JP3191327B2

JP3191327B2 - 操作装置

Info

Publication number: JP3191327B2
Application number: JP18808691A
Authority: JP
Inventors: 栄一郎青木; 順一三島
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1991-07-02
Filing date: 1991-07-02
Publication date: 2001-07-23
Anticipated expiration: 2016-07-23
Also published as: JPH0511765A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、鍵盤などの演奏操作
子または指により入力操作を行う入力操作子の操作感覚
を制御した操作装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自然楽器のピアノの鍵盤は、鍵操作によ
ってハンマを駆動し、弦を叩いて表情豊かな楽音を発生
させる。鍵盤の各鍵の裏側にはかなり複雑な機構が備え
られている。これに対して電子鍵盤楽器の鍵盤は、楽音
を発生するための鍵スイッチを駆動すれば足りるので、
原理的にはハンマ等の機構的要素を駆動する必要はな
く、簡単な構成で作られている。また、ピアノのタッチ
感触に近付けるために簡易ハンマアクション機構を設け
た電子鍵盤楽器もある。

【０００３】いずれにしても電子楽器とピアノとは、鍵
盤の構造が大きく異なるため、電子楽器の鍵盤のタッチ
感触は通常ピアノの鍵盤のタッチ感触とはかなり異なっ
たものになってしまう。

【０００４】そこで、電子楽器の鍵盤のタッチ感触を自
然楽器の鍵盤のタッチ感触に近付けるため、たとえば特
開昭４９−２４１２１号のように、簡易アクション機構
を設けることなしに、鍵盤の鍵の速度を検出し鍵制動装
置によって鍵盤のタッチ感触を制御するような提案があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、自然楽器の
ピアノでは各鍵の音高に応じてタッチ感触が異なる。音
高に応じて弦の太さが異なり、ハンマやダンパ部材の大
きさおよび質量が異なるためである。一般に、低音側の
鍵の方が質量の大きいハンマやダンパ部材を動かして太
い弦を叩くため、重いタッチ感触となる。また、最高音
の鍵から幾つかの鍵まではダンパ部材がなく、タッチ感
触は軽くなっている。

【０００６】したがって、ダンパ部材がない鍵とダンパ
部材がある鍵との境界においては、タッチ感触が変わる
という特性を有する。このような自然楽器の演奏に習熟
した演奏者にとっては、電子楽器の鍵盤のタッチが軽
く、かつどの鍵も均一なタッチ感触特性を有すると違和
感を感じる場合もある。

【０００７】一方、パーソナルコンピュータのキーや指
操作型の握持キーボード（釦スイッチ）のキーでは、ど
のキーがどの指で操作されるかがほぼ決まっている（た
とえば特開平２−１７３７９８号）。このような、２本
以上の指を用いて入力操作を行う操作子にあっては、各
指の力が均一でないため、各指ごとの適正なタッチ感触
を得ることが困難であり、その結果、演奏者の意思通り
に操作子を操作し得ないという場合がある。

【０００８】さらに、海中（底）作業、原子炉内作業、
遺伝子操作作業、あるいはマイクロチップ試作作業な
ど、人間がそのままでは入り込めないかまたは極めて入
りにくい環境で作業する場合に用いるマニピュレータに
おいては、高精度が要求されるため、各指のタッチ力に
適正なタッチ感触を付与した操作装置が望まれる。

【０００９】この発明の目的は、鍵盤などの複数の演奏
操作子や指を用いる複数の入力操作子のタッチ感触を所
望のように制御し得る操作装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、操作装置は、演奏操作を行うための複数の演奏操作
子と、前記複数の演奏操作子のそれぞれに直接的または
間接的に結合され、前記複数の演奏操作子の各々に力を
作用させるための複数の駆動手段と、演奏者によって前
記複数の演奏操作子に与えられる操作力をそれぞれモニ
タする複数のモニタ手段と、前記操作力に基づき前記複
数の演奏操作子がそれぞれ所望のタッチ感を有する場合
に位置すべき目標位置を算出する算出手段と、前記複数
の演奏操作子の少なくとも一部の演奏操作子を前記目標
位置に向けて移動させるための電力を前記少なくとも一
部の演奏操作子に対応する前記複数の駆動手段のそれぞ
れに供給し、前記複数の駆動手段のそれぞれを、他の駆
動手段とは異なるように独立に駆動制御する制御手段と
を有する。また、本発明の他の観点によれば、操作装置
は、演奏操作を行うための複数の演奏操作子と、前記複
数の演奏操作子のそれぞれに直接的または間接的に結合
され、前記複数の演奏操作子の各々に力を作用させるた
めの複数の駆動手段と、前記複数の演奏操作子それぞれ
の位置、速度、加速度および操作力のうちの少なくと
も、２つの変数をモニタする複数のモニタ手段と、前記
２つの変数のモニタ結果に基づき、前記複数の演奏操作
子のそれぞれの運動方程式の係数を設定する設定手段
と、前記設定した係数を持つ運動方程式に従った運動特
性を前記複数の演奏操作子のそれぞれに付与するのに必
要な外力を算出する算出手段と前記算出手段が算出する
外力を生じさせるための電力を前記複数の演奏操作子に
対応する前記複数の駆動手段のそれぞれに供給し、前記
複数の駆動手段のそれぞれを、他の駆動手段とは異なる
ように独立に駆動制御する制御手段とを有する。

