値で中央の時刻のデータを置き換える処理を行っても良い。
【００６１】
（２１）上記実施形態においては、ステップＳＡ９０において、読み出された波形データに基づいて上記所定時間の発音がなされる場合について説明した。しかし、発音時間は、波形データとして書き込まれた音の時間長に限定されるものではない。波形データを繰り返し読み出して発音することで任意の時間長発音することが可能であるが、例えばピーク時刻に発音を開始して、次のピーク時刻まで発音が継続されるようにしても良い。
【００６２】
（２２）上記実施形態においては、センサ３に加速度センサ３１を設け、該加速度センサ３１により検出されたセンサ３の加速度に基づいて発音がなされる場合について説明したが、発音がセンサ３の加速度以外のパラメータに基づいてなされるようにしても良い。例えば、加速度センサ３１により出力される加速度データを各軸方向の成分について時間積分することにより算出される速度を表す速度データや、該速度を更に時間積分することにより算出される変位を表す変位データに基づいて発音がなされるようにしても良い。例えば、速度を例にとると、ある時刻におけるセンサ３の速度の向き（速度成分の符号）に基づいて発音される音が選択されるようにしても良いし、速度の大きさが所定の閾値を越える期間に発音がなされるようにするなどしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】方向センシング発音楽器１の構成を示した図である。
【図２】センサ３の外観を示す図である。
【図３】方向センシング発音楽器１のセンサ３の構成を示す図である。
【図４】方向センシング発音楽器１の本体２の構成を示す図である。
【図５】実施形態に係る音階名称対応テーブルを示した図である。
【図６】本体２が行う処理の内容を表すフローチャートである。
【図７】方向センシング発音楽器５の構成を示すブロック図である。
【図８】変形例（４）の例１に係る音階名称対応テーブルの一例である。
【図９】変形例（９）に係る音階名称対応テーブルの一例である。
【符号の説明】
【００６４】
１…方向センシング発音楽器、２…本体、３…センサ、５…方向センシング発音楽器、２０…制御部、２１…受信部、２２…音源、２３…出力部、２４…スピーカ、３０…制御部、３１…加速度センサ、３２…送信部、５０…制御部、５１…加速度センサ、５２…音源、５３…出力部、５４…スピーカ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動きに基づいて音を発するための音データ生成装置および方向センシング発音楽器に関する。
【背景技術】
【０００２】
楽器には、その発音の仕組みに応じた操作方法がある。例えば、ピアノでは、鍵が指で押下されると、所定のメカニズムによりハンマが弦を打撃し音を発する。その場合、押鍵の速度によりハンマの打撃の速度が制御され、生じる音の大きさや音色が変わる。また、リコーダーでは、管に息が吹き込まれると、空気が振動し音を発する。その場合、指で塞がれた音孔の組み合わせや、吹き込まれる息の強さなどにより空気の振動の態様が変わり、異なる音階や音色の音が生じる。
【０００３】
このような古典的な楽器に対し、操作子の動き自体に応じて音が生成される楽器が近年提案されている。特許文献１においては、ユーザにより動作センサが動かされると、動作のパターンを認識し、認識したパターンに応じた音が生成されるシステムについて記載されている。
【特許文献１】特開２００１−１９５０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載された技術においては、動作センサには１軸の加速度センサが設けられていることから、動作センサの１次元方向についての動きしか検知されない。従って、動作センサの動かし方を多様に制御しても、生成される音の音色や音量などにあまり反映されず、楽器として十分に楽しむことはできなかった。
【０００５】
本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、動きに対応して多様な音階の音を生成可能とする音データ生成装置および方向センシング発音楽器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る音データ生成装置は、複数の軸についての正の向きおよび負の向きの運動を検出するセンサと、各軸の各向きと音階を構成する音とを対応付けるテーブルを記憶する記憶手段と、前記センサにより検出された運動に基づいて各軸の各向きに対応する音を前記記憶手段内のテーブルを参照して特定し、該特定された音を指定する音指定情報を生成する音指定情報生成手段とを有することを特徴とする。
【０００７】
上記の構成において、前記センサは、各軸方向の加速度を検出し、検出結果を表す加速度データを生成する加速度センサであり、前記音指定情報生成手段は、前記センサにより生成された加速度データに基づいて、前記複数の軸から特定の軸および該特定された軸における向きを特定し、該特定内容と対応付けられた音を前記テーブルを参照して特定し、該特定された音を指定する音指定情報を生成しても良い。その場合、前記音指定情報生成手段は、前記センサにより検出された加速度の大きさが極大となる時刻に前記音指定情報を出力しても良い。なお、前記音指定情報生成手段は、前記センサにより生成された加速度データから、加速度の絶対値が最大である軸および該特定された軸における加速度の向きを特定しても良い。
