JP2010197942A

JP2010197942A - 電子楽器

Info

Publication number: JP2010197942A
Application number: JP2009045671A
Authority: JP
Inventors: Toru Yamamoto; 徹山本; Hidenori Meshida; 英紀召田
Original assignee: Korg Inc
Current assignee: Korg Inc
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2010-09-09

Abstract

【課題】発光素子と受光素子とを用いて鍵の状態を検出し、検出された鍵の状態に応じた音を発生させる電子楽器において、鍵の状態を高精度で検出する技術を提供する。
【解決手段】押圧により位置が変化する鍵６の裏面に、鍵６と連動して位置が変化し、発光素子９が出射した光を反射する反射体１７を取り付ける。これにより、発光素子９が出射した光は反射体１７により安定して反射されるようになり、受光素子１０が受ける光の量が増える。これにより、押鍵された状態で検出される電圧と、離鍵された状態で検出される電圧との差分を大きくすることができ、鍵６の状態を高精度で検出することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、鍵盤楽器の鍵の動きを、光学的手段及び電気的手段により検出して、音を発生させる技術に関する。

特許文献１に記載された電子楽器が従来技術として知られている。特許文献１に記載された電子楽器においては、鍵の裏側に発光素子及び受光素子が配置される。発光素子は鍵の裏面に光を出射し、受光素子は鍵の裏面で反射した光を受ける。受光素子は受けた光の強さに応じて電圧を変化させる。押鍵された状態では電圧が高くなり、離鍵された状態では電圧が低くなる。音発生手段が、その電圧の変化に基づいて鍵の状態を検出して、その検出された鍵の状態に応じて音を発生させる。

ここで、鍵の状態を高精度で検出するためには、押鍵された状態で検出される電圧と、離鍵された状態で検出される電圧との差分が大きいことが望ましい。そのために、受光素子に接続される外部負荷の抵抗値を高くして、検出される電圧を高くする技術が知られている。

特開２００８−２３３６４３号公報

しかしながら、外部負荷の抵抗値を高くすると、受光素子の応答速度が遅くなり（例えば、参考文献１参照。）、鍵の状態を精度が高く検出することができないという課題がある。

〔参考文献１〕谷善平（編著者），「新版オプト・デバイス応用ノウハウ」，初版，ＣＱ出版株式会社，２０００年１２月１５日，ｐ．１５１

上記の課題を解決するために、押圧により位置が変化する鍵の裏面に、鍵と連動して位置が変化し、発光素子が出射した光を反射する反射体を取り付ける。

発光素子が出射した光は反射体により安定して反射されるようになり、受光素子が受ける光の量が増える。これにより、押鍵された状態で検出される電圧と、離鍵された状態で検出される電圧との差分を大きくすることができ、鍵の状態を高精度で検出することができる。

反射体、発光素子及び受光素子の位置を説明するための図。反射体を設けたことにより押鍵された状態の電圧と離鍵された状態の電圧との変動幅が大きくなることを示す図。外部負荷の抵抗値を高くした場合の電圧の変化を示す図。外部負荷の抵抗値を低くした場合の電圧の変化を示す図。受光素子が受ける光の最大量が大きい場合には応答速度が速くなることを示す図。鍵の木肌色が濃い場合の電圧の変化を示す図。鍵の木肌色が薄い場合の電圧の変化を示す図。反射体として光沢がある反射体を用いた場合の光の指向性を示す図。反射体として乱反射する反射体を用いた場合の光の指向性を示す図。（ａ）は実験条件を説明するための図。（ｂ）は実験結果を示す図。

以下、図１を参照してこの発明の実施の形態について、詳細に説明する。

フロントレール２１，２２がピアノの棚板１の前方（図１の紙面に対して右方向）に設けられ、バランスレール３が棚板１の中央部（図１の紙面に対して左方向）に設けられている。フロントレール２１，２２及びバランスレール３は、図１の紙面に対して垂直方向に延伸している。フロントレール２１，２２及びバランスレール３の上に、フロントパンチングクロス４１，４２及びバランスパンチングクロス５を介して、白鍵６１及び黒鍵６２が配置されている。フロントパンチングクロス４及びバランスパンチングクロス５はフェルトから成る。