【００１１】また、本発明の他の観点によれば、操作
装置は、少なくとも２本以上の指を用いて入力操作を行
うための複数の入力操作子と、前記複数の入力操作子の
それぞれに直接的または間接的に結合され、前記複数の
入力操作子の各々に力を作用させるための複数の駆動手
段と、操作者の各指によって前記複数の入力操作子に与
えられる操作力をそれぞれモニタする複数のモニタ手段
と、前記複数の入力操作子の各々を操作する指の種類と
前記操作力に基づき、前記複数の入力操作子がそれぞれ
所望のタッチ感を有する場合に位置すべき目標位置を算
出する算出手段と、前記複数の入力操作子をそれぞれ前
記目標位置に向けて移動させるための電力を前記複数の
入力操作子に対応する前記複数の駆動手段のそれぞれに
供給し、前記複数の駆動手段のそれぞれを駆動制御する
制御手段とを有する。また、本発明の他の観点によれ
ば、操作装置は、少なくとも２本以上の指を用いて入力
操作を行うための複数の入力操作子と、前記複数の入力
操作子のそれぞれに直接的または間接的に結合され、前
記複数の入力操作子の各々に力を作用させるための複数
の駆動手段と、前記複数の入力操作子それぞれの位置、
速度、加速度および操作力のうちの少なくとも、２つの
変数をモニタする複数のモニタ手段と、前記複数の入力
操作子の各々を操作する指の種類と前記２つの変数のモ
ニタ結果に基づき、前記複数の入力操作子のそれぞれの
運動方程式の係数を設定する設定手段と、前記設定した
係数を持つ運動方程式に従った運動特性を前記複数の入
力操作子のそれぞれに付与するのに必要な力を算出する
算出手段と前記算出手段が算出する力を生じさせるため
の電力を前記複数の入力操作子に対応する前記複数の駆
動手段のそれぞれに供給し、前記複数の駆動手段のそれ
ぞれを駆動制御する制御手段とを有する。

【００１２】

【作用】一般に、鍵盤などの複数の演奏操作子を有する
自然楽器では、各演奏操作子の操作により異なる音高の
音が発生される。異なる音高の音を発生させるため、各
演奏操作子の操作により駆動される機構的要素は演奏操
作子ごとに異なる。この発明では、複数ある演奏操作子
の少なくとも一部について、他の演奏操作子とは独立に
力を作用させることができる。

【００１３】したがって、たとえば各演奏操作子ごと
に、その音高に応じた力を作用させるようにすれば、自
然楽器に近いタッチ感触を実現でき、全体として望まし
い演奏感覚を再現することができる。また、音高に限ら
ず、演奏操作子が音色などに基づいて分けられている場
合は、その音色などに応じたタッチ感触を実現すること
もできる。

【００１４】さらに、少なくとも２本以上の指を用いて
入力操作を行うための複数の入力操作子を有する操作装
置では、通常、各入力操作子を操作する指は決まってい
る。この発明では、そのような操作装置において、指の
種類に応じて各入力操作子に独立に力を作用させてい
る。したがって、各入力操作子ごとに、対応する指に応
じたタッチ感触を実現でき、全体として望ましいタッチ
感覚を再現することができる。

【００１５】

【実施例】まず、鍵盤の鍵の動特性を検討する。今実際
の電子楽器の鍵盤の各鍵の動特性が、以下の式で与えら
れたとする。

【００１６】ｆ＝ｋp ｘ＋ｋv （ｄｘ／ｄｔ）＋ｍr （ｄ²ｘ／ｄｔ²） …（１）ここでｆは力、ｘは位置、ｄｘ／ｄｔは位置ｘの時間ｔ
に対する一次微分（すなわち速さ）、ｄ²ｘ／ｄｔ²は
位置ｘの時間ｔに対する二次微分（すなわち加速度）、
ｋp は位置ｘの項の係数、ｋv はｘの一次微分の項の係
数、ｍr はｘの二次微分の項の係数である。

【００１７】すなわち、（１）式は、ばねと係合し、粘
性流体中を外力を受けて動く物体のニュートンの力学に
従う運動方程式と同様の運動方程式である。鍵盤の運動
が（１）式で近似できた場合、ｍr は鍵盤の鍵の質量、
ｋv は粘性に相当する係数、ｋp はばね定数に相当する
係数、ｆは外力に相当するものとなる。

【００１８】ところで、たとえば、自然楽器のピアノの
鍵盤の鍵の運動方程式が、以下の式で表わされたとす
る。

【００１９】Ｆ＝ｋpdｘ＋ｋvd（ｄｘ／ｄｔ）＋ｍd （ｄ²ｘ／ｄｔ²） …（２）ここで、Ｆは外力、ｘは（１）式同様位置、ｋpdはｘの
項の係数、ｋvdはｘの一次微分の項の係数、ｍd はｘの
二次微分の項の係数である。

【００２０】一般に、電子楽器の鍵の運動を記述する
（１）式における各項の係数ｋp 、ｋv 、ｍr は、自然
楽器のピアノ鍵の運動を記述する（２）式のｋpd、ｋv
d、ｍdとは異なる。したがって、両者は異なる係数から
なる運動方程式で記述されているため、電子楽器の鍵盤
のタッチはピアノの鍵盤のタッチとは異なるものとなっ
ている。

【００２１】ここで、タッチ感を調整するために電子楽
器の鍵盤の鍵にアクチュエータを設け、鍵に外力を働か
せることを考える。すなわち、各鍵には演奏者の演奏操
作による外力と、アクチュエータによる外力の２つが印
加されることになる。図１上段にこのようにアクチュエ
ータを備えた鍵の動作特性を示す。

【００２２】演奏者の演奏操作による外力を（２）式と
同様Ｆで表わし、アクチュエータの与える外力をｆu で
表わすこととする。鍵１は質量ｍr を有し、固定された
ベース４に対して、ばね係数ｋp を有するばね２と、粘
性係数ｋv を有するダンパ３によって結合され、外力と
してＦとｆuとを受ける。これらの外力の結果、鍵１の
位置ｘが変化する。

【００２３】アクチュエータの与える外力ｆu を（１）
式に加えることによって、鍵１のタッチ感が（２）式で
表わされるピアノの鍵と同様のタッチ感となるように鍵
１の運動を調整することを考える。

