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| 講演抄録／キーワード | ||
| 講演名 | 2026-06-01 16:30 ピアノシミュレーターのFPGA並列化に向けた処理の削減 ○岡﨑雅嗣・富永英嗣（ヤマハ）  CPSY2026-3 DC2026-3 RECONF2026-3 |
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| 抄録 | （和） | ピアノの3次元有限要素法に基づくシミュレーションをリアルタイム動作可能なハードウェアへ実装するために、演算構造・メモリ構造・並列化特性を分析した。ピアノの有限要素モデルはモード合成法を用いたうえで可聴域へ縮退した後も数万規模の自由度を持つため、弦・ハンマー・本体の相互作用を可聴域の時間分解能で更新するには多くの演算量が必要となる。その結果、汎用 CPUでは実時間の数百倍、GPUでも数十倍の処理時間を要した。 並列化を想定した分析の結果、最大のボトルネックは弦と本体の結合部における大規模な座標変換行列とベクトルの積であることと、さらに弦の部分振動の処理構造が直方体にならず、ハンマー・ダンパー・弦縦振動モデルの構造が並列化の効率を上げられない要因であることを確認した。 そこで、音質劣化を極力抑えながら、弦と本体との方向別結合点数および本体部分振動の数の削減を行うことで、座標変換行列の削減し、計算量とメモリ量を圧縮した。その結果、当初は数十個の FPGA を要すると見積もった処理規模を数デバイスで実装可能な水準に削減し、物理モデル音源のリアルタイム実装の道筋を示した。 本成果は後に浜松市楽器博物館に寄贈した電子ピアノに搭載されているピアノ物理モデル音源の実装に寄与している。 |
| （英） | We analyzed the computational, memory, and parallelization characteristics of a three-dimensional finite‑element–based piano simulation for real-time hardware implementation. Even after modal synthesis and reduction to the audible frequency range, the model retains tens of thousands of degrees of freedom, requiring heavy computation to update string–hammer–body interactions in real time, far exceeding the capabilities of CPUs and GPUs. The analysis identified large matrix–vector multiplications at string–body junctions and limited parallelism in the string, hammer, damper, and longitudinal vibration models as the main bottlenecks. By reducing direction-dependent string–body coupling points and body vibration modes while preserving sound quality, we significantly reduced computational and memory requirements, enabling a processing scale initially estimated to require dozens of FPGAs to be implemented using only a few devices, and demonstrating a practical path to real-time physical‑model piano sound synthesis. |
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| キーワード | （和） | ピアノ物理モデル / 有限要素法 / モード合成法 / 時間領域シミュレーション / リアルタイム処理 / 並列処理 / FPGA実装 / |
| （英） | Piano Physical Model / FEM / Modal synthesis / Time-domain Simulation / Real-Time Processing / Parallel Processing / FPGA Implementation / | |
| 文献情報 | 信学技報, vol. 126, no. 51, RECONF2026-3, pp. 11-16, 2026年6月. | |
| 資料番号 | RECONF2026-3 | |
| 発行日 | 2026-05-25 (CPSY, DC, RECONF) | |
| ISSN | Online edition: ISSN 2432-6380 | |
| 著作権に ついて |
技術研究報告に掲載された論文の著作権は電子情報通信学会に帰属します．(許諾番号：10GA0019/12GB0052/13GB0056/17GB0034/18GB0034) | |
| PDFダウンロード | CPSY2026-3 DC2026-3 RECONF2026-3 |
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| 研究会情報 | |
| 研究会 | CPSY DC RECONF IPSJ-ARC |
| 開催期間 | 2026-06-01 - 2026-06-03 |
| 開催地（和） | 秋保リゾートホテルクレセント |
| 開催地（英） | |
| テーマ（和） | 【HotSPA2026】 アーキテクチャ，コンピュータシステム，ディペンダブルコンピューティング， リコンフィギャラブルシステム，および一般 |
| テーマ（英） | |
| 講演論文情報の詳細 | |
| 申込み研究会 | RECONF |
| 会議コード | 2026-06-CPSY-DC-RECONF-ARC |
| 本文の言語 | 日本語 |
| タイトル（和） | ピアノシミュレーターのFPGA並列化に向けた処理の削減 |
| サブタイトル（和） | |
| タイトル（英） | Reduction of Processing for FPGA-Parallelization of a Piano Simulator |
| サブタイトル（英） | |
| キーワード(1)（和/英） | ピアノ物理モデル / Piano Physical Model |
| キーワード(2)（和/英） | 有限要素法 / FEM |
| キーワード(3)（和/英） | モード合成法 / Modal synthesis |
| キーワード(4)（和/英） | 時間領域シミュレーション / Time-domain Simulation |
| キーワード(5)（和/英） | リアルタイム処理 / Real-Time Processing |
| キーワード(6)（和/英） | 並列処理 / Parallel Processing |
| キーワード(7)（和/英） | FPGA実装 / FPGA Implementation |
| キーワード(8)（和/英） | / |
| 第1著者 氏名（和/英/ヨミ） | 岡﨑 雅嗣 / Masatsugu Okazaki / オカザキ マサツグ |
| 第1著者 所属（和/英） | ヤマハ株式会社 (略称： ヤマハ) YAMAHA Corporation (略称： YAMAHA) |
| 第2著者 氏名（和/英/ヨミ） | 富永 英嗣 / Eiji Tominaga / トミナガ エイジ |
| 第2著者 所属（和/英） | ヤマハ株式会社 (略称： ヤマハ) YAMAHA Corporation (略称： YAMAHA) |
| 講演者 | 第1著者 |
| 発表日時 | 2026-06-01 16:30:00 |
| 発表時間 | 20分 |
| 申込先研究会 | RECONF |
| 資料番号 | CPSY2026-3, DC2026-3, RECONF2026-3 |
| 巻番号（vol） | vol.126 |
| 号番号（no） | no.49(CPSY), no.50(DC), no.51(RECONF) |
| ページ範囲 | pp.11-16 |
| ページ数 | 6 |
| 発行日 | 2026-05-25 (CPSY, DC, RECONF) |
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