JP3039086B2 - 鍵盤楽器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鍵盤楽器に関し、アコー
スティックピアノで用いる打弦機構の運動状態に応じ
て、予め記憶しているアコースティックピアノの弦等の
振動データに基づいて響板を駆動して発音させることに
より、アコースティックピアノの鍵タッチ感や音色を損
なうことなく、アコースティックピアノより優れた音量
可変機能等を有する軽量小型の鍵盤楽器を実現したもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、アコースティックピアノの音と電
子楽音とを共に発音可能な技術として、例えば特開昭６
１−２８９３９３号公報に開示された「鍵盤楽器」が知
られている。すなわち、この鍵盤楽器は、打弦機構等の
メカ的に楽音を発生する手段と、電子的に楽音を発生す
る手段と、を共に具備するものである。そして、これら
の手段を切り換えて楽音を生成していたものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術にあっては、鍵盤楽器は、弦、および、この弦を
張設したフレーム等をそのまま備えていたので、その重
量が重く、その弦長確保のためその寸法が大きくなって
いる。また、弱音側の音量調整範囲は、アコースティッ
クピアノと同等であっても、より弱音（おおむねｐｐｐ
より小さい音）での演奏性に対する要求に応じられない
という課題があり、未だ改善の余地があった。

【０００４】そこで、本願出願人は、弦およびフレーム
を除去し、響板をアクチュエータにより直接駆動するこ
とにより、上記欠点を解消した鍵盤楽器を提案してい
る。ところが、この鍵盤楽器では、弦を除去したため、
打弦機構としてグランドピアノのアクションをそのまま
適用することができない。すなわち、ダンパーヘッドと
ダンパーブロックを取り外した場合、鍵のタッチがアコ
ースティックピアノのそれと一致しなくなっていた。ま
た、ダンパーレバーが踊り易くなり、押鍵終了後、その
ばたつきが指に感じられ不快なタッチを生じていた。

【０００５】そこで、本発明は、軽量、小型で、鍵タッ
チ感、音色等を損なうことなく、音量調整が広範囲に亘
って可能な鍵盤楽器を提供することを、その目的として
いる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、打鍵に応じて
動作する打弦機構と、少なくともこの打弦機構の運動状
態を検出する操作子状態検出手段と、少なくとも弦を含
むアコースティックピアノの部材の振動状態を記憶する
振動状態記憶手段と、上記操作子状態検出手段の検出結
果に応じ、上記振動状態記憶手段に記憶されている振動
状態を選択する選択手段と、該選択された振動状態を響
板を介して音響に変換する発音手段と、を備えた鍵盤楽
器であって、上記打弦機構が、重力作用方向と逆方向に
被打撃体を打撃するハンマーと、上記鍵の奥端部に配設
され、該鍵の奥端部を重力の作用する方向に付勢可能な
疑似ダンパー機構と、を有し、しかも、上記響板をこの
疑似ダンパー機構より鍵の奥側に配設した鍵盤楽器であ
る。

【０００７】

【作用】本発明に係る鍵盤楽器では、少なくとも打弦機
構の運動状態を検出し、この検出結果に対応して、少な
くともアコースティックピアノの弦の振動状態を選択
し、この振動状態に基づいて響板を駆動して音響に変換
して出力する。この場合、打弦機構としてグランドピア
ノのアクションを改良したものを使用し、特に、鍵の奥
端部を下方に向かって付勢する疑似ダンパー機構を設け
ている。この結果、鍵タッチ感を損なうことなく、か
つ、アコースティックピアノによる音色を保持した状態
で演奏することができる。また、その音量調整等も行う
ことができる。さらに、弦およびこれを支持するフレー
ム等の部材を廃止することができ、鍵盤楽器そのものを
小型、軽量化することができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明に係る鍵盤楽器の実施例につい
て図面を参照して説明する。図１〜図４は本発明の一実
施例を説明するための図である。図１は本発明の一実施
例に係る鍵盤楽器（竪型ピアノ）の概略構成を示す断面
図である。図２はそのアクションを示す側面図である。
図３は一実施例に係る制御部を示すブロック図である。

【０００９】この実施例におけるピアノは、竪型のアコ
ースティックピアノから弦、フレーム、チューニングピ
ンを取り除き、アクションとしてはグランドピアノのア
クションを一部改良して用いて構成したものである。

【００１０】これらの図において、１１は鍵であって、
例えば８８鍵で鍵盤は構成されている。各鍵１１は棚板
１２上に筬中１３を支点として上下方向に揺動自在に支
持されている。また、各鍵１１についてその後端部の上
方にはアクション（打弦機構）１４がそれぞれ配設され
ている。

