JP2006084687A - 楽器の演奏駆動装置及び楽器の演奏操作子をフィードバック制御によって駆動するための方法及び該方法をコンピュータにより実行する制御プログラム。 - Google Patents
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Abstract
【課題】 自動演奏ピアノの鍵のサーボ制御において、個々の演奏操作子の重さや現在の動作位置などの各種特性の違いを考慮した制御を行う。
【解決手段】
自動演奏ピアノの鍵1のサーボ制御を実行する実行するフィードックループには、軌道リファランスに基づき、鍵の操作位置の目標値rx及び操作速度の目標値rvの少なくともいずれか一方が供給され、ゲイン値算出部33は、及び、再生前処理部10から供給されるキー情報に基づき、フィードバックループゲインの値(Kx、Kv及びu)を、駆動すべき鍵1の音高に応じて異なるものに設定する。
【選択図】 図3
Description
しかしながら、しかし、従来の自動演奏ピアノのフィードバック制御では、そのような音高に応じたハンマ重量の違いに関わらず、何れの鍵の駆動についても共通のゲイン値でフィードバック制御を行っていた。このため、例えば、フィードバック制御の応答性を高めるべくフィードバックゲイン値を大きくすると、ハンマ重量が軽い高音側では、その影響が強く出すぎてしまい、所謂「鍵の暴れ」など、鍵の挙動の乱れが生じやすく、「2度打ち(不所望な打弦)」などの打鍵動作の乱れを抑えることが難しかった、という不都合があった。
各ハンマ3に対応してハンマ3による打弦速度及び打弦タイミングを検出するためのハンマセンサ8が設けられている。各ハンマセンサ8は、例えばハンマ3の運動に関する物理量(位置、速度或いは加速度等)の情報を出力可能な適宜の光学式のセンサ等によって構成されてよい。この例では、ハンマセンサ8の出力は、後述する記録制御部12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。なお、自動演奏ピアノのハンマセンサとして適用可能な各種センサの具体的な構成例については、例えば、特開2001−175262号公報等に詳細に記載されている。
また、この実施例において、再生前処理部10では、前記軌道データから、鍵の軌道の押鍵行程及び離鍵行程を識別する情報を出力する処理を行うものとする。鍵の軌道が、押鍵行程及び離鍵行程かの識別は、実現される鍵の動作向き(つまり速度の向き)から識別できる。この押鍵行程及び離鍵行程の識別情報は、後述するゲイン値出力処理で使用される。
図3において、符号30は、前記再生前処理部10(図1参照)から供給される軌道データ(軌道リファランス)に応じて、或る時刻における該軌道リファランスの位置成分を表す位置目標値rxと、速度成分を表す速度目標値rvを算出する目標値生成部である。なお、目標値生成部30において、位置目標値rxと速度目標値rvは、夫々計算によって求めた値であり、周知の通り、位置成分たるrxを微分演算することで速度成分たるrvを求めること、或いは、速度成分たるrvを積分演算して位置成分たるrxを求めることができる。すなわち、位置目標値rxと速度目標値rvは、微分/積分の関係になっている。位置比較部31は位置目標値rxと位置成分のフィードバック信号との偏差exを出力し、また、速度比較部32は速度目標値rvと速度成分のフィードバック信号との偏差evを出力するモジュールである。位置比較部31及び速度比較部32から出力される偏差ex,evは、後述する位置成分増幅部34及び速度成分増幅部35を介して、増幅される。位置成分増幅部34及び速度成分増幅部35の出力は、ソレノイド6に供給すべき励磁電流中の位置成分及び速度成分の使用比率(パーセンテージ)に換算せられた値をとる。すなわち、各増幅部34、35は、入力された信号の記述単位(ミリメートル単位及びmm/s単位)による表現から、後段のPWM発生器におけるデューティ比の増減値に対応する値に単位変換する機能を果たす。第1の加算器36は、各増幅器34,35からの出力ux、uvを足し込んで一本化することで、制御信号uxvを生成する。また、第2の加算器37は、制御信号uxvに当該サーボシステムの制御パラメータの1つである加算値情報(固定値u)を加算して、ソレノイド駆動用の値(駆動データ)を生成する。そして、PWM発生器25にて該駆動データに応じたPWM信号(励磁電流)を発生する。
