JP4193752B2

JP4193752B2 - 自動演奏ピアノ

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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ける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。ハンマセンサ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、当該鍵盤速度によって実現されるべきと推定されるハンマによ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ている。
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応じて前述した速度変換テーブルを参照し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推定することができ、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である。

ところで、ソレノイドによって打鍵を行うに際して３、強打打鍵（高速度での打鍵）を実現したい場合、つまり、強い制御目標値でソレノイドを駆動する場合、駆動時の衝撃により鍵の前方が浮き上がってしまう等、鍵の挙動に乱れが生じやすく、キーセンサの出力が乱れやすかった。ハンマセンサレスの構成では、キーセンサの出力が不正確になると、該キーセンサの出力に基づき推定する打弦速度もまた不正確になってしまう。従って、学習処理において作成する再生テーブルの強打部分においては、鍵の挙動の乱れ等により制御目標値に対する打弦速度の精度が不安定である、という不都合があった。このため、ハンマセンサレスの自動演奏ピアノにおいては、再生テーブルを利用した強打打鍵（比較的高速度での打鍵）の再現が不正確になる恐れがあった。

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強打打鍵の再現を正確に行なえるようにすることを目的とする。

この発明は、鍵と、前記鍵の動きに応じた速度で打弦運動するハンマと、再現すべき前記ハンマの打弦速度のデータを含む演奏情報を供給する供給手段と、前記鍵の操作速度の目標値に基づき前記鍵を駆動する駆動手段と、前記打弦速度を実現するために前記鍵が呈すべき前記目標値と前記打弦速度とを対応付けた再生テーブルと、所定のマスター装置において予め取得したハンマの打弦速度と鍵の操作速度の目標値とを対応付けた標準テーブルとを記憶した記憶手段と、前記鍵の動きに応じた物理量を検出するキーセンサと、鍵の操作速度の目標値を段階的に変えて鍵を駆動することにより各目標値毎の前記キーセンサの出力値を取得し、前記各目標値毎の前記キーセンサの出力値に基づき各目標値に対応する打弦速度の推定値を推定することで、前記各目標値と前記推定値として得た各目標値毎の打弦速度とを対応付けた前記再生テーブルの主要部を作成する再生テーブル主要部作成手段と、演奏情報の再生時に、前記供給手段により供給された演奏情報に含まれる打弦速度のデータが所定値より小さい場合は、前記打弦速度のデータに対応する目標値を前記再生テーブル主要部作成手段により作成された再生テーブルの主要部の対応関係に基づいて出力し、前記供給手段により供給された演奏情報に含まれる打弦速度のデータが所定値以上の場合は、前記打弦速度のデータに対応する目標値を前記記憶手段に記憶された標準テーブルの対応関係に基づいて出力して、前記出力された目標値に基づき前記駆動手段に鍵を駆動させる再生制御手段とを具えることを特徴とする自動演奏ピアノである。
また、前記記憶手段に記憶された前記標準テーブルから鍵の操作速度の目標値と打弦速度とを対応付けたデータを読み出して、該読み出した鍵の操作速度の目標値と打弦速度とを対応付けたデータのうち所定の大きさの目標値以上のデータと、前記再生テーブル主要部作成手段により作成された再生テーブルの主要部に含まれるデータのうち所定の大きさの目標値未満のデータとを統合して前記再生テーブルを作成する再生テーブル作成手段を更に具え、前記再生制御手段は、演奏情報の再生時に、前記供給手段により供給された演奏情報に含まれる打弦速度のデータに対応する目標値を前記再生テーブル作成手段により作成された再生テーブルから出力して、前記出力された目標値に基づき前記駆動手段に鍵を駆動させるものであってもよい。
更に、この発明は、装置の発明として構成及び実施することのみならず、プログラムの発明として構成及び実施することができる。

