JP4134952B2 - 自動演奏ピアノ - Google Patents

Description

この発明は、自動演奏ピアノであって、特にハンマセンサの動きを検出するためのハンマセンサを持たない構成の自動演奏ピアノにおいて、演奏情報を記録する機能及び演奏情報の再生機能の改良に関する。

従来から、アコースティックピアノにおいて、鍵盤やペダル等の操作子の動作を電気的に制御して無人演奏を行う自動演奏ピアノがある。この種の自動演奏ピアノは、演奏者が行ったピアノ演奏操作を演奏情報として記録する機能（演奏情報の記録）や、演奏情報に基づき鍵を駆動制御することで、該演奏情報が表す演奏内容を再現する機能（演奏情報の再生）を有している。「演奏情報の再生」機能においては、各鍵毎に設けたソレノイドを再生すべき演奏情報に基づき駆動制御することで、演奏情報に応じたピアノ演奏の再現が行われる。また、「演奏情報の記録」機能においては、鍵やハンマの動きをセンサによって検出し、該センサの出力をもとに、打弦タイミング打弦速度等を表す演奏情報を記録したり、或いは、その演奏情報を電子音源に供給して電子的に楽音を発生する事が行われている。下記特許文献１には、ハンマの動きを検出するためのハンマセンサを備えた自動演奏ピアノの構成例が開示されている。これにおいては、打弦速度や打弦タイミングのデータは、該ハンマセンサの出力に基づき取得できる。
特開２００１−１７５２６２号公報

ところで、自動演奏ピアノには、ハンマセンサを持たない、いわゆる「ハンマセンサレス」の構成の機種がある。ハンマレスの自動演奏ピアノでは、各鍵に対応して設けたキーセンサにより鍵の動作速度（鍵盤速度）や動作タイミングを検出し、該各キーセンサの出力に基づき打弦速度や打弦タイミングを算出する方式が採用される。ここで、キーセンサの出力に基づき打弦速度を算出する方法としては、キーセンサの出力に基づく鍵盤速度を適宜のデータ形式（例えばＭＩＤＩ形式）の打弦速度データに変換するための速度変換テーブルを使用する方法があった。この速度変換テーブルは、鍵盤速度と、該鍵盤速度によって実現されるべき（と推定される）打弦速度とを対応付けたものであり、これは、自動演奏ピアノ製造メーカの実験機等のマスター実験機おいて作成され、各自動演奏ピアノ内に予め記憶されるものである。
また、演奏情報の再生時には、演奏情報に含まれる打弦速度データを、ソレノイドを駆動するための電流値の大きさを指示する制御目標値に変換する必要があり、その変換には、打弦速度データとソレノイド駆動用の制御目標値とを対応付けたテーブルを使用する。以下の説明において、打弦速度と制御目標値とを対応付けたテーブルを指す用語として「再生テーブル」を用いる。再生テーブルは、個々の自動演奏ピアノにおいて、前記鍵盤速度と打弦速度を対応付けた速度変換テーブルを用いて作成される。各自動演奏ピアノにおいて再生テーブルを作成する処理を「学習」という。ハンマセンサレスの自動演奏ピアノにおける「学習」処理の概略を簡単に説明すると、先ず任意の複数の制御目標値をソレノイドに与えて鍵の駆動を行い、各目標値毎のキーセンサ出力を取得して、各目標値によって実現された鍵盤速度を実測する。そして、前記実測した各鍵盤速度に基づき前記速度変換テーブルを用いて、各鍵盤速度毎に対応すべき打弦速度を出力する。これにより、前記複数の制御目標値に対応する打弦速度データを得ることができ、該取得した打弦速度に基づき、ソレノイド駆動用の制御目標値と打弦速度を対応付けた「再生テーブル」を作成することが可能となる。

上記の内容を本件の要旨に沿って整理すると、演奏情報の記録時には、演奏者が行った手弾き演奏による鍵盤動作のセンサ検出値に基づき前記速度変換テーブルを参照して、打弦速度を求める。また、演奏情報の再生時に用いる再生テーブルの作成においては、制御目標値と該制御目標値に対応する打弦速度のデータを求めるべく、複数の制御目標値によってソレノイド打鍵を行い、該ソレノイド打鍵による鍵盤速度に対応する打弦速度を求めるために、前記速度変換テーブルを使用していた。すなわち、従来のハンマセンサレスの自動演奏ピアノにおいては、手弾き演奏による鍵盤動作又はソレノイド打鍵による鍵盤動作の何れの場合においても、共通の速度変換テーブルを用いて鍵盤速度と打弦速度の対応づけを行っていた。

ところが、演奏情報記録時の手弾き演奏による鍵盤動作と、該演奏情報を再生する際のソレノイド打鍵による鍵盤動作とでは、夫々動作特性が異なっているので、或る鍵盤速度に対応して実現される打弦速度は、手弾き演奏によって実現された鍵盤動作による場合と、ソレノイド打鍵によって実現された鍵盤動作の場合とでは、夫々異なる場合がある。典型的には、手弾き演奏では鍵盤の動作は加速度的運動特性を持つため、或る鍵盤速度に対応する打弦速度が強くなる。
しかし、従来の自動演奏ピアノにおいては、キーセンサの出力から打弦速度を求めるに際して、手弾き演奏による鍵盤動作でのセンサ出力に基づく場合（演奏情報の記録時）又はソレノイド打鍵による鍵盤動作でのセンサ出力に基づく場合（再生テーブルの作成時）の何れの場合においても、共通の速度変換テーブルを使用していたので、演奏記録時の手弾き演奏による発音音量と、その演奏情報の再生時の（つまりソレノイドによる自動演奏の）発音音量とが違ってしまうといった不都合が生じていた。一例として、手弾き演奏に準拠する速度変換テーブルを使用した場合、演奏情報の再生時（つまりソレノイドによる自動演奏を行った場合）には、演奏情報の記録時（つまり手弾き演奏時）よりも発音音量が小さくなってしまうという不都合が生じていた。

