JP4670557B2 - 演奏教習装置および演奏教習処理のプログラム - Google Patents

Description

本発明は、演奏教習装置および演奏教習処理のプログラムに関し、特に、アコースティックピアノなどの演奏教習機能を具備していない鍵盤楽器に装着して、押鍵位置をガイドする演奏教習装置および演奏教習処理のプログラムに関するものである。

鍵盤の押鍵すべき位置をガイドする演奏教習機能を具備している電子楽器は広く普及しているが、アコースティックピアノなどのように演奏教習機能を具備していない鍵盤楽器の場合には、楽譜を見ながら押鍵すべき鍵を判断しながら演奏を行う必要があった。このため、初心者にとっては簡単な曲でも演奏を修得するまでに長い時間がかかり、途中で練習を断念することが多かった。そこで、このような演奏教習機能を具備していない鍵盤楽器に装着して、演奏をガイドするための装置が提案されている。

例えば、下記特許文献１のナビゲート装置では、長尺状の部材に複数のＬＥＤを配列し、各ＬＥＤが鍵盤楽器の鍵配列に対応するように配置されている表示部と、ナビゲート装置本体とをケーブルで接続し、ＲＯＭカードから読み出した演奏情報に基づいて、押鍵すべき鍵に対応するＬＥＤを発光する。演奏が行われると、押鍵によって発音された鍵の音高をマイクによって検出して、Ａ／Ｄコンバータによってディジタル信号に変換し、高速フーリエ等の分析処理を施して音高の基本周波数を求める構成になっている。（特許文献１参照）
特開平０７−１９９９１５号公報

しかしながら、上記特許文献１のナビゲート装置において、押鍵によって発音された鍵の音高の基本周波数を正確に求めるためには、約５％以下の精度で基本周波数を識別する必要がある。例えば、ハ長調のドであるＣ４（中央Ｃ）の周波数は２６１．６Ｈｚであり、隣接するＢ３の周波数は２４６．９Ｈｚである。すなわち、その周波数差は１４．７Ｈｚで、１４．７／２６１．６×１００≒５．６となる。このため、約５％の周波数差を識別する機能が求められ、マイクの振動特性、Ａ／Ｄコンバータの分解能、高速フーリエ等の分析処理などに極めて高い精度が必要になり、コスト的にも実現性が低い。
本発明は、このような従来の課題を解決するためのものであり、演奏教習機能を具備していない鍵盤楽器に装着して、押鍵位置をガイドする機能を安価に提供することを目的とする。

請求項１に記載の演奏教習装置は、鍵盤楽器に装着して鍵盤の演奏をガイドする演奏教習装置であって、
鍵盤の各鍵に対応して設けられた発光手段（実施形態においては、図７等におけるＬＥＤ４０７に相当する）と、演奏教習の曲データのノートオンイベントに応じて発光手段によって押鍵すべき鍵に光を照射させて押鍵をガイドする押鍵指示手段（実施形態においては、図７のＣＰＵ１０１およびＬＥＤ駆動部１０６に相当する）と、鍵盤の各鍵に光を照射して、その反射光によって各鍵の演奏状態を検出する検出手段（実施形態においては、図７等のセンサ４０９、図７のセンサ検出部１０７およびＣＰＵ１０１に相当する）と、を備えた構成になっている。

請求項１の演奏教習装置において、請求項２に記載したように、検出手段は、連続する所定数の鍵にそれぞれ異なる周波数を有する光を照射して、それぞれの反射光によって各鍵の演奏状態を検出するような構成にしてもよい。
また、請求項１の演奏教習装置において、請求項３に記載したように、押鍵指示手段は、あらかじめ設定された演奏態様（実施形態においては、正しい押鍵を待って曲を進行させる待つモード、任意の鍵の押鍵に応じて曲を進行させるＡＮＹキーモードなどに相当する）および検出手段によって検出された演奏状態に応じて押鍵をガイドするような構成にしてもよい。
また、請求項１の演奏教習装置において、請求項４に記載したように、検出手段は、非押鍵状態における反射光の光量を最大値として検出し、ストロークが最大の押鍵状態における反射光の光量を最小値として検出し、当該最大値および最小値に基づいて押鍵の有無を判定するための閾値を設定するような構成にしてもよい。
また、請求項１の演奏教習装置において、請求項５に記載したように、検出手段によって検出された演奏状態に応じて楽音信号を発生する音源手段（実施形態においては、図７の音源部１０８に相当する）をさらに備えたような構成にしてもよい。

請求項６に記載の演奏教習処理のプログラムは、鍵盤楽器に装着して鍵盤の演奏をガイドする演奏教習装置にインストールされるプログラムであって、
演奏教習の曲データのノートオンイベントに応じて鍵盤の各鍵に対応して設けられた発光手段によって押鍵すべき鍵に光を照射させて押鍵をガイドするステップＡと、鍵盤の各鍵に照射された光の反射光によって各鍵の演奏状態を検出するステップＢと、をコンピュータに実行させる。
ステップＡおよびステップＢは、実施形態においては、図１のＣＰＵ１０１の処理に相当する。

