Vol.2020-MUS-126 No.10
2020/2/18

情報処理学会研究報告
IPSJ SIG Technical Report

基礎的演奏能力向上のための打楽器練習支援システム
星野 将吾1,2

深山 覚2

後藤 真孝2

概要：本研究では，吹奏楽やオーケストラにおける打楽器の奏者を対象とした，基礎的演奏能力向上のための打楽器練習支援システムを提案する．打楽器の基礎的演奏能力を向上するための基礎練習は，個人で行うことが多く，演奏能力の客観的評価が得られないために練習効率を上げにくい問題がある．そこで本研究は，クラシック音楽の基礎的演奏能力を自動的に評価し，能力の弱点や上達の推移の把握を容易にすることで基礎的演奏能力を向上させることを目的とする．MIDI ドラムの演奏と基礎的演奏能力の関係をモデル化し，評価アルゴリズムをスマートフォン上に実装することで，基礎的演奏能力の評価機能と基礎的演奏能力の可視化インタフェースを備えた打楽器練習支援システムを実現した．評価実験の結果，本システム
によって自身の演奏の癖や傾向，改善点をより把握でき，基礎練習の効果が向上する可能性が示唆された．

1. はじめに

それらは，触覚提示や電気筋肉刺激によるフィードバッ
ク [3–7]，あるいは，可視化によるフィードバック [8–12]

打楽器における基礎的演奏能力とは，奏者が曲を譜面通を用いていた．前者の研究では，基礎的演奏能力の 1 つでりに演奏するために必要とされる能力である．例えば，リある正確なリズムを演奏するためのフィードバックが提案

ズムを癖なく正確に演奏する能力，音量を一定に演奏するされた．正しい演奏に誘導するような触覚提示や，電気筋

能力，譜面の強弱記号に則った適切な強弱をつける能力な

肉刺激による身体感覚へのフィードバックがされていた．

どである．奏者はこのような基礎的演奏能力を備えた上

しかし奏者に対しどの音符がどの程度ずれていたかを提示

で，楽曲に応じてリズムを意図的にずらす，強弱記号が無したり，奏者のリズムの癖を提示したりすることはできな

くても強弱表現をつけるなどの音楽表現を行う．基礎的演

かった．また，音量をコントロールする能力については取奏能力が乏しい場合，楽曲に応じた音楽表現が効果的でなり組まれていなかった．後者の研究では，打拍フォームのくなることがあるため，その能力を高めることは様々な曲可視化，リズムのずれの可視化，リズムパターンの繰り返を的確に演奏する上で重要である．

しにおけるの音量不安定さの可視化，テンポの安定度合い

基礎的演奏能力を上げる練習は，演奏能力の客観的評価の可視化などのフィードバックが提案された．しかしリズが得られにくいために練習効果や効率を上げにくい問題

ムの正確さや音量の均等さをコントロールする能力が，繰がある．吹奏楽やオーケストラなどにおいて打楽器の奏者

り返し練習をする中でどのように推移しているかを把握す

は，練習台（あるいはスネアドラム），メトロノーム，ドラることができなかった．

ムスティック（ばち）を使った基礎練習と呼ばれる練習にそこで本研究では，吹奏楽やオーケストラの打楽器奏者

より，打楽器共通の基礎的演奏能力を養うことが推奨されを対象とした，基礎的演奏能力の現状と上達を容易に把握ている [1, 2]．基礎練習は，自身の演奏についての他者からできる打楽器練習支援システムを提案する．システムはのフィードバックがない状態で教則本等に載っている練習