【０００８】
本発明に係る音データ生成装置は、上記の構成において、前記テーブルは、各軸の各向きとペンタトニックスケールを構成する音とを対応付けても良い。
【０００９】
本発明に係る音データ生成装置は、複数の回転軸の周りの正の向きおよび負の向きの回転運動を検出するセンサと、前記各回転軸の各向きの回転運動と音階を構成する音とを対応付けるテーブルを記憶する記憶手段と、前記センサにより検出された回転運動に基づいて各軸の各向きの回転運動に対応する音を前記記憶手段内のテーブルを参照して特定し、該特定された音を指定する音指定情報を生成する音指定情報生成手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る方向センシング発音楽器は、上記のいずれかに記載の音データ生成装置と、音階を表す音のデータを記憶する第２の記憶手段と、前記音指定情報により指定された音に対応する音のデータを前記第２の記憶手段から読み出し、該読出した音のデータに基づいて発音する発音手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る音データ生成装置および方向センシング発音楽器によれば、動きに対応して多様な音階の音を生成可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施形態の説明に入る前に、「ペンタトニックスケール（五音音階）」について説明する。ペンタトニックスケールとは、長音階（ドレミファソラシド）から「ファ」と「シ」を抜いた音階、すなわち、ドレミソラからなる音階である。ペンタトニックスケールを用いれば、どのような音の順序で発音しても調子はずれにならず、終わりのない流れるような音楽が奏でられることが知られている。
【００１３】
以下、図面を参照しつつ、本発明を実施する際の最良の形態について説明する。
（Ａ；構成）
本発明に係る方向センシング発音楽器１の構成について説明する。図１に示すように、方向センシング発音楽器１は、本体２とセンサ３の組み合わせで構成される。
【００１４】
（Ａ−１；センサ３の構成）
図２は、センサ３の外観を示す。図示するように、センサ３の筐体３ａは略直方体の形状であり、リストバンド３ｂにより手首に巻き付けられるようになっている。
センサ３の内部構成を、図３を参照して説明する。センサ３において、制御部３０と加速度センサ３１と送信部３２とは、バスで接続されており、それらの構成は図２に示す筐体３ａに収められている。
【００１５】
加速度センサ３１は、３軸の加速度センサである。すなわち、加速度センサ３１には、軸方向の加速度を検出する３つのセンサ（以下、各センサをＳx、Ｓy、Ｓzと呼ぶ）が含まれており、各センサの軸が図２に示すｘ、ｙ、ｚ軸方向となるように設けられている。各センサＳx、Ｓy、Ｓzは、各時刻において、図２に示したｘ、ｙ、ｚ軸の方向の加速度（それぞれ、αx、αy、αzと表す）を検出し、その加速度を表す数値データを生成・出力する。以下、該加速度を示す数値データを「加速度データ」と呼び、以下では、具体的にデータの内容を示す場合には、ｘ、ｙ、ｚ軸それぞれの方向の加速度の値を用いて、（αx、αy、αz）のように表す。
【００１６】
制御部３０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)とＲＯＭ(Read Only Memory)とＲＡＭ(Random Access Memory)とを含む。ＣＰＵは、ＲＡＭをワーキングエリアとして、ＲＯＭに格納された制御プログラムを実行する。
送信部３２は、上記加速度センサ３１が生成した加速度データを、所定時間（本実施形態では５ミリ秒）ごとに、電波などの無線信号として本体２に出力する。
【００１７】
（Ａ−２；本体２の構成）
次に、本体２の構成を、図４を参照して説明する。本体２において、制御部２０と受信部２１と音源２２と出力部２３とは、バスで接続されており、出力部２３にはスピーカ２４が接続されている。
【００１８】
受信部２１は、センサ３から送信される無線信号を受信し、受信した無線信号が表すデータを制御部２０に出力する。
制御部２０は、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭとを含む。ＣＰＵは、ＲＡＭをワーキングエリアとして、ＲＯＭに格納された制御プログラムを実行する。制御部２０は、センサ３から受信する加速度データに基づいて音を発音させるための処理を行う。
【００１９】
ＲＯＭには、制御プログラムに加え、「音階名称対応テーブル」が格納されている。音階名称対応テーブルとは、上記センサ３が動かされた軸方向及びその向きと、音階の名称とを対応付けるテーブルである。
【００２０】
図５に、音階名称対応テーブルの一例を示す。同図に示すように、音階名称対応テーブルにおいては、センサ３が動かされた軸方向（軸ｘ、ｙ、ｚ）および、該軸方向の向き（正または負）の組み合わせに対して音階の名称が１つ対応付けられている。各音階は、ペンタトニックスケールに含まれる５つの音階のうちの１つの音にそれぞれ対応する。なお、ｚ軸方向の正の向きに対応付けられている「レ」は、ｚ軸方向の負の向きに対応付けられている「レ」よりも１オクターブ高い音である。
