JP2006201621A - 電子鍵盤楽器 - Google Patents

Abstract

【課題】鍵盤を備えた電子ピアノにおいて、押鍵或いは離鍵されてから実際に発音或いは消音されるまでの時間差を低減させることにより、演奏者に演奏時の違和感を与えることのない電子鍵盤楽器を提供する。
【解決手段】鍵１０の裏面にマーク３０を設け、このマーク３０を、光ファイバケーブル３４を介してＣＣＤカメラ７６により周期的に撮像する。そして、この撮像画像の変化に基づいて、鍵１０の位置、速度、加速度を検出する。このような鍵１０の動作の検出方法によると、その検出結果から鍵１０の動きを予測することができるので、予測に基づいて押鍵或いは離鍵処理を開始するタイミングを早めることができる。したがって、押鍵或いは離鍵されてから実際に発音或いは消音されるまでの時間差を低減することができることから、演奏者に演奏時の違和感を与えることのない電子鍵盤楽器を提供できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子鍵盤楽器に関する。

従来、鍵盤を有する電子楽器や、アコースティック楽器に電子楽器の機能を追加した鍵盤を有する楽器においては、鍵盤の下にスイッチを配置し、スイッチが鍵盤の動作で押されてオン、オフされることにより、押鍵或いは離鍵を検出する方法が知られている（例えば特許文献１等参照）。

上記の方法によれば、鍵盤が演奏者により押下された際、それに伴って鍵盤の下に配置されたスイッチが鍵盤に押されオンの状態になると、電子楽器の制御装置が押鍵されたと判断して発音の処理を行い、電子楽器の電子音源から電子音を発生させる。逆に、鍵盤が演奏者により離され元の位置に戻る際、それに伴って前記スイッチがオフの状態になると、前記制御装置は離鍵されたと判断して消音の処理を行い、電子楽器の電子音源から発せられている電子音を消す。
特開平５ー１６５４７５号

ところで、もともと上記のような電子楽器においては、制御装置が押鍵或いは離鍵を検知してから実際に発音させたり消音させたりするまでに、処理遅れや回路の特性等により通常数ミリから数十ミリ秒程度の時間がかかる。

また、ソフトウエアにて音源の処理を行う場合には、高速なＣＰＵを用いても、制御装置が押鍵或いは離鍵を検出してから実際に発音させたり消音させたりするまでに、同様に処理遅れや回路の特性等により数十ミリから数百ミリ秒程度の時間がかかる。

したがって、上記のような従来の電子楽器においては以下のような問題があった。すなわち、制御装置は、鍵盤の下に設けられたスイッチのオン、オフを検知してから発音或いは消音の処理をするようにしているため、電子楽器の演奏者が押鍵してから実際に発音されるまで、或いは離鍵してから実際に消音されるまでの時間が大きなものとなり、演奏者は違和感を感じることになる。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、演奏者に演奏時の違和感を与えることのない電子鍵盤楽器を提供することを目的とする。

係る目的を達成するためになされた請求項１に記載の電子鍵盤楽器は、鍵が設けられた鍵盤と、電子音を発する音源と、前記鍵の動作を検出する検出手段と、その検出手段が検出した前記鍵の動作に基づき前記音源を制御する制御手段と、を備えた電子鍵盤楽器において、
前記検出手段として、
前記鍵に設けられ、撮像により識別が可能な識別パターンと、
前記識別パターンに投光するように設置された光源と、
前記識別パターンからの反射光が入射するように設置された複数の光ファイバからなる受光ケーブルと、
撮像素子が配置された撮像面に前記受光ケーブルの一端が配置され、前記撮像素子により前記識別パターンを周期的に撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により周期的に撮像された前記識別パターンの撮像画像の変化に基づき、前記鍵の動作として、前記鍵の速度及び加速度を検出する動作検出手段と、
を備えたことを特徴とする。

