JP5223490B2 - 電子鍵盤楽器のペダルの力覚制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子鍵盤楽器が備える操作子であるペダルの操作に対する反力を制御する力覚制御装置に関し、特に、ペダルの操作感覚をアコースティックピアノなどの自然鍵盤楽器に近づけることができる電子鍵盤楽器のペダルの力覚制御装置に関する。

アコースティックピアノは、押鍵に応じてハンマーを弦に打ちつけて音を発生する機構を有しており、発生する音は、押鍵の強弱やスピードによって響き方や大きさが異なる。また、アコースティックピアノには、音の余韻をコントロールするためのペダルが搭載されている。グランドピアノを例にとると、ダンパーペダル、ソステヌートペダル、ソフトペダルである。

これらのうちダンパーペダルは、弦の振動を止めるためのダンパーを制御するペダルである。ダンパーは、弦と一対一に対応して設けられており、通常、押鍵により弦から離れ、離鍵により弦を押さえて音の響きを止める。そして、各ダンパーは、幾つかの連結部を介してダンパーペダル（以下、単に「ペダル」ということがある。）に接続されている。ペダルが踏込まれると、全ての弦に対応するダンパーが解放され、鍵から指を離してもダンパーによる止音は行われず、押鍵した音が残る。この場合、押鍵されていない鍵に対応する弦を含めた全ての弦が共振し、倍音が鮮明に響く。このようにペダルでダンパーを操作することで、ピアノの発音に様々な表情を与えることができる。

ところで、上記の各ダンパーとペダルとの間の連結部には、いわゆる遊びが設けられている。この遊びにより、演奏者は常時ペダルに足を乗せておくことができる上、ダンパーが弦を僅かに拘束するような位置にペダルを踏込む所謂ハーフペダルと呼ばれる操作が可能となる。このように、ペダルを浅く踏込んだ状態ではダンパーが動作せず、ペダルを所定位置まで踏込んだときに初めてダンパーが押し上げられる。したがって、ペダルの踏込みに伴う反力（足にかかる荷重）は、ダンパーの押し上げが開始される位置で段階的に（急に）変化する。

上記のようなアコースティックピアノの音色、操作性、外観を擬似的に再現した電子鍵盤楽器として、電子ピアノがある。電子ピアノには、グランドピアノにおけるダンパーペダル、ソステヌートペダル、ソフトペダルと同様の働きをする三本のペダルを装備したものがある。ところが、電子ピアノの場合は、アコースティックピアノのように実際に打弦して発音しないので、ダンパーを弦から離す動作を行う必要がない。その代わりに、ペダル操作に対応する処理を電気的に行い、ペダルが操作されたと同等の発音を行うようになっている。従って、ペダル装置そのものの機構は簡単であり、例えば、フレームに回動可能に取り付けたペダルと底板との間にバネなどを設置し、当該バネの付勢によってペダルに上向きの反力を与えている。

このような電子ピアノのペダル装置には、特許文献１に記載のように、ペダルが単独のバネによって付勢されているものがある。しかしながら単独のバネによる付勢では、グランドピアノにおけるダンパー押し上げ時のような段階的な変化を生じさせることができない。したがって、アコースティックピアノに慣れた演奏者が電子ピアノを弾くと、演奏感覚の違いによる違和感を覚えることがあった。また、演奏者がハーフペダルの位置を感覚として把握することができなかった。

この点を改善すべく、特許文献２に記載のペダル装置では、第１バネに加えて第２バネを備え、ペダルの変位量に応じて、第１バネだけによる力と第１、第２バネを合わせた力が順番にペダルにかかるようにし、ペダルの反力が段階的に変化するようにしている。これにより、ダンパーが押し上げられる際の反力の変化を擬似的に生じさせることができる。このような複数のバネによる力を合わせた付勢力では、反力を段階的に変化させることはできるが、バネの付勢力のみに基づく反力の分布は一義的である。そのため、演奏者の設定や実際の操作などに応じて反力を任意に可変させることはできなかった。

