JP2004294837A

JP2004294837A - 電子ピアノ

Info

Publication number: JP2004294837A
Application number: JP2003087833A
Authority: JP
Inventors: Mineo Kitamura; 実音夫北村
Original assignee: Kawai Musical Instrument Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kawai Musical Instrument Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2023-03-27
Also published as: JP4046226B2

Abstract

【課題】ペダル操作時のピアノの発生楽音をシミュレーションする。
【解決手段】鍵盤装置１１の各鍵１５の下方に、感知部の高さが異なるスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３からなるセンサ２４を設ける。ペダル操作をしない時はスイッチＳＷ３のオンで打弦音に相当する楽音発生が指示される。ペダル操作した時はスイッチＳＷ３のオンに先立ちスイッチＳＷ２がオンになり、このオン信号に応答して衝撃振動音に対応する楽音発生が指示される。その後、スイッチＳＷ３がオンしたときに打弦音に相当する楽音発生が指示される。各音用のベロシティはスイッチＳＷ１オンからスイッチＳＷ２もしくはスイッチＳＷ３オンまでの時間に基づいて算出される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ピアノに関し、特に、ダンパペダルやソステヌートペダルを踏んで打鍵したときのアコースティックピアノの「聴こえ」を再現するのに好適な電子ピアノに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ピアノにおいては、打鍵つまり鍵盤の鍵の押し下げに応答して楽音発生指示を出力する。打鍵の検出のために上下方向で感知位置を異ならせた２個１組のセンサが用いられる。これらのセンサの出力時間差でベロシティつまり打鍵強さを検出する一方、両センサのうち下方のセンサがオンになったのをトリガとして楽音発生指示を出力している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ダンパペダルが打鍵に先だって踏み込まれる場合、打鍵に応答してアクションが動作し、それによって打弦されるので、打鍵されてから弦が振動して発音に至るまでに間がある。本発明者の実験によると、ダンパペダルを踏んだ場合、打弦が弦振動を開始するより前に、打弦以外の他の多数の弦が衝撃振動を開始していることが観測された。すべての弦からダンパが外れているので、打鍵時にハンマが弦に衝突するより前に、打鍵アクションの動作に起因して打弦以外の他の弦が振動するためである。
【０００４】
図４（ａ）は、ダンパペダルを使用したときの打弦の振動波形、図４（ｂ）は打弦とは違う他の弦の振動波形を示す図である。打弦はＥ４弦であり、他の弦はＣ４弦である。図において、ポイントＰ０がＥ４弦の振動開始位置である。図示のように、Ｅ４弦の打弦開始位置Ｐ０からＥ４弦の振動に共鳴してＣ４弦も振動をしている。さらに、打弦振動開始位置Ｐ０より前の時点、つまりＥ４弦が振動していないうちから他の弦であるＣ４弦の振動が開始している。ソステヌートペダルを使用した演奏でも、同様の衝撃振動は存在する。
【０００５】
ペダルを使用したときには、上述のように、打弦振動開始以前に衝撃振動を生じる。しかし、従来の電子ピアノには、この打弦振動開始以前の振動が考慮されておらず、打鍵前の衝撃振動による「聴こえ」が再現できていない。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑み、ペダルの踏み込みによって打弦前に生じる衝撃振動を考慮して楽音を発生させることができる電子ピアノを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決し、目的を達成するための本発明は、打鍵による鍵の変位に応じて予定の３カ所で順に出力を生じるように各鍵毎に設けられた上方、中間、および下方スイッチを含む位置検出センサと、ペダルとを有する電子ピアノにおいて、前記ペダルが踏み込まれたときに出力を生ずるペダルセンサと、前記下方スイッチの出力に応答して打弦音発生指示を出力する手段と、前記中間スイッチの出力に応じて衝撃振動音発生指示を出力する手段と、前記上方スイッチおよび前記下方スイッチの出力タイミングに基づいて打弦音用のベロシティを決定する手段と、前記上方スイッチおよび前記中間スイッチの出力タイミングに基づいて衝撃振動音用のベロシティを決定する手段とを具備し、前記ペダルセンサが出力を生じているときに前記衝撃振動音発生指示を出力する手段を付勢する点に第１の特徴がある。
