JP3051966B2 - 自動演奏型楽器用記録システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 1.発明の属する分野 本発明は自動演奏装置に関し、より詳細にはピアノ、
自動ピアノ（player−pianos）、再生ピアノ（reproduc
ing pianos）やその他の楽器に速度（velocity）、位置
及び方向追跡センサーを配列した記録システムに関す
る。

2.関連技術の説明 20世紀に入って以来、再生ピアノの発明の流れは変化
した。単に演奏され登録された音符を正確に記録及び再
生するだけでなく、強弱法（dynamics）すなわちピアノ
演奏を耳に心地よく響かせるピアノボリュームの微妙な
変化についても正確な記録及び再生が行なえる装置を開
発する為に多くの試みが行なわれた。20世紀前半に製造
された種々の楽器に関する初期技術は、その表現におい
て高い正確性をもたらすかのような錯覚を与えたが、録
音過程においては、ほとんど例外なく莫大な編集作業が
必要であった。この編集作業においては、一つの演奏に
ついてピアノ再生レコード（reproducing piano roll r
ecord）を複製・配給するまでに、数週間を要すること
もあった。そして、勿論、家庭用の記録器という考え
は、非常な複雑さと費用面から論外であった。

1970年代、ピアノコーダー（商標）の出現によって最
初の家庭用記録器が大衆に提供されるに至った。しか
し、その記録及び再生の質は十分ではないと広く認識さ
れていた。同じ頃、カリフォルニア州サンタモニカのウ
ェイン エル．スターンク（Wayne L.Stahnke）氏はか
なり正確な記録装置を開発したが、それは家庭で使用す
る装置としては複雑かつ高価すぎた。スターンク氏のシ
ステムは後に、非常に高価なボーゼンドルファー（Ｂ
sendorfer）SE（スターンク式搭載）ピアノとして実現
された、これは、1920代の中期から終期にアメリカンピ
アノ会社（American piano Company）の研究所のクラレ
ンス エヌ．ヒックマン博士によって開発されたものを
基礎としており、ハンマーの最終速度（terminal hamme
r velocity）を推定するデータを得るため、移動中（in
flight）のピアノハンマーの位置をサンプリングする
スパーク・クロノグラフ（spark chronograph）を用い
ている。この装置による情報は、記録したピアノ奏者が
元来叩いた強さに近似した押叩力を創り出そうとする試
みに用いられた。

スターンク（Stahnke）氏のシステムは当該技術の大
きな進歩をもたらした。それにもかかわらず、高価であ
る点に加えて、技術的・実用的な面での重大な問題点を
有していた。このシステムはピアノの大幅な改造や変更
が必要であるため、ピアノを害し易いものであった。ハ
ンマーの動きをサンプリングするために、ワイヤーでの
接触に替えて、光学センサー及び光学シャッターが用い
られている。この装置は、ハンマーの移動を２点だけで
サンプリングするという問題を有しており、このため、
打鍵後ハンマーが降りて下のシャッター位置に達する前
に、ハンマーが再び叩かれると、エラーが生じる虞があ
った。加えて、この装置は、注意深い調製が要求され
た。そうでないとハンマーは移動の際に正しい位置でデ
ジタル信号を送らず、誤った強さ及び／又はタイミング
が再生ソレノイドに送られることとなるからである。し
たがって、シャッター調整は専門家によって細心の注意
を以て行なわなければならなかった。

更なる問題点としては、ピアノ奏者の異なった弾き方
に起因して生じる、これまで測定不可能だった音色特性
を確実に正確に記録できない点がある。音色に影響を及
ぼす演奏中の要素（variable）がハンマーの最終速度だ
けである事は、証明されていない。この事が正しくなけ
れば、２箇所のセンサーによってピアノ奏者が創り出す
音色の正確な描写を行なうことは不可能となる。

この方法に用いられている従来のハンマーセンサー
は、ラター（latter）を取除く際にピンブロックと動作
伝達機構（action）間に装着するには大きすぎた。ま
た、市販の1/8インチ回路基板よりも背の高い回路基板
が慣習的に用いられている。したがって、センサーの保
守及び通常の動作の為、ピアノアクションを楽に取外し
できるよう、ピンブロックをこのセンサー構造体に取り
付けられるサイズに短く切り落とさなければならなかっ
た。

さらに、弦が打たれた時点を推定する従来の手法は、
打たれた時点と光学センサーの２次動作（second activ
ation）との間の経過時間に基づいていた。この推定
は、センサーの精度に高く依存しており必ずしも信頼で
きるものではなかった。

本技術分野の当業者によく知られているように、ピア
ノ鍵盤の速度を測定することによってハンマー強度（ve
locity）を推定して記録する試みがいくつかなされてい
る。これらの試みは、決して満足できるものではない。
なぜなら、多くの予測不可能な要素がハンマーの動きと
ピアノ鍵盤の動きとの関係を支配しているからである。

