JP2010044247A - 鍵盤ストローク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フロントパンチングが設けられた鍵盤楽器に対して、押鍵強さによらずに正確な鍵盤ストロークを求めることを可能とする装置を提供すること。
【解決手段】ＣＰＵ２００は、センサ部からの出力電圧が基準電圧を超えた場合に押鍵動作が開始されたと判定すると、タイマー部２０２にカウント指示を与える。そして、センサ部１００からの出力電圧が前記基準電圧を下回った場合に離鍵動作が完了した判定すると、テーブル２０７の記憶内容を参照しタイマー部２０２が保持しているタイマー値に対応するセンサ電圧補正量を把握し、この把握したセンサ電圧補正量で最大センサ電圧値を補正して、真の鍵盤ストロークに対応するセンサ電圧幅を求める。
【選択図】図６

Description

本発明は、鍵盤を備えると共に押鍵時の衝撃吸収用の弾性部材（フロントパンチング）が設けられた楽器に対する鍵盤ストロークを検出する装置に関する。

各鍵の検出部のばらつきにより、同じ押鍵速度でも各鍵で同じような音色制御等が行えなかったことを克服するために、検出部を構成する受光素子に至る光量の変化に基づいて押鍵深さを検出し、鍵の押下により検出された鍵位置データから押鍵速度を算出する際に、発光素子、受光素子の素子ばらつきを補正して、補正後のデータにより音色制御等を行う装置が提案されていた（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−１７１４５３号公報（第２−３頁、第１図）

しかしながら、この装置は、素子の製造ばらつきを補正することしか考慮されておらず、以下のような問題があった。これを図７、図８を参照して説明する。図７の符号５は鍵盤を示していて、これは鍵盤５を横方向から見た模式的な断面図である。最も上部には鍵盤５を完全に離鍵している完全離鍵位置にある鍵盤５を示し、最も下部には鍵盤５を完全に押し込んでいる完全押鍵位置にある鍵盤５を示している。そして、この両位置の幅である鍵盤ストロークに対して閾値１（第1接点）、閾値２（第２接点）を設定している。通常、閾値１（第1接点）は、完全離鍵位置から、鍵盤ストロークの約４５（％）の距離を隔てて設定され、また、閾値２（第２接点）は、完全離鍵位置から、鍵盤ストロークの約７５（％）の距離を隔てて設定される。そして、この両閾値の距離と、この両閾値を通過する時間とから押鍵速度を求めるようになっている。

一方、図８は、打鍵時の打鍵衝撃力を吸収する吸収部材であるフロントパンチング（図８では不図示）を設けた鍵盤楽器における、打鍵（押鍵）強さと鍵盤ストロークとの関係の説明図である。ここで、鍵盤ストロークとは、完全離鍵位置および完全押鍵位置の両位置における、鍵盤５の、演奏者に対して手前側先端部の移動量（距離）のことをいう。そして、図８に示すように、打鍵強さが強くなる程、鍵盤ストロークはＳ１、Ｓ２、Ｓ３と大きくなっていくことが分かる。これは、フロントパンチングは、フェルト等の弾性部材で形成されているため、打鍵強さが強い程、このフロントパンチングがより大きく変形されるからである。したがって、通常、アコースティックピアノの鍵盤はフロントパンチングが設けられているため、打鍵強さに応じてフロントパンチングが変形してしまい、意図する鍵盤ストロークに対応したセンサ電圧が得られなくなるという課題があった。この結果、正確でない鍵盤ストロークに対して図７のような閾値設定を行うと押鍵速度や発音、消音タイミングが鍵盤毎に変化してしまうという問題があった。この結果、ピアノ販売後のピアノ設置場所における各種調整作業等も正確に行うことが難しかった。このような課題は、上述したような従来の単なる押鍵速度補正によっては解決されないものであった。

