JP2005195773A - 演奏システム - Google Patents

Abstract

【課題】 自動演奏ピアノ等において、鍵（演奏操作子）駆動のサーボ制御をより高精度に実行できるようにする。
【解決手段】 自動ピアノには、鍵１の位置を連続量で検出するキーセンサ２５と、ソレノイド６のプランジャ６ａの速度を連続量で検出するプランジャセンサ３５が具備される。サーボコントローラ１２では、キーセンサ２５及びプランジャセンサ３５の出力をフィードバック信号として使用して、ソレノイド６ａをサーボ制御する。駆動する側（ソレノイド６）と駆動される側（鍵１）の双方の物理量に基づいて、ソレノイド６をサーボ制御することで、ソレノイド６と鍵１という運動伝達の仕方が互いに異なる２つの動作系が介在したサーボ制御において、鍵１の動作をより正確に制御できるようになる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば自動演奏ピアノ等のように、演奏操作子と該演奏操作子を駆動するための駆動手段とを備えた演奏システムに関し、詳細には、該演奏システムにおいて、駆動手段をサーボ制御するための制御システムに関する。

従来から知られる自動演奏ピアノにおいて、鍵を電気的に駆動するための電磁ソレノイドの動作をフィードバック制御するための構成として、鍵の動きを検出するためのキーセンサの出力を帰還入力し、与えられたリファランス値と前記キーセンサの出力を比較することで、電磁ソレノイドの操作量を決定するものがあった。（例えば、特許文献１参照）。また、同種の自動演奏ピアノにおいて、電磁ソレノイドの可動子（プランジャ）にプランジャセンサを設け、該プランジャセンサからの出力を帰還入力して、与えられたリファランス値とプランジャセンサの出力とに基づき電磁ソレノイドをフィードバック制御するものがあった（例えば、特許文献２参照）。
特開平７−１７５４７１号公報 特開２０００−２７６１３４号公報

上記特許文献１或いは特許文献２に記載されたものに代表される従来の自動演奏ピアノにおけるフィードバック制御システムは、鍵に設けたキーセンサ或いはソレノイドのプランジャに設けたプランジャセンサの何れか一方の出力と、前記リファランス値とに基づきフィードバック制御を行い、それに応じてソレノイドの駆動を制御する構成であった。しかしながら、ソレノイドと鍵とは夫々機械的に独立した動作系であり、運動の伝達の仕方が異なるため、ソレノイドのプランジャ（駆動する側）か鍵（駆動される側）のいずれか一方の動作量のみに基づくフィードバック制御では、与えられた目標値に対して鍵を正確に動作させる精度が不十分であった。

この発明は上述の点に鑑みてなされたもので、例えば自動演奏ピアノ等の演奏システムにおいて、鍵（演奏操作子）を駆動するためのソレノイド（駆動手段）の駆動をサーボ制御する場合に、演奏操作子をより正確に動作させることができるようにした演奏システムを提供することを目的とする。

この発明に係る演奏システムは、演奏操作子と、前記演奏操作子を駆動するための駆動手段と、前記駆動手段の動きに応じた物理量を検出する第１の検出手段と、前記演奏操作子の動きに応じた物理量を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段及び前記第２の検出手段の出力をフィードバック信号として使用して、前記駆動手段をサーボ制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

これによれば、第１の検出手段によって駆動手段の動きに応じた物理量を検出し、また、第２の検出手段によって該駆動手段によって駆動される演奏操作子の動きに応じた物理量を検出する。制御手段は、前記第１の検出手段及び前記第２の検出手段の出力をフィードバック信号として使用して、前記駆動手段をサーボ制御する。駆動する側（駆動手段）と駆動される側（演奏操作子）の双方の物理量に基づいて、駆動手段をサーボ制御することで、駆動手段と演奏操作子という運動伝達の仕方が互いに異なる２つの動作系が介在したサーボ制御において、演奏操作子の動作をより正確に制御できるようになるという優れた効果を奏する。