従来の手法における他の問題としては、スターンク氏
の楽器では再生の為、累進的なペダルの動き（guraduat
ed pedal motion）が精度の高いポテンショメータによ
って計測されている点がある。このようにして、正確な
結果を得るために詳細な調整を行なうことで費用がかか
っていた。

正確に機械的に精密な位置調整の必要な鍵盤の裏に、
取り付け困難な光学的もしくはその他のスイッチを設け
て、これによりダンパーが離れる時間やダンパー下降の
瞬間を認識（flagged）するということに関して、個々
のダンパーの動きをハンマーの動作から推論する手法も
ある。したがって、ダンパーの情報は単なる推測にすぎ
ない。

3.発明の目的 したがって、出願人の発明の広い目的は２アパチャー
（aperture）による、無方向性、検出サンプリング法
を、ハンマーの動き方向と速度カーブに対応した、部分
的もしくは完全なアナログ又はデジタル、グラフ又はス
ケールを生成できる方法で置き換えることであり、これ
らの情報は、音の強さカーブを再構成したり、再生ソレ
ノイドを動かしたりするために用いられる。

さらなる本発明の目的は、ピアノの各ハンマーが弦に
接触する厳密な時をより正確に記録する方法を提供する
ことである。

またさらなる本発明の目的は、従来の録音装置よりも
正確でしかも安価な記録装置を提供することである。

また、またさらなる本発明の目的は、既存の又は旧式
のピアノに対し、ピンブロックの修正を行なうことな
く、ピアノもしくはピアノアクションに修正を加えず、
又若干の修正を加えるだけで付加装置（retrofit）とし
て簡易に装着できる記録装置を提供することである。

さらに、本発明の目的は、自己調整を行ない、保守不
要の記録装置の提供である。

また、さらに本発明の目的は、さらに正確にダンパー
の動きを検出する手段の提供である。

またさらなる本発明の目的は、容易に装着でき、安価
でしかも自己調整を行なうダンパーセンサーの提供であ
る。

さらに本発明の目的は、ピアノ演奏等のMIDI及び他の
コンピュータ音楽言語に用いることのできるデータを集
収する記録装置であり、さらに現在のものよりも正確な
ものの提供である。

さらに、本発明の目的はピアノ演奏等のMIDI及び他の
コンピュータ音楽言語に用いることのできるデータを集
収する記録装置であり、さらに現存のものより装着が容
易なものの提供である。

発明の要約 本発明の目的は、ピアノハンマーに取り付けられた垂
直方向の薄片又は“フィン（ひれ状片）”を正確に検出
する位置に設けられた非常に薄い（wafer thin）光学変
換器によって達成される。この片には光学的情報が含ま
れており、これによってどの瞬間であろうともハンマー
の位置を決定できるようにするための追跡を行なうこと
ができる。ハンマーがある場所から他の場所まで移動す
るのにかかった時間を算出することにより、移動中に増
加した速度が算出でき、必要であれば、ストローク中の
ハンマーの連続位置を示すグラフを、再生ソレノイド用
の近似した又は関連した強度曲線を創り出すために用い
ることもできる。

また、ピアノハンマーに設けられた（不透明、透明）
フィン上の規則的間隔を有するバー（bars）により、ハ
ンマーの全ての移動点において、光学センサーが動作す
る周波数を、アナログ周波数として読み込んでもよく、
また、ハンマーの速度に対応する相対値に変換してもよ
い。この情報は、ハンマーのいかなる移動点においても
サンプリング可能であるが、特にハンマーが弦に接触す
る瞬間に取れば有効である。弦との接触点の前後に読み
取られる２連の目印（dual scales）の連続バーの違い
によって生じる位相の変化、もしくはハンマーの移動方
向の変化を示す情報の一時的な停止を、ソフトウェアに
対する、周波数（速度）読み込みのフラッグとすること
ができる。この方法では、二つのポイント間での速度を
計算する代りに、移動中の一つの点における速度値を得
るものであって、実際に弦に接触する瞬間もしくはこれ
に極めて近接した瞬間の最終速度情報を与えるものであ
る。さらに上記瞬間（計測点）は、自己認識（self−fl
agginng）され、調整のいかんにかかわらず、どのピア
ノにおいても同じであるから、精密性の確保のために調
整を行なう必要はない。

３つの必要な情報をロジックによって検出して決定す
るため、“フィン”には、等間隔ステップに配置した10
0％のコントラストのバーコードを設けることが好まし
い。ここにいう３つの必要な情報とは、すなわち、休止
と押叩（rest and strike）の間のいずれかの点におけ
るハンマーの速度、押叩における停止位置、チェック
（弦を打った後のキーが開放されるまでハンマーを抑え
ておく動作伝達機構の一部）、チェック解除による上昇
の繰り返し、休止又はこれらの間の可能な位置、および
動作の各瞬間における方向である。この方法によると、
高分解能を安価な装置で実現でき、さらに絶対的な信頼
性を有する情報の提供が可能となる。ほとんどの場合、
一列のバーを用いるだけで満足な結果を得られる。しか
し、ずらして配置した（staggered）近接する２列の垂
直方向のバー（その特殊な構造は後に開示する）を２つ
の光センサーによって読み取ることにより、有効な個々
のステップの数を倍にすることができ、さらに、センサ
ーを横切る全てのバーをカウントして、このカウント数
から反転した点を推定するというような操作を必要とせ
ず、移動中のいずれの点においても方向を決定すること
が可能となる。