この発明は上述の点に鑑みてなされたもので、ハンマセンサレスの自動演奏ピアノにおいて、手弾き演奏とソレノイド打鍵のいずれの場合でも、鍵盤速度と打弦速度との対応付けが適切に行えるようにすることを目的とする。

この発明は、演奏者による手動操作又は駆動手段による自動駆動に応じて動く鍵と、前記鍵の動きに応じて打弦運動するハンマと、前記鍵の動きに応じた物理量を検出するキーセンサとを具え、該キーセンサの出力に基づき前記ハンマによる打弦速度を推定する自動演奏ピアノであって、前記鍵が手動操作されたときの前記キーセンサの出力に応じて前記打弦速度を推定するための第１の推定手段と、前記鍵が自動駆動されたときの前記キーセンサの出力に応じて前記打弦速度を推定するための第２の推定手段とを有することを特徴とする自動演奏ピアノである。

これによれば、前記鍵が手動操作されたときの前記キーセンサの出力に応じて前記打弦速度を推定するための第１の推定手段と、前記鍵が自動駆動されたときの前記キーセンサの出力に応じて前記打弦速度を推定するための第２の推定手段とを有することで、手弾き演奏による鍵盤動作と、該演奏情報を再生する際のソレノイド打鍵による鍵盤動作とに応じて、それぞれの動作特性の違いを考慮した打弦速度を出力することができる。よって、ハンマセンサレスの自動演奏ピアノ（すなわちキーセンサの出力からハンマによる打弦速度を推定する構成の自動演奏ピアノ）において、手弾き演奏とソレノイド打鍵のいずれの場合でも、キーセンサの出力（鍵盤速度）と打弦速度との対応付けが適切に行えることができるという優れた効果を奏する。

以下、添付図面を参照してこの発明の一実施例に係るハンマセンサレスの自動演奏ピアノについて説明する。

図１は、この実施例に係るハンマセンサレスの自動演奏ピアノの概要構成図であり、機械的な発音機構の要部と共に、電気的制御系に関る機能ブロックの要部を抽出して示している。また、図２は該自動演奏ピアノの電気的なハードウェア構成を示す。図１に示すように、自動演奏ピアノは、機械的な発音機構として、複数（例えば８８個）の鍵１と、該鍵１の運動をハンマに伝達するためのアクション機構２と、対応する鍵１の運動に連動して打弦運動するハンマ３と、該ハンマ３によって打撃される弦４と、弦４の振動を止めるためのダンパ５とを含む。鍵１は、バランスピンＰに貫通された位置を凡その支点として、上下揺動可能に支持されており、非押鍵時（外力を加えない状態）では図１において実線で示すレスト位置（ストローク０ｍｍの位置ｓ）にある。そして、演奏操作（押鍵及び離鍵）に応じて、前記レスト位置からエンド位置の間で上下にストロークする。前記エンド位置は、例えばレスト位置から１０ｍｍ押し下げられたストローク位置とし、これを図において２点鎖線で示す。また、鍵１の後端下面側には、当該鍵１を駆動するための鍵駆動装置（アクチュエータ）として、電磁ソレノイド６が具備されている。
記録制御部１２及び記録後処理部１３は、演奏情報の記録（演奏録音）処理に関る機能モジュールに相当し、また、再生前処理部１０及びモーション制御部１１は演奏情報の再生処理に関る機能モジュールに相当する。これら各モジュールが担う各種演算処理によって実現される各種機能は、図２に示すＣＰＵ２０が実行するソフトウェアプログラムによって実施されてよいが、これに限らず、該各モジュールが担う各種演算処理を実行する信号処理回路を備えることで、該各モジュールの機能をハードウェア装置によって実現する構成であっても差し支えない。上記の構成は、一般的な自動演奏ピアノと概ね同様である。

ソレノイド６は、周知の通り、ヨーク内に配置されたコイルと、該コイル軸心内において双方向的に直線移動可能に挿入された棒状のプランジャ８とを有しており、該プランジャ８の先端部が鍵１の後端下面部に当接されている。当該ソレノイド６に対して励磁電流が与えられてソレノイド６が駆動されると、プランジャ８は上方変位して、対応する鍵１の後端下面を突き上げる。このプランジャ８の突き上げ動作によって、対応する鍵１の押鍵駆動が行われる。