【００２１】
音源２２は、上述したペンタトニックスケールに対応する各音について、所定時間長の音を表す波形データを記憶する。
出力部２３は、Ｄ／Ａコンバータとアンプとを有する。Ｄ／Ａコンバータは、受取った波形データをアナログの音信号へ変換する。アンプは、該音信号の振幅を調整する。
スピーカ２４は、出力部２３から供給される音信号に基づき、放音する。
【００２２】
（Ｂ；動作）
次に、上記の構成を有する方向センシング発音楽器１の動作について説明する。
センサ３は、リストバンド３ｂにより筐体３ａがユーザの手首に装着される。ユーザは、手首を回したり振ったりして、センサ３を３次元的に所望の態様で動かす。
【００２３】
（Ｂ−１；制御部３０（センサ３）の処理内容）
センサ３の処理内容を説明する。センサ３がユーザにより動かされると、加速度センサ３１は、各軸方向の加速度を表す加速度データを逐次生成する。該加速度データは、送信部３２を介して無線信号として本体２に送信される。なお、加速度データは、５ミリ秒ごとにその時点での値が書き込まれ送信される。
【００２４】
例えば、センサ３の筐体３ａが、ある時刻（以下、時刻Ｔ１）において、単位ベクトルｕ（本実施形態では、ｕ＝（３／１３、−４／１３、１２／１３））の方向に大きさ｜α｜（本実施形態では、｜α｜＝１３）の加速度で動かされたとする。その場合、加速度センサ３１の各軸のセンサＳx、Ｓy、Ｓzにより検出される加速度は、それぞれαx＝３、αy＝−４、αz＝１２となる。加速度データには、これら３軸方向の加速度の値が書き込まれる。
【００２５】
（Ｂ−２；制御部２０（本体２）の処理内容）
次に、本体２の処理内容を、図６に示すフローチャートに従って説明する。本体２の受信部２１は、センサ３から加速度データを受信し、制御部２０に出力する。ステップＳＡ１０において、制御部２０は加速度データを受信する。制御部２０は、受信した加速度データをＲＡＭに書き込むと共に、以下の処理を実行する。
【００２６】
メディアンフィルタ処理（ステップＳＡ２０）
制御部２０は、受取った加速度データの各軸ごとのデータについて以下の処理を行う。制御部２０は、各時刻（本実施形態では５ミリ秒ごと）のデータにおいて隣接する前後の所定長の区間（例えば５つのデータ）における加速度を求め、その加速度を小さい順に並べ、メディアン(中央の値)をその時刻の加速度とする。本処理がなされることにより、各軸の加速度の値が、時間的に滑らかに変化するように加工される。
【００２７】
ＤＣオフセット処理（ステップＳＡ３０）
制御部３０は、各軸ごとの加速度データから、直流成分（ＤＣ）を取り除くＤＣオフセット処理を施す。加速度センサ３１には定常的に重力が働いており、加速度センサ３１が生成する加速度データには、該重力に由来する加速度成分が直流成分として含まれている。
方向センシング発音楽器１は、センサ３に働く加速度のうち、センサ３がユーザにより動かされたことに由来する加速度成分のみに基づいて音を発することを意図していることから、このように重力加速度による加速度成分を取り除く処理を行う。
【００２８】
ローパスフィルタ（以下、ＬＰＦ）処理（ステップＳＡ４０）
制御部２０は、各軸ごとの加速度データを、ＬＰＦ（所定の周波数以下の成分のみを通し、高周波数成分を除去するフィルタ）により処理する。該処理により、各軸ごとの加速度データに含まれるノイズ成分を除去することができる。
【００２９】
以上のステップＳＡ２０ないしステップＳＡ４０の処理は、加速度データについて各軸ごとに処理を行い、加速度データを加工する処理である。以下のステップＳＡ５０以降では、上記処理により加工した加速度データについて、各時刻ごとに処理を行う。
【００３０】
ピーク検出処理（ステップＳＡ５０）
制御部２０は、センサ３に働く加速度の大きさ（絶対値）が極大となる時刻を特定する。具体的には、制御部２０は、各時刻におけるセンサ３の加速度αの大きさを、以下の式に従って算出する。
｜α｜＝（αx2＋αy2＋αz2）1/2
【００３１】
制御部２０は、順次算出されるセンサ３の加速度の大きさから、加速度が極大となる時刻を特定する。具体的には、ステップＳＡ５０において生成された加速度の大きさの経時的変化を表す曲線において、各時刻における傾き（微分値）が正から負に転ずる時刻を特定する。以下では、該特定された時刻（以下、ピーク時刻）のそれぞれについて、ステップＳＡ６０ないしステップＳＡ９０の処理を行う。
【００３２】
制御部２０は、６軸分離処理を行う。６軸分離処理は、軸方向チェック処理と軸方向の向きチェック処理に大別される。
【００３３】
軸方向チェック処理（ステップＳＡ６０）
制御部２０は、上記ステップＳＡ５０において特定された各ピーク時刻において、いずれの軸方向の加速度の大きさが最大であるか、すなわちセンサ３がおよそいずれの軸方向で移動しているかを特定する。
【００３４】