詳しくは後述するように、この実施例に係るサーボ制御システムの構成によれば、ゲイン値算出部33の出力する各制御パラメータ(位置ゲインKx、速度ゲインKv及び固定値u)が、発音すべき音高(つまり、ハンマの重さの違い)や鍵の動作位置、動作の向きなど、実現すべき鍵の挙動の運動特性に応じて可変設定される点に特徴がある。これにより、実現すべき鍵の挙動の運動特性に応じて、よりきめ細かにフィードバック制御を最適化して、演奏の再現性能を向上させることができるようになる。
(a)〜(c)に示す各テーブルに共通する制御パラメータ出力の条件として、鍵の動作速度が所定の閾値(例えば、速度目標値rv=200mm/s)以上又は以下の何れであるかという条件、並びに、鍵のストローク位置を初期領域と後半領域(例えば鍵のストローク深さ0mm〜4mmの初期領域と4mm〜10mmの後半領域等)の2つの領域に区分し、位置目標値rxが何れの領域であるか、という条件が設定されている。両条件に従い各テーブルから夫々4通りの組み合わせで制御パラメータ(位置ゲインKx、速度ゲインKv及び固定値u)が出力されることになる。
(a)に例示するテーブルの特性は次の通りである。速度目標値rv=200mm/s以下であり、且つ、位置目標値rx=初期領域(0mm〜「6−0.04(Kn−1)」mmの範囲)である場合、位置ゲインKx=0.6、速度ゲインKv=0.3及び固定値u=9%を出力する。速度目標値rv=200mm/s以下であり、且つ、位置目標値rx=後半領域(「6−0.04(Kn−1)」〜10mmの範囲)である場合、位置ゲインKx=0.2、速度ゲインKv=0.3及び固定値u=9%を出力する。速度目標値rv=200mm/s以上であり、且つ、位置目標値rx=初期領域である場合、位置ゲインKx=0.6、速度ゲインKv=0.3及び固定値u=9+2(rv−100)/100%を出力する。速度目標値rv=200mm/s以上であり、且つ、位置目標値rx=後半領域である場合、位置ゲインKx=0.2、速度ゲインKv=0.3及び固定値u=9+2(rv−100)/100%を出力する。
当該システムの電源が投入されると、キーセンサ7は鍵1の現在位置ykを検知し、アナログ検出信号yxaを出力する。アナログ検出信号yxaは、AD変換器24を介してディジタル検出信号yxdに変換され、正規化処理部38に供給される。正規化処理部38では、データ記述単位を目標値のそれ(ミリメートル単位)に合わせる単位変換や、個体差による値ずれ吸収等の正規化処理を行い、検出信号yxdを正規化する。正規化された位置情報(検出信号yxd)は、位置フィードバック信号yxとして位置比較部31に負帰還入力される。また、速度生成部39では、該正規化された位置情報(検出信号yxd)を、例えば多項式適合等により適宜微分演算することで、鍵1の速度情報(鍵速度検出値yv)を算出する。速度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1の速度情報(鍵速度検出値yv)を算出できる。速度生成部39の出力は、速度フィードバック信号yvとして位置比較部31に負帰還入力される。
この処理は操作者による所定の再生開始指示に応じて開始する。まず、ステップS1において、処理対象となる鍵を示すキーナンバKnを0にリセットし、ステップS2において該キーナンバKnを1つインクリメントする。すなわち、1巡目の処理では、キーナンバKn=1の鍵に対して以下に述べる処理を実行し、当該ステップS2に処理が戻ってくる毎に処理対象となる鍵のキーナンバKnがインクリメントされてゆくことで、当該処理を88鍵の各鍵毎に順次実行する。ステップS3においては、当該鍵の速度目標値rvが0か否かによって、当該鍵の鍵が動作中か停止しているかを調べる。
また、鍵が動作停止位置にある場合(rv=0;ステップS3のno)は、ステップS17において図4(e)に示す鍵の停止位置用のテーブルを使用して制御パラメータを出力する。出力される制御パラメータの特性は図示の通りである。この例では、レスト位置からストローク量10mm(エンド位置)の位置にて、約30msの間、固定値u=15%を出力するよう制御している。これにより、鍵を押し込んだ時の保持力を確保する。このことは、強打打鍵(速い速度での打鍵)の精度を高めるのに有利である。