MIDI ドラムで取得した演奏をスマートフォン上で処理し，用譜面を個人で練習することが多く，基礎的演奏能力向上

基礎的演奏能力評価機能と基礎的演奏能力可視化インタのために演奏上の欠点の指摘がされにくい．

フェースによって，効果的な基礎練習となるよう奏者を支奏者に演奏についてのフィードバックを与えることで打楽器の練習支援を行う研究はこれまでも行われてきた．

援する．
基礎的演奏能力評価機能では，奏者が演奏した打音時刻と打音音量を基に，5 つの基礎的演奏能力を評価する．具1

2

筑波大学大学院 システム情報工学研究科
Graduate School of Systems and Information Engineering, Universityof Tsukuba
産業技術総合研究所
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology(AIST)

c 2020 Information Processing Society of Japan⃝

体的には，リズムの正確性，音量の均等さ，強弱記号に従ったダイナミクス，アクセントの表現，ロール（楽器の打面を素早く連続して叩くことで音に疑似的な持続効果を持た1

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図 1 打楽器練習支援システムの構成

せる奏法）といった，クラシック音楽の基礎的表現に加えて打楽器特有の基礎的表現を含め，吹奏楽やオーケストラで評価すべき基礎的演奏能力を従来研究よりも幅広く評価する．
基礎的演奏能力可視化インタフェースでは，奏者の演奏と基礎的演奏能力評価の結果に基づき，奏者の演奏結果や演奏の傾向，基礎的演奏能力を可視化することで奏者にフィードバックする．このインタフェースにより，奏者は自身の基礎的演奏能力の現状や上達の推移を知ることができる．それにより，さらなる能力向上のための方針が立てやすくなり，基礎練習の効率・効果の向上が期待できる．

2. 基礎的演奏能力向上のための打楽器練習支
援システム
2.1 システムの概要
システム構成を図 1 に示す．奏者がドラムパッドを叩いた演奏は，サウンドモジュールを通じて MIDI メッセージとして送信される．それを MIDI インタフェースを介してスマートフォンで受信する．受信した MIDI メッセージには MIDI ベロシティと呼ばれるドラムパッドを叩いた強さに対応する情報が含まれている．MIDI ベロシティは 1 以
上 127 以下の整数値をとる．この MIDI ベロシティと MIDI
メッセージの受信時刻をそれぞれ打音音量，打音時刻とし

図 2 本システムを使った基礎練習の流れてスマートフォンで処理してその結果を可視化し，基礎的演奏能力評価機能と基礎的演奏能力可視化インタフェース

礎的演奏能力を評価したレーダーチャートを閲覧することを実現する．スマートフォンで動作させるアプリケーショができる．奏者は「練習結果画面」と「分析画面」を参考

ンは，C++フレームワーク「JUCE」を用いて開発した．

にして演奏を改善するための方針を立てた後に，再び「練本システムを使った基礎練習の流れを図 2 に示す．ま習画面」に戻って練習を行う．

ず，奏者はスマートフォンに表示される「練習画面」において表示されている基礎練習用の譜面を見ながら，ドラム

2.2 基礎的演奏能力評価機能

パッドをドラムスティックで叩くことで練習を行う．次に基礎的演奏能力評価機能では，リズムを正確に演奏する「練習結果画面」において，演奏結果および基礎的演奏能

能力や音量を均等に叩く能力，強弱記号（p や mf など）に力の評価結果の確認を行う．奏者はこれに基づき演奏の良則った音量で演奏する能力，アクセント記号がついた音符

い点・悪い点の確認を行うことができる．本システムではについて適切な音量で演奏する能力，ロールを音量むらな

それに加えて，「分析画面」を表示できる．「分析画面」でく，均等な間隔で演奏する能力の評価を行う．それぞれのは，一連の練習における基礎的演奏能力の推移と平均，基基礎的演奏能力は，リズム評価機能，音量均等さ評価機能，

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図 3 強弱記号区間の例（図中の枠線の区間が強弱記号区間）

ダイナミクス評価機能，アクセント評価機能，ロール評価
機能により評価される．

2.2.1 リズム評価機能
リズムを正確に演奏する能力を，各音符における譜面上の正確な打音時刻と奏者の打音時刻を比較して評価する．
基礎練習や合奏においてどの程度の打音時刻のずれを許容すべきかの厳密な基準はない．そこで，西堀らの研究 [13] を参考とし，±15 [ms] を打音時刻が正確だとみな