以下、添付図面を参照してこの発明の一実施例について説明する。当該実施例において、この発明に係る演奏システムを、自動演奏機能を有するアコースティックピアノ（自動演奏ピアノ）に適用した例を示す。

図１は、この実施例に係る自動演奏ピアノの概要構成図であり、機械的な発音機構の要部と共に、電気的制御系に関る機能ブロックの要部を抽出して示している。図１に示すように、自動演奏ピアノは、機械的な発音機構として、複数（例えば８８個）の鍵１と、該鍵１の運動をハンマに伝達するためのアクション機構２と、対応する鍵１の運動に連動して打弦運動するハンマ３と、該ハンマ２によって打撃される弦４と、弦４の振動を止めるためのダンパ５とを含む。鍵１は、バランスピンＰに貫通された位置を凡その支点として、上下揺動可能に支持されており、非押鍵時（外力を加えない状態）では図１において実線で示すレスト位置にある。そして、演奏操作（押鍵及び離鍵）に応じて、前記レスト位置からエンド位置（図において２点鎖線で示す位置）の間で上下にストロークする。鍵１の後端下面側には、当該鍵１を駆動するための鍵駆動装置（アクチュエータ）として、電磁ソレノイド６が具備されている。これらの構成は、一般的な自動演奏ピアノと概ね同様である。

当該自動演奏ピアノの各鍵１の下面側には、鍵１の動きを検出するためのキーセンサ２５が配設されている。キーセンサ２５は、例えば、鍵１の動作ストロークの全工程について連続的な位置情報を出力可能な光学式の位置センサによって構成することができる。キーセンサ２５の概略構成例としては、鍵１の下面におけるキーセンサ２５の対向位置に該キーセンサ２５と協働する被検出部材２６を具備し、鍵１のストローク変位に応じてキーセンサ２５に対する被検出部材２６の相対的な位置が変化することで、キーセンサ２５に対する該被検出部材２６の相対的位置を鍵１のストローク位置として検出し、鍵１の位置情報を表すアナログ信号を出力するよう構成しうる。キーセンサ２５の出力は、後述する記録制御部２８並びにサーボコントローラ１２の双方に供給され、演奏録音時の演奏情報の生成・記録処理と、演奏情報再生時のサーボ制御とに利用される。なお、キーセンサ２５として適用可能な光学式位置センサの具体的な構成例については、例えば上記特許文献１に記載の構成等、従来から知られる適宜のセンサ構成を採用してよく、また、光学式に限らず、その他適宜の位置センサによって構成されても差し支えない。

また、当該自動演奏ピアノにおいては、ハンマ３の動作を検出するためのハンマセンサ２７が設けられてよい。該ハンマセンサ２７も前記キーセンサ２５と概ね同様に構成されてよい。この例では、ハンマセンサ２７の出力は、後述する記録制御部２８に供給され、演奏録音時の演奏情報の生成処理に際して利用される。

ソレノイド６は、周知の通り、ヨーク内に配置されたコイルと、該コイル軸心内において双方向的に直線移動可能に挿入された棒状のプランジャ６ａとを有しており、該プランジャ６ａの先端部が鍵１の後端下面部に当接されている。当該ソレノイド６に対して励磁電流が与えられることでソレノイド６が駆動され、これに応じてプランジャ６ａは、上方に突出変位して、対応する鍵１の後端を打撃する。このプランジャ６ａの打撃力により対応する鍵１の駆動（押鍵駆動）が行われる。

ソレノイド６には、プランジャ６ａの動きを検出するためのプランジャセンサ３５が具備される。プランジャセンサ３５は、この例ではプランジャ６ａの動作速度を検出する適宜の速度センサ（例えばムービングマグネット型の速度センサ）によって構成されており、ソレノイド６の駆動時のプランジャ６ａの移動速度に応じたアナログ信号を出力する。プランジャセンサ３５の出力は、後述するサーボコントローラ１２に供給され、演奏情報再生時のサーボ制御に利用される。なお、プランジャセンサ３５として適用可能なムービングマグネット型の速度センサの構成自体は公知なので、その構成の詳細な説明は省略する。なお、プランジャセンサ３５は、ムービングマグネット型に限らず、その他適宜の速度センサによって構成されてもよい。

