JP3063243B2 - 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、フ
レーム、棚板支柱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、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、メカ楽音発生手段によるアコースティック
な音発生時の音量調整が困難である（音量を小さくでき
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、音量調整が可能な鍵盤
楽器を提供することを、その目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の鍵から
なる鍵盤と、少なくとも前記鍵盤の操作に応じて操作情
報を出力する操作情報出力手段と、アコースティックピ
アノの弦の振動状態とピアノフレームおよび／または棚
板支柱の振動状態とを記憶した振動状態記憶手段と、前
記操作情報出力手段から出力された操作情報に応じて、
前記振動状態記憶手段に記憶されている弦の振動状態と
ピアノフレームおよび／または棚板支柱の振動状態とを
読み出して音響に変換して出力する発音手段とを備えた
鍵盤楽器である。

【０００６】

【作用】本発明に係る鍵盤楽器では、少なくとも鍵盤の
操作に応じて操作情報を出力する。この操作情報に応じ
て、弦の振動状態とピアノフレームおよび／または棚板
支柱の振動状態とを読み出し、これを音響に変換して出
力する。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
ことが可能となる。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可能で、鍵盤楽器その
ものを小型、軽量化することが可能となる。

【０００７】

【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８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。また、図２は一実施例に係る電子制御回路を
示すブロック図である。

【０００８】これらの図において、１１は鍵盤を構成す
る鍵であって、例えば８８鍵で構成されている。各鍵１
１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）２１がそれぞれ
配設されている。

【０００９】このアクション２１は、平型ピアノ用の打
弦機構として周知の構成であって、鍵１１の後端部上面
に立設されたキャプスタンスクリュ１４により突き上げ
られるウイペン２２と、このウイペン２２に揺動自在に
支持されたジャック２３と、ウイペン２２の上方に回動
自在に設けられたレペティションレバー２４と、図中時
計回り方向に回動自在にフレンジに支持されたハンマー
２５等と、を有している。

【００１０】このハンマー２５の上方には所定間隔離れ
てダッシュポット３１が配設されており、このダッシュ
ポット３１は上記ハンマー２５が当接するピストン部材
３２を上下動自在に保持している。３３はこのピストン
部材３２の上端部を上下動自在に支持するシリンダケー
スであり、３４はこのピストン部材３２のリターンスプ
リングである。そして、このピストン部材３２のハンマ
ー２５当接面には圧力センサが取り付けられている。
この圧力センサによりハンマー２５による打撃力を検
出する構成である。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。

【００１１】また、ハンマー２５とともに回動するハン
マーシャンク２５ａ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２５の回動速
度を検出するものである。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）で構成している。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。

【００１２】また、この竪型ピアノにおいては、枠４１
に取り付けられて響板４２が直立して支持されている。
この響板４２の前面の所定位置には響板駆動アクチュエ
ータ４３が取り付けられている。この響板駆動アクチュ
エータ４３は電磁駆動されて響板４２を所定周波数で振
動させるものである。この響板駆動アクチュエータ４３
は本発明に係る鍵盤楽器にあっての発音手段を構成する
ものである。

【００１３】さらに、この竪型ピアノにあっては、３個
のペダル４４を有しており、各ペダル４４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。

【００１４】ここで、この竪型ピアノにあっては、上記
各センサ〜の入力信号に基づいて所定の演算処理を
行い上記響板駆動アクチュエータ４３を制御駆動する電
子制御回路５１を有している。なお、図１にて５２はそ
の電源を示している。

【００１５】この電子制御回路５１は、図２に示すよう
に、システムバスを介して接続されたＣＰＵ５３、ＲＯ
Ｍ５４、ＲＡＭ５５、入出力部５６を備えている。この
入出力部５６は、例えばＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、
マルチプレクサ等を有して構成されている。さらに、バ
ックアップＲＡＭ５７が、このＣＰＵ５３等にシステム
バスにより接続されている。また、５８はクロック回路
（クロックジェネレータ）であって、クロック信号をＣ
ＰＵ５３に供給している。５９はバックアップＲＡＭ５
７用のバッテリーである。