再生前処理部１０は、記憶装置（図２参照）や、図示しないリアルタイム通信装置等から供給される演奏情報に基づいて、該演奏情報が表す演奏内容を再現するための鍵の軌道データを生成し、該生成した軌道データをモーション制御部１１に供給する。前記軌道データは、或る時間区間での時間経過に応じた鍵の位置の変化を表すデータであり、演奏情報に含まれる打弦速度（ハンマ３の打弦速度）を実現するために鍵が描くべき軌道を計算によって求めたものである。なお自動演奏ピアノの鍵駆動用の軌道データを生成するための処理、制御原理等の詳細については、例えば、特開平７−１７５４７２号公報等の公知の文献を参照されたい。なお、この実施例では以下においては、説明の便宜上、軌道データとしては等速押鍵軌道が生成されることを前提にして説明を進める。モーション制御部１１では、供給された軌道データを用いて各時刻におけるソレノイド駆動用の制御目標値を生成すると共に、後述するキーセンサ７の出力がフィードバック信号として負帰還入力され、該生成した制御目標値とキーセンサ７の出力の偏差に基づく制御信号ｕを生成し、生成した制御信号ｕによりソレノイド６をサーボ駆動する。この実施例では、一例として、制御信号ｕは、後述のＰＷＭ発生器２５（図２参照）を介してＰＷＭ形式の電流信号に変換され、制御信号ｕに応じたＰＷＭ値がソレノイド６に供給されるものとする。
なお、この実施例においては、説明の便宜上、再生前処理部１０及び前記モーション制御部１１によるソレノイド６のサーボ制御は、速度成分のみについて行われるものとする。すなわち、前記制御目標値は、与えられた打弦速度を実現するために鍵1が呈すべき鍵盤速度（つまり速度目標値）に対応する値をとる。

各鍵１の下面側には、鍵１の動作を検出するためのキーセンサ７が配設される。キーセンサ７は、例えば、鍵１の動作ストロークの全工程について連続的な位置情報を出力可能な非接触型の光学式位置センサによって構成され、鍵１のストローク位置を表すデータをアナログ信号で出力しうる。キーセンサ７の出力は、後述する記録制御部１２並びにモーション制御部１１の双方に供給され、演奏録音時の演奏情報の生成・記録処理と、演奏情報再生時のサーボ制御とに利用される。キーセンサ７の出力は、鍵１のストローク範囲（レスト位置《＝ストローク０ｍｍ》からエンド位置《＝鍵１をレスト位置から略１０ｍｍ押し下げた位置》までの範囲）についての連続的な位置情報をミリメートル（ｍｍ）単位で表現した物理量の値（つまり０ｍｍ〜１０ｍｍの値）に相当する。また、鍵盤速度は、周知の通り、キーセンサ７の出力（位置信号）を適宜微分演算することで求めることができる。算出方法の一例としては、鍵１のストローク範囲内に任意の２点の参照位置を設定し、該２点間での鍵動作の平均速度を求める方法がある。鍵盤速度は、一例としてメートル毎秒（ｍ／ｓ）単位で表現しうる。なお、キーセンサ７としては、光学式に限らず、透過型や反射型等、その他適宜のタイプの位置センサを適用しても差し支えない。また、位置センサでなく、速度センサや加速度センサを適用しても差し支えない。

記録制御部１２では、キーセンサ７の出力信号に基づき、演奏情報の生成及び記録処理を行う。すなわち、記録制御部１２では、キーセンサ７の出力に基づき打弦速度、打弦時刻や押鍵速度、押鍵時刻等の演奏イベントに関する情報を求め、これら演奏イベントに関する種々の情報に基づき演奏者によるピアノ演奏の演奏内容を表す演奏情報を生成する。ここで生成される演奏情報は、ＭＩＤＩ形式等、適宜のデータフォーマットで作成されてよく、この実施例では演奏情報はＭＩＤＩ形式のデータとして作成されるものとする。なお、演奏情報の記録処理の手順の詳細については後述する。記録後処理部１３は、生成された演奏情報に対して各種補正（正規化処理）を行う。ここで前記正規化処理とは、ピアノの楽器毎や、鍵やハンマといった操作子毎の個体差を吸収するための処理である。生成された演奏情報は、図示しない適宜の記憶媒体に記録すること、或いは、図示しない電子音源に供給され、楽音を電子的に発生させること等に利用できる。

図１に示す通り、この実施例に係る自動演奏ピアノは、ハンマ３の動きを検出するハンマセンサを持たない構成（ハンマレス）の機種である。よって、ハンマ３の挙動（打弦速度）をデータとして記述するには、キーセンサ７の出力に基づく鍵盤速度をハンマの打弦速度に相当するデータに変換する必要がある。この鍵盤速度と打弦速度の対応付けは、所定の速度変換テーブルを用いて行われる。前述した通り、手弾き演奏による鍵盤動作と、ソレノイド６の打鍵による鍵盤動作とでは、夫々動作の特性が異なるので、前記速度変換テーブルは、各々の動作特性に応じた別個の変換テーブルを用いるのが望ましい。この実施例においては、手弾き演奏による鍵盤動作と、ソレノイド６の打鍵による鍵盤動作とで夫々独立した速度変換テーブルを使用することに特徴がある。これら２種類の速度変換テーブルは、予め所定のマスター実験機を用いて作成されるもので、個々の自動演奏ピアノは、該マスター実験機において作成された２種類の速度変換テーブルを夫々予め記憶している。前記マスター実験機は、例えば当該自動演奏ピアノの製造工場等に設備された自動演奏ピアノであって、鍵の動きを検出するキーセンサとハンマの動きを検出するハンマセンサの双方を備え、該ハンマセンサによりハンマの打弦速度を実測可能な装置である。このマスター実験機において、手弾き演奏による鍵盤動作に対応する速度変換テーブルと、ソレノイド６の打鍵による鍵盤動作に対応する速度変換テーブルを、鍵盤速度の実測値と打弦速度の実測値とに基づき作成することができる。なお、各速度変換テーブルの特性については後述する。

