JP2890557B2

JP2890557B2 - 鍵盤楽器の自動演奏装置

Info

Publication number: JP2890557B2
Application number: JP1311081A
Authority: JP
Inventors: 範三田口; 繁村松; 潔河村
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1989-11-30
Filing date: 1989-11-30
Publication date: 1999-05-17
Anticipated expiration: 2014-05-17
Also published as: JPH03171097A; US5210367A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、ピアノ、オルガン、チェンバロ、チェレス
タ等の鍵盤楽器に用いられる自動演奏装置に関するもの
である。

［従来の技術］従来、鍵盤楽器に用いられている自動演奏装置とし
て、例えば、第９図に示す構造のものが知られている。

この図に示すアップライト型のピアノ１は、棚板２の
前後方向中間部に設けられた筬中３に、バランスピン４
を介して揺動自在に装着された鍵５と、前記棚板２の後
部に設けられた筬後６と、この筬後６の上面に固着され
て、前記鍵５の後端部が当接させられる弾性体からなる
ストッパ７と、前記棚板２の前部に設けられた筬前８
と、この筬前８に固着されるとともに、前記鍵５の前端
部に摺動自在に嵌合されて、この鍵５の揺動方向と直交
する方向への振れを規制するオーバルキーピン９と、前
記鍵５に対応して設けられた弦10と、この弦10と前記鍵
５との間に配設された打弦手段11とを備え、この打弦手
段11は、弦10を打撃するハンマー12と、弦10の振動を抑
制するダンパー13と、これらのハンマー12やダンパー13
と鍵５との連結をなすアクション機構14とによって構成
されている。

そして、このような構成のピアノ１に適用される自動
演奏装置15は、前記棚板２の上面で、前記筬後６と筬中
３の間に配設されたソレノイド16と、このソレノイド16
を駆動するコントローラ17とを備えた構成となってい
る。

この自動演奏装置15の作用は以下のとおりである。

外部入力18からの演奏信号に基づいて前記コントロー
ラ17からソレノイド16へ駆動信号が出力され、このソレ
ノイド16により鍵５が駆動信号に応じた力で揺動させら
れる。

鍵５の揺動に伴い、アクション機構14を介してダンパ
ー13が弦10から離間させられるとともに、ハンマー12に
よる打弦が行われる。

ここで、ハンマー12に与えられる打弦力は、鍵５に与
えられる打弦力に対応しているから、前記外部入力18に
よって与えられる演奏信号に基づいた打弦力が得られ
る。

［発明が解決しようとする課題］ところで、前述した構成の自動演奏装置15において
は、次のような解決すべき問題点が残されている。

すなわち、前記ソレノイド16は、演奏信号に基づき駆
動されて鍵５を揺動させるが、ソレノイド16の作動と、
鍵５の揺動動作とが独立しているために、何等かの原
因、例えば、鍵５の揺動時の慣性力等により、演奏信号
によって予め設定されている鍵５の動きと、再現される
鍵５の動きとに偏差が生じ、発音タイミングのずれや弱
打音の抜け等、再現される演奏の忠実性が損なわれると
いった問題点である。

したがって、従来においてはこのような問題点への対
処が望まれており、本発明はこのような従来の技術にお
いて残されている課題を解決せんとするものである。

［課題を解決するための手段］本発明は、前述した課題を有効に解決し得る鍵盤楽器
の自動演奏装置を提供せんとするもので、この自動演奏
装置は、特に、鍵盤楽器の目標演奏情報を出力する目標
演奏状態指令手段と、前記鍵盤楽器の操作子の操作状態
を検出する実演奏状態検出手段と、前記操作子を駆動す
る駆動手段と、前記実演奏状態検出手段からのフィード
バック情報と前記目標演奏情報との偏差を検出し、この
偏差を小さくする駆動信号を発生し、前記目標演奏情報
に基づく前記操作子の駆動中に前記駆動手段へ供給する
制御手段とを備えている。

また、本発明は、前記実演奏状態検出手段が、前記操
作子の複数の操作状態を検出し、前記制御手段が、当該
複数の操作状態に基づき前記駆動信号を発生することを
特徴としている。ことを特徴とする。

