JP4548053B2 - 楽器の演奏駆動装置及び楽器の演奏操作子をフィードバック制御によって駆動するための方法及び該方法をコンピュータにより実行する制御プログラム。 - Google Patents
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Description
しかしながら、従来の自動演奏ピアノでは、所謂ハーフストローク奏法での演奏を再現しようとする場合、例えば、連打演奏を行わせる場合などには、鍵の暴れの発生等、種々の難点があり、鍵動作の連打打鍵に対する追従性能が不十分であった。とりわけ、再生音の音量を小さくするる場合には、打弦タイミングを変えることなく弱い力(すなわち速度)での打現を実現すべく、押鍵開始のタイミングを早め、低速度での打鍵動作を行わせるのであるが、そうすると、鍵動作とソレノイドの突き上げ動作の対応関係の齟齬等が生じやすく、鍵とソレノイドプランジャの衝突ノイズの発生、打鍵動作の不安定化、発音音量のバラつき、突発的な強打打鍵、或るいは、鍵動作の制御不能など、種々の問題が発生する危険性が高く、連打打鍵等のハーフストローク奏法による演奏の再現性能は不十分であった。
前記演奏操作子の軌道を指示する軌道データを供給する供給ステップと、前記演奏操作子を駆動手段によって駆動する駆動ステップと、前記演奏操作子の動きに応じた物理量を検出する検出ステップと、前記供給された軌道データを目標値とし前記検出された物理量をフィードバック値として、該軌道データに従う軌道で前記演奏操作子が動くように前記駆動手段をフィードバック制御するための駆動データを生成して、該生成した駆動データを該駆動手段へ出力するフィードバック制御ステップと、前記供給された軌道データ又は前記検出された物理量に基づいて、演奏操作子がオフ動作により復路方向に動いた後所定の時間内にオン動作により往路方向に動きを反転する反転動作が有ったか否かにより連打操作の有無を判定する判定ステップと、前記判定ステップにより反転動作有りと判定されたとき、前記フィードバック制御のループゲインを小さくすると共に、該フィードバック制御に際して前記駆動手段に与える駆動データに対して前記目標値又は前記フィードバック値に応じた所定の補正値を加算する制御を行う制御ステップを具えることを特徴とするフィードバック制御の方法、或いは、オン動作及びオフ動作により往復動する楽器の演奏操作子をフィードバック制御によって駆動するためにコンピュータに、前記演奏操作子の軌道を指示する軌道データを供給する供給ステップと、前記演奏操作子を駆動手段によって駆動する駆動ステップと、前記演奏操作子の動きに応じた物理量を検出する検出ステップと、前記供給された軌道データを目標値とし前記検出された物理量をフィードバック値として、該軌道データに従う軌道で前記演奏操作子が動くように前記駆動手段をフィードバック制御するための駆動データを生成して、該生成した駆動データを該駆動手段へ出力するフィードバック制御ステップと、前記供給された軌道データ又は前記検出された物理量に基づいて、演奏操作子がオフ動作により復路方向に動いた後所定の時間内にオン動作により往路方向に動きを反転する反転動作が有ったか否かにより連打操作の有無を判定する判定ステップと、前記判定ステップにより反転動作有りと判定されたとき、前記フィードバック制御のループゲインを小さくすると共に、該フィードバック制御に際して前記駆動手段に与える駆動データに対して前記目標値又は前記フィードバック値に応じた所定の補正値を加算する制御を行う制御ステップを実行せるためのプログラムとして構成することも可能である。
各ハンマ3に対応してハンマ3による打弦速度及び打弦タイミングを検出するためのハンマセンサ8が設けられている。各ハンマセンサ8は、例えばハンマ3の運動に関する物理量(位置、速度或いは加速度等)の情報を出力可能な適宜の光学式のセンサ等によって構成されてよい。この例では、ハンマセンサ8の出力は、後述する記録制御部12に供給され、演奏録音時の演奏情報の生成処理に際して利用される。なお、自動演奏ピアノのハンマセンサとして適用可能な各種センサの具体的な構成例については、例えば、特開2001−175262号公報等に詳細に記載されている。