図 4 ダイナミクス評価に用いる確率モデル（ロールでない音符）

す許容時間差とした．すなわち，奏者による評価をしたい
音符の打音時刻を tb [ms]，その音符の正しい打音時刻を tc[ms]，譜面上で評価したい音符の一つ前にある音符の正しい打音時刻を tc−1 [ms]，一つ後の音符の正しい打音時刻を

tc+1 [ms] として，tc − 15 ≤ tb ≤ tc + 15 のとき「正確」，
t +t
tc +tc−1< tb < tc −15 のとき「早い」，tc +15 < tb ≤ c 2c+12のとき「遅い」と判定することとした．

2.2.2 音量均等さ評価機能
音量を均等に演奏できる能力を，一回の演奏を通じた音量の標準偏差を計算して評価する．ただしアクセント記号が付与されている音符の音量は計算から除外する．
楽譜中に強弱記号が 2 つ以上書かれている場合，強弱記号が付与されている箇所で音量は増加もしくは減少するた
め，音量均等さを評価するにあたってこのことを考慮する

図 5 ダイナミクス評価に用いる確率モデル（ロール音符）必要がある．そこで，それぞれ強弱記号が適用されている
譜面上の区間を強弱記号区間とし，音量均等さを評価する

MIDI ベロシティの対数値のヒストグラムの 2 種類を作成際には，強弱記号区間ごとに分けて音量の標準偏差を計算

し，どちらがより音量の傾向を正規分布でモデル化しやす

し，それらの平均値に基づいて一回の演奏全体の音量均等いかを比較した．歪度は，正規分布のときに左右対称で 0さを評価する．強弱記号区間の例を図 3 に示す．

になるため，これら 2 種類のヒストグラムについてそれぞ2.2.3 ダイナミクス評価機能

れの歪度を求めれば，歪度の絶対値が 0 に近いほど左右対ダイナミクスは音の強弱の変化ないし対比による音楽表

称で良いと判断できる．その比較の結果，対数値の場合，現を意味し，強弱記号に則った音量で演奏する能力を評価

8 種類の強弱記号中，5 種類のヒストグラムにおいて対数する．その際に，ある強弱記号区間において演奏された音

値でない場合よりも歪度の絶対値が小さかった．そこで，符の平均音量が，その強弱記号に適切に対応しているかをそれぞれの強弱記号に対応する MIDI ベロシティの対数値

自動判定する必要がある．そこで，強弱記号に応じて実際の傾向を，正規分布によってモデル化した．こうして求めに演奏される音符の音量がどう違うのかを，MIDI ドラムをたロールでない音符用の確率モデルを図 4 に示す．

用いて事前調査してモデル化した．そのために ppp から fff

次に，ロールの音符の音量をモデル化する．ロールにはまで全 8 種類の強弱記号を含んだ譜面を，打楽器演奏経験

オープンロールとクローズドロールの 2 種類の奏法があ者である第一著者が演奏して，すべての音符の音量（MIDIり，どちらで演奏するかは奏者の判断に委ねられている．

ベロシティ）を記録した．評価対象の音符がロールか否か

そこで，両奏法に対応した確率モデルをロールでない音符

によって強弱記号に応じた適切な音量が異なるため，以下と同様に構築した．システムの現在の実装では，奏者によの 2 種類に分けてモデル化をして判定に用いる．

るロールがオープンロールかクローズドロールかを識別しまず，ロールでない音符の音量をモデル化する．対数値ないため，最終的な各強弱記号ごとの確率モデル（正規分に変換してモデル化すべきかどうかを判断するため，強弱布）の平均はそれら二つの平均の平均値とし，確率モデル

記号ごとに，記録した MIDI ベロシティのヒストグラムと，の標準偏差はそれら二つの標準偏差の平均値とした．こうc 2020 Information Processing Society of Japan⃝3

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図 6 アクセント評価基準（前後にロール音符がない場合）

図 7 アクセント評価基準（前後がロール音符の場合）して求めたロール音符用の確率モデルを図 5 に示す．この音符）の音量，vn は評価対象の音符の前後 2 つの音符のう