【００２４】すなわち、図１下段に示すように質量ｍd
を有する鍵６がばね係数ｋpdのばね７でベース４に結合
され、粘性係数ｋvdのダンパ８と結合され、力Ｆを受け
て鍵６の位置ｘを変化させる時と、鍵１が同じ運動をす
るように外力fuで補正する。

【００２５】図１上段に示す鍵１に外力Ｆとｆu とが印
加される場合の運動方程式を以下に表わす。

【００２６】ｆu ＋Ｆ＝ｋp ｘ＋ｋv （ｄｘ／ｄｔ）＋ｍr （ｄ²ｘ／ｄｔ²） …（３）（３）式のＦに、（２）式のＦを代入し、変数ｘ、（ｄ
ｘ／ｄｔ）、（ｄ²ｘ／ｄｔ²）で整理すれば、以下の
ようになる。

【００２７】ｆu ＝（ｋp −ｋpd）ｘ＋（ｋv −ｋvd）（ｄｘ／ｄｔ）＋（ｍr −ｍd ）( ｄ²ｘ／ｄｔ²） …（４）同様に、（３）式の（ｄ²ｘ／ｄｔ²）の項を（２）式
を用いて消去すれば、以下のようになる。

【００２８】ｆｕ＝｛ｋp −（ｍr ／ｍd ）ｋpd｝ｘ＋｛ｋv −（ｍr ／ｍd ）ｋvd｝（ｄｘ／ｄｔ） −｛１−（ｍr ／ｍd ）｝Ｆ …（５）すなわち、（４）式または（５）式を満足する力ｆu を
アクチュエータによって与えれば、図１上段に示す鍵１
の動特性は、図１下段に示すような定数を備えた鍵の動
特性と同等となる。

【００２９】このようにして、電子楽器の鍵盤に、所望
のタッチ感を付与することが可能となる。

【００３０】なお、以上の検討において用いた係数ｍr
、ｋv 、ｋp 、ｍd 、ｋvd、ｋpd等はそれぞれ定数と
は限らない。すなわち、鍵盤の鍵は質点ではなく、いろ
いろの機構を備えた剛体であるので、種々に変化する。

【００３１】したがって、鍵盤の鍵の動特性を（１）
式、（２）式のように近似したとしても、それぞれの係
数はたとえば位置、速度、加速度等に依存して変化する
変数と考えるほうがより正確である。なお、（２）式に
おける係数ｍd 、ｋvd、ｋpdをターゲットインピーダン
スと呼び、それぞれを仮想質量、仮想ばね係数、仮想粘
性係数ともいう。

【００３２】たとえば、各鍵ごとに（２）式の係数ｍd
、ｋpd、ｋvdをｘ、（ｄｘ／ｄｔ）、（ｄ²ｘ／ｄｔ
²）の任意の関数として設定して、電子楽器の鍵盤に、
所望のタッチ感を与えることができる。

【００３３】このような各種の制御、調整が可能な鍵盤
の実施例を図２に示す。図２において、鍵１は圧力セン
サ１１を備え、押鍵する力を検出する。９は鍵１の支点
を表す。鍵１の位置は、位置センサ１２で検出される。
位置センサ１２の検出した位置信号は微分回路１３にも
送られ、微分されて速度信号を発生する。速度信号は微
分回路１４にも送られて加速度信号を発生する。これら
の力、加速度、速度、位置を表す信号は、それぞれマル
チプレクサ群２７に供給されるとともに制御回路１７に
も供給される。

【００３４】マルチプレクサ群２７には、さらに他の鍵
における力、加速度、速度、位置を表す信号も入力され
る。マルチプレクサ群２７は、複数ある全鍵についての
力、加速度、速度、位置の４種の信号をそれぞれ時分割
多重化する４つのマルチプレクサである。時分割多重化
された４つの信号、すなわち力、加速度、速度、位置を
表す信号は、パラメータテーブルメモリ群１５に入力さ
れる。

【００３５】圧力センサ１１の出力信号は、表面接触検
出回路２４にも送られ、ここで鍵の表面に指が接触した
ことが検出される。接触検出信号はキースキャンおよび
マルチプレクサ２５に入力する。

【００３６】他の鍵においても同様に、鍵の表面に指が
接触したことが検出され、接触検出信号はキースキャン
およびマルチプレクサ２５に入力する。キースキャンお
よびマルチプレクサ２５は、全鍵をスキャンニングして
指が接触している鍵を検出し、検出結果信号を時分割多
重化して出力する。この検出結果信号は、パラメータテ
ーブルメモリ群１５に入力されるとともに、キーアサイ
ナ２６に入力される。

【００３７】キーアサイナ２６は、キースキャンおよび
マルチプレクサ２５からの検出結果信号に基づいて、指
が接触している鍵に対応する音高を示すノートコードを
やはり時分割多重化した信号で音源３０に出力する。

【００３８】音源３０は、このノートコードおよび時分
割キーオン（ＫＯＮ）信号に基づいて楽音信号を生成す
る。音源３０はエンベロープジェネレータ（ＥＧ）も含
んでいる。音源３０からの楽音信号はアンプ３１とスピ
ーカ３２とからなるサウンドシステムに送られ、楽音が
発生される。キーオン信号ＫＯＮは、本実施例では各鍵
にキースイッチを設けてこのキースイッチのオンを検出
することにより発生させている。

【００３９】なお、上記の位置センサ１２の出力から鍵
が所定位置以上に押下されたことを検出してキーオン信
号ＫＯＮを生成してもよい。また、位置を微分したキー
速度またはキー速度を微分した加速度が、所定値以上に
なったことを検出してキーオン信号ＫＯＮを生成しても
よい。