このように構成された請求項１に記載の電子鍵盤楽器においては、撮像手段が鍵に設けられた識別パターンを周期的に撮像し、その撮像画像の変化に基づいて、動作検出手段が、操作された鍵の速度及び加速度を検出する。そして、その検出結果に基づいて音源が制御手段により制御される。

よって、この請求項１に記載の電子鍵盤楽器によれば、鍵の速度及び加速度に基づいて鍵の動きを予測することで、押鍵或いは離鍵処理を開始するタイミングを早めることができる。つまり、鍵が操作されてから発音或いは消音されるまでの時間差を低減（或いは削減）することができる。

また、操作された鍵の速度及び加速度、言い換えると鍵操作の強弱、を検出して音源に反映させることができる。さらに、識別パターンを周期的に撮像することで、鍵の非常に速い動き或いは遅い動きも検出できることから、鍵操作を確実に音源に反映できるようになる。したがって、この請求項１に記載の電子鍵盤楽器によれば、アコースティック鍵盤楽器の演奏感覚により近い電子鍵盤楽器を提供することができる。

また、鍵の動きを検出する機構が、スイッチ式等に比べてスペースをとらないことから、鍵を備える鍵盤の省スペース化を図ることができ、曳いては電子鍵盤楽器全体を小さくすることができる。

次に、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電子鍵盤楽器において、前記鍵と前記受光ケーブルを複数組備えるとともに、
前記受光ケーブルの前記撮像面側の端は、前記撮像面に対して並べて配置されることを特徴とする。

このように構成された請求項２に記載の電子鍵盤楽器においては、鍵が複数備えられており、各鍵に対応して設けられた受光ケーブルの一端が撮像手段の撮像面に並べて配置されていることから、撮像手段は、各鍵に個々に設けられた識別パターンを一括して撮像できる。したがって、各鍵の動作を一括して検出することできるので、各鍵相互の動作が速い場合においても、確実に各鍵の動作を検出して音源に反映させることができる。

また、一括して撮像するように構成することでその構成を簡単にできるので、コストを低減させることができる。

以下、本発明が適用された実施形態の電子ピアノについて、図面を用いて説明する。
まず、図１は、本実施形態の電子ピアノ１の外観を表す説明図である。
図１に示すように、本実施形態の電子ピアノ１は、本体部２と脚部３とから構成されている。

本体部２は、左右一対の側板４の上半部に支持され、両側板４の間から前方に突出するように設けられた棚板５と、各側板４の内側から前方に張り出し、棚板５の両側を挟むように設けられた左右一対の腕木６とによって外装が構成された部分である。

この本体部２の棚板５上には、複数の鍵１０から構成される鍵盤１１が設置されており、この鍵盤１１の奥側、言い換えると、演奏者と対向する側には、コントロールパネル７が配置されている。

脚部３は、両側板４の下半部と、各側板４の下端に取り付けられたベース９とによって構成されている。脚部３の前部は、前板８で覆われ、この前板８と電子ピアノ１の裏側を覆う板（図示せず）とで囲まれた空間には、スピーカなどの音響装置（図示せず）が内蔵されている。そしてこの脚部３の下部中央には３つのペダル１２が設けられている。

次に、鍵盤１１の構成について、図２を用いて説明する。
鍵盤１１は、複数の鍵１０により構成されており、鍵１０は、バランスピン２２を支点として揺動可能に支持されている。シャーシ２０上に設けられたバランスピンホルダ２４には、図示しない凹部が設けられており、この凹部にバランスピン２２が挿入され、鍵１０の揺動支点とされている。

さらに、シャーシ２０上において、鍵１０の前端部に位置する箇所には、フロントピン２６を備えたフロントピンホルダ２８が設けられており、フロントピン２６は、鍵１０前端部の図示しない孔部に挿入されることにより、鍵１０が左右に振れるのを防止している。