請求項６の演奏教習処理のプログラムにおいて、請求項７に記載したように、ステップＡは、あらかじめ設定された演奏態様（実施形態においては、正しい押鍵を待って曲を進行させる待つモード、任意の鍵の押鍵に応じて曲を進行させるＡＮＹキーモードなどに相当する）およびステップＢによって検出された演奏状態に応じて押鍵をガイドするような構成にしてもよい。
また、請求項６の演奏教習処理のプログラムにおいて、請求項８に記載したように、ステップＢは、非押鍵状態における反射光の光量を最大値として検出し、ストロークが最大の押鍵状態における反射光の光量を最小値として検出し、当該最大値および最小値に基づいて押鍵の有無を判定するための閾値を設定するような構成にしてもよい。
また、請求項６の演奏教習処理のプログラムにおいて、請求項９に記載したように、ステップＢによって検出された演奏状態に応じて楽音信号を発生するステップＣをさらに有するような構成にしてもよい。
ステップＣは、実施形態においては、図１のＣＰＵ１０１の処理に相当する。

本発明の演奏教習装置および演奏教習処理のプログラムによれば、演奏教習機能を具備していない鍵盤楽器に装着して、押鍵位置をガイドする機能を安価に提供できるという効果が得られる。

以下、本発明による演奏教習装置の第１実施形態ないし第３実施形態について説明する。
図１は、本発明による演奏教習装置をアコースティックピアノ（以下「ピアノ」という）に装着した場合の第１実施形態の構成を示す外観図である。ピアノ１の鍵盤２の両端には、鍵盤２の盤面よりも若干高い上面を持つ側部３があり、その両側の側部３の上面に渡して演奏教習装置４が配置されている。したがって、鍵盤２の奥側の一部の上方に演奏教習装置４が配置されることになる。

図２は、演奏教習装置４の上面から見た平面図４ａ、左側面から見た側面図４ｂ、および前面から見た正面図４ｃを表す図である。平面図４ａにおいて、演奏教習装置４にはＬＣＤ（液晶表示部）４０１およびスイッチ４０２が設けられている。側面図４ｂにおいて、演奏教習装置４にはＡＣアダプタコネクタ４０３、ヘッドホンコネクタ４０４、およびＵＳＢコネクタ４０５が設けられている。正面図４ｃにおいて、演奏教習装置４には開口部４０６が形成され、各鍵に対応して内部に設けられたＬＥＤ４０７が開口部４０６から鍵盤２側に向けて発光する。

図３は、図２のＸ−Ｘ線に沿った内部の断面図であり、図４は、演奏教習装置４の下面から見た平面図である。図３および図４において、演奏教習装置４の下面には開口部４０８が形成され、各鍵に対応して内部に設けられたセンサ４０９が設けられている。センサ４０９は、後述するセンサ検知部によって赤外線を鍵盤２に照射する発光素子であるＬＥＤ、および、その反射光を受光する受光素子であるＰＤ（フォトダイオード）で構成されている。また、アクリル等の透明板４１１の内側にはＬＣＤ４０１が上基板４１２に取り付けられている。上記したＬＥＤ４０７およびセンサ４０９は、下基板４１３に取り付けられている。上基板４１２には他の電子部品４１４が取り付けられているとともに、下基板４１４と接続するためのフレキシブルコネクタ４１５が取り付けられている。

図５は、ＬＣＤ４０１に表示された画面の例を示す図であり、図６は、スイッチ４０２の構成を示す図である。表示内容とスイッチの操作とは連動している。ＡＣアダプタコネクタ４０３から所定の直流電源が供給されている状態で、スイッチ４０２の電源スイッチをオンにして、選曲スイッチによって曲を選択すると、選択された曲目がＬＣＤ４０１に表示される。音色スイッチ、メイン音量スイッチ、伴奏音量スイッチの操作に応じて、設定された音色、メイン音量、伴奏音量がＬＣＤ４０１に表示される。モードスイッチは、レッスン（演奏教習）モード又はノーマル（マニュアル演奏）モードを選択するスイッチであり、選択されたモードがＬＣＤ４０１に表示される。レッスンモードが選択されている場合には、ステップスイッチが有効である。ステップスイッチは、演奏態様を設定するスイッチであり、正しい押鍵を待って曲を進行させる「待つモード：１」、任意の押鍵によって曲を進行させる「ＡＮＹキーモード：２」、押鍵の有無にかかわらず曲を進行させる「自走モード：３」のいずれかを選択すると、その演奏態様がＬＣＤ４０１に表示される。セッティングスイッチは、センサ４０９からの反射光の検出感度を設定するスイッチであり、このスイッチの操作でセッティングオンの場合には、「キャリブレーションＯＫ」の表示がなされ、アップスイッチおよびダウンスイッチによって検出感度を調整することができる。ＢＧＭステップは、ＢＧＭをオン又はオフに設定するスイッチであり、設定内容がＬＣＤ４０１に表示される。スタート／ストップスイッチは、レッスンモードにおいて曲の読み出し開始および停止を実行する。