これによれば、再生テーブル作成時に、再生テーブル主要部作成手段により、鍵の操作速度の目標値を段階的に変えて鍵を駆動したときの各目標値毎のキーセンサの出力値に基づき各目標値に対応する打弦速度の推定値を求めることで、所定の範囲内の各目標値と打弦速度（推定値）とを対応付けた再生テーブルの主要部を作成する。そして、演奏情報の再生時には、演奏情報に含まれる打弦速度のデータが所定値より小さい場合は、打弦速度のデータに対応する目標値を再生テーブルの主要部の対応関係に基づいて出力し、打弦速度のデータが所定値以上の場合は、打弦速度のデータに対応する目標値を標準テーブルの対応関係に基づいて出力して、出力された目標値に基づき鍵を駆動する。従って、所定値以上の打弦速度に相当する強打打鍵（比較的高速度での打鍵）部分の目標値については標準テーブルのデータ（所定のマスター装置において予め取得したハンマの打弦速度と鍵の操作速度の目標値とを対応付けたデータ）に基づき生成されるため、ハンマセンサレスの自動演奏ピアノにおいて強打打鍵（比較的高速度の打鍵）の再現を正確に行なえ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）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。

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行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、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、その他適宜の位置センサを適用しても差し支えない。

ここで、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（鍵盤速度）と打弦速度を対応付けた速度変換テーブルや、打弦速度と制御目標値とを対応付けた「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」等の各種テーブルが含まれる。詳しくは後述するが、この発明は、前記「再生テーブル」の作り方に特徴を有する。また、前記速度変換テーブルとしては、鍵１が手動操作されたときのキーセンサ７の出力に応じて打弦速度を推定するための「手弾き速度変換テーブル」と、鍵１がソレノイド６により自動駆動されたときのキーセンサ７の出力に応じて打弦速度を推定するための「ソレノイド速度変換テーブル」の２種類が用意されている。これは、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は、夫々動作の特性が異なるので、鍵盤速度と打弦速度の対応関係を夫々個別に設定するのが望ましいからである。前記２種の速度変換テーブルは、夫々、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。

また、ＲＯＭ２１或いはＲＡＭ２２には、前記マスター実験機において作成された「標準テーブル」が予め記憶される。前記「標準テーブル」は、マスター実験機において、ハンマセンサによって実測したハンマ打弦速度と速度目標値とを対応付けたテーブルである。「標準テーブル」は、ハンマセンサにより直接に計測したハンマの打弦速度に基づき作成されたものなので、鍵の挙動の乱れ等の影響を受けない打弦速度‐速度目標値の対応付けが保障されている。この標準テーブルは後述する再生テーブルの作成時に使用される。

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、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（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｋ）、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。

図１に戻ると、再生前処理部１０は、適宜の記憶装置（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の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、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、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が呈すべき速度目標値に相当する値となる。

与えられた打弦速度から速度目標値を推定するには、両者を対応付けた「再生テーブル」が使用される。再生テーブルは、前述した通り個々の自動演奏ピアノにおいて実行される学習処理によって作成される。図３は、この実施例に係る再生テーブルを示す概念図である。図に示すとおり、再生テーブルのデータは、主要部３０と、或る特定の打弦速度Ｆ以上の高速度打鍵に相当する強打部分３１とから構成される。主要部３０は、或る所定の強さの速度目標値Ｐ以下の数値範囲についての、速度目標値と打弦速度の対応付けデータに相当する。これに対して、強打部分３１は、前記特定の速さＦ以上の打弦速度（強打打鍵）を実行するための速度目標値を表すデータである。主要部３０は、次に詳しく述べる学習処理において、実測した鍵盤速度に応じて推定した打弦速度（ＭＩＤＩ値）によって構成される。一方、強打部分３１は、ＲＯＭ２１或いはＲＡＭ２２内に予め記憶された「標準テーブル」のデータを用いて構成される。前述した通り、与えられた速度目標値が強い場合、鍵の挙動の乱れ等によってキーセンサ７の出力の正確性が損なわれるため、打弦速度の推定値が不正確になる恐れがある。この実施例によれば、学習処理において測定（推定）する打弦速度（ＭＩＤＩ値）は、鍵の挙動が乱れない程度の強さの速度目標値（所定の強さＰ以下）までの範囲に留め、強打打鍵（打弦速度Ｆ以上）に相当する強打部分３１については、学習処理での測定値に因らず、予め記憶された「標準テーブル」のデータを用いて再生テーブルを作る。