また、複数の鍵１０の裏面にはそれぞれ、識別パターンとしてのマーク３０が貼付されている。なお、このマーク３０は、図３に示すように、四角の枠内に、鍵盤の長手方向と垂直な方向に引かれた複数の線（横線）と、四角における１つの対角線とからその図形が形成されている。そして、このマーク３０の下方のシャーシ２０上には、光源としてのＬＥＤ４０（ＬＩｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ）が設けられており、ＬＥＤ４０から出射された光がマーク３０に投光されるように構成されている。

また同様に、マーク３０の下方のシャーシ２０上には、複数の光ファイバ３２から構成される受光ケーブルとしての光ファイバケーブル３４が、ケーブル支持部材３８によって、その先端がマーク３０に向かうように支持されている。また、この光ファイバケーブル３４の先端には、マーク３０からの光（反射光）を集光して結像させるためのレンズ３６が備えられている。

以上のような構成により、ＬＥＤ４０からの出射光は、マーク３０に投光され、さらにマーク３０からの反射光は光ファイバケーブル３４に入射される。そして、後述する撮像手段としてのＣＣＤ部７８が、光ファイバケーブル３４を介してマーク３０を周期的に撮像する。なお、ＣＣＤ部７８は、マーク３０の一部分を撮像するが、鍵１０の揺動範囲において、撮像画像中にマーク３０の横線及び対角線の一部が必ず含まれるようにされている（図３参照）。

次に、撮像手段としてのＣＣＤ部７８の構成について、図４を用いて説明する。図４に示すように、ＣＣＤ部７８は、ＣＣＤカメラ７６とＣＣＤインタフェース７４（以下、ＣＣＤＩ／Ｆ）とから構成されている。光ファイバケーブル３４のマーク３０と反対側の端は、それぞれケーブルホルダ５０に規則的に並べて設けられた貫通孔に保持されており、さらにケーブルホルダ５０は、光ファイバケーブル３４のその端が、ＣＣＤカメラ７６の撮像素子が備えられた撮像面に向かうように配置されている。

すなわち、光ファイバケーブル３４においてマーク３０と反対側の端から出射された光は、ＣＣＤカメラ７６の撮像面に入射されることになり、これによりマーク３０を撮像できる。マーク３０は、水平面に対して斜めに設けられた鍵１０の裏面に貼付されていることから、その撮像位置により、マーク３０を構成する対角線の位置及び各横線の太さや間隔が相対的に異なって撮像される。すなわち、例えば鍵１０の初期位置（揺動範囲の上端）では、撮像画像中において横線の間隔は狭くなり、対角線は上端に現れる。また、鍵１０が押下され、鍵１０の長手方向がほぼ水平方向となる位置では、撮像画像中において横線の間隔は相対的に大きくなり、対角線は中央に現れる。このようにして、マーク３０の撮像画像に基づいて鍵１０の位置を検出することができる。ここで、例えばマーク３０は対角線のみで構成することもできるが、上記のように横線を用いることでより確実に鍵１０の位置を検出できるようになる。

なお、このＣＣＤ部７８は、後述する制御装置の一部をなすものであり、図１における前板８と電子ピアノ１の裏側を覆う板（図示せず）とで囲まれた空間に内蔵されている。
次に、図５は、本実施形態の電子ピアノ１に備えられた制御装置を表すブロック図である。なお、この制御装置は、図１における前板８と電子ピアノ１の裏側を覆う板（図示せず）とで囲まれた空間に内蔵されている。

ＣＰＵ６０は、当該電子ピアノ１を統括制御するものであり、システムバス８０を介して、ＣＰＵ６０にて実行される各種プログラムを格納するＲＯＭ６２と、各種データを一時的に記憶するＲＡＭ６４とにアクセス可能にされている。

また、このＣＰＵ６０には、システムバス８０を介して、操作子６６、音源回路６８（以下、ＴＧ）、及び動作検出手段としてのデジタル信号処理回路７０（以下、ＤＳＰ）が接続されている。