これによって、部分的コード（partial code）（ハン
マー移動の最終部分のみ）を用いた簡単なソフトウェア
測定を用いて、直接的でない検出情報を集める方法にお
いて、混乱をもたらすような事態、例えばハンマーが完
全に降りるまでに再びハンマーが叩かれる（double−st
ring）ことに起因して生じるエラーのおそれをなくしつ
つ、ハンマーの速度を知ることができる。マイクロフォ
ンを設けることにより、測定中の各音符の押叩の瞬間に
デジタル信号をソフトウェアに与えることが可能とな
り、振り上げ時に読まれた数の要素（number segment
s）が、ハンマーが弦に接触した時点でシステムに記録
される。この数は、各音符が押叩された時間についての
正確な情報を供給するとともに、選ばれた前のバー（す
なわち、部分的フラッグの最初のバー）とセンサーがそ
ろった時にクロックを始動させることにより、ハンマー
が前の状態（event）から弦に到達するまでの所要時間
に基づいて速度を推定する。

グランドピアノに用いた場合、本発明の光学センサー
は十分薄く、ほとんどの場合がそうであるように、その
高さが正確に調整されていれば取り付けの対象となる動
作伝達機構がピアノから引っ込んでいる低いピアノのピ
ンブロックの下部を削り取る必要がない。それは、ピア
ノ鍵盤を横断するように設けられた薄く硬いレール上に
係止された、ちょうどハンマーの前のハンマー柄上に設
けられた単一又は分割されたばねクリップを組込んでい
る。このレール（もしくは複数のレール）は高さ調整可
能（また、前後の調整も可能にできる）に設定されてい
るので、移動の最も高い点においても、ハンマー柄はそ
れ（それら）に接触することがない。センサーは、レー
ル後方（すなわちハンマー側）に置かれ、様々な手段に
よって保持される。ハンマー位置情報を持ったフィン変
換器は、ハンマー柄に保持するクリップと一体に構成さ
れていることが好ましい。これに、剛性を持たせるた
め、端部に折りかえしのリブを設けたり、特殊な折り曲
げを設けてもよい。

堅型ピアノ（upright piano）に用いる場合は、フィ
ンをハンマー又は柄及びセンサーレールに取り付けると
よく、この場合には、垂直方向、水平方向に調整できる
ブラケットによって端部に設けた電気回路を含むように
してもよい。

各ダンパーの動きは、ハンマーで用いたものと同様の
小さな単一又は２つの、不透明又は透明の、同一比率の
バーによるバーコード・フラッグ（flag）によって検出
することができる。このフラッグ（flag）は、ダンパー
機構のどの部分に設けてもよく、好ましくは、スペース
に余裕がありセンサーが読み取るのであればピアノ鍵盤
に設けるとよい。竪型ピアノの場合、ダンパー機構が機
械によって取囲まれ間隔に空きがないので、ダンパー・
フラッグ・センサー構造体はホイップン（whippen）の
前又は、必要に応じ、鍵盤に設けるとよい。いずれの場
合でも、このセンサーは、ハンマーセンサーを支持する
ものと同一又は類似のレールに、下記に詳細な特徴を述
べる簡易調節クリップを用いて取り付けてもよい。ダン
パーフラッグを読み取って、この情報を光学センサーに
送るために、光ファイバーを用いることが好ましい。ダ
ンパーの動きについての情報は、ハンマー情報を読み取
る方法のうちいずれかの方法によって読み取られ、同じ
方法によって情報が変換される。しかし、この場合に
は、速度は重要ではないので、ダンパーが動く（lift）
時間と下降中に弦に接触する時間だけを知ればよい。も
し、必要であれば、各ダンパーが動く瞬間をハンマーの
動きから推測し、ダンパーセンサーはダンパーが作動し
ているか否か（音がスタッカートされているかどうか）
の情報および下降中にダンパーが弦に接触した瞬間の情
報のみを集収するようにしてもよい。

上記で説明したいわゆる“バーコード”の法則（100
％のコントラストをもつバー）は、ペダルの動きの読み
出しも適用できる。バー目印（bar−scale）は、グラン
ドピアノ又は竪型ピアノのダンパー・リフト・トレイ
（dumper lift tray）、ペダル連動機構（pedal linkag
e）、キーフレーム（keyframe）（キーフレームの変更
の為）、ハンマーレール、あるいは、その動き及び情報
を集めようとする全ての楽器の全ての機器に取り付ける
ことができる。バースケール又はセンサーのいずれか一
方は可動部に設けられ、バースケール又はセンサーの内
の他方の部分は、可動部分に対して相対的に静止してい
る部分に設けられる。