具体的には、制御部２０は、ピーク時刻における各軸方向の加速度の絶対値を算出する。そして、算出結果が最大となる軸方向を特定する。本実施形態においては、上記時刻Ｔ１において、ｘ、ｙ、ｚ軸の方向の加速度は、それぞれαx＝３、αy＝−４、αz＝１２であるため、各軸についての算出結果（絶対値）は、｜αx｜＝３、｜αy｜＝４、｜αz｜＝１２となる。従って、時刻Ｔ１においては「ｚ軸」が特定される。このことは、時刻Ｔ１において、センサ３はおよそｚ軸の方向で加速していることを示す。
【００３５】
軸方向の向きチェック処理（ステップＳＡ７０）
制御部２０は、上記軸方向チェック処理（ステップＳＡ６０）において特定された軸方向の加速度の正負（加速の向き）を判定し、加速度の値が正である場合は軸の正の向き、負である場合には軸の負の向きに加速していると特定する。上記の例においては、ｚ軸における加速度（αz＝１２）は正の値であるため、ｚ軸において「正の向き」が特定される。
以上のように、６軸分離処理が各ピーク時刻について実行され、軸方向およびその向きが特定される。
【００３６】
ステップＳＡ８０において、制御部２０は、ＲＯＭに書き込まれた音階名称対応テーブルを参照し、各ピーク時刻において特定された軸方向およびその向きと対応付けられた音階の名称を選択する。上記の例においては、ｚ軸方向の正の向きと対応付けられた音階の名称として、階名「レ」を選択する。制御部２０は、選択された音階に対応する波形データを音源２２から読み出し、出力部２３に出力する。
【００３７】
ステップＳＡ９０において、読み出された波形データに基づく放音が行われる。具体的には、音源２２から読み出された波形データは、出力部２３において、Ｄ／Ａコンバータによりアナログの音信号へ変換され、アンプにより該音信号の振幅が調整される。そして、該音信号は、出力部２３から供給される音信号に基づきスピーカ２４から放音される。なお、上述したようにＲＯＭに格納された波形データは所定時間長の音を表す波形データであるため、読み出された波形データに基づいて上記所定時間長の発音がなされる。
以上で、本体２における処理は終了する。
【００３８】
（Ｂ−３；動作のまとめ）
以上に説明したように、方向センシング発音楽器１において、センサ３には３軸の加速度センサが設けられており、各軸方向でそれぞれ正の向きおよび負の向きの動きが検知されることから、計６通りの動きが検知される。そして、該６通りの動きに対して、それぞれ異なる音が割り当てられている。その結果、センサ３が３次元で動かされると、該動きに応じて６通りの音が発音される。
６通りの音を用いれば、多様な旋律を奏でることが可能である。更には、該６通りの音は、ペンタトニックスケールを構成する音の組み合わせであることから、センサ３がどのように動かされたとしても、生成される音の旋律は聴いて心地よい音のつながりとなる。
【００３９】
（Ｃ；変形例）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は以下のように種々の態様で実施することができる。なお、以下に説明する種々の実施形態を、適宜組み合わせて実施することも可能である。
【００４０】
（１）上記実施形態においては、センサ３に、３軸のセンサ（センサＳｘ、Ｓｙ、Ｓｚ）が互いに直交して設けられた加速度センサ３１を設ける場合について説明したが、３軸のセンサＳｘ、Ｓｙ、Ｓｚを互いに直交させずに設けても良い。また、設けられる軸の数は、３軸ではなく２軸、および４軸以上でも良い。
例えば、上記実施形態におけるｘ−ｙ平面において、１２個の加速度センサを互いに１５°ずつ角度をずらして設け、各センサの軸方向について正負の向きを判別することによりｘ−ｙ平面において２４方向の加速度を判別し、ｚ軸方向と併せることにより計４８方向の加速度を検出するようにしても良い。
なお、そのような場合、設定された軸の数や軸の設定方向に応じた数の波形データを音源２２に格納することが可能である。音階名称対応テーブルにおいては、該格納された波形データが表す音階の名称と該設けられた軸の方向および向きとを対応付けておけば良い。
【００４１】
（２）上記実施形態においては、方向センシング発音楽器１に、本体２とセンサ３が構造上分離して設けられている場合について説明した。しかし、本体２とセンサ３は単一の筐体に含まれていても良い。
その場合の方向センシング発音楽器５の構成を図７に示す。方向センシング発音楽器５は、制御部５０と加速度センサ５１と音源５２と出力部５３とスピーカ５４とを有する。制御部５０は、制御部２０および制御部３０の機能・構成を併せ有する。加速度センサ５１と音源５２と出力部５３とスピーカ５４とは、それぞれ加速度センサ３１と音源２２と出力部２３とスピーカ２４と同様の機能を有する。このように、方向センシング発音楽器５においては、本体２とセンサ３が有する構成を共通のバスに接続すると共に、送信部３２および受信部２１は設ける必要はない。
【００４２】
（３）上記実施形態においては、方向センシング発音楽器１において、本体２にセンサ３が１つ設けられている場合について説明した。しかし、本体２に対してセンサ３を複数設けても良い。その場合、複数のセンサ３は、センサ３を互いに識別可能な識別子と共に加速度データを送信し、本体２は、各センサ３からの加速度データについて、それぞれ上述の実施形態と同様の処理を行い、それぞれについて読み出された波形データに基づいて発音しても良い。このようにすると、複数の音を同時に発音して和音を奏することが可能となる。