図４（ａ）及び（ｂ）は、或る１つの鍵についての学習処理の手順の一例を示すフローチャートである。図４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Ｓ１）、ＣＰＵ２０が何らかの学習開始の指示を受けた（ステップＳ２）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処理である。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Ｓ３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Ｓ４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Ｓ４のｎｏ）、処理を再びステップＳ３に戻す。ステップＳ３では、処理が戻される毎に、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、処理をステップＳ５に進める（ステップＳ４のｙｅｓ）。すなわち、ステップＳ３及びステップＳ４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Ｓ３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（例えば後述する図５（ｂ）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Ｓ５では、ステップＳ４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。そして、ステップＳ６において、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、所定の強さＰまでの数値範囲（主要部３０）における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。図４（ｂ）は、そのサブルーチンの動作手順の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１０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Ｓ１１）、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Ｓ１２）。そして、該ステップＳ１２では、ＲＯＭ２１又はＲＡＭ２２に予め記憶されたソレノイド速度変換テーブルを参照して、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Ｓ１３では、所定の強さの速度目標値Ｐ（図３参照）について上記ステップＳ１０〜ステップＳ１２の処理を終えるまで、該ステップＳ１０〜ステップＳ１２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Ｓ１０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、主要部３０（図３参照）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、主要部３０の範囲内における速度目標値の発生点の分解能は、適宜に設定してよく、例えば５点程度の分解能であってよい。すなわち、当該範囲内の全ての速度目標値について打弦速度の推定（計測）を実行する必要は無く、適宜に離散した複数のサンプル点を対象にして速度目標値と打弦速度の対応付けを行い、後述のテーブル作成に際して各データ間を線形補間すればよい。

該主要部３０の範囲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Ｓ１３のｙｅｓ）、ステップＳ１４において、該主要部３０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主要部３０のデータテーブルを作成する。図４（ｂ）に示すサブルーチンにより再生テーブルの主要部３０の作成が終了したら、処理を図４（ａ）に示すルーチンにリターンする。（ａ）のステップＳ７では、適宜の記憶メディア（図２のＲＯＭ２１又はＲＡＭ２２等）に予め記憶された標準テーブルから、強打部分３１（打弦速度Ｆ以上）に関して速度目標値と打弦速度とを対応付けたデータを読み出す。そして、ステップＳ５において設定した最弱速度目標値と打弦速度（ＭＩＤＩ値）の最小値のデータと、ステップＳ６で作成した主要部３０と、該読み出した強打部分３１に関するデータとを統合して、図３に示すような再生テーブルを作成する。

強打部分３１は、マスター実験機での実測値に基づく標準テーブルから、或る特定の打弦速度Ｆ以上の部分を抽出したデータである。この強打部分３１と主要部３０とを、１つのテーブルデータとして統合するには、主要部３０の端部（速度目標値Ｐの部分）と、強打部分３１（打弦速度Ｆの部分）を何らかの形で接合する必要がある。その接合方法を幾つか例示すると、（１）主要部３０の端部（速度目標値Ｐの部分）と、強打部分３１の端部を線形補間する方法。（２）図２のＲＯＭ２１又はＲＡＭ２２に予め記憶される標準テーブルとして、打弦速度と速度目標値の対応付けパターンが夫々異なる複数種の標準テーブルを用意しておき、該複数種の標準テーブルから、主要部３０に最適なものを選択する方法。（３）主要部３０のデータに合わせて強打部分３１のデータを修正する方法等が考えられる。また、前記（３）の強打部分３１のデータ修正方法としては、例えば、強打部分３１のデータを全体的にシフトする方法や、或いは、強打部分３１と主要部３０の端部同士が一致するよう強打部分３１のデータのうちの或る一点（例えば、最も大きい値）を支点にして回転シフトする方法等が考えられる。このように、この実施例に係る再生テーブルによれば、強打打鍵（高速度での打鍵）部分においてマスター実験機で作成したデータを使用することで、ハンマセンサレスの構成であっても、強打部分の信頼性の高いデータを記述したテーブルを作成することが可能となる。