ここで、図２を参照して、当該自動演奏ピアノの電気的なハードウェア構成について簡単に説明すると、図２に示すように当該自動演奏ピアノは、ＣＰＵ４０、ＲＯＭ４１、ＲＡＭ４２及び記憶装置４３を含み、各装置間がデータ及びアドレスバス４６を介して接続される。
ＣＰＵ４０は、当該自動演奏ピアノの全体的な動作を制御するとともに、演奏情報の再生処理や、鍵操作に応じた演奏情報の記録（演奏録音）処理等の各種信号処理を実行する。ＣＰＵ４０が実行する各種処理の制御プログラムは、例えばＲＯＭ４１内に記憶されていてよい。該各種処理の実行中に発生した各種データや各種パラメータは、ＲＡＭ４２（あるいはＲＯＭ４１）等の適宜のメモリ内に記憶される。

記憶装置４３は、演奏録音処理により生成した演奏情報を書き込むことや、演奏情報再生時に使用する演奏情報の記憶しておくことに利用されるものであり、ハードディスク、フレキシブルディスク又はフロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク（ＣＤ‐ＲＯＭ、ＣＤ‐ＲＡＭ）、光磁気ディスク（ＭＯ）、ＺＩＰディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）、半導体メモリ等、適宜の記憶媒体で構成してよい。

入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）４４はＡＤ変換器を含み、キーセンサ２５及びプランジャセンサ３５から出力される検出信号（アナログ信号）は、当該Ｉ／Ｏ４４を介してディジタル信号に変換されてＣＰＵ４０へ出力される。ＣＰＵ４０では所定のクロックタイミング毎に各センサの出力に基づき鍵１の位置情報とプランジャ６ａの速度情報とを夫々取得する処理を行う。なお、ハンマセンサ２７（図１参照）もまた、Ｉ／Ｏ４４に接続されてよいが、説明の便宜上図示を省略した。
また、後述する演奏情報再生時にＣＰＵ４０において生成されるソレノイド駆動信号は、ＰＷＭ発生器４５を介してＰＷＭ形式の電流信号（以下ＰＷＭ信号と略称）に変換され、ソレノイド６に出力される。なお、当該自動演奏ピアノには、この他にも操作者（ユーザ）が動作モードの選択等を行うための設定操作子群や、適宜の外部機器に接続する通信インターフェース等が具備されてよい。

当該自動演奏ピアノにおいて実行される演奏録音動作及び演奏情報の再生動作の概略について説明する。図１において、記録制御部２８及び記録後処理部２９は、演奏録音処理に関るモジュールに相当し、また、再生前処理部１０、モーションコントローラ１１及びサーボコントローラ１２は演奏情報の再生処理に関るモジュールに相当しており、これら各モジュールが担う演算処理等の各種動作は、ＣＰＵ４０が実行するソフトウェアプログラムによって実施される。

記録制御部２８では、キーセンサ２５やハンマセンサ２７から出力された検出信号に基づき演奏情報の生成・記録処理を行う。すなわち、キーセンサ２５やハンマセンサ２７が検出した鍵１やハンマ３の動きから、打弦速度、打弦時刻や、押鍵速度、押鍵時刻等の演奏イベントに関する種々の情報を求め、それに基づき演奏者によるピアノ演奏の演奏内容を表す演奏情報を生成する。ここで生成される演奏情報は、ＭＩＤＩ形式等、適宜のデータフォーマットで作成されてよい。生成された演奏情報は、記録後処理部２９において正規化処理した後に、例えば、適宜の記憶装置４３（図２参照）に記録されうる。ここで前記正規化処理とは、ピアノの個体差を吸収するための処理であり、該種々の物理情報は、各ピアノにおけるセンサの位置や、構造上の違い、あるいは、機械的誤差によって固有の傾向を持つので、標準となるピアノを想定して、そのピアノにおける打弦時刻・打弦速度等に変換するための処理をいう。