コントロールパネル７及びペダル１２等の操作を表す操作信号は、操作子６６を介してＣＰＵ６０に入力される。
また、ＤＳＰ７０は、ＣＣＤＩ／Ｆ７４を介してＣＣＤカメラ７６と接続されており、ＣＣＤカメラ７６から入力される信号に基づいてマーク３０の画像を表す画像データ（撮像画像に相当）を形成し、さらにその画像データから各種処理を行い、その処理結果をＣＰＵ６０に入力する。なお、このＤＳＰ７０が実行する処理については後述する。また、ＤＳＰ７０にはインタフェース７２（以下、Ｉ／Ｆ）が接続されており、ＤＳＰ７０が実行する処理に関するプログラム等を、Ｉ／Ｆ７２を介してＤＳＰ７０に入力することができる。

そして、ＣＰＵ６０は、操作子６６から入力された操作信号或いはＤＳＰ７０から入力された鍵１０の動作を表す鍵操作信号に基づいて、電子音信号を発生するＴＧ６８を制御する。

次に、図６は、ＤＳＰ７０が繰り返し実行するメインルーチンの処理を表すフローチャートである。
このメインルーチンの処理においては、まずＳ２００にて、各鍵１０について、マーク３０の撮像処理を行う。具体的には、ＣＣＤカメラ７６から入力される信号に基づいてデジタル信号処理を行い、マーク３０の画像データを形成する。

次に、Ｓ２１０へ移行し、Ｓ２００において形成したマーク３０の画像データをＲＡＭ６４に送る。ＲＡＭ６４では、マーク３０の画像が一時記憶される。
続くＳ２２０においては、ＲＡＭ６４に記憶されたマーク３０の画像データに基づいて、各鍵１０について操作の有無を判断する。具体的には、各鍵１０について、ＲＡＭ６４に記憶されたマーク３０の画像データが少なくとも２つ以上あり、それらの画像データが異なるものであった場合に、その鍵１０が操作されたと判断する。逆に、画像データが同一であったり、画像データが１つしかないような場合は、鍵１０が操作されていないと判断する。なお、以下の説明では、鍵１０が操作されたことを、鍵操作イベントがあったと記載する。

このような、Ｓ２２０において、鍵操作イベントがないと判断すると、再びＳ２００へ戻り、撮像処理を行う。逆に、鍵操作イベントがあると判断すると、次にＳ２３０へ移行し、鍵操作イベントがある鍵１０、すなわち操作された鍵１０を検出する。

次に、Ｓ２４０へ移行し、その鍵１０の位置及び速度を検出する。具体的には、ＲＡＭ６４に記憶されたマーク３０の複数の画像データのうち、最新の画像データとその１つ前の画像データに基づいて、鍵１０の位置をそれぞれ検出し、さらにその変位量と撮像周期とから鍵１０の速度を検出する。

続く、Ｓ２５０においては、検出した鍵１０の最新の速度とその１つ前の速度とからさらに加速度を計測する。
なお、このＳ２３０〜２５０における処理は、本発明における動作検出手段が実行する処理に相当する。

そして、次にＳ２６０へ移行して、検出した鍵１０の位置と速度と加速度とを表す信号（鍵操作信号）をＣＰＵ６０へ入力する。その後、再びＳ２００へと戻り、上記のような処理を繰り返し実行する。

次に、図７はＣＰＵ６０が繰り返し実行するメインルーチンの処理を表すフローチャートである。
このメインルーチンの処理は、ＣＰＵ６０が接続された回路の電源がオンされると開始される。電源がオンされると、ＣＰＵ６０は、まずＳ３００において各種の初期化処理を行う。

次に、Ｓ３１０へ移行し、イベントが発生したか否かを判断する。なお、このＳ３１０では、ＤＳＰ７０からの鍵操作信号を受信するか、操作子６６から入力されるコントロールパネル７或いはペダル１２等の操作信号を受けた場合に、イベントが発生したと判断する。