【００４３】
（４）上記実施形態においては、軸方向チェック処理（ステップＳＡ６０）および軸方向の向きチェック処理（ステップＳＡ７０）により特定された軸方向および該軸方向の向きに基づいて、センサ３の運動状態を音と対応付ける場合について説明した。しかし、センサ３の運動状態を音に対応付けるためのパラメータは、軸方向および該軸方向の向きに限られるものではない。たとえば、以下の例のようにしても良い。
（例１）３次元空間をｘ＝０、ｙ＝０、ｚ＝０の３つの平面で計８つの空間（以下、亜空間）に区切り、加速度データに基づいてセンサ３がいずれの亜空間の方向に向けて移動しているかを判定する。例えば、加速度データの各軸方向の成分（αx、αy、αz）について、正か負いずれであるかを判定し、その組み合わせから上記亜空間を特定する。ＲＯＭには８つの音階（例えば、長音階における「ド」から１オクターブ上の「ド」までの８つの音階）の音を表す波形データを書き込んでおくと共に、該８つの音階の名称と上記亜空間とを対応付ける音階名称対応テーブルを書き込んでおく。そして、センサ３が動かされると、該動きに基づいて生成された加速度データからいずれかの亜空間を特定し、音階名称対応テーブルにおいて該特定された亜空間に対応付けられた音階の音を表す波形データが読み出されるようにしても良い。図８には、その場合の音階名称対応テーブルを示す。例えば、センサ３が（３、２、−７）の加速度で動かされた場合、αx＞０、αy＞０、αz＜０であることから、「レ」を表す波形データが読み出され、発音される。
【００４４】
（例２）上記実施形態において、センサ３には加速度センサ３１が設けられている場合について説明した。しかし、センサ３に設けられるセンサは加速度センサに限定されない。
例えば、上記実施形態の加速度センサ３１に代えて、センサ３にジャイロを複数の（例えば３）軸方向に設けても良い。ジャイロとは、センサ３の回転速度を測定する装置である。ジャイロからは、時々刻々変化する回転速度が出力される。該回転速度から角度を計算し、該角度を足しあわせることにより最終的に回転した角度が算出可能である。このようなジャイロが複数の軸について設けられた場合、各回転軸について時計回り、反時計回りの回転を検出し、検出結果であるセンサ３の回転運動の状態を図５に示す音階名称対応テーブルに照らし合わせることにより６つの音を発音させることも可能である。
また、上記実施形態の加速度センサ３１に代えて、３次元の動きを詳細に検出することが可能な以下のセンサ群を設けても良い。該センサ群には、例えばジャイロと加速度センサと磁気センサの組み合わせが可能である。加速度センサは、重力を検出するセンサである。該加速度センサは、センサ３が傾けられると重力を検出し、該重力に対応する信号を出力する。そこで、該加速度センサを２つ直交するように配置すると、水平面に対する傾斜角度を検出することが可能である。磁気センサは、方位磁石と同じように東西南北の方位を検出する。この場合、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３次元方向のそれぞれに１つづつジャイロを配し、それとペアになるように、ｚ軸方向に磁気センサ、ｘ軸およびｙ軸方向に加速度センサを組み合わせる。そのように配されたセンサ群により出力される信号から、センサ３の運動を総合的に判断することにより、正確にセンサ３の運動を３次元的に検出することができる。音階名称対応テーブルには、上記センサ群により特定可能な運動状態と音階の名称とを対応付けておけば良い。
【００４５】
（５）上記実施形態においては、ＲＯＭに６種類の音の波形データを格納しておく場合について説明した。しかし、そのような波形データの組みをＲＯＭに複数組み格納しておき、いずれかの組み合わせがユーザにより選択されるようにしても良い。その場合、各波形データの組みを、特定の楽器の音色を表す波形データの組み合わせとしておき、該組み合わせが選択されることにより、発音される音色（楽器）が選択されるようにしても良い。
また、音階名称対応テーブルにおいて、軸方向および軸方向の向きと音階の名称との対応関係をユーザにより適宜変更可能としても良い。
【００４６】
（６）上記実施形態においては、音源２２に格納された波形データは６種類であり、該６種類の波形データはペンタトニックスケールをなす場合について説明した。しかし、音の組み合わせはペンタトニックスケールに限られるものではなく、他の音の組み合わせでも良い。例えば、日本の民謡や演歌にみられるヨナ抜き音階の音などでもよいし、ユーザにより選択された任意の５つの音でも良い。また、複数の楽器の音が組み合わされていても良い。要はどのような音の波形データの組み合わせでも良い。
【００４７】
（７）上記実施形態においては、同一の軸の正および負の向きに、互いに異なる音を割り当てる場合について説明した。しかし、軸の正および負の向きで、互いに同じ音を割り当てるようにしても良い。
【００４８】
（８）上記実施形態においては、センサ３を例えば単振動させた場合、その振動の１周期には、加速度の大きさが極大となる時刻が２度訪れることから、２回発音がなされる。そこで、各軸の一方の向き（例えば正の向き）だけに音を割り当て、他方には割り当てないようにしても良い。そのようにすれば、同じようにセンサ３を単振動させた場合、その振動の１周期に１度だけ発音される。即ちセンサの運動の軸方向とその向きにおいて、発音させない運動の方向又はその向きを設定しても良い。