本発明は、かかる従来の課題を解決するためになされたもので、フロントパンチング（打鍵時の衝撃吸収部材）が設けられた鍵盤楽器に対して、押鍵強さによらずに正確な鍵盤ストロークを求めることを可能とする装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、鍵盤を備えると共に押鍵時の衝撃吸収用の弾性部材が設けられた楽器に対する鍵盤ストロークを検出する装置であって、
押鍵深さが深くなるに応じて大きくなる電圧を出力するセンサ部と、
カウント指示が与えられると経過時間（タイマー値）の計測動作を開始し前記センサ部からの出力電圧の最大値が更新される毎にその時点でのタイマー値を更新保持していくタイマー部と、
タイマー値に対するセンサ電圧補正量を記憶した記憶手段と、
自装置動作を制御する制御手段と、を備え、
この制御手段は、
前記センサ部からの出力電圧が予め設定した基準電圧を超えた場合に押鍵動作が開始されたと判定する押鍵開始判定手段と、
この押鍵開始判定に応答して前記タイマー部にカウント指示を与えるカウント指示供給手段と、
前記センサ部からの出力電圧が前記予め設定した基準電圧を下回った場合に離鍵動作が完了したと判定する離鍵完了判定手段と、
この離鍵完了判定に応答して、前記記憶手段の記憶内容を参照し前記タイマー部が保持しているタイマー値に対応するセンサ電圧補正量を把握し、この把握したセンサ電圧補正量で最大センサ電圧値を補正する補正手段と、を含んで成ることを特徴とするようにした。

押鍵開始判定手段がセンサ部からの出力電圧が予め設定した基準電圧を超えた場合に押鍵動作が開始されたと判定すると、カウント指示供給手段は、タイマー部にカウント指示を与える。そして、離鍵完了判定手段がセンサ部からの出力電圧が前記予め設定した基準電圧を下回った場合に離鍵動作が完了されたと判定すると、補正手段は、この判定に応答して、タイマー値に対するセンサ電圧補正量を記憶した記憶手段の記憶内容を参照しタイマー部が保持しているタイマー値に対応するセンサ電圧補正量を把握し、この把握したセンサ電圧補正量で最大センサ電圧値を補正する。この補正の結果、真の鍵盤ストロークに対応するセンサ電圧幅を求めることができる。つまり、打鍵時の衝撃吸収用の弾性部材が備えられた鍵盤楽器においても、真の鍵盤ストロークに対応するセンサ電圧幅が求まるので正確に鍵盤ストロークを求めることが可能になる。

また、前記制御手段は、更に、前記求めた真の鍵盤ストロークに対応するセンサ電圧幅を考慮して押鍵速度を求める押鍵速度検出手段を含んで成る構成とすることができる。具体的には、この押鍵速度検出手段は、前記センサ電圧幅に対して第１の電圧閾値およびこれより大きな第２の電圧閾値とを設定し、この第１および第２の電圧閾値の差に対応する距離情報を、前記センサ部からの電圧がこの第１の電圧閾値を超えてから第２の電圧閾値を超えるまでの時間で除して押鍵速度を求める構成とすれば良い。

なお、上述した装置は、押鍵深さが深くなるに応じて大きくなる電圧を出力するセンサ部を用いたものであるが、押鍵深さが深くなるに応じて小さくなる電圧を出力するセンサ部を用いて同様の効果を奏する装置を構成することができる。即ち、鍵盤を備えると共に押鍵時の衝撃吸収用の弾性部材が設けられた楽器に対する鍵盤ストロークを検出する装置であって、押鍵深さが深くなるに応じて小さくなる電圧を出力するセンサ部と、カウント指示が与えられると経過時間（タイマー値）の計測動作を開始しセンサ部からの出力電圧の最小値が更新される毎にその時点でのタイマー値を更新保持していくタイマー部と、タイマー値に対するセンサ電圧補正量を記憶した記憶手段と、自装置動作を制御する制御手段と、を備え、この制御手段が、前記センサ部からの出力電圧が予め設定した基準電圧を下回った場合に押鍵動作が開始されたと判定する押鍵開始判定手段と、この押鍵開始判定に応答して前記タイマー部にカウント指示を与えるカウント指示供給手段と、前記センサ部からの出力電圧が前記予め設定した基準電圧を超えた場合に離鍵動作が完了したと判定する離鍵完了判定手段と、この離鍵完了判定に応答して、前記記憶手段の記憶内容を参照し前記タイマー部が保持しているタイマー値に対応するセンサ電圧補正量を把握し、この把握したセンサ電圧補正量で最小センサ電圧値を補正する補正手段と、を含んで成る鍵盤ストローク検出装置とすることもできる。