そして、そのＳ３１０にてイベントが発生したと判断すると、次にＳ３２０へ移行し、各操作信号に応じたイベント処理を行う。つまり、鍵操作イベント処理或いは通常イベント処理を行うのであるが、このイベント処理については後述する。

逆に、Ｓ３１０にてイベントがないと判断すると、次にＳ３３０へと移行し、その他の処理を行う。なお、その他の処理とは、ＣＰＵ６０が、情報処理装置を制御する制御装置として通常実行する処理を表す。

次に、図８は、図７のＳ３２０の処理において開始されるイベント処理を表すフローチャートである。
このイベント処理においては、まず、Ｓ４００において、ＤＳＰ７０から鍵操作信号を受信したか否かを判断する。鍵操作信号を受信したと判断すると、次に、Ｓ４１０へ移行し、鍵操作信号に基づいた発音或いは消音処理（鍵操作イベント処理）を行う。具体的には、鍵操作信号、すなわち鍵１０の位置と速度と加速度とを表す信号から鍵１０の動作を予測し、さらにこの予測結果から押鍵或いは離鍵の判断を行い発音或いは消音処理を行う。

さらに言うと、例えば操作者により鍵１０が押下され、鍵１０がその揺動範囲の下端（押鍵位置）に至る直前の位置において、ＤＳＰ７０が検出した鍵１０の速度或いは加速度が予め設定された値よりも大きいと、ＣＰＵ６０は、鍵１０は押鍵位置に到達する、すなわち鍵１０は押鍵されると判断して発音処理を開始する。また同様に、鍵１０が押鍵位置から初期位置に戻る際に、その過程のある位置において、ＤＳＰ７０が検出した鍵１０の速度或いは加速度が予め設定された値よりも大きいと、ＣＰＵ６０は、鍵１０は離鍵されると判断して消音処理を開始する。

なお、この発音或いは消音処理は公知のものであるので、ここでは詳しい説明を省略する。
逆に、Ｓ４００において、鍵操作信号を受信していないと判断すると、次に、Ｓ４２０へ移行し、その他の処理を行う。なお、このその他の処理とは、操作子６６より入力されたコントロールパネル７或いはペダル１２等の操作信号に基づいた通常イベント処理であり、ビブラート処理や音量処理等がある。なお、このビブラート処理や音量処理は公知のものであるので、ここでは詳しい説明を省略する。

以上説明したように、本実施形態の電子ピアノ１は、鍵１０の裏面にマーク３０が貼付されており、このマーク３０の下方に設けられたＬＥＤ４０及び光ファイバケーブル３４と、光ファイバケーブル３４のマーク３０と反対側の端に備えられたＣＣＤカメラ７６とにより、マーク３０を周期的に撮像する。そして、マーク３０の撮像画像及び撮像画像の変化に基づいて、鍵１０の位置と速度と加速度とを検出する。

よって、本電子ピアノ１によれば、検出した鍵１０の位置と速度と加速度とから鍵１０の動作を予測できるので、発音或いは消音処理をその予測結果に基づいて開始するようにすることができ、鍵１０が押鍵或いは離鍵されてから実際に発音或いは消音されるまでの時間差を低減させることができる。すなわち、通常のスイッチ式のように、スイッチがオン、オフされてから発音或いは消音処理していたのでは、鍵１０が操作されてから発音或いは消音されるまでに時間差が生じてしまっていたが、本電子ピアノ１によれば、発音或いは消音処理の開始のタイミングを早めることができるので、この時間差を低減（或いは削減）することができる。

また、検出した鍵１０の速度及び加速度、言い換えると、鍵１０の操作の強弱を音源に反映させることで、グランドピアノ等のアコースティックピアノの演奏感覚により近い電子ピアノ１を提供することができる。