図７は、実施形態における演奏教習装置のシステム構成を示すブロック図である。この図において、ＣＰＵ１０１は、システムバスを介して、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、スイッチ検知部１０４、ＬＣＤ駆動部１０５、ＬＥＤ駆動部１０６、センサ検知部１０７、音源部１０８、曲メモリ１１０、ＵＳＢインタフェース（Ｉ／Ｆ）１１１に接続され、これら各部との間でコマンドおよびデータの授受を行って、この装置を制御する。
ＲＯＭ１０２は、ＣＰＵ１０１によって実行される演奏教習処理のプログラムやその他の制御プログラム、およびイニシャライズにおける初期データをあらかじめ記憶している。ＲＡＭ１０３には、ＣＰＵ１によって処理されるデータを一時的に記憶するエリアや各種のレジスタおよびフラグのエリアが設けられている。音源部１０８は、ＣＰＵ１０１からの発音指示に応じて楽音信号を生成し、ＡＭＰ１０９を介して図２に示したヘッドホンコネクタ４０４に出力する。曲メモリ１１０には、演奏教習用の複数種類の曲データが記憶されている。説明を簡便にするために、各曲データは、タイム、ノートオン、タイム、ノートオン、…のシーケンスデータで構成されているものとし、曲データの最後は「ＥＮＤ」とする。ＵＳＢインタフェース１１１は、図２に示したＵＳＢコネクタ４０５を介して外部のパソコンやサーバと接続され、アプリケーションプログラムや曲データをパソコンなどからダウンロードすることができる。

図８は、鍵盤の押鍵動作とセンサ４０９との関係を説明する図である。鍵が押鍵されていない状態では、鍵の垂直方向の角度は０、鍵の上面とセンサ４０９との距離はｄ０である。鍵がストッパ（図示せず）で停止する位置である最後まで押鍵された状態では、鍵の垂直方向の角度はθｍ、鍵の上面とセンサ４０９との距離はｄｍとなる。センサ４０９から発光した赤外線の光Ｐｅは鍵の上面で反射して反射光Ｐｒになるので、鍵が押鍵されていない状態では反射光Ｐｒの受光量は最大となり、鍵が最後まで押鍵された状態では反射光Ｐｒの受光量は最小となる。

図９は、鍵の垂直方向の角度θおよび鍵の上面とセンサ４０９との距離ｄに対する反射光Ｐｒの光量を示す図である。角度θ＝０（距離ｄ＝ｄ０）の場合の反射光Ｐｒの最大光量はＰｒ１であり、角度θ＝θｍ（距離ｄ＝ｄｍ）の場合の反射光Ｐｒの最小光量はＰｒ２である。Ｐｒ１およびＰｒ２の値は、使用する鍵盤楽器に固有の特性であるので、演奏教習装置４を鍵盤楽器に初めて設置した際には、Ｐｒ１およびＰｒ２の値を検出して、押鍵の有無を判定するための光量の閾値Ｐｔｈを設定する。また、後述するように、センサ感度を調整した際にも閾値Ｐｔｈを設定する。

図１０は、ＬＥＤの発光によって押鍵をガイドする様子を示す図である。図１０に示すように、押鍵すべき鍵（この場合は、Ｃ♯３およびＤ３の鍵）に対応するＬＥＤを発光させて押鍵位置をガイドする。図２および図３に示したように、発光するＬＥＤの位置は鍵盤の前面としたが、この位置に限定するものではない。押鍵すべき鍵の位置を明示できる構成であればよい。

図１１および図１２は、第１実施形態の変形例を示す演奏教習装置４の断面図である。図１１および図１２において、図３に示した構成要素と同じものは同一の符号で示している。
図１１の場合には、ＬＥＤ４０７から発光した光は鍵盤２に対してほぼ垂直に照射される。鍵の上面で乱反射した光の一部は演奏者側に向かうので、押鍵すべき鍵をガイドすることができる。
図１２の場合には、開口部４０６の一辺が傾斜した構造になっていて、かつ、その表面がメッキなどで鏡面加工されている。このため、ＬＥＤ４０７から発光した光は開口部４０６の一辺で鍵盤２の前側に反射した後、鍵の上面に照射されるので、押鍵すべき鍵をガイドすることができる。
図１３は、図１１又は図１２の構成によるＬＥＤの発光によって、Ｃ♯３およびＤ３の鍵の押鍵を反射光（図のハッチング）でガイドする様子を示す図である。

次に、この電子鍵盤楽器における演奏教習の動作について、ＣＰＵ１０１によって実行されるフローチャートに基づいて説明する。
図１４は、ＣＰＵ１０１のメインルーチンのフローチャートであり、イニシャライズ（ステップＳＡ１）の後、スイッチ処理（ステップＳＡ２）、ガイド処理（ステップＳＡ３）、鍵盤処理（ステップＳＡ４）、表示処理（ステップＳＡ５）、その他の処理（ステップＳＡ６）を繰り返し実行する。