この点、特許文献３に記載の力覚制御装置は、操作子である鍵を駆動するためのソレノイドと、ソレノイドを制御する制御装置（力覚制御手段）とを備えている。これらにより、電気的な駆動力で操作子の操作感覚を調節できるようになっている。このような力覚制御装置では、実際の操作子の操作に応じて反力を可変させることが可能である。しかしながら、特許文献３の力覚制御装置では、ソレノイド駆動用の指令値は、複数の中から選択したテーブルに基づいて生成するため、操作子の反力を演奏者自身が所望する位置や大きさに設定できるものではない。したがって、操作子の操作感覚を演奏者が自由に変えることはできなかった。
特開２００１−２２３５５号公報 特開２００４−３３４００８号公報 特開２００６−１４６２５９号公報

本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、操作子であるペダルの反力を設定により可変させることが可能であり、ペダルの操作感覚を演奏者が所望する感覚に変更できる電子鍵盤楽器のペダルの力覚制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するため本発明にかかる電子鍵盤楽器のペダルの力覚制御装置は、踏込操作に応じて移動可能となるように支持されたペダル（３１）と、ペダル（３１）の踏込操作に基づいて鍵（１１）の押鍵操作により発生している楽音の特性を制御する手段（５０）と、ペダル（３１）の動作を検出する動作検出手段（４５）と、ペダル（３１）の操作に対して電気的な駆動力による反力を発生させる駆動手段（４０）と、ペダル（３１）の力覚制御を行うための力覚付与テーブル（８２）を記憶した記憶手段（５２）と、駆動手段（４０）にて発生させる反力を制御する力覚制御手段（５０）と、ペダル（３１）の踏込操作に対する反力を設定するための設定値として、ハーフペダル領域（Ｍ）における反力の位置と大きさの少なくともいずれかに関する値を入力する設定値入力手段（６１）と、を備え、力覚制御手段（５０）は、設定値入力手段（６１）により入力された設定値に基づいて、基準となる力覚付与テーブル（８２）の値を変更したものを算出し、変更後の力覚付与テーブル（８２）と、動作検出手段（４５）で検出したペダル（３１）の動作とに基づいて、ハーフペダル領域（Ｍ）における反力の位置と大きさの少なくともいずれかを制御することを特徴とする。なお、ここでの括弧内の符号は、後述する実施形態の対応する構成要素の符号を本発明の一例として示したものである。

本発明にかかる電子鍵盤楽器のペダルの力覚制御装置によれば、演奏者が設定値入力手段から設定値を入力することにより、ペダルの踏込操作に対する反力を任意に設定することが可能となる。したがって、ペダルの操作感覚を演奏者が所望する操作感覚に変更することができる。これにより、電子鍵盤楽器のペダルにおいて、ハーフペダル領域における反力を演奏者が所望する位置（ペダルの変位に対する位置）あるいは大きさで再現できる。したがって、演奏者は、所望のハーフペダル領域を利用して、ペダルの踏み込み深さを微妙に変化させて楽音の音色などを変える高度な演奏操作を行うことが可能となる。

また、上記の力覚制御装置の一実施形態として、ペダル（３１）の操作に対して物理的な付勢力による反力を付与する付勢手段（３５，４４）をさらに備え、基準となる力覚付与テーブル（８２）および付勢手段（３５，４４）に基づくペダルの反力は、ペダル（３１）の変位領域における連続した第１乃至第３の領域（Ａ１〜Ａ３）において、第２の領域（Ａ２）での反力の変化率が第１及び第３の領域（Ａ１，Ａ３）での反力の変化率よりも大きくなっており、第１の領域（Ａ１）の反力は、付勢手段（３５，４４）による反力（Ｆ２）のみであり、第２、第３の領域（Ａ２，Ａ３）の反力は、付勢手段（３５，４４）による反力（Ｆ１）と駆動手段（４０）による反力（Ｆ２）とが合成された反力であり、設定値入力手段（６１）により入力された設定値に基づいて、駆動手段（４０）による反力（Ｆ２）の位置あるいは大きさを変更することで、第２、第３の領域（Ａ２，Ａ３）での反力を変更するようにしてよい。