この動作検出方法は、多くの応用範囲をもつ。例え
ば、バイオリン等の弦楽器の演奏（bowing）を正確に記
録することである。直接的な応用としては、ピアノ鍵盤
から普通のMIDIソフトウェアによって読み取り変換がで
きる情報を出力することで、通常のアコースティック
（acoustic）ピアノをMIDIキーボードのように機能させ
ることができる。本願の検出システムは、取り付けが簡
単であるにもかかわらず、演奏したピアノ鍵盤の動きだ
けを記録して推定する同種の市場品よりもはるかに正確
である。

図面の簡単な説明 本発明の主題は、出願書類の最後において特定し、従
来例と区別して請求されている。しかしながら、本発明
の構成と動作方法については、添付の請求項及び図面を
考慮して、以下の説明を参照することにより、よりよい
理解を得られる； 図１は、グランドヒアノの動作伝達機構の断面図であ
り、明確化の為にハンマー回復装置（escapent）部分は
省略している。ハンマー柄によってフィン位置表示部が
動かされる動作を示している。

図２は、動作伝達機構の各ハンマーに結合されている
センサー構造体の支持構造を示す分解図である。

図３は、図１における−３−部分を見た図であり、特
にフィン部品の一対の光学バンドの関係を示すものであ
る。

図４は、図１の切断線４−４についての部分断面図で
あり、フィン構造における重要な態様を示すものであ
る。

図５は、センサー構造体のセンサーレール部の高さ調
整を示す部分分解図である。

図６は、センサー構造体のセンサー搬送部品の第一の
斜視図である。

図７は、センサー搬送部品の第二の反転斜視図であ
る。

図８は、本発明における透過型フィンの実施例及びそ
れに用いる光学部品を示す図である。

図９は、本発明の反射型フィンの他の実施例及びそれ
に用いる光学部品を示す図である。

図10は、光学部品から得た情報を用いる論理回路の具
体的な回路を示す図である。

図11は、本発明のアナログによる実施例の論理回路を
示す図である。

発明の詳細な説明 当業者に本発明を十分に開示する為に、最も一般的な
用途であるグランドピアノのハンマーの動きを追跡（tr
acking）する場合を選択する。

そこで、図１に、グランドピアノの動作伝達機構（ac
tion）の断面図を示す。なお、発明の説明を明確にする
ため、ハンマー回復機構（escapement structure）を省
略している。アクションブラケット10は、各ハンマー柄
フランジ（hammer shank flange）12がネジにより周知
の方法で固定されたハンマーレール11を支持している。
ハンマー柄13はハンマー柄フランジ12に回転可能に固定
されており、ハンマー14をその自由端（free end）によ
って移動させる。ハンマーレスト15によってハンマー構
造体（assembly）が決定される。ハンマー回復機構（図
示せず）を介して動作する場合には、周知技術の通りハ
ンマーは円弧を描いて上向きに振られる。

さらに、図２に以下に説明するセンサー構造体（asse
mbly）17の支持構造を示す。一連のセンサー・レール・
ブラケット16は、センサーレールを片持ち支持（cantil
ever support）できるような余裕をもって設けられてい
る。センサー・レール・ブラケット16は、動作伝達機構
（action）の分割位置（sectionb reak position）及び
両端部に通常この位置で見られるものよりも長いネジ19
によって据え付けられる。図２においては、両端のセン
サーレール16しか示されていないが、４分割（break）
動作伝達機構においては、さらに３つのセンサー・レー
ル・ブラケットが両端のブランケットの間に設けられて
おり、横断センサーレール（transverse senser rail）
18の片持ち支持を強固にしている、ということが当業者
であれば理解できるはずである。

図２及び図５を参照すると、センサー・レール・ブラ
ケット16は垂直方向の間隔を得る為に、段差部20を有し
ていることが判る。センサーレール18は、複数のセンサ
ー・レール・ブラケット16の外側端（outboard end）近
傍において、ネジ21によりこれらセンサー・レールブラ
ケット16と結合されている。センサーレール18の垂直方
向の位置調整を正確に行なう為、圧縮バネ22がセンサー
レール18の下表面とセンサー・レール・ブラケットの上
表面間に各ネジ21をかこむように設けられている。断面
においてセンサーレール18は、台形であり、水平上面が
水平下面の断面よりも狭くなっていることが判る。これ
により以下でさらに明らかにするように、センサー構造
体17のセンサーレールへの結合が容易となる。