【０００８】
また、本発明は、前記打弦音用のベロシティを決定する手段が、前記上方スイッチの出力時から前記中間スイッチの出力時までの時間と、前記中間スイッチの出力時から前記下方スイッチの出力時までの時間とに基づいてベロシティを算出するように構成されている点に第２の特徴がある。
【０００９】
第１、第２の特徴によれば、ペダル使用時には打鍵によって中間スイッチが出力を生じ、衝撃振動音を発する指示が出力される。次いで、下方スイッチが出力を生じたときに打弦音を発する指示が出力される。すなわち、打鍵により、まず打弦以外の弦の衝撃振動音が発生し、次いで打弦音が発生する。そして、衝撃振動音用のベロシティは上方スイッチが出力を生じてから中間スイッチが出力を生ずるまでの時間によって決定され、打弦音用のベロシティは上方スイッチが出力を生じてから下方スイッチが出力を生ずるまでの時間によって決定される。
【００１０】
また、本発明は、打鍵による鍵の変位に応じて予定の２カ所で順に出力を生じるように各鍵毎に設けられた上方および下方スイッチを含む位置検出センサと、ペダルとを有する電子ピアノにおいて、前記ペダルが踏み込まれたときに出力を生ずるペダルセンサと、前記下方スイッチの出力に応答して打弦音発生指示を出力する手段と、前記上方スイッチの出力に応じて衝撃振動音発生指示を出力する手段と、前記上方スイッチおよび前記下方スイッチの出力タイミングに基づいて打弦音用のベロシティを決定する手段とを具備し、前記ペダルセンサが出力を生じているときに前記衝撃振動音発生指示を出力する手段を付勢する点に第３の特徴がある。
【００１１】
第３の特徴によれば、ペダル使用時には打鍵によって上方スイッチが出力を生じ、衝撃振動音を発する指示が出力される。次いで、下方スイッチが出力を生じたときに打弦音を発する指示が出力される。すなわち、打鍵により、まず打弦以外の弦の衝撃振動音が発生し、次いで打弦音が発生する。そして、打弦音用のベロシティは上方スイッチが出力を生じてから下方スイッチが出力を生ずるまでの時間によって決定される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図２は本発明の一実施形態に係る電子ピアノのハード構成を示すブロック図である。同図において、バスライン４０には、ＣＰＵ１、ＲＡＭ２、ＲＯＭ３、プログラムメモリ４、楽音波形メモリ５、音源装置６、鍵盤インタフェース７、ペダルインタフェース８、パネルインタフェース９およびＤＡＣ（デジタル／アナログ変換器）１０が接続される。鍵盤インタフェース７には鍵盤装置１１が、ペダルインタフェース８にはペダル装置１２が、パネルインタフェース９には操作パネル１３がそれぞれ接続される。鍵盤装置１１は、複数（例えば８８鍵）の鍵（キー）と、各鍵の押し下げ量を検出するためのキーセンサ（詳細は後述する）とを備える。鍵盤インタフェース７は、キーセンサの出力信号に基づいてキーイベント情報やタッチ情報を生成し、これらの情報はキーナンバに対応づけられてＲＡＭ２に記憶される。
【００１３】
ペダル装置１２は、ダンパペダルやソステヌートペダルおよびこれらペダルの踏み込み量を検出するセンサ（ボリューム）からなる。ペダル装置１２は、アコースティックピアノにおける各ペダルの踏み込みによる効果を該電子ピアノで再現させるために設けられる。ＤＡＣ１０にはアンプやスピーカを含むサウンドシステム１４が接続される。アンプやスピーカは音像の方向を制御できるように少なくとも２組設けるのがよい。
【００１４】
ＣＰＵ１は、プログラムメモリ４に格納されている制御プログラムに従って、各構成要素を制御する。楽音波形メモリ５には複数の音色に対応した波形データが記憶され、ＲＯＭ３には、楽音波形データを処理して楽音を生成するためのパラメータが記憶される。ＲＡＭ２はＣＰＵ１がプログラムを実行する際の各種データを一時記憶するワークエリアとして使用される。操作パネル１３はＬＣＤスクリーンや各種スイッチおよびボリューム、ならびにＬＥＤなどの表示灯からなり、例えば、鍵盤装置１１に隣接して設けられるコントロールパネル上に配置される。
【００１５】
