JP2005521922A - 巻き上げ電子ピアノ - Google Patents

Abstract

【課題】折り畳み可能な鍵盤のために小型サイズであり、鍵を押す圧力の強さおよび持続時間にしたがって音を生成することができ、ビブラート効果を防止することによって本物のピアノのトーンに類似したトーンを体現することができ、鍵盤と制御部分とを分離することができる巻き上げ電子ピアノを提供する。
【解決手段】圧電材料を含む鍵盤１０と、圧電信号を制御し増幅するサウンドチップ２４を備えた制御部分２０とを具備する。

Description

本発明は、鍵盤を巻き上げることができる電子ピアノに関し、特に、そのトーンが本物のピアノのトーンに類似し、既存の電子ピアノよりもかなり小さく軽量であり、容易に使用することができる巻き上げ電子ピアノに関する。本発明による電子ピアノは、圧電材料を含みオン／オフ機能を実行するボーダー部材と、カバーがシリコン製であり折り畳んだり広げたりすることができる鍵盤と、圧電信号を制御し増幅し、鍵盤から分離されることができ、ワイヤ／ワイヤレスの送信／受信機能を実行することができる制御部分と、を具備する。

本発明は電子ピアノに関し、より詳細には、電気信号を制御し増幅し、そのトーンが本物のピアノに類似し、子供用の音楽教育に効果的であり、小型サイズおよび軽量のため持ち運びが容易である電子ピアノに関する。

一般に、子供は、音楽教室ではピアノに類似した鍵盤楽器を使用して個別に実習を受ける。子供が使用するのに典型的な個人向け鍵盤楽器としては、口から空気を吹き込むことによって演奏されるおよそ２オクターブのハード鍵盤が公知である。例として、韓国実用新案第８８−１３１８７号には、ＩＣ（集積回路）付電子回路を使用する電子ピアノが開示されている。しかし、この電子ピアノでは、鍵盤を押す力の強さにしたがって音量を制御することは不可能である。さらに、この電子ピアノはオン／オフ機能のみを有する。より進歩したものとして、コンピュータに接続することができる鍵盤楽器があるが、これもまた簡単なオン／オフ機能を有する。

加えて、上述の鍵盤楽器は、サイズが大きいため持ち運びがやっかいであり、使用法および機能の効果が良くないため、音楽教育にはあまり助けにはならない。言い換えると、既存の鍵盤楽器では、本物のピアノのトーンに類似したトーンを出し且つ音の強さを表すことは困難である。

別の例では、米国特許第６，２５９，００６号には問題を対処することができるいくつかの手段を提供する電子ピアノが開示されている。この電子ピアノは、携帯可能で折り畳むことができ、小型サイズで軽量であり、コンピュータに接続することができる。さらに、この電子ピアノのトーンは本物のピアノのトーンに類似している。しかし、この電子ピアノは、電源をオンにしたまま鍵盤が折り畳まれたときに押された鍵がうるさい音を発生させることがあるという問題を有する。さらに、ユーザが電源をオフにせず鍵盤を不注意に巻き上げた場合には、この電子ピアノはスピーカーの代わりにヘッドホンを有するためユーザが気がつくことなく長い間、鍵盤がうるさい音を発生し続けることがある。したがって、これは、電子ピアノの内部電気装置には悪影響を与える可能性がある。

上述の米国特許は、音を生成する方法に別の問題を有する。本物のピアノは、ビブラート効果を有さない。しかし、圧電材料が入力を認識する期間がない電子ピアノでは、ユーザがまず鍵盤の鍵を押し、次いで自分の指の圧力を変える場合、ビブラート効果が発生することがある。加えて、ユーザが鍵盤をゆっくり深く押す場合には、圧電材料にかかる圧力は徐々に増え、したがって、電流が徐々に増加するため、音量も徐々に増加する。逆に、ユーザが自分の指の圧力をゆっくり緩める場合には、圧電材料にかかる圧力は徐々に減り、したがって、電流が徐々に減少するため、音量も徐々に減少する。これは、本物のピアノのトーンを再現するにはかなりの問題になる可能性がある。図１に示されるように、本物のピアノは、ユーザが鍵（１００）を押すときにハンマー（２００）が弦（３００）に当たるやり方で音を生成する。したがって、ユーザが鍵を１回押すときには、ハンマーが弦に１回当たり、ビブラート効果が発生することはできない。ビブラート効果は、声または楽器の音を振動する技術であり、音符の迅速な繰り返しとしてのトレモロとは異なる。たとえば、弦楽器のビブラートは、弦上で指が素早く動くことによって発生し、管楽器のビブラートは呼吸の制御による。

圧電材料の不完全な操作構造を有する上述の米国特許による電子ピアノは、ある程度は本物のピアノのトーンに類似したトーンを体現することができるが、ハンマーが弦に当たるようなやり方で生じるサウンドエフェクトを体現することはできない。さらに、上述の米国特許は、圧電材料を使用する代わりに簡単な接触方法を使用することによって本物のピアノのトーンを体現することができるが、簡単な接触方法はトーンの強さを制御することはできない。言い換えると、鍵を押す強さにしたがってサウンドエフェクトを体現することはできない。この米国特許は、ペダルを使用することによって音を減衰するかまたは持続することができるが、音を強くする効果を体現することはできない。

従来の折り畳むことができる電子ピアノの別の不利点は、鍵盤の長さよりも狭い幅の場所で電子ピアノを演奏することができないということである。一般に、教室の机は長さが約６０ｃｍであり、したがって、鍵が本物のピアノの鍵と同じサイズを有する４オクターブを超える鍵盤は、机の上に広げる際にトラブルが生じる。言い換えると、鍵盤のいくつかのセクションが机の上面から下へ落ち、したがって、折り畳まれたセクションの鍵は既に押されているため、電子ピアノを演奏することは実際的に不可能である。