図１５は、図１４におけるステップＳＡ１のイニシャライズ処理のフローチャートである。まず、特定の鍵を指定して、押鍵の有無を判定するための条件を設定する。いま、特定の鍵を鍵盤のほぼ中央にあるＡ４とする。そして、Ａ４に照射する赤外線Ｐｅを発光させて（ステップＳＢ１）、その反射光を検出する（ステップＳＢ２）。そして、検出値をレジスタＰｒ１にストアする（ステップＳＢ３）。次に、ＬＣＤ４０１にＡ４の鍵を最後まで押鍵する指示を表示して（ステップＳＢ４）、押鍵がされたか否かを判別する（ステップＳＢ５）。押鍵がされたときは、反射光を検出して（ステップＳＢ６）、検出値をレジスタＰｒ２にストアする（ステップＳＢ７）。次に、（Ｐｒ１−Ｐｒ２）／Ｎの値をレジスタＰｔｈにストアする（ステップＳＢ８）。すなわち、押鍵されない状態の最大光量から１／Ｎの光量に減衰したときを押鍵の閾値とする。Ｎのデフォルト値を４とすると、押鍵されない状態の最大光量から１／４の光量に減衰したときを押鍵の閾値とする。閾値をＰｔｈにストアした後は、赤外線ＬＥＤの発光を停止する（ステップＳＢ９）。そして、フラグのリセットなどの他のイニシャライズ処理を行って（ステップＳＢ１０）、図１４のメインルーチンに戻る。

図１６は、メインルーチンにおけるステップＳＡ２のスイッチ処理のフローチャートである。このスイッチ処理では、モードスイッチ処理（ステップＳＣ１）、ステップスイッチ処理（ステップＳＣ２）、セッティングスイッチ処理（ステップＳＣ３）、スタート／ストップスイッチ処理（ステップＳＣ４）、その他のスイッチ処理（ステップＳＣ５）を実行する。その他のスイッチ処理としては、例えば、選曲スイッチ処理、音量スイッチ処理、音色スイッチ処理、ＢＧＭスイッチ処理などがある。

図１７は、ステップＳＢ１のモードスイッチ処理のフローチャートである。モードスイッチがオンされたか否かを判別し（ステップＳＤ１）、このスイッチがオンされたときは、フラグＭＯＤＥが１であるか否かを判別する（ステップＳＤ２）。ＭＯＤＥが１である場合には、ＭＯＤＥを２（レッスンモード）に設定する（ステップＳＤ３）。ＭＯＤＥが２である場合には、ＭＯＤＥを１（ノーマルモード）に設定する（ステップＳＤ４）。ＭＯＤＥを２又は１に設定した後は、図１６のステップＳＣ２に移行する。

図１８は、図１６のステップＳＣ２のステップスイッチ処理のフローチャートである。ステップスイッチがオンされたか否かを判別し（ステップＳＥ１）、このスイッチがオンされたときは、ＭＯＤＥが２であるか否かを判別する（ステップＳＥ２）。ステップスイッチがオンでない場合、又は、ＭＯＤＥが１である場合には、このフローチャートを終了するが、ＭＯＤＥが２である場合には、オンされたステップスイッチの値を判別し（ステップＳＥ３）、その値に応じてレジスタＳＴＥＰに１、２又は３をセットする（ステップＳＥ４、ステップＳＥ５、又はステップＳＥ６）。そして、図１６のステップＳＣ３に移行する。

図１９は、図１６のステップＳＣ３のセッティング処理のフローチャートである。セッティングスイッチがオンされたか否かを判別し（ステップＳＦ１）、このスイッチがオンされたときは、フラグＳＥＴＦが０であるか否かを判別する（ステップＳＦ２）。ＳＥＴＦが０である場合には、ＳＥＴＦを１にセットし、Ａ４の鍵に照射する赤外線Ｐｅを発光させる（ステップＳＦ３）。ステップＳＦ１においてセッティングスイッチがオンされない場合には、ＳＥＴＦが１であるか否かを判別し（ステップＳＦ４）、ＳＥＴＦが０の場合には、このフローチャートを終了する。

ステップＳＦ３においてＳＥＴＦに１をセットして赤外線を発光した後、又は、ステップＳＦ４においてＳＥＴＦが１である場合には、アップスイッチがオンされたか否かを判別し（ステップＳＦ５）、このスイッチがオンされたときは、Ｎの値（デフォルトは４とする）をデクリメントする（ステップＳＦ６）。アップスイッチがオンでない場合には、ダウンスイッチがオンされたか否かを判別し（ステップＳＦ７）、このスイッチがオンされたときは、Ｎの値をインクリメントする（ステップＳＦ８）。Ｎの値をデクリメント若しくはインクリメントした後、又は、アップスイッチもダウンスイッチもオンでない場合には、Ａ４に照射された赤外線Ｐｅの反射光を検出する（ステップＳＦ９）。そして、検出値をレジスタＰｒ１にストアする（ステップＳＦ１０）。

次に、ＬＣＤ４０１にＡ４の鍵を最後まで押鍵する指示を表示して（ステップＳＦ１１）、押鍵がされたか否かを判別する（ステップＳＦ１２）。押鍵がされたときは、反射光を検出して（ステップＳＦ１３）、検出値をレジスタＰｒ２にストアする（ステップＳＦ１４）。具体的には、反射光の光量を逐次検出して、最小の光量の検出値をＰｒ２にストアする。次に、（Ｐｒ１−Ｐｒ２）／Ｎの値をレジスタＰｔｈにストアする（ステップＳＦ１５）。すなわち、押鍵されない状態の最大光量と押鍵された状態の最小光量との差に対して、１／Ｎの光量に減衰したときを押鍵の閾値とする。そして、ステップＳＦ１に移行する。
ステップＳＦ１においてセッティングスイッチがオンされたときに、ステップＳＦ２でＳＥＴＦが１である場合には、ＳＥＴＦを０にリセットして（ステップＳＦ１６）、Ａ４の鍵に照射していた赤外線ＬＥＤの発光を停止する（ステップＳＦ１７）。そして、図１６のステップＳＣ４に移行する。