図のように，ロールでない音符と同様，MIDI ベロシティ

ち，アクセントなしで，より音量が小さい音符（非アクセの対数値に基づいて評価することとした．対数値にすべき

ント音符）の音量を表す．

かの判断では，ロールでない音符のときと同様に各強弱記

次に，練習譜面中にはアクセントが付与された音符の前後

号ごとにヒストグラムの歪度を計算した．しかし，オープにロール音符が現れる場合があるため，アクセントが付与さンロールとクローズドロールのいずれにおいても，歪度のれた音符とアクセントなしのロール音符の音量差について絶対値が小さくなる強弱記号の種類は，対数値の場合とそ

も，アクセント評価の基準を定める必要がある．上述と同様

うでない場合で同数（4 種類ずつ）だった．この結果からにアクセントが付与された音符とアクセントなしのロール

どちらも一長一短であるため，処理の一貫性を優先して，音符の両方を含んだ譜面の演奏を収録し，その音量差を調査

ロールでない音符と同様に対数値を用いた．

した．収録された演奏中の，アクセントが付与された音符の2.2.4 アクセント評価機能

平均音量とアクセントなしのロール音符の音量を，それぞれアクセントを適切に表現する能力を，アクセントが付与µa , µn とする．オープンロール奏法では，「普通のアクセ

された音符の音量がその前後の音符の音量と比較して十分ント表現」は µa − µn = 0.9779µn (R2 = 0.9548)，「弱いア

大きいか（適切な音量差があるか）で評価する．本評価でクセント表現」は µa − µn = 0.7818µn (R2 = 0.9648) の近用いる音量は，対数値ではない MIDI ベロシティとする．

似直線が得られた．クローズドロール奏法では，「普通のア

まず，どの程度の音量差があれば適切なアクセントとい

クセント表現」は µa − µn = 0.9417µn (R2 = 0.9900)，「弱えるかの基準を定めるため，アクセントが付与された音符

いアクセント表現」は µa − µn = 0.8114µn (R2 = 0.9791)

を含む演奏を収録した．アクセントが付与された音符とその近似直線が得られた．両奏法に対応するため，両奏法

うでない音符が混在する譜面を，ppp から fff まで強弱記の近似直線の傾きの平均値を境界線の直線の傾きとして，号を変化させて第一著者が演奏した．その際，音量差が大アクセント評価の方法を 図 7 のような 4 段階評価とした．

きいアクセント表現（普通のアクセント表現），音量差が

図 7 中の va は図 6 と同様であり，vn は評価対象の音符の小さいアクセント表現（弱いアクセント表現）の 2 パター

前後 2 つのロール音符の音量（ロールに含まれる打音の音ンを収録した．収録された演奏中の，アクセントが付与さ量の平均）のうち，より音量が小さい音符（非アクセントれた音符の 1 小節内の音量の平均とそれ以外の音符の音量

ロール音符）の音量を表す．

の平均を，それぞれ µa , µn とすると，「普通のアクセント

アクセントが付与された音符の前後に，非アクセント音

表現」は µa − µn = 0.9354µn (R2 = 0.8928)，「弱いアク符と非アクセントロール音符がある場合には，非アクセン

セント表現」は µa − µn = 0.2977µn (R2 = 0.5856) の近似

ト音符と比較して評価する．その方が，実際に本システム

直線が得られた．これらの近似直線を境界線として，アクを用いた際に，より適切に評価されたからである．

セント評価の方法を図 6 のような 4 段階評価とした．S が2.2.5 ロール評価機能

最も高く，C が最も低い評価であり，A と B の境界線の傾

奏者がロールを綺麗に演奏する能力を評価する．ロール

きは上記二つの近似直線の傾きの平均値とした．図 6 中のの演奏では，打音の音量のばらつきが少ないこと，打音のva は評価対象のアクセントが付与された音符（アクセント

時間間隔が均等であることが重要だと教則本 [1] で述べら

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れている．よって演奏されたロール音符それぞれについて，音量と打音間隔が均等であるかを評価する．