再生前処理部１０では、適宜の記憶装置や、図示しないリアルタイム通信装置等から供給される演奏情報に基づいて、該演奏情報に含まれる各演奏イベントを再現するための鍵の軌道データを生成し、これをモーションコントローラ１１に供給する。モーションコントローラ１１では、供給された軌道データを用いて、各時刻におけるソレノイド駆動用の目標値を生成して、これをサーボコントローラ１２に出力する。

サーボコントローラ１２において、モーションコントローラ１１から供給される目標値と共に、キーセンサ２５から出力される鍵の物理量（位置情報）と、プランジャセンサ３５から供給されるプランジャ６ａの物理量（速度情報）の夫々がフィードバック信号として使用される。この実施例に係る自動演奏ピアノは、キーセンサ２５の出力とプランジャセンサ３５の出力の夫々をフィードバック信号として使用することで、鍵１とソレノイド６の双方の動作状態を考慮したサーボ制御が行われる点に特徴を有する。ソレノイド６（駆動する側）と鍵１（駆動される側）とは、夫々機械的に独立した動作系であり、運動の伝達の仕方が互いに異なるため、双方の動作系の動作状態を考慮したサーボ制御を行うことで、鍵１をより正確に動作させることができるようになる。以下、この実施例に係るサーボ制御の処理例についてより詳細に説明する。

図３は、当該自動演奏ピアノにおけるサーボ制御のシステム構成を機能的に示すブロック図である。以下、この発明に係るサーボ制御の一例について説明する。図３において、１点鎖線で囲むフィードバックループにおける各種演算処理は、ＣＰＵ４０が実行するソフトウェアプログラムによって実施される。当該サーボ制御の目標値（リファランス値）として、再生すべき演奏情報に応じて生成された鍵の軌道データ（軌道リファランス）が供給される。

目標値生成部５０では、供給された軌道リファランスに従って、或る時刻における目標値として、位置目標値ｒｘ、速度目標値ｒｖ及び加速度目標値ｒａの夫々の事象について生成する。目標値生成部５０で生成された各事象（位置、速度、加速度）についての目標値は、所定のサンプル時間（例えば１ｍｓ毎）に従って、並行に送出される。また、図において「ｒｕ」は目標値に相当する電気量（電流信号）の直接出力を表す。この電流信号ｒｕの目標値全体に対する使用率は実験により適切に定めるものとする。目標値生成部５０で生成された位置目標値ｒｘ、速度目標値ｒｖ及び加速度目標値ｒａは、前記所定のサンプリング時間に従って、位置比較部５１、速度比較部５２及び加速度比較部５３に夫々入力される。

他方、キーセンサ２５及びプランジャセンサ３５の出力の取り込みについて説明すると、前述のとおりソレノイド６に対して通電オンがなされると、通電されたソレノイド６に対応して設けられた鍵１が駆動される。速度センサ（プランジャセンサ）３５は、ソレノイド６のプランジャ６ａの移動速度ｙｍを検出し、該移動速度ｙｍに対応するアナログ検出信号ｙｖｍａを出力する。ＡＤ変換器（図２のＩ／Ｏ４４に相当）４４ａは、速度センサ（プランジャセンサ）３５から出力されるプランジャ速度を表すアナログ検出信号ｙｖｍａをディジタル信号（プランジャ速度検出値）ｙｖｍｄに変換する。

また、位置センサ（キーセンサ）２５は、ソレノイド６によって駆動された鍵１のストローク位置ｙｋを検出し、鍵のストローク位置ｙｋに対応するアナログ検出信号ｙｘｋａを出力する。ＡＤ変換器（図２のＩ／Ｏ４４に相当）４４ｂは、位置センサ（キーセンサ）２５から出力されるアナログ検出信号ｙｘｋａをディジタル信号（鍵位置検出値）ｙｘｋｄに変換する。