上記に述べた学習処理は、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。マスター装置にて作成される標準テーブルもまた、８８鍵の夫々について個別に用意されていてよいが、これに限らず、全て鍵に対して１つの共通した標準テーブルを使用するものとしてもよいし、８８鍵の鍵を適宜の複数の鍵域に分割して、各鍵域毎にテーブルを持たせてもよい。全て鍵に対して１つの共通した標準テーブルを使用する場合、主要部３０のテーブルのみを８８鍵毎に作成しておき、強打部分３１は１つのテーブルを共通使用するものとしてよい。この場合、強打部分３１のテーブルは１枚で済むので、データの軽減を図ることができる。

図５（ａ）は、上記学習処理において、キーセンサ７の出力（鍵盤速度）に応じて打弦速度を推定（典型的には、図４（ｂ）のステップＳ１１及びＳ１２）するためのキーセンサ７の動作手順の一例を示すフローチャートである。図を参照してキーセンサ７の動作手順を簡単に説明する。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５（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Ｓ２０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（ｂ）は、該３つの動作領域を説明するための概念図である。図に示すように、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Ｓ２１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Ｓ２１において、領域の変化有りと判定すると（ステップＳ２１のｙｅｓ）、処理はステップＳ２２に分岐する。一方、領域の変化がなければ（ステップＳ２１のｎｏ）、処理をステップＳ２６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Ｓ２７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Ｓ２１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Ｓ２０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Ｓ２２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Ｓ２２をＡに分岐し、ステップＳ２３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Ｓ２６に進める。

ステップＳ２２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Ｓ２２をＢに分岐する。そして、ステップＳ２４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Ｓ２３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Ｓ２５において、当該自動演奏ピアノが予め有する前記ソレノイド速度変換テーブルを参照して、前記鍵盤速度に応じたハンマ打弦速度（ＭＩＤＩ値）を求める。ソレノイド打鍵に対応したソレノイド速度変換テーブルを使用するので、出力される打弦速度は、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。以上の手順を経て打弦速度を推定することができる。よって、当該鍵の動きを実現するにあたりソレノイド６に与えた速度目標値と、該鍵の動きから推定した打弦速度との対応付けを行いうる。

また、図１において、記録制御部１２では、キーセンサ７の出力に基づき、演奏者が手弾き演奏によって行った演奏内容を表す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。

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６（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。図６（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。図示の通り、キーセンサ７の動きは、図５（ａ）を参照して前述した学習処理の際のキーセンサ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。演奏情報の記録時のキーセンサ７の動きの特徴の一つは、ステップＳ３５において、キーセンサ７の出力（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、手弾き速度変換テーブルを使用する点にある。ここで、手弾き演奏に対応した手弾き速度変換テーブルを使用するので、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。

また、図６（ａ）において、ステップＳ３６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、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。

前記ステップＳ３５及びステップＳ３６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５（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、図５（ａ
）のステップＳ３０〜Ｓ３８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５（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Ｓ４０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Ｓ４１のｙｅｓ）、ステップＳ４２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。

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７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３及び４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、前述の通り強打部分３１にマスター実験機で測定されたデータを使用しているので、強打打鍵の正確性が確保される。また、主要部３０の作成に際しても、ソレノイド速度変換テーブルから出力された打弦速度の推定値を使用している。このことで、記録時の手弾き演奏と再生時のソレノイド打鍵との動作特性の違いについての整合性を取っている。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、再生テーブルの強打部分３１（図３参照）には、予めマスター実験機で測定した固定値を用いているので、鍵の挙動の乱れ等の影響を受けることのない正確な打弦速度（ＭＩＤＩ値）と速度目標値の対応付けを得ることができる。従って、ハンマセンサレスの構成の自動演奏ピアノにおいても、演奏情報の再生に際して強打打鍵（比較的高速度での打鍵）の再現を正確に行なえるようになる。