【００１１】このアクション１４は、グランドピアノ用
の打弦機構として周知の構成であって、鍵１１の後端部
（筬中１３より後部）上面に立設されたキャプスタンス
クリュ１５により突き上げられるウイペン１６、このウ
イペン１６に揺動自在に支持されたジャック１７、ウイ
ペン１６の上方に回動自在に設けられたレペティション
レバー１８、図１中時計回り方向に回動自在にハンマー
フレンジ１９に支持されたハンマー２０等を有してい
る。なお、２１はハンマーシャンクである。

【００１２】このハンマー２０の上方には所定間隔離れ
て断面矩形の棒状の被打撃体２２が配設されており、こ
の被打撃体２２の下面には所定の厚さのクッション部材
２３が固着されている。このクッション部材２３のハン
マー２０当接面（下面）には圧力センサが取り付けら
れている。この圧力センサはハンマー２０による打撃
力を検出するものである。この圧力センサは例えば圧
電素子で構成することができ、また、その他の機械−電
気変換素子で構成することもできる。

【００１３】また、ハンマー２０とともに回動するハン
マーシャンク２１に対向して反射型の光センサが配設
されており、この光センサはハンマー２０の回動速度
を検出する。さらに、上記各鍵１１の下方には押圧され
た鍵１１およびその下降速度を検出するためのキーセン
サが配設されている。これらのキーセンサは反射光
型の光センサ（例えばＬＥＤとフォトトランジスタ）で
構成されている。このキーセンサからの信号はキーア
サイナ（後述）に入力されている。また、鍵１１の中間
部の上方にはキー衝撃力センサ（加速度ピックアップ）
が配設されている。

【００１４】図２に詳示するように、鍵１１の奥端部に
はバックチェック２４が立設されている。このバックチ
ェック２４に近接して例えば金属板製の疑似ダンパーレ
バー２５が配設されている。疑似ダンパーレバー２５は
バックチェック２４より奥側の鍵１１の上面に近接する
ようにダンパーレバー板バネ２６を介してダンパーレバ
ーレール２７に支持されている。すなわち、鍵１１の奥
端上面に固着したクッション２８の直上に疑似ダンパー
レバー２５は配設されており、鍵１１が打鍵されて揺動
しその奥端のクッション２８（フェルト製）が上昇する
と、疑似ダンパーレバー２５の下面に当接するものであ
る。ダンパーレバー板バネ２６の一端は疑似ダンパレバ
ー２５に、その他端はダンパーレバーレール２７にそれ
ぞれ固着されており、その中間部の上面はクッション２
９（フェルト製）を介してダンパーレバーストップレー
ル３０に当接している。このダンパーレバーストップレ
ール３０は支柱等に固定されて鍵配列方向に掛け渡され
ている。また、同様に鍵配列方向に延設されたダンパー
レバーレール２７は棚板１２の奥端部上面に固定されて
いる。

【００１５】さらに、上記鍵１１の奥端に近接してリフ
ティングレール３１が鍵配列方向に延設されており、こ
のリフティングレール３１の上面は上記疑似ダンパーレ
バー２５の下面に当接可能に設けられている。このリフ
ティングレール３１は垂直に延設された突き上げ棒３２
を介してダンパーペダル３３に連結されており、ダンパ
ーペダル３３の踏み込みにより上昇して疑似ダンパーレ
バー２５を上方に向かって押し上げるものである。すな
わち、これらの疑似ダンパーレバー２５、ダンパーレバ
ー板バネ２６、ダンパーレバーストップレール３０、リ
フティングレール３１等は、全体として、アコースティ
ックピアノのグランドアクションのダンパーに対応する
機構によるダンパー効果を付与するものであり、疑似ダ
ンパー機構を構成するものである。

【００１６】また、この竪型ピアノにおいては、この鍵
１１の奥端部よりもさらに奥側に響板３４が枠３５に取
り付けられて直立して支持されている。響板３４は、図
３に示すように、小面積の高音用響板３４Ａと、これよ
り大面積の低音用響板３４Ｂと、に分割されている。こ
れらの響板３４Ａ、３４Ｂの所定位置には、４個の響板
駆動ユニット３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ、３６Ｄがそれぞ
れ直支柱に取り付けられて配設され、それぞれが独立し
て駆動されるものである。これらの響板駆動ユニット３
６Ａ〜３６Ｄは、例えば永久磁石、ヨーク、ボイスコイ
ル等から構成され、電磁駆動されて響板３４Ａ、３４Ｂ
をそれぞれ所定の周波数で振動させるものである。例え
ばボイスコイルを響板側に、永久磁石のケーシングをピ
アノの支柱側に、それぞれ固定している。

