JP2006350384A - 自動演奏ピアノ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な学習によって高精度の再生を行うことができる自動ピアノの演奏データ変換装置を提供する。
【解決手段】自動ピアノの代表的な特性として、「呼称データ」を予め定める。この呼称データに基づく押鍵・離鍵軌道をそのまま再生すると、呼称押鍵軌道Ｌ₃および呼称離鍵軌道Ｌ₆が得られる。これに対して、本発明では、各自動ピアノ毎に押鍵エンド到着時刻偏差ＴPc および離鍵Ｋ２到着時刻偏差ＴNcを学習し、仮想押鍵軌道Ｌ₂および仮想離鍵軌道Ｌ₅を求める。但し、これらの軌道に沿って鍵を駆動しようとしても、鍵駆動系の特性により立上り／立下り部分が鈍る。従って、押鍵立上むだ時間ＴPdおよび離鍵立上むだ時間ＴNdをさらに学習し、結局、時刻ｔPs0およびｔNs5において押鍵および離鍵指示を行う。
【選択図】図１４

Description

この発明は、例えば、自動的に鍵盤を駆動して演奏を行う自動演奏ピアノに関する。

従来の自動ピアノにおいては、各鍵および各ハンマーに対してセンサが設けられており、これらセンサによって検出したオン／オフイベント、押鍵速度またはハンマー速度等に基づいて演奏データを記録し、この演奏データに基づいて押鍵／離鍵時刻および押鍵速度を制御することにより演奏状態を再生することが可能である。また、自動ピアノにおいて検出した演奏データを、他の自動ピアノあるいは電子楽器等に直接供給することにより、複数箇所でリアルタイムに生演奏を行うことも可能である。

また、単に押鍵／離鍵時刻および押鍵速度等に基づいて各鍵を駆動したのでは演奏の微妙なニュアンスを再現することが困難であるため、リファレンス軌道（鍵軌道の目標値）を生成し連続的に各鍵を駆動する技術が本出願人により提案されている（特願平６−７９６０４号等）。この技術においては、演奏記録時に押鍵時刻、打弦時刻、打弦速度、離鍵時刻、離鍵速度等が演奏データとして記録される。

そして、再生時においては、これら演奏データに基づいてリファレンス軌道が生成され、鍵が駆動される。リファレンス軌道を生成するにあたって最も考慮すべきことは、ハンマー等のピアノアクションの動きを忠実に再現することである。換言すれば、これらを忠実に再現できる限り、リファレンス軌道自体は記録時の鍵軌道と異なっていても差し支えない。

従って、各自動ピアノにおいては、演奏データ（特に打弦時刻、打弦速度）を忠実に実現するためにどのようにリファレンス軌道を生成すればよいのかが予め学習される。すなわち、各鍵が実際に駆動制御され、鍵の動きと、打弦時刻および打弦速度との関係が記憶される。そして、実際に演奏データが供給された場合はその学習結果に基づいてリファレンス軌道が生成され、生成されたリファレンス軌道に基づいて各鍵が駆動されることになる。

ところで、演奏データの記録および再生に供される自動ピアノが同一銘柄であったとしても、ピアノはそれぞれに個体差があり、経年変化する。従って、上述した学習は各自動ピアノ毎に、定期的に行われなければならない。また、ピアノアクションは複雑な運動系を構成するから、鍵の動きに対して線形に反応するわけではない。従って、学習を行う際においては、単打、連打、浅いタッチ、深いタッチなど、様々な状況で鍵を駆動し、各状況におけるピアノアクションの挙動を学習しなければならない。

しかし、各自動ピアノ毎に上述したような学習を行うと、学習のために多大な時間を要し、自動ピアノの制御回路が備えるべきメモリ容量も増大することになる。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、簡単な学習によって高精度の再生を行うことができる自動ピアノの演奏データ変換装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため請求項１記載の構成にあっては、演奏データを入力する入力手段と、前記演奏データを記録したとき演奏を行ったピアノの離鍵速度に対する離鍵到着時刻偏差及び離鍵立上むだ時間を学習する個体差学習手段と、学習した前記離鍵到着時刻偏差及び前記離鍵立上むだ時間に基づいて、離鍵サーボ指示速度値及び離鍵指示時刻を算出する算出手段と、前記離鍵サーボ指示速度値、前記離鍵指示時刻及び前記演奏データに基づいて、鍵がエンド位置から離鍵してレスト位置に移動するまでの当該鍵の位置と、当該位置に鍵がエンド位置から至るまでに経過した時間との関係を表す離鍵軌道を生成する軌道生成手段と、前記離鍵指示時刻において前記離鍵サーボ指示速度値に従った速度で鍵をエンド位置から離鍵させ、前記離鍵軌道に従って鍵が移動するように、当該鍵の駆動を制御する駆動制御手段とを備えることを特徴とする。

１．実施形態の原理
１．１．リファレンスポイント
図１０は、一般的な自動ピアノの要部の構成を示す断面図である。図に示すように、自動ピアノにおいては、鍵１と、鍵１の運動をハンマー２に伝達するアクション３と、ハンマー２によって打弦される弦４と、鍵１を駆動するソレノイド５とを有している。そして、ソレノイド５のプランジャが突出すると、鍵１がバランスピンＰを中心に回動し、その演奏者側が下がり（以下、この状態を押鍵状態という）、また、これに連動してアクション３が作動し、ダンパー６が弦４から離れるとともに、ハンマー２が回動して打弦する。
一方、演奏者が弾く場合は、指で鍵１を押下することにより、上述と同様の作用が生じて打弦が行われる。

なお、図において、ＳＥ１，ＳＥ２は、打弦速度を計測するためのセンサであり、ハンマー２がこれらのセンサＳＥ１，ＳＥ２の間を通過する時間を計測することにより、ハンマー２の速度、すなわち、打弦速度が計測される。また、ハンマー２がセンサＳＥ１を通過する時刻が打弦時刻として計測される。
ところで、鍵１を押し下げる速度に応じてハンマー２の打弦速度が決まるが、鍵１の速度は初め遅くて次第に早くなる場合や、その逆の場合もあり、さらには、ほとんど一定の速さで押される場合もある。この場合、鍵１のレスト位置（鍵１を押してない場合の初期位置）からエンド位置（鍵を押し切った位置）に至るまでの速度と、ハンマー２の打弦速度とがどのような関係になっているのかが重要である。なぜならば、その関係を考察せず、打弦強度データに応じて鍵速度（初期速度など）を制御しても、記録時の打弦速度を再生することはできないからである。

実験によれば、鍵１のある位置における速度とハンマー２の打弦速度とが極めて良い対応を示すことが判った。この位置は、ピアノの個体差にもよるが、概ねレスト位置から９．０ｍｍ〜９．５ｍｍ程度押し下げた位置であった。したがって、鍵１がこの位置に達するときの速度を、打弦強度データに応じて制御すれば、記録時の打弦速度を忠実に再現することができる。なお、以下においては、上述の所定位置をリファレンスポイントＸｒという。

１．２．リファレンス速度
次に、上述のようにして求めたリファレンスポイントＸｒにおいて、どのような鍵速度にすれば、打弦速度を忠実に再現することができるかを設定する必要がある。なお、以下においては、リファレンスポイントＸｒにおける鍵速度をリファレンス速度Ｖｒという。
ここで、図２はリファレンスポイントＸｒを９．５ｍｍに設定したときの鍵速度と打弦速度の関係を示す図である。図中、白点は鍵をエンド位置まで押し切る単打奏法を行った場合の結果を示し、黒点は鍵をエンド位置まで押し切らずに連打する連打奏法を行った場合の結果を示している。また、Ｃ１は１次最小自乗法近似による直線、Ｃ２は６次最小自乗法による曲線を示している。

図２から明らかなように、リファレンス速度Ｖｒは、直線Ｃ１あるいは曲線Ｃ２のいずれによっても近似できる。したがって、近似性のよい関数を適宜選択すれば、この関数を用いて任意の打弦強度データ（記録時の打弦速度情報）からリファレンス速度Ｖｒを決定することができる。
この実施形態においては、計算が簡単で誤差の少ない１次関数近似を採用している。したがって、リファレンス速度Ｖｒは、次式によって求められる。

（数１）
Ｖｒ＝α・ＶH＋β
数１において、ＶHは打弦速度（打弦強度データ）であり、αおよびβは定数である。定数αおよびβは、ピアノの機種等に応じ実験等によって決定する。なお、αおよびβは、同一ピアノであっても、リファレンスポイントＸｒをどこにするかによって変動する。

１．３．リファレンス時間差
さて、演奏データに含まれる打弦時刻データは、前述したように、相対時刻あるいは絶対時刻で記録されているが、いずれにしても再生側自動ピアノにおいて打弦時刻データを読みとって処理することにより、再生時の各音の打弦絶対時刻が求められる。そこで、このようにして求めた打弦絶対時刻において正確に打弦を行わせるには、鍵が何時リファレンスポイントＸｒを通過すればよいかを求める必要がある。

ここで、鍵１がリファレンスポイントＸｒを通過する時刻（以下、リファレンス時刻ｔｒという）と打弦時刻との時間差をリファレンス時間差Ｔｒと定義し、これと打弦速度との関係を実験により求めたものが図３である。図３において、白点は単打奏法による結果、黒点は連打奏法による結果を示している。そして、図３を縮尺２倍にしたものが図４であり、縮尺４倍にしたものが図５である。これらの図から判るように、リファレンス時間差Ｔｒと打弦速度との関係は、双曲線により極めて良好に近似される。すなわち、このリファレンス時間差Ｔｒは、打弦速度ｖHを分母にする１変数式で近似することができ、次式によって算出される。