ＡＤ変換器４４ａ，４４ｂでディジタル信号に変換されたプランジャ速度検出値ｙｖｍｄ及び鍵位置検出値ｙｘｋｄは、正規化処理部５４ａ，５４ｂに夫々供給され、該正規化処理部５４ａ，５４ｂにおいてプランジャ速度検出値ｙｖｍｄ及び鍵位置検出値ｙｘｋｄの各々に対する所定の正規化処理が行われる。ここで正規化処理としては、鍵位置検出値ｙｘｋｄと、プランジャ速度検出値ｙｖｍｄの記述単位を合わせるための線形変換等が行われる。図において、正規化処理後のプランジャ速度検出値を「ｙｖｍ」、正規化処理後の鍵位置検出値を「ｙｘｋ」で示す。

速度生成部５５は、鍵位置検出値ｙｘｋに基づき、鍵１の速度情報（鍵速度値ｙｖｋ）を生成する。すなわち、速度生成部５５では、キーセンサ２５から出力された鍵１の位置情報を適宜微分演算（例えば多項式適合等）することにより鍵の速度情報を算出する。算出方法の一例として、ある任意のサンプリング時点について前後７点での位置情報（鍵位置検出値）を使用した２次曲線適合によって鍵の速度情報（鍵速度値ｙｖｋ）を算出することができる。

位置生成部５６は、プランジャ速度検出値ｙｖｋに基づき、プランジャ６ａの位置情報（プランジャ位置値ｙｘｍ）を生成する。すなわち、位置生成部５６では、プランジャセンサ３５から出力されたプランジャ６ａの速度情報を積分演算することによりプランジャ６ａの位置情報（プランジャ位置値ｙｘｍ）を算出する。

加速度生成部５７は、プランジャ速度検出値ｙｖｍに基づき、プランジャ６ａの加速度情報（プランジャ加速度値ｙａｍ）を生成する。すなわち、加速度生成部５７では、プランジャセンサ３５から出力されたプランジャ６ａの速度情報を適宜微分演算（例えば多項式適合等）することによりプランジャ６ａの加速度情報を算出する。算出方法の一例として、ある任意のサンプリング時点について前後７点での速度情報（プランジャ速度検出値ｙｖｍ）を使用した２次曲線適合によってプランジャ６ａの加速度情報（プランジャ加速度値ｙａｍ）を算出することができる。

速度調整部５８には、プランジャセンサ３５から出力されるプランジャ速度検出値ｙｖｍと、速度生成部５５にて生成された鍵速度値ｙｖｋが供給される。速度調整部５８ではプランジャ速度検出値ｙｖｍと鍵速度値ｙｖｋの一本化調整を行うことで、速度フィードバック信号ｙｖを得る。速度フィードバック信号ｙｖは、プランジャセンサ３５とキーセンサ２５の双方のセンサ出力から得たフィードバック制御用の速度情報であり、これは、前記目標値生成部５０で生成された速度目標値ｒｖと比較するために前記速度比較部５２へ帰還入力（負帰還）される。
速度調整部５８において、具体的には、プランジャ速度検出値ｙｖｍに対して所定の係数Ｋｖｍによって重み付け（演算要素５８ａ）し、また、鍵速度値ｙｖｋに対して所定の係数Ｋｖｋによって重み付け（演算要素５８ｂ）して、加算要素５８ｃにて両者を加算することで速度フィードバック信号ｙｖを得ている。ここで、両者の重み係数Ｋｖｍ及びＫｖｋは、「Ｋｖｍ＋Ｋｖｋ＝１」の関係を持たせつつ、プランジャ速度検出値ｙｖｍと鍵速度値ｙｖｋのいずれに重点を置いた速度フィードバック信号ｙｖを得るのかに応じて設定されるもので、実験の結果を基に適切な値に設定する。実験結果に基づく重み係数の一例として、係数Ｋｖｍ＝０．７、係数Ｋｖｋ＝０．３と設定しうる。