［作用］本発明に係わる鍵盤楽器の自動演奏装置は、操作子の
操作状態を実演奏状態検出手段によって検出し、この検
出されたフィードバック情報と目標演奏情報との比較が
行われて、実演奏状態と目標演奏状態とのずれに応じ
て、このずれを小さくする駆動信号が発生されて目標演
奏情報に基づく前記操作子の駆動中に駆動手段へ供給さ
れ、これによって、目標演奏状態の発音が得られる。

［実施例］以下、本発明の一実施例について、第１図ないし第８
図に基づき説明する。

第１図において鍵盤楽器20は、アップライト型のピア
ノを示し、鍵21と、この鍵21に対応して設けられた発音
体（弦）22と、この弦22との間に所定間隔をおいて配設
された響板23と、前記鍵21に対応して設けられた打弦手
段24および止音手段25と、これらの打弦手段24と止音手
段25と前記鍵21との連結をなすアクション機構26と、前
記止音手段25を鍵21と独立して駆動するペダル27とを備
え、前記鍵21およびペダル27が本実施例における操作子
を構成しており、これらを自動的に駆動すべく、本実施
例に係わる自動演奏装置（コントローラ）28が設けられ
ている。

次いで、これらの詳細について説明すれば、前記打弦
手段24は、前記アクション機構26によって駆動されるハ
ンマー29を備え、前記止音手段25は、前記アクション機
構26およびペダル27によって駆動されるダンパー30を備
えている。

前記鍵21は、第９図に示す従来構造と同様に、棚板２
上に、筬中３およびバランスピン４を介して揺動自在に
装着されているとともに、その後端部が筬後６のストッ
パ７に当接させられることにより、一方向への揺動範囲
が規制され、また、先端部が筬前８に装着されているオ
ーバルキーピン９と嵌合させられることにより、揺動面
と直交する方向の振れが抑制されている。

前記自動演奏装置28は、ピアノ20の目標演奏情報を出
力する目標演奏状態設指令手段31と、前記ピアノ20の鍵
21およびペダル27の操作状態を検出する実演奏状態検出
手段32と、前記鍵21およびペダル27を駆動する駆動手段
33・34と、前記目標演奏情報に基づき前記駆動手段34・
35へ駆動信号を出力するとともに、実演奏状態検出手段
32からのフィードバック情報と目標演奏情報との偏差を
検出し、この偏差をなくすべく前記駆動信号を補正する
制御手段35とによって基本部分が構成されている。

前記目標演奏状態指令手段31は、本実施例において
は、外部メモリと、この外部メモリ（例えば、本実施例
ではフロッピディスク）に記憶されている情報を呼び出
すフロッピディスクドライブ36と、このフロッピディス
クドライブ36を駆動するダイレクト・メモリ・アクセス
コントローラ37と、前記フロッピディスクドライブ36か
ら呼び出された目標演奏情報を一旦記憶するRAM38とに
よって構成されている。なお、フロッピディスクドライ
ブ36に代えて、光ディスクドライブ等の外部メモリ、あ
るいは、外部から伝送される演奏情報を入力する構成で
もよい。

前記鍵21に設けられる駆動手段33は、鍵21の後端部下
面に対向配置されたソレノイド39によって構成され、こ
のソレノイド39は、ボディ39aが棚板２に固定されるこ
とによってピアノ20に装着され、ボディ39aに摺動自在
に装着されたプランジャ39bが前記鍵21の下面に当接さ
せられているとともに、このプランジャ39bがボディ39a
内に設けられた２個のコイル40・41によって、前記鍵21
の揺動面内で往復動させられるようになっている。な
お、プランジャ39bの先端を、鍵21の下面に固定するこ
ともできる。

前記ペダル27に設けられる駆動手段34は、前記駆動手
段33と同様のソレノイドが用いられている。

前記実演奏状態検出手段32は、本実施例においては次
の各センサによって構成されている。

前記棚板２の上面に鍵21と対向状態で配設され、光学
的に鍵21の傾きを検出することにより、この鍵21の変
位、または、速度、あるいは、加速度を検出する鍵盤セ
ンサ32a。