白鍵６１及び黒鍵６２を鍵６とも言う。実際は、複数の白鍵６１及び複数の黒鍵６２は、図１の紙面に対して垂直方向に配列されている。白鍵６１、黒鍵６２の裏面の前方に設けられた穴にそれぞれ、フロントレール２１，２２から突出されたフロントピン７１，７２が挿入される。また、白鍵６１、黒鍵６２の中央部に設けられた貫通孔に、バランスレール３から突出されたバランスピン８が挿入される。これにより、白鍵６１及び黒鍵６２の、その配列方向における位置決めがなされる。また、白鍵６１及び黒鍵６２は押鍵及び離鍵によりバランスピン８の位置を中心にして回動する。

鍵６と棚板１との間に、発光素子９及び受光素子１０が位置される。発光素子９及び受光素子１０は、図１の紙面に対して垂直方向に延伸形成された基板１１の上面に各鍵６ごとに設けられている。すなわち、各鍵６に対応して発光素子９と受光素子１０とのペアが基板１１の上面に設けられる。各鍵に対応する発光素子９と受光素子１０とのペアと、その各鍵の隣りの鍵に対応する発光素子９と受光素子１０とのペアとの間には、遮光板１２が設けられる。遮光板１２は、基板１１の上面に設けられている。遮光板１２は、発光素子９と受光素子１０とのペアとその隣りの発光素子９と受光素子１０とのペアとの間で光が漏れることにより生じるクロストークを防ぐ。

基板１１は、図１の紙面に対して垂直方向に延伸形成されたフレーム１３に固定される。フレーム１３は、金属等の強度が高い材料で形成され、一般に強度が低い基板１１を補強する。フレーム１３の両端には、断面がＣ字状であるＣ字状部１３ａ，１３ｂが設けられている。Ｃ字状部１３ａ，１３ｂには、Ｃ字状部１３ａ，１３ｂに対応する形状を有するねじ固定ブッシュ１４１，１４２が、図１の紙面に対して垂直方向に嵌め込まれる。

ねじ固定ブッシュ１４１，１４２にはねじ穴が設けられている。ねじ１５１，１５２は、このねじ穴に挿入され、コイルバネ１６１，１６２に挿入され、棚板１に螺合される。コイルバネ１６１，１６２は、その弾性力によりねじ固定ブッシュ１４１，１４２を押し上げる。

発光素子９は、鍵６の裏面に対して光を出射する。この鍵６の裏面の、発光素子９からの光が当たる位置を含む領域に反射体１７が取り付けられる。この実施形態では、反射体１７は反射シートであり、鍵６の裏面に接着固定される。反射体１７は、高い反射率を有し、受けた光を反射する。

受光素子１０は、反射体１７によって反射された光を受ける。図示してない音発生部は、受光素子が受けた光の光量に基づいて鍵６の状態を判断して、その鍵の状態に応じて音を発生させる。具体的には、受光素子１０は受けた光の強さに応じて電圧を変化させる。押鍵された状態では電圧が高くなり、離鍵された状態では電圧が低くなる。音発生部は、その電圧の変化に基づいて鍵の状態を検出して、その検出された鍵の状態に応じて音を発生させる。鍵の状態とは、例えばこの鍵６の速度のことである。

発光素子９及び受光素子１０が例えば１秒間に２５００回光の出射及び受光を繰り返えすことにより、鍵６の位置の検出を行い、鍵６の速度等を検出する。この鍵の位置の検出ことをキースキャンＫＳという。なお、受光素子１０を用いて鍵６の位置の測定を高精度で行うためには外光等の光ノイズを除去する必要がある。そのために、キースキャンＫＳの合間に発光素子９を消灯状態にして、受光素子１０で光ノイズを測定して光ノイズの影響を除去する。この光ノイズの測定のことを外光スキャンＬＳという。

音発生部は、押鍵された状態での電圧と離鍵された状態での電圧との変化幅を例えば１２７分割して、電圧を検出することにより鍵６の位置を１２７段階で検出する。反射体１７により発光素子９が出射した光は安定して反射されるようになり、換言すれば反射体１７が反射する光の量が増え、受光素子１０が受ける光の量が増える。これにより、押鍵された状態での電圧が高くなるだけではなく、離鍵された状態での電圧も高くなる。しかし、後述する図２に示すように、押鍵された状態での電圧が高くなる量の方が、離鍵された状態での電圧が高くなる量よりも大きい。このため、反射体１７により、押鍵された状態での電圧と離鍵された状態での電圧との変化幅が大きくなる。この変化幅が大きくなることによりノイズの影響を小さくすることができるため、鍵６の位置、鍵６の状態を高精度で検出することができる。