（数２）
Ｔｒ＝−（γ／ｖH）＋δ
なお、数２における定数γおよびδは、ピアノの機種等に応じ実験等によって決定する。なお、γおよびδは、同一ピアノであっても、リファレンスポイントＸｒをどこにするかによって変動する。これは、数１におけるα、βの場合と同様である。

さて、数２によって、リファレンス時間差Ｔｒが求まれば、再生側の打弦絶対時刻からリファレンス時間差Ｔｒを減算することによって、リファレンス時刻ｔｒが求められ、結局、上述した（１）、（２）、（３）の処理により、リファレンスポイントＸｒ、リファレンス速度Ｖｒ、およびリファレンス時刻ｔｒが求められる。したがって、リファレンス時刻ｔｒにリファレンスポイントＸｒに達し、かつ、その時の速度がリファレンス速度Ｖｒとなるように鍵１を駆動すれば、記録時の打弦状態を忠実に再現することができることが判る。
なお、鍵１がリファレンスポイントＸｒに達したときに打弦が行われるのであれば、リファレンス時間差Ｔｒを求める処理は不要になる。

以上のようにして、予め設定したリファレンスポイントＸｒにおけるリファレンス速度Ｖｒが求められれば、鍵１の挙動をこれに応じて制御することにより、記録時の打弦速度を再生することができる。
この場合、レスト位置からエンド位置までの鍵の軌道（時間経過に対する鍵の位置）を設定すれば、鍵の押下開始位置からリファレンスポイントＸｒに至るまでの各位置と時刻の関係（速度と時刻の関係等）が求められるから、これに応じて鍵の位置をフィードバック制御すればよいことが判る。

ただし、打弦状態の再現性が良く、また、制御し易い軌道を選択することが好ましい。また、設定する軌道によっては、リファレンス点における加速度等（運動を決定する他の要素）を求める必要が生じるが、これについては軌道の種類に応じて適宜算出すればよい。なお、本実施形態においては、処理の簡略さに鑑みて直線軌道を採用している。

１．４．ダミーイベントの追加
ところで、上述したような再生処理を実現するためには、演奏記録時において、押鍵時刻、打弦時刻および打弦速度を得ておく必要がある。しかし、演奏状態あるいは自動ピアノの性能等により、押鍵イベントあるいはハンマーイベント等が抜ける虞がある。その詳細を図１１，図１２を参照し説明する。まず、図１１(ａ)は、演奏記録時における鍵１の押鍵深さを示している。図において一点鎖線Ｌ₁は、センサによって押鍵または離鍵イベントが検出される押鍵深さである。また、同図(ｂ)は、押鍵深さの軌道が一点鎖線Ｌ₁と交差するタイミング、すなわち押鍵または離鍵イベントが発生するタイミングを示している。また、同図(ｃ)は、センサＳＥ１，ＳＥ２によりハンマーイベントの検出された時刻（正確には、ハンマーが打弦位置直前にあるセンサＳＥ１を通過した時刻）と、検出されたハンマー速度Ｖｈ₁，Ｖｈ₂を示す。

図１１(ａ)によれば、時刻ｔ₀から鍵１の押鍵が開始され、時刻ｔ₁において押鍵イベントが検出されている。また、時刻ｔ₁₅においては、この押鍵動作に対応するハンマーイベントが生じている。次に、時刻ｔ₂においては、鍵１が若干離鍵されているが、離鍵イベントが検出される前に再び押鍵が開始され、この押鍵動作に対応するハンマーイベントが時刻ｔ₂₅に生じている。すなわち、ハーフストロークによる押鍵が行われている。そして、その後に鍵１が離鍵され、時刻ｔ₃において離鍵イベントが検出されている。すなわち、図１１(ａ)〜(ｃ)によれば、時刻ｔ₁₅のハンマーイベントに対応する離鍵イベントと、時刻ｔ₂₅のハンマーイベントに対応する押鍵イベントは存在しない。このような状態を、以下「イベント抜け」という。

また、図１２(ａ)〜(ｃ)においても、ハーフストローク時における押鍵深さ、鍵イベントおよびハンマーイベントが示されている。まず時刻ｔ₁においては押鍵イベントが検出され、これに対応するハンマーイベントおよび離鍵イベントが時刻ｔ₁₅および時刻ｔ₂に各々検出されている。次に、時刻ｔ₃においては、ハーフストロークによる押鍵イベントが検出されているが、この押鍵は、ダンパー操作を行うための弱い押鍵であるため、ハンマー２は打弦を行う前にレスト位置に戻っている。従って、同図(ｃ)を参照すると、時刻ｔ₃の押鍵イベントに対応するハンマーイベントは存在しない。すなわち、ハンマーイベントのイベント抜けが生じている。

本実施形態においては、以上のようなイベント抜けが検出された場合には、仮想のイベント（ダミーイベント）が適宜追加される。すなわち、第１のハンマーイベントと第２のハンマーイベントとの間において、離鍵イベントおよび押鍵イベントが抜けている場合には、第１のハンマーイベントの発生時刻において、ダミーの離鍵イベントとダミーの押鍵イベントとが追加される。例えば、図１１(ｄ)においては、ハンマーイベントの発生する時刻ｔ₁₅においてダミーの離鍵イベントとダミーの押鍵イベントとが追加されている。

一方、押鍵イベントと離鍵イベントとの間においてハンマーイベントが抜けている場合は、当該押鍵イベントの発生時刻において弱いハンマーイベントが追加される。ここで、「弱いハンマーイベント」とは、発音が行われない程度に、きわめてハンマー速度が遅いイベントをいう。例えば、図１２(ｄ)においては、押鍵イベントが発生する時刻ｔ₃において、ダミーの弱いハンマーイベントが追加されている。ダミーイベントの追加は、押鍵イベント、ハンマーイベント、離鍵イベントの順序、あるいはイベントの時間間隔などに応じて行われる。その詳細については後述する。

以上のように追加されるダミーイベントの発生時刻は既存のイベントと同一の時刻であるが、これら発生時刻は適切なリファレンス軌道を生成するために、適宜変更される。その詳細については後述する。
また、これらダミーイベントを追加する理由を説明しておく。まず、本実施形態においては、上述したように、演奏記録時において、押鍵時刻、打弦時刻および打弦速度を得ておく必要がある。従って、これらのうち一部が抜けた場合には、正確なリファレンス軌道を生成することが困難になる。

例えば、本実施形態において、各種のダミーイベントを追加することにより、図１１(ｅ)、図１２(ｅ)、図１３(ｆ)の実線に示すようなリファレンス軌道を得ることができる（詳細は後述する）。これに対して、ダミーイベントを追加しなかった場合には、例えば同図の破線Ｌ₂〜Ｌ₄に示すような、実際の演奏状態と大幅に異なるリファレンス軌道が生成されることになる。すなわち、本実施形態においては、ダミーイベントを適宜追加することにより、実際の演奏状態に近いリファレンス軌道が得られるのである。

１．５．ピアノの個体差と、その補償方法
（押鍵時について）
ところで、上述したように、演奏データの記録および再生に供される自動ピアノには個体差があるため、何れかの自動ピアノにおいて得られた学習結果を他の自動ピアノにそのまま適用することは困難である。しかし、本発明者らが各種の自動ピアノについて個体差の内容を検討したところ、「押鍵時のリファレンス速度とハンマー速度との関係」は個体差が比較的小さく、「リファレンス時間」については個体差が比較的大きいことが判明した。

換言すれば、記録用の自動ピアノで得られたリファレンス軌道に対して、再生用の自動ピアノにおいてリファレンス時間の差異を補償することにより、該リファレンス軌道を再生用の自動ピアノに適用することが可能になると考えられる。具体的には、リファレンス軌道の立ち上がり時の部分を、時間軸上で前後にずらすことにより、自動ピアノの個体差をほぼ吸収することができる。

（離鍵時について）
離鍵時の鍵の動きは、ダンパーの動きに関連するため、これを忠実に再現することも重要である。まず、再生しようとする離鍵速度が最大離鍵速度（鍵が自重によってレスト位置に戻る速度）よりも十分に遅い場合は、所望の離鍵速度が得られるようにソレノイドによって鍵を制動すれば良いのであるから、特に問題になることは少ないであろう。最も問題になる状況は、記録時の離鍵速度が再生用の自動ピアノの最大離鍵速度付近になっている場合である。かかる場合は、サーボ特性の個体差によって、両者の離鍵軌道に大きな差が生じる。例えば、再生用の自動ピアノのレスポンスが遅い場合においては、ダンパーが弦に接触するタイミングが遅れ、音が響き過ぎるような不具合を招くことになる。

実際に演奏データを記録・再生する状況を想定すると、このような不具合が多発することが予想される。まず、演奏データの記録は玄人のピアニストの演奏に基づいて行われる場合が多い。玄人のピアニストは、離鍵時のレスポンスを重視するため、しばしば鍵を重くする（バランスピンより奥の部分に鉛を詰める）ような調整を求めることがある。