この実施例では、軌道交差によるハーフストローク判定を行うことで、鍵の反転動作の有無を判別し、それに基づき、当該軌道データによって実行されるべき打鍵パターンが、通常打鍵(単打打鍵)であるか、連打打鍵であるかの判断を行う。すなわち、ハーフストローク奏法(反転動作有り)であれば連打打鍵と判断し、フルストローク奏法(反転動作無し)であれば、通常打鍵と判断する。なお、この実施例において使用する用語「連打打鍵」は、ハーフストローク奏法によって実現される打鍵、つまり、反転動作を含む打鍵動作を指している。再生前処理部10において行われたハーフストローク判定(連打判定)処理の判定結果は、「連打判定フラグrr」にセットされる。この連打判定フラグrrは、rr=1により連打打鍵(ハーフストローク)、rr=0により通常打鍵(フルストローク)を表す2状態フラグである。このことは、後述のゲイン値出力処理に関わる。
図3において、符号30は、前記再生前処理部10(図1参照)から供給される軌道データ(軌道リファランス)に応じて、或る時刻における該軌道リファランスの位置成分を表す位置目標値rxと、速度成分を表す速度目標値rvを算出する目標値生成部である。なお、目標値生成部30において、位置目標値rxと速度目標値rvは、夫々計算によって求めた値であり、周知の通り、位置成分たるrxを微分演算することで速度成分たるrvを求めること、或いは、速度成分たるrvを積分演算して位置成分たるrxを求めることができる。すなわち、位置目標値rxと速度目標値rvは、微分/積分の関係になっている。位置比較部31は位置目標値rxと位置成分のフィードバック信号との偏差exを出力し、また、速度比較部32は速度目標値rvと速度成分のフィードバック信号との偏差evを出力するモジュールである。位置比較部31及び速度比較部32の次段にそれぞれ設けられた位置成分増幅部34及び速度成分増幅部35は、それぞれにセットされたループゲインによって前記偏差ex,evを増幅する。位置成分増幅部34及び速度成分増幅部35の出力は、ソレノイド6に供給すべき励磁電流中の位置成分及び速度成分の使用比率(パーセンテージ)に換算せられた値をとる。すなわち、各増幅部34、35は、入力された信号の記述単位(ミリメートル単位及びmm/s単位)による表現から、後段のPWM発生器におけるデューティ比の増減値に対応する値に単位変換する機能を果たす。第1の加算器36は、各増幅器34,35からの出力ux、uvを足し込んで一本化することで、制御信号uxvを生成する。また、第2の加算器37は、当該サーボシステムの制御パラメータの1つである加算値情報(固定値u)を制御信号uxvに加算して、ソレノイド駆動用の値(駆動データ)を生成する。そして、PWM発生器25にて該駆動データに応じたPWM信号(励磁電流)を発生する。
ゲイン値算出部33には、再生前処理部10(図1参照)から前記「連打判定結果」(連打判定フラグrr=0又は1)並びに、目標値生成部30から出力された位置目標値rx及び速度目標値rvが供給され、該ゲイン値算出部33は、これらに基づき、位置ゲインKx、速度ゲインKv及び固定値uを出力する。詳しくは後述するように、この実施例に係るサーボ制御システムの構成によれば、ゲイン値算出部33の出力する各制御パラメータ(位置ゲインKx、速度ゲインKv及び固定値u)が、実現すべき打鍵パターン(連打か単打か)、鍵の動作位置及び速度に応じて可変設定される点に特徴があり、これにより、きめ細かにフィードバックループの特性を調整し、打鍵動作を最適化することで、連打打鍵や弱打打鍵の再現性能を向上させることができるようになる。
すなわち、この実施例によれば、比較的弱い速度(rv=200mm/s以下)での連打打鍵を再生する場合のソレノイド駆動用の値(駆動データ)は、押鍵動作の開始部分(鍵の動作向きを反転させるとき)では、主に固定力u=15%の出力により反転動作を安定させ、押鍵の後半部分では速度制御を重視することで、連打軌道の再現精度を高めている。このように、この実施例によれば、比較的弱い速度での連打打鍵を再生するに際して、鍵のストローク位置の深さに応じてサーボ制御の特性を可変制御することで、連打性能をより一層向上させている。