したがって、本発明は、関連技術の限界および不利点による１つ以上の問題を実質的に未然に防ぐ新しい巻き上げ電子ピアノに関する。

本発明の目的は、折り畳み可能な鍵盤のために小型サイズであり、鍵を押す圧力の強さおよび持続時間にしたがって音を生成することができ、ビブラート効果を防止することによって本物のピアノのトーンに類似したトーンを体現することができ、鍵盤と制御部分とを分離することができる着脱自在な構造を有するため、ワイヤ／ワイヤレス通信によって制御され且つ狭いスペースでさえ演奏することができ、小型サイズで軽量であるため子供および生徒用の音楽教室で便利に使用することができる巻き上げ電子ピアノを提供することである。

この目的および他の利点を達成するために、本発明の目的にしたがって、本願に体現され広く説明されるように、本発明は、圧電材料製の鍵盤と、電気圧電信号を制御し増幅することができる制御部分と、を具備する巻き上げ電子ピアノを提供する。

本発明による電子ピアノの鍵盤は、ユーザが鍵盤の鍵を押すときにポリフッ化ビニリデン（今後は「ＰＶＤＦ」と称される）または圧電ファイバ等の圧電ポリマーフィルムを通して起動力によって信号を生成する。圧電ポリマーフィルムは、衝撃の強さおよび持続時間にしたがって電圧を生成する。生成された信号は、サウンドチップで制御部分内で制御され増幅され、スピーカーへ送られる。

本発明の巻き上げ電子ピアノの鍵盤は、４〜８のオクターブを有し、巻き上げられて円筒形を形成する。鍵盤は、制御部分に接続するために連結部材を具備する。連結部材は、折り畳み／広げる操作によって生じる歪みに機械的に耐えることができる可撓性のある材料から作られる。加えて、鍵盤の白鍵および黒鍵は、本物のピアノの標準構成にしたがって設計される。鍵盤内部は、鍵盤の各鍵に対応する圧電起動力を生成するＰＶＤＦまたは圧電ファイバ等の圧電ポリマーフィルムである。連結部材を除く鍵盤のカバーは、可撓性のあるゴムから作られる。したがって、本発明の電子ピアノは、容易に巻き上げられて小さなサイズを形成することができ、常に携帯可能である。制御部分は、マイクロプロセッサおよびサウンドチップを含む電子回路を具備する。

本発明の電子ピアノにおいて、鍵盤部分のボーダー部材は鍵盤内部に含まれる圧電材料以外の第２の圧電材料を具備するため、電源がオンのまま鍵盤が巻き上げられ鍵が押し下げられてもうるさい音を発生しない。第２の圧電材料は、曲げられるときに電圧を生成する。圧電材料が過度に曲げられ、結果として得られた電圧が適切な電圧よりも高い場合には、制御部分は、電力を制御する電圧に基づいて信号を生成する。したがって、巻き上げ電子ピアノは、電源をオフにせずに鍵盤を折り畳んだことによって生じる可能性のあるうるさい音を未然に防ぐことができる。

本発明はビブラート効果を排除することができるため、巻き上げ電子ピアノは、本物のピアノのトーンに類似したトーンを生じることができる。圧電材料の一般的な特徴の１つは、圧力によって抵抗を変えることによる電圧の変化である。電圧の変化にしたがって、サウンドチップから生成される音量が変化する。先行技術による電子ピアノは、均一な力で鍵が押されるときにのみハンマーが弦に当たる本物のピアノのトーンを出すことができる。ユーザは、簡単な楽譜を演奏している間にはその差に気がつかないが、複雑な楽譜を演奏する場合に圧電材料の一般的な特徴のために不便を感じることがある。たとえば、人差し指が第１の鍵を押し、その間に中指が続けて第２の鍵を押す場合に、人差し指が均一な力で第１の鍵を押し続けることは困難である。この問題を未然に防ぐために、本発明による電子ピアノの鍵盤は、圧力を加える開始を検出する機能と、定められた時間に圧電材料の電圧の変化を検出する機能と、を有し、それによって、ビブラート効果を防止する。すなわち、定められた圧力を超えた圧電材料の変形の開始は、指に鍵が接触することとして認識され、鍵が所望の力で押された直後の電圧が得られ、一方、その後生成される電圧の変化は得られない。次いで、鍵にかかる圧力が定められた圧力未満に減少し圧電材料が元の状態に戻ると、鍵盤は音を生成するのを止める。したがって、電子ピアノの演奏時には不必要なビブラート効果を防止することができる。

本発明による巻き上げ電子ピアノは、鍵盤のオクターブの数を制御する機能を有し、それによって鍵盤を取り外す不便さを排除するため、狭いスペースで効果的に演奏することができる。

加えて、巻き上げ電子ピアノは、制御部分と鍵盤とに分割することができ、ワイヤ方法またはワイヤレス方法によって制御することができる。電子ピアノが制御部分と鍵盤とに分割されるときには、鍵盤から生成される電圧の変化にしたがった信号は、デジタル信号に変換されて、デジタル信号および独自のＩＤ値（機器の独自の数字）が制御部分に伝達される。制御部分は受け取ったＩＤ値を識別し、受け取ったデジタル信号にしたがって音を生成する。

鍵盤のカバーは、ゴム、より好ましくはシリコンゴム等の、可撓性のある材料から作られる。シリコンゴムは、不良な接着特性を有するが、この不利点は、その表面を改善することによって排除することができる。

当然ながら、簡単な構造の巻き上げ電子ピアノを作ることもできる。圧電材料の代わりにＰＣＢが使用されワイヤレス機能が省略される場合には、十分な機能を備えた巻き上げ電子ピアノを低コストで作ることができる。

