JP4375200B2

JP4375200B2 - 力覚制御用基礎情報出力装置

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Publication number: JP4375200B2
Application number: JP2004318479A
Authority: JP
Inventors: 繁村松
Original assignee: Yamaha Corp
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Priority date: 2004-11-01
Filing date: 2004-11-01
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2024-11-01
Also published as: JP2006126748A; US7314995B2; US20060090633A1

Description

本発明は、力覚制御機能を有する楽器の操作子の操作に対して付与すべき反力を制御するための力覚制御用基礎情報を出力する力覚制御用基礎情報出力装置に関する。

従来、下記特許文献１に示されるように、電子ピアノ等の楽器において、鍵等の操作子に対して、バネ等とは別に、ソレノイド等を用いて反力を与え、その反力を制御することで、アコースティックピアノ等の鍵が持つ複雑な力覚の再現を目指した力覚制御装置が知られている。

この装置では、押離鍵操作において、鍵を駆動して操作に対する反力を付与するためのドライブアクチュエータを、例えば、鍵を離鍵方向に駆動できるような位置に設ける。また、付与する力覚を決定するための基礎情報として、ドライブアクチュエータで発生させるべき反力を記憶した力覚テーブルを予め取得しておく。そして、奏者による押離鍵時の鍵の位置、速度、加速度を検出乃至変換により得て、上記力覚テーブルを参照して、上記得た位置、速度、加速度の情報から鍵に付与すべき反力を決定し、その反力に基づいて、鍵位置に応じてドライブアクチュエータを制御することで、適切な力覚を与える。
特開平１０−１７７３７８号公報

しかしながら、上記基礎情報（力覚テーブル）は、実際には、関連するパラメータ（鍵の位置、速度、加速度、鍵に与える駆動信号の値等）を個々に変化させる等によって、試行錯誤により感覚的に作り出されるものであり、例えば、現実に存在する自然楽器の操作子の力覚と同じような力覚を他の楽器にて忠実に再現するための基礎情報を得ることは容易ではなかった。

本発明は上記従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ある楽器の操作子の、実測により得た操作時の力覚特性を、他の楽器において容易に且つ忠実に再現することができる力覚制御用基礎情報出力装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の請求項１の力覚制御用基礎情報出力装置は、第１の楽器（３０、１３０）とは別の第２の楽器で用いられ、前記第２の楽器の操作子の操作に応じて該操作子に付与すべき反力を制御するための力覚制御用基礎情報（ＴＢＬ）を出力する力覚制御用基礎情報出力装置であって、前記第１の楽器の操作子（３１、１３１）を可動な駆動体によって駆動する駆動手段（２０、１２０）と、前記第１の楽器の前記操作子が一定速度または一定加速度で駆動されるよう前記駆動手段を制御する駆動制御手段（４２、１４０）と、前記駆動制御手段による制御により前記駆動体が前記第１の楽器の前記操作子を一定速度または一定加速度で駆動したときにおける、該操作子の駆動に関する物理量（ｘｋ、ｖｋ、ｉｋ）を、前記駆動体の動きから検出する物理量検出手段（４２、１４０）と、前記物理量検出手段により検出された物理量に基づいて前記力覚制御用基礎情報を演算する基礎情報演算手段（４２、１４０）と、前記基礎情報演算手段により演算された力覚制御用基礎情報を外部に出力する基礎情報出力手段（４２、１４０）とを有し、当該力覚制御用基礎情報出力装置は、前記第１の楽器とは別体で構成され、さらに、前記第１の楽器の外部から前記第１の楽器の操作子に対向して設置可能な駆動ユニットを有し、前記駆動手段は、前記駆動ユニットに設けられて、該駆動ユニットを前記第１の楽器の前記操作子に対向して設置したとき該操作子を前記駆動体が駆動可能となることを特徴とする。

好ましくは、前記駆動手段は、前記第１の楽器に備えられて前記駆動制御手段による演奏情報に基づく制御により自動演奏を実現するための自動演奏用駆動手段（２０）を兼ねている（請求項２）。この構成によれば、自動演奏機能を有している楽器であれば、新たなハード構成を設けることなくその楽器の力覚制御用基礎情報が得られ、構成が簡単で済む。