【００４０】パラメータテーブルメモリ群１５には、各
鍵（すなわち各ノートコード）ごとに、加速度、速度お
よび位置に対応する（２）式の係数ｍｄ，ｋｐｄ，ｋｖ
ｄのテーブル（パラメータテーブル）が記憶されてい
る。また、パラメータテーブルメモリ群１５はノートコ
ードに応じてどのパラメータテーブルを選択するかを示
すキースケール情報を有する。

【００４１】パラメータテーブルメモリ群１５において
は、まずキースキャンおよびマルチプレクサ２５からの
検出結果信号（ノートコード）に基づいてキースケール
情報が参照され、そのノートコード（音高）に応じたパ
ラメータテーブルが選択される。

【００４２】そして、そのパラメータテーブルを参照し
て、マルチプレクサ群２７から入力した加速度、速度お
よび位置に対応する係数ｍｄ，ｋｐｄ，ｋｖｄが読出さ
れる。読出された係数ｍｄ，ｋｐｄ，ｋｖｄは、時分割
多重化してデマルチプレクサ２８に出力される。

【００４３】パラメータテーブルメモリ群１５には、パ
ラメータ調節手段２１およびパラメータ入力手段２３が
接続されている。パラメータ調節手段２１は、登録され
ている運動方程式の係数を変化させるなどの調整を行
う。パラメータ入力手段２３は、新たにパラメータを入
力するための手段である。

【００４４】デマルチプレクサ２８は、入力信号から各
鍵ごとの係数ｍｄ，ｋｐｄ，ｋｖｄを抽出する。これら
の係数ｍｄ，ｋｐｄ，ｋｖｄはラッチ２９を介して各鍵
ごとに設けられている制御回路１７に入力する。制御回
路１７は、これらの係数ｍｄ，ｋｐｄ，ｋｖｄおよび
力、加速度、速度、位置を表す信号に基づいて、（４）
式に示す演算を行い、アクチュエータの発生すべき力ｆ
ｕを得る。得られた力ｆｕに基づく制御信号がドライバ
回路１８に供給される。

【００４５】ドライバ回路１８はアクチュエータが発揮
すべき力ｆｕに基づき、電磁アクチュエータ１９に電流
を供給し、所定の力ｆｕを発生させ、鍵１に作用させ
る。他の鍵においても同様の演算がなされ、その結果に
応じて各鍵ごとに独立に所定の力が作用される。

【００４６】このようにして、各鍵ごとに独立に、
（１）式に示す動特性を有する鍵が（２）式に示す動特
性を有するかのようにタッチ感触が制御される。したが
って、たとえば電子鍵盤楽器において低音側の鍵ほど慣
性を高くすなわちタッチを重くするようにすれば、ピア
ノのような自然なタッチ感触を実現することができる。

【００４７】なお、鍵盤のタッチ感触はパラメータテー
ブルメモリ群１５に記憶するパラメータを変更すること
により、種々の感触を実現できる。たとえば、鍵盤の鍵
を高音側と低音側の２つのグループに分け、高音側のグ
ループに属する鍵については軽いタッチを実現する第１
のパラメータテーブルを、低音側のグループに属する鍵
については重いタッチを実現する第２のパラメータテー
ブルを、用いるようにすれば、意識的に所定の鍵を境に
してタッチ感触を不連続にすることもできる。

【００４８】図２に示す実施例を構成する各部分を以下
に説明する。図３は、鍵盤の鍵、圧力センサ、位置セン
サ、アクチュエータの例を示す斜視図である。鍵盤１は
上部材１ａ、下部材１ｂを含み、その間に感圧ゴム圧力
センサ１１ａを挾んでいる。感圧ゴム圧力センサ１１ａ
からは、押圧力に応じた電圧信号が供給される。このセ
ンサにて表面接触を検出する。

【００４９】表面接触センサはこの構造に限らず、たと
えばプラスチック鍵の表面に金属メッキを施し、指接触
時の接地電圧により発振器からの出力をゲーティングお
よび平滑して接触出力を得る特願平２−２７０６９０号
第１４図参照のようなものでもよい。

【００５０】鍵１の上下運動は、透過型ホトセンサ１２
ａのグレイスケール４１を上下させる。グレイスケール
４１が上下すると、透過型ホトセンサ１２ａの発光源４
２から受光素子４３に伝わる光量が変化し、位置信号が
発生する。鍵１のタッチ感を制御する制御信号は、両方
向ソレノイド型アクチュエータ１９ａに印加され、両方
向ソレノイド型アチュエータが上または下に所望の力を
作用させ、鍵１を上から押圧する指に反力または引力を
与える。

【００５１】なお、両方向ソレノイド型アクチュエータ
としては、永久磁石と励磁コイルとを含み、励磁コイル
に２方向の電流を流すことによって、２方向に力を作用
させることのできるアクチュエータや、さらにばねやス
プリング等を備え、中央、両端の三位置で安定状態をと
ることのできるアクチュエータや、共通軸上に２つの鉄
心を有し、各鉄心の周囲に励磁コイルを備え、それぞれ
鉄心を駆動することのできる２方向性アクチュエータ
等、ないしはそれらの組み合わせ等を用いることができ
る。

【００５２】アクチュエータの作動部材４４と鍵１との
結合形態の例を図４に示す。鍵１は支点を中心に枢動運
動を行なう場合を考える。鍵１が円弧状に枢動する時、
アクチュエータの作動部材４４が直線運動を行なうとす
れば、結合部分に無理が発生する。そのため、図４に示
すような構造をとる。

【００５３】図４において、作動部材４４は、中間部材
４５に対して軸４６の周りに回動自在に取り付けられて
いる。さらに、この中間部材４５は鍵１に設けた溝４７
内を摺動自在に結合されている。このため、作動部材４
４が軸方向に変位すると、鍵１は円弧状に変位すること
ができる。