パーソナルコンピュータ等の周辺機器に接続された本発明による巻き上げ電子ピアノは、アナログ信号をデジタル信号に変換することによって音楽ファイルとして演奏の記録を格納し再生することができる。

本発明のさらなる目的および利点は、添付の図面と併せて下記の詳細な説明からより完全に理解することができる。

次に、本発明の好適な実施の形態を詳細に参照するが、その例は添付の図面に例示される。

図２を参照すると、鍵盤（１０）は、ユーザによる演奏にしたがって圧力の強さおよび持続時間に基づいて、ＰＶＤＦまたは圧電特徴を備えた圧電ファイバを使用して起電力の信号を出力する。すなわち、電流がＰＶＤＦに加えられる間に、ＰＶＤＦは圧力の強さおよび持続時間に基づいて電圧を生成する。出力された信号は、サウンドチップを有する制御部分（２０）で増幅されて、次いで、スピーカー（２２）を通って音が出る。サウンドチップは、何十、何百のトーンを提供することができる。

加えて、本発明によるサウンドチップ（２４）は、本物のピアノと同一のサウンドエフェクトを提供することができる。本物のピアノの鍵が様々な圧力で押されるときに発生する音の様々な大きさがデータ内に作成され、データは圧電材料（１５）からの電圧と比較され、これは、電子ピアノの鍵盤（１０）の鍵が押されたときに生成される。次いで、電圧に対応するデータがサウンドチップ（２４）に格納され、本物のピアノのものと同一の音の大きさを生成する。

詳細には、鍵盤（１０）内部は、圧力を認識する圧電材料であり、これは、伝導性パターンフィルムによって取り囲まれ、伝導性パターンフィルムを取り囲むように絶縁体が形成される。図３ａ参照すると、上部および下部の伝導性パターンフィルム（１６）が圧電材料（１５）におよびその下に位置決めされ、上部および下部の絶縁体（１７）は、伝導性パターンフィルム（１６）を取り囲むように位置決めされる。次いで、ショック吸収部材（１８）が上部絶縁体（１７）の頂部に位置決めされる。鍵盤（１０）のカバーはシリコンゴム（１９）から作られる。絶縁体（１７）は、鍵盤（１０）の表面に生成されることがある静電気を抑制する。

上述の鍵盤構造において、鍵盤（１０）の鍵が押されたときに生成される電圧は、制御部分（２０）のマイクロプロセッサ（２３）によって制御される。マイクロプロセッサ（２３）によって制御される信号は、サウンドチップ（２４）、増幅器およびスピーカーを通して音に変わる。ユーザが鍵盤（１０）の鍵を押すときには、圧力がシリコンゴム（１９）に加えられ、圧力はショック吸収部材（１８）へ伝達される。ショック吸収部材（１８）は、圧力が所定の値未満である場合には、圧力を絶縁体（１７）へ伝達しない。すなわち、単に指を鍵盤に置いた場合には、柔らかい材料製のショック吸収部材（１８）は圧力を吸収して音の生成を抑制する。加えて、ショック吸収部材（１８）は、本物のピアノのタッチを提供するように、様々な密度および厚さに形成されてもよい。ショック吸収部材（１８）が過度に薄いか柔らかい場合には、鍵盤は、本物のピアノの鍵を押す感覚を減じることもある。ショック吸収部材（１８）が過度に厚い場合には、鍵盤を容易に巻けないこともある。ショック吸収部材（１８）が過度に固い場合には、本物のピアノよりも鍵を押すのにより多くの圧力が必要である。したがって、ショック吸収部材（１８）は、ユーザの好みにしたがって、適切な密度および厚さの材料から作られなければならない。

適切な圧力がショック吸収部材（１８）に加えられる場合には、ショック吸収部材（１８）の下に配置された絶縁体（１７）が押され、次いで、絶縁体（１７）の下にある伝導性パターンフィルム（１６）が押されて、圧力を圧電材料（１５）へ伝達する。伝導性パターンフィルム（１６）は、圧電材料（１５）の電圧の変化を制御部分へ伝達する手段である。伝達された圧力は、圧電材料（１５）を変形し、それによって、圧電材料の抵抗を変えて、電圧を究極的に変える。

次いで、すぐに、制御部分のマイクロプロセッサ（２３）が第１の信号を生成する。マイクロプロセッサが第１の信号を生成した後でさえ、所望の強さに達するまで圧力は増え続ける。所望の強さが完全に伝達されると、圧電材料（１５）の変形速度は小さくなり、マイクロプロセッサは電圧および抵抗の変化の減少を認識し、所望の強さを検出した後すぐに第２の信号を生成する。

第１の信号と第２の信号との間の時間間隔は、ユーザが本物のピアノの鍵を押し始めるときから所望の強さで押すのを止めるときまでの期間に対応する。すなわち、時間間隔は、ユーザが本物のピアノの鍵を押すときから本物のピアノのハンマーが弦に当たるまでの期間に対応する。マイクロプロセッサ（２３）は、第１の信号と第２の信号との間の時間間隔に音を生成しないようにサウンドチップを制御する。マイクロプロセッサ（２３）は、第２の信号が形成された後に音を生成する。加えて、完全に所望の強さへ押した後に圧力のわずかな変化によってもたらされるビブラート効果を防止するために、音声信号に対応する電圧の変化の大きさは、前もってサウンドチップ（２４）に格納されたデータに比較され、単一の適切な音のみを生成する。したがって、鍵を押すたびに単一の音が生成される。第２の信号によって生成される音は、ユーザが鍵を押し続けている間に音がゆっくり減少する本物のピアノのように、押す強さに応じて減少するように設定される。加えて、音は、本物のピアノと同じように、ユーザが鍵から指を離した途端に音を出すのを停止するように設定される。