鍵21とソレノイド39のプランジャ39bとの間に介装さ
れた感圧素子からなる駆動力センサ32b。

鍵21とアクション機構26とを連結するキャプスタン42
に設けられ、鍵21からアクション機構26へ伝達されてる
力の大きさを検出するキャプスタン圧力センサ32d。

前記ハンマー29に対向配置され、このハンマ29の変
位、速度および加速度を検出するハンマーセンサ32e。

前記ダンパー30に対向配置され、このダンパー30の変
位、速度および加速度を検出するダンパーセンサ32f。

前記弦22に対向配置され、この弦22の振動を検出する
弦センサ32g。

前記響板23に装着されてその振動を検出する響板セン
サ32h。

前記ペダル27の駆動手段34に並設されて、前記ペダル
27の変位、速度および加速度を検出するペダルセンサ32
i。

そして、これらの各センサ32a〜32iは、第１図に示す
ように、コントローラ43に設けられているA/Dコンバー
タ44およびマルチプレクサ45を経て入出力部46へ接続さ
れている。

この入出力部46には、鍵21を直接駆動して演奏情報を
記録する記録モードや自動演奏モード等の切り換え等を
行う操作部47と、これらの状態を表示する表示部48が接
続されている。

また、入出力部46には、コントローラ43の制御を行う
CPU49、ROM50、前記RAM37、ダイレクト・メモリ・アク
セスコントローラ37およびこれらのバックアップRAM51
が接続されている。

さらに、前記入出力部46には、前記両駆動手段33・34
が、D/Aコンバータ52・53およびサーボアンプ54・55を
経て接続されている。

これらのサーボアンプ54・55は、D/Aコンバータ52・5
3の指令に基づいて、前記各駆動手段33・34への通電方
向を切り換える機能が与えられている。

次いで、このように構成された本実施例の作用につい
て、第２図を参照して説明する。

なお、以下の説明は、鍵21の実操作状態を目標操作状
態に制御する場合について説明する。

（ステップS₁）操作部47から再生開始指令を出力して、自動演奏装置
28を起動する。

（ステップS₂）フロッピディスクドライブ36内のフロッピディスクに
記憶されている目標演奏情報を読み込んで、この目標演
奏情報をダイレクト・メモリ・アクセスコントローラ37
からRAM38へ入力し、ステップS₃へ移行する。

（ステップS₃）目標演奏情報のRAM38への入力後に、鍵21に対応して
設けられた、鍵盤センサ32a、駆動力センサ32b、キャプ
スタン圧力センサ32d、ハンマーセンサ32e、ダンパーセ
ンサ32f、弦センサ32g、響板センサ32hからの検出信号
を、A/Dコンバータ44においてデジタル信号に変換し、
マルチプレクサ45、入出力部46を経てCPU49へ入力し、
ステップS₄へ移行する。

（ステップS₄）ステップS₃において入力された各センサ32a32b・32d
・32e・32f・32g・32hからの検出値に基づき、CPU49に
おいて鍵21の演奏状態相当量すなわち実演奏情報（鍵盤
およびアクション各部の変位、速度、加速度、荷重、発
音／止音時期）を算出し、ステップS₅へ移行する。

（ステップS₅）ステップS₄において算出した実演奏情報とステップS₂
において読み込んだ目標演奏情報とを比較して、例え
ば、鍵21の変位、速度、加速度、押鍵荷重等の偏差err
を算出してステップS₆へ移行する。

（ステップS₆）ステップS₅において算出した偏差errの絶対値と、予
め設定された許容範囲を示す係数εとの比較を行い、前
記偏差|err|がεよりも小さい場合には、実演奏状態が
目標演奏状態に収束したと見なして前記ステップS₁へ戻
り、また、前記偏差|err|がεよりも大きい場合にはス
テップS₇へ移行する。

（ステップS₇）ステップS₅において算出した偏差errの絶対値を小さ
くするような駆動信号（通電量や通電方向）を、鍵21に
対応して設けられているソレノイド39の両コイル40・41
のそれぞれに対応して算出し、ステップS₈へ移行する。