一方、このような調整を行うと押鍵時に鍵が重くなるため、指の筋肉が弱い一般ユーザ（特に子供）が使用する際には苦痛になる。自動ピアノを購入する一般ユーザは、単なるピアノとしても自動ピアノを快適に使用したいと考えることが一般的であるため、再生性能を重視して鍵を重くしておくことは実現性に乏しい。従って、かかる場合には、リファレンス軌道の立下がりの開始タイミングを早めるようにリファレンス軌道を修正し、ダンパーが速やかに弦に接触するように補償することが得策であると考えられる。

以上述べたように、自動演奏の記録・再生に用いられる自動ピアノの個体差は、リファレンス軌道の立下がり部分および立ち上がり部分を時間軸上で前後にシフトさせることによりほぼ吸収することができる。これにより、再生用の自動ピアノにおける学習内容を簡易なものにしつつ記録時のハンマーやダンパーの動きをほぼ忠実に再現することができる。

１．６．処理の概要
以上のようにして、予め設定したリファレンスポイントＸｒにおけるリファレンス速度Ｖｒが求められれば、鍵１の挙動をこれに応じて制御することにより、記録時の打弦速度を再生することができる。また、イベント抜けが検出された場合には適宜ダミーイベントが追加されるから、ハーフストローク等の奏法が採られた場合においても、安定して演奏状態を再生することが可能である。

この場合、レスト位置からエンド位置までの鍵の軌道（時間経過に対する鍵の位置）を設定すれば、鍵の押下開始位置からリファレンスポイントＸｒに至るまでの各位置と時刻の関係（速度と時刻の関係等）が求められるから、これに応じて鍵の位置をフィードバック制御すればよいことが判る。

ただし、打弦状態の再現性が良く、また、制御し易い軌道を選択することが好ましい。また、設定する軌道によっては、リファレンス点における加速度等（運動を決定する他の要素）を求める必要が生じるが、これについては軌道の種類に応じて適宜算出すればよい。そして、記録・再生に用いられる自動ピアノが異なる場合においては、リファレンス軌道を必要に応じて修正することにより、忠実な再生を行うことができる。
以上がこの実施形態の制御原理である。

２．実施形態の構成
次に、本実施形態の全体構成を説明する。図１は、この実施形態の自動ピアノの構成を示すブロック図である。なお、前述した図１０の各部と対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。また、記録および再生に用いられる複数の自動ピアノが存在する場合においても、以下に述べる構成自体は共通である。

図において、１０は再生前処理部であり、記録メディアあるいはリアルタイム通信装置から供給される演奏データに基づいて、鍵の軌道データを作成する回路であり、まず、リファレンス時刻ｔｒ、リファレンス速度Ｖｒを求め、さらに、加速度の推定が必要な場合はこれを演算する。
１１は、再生前処理部１０が作成した軌道データに基づいて、ソレノイド５のプランジャの動きを示すデータを作成するモーションコントローラである。また、１２はサーボコントローラであり、モーションコントローラ１１から供給されるデータに応じてソレノイド５の励磁電流を制御する。この場合、ソレノイド５には、プランジャの速度を検出する検出機構が設けられており、これにより検出されたプランジャ速度をフィードバック信号としてサーボコントローラ１２にフィードバックするようになっている。そして、サーボコントローラ１２は、モーションコントローラ１１から供給されるデータとソレノイド５からのフィードバック信号とを照合しながら、両者が一致するように励磁電流を制御する。

次に、２６は、鍵１の下面に取り付けられた板状のシャッタである。２５は、上下方向に所定距離隔て設けられる２組のフォトセンサによって構成されているキーセンサであり、鍵１が押下され始めると、まず上方のフォトセンサが遮光され、次いで、下方のフォトセンサが遮光される。離鍵の際には、下方のフォトセンサが受光状態になり、ついで、上方のセンサが受光状態になる。

キーセンサ２５の出力信号は、演奏記録部３０に供給され、演奏記録部３０は、キーセンサ２５内の下方のフォトセンサが受光状態になってから上方のフォトセンサが受光状態になるまでの時間を測定し、ここから、離鍵速度を検出する。また、演奏記録部３０は上方のフォトセンサが受光状態になった時刻を離鍵時刻として処理する。また、演奏記録部３０は、センサＳＥ２が遮光されてからセンサＳＥ１が遮光されるまでの時間を計測し、ここから打弦速度を検出する。また、センサＳＥ１が遮光された時刻を打弦時刻として処理する。

すなわち、演奏記録部３０は、演奏が開始されると、センサＳＥ１，ＳＥ２の出力信号に基づいて、打弦時刻および打弦速度を検出し、かつ、キーセンサ２５の出力信号に基づいて離鍵時刻および離鍵速度を検出する。以上のようにして検出された各情報は、記録後処理部３１に供給される。

記録後処理部３１においては、演奏記録部３０から供給される各種情報に対し、正規化処理を施した後に、外部の記録媒体に演奏データとして供給する。ここで、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る。すなわち、打弦速度、打弦時刻、離鍵速度、離鍵時刻等は、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ため、標準となるピアノを想定し、そのピアノにおける打弦速度、打弦時刻等に変換するための処理である。また、記録後処理部３１は、演奏記録部３０で記録された情報にイベント抜けを検出すると、演奏データに適宜ダミーイベントを追加する（詳細は後述する）。

上述した構成において自動ピアノを演奏すると、演奏記録部３０においてハンマーイベントおよび鍵イベント等が記録され、記録後処理部３１においてこれらの情報に正規化処理等が施された後、演奏データが出力される。この演奏データは、他の自動楽器に供給され、あるいは適当な記録媒体に記録される。次に、記録された演奏データを再生すると、演奏データ中の打弦強度データに応じて、リファレンスポイントＸｒを通過する鍵軌道が生成され、鍵がこの軌道を再現するようにソレノイド５の励磁電流が制御される。
この結果、鍵１がリファレンスポイントＸｒに達したときの速度は、記録時の打弦速度に対応した速度（すなわち、リファレンス速度Ｖｒ）になり、ハンマー２は記録時と同じ速度で打弦を行う。

以上のように、この実施形態においては、リファレンスポイントという制御点を導入し、この点における鍵の運動属性を再現するとともに、イベント抜けが生じた場合は演奏データに適宜ダミーイベントを追加するため、センサ等を増やすことなく、忠実に打弦速度を再現することができる。

３．実施形態の動作
３．１．呼称データの収集
最初に自動ピアノにおいて、呼称データと称するデータを収集する。この呼称データは、主として演奏データの記録に用いられる自動ピアノの基本的特性を定めるものであり、リファレンス速度Ｖｒ、打弦速度およびリファレンス時間差Ｔｒの関係を記述したデータである。

図２〜図５について説明したように、リファレンス速度Ｖｒ、打弦速度およびリファレンス時間差Ｔｒには、相関関係がある。従って、単打および連打状態におけるリファレンス速度Ｖｒに対して、打弦速度およびリファレンス時間差Ｔｒのサンプリング結果が多数測定され、これら相互の関係を表す近似曲線の定数が最小自乗法等により求められるのである。

すなわち、リファレンス速度Ｖｒと打弦速度との関係を示すテーブル、リファレンス速度Ｖｒとリファレンス時間差Ｔｒとの関係を示すテーブル等が、全自動ピアノに対する共通のパラメータとして、自動ピアノの工場出荷時にＲＯＭ等に書き込まれる。このような呼称データ通りの特性を有する自動ピアノを、以下「呼称ピアノ」と呼ぶ。
また、呼称データは複数の自動ピアノの実測値の平均値によって求めたり、設計上の理想値であってもよい。このような場合、呼称ピアノは実在しないことになる。

なお、本明細書においては、種々のパラメータに対して「呼称」、「実」および「仮想」の接頭語を用いているため、これらについて説明しておく。「呼称」とは、上述したように呼称ピアノにおけるパラメータを示すものである。また、「実」とは、実際に記録・再生に用いられる自動ピアノにおいて、センサ等によって得られる実測値を指す。また、「仮想」とは、これら実測値や学習結果等に基づいて、実際に記録・再生に用いられる自動ピアノ上の状態を仮想したものである。

３．２．学習処理
実際に記録・再生に用いられる自動ピアノの特性は、一般的に呼称ピアノのものとは異なる。そこで、記録・再生を行う前に、使用される自動ピアノと呼称ピアノとの個体差を学習しておく必要がある。この学習内容について以下詳述する。

３．２．１．サーボ系のパラメータ設定
上述したように、ソレノイド５には、プランジャの速度を検出する検出機構が設けられており、これにより検出されたプランジャ速度がフィードバック信号（例えば電圧）としてサーボコントローラ１２にフィードバックされる。ここで、この速度フィードバック信号をサーボコントローラ１２の内部で用いられる値（内部正規化値という）に変換するために、最初に速度フィードバック値に所定値（センサ・オフセット値）が加算され、その結果に対して他の所定値（センサ・ゲイン）が乗算されることになる。

そこで、自動ピアノの各鍵毎に上記センサ・オフセット値とセンサ・ゲインとを求めておく必要がある。センサ・オフセット値は、鍵の静止状態における速度フィードバック信号のレベルを測定することによって得られる。また、センサ・ゲインは、上記センサ・オフセット値と、キーセンサ２５で測定された押鍵・離鍵速度と、速度フィードバック信号のレベルとに基づいて計算される。