図２に、反射体１７を設けた場合の押鍵された状態での電圧Ｒ１と離鍵された状態での電圧Ｌ１との変化幅Ｄ１と、反射体１７を設けない場合の押鍵された状態での電圧Ｒ２と離鍵された状態での電圧Ｌ２との変化幅Ｄ２を示す。図２の左図のＬ１は反射体１７を設けた場合の離鍵された状態での電圧の変化を示し、図２の左図のＬ２は反射体１７を設けなかった場合の離鍵された状態での電圧の変化を示す。図２の右図のＲ１は反射体１７を設けた場合の押鍵された状態での電圧の変化を示し、図２の右図のＲ２は反射体１７を設けなかった場合の押鍵された状態での電圧の変化を示す。図２の左図、右図の横軸は時間であり一目盛り１００μｓであり、縦軸は電圧であり一目盛り１０ｍＶである。図２に例示するように、反射体１７を設けた方が電圧の変化幅Ｄ１は大きくなる。

図３に、検出される電圧を大きくするために、背景技術の欄に記載したように外部負荷の抵抗値を高くした場合の電圧の変化を示す。図３は反射体１７がある場合の電圧の変化を示し、外部負荷の抵抗値を１００ｋΩとし、横軸は時間であり一目盛り１００μｓであり、縦軸は電圧であり一目盛り５００ｍＶである。

図４に、外部負荷の抵抗値を高くせずに１．８ｋΩとした場合の電圧の変化を示す。図４のＧ１は反射体１７がある場合の電圧を示し、Ｇ２は反射体１７がない場合の電圧を示す。また、図４の横軸は時間であり一目盛り１００μｓであり、縦軸は電圧であり一目盛り１０ｍＶである。

図３に示すように、外部負荷の抵抗値を高くすると、最大検出電圧は９９０ｍＶとなり検出される電圧は高くなるが、時刻Ｔｓにおいて消灯状態にある発光素子が光を出射してから電圧がほぼ一定となるまでの時間、言い換えれば受光素子１０の応答速度が遅くなる。一方、図４に示すように、外部負荷の抵抗値を低くすると、最大検出電圧は２６．２ｍＶとなり検出される電圧は低くなるが、時刻Ｔｓにおいて発光素子が光を出射してから電圧が一定となるまでの時間、言い換えれば受光素子１０の応答速度は速くなる。しかし、図４に示すように、外部負荷の抵抗値が低い場合であっても、反射体１７を設けることにより電圧を高くすることができることがわかる。外部負荷の抵抗値を高くしないことにより、受光素子１０の応答速度を速くすることができ、キースキャンＫＳ及び外光スキャンＬＳの頻度を高くすることができる。これにより、単位時間あたりの鍵６の運動をより緻密に判断することができ、鍵６の状態を高精度で検出することができる。

また、図５に例示するように、受光素子１０が受ける光の最大量が大きい場合には、受光素子１０が受ける光の最大量が小さい場合よりも、受光素子１０の応答速度が速いことが知られている。図５のＧ３は反射体１７が設けられており受光素子１０が受ける光の最大量が大きい場合の電圧の変化を示し、Ｇ４は反射体１７が設けられておらず受光素子１０が受ける光の最大量が小さい場合の電圧の変化を示す。図５の横軸は時間であり一目盛り４０μｓであり、縦軸は電圧であり１０ｍＶである。Ｇ３において時刻Ｔｓにおいて消灯状態にある発光素子が光を出射してから電圧がほぼ一定となるまでの時間と、Ｇ４における同時間との差Ｄは、この例では８７μｓある。このことから、反射体１７を設けることにより、受光素子１０が受ける光の最大量を大きくすることができ、受光素子１０の応答速度を速くすることができ、キースキャンＫＳ及び外光スキャンＬＳの頻度を高くすることができる。これにより、単位時間あたりの鍵６の運動をより緻密に判断することができ、鍵６の状態を高精度で検出することができることがわかる。

反射体１７を設けない場合には、鍵６の裏面の状態によって、発光素子が出射した光が反射される態様が異なる。図６は鍵６の木肌色が濃い場合の電圧の変化を示す図であり、図７は鍵６の木肌色が薄い場合の電圧の変化を示す図である。例えば図６，図７に示すように、鍵６の木肌色が濃い場合には、鍵６の木肌色が薄い場合よりも、鍵６の裏面が反射する光の量が小さくなり、押鍵された状態での電圧と離鍵された状態での電圧との変化幅が小さくなる。また、鍵６の裏面に黒インクによる印刷や刻印、穴、切り欠きがある場合にも、発光素子が出射した光が反射される態様が異なってくる。反射体１７を設けることにより、発光素子９が出射した光が鍵６の裏面で反射される態様を均一化することができ、鍵６の状態の検出精度が増す。