図２を参照して、当該自動演奏ピアノの電気的なハードウェア構成について簡単に説明すると、図２に示すように当該自動演奏ピアノは、ＣＰＵ２０、ＲＯＭ２１、ＲＡＭ２２及び記憶装置２３を含み、各装置間がデータ及びアドレスバス２０Ｂを介して接続される。
ＣＰＵ２０は、当該自動演奏ピアノの全体的な動作を制御するとともに、演奏情報の再生処理や、鍵操作に応じた演奏情報の記録（演奏録音）処理等の各種信号処理を実行する。ＣＰＵ２０が実行する各種処理の制御プログラムは、例えばＲＯＭ２１内に記憶されていてよい。該各種処理の実行中に発生した各種データや各種パラメータは、ＲＡＭ２２等の適宜のメモリ内に記憶される。
また、ＲＯＭ２１或いはＲＡＭ２２には、キーセンサ７の出力に基づく鍵盤速度を打弦速度に変換するために使用する前記２種類の「速度変換テーブル」を含む各種テーブルが記憶されている。前記２種類の「速度変換テーブル」は、演奏者が手弾き演奏した際の鍵盤動作に対応するもの（手弾き速度変換テーブル）と、ソレノイド６の打鍵による鍵盤動作に対応するもの（ソレノイド速度変換テーブル）とである。これら２種類の「速度変換テーブル」は、前述の通り、製造メーカにおいて前記所定のマスター実験機を用いてハンマ打弦速度のセンサ実測値に基づき予め作成されたものである。手弾き速度変換テーブルは手弾き演奏時の鍵盤速度によって実現されるべき打弦速度を推定するために使用され、ソレノイド速度変換テーブルは、ソレノイド打鍵時の鍵盤速度によって実現されるべき打弦速度を推定するために使用される。なお、ＲＯＭ２１或いはＲＡＭ２２に記憶される各種テーブルには、上記の他に、制御目標値と打弦速度を対応付けた「再生テーブル」や、打弦速度と打弦時刻（発音時刻）を対応付けた「発音タイミングテーブル」等が含まれる。

図３は、ソレノイド速度変換テーブル３０及び手弾き速度変換テーブル３１の特性を夫々示す特性図である。図において、縦軸は打弦速度を表し、打弦速度は適宜のデータ形式（例えばＭＩＤＩ形式）で表現されたＭＩＤＩ値をとる。尚、この実施例においては、説明の便宜上、打弦速度を表すＭＩＤＩ値を数値「０」〜「８０」によって示す。また、横軸は鍵盤速度を表し、鍵盤速度はキーセンサ出力に対応する物理量を、例えばメートル毎秒（ｍ／ｓ）単位で表現した値をとる。図３に示すソレノイド速度変換テーブル３０及び手弾き速度変換テーブル３１は、ソレノイド６の打鍵による鍵１の動作特性と手弾き演奏による鍵１の動作特性に応じて、異なる特性を有するものであり、図３において向かって左側に示すソレノイド速度変換テーブル３０と同図において向かって右側に示す手弾き速度変換テーブル３１とでは、鍵盤速度（キーセンサ７の出力）に対応する打弦速度（ハンマ打弦速度）の値が夫々異なることが図に示す特性カーブの様子から見て取れる。双方の特性を比較すると、手弾き速度変換テーブル３１のほうが、全体として、鍵盤速度に対応して出力される打弦速度が大きめに設定される。例えば、鍵盤速度が０．２ｍ／ｓの時の打弦速度を比較すると、ソレノイド速度変換テーブル３０によれば打弦速度として出力されるＭＩＤＩ値が略「６０」であるのに対して、手弾き速度変換テーブル３１によれば打弦速度として出力されるＭＩＤＩ値は略「７０」となっている。

図２に戻ると、入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）２４はＡＤ変換器を含み、キーセンサ７から出力される検出信号（アナログ信号）は、当該Ｉ／Ｏ２４を介してディジタル信号に変換されてＣＰＵ２０へ出力される。ＣＰＵ２０では所定のクロックタイミング毎に各センサの出力を取得する処理を行う。また、後述する演奏情報再生時にＣＰＵ２０の制御の下で生成されるソレノイド駆動用の制御信号は、ＰＷＭ発生器２５を介してＰＷＭ形式の電流信号（以下ＰＷＭ信号と略称）に変換され、ソレノイド６に出力される。なお、ソレノイド６、キーセンサ７、Ｉ／Ｏ２４及びＰＷＭ発生器２５は、当該自動演奏ピアノに具わる複数の鍵１の夫々に対応して具備される。

記憶装置２３は、演奏録音処理により生成した演奏情報を書き込むことや、演奏情報再生時に使用する演奏情報を記憶しておくことに利用されるものであり、ハードディスク、フレキシブルディスク又はフロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク（ＣＤ‐ＲＯＭ）、光磁気ディスク（ＭＯ）、ＺＩＰディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）、半導体メモリ等、適宜の記憶媒体で構成してよい。なお、当該自動演奏ピアノには、この他にも、後述の学習処理の開始を指示するためのスイッチや、操作者（ユーザ）が動作モードの選択等を行うための各種設定用の操作子群や、適宜の外部機器に接続する通信インターフェース等が具備されてよい。

次に、当該自動演奏ピアノにおいて記録制御部１２及び記録後処理部１３が担う演奏情報の記録処理の手順の一例について図４を参照して説明する。図４（ａ）は、演奏者が行った手弾き演奏の内容を記録する際のキーセンサ７の動作手順の一例を示すフローチャートである。なお、この実施例では、説明の便宜上、キーオン操作（押鍵操作）のみについて説明する。自動演奏ピアノの複数（８８鍵）の鍵盤には、夫々固有のキーナンバｋｎ１〜ｋｎ８８が与えられており、図４（ａ）の処理は、８８鍵の全てについて、キーナンバの若いものから順次実行される。すなわち、ステップＳ１では、走査すべきキーナンバｋｎを１にセットし、キーナンバｋｎ１の鍵に対応するキーセンサ７の走査から処理を開始する。