そして、この学習結果は、呼称押鍵速度ｖPrと押鍵サーボ指示速度値ｖPsとの関係を規定するテーブルｖPs＠ｖPr、および呼称離鍵速度ｖNrと離鍵サーボ指示速度値ｖNsとの関係を規定するテーブルｖNs＠ｖNrとして、モーションコントローラ１１に記憶される。

３．２．２．押鍵時の個体差の学習
次に、押鍵時における各種のパラメータの学習について、図１４を参照し説明する。
まず、サーボコントローラ１２が、押鍵指示時刻ｔPs0において、一定の押鍵速度ｖPrで押鍵動作を行うべくソレノイド５を駆動制御したとする。この場合、サーボコントローラ１２のサーボ限界により、鍵は完全な直線運動を行うことができず、同図の実押鍵軌道Ｌ₁に示すように、立ち上がりが鈍くなる。

これに対して、本実施形態においては、実押鍵軌道Ｌ₁の収束状態の部分の接線をレスト位置まで伸ばした仮想押鍵軌道Ｌ₂を想定する。この仮想押鍵軌道Ｌ₂とレスト位置とが交差する時点を仮想押鍵出発時刻ｔPc0といい、仮想押鍵軌道Ｌ₂がエンド位置に達する時刻を仮想押鍵エンド到着時刻ｔPc5といい、仮想押鍵出発時刻ｔPc0と押鍵指示時刻ｔPs0との差を押鍵立上むだ時間ＴPdという。換言すれば、押鍵指示時刻ｔPs0に押鍵指示が行われると、押鍵立上むだ時間ＴPdを経過した後に、仮想押鍵軌道Ｌ₂に沿って鍵が定速駆動されるものと想定する。

また、仮想押鍵軌道Ｌ₂がレスト位置からエンド位置に至るまでの時間を仮想押鍵移動時間ＴPmという。さて、実押鍵軌道Ｌ₁に従って鍵が駆動されると、打弦イベントが発生する。このイベントの発生時刻を実打弦時刻ｔHといい、打弦速度を実打弦速度ｖHという。次に、実打弦時刻ｔHおよび実打弦速度ｖHを各々呼称打弦時刻および呼称打弦速度とした場合、かかる打弦イベントを発生させるような呼称押鍵軌道Ｌ₃を、呼称データに基づいて、図示のように定めることができる。

ところで、図示のように、仮想押鍵軌道Ｌ₂および呼称押鍵軌道Ｌ₃は、傾きが等しいこととしている。すなわち、仮想押鍵移動時間ＴPmは呼称押鍵移動時間にも等しいことになる。ここで、呼称押鍵軌道Ｌ₃とレスト位置が交差する時刻を呼称押鍵出発時刻ｔPr0、呼称押鍵軌道Ｌ₃がエンド位置に達する時刻を呼称押鍵エンド到着時刻ｔPr5という。なお、呼称押鍵エンド到着時刻ｔPr5を「押鍵リファレンス時刻」ともいう。

次に、仮想押鍵エンド到着時刻ｔPc5と呼称押鍵エンド到着時刻ｔPr5との差（ｔPr5−ｔPc5）を押鍵エンド到着時刻偏差ＴPcという。また、実（呼称）打弦時刻ｔHと、呼称押鍵エンド到着時刻ｔPr5との差（ｔh−ｔPr5）を呼称打弦時間差ＴPrHという。このように、押鍵指示時刻ｔPs0から実打弦時刻ｔHまでの時間は、(１)押鍵立上むだ時間ＴPd、(２)仮想押鍵移動時間ＴPm、(３)押鍵エンド到着時刻偏差ＴPcおよび(４)呼称打弦時間差ＴPrHの総和に等しい。

そこで、これら各々について、自動ピアノの個体差が反映されるか否かについて検討する。
（１）押鍵立上むだ時間ＴPdについて
押鍵立上むだ時間ＴPdは、サーボコントローラ１２における定数のばらつきや、鍵の慣性モーメント等によって変動する。

（２）仮想押鍵移動時間ＴPmについて
本実施形態にあっては、仮想押鍵速度と呼称押鍵速度とが等しいものとしているため、実打弦速度ｖHが得られると、これに対応するリファレンス速度Ｖｒ（仮想押鍵速度ｖPrそのものに等しい）が一意に求まる。そして、レスト位置からエンド位置までのストロークは自動ピアノの種類に応じて一意に定まる。結局、仮想押鍵移動時間ＴPmは、実打弦速度ｖHに基づいて一意に定まる。

（３）押鍵エンド到着時刻偏差ＴPcについて
押鍵エンド到着時刻偏差ＴPcは、ピアノのアクション部分の質量や慣性モーメント等の個体差に基づいて変動する。
（４）呼称打弦時間差ＴPrHについて
呼称打弦時間差ＴPrHは、実打弦速度ｖHに対応する呼称データに基づいて一意に定まる。

上述した各パラメータのうち、押鍵立上むだ時間ＴPdおよび押鍵エンド到着時刻偏差ＴPcは、自動ピアノの個体差によって変動する。しかし、押鍵立上むだ時間ＴPdは一意に定まると看做してもさしつかえない。これは、押鍵立上むだ時間ＴPdが一意に定まると看做した場合に生ずる誤差を、押鍵エンド到着時刻偏差ＴPcの学習結果に加味しておけばよいからである。そこで、本実施形態においては、上記各種の時間のうち、押鍵エンド到着時刻偏差ＴPcのみを、呼称押鍵速度に対する学習対象とする。

換言すれば、各種の状況を設定しながら、サーボコントローラ１２に対して押鍵指示を行い、押鍵指示時刻ｔPs0から実打弦時刻ｔHまでの時間を測定し、これら測定された時間から各々押鍵立上むだ時間ＴPd、仮想押鍵移動時間ＴPmおよび呼称打弦時間差ＴPrHを減算することにより、押鍵エンド到着時刻偏差ＴPcが得られる。
そして、得られた多数の測定結果に基づいて、最小自乗法等の手法により、呼称押鍵速度ｖPrに対する押鍵エンド到着時刻偏差ＴPcの近似関数を得ることができる。本実施形態にあっては、この近似関数がテーブルＴPc＠ｖPrに記憶される。

３．２．３．離鍵時の個体差の学習
上述した押鍵時の動作では、打弦速度および打弦時刻の再現性を重視したため、呼称押鍵速度と仮想押鍵速度とを相違させなければならない場合もあった。しかし、離鍵時においては呼称離鍵速度と仮想離鍵速度とが全く等しいものと考えて差し支えない。従って、学習は、時間軸上のタイミングの個体差について行えば十分である。

その詳細を図１４を再度参照し説明する。
まず、サーボコントローラ１２が、離鍵指示時刻ｔNs5において、一定の離鍵速度ｖDで離鍵動作を行うべくソレノイド５を駆動制御したとする。この場合も、サーボコントローラ１２のサーボ限界により、鍵は完全な直線運動を行うことができず、同図の実離鍵軌道Ｌ₄に示すように、立ち下がりが鈍くなる。

これに対して、本実施形態においては、実離鍵軌道Ｌ₄の収束状態の部分の接線をエンド位置まで伸ばした仮想離鍵軌道Ｌ₅を想定する。この仮想離鍵軌道Ｌ₅とエンド位置とが交差する時点を仮想離鍵出発時刻ｔNc5といい、仮想離鍵軌道Ｌ₅が離鍵位置（キーセンサ２５の上方のフォトセンサが遮光される位置）に達する時刻を仮想離鍵Ｋ２到着時刻ｔNc2という。

また、離鍵指示時刻ｔNs5と仮想離鍵出発時刻ｔNc5との差を離鍵立上むだ時間ＴNdという。換言すれば、離鍵指示時刻ｔNs5に離鍵指示が行われると、離鍵立上むだ時間ＴNdを経過した後に、仮想離鍵軌道Ｌ₅に沿って鍵が定速駆動されるものと想定する。

また、仮想離鍵軌道Ｌ₅がエンド位置から離鍵位置に至るまでの時間を仮想離鍵移動時間ＴNmという。さて、離鍵立上むだ時間ＴNdについては呼称値が定められている。この離鍵立上むだ時間ＴNdの呼称値と、実測された離鍵速度とに基づいて得られた離鍵軌道を呼称離鍵軌道Ｌ₆という。また、呼称離鍵軌道Ｌ₆が離鍵位置に達する時刻を呼称離鍵Ｋ２到着時刻ｔNr2といい、呼称離鍵Ｋ２到着時刻ｔNr2と仮想離鍵Ｋ２到着時刻ｔNc2との差を離鍵Ｋ２到着時刻偏差ＴNcという。

また、離鍵時刻ｔD（実離鍵時刻）と、呼称離鍵Ｋ２到着時刻ｔNr2との差を呼称離鍵時間差ＴNrDという。呼称離鍵時間差ＴNrDは、「０」に設定される。そして、押鍵時において押鍵エンド到着時刻偏差ＴPcが各種の呼称押鍵速度に対して学習されたのと同様に、各種の呼称離鍵速度に対して、離鍵Ｋ２到着時刻偏差ＴNcが学習される。そして、この学習結果はテーブルＴNc＠ｖNrに格納される。