当該システムの電源が投入されると、キーセンサ7は鍵1の現在位置ykを検知し、アナログ検出信号yxaを出力する。アナログ検出信号yxaは、AD変換器24を介してディジタル検出信号yxdに変換され、正規化処理部38に供給される。正規化処理部38では、データ記述単位を目標値のそれ(ミリメートル単位)に合わせる単位変換や、個体差による値ずれ吸収等の正規化処理を行い、検出信号yxdを正規化する。正規化された位置情報(検出信号yxd)は、位置フィードバック信号yxとして位置比較部31に負帰還入力される。また、速度生成部39では、該正規化された位置情報(検出信号yxd)を、例えば多項式適合等により適宜微分演算することで、鍵1の速度情報(鍵速度検出値yv)を算出する。速度算出方法の一例として、ある任意のサンプリング時点について前後7点での位置情報(鍵位置検出値)を使用した2次曲線適合によって鍵1の速度情報(鍵速度検出値yv)を算出できる。速度生成部39の出力は、速度フィードバック信号yvとして位置比較部31に負帰還入力される。
この処理は操作者による所定の再生開始指示に応じて開始する。まず、ステップS1において、処理対象となる鍵のキーナンバを0にリセットし、ステップS2において該キーナンバを1つインクリメントする。すなわち、1巡目の処理では、キーナンバKn=1の鍵に対して以下に述べる処理を実行し、当該ステップS2に処理が戻ってくる毎に処理対象となる鍵のキーナンバがインクリメントされてゆくことで、当該処理を88鍵の各鍵毎に順次実行できる。ステップS3においては、当該鍵の速度目標値rvが0か否かによって、当該鍵の打鍵動作有無を調べる。rv=0であれば、鍵の打鍵動作無しと判断して、処理はステップS14に進む。ステップS14において、現在処理中のキーナンバKnが88かどうかを調べ、該キーナンバKnが88でない、つまり、88鍵のすべてに当該処理が終了していない場合(S14のno)はステップS2に戻る。
一方、ステップS6において、rv=200mm/s以下であれば(ステップS6のno)は、ステップS10において、位置目標位置rxが所定の閾値5mm以上であるかどうかを調べる。rx=5mm以上であれば(ステップS10のyes)、ステップS11において、図4のテーブルから、位置ゲインKx=0.1、速度ゲインKv=0.4及び固定値u=「9+4×rv/100%」をそれぞれ出力する。また、rx=5mm以下であれば(ステップS10のno)、ステップS12において、図4のテーブルから、位置ゲインKx=0.1、速度ゲインKv=0.2及び固定値u=15%をそれぞれ出力する。
一方、ステップS15において、rv=100mm/s以下であれば(ステップS15のno)は、ステップS19において、位置目標位置rxが所定の閾値4mm以上であるかどうかを調べる。rx=4mm以上であれば(ステップS19のyes)、ステップS20において、図5のテーブルから位置ゲインKx=0.2、速度ゲインKv=0.3及び固定値u=9%をそれぞれ出力する。また、rx=4mm以下であれば(ステップS19のno)、ステップS21において、図5のテーブルから位置ゲインKx=0.6、速度ゲインKv=0.3及び固定値u=9%をそれぞれ出力する。
Claims (5)
- オン動作及びオフ動作により往復動する演奏操作子と、
前記演奏操作子の軌道を指示する軌道データを供給する供給手段と、
前記演奏操作子を駆動するための駆動手段と、
前記演奏操作子の動きに応じた物理量を検出する検出手段と、
前記供給手段により供給された軌道データを目標値とし前記検出手段により検出された物理量をフィードバック値として、該軌道データに従う軌道で前記演奏操作子が動くように前記駆動手段を制御するための駆動データを生成して、該生成した駆動データを該駆動手段へ出力するフィードバックループ手段と、