したがって、本発明は、既存の電子鍵盤から生成されることがある変化しやすい電子音を防止することができ、本物のピアノの明瞭な音を生成することができる。変化しやすい電子音の例として、第１の信号と第２の信号との間の時間間隔中に音量が徐々に増大するクレシェンド効果と、別の鍵を継続して押している間に鍵を押す場合の指の運動のために生成されるビブラート効果と、指が鍵から離れる瞬時間隔の間に音量が徐々に減少するデクレシェンド効果と、が挙げられる。

鍵盤のカバーは、鍵盤を巻き上げることができるように、可撓性のあるゴム、好ましくはシリコンゴムから作られる。シリコンゴムは、良好な耐熱性、耐寒性および耐湿性を有する。加えて、シリコンゴムの表面に押印されたパターンは、よくもつ。他方、シリコンゴムは、シリコンゴムの間の接着が不良であるという欠点も有する。しかし、本発明は、シリコンゴムの表面を改善することによって欠点を克服することができる。シリコンゴムの改善された表面は、互いにしっかり接着することができる。

シリコンゴムを改善する方法は、不活性ガスを真空チャンバ内に射出するステップと、不活性ガスが非常に迅速に動くことができるようにプラズマポテンシャルを加えることによって、不活性ガスをプラズマ状態にするステップと、プラズマ状態の不活性ガスを使用してシリコンゴムの表面に微細な溝を形成するステップと、を含む。シリコンゴム製の鍵盤カバーの上部プレートが鍵盤カバーの下部プレートに接着することができるように、接着剤は微細な溝内に浸透する。シリコンゴムの表面を改善することで、シリコンゴム用の高価で専用の接着剤の代わりに、安価で一般的な接着剤を使用して、鍵盤カバーの上部プレートと下部プレートとを接続することができる。改善されたシリコンゴムは、繰り返し折り畳み広げる操作で、接着力を維持することができる。

鍵盤の形状は、鍵盤カバーの上部プレートに印刷される。ここで、微細な溝を有する改善されたシリコンゴムの別の利点は、白鍵および黒鍵が鍵盤カバーの上部プレートに印刷されるときに、インクが微細な溝を通ってシリコンゴム内に容易に浸透することができるため、印刷の回数を顕著に減少することができるということである。たとえば、通常のシリコンゴムを使用する場合には、印刷の際には、白インクは３回、黒インクは２回加えられる。他方、改善されたシリコンゴムを使用する場合には、白インクは２回、黒インクは１回加えられる。加えて、高価なインクの代わりに通常のインクで、良好な印刷品質を達成することができる。

本発明による巻き上げ電子ピアノの鍵盤（１０）において、ボーダー部材内部は、第２の圧電材料である。第２の圧電材料は、電源を入れたまま鍵盤を巻き上げたときに鍵盤がうるさい音を出すという欠点を克服する手段である。第２の圧電材料が、折り畳まれた鍵盤または不注意な使用法のために特定の角度を越えて過度に曲げられた場合には、変形されて抵抗を変え、それによって電圧を変え、究極的には電源がオフになる。別の実施の形態として、圧電材料から生成された電圧が電源をオフにすることもあり、圧電材料が特定の角度未満に広げられるときに電源がオンにされることもある。そのような電源のオン／オフ方法として、電源スイッチのみによるオン／オフ、電源スイッチによるオン／オフおよびボーダー部材の第２の圧電材料によるオフ、電源スイッチによるオン／オフおよびボーダー部材の第２の圧電材料によるオン／オフ、および、ボーダー部材の第２の圧電材料のみによるオン／オフが挙げられる。

本発明による巻き上げ電子ピアノは、制御部分（２０）が鍵盤（１０）の動作範囲を制御することができるボタンを有するため、狭いスペースで容易に演奏することができる。鍵盤（１０）は、任意のオクターブ範囲を有してもよく、好ましくは３〜８オクターブである。制御部分（２０）は、利用可能なスペースにしたがって鍵盤（１０）の動作範囲を選択することができる。たとえば、鍵盤の動作範囲は、オクターブ単位または鍵単位で、制御部分（２０）から開始して、１オクターブから８オクターブまで選択することができる。または、鍵盤の動作範囲は、オクターブ単位または鍵単位で、制御部分の近接とは無関係に任意に選択することができる。したがって巻き上げ電子ピアノは、鍵盤部分が場合によって取り外されたり取り付けられたりする従来の電子ピアノの不便さに比較して、簡単なボタン操作で狭いスペースで便利に演奏することができる。

図４を参照すると、本発明による巻き上げ電子ピアノは、制御部分と鍵盤とが分離しておりワイヤ方法またはワイヤレス方法によって制御されることができる着脱自在の構造を有する。ワイヤレス方法によって制御する場合には、鍵盤用の別個の電源ユニット、鍵盤（１０）から生成された電圧の変化をデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄコンバータ、独自のＩＤ値（すなわち、機器の独自の数字）をデジタル信号に追加する信号処理部分、および、独自のＩＤ値を備えた信号を伝達するための伝達部分等の数種類の追加要素が必要である。電源ユニット、Ａ／Ｄコンバータ、信号処理部分、および、伝達部分は、連結部材（１４）に設置される。制御部分（２０）は、鍵盤（１０）からの信号を受け取るレシーバをさらに有する。制御部分に受け取られた信号は、マイクロプロセッサ（２３）が信号に含まれる独自のＩＤを認識した後にのみ認識される。複数の人が電子ピアノを同時に演奏するときに発生する可能性のあるエラーを防止するためである。