ここで、図６及び図７を図２及び図５と同様に参照す
る。各センサー構造体17は、センサーレール18に対応
（complementary）した形状を有し、弾力ばねクリップ2
4を利用した凹部23を有していることがわかる。したが
って、図２の１のセンサ構造体で示すように、各センサ
ーレール18の裏側からスナップするだけで簡単に所望の
位置に強固に固定することができる。

次に、図１、図３及び図４に注意していただきたい。
これにより、各ハンマー柄13に設けられたフィントラン
スジューサー（fin transducer）25の部品の構造が理解
できる。各フィン25は、ハンマー柄13にハンマー14から
内側で固定されており、ほぼ垂直方向に伸びている。フ
ィン25の下端には、半円を超えるアーチ状の断面形状を
有するバネクリップ26を設けることが望ましい。スプリ
ングクリップ26の寸法は、ハンマー柄13の（当該点にお
ける）円形断面を確実にスナップして超えることがで
き、かつ、フィン25を所望の位置、所望の向きに保持す
るためハンマー柄13の円断面に摩擦力によって結合でき
るように選択する。クリップに対する正確な位置調整が
なされた後、クリップに対して一滴の接着剤を塗ること
でハンマー柄に対するクリップの保持を恒久的なものと
することも可能である。フィン25の平面性（planar cha
racter）が維持できる程度にはフィン25が硬くない場
合、小さな横断リブあるいはその他の強化手段を設ける
とよい。

図３からよくわかるように、フィン25は二つの並立
（side by side）バンド27、28を有している。各並立バ
ンドは、垂直方向に交互に透明又は不透明（若しくは反
射及び非反射）な同一割合のバーを有している。特筆す
べきは、二つの並立バンド27、28のバーは、お互いに少
し互いに違いに配置されている。このことが以下に説明
するように本発明の一つの鍵となる特徴（特性）であ
る。

特に図４から図８を参照し、図６及び図７を再び参照
する。センサー構造体がハンマー振りの際にバーの通過
を検出できるように、各フィンは各センサー構造体17を
通って垂直方向に上下移動することが理解できる。各セ
ンサー構造体17は、二つのアーム29、30を有しており、
並立バンド27、28の読み取りの為に、それぞれ向い合っ
た光源31、32及び光センサー33、34の対を有している。
したがって、図８に示すように、透光性又は透明のバー
が、光源31と光センサー33の間にある時、光センサー
は、例えば論理「１」の論理レベル信号を発する。逆
に、不透明のバーが光源31と光センサー33の間にある
時、光センサーは、例えば、論理「０」のような他の論
理レベル信号を発する。以下でさらに明らかになるよう
に、これは透光と不透光の移り変り（連続変化）であ
り、与えられたハンマーの振りに関する位置、方向及び
速度を得る為に用いることができる論理レベル出力のス
イッチングである。

図９に示すように、光学センサーの技術水準として、
並立バンドにおいて交互に形成された透光性バーと不透
明バーは、異なるフィン25Aにおいて交互に形成された
反射バーと非反射バーにより同等におきかえることがで
き、光源31A、光センサー33Aは、移動するバーを認識す
る為に、フィンの同じ側に互いに近接して配置される。
このような配置によって、センサー構造体17を単一で細
いアームのみによって構成でき製作が容易となる。。

他の変形例としては、移動方向にそって間隔をおいて
設けた２つ光センサーを用いることにより互い違いの特
性を実現し、検出ユニットによってモニターされる単一
のスケールのバーを有する単一の移動バンドを用いるこ
とが考えられる。そのような検出ユニット（幾らかの必
要な回路を含む）は、商業的に例えばハネウェル（Hone
ywell）社から入手可能である。

さらに、他の変形例としては光学検出よりも磁気検出
を用いることが考えられる。もし、バー27、28を交互に
磁性、非磁性の特性を有するようにすれば、ホール効果
素子等の簡易な磁気センサーを、移り変りを検出する為
に、33、34に採用することができる。この変形例におい
ては、光源が不要となり、さらにシステムの配線を少な
くすることができる。商業的に適当な集積ホール効果セ
ンサーは、例えばスプラーグ・エレクトリック社（Spra
gue Electric Company）から入手可能ではあるが、電気
回路は幾分複雑なものが必要である。