なお、上述の実施例では、再生テーブルの主要部３０を自機での鍵盤速度の測定値を用いて、また、強打部分３１をマスター実験機で作成した標準テーブルのデータを使用して、再生テーブルを作成し、それに基づいて制御する例について説明したが、これに限らず、標準テーブルと自機での測定値を用いたテーブルとを個別に持つままとして、演奏情報の打弦情報が所定値より大きいか小さいかを判別し、その判別結果に応じて標準テーブルと自機での測定値を用いたテーブルとを使い分けるようにしても良い。また、標準テーブルの内容をデータテーブルの形式で保有するのではなく、該標準テーブルによって求める全てのハンマの打弦速度に共通する１つの演算式（近似式を含む）又はハンマの打弦速度の所定範囲毎に複数の演算式（少なくとも一部に近似式を利用することを含む）の形で記憶し、該演算式から目標値を求める用にしてもよいし、目標値を求めるプログラム中に、ハンマの打弦速度と目標値の対応関係の演算式を入れておくようにしてもよい。
また、標準テーブルと自機での測定値を用いたテーブルとを使い分ける閾値となる所定値Ｐは、個々の楽器で共通する値としてもよいし、各楽器毎のアクション機構の特性等に応じて、個別の値が設定されてもよい。また、例えば標準テーブルを予め全てのＭＩＤＩベロシティ値に相当するハンマ速度の領域について記憶しておき、電源投入時等に押鍵動作の速度に対する打弦動作の速度を求めて、それに応じて前記閾値を決定するようにしてもよい。
また、再生テーブルとして、マスター実験機で作成した標準テーブルのみを使用する構成であってもよい。また、マスター実験機で作成した標準テーブルのデータを強打部分として使用する方法に限らず、自機で測定した鍵盤速度に基づく再生テーブルの主要部３０のデータを適宜補外演算することで、強打部分に相当するデータを求めてもよい。マスター実験機で作成した標準テーブルのみを使用する構成であれば、上述の学習工程を省くことができ、また、キーセンサ（及びハンマセンサ）を持たない機種においても、再生テーブルを用いた鍵の自動駆動制御を行うことができる。また、図３に示す再生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、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る。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、上記の実施例では、標準テーブルや制御プログラムは、予め適宜の記憶媒体（ＲＯＭ２１やＲＡＭ２２等）に予め（工場出荷の前段階で）記録されるものとして説明したが、これに限らず、フロッピーディスク等の適宜の可搬性記録媒体や、通信インターフェース等を介して外部から供給されても差し支えない。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。同実施例に係る再生テーブルの一例を示す概念図。（ａ）は同実施例に係る学習処理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であり、（ｂ）は再生テーブルの主要部を作成するルーチンの一例。（ａ）は図４に示す学習処理におけるキーセンサの動きの手順の一例を示すフローチャートであり、（ｂ）は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。（ａ）は同実施例に係る演奏情報の記録処理時のキーセンサの動きの手順の一例を示すフローチャートであり、（ｂ）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主要部、３１強打部分

