情報処理学会 インタラクション 2023
IPSJ Interaction 2023

2B-392023/3/1

指先で奏でる Trace Synthesizer の開発

齋藤竜也 a,1

君塚紘喜 b,2

宇佐美雄生 b,3

安藤潤人 a,4

田中啓文 b,5

野間春生 a,6

概要：音楽とは本来誰もが自由に表現し，それに触れることができる．演奏技術の習得は，楽曲のアレンジや，個性ある演奏ができた時に喜びを感じるものであり，洗練された技術や高い習熟度が垣間見えた時に美しさや凄みを感じる．しかし，その修練に至るまでの序盤の練習で指の短さや太さによる影響で諦める人が多いように感じる．Trace Synthesizer は，スポンジ状のインターフェースを使用し，その力の掛け方によって演奏し，先天的な身体の制約に囚われない新しい楽器である．本稿では，Trace Synthesizer の構成と専用の演奏板を用いて誰もが演奏できる仕組みについて考案する．

1. はじめに楽器のインターフェースには様々なものがあり，ピアノれる．さらに演奏は指に限らず，手のひらや拳などで PICKを操作すればより不偏的な演奏が期待できる．
2.1 PICK の設計やシンセサイザーなどの鍵盤を用いる楽器や，ギターやバギターなどのピックに準え，スポンジ状のインターフェイオリンなどの弦の振動を利用して演奏する楽器などがあースの名前を PICK と呼ぶ．PICK にはカーボンナノチューる．基本的にはどれも指で特定の音階を指定し，音を鳴らブとポリジメチルシロキサン樹脂(PDMS)を混合して作成すように作られている．それを自在に操り，自由に演奏でされたスポンジ状の触覚センサ[2]を用いる．このセンサはきるようになるまで長い時間がかかる．それに加えて，習押下によってスポンジ内の電気的な抵抗網が変化し，全体得にあたり手の大きさや指の長さなど身体的な制約にとらの抵抗値が変化する．後述する電子回路を用いてこの変化

われ「F のコードが弾けなくてやめた」や「オクターブがを音の信号波に変換することで，PICK への力のかけ方が届かない」などといった初学でのつまずきが多いと感じる．

演奏に繋がる．

音楽などの芸術分野において，先天的な制約に囚われて何かを表現できなくなることは問題であり，誰もが平等に演3. 基本設計

奏できるインターフェースを持つ楽器が必要である．

一般的なシンセサイザーは音源となるオシレーターと音

そのような楽器としてテルミン[1]が登場してから演奏色を変えるためのフィルターやモジュレーションから構成方法の幅が広がっており，直感的な演奏方法も開発されてされ，それらを操作することによって音を生成している．

いる．しかし，音源生成の仕組み上，和音の演奏が困難で

本 研 究 で は 音 源 と し て Field Programmable Gateある．和音を含め直感的な演奏ができれば，表現の幅も増Array(FPGA)による発信器を採用した．FPGA は論理回路のえ親しみやすい楽器が誕生すると考えている．

設計と書き換えを自由にすることができる LSI であり，オそこで，スポンジ状のインターフェースである PICK をシレーターだけでなくフィルター・モジュレーションなど用いた Trace Synthesizer を提案する．これは指で特定の音の機能をモジュールとして組み込むことができる．本稿で程を狙って演奏する従来の方式と異なり，スポンジへの力は，まずシンセサイザーの音源部分となるオシレーターののかけ方で音程が変化する楽器である．インターフェース

みを提案する．と接触するのみで演奏できるため指の長さや太さに囚われ

3.1 回路設計
オシレーター部分の回路設計を図 1 に示す．オシレータない楽器を目指す．本稿では，楽器として自在に演奏するための準備段階として，楽譜データとなる専用の演奏板をFPGA作成し，それをなぞることで音程の違いを一般化する．

2. デザインーには，FPGA・コンデンサ・抵抗を用いた非安定マルチバ

アンプ

PCA/D
イブレーターと呼ばれる発振回路[3]を実装する．この回路
PC
コンバータ

アンプ

では FPGA の外部に PICK を抵抗として接続し，さらに別アンプ

身体的な制約にとらわれない Trace Synthesizer のデザイ

FPGAンとして，微妙な力のかけ方で演奏する方法やスクラッチのようなスライドを用いて音に変化を加える方法が挙げら
a点a 立命館大学
b 九州工業大学
1 is0506he@ed.ritsumei.ac.jp
2 kimizuka.kouki146@mail.kyutech.jp
3 usami@brain.kyutech.ac.jp
4 anmitsu@fc.ritsumei.ac.jp
5 tanaka@brain.kyutech.ac.jp
6 hanoma@fc.ritsumei.ac.jp© 2023 Information Processing Society of Japan

c点

b点

アンプ

スピーカー

CPICK インターフェース

図 1 PICK の回路設計

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2023/3/1にコンデンサを用意する．この抵抗値と静電容量の値によポンジの形が変形し時間によって音程の違いをつけることって出力波形の周波数が変化する．この出力を音の信号とができる．このなぞり中に力加減を微妙に変えることでモしてアンプで増幅しスピーカーから出力する．