演奏時、鍵盤装置１１から入力されるキーオン信号に応答して楽音波形メモリ５から音源装置６へ楽音波形データが読み出される。楽音波形データは、キーオン信号に含まれるキーオンナンバに応じた周波数で読み出される。音源装置６では、読み出された楽音波形データに対して、ベロシティに応じたアタック部の形成を含むエンベロープ制御および効果の付加等の処理がなされ、楽音信号が形成される。楽音信号はＤＡＣ１０でアナログ楽音信号に変換された後、サウンドシステム１４に供給される。サウンドシステム１４ではアナログ楽音信号をアンプで増幅した後、スピーカで発音する。
【００１６】
ＣＰＵ１は、さらに、ペダル装置１２から入力される制御信号（センサによるペダル踏み込み信号）によって、ペダル装置１２を構成するペダルに対応した効果、例えば、ダンパペダル効果を楽音信号に付加することができる。
【００１７】
図３は、電子ピアノの鍵盤装置の構造を示す断面側面図である。鍵盤装置１１の各鍵１５は、支点となるバランスピン１６で支持されていて、バランスピン１６の右側つまり鍵１５の奥方向の端部近くに上方に突出したキャプスタンねじ１７が設けられる。フレーム１８には、ほぼ水平に延びて、該フレーム１８近くに設けられた軸１９の周りで上下に揺動自在なハンマ２０が設けられる。ハンマ２０の先端寄りにはアクションウェイト２１が設けられる。一方、鍵１５の、バランスピン１６から左寄りの位置つまり鍵１５の手前方向端部近くには、カウンタウェイト２２が吊り下げ状態で設けられる。さらに、フレーム１８には、前記アクションウェイト２１が上方に跳ね上がりすぎるのを抑止するストッパ２３が設けられる。鍵１５は、押鍵されていないときは、カウンタウェイト２２が設けられた側が持ち上がった位置にある。
【００１８】
演奏時に鍵１５が押されると、鍵１５の前端部は、バランスピン１６を中心に下がり、逆に鍵１５の奥側端部は持ち上げられる。そのとき、キャプスタンねじ１７はアクションウェイト２１が設けられたハンマ２０を押し上げるので、演奏者はこの押し上げ力の反力をタッチとして感じる。
【００１９】
フレーム１８の底板１８１には、鍵１５の上下方向における変位量を検出するためのキーセンサとしての位置検出センサ２４が設けられる。位置検出センサ２４は、高さ位置つまり被検出体と感知部との距離が異なる複数のスイッチＳＷ１，
ＳＷ２，ＳＷ３からなる。
【００２０】
スイッチＳＷ１は鍵１５が下降を開始したのを検出して出力を生じる。スイッチＳＷ３は鍵１５の最下降位置近傍つまり鍵１５が最大に押し下げられた位置に相当する位置でカウンタウェイト２２を検出して出力を生ずる。スイッチＳＷ２は、鍵１５の下降途中、つまりスイッチＳＷ１およびＳＷ３の間に設定された高さに鍵１５が降りたのを検出して出力を生じる。
【００２１】
鍵１５の下面に設けられた前記カウンタウェイト２２を鉄等の磁性体で構成し、磁性体を感知して該磁性体との距離に対応した出力を生ずる磁気センサを位置検出センサ２４の各スイッチとして使用するのがよい。つまりカウンタウェイト２２が被検出体とする。磁気センサは感知部と磁性体との距離に応じて出力が変化するので、この出力に基づいてカウンタウェイト２２と位置検出センサ２４との距離を検出できる。つまり位置検出センサ２４は底板１８１ないしは底板１８１の前端にあって、その上面が鍵１５の前端下面と対向する棚板１８２と鍵１５との間隔に対応する出力を生じる。なお、位置検出センサ２４は磁気センサに限らず、光センサや振動センサ等、各種位置検出センサであってもよい。そして、選択するセンサによってカウンタウェイト２２の、少なくとも位置検出センサ２４との対向面の形状や材質を変形するのはもちろんである。
【００２２】
この実施形態では、ペダルを操作した演奏と、ペダルを操作しない演奏とで、楽音発生指示の時期や検出エンベロープを変化させた。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係る要部機能ブロック図である。第１楽音データ記憶部２５には、打弦振動の波形データ、つまりピアノ音の波形データが予め記憶される。第２楽音データ記憶部２６には、ペダルが使用されたときに打弦前に生じる衝撃振動音の波形データが予め記憶される。ＳＷ１検出部２７は、スイッチＳＷ１の出力を検出して第１ベロシティ算出部２８と、第２ベロシティ算出部２９とに信号を入力する。ＳＷ２検出部３０は、スイッチＳＷ２の出力を検出して第２楽音データ記憶部２６と第２ベロシティ検出部２９とに信号を入力する。ＳＷ３検出部３１は、スイッチＳＷ３の出力を検出して第１楽音データ記憶部２５と第１ベロシティ算出部２８とに信号を入力する。
【００２４】
キーナンバ検出部３２は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のＣＰＵ１への入力ポートをスキャンして、どの鍵に対応するスイッチＳＷ１〜ＳＷ３がオンになっているかを判別する。第１楽音データ記憶部２５および第２楽音データ記憶部２６には、キーナンバ検出部３２からキーナンバが入力される。