本発明によれば、フロントパンチングが設けられた鍵盤楽器においても、押鍵強さによらずに正確な鍵盤ストロークを求めることができるという効果が得られる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、この実施形態では、グランドピアノ型の消音ピアノに本装置を適用した形態について説明するが、本装置は鍵盤を備えると共に押鍵時の衝撃吸収用の弾性部材（フロントパンチング）が設けられた他の鍵盤楽器、例えば消音ピアノの他、非消音ピアノ（アップライト型を含む）にも適用可能である。フロントパンチングが設けられていれば電子鍵盤楽器にも適用し得る。

（構成）
図１は本発明の鍵盤ストローク検出装置をグランドピアノ型の消音ピアノに適用した場合の構成図である。図１は例えば８８個の鍵を備えた鍵盤部を有する消音ピアノにおける、鍵盤配列方向と垂直な方向における断面図である。なお、鍵盤部は、図中手前側から奥側に複数の鍵を配列して構成されている。鍵５はバランスピン３を支点として揺動可能に構成されており、これを確実に行うためにフロントピン２が設けられている。フロントピン２は、平面視中空の円盤状の部材であって打鍵時の衝撃を吸収する部材であるフロントパンチング３０の中空部を貫通して鍵５内の不図示のフロントピン移動穴を利用して上下動可能に構成されていると共に、このフロントパンチング３０は基板１の上面に載置されている。このフロントパンチング３０は、例えばフェルト部材等の弾性部材で構成されている。

符号２０は打鍵機構である。鍵５を押鍵すると、打鍵機構２０が働きハンマー２１が図面上方向に回動して弦１０を打弦する。この時、鍵の先端部が、突起部１５を押し上げてクランク部１４を作動させ金属線１２を押し上げ、弦１０を静止させていたダンパー８の静止制御を解除する構成となっている。なお、図１では、完全離鍵時の様子を示しており、この完全離鍵時の鍵５の位置を基準位置とし、鍵盤５が押鍵されるにつれてこの基準位置から離れる距離（移動量）を押鍵深さと称する。つまり、ｄを押鍵深さとすると、離鍵状態であると押鍵深さｄは「０」であり（基準位置）、押鍵操作を行っていくに従って押鍵深さが深くなっていく（換言すれば「ｄ」が大きくなっていく）。なお、図１では図示しないが、消音ピアノの場合には打弦機構２０のハンマ２１の弦１０の打弦操作を阻止する打弦阻止機構が設けられていて、これを必要時に起動可能に構成されている。

また、基板１の上面の図中真ん中よりやや右側にはセンサ部１００が設けられている。センサ部１００は、不図示のＬＥＤ（発光素子）とフォトトランジスタ（受光素子）とを近接して配置しており、ＬＥＤからの光が鍵５の裏面にて反射されてフォトトランジスタが受光する構成となっている。このフォトトランジスタに流れる電流を抵抗で電圧として取り出した電圧がセンサ電圧として、後に説明する信号処理系に供給される。なお、図１においては後に説明する信号処理系との接続線等は図示していない。そして、図２に示すように、押鍵深さとセンサ出力電圧との関係は正の相関を有していて、押鍵深さｄが深くなるにしたがって単調にセンサ出力電圧が増加するようになっている。したがって、押鍵深さとセンサ出力電圧とは１対１に対応していて、後に説明するＣＰＵ２００は、センサ電圧を把握して押鍵深さを把握可能に構成されている。なお、この例では、センサ部１００がピアノの製造時に組み込まれているプレインストール型を想定しているが、ピアノ購入後にセンサ部１００を後付けすることもできるし、ピアノ調整技術者がこのセンサ部１００をピアノ調整を行う際に装着する構成とすることも可能である。