あるいは、当該力覚制御用基礎情報出力装置（１００）は、前記第１の楽器とは別体で構成され、さらに、前記第１の楽器の外部から前記第１の楽器の操作子に対向して設置可能な駆動ユニット（１０２）を有し、前記駆動手段（１２０）は、前記駆動ユニットに設けられて、該駆動ユニットを前記第１の楽器の前記操作子（１３１）に対向して設置したとき該操作子を駆動可能となる（請求項３）。この構成によれば、操作子駆動機能を有しない自然楽器であっても、力覚制御用基礎情報出力装置を設置して、その操作子の力覚特性を他の楽器で再現するための力覚制御用基礎情報を得ることができる。

なお、上記括弧内の符号は例示である。

本発明によれば、ある楽器の操作子の、実測により得た操作時の力覚特性を、他の楽器において容易に且つ忠実に再現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る力覚制御用基礎情報出力装置を備えた鍵盤装置の構成を、ある１つの鍵に着目して示した部分断面図である。本鍵盤装置３０は、自動演奏ピアノとして構成される。鍵盤装置３０は、通常のアコースティックピアノと同様、鍵３１の運動をハンマ３２に伝達するアクションメカニズム３３と、ハンマ３２により打撃される弦３４と、弦３４の振動を止めるためのダンパ３６とを備えている。以降、鍵３１の奏者側（同図右側）を「前方」と称する。

また、キードライブユニット２０が、各鍵３１ごとに設けられ、鍵３１の後端部側の下方に配置されている。また、キーセンサユニット３７が各鍵３１に対応して設けられる。キーセンサユニット３７は、各鍵３１の前部下方に配置され、鍵３１が押下された状態になると、その鍵３１の押下位置を示す信号を出力する。

鍵盤装置３０にはまた、ダンパ３６を駆動するためのペダルＰＤが設けられる。また、ペダルＰＤを駆動するためのペダルアクチュエータ２６と、ペダルＰＤの位置を検出するペダル位置センサ２７とが設けられている。ペダルアクチュエータ２６は、ソレノイドコイルと、ペダルＰＤに連結されたプランジャとを有し（いずれも図示せず）、駆動信号が供給されると、上記プランジャが移動してペダルＰＤが駆動されるようになっている。

鍵盤装置３０はまた、ピアノコントローラ４０、モーションコントローラ４１及びサーボコントローラ４２を備える。ピアノコントローラ４０は、モーションコントローラ４１に演奏データを供給する。この演奏データは、例えば、ＭＩＤＩ（Musical Instrument Digital Interface）コードで構成され、鍵３１及びペダルＰＤの動作を規定する。モーションコントローラ４１は、供給された演奏データに基づいて、各時刻におけるペダルＰＤ及び鍵３１の各位置に対応した位置制御データｒｐ、ｒｋをそれぞれ生成し、サーボコントローラ４２に供給する。

サーボコントローラ４２は、位置制御データｒｐ、ｒｋに応じた励磁電流として電流指示値ｕｐ（ｔ）、ｕｋ（ｔ）を生成し、それぞれペダルアクチュエータ２６、キードライブユニット２０に供給する。これら電流指示値ｕｐ（ｔ）、ｕｋ（ｔ）は、実際には、ペダルアクチュエータ２６、キードライブユニット２０のそれぞれのソレノイドコイルに流すべき平均電流の目標値に応じたデューティ比となるようにパルス幅変調を施したＰＷＭ信号である。

図２は、キードライブユニット２０の構成を示す断面図である。キードライブユニット２０については、黒鍵、白鍵のいずれに対応するものについても構成が同様であるので、１つのキードライブユニット２０の構成を代表して説明する。

図２に示すように、キードライブユニット２０は、上下方向に移動自在なプランジャ５２を有し、プランジャ５２の上端部には、鍵３１の後端部下端を突き上げ駆動する駆動部材５５が固定され、プランジャ５２の下端部にはマグネット棒５３が固定されている。プランジャ５２の周りには、駆動用のソレノイドコイル５１が巻装され、マグネット棒５３の周りには、速度検出用のソレノイドコイル５４が巻装されている。また、キードライブユニット２０には、プランジャ５２の位置、ひいては鍵３１の位置を検出するキー位置センサ５６が設けられている。

演奏データ中の発音イベントデータで規定される音高に対応するキードライブユニット２０のソレノイドコイル５１に駆動信号が供給されると、プランジャ５２が上昇し、駆動部材５５が対応する鍵３１の後端部を突き上げる。これにより鍵３１が押下され、弦３４がハンマ３２により叩かれることによりピアノ音が発音されるようになっている。