ジュレーションを生む事ができる．演奏中の表現の幅を簡

入出力点は計 3 点あり，これを FPGA 内部ではそれぞれ単に広げることが可能であり，演奏者ごとにこのアレンジを NOT 回路で接続する．FPGA 外部では図 1 中の a-b 間にのかけ方に個性が生まれ，演奏技術を追求する要素になる．

センサを，a-c 間にコンデンサを接続する．これにより c 点

4.1 試演奏結果

で矩形波の発振が起こる．周波数 f は式 1 で示される．
𝑓=試作機として図 2 に示すような段を作り，音程の変化が

1… (式 1)
2𝐸 − 𝑉!"𝐸+𝑉
𝐶𝑅 × 'log + 𝐸 − 𝑉 0 + log( 𝑉 !" )4!"!"

出るのかを確認した．A 点から S1 点・S1 点から S2 点・S2点から B 点までの距離はそれぞれ 50mm・25mm・50mm であり，S1 点・S2 点での段差はどちらも 2mm である．力の式 1 の C は a-c 間に接続するキャパシタの静電容量であ入れ始めから，A 点にてなぞりを開始し，B 点に到達してり，試作機では 0.03(μF)となっている．E と Vth は回路のから，インターフェースを離すまでの周波数変化の結果を駆動電圧と閾値電圧であり，それぞれ 3.0(V)，2.2(V)である．

図 3 に示す．

また，R は a-b 間に接続するセンサの抵抗値であり，今回使用したセンサでは 20~40(kΩ)の変動がある．

高さが変化する S1 点と S2 点でどちらも周波数に差が観察され，音階の違いを出せることを確認した．しかし今回の試作では周波数変化と凹凸による段差の大きさにおいて4. 演奏設計一定の差が見られなかった．これは，周波数変化が力加減誰もが同じように演奏をするためには楽譜のように時系列による音階の変化を示す指標が必要である．に直接依存しているために，あらかじめ想定した周波数変化を生み出すには，指とインターフェースの接地面との高この楽譜の代わりとして Trace Synthesizer 専用の演奏板

さをなぞり中に一定にする必要がある．つまり，演奏者は，を設計する．演奏板には図 2 に示すような音階の変化とな段差に惑わされることなく一定の力でなぞり続ける必要がる凹凸が刻まれており，これを適切な力加減でなぞることあるため，指先での操作難易度が高くなったと考える．今で再現性のある演奏を目指す．一定の力でなぞることでス

後，段差の幅と力のかけ方が周波数変化にどう影響を及ぼすのかを精査する必要があるが，この関係が分かれば楽譜のように演奏の再現性がある演奏板を設計できると考える．

5. 終わりに
本稿ではスポンジ状のインタフェース(PICK)を使用した
Trace Synthesizer の提案とその演奏方法について示した．専用の演奏板に段差をつけることによって音程に差をつけることに成功した．Trace Synthesizer は PICK の力のかけ方によって音程が変わるため指先の感覚で直感的に音程をとることが可能である．また，音源部分に直接触れていることからモジュレーションなどの演奏の幅が広がりやすい．本稿では，和音を含めた直感的な演奏まで至らなかったが，
図 2 演奏板オシレーター回路を並べたり，重ねたりすることで和音を含めた直感的な演奏ができると考えている．

謝辞
本稿の提案の一部は関西大学総合情報学部の山西良典准教授に発想を頂いたものである．ここに示して謝意を記す．

参考文献
[1]

図 3 周波数のスペクトログラム© 2023 Information Processing Society of Japan

Glinsky，Albert．Theremin: Ether Music and Espionage．
2000，University of Illinois Press．
[2] 中川新，池田健吾，サマン・アズハリ，佐々木巌，ニザー
ル・ハミドン，田中啓文．角砂糖を基にした CNT/PDMS 触覚センサの研究．2019，日本表面真空学会九州支部学術講演会予稿集[3] 齋藤竜也，青木雅典，安藤潤人，秋田純一，野間春生．
FPGA を用いた MEMS 触覚センサのためのパルス密度変換器の開発．ロボティクス・メカトロニクス講演会，2022，No. 22-2，2P2-H01．

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