【００２５】
第１ベロシティ算出部２８は、ＳＷ１検出部２７およびＳＷ３検出部３１からそれぞれ入力される信号の時間差を算出し、この時間差を、打弦の振動波形を形成するためのベロシティとして出力する。第２ベロシティ検出部２９は、ＳＷ１検出部２７およびＳＷ２検出部３０からそれぞれ入力される信号の時間差を算出し、この時間差を、打弦以外の他の弦の衝撃振動波形を形成するためのベロシティとして出力する。
【００２６】
ＳＷ３検出部３１からの入力信号およびスイッチＳＷ３に対応するキーナンバからなる打弦音発生指示としてのキーオン信号に応答して、第１楽音データ記憶部２５から音源装置６に波形データが読み出される。同様に、ＳＷ２検出部３０からの入力信号およびスイッチＳＷ２に対応するキーナンバからなる衝撃振動音発生指示としてのキーオン信号に応答して、第２楽音データ記憶部２５から音源装置６に波形データが読み出される。
【００２７】
ペダルセンサ３３は、ペダル装置１２のペダルの踏み込み量を検出するセンサであり、各ペダルを支持する回動軸の回動量を検出するボリュームによって構成できる。ペダル検出部３３は、ペダルセンサ３３の出力が予定値以上になったときに、ペダル信号を出力する。
【００２８】
前記第２楽音データ記憶部２５および第２ベロシティ検出部２９は、ペダル信号が入力されている場合に、それぞれ、スイッチＳＷ２の出力に応答して波形データを出力したり、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の出力に基づいてベロシティを出力したりする。
【００２９】
音源装置６では、第１ベロシティ算出部２８および第２ベロシティ検出部２９からそれぞれ入力されるベロシティに従って入力波形データの振幅を制御し、楽音信号を形成する。こうして、ペダルが踏まれたときにだけ、打弦の振動に先立って衝撃振動音の波形データが読み出され、打鍵による他弦の衝撃振動音を擬似した音が発生される。
【００３０】
なお、第１ベロシティ算出部２８では、スイッチＳＷ１，ＳＷ３の出力時間差によってベロシティを算出するのに代えて、スイッチＳＷ１およびＳＷ２の出力時間差、ならびにスイッチＳＷ２およびＳＷ３の出力時間差によって、スイッチＳＷ１およびＳＷ２間の加速度、ならびにスイッチＳＷ２およびＳＷ３間の加速度の変化を判断し、ベロシティとしてもよい。
【００３１】
また、スイッチＳＷ２の出力から遅延時間を設けて第２楽音データ記憶部２５から波形データの読み出しを行うようにしてもよい。第２ベロシティ検出部２９で算出されるベロシティが大きすぎる場合、打弦振動音に先だつ衝撃振動音の発生時期が早すぎることもある。したがって、このような場合を想定して、第２ベロシティ検出部２９で算出されるベロシティが予定値以上になったときは、スイッチＳＷ２の出力に応答してすぐに波形データを読み出すのではなく、所定の遅延時間後に、第２楽音データ記憶部２５から波形データの読み出しを行う。
【００３２】
また、離鍵強さつまりオフベロシティについても、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２およびＳＷ３の出力時間差によって検出することができる。
【００３３】
さらに、音源装置６から出力される楽音信号に効果を付加するエフェクト処理部としての信号処理部を設けることができる。例えば、リバーブを付加する際、ベロシティが大きい場合リバーブの音量を大きくし、ベロシティが小さい場合リバーブの音量を小さくする。リバーブは、離鍵つまりスイッチＳＷ１〜ＳＷ３の出力がすべてオフになったときに打ち切るのがよい。
【００３４】
上記エフェクト処理部としての信号処理部は、遅延器、該遅延器への信号書き込み回路、信号読み出し回路、および乗算器などからなるデジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）から構成することができる。
【００３５】
上記実施形態では、鍵１５の位置を検出するセンサとしてスイッチを３カ所に設けたが、スイッチを２カ所だけにしてもよい。すなわち、スイッチＳＷ２を省略し、スイッチＳＷ１とＳＷ３とによって、キーオン信号を形成することができる。この場合、スイッチＳＷ１の出力から予定の遅延時間後（スイッチＳＷ１の出力に応答させてもよい）に第２楽音データ記憶部２６から衝撃振動音の波形データが読み出され、スイッチＳＷ３の出力に応答して第１楽音データ記憶部２５から打弦振動音の波形データが読み出される。この場合、打弦振動音のベロシティは、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ３との、出力時間差によって算出されるが、衝撃振動音のベロシティは固定値とする。