次に、図３を参照して信号処理系について説明する。センサ部１００からの出力電圧信号はＡ／Ｄ変換部２１５によってアナログデジタル変換され、ＣＰＵ２００がこれを受け付ける。また、ＣＰＵ２００はタイマー部２０２を備えていて、ＲＯＭ２０５に記録されているプログラムに従って動作を行い、この際ＲＡＭ２１０をワークエリアとして使用する。このタイマー部２０２は、ＣＰＵ２００からカウント指示が与えられると初期値「０」から増加するタイマー値の計測動作を開始し、センサ部１００からの出力電圧の最大値が更新される毎にその時点でのタイマー値を更新保持していくように構成されている。例えば、押鍵過程においてセンサ部１００からの出力電圧が除々に増加されていくと、タイマー部２０２はタイマー値をその都度更新してこれを保持してくことになる。その一方、離鍵過程においてはセンサ出力電圧は、通常、減少してくためタイマ値の更新は通常行われない。

また、ＲＯＭ２０５には、図４に示すような２次関数の値が登録されているテーブル２０７が格納されている。このテーブル２０７には、タイマー値に対するセンサ電圧補正量が登録されている。ところで、本発明者の鋭意研究の結果、フロントパンチング３０の変形量は鍵盤を強く打鍵する程、比例して大きくなるが、その変形量は押鍵速度の自乗に比例することを見出し確認した。つまり、押鍵速度が速い程、フロントパンチング３０の変形量が大きくなりその結果、押鍵深さは実際よりも深くなって真のセンサ出力電圧もより大きくなってしまうことに着目した。ここで、上述したタイマー部２０２の機能から、押鍵速度（フロントパンチング３０への打撃速度）はタイマー値に比例すると考えられるので、タイマー値Ｔとセンサ出力電圧補正値ΔＶとの関係は、簡単に言うと「ΔＶ＝ｋ×Ｔ×Ｔ」となる（ｋは予め設定しておく定数）。したがって、図４に示すようなタイマー値と補正量ΔＶとの関係をテーブル化しておき、補正を行うことができる。もちろん、式自体によって演算を行って補正量を求めて補正処理を施しても良い。

（動作）
次に、図５、図６を参照してＣＰＵ２００の動作を説明する。図６は、図左側に示すように、上方向に行くほど押鍵深さが深く（換言すればセンサ出力電圧が大きく）なり、一方、下方向に行くほど押鍵深さが浅く（換言すればセンサ出力電圧が小さく）なるように縦軸を設定しており、横軸は時間を設定したものである。先ず、ステップＳ５００において、センサ出力電圧が完全離鍵時の電圧よりも若干大きな基準電圧を超えたとＣＰＵ２００が判断した場合には、押鍵動作が開始されたと判断する。なお、この基準電圧は図２に示す押鍵深さ「０」に対するセンサ出力電圧値（オフセット電圧）とすれば良い。さて、この押鍵動作が開始されたと判断されると同時に、ＣＰＵ２００はタイマー部２０２にカウント指示を与える。これにより、カウント指示を与えられたタイマー部２０２は、初期値「０」からの経過時間（タイマー値）の計測動作を開始し、センサ部１００からの出力電圧の最大値が更新される毎にその時点のタイマー値を更新保持していくことになる（ステップＳ５１０）。タイマー計測開始時点を図６の符号Ａで示す。そして、図６の例ではセンサ電圧は押鍵開始とともに単調にその最大値を更新してくので、ピーク位置でのタイマー値がタイマー２０２に保持される（図６の符号Ｂ参照）。なお、このピーク位置近傍では、フロントパンチング３０が変形されている状態にある。

そして、離鍵動作が開始され押鍵深さが全体として除々に浅くなっていき、これに応じてセンサ電圧が低くなって行く。その結果、ステップＳ５２０において、ＣＰＵ２００は、センサ部１００からの出力電圧が前記基準電圧を下回った場合に離鍵動作が完了したと判定する（図６のＣ参照）。そして、ステップＳ５３０において、ＣＰＵ２００は、この判定に応答して、テーブル２０７の記憶内容を参照し、タイマー部２０２が保持している最大タイマー値に対応するセンサ電圧補正量を把握し、この把握したセンサ電圧補正量で最大センサ電圧値を補正して（図６の符号Ｄ参照）、鍵盤ストロークに対応するセンサ電圧幅を求める。なお、この場合における補正処理は最大センサ電圧からセンサ電圧補正値を減じた電圧を最大センサ電圧としている。最後に、ステップＳ５４０において、ＣＰＵ２００は、ＲＡＭ２１０に、補正して求めた真の鍵盤ストロークに対応するセンサ電圧幅を鍵番号（鍵識別子）と共に記憶する。なお、このステップＳ５４０で求めたセンサ電圧幅を、図２を参照して押鍵深さ幅に変換して鍵盤ストロークを求めＲＡＭ２１０に格納しておくことも可能である。したがって、本実施形態によれば、フロントパンチングが設けられた鍵盤楽器に対して、押鍵強さによらずに正確な鍵盤ストロークを求めることが可能になる。