図２０は、図１６におけるステップＳＣ４のスタート／ストップスイッチ処理のフローチャートである。ＭＯＤＥが２（レッスンモード）であるか否かを判別し（ステップＳＧ１）、ＭＯＤＥが２である場合には、スタート／ストップスイッチがオンされたか否かを判別する（ステップＳＧ２）。ＭＯＤＥが１（ノーマルモード）である場合、又は、スタート／ストップスイッチがオンでない場合には、このフローチャートを終了する。スタート／ストップがオンされたときは、フラグＳＴＦを反転する（ステップＳＧ３）。そして、反転したＳＴＦが「１（曲演奏）」であるか「０（演奏停止）」であるかを判別する（ステップＳＧ４）。

ＳＴＦが「１」である場合には、レジスタＡＤに曲の開始アドレスをストアして（ステップＳＧ５）、ＡＤをアドレスにして曲メモリ１１０からデータを読み出す（ステップＳＧ６）。そして、読み出したデータがノートオンであるか又はタイムであるかを判別する（ステップＳＧ７）。データがタイムである場合には、レジスタＴＩＭＥにタイムをストアして（ステップＳＧ８）、メインルーチンに戻る。
データがノートオンである場合には、フラグＯＮＦを１にセットし（ステップＳＧ９）、レジスタＮＯＴＥにイベントのノートすなわち音高をストアする（ステップＳＧ１０）。そして、ＮＯＴＥに対する鍵のＬＥＤ４０７を点灯する（ステップＳＧ１１）。次に、ＡＤのアドレスをインクリメントして（ステップＳＧ１２）、ステップＳＧ６に移行する。
ステップＳＧ３において反転したＳＴＦが、ステップＳＧ４において「０」と判別したときは、ＯＮＦを０にリセットし（ステップＳＧ１３）、全ての鍵のＬＥＤ４０７を消灯する（ステップＳＧ１４）。そして、図１６のスイッチ処理に戻る。

図２１は、図１４のメインルーチンにおけるステップＳＡ３のガイド処理のフローチャートである。ＭＯＤＥの値が２（レッスンモード）であるか否かを判別し（ステップＳＨ１）、ＭＯＤＥが２である場合には、ＳＴＦが１（曲演奏）であるか否かを判別する（ステップＳＨ２）。ＳＴＦが１である場合には、最小単位時間が経過したか否かを判別する（ステップＳＨ３）。ステップＳＨ１においてＭＯＤＥの値が１（ノーマルモード）である場合、ステップＳＨ２においてＳＴＦが０である場合、ステップＳＨ３において最小単位時間が経過していない場合には、メインルーチンに戻る。

ステップＳＨ３において、最小単位時間が経過したときは、ＯＮＦが０であるか否かを判別する（ステップＳＨ４）。ＯＮＦが０である場合には、ＴＩＭＥの値をデクリメントする（ステップＳＨ５）。この後、又は、ステップＳＨ４においてＯＮＦが１である場合には、ＴＩＭＥの値が０に達したか否かを判別する（ステップＳＨ６）。ＴＩＭＥの値が０に達していない場合にはこのフローチャートを終了するが、ＴＩＭＥの値が０に達したときは、ＡＤのアドレスをインクリメントする（ステップＳＨ７）。そして、ＡＤのアドレスに基づき曲データを読み出し（ステップＳＨ８）、そのデータがタイムであるか、ノートオンのイベントであるか、又は、曲の終了のＥＮＤであるかを判別する（ステップＳＨ９）。データがタイムである場合には、レジスタＴＩＭＥにタイムデータをストアして（ステップＳＨ１０）、メインルーチンに戻る。データがＥＮＤである場合には、ＳＴＦおよびＯＮＦを０にリセットし（ステップＳＨ１１）、全鍵に対応するＬＥＤ４０７を消灯し（ステップＳＨ１２）、メインルーチンに戻る。

ステップＳＨ９において、データがノートオンのイベントである場合には、フラグＯＮＦを１にセットし（ステップＳＨ１３）、イベントのノートをレジスタＮＯＴＥにストアし（ステップＳＨ１４）、ＮＯＴＥの鍵に対応するＬＥＤ４０７を点灯する（ステップＳＨ１５）。次に、レジスタＳＴＥＰの値が１（待つモード）であるか否かを判別し（ステップＳＨ１６）、ＳＴＥＰの値が１である場合には、フラグＯＫＦが１であるか否かを判別する（ステップＳＨ１７）。ＯＫＦが１である場合にはこれを０にリセットする（ステップＳＨ１８）。ステップＳＨ１６においてＳＴＥＰの値が１でない場合、又は、ステップＳＨ１８においてＯＫＦを０にリセットした後は、ステップＳＨ７に移行してＡＤのアドレスをインクリメントする。ステップＳＨ１７において、ＯＫＦが０の場合はメインルーチンに戻る。

