ピアノを MIDI で駆動する際のベロシティ補正について* ◎宮川泰志* 三浦雅展** 柳田益造*（*同志社大学・工, **龍谷大学・理工） 1.まえがき MIDI 機能付自動演奏ピアノ（以下 MIDI ピアノと略 す）とは，ピアノ内に装置を組み込むことで MIDI を用 いての自動演奏を可能としたピアノである．この MIDI ピアノを MIDI で駆動した場合，一部の音が本来発 音されるべきタイミングより遅れて発音されたり，不自 然に小さい音で演奏されたりすることが確認されてい る．[1,2]このような演奏の乱れは補正すべきであり， MIDI データの指示通りの演奏を可能にすることが望 まれる．本研究ではこのうち打鍵速度の補正を扱う． 2.MIDI ピアノの構造について MIDI ピアノでは打鍵を制御するための電磁石が鍵 盤の下部に装備されており，ピアノ演奏の要素であ るベロシティ（打鍵速度），ゲートタイム（各鍵の立ち 上がり時刻の差）等の情報をコントロールすることが でき．MIDI データを用いて自動的に演奏を行うこと ができるようになっている． 3.発音強度の不均一性 同一ベロシティ値を指定しても，鍵によって発せら れる音の大きさにはばらつきがある．打鍵に用いられ る電磁石の性能の個体差や鍵の重さのばらつきがこ の問題の本質である． 図 1：ベロシティ対音の大きさの平均 図 1 から，ベロシティ値が 20 から 90 の範囲では音 の大きさの平均値はほぼ直線的に変化しており，こ の範囲で適切に補正すればベロシティ対音の大きさ の良好な関係が得られると考えられる． 次に，鍵ごとに同じベロシティで発音した際の音の 大きさのばらつきを見るために，横軸にノートナンバ ー，縦軸に音の大きさを取り，ベロシティ 5 から 10 お きに等ベロシティ曲線として表示すると図 2 のように なる． 4.音の大きさの測定 音の大きさの評価尺度として，打鍵直後の振幅の 最大値を用いている．すべての測定はマイクを固定 位置としたので，発音弦との相対位置は鍵によって 異なることになる． 4.1 各鍵についてのベロシティ値と音の大きさの関係 の測定 ８８すべての鍵について，1～127 すべてのベロシ ティ値のノートオンメッセージを送信して録音，ベロシ ティと音の大きさの関係を求めた． 結果を，以下の 2 種類の形式で示す．音の大きさ の表示は基準音 C4 音をベロシティ値 40 で発音した 時の音との比を求めてｄB で表した． まず，当該 MIDI ピアノのベロシティと音の大きさの 大まかな関係を求めるために，ベロシティごとに全て の鍵の音の大きさの平均と標準偏差をとった．これを， 横軸にベロシティ，縦軸に音の大きさを取ったグラフ を図 1 に示す． 図：2 音の大きさの等ベロシティ曲線図 4.2 同一の鍵の上での同一ベロシティ値に対する音 の大きさのばらつきの測定 C1，C4，C7 の三つの鍵について，1～127 すべて のベロシティ値のノートオンメッセージを 10 回づつ送 信し録音．同一の MIDI 信号から得られた音の大きさ の平均と標準偏差を求めた． 得られた結果を図 3 に 示す．横軸にベロシティ値，縦軸に音の大きさに取 ったグラフに，鍵ごとのベロシティと 10 回の平均の音 の大きさの関係をプロット，縦線で標準偏差を表す． *Research about compensation of velocity when piano was driven by MIDI. By Yasushi MIYAGAWA*, Masanobu MIURA**, Masuzo YANAGIDA* (*Doshisha Univ,**Ryukoku univ) 図 3：同一 MIDI 信号での音の大きさのばらつき 5.補正の方法 補正の方法は以下の 2 ステップに分けられる． ステップ 1：ベロシティと音の大きさの望ましい関係 を示す関数を設定する． ステップ 2：1 で得られた関数に基づいて，所期の 大きさの音を出すためのベロシティ値を求める． 5.1 ステップ 1 の詳細 （a）４節の測定で得られたデータより，88 の鍵すべ てについて，すべてのベロシティ値で打鍵した際の 音の大きさをテーブルとして保持する． （b）どの鍵でも出すことのできる音の大きさの範囲 を求める．つまり，鍵ごとに出せる音の大きさの最大 値，最小値を求め，その最大値の最小値，最小値の 最大値を求める． （c）横軸にベロシティ，縦軸に音の大きさを取る座 標平面上で，ベロシティ 90 のとき，（b）で求めた値の 最大値，ベロシティ 20 のとき最小値となるようにベロ シティ値と音の大きさを関連付ける関数を設定し，こ れをベロシティと音の大きさの望ましい関係とする． 図を用いて説明すると次のようになる． 図４は横軸に音名，縦軸に音の大きさを取り，各 鍵の出すことのできる音の大きさの範囲を示したもの である．斜線部分はどの鍵でも発音可能な音の大き さの範囲である． 図４：すべての鍵で発音可能な音の大きさの範囲 図５は，ベロシティ値と音の大きさをの望ましい関 係を示している． 図５：ベロシティ値と音の大きさの望ましい関係 5.2 ステップ 2 の詳細 （a）ステップ 1 で，ベロシティと音の大きさの望まし い関係が規定されているのはベロシティ値で 20～90 の範囲であるので，補正の対象となる MIDI ファイル 中のベロシティ値がこの範囲に収まっていないようで あれば，ファイル全体のベロシティ値を 20～90 の範 囲に圧縮する． （b）圧縮が終了したファイル中のベロシティ値につ いて，各々の値をステップ１で設定した関数に代入 そのベロシティ値に対応する音の大きさを求める． （c）ステップ 1（a）で作成したテーブルを参照し，ス テップ２（b）で得た値に最も近い大きさの音を出すベ ロシティ値を求め，得られた値に MIDI ファイル中の ベロシティ値を書き換える． （a），（b）について，ノートナンバー60 ベロシティ 60 の MIDI データを補正する様子を以下に示す． まず，図５の関数にベロシティ値である 60 を代入 して，望ましい音の大きさを求める． 次に図６のようにノートナンバーに固有のベロシテ ィ対ｄB 対応テーブルを参照して上で求めた音の大 きさに近い音の出るベロシティ値を求める． 図６：Table look up 6.評価実験 補正によってどの程度演奏が改善したかを調べる ために，評価実験を行った．具体的には，特に音の 大きさにばらつきのあった E3 から D#4 の 12 音をベロ シティ 60 で打鍵する MIDI ファイルについて，補正ア ルゴリズム適用以前と適用後を比較したところ，不均 一さが取り除かれることが知覚的にも容易に確認で きた． 7.まとめ この補正ツールによって，鍵による音の大きさの違 いが補正され，粒のそろった演奏が可能になった． ここでは物理量の補正を行ったが，図 5 のテーブル に物理量と感覚量の関係を組み入れることによって 感覚量で補正することも可能である． 尚，この研究は，同志社大学学術フロンティア創 生事業の助成を受けた． 参考文献 [1]田口友康，“MIDI ピアノ音源の二，三の音響特 性”，音楽音響学会資料，（2003．6） [2]田口友康，“ある MIDI ピアノ音源のラウドネス特 性”，音楽音響学会資料，（2002．5）
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