Claims

鍵と、
前記鍵の動きに応じた速度で打弦運動するハンマと、
再現すべき前記ハンマの打弦速度のデータを含む演奏情報を供給する供給手段と、
前記鍵の操作速度の目標値に基づき前記鍵を駆動する駆動手段と、
前記打弦速度を実現するために前記鍵が呈すべき前記目標値と前記打弦速度とを対応付けた再生テーブルと、所定のマスター装置において予め取得したハンマの打弦速度と鍵の操作速度の目標値とを対応付けた標準テーブルとを記憶した記憶手段と、
前記鍵の動きに応じた物理量を検出するキーセンサと、
鍵の操作速度の目標値を段階的に変えて鍵を駆動することにより各目標値毎の前記キーセンサの出力値を取得し、前記各目標値毎の前記キーセンサの出力値に基づき各目標値に対応する打弦速度の推定値を推定することで、前記各目標値と前記推定値として得た各目標値毎の打弦速度とを対応付けた前記再生テーブルの主要部を作成する再生テーブル主要部作成手段と、
演奏情報の再生時に、前記供給手段により供給された演奏情報に含まれる打弦速度のデータが所定値より小さい場合は、前記打弦速度のデータに対応する目標値を前記再生テーブル主要部作成手段により作成された再生テーブルの主要部の対応関係に基づいて出力し、前記供給手段により供給された演奏情報に含まれる打弦速度のデータが所定値以上の場合は、前記打弦速度のデータに対応する目標値を前記記憶手段に記憶された標準テーブルの対応関係に基づいて出力して、前記出力された目標値に基づき前記駆動手段に鍵を駆動させる再生制御手段と
を具えることを特徴とする自動演奏ピアノ。
前記記憶手段に記憶された前記標準テーブルから鍵の操作速度の目標値と打弦速度とを対応付けたデータを読み出して、該読み出した鍵の操作速度の目標値と打弦速度とを対応付けたデータのうち所定の大きさの目標値以上のデータと、前記再生テーブル主要部作成手段により作成された再生テーブルの主要部に含まれるデータのうち所定の大きさの目標値未満のデータとを統合して前記再生テーブルを作成する再生テーブル作成手段を更に具え、
前記再生制御手段は、演奏情報の再生時に、前記供給手段により供給された演奏情報に含まれる打弦速度のデータに対応する目標値を前記再生テーブル作成手段により作成された再生テーブルから出力して、前記出力された目標値に基づき前記駆動手段に鍵を駆動させることを特徴とする請求項１に記載の自動演奏ピアノ。
鍵と、
前記鍵の動きに応じた速度で打弦運動するハンマと、
再現すべき前記ハンマの打弦速度のデータを含む演奏情報を供給する供給手段と、
前記鍵の操作速度の目標値に基づき前記鍵を駆動する駆動手段と、
前記打弦速度を実現するために前記鍵が呈すべき前記目標値と前記打弦速度とを対応付けた再生テーブルと、所定のマスター装置において予め取得したハンマの打弦速度と鍵の操作速度の目標値とを対応付けた標準テーブルとを記憶した記憶手段と、
前記鍵の動きに応じた物理量を検出するキーセンサと
を具えた自動演奏ピアノを制御するコンピュータに実行させるプログラムであって、
鍵の操作速度の目標値を段階的に変えて鍵を駆動することにより各目標値毎の前記キーセンサの出力値を取得し、前記各目標値毎の前記キーセンサの出力値に基づき各目標値に対応する打弦速度の推定値を推定することで、前記各目標値と前記推定値として得た各目標値毎の打弦速度とを対応付けた前記再生テーブルの主要部を作成する再生テーブル主要部作成ステップと、
演奏情報の再生時に、前記供給手段により供給された演奏情報に含まれる打弦速度のデータが所定値より小さい場合は、前記打弦速度のデータに対応する目標値を前記再生テーブル主要部作成手段により作成された再生テーブルの主要部の対応関係に基づいて出力し、前記供給手段により供給された演奏情報に含まれる打弦速度のデータが所定値以上の場合は、前記打弦速度のデータに対応する目標値を前記記憶手段に記憶された標準テーブルの対応関係に基づいて出力して、前記出力された目標値に基づき前記駆動手段に鍵を駆動させる再生制御ステップと
を前記コンピュータに実行させるプログラム。
更に、前記記憶手段に記憶された前記標準テーブルから鍵の操作速度の目標値と打弦速度とを対応付けたデータを読み出して、該読み出した鍵の操作速度の目標値と打弦速度とを対応付けたデータのうち所定の大きさの目標値以上のデータと、前記再生テーブル主要部作成手段により作成された再生テーブルの主要部に含まれるデータのうち所定の大きさの目標値未満のデータとを統合して前記再生テーブルを作成する再生テーブル作成ステップを前記コンピュータに実行させるプログラムであって、
前記再生制御ステップにおいて、演奏情報の再生時に、前記供給手段により供給された演奏情報に含まれる打弦速度のデータに対応する目標値を前記再生テーブル作成ステップにより作成された再生テーブルから出力して、前記出力された目標値に基づき前記駆動手段に鍵を駆動させることを特徴とする請求項３に記載のプログラム。