図２２は、図１４のメインルーチンにおけるステップＳＡ４の鍵盤処理のフローチャートである。まず、ＭＯＤＥの値が２（レッスンモード）で、且つ、ＳＴＦが１（曲演奏）であるか否かを判別する（ステップＳＪ１）。ＭＯＤＥの値が２、ＳＴＦが１である場合には、センサ４０９をスキャンして鍵変化を検出する（ステップＳＪ２）。鍵変化がない場合、又は、ステップＳＪ１において、ＭＯＤＥの値が１（ノーマルモード）である場合、若しくは、ＳＴＦが０（演奏停止）である場合には、メインルーチンに戻る。
図９に示した反射光の光量ＰｒがＰｒ１から減衰してＰｔｈ以下になって、オンの鍵変化すなわち押鍵を検出したときは、レジスタＫＥＹに鍵番号をストアして（ステップＳＪ４）、音源部１０８に対してＫＥＹの音高に基づく発音指示処理を行う（ステップＳＪ５）。この場合において、光量Ｐｒの減衰の変化率に応じたベロシティで発音を指示する。

次に、ＯＮＦが１であるか否かを判別し（ステップＳＪ６）、ＯＮＦが１である場合には、ＳＴＥＰの値が１（待つモード）であるか否かを判別する（ステップＳＪ７）。ＳＴＥＰの値が１である場合には、ＫＥＹの鍵番号と押鍵すべき鍵をガイドしたＮＯＴＥの音高とが一致するか否かを判別する（ステップＳＪ８）。すなわち、押鍵をガイドした鍵が正しく演奏されたか否かを判別する。ＫＥＹの鍵番号とＮＯＴＥの音高とが一致した場合には、フラグＯＫＦを１にセットする（ステップＳＪ９）。ＯＫＦを１にセットした後、又は、ステップＳＪ７においてＳＴＥＰの値が１でない場合には、ＫＥＹに対応するＬＥＤを消灯し（ステップＳＪ１０）、ＯＮＦを０にリセットし（ステップＳＪ１１）、メインルーチンに戻る。
ステップＳＪ６においてＯＮＦが０である場合、又は、ステップＳＪ８においてＫＥＹの鍵番号とＮＯＴＥの音高とが一致しない場合には、メインルーチンに戻る。
ステップＳＪ３において、反射光の光量Ｐｒが増加してＰｔｈを超えて、オフの鍵変化すなわち離鍵を検出したときは、レジスタＫＥＹに鍵番号をストアして（ステップＳＪ１２）、音源部１０８に対してＫＥＹの音高に基づく消音指示処理を行う（ステップＳＪ１３）。そして、メインルーチンに戻る。

以上のように、上記第１実施形態の演奏教習装置は、ＣＰＵ１０１は、ピアノ１などの鍵盤楽器の鍵盤２の各鍵に対応するＬＥＤ４０７によって、演奏教習の曲データのノートオンイベントに応じて押鍵すべき鍵に光を照射させて押鍵をガイドし、鍵盤２の各鍵にセンサ４０９から光を照射して、その反射光によって各鍵の演奏状態を検出する構成になっている。
したがって、演奏教習機能を具備していない鍵盤楽器に装着して、押鍵位置をガイドする機能を安価に提供できる。

また、上記第１実施形態によれば、ＣＰＵ１０１は、レジスタＳＴＥＰにあらかじめ設定された待つモード、ＡＮＹキーモード、自走モードの演奏態様、および、検出した演奏状態に応じて、押鍵をガイドする。
したがって、演奏教習機能を具備している電子鍵盤楽器と同様に、様々な演奏態様でレッスンを行うことができる。

また、上記第１実施形態によれば、ＣＰＵ１０１は、非押鍵状態において鍵に照射した赤外線の反射光の光量を最大値として検出し、ストロークが最大の押鍵状態における反射光の光量を最小値として検出し、最大値および最小値に基づいて押鍵の有無を判定するための閾値を初期設定する。
したがって、様々なタイプの鍵盤楽器に対応することができる。

また、上記第１実施形態によれば、センサ４０９およびセンサ検知部１０７によって検出された演奏状態に応じて楽音信号を発生する音源部１０８をさらに備えている。
したがって、ピアノ１の音をミュートした状態で、ヘッドホンコネクタ４０４にヘッドホンを接続して、鍵盤演奏に応じて音源部１０８によって生成した楽音信号をヘッドホンに出力することにより、深夜又は集合住宅における演奏の際に、周囲に迷惑をかけることがない。

次に、本発明の演奏教習装置の第２実施形態について説明する。第２実施形態においては、センサおよびセンサ検知部の構成が第１実施形態と異なっている。他の構成要素については、第１実施形態と同じであるのでその説明は省略する。
図２３は、第２実施形態の演奏教習装置のセンサおよびセンサ検知部（以下、演奏検知部という）の構成を示す回路図である。演奏検知部が各鍵に対応して設けられている構成は第１実施形態と同じであるが、第２実施形態のセンサから各鍵に照射される赤外線は、特定の周波数の搬送波を変調する。この場合において、隣接するｎ個の白鍵および黒鍵では、搬送波の周波数が異なっている。