【００１７】さらに、この竪型ピアノにあっては、上記
ダンパーペダル３３の他にも２個のペダルを有してお
り、各ペダル３３についてそれぞれその揺動を検出する
ための変位センサ、、が配設されている。変位セ
ンサはダンパーペダル３３用で、変位センサはシフ
トペダル用で、さらに、変位センサはソステヌートペ
ダル用である。例えば変位センサはダンパーペダル３
３が踏み込まれた場合にペダルＯＮ信号を出力するもの
とする。

【００１８】再び図１に示すように、これらの各センサ
〜の出力信号はピアノ本体に内装された制御部３７
に入力される構成であり、この制御部３７は所定の駆動
信号を上記響板駆動ユニット３６Ａ〜３６Ｄに出力する
ものである。３８はこの制御部３７に対する電源を示し
ている。

【００１９】ここで、図３にて制御部３７とセンサ〜
との関係を示す。図示のように、この制御部３７で
は、上記ハンマーセンサ，、キーアサイナ３９（キ
ーセンサ，からの信号が入力される）、ペダルセン
サからの各出力信号がデータバスを介してマイク
ロコンピュータ（以下、コントローラ）４０に入力され
ている。コントローラ４０は、データバスを介して打弦
音ＲＯＭ４１、共鳴音ＲＯＭ４２、ＦＤＣ（フロッピデ
ィスクドライブ用コントローラ）４３、弦スペクトル演
算部４４、オーディオ信号送出部４５、リモコン４６、
共鳴音演算部４７、ＲＡＭ４８、および、打弦音演算部
４９に接続されている。

【００２０】そして、コントローラ４０はこれらのセン
サ〜からの入力信号に基づいて所定の処理を行い駆
動信号を生成し、オーディオ信号送出部４５から響板用
イコライザ５０、パワーアンプ５１を介して駆動信号を
響板駆動ユニット３６Ｂ〜３６Ｄに出力してこれを駆動
することとなる。また、オーディオ信号送出部４５を介
して高音用パワーアンプ５２より響板駆動ユニット３６
Ａを駆動することができる構成である。

【００２１】打弦音ＲＯＭ４１には、予めサンプラで記
録した音信号、または、予め弦スペクトル演算部４４で
算出したピアノ音を主体にした信号を８８鍵の打弦音デ
ータとして格納しておくものである。これらの打弦音デ
ータの各スペクトルはハンマースピードに応じてそのイ
ンテンシティが調整される。一般に、強打時には高調波
が強調される。

【００２２】共鳴音ＲＯＭ４２は、ペダルセンサ〜
がアクティブなとき（踏み込まれているとき）にアクセ
スが可能とされている。この共鳴音ＲＯＭ４２にはダン
パーペダル３３を踏み込んでの打鍵時の各弦についての
共鳴弦の共鳴音データが格納されている。このデータ
は、予めサンプラで記録した音信号、または、予め共鳴
音演算部４７で算出しておいたスペクトル信号である。
この共鳴音データとしては、例えば１つのキーについて
最大で６個のキーについての弦が共鳴するものと考えれ
ば十分に実用性があるものである。低音部の１オクター
ブ上の弦は２倍音だけでなく３倍音、４倍音、６倍音ま
で考慮するとよい。Ｎｏ．１３キーよりも高音の場合
は、その１オクターブしたのキーの弦についても重要で
ある。また、ピアノのダンパ−は通常７１個とされてい
る。さらに、各スペクトルのインテンシティは機種とハ
ンマースピードとにより決定される。

【００２３】弦スペクトル演算部４４は、打鍵にしたが
ってリアルタイムで弦スペクトルを算出して響板駆動ユ
ニット３６Ａ〜３６Ｄを駆動するようにしてもよい。ま
た、このデータを上記打弦音ＲＯＭ４１に格納しておい
てもよい。打鍵されたキーについての弦の基本周波数を
ｆ₁とすると、各倍音周波数（ｆ_n）は、ｆ_n＝ｎｆ（１
＋Ｂｎ²）^1/2となる。すなわち、倍音は非調和であり、
（１＋Ｂｎ²）^1/2だけピッチが高くなる。ここに、Ｂ
は、Ｂ＝π²ＥＡＫ²／（ＴＬ²）で表される。但し、Ｅ
はヤング率、Ａは弦の断面積、Ｋは回転半径、Ｔは張
力、Ｌは弦長をそれぞれ示している。各倍音の相対的な
インテンシティは、｜Ｒ（ω）｜＝｜ｓｉｎ｛（π／
Ｌ）×（Ｌ／Ｈ）×ｎ｝｜／ｎで表される。但し、ｎは
倍音次数、Ｈは打弦比である。