前記供給手段により供給された軌道データ又は前記検出手段により検出された物理量に基づいて、演奏操作子がオフ動作により復路方向に動いた後所定の時間内にオン動作により往路方向に動きを反転する反転動作が有ったか否かにより連打操作の有無を判定する判定手段と、
前記判定手段により反転動作有りと判定されたとき、前記フィードバックループ手段におけるループゲインを小さくすると共に、該フィードバックループ手段から前記駆動手段に与える駆動データに対して前記目標値又は前記フィードバック値に応じた所定の補正値を加算する制御手段
を具える楽器の演奏駆動装置。 - 前記フィードバックループ手段は、該フィードバックループ手段から前記駆動手段に与える駆動データに対して所定の固定値を加算するための加算手段を含み、前記制御手段は、前記判定手段により反転動作有りと判定されたとき、前記固定値に対して前記目標値又は前記フィードバック値に応じた値を加えた前記所定の補正値を発生し、該発生した補正値を前記加算手段の固定値として設定することを特徴とする請求項1に記載の演奏駆動装置。
- 前記制御手段は、前記判定手段により前記反転動作有りと判定されたとき、前記演奏操作子の現在動作位置が所定の領域内にあることを条件に、前記フィードバックループ手段におけるループゲインを小さくすると共に、該フィードバックループ手段から前記駆動手段に与える駆動データに前記所定の補正値を加算する制御を行うものである請求項1又は2に記載の演奏駆動装置。
- オン動作及びオフ動作により往復動する楽器の演奏操作子をフィードバック制御によって駆動するための方法であって、
前記演奏操作子の軌道を指示する軌道データを供給する供給ステップと、
前記演奏操作子を駆動手段によって駆動する駆動ステップと、
前記演奏操作子の動きに応じた物理量を検出する検出ステップと、
前記供給された軌道データを目標値とし前記検出された物理量をフィードバック値として、該軌道データに従う軌道で前記演奏操作子が動くように前記駆動手段をフィードバック制御するための駆動データを生成して、該生成した駆動データを該駆動手段へ出力するフィードバック制御ステップと、
前記供給された軌道データ又は前記検出された物理量に基づいて、演奏操作子がオフ動作により復路方向に動いた後所定の時間内にオン動作により往路方向に動きを反転する反転動作が有ったか否かにより連打操作の有無を判定する判定ステップと、
前記判定ステップにより反転動作有りと判定されたとき、前記フィードバック制御のループゲインを小さくすると共に、該フィードバック制御に際して前記駆動手段に与える駆動データに対して前記目標値又は前記フィードバック値に応じた所定の補正値を加算する制御を行う制御ステップ
を具えることを特徴とするフィードバック制御の方法。 - オン動作及びオフ動作により往復動する楽器の演奏操作子をフィードバック制御によって駆動するためにコンピュータに、
前記演奏操作子の軌道を指示する軌道データを供給する供給ステップと、
前記演奏操作子を駆動手段によって駆動する駆動ステップと、
前記演奏操作子の動きに応じた物理量を検出する検出ステップと、
前記供給された軌道データを目標値とし前記検出された物理量をフィードバック値として、該軌道データに従う軌道で前記演奏操作子が動くように前記駆動手段をフィードバック制御するための駆動データを生成して、該生成した駆動データを該駆動手段へ出力するフィードバック制御ステップと、
前記供給された軌道データ又は前記検出された物理量に基づいて、演奏操作子がオフ動作により復路方向に動いた後所定の時間内にオン動作により往路方向に動きを反転する反転動作が有ったか否かにより連打操作の有無を判定する判定ステップと、
前記判定ステップにより反転動作有りと判定されたとき、前記フィードバック制御のループゲインを小さくすると共に、該フィードバック制御に際して前記駆動手段に与える駆動データに対して前記目標値又は前記フィードバック値に応じた所定の補正値を加算する制御を行う制御ステップ
を実行せるためのプログラム。
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