キー位置センサ５６により検出される信号は、鍵３１の現在位置（プランジャ５２のストローク位置にも相当）を示す位置信号ｘｋ（ｍｍ）としてサーボコントローラ４２に供給される。また、マグネット棒５３がプランジャ５２と共に上下移動することで、ソレノイドコイル５４の電流が変化し、この電流変化が、鍵３１の現在位置における鍵３１の移動速度を示す速度信号ｖｋ（ｍｍ／ｓｅｃ）としてサーボコントローラ４２に供給される。

サーボコントローラ４２には、ホール素子等で成る供給電流センサ２８が設けられる。供給電流センサ２８は、駆動信号による鍵３１の駆動時において、鍵３１を現在位置に位置させるためにソレノイドコイル５１に供給されている電流値を、鍵３１の現在位置における必要入力電流値ｉｋ（Ａ）として検出する。後述するように、必要入力電流値ｉｋは、鍵３１乃至プランジャ５２を現在位置に駆動するために必要である推力に相当するものであり、例えば、押鍵という観点からみれば、鍵３１の押鍵に対する反力に相当する値である。この必要入力電流値ｉｋは、後述する力覚テーブル生成処理において、サーボコントローラ４２により反力Ｆ（ｇ）に変換されて用いられる。ここで、反力Ｆをロードセルで直接測定することも可能であるが、ソレノイドコイル５１に供給された必要入力電流値ｉｋから反力Ｆを求めるようにしたことで、ロードセルが有するロスの問題が解消され、検出精度が向上する。

一方、ペダル位置センサ２７の検出信号が、ペダル位置信号ｘｐとしてサーボコントローラ４２に供給される。演奏データに基づく自動演奏においては、サーボコントローラ４２は、位置制御データｒｐ、ｒｋと位置信号ｘｐ、ｘｋとをそれぞれ比較し、両者がそれぞれ一致するように電流指示値ｕｐ（ｔ）、ｕｋ（ｔ）を随時更新して出力することでサーボ制御を行う。これにより、演奏データに従って、ペダルＰＤ及び鍵３１が駆動されて、自動演奏がなされる。

図３は、鍵盤装置３０の制御機構の構成を示すブロック図である。

鍵盤装置３０の制御機構は、ＣＰＵ１１に、バス１５を通じて、上記キードライブユニット２０、ペダルアクチュエータ２６、ペダル位置センサ２７、供給電流センサ２８、キーセンサユニット３７のほか、鍵盤部ＫＢ、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、ＭＩＤＩインターフェイス（ＭＩＤＩＩ／Ｆ）１４、タイマ１６、表示部１７、外部記憶装置１８、操作部１９、音源回路２１、効果回路２２、通信インターフェイス（通信Ｉ／Ｆ）２４及びハードディスクドライブ（ＨＤＤ）２５が接続されて構成される。音源回路２１には効果回路２２を介してサウンドシステム２３が接続されている。

ＣＰＵ１１は、鍵盤装置３０全体の制御を司る。ＲＯＭ１２は、ＣＰＵ１１が実行する制御プログラムやテーブルデータ等の各種データを記憶する。ＲＡＭ１３は、演奏データ、テキストデータ等の各種入力情報、各種フラグやバッファデータ及び演算結果等を一時的に記憶する。ＭＩＤＩＩ／Ｆ１４は、不図示のＭＩＤＩ機器等からの演奏データをＭＩＤＩ信号として入力する。タイマ１６は、タイマ割り込み処理における割り込み時間や各種時間を計時する。表示部１７は、例えばＬＣＤを含んで構成され、楽譜等の各種情報を表示する。外部記憶装置１８は、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ等の不図示の可搬記憶媒体に対してアクセス可能に構成され、これら可搬記憶媒体に対して演奏データ等のデータを読み書きすることができる。操作部１９は、不図示の各種操作子を有し、自動演奏のスタート／ストップの指示、曲選択等の指示、各種設定等を行う。ＨＤＤ２５は、上記制御プログラムを含む各種アプリケーションプログラムや演奏データ等の各種データを記憶する。鍵盤部ＫＢには、上記鍵３１が含まれる。

音源回路２１は、演奏データを楽音信号に変換する。効果回路２２は、音源回路２１から入力される楽音信号に各種効果を付与し、ＤＡＣ（Digital-to-Analog Converter）やアンプ、スピーカ等のサウンドシステム２３が、効果回路２２から入力される楽音信号等を音響に変換する。通信Ｉ／Ｆ２４は、通信ネットワークを介してサーバコンピュータ（図示せず）とデータの送受信を行う。