この実施例では、キーセンサ７の出力に基づき鍵盤動作状況を認識するために、鍵１のストローク範囲（レスト位置からエンド位置まで）を３つの動作領域に区分している。前記鍵盤動作状況の認識とは、鍵操作の有無の認識や演奏イベント（打弦）の有無の認識等である。図５は、該３つの動作領域を説明するための概念図である。図５に示すように、鍵１をレスト位置から所定の長さｍだけ押し下げたストローク位置を第１の参照位置Ｋ１、また、鍵１をレスト位置から所定の長さｎだけ押し下げたストローク位置を第２の参照位置Ｋ２として設定し、レスト位置から第１の参照位置Ｋ１までの区間を「第１の動作領域Ｚ１」、第１の参照位置Ｋ１から第２の参照位置Ｋ２までの区間を「第２の動作領域Ｚ２」、及び、第２の参照位置Ｋ２からエンド位置のまでの区間を「第３の動作領域Ｚ３」とする。なお、図５に示す鍵の各ストローク位置は、夫々、鍵の下面の位置を基準としている。

ステップＳ２において、キーセンサ７の出力に基づき、鍵が位置している動作領域が変化したかどうかを判定する。鍵が位置している動作領域が変化したかどうかは、例えば、キーセンサ７の出力に基づく位置情報を、前記第１の参照位置Ｋ１及び前記第２の参照位置Ｋ２と比較することで判定できる。すなわち、キーセンサ７の出力値が第１の参照位置Ｋ１を越えたのであれば、鍵の位置は、第１の動作領域Ｚ１から第２の動作領域Ｚ２に変化したことになり、キーセンサ７の出力値が第２の参照位置Ｋ２を越えたのであれば、鍵の位置は、第２の動作領域Ｚ２から第３の動作領域Ｚ３に変化したことになる。ステップＳ２において、領域の変化有りと判定すると（ステップＳ２のｙｅｓ）、処理はステップＳ３に分岐する。一方、領域の変化がなければ（ステップＳ２のｎｏ）、処理をステップＳ８に進めて、次回の走査対象とすべきキーナンバｋｎの値を１つインクリメントする。ステップＳ９では、８８鍵の全てについて領域変化の判定（ステップＳ２の処理）がなされるまでステップＳ２へリターンするようになっており、全ての鍵に付いて一通り判定し終えた後に、再びステップＳ１へ戻り、キーナンバｋｎ１の鍵から順次、鍵の領域変化の有無の判定を繰り返すようになっている。

ステップＳ３では、鍵の動作領域の変化がどのような変化であったかを判別する。領域の変化が領域Ｚ１からＺ２への変化であれば（鍵のストローク位置が第１の参照位置Ｋ１を越えたら）、ステップＳ３をＡに分岐し、ステップＳ４において、第１の参照位置Ｋ１の位置情報と現在の時刻データとを現在位置及びその時間情報として記録（このデータ対を便宜上第１の位置情報と呼ぶ）し、処理をステップＳ８に進める。

ステップＳ３において、前記領域の変化が領域Ｚ２からＺ３への変化であれば（鍵のストローク位置が第２の参照位置Ｋ２を越えたら）、当該鍵において演奏イベント有りと判定し、ステップＳ３をＢに分岐する。そして、ステップＳ５において、当該鍵についての現在の位置情報、つまり、第２の参照位置Ｋ２の位置情報及び現在の時刻データと、前記ステップＳ２２で記録した当該鍵についての第１の位置情報（参照位置Ｋ１の位置情報及びその時刻データ）との差分を求めることで、鍵盤速度（つまり第１の参照位置Ｋ１と第２の参照位置Ｋ２間の平均速度）を求める。

ステップＳ６において、図３に示す手弾き速度変換テーブル３１を参照して、前記鍵盤速度に応じた打弦速度（ＭＩＤＩ値）を求める。手弾き演奏に対応した手弾き速度変換テーブル３１を使用するので、出力される打弦速度は、手弾き演奏による鍵盤動作の特性に適った値となる。ステップＳ７では、発音タイミングテーブルを使用して、前記打弦速度に応じた発音タイミングを求める。発音タイミングテーブルは、前記出力された打弦速度に基づき、当該打弦イベントが実行されるべきタイミングの推定値を求めるためのテーブルであって、該テーブルの出力値は、現在時刻（つまり第２の参照位置Ｋ２到達時刻）から何ｍｓ後に当該打弦イベントが実行されるか（何ｍｓ後に発音タイミングに到るか）を表す。つまり、発音タイミングに到るまでの遅延すべき時間を１ｍｓ単位で表したダウンカウント値である。以上のような手順に従い、キーセンサ７の出力に基づく鍵盤速度から、手弾き速度変換テーブルを参照して、打弦速度を推定すると共に、該打弦速度に応じた発音タイミングを推定する。その後、処理はステップＳ８に進み、上記の処理が８８鍵の全てについて順次実行される。