（ステップS₈）ステップS₇において算出した駆動信号を、D/Aコンバ
ータ52によってアナログ信号に変換したのちに、サーボ
アンプ54を経て各コイル40・41へ入力し、ステップS₃へ
戻る。

このような制御により、鍵21の実演奏状態が目標演奏
状態へと収束されて、例えば、鍵戻り速度制御、ハーフ
キー制御等を高精度に行って、目標演奏情報の忠実な再
生が可能となる。

ここで、前記鍵21に対応して設けられたソレノイド39
への通電パターンは、第３図に示すように、前記ハンマ
ー29の変位に対応して設定されている。

すなわち、第３図には、ソレノイド39に供給される電
圧の変化を実線で示し、ハンマー29の変位を破線で示し
てあるが、この図に示すように、ソレノイド39への通電
を、ハンマー29が打弦点Ａに至る前に停止することが可
能である。

これは、ソレノイド39によってハンマー29に与えられ
るエネルギを、打弦に必要なエネルギの最小値とするこ
とを可能にする。

従来の自動演奏装置15におけるソレノイド16への通電
パターンは、第４図に示すように、打弦点Ｂ以降におい
ても通電を行っており、このような従来の通電パターン
と本実施例の通電パターンとの、ソレノイドにおけるエ
ネルギ消費の比較を第５図に示す。

この図から明らかなように、本実施例によれば、同一
のハンマー速度を得るのに必要なソレノイドの消費エネ
ルギが極めて少なくて済み、したがって、ソレノイドも
小型で済み、かつ、軽快なタッチが得られて音色の改善
が図られる。

一方、前記制御により、第６図およぴ第７図に示すよ
うに、連打性の向上も図られる。

すなわち、第６図は、ソレノイド39のプランジャ39b
と鍵21とを当接状態とした本実施例の場合を示し、図に
おいて曲線Ｄはコイル40への印加電圧、曲線Ｅはコイル
41への印加電圧、曲線Ｆは入力パルス、曲線Ｇは鍵21の
変位さらに曲線Ｈはハンマー29の変位をそれぞれ示すも
ので、連打性能として12HZ程度まで可能となる。

また、第７図はソレノイド39のプランジャ39bと鍵21
とを例えば軸支結合した場合を示し、曲線Ｉはコイル40
への印加電圧、曲線Ｊはコイル41への印加電圧、曲線Ｋ
は入力パルス、曲線Ｌは鍵21の変位さらに曲線Ｍはハン
マー29の変位を示し、この場合には16HZまで連打が可能
である。

したがって、アップライト型のピアノにおける通常の
連打性能が７〜8HZであるのに対して、グランドピアノ
並の連打性能が得られ、グランドピアノを用いて記録さ
れた目標演奏情報が、アップライト型のピアノにおいて
も再生可能となる。

一方本実施例の自動演奏装置28は、演奏情報を記録す
る機能も備えており、この演奏情報の記録操作につい
て、第８図を参照して説明する。

（ステップS₁）操作部47の操作により自動演奏装置28を起動する。

（ステップS₂）鍵21に対応して設けられた鍵盤センサ32a、キャプス
タン圧力センサ32d、ハンマーセンサ32e、ダンパーセン
サ32f、弦センサ32g、響板センサ32hからの信号をA/Dコ
ンバータ44、マルチプレクサ45および入出力部46を経て
CPU49へ入力し、ステップS₃へ移行する。

（ステップS₃）前記各センサ32a・32d・32e・32f・32g・32hからの信
号が変化したか否かを判断し、変化がない場合には前記
ステップS₂へ戻り、変化が有った場合にはステップS₄へ
移行する。

（ステップS₄）前記各センサ32a・32d・32e・32f・32g・32hからの信
号に基づき演奏情報（鍵およびアクション各部の変位、
速度、加速度、荷重、発音／止音時期）を生成し（例え
ば、MIDI信号に変換し）ステップS₅へ移行する。

（ステップS₅）ステップS₄において生成した演奏情報をダイレクト・
メモリ・アクセスコントローラ37を介してフロッピディ
スクドライブ36によりフロッピディスクへ記録する。