次に、図10に、ハンマーの位置、方向及び速度の情報
を得る為にフィン25によるバーを用いたデジタル回路の
一例を示す。この実施例においては、センサー40及び44
（上記で述べたセンサー33、34に相当する）は、透明
（または反射若しくは磁性）バーの出現に反応して論理
「１」を出力し、不透明（または非反射若しくは非磁
性）バーの出現に反応して論理「０」を出力する。位置
バンド28を読み取ったセンサー40は、直接、第１のワン
ショット・フリップフロップ41を動作させ、またインバ
ーター43を介して第２のワンショット・フリップフロッ
プ42を動作させる。つまり、位置バンド28の不透明から
透明への相移り変りはワンショット・フリップフロップ
41をトリガーし、透明から不透明の移り変りはワンショ
ット・フリップフロップ42をトリガーする。ワンショッ
ト・フリップフロップ回路41、42のＱ出力に現われる出
力パルスの長さは、（本システムの場合）相当短くなる
よう選択されており、本システムで実現するいかなる状
況下においても、またいかなる場合においてもフィン25
の位置バンド28及び方向バンド27によって観察される移
り変りの時間差よりも小さい。同様に、方向バンド27を
読み取ったセンサー44は、ワンショット回路45を直接動
作させ、またインバーター47を介してワンショット回路
46を動作させる。これにより方向バンドの両方向への移
り変りを検出する。ワンショット回路41、42、45、46か
らの出力パルスは、次段のトリガーとして用いられるに
過ぎず、当業者であれば全ての場合とはいえないまでも
多くの場合、ワンショット回路を簡単な微分回路で置き
換えられることを理解するであろう。

各ワンショット・フリップフロップ回路41、42からの
Ｑ出力はORゲート49の入力に接続され、これによって、
ORゲート49は位置バンド28において検出された移り変り
ごとにワンショット回路51をトリガーすることができ
る。同様にワンショット回路45、46からのＱ出力は、OR
ゲート48の入力に接続され、これによって、ORゲート48
は方向バンド27において検出された移り変りごとにワン
ショット回路50をトリガーすることができる。ワンショ
ット回路50、51の休止期間（timeout periods）は、ワ
ンショット回路41、42、45、46の休止期間よりも長く選
択され、特に、本システムで実現するいかなる状況下に
おいても、フィン25の位置バンド28及び方向バンド27に
おいて観察される移り変りの時間差よりも大きい。

ORゲート49の出力は、ANDゲート52の一方の入力にも
接続されており、ANDゲート52の他方の入力にはワンシ
ョット回路50のＱ出力が与えられる。同様に、ORゲート
48の出力は、ANDゲート53の一方の入力に接続されてお
り、ANDゲート53の他方の入力にはワンショット回路51
のＱ出力が与えられる。

次に、フィン25が上方向に動く場合の動作を考える。
最初の移り変りは、ワンショット回路50がトリガーされ
ることによってバンド27の方向で検出される。そのＱ出
力は、位置バンド28において生じる移り変りに十分な時
間、論理「１」のままである。この時、ANDゲート52は
完全に、フィン25の上方向への動きを示すことができ
る。この情報はセットされた（もしくはセットを維持さ
れた）フリップフロップ54によって保持され、フリップ
フロップのＱ出力が上昇信号を示す論理「１」となる。
反対に、フィン25が下方向に動く場合の動作を考える。
最初の移り変りは、ワンショット回路51がトリガーされ
ることによって、位置バンド28で検出される。そのＱ出
力は位置バンド27において生じる移り変りに十分な時
間、論理「１」のままである。この時、ANDゲート53は
完全に、フィン25の下方向への動きを示すことができ
る。この情報は、リセットされた（もしくはリセットを
維持された）フリップフロップ54によって保持され、フ
リップフロップのＱ出力が下降信号を示す論理「１」と
なる。

ANDゲート52、53からの出力は、フィン25の上下移動
による移り変りを追跡するUP/DOWNカウンター55にも印
加される。したがって、カウンター55のカウント値が、
その時のハンマー位置情報となる。この情報は、以下で
さらに述べるように上昇／下降信号を受けるアドレス展
開部（address development block）57に与えられる。

クロックの開始又は停止をもたらす原因として、光ビ
ームの照射（non−interruption）期間後の照射停止や
方向の反転（位相の変化）の発生を選択した場合には、
システム・クロック／タイミング調整部56は、与えられ
た動作の経過時間及びハンマーの上方又は下方へのスト
ロークの双方が反映されたシステムカウントを生成す
る。

コンスタントに増加するシステムカウントは、システ
ムカウントを選択されたメモリセルに転送する為、アド
レス展開部57からの情報を受けるANDゲートアレイ及び
支持回路58に与えられる。

説明の為、フィン25の位置バンド28の全移動範囲にお
いて、32の移り変り（２の倍数が好ましいが、そうでな
くもよい）があるものと仮定する。ハンマーレストから
開始したがハンマーストロークにおいて、UP/DOWNカウ
ンター55は、00からおそらく31よりも小さい値までカウ
ントを行なう；すなわち、弦の反動によって反対への移
動が行なわれカウント29の場所に止るからである。この
位置情報と上昇又は下降信号とによって、上昇及び下降
情報と一緒のハンマー位置を示すシステムカウントを記
憶する32のメモリ位置の適切なセルに現在のシステムカ
ウントを転送する為に十分な情報がアドレス展開部に与
えられる。（もし、必要ならば下方向のハンマー情報を
記録することもできる。）ハンマーがレストに運ばれな
いような繰り返しの音調（notes）は、正確に記録され
る。なぜなら、レスト位置にハンマーが落ちる前に開始
される新たな上方へのハンマー移動は、検出されてかか
る音調の新たなストロークであると解釈され、メモリー
の新たなブロックにシステムカウントが送られるからで
ある。