３．３．演奏記録動作
演奏記録を行う場合、演奏者は、まず演奏記録部３０を動作状態にしておき、自動ピアノを演奏する。これにより、演奏記録部３０においてハンマーイベントおよび鍵イベント等が記録される。
次に、演奏者が記録後処理部３１を動作させると、図６に示すプログラムが実行される。図において処理が開始されると、ステップＳＰ１００において各種の変数の初期設定が行われる。次に処理がステップＳＰ１０１に進むと、演奏記録部３０からハンマーイベントおよび鍵イベント等のデータが読出される。また、ステップＳＰ１０１においては、読出されたデータに対して対応関係にあるデータも併せて読出される。例えば、最初に読出されたデータが所定のキーコードＫＣの押鍵イベント（押鍵時刻）であった場合、そのキーコードＫＣの離鍵イベント（離鍵時刻）およびハンマーイベント（打弦時刻、打弦速度）が検索され、存在するならばこれらのデータも演奏記録部３０から読出される。

３．３．１．一般的な演奏状態に対する動作
次に、処理がステップＳＰ１０２を介してステップＳＰ１０３に進むと、先に読出されたデータの対応関係がどのような状態であるか判定される。一般的な（正常な）演奏状態では、押鍵イベントと離鍵イベントとの間に１回のハンマーイベントが存在する。かかる場合は処理がステップＳＰ１０４に進む。ステップＳＰ１０４においては、押鍵時刻が打弦時刻以下であるか否かが判定される。一般的な状態では押鍵イベントが生じた後にハンマーイベントが生じるから「ＹＥＳ」と判定され、処理がステップＳＰ１０５に進む。ステップＳＰ１０５においては、押鍵時刻および打弦時刻の時間差が所定値Ａ以上であるか否かが判定される。

ここで、所定値Ａは一般的な押鍵状態における押鍵時刻，打弦時刻間の時間よりも若干余裕を持った値、例えば「１０ｍｓｅｃ」に設定されている。従って、一般的な演奏状態では「ＮＯ」と判定され、処理がステップＳＰ１１３に進む。ステップＳＰ１１３においては、先にステップＳＰ１０１で読出されたデータに上述した正規化処理が施される。すなわち、ステップＳＰ１０１で読出された打弦速度、打弦時刻、離鍵速度、離鍵時刻等のデータが、学習結果に基づいて、呼称ピアノにおける打弦速度、打弦時刻等に変換されるのである。そして、このデータは、ステップＳＰ１１４において、演奏データとして外部に出力される。出力された演奏データは磁気ディスク等の記録媒体に適宜記録される。

以上の処理が終了すると、処理がステップＳＰ１０１に戻り、演奏記録部３０から次のデータが読出され、上述したのと同様の処理が行われる。そして、演奏記録部３０に記録されたデータの全てが既に読み出され、ステップＳＰ１０１において新たなデータを読み出せなかった場合は、ステップＳＰ１０２で「ＹＥＳ」と判定され、記録後処理部３１の動作が終了する。
このように、一般的な演奏状態においては、演奏記録部３０から読出されたデータに対して単に正規化処理が施され、その結果が演奏データとして出力されることが判る。

３．３．２．遅い押鍵に対する動作
演奏記録時において何れかの鍵がゆっくりと押下されると、押鍵時刻から打弦時刻までの時間が所定値Ａよりも長くなる場合がある。かかる演奏状態が演奏記録部３０に記録された場合は、ステップＳＰ１０５において「ＹＥＳ」と判定され、処理はステップＳＰ１０６に進む。ステップＳＰ１０６においては、所定値Ｂが押鍵速度で除算され、その商は押鍵時刻，打弦時刻の時間差以上であるか否かが判定される。ここで「ＮＯ」と判定されると、処理はステップＳＰ１１３に進む。すなわち、押鍵速度が遅い場合には、時間差が所定値Ａを越えている場合であっても、この時間差が押鍵速度に鑑みて妥当な値であれば、一般的な場合と同様に処理をステップＳＰ１１３に進めることとしたものである。ここで、所定値Ｂは、例えば「１０ｍｍ」（所定値Ｂのディメンジョンはｓ・ｍｍ／ｓ＝ｍｍになる）程度に設定するとよい。

３．３．３．離鍵／押鍵イベント抜けに対する動作
先に図１１について説明したように、ハーフストロークの連打を行った場合等においては、複数のハンマーイベントの間に離鍵／押鍵イベントが存在しない場合がある。かかる状態のデータが読出され処理がステップＳＰ１０３に進むと、離鍵／押鍵イベント抜けであると判定され、処理がステップＳＰ１１１に進む。ステップＳＰ１１１においては、最後のハンマーイベントを除く全てのハンマーイベントに対応して、各打弦時刻と同一時刻のダミーの離鍵および押鍵イベントが追加される。

次に、処理がステップＳＰ１１２に進むと、追加されたダミーの離鍵および押鍵イベントの内容が修正される。その内容を、以下詳述する。
まず、離鍵／押鍵イベント抜けが生じた場合においても、ハンマーイベントの内容、すなわち打弦時刻および打弦速度は既知である。また、先に図２〜図５において説明したように、打弦速度が既知であればリファレンス速度Ｖｒおよびリファレンス時間差Ｔｒを求めることができる。従って、「打弦時刻よりもリファレンス時間差Ｔｒだけ前の時刻にリファレンス点を通過し、かつ、リファレンス速度Ｖｒの傾きを有する直線」は一意に決定される。

本実施形態においては、押鍵時の鍵軌道は上記直線に沿った等速打鍵のものと仮定し、これによってダミーの押鍵イベントの内容が修正される。すなわち、ダミーの押鍵イベントについて、押鍵時刻は上記直線がセンサ位置と交差する時刻に設定され、押鍵速度はリファレンス速度Ｖｒに等しくなるように（すなわち等速打鍵になるように）設定される。

また、ダミーの離鍵速度は、当該自動ピアノの機構上実現できる最大の離鍵速度、すなわち演奏者が鍵に全く触れていない場合の離鍵速度に設定される。この場合、ハンマーイベントが生じた後に直ちに離鍵が開始されたものと仮定する。従って、離鍵時刻は、ハンマーイベントを起点とする最大傾斜の離鍵軌道がセンサ位置と交差する時刻に設定される。
このように、ダミーの離鍵および押鍵イベントが追加され、これらの内容が修正されると、処理がステップＳＰ１１３に進み、一般的な場合と同様の処理が行われる。

３．３．４．ハンマーイベント抜けに対する動作
先に図１２の時刻ｔ₃〜ｔ₄について説明したように、ハーフストローク奏法を行った場合は、押鍵イベントおよび離鍵イベントは生ずるが、これらに対応するハンマーイベントは発生しないことがある。かかる状態のデータが読出され処理がステップＳＰ１０３に進むと、ハンマーイベント抜けであると判定され、処理がステップＳＰ１０７に進む。ステップＳＰ１０７においては、押鍵時刻と同一時刻にダミーのハンマーイベントが追加される。

次に、処理がステップＳＰ１０８に進むと、ダミーのハンマーイベントに係る打弦速度が微少値、すなわち発音されない程度の値に設定される。また、かかる微少な打弦速度に対応してリファレンス速度Ｖｒおよびリファレンス時間差Ｔｒが求まるから、上記ステップＳＰ１１２と同様に、「打弦時刻よりもリファレンス時間差Ｔｒだけ前の時刻にリファレンス点を通過し、かつ、リファレンス速度Ｖｒの傾きを有する直線」が一意に決定され、その内容に基づいて押鍵イベントの内容が修正される。
このように、弱いハンマーイベントが追加されるとともに押鍵イベントの内容が修正されると、処理がステップＳＰ１１３に進み、一般的な場合と同様の処理が行われる。

３．３．５．押鍵時刻，打弦時刻の時間差が大き過ぎる場合の処理
押鍵時刻，打弦時刻の時間差が大きすぎる場合の具体例を、図１３(ａ)〜(ｃ)に示す。これらの図において、鍵軌道は時刻ｔ₁にセンサ位置に達しており、この時刻ｔ₁に押鍵イベントが発生している。しかし、この時の押鍵動作はダンパー操作を行うためのハーフストロークであり、ハンマーイベントは発生していない。その後、センサ位置近くまで鍵が戻されるが、センサ位置に達する前の時刻ｔ₂において再び鍵が押下され、時刻ｔ₃にハンマーイベントが発生し、時刻ｔ₄に離鍵イベントが発生している。

上記例では、押鍵イベントと離鍵イベントの間に１回のハンマーイベントが存在する。従って、ステップＳＰ１０３においては、各イベント間の関係は一応正常なものと判定され、処理はステップＳＰ１０４に進む。しかし、上記例では押鍵時刻と打弦時刻の時間差が大きすぎるため、ステップＳＰ１０５，１０６において何れも「ＹＥＳ」と判定され、処理がステップＳＰ１０７に進む。ステップＳＰ１０７においては、上記“ハンマーイベント抜け”の場合と同様に、ダミーの弱いハンマーイベントが追加される（同図(ｄ)参照）。しかし、ダミーのハンマーイベントを追加したために、押鍵イベントと離鍵イベントの間に２回のハンマーイベントが生ずることになる。これは、“離鍵／押鍵イベント抜け”の場合と同様の状態であるため、ダミーのハンマーイベントと同一時刻に、ダミーの離鍵および押鍵イベントがさらに追加される（同図(ｅ)参照）。