キードライブユニット２０、ピアノコントローラ４０、モーションコントローラ４１及びサーボコントローラ４２が、本発明における「力覚制御用基礎情報出力装置」を構成する。なお、上記ピアノコントローラ４０、モーションコントローラ４１及びサーボコントローラ４２の機能は、実際には、ＣＰＵ１１、タイマ１６、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、ＨＤＤ２５、外部記憶装置１８、通信Ｉ／Ｆ２４等の協働作用によって実現される。

図４は、ｉｋ−Ｆ変換テーブルを示す図である。このテーブルは、本鍵盤装置３０において、駆動信号により鍵３１をキードライブユニット２０で駆動し、ある推力でプランジャ５２が駆動されるようにしたときにおける、位置信号ｘｋ（ｍｍ）とソレノイドコイル５１に供給する必要があった電流値である必要入力電流値ｉｋ（Ａ）との関係を実測して得たものである。検出位置は例えば、１ｍｍ毎とし、推力を５０ｇから４０００ｇまで、複数段階に分けて行った。推力の実測は、不図示のロードセルを用いて行った。このｉｋ−Ｆ変換テーブルは、力覚テーブル生成処理の前に作成しておく必要があり、各鍵３１毎に作成される。

力覚テーブル生成処理においては、位置信号ｘｋと必要入力電流値ｉｋとが検出されると、これらから、ｉｋ−Ｆ変換テーブルを参照して反力Ｆ（ｇ）が定められる。なお、同図の線上にない値については、補間処理により反力Ｆ（ｇ）が決定される。

次に、力覚テーブル生成処理を説明する。力覚テーブル生成処理においては、まず、力覚テーブル生成に用いられる実測データを取得するため、キードライブユニット２０により鍵３１を一定速度、一定加速度で駆動制御し、鍵３１のストロークを複数段階に分けた各位置で、位置信号ｘｋに対応する必要入力電流値ｉｋ及び速度信号ｖｋを検出する。鍵３１の駆動制御は、所望の一定速度あるいは一定加速度となるようにモーションコントローラ４１からサーボコントローラ４２に与える位置制御データｒｐ、ｒｋを刻々と変化させることでなされる。実測データの取得時においては、キードライブユニット２０の駆動に用いるデータが自動演奏時に用いる演奏データとは異なり、実測データ取得用の駆動データを用いるが、処理の態様は同様である。

すなわち、実測データ取得用の駆動データを予め作成しておき、モーションコントローラ４１が、この駆動データに基づく軌道リファレンスを獲得し、現在時刻に対応した目標位置（位置制御データｒｋ）を生成し、サーボコントローラ４２に出力する。そして、サーボコントローラ４２は、キー位置センサ５６からの位置信号ｘｋを得て、上記出力された目標位置とこの位置信号ｘｋとの偏差に応じた電流指示値ｕｋ（ｔ）をＰＷＭ化して、キードライブユニット２０のソレノイドコイル５１に出力する。

図５は、上記実測データのテーブル及び力覚テーブルの概念を示す図である。力覚テーブル生成処理は、実測データテーブル６１、６２を実測により得て、これらに基づいて、力覚制御用基礎情報としての力覚テーブル群ＴＢＬ（第１力覚テーブル６３、第２力覚テーブル６４及び第３力覚テーブル６５）を得るというものである。力覚テーブル生成処理は、各鍵３１毎に個々に行われる。従って、実測データテーブル６１、６２、力覚テーブル群ＴＢＬについても、それらの実測、生成は各鍵３１毎になされる。

実測データテーブル６１は、位置信号ｘｋ及び速度信号ｖｋをパラメータとして反力Ｆを規定するテーブルであり、横軸であるＸ軸が位置信号ｘｋ、縦軸であるＹ軸が反力Ｆとなっている２次元データであって速度信号ｖｋを段階的に変えたものを、奥行き方向の軸であるＺ軸方向に複数（ｎ個）配列して構成されている（６１（１）〜６１（ｎ））。同様に、実測データテーブル６２は、Ｘ軸が位置信号ｘｋ、Ｙ軸が反力Ｆとなっている２次元データであって加速度ａｋ（ｍｍ／ｓ^２）を段階的に変えたものをＺ軸方向に複数（ｎ個）配列して構成されている（６２（１）〜６２（ｎ））。