【００５４】なお、鍵１として、円弧上運動を行なうも
のの他、上下に平行移動する鍵を用いてもよい。この場
合には図４に示すような構造をあえてとる必要がなくな
る。

【００５５】図３においては位置センサがグレイスケー
ルとそれを挾んだ光源、受光素子で構成される場合を示
したが、位置センサは他の形態でもよい。

【００５６】図５に位置センサの他の例を示す。ＬＥＤ
等の光源４８とホトダイオード等の受光素子４９が開口
付遮光板５０を挾んで対向配置されており、光源４８か
ら発した光の内、開口付遮光板５０の開口５１を通った
光が受光素子４９に入射している。受光素子４９からの
信号は、アンプ５２によって増幅され、位置信号として
供給される。

【００５７】位置センサのさらに他の例として、特願平
２−２７０６９０号第４図、第５図のようなゴム状膨出
部内に反射部と発光部および受光部からなるフォトイン
タラプタとで構成されるフォトセンサで構成してもよ
い。

【００５８】なお、位置センサは光を用いたものに限ら
ず、どのようなものであってもかまわない。

【００５９】図６に、図２のパラメータテーブルメモリ
群１５と制御回路１７等の回路の例を示す。

【００６０】センサ等から送られる位置信号、速度信
号、加速度信号、力信号は、アナログ／デジタル変換器
（ＡＤＣ）６１に送られ、デジタル信号となって、バス
６２に供給される。バス６２には、演算処理を行なうこ
とのできるＣＰＵ６３、演算プログラムを記憶するプロ
グラムＲＯＭ６４、データ等の情報を記録するデータＲ
ＯＭ６５、ワークレジスタ等の一時メモリを有するワー
クＲＡＭ６６等が接続され、プログラムＲＯＭ６４に記
憶されたプログラムに従って、演算処理を行なう。

【００６１】また、バス６２にはパラメータテーブルメ
モリ６７およびキースケールＲＯＭ７０が接続されてい
る。ＣＰＵ６３は、キースキャンおよびマルチプレクサ
２５（図２）からの検出結果信号を入力し、どのキーに
表面接触があるかを判別する。ＣＰＵ６３は、そのキー
のノートコードに基づいてキースケールＲＯＭ７０をア
クセスし、キースケール情報を得る。

【００６２】キースケール情報はノートコードに応じて
どのパラメータテーブルを選択するかを示す情報であ
る。このキースケール情報に基づいて、ＣＰＵ６３はパ
ラメータテーブルメモリ６７中のアクセスすべきパラメ
ータテーブルを選択する。そして、ＡＤＣ６１からの位
置信号、速度信号、および加速度信号に対応するパラメ
ータ（係数ｍｄ，ｋｐｄ，ｋｖｄ）を読出す。以上のよ
うにしてパラメータがバス６２に供給される。

【００６３】また、バス６２にはデジタル／アナログ変
換器（ＤＡＣ）６８が接続され、バス６２から出力され
るデジタル信号をアナログ信号に変換して、ドライバ１
８に制御信号を供給する。この制御信号に従ってドライ
バ１８はアクチュエータ１９に所望の電流等を供給す
る。

【００６４】なお、バス６２にはパラメータ入力調節装
置６９も接続され、パラメータテーブルメモリ６７に任
意のパラメータを入力したり、一旦入力したパラメータ
を調節することができる。

【００６５】すなわち、図２に示す制御回路１７、ラッ
チ２９およびデマルチプレクサ２８は、図６において
は、ＡＤＣ６１、バス６２、ＣＰＵ６３、プログラムＲ
ＯＭ６４、データＲＯＭ６５、ワークＲＡＭ６６、ＤＡ
Ｃ６８から構成される。

【００６６】また、図２に示すパラメータテーブルメモ
リ群１５は、キースケールＲＯＭ７０およびパラメータ
テーブルメモリ６７から構成される。

【００６７】パラメータテーブルメモリ１５に収納され
るパラメータの例を図７に示す。図７（Ａ）は、仮想質
量ｍd の位置ｘに対する変化の例を示す。図示の場合、
鍵盤の鍵の質量ｍd が押鍵の途中で減る状態を生じる。
つまり、鍵盤を押下げていくと、途中でカクッと抜ける
ような感じが生じる。これはピアノ等の鍵においては、
鍵の後側に設けられたカム的な機構によって抵抗が変化
することを再現するのに適している。

【００６８】図７（Ｂ）は、仮想ばね係数ｋpdの位置ｘ
に対する変化の例を示す。図示の場合、鍵を押込むに従
って、ばねが次第に弱くなるタッチ感を発生する。な
お、変位ｘに対して変化しないばね係数を有するように
すること等も当然できる。

【００６９】図７（Ｃ）は、変位の時間微分すなわち速
度に対して、粘性係数に相当する係数ｋvdが変化する例
を示す。図示の場合、鍵盤を弾く速さが遅い時は重量感
を有するが、速く弾くに従ってその抵抗感がなくなって
いくタッチ感が発生する。このように粘性係数に相当す
るｋvdを変化させることによって、弾きごたえがあって
かつ、速く弾き易い鍵盤が実現できる。

【００７０】以上、ｍd 、ｋpd、ｋvdについて、それぞ
れ１つの変数に対して変化する例を示したが、実際には
２つ以上の変数に対して変化してもよく、それぞれが相
関連して変化してもよいので、非常にバリエーション豊
かな特性が実現可能である。

【００７１】図８（Ａ）〜（Ｄ）は、パラメータ調節装
置を示す。図８（Ａ）は、構成を示す。パラメータ調節
装置２１は、前面に操作パネルを有し、各パラメータを
調節するためのボリューム８１およびパラメータの変化
の態様（大きさ、勾配等）を指定するためのスイッチ８
２を備え、パラメータの変化を表示するための表示器８
３を有する。