次に、処理がステップＳＰ１０８に進むと、ダミーのハンマーイベントに係る打弦速度が微少値に設定され、これに伴って時刻ｔ₁に発生した押鍵イベントの内容も修正される。そして、以上の処理が終了すると、処理がステップＳＰ１１３に進み、一般的な場合と同様の処理が行われる。また、ダミーの離鍵および押鍵イベントは、前述した離鍵／押鍵イベント抜けに対する動作と同様にその内容が修正される。

３．３．６．打弦時刻が押鍵時刻よりも早い場合の処理
一般的な演奏状態では、最初に押鍵イベントが生じた後、ハンマーイベントが発生する。従って、打弦時刻が押鍵時刻よりも早くなることは、ほとんど起り得ないと考えられる。しかし、例えば同一の鍵を高速に連打した場合などにおいて、ハンマー２やアクション３の運動状態によっては、かかる事態が生じる可能性も否定できない。

かかる場合は、ステップＳＰ１０４において「ＮＯ」と判定され、処理がステップＳＰ１０９に進む。ステップＳＰ１０９においては、打弦時刻と押鍵時刻の時間差が所定値Ｃ（例えば１０ｍｓｅｃ）以上であるか否かが判定される。ここで「ＹＥＳ」と判定されると、ステップＳＰ１１０において所定値Ｄ（例えば１０ｍｍ）が打弦速度で除算され、その商は上記時間差以上であるか否かが判定される。

ここで、打弦時刻と押鍵時刻との時間差が大きい場合には、ステップＳＰ１０９，１１０の何れにおいても「ＹＥＳ」と判定されるのであるが、かかる場合にはハンマーイベントは押鍵イベントから独立したものと推定することができる。すなわち、同一鍵の高速連打等を行った場合はハンマー２やアクション３が特殊な運動状態になるため、レスト位置からセンサ位置直前までの短い距離の押鍵動作（この押鍵動作はキーセンサ２５によっては検出されない）によってもハンマーイベントが生じることも考えられる。かかる打弦動作が行われた後、ダンパー操作のみを行う弱い押鍵動作（この操作によって押鍵／離鍵イベントは生じるが、ハンマーイベントは生じない）が行われると、結果的にハンマーイベント、押鍵イベント、および離鍵イベントの順で各イベントが発生する。

そこで、かかる場合は、処理をステップＳＰ１１１に進め、ハンマーイベントと同時刻にダミーの押鍵／離鍵イベントを追加するとともに、その後に生じる押鍵イベントと離鍵イベントとの間にダミーの弱いハンマーイベントを追加することとしている。

一方、打弦時刻と押鍵時刻との時間差が小さい場合には、ステップＳＰ１０９，１１０の何れかにおいて「ＮＯ」と判定されるのであるが、かかる場合には押鍵イベントとハンマーイベントとがなんらかの関係を有していると推定されるため、各々独立にダミーイベントを追加したのでは、かえって不都合な結果を招くことも考えられる。そこで、かかる場合は、処理をステップＳＰ１１３に進め、ステップＳＰ１０１において読出されたデータに対して、ダミーイベントを追加することなく正規化処理を施すこととしている。なお、ハンマーイベントの後に押鍵イベントが発生するような状態では、後にリファレンス軌道を生成する際に不都合が生じるため、押鍵時刻が打弦時刻の前になるように押鍵イベントの内容を変更しておくと良い。そして、処理がステップＳＰ１１２に進むと、押鍵イベントおよび離鍵イベントの内容が修正される。

なお、上述した各処理においては、ダミーのイベントを適宜追加するために、現実にはあり得ない順番で鍵イベントが配列されることがある。例えば、図１２(ｅ)に示す例にあっては、時刻ｔ₂₁に押鍵イベントが発生した後、再び時刻ｔ₂₂に押鍵イベントが発生し、時刻ｔ₂₃，ｔ₂₄においても連続して離鍵イベントが発生している。従って、どの押鍵イベントがどの離鍵イベントと対応するのかを明確にするために、演奏データを外部に出力する際に識別情報を付与しておくとよい。また、同図に示すように、複数の押鍵／離鍵イベントに基づいて生成されるリファレンス軌道は相互に交差することもあるが、その対策については後述する。

３．４．演奏再生動作
３．４．１．押鍵に対するデータ設定
さて、上述のように記録後処理部３１を介して出力された演奏データは磁気ディスク等の記録媒体に適宜記録されるが、この演奏データに基づいて自動演奏を行う場合には、演奏データを再生前処理部１０に供給する。以下、本実施形態における再生前処理部１０について説明する。この実施形態においては、鍵軌道として直線を想定するので、次のような手法で軌道データの設定を行う。

磁気ディスク等の記録媒体に記録された演奏データは呼称ピアノに対するものであるから、これを再生に供される自動ピアノ用に補償しつつ鍵を駆動制御する必要がある。そこで、再生前処理部１０にあっては、押鍵イベントと、これに対応する打弦イベントを検出すると、これに応じて押鍵指示のタイミングと押鍵サーボ指示速度値ｖPsとを算出する。かかる処理の詳細について、図１５を参照し説明する。

図において処理がステップＳＰ２１に進むと、テーブルｖPr＠ｖHと、演奏データの打弦速度ｖHとに基づいて、呼称押鍵速度ｖPrが求められる。なお、テーブルｖPr＠ｖHは、呼称データに含まれるテーブルであり、呼称ピアノにおける呼称押鍵速度ｖPrと打弦速度ｖHとの対応を規定するものである。また、テーブルＴPrH＠ｖPrと、上記呼称押鍵速度ｖPrとに基づいて、呼称打弦時間差ＴPrHが求められる。このテーブルＴPrH＠ｖPrも呼称データに含まれるものであり、呼称押鍵速度ｖPrと呼称打弦時間差ＴPrHとの関係を規定するものである。

次に、処理がステップＳＰ２２に進むと、演奏データの実打弦時刻ｔHから、上記呼称打弦時間差ＴPrHが減算され、これによって呼称押鍵エンド到着時刻ｔPr5が求められる。また、ストロークｘk（例えば１０ｍｍ）が呼称押鍵速度ｖPrで除算され、仮想押鍵移動時間ＴPm（呼称押鍵移動時間に等しい）が計算される。さらに、呼称押鍵エンド到着時刻ｔPr5から仮想押鍵移動時間ＴPmが減算されることにより、呼称押鍵出発時刻ｔPr0が得られる。

次に、処理がステップＳＰ２３に進むと、上記呼称押鍵速度ｖPrと、テーブルＴPc＠ｖPrとに基づいて、押鍵エンド到着時刻偏差ＴPcが求められる。なお、テーブルＴPc＠ｖPrは、上述した学習により得られたものであり、呼称押鍵速度ｖPrと押鍵エンド到着時刻偏差ＴPcとの関係を記述したテーブルである。また、押鍵立上むだ時間ＴPdとして固定値が代入される。そして、呼称押鍵エンド到着時刻ｔPr5から押鍵エンド到着時刻偏差ＴPcが減算されることにより、仮想押鍵エンド到着時刻ｔPc5が求められる。

次に、処理がステップＳＰ２４に進むと、上記仮想押鍵移動時間ＴPmおよび押鍵立上むだ時間ＴPdが仮想押鍵エンド到着時刻ｔPc5から減算され、これによって押鍵指示時刻ｔPs0が求められる。なお、かかる演算は、呼称押鍵出発時刻ｔPr0から押鍵エンド到着時刻偏差ＴPcおよび押鍵立上むだ時間ＴPdを減算することによって求めても等価である。そして、押鍵サーボ指示速度値ｖPsが、テーブルｖPs＠ｖPrと呼称押鍵速度ｖPrとに基づいて求められる。

以上の処理により、押鍵サーボ指示速度値ｖPsと、呼称押鍵出発時刻ｔPr0とが求められた。従って、サーボコントローラ１２においては、呼称押鍵出発時刻ｔPr0に、押鍵サーボ指示速度値ｖPsに従ってソレノイド５の駆動が開始されることになる。

３．４．２．押鍵に対する軌道生成
次に、以上のようにして生成される軌道データの一例を説明する。図７は、鍵の押鍵軌道（仮想押鍵軌道である直線軌道）を示す図であり、レスト位置Ｘ₀から等速運動をしてエンド位置Ｘeに至っている。ここで、鍵の初速度をＶ₀（呼称押鍵速度ｖPrに等しい）、鍵の位置をＸ、鍵の駆動開始時点からの時刻をｔとすれば、鍵の仮想軌道は、

（数３）
Ｘ＝Ｖ₀・ｔ＋Ｘ₀
と表される。
また、鍵がリファレンスポイントＸｒに達する時刻をｔｒ'とすると、

（数４）
Ｘｒ＝Ｖ₀・ｔｒ’＋Ｘ₀
なる式が成り立つから、この数４から時刻ｔｒ'を求めることができる。したがって、押鍵を開始する押鍵開始時刻ｔ₀（仮想押鍵出発時刻ｔPc0）は、次式によって求めることができる。

（数５）
ｔ₀＝ｔｒ―ｔｒ’＝ｔｒ―（Ｘｒ―Ｘ₀）／Ｖ₀
なお、リファレンス時刻ｔｒは、前述のように、打弦時刻からリファレンス時間差Ｔｒを減算することによって求める。
上記数５によって押鍵開始時刻ｔ₀を求め、この時刻から、数３で示される軌道に従って鍵１を駆動すれば、鍵１は、リファレンス時刻ｔｒにおいて正確にリファレンスポイントＸｒに達し、しかも、その時の速度は、打弦強度データに対応したリファレンス速度Ｖｒとなる。