【００４９】
（９）上記実施形態において、地磁気の方向を検出する地磁気センサをセンサ３に更に設け、加速度センサ３１による加速度の検出結果に加え、地磁気センサによって特定されたセンサ３の方位（東西南北）に基づいて発音内容を定めるようにしても良い。例えば図９に示すように、各加速度センサ３１の軸方向およびその向きと、上記地磁気センサにより検出されたセンサ３の方位との組み合わせに対して音階の名称を対応付けた音階名称対応テーブルを参照するようにしても良い。図９に示す音階名称対応テーブルによれば、北を向いてｚ軸方向の正の向きにセンサ３を動かした場合には「ミ」が発音されるが、東を向いて同様にｚ軸方向の正の向きにセンサ３を動かした場合には「レ」が発音される。即ち4つの方位（東西南北）毎に異なるペンタトニックの音の組みを設定してもよい。
【００５０】
（１０）上記実施形態においては、３軸方向の正負の向き（６方向）にペンタトニックスケールの５音（ドレミソラ）の組み合わせの音を割り当てる場合について説明した。しかし、全ての方向に対して音を割り当てるようにはせず、１または複数の方向に対しては、音ではなく各種の音響効果を割り当てるようにしても良い。例えば、６方向のうち５方向には、上記ペンタトニックスケールに含まれる５音をそれぞれ割り当てると共に、残りの１方向には、例えばエコー効果を割り当て、エコー効果が割り当てられた方向にセンサ３が加速された直後の所定時間に発音される音にはエコー効果が付与されるとの制御がなされても良い。エコー効果の他にも、音量を大きくする処理、発音される音を１オクターブ上げたり下げたりする処理など各種の音響効果を割り当てても良い。
【００５１】
（１１）上記実施形態においては、ピーク検出処理（ステップＳＡ５０）において特定されたピーク時刻においてのみ発音がなされる場合について説明した。しかし、ピーク時刻以外の時刻においても発音がなされるようにしても良い。例えば、ピーク時刻に代えて、所定時間おきに、その時点で加速度が最大である軸方向および該軸方向の向きを特定する処理（軸方向チェック処理および軸方向の向きチェック処理に相当）を行い、該処理において特定された軸方向および該軸方向の向きと対応付けられた音階に対応する波形データを読み出して発音させるようにしても良い。
また、加速度の大きさが所定の閾値を越える期間に継続して発音がなされるようにしても良い。その場合、ステップＳＡ５０のピーク検出処理に代えて、加速度の大きさが閾値を越えている期間を特定する処理を行えば良い。そして、ステップＳＡ９０においては、ステップＳＡ５０において特定された期間に継続的に発音処理を行うようにすれば良い。このようにした場合、発音時間はユーザがセンサ３の加速度を上記閾値を越えるように維持した時間により決まるため、よりユーザが所望する音へと近づけることができる。
【００５２】
（１２）上記実施形態においては、ピーク検出処理（ステップＳＡ５０）において、加速度の大きさが極大となる時刻をピーク時刻として特定し、該時刻に発音がなされる場合について説明した。しかし、極大となる時刻に代えて、加速度の大きさが極小となる時刻、０となる時刻などを、加速度の大きさが極大となるピーク時刻に代えて特定しても良い。
【００５３】
（１３）上記実施形態においては、図２に示すように、センサ３はリストバンド３ｂにより手首に装着可能であり、手首を動かすことによりセンサ３が操作される場合について説明した。しかし、センサ３の構造および操作方法は、上述の態様に限られるものではない。例えば、足首や靴などに装着できるように径の大きなバンドを設けたり、接着剤などで所望の位置に貼付できるようにしたりしても良い。
また、上記実施形態においては、人間の動きに応じて音が発音される場合について説明したが、人間とは異なる対象（動物や物）にセンサ３を取り付けるようにしても良い。例えば風鈴や暖簾にセンサ３を取り付けても良く、そのようにすれば、風鈴が風に揺れた場合やお客さんが暖簾をくぐった際に、毎回異なった組み合わせで音が生成されるといった使用法が可能である。
【００５４】
（１４）上記実施形態においては、無線信号によりセンサ３から本体２へ加速度データを送信する場合について説明したが、伝送ケーブルなどによりセンサ３と本体２を接続し、有線により送信しても良い。
【００５５】
（１５）上記実施形態においては、ステップＳＡ２０およびステップＳＡ４０において、各種のデータ処理を行う場合について説明した。それらの処理を行うのが好ましいが、行わないとしても良い。
【００５６】
（１６）上記実施形態においては、ピーク検出処理（ステップＳＡ５０）において、センサ３の加速度の大きさが極大となる時刻を特定する場合について説明した。その場合、加速度の大きさが極大となると共に、その極大値が所定のレベルを越えるとの条件も同時に満たす時刻を特定するようにしても良い。そのようにすれば、ユーザが発音させることを意識せずに、わずかにセンサ３が動いた場合にも発音されてしまうのを防ぐことが出来る。
【００５７】