【００７２】図８（Ｂ）は、パラメータ調節装置の回路
を示す。図８（Ａ）のボリューム８１で形成される可変
抵抗８４が各パラメータに対応して設けられ、出力を増
幅器８５に供給する。増幅器８５の出力はアナログ／デ
ジタル変換器（ＡＤＣ）８６に供給され、デジタル信号
として出力される。また、増幅器８５の出力はパラメー
タ表示器８３に送られ、表示される。

【００７３】図８（Ｃ）、（Ｄ）は、パラメータの調節
を示すグラフである。図８（Ｃ）は、パラメータの大き
さを調節する場合のモードを示す。横軸が力、位置等の
変数を表わし、縦軸がパラメータの大きさを示す。パラ
メータ調節装置のボリューム８１を調節することによ
り、パラメータの強度が上下に変化する。

【００７４】図８（Ｄ）は、パラメータの変化の勾配を
調節するモードを示す。横軸、縦軸は図８（Ｃ）と同様
である。ボリューム８１を調節すると、パラメータの変
数に対する変化率が調節される。

【００７５】図９（Ａ）〜（Ｃ）はパラメータ入力装置
を示す。図９（Ａ）は構成を示す概略図である。パラメ
ータ入力装置２２は前面に操作パネルを有し、操作パネ
ルにはパラメータの種類を選択するスイッチ９１、変数
の種類を選択するスイッチ９２およびパラメータの大き
さを調節するための一連のボリューム９３、表示器９４
を有する。

【００７６】すなわち、パラメータ選択スイッチ９１で
パラメータの種類を選択し、どの変数に対してパラメー
タを変化させるかを変数スイッチ９２で選択し、どのよ
うに変化させるかを一連のボリューム９３で指定するこ
とにより、パラメータの変化の態様を入力する。

【００７７】さらに、同様にして、パラメータ選択スイ
ッチ９１でキースケール情報を入力するモードに設定
し、パラメータをどのように変化させるかを一連のボリ
ューム９３で指定することにより、ノードコードに対す
るパラメータの変化の態様を入力する。パラメータの変
化の態様は表示器９４に表示される。

【００７８】図９（Ｂ）、（Ｃ）は、このように入力さ
れるパラメータの変化の態様の例を示す。図９（Ｂ）
は、各点で入力された値に従い、パラメータが折線グラ
フの如く変化する対応を示す。ただしこのような変化と
すると、各屈曲点でパラメータの変化（微分）が不連続
となるため、不自然な印象となりやすいが、逆にピアノ
高音域の不連続性を意識的に付与することもできる。こ
の点を変更したものが図９（Ｃ）に示すものである。

【００７９】図９（Ｃ）の態様においては、各入力値を
滑かな曲線で接続するように平滑化処理がなされてい
る。図９（Ｄ）はノードコードに対するパラメータの変
化の態様の一例を示す。

【００８０】図１０は、タッチ感制御のプログラムを示
すフローチャートである。このフローチャートは鍵盤の
タッチ感制御処理部分を示し、通常の鍵盤の鍵操作処理
フローチャートと並行に実行される。

【００８１】まず処理がスタートすると、ステップＳ１
において、センサ情報を取得する。このセンサ情報取得
ステップはタイマインタラプトに基づいて行なってもよ
いし、別個のＣＰＵを設け、独立のクロック信号に基づ
いて行なってもよい。

【００８２】センサ情報を取得した後、ステップＳ２に
おいてパラメータテーブルメモリからパラメータを読み
出す。パラメータの読出しは、上述したようにノードコ
ードに応じたパラメータテーブルがまず選択され、その
パラメータテーブルから各パラメータが読出される。

【００８３】さらにステップＳ３においてパラメータ調
節装置で調節値が入力されている時は、その調節値を読
み出す。パラメータの値を調節する場合は、次のステッ
プＳ４において、パラメータテーブルの値をパラメータ
調節値に基づいて変換する。つづいてステップＳ５にお
いてその他データを読み出す。

【００８４】この状態で、センサから得た力、位置、速
度、加速度等の変数情報と、パラメータテーブル等から
得たパラメータが準備される。これらの変数およびパラ
メータに基づき、予め設定した運動方程式の演算を行な
って求める力ｆu を求める。

【００８５】ステップＳ６がこの指令値ｆu を計算する
ステップを示す。ステップＳ７で得られた指令値ｆu を
ＤＡＣに出力し、アナログ信号に変換する。このアナロ
グ信号が、図２に示すドライバ回路１８に送られ、アク
チュエータ１９を作動させることにより、鍵に所望の力
が作用し、所望のタッチ感が得られる。

【００８６】なお、上述の実施例においては、制御回路
をソフトウェアで構成する場合を説明したが、専用のハ
ードウェアで構成してもよい。この場合は、変数データ
からメモリ番地を指定する手段を設置する。

【００８７】位置信号を微分して速度、加速度を得る代
わりに、位置センサの他、速度センサ、加速度センサを
独立に設けることもできる。

【００８８】ターゲットインピーダンスのパラメータは
メモリ格納式の他、演算式で求めることもできる。たと
えば、ｎd ＝Ｍ₁（０＜ｘ＜ｘ１）Ｍ₂（ｘ１＜ｘ）ｋpd＝Ｋ₁／（ｘ＋ａ）（０＜ａ）ｋvd＝Ｋ₂ 等のように、パラメータを式によって定義することがで
きる。

【００８９】また、上述の実施例においては運動方程式
として、質点の運動方程式に相当するものを用いたが、
より一般的な運動方程式を用いてもよい。

【００９０】たとえば、変数の組み合わせとして位置と
加速度の積に比例する項、速度の二乗に比例する項等の
項を設けそれぞれに係数を設定してもよい。また、現実
には存在しない運動方程式を設定することにより、より
独創的な楽音を発生することもできる。