なお、木製鍵盤の場合、鍵６の底面は素材のばらつきによる凹凸があるため反射体１７として例えば０．１ｍｍ以下の薄い反射シートを用いると、底面の凹凸の影響が表面に現れ所定の性能を得られない場合がある。この場合、両面テープのような一定の厚み（０．２〜０．５ｍｍ）をもつ粘着材料を介して反射シートを鍵６に貼り付けることで、反射面の平滑性を確保することができ鍵６の状態の検出精度が増す。

また、反射体１７としてアルミ等の金属を表面に蒸着した反射シートを用いる場合、反射シート自体を透明な樹脂によりラミネートすることにより反射面の経年変化を避けることができる上、前記木製鍵盤の底面の凹凸の影響を軽減することもできる。

反射体１７として、受けた光を乱反射する反射体を用いてもよい。言い換えれば、受けた光を適度に拡散させる磨りガラスのような表面を持つ反射体を用いてもよい。図８（ａ），図８（ｂ）に示すように、反射体１７として鏡のように受けた光を拡散せずに反射させる反射体を用いた場合には、光の指向性が強く、反射体１７の角度によって受光素子１０が受ける光の量が大きく変動する。しかし、図９（ａ），図９（ｂ）に示すように、反射体１７として受けた光を乱反射する反射体を用いた場合には、反射体１７の角度によって受光素子１０が受ける光の量はそれほど大きく変動しない。この場合、受光素子１０が受ける光の量は発光素子９及び受光素子１０と反射体１７との距離に主に依存し、反射体１７の角度による影響を小さくすることができる。これにより、鍵６の状態を高精度で検出することができる。

発光素子９及び受光素子１０と反射体１７との距離は変えずに、反射体１７の角度のみを変えた場合の、受光素子１０が受ける光の量の変動の様子を図１０を用いて説明する。

図１０（ａ）に示すように、発光素子９及び受光素子１０と反射体１７との垂直方向の距離ｄを９．７ｍｍとする。図１０（ａ）では反射体１７を直線で示している。発光素子９は反射体１７の点ｐの位置に向けて光を出射する。反射体１７を点ｐの位置を中心として回動させた場合の、受光素子１０が受ける光の量の変動の様子を図１０（ｂ）に示す。

図１０（ｂ）の実線は反射体１７として光を拡散せずに反射させる反射体を用いた場合の光の量の変動を示し、点線は反射体１７として受けた光を乱反射する反射体を用いた場合の光の量の変動を示す。図１０（ｂ）の横軸は角度θ（図１０（ａ）参照）であり、縦軸は角度θ＝０である場合の受光素子１０の出力電圧を１とした場合の受光素子１０の出力電圧の比率である。図１０（ｂ）の角度範囲Ｒ（−０．８°≦θ≦１．４°）は、反射体１７がグランドピアノの鍵に取り付けられた場合の角度θの変動範囲の例を示す。角度範囲Ｒにおいて、反射体１７として光を拡散せずに反射させる反射体を用いた場合には反射体１７の角度に応じて受光素子１０が受ける光の量は変動するが、反射体１７として受けた光を乱反射する反射体を用いた場合には反射体１７の角度によって受光素子１０が受ける光の量はそれほど変動しないことがわかる。

この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

６鍵
９発光素子
１０受光素子
１７反射体

Claims

押圧により位置が変化する鍵の裏面に取り付けられ、その鍵と連動して位置が変化し、受けた光を反射する反射体と、
上記反射体に向けて光を出射する発光素子と、
上記反射体によって反射された光を受ける受光素子と、
上記受光素子が受けた光の光量に基づいて上記鍵の状態を判断して、その鍵の状態に応じて音を発生させる音発生部と、
を含む電子楽器。
請求項１に記載の電子楽器において、
上記反射体は、受けた光を乱反射する、
ことを特徴とする電子楽器。
請求項１又は２に記載の電子楽器において、
上記反射体は、上記鍵の裏面に貼り付けられる反射シートである、
ことを特徴とする電子楽器。