なお、鍵の挙動については、直線軌道（等速運動）を想定しているから、速度は初速度Ｖ₀に等しい。そして、リファレンス速度Ｖｒは、前述の数１によって求められるから、数５で求めた押鍵開始時刻ｔ₀から一定速度Ｖｒで鍵を駆動するように制御（速度制御）しても上記と同様の結果を得ることができる。

３．４．３．離鍵に対するデータ設定
次に、再生前処理部１０は、離鍵イベントを検出すると、これに対するデータ設定を行う。その詳細を図１６を参照し説明する。
図において処理がステップＳＰ３１に進むと、テーブルｖNr＠ｖDと、演奏データの離鍵速度ｖDとに基づいて、呼称離鍵速度ｖNrが求められる。なお、離鍵速度ｖDと呼称離鍵速度ｖNrは等しいものとしているため、実際にはリニアスケールからログスケールへの変換が行われるのみである。すなわち、テーブルｖNr＠ｖDは、対数表と等価なテーブルである。また、ステップＳＰ３１においては、呼称離鍵時間差ＴNrDに「０」が代入される。

次に、処理がステップＳＰ３２に進むと、演奏データ内の離鍵時刻ｔDから呼称離鍵時間差ＴNrDが減算されることによって呼称離鍵Ｋ２到着時刻ｔNr2が求められる。ここで、先に呼称離鍵時間差ＴNrDは「０」に設定されているから、呼称離鍵Ｋ２到着時刻ｔNr2は演奏データにおける離鍵時刻ｔDと等しい値になる。

また、ストロークｘkからレスト位置−離鍵位置間距離ｘk2（これは自動ピアノにおける固定値）が減算される。この減算結果は、離鍵位置ｋ2からエンド位置までの距離に等しい。そして、この減算結果が呼称離鍵速度ｖNrで除算されることにより、仮想離鍵移動時間ＴNmが求められる。そして、求められた仮想離鍵移動時間ＴNmを、呼称離鍵Ｋ２到着時刻ｔNr2から減算することにより、呼称離鍵出発時刻ｔNr5が得られる。

次に、処理がステップＳＰ３３に進むと、テーブルＴNc＠ｖNrと、呼称離鍵速度ｖNrとに基づいて、離鍵Ｋ２到着時刻偏差ＴNcが求められる。なお、上述したように、テーブルＴNc＠ｖNrは、離鍵Ｋ２到着時刻偏差ＴNcと呼称離鍵速度ｖNrとの関係を学習した結果であ。また、離鍵立上むだ時間ＴNdに対して、学習結果（固定値）が代入される。そして、呼称離鍵Ｋ２到着時刻ｔNr2から上記離鍵Ｋ２到着時刻偏差ＴNcが減算されることにより、仮想離鍵Ｋ２到着時刻ｔNc2が求められる。

次に、処理がステップＳＰ３４に進むと、仮想離鍵Ｋ２到着時刻ｔNc2から仮想離鍵移動時間ＴNmおよび離鍵立上むだ時間ＴNdが減算され、離鍵指示時刻ｔNs5が算出される。なお、離鍵指示時刻ｔNs5は、呼称離鍵出発時刻ｔNr5から離鍵Ｋ２到着時刻偏差ＴNcと離鍵立上むだ時間ＴNdを減算することによって求めてもよい。そして、離鍵サーボ指示速度値ｖNsが、テーブルｖNs＠ｖNrと、呼称離鍵速度ｖNrとに基づいて求められる。

以上の処理により、離鍵サーボ指示速度値ｖNsと、離鍵指示時刻ｔNs5とが求められた。従って、サーボコントローラ１２においては、離鍵指示時刻ｔNs5に、離鍵サーボ指示速度値ｖNsに従ってソレノイド５の駆動が開始されることになる。

３．４．４．離鍵に対する軌道生成
次に、離鍵時の軌道データ作成について説明する。
まず、鍵の位置をＸＮ、離鍵初速度をＶ₀Ｎ（＜０）、離鍵開始時点からの時刻をｔＮ、エンド位置をＸｅとすれば、離鍵時の鍵軌道（仮想鍵軌道）は、次式で表される。なお、離鍵初速度Ｖ₀Ｎの絶対値は、呼称離鍵速度ｖNrに等しい。

（数６）
ＸＮ＝Ｖ₀Ｎ・ｔＮ＋Ｘｅ
ここで、図８は数６で示される軌道を示す図である。
さて、前述のように、演奏記録部３０（図１参照）は、キーセンサ２５内の下方のフォトセンサが受光状態になってから上方のフォトセンサが受光状態になるまでの時間を測定して離鍵速度ｖｋＮを検出し、また、上方のフォトセンサが受光状態になった時刻を離鍵時刻ｔｋＮ（離鍵時刻ｔDに等しい）として検出する。この場合、離鍵時刻ｔｋＮにおけるダンパー６は、弦４に接して音の減衰を開始する状態なっている（そのような状態になるようフォトセンサの位置が調整されている）。そして、このようにして検出された離鍵速度ＶｋＮおよび離鍵時刻ｔｋＮは、それぞれ演奏情報を構成するデータとして記録され、再生時に読み出される。

ここで、ダンパー６が弦４に接するときの鍵の位置を離鍵リファレンスポイントＸｒＮと定義すれば、鍵１が離鍵リファレンスポイントＸｒＮ（＝離鍵位置ｋ2）に達したときに、離鍵状態になったということができる。したがって、鍵１が離鍵リファレンスポイントＸｒＮに達する時刻（仮想離鍵Ｋ２到着時刻ｔNc2に等しい。以下、離鍵リファレンス時刻ｔｒＮという）と、演奏情報中の離鍵時刻ｔｋＮとが一致するように鍵位置を制御すれば、正確な離鍵タイミング制御を行うことができる。

また、ダンパー６が弦４に接する速さは、音の減衰状態に影響を与えるから、これを忠実に再現することが望ましい。この速さは、離鍵速度ＶｋＮに対応するから、結局、離鍵リファレンスポイントＸｒＮにおける鍵速度（以下、離鍵リファレンス速度ＶｒＮという）を正確に離鍵速度ＶｋＮに一致させれば、音の減衰状態が正確に再現される。
ここで、鍵の駆動が開始される時刻を基準（＝０）にして、鍵がリファレンスポイントＸｒＮに達する時刻をｔｒＮ'とすると、

（数７）
ＸｒＮ＝Ｖ₀Ｎ・ｔｒＮ’＋ＸｅＮ
（ただし、直線軌道だからＶ₀Ｎ＝ＶｒＮ＝ＶｋＮ）
なる関係が成り立ち、この数７より時刻ｔｒＮ'を求めることができる。したがって、次式によって離鍵開始時刻ｔ₀Ｎ（仮想離鍵出発時刻ｔNc5に等しい）を求めることができる。

（数８）
ｔ₀Ｎ＝ｔｒＮ−ｔｒＮ’＝ｔｒＮ−（ＸｒＮ−ＸｅＮ）／Ｖ₀Ｎ
この数８によって離鍵開始時刻ｔ₀Ｎを求め、この時刻から、数６で示される軌道に従って鍵を駆動すれば、鍵は離鍵時刻ｔｋＮにおいて離鍵リファレンスポイントＸｒＮに達し、記録時の離鍵状態を忠実に再現することができる。

３．４．５．交差時の軌道データ作成（交差処理）
押鍵軌道および離鍵軌道は上述のようにして作成されるが、鍵の操作には、離鍵の途中から次の押鍵に移ったり、あるいは、押鍵の途中から離鍵され場合がある。このような場合においては、作成した押鍵軌道と離鍵軌道とが交差する。
例えば、図９はこのような軌道の交差状態を示しており、図示の状態では、時刻ｔ₀から時刻ｔcまで押鍵が行われ、時刻ｔ₁から時刻ｔ₄まで離鍵が行われている。このとき、上述の方法によって生成される押鍵軌道は、時刻ｔ₀にレスト位置Ｘ₀を離れ、時刻ｔ₃においてエンド位置Ｘｅに達する軌道であり、また、離鍵軌道は時刻ｔ₀Ｎにエンド位置Ｘｅを離れ、時刻ｔ₄においてレスト位置Ｘ₀に達する軌道である。

ここで、交差する時刻ｔcを求めることができれば、ｔ₁〜ｔcまでは押鍵軌道に基づいて鍵１を制御し、ｔc〜ｔ₃までは離鍵軌道に基づいて鍵を制御すればよい。ここで、図９に示すような、押鍵の後に発生した離鍵の軌道が交差する場合は、交差時刻ｔcは次のようにして求めることができる。

（数９）
ｔｃ＝（Ｖ₀・ｔ₃−Ｖ₀Ｎ・ｔ₀Ｎ）／（Ｖ₀−Ｖ₀Ｎ）
＝ｔ₀Ｎ＋Ｖ₀・（ｔ₃−ｔ₀Ｎ）／（Ｖ₀−Ｖ₀Ｎ）
なお、数９におけるｔ₃は、次式により算出される。