図２３において、演奏検知部２０、３０、４０は、隣接するｎ個の鍵に対応して設けられている。演奏検知部２０において、搬送波生成回路２１は、周波数ｆ１のパルス信号を生成する。駆動回路２２は、周波数ｆ１のパルス信号を増幅して発光素子２３を駆動して、周波数ｆ１のパルス波形の赤外線Ｐｅを鍵に照射させる。受光素子２４は、周波数ｆ１のパルス波形の反射光Ｐｒを受光して、変換回路２５に入力する。変換回路２５は、搬送波ｆ１生成回路２１からの周波数ｆ１のパルス信号に同期して反射光Ｐｒを検波して直流電圧の信号に変換して比較回路２６に入力する。比較回路２６は、閾値Ｐｔｈに対応する電圧Ｖｔｈと入力された直流電圧とを比較して検出信号をＣＰＵ１０１に入力する。変換回路２５からの直流電圧がＶｔｈ以下である場合に押鍵と判定する。
演奏検知部３０、４０についても、搬送波生成回路３１および搬送波生成回路４１によって生成されるパルス信号の周波数がｆ２、ｆｎである点を除けば、演奏検知部２０と同じである。ｎの数は、演奏された鍵と他の鍵とを識別するために、発光素子２３および受光素子２４の光学特性、演奏検知部２０と鍵盤２までの距離、製品コストなどによって決定される。ｎの数が多いほど識別性が高くなるが、開発費用を含む製品コストは高くなる。通常は、３個ないし５個で十分であると考えられる。
なお、第２実施形態においては、搬送波生成回路で生成されるパルス信号の周波数に基づいて演奏された鍵と他の鍵とを識別する構成にしたが、異なる波長の赤外線を発光する発光素子、および、各波長の分光特性を有する受光素子とを組み合わせたセンサによって、鍵からの反射光の波長に基づいて演奏された鍵と他の鍵とを識別する構成にしてもよい。

以上のように、この第２実施形態によれば、演奏検知部２０、３０、４０は、連続する所定数の鍵にそれぞれ異なる周波数を有する光を照射して、それぞれの反射光によって各鍵の演奏状態を検出する。
したがって、演奏された鍵と他の鍵とを識別して、各鍵の演奏状態を正確に検出することができる。

次に、本発明の演奏教習装置の第３実施形態について説明する。図２４は、第３実施形態の演奏教習装置４の外観図である。また、図２５は、演奏教習装置４を鍵盤楽器の上に装着した場合の一部の外観図である。押鍵すべき鍵をガイドするために、演奏教習装置４の前側の垂直の側面４１６、すなわち鍵盤楽器に装着した状態で鍵盤側の垂直の側面からＬＥＤの光を発光する。ＬＥＤの光を発光する方向は、図２および図３に示した第１実施形態と同じであるが、第３実施形態においては、図２４に示すように、演奏教習装置４の側面４１６に鍵盤のイラストが印刷されている。側面４１６は、アクリルなどの透明な樹脂板で構成されているので、図３に示した第１実施形態の場合のように、演奏教習装置４の内部に設けられたＬＥＤの発光によって、図２５に示すように、押鍵すべき鍵に対応する側面４１６の鍵盤のイラストの部分にＬＥＤの光が投影される。
したがって、演奏教習機能を具備していない鍵盤楽器に装着して、押鍵位置をガイドする機能を実現できる。

また、図２４に示すように、上記第３実施形態においては、演奏教習装置４の上面にホイール４１７が設けられている。このホイール４１７を操作することによって、音源部から発音する楽音のピッチやモジュレーションを制御することができる。
したがって、電子楽器を演奏するような感覚が得られる。

なお、上記各実施形態においては、ＲＯＭ１０２にあらかじめ記憶された演奏教習のプログラムをＣＰＵ１０１が実行する装置の発明について説明したが、ＵＳＢインタフェース１１１を介して外部のパソコンやサーバなどの情報機器と接続し、情報機器からダウンロードした演奏教習のプログラムを曲メモリ１１０の一部のエリア、又は、新たに設けたフラッシュＲＯＭなどの不揮発性メモリにインストールして、そのプログラムをＣＰＵ１０１が実行することも可能である。この場合には、プログラムの発明やそのプログラムを記録した記録媒体の発明を実現できる。

すなわち、本発明による演奏教習処理のプログラムは、鍵盤楽器に装着して鍵盤の演奏をガイドする演奏教習装置にインストールされるプログラムであって、演奏教習の曲データのノートオンイベントに応じて前記鍵盤の各鍵に対応して設けられた発光手段によって押鍵すべき鍵に光を照射させて押鍵をガイドするステップＡと、前記鍵盤の各鍵に照射された光の反射光によって各鍵の演奏状態を検出するステップＢと、をコンピュータに実行させることを特徴とする。

前記ステップＡは、あらかじめ設定された演奏態様および前記ステップＢによって検出された演奏状態に応じて押鍵をガイドすることを特徴とする。
前記ステップＢは、非押鍵状態における反射光の光量を最大値として検出し、ストロークが最大の押鍵状態における反射光の光量を最小値として検出し、当該最大値および最小値に基づいて押鍵の有無を判定するための閾値を設定することを特徴とする。
前記ステップＢによって検出された演奏状態に応じて楽音信号を発生するステップＣをさらに有する。