【００９１】また、上述の実施例においては、ばね係数
が変位ゼロから変位量の変化に従って変化する場合を説
明したが、一定のオフセットを有するばねを用いてもよ
い。すなわち、ばねによる力をｋpd（ｘ＋ａ）のように
設定してもよい。

【００９２】アクチュエータとしては、ソレノイドの他
リニアモータ等を用いることもできる。また、低回転高
トルクのダイレクトドライブモータが得られれば、鍵盤
の支点部にこのようなダイレクトドライブモータを用い
ることもできる。

【００９３】また、重力による力の項を運動方程式に加
え、より現実に近い運動方程式に基づいて制御すること
もできる。

【００９４】パラメータ入力調節手段も前述のものに限
らない。たとえばディスプレイ、キーボード、マウスを
備えたパソコンで構成してもよい。

【００９５】なお、本発明は電子鍵盤楽器に限らず、種
々の操作装置に適用できる。図１１（Ａ）は、本発明の
適用対象である電子機器の右手用操作装置１Ｒ（以下、
グリップという）を示す。

【００９６】この図において、Ｃは六角柱状のケースで
あり、側面がＨ１面、Ｈ２面、Ｈ３面とこれらの面と対
称に設けられたＨ４面、Ｈ５面、Ｈ６面とから構成さ
れ、上面がＨ７面および下面がＨ８面となっている。そ
して、右手の掌でＨ３面を、親指でＨ７面を、親指を除
く４本の指でＨ１面、Ｈ４面を押さえ得るように、すな
わち右手で把持し得るようになっている。

【００９７】また、ケースＣのＨ２面とＨ３面の交差部
の各端部には、取り付け部材３Ｒ，３Ｒが設けられてお
り、この取り付け部材３Ｒ，３Ｒに長さ調整可能ベルト
５Ｒが取り付け金具７Ｒ，７Ｒを介して取り付けられて
いる。これにより、右手をグリップ１Ｒに固定すること
ができる。

【００９８】また、ケースＣのＨ１面、Ｈ４面には、各
々４個の押しボタンスイッチ、すなわち合計８個の押し
ボタンスイッチＳＲ１〜ＳＲ８が取り付けられている。
この場合、押しボタンスイッチＳＲ１〜ＳＲ８は、グリ
ップ１Ｒを右手で握った場合に、親指を除く４本の指で
容易に押せる位置に各々配置されている。

【００９９】すなわち、押しボタンスイッチＳＲ１，Ｓ
Ｒ２は人差し指で押せる位置に、押しボタンスイッチＳ
Ｒ３，ＳＲ４は中指で押せる位置に、押しボタンスイッ
チＳＲ５，ＳＲ６は薬指で押せる位置に、押しボタンス
イッチＳＲ７，ＳＲ８は小指で押せる位置に、各々横方
向に並べて配置されている。このような操作装置１Ｒ
は、各種のマニピュレータに用いることもできるし、電
子楽器の入力装置としても用いることもできる。

【０１００】この操作装置１Ｒは、また不図示の駆動装
置を備え、押しボタンスイッチＳＲ１〜ＳＲ８のそれぞ
れに独立に力を作用させることができる。また、上記の
第１の実施例と同様に駆動装置の制御装置をも有する。

【０１０１】図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の操作装置
１Ｒにおけるキースケールに対するパラメータの変化の
態様の一例を示す。横軸の「１」〜「８」の数字はそれ
ぞれ押しボタンスイッチＳＲ１〜ＳＲ８に対応してい
る。「０」は親指で押す不図示のスイッチＳＲ０に対応
している。図１１（Ｂ）のように、力の強い親指ではパ
ラメータの値を大きく、力の弱い小指では小さくするよ
うにしている。

【０１０２】このようにパラメータを設定することによ
り、たとえば小指で操作する押しボタンは弱い力で押下
でき、各指ごとに適正なタッチ感触を得ることができ
る。

【０１０３】図１２は、本発明の別の適用対称であるコ
ンピュータのキーボードＣＯＮを示す。キーボードＣＯ
Ｎは、多く用いられているＱＷＥＲＴＹ配列のキーボー
ドである。この配列においては、左側ＣＯＮＡの「ＥＳ
Ｃ，ＴＡＢ，ＣＴＲＬ，ＣＡＰＳ，ＳＨＩＦＴ，１，
Ｑ，Ａ，Ｚ，カナ」の各キー、および右側ＣＯＮＢの
「−，ヘ，￥，ＢＳ，Ｐ，＠，［，改
行，；，：，］，．，／，ロ，ＳＨＩＦＴ，ＸＦＥＲ」
の各キーは、それぞれ右手および左手の小指で押下され
る。

【０１０４】したがって、上述の実施例と同様にして小
指キーのみタッチを弱くすれば、全体として適正なタッ
チ感触を得ることができる。さらに、他の指に割り当て
られたキーについてもタッチ調整を行ってもよい。

【０１０５】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。

【０１０６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、複数の演奏操作子の各々に力を作用させるための複
数の駆動手段をそれぞれ独立に駆動制御するようにして
いるので、例えば弾きやすい音域（中央）と弾きにくい
音域（端）とでタッチの感触を異ならせたり、ピアノの
ように音高の低い鍵のタッチを重く高い鍵のタッチを軽
くするなど、タッチ感触を所望のように制御することが
できる。

【０１０７】また、パーソナルコンピュータのキーや指
操作型の握持キーボードなどのどのキーがどの指で操作
されるかがほぼ決まっている操作装置において、各指ご
との適正なタッチ感触を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による鍵動作特性の制御を示
す概念図である。