また、第１力覚テーブル６３（６３（１）〜６３（ｎ））の構成は実測データテーブル６１と同様である。第２、第３力覚テーブル６４、６５は、第１力覚テーブル６３に対してＸ軸、Ｙ軸のパラメータの執り方が異なるだけで、構成は同様である。第２力覚テーブル６４（６４（１）〜６４（ｎ））は、Ｘ軸が速度信号ｖｋ、Ｙ軸が反力Ｆ、Ｚ軸方向が位置信号ｘｋとなっており、第３力覚テーブル６５（６５（１）〜６５（ｎ））は、Ｘ軸が加速度ａｋ、Ｙ軸が反力Ｆ、Ｚ軸方向が位置信号ｘｋとなっている。

上記実測データの取得のための実測は、次に示す（ａ）〜（ｆ）のような手順で行われる。
（ａ）押鍵方向に鍵３１をフルストローク駆動する。複数段階に分けた所定の各位置において、押鍵速度を「０」とした状態（停止状態）で必要入力電流値ｉｋを検出する。
（ｂ）鍵３１の駆動方向を離鍵方向に変えて、上記（ａ）と同様の検出を行う。
（ｃ）「一定速度」で、押鍵方向に鍵３１をフルストローク駆動する。複数段階に分けた所定の各位置において必要入力電流値ｉｋを検出する。「一定速度」を、複数（例えばｎ＝２０〜３０）段階変えて、同様の検出を行う。
（ｄ）鍵３１の駆動方向を離鍵方向に変えて、上記（ｃ）と同様の検出を行う。
（ｅ）「一定加速度」で、押鍵方向に鍵３１をフルストローク駆動する。複数段階に分けた所定の各位置において必要入力電流値ｉｋを検出する。「一定加速度」を、複数（例えばｎ＝２０〜３０）段階変えて、同様の検出を行う。加速度ａｋは、並行して検出される速度信号ｖｋを微分して把握される。
（ｆ）鍵３１の駆動方向を離鍵方向に変えて、上記（ｅ）と同様の検出を行う。

ここで、キードライブユニット２０により鍵３１が駆動されるとき、鍵３１及びプランジャ５２をはじめとした運動する系の運動方程式は、下記数式１に示されるような２階の微分方程式で表される。
［数１］
Ｆ＝ｍ（ｄ^２ｘｋ／ｄｔ^２）＋ρ（ｄｘｋ／ｄｔ）＋Ｋｘｋ＋Ｃ
ここで、ｍは系の質量、ρは摩擦係数、Ｋはバネ定数である。また、Ｃは、例えば、アクションメカニズム３３における摩擦等による抵抗を示す定数であるが、小さい値であるので、便宜上Ｃ＝０と考える。また、上記（ａ）〜（ｆ）の処理のいずれにおいても、実測された必要入力電流値ｉｋ及び位置信号ｘｋと、ｉｋ−Ｆ変換テーブル（図４）とから、各段階の位置信号ｘｋに対応する反力Ｆが規定される。

まず、上記（ａ）、（ｂ）の処理では、ｖｋ＝０であるので、上記数式１において、ｄ^２ｘｋ／ｄｔ^２＝０、ｄｘｋ／ｄｔ＝０となり、従って、Ｋ値が判明する。次に、上記（ｃ）、（ｄ）の処理では、ｖｋ＝一定であるので、上記数式１において、ｄ^２ｘｋ／ｄｔ^２＝０となり、しかもＫ値が既に判明しているから、ρ値が判明する。そして、上記（ａ）〜（ｄ）の処理により、実測データテーブル６１が得られる。

次に、上記（ｅ）、（ｆ）の処理では、ａｋ＝一定であり、上記数式１において、Ｋ値及びρ値が既に判明しているから、ｍ値が判明すると共に、実測データテーブル６２が得られる。このようにして、実測データテーブル６１、６２を得る。実測データテーブル６１、６２において、位置信号ｘｋと反力Ｆとの相関関係は、補間により連続的な関係とされるが、離散的なままであってもよい。

次に、実測データテーブル６１、６２に基づき、Ｋ値、ρ値及びｍ値が判明した上記数式１を用いて、テーブルの再構成を行い、力覚テーブル群ＴＢＬを演算する。第１力覚テーブル６３は実測データテーブル６１をそのまま利用でき、第２力覚テーブル６４、第３力覚テーブル６５は、Ｚ軸方向に位置信号ｘｋのパラメータを執る。位置信号ｘｋと反力Ｆ、加速度ａｋと反力Ｆとの相関関係は、それぞれ、補間により連続的な関係とされる。その後、演算した力覚テーブル群ＴＢＬをＨＤＤ２５等に記憶する。記憶された力覚テーブル群ＴＢＬは、必要に応じて、外部記憶装置１８により可搬記憶媒体に記憶し、あるいは通信Ｉ／Ｆ２４を介してネットワークに送信することで、外部に出力することができる。