位置調整部５９には、キーセンサ２５から出力される鍵位置検出値ｙｘｋと、位置生成部５６にて生成されたプランジャ位置値ｙｘｍが供給される。位置調整部５９では鍵位置検出値ｙｘｋとプランジャ位置値ｙｘｍの一本化調整を行うことで、位置フィードバック信号ｙｘを得る。位置フィードバック信号ｙｘは、キーセンサ２５とプランジャセンサ３５との双方のセンサ出力から得たフィードバック制御用の位置情報であり、これは、前記目標値生成部５０で生成された位置目標値ｒｘと比較するために前記位置比較部５１へ帰還入力（負帰還）される。
位置調整部５９において、具体的には、鍵位置検出値ｙｘｋに対して所定の係数Ｋｘｋによって重み付け（演算要素５９ａ）し、また、プランジャ位置値ｙｘｍに対して所定の係数Ｋｘｍによって重み付け（演算要素５９ｂ）して、加算要素５９ｃにて両者を加算することで位置フィードバック信号ｙｘを得ている。ここで、両者の重み係数Ｋｘｋ及びＫｘｍは、「Ｋｘｋ＋Ｋｘｍ＝１」の関係を持たせつつ、鍵位置検出値ｙｘｋとプランジャ位置値ｙｘｍのいずれに重点を置いた位置フィードバック信号ｙｘを得るのかに応じて設定されるもので、実験の結果を基に適切な値に設定する。実験結果に基づく重み係数の一例として、係数Ｋｘｋ＝０．９、係数Ｋｘｍ＝０．１と設定しうる。

また、加速度生成部５７において算出されたプランジャ加速度値ｙａｍは、フィードバック制御用の加速度情報として、前記目標値生成部５０で生成された加速度目標値ｒａと比較するために前記加速度比較部５３へ帰還入力（負帰還）される。なお、前記速度生成部５５において算出した鍵速度値ｙｖｋを更に微分して鍵加速度情報を求めて、その鍵加速度情報とプランジャ加速度値ｙａｍを一本化調整して位置フィードバック信号を求めることも考えられるが、その場合、該鍵加速度情報は鍵位置検出値ｙｘｋを２次微分した値であり、信号の品質が劣化するので、この実施例では、これを行わない。

以上のようにして、キーセンサ２５及びプランジャセンサ３５の出力に基づき、位置、速度及び加速度目標値のそれぞれと同一種類の物理量のフィードバック制御用の物理量情報、つまり位置フィードバック信号ｙｘ、速度フィードバック信号ｒｖ及びプランジャ加速度値ｙａｍが与えられる。

位置比較部５１には、前記位置調整部５９から出力された位置フィードバック信号ｙｘと、目標値生成部５０から出力された位置目標値ｒｘとが供給される。位置比較部５１では、位置目標値ｒｘと位置フィードバック信号ｙｘを減算演算することで、ｒｘ、ｙｘの差分である位置偏差ｅｘを求める。

速度比較部５２には、前記速度調整部５８から出力された速度フィードバック信号ｙｖと、目標値生成部５０から出力された速度目標値ｒｖとが供給される。速度比較部５２では、位置目標値ｒｖと位置フィードバック信号ｙｖを減算演算することで、ｒｖ、ｙｖの差分である速度偏差ｅｖを求める。

加速度比較部５３には、前記加速度生成部５７から出力されたプランジャ加速度値ｙａｍと、目標値生成部５０から出力された加速度目標値ｒａとが供給される。加速度比較部５３では、加速度目標値ｒａとプランジャ加速度値ｙａｍを減算演算することで、ｒａ、ｙａｍの差分である速度偏差ｅａを求める。

位置偏差ｅｘは、増幅部６０ａを介して位置サーボゲインＫｘによって増幅されて、位置制御信号ｕｘとして加算部６１に供給される。また、速度偏差ｅｖは、増幅部６０ｂを介して速度サーボゲインＫｖによって増幅されて、速度制御信号ｕｖとして加算部６１に供給される。また、加速度偏差ｅａは、増幅部６０ｃを介して加速度サーボゲインＫａよって増幅されて、加速度制御信号ｕａとして加算部６１に供給される。前記位置偏差ｅｘ、速度偏差ｅｖ及び加速度偏差ｅａの各々に乗算する各ゲインの係数Ｋｘ，Ｋｖ及びＫａは実験によって適切設定されてよく、ゲイン係数の数値例として、位置サーボゲインＫｘ＝１．７、速度サーボゲイン＝３．５、加速度サーボゲイン＝０．５という値に設定しうる。前記ゲイン係数の一例によれば、速度成分にサーボ制御の重点が置かれるようになる。