グラフ下部の強弱記号表示部では，譜面上の強弱記号とダイナミクス評価結果が可視化されている．強弱記号に対

まず，ある一定時間以下の打音間隔が連続している打音

して演奏音量が適切なときは緑色，強すぎるときは赤色，

をロールとして判定する．この打音間隔の閾値を定めるた

弱すぎるときは青色で表示される．奏者はこれらの表示かめ，第一著者によるロール演奏（オープンロール，クロー

ら，それぞれの強弱記号区間の演奏音量が適切であったか

ズドロール混合）を収録し，その打音間隔のヒストグラムを確認し，強弱記号に則った演奏へと改善することがでを作成した．その結果から，ロール打音とみなす打音間隔

きる．

を 80 [ms] 以下とした．

「Save This Performance」を押下すると，今回の演奏結果

次に，ロールに含まれる複数打音の音量の標準偏差を算および基礎的演奏能力評価結果が保存され，「See Analysis」

出し，その値がいかに小さいかで音量むらがなくロールをを押下すると，保存した演奏結果および基礎的演奏能力評

演奏する能力を評価する．また，複数打音の時間間隔の標価結果を基にした分析画面が表示される．

準偏差も算出し，その値がいかに小さいかで均等な間隔で2.3.3 分析画面

ロールを演奏する能力を評価する．

図 8 の分析画面では，縦にスクロールすることで，図 8(a)〜(c) のように，その譜面の基礎的演奏能力評価の推移や，平2.3 基礎的演奏能力可視化インタフェース
基礎的演奏能力可視化インタフェースでは，奏者の演奏

均演奏データ，基礎的演奏能力レーダチャートが表示される．

データと 2.2 節で述べた基礎的演奏能力評価に基づき，奏図 8(a) の基礎的演奏能力評価推移グラフでは，当該譜面者の演奏結果や演奏傾向，基礎的演奏能力を可視化する．

における 2.2 節に基づく各基礎的演奏能力評価結果の推移

本インタフェースは，奏者が譜面を演奏して練習する「練をグラフで表示する．これにより，基礎的演奏能力の改善

習画面」と，練習するごとにその演奏における基礎的演奏

傾向や，能力同士の改善・悪化の関係を知ることができる．

能力評価を可視化する「練習結果画面」，基礎的演奏能力の図 8(b) の平均演奏データ表示部では，過去 10 回の演奏

推移や奏者の演奏傾向，現在身についている基礎的演奏能に関して，その演奏データの平均や，評価結果の平均を確力を可視化する「分析画面」の 3 画面で構成される．

認できる．それぞれの音符について，平均打音時刻と平均

2.3.1 練習画面

打音時刻をグラフで表示している．打音を示す丸い点には

図 2(a) の練習画面を見ながら，奏者は練習用の譜面に縦棒と横棒が付与されており，その音符における演奏ごと

従って MIDI ドラムを叩く．「Practice Start」押下後，メトの打音音量の標準偏差を縦棒で，打音時刻の標準偏差を横ロノーム音が 4 回鳴った後に，表示譜面を演奏する．練習

棒で表している．縦棒や横棒が短いほどばらつきが小さく

終了後「Practice Done」を押下すると，練習結果画面へ遷て望ましい．グラフ下部には，ダイナミクス評価結果の平移する．

均も表示されている．これらの表示により，奏者は自身の2.3.2 練習結果画面

演奏の癖や，不安定・不得意な音符を知ることができる．

図 2(b) の練習結果画面によって，奏者が練習画面で演奏

図 8(c) の基礎的演奏能力レーダチャートでは，その譜面した打音時刻と打音音量，基礎的演奏能力の評価結果を確における各基礎的演奏能力の評価それぞれについて，過去認しながら．直前の演奏を客観的に振り返ることができる．

10 回の演奏の平均評価をレーダーチャート形式で可視化し

図 2(b) 中央のグラフ表示では，横軸が時刻，縦軸が音ている．この表示を見ることで，奏者はその譜面において量を表し，白色の縦線はメトロノームの時刻（4 分音符単

特に改善すべき基礎的演奏能力を把握しやすい．当該譜面位），黄色の縦線は楽譜上の正しい打音時刻を示している．

中に現れない要素に関する基礎的演奏能力については「No奏者が演奏した各打音が丸い点で示されることで，打音時Data」と表示される．

刻と音量が可視化されている，さらに，リズム評価結果も可視化されており，打音時刻が正確なときは丸い点が緑色，
早すぎるときは赤色，遅すぎるときは青色で表示される．

3. 評価実験
3.1 評価実験の概要

ロール中の打音はオレンジ色の小さい点で表示され，ロー本システムの有用性を評価するため，打楽器経験者 8 名

ルの音量と打音間隔の均等さのロール評価結果がそれぞれ（大学生，大学院生）を対象とする評価実験を行った．被験S, A, B, C の 4 段階で表示される．図 2(b) には示されてい者の打楽器経験年数の内訳は，5 年以上 10 年未満が 4 名，