本発明の巻き上げ電子ピアノは、ワイヤまたはワイヤ／ワイヤレス同時方法にしたがって異なる構成要素を具備する。鍵盤（１０）が制御部分（２０）に連結されるワイヤ方法の場合には、音は電気アナログ信号によって生成される。ワイヤ／ワイヤレス同時方法の場合には、音はアナログ信号をデジタル信号に転換する処理によって生成される。したがって、必要な構成要素が適切に選択され、それにしたがって信号は、デジタルおよびアナログの信号から選択される。

デジタル信号を使用する場合には、電子ピアノは、演奏を音楽ファイルに記録するために、パーソナルコンピュータおよびＵＳＢドライブ等の周辺機器に接続することができる。加えて、デジタル信号を使用するワイヤレス方法の場合には、ハードウェアの代わりに制御部分としてソフトウェアを使用してもよい。たとえば、制御部分として使用されるべきプログラムは、インターネットウェブサイトからダウンロードすることができる。この方法では、鍵盤から信号を受け取るレシーバを加えなければならない。制御部分の代わりにパーソナルコンピュータを使用する場合には、制御部分として使用されるべきプログラムは、インターネットウェブサイトからダウンロードされ、次いで、コンピュータのＵＳＢ受信ボードに連結されたレシーバは、鍵盤から伝達された信号を受け取り、音を生成する。

携帯電話および携帯情報端末（ＰＤＡ）等のパーソナル通信装置が制御部分として使用されるときには、制御部分として使用されるべきプログラムは、インターネットウェブサイトからダウンロードされ、次いで、パーソナル通信装置のインタフェースに連結されたレシーバが、鍵盤から伝達された信号を受け取り、音を生成する。加えて、制御部分として使用されるべきプログラムを外部通信機器にインストールすることによって、巻き上げ電子ピアノをより効果的に利用することができる。

巻き上げ電子ピアノは、ＰＣＢ（プリント基板）を使用してより簡単な構造を有してもよい。ＰＣＢは、安価であり、圧電材料およびマイクロプロセッサを使用する方法に比較して音の強さを体現することができないという不利点は有するが、簡単な構成を提供することができる。たとえば、巻き上げ電子ピアノは、ＰＣＢフィルムおよびシリコンゴムの２つのプレートを含む鍵盤と、マイクロプロセッサのない簡単なサウンドチップを含む制御部分のカバーと、を具備する。

図３ｂを参照すると、絶縁材料製の複数の突起物（３）が上部ＰＣＢ（１）の下部表面に形成されて、鍵盤の鍵が押されたときに上部ＰＣＢ（１）と下部ＰＣＢ（２）との間の距離長さを維持する。鍵が押されると、圧力がまず、シリコンゴム（１９）製の鍵盤カバーに加えられ、ショック吸収部材（１８）に伝えられる。圧力が適切値未満である場合には、ショック吸収部材は受け取った圧力を絶縁体（１７）へ伝えないこともある。すなわち、ユーザが自分の指で鍵盤に軽く触る場合には、柔らかい材料製のショック吸収部材が圧力を吸収して音の生成を抑制する。ショック吸収部材へ伝達された圧力が適切値よりも大きい場合には、圧力は、絶縁体（１７）およびＰＣＢに順に伝えられる。上部および下部のＰＣＢは、各鍵用の金属内部接続を通してサウンドチップに接続される。ＰＣＢ（１および２）は、繰り返し折り畳み広げる操作において可撓性および弾性を維持することができ、上部ＰＣＢが下部ＰＣＢに接触するときに流れる電流によって音を生成する。

別の実施の形態として、電子ピアノは、圧電材料とＰＣＢとを一緒に具備してもよい。図３ｃを参照すると、鍵盤（１０）は、ショック吸収部材（１８）、絶縁体（１７）、圧電材料（１５）、上部ＰＣＢ（１）および下部ＰＣＢ（２）を具備する。そのような鍵盤構造は、電気信号のみを使用する方法に比較してマイクロプロセッサ（２３）およびサウンドチップ（２４）の機能を簡略化してもよく、ＰＣＢのみを使用する場合には圧力の強さを認識することができないという不利点を克服する。圧電材料（１５）とマイクロプロセッサ（２３）との間の相関に関して、圧電材料（１５）のみを使用する場合に、音の生成は、第１および第２の信号を使用する時間にしたがってパルス信号によって制御される。しかし、圧電材料およびＰＣＢを一緒に使用する場合には、第１の信号は必要ではない。すなわち、上部ＰＣＢと下部ＰＣＢとの間に電流が流れた後に圧電材料（１５）から生成された電圧が減少する瞬間が、第１および第２の信号の両方を交換するため、一方のみの信号が生成される。上部ＰＣＢが下部ＰＣＢに接触するや否や、圧電材料からの電圧の大きさが認識され、音量を決定するための信号が生成される。

本物のピアノは２つまたは３つのペダルを有する。ペダルは、指の運動に関連している音の強さおよび長さを制御する。ダンパーペダル、ソフトペダル、ソステヌートペダルおよびマフラーペダル等の数種類のペダルがある。ダンパーペダルは、すべてのダンパー（音を停止するために弦に載置されるフェルトパッド）を上げて、鍵を押さえ続ける必要なく、すべての弦を振動させる。ユーザがダンパーペダルを押し下げると、弦を押しているダンパーが同時に弦から離れ、ユーザが自分の指を鍵から離した後も長い間、弦の振動を持ちこたえ、それによって、より大きな音量の音、豊富な音色および豊かなトーンを提供する。ユーザがソフトペダルを押し下げると、ハンマーが弦により近くなり、ハンマーが動いて弦に当たる距離を短くし、それによって柔らかな音を生成する。ソステヌートペダルは、アコースティックグランドピアノに見られる選択的に持ちこたえるペダルの種類である。これは、ペダルが係合したときに押されている鍵の音のみを持ちこたえる。他のすべての調子は変わらないままである。ユーザがマフラーペダルを押し下げると、フェルトパッドの後ろでハンマーが弦に当たるように、フェルトパッドがハンマーと弦との間に位置決めされ、それによって実質的に音量を減少する。