また、本電子ピアノ１によれば、鍵１０の動作を検出する機構が、スイッチ式等に比べてスペースをとらないことから、鍵盤１１が占有するスペースを抑えることができ、曳いては電子ピアノ１全体の省スペース化を図ることができる。

さらに、本電子ピアノ１では、光ファイバケーブル３４のマーク３０側の端にレンズ３６を備えているので、マーク３０をより鮮明に撮像することができる。したがって、ＤＳＰ７０は、マーク３０の撮像画像の変化をより確実に認識できるようになり、これにより鍵１０の操作が確実に音源に反映されることになる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術範囲内にて種々の形態を採ることができる。
例えば、上記実施形態では、電子ピアノについて説明したが、鍵を備える電子楽器であれば、本発明を適用することで同様の効果が得られる。

また、上記実施形態では、識別パターンとして、図３に示すようなマーク３０を用いているが、撮像位置により線の位置や太さ、或いは線同士の間隔が相対的に変化するようなものであれば、どのようなマークを用いてもよい。（例えば、斜め線２本とか、極端には点１つ等でもよい。）
また、上記実施形態では、光源としてＬＥＤ４０を各鍵１０毎に設けているが、一様に細長い照明を用いて、鍵１０に個々に設けられたマーク３０にまとめて投光するような構成としてもよい。

本実施形態の電子ピアノの外観を表す説明図である。 本実施形態の電子ピアノにおける鍵盤の構成を表す説明図である。 マークを表す説明図である。 本実施形態の電子ピアノを構成するＣＣＤ部を表す説明図である。 本実施形態の電子ピアノが備える検出装置の構成を表すブロック図である。 本実施形態の電子ピアノが備えるＤＳＰが繰り返し行うメインルーチンの処理を表すフローチャートである。 本実施形態の電子ピアノが備えるＣＰＵが繰り返し行うメインルーチンの処理を表すフローチャートである。 本実施形態の電子ピアノが備えるＣＰＵが行うイベント処理を表すフローチャートである。

符号の説明

１…電子ピアノ、２…本体部、３…脚部、４…側板、５…棚板、６…腕木、７…コントロールパネル、８…前板、９…ベース、１０…鍵、１１…鍵盤、１２…ペダル、２２…バランスピン、２４…バランスピンホルダ、２６…フロントピン、２８…フロントピンホルダ、３０…マーク、３２…光ファイバ、３４…光ファイバケーブル、３６…レンズ、３８…ケーブル支持部材、４０…ＬＥＤ、５０…ケーブルホルダ、６０…ＣＰＵ、６２…ＲＯＭ、６４…ＲＡＭ、６６…操作子、６８…音源回路、７０…デジタル信号処理回路、７２…Ｉ／Ｆ、７４…ＣＣＤＩ／Ｆ、７６…ＣＣＤカメラ、７８…ＣＣＤ部、８０…システムバス

Claims (2)

1. 鍵が設けられた鍵盤と、電子音を発する音源と、前記鍵の動作を検出する検出手段と、その検出手段が検出した前記鍵の動作に基づき前記音源を制御する制御手段と、を備えた電子鍵盤楽器において、
   前記検出手段として、
   前記鍵に設けられ、撮像により識別が可能な識別パターンと、
   前記識別パターンに投光するように設置された光源と、
   前記識別パターンからの反射光が入射するように設置された複数の光ファイバからなる受光ケーブルと、
   撮像素子が配置された撮像面に前記受光ケーブルの一端が配置され、前記撮像素子により前記識別パターンを周期的に撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段により周期的に撮像された前記識別パターンの撮像画像の変化に基づき、前記鍵の動作として、前記鍵の速度及び加速度を検出する動作検出手段と、
   を備えたことを特徴とする電子鍵盤楽器。
2. 前記鍵と前記受光ケーブルを複数組備えるとともに、
   前記受光ケーブルの前記撮像面側の端は、前記撮像面に対して並べて配置されることを特徴とする請求項１に記載の電子鍵盤楽器。

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