力覚テーブル群ＴＢＬは、鍵盤装置３０とは別の、力覚制御機能を有する楽器、例えば、上記特許文献１（特開平１０−１７７３７８号公報）で示されるような楽器（以下、「他の楽器（第２の楽器）」と称する）で力覚制御に利用される。例えば、当該「他の楽器」は、鍵盤楽器でいえば、キードライブユニット２０と同様の鍵を駆動する機構が、反力発生機構として、鍵支点より前方の鍵下部に設けられ、離鍵方向に鍵を駆動できるように構成される。なお、アクションメカニズム３３のようなアクション機構は備えられていない。

例えば、「他の楽器」において力覚制御を行うには、上記出力された力覚テーブル群ＴＢＬを取得する。そして、鍵を指で押鍵方向に駆動するとき、押鍵行程において鍵位置Ｘ、押鍵速度Ｖ、及び押鍵加速度Ａを逐次検出する。これと並行して、力覚テーブル群ＴＢＬを参照し、上記各検出値に基づき、反力Ｆを鍵に付与すべき反力として決定する。なお、力覚テーブル群ＴＢＬにおいて、離散的であって存在しない中間値に関しては、補間処理により適値を求める。

ここで、鍵位置Ｘ、押鍵速度Ｖ、押鍵加速度Ａは、力覚テーブル群ＴＢＬにおいて、位置信号ｘｋ、速度信号ｖｋ、加速度ａｋに対応する。なお、押鍵加速度Ａは押鍵速度Ｖの微分で、押鍵速度Ｖは鍵位置Ｘの微分でそれぞれ得られることから、実際に検出するのは、鍵位置Ｘのみ、または鍵位置Ｘ及び押鍵速度Ｖのみであってもよい。そして、上記決定した反力Ｆを発生させるように、反力発生機構にＰＷＭ信号を供給し、鍵の駆動制御を行う。これにより、「他の楽器」において、押鍵操作時に、鍵盤装置３０と同等の反力特性が得られる。

なお、力覚テーブル群ＴＢＬの抽出対象となった鍵盤装置３０と「他の楽器」とでは、鍵支点と反力発生機構の距離が異なる場合や、操作子復帰バネの有無及びその強さ等により復操作子の復帰力が異なる場合があるが、力覚テーブル群ＴＢＬを利用する際に、そのような個々の状況に応じた必要な補正を、「他の楽器」において力覚制御の際に行えばよい。

本実施の形態によれば、実測データ取得用の駆動データに基づきキードライブユニット２０で鍵３１を駆動したときにおける、鍵３１の駆動に関する物理量として位置信号ｘｋ、速度信号ｖｋ及び必要入力電流値ｉｋを検出し、これら物理量に基づいて力覚テーブル群ＴＢＬを演算し、外部に出力するので、鍵盤装置３０の鍵３１の操作時の力覚特性を、他の楽器において容易に且つ忠実に再現することができる。特に、力覚テーブル群ＴＢＬを試行錯誤により感覚的に作り出す必要がないので、力覚テーブル群ＴＢＬの作成が容易である。

しかも、キードライブユニット２０は、鍵盤装置３０に備えられているものであって、ＭＩＤＩ等の演奏データに基づいて自動演奏を実現するための自動演奏用駆動手段を兼ねているので、力覚テーブル群ＴＢＬを得る上で、新たなハード構成を設ける必要がなく、構成が複雑化しない。

なお、「他の楽器」において、力覚テーブル群ＴＢＬを利用する際、補間処理を行うこととしたが、補間処理は、鍵盤装置３０側で行っておいてもよい。

なお、本実施の形態では、「他の楽器」の操作子の操作に応じて該操作子に付与すべき反力を制御するための力覚制御用基礎情報として、力覚テーブル群ＴＢＬを例示したが、これは必ずしもテーブル形式のデータでなくてもよく、関数表現されたデータであってもよい。

なお、上記速度信号ｖｋを検出する各場面において、ｖｋ値は、検出によることなく、位置信号ｘｋを微分して得るようにしてもよい。

（第２の実施の形態）
上記第１の実施の形態では、力覚テーブル群ＴＢＬは、鍵盤装置３０が備えているキードライブユニット２０等の自動演奏機能を利用して生成したが、本発明の第２の実施の形態では、力覚テーブル群ＴＢＬの抽出対象として、鍵盤装置３０に代えて、自動演奏機能を有しない自然楽器であるアップライト型のアコースティックピアノを例にとり、かかる楽器（鍵盤装置１３０）の操作子の反力特性を力覚テーブル群ＴＢＬとして生成する。従って、力覚テーブル群ＴＢＬを利用する「他の楽器」は、鍵盤装置１３０以外の楽器である。