本発明による演奏教習装置をピアノに配置した第１実施形態の構成を示す図。 第１実施形態の演奏教習装置の平面図、側面図、および正面図を表す図。 図２のＸ−Ｘ線に沿った演奏教習装置の内部の断面図。 第１実施形態の演奏教習装置の下面から見た平面図。 第１実施形態の演奏教習装置のＬＣＤに表示された画面の例を示す図。 第１実施形態の演奏教習装置のスイッチの構成を示す図。 第１実施形態の演奏教習装置のシステム構成を示すブロック図。 第１実施形態の演奏教習装置において鍵盤の押鍵動作とセンサの関係を説明する図。 第１実施形態の演奏教習装置において鍵の角度に対する反射光の光量を示す図。 第１実施形態の演奏教習装置において押鍵をガイドする様子を示す図。 第１実施形態の変形例を示す演奏教習装置の断面図。 第１実施形態の他の変形例を示す演奏教習装置の断面図。 ＬＥＤの発光によって鍵の押鍵を反射光でガイドする様子を示す図。 ＣＰＵのメインルーチンのフローチャート。 図１４のメインルーチンにおけるイニシャライズ処理のフローチャート。 図１４のメインルーチンにおけるスイッチ処理のフローチャート。 図１６のスイッチ処理におけるモードスイッチ処理のフローチャート。 図１６のスイッチ処理におけるステップスイッチ処理のフローチャート。 図１６のスイッチ処理におけるセッティングスイッチ処理のフローチャート。 図１６のスイッチ処理におけるスタート／ストップスイッチ処理のフローチャート。 図１４のメインルーチンにおけるガイド処理のフローチャート。 図１４のメインルーチンにおける鍵盤処理のフローチャート。 本発明の第２実施形態における演奏教習装置の演奏検知部の回路図。 本発明の第３実施形態における演奏教習装置の外観図。 本発明の第３実施形態における演奏教習装置を鍵盤楽器に装着した一部の外観図。

符号の説明

１ アコースティクピアノ
２ 鍵盤
４ 演奏教習装置
１０１ ＣＰＵ
１０２ ＲＯＭ
１０３ ＲＡＭ
１０４ スイッチ検知部
１０５ ＬＣＤ駆動部
１０６ ＬＥＤ駆動部
１０７ センサ検知部
１０８ 音源部
１０９ ＡＭＰ
１１０ 曲メモリ
１１１ ＵＳＢインタフェース
４０１ ＬＣＤ
４０２ スイッチ
４０７ ＬＥＤ
４０９ センサ
４１６ 鍵盤を印刷した演奏教習装置の側面
４１７ ホイール

Claims (9)

1. 鍵盤楽器に装着して鍵盤の演奏をガイドする演奏教習装置であって、
   前記鍵盤の各鍵に対応して設けられた発光手段と、
   演奏教習の曲データのノートオンイベントに応じて前記発光手段によって押鍵すべき鍵に光を照射させて押鍵をガイドする押鍵指示手段と、
   前記鍵盤の各鍵に光を照射して、その反射光によって各鍵の演奏状態を検出する検出手段と、
   を備えたことを特徴とする演奏教習装置。
2. 前記検出手段は、連続する所定数の鍵にそれぞれ異なる周波数を有する光を照射して、それぞれの反射光によって各鍵の演奏状態を検出することを特徴とする請求項１に記載の演奏教習装置。
3. 前記押鍵指示手段は、あらかじめ設定された演奏態様および前記検出手段によって検出された演奏状態に応じて押鍵をガイドすることを特徴とする請求項１に記載の演奏教習装置。
4. 前記検出手段は、非押鍵状態における反射光の光量を最大値として検出し、ストロークが最大の押鍵状態における反射光の光量を最小値として検出し、当該最大値および最小値に基づいて押鍵の有無を判定するための閾値を設定することを特徴とする請求項１に記載の演奏教習装置。
5. 前記検出手段によって検出された演奏状態に応じて楽音信号を発生する音源手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の演奏教習装置。
6. 鍵盤楽器に装着して鍵盤の演奏をガイドする演奏教習装置にインストールされるプログラムであって、
   演奏教習の曲データのノートオンイベントに応じて前記鍵盤の各鍵に対応して設けられた発光手段によって押鍵すべき鍵に光を照射させて押鍵をガイドするステップＡと、
   前記鍵盤の各鍵に照射された光の反射光によって各鍵の演奏状態を検出するステップＢと、
   をコンピュータに実行させることを特徴とする演奏教習処理のプログラム。
7. 前記ステップＡは、あらかじめ設定された演奏態様および前記ステップＢによって検出された演奏状態に応じて押鍵をガイドすることを特徴とする請求項６に記載の演奏教習処理のプログラム。
8. 前記ステップＢは、非押鍵状態における反射光の光量を最大値として検出し、ストロークが最大の押鍵状態における反射光の光量を最小値として検出し、当該最大値および最小値に基づいて押鍵の有無を判定するための閾値を設定することを特徴とする請求項６に記載の演奏教習処理のプログラム。
9. 前記ステップＢによって検出された演奏状態に応じて楽音信号を発生するステップＣをさらに有することを特徴とする請求項６に記載の演奏教習処理のプログラム。

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