また、上記ステップS30及び31において、発音音高が高い程(Knが大きいほど)位置ゲインKxとして小さい値が出力されるようになっている。これにより、演奏部材(ハンマなど)の重量がより軽い高音側でのサーボ制御の位置応答性を弱める、言い換えれば、高音域では速度制御の比重を大きくすることで、鍵の暴れなど、鍵の挙動の乱れを防ぐことができる。
また、これは、すべての鍵の打鍵制御について共通の特徴として、つまり、図4(a)〜(c)のテーブルに共通の特性として、言えることであるが、位置目標値rx=初期領域の場合、相対的に大きい位置ゲインKx=0.6を出力することで定常偏差を減らすことができる。また、鍵盤速度が比較的速い場合(この例ではrv=200mm/s以上)、速度目標値rvに応じた固定値u(=9+2(rv−100)/100%)を出力することで、フィードバック制御の速度追従性を高めている。
以上説明したとおり、この実施例に係るサーボ制御システムによれば、ゲイン値算出部33が、キーナンバ(発音音高)や、鍵の動作位置、或いは、鍵の動作の向きに応じて、その時点で最適な位置ゲイン値Kx、速度ゲイン値Kv及び固定値uを出力することができるので、鍵駆動のフィードバック制御を最適化することができ、鍵の動作安定性や、目標値に対する追従性を高めて、自動演奏ピアノを再生精度を向上させることができる。
Claims (5)
- 演奏操作子と、
該演奏操作子の動きに応じて動作する応動部材と、
前記演奏操作子の軌道を指示する軌道データを供給する供給手段と、
前記演奏操作子を駆動するための駆動手段と、
前記演奏操作子又は応動部材の動きに応じた物理量を検出する検出手段と、
前記供給された軌道データを目標値とし前記検出手段による検出出力をフィードバック値として、該軌道データに従う軌道で前記演奏操作子が動くように前記駆動手段を制御するフィードバックループ手段と、
駆動すべき演奏操作子に割り当てられた音高に応じて前記フィードバックループ手段におけるループゲインの値を異なるものとする制御手段と
を具える楽器の演奏駆動装置。 - 前記制御手段は、所定の高音域では所定の低音域に比べて、目標値に対する速度応答性を、連続的又は段階的に高めるよう前記ループゲインを異ならせる制御を行うものであることを特徴とする請求項1に記載の楽器の演奏駆動装置。
- 前記制御手段は、前記演奏操作子の動作位置が所定の領域内にある間に、前記ループゲインを異ならせる制御を行う手段を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の楽器の演奏駆動装置。
- 楽器の演奏操作子をフィードバック制御によって駆動するための方法であって、
前記演奏操作子の軌道を指示する軌道データを供給するステップと、
前記演奏操作子を駆動手段によって駆動するステップと、
前記演奏操作子又は該演奏操作子の動きに応じて動作する応動部材の動きに応じた物理量を検出するステップと、
前記供給された軌道データを目標値とし前記検出された物理量をフィードバック値として、該軌道データに従う軌道で前記演奏操作子が動くように前記駆動手段をフィードバック制御するステップと、
駆動すべき演奏操作子に割り当てられた音高に応じて前記フィードバック制御のループゲインの値を異ならせる制御を行うステップと
を具えることを特徴とするフィードバック制御の方法。 - 楽器の演奏操作子をフィードバック制御によって駆動するためににコンピュータによって実行されるプログラムであって、
前記演奏操作子の軌道を指示する軌道データを供給するステップと、
前記演奏操作子を駆動手段によって駆動するステップと、
前記演奏操作子又は該演奏操作子の動きに応じて動作する応動部材の動きに応じた物理量を検出するステップと、
前記供給された軌道データを目標値とし前記検出された物理量をフィードバック値として、該軌道データに従う軌道で前記演奏操作子が動くように前記駆動手段をフィードバック制御するステップと、
駆動すべき演奏操作子に割り当てられた音高に応じて前記フィードバック制御のループゲインの値を異ならせる制御を行うステップと
を具えることを特徴とするプログラム。
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