このシステムによって集められ、記録された情報は本
質的に完璧な再生に用いられるだけでなく、簡単なシス
テムを実現するようなモデル情報（modeling informati
on）を得ることにも用いられる。例えば、研究用機器に
おいて、ハンマーの移動情報の全てを集めたいと希望し
た場合であっても、優れた再生を得る為にストロークの
設定、離れ速度及び時間情報を記録するために家庭用の
機器さえあればよい。

図10に示す回路は、本願のデータ収集システムから得
られる情報を利用する多くの例のうち代表例にすぎな
い。

本願の光学又は磁気センサー構成の他の使用方法は、
２つの波形もしくは、鋸歯状のライン（上述の平行バー
に対応する）の動きを２つのセンサーの前を通過する際
に、周波数変化として読み取ることである。このアナロ
グ構成においては、周波数センサーの前におけるスケー
ル図形の移動の速度によって周波数が変化する。また、
周波数の位相が方向変化によって変化する。したがっ
て、位相変化がハンマーの方向や正確な打撃時を明らか
にするだけでなく、位相が変化した正確な時点での周波
数が打撃時のスケールの動き速度と等しくなる。このよ
うな比較値（comparative value）は、再生プログラム
に用いるデジタル回路に適用することができる。また、
単一図形フラッグ（single−figure flag）を用いて、
方向が反転する間、センサーによって読み取られる音が
一時的に停止することを利用してもよい。

図11は、本発明のアナログによる実施例の模範的な例
である。バンド60、62によって移動される目印は、簡単
のため三角波形としており、センサー61、63の各々で読
み取られた位相差を得る為に垂直方向にずらせている。
（実際には、この目印は、サイン波もしくは半透明を正
弦波的に変化させるようなものである。）また、単一の
バンド及び単一センサー61も、得られる情報が少なくて
もよい場合に採用されるであろう。

速度情報は、センサー61の出力を周波数−電圧変換部
64に印加することにより得られる。当業者であれば与え
られた瞬間の周波数−電圧変換部64からの電圧出力は、
バンド60がセンサー61の前を通過する速度と電圧比例も
しくはこれと類似の関係にあることが理解できるであろ
う。この瞬間電圧は、アナログ／デジタル変換部65によ
って、瞬間に速度情報を生成するためにデジタル化され
る。この情報は、図10の純デジタルシステムで詳述した
ものとほぼ同じ方法で、システムクロック及びアドレス
展開部57の制御によって記憶セルに記憶される。システ
ムクロックは、ハンマーストローク中の一連の増加位置
を介して可動素子の速度を表わす一連の数を得るため
に、アナログ・デジタル変換が行なわれる時間内の増加
点を選択する為に用いられる。

同様に、位相反転（弦が押叩されハンマーが方向を反
転する時のように）は、位相変化検出部66によって検出
可能であり、システムクロック及びアドレス展開部57の
制御によって記憶セルに記憶される。加えて、バンド60
及び62の双方を用いれば、位相変化検出部66は、その瞬
間の方向情報を得る為に、どのバンドからの位相が先行
しているのかを関係づけることができる。

これまでの説明は、移動するピアノハンマーの位置、
方向及び速度の追跡についての例であるが、当業者であ
れば各ペダルについての同様の情報も、この目的のため
に前述の方法及び構造を適合させることによって追跡で
き、記憶できることを理解できるであろう。さらに、本
発明の原理は音の結びつき（tone attach）（必要なら
アタック要素（attacking componennt）の速度と方向）
が演奏の本質的要素であるような他の楽器の演奏録音に
高い信頼性をもって採用できる。単に他の例ではある
が、演奏再生の為に要求されるデータを得る為にキーボ
ード、ペダルオルガンのコントロール設定に関連する情
報を従来のスターンクパターン（stahnke pattern）も
しくは鍵盤の動きを検出する方式に代えて収集すること
がきる。両者は方向ー反転ー又はその他ーを基本（dire
ction−reversal−or other−based）とする上述の移動
検出システムで置き換えることができ、上述の正確性及
び自己調整機能（self−calibration）を得ることがで
きる。

このように、図示し、明らかにした本発明の原理から
逸脱することなく、特定の状況及び作動要求に適用する
ことで、多くの構造、構成、大きさ、要素、素材及び部
品の改良を行ない得ることが当業者にとって直ちに理解
されることと考える。