図５を参照すると、本物のピアノのペダルの様々な機能を、ペダルをサウンドチップへ接続することによって本発明の巻き上げ電子ピアノに体現することができる。ペダルは、ピアノの種類にしたがって、たとえば、グランドピアノまたはアップライトピアノにしたがって、選択的に設定することができ、制御部分に接続される。

図６は、本発明による巻き上げ電子ピアノの外側を平面図（３０）、左側面図（４０）および正面図（５０）で例示する。平面図（３０）において、鍵盤（１０）は、長さ６９０．５ｍｍ、幅１７０．０ｍｍの４オクターブを具備し、したがって、音楽教室で使用するのに適切なサイズである。正面図（５０）において、鍵盤（１０）は、高さ０．５ｍｍの白鍵（１１）、白鍵から高さ０．５ｍｍの黒鍵（１２）および高さ２．５ｍｍの鍵盤パッド（１３）を具備する。したがって、鍵盤は、容易に折り畳むことができ携帯可能であるように、厚さ３．５ｍｍの薄さである。他の部分の高さおよび長さ、さらに、黒鍵（１２）の高さは、任意に調節することができる。鍵盤（１０）を制御部分（２０）に接続する連結部材（１４）は、繰り返し折り畳み広げる操作で、連結をしっかり維持することができる。制御部分（２０）は、長さ１２０．０ｍｍ、幅１７０．０ｍｍ、高さ３８．０ｍｍであることが好ましい。白鍵および黒鍵は、本物のピアノの標準構成にしたがって設計される。鍵盤（１０）内部は圧電ポリマーフィルムであり、鍵盤の各鍵に対応する圧電起動力を形成する。制御部分（２０）は、電子回路を含む回路と音量を制御するボタンとを具備する。

特に、本物のピアノの音量に対応する標準音量が音量ボタンのまわりに印され、それによって音楽教育の効果を最大限にする。加えて、譜面台は、鍵盤のボーダー部材に、譜面台が第２の圧電材料の機能を妨害しない場所にさらに位置決めされてもよい。

巻き上げ電子ピアノのサウンドチップは、何十、何百ものトーンを生成することができる。サウンドチップは、ピアノ、ギター、フルート、サクソフォン、バイオリン、マンドリン、ハープ等の何十、何百の楽器のトーンおよびサウンドエフェクトのデータベースと、本物のピアノにおける圧力にしたがったトーンおよび音の強さに関するデータと、を有する。特に、選択されたトーンにしたがってさらなる機能を設定することが重要である。たとえば、バイオリンのトーンを選択する場合には、本物のバイオリンはハンマーが弦に当たることによってではなく、弓で弦をこすることによって音を生成するため、電子ピアノのように圧電材料の電圧の変化による信号を生成しないように、さらなる機能がマイクロプロセッサに設定される。

図７は、本発明による巻き上げ電子ピアノの折り畳まれた状態を断面図で例示する。連結部材（１４）を除いた鍵盤（１０）内部は柔らかい圧電ポリマーフィルムか圧電ファイバであり、鍵盤パッド（１３）は、鍵盤を容易に巻き上げることができるようにシリコンゴムから作られる。したがって、巻き上げ電子ピアノは、ひとたび折り畳まれれば、小型サイズのため、持ち運びが容易である。

図８は、本発明による巻き上げ電子ピアノの折り畳まれた状態を斜視図で例示する。図９は、本発明による巻き上げ電子ピアノの斜視図である。

本発明による巻き上げ電子ピアノは、６つ以上の音符を同時に生成することができ、音楽教室で使用するコンパクトな３〜４オクターブから一般使用の８オクターブまで任意に設計することができる。

本発明による巻き上げ電子ピアノは、折り畳むことができ且つ広げることができる鍵盤を有し、超軽量および小型サイズのため持ち運びが容易である。特に、巻き上げ電子ピアノは、本物のピアノのトーンに類似したトーンを生成する。したがって、巻き上げ電子ピアノは、音楽教室で便利に使用されることができ、学習の効率を高める。

巻き上げ電子ピアノは、ワイヤレスで制御されることができるため、スペースによって制限されることなくどこでも演奏することができる。加えて、電子ピアノは、制御部分を周辺機器に接続することによって音楽ファイルを容易に作成することができ、それによって、演奏の記録を繰り返し聞くことを可能にする。巻き上げ電子ピアノの鍵盤は、繰り返し折り畳み広げる操作で、接着状態をしっかり維持することができる。

本物のピアノの音を生成する原則を例示する図である。 本発明による電子ピアノを説明するブロック図である。 本発明の実施の形態による鍵盤の断面図である。 本発明の別の実施の形態による鍵盤の断面図である。 本発明の別の実施の形態による鍵盤の断面図である。 本発明による巻き上げ電子ピアノの着脱自在構造を例示する。 本発明によるペダルを備えた巻き上げ電子ピアノを例示する。 本発明による巻き上げ電子ピアノの外側を例示する。 本発明による巻き上げ電子ピアノの折り畳まれた状態を断面図で例示する。 本発明による巻き上げ電子ピアノの折り畳まれた状態を斜視図で例示する。 本発明による巻き上げ電子ピアノの斜視図である。

Claims (32)