加算部６１において、位置制御信号ｕｘ、速度制御信号ｕｖ及び加速度制御信号ｕａを加算することで、これら各事象の制御信号を一本化する。そして、その加算結果に対して更に目標値電流信号ｒｕを加算（加算要素６２）することで、ソレノイド駆動信号ｕが生成される。

ソレノイド駆動信号ｕは、ＰＷＭ変換器４５を介してＰＷＭ形式のソレノイド励磁電流信号ｕｉに変換され、この励磁電流信号ｕｉに基づきソレノイド６が駆動される。
上述したサーボ制御システムによれば、直接のサーボ制御対象となるソレノイド６の動きと該ソレノイド６によって駆動される鍵１の動きとを反映したソレノイド駆動信号ｕが生成されるので、この駆動信号ｕに応じた励磁電流信号ｕｉでソレノイド６を駆動することで、鍵１を目標値に対してより正確に動作させることができ、与えられた軌道リファレンスをより精密に再現することができるようなる。また、この実施例に係るサーボ制御システムによれば、位置センサたるキーセンサ２５の出力と速度センサたるプランジャセンサ３５の出力から生成した位置、速度及び加速度の各事象についてのフィードバック信号と、位置、速度及び加速度の各事象の目標値とに基づいたハイブリットタイプのサーボ制御を実現することができ、より高性能な自動演奏ピアノを実現することができる。ここで、当サーボ制御システムでは、位置センサ（キーセンサ２５）の出力を微分して生成した速度情報、速度センサ（プランジャセンサ３５）の出力を積分して生成した位置情報、及び、速度センサの出力を微分して生成した加速度情報を利用しており、この点について、当該ハイブリットタイプのサーボ制御を位置制御の立場からみれば、速度サーボ制御が微分補償器としての機能を果たし、また、速度制御の立場からみれば、位置サーボ制御が積分補償器、加速度サーボが微分補償器としての機能を果たす。

図４（ａ）及び（ｂ）は、上述のサーボ制御による制御結果の実測例を示すグラフである。図４（ａ）及び（ｂ）において、或る軌道データに対応する位置目標値ｒｘを破線で示し、キーセンサ２５から出力される鍵１の位置データの実測値ｙｘｋを実線で示す。また、或る軌道データに対応する速度目標値ｒｖを１点鎖線で示し、該軌道データに対応する加速度目標値ｒａを２点鎖線で示す。また、横軸は時間ｔを表す。図４（ａ）から明らかなように、位置目標値ｒｘに対して極めて、正確な（近似した）鍵１の位置データの実測値ｙｘｋを得ることができる。また、位置目標値ｒｘは時刻Ｔにおいて急峻な変位を表しており、速度目標値ｒｖは当該時刻Ｔにおいて急峻に立ち上がる。この時刻Ｔにおける鍵１の位置実測値ｙｘｋをみれば、位置目標値ｒｘの変化に追従して、極めて迅速に鍵１の動作制御が行われていることがわかる。これは、帰還入力として速度センサ（プランジャセンサ３５）の出力を取り込んだ効果である。
図４（ｂ）は、或るひとつの鍵を比較的高速に連続押鍵動作（連打）させる軌道データが与えられた際の、制御結果を示している。このような連打動作においても、位置目標値ｒｘに対して極めて、正確な（近似した）鍵１の位置データの実測値ｙｘｋを得ることができることがみてとれる。これは加速度についてサーボ制御を行った効果が大きい。このように、この実施例に係るサーボ制御によれば、ある目標値に対して正確な鍵１の動作制御を行うことができるようになる。