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ピアノハンマーの速度、移動方向及び位置
   を追跡するシステムにおいて、 a.前記ピアノハンマーに接続されて共に移動するフィン
   素子であって、その長さ方向にそって機械読み取り可能
   な目印が設けられており、その目印は第１の性質を有す
   るバーと第２の性質を有するバーとが交互に形成された
   ２本のバンドから成り、これら交互のバーは均等な間隔
   で形成され、且つ前記ピアノハンマーの移動方向に連な
   っている、フィン素子； b.各バンドに対応し、各々の目印を読み取る位置に設け
   られた動作検出センサ構造体であって、前記フィン素子
   が前記ピアノハンマーとともに移動することにより、前
   記ピアノハンマーのレスト位置である第１参照位置とピ
   アノハンマーが弦を打つ位置である第２参照位置の間の
   ピアノハンマー経路の複数の位置において、キーストロ
   ークに伴うピアノハンマー移動時間情報とともに移動方
   向情報及び位置情報を得る動作検出センサ構造体；およ
   び c.前記時間、方向及び位置情報を記憶する記憶手段、を
   備える自動演奏型楽器用記録システム。
2. 【請求項２】前記機械読み取り可能な目印は交互に透光
   性と非透光性のバーを備え、前記動作検出センサ構造体
   は、少なくとも一つの光源と前記フィン素子を挟んで反
   対側に置かれた少なくとも２つの光センサーとを備えて
   いることを特徴とする、請求項１に記載の自動演奏型楽
   器用記録システム。
3. 【請求項３】前記機械読み取り可能な目印は、交互に反
   射性と非反射性のバーを備え、前記動作検出センサ構造
   体は、少なくとも一つの光源と前記フィン素子の同じ側
   に置かれた少なくとも２つの光センサーとを備えている
   ことを特徴とす、請求項１に記載の自動演奏型楽器用記
   録システム。
4. 【請求項４】前記機械読み取り可能な目印は、交互に磁
   性体と非磁性体のバーを備え、前記動作検出センサ構造
   体は前記フィン素子の近傍に少なくとも２つの磁気セン
   サーを備えていることを特徴とする、請求項１に記載の
   自動演奏型楽器用記録システム。
5. 【請求項５】前記２つのバンドは、前記ピアノハンマー
   の移動方向に対して互いに位置ずれしている相等しい目
   印を備えていることを特徴とする、請求項１〜４のいず
   れか一つに記載の自動演奏型楽器用記録システム。
6. 【請求項６】前記動作検出センサ構造体は、前記フィン
   素子の移動方向と交差する方向に間隔を開けて設けられ
   た一対のセンサーを有することを特徴とする、請求項１
   〜５のいずれか一つに記載の自動演奏型楽器用記録シス
   テム。
7. 【請求項７】ピアノハンマーの速度、移動方向及び位置
   を追跡するシステムにおいて、 a.前記ピアノハンマーに接続されて共に移動するフィン
   素子であって、その長さ方向にそって機械読み取り可能
   な目印が設けられており、その目印は第１の性質を有す
   るバーと第２の性質を有するバーとが交互に形成された
   少なくとも１本のバンドから成り、これら交互のバーは
   均等な間隔で形成され、且つ前記ピアノハンマーの移動
   方向に連なっているフィン素子； b.前記目印を読み取る位置に設けられ、フィン素子の移
   動方向に離間した一対のセンサーを有する動作検出セン
   サ構造体であって、前記フィン素子が前記ピアノハンマ
   ーとともに移動することにより、前記ピアノハンマーの
   レスト位置である第１参照位置とピアノハンマーが弦を
   打つ位置である第２参照位置の間のピアノハンマー経路
   の複数の位置において、キーストロークに伴うピアノハ
   ンマーの移動時間情報とともに移動方向情報及び位置情
   報を得るための、動作検出センサ構造体；および c.前記時間、方向及び位置情報を記憶する記憶手段、を
   備える自動演奏型楽器用記録システム。
8. 【請求項８】前記機械読み取り可能な目印は交互に透光
   性と非透光性のバーを備え、前記動作検出センサ構造体
   は前記フィン素子を挟んで前記一対のセンサーの反対側
   に少なくとも一つの光源を備え、前記一対のセンサーは
   光センサーであることを特徴とする、請求項７に記載の
   自動演奏型楽器用記録システム。
9. 【請求項９】前記機械読み取り可能な目印は交互に反射
   性と非反射性のバーを備え、前記動作検出センサ構造体
   は前記フィン素子に対して前記一対のセンサーの同じ側
   に少なくとも一つの光源を備え、前記一対のセンサーは
   光センサーであることを特徴とする、請求項７に記載の
   自動演奏型楽器用記録システム。
10. 【請求項１０】前記機械読み取り可能な目印は交互に磁
    性体と非磁性体のバーを備え、前記動作検出センサ構造
    体が具備する前記一対のセンサーは、前記フィン素子の
    近傍に設けられた磁気センサーであることを特徴とす
    る、請求項７に記載の自動演奏型楽器用記録システム。
11. 【請求項１１】前記フィン素子は、前記ピアノハンマー
    を具備するピアノハンマー柄に備え付けられていること
    を特徴とする、請求項１〜10のいずれか一つに記載の自
    動演奏型楽器用記録システム。