なお、上述の説明では、押鍵深さが深くなるに応じて大きくなる電圧を出力するセンサ部１００を想定したものであるが、押鍵深さが深くなるに応じて小さくなる電圧を出力するセンサ部１００を用いても同様の効果が得られる装置を実現できる。この場合、図５のステップＳ５００からステップＳ５３０までの処理を、押鍵深さが深くなるに応じて小さくなる電圧を出力するセンサ部１００に適合するように変更すれば良い

（その他）
また、鍵盤ストロークに対応する正確なセンサ電圧幅が求まっているのでＣＰＵ２００はＲＡＭ２１０からこれを読み出してこれを利用して、再度の押鍵に対して正確な押鍵速度を求めることが可能となる。つまり、ＣＰＵ２００は、センサ電圧幅に対して第1の電圧閾値およびこれより大きな第２の電圧閾値とを設定しておく。そして、ＣＰＵ２００は、この第1および第２の電圧閾値の差に対応する距離情報を、前記センサ部からの電圧がこの第1の電圧閾値を超えてから第２の電圧閾値を超えるまでの時間で除して押鍵速度を求めることができる。なお、上述した第1および第２の電圧閾値の差に対応する距離情報は、図２の押鍵深さとセンサ出力電圧との関係に基づいて求めることができる。

なお、この押鍵速度を求める場合にあっても、押鍵深さが深くなるに応じて大きくなる電圧を出力するセンサ部１００に替えて、押鍵深さが深くなるに応じて小さくなる電圧を出力するセンサ部１００を用いることもでき、この場合には、ＣＰＵ２００が、センサ電圧幅に対して第１の電圧閾値およびこれより小さな第２の電圧閾値とを設定し、この第１および第２の電圧閾値の差に対応する距離情報を、センサ部１００からの出力電圧がこの第１の電圧閾値を下回ってから第２の電圧閾値を下回るまでの時間で除して押鍵速度を求める構成とすれば良い。

また、本装置によれば、このように正確な押鍵速度を求めることはもちろんのこと、発音、消音のタイミングを鍵盤毎のばらつきなく求めること等も可能になる。また、センサ部１００の配置位置については、ピアノ毎の構造、例えば、バランスレール、フロントレールの配置位置、キートップ位置等を考慮し、押鍵操作に応じてセンサ電圧出力が正の相関を有し且つ大きなダイナミックレンジがとれる適宜の位置を採用し得る。

以上説明してきたように、本発明は、フロントパンチングを設けた鍵盤楽器に適用して好適な装置を提供することができる。

本発明の装置をグランドピアノ型の消音ピアノに適用した場合の構成の説明図である。 押鍵深さとセンサ出力電圧の関係を示す説明図である。 信号処理系の構成図である。 テーブル２０７の説明図である 信号処理系の動作の説明図である。 信号処理系の動作の説明図である。 従来技術の説明図である。 従来技術の説明図である。

符号の説明

１ 基板
２ フロントピン
３ バランスピン
５ 鍵
８ ダンパー
１０ 弦
１４ クランク部
１５ 突起部
２０ 打鍵機構
２１ ハンマー
３０ フロントパンチング
１００ センサー部
２００ ＣＰＵ
２０２ タイマー部
２０５ ＲＯＭ
２０７ テーブル
２１０ ＲＡＭ
２１５ Ａ／Ｄ変換部

Claims (7)