1. 巻き上げ電子ピアノで音を生成する方法であって、
   鍵盤の鍵を押し下げて圧力をショック吸収部材へ伝えるステップと、
   圧電材料の変形のために電圧が変化し始める瞬間に第１の信号を生成するステップであって、前記圧電材料は前記ショック吸収部材から伝達された圧力によって変形され、前記ショック吸収部材は、前記圧力が特定の大きさよりも大きい場合には前記圧力を前記圧電材料へ伝達し、前記ショック吸収部材は、前記圧力が特定の大きさ未満の場合には前記圧力を吸収するステップと、
   前記鍵を押し下げる圧力を完全に伝えた後に前記圧電材料の電圧の変化が遅くなるかまたは減少する瞬間に第２の信号を生成するステップと、
   前記第２の信号を生成する瞬間に前記電圧の大きさによって決定される前記圧力の強さに対応する所定の音量で音を生成するステップと、
   を含む方法。
2. 巻き上げ電子ピアノで音を生成する方法であって、
   鍵盤の鍵を押し下げて圧力をショック吸収部材へ伝えるステップと、
   前記ショック吸収部材に伝達された圧力が圧電材料に伝達されるときに圧電材料の下に位置決めされたＰＣＢプレートの間に電流を加えるステップであって、前記ＰＣＢプレートは鍵盤の各鍵に対応する金属相互接続を有し、前記ショック吸収部材は、前記圧力が特定の大きさよりも大きい場合には前記圧力を前記圧電材料へ伝達し、前記ショック吸収部材は、前記圧力が特定の大きさ未満の場合には前記圧力を吸収するステップと、
   前記ＰＣＢプレートの間に電流を加えた後に前記圧電材料の電圧の変化が遅くなるかまたは減少する瞬間に前記電圧の大きさによって決定される前記圧力の強さに対応する所定の音量で音を生成するステップと、
   を含む方法。
3. 巻き上げ電子ピアノで音を生成する方法であって、
   鍵盤の鍵を押し下げて圧力をショック吸収部材へ伝えるステップと、
   前記ショック吸収部材が吸収することができる特定の大きさよりも前記圧力が大きい場合に鍵盤の各鍵に対応する金属相互接続を備えたＰＣＢプレートの間に電流を加えるステップであって、前記ショック吸収部材は、前記圧力が特定の大きさ未満の場合には前記圧力を吸収するステップと、
   前記ＰＣＢプレートの間に電流を加える瞬間に鍵に対応する音を生成するステップと、
   を含む方法。
4. 巻き上げ電子ピアノであって、
   折り畳むことができ広げることができる鍵盤であって、加えられる圧力の強さに対応して抵抗が変化しそれによって電圧の変化を引き起こす圧電材料と、前記圧電材料から電圧を制御部分へ伝達する上部および下部の伝導性パターンフィルムと、前記圧力が特定の大きさよりも大きい場合には前記圧力を前記圧電材料へ伝達し且つ前記圧力が特定の大きさ未満の場合には前記圧力を吸収するショック吸収部材と、前記鍵盤の外側を形成するカバーとを具備する折り畳むことができ広げることができる鍵盤と、
   制御部分であって、前記圧電材料の変形のために電圧が変化し始める瞬間に第１の信号を生成し、鍵を押し下げる圧力を完全に伝達した後に前記圧電材料の電圧の変化が遅くなるかまたは減少する瞬間に第２の信号を生成し、前記第２の信号が生成されたときに前記圧電材料から生成された前記電圧の大きさに基づいて前記圧力の強さを決定し、前記圧力の強さに対応する所定の音量で音を生成する制御部分と、
   を具備する巻き上げ電子ピアノ。
5. 巻き上げ電子ピアノであって、
   折り畳むことができ広げることができる鍵盤であって、圧力の強さのために抵抗が変化しそれによって電圧の変化を引き起こす圧電材料と、前記圧電材料から電圧を制御部分へ伝達する上部および下部の伝導性パターンフィルムと、前記圧電材料の下に位置決めされて前記鍵盤の各鍵に対応する金属相互接続を有するＰＣＢプレートと、前記圧力が特定の大きさよりも大きい場合には前記圧力を前記圧電材料へ伝達し且つ前記圧力が特定の大きさ未満の場合には前記圧力を吸収するショック吸収部材と、前記鍵盤の外側を形成するカバーとを具備する折り畳むことができ広げることができる鍵盤と、
   制御部分であって、前記圧力が前記圧電材料に伝達されるときに前記ＰＣＢプレートの間に電流を加え、前記ＰＣＢプレートの間に電流を加えた後に前記圧電材料の電圧の変化が遅くなるかまたは減少する瞬間に前記電圧の大きさに基づいて前記圧力の強さを決定し、前記圧力の強さに対応する所定の音量で音を生成する制御部分と、
   を具備する巻き上げ電子ピアノ。
6. 巻き上げ電子ピアノであって、
   折り畳むことができ広げることができる鍵盤であって、前記鍵盤の各鍵に対応する金属相互接続を有するＰＣＢプレートと、前記圧力が特定の大きさよりも大きい場合には前記圧力を圧電材料へ伝達し、且つ前記圧力が特定の大きさ未満の場合には前記圧力を吸収するショック吸収部材と、前記鍵盤の外側を形成するカバーとを具備する折り畳むことができ広げることができる鍵盤と、
   前記ＰＣＢプレートからの信号に対応する音を生成する制御部分と、
   を具備する巻き上げ電子ピアノ。
7. 前記制御部分は、前記圧電材料の電圧の変化が遅くなるかまたは減少する瞬間に電圧の大きさに基づいて圧力の強さを決定するマイクロプロセッサと、前記決定された圧力の強さに対応する所定の音量で音を生成するサウンドチップと、を具備する請求項４または５に記載の巻き上げ電子ピアノ。
8. 前記制御部分は、前記ＰＣＢプレートからの信号に基づいて音を生成するサウンドチップを具備する請求項６記載の巻き上げ電子ピアノ。