【図２】本発明の実施例による電子楽器のタッチ感触
制御回路を示すブロック図である。

【図３】鍵とその周辺の構造例を示す斜視図である。

【図４】アクチュエータと鍵の結合状態を示す側面図
である。

【図５】位置センサの例を示す概略斜視図である。

【図６】制御回路とパラメータテーブルを示すブロッ
ク図である。

【図７】パラメータの変化の例を示すグラフである。

【図８】パラメータ調節装置を示す斜視図、ブロック
図、およびパラメータの調節の態様を示すグラフであ
る。

【図９】パラメータ入力装置を示す前面図、およびパ
ラメータの入力態様を示すグラフである。

【図１０】電子楽器におけるタッチ感触制御のフロー
チャートである。

【図１１】本発明の他の実施例の操作装置およびパラ
メータの入力態様を示すグラフである。

【図１２】本発明のさらに他の実施例の操作装置であ
るキーボードである。

【符号の説明】

１、６…鍵、２，７…ばね、３，８…ダンパ、９…支
点、ｘ…位置、ｍ…質量、ｋ…係数、１１…圧力セン
サ、１２…位置センサ、１３，１４…微分回路、１５…
パラメータテーブルメモリ群、１７…制御回路、１８…
ドライバ、１９…アクチュエータ、２１…パラメータ調
節手段、２２…パラメータ制御手段、２３…パラメータ
入力手段、２４…表面接触検出回路、２５…キースキャ
ンおよびマルチプレクサ、２６…キーアサイナ、２７…
マルチプレクサ、２８…デマルチプレクサ、２９…ラッ
チ、３０…音源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−107899（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−178298（ＪＰ，Ａ) 特開平２−177223（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−295318（ＪＰ，Ａ) 特開昭49−24121（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−115238（ＪＰ，Ｕ) 特許2730216（ＪＰ，Ｂ２) 特許2748616（ＪＰ，Ｂ２) 特許2748617（ＪＰ，Ｂ２) 特許2956180（ＪＰ，Ｂ２) 特公平７−111631（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G10H 1/34 G06F 3/02 310 G10H 1/00 H01H 9/54

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】演奏操作を行うための複数の演奏操作子
と、前記複数の演奏操作子のそれぞれに直接的または間接的
に結合され、前記複数の演奏操作子の各々に力を作用さ
せるための複数の駆動手段と、演奏者によって前記複数の演奏操作子に与えられる操作
力をそれぞれモニタする複数のモニタ手段と、前記操作力に基づき前記複数の演奏操作子がそれぞれ所
望のタッチ感を有する場合に位置すべき目標位置を算出
する算出手段と、前記複数の演奏操作子の少なくとも一部の演奏操作子を
前記目標位置に向けて移動させるための電力を前記少な
くとも一部の演奏操作子に対応する前記複数の駆動手段
のそれぞれに供給し、前記複数の駆動手段のそれぞれ
を、他の駆動手段とは異なるように独立に駆動制御する
制御手段とを有する操作装置。
【請求項２】演奏操作を行うための複数の演奏操作子
と、前記複数の演奏操作子のそれぞれに直接的または間接的
に結合され、前記複数の演奏操作子の各々に力を作用さ
せるための複数の駆動手段と、前記複数の演奏操作子それぞれの位置、速度、加速度お
よび操作力のうちの少なくとも２つの変数をモニタする
複数のモニタ手段と、前記２つの変数のモニタ結果に基づき、前記複数の演奏
操作子のそれぞれの運動方程式の係数を設定する設定手
段と、前記設定した係数を持つ運動方程式に従った運動特性を
前記複数の演奏操作子のそれぞれに付与するのに必要な
外力を算出する算出手段と前記算出手段が算出する外力
を生じさせるための電力を前記複数の演奏操作子に対応
する前記複数の駆動手段のそれぞれに供給し、前記複数
の駆動手段のそれぞれを、他の駆動手段とは異なるよう
に独立に駆動制御する制御手段とを有する操作装置。
【請求項３】少なくとも２本以上の指を用いて入力操
作を行うための複数の入力操作子と、前記複数の入力操作子のそれぞれに直接的または間接的
に結合され、前記複数の入力操作子の各々に力を作用さ
せるための複数の駆動手段と、操作者の各指によって前記複数の入力操作子に与えられ
る操作力をそれぞれモニタする複数のモニタ手段と、前記複数の入力操作子の各々を操作する指の種類と前記
操作力に基づき、前記複数の入力操作子がそれぞれ所望
のタッチ感を有する場合に位置すべき目標位置を算出す
る算出手段と、前記複数の入力操作子をそれぞれ前記目標位置に向けて
移動させるための電力を前記複数の入力操作子に対応す
る前記複数の駆動手段のそれぞれに供給し、前記複数の
駆動手段のそれぞれを駆動制御する制御手段とを有する
操作装置。
【請求項４】少なくとも２本以上の指を用いて入力操
作を行うための複数の入力操作子と、前記複数の入力操作子のそれぞれに直接的または間接的
に結合され、前記複数の入力操作子の各々に力を作用さ
せるための複数の駆動手段と、前記複数の入力操作子それぞれの位置、速度、加速度お
よび操作力のうちの少なくとも２つの変数をモニタする
複数のモニタ手段と、前記複数の入力操作子の各々を操作する指の種類と前記
２つの変数のモニタ結果に基づき、前記複数の入力操作
子のそれぞれの運動方程式の係数を設定する設定手段
と、前記設定した係数を持つ運動方程式に従った運動特性を
前記複数の入力操作子のそれぞれに付与するのに必要な
力を算出する算出手段と前記算出手段が算出する力を生
じさせるための電力を前記複数の入力操作子に対応する
前記複数の駆動手段のそれぞれに供給し、前記複数の駆
動手段のそれぞれを駆動制御する制御手段とを有する操
作装置。