【００２４】共鳴音演算部４７は、最大８倍音までの６
キーを対象としている。各倍音次数は、ｆ_n＝ｎｆ（１
＋Ｂｎ²）^1/2となる。各スペクトルのインテンシティは
音域によっても異なる。この共鳴音データとしては、ア
コースティックピアノのそれを測定してメモリに格納し
ておくこともできる。この共鳴音の大きさは打弦音に比
べて−１０〜−２０ｄＢの程度である。また、共鳴音の
立ち上がりは打弦音に対して数秒〜数１００ｍｓｅｃの
遅れである。また、共鳴音は緩やかな減衰をしながらペ
ダルをＯＦＦしない限り数秒程度持続する。ペダルＯＦ
Ｆ時の処理はペダルセンサとオーディオ信号送出部４５
とにより行っている。

【００２５】打弦音演算部４９は打弦音を演算するもの
で上記打弦音ＲＯＭ４１のデータ、センサ〜の入力
信号（ハンマー速度）等に基づいて打鍵に相当する打弦
音データを生成し、オーディオ信号送出部４５等に出力
するものである。また、この打弦音演算部４９では、例
えば打弦音ＲＯＭ４１の格納データをハンマー速度に応
じて補正する演算を行うこともできる。

【００２６】オーディオ信号送出部４５は、上記ＲＯＭ
４１，４２または音信号演算部４４，４７，４９からの
音データのディジタル信号をアナログ信号に変換し、ま
たは、響板ｆ特逆特性フィルタでイコライジング（ディ
ジタルイコライジング）してからＤ−Ａ変換を行う。ま
た、キーアサイナ３９からのＯＦＦ信号にしたがい打弦
音にディケイをかけ、ペダルセンサ〜からの信号に
したがい共鳴音にディケイをかける。但し、ハーフペダ
ルでダンパーペダル３３がゆっくりと戻されたときは、
この戻り速度に応じてゆっくりとしたディケイとする。
ダンパーペダル３３をＯＦＦしたときは一斉に止音され
る。

【００２７】響板用イコライザ５０は、アナログ的なイ
コライジングを行うものである。また、パワーアンプ５
１，５２は音響信号を増幅して響板駆動ユニット３６Ａ
〜３６Ｄに出力するものである。

【００２８】次に、本実施例に係る鍵盤楽器の作用につ
いて説明する。実際の演奏時には、コントローラ４０の
ＣＰＵは図４のフローチャートで示すプログラムを実行
することとなる。

【００２９】まず、各センサ〜よりコントローラ４
０の入出力部Ｉ／Ｏにセンサ信号が入力される（Ｓ４０
１）。例えば打鍵操作された鍵１１について、キーセン
サからの検出信号がキーアサイナ３９を介して、ハン
マーセンサからはハンマーの速度がキーベロシティ信
号として入力されている。

【００３０】次に、ダンパーペダル３３の操作が有った
か否かを判断して（Ｓ４０２）、操作（踏み込み）がな
い場合は、その打鍵に対応する打弦音信号を打弦音ＲＯ
Ｍ４１から読み込むか、または、弦スペクトル演算部４
４において上記キーベロシティ信号に基づいて演算する
（Ｓ４０３）。

【００３１】そして、この打弦音信号についての出力時
期制御処理を行う（Ｓ４０４）。例えばキー番号、ハン
マー速度、発音時期等の相互関係を定めたマップにした
がって、検出したキー番号、ハンマー速度に対応して適
切な発音時期を算出し発音タイミングを調整するもので
ある。さらに、このようにして算出した発音時期に、各
響板駆動ユニット３６Ａ〜３６Ｄについて上記打弦音信
号（駆動信号）を出力する（Ｓ４０５）。この結果、響
板駆動ユニット３６Ａ〜３６Ｄは響板３４Ａ，３４Ｂを
それぞれ所定周波数で駆動して所望の音色の発音を得る
ものである。信号出力後は、演奏終了か否かをチェック
して（Ｓ４０６）、終了しない場合はステップＳ４０１
に戻り、センサ信号の入力を待つ。