【００１６】ＲＯＭ５４は、各鍵１１に対応したアコー
スティックピアノの弦の振動状態を示す線スペクトル信
号を記憶しておくための記憶回路であって、所定の記憶
容量を有して構成されている。さらに、図２において、
６１は上記キーセンサの検出信号に基づいてキー速度
を演算するキー速度検出回路であり、６２はオーディオ
出力端子、６３はＭＩＤＩ出力端子である。したがっ
て、電子制御回路５１の入出力部５６には、キーセンサ
から押圧された鍵１１のキー番号が、キー速度検出回
路６１からキー速度が、それぞれ入力される構成であ
る。

【００１７】また、この入出力部５６には、上記圧力セ
ンサからのハンマー打撃力およびキー衝撃力センサ
からのキー加速度が、ハイカットフィルタ６４を介して
入力されている。例えば、押鍵に応じて回動するハンマ
ー２５により打撃された圧力センサの振動は、圧電素
子で検出され、この振動信号は、ハイカットフィルタ６
４で、例えば、８０００［Ｈｚ］以上の高周波成分がノ
イズとして徐々にカットされる。このノイズ除去後の振
動信号は、電子制御回路５１の入出力部５６に入力され
ている。この入出力部５６では、振動信号はＡ／Ｄ変換
器でディジタル信号化され、例えばＦＦＴ（高速フーリ
エ変換）処理によりフーリエ変換されて線スペクトル信
号として処理される。

【００１８】さらに、入出力部５６には光センサから
出力されたハンマーの変位がハンマー速度検出回路６５
によりハンマー速度として入力されている。なお、各ペ
ダル４４の変位もペダルセンサ、、より入力され
ている。

【００１９】駆動回路６６は、上記響板４２を所定周波
数で振動させることにより発音を得る響板駆動アクチュ
エータ４３を駆動するものである。電子制御回路５１
は、この入出力部５６より、駆動回路６６に駆動信号
を、オーデイオ出力端子６２にはオーディオ出力信号
を、ＭＩＤＩ出力端子６３にはＭＩＤＩ信号を、選択し
て出力する。これらの結果、この鍵盤楽器では、ハンマ
ー２５の打撃力等を検出し、押鍵から所定の時間（例え
ば５ｍｓｅｃ）内に響板駆動アクチュエータ４３を介し
て発音することができる構成を有している。

【００２０】ここで、上記ＲＯＭ５４には、図３〜図７
に示すような線スペクトル信号に基づいて弦振動信号が
記憶されている。図３〜図５は、弦振動データを示すも
ので、実際に記憶されるのは、このデータを逆フーリエ
変換した弦振動信号である。また、ＲＯＭ５４には８８
個の鍵１１に対応して、かつ、３個のペダル４４に対応
して、記憶されている。

【００２１】図３〜図５に示す弦振動信号は、アコース
ティックピアノの３本の弦に対応するもので、図３は第
１弦の弦振動信号のデータを、図４は第２弦のものを、
図５は第３弦のそれを、示している。これらの弦振動デ
ータ、アコースティックピアノの実打弦振動に対して、
インハーモニシティ（非調和性）、減衰等の補正を行っ
て得られた理想的な弦振動データである。

【００２２】また、図６および図７は、それぞれ、ピア
ノフレームの振動データと、ピアノ棚板支柱の振動デー
タとを示している。これらのデータは実際のピアノフレ
ームの振動状態、棚板支柱のそれを測定して求めてい
る。なお、これらの振動データについても各鍵１１、ペ
ダル４４に対応した数だけ記憶されているものとする。
また、実際にＲＯＭ５４が記憶するのは、これらの図示
の振動データを逆フーリエ変換した振動信号である。

【００２３】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、ＣＰＵ５３は図８に
示すプログラムを実行する。