（１７）上記実施形態において、加速度センサ３１が検出した加速度の大きさ（絶対値）に応じて音量を調整するなどしても良い。その場合、例えば、加速度の大きさが大きいほど出力部２３のアンプに高い増幅率が設定されるようにすれば良い。
【００５８】
（１８）上記実施形態においては、センサ３に格納された加速度センサ３１の向きを基準として、センサ３がいずれの方向に移動したか検出する場合について説明した。しかし、以下のように、空間の向き（重力の向き）を基準としたセンサ３の絶対的な移動方向を検出するようにしても良い。例えば、上記ステップＳＡ３０のＤＣオフセット処理において、各軸における加速度から取り除かれた重力加速度の成分に基づいて、センサ３の方向を基準とした重力の方向を特定することができ、該特定された重力の方向とセンサ３の加速度の方向とを比較することにより、空間におけるセンサ３の絶対的な移動方向を特定し、該特定された移動方向に基づいて発音がなされるようにしても良い。
【００５９】
（１９）上記実施形態においては、本体２に出力部２３およびスピーカ２４が設けられており、センサ３の動きに応じて読み出された波形データが発音される場合について説明した。しかし、読み出された波形データをそのまま外部機器に出力するようにしても良い。その場合、外部機器との間でデータ通信を仲介する通信インタフェースを本体２に設けておけば良い。
また、上記実施形態においては、音を表すデータとして波形データを用いたが、波形データに代えてＭＩＤＩデータなどの音の種類を指定する音指定データをＲＯＭに格納しておき、該音指定データを読み出し外部機器に出力するようにしても良い。
【００６０】
（２０）上記実施形態においては、ステップＳＡ２０において、メディアンフィルタ処理を行う場合について説明した。しかし、メディアンフィルタ処理に代えて、移動平均処理を行っても良い。移動平均処理とは、ある時刻のデータを、該時刻の近傍に位置する所定数のデータの平均値で置き換えることにより、データを平滑化する処理である。上記実施形態においてこの方法を用いる場合には、例えば、所定時間（５ミリ秒）ごとのデータについて複数（例えば５つ）のデータの平均をとり、該平均値で中央の時刻のデータを置き換える処理を行っても良い。
【００６１】
（２１）上記実施形態においては、ステップＳＡ９０において、読み出された波形データに基づいて上記所定時間の発音がなされる場合について説明した。しかし、発音時間は、波形データとして書き込まれた音の時間長に限定されるものではない。波形データを繰り返し読み出して発音することで任意の時間長発音することが可能であるが、例えばピーク時刻に発音を開始して、次のピーク時刻まで発音が継続されるようにしても良い。
【００６２】
（２２）上記実施形態においては、センサ３に加速度センサ３１を設け、該加速度センサ３１により検出されたセンサ３の加速度に基づいて発音がなされる場合について説明したが、発音がセンサ３の加速度以外のパラメータに基づいてなされるようにしても良い。例えば、加速度センサ３１により出力される加速度データを各軸方向の成分について時間積分することにより算出される速度を表す速度データや、該速度を更に時間積分することにより算出される変位を表す変位データに基づいて発音がなされるようにしても良い。例えば、速度を例にとると、ある時刻におけるセンサ３の速度の向き（速度成分の符号）に基づいて発音される音が選択されるようにしても良いし、速度の大きさが所定の閾値を越える期間に発音がなされるようにするなどしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】方向センシング発音楽器１の構成を示した図である。
【図２】センサ３の外観を示す図である。
【図３】方向センシング発音楽器１のセンサ３の構成を示す図である。
【図４】方向センシング発音楽器１の本体２の構成を示す図である。
【図５】実施形態に係る音階名称対応テーブルを示した図である。
【図６】本体２が行う処理の内容を表すフローチャートである。
【図７】方向センシング発音楽器５の構成を示すブロック図である。
【図８】変形例（４）の例１に係る音階名称対応テーブルの一例である。
【図９】変形例（９）に係る音階名称対応テーブルの一例である。
【符号の説明】
【００６４】
１…方向センシング発音楽器、２…本体、３…センサ、５…方向センシング発音楽器、２０…制御部、２１…受信部、２２…音源、２３…出力部、２４…スピーカ、３０…制御部、３１…加速度センサ、３２…送信部、５０…制御部、５１…加速度センサ、５２…音源、５３…出力部、５４…スピーカ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の軸についての正の向きおよび負の向きの運動を検出するセンサと、
各軸の各向きと音階を構成する音とを対応付けるテーブルを記憶する記憶手段と、
前記センサにより検出された運動に基づいて各軸の各向きに対応する音を前記記憶手段内のテーブルを参照して特定し、該特定された音を指定する音指定情報を生成する音指定情報生成手段と
を有することを特徴とする音データ生成装置。
【請求項２】
前記センサは、各軸方向の加速度を検出し、検出結果を表す加速度データを生成する加速度センサであり、