上述の図３に示すサーボ制御のシステム構成の変更例として、この発明に係るサーボ制御システムを簡略化したシステム構成例を図５に示す。なお、ここで、既に説明した構成要素については図３に示すものと同一の符号を付与し、その詳細な説明を省略する。図５においては、速度フィードバック信号ｙｖとして、速度センサ（プランジャセンサ３５）の出力（プランジャ速度検出値）ｙｖｍを係数Ｋｖｍで重み付けした値のみを負帰還入力し、また、位置フィードバック信号ｙｘとして、位置センサ（キーセンサ２５）の出力（鍵位置検出値）ｙｘｋを係数Ｋｘｋで重み付けした値のみを負帰還入力する。また、加速度成分は利用せず、また、目標値電流信号ｒｕの入力も省く構成が例示されている。
この他にも、例えば、図３のシステム構成から、加速度成分の制御を省いた構成や、図５の構成に加えて、位置センサの出力を微分して生成した速度情報を速度フィードバック信号に取り込むよう構成する等、種々のバリエーションが可能である。

また、上述の実施例では、キーセンサ２６とプランジャセンサ３５として、夫々異なる種の物理量（位置と速度）を出力するセンサを適用した例について説明したが、これに限らず、キーセンサ２６とプランジャセンサ３５とが同じ種類の物理量（例えば速度情報）を出力するセンサで構成されていても、この発明を適用することができる。

また、上述の実施例では、キーセンサ２６の出力とプランジャセンサ３５の出力とに基づくサーボ制御について説明したが、これに更にハンマセンサ２７の出力も加えたサーボ制御を行うよう構成してもよい。また、ハンマセンサ２７の出力とプランジャセンサ３５の出力とに基づくフィードバック制御を行うよう構成することも可能である。

また、上述の例では、鍵１を駆動するためのソレノイド６を制御対象としたフィードバック制御（サーボ制御）システムについて説明したが、これに限らず、ペダルや突き上げ棒等と該ペダル等を駆動するためのソレノイドに夫々センサを設けることで、この発明に係るフィードバック制御システムをペダル装置に適用することも可能である。また、この発明に係るフィードバック制御システムを適用する自動演奏ピアノの形態は、グランドピアノ、アップライトピアノいずれであってもよい。また、この発明に係るフィードバック制御システムは、自動演奏ピアノに適用する例に限らず、サーボ制御の直接の対象となる電気的駆動手段と、該駆動手段によって駆動される演奏操作子とを有する演奏システムであれば、どのようなタイプの音楽装置にも適用しうる。

この発明の一実施例に係る自動演奏ピアノの全体構成を示す図。 同実施例に係る自動演奏ピアノにおける電気的ハードウェア構成を示すブロック図。 同実施例に係る自動演奏ピアノのサーボ制御システム構成を示す機能ブロック図。 （ａ）及び（ｂ）は、同実施例に係るサーボ制御による制御結果を示すキーセンサ出力の実測例のグラフ。 図３のサーボ制御システム構成の変更例を示す機能ブロック図。

符号の説明

１ 鍵、２ アクション機構、３ ハンマ、４ 弦、５ ダンパ、６ 電磁ソレノイド、６ａ プランジャ、１０ 再生前処理部、１１ モーションコントローラ、１２ サーボコントローラ、２５ キーセンサ、２７ ハンマセンサ、２８ 記録制御部、２９ 記録後処理部、３５ プランジャセンサ

Claims (2)

1. 演奏操作子と、
   前記演奏操作子を駆動するための駆動手段と、
   前記駆動手段の動きに応じた物理量を検出する第１の検出手段と、
   前記演奏操作子の動きに応じた物理量を検出する第２の検出手段と、
   前記第１の検出手段及び前記第２の検出手段の出力をフィードバック信号として使用して、前記駆動手段をサーボ制御する制御手段と
   を備えることを特徴とする演奏システム。
2. 前記駆動手段は可動子を含み、該可動子によって打撃を与えることで、前記演奏操作子を駆動するものであって、
   前記第１の検出手段と前記第２の検出手段は夫々異なる種類の物理量を検出し、
   前記制御手段は、夫々異なる複数種の物理量についてサーボ制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の演奏システム。

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