図６は、第２の実施の形態に係る力覚制御用基礎情報出力装置が装着された鍵盤装置の構成を示す斜視図である。本鍵盤装置１３０には、力覚制御用基礎情報出力装置としての外付け型自動演奏装置１００が外部から設置、装着される。外付け型自動演奏装置１００は、本出願人により既に提案されている特願２００４−１２４９６５号に記載されたものと同様に構成され、一般的なアコースティックピアノで自動演奏を実現するものである。すなわち、外付け型自動演奏装置１００は、鍵盤装置１３０とは別体で構成され、支持体１０１に鍵盤駆動部１０２が支持されて成り、制御ユニット１４０を備える。

図７は、鍵盤装置１３０の前部を、ある１つの鍵に着目して示した部分断面図である。鍵盤駆動部１０２は、鍵盤装置１３０の各鍵１３１（白鍵１３１Ｗ、黒鍵１３１Ｂ）に対応してキードライブユニット１２０を有する。外付け型自動演奏装置１００による自動演奏が可能となる「装着時」においては、鍵盤駆動部１０２は、鍵盤部ＫＢ２に対向し（図６参照）、各キードライブユニット１２０は、対応する鍵１３１の押鍵面に対向する。

キードライブユニット１２０については、白鍵１３１Ｗ、黒鍵１３１Ｂのいずれに対応するものについても構成が同様であるので、１つのキードライブユニット１２０の構成を代表して説明する。キードライブユニット１２０は、第１の実施の形態におけるキードライブユニット２０に対して上下方向が逆であるが構成は同様である。すなわち、キードライブユニット１２０が備えるソレノイドコイル１５１、プランジャ１５２、マグネット棒１５３、ソレノイドコイル１５４、駆動部材１５５及びキー位置センサ１５６は、第１の実施の形態におけるキードライブユニット２０のソレノイドコイル５１、プランジャ５２、マグネット棒５３、ソレノイドコイル５４、駆動部材５５及びキー位置センサ５６と同様に構成され、機能及び相対的配置も同様である。

制御ユニット１４０は、第１の実施の形態におけるピアノコントローラ４０、モーションコントローラ４１及びサーボコントローラ４２と同様の機能を果たす。キー位置センサ１５６により検出される位置信号ｘｋ、ソレノイドコイル１５４の電流が変化に基づく速度信号ｖｋは、いずれも制御ユニット１４０に供給される。ソレノイドコイル１５１に供給される必要入力電流値ｉｋは、制御ユニット１４０の不図示の供給電流センサにより検出される。

また、外付け型自動演奏装置１００は、個々の構成要素のすべてを図示しないが、第１の実施の形態において図２に示したブロック図の構成要素のうち、鍵盤部ＫＢ、キーセンサユニット３７、音源回路２１、効果回路２２、サウンドシステム２３、ペダルアクチュエータ２６及びペダル位置センサ２７を除くものが備えられている。

演奏データに基づく自動演奏は、制御ユニット１４０によりキードライブユニット１２０が駆動制御されて、各駆動部材１５５が対応する鍵１３１の押鍵面を押下することでなされる。従って、第１の実施の形態とは、鍵の駆動位置が異なる。また、力覚テーブル生成処理は、第１の実施の形態と実質的に全く同様であり、図４のｉｋ−Ｆ変換テーブルも用いられる。最終的に生成され、出力される力覚テーブル群ＴＢＬは、第１の実施の形態におけるものと同様で（図５参照）、鍵盤装置１３０の操作子である鍵１３１の反力特性を忠実に反映したものとなる。

本実施の形態によれば、鍵盤装置１３０の鍵１３１の操作時の力覚特性を、他の楽器において容易に且つ忠実に再現することができることに関して、第１の実施の形態と同様の効果を奏するだけでなく、鍵盤装置１３０に対して後付けで設置、装着した外付け型自動演奏装置１００により、鍵１３１の反力特性を実測して力覚テーブル群ＴＢＬを得て出力するので、鍵盤装置１３０が一般的なアコースティックピアノでありながら、その鍵１３１の力覚特性を忠実に再現することができる。