前記音指定情報生成手段は、前記センサにより生成された加速度データに基づいて、前記複数の軸から特定の軸および該特定された軸の向きを特定し、該特定内容と対応付けられた音を前記テーブルを参照して特定し、該特定された音を指定する音指定情報を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の音データ生成装置。
【請求項３】
前記音指定情報生成手段は、前記センサにより検出された加速度の大きさが極大となる時刻に前記音指定情報を出力することを特徴とする請求項２に記載の音データ生成装置。
【請求項４】
前記音指定情報生成手段は、前記センサにより生成された加速度データから、加速度の絶対値が最大である軸および該特定された軸における加速度の向きを特定することを特徴とする請求項２または３に記載の音データ生成装置。
【請求項５】
前記テーブルは、各軸の各向きとペンタトニックスケールを構成する音とを対応付けることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の音データ生成装置。
【請求項６】
複数の回転軸の周りの正の向きおよび負の向きの回転運動を検出するセンサと、
前記各回転軸の各向きの回転運動と音階を構成する音とを対応付けるテーブルを記憶する記憶手段と、
前記センサにより検出された回転運動に基づいて各軸の各向きの回転運動に対応する音を前記記憶手段内のテーブルを参照して特定し、該特定された音を指定する音指定情報を生成する音指定情報生成手段と
を有することを特徴とする音データ生成装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の音データ生成装置と、
音階を表す音のデータを記憶する第２の記憶手段と、
前記音指定情報により指定された音に対応する音のデータを前記第２の記憶手段から読み出し、該読出した音のデータに基づいて発音する発音手段と
を有することを特徴とする方向センシング発音楽器。
【請求項１】
複数の軸についての正の向きおよび負の向きの運動を検出するセンサと、
各軸の各向きと音階を構成する音とを対応付けるテーブルを記憶する記憶手段と、
前記センサにより検出された運動に基づいて各軸の各向きに対応する音を前記記憶手段内のテーブルを参照して特定し、該特定された音を指定する音指定情報を生成する音指定情報生成手段と
を有することを特徴とする音データ生成装置。
【請求項２】
前記センサは、各軸方向の加速度を検出し、検出結果を表す加速度データを生成する加速度センサであり、
前記音指定情報生成手段は、前記センサにより生成された加速度データに基づいて、前記複数の軸から特定の軸および該特定された軸の向きを特定し、該特定内容と対応付けられた音を前記テーブルを参照して特定し、該特定された音を指定する音指定情報を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の音データ生成装置。
【請求項３】
前記音指定情報生成手段は、前記センサにより検出された加速度の大きさが極大となる時刻に前記音指定情報を出力することを特徴とする請求項２に記載の音データ生成装置。
【請求項４】
前記音指定情報生成手段は、前記センサにより生成された加速度データから、加速度の絶対値が最大である軸および該特定された軸における加速度の向きを特定することを特徴とする請求項２または３に記載の音データ生成装置。
【請求項５】
前記テーブルは、各軸の各向きとペンタトニックスケールを構成する音とを対応付けることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の音データ生成装置。
【請求項６】
複数の回転軸の周りの正の向きおよび負の向きの回転運動を検出するセンサと、
前記各回転軸の各向きの回転運動と音階を構成する音とを対応付けるテーブルを記憶する記憶手段と、
前記センサにより検出された回転運動に基づいて各軸の各向きの回転運動に対応する音を前記記憶手段内のテーブルを参照して特定し、該特定された音を指定する音指定情報を生成する音指定情報生成手段と
を有することを特徴とする音データ生成装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の音データ生成装置と、
音階を表す音のデータを記憶する第２の記憶手段と、
前記音指定情報により指定された音に対応する音のデータを前記第２の記憶手段から読み出し、該読出した音のデータに基づいて発音する発音手段と
を有することを特徴とする方向センシング発音楽器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−８６５３４（Ｐ２００９−８６５３４Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５８９４２（Ｐ２００７−２５８９４２）
【出願日】平成１９年１０月２日（２００７．１０．２）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２日（２００７．１０．２）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
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