この機能により、演奏者が自身の演奏を客観的に把握
することができ、演奏技術の確認や反復練習の助力とな
る。

なお、前記実施例において示した各構成部材の諸形状
や制御例等は一例であって、設計要求等に基づき種々変
更可能である。

例えば、フロッピディスクドライブ36に代えて、外部
から伝送される演奏情報を受信し、一方、外部に演奏情
報を送信するよう構成してもよい。

また、例えば、前記実施例においては、鍵21に対して
目標演奏状態を設定し、かつ、鍵21の実演奏状態を検出
して、この実演奏情報をフィードバック信号として、鍵
21の駆動を制御するようにした例について示したが、目
標演奏情報中にペダル27の演奏情報を加え、ペダルセン
サ32iからのペダル27の実演奏情報をフィードバック信
号として用いて、前記ペダル27に対応して設けられた駆
動手段34を駆動することにより、ペダル27の操作状態を
も併せて制御することができる。

このような制御とすることにより、実際の発音状態に
即した制御が行われる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明に係わる鍵盤楽器の自動
演奏装置によれば、次のような優れた効果を奏する。

操作子の操作状態を検出して、この検出値をフィード
バック信号とし、このフィードバック信号と目標演奏情
報との偏差を検出し、この偏差を小さくする駆動信号を
発生して前記目標演奏情報に基づく前記操作子の駆動中
に前記駆動手段へ供給することにより、前記実演奏状態
を目標演奏状態へと収束させて、目標演奏情報を忠実に
再生することができる。

また、押鍵されるタッチパターンを目標値としてサー
ボコントロールすることにより、アップライトピアノで
もグランドピアノのタッチを再現でき、そのタッチも、
微妙な任意のタッチに制御できる。

駆動手段への通電パターンを適宜設定することによ
り、駆動手段において消費されるエネルギを、打弦に必
要な最小のエネルギとすることができ、かつ、軽快なタ
ッチが得られて音色の改善を図ることができる。

さらにグランドピアノの再生性能を上げることができ
るとともに、アップライト型のピアノにおける連打性能
を、グランドピアノ並に向上させることができる。

また、アップライトピアノで、グランドピアノのタッ
チを感じながら演奏を楽しめる。

【図面の簡単な説明】

図面中第１図ないし第８図は本発明の一実施例を示すも
ので、第１図はアップライト型のピアノとそれに適用さ
れた一実施例のブロック図、第２図は一実施例の作用を
説明するためのフローチャート図、第３図はソレノイド
への通電パターンを示す図、第４図は第３図との比較の
ために挙げた従来のソレノイドへの通電パターンを示す
図、第５図は一実施例と従来とのソレノイドにおける消
費エネルギの比較図、第６図および第７図は連打性を説
明するための、ソレノイドへの通電パターン、入力パル
ス、鍵盤変位およびハンマー変位の関係を示す図、第８
図は記録モードのフローチャート図、第９図は従来のア
ップライト型ピアノに適用されている自動演奏装置の一
例を示す縦断面図である。 20……ピアノ（鍵盤楽器）、21……鍵（操作子）、28…
…自動演奏装置、31……目標演奏状態指令手段、32……
実演奏状態検出手段、33・34……駆動手段、35……制御
手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G10F 1/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】鍵盤楽器の目標演奏情報を出力する目標演
奏状態指令手段と、前記鍵盤楽器の操作子の操作状態を
検出する実演奏状態検出手段と、前記操作子を駆動する
駆動手段と、前記実演奏状態検出手段からのフィードバ
ック情報と前記目標演奏情報との偏差を検出し、この偏
差を小さくする駆動信号を発生し、前記目標演奏情報に
基づく前記操作子の駆動中に前記駆動手段へ供給する制
御手段と、を備えていることを特徴とする鍵盤楽器の自
動演奏装置。
【請求項２】前記実演奏状態検出手段は、前記操作子の
複数の操作状態を検出し、前記制御手段は、当該複数の
操作状態に基づき前記駆動信号を発生することを特徴と
する請求項１記載の鍵盤楽器の自動演奏装置。