1. 鍵盤を備えると共に押鍵時の衝撃吸収用の弾性部材が設けられた楽器に対する鍵盤ストロークを検出する装置であって、
   押鍵深さが深くなるに応じて大きくなる電圧を出力するセンサ部と、
   カウント指示が与えられると経過時間（タイマー値）の計測動作を開始し前記センサ部からの出力電圧の最大値が更新される毎にその時点でのタイマー値を更新保持していくタイマー部と、
   タイマー値に対するセンサ電圧補正量を記憶した記憶手段と、
   自装置動作を制御する制御手段と、を備え、
   この制御手段は、
   前記センサ部からの出力電圧が予め設定した基準電圧を超えた場合に押鍵動作が開始されたと判定する押鍵開始判定手段と、
   この押鍵開始判定に応答して前記タイマー部にカウント指示を与えるカウント指示供給手段と、
   前記センサ部からの出力電圧が前記予め設定した基準電圧を下回った場合に離鍵動作が完了したと判定する離鍵完了判定手段と、
   この離鍵完了判定に応答して、前記記憶手段の記憶内容を参照し前記タイマー部が保持しているタイマー値に対応するセンサ電圧補正量を把握し、この把握したセンサ電圧補正量で最大センサ電圧値を補正する補正手段と、を含んで成ることを特徴とする鍵盤ストローク検出装置。
2. 請求項１に記載の装置において、
   前記制御手段は、更に、
   前記求めた真の鍵盤ストロークに対応するセンサ電圧幅を考慮して押鍵速度を求める押鍵速度検出手段を含んで成ることを特徴とする鍵盤ストローク検出装置。
3. 請求項２に記載の装置において
   前記押鍵速度検出手段は、
   前記センサ電圧幅に対して第１の電圧閾値およびこれより大きな第２の電圧閾値とを設定し、この第１および第２の電圧閾値の差に対応する距離情報を、前記センサ部からの出力電圧がこの第１の電圧閾値を超えてから第２の電圧閾値を超えるまでの時間で除して押鍵速度を求める手段であることを特徴とする鍵盤ストローク検出装置。
4. 鍵盤を備えると共に押鍵時の衝撃吸収用の弾性部材が設けられた楽器に対する鍵盤ストロークを検出する装置であって、
   押鍵深さが深くなるに応じて小さくなる電圧を出力するセンサ部と、
   カウント指示が与えられると経過時間（タイマー値）の計測動作を開始し前記センサ部からの出力電圧の最小値が更新される毎にその時点でのタイマー値を更新保持していくタイマー部と、
   タイマー値に対するセンサ電圧補正量を記憶した記憶手段と、
   自装置動作を制御する制御手段と、を備え、
   この制御手段は、
   前記センサ部からの出力電圧が予め設定した基準電圧を下回った場合に押鍵動作が開始されたと判定する押鍵開始判定手段と、
   この押鍵開始判定に応答して前記タイマー部にカウント指示を与えるカウント指示供給手段と、
   前記センサ部からの出力電圧が前記予め設定した基準電圧を超えた場合に離鍵動作が完了したと判定する離鍵完了判定手段と、
   この離鍵完了判定に応答して、前記記憶手段の記憶内容を参照し前記タイマー部が保持しているタイマー値に対応するセンサ電圧補正量を把握し、この把握したセンサ電圧補正量で最小センサ電圧値を補正する補正手段と、を含んで成ることを特徴とする鍵盤ストローク検出装置。
5. 請求項４に記載の装置において、
   前記制御手段は、更に、
   前記求めた真の鍵盤ストロークに対応するセンサ電圧幅を考慮して押鍵速度を求める押鍵速度検出手段を含んで成ることを特徴とする鍵盤ストローク検出装置。
6. 請求項５に記載の装置において
   前記押鍵速度検出手段は、
   前記センサ電圧幅に対して第１の電圧閾値およびこれより小さな第２の電圧閾値とを設定し、この第１および第２の電圧閾値の差に対応する距離情報を、前記センサ部からの出力電圧がこの第１の電圧閾値を下回ってから第２の電圧閾値を下回るまでの時間で除して押鍵速度を求める手段であることを特徴とする鍵盤ストローク検出装置。
7. 請求項１、２、３、４、５および６の内のいずれか一項に記載の装置において、
   前記楽器には、電子鍵盤楽器、消音ピアノ、非消音ピアノが含まれることを特徴とする鍵盤ストローク検出装置。

Images