【００２４】まず、各センサ〜より入出力部５６に
センサ信号が入力される（ステップＳ８１）。例えば押
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、光センサからはハンマー速度が演算されて入
力される。

【００２５】次に、実際に打鍵された鍵１１に対応する
弦振動信号をＲＯＭ５４から読み込む（Ｓ８２）。上記
センサ〜の状態に対応した第１〜３弦振動信号が読
み込まれる。

【００２６】さらに、対応するピアノフレーム、棚板支
柱の振動信号が同様にＲＯＭ５４から読み込まれる（Ｓ
８３）。

【００２７】そして、サブルーチン処理により、各振動
信号について出力時期制御処理を行う（Ｓ８４）。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（ＲＯＭ格納）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。

【００２８】このようにして算出した発音時期に、響板
駆動アクチュエータ４３、または、オーディオ出力端子
５２のうちのいずれかについて（選択されている）、各
弦振動信号を出力する（Ｓ８５）。この結果、例えば響
板駆動アクチュエータ４３は響板４２を所定周波数で駆
動して所望のアコースティックピアノと同様の音色を有
する発音を得るものである。オーディオ出力についても
同様のアコースティックな音を出力できる。

【００２９】そして、演奏が終了したかをチェックして
（Ｓ８６）、終了するまで上記ステップＳ８１〜Ｓ８５
を繰り返して実行する。

【００３０】なお、本実施例では、ＭＩＤ出力端子６３
を介してＭＩＤＩ信号を出力することができ、他の電子
楽器、ＭＩＤＩ機器（ミュージックコンピュータ等）等
とのアンサンブル演奏もできる。

【００３１】したがって、この竪型ピアノでは、通常の
ピアノと同様に、演奏者の押鍵によりアクション２１を
介してハンマー２５を回動させ、所定の鍵タッチ感が得
られることとなる。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
クトルに基づいて発音手段である響板４２から所望の発
音がなされる。この結果、アコースティックピアノと同
様またはそれ以上の音色、音量の発音を得ることができ
る。この音量調整も容易に行うことができるものであ
る。

【００３２】

【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電子制御
回路を示すブロック図である。

【図３】 本発明の一実施例に係るＲＯＭに記憶するア
コースティックピアノによる弦振動状態を説明するため
の弦振動信号を説明するための第１弦の弦振動データの
線スペクトルを示すグラフである。

【図４】 図３と同様の第２弦の弦振動データについて
の線スペクトルを示すグラフである。

【図５】 図３と同様の第３弦の弦振動データについて
の線スペクトルを示すグラフである。

【図６】 本発明の一実施例に係るＲＯＭに格納するピ
アノフレーム振動データを説明するための線スペクトル
を示すグラフである。

【図７】 図６と同じく本発明の一実施例に係るピアノ
棚板支柱振動データを説明するための線スペクトルを示
すグラフである。

【図８】 本発明の一実施例に係る電子制御回路での演
奏処理を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１１ 鍵（操作子）、 ２１ アクション（打弦機
構）、 ４２ 響板（発音手段）、 ４３ 響板アクチ
ュエータ（発音手段）、 ６６ 駆動回路（発音手
段）、 ５１ 電子制御回路、 ５３ ＣＰＵ（選択手
段）、 ５４ ＲＯＭ（振動状態記憶手段）、 ５５
ＲＡＭ、 ５６ 入出力部、 ５７ バックアップＲＡ
Ｍ、 、、、 センサ（操作子状態検出手段）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の鍵からなる鍵盤と、 少なくとも前記鍵盤の操作に応じて操作情報を出力する
   操作情報出力手段と、 アコースティックピアノの弦の振動状態とピアノフレー
   ムおよび／または棚板支柱の振動状態とを記憶した振動
   状態記憶手段と、 前記操作情報出力手段から出力された操作情報に応じ
   て、前記振動状態記憶手段に記憶されている弦の振動状
   態とピアノフレームおよび／または棚板支柱の振動状態
   とを読み出して音響に変換して出力する発音手段とを備
   えたことを特徴とする鍵盤楽器。