ないが，アクセントが付与された音符では，そのアクセン

10 年以上が 4 名であった．全員が，練習支援システムを使ト評価結果が 4 段階で表示される．奏者はこれらの表示か用した練習は普段していなかった．評価実験では，普段のら，リズムが不正確な音符とその時刻ずれの度合い，演奏

紙の譜面，練習台，ドラムスティック，メトロノームを用の音量変化，ロールやアクセントの良し悪しを知ることがいた基礎練習と，本システムによる基礎練習を比較して，できる．

練習効率や練習効果が向上し得るかを検証する．

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IPSJ SIG Technical Reportと比較的高かった．本システム利用後の感想においても，「アクセント表現が弱くなってしまったところが，どこであるか分からなくなることがあるので，アクセント評価の可視化はありがたい」や，「評価推移グラフを通して，リズ
ムを気を付けたら，ダイナミクス表現がおろそかになったことに気づくことができた」，「平均演奏表示で傾向が分かるのがとてもよい」などの意見が寄せられた．以上より，
本システムによって，普段の基礎練習で気づくことのできなかった自身の演奏の癖や傾向，改善点を知ることができることが分かった．基礎的演奏能力向上のためには，複数回の演奏を通じた自身の演奏の癖や傾向，改善点などの適切なフィードバックを受けることが重要であるため，基礎練習の効果が向上する可能性がある．
一方で，基礎的演奏能力可視化インタフェースに対し，提示情報が多い，演奏の分析結果の読み取りに時間がかかってしまうとの意見も寄せられた．アンケート結果では，「普段の基礎練習に比べ，より早く練習譜面を演奏できるようになる」という設問の平均点は 3.375 (±1.111) であり，他の設問の平均点と比べて低い結果となった．今後，リズムのずれをより直感的に把握できるように表示するなど，短時間で情報が読み取れるインタフェースへと改善する必要がある．

4. おわりに
本稿では，基礎的演奏能力向上のための打楽器練習支援
システムを提案した．本システムによる基礎的演奏能力の評価，および，基礎的演奏能力の推移や傾向を可視化により，システムを用いない通常の練習方法では気づくことのできなかった自身の演奏の癖や傾向，改善点をより把握することが可能となり，基礎練習の効果が向上することが示唆された．今後の研究で，MIDI ドラムを用いて演奏情報を入力せずに，練習台の演奏音の音響信号を入力して本システムを利用可能にすることで，より導入が容易で長期間
図 8 基礎的演奏能力の分析画面利用しやすい練習支援システムへと発展させられる可能性がある．

実験では，教則本 [1] を参考に作成した基礎練習譜面 2
種類を，本システムを用いてそれぞれ 10 分間被験者に練参考文献習させた．練習後には，アンケート回答による評価を行っ[1]

た．アンケートの設問に対する回答方法は，5 段階評価 (そう思うのであれば 5 点，どちらともいえないのであれば 3
点，そう思わないのであれば 1 点) とした．また，本シス

[2]
[3]

テムを利用した感想，意見も聞いた．

3.2 評価実験の結果と考察
アンケート設問のうち，「普段の基礎練習に比べ，自分の演奏の癖・傾向を理解することができた」と「普段の基礎練習に比べ，基礎的演奏能力をより向上させることができる」の平均点数はそれぞれ 4.500 (±0.500)，4.125 (±0.599)

c 2020 Information Processing Society of Japan⃝[4]今村征男, 塚田靖: 打楽器教則本 小太鼓・大太鼓編, 全音
楽譜出版社 (2005)．
塚田靖: 小太鼓のための基礎練習 26 の基本パターン導入
法, 音楽之友社 (2008)．
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