【００３２】センサ信号の入力により、ダンパーペダル
３３の操作がなされていた場合は（Ｓ４０２でＹＥ
Ｓ）、ダンパーペダル３３は踏み込まれているか否かを
判断し（Ｓ４０７）、踏み込まれている場合は、上記と
同様に当該打鍵に対応する打弦音信号の読込または弦ス
ペクトルの演算処理により打弦音信号を得る（Ｓ４０
８）。また、共鳴音信号の共鳴音ＲＯＭ４２からの読み
込み、または、共鳴音演算部４７において共鳴音信号の
演算を行う（Ｓ４０９）。そして、信号出力時期制御処
理を行い、打弦音信号の出力タイミング、共鳴音信号の
出力タイミングを算出する（Ｓ４１０）。そして、信号
出力処理（Ｓ４０５）により所定タイミングで打弦音
を、これから所定時間だけ遅れて共鳴音の発音がなされ
るように響板駆動ユニット３６Ａ〜３６Ｄに出力するも
のとする。

【００３３】一方、上記ステップＳ４０７にてダンパー
ペダル３３が踏み込み中ではない（ペダル解放）と判断
されると、減衰止音処理がなされ（Ｓ４１１）、信号が
出力される。ダンパーペダル３３の解放速度に対応して
例えば一斉接弦、傾斜接弦、きわめてゆっくりした止音
のいずれかが選択されて止音を行うものである。算出し
た共鳴音信号について所定の補正処理がなされるもので
ある。

【００３４】したがって、この鍵盤楽器では、通常のア
コースティックピアノと同様に、演奏者の押鍵によりア
クションを介してハンマーを回動させ、所定の鍵タッチ
感が得られることとなる。この場合、疑似ダンパー機構
によりダンパー効果を付与するため、アクション部の奥
行きを短くすることができ、外装をコンパクト化するこ
とができる。また、演奏時、この押鍵打撃と同時に、こ
のアコースティックピアノの弦振動信号に関する線スペ
クトルに基づいて響板から所望の発音がなされる。この
場合、押圧された鍵についての打弦音だけでなくその共
鳴音についも所定の遅れを有して発音がなされる。これ
らの結果、アコースティックピアノと同様またはそれ以
上の音色、音量（特に微小な音量）の発音を得ることが
できる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係る
鍵盤楽器によれば、弦およびこれに付随するフレーム等
を廃止することができ、鍵盤楽器を小型化、軽量化する
ことができる。また、その演奏に際して鍵タッチ感はア
コースティックピアノのそれと同一で、かつ、その音色
もアコースティックピアノのそれと同一である。さら
に、その音量のコントロールがより広範囲で容易になっ
ている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る鍵盤楽器の概略構成
を示すその断面図である。

【図２】 本発明の一実施例に係る鍵盤楽器のアクショ
ンを示す側面図である。

【図３】 本発明の一実施例に係る鍵盤楽器を示すその
ブロック図である。

【図４】 本発明の一実施例に係るコントローラで実行
されるプログラムを示すフローチャートである。

【符号の説明】

１１：鍵（操作子）、 １４：アクション（打弦機
構）、 ２０：ハンマー、２２：被打撃体、 ２５：疑
似ダンパーレバー（疑似ダンパー機構）、 ３４Ａ，３
４Ｂ：響板、 ３６Ａ〜３６Ｄ：響板駆動ユニット（発
音手段）、 ４０：コントローラ（選択手段）、４１：
打弦音ＲＯＭ（振動状態記憶手段）、 ４２：共鳴音Ｒ
ＯＭ（振動状態記憶手段）、 、、、：センサ
（操作子状態検出手段）

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−69624（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−124098（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−73038（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−73039（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−289392（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−56996（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−362694（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−313656（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−80749（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−80750（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G10H 1/00 G10H 1/32 G10H 1/34 G10B 3/12 G10B 3/14 G10C 3/06 G10C 3/16

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 打鍵に応じて動作する打弦機構と、 少なくともこの打弦機構の運動状態を検出する操作子状
   態検出手段と、 少なくとも弦を含むアコースティックピアノの部材の振
   動状態を記憶する振動状態記憶手段と、 上記操作子状態検出手段の検出結果に応じ、上記振動状
   態記憶手段に記憶されている振動状態を選択する選択手
   段と、 該選択された振動状態を響板を介して音響に変換する発
   音手段と、 を備えた鍵盤楽器であって、 上記打弦機構が、 重力作用方向と逆方向に被打撃体を打撃するハンマー
   と、 上記鍵の奥端部に配設され、該鍵の奥端部を重力の作用
   する方向に付勢可能な疑似ダンパー機構と、 を有し、 しかも、上記響板をこの疑似ダンパー機構より鍵の奥側
   に配設したことを特徴とする鍵盤楽器。