前記ステップＳ６及びステップＳ７において求めた打弦速度（ＭＩＤＩ値）と発音タイミングのデータ対は、当該鍵のキーナンバのデータと共に、ＲＡＭ２２等適宜のメモリ内の所定の記憶領域に、アクティブイベントとして格納される。図４（ｂ）は、アクティブイベントの記憶例を示す図である。アクティブイベントの記憶領域には、上記の処理（ステップＳ１〜Ｓ９）の処理において、演奏イベント有りと判定された鍵についての打弦速度（ＭＩＤＩ値）Ｖｅｌｏと発音タイミングＴのデータ対が順次取り込まれる。アクティブイベントの記憶領域には、最大１６鍵分のデータ対（打弦速度Ｖｅｌｏ１〜１６及びタイミングＴ１〜Ｔ１６）を記録しうる。発音タイミングＴのデータは、前述の通り遅延すべき時間をｍｓ単位で表したダウンカウント値である

図４（ｃ）は、該アクティブイベントの記憶領域に格納されたデータ（ＭＩＤＩ値）を出力するためのタスクの手順の一例を示し、これは、上述（ａ）に示す処理が実行されている間に、１ｍｓ毎の起動機会に従い別途実行される。ステップＳ１０では、アクティブイベントとして格納された発音タイミングＴ１〜Ｔ１６の各ダウンカウント値を１つデクリメントする。前述の通り、ダウンカウント値は、対応する発音タイミングＴまでの遅延すべき時間を１ｍｓ単位で記述したデータであり、また、この処理は１ｍｓ毎に起動するものであるから、当該タスクが１回起動する毎に、アクティブイベントとして格納された各ダウンカウント値が１ｍｓ単位で減少してゆき、その値がＯになった時点が、該発音タイミングＴに対応する打弦速度の出力タイミングとなる。ダウンカウント値が０になったら（ステップＳ１１のｙｅｓ）、ステップＳ１２において、該ダウンカウント値が０になった発音タイミングＴに対応する打弦速度（ＭＩＤＩ値）を出力する。この出力タイミングは当該演奏イベント（打弦イベント）を実行すべきキーオンのタイミングに相当する。データの出力先としては、演奏情報を媒体に記録するのであれば、例えばフレキシブルディスク又はフロッピー（登録商標）ディスク等、適宜の記憶装置２３に出力しうる。また、サイレントピアノ機能において、電子的音源を用いた楽音の発生を行う場合は、適宜の電子音源に打弦速度を出力することで、該出力タイミングに従って電子的音源を用いたリアルタイム演奏が可能である。

当該自動演奏ピアノにおいて演奏情報の再生処理を行うに際しては、演奏情報に含まれる打弦情報に基づきソレノイド６を駆動するための電流値に変換する必要があり、これは、ソレノイド駆動の制御目標値と打弦速度データとを対応付けた「再生テーブル」を用いて行われる。 前記再生テーブルは個々の自動演奏ピアノにおいて作成されるものであって、該再生テーブルを作成する処理を「学習」という。以下、図６のフローチャートを参照して、学習処理の手順の一例について説明する。

図６に示すように、学習処理は、当該自動演奏ピアノの電源が投入され（ステップＳ２０）、ＣＰＵ２０が何らかの学習開始の指示を受けた（ステップＳ２１）ときに実行される処理である。学習処理は、例えば、自動演奏ピアノのメンテナンス等を行う際に、メンテナンスの一環として個々の（製品としての）自動演奏ピアノにおいて行われるもので、該メンテナンスを行うサービスマン等は、例えば学習開始を指示するためのスイッチを操作して、当該学習処理の開始を指示することができる。

まず、ステップＳ２２において、現時点で発生しうる最も弱い速度目標値に基づきソレノイド６を駆動して、再生動作を行わせる。ステップＳ２３では、前記ソレノイド６の駆動によって打弦が行われたかどうかを判定し、非打弦であれば（ステップＳ２３のｎｏ）、処理を再びステップＳ２２に戻す。ステップＳ２２では、処理が戻る毎に、発生する速度目標値の値を順次大きくしてゆく。そして、ハンマ３によって打弦が実行された時点で、処理はステップＳ２４に進む（ステップＳ２３のｙｅｓ）。すなわち、ステップＳ２２及びステップＳ２３により、ハンマに打弦を実行させることが可能な最小の速度目標値を見つけ出す。なお、ステップＳ２３における打弦有無判定は、例えばキーセンサ７の出力が所定の閾値（例えば図５における第２の参照位置Ｋ２）を越えたかどうかによって判定することが可能であり、この処理自体は従来から知られている。

ステップＳ２４では、ステップＳ２３にて打弦が有りと判定した速度目標値（これを便宜上最弱速度目標値という）を、打弦速度（ＭＩＤＩ値）の最小値に対応付けて設定する。ステップＳ２５では、前記最弱速度目標値を基点にして段階的に大きい値の速度目標位置を発生してゆき、該発生した各速度目標値に対応すべき各打弦速度を取得するサブルーチン（主要部作成ルーチン）を実行する。そのサブルーチンの動作手順の一例は図７（ａ）のフローチャートである。ステップＳ３０において、当該サブルーチンの１巡目では、前記基点となる最弱速度目標値よりも１段階強い速度目標値を発生し、該速度目標値に基づきソレノイド６による打鍵を行い（ステップＳ３１）、前記打鍵動作に応じた鍵盤速度をキーセンサ７の出力に基づき取得する（ステップＳ３２）。そして、該ステップＳ３２では、図３に示すソレノイド速度変換テーブル３０を参照して、前記取得した鍵盤速度に対応する打弦速度を出力する。ソレノイド速度変換テーブル３０から出力される打弦速度は、鍵盤速度に基づき実現されうる打弦速度を推定した値である。このとき、ソレノイド速度変換テーブルを使用しているので、出力される各打弦速度は、ソレノイド６による打鍵の動作特性に即して的確に鍵盤速度に対応付けされた値となる。ステップＳ３３では、所定の強さの速度目標値に対して上記ステップＳ３０〜ステップＳ３２の処理を終えるまで、該ステップＳ３０〜ステップＳ３２を繰り返し実行させるよう処理をリターンさせる。そして、ステップＳ３０では、処理が一巡する毎に、前回よりも一段強い速度目標値を設定する。これにより、前記所定の強さまでの数値範囲における複数の速度目標値に対応すべき打弦速度を取得することができる。ここで、前記所定の強さまでの数値範囲内における速度目標値発生点の分解能は、例えば５点程度の分解能であってよい。