すなわち、優れた反力特性を実現するための力覚テーブル群ＴＢＬを、関連するパラメータを変化させて試行錯誤により作り出すことは困難であるが、本実施の形態の外付け型自動演奏装置１００を、力覚テーブル群ＴＢＬの抽出対象となる楽器に合わせて構成して適用すれば、現実に存在する各種楽器の反力特性を容易に抽出できる。従って、例えば、優れた高級自然楽器の反力特性を、高級でない他の楽器で忠実に再現することも容易である。

なお、第１、第２の実施の形態では、力覚テーブル群ＴＢＬを抽出する対象となる装置として、それぞれ電子楽器である鍵盤装置３０、アコースティック楽器である鍵盤装置１３０を示したが、これら鍵盤楽器に限られず、第１の実施の形態の力覚制御用基礎情報出力装置は、操作子駆動機能を有する各種楽器に適用可能であり、第２の実施の形態の力覚制御用基礎情報出力装置は、操作子駆動機能を有しない各種自然楽器に適用可能である。

なお、力覚制御用基礎情報出力装置は、第１の実施の形態では鍵盤装置３０に全部が組み込まれて一体に構成され、第２の実施の形態では鍵盤装置１３０とは別体で構成された。しかし、力覚制御用基礎情報出力装置の一部だけを、力覚テーブル群ＴＢＬの抽出対象となる装置に対して一体に構成してもよい。

なお、第１、第２の実施の形態では、「他の楽器」において反力制御の対象となる操作子として、鍵盤楽器の鍵を例示したが、これに限るものでなく、ペダル等、各種操作子に応用が可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る力覚制御用基礎情報出力装置を備えた鍵盤装置の構成を、ある１つの鍵に着目して示した部分断面図である。キードライブユニットの構成を示す断面図である。鍵盤装置の制御機構の構成を示すブロック図である。ｉｋ−Ｆ変換テーブルを示す図である。実測データのテーブル及び力覚テーブルの概念を示す図である。本発明の第２の実施の形態に係る力覚制御用基礎情報出力装置が装着された鍵盤装置の構成を示す斜視図である。鍵盤装置の前部を、ある１つの鍵に着目して示した部分断面図である。

符号の説明

１１ＣＰＵ、２０キードライブユニット（駆動手段、自動演奏用駆動手段）、３０、１３０鍵盤装置（第１の楽器）、３１、１３１鍵（操作子）、４０ピアノコントローラ、４１モーションコントローラ、４２サーボコントローラ（駆動制御手段、物理量検出手段、基礎情報演算手段、基礎情報出力手段）、１００外付け型自動演奏装置（力覚制御用基礎情報出力装置）、１０２鍵盤駆動部（駆動ユニット）、１２０キードライブユニット（駆動手段）、１４０制御ユニット（駆動制御手段、物理量検出手段、基礎情報演算手段、基礎情報出力手段）、ｘｋ位置信号（物理量）、ｖｋ速度信号（物理量）、ｉｋ必要入力電流値（物理量）、ＴＢＬ力覚テーブル群（力覚制御用基礎情報）

Claims

第１の楽器とは別の第２の楽器で用いられ、前記第２の楽器の操作子の操作に応じて該操作子に付与すべき反力を制御するための力覚制御用基礎情報を出力する力覚制御用基礎情報出力装置であって、
前記第１の楽器の操作子を可動な駆動体によって駆動する駆動手段と、
前記第１の楽器の前記操作子が一定速度または一定加速度で駆動されるよう前記駆動手段を制御する駆動制御手段と、
前記駆動制御手段による制御により前記駆動体が前記第１の楽器の前記操作子を一定速度または一定加速度で駆動したときにおける、該操作子の駆動に関する物理量を、前記駆動体の動きから検出する物理量検出手段と、
前記物理量検出手段により検出された物理量に基づいて前記力覚制御用基礎情報を演算する基礎情報演算手段と、
前記基礎情報演算手段により演算された力覚制御用基礎情報を外部に出力する基礎情報出力手段とを有し、
当該力覚制御用基礎情報出力装置は、前記第１の楽器とは別体で構成され、さらに、前記第１の楽器の外部から前記第１の楽器の操作子に対向して設置可能な駆動ユニットを有し、前記駆動手段は、前記駆動ユニットに設けられて、該駆動ユニットを前記第１の楽器の前記操作子に対向して設置したとき該操作子を前記駆動体が駆動可能となることを特徴とする力覚制御用基礎情報出力装置。