（数１０）
ｔ₃＝ｔ₀＋（Ｘｅ−Ｘ₀）／Ｖ₀
また、離鍵の後に発生した押鍵の軌道が交差する場合も、２つの直線軌道の交点を求めればよいので、上記と同様の考え方により交差時刻を求めることができる。また、上述したように、本実施形態にあっては適宜ダミーイベントを追加するから、図１２(ｅ)のように、押鍵軌道同士あるいは離鍵軌道同士が交差することも考えられる。押鍵軌道同士が交差する場合には、同図に示すように、先にエンド位置に達する軌道（押鍵速度の速い軌道）を採用するのが妥当である。これは、強いアタックを忠実に再現するためである。一方、離鍵軌道同士が交差する場合には、最初に離鍵速度の速い軌道を採用し、交差点を過ぎた後は、離鍵速度の遅い軌道を採用するとよい。

このようにして、交差時刻を求め、押鍵軌道と離鍵軌道を組み合わせることにより、交差時の軌道データを作成する。
以上が、再生前処理部１０における軌道データの作成であり、このようにして作成された軌道データは、図１に示すモーションコントローラ１１に供給される。モーションコントローラ１１においては、作成された軌道データに基づいて、各時刻における鍵１の位置に対応した位置制御データ（Ｘ）を作成し、サーボコントローラ１２に供給する。サーボコントローラ１２は、位置制御データ（Ｘ）に応じた励磁電流をソレノイド５に供給するとともに、ソレノイド５から供給されるフィードバック信号と制御データ（Ｘ）を比較し、両者が一致するようにサーボ制御を行う。

３．４．６．作成された軌道データの具体例
以下、図１１、図１２、図１３について、上述した軌道データを作成した場合の具体例を説明する。
まず、図１１(ｅ)によれば、時刻ｔ₁₅以前の再生リファレンス軌道は、レスト位置から等速運動をしてエンド位置に至っている。その速度はハンマー速度Ｖｈ₁に対応したリファレンス速度である。その後、リファレンス軌道は、直ちに最大離鍵速度でレスト位置に向かっている。これは、ダミーの離鍵イベントが、当初においてはハンマーイベントと同一の時刻（時刻ｔ₁₅，同図(ｄ)参照）に追加されたためである。この離鍵時の軌道は、時刻ｔ₂₅のハンマーイベントに対応する押鍵軌道と交差しているため、上述した交差処理が行われる。この結果、リファレンス軌道は同図の実線に示すようになる。

次に、図１２(ｅ)によれば、時刻ｔ₁の押鍵イベント、時刻ｔ₂の離鍵イベントおよび時刻ｔ₁₅のハンマーイベントに対応して、時刻ｔ₂₂およびｔ₂₃に一点鎖線Ｌ₁と交差する軌道が生成されている。一方、同図(ｄ)によれば、時刻ｔ₃に弱いハンマーイベントが追加されているから、これに対応して傾きの小さな軌道（時刻ｔ₂₁に一点鎖線Ｌ₁と交差する軌道）が生成されている。両者は交差するから、上述した場合と同様に交差処理が行われる。

次に、図１３(ｆ)によれば、時刻ｔ₁に至るまで、傾きの小さな押鍵軌道が生成されている。これは、時刻ｔ₁に追加された弱いハンマーイベント（同図(ｄ)参照）に対応するものである。そして、時刻ｔ₁以降は、最大離鍵速度でレスト位置に向かう離鍵軌道が生成されている。その後、時刻ｔ₃のハンマーイベントに対応して押鍵軌道が生成されており、その傾きはハンマー速度Ｖｈ₁に対応したリファレンス速度に等しい。この例においては、押鍵／離鍵軌道は交差しないから、得られた押鍵／離鍵軌道がそのままリファレンス軌道になる。

３．４．７．演奏再生の全体動作
次に、演奏再生時における実施形態の全体動作を説明する。
まず、再生前処理部１０は、記録媒体から演奏情報を読み出し、その中の打弦時刻データおよび打弦速度データに基づいて、押鍵軌道を作成する。
作成された押鍵軌道データは、モーションコントローラ１１に供給され、ここで、速度制御データに変換される。すなわち、押鍵指示時刻ｔPs0において呼称押鍵速度ｖPrに対応する速度データがサーボコントローラ１２に供給される。これにより、呼称押鍵速度ｖPrに対応した励磁電流がソレノイド５に供給される。この場合、サーボコントローラ１２は、ソレノイド５のフィードバック信号と速度制御データとを比較し、両者が一致するように励磁電流を制御するから、鍵１の軌道は仮想押鍵軌道に追従するものとなる。

次に、再生前処理部１０は、演奏情報の中の離鍵時刻データ、離鍵速度データに応じて、離鍵軌道を作成し、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は、上述の場合と同様にして、離鍵指示時刻ｔNs5に呼称離鍵速度ｖNrに対応する速度データがサーボコントローラ１２に供給される。これにより、呼称離鍵速度ｖNrに対応した励磁電流がソレノイド５に供給される。これにより、鍵１の軌道は、仮想離鍵軌道に追従するものとなる。

一方、連打等が行われ、押鍵軌道と離鍵軌道、押鍵軌道同士、あるいは離鍵軌道同士が交差するときは、再生前処理部１０が数１０によって交差時刻ｔcを演算し、この時刻を境に、押鍵軌道、離鍵軌道、あるいはこれらの速度を切り換えてモーションコントローラ１１に供給する。これにより、鍵１は押鍵軌道の途中から離鍵軌道に、または、離鍵軌道の途中から押鍵軌道に切り換えられ、あるいは、押鍵・離鍵速度が変更され、いわゆるハーフストロークの奏法に従った運動が行われる。

４．実施形態の効果
以上説明したように、本実施形態によれば、呼称ピアノに対する各自動ピアノの個体差を、押鍵立上むだ時間ＴPd、テーブルＴPc＠ｖPr、テーブルｖPs＠ｖPr、離鍵立上むだ時間ＴNd、テーブルＴNc＠ｖNr、およびテーブルｖNs＠ｖNrに集約して学習するから、簡単な学習に基づいて忠実な演奏再生を行うことができる。
これにより、再生前処理部１０等におけるメモリ容量等も低く抑えることが可能になり、自動ピアノを安価に構成することができる。

５．変形例
本発明は上述した実施形態に限定されるわけではなく、例えば以下のように種々の変形が可能である。
５．１．仮想押鍵・離鍵軌道
上記実施形態においては、仮想押鍵・離鍵軌道として直線軌道を採用したが、特願平６−７９６０４号に示されているような放物線軌道、その他任意の軌道に基づいて押鍵・離鍵速度を制御してもよい。

実際の押鍵操作においては、強打よりも弱打において放物線軌道をとる傾向が強く、直線軌道での再現では再現性が悪化してくる。特に、最弱打（ｐｐｐｐ）に近い押鍵を直線軌道で再現しようとすると、ピアノのアクション部の構造などの理由から、ハンマーへの力伝達が行われず不安定な打弦となることがある。そこで、弱音だけを検出して放物線軌道で再現するようにし、その他の音は直線軌道で再現するように構成してもよい。すなわち、再生前処理部３０において、打弦速度データを所定のしきい値で振り分け、弱音と判定された音に対しては、予め設定した加速度ａを用いて放物線軌道を算出し、これによって鍵を駆動するとよい。

５．２．サーボ制御の変形
また、上記実施形態においては、モーションコントローラ１１とサーボコントローラ１２によって速度サーボ制御を行っていたが、これに代えて、特願平６−７９６０４号に示されているような鍵位置を指示する位置サーボ制御を行っても良い。

この発明の第１実施形態の構成を示すブロック図である。 リファレンスポイントを９．５ｍｍに設定したときの鍵速度と打弦速度の関係を示す図である。 リファレンス時間差Ｔｒと打弦速度との関係を示す図である。 図３を縮尺２倍にした図である。 図３を縮尺４倍にした図である。 記録後処理部３１のフローチャートである。 鍵の押鍵軌道（直線軌道）を示す図である。 数６で示される軌道を示す図である。 押鍵の後に発生した離鍵の軌道が交差する場合を示す図である。 一般的な自動ピアノの構成を示す概略図である。 イベント抜けに対する動作を説明する図である。 イベント抜けに対する動作を説明する図である。 イベント抜けに対する動作を説明する図である。 学習処理の動作説明図である。 押鍵に対するデータ設定処理のフローチャートである。 離鍵に対するデータ設定処理のフローチャートである。

符号の説明

１……鍵、５……ソレノイド、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。

Claims (1)

1. 演奏データを入力する入力手段と、
   前記演奏データを記録したときの演奏を行ったピアノの離鍵速度に対する離鍵到着時刻偏差及び離鍵立上むだ時間を学習する個体差学習手段と、
   学習した前記離鍵到着時刻偏差及び前記離鍵立上むだ時間に基づいて、離鍵サーボ指示速度値及び離鍵指示時刻を算出する算出手段と、
   前記離鍵サーボ指示速度値、前記離鍵指示時刻及び前記演奏データに基づいて、鍵がエンド位置から離鍵してレスト位置に移動するまでの当該鍵の位置と、当該位置に鍵がエンド位置から至るまでに経過した時間との関係を表す離鍵軌道を生成する軌道生成手段と、
   前記離鍵指示時刻において前記離鍵サーボ指示速度値に従った速度で鍵をエンド位置から離鍵させ、前記離鍵軌道に従って鍵が移動するように、当該鍵の駆動を制御する駆動制御手段と
   を備える自動演奏ピアノ。

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