9. 前記サウンドチップは、前記様々な圧力の強さに対応する音量用のデータベースを具備する請求項７記載の巻き上げ電子ピアノ。
10. 前記制御部分は、ピアノ、ギター、フルート、サクソフォン、バイオリン、マンドリン、ハープ等の何十、何百の楽器のトーン用のデータベースを有する請求項記４、５または６に載の巻き上げ電子ピアノ。
11. 前記上部および下部の伝導性パターンフィルムは、それぞれ、前記圧電材料におよびその下に位置決めされる請求項４記載の巻き上げ電子ピアノ。
12. 上部絶縁体は前記上部伝導性パターンフィルムに位置決めされ、下部絶縁体は前記下部伝導性パターンフィルムの下に位置決めされる請求項１１記載の巻き上げ電子ピアノ。
13. 前記上部および下部の伝導性パターンフィルムは、それぞれ、前記圧電材料におよびその下に位置決めされる請求項５記載の巻き上げ電子ピアノ。
14. 上部絶縁体は前記上部伝導性パターンフィルムに位置決めされ、下部絶縁体は前記下部伝導性パターンフィルムの下に位置決めされ、第３の絶縁体は前記ＰＣＢプレートの下に位置決めされる請求項１３記載の巻き上げ電子ピアノ。
15. 上部および下部の絶縁体は、それぞれ、前記ＰＣＢプレートにおよびその下に位置決めされる請求項６記載の巻き上げ電子ピアノ。
16. 前記鍵盤の前記カバーはシリコンゴム製である請求項４、５または６に記載の巻き上げ電子ピアノ。
17. 微細な溝が前記カバーの表面に形成され、前記微細な溝は、不活性ガスを真空チャンバ内に射出し、プラズマポテンシャルを加え、不活性ガスをプラズマ状態にスパッタすることによって形成される請求項４、５または６に記載の巻き上げ電子ピアノ。
18. 前記鍵盤のボーダー部材内部は第２の圧電材料であり、これは、前記鍵盤が特定の角度を越えて曲げられるときに前記第２の圧電材料から生成される電圧に基づいて電源をオフにする手段として使用される請求項４、５または６に記載の巻き上げ電子ピアノ。
19. 前記制御部分は、前記鍵盤の動作範囲を選択する選択部材をさらに具備する請求項４、５または６に記載の巻き上げ電子ピアノ。
20. 前記ＰＣＢプレートは、上部プレートと下部プレートとを具備する請求項５または６に記載の巻き上げ電子ピアノ。
21. 複数の突起物が前記上部ＰＣＢプレートの下に形成され、前記複数の突起物は、前記鍵盤の鍵が押し下げられていないときに前記上部および下部のＰＣＢプレートの間の電流を防止する請求項２０記載の巻き上げ電子ピアノ。
22. 前記制御部分は、音の強さ、音の長さ、または、音色を制御する少なくとも１つのペダルをさらに具備する請求項４、５または６に記載の巻き上げ電子ピアノ。
23. 前記制御部分は音量を制御する音量ボタンをさらに具備し、本物のピアノの音量に対応する標準音量が音量ボタンのまわりに印される請求項４、５または６に記載の巻き上げ電子ピアノ。
24. 前記制御部分は、前記鍵盤から生成された電圧の変化をデジタル信号に転換するＡ／Ｄコンバータをさらに具備する請求項４、５または６に記載の巻き上げ電子ピアノ。
25. 前記鍵盤および前記制御部分は分離されることができ、ワイヤ方法またはワイヤレス方法によって操作される請求項４または５に記載の巻き上げ電子ピアノ。
26. 前記鍵盤は、独自のＩＤを受け取った信号に加える信号処理部分と、前記鍵盤からの電気信号を前記制御部分へ伝達する伝達部分と、をさらに具備する請求項２５記載の巻き上げ電子ピアノ。
27. 前記制御部分は、前記伝達部分からの信号のＩＤを識別した後に前記伝達部分から信号を受け取るレシーバと、前記受け取った信号をデジタル信号に転換するＡ／Ｄコンバータと、前記圧電材料から生成された電圧の変化が遅くなるかまたは減少する瞬間に電圧の大きさに基づいて前記圧力の強さを決定するマイクロプロセッサと、前記決定された圧力の強さに対応する所定の音量で音を生成するサウンドチップと、を具備する請求項２６記載の巻き上げ電子ピアノ。
28. 前記制御部分は、前記伝達部分からの信号のＩＤを識別した後に前記伝達部分から信号を受け取り、前記受け取った信号をデジタル信号に転換し、前記圧電材料からの電圧の変化が遅くなるかまたは減少する瞬間に電圧の大きさに基づいて前記圧力の強さを決定し、前記決定された圧力の強さに対応する所定の音量で音を生成する等の機能を含むソフトウェアである請求項２６記載の巻き上げ電子ピアノ。
29. 前記鍵盤および前記制御部分は分離されることができ、ワイヤ方法またはワイヤレス方法によって操作される請求項６記載の巻き上げ電子ピアノ。
30. 前記鍵盤は、独自のＩＤを受け取った信号に加える信号処理部分と、前記鍵盤からの電気信号を前記制御部分へ伝達する伝達部分とをさらに具備する請求項２９記載の巻き上げ電子ピアノ。
31. 前記制御部分は、前記伝達部分からの信号のＩＤを識別した後に前記伝達部分から信号を受け取るレシーバと、前記受け取った信号をデジタル信号に転換するＡ／Ｄコンバータと、前記ＰＣＢプレートからの信号に対応する所定の音量で音を生成するサウンドチップと、を具備する請求項３０記載の巻き上げ電子ピアノ。
32. 前記制御部分は、前記伝達部分からの信号のＩＤを識別した後に前記伝達部分から信号を受け取り、前記受け取った信号をデジタル信号に転換し、前記ＰＣＢプレートからの信号に対応する所定の音量で音を生成する等の機能を含むソフトウェアである請求項３０記載の巻き上げ電子ピアノ。

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