ここで、この実施例に係る再生テーブル作成の工夫点について簡単に説明する。ソレノイド６によって打鍵を行うに際して、強打打鍵（高速度での打鍵）を実現したい場合、つまり、強い速度目標値でソレノイド６を駆動した場合、駆動時の衝撃により鍵１の前方が浮き上がってしまう等、鍵１の挙動に乱れが生じやすく、キーセンサ７の出力が不正確に成ってしまう。ハンマセンサレスの構成では、キーセンサ７の出力が不正確になると、該出力に応じて推定される打弦速度もまた不正確になってしまう。このことから、この実施例によれば、所定の数値範囲（前記所定の強さまでの任意の数値範囲）の速度目標値について、前記ステップＳ３０〜ステップＳ３３により打弦速度の取得を行い、再生テーブルの作成を行う。この明細書中では、前記再生テーブルの作成対象となる所定の数値範囲を再生テーブルの「主要部」と名づける。これに対して、強打打鍵に相当する前記所定の強さ以上の速度目標値部分（強打部分）は、自機で作成せず、前述したマスター実験機（ハンマセンサ付きの自動演奏ピアノ実験機）にて作成した再生テーブル（これを便宜上標準テーブルという）を利用する。
前述した通り、マスター実験機はハンマセンサを有する装置であるため、このマスター実験機においてハンマセンサで実測した打弦速度を基に作成した標準テーブルは、高速度打鍵であっても鍵盤の挙動の乱れの影響を受けない信頼性の高いデータを有する。各自動演奏ピアノは、適宜の記憶媒体（ＲＯＭ２１又はＲＡＭ２２等）に、前記標準テーブルを予め記憶しておく。すなわち、この実施例によれば、再生テーブルの主要部については、自機での鍵盤速度実測値に基づき作成することで、個々のピアノ楽器毎や各種操作子毎の個体差或いは個々のソレノイド推力特性等に応じたデータを作成し、強打部分については、予めマスター実験機で作成された標準テーブルに基づく信頼性の高いデータを利用する。

図７（ａ）に戻ると、再生テーブルの主要部に含まれる複数の速度目標値について、夫々対応すべき打弦速度を取得したら（ステップＳ３３のｙｅｓ）、ステップＳ３４において、該主要部に含まれる各速度目標値とそれに対応する打弦速度を対応付けた再生テーブルの主要部を作成する。図７（ａ）に示すサブルーチンにより再生テーブルの主要部の作成が終了したら、処理を図６に示すルーチンにリターンする。図６において、ステップＳ２６では、適宜の記憶メディア（図２のＲＯＭ２１又はＲＡＭ２２等）に予め記憶された前記標準テーブルから、強打部分（前記所定の強さ以上の速度目標値）に関して速度目標値と打弦速度の対応付けたデータを読み出す。そして、ステップＳ２７において設定した最弱速度目標値とＭＩＤＩ最小値のデータと、前記作成した再生テーブルの主要部と、該読み出した強打部分に関するデータとから再生テーブルを作成する。再生テーブルの概念図を図７（ｂ）に示す。再生テーブルは、最弱部と主要部と強打部分とからなる。キーセンサ７の実測値に基づき取得した最弱部及び主要部を構成する各データ（これらは、点的に離散したデータである）の相互間は適宜線形補間されてよい。強打部分を主要部に対して滑らかに接合すべく、例えば、強打部分と主要部との相互間を適宜線形補間したり、或いは予め用意された複数の標準テーブルから最適なもの、つまり、接合端部の値が最も近似したものを選択したり、或いは、主要部に合わせてシフトしたりする等してよい。
上記の学習処理は、或る１つの鍵についての再生テーブル作成（学習処理）であった。この処理は、当該ピアノに備わる複数の鍵（典型的には８８鍵）の全てについて行われる。すなわち、再生テーブルは、８８鍵毎に個別に作成される。

上記学習処理におけるキーセンサ７の動作手順は、図８に示すＳ４０〜Ｓ４８のようである。図示の通り、キーセンサ７の動きは、図４を参照して前述した演奏情報の記録処理の場合のキーセンサ７の動作と概ね同様であり、重複箇所についてはその説明を省略する。学習処理時のキーセンサ７の動きの特徴は、ステップＳ４５において、キーセンサ７の出力に基づく鍵盤速度からテーブル参照により打弦速度を求めるに際して、図３に示すソレノイド速度変換テーブル３０を使用する点にある。