【００３６】
前記第１楽音データ記憶部２５および第２楽音データ記憶部２６から出力された波形データに基づいて形成された楽音信号は、加算してサウンドシステム１４に出力してもよいし、それぞれ別々にサウンドシステム１４に出力して発音させてもよい。また、第１楽音データ記憶部２５に記憶される波形データは一種類に限らず複数種類記憶してあってもよい。そして、各波形データに基づく楽音信号には、出力時間差が設けられていてもよいし、個々に方向制御が施されているのがよい。方向制御は、複数のスピーカにより、音像を定位させる制御である。
【００３７】
また、音源装置６は、波形データを読み出して楽音信号を形成する波形読み出し方式のものに代えて、正弦波加算方式、減算方式、および系のたたみ込みによる物理音源方式のものを使用することができる。この場合は、ペダルが踏み込みこまれたか否かによって、各方式で演算に使用されるパラメータを切り替えるようにする。
【００３８】
また、サウンドシステム１４は左右用に複数のスピーカを有し、それぞれのスピーカに楽音信号を出力するため、２チャネルの処理系統を有するのが好ましいが、単一のチャネルを有するものにも本発明を適用することはできる。
【００３９】
さらに、ペダル装置１２は、ダンパペダルとソステヌートペダルの双方を有するものに限定されず、これらのいずれか一方のみ（例えばダンパペダルのみ）を備える電子ピアノにも適用できる。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１〜３の発明によれば、ペダル操作時には、打鍵時に、まず、打弦以外の他弦から生ずる衝撃振動音が発せられ、その後に打弦音が発せられる。したがって、アコースティックピアノでダンパペダルやソステヌートペダルを操作して打鍵した時の、打弦の振動による音が生じるより前の他弦の衝撃振動音を含む音の「聴こえ」を電子ピアノで再現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子ピアノの要部機能を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電子ピアノのハード構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電子ピアノの鍵盤構造を示す側面断面図である。
【図４】ペダル使用時の打弦および他弦の振動波形の例を示す図である。
【符号の説明】
１…ＣＰＵ、１１…鍵盤装置、１２…ペダル装置、１５…鍵、２４…位置検出センサ、２５…第１楽音データ記憶部、２６…第２楽音データ記憶部、２８…第１ベロシティ算出部、２９…第２ベロシティ算出部

Claims

打鍵による鍵の変位に応じて予定の３カ所で順に出力を生じるように各鍵毎に設けられた上方、中間、および下方スイッチを含む位置検出センサと、ペダルとを有する電子ピアノにおいて、
前記ペダルが踏み込まれたときに出力を生ずるペダルセンサと、
前記下方スイッチの出力に応答して打弦音発生指示を出力する手段と、
前記中間スイッチの出力に応じて衝撃振動音発生指示を出力する手段と、
前記上方スイッチおよび前記下方スイッチの出力タイミングに基づいて打弦音用のベロシティを決定する手段と、
前記上方スイッチおよび前記中間スイッチの出力タイミングに基づいて衝撃振動音用のベロシティを決定する手段とを具備し、
前記ペダルセンサが出力を生じているときに前記衝撃振動音発生指示を出力する手段を付勢することを特徴とする電子ピアノ。
前記打弦音用のベロシティを決定する手段が、前記上方スイッチの出力時から前記中間スイッチの出力時までの時間と、前記中間スイッチの出力時から前記下方スイッチの出力時までの時間とに基づいてベロシティを算出するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の電子ピアノ。
打鍵による鍵の変位に応じて予定の２カ所で順に出力を生じるように各鍵毎に設けられた上方および下方スイッチを含む位置検出センサと、ペダルとを有する電子ピアノにおいて、
前記ペダルが踏み込まれたときに出力を生ずるペダルセンサと、
前記下方スイッチの出力に応答して打弦音発生指示を出力する手段と、
前記上方スイッチの出力に応じて衝撃振動音発生指示を出力する手段と、
前記上方スイッチおよび前記下方スイッチの出力タイミングに基づいて打弦音用のベロシティを決定する手段とを具備し、
前記ペダルセンサが出力を生じているときに前記衝撃振動音発生指示を出力する手段を付勢することを特徴とする電子ピアノ。