次に、当該自動演奏ピアノにおいて、再生前処理部１０及びモーション制御部１１が担う演奏情報の再生処理の手順の一例について図９を参照して簡単に説明する。まず、ステップＳ５０において、操作者はコントローラに備わる再生指示スイッチをオンすることで、演奏情報の再生指示を行う。ステップＳ５１では、該再生指示に応じて、フロッピー（登録商標）ディスク等適宜の記憶装置２３或いはリアルタイム通信装置から、演奏情報を読み出す。ステップＳ５２において、図６及び７を参照して説明した再生テーブルを参照して、前記読み出した演奏情報に含まれる打弦速度（ＭＩＤＩ値）に応じた速度目標値を求める。ここで使用する再生テーブルは、前述の通りソレノイド速度変換テーブルを参照して鍵盤速度と的確に対応付けされた打弦速度をもとに作成されているので、或る打弦速度（ＭＩＤＩ値）に応じて再生テーブルから出力される速度目標値は、ソレノイド打鍵による鍵盤動作の特性に適った値となる。ステップＳ５３では、前記速度目標値に基づきソレノイド６を駆動する。前記ステップＳ５２とステップＳ５３の処理は、図１に示す再生前処理部１０及びモーション制御部１１の機能に相当する。図１に示すようにモーション制御部１１にはキーセンサ７の出力が帰還入力されているので、ソレノイド６の駆動は、前記速度目標値とキーセンサ７の出力の偏差に基づきサーボ制御されることとなる。そして、上記の処理を演奏情報が終了するまで繰り返す（ステップＳ５４）。

以上説明した通り、この実施例によれば、鍵盤速度と打弦速度とを対応付けた速度変換テーブルとして、手弾き演奏に対応するもの（手弾き速度変換テーブル）と、ソレノイド打鍵による鍵盤動作に対応するもの（ソレノイド速度変換テーブル）とを別個に用意することで、手弾き演奏及びソレノイド打鍵における鍵盤動作特性の相違点を考慮して、鍵盤速度から打弦速度を正確に推定することができるようになる。よって、ハンマセンサレスの構成の自動演奏ピアノにおいても、演奏記録時に実現された打弦速度を、自動演奏として的確に再現でき、例えば、記録時と再生時の発音音量が違ってしまう等の従来の問題を解決できるようになる。

なお、図３に示す手弾き速度変換テーブル及びソレノイド速度変換テーブルの特性は一例であって、その特性は図示の例に限定されない。また、手弾き速度変換テーブル及びソレノイド速度変換テーブルは、各鍵毎に個別のテーブルが夫々用意されてもよいし、複数の鍵で共通のものを夫々使用してもよい。また、上記の実施例においては、鍵盤動作は等速運動による押鍵動作を前提としているが、等加速度運動等、その他の種類の軌道の鍵盤動作であってもこの発明を適用することができ、鍵盤の奏法（ハーフストローク奏法等）や軌道の種類に応じて異なる複数種の手弾き速度変換テーブル及びソレノイド速度変換テーブルが用意されてもよい。また、上記の例では説明の便宜上サーボ制御の内容として速度成分に関する制御のみについて述べたが、これに限らず位置成分等を加えた多次元の制御であってもよい。また、この発明に係る自動演奏ピアノの形態は、グランドピアノ、アップライトピアノいずれであってもよい。

この発明の一実施例に係る自動演奏ピアノの全体構成を示す図。 同実施例に係る自動演奏ピアノにおける電気的ハードウェア構成を示すブロック図。 同実施例に係るソレノイド速度変換テーブルの特性と、同実施例に係る手弾き速度変換テーブルの特性の一例を示す図。 （ａ）は同実施例に係る演奏情報の記録処理の手順の一例を示すフローチャート、（ｂ）はアクティブイベントの記憶例、（ｃ）はデータ出力タスクの手順の一例を示すフローチャート。 同実施例においてキーセンサが鍵の動作状況を把握するために設定された鍵盤動作領域の区分を説明するための概念図。 同実施例に係る学習処理の手順の一例を示すフローチャート。 （ａ）は再生テーブルの主要部を作成するルーチンの一例を示すフローチャート、（ｂ）は同実施例に係る再生テーブルの一例を示す概念図。 図６及び図７（ａ）の処理におけるキーセンサの動作手順を示すフローチャート。 同実施例に係る演奏情報の再生処理の手順の一例を示すフローチャート。

符号の説明

１ 鍵、２ アクション機構、３ ハンマ、４ 弦、５ ダンパ、６ 電磁ソレノイド、７ キーセンサ、８ プランジャ、１０ 再生前処理部、１１ モーション制御部、１２ 記録制御部、１３ 記録後処理部、３０ ソレノイド速度変換テーブル、３１ 手弾き速度変換テーブル

Claims (2)

1. 演奏者による手動操作又は駆動手段による自動駆動に応じて動く鍵と、
   前記鍵の動きに応じて打弦運動するハンマと、
   前記鍵の動きに応じた物理量を検出するキーセンサと
   を具え、該キーセンサの出力に基づき前記ハンマによる打弦速度を推定する自動演奏ピアノであって、
   前記鍵が手動操作されたときの前記キーセンサの出力に応じて前記打弦速度を推定するための第１の推定手段と、
   前記鍵が自動駆動されたときの前記キーセンサの出力に応じて前記打弦速度を推定するための第２の推定手段と
   を有することを特徴とする自動演奏ピアノ。
2. 前記第１の推定手段は、鍵の手動操作時における前記キーセンサの出力と、前記打弦速度の推定値とを対応付けたデータテーブルを有し、
   前記第２の推定手段は、鍵の自動駆動時における前記キーセンサの出力に基づく鍵盤速度と、該鍵盤速度によって実現されるべき打弦速度の推定値を対応付けたデータテーブルを有することを特徴とする請求項１に記載の自動演奏ピアノ。

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