この構成によれば、駆動手段による反力と付勢手段による反力とを合わせた反力でペダルを駆動するようになるので、駆動手段の機構を簡単にでき、電気鍵盤楽器の構成を簡単にすることができる。また、駆動手段の駆動に必要な電力が少なくて済むので、電子鍵盤楽器の消費電力を低減することが可能となる。
なお、その場合でも、駆動手段による反力を変更することで、第２、第３の領域での反力を任意に変えることができるので、ハーフペダル領域における反力を演奏者が所望する位置あるいは大きさで再現できる。

あるいは、上記の力覚制御装置の他の実施形態として、基準となる力覚付与テーブル（８２）に基づくペダル（３１）の反力は、ペダル（３１）の変位領域における連続した第１乃至第３の領域（Ａ１〜Ａ３）において、第２の領域（Ａ２）での反力の変化率が第１及び第３の領域（Ａ１，Ａ３）での反力の変化率よりも大きくなっており、該力覚付与テーブル（８２）は、互いに異なる値を有する二種類のテーブル（Ｄ１，Ｄ２）を有しており、第１の領域（Ａ１）の反力は、二種類のうち一方のテーブル（Ｄ１）に基づく反力（Ｆ２−１）のみであり、第２、第３の領域（Ａ２，Ａ３）の反力は、一方のテーブル（Ｄ１）に基づく反力（Ｆ２−１）と他方のテーブル（Ｄ２）に基づく反力（Ｆ２−２）とが合成された反力であってよい。

これによれば、互いに異なる反力分布を有する二種類のテーブルを用いた駆動手段の制御により、ハーフペダル領域における反力の位置あるいは大きさを任意に調節することが可能となる。また、この場合、ペダルを駆動するための機構は、電気的な駆動力による反力を発生させる駆動手段だけで足りるので、ペダル装置の部品点数を削減でき、電子鍵盤楽器の構成を簡単にできる。

さらに、この場合、設定値入力手段（６１）により入力された設定値に基づいて、前記他方のテーブル（Ｄ２）の値を変更し、該テーブル（Ｄ２）に基づく反力（Ｆ２−２）の位置あるいは大きさを変更することで、第２、第３の領域（Ａ２，Ａ３）での反力を変更することができる。これによれば、電気的な駆動力による反力を発生させる駆動手段だけで、ハーフペダル領域における反力を演奏者が所望する位置あるいは大きさで再現できるようになる。

本発明にかかる電子鍵盤楽器のペダルの力覚制御装置によれば、ペダルの踏込操作に対する反力特性（反力の発生位置あるいは大きさ）を演奏者が任意に設定することができる。また、所望のハーフペダル領域を利用して楽音の音色などを変える高度な演奏操作を行うこともできる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明では、後述するペダルの長手方向の両側のうち、電子鍵盤楽器の演奏者の側を手前あるいは前といい、その反対側を奥あるいは後という。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態にかかる力覚制御装置を備えた電子鍵盤楽器の全体構成例を示すブロック図である。同図に示す電子鍵盤楽器は、ペダル３１（操作子）を有するペダル装置３０と、ペダル３１の操作に対する反力を制御するための制御部（力覚制御手段）５０とを備えている。ペダル装置３０と制御部５０とは、バス５を介して互いに接続されている。また、電子鍵盤楽器には、鍵（鍵盤）１１を備える鍵盤装置１０が設置されている。鍵盤装置１０は、バス５を介して制御部５０に接続されている。

図２は、第１実施形態にかかるペダル装置３０の構成例を示す図で、（ａ）は、概略側断面図、（ｂ）は、正面図である。ペダル装置３０は、フレーム３２に対して回動可能に支持された複数のペダルを備えており、本実施形態では、グランドピアノにおけるダンパーペダル、ソステヌートペダル、ソフトペダルに相当する３本のペダルが設置されているが、同図では、ダンパーペダルに相当する演奏者から見て最も右側に位置するペダル３１のみを示し、他のペダルは図示を省略している。本発明の構成は、ダンパーペダルに相当するペダル３１に適用されるので、以下では、ペダル３１及びその周辺の構成部品について説明する。

フレーム３２は、金属などで構成された板状部材を適宜に折り曲げて、略矩形の箱型に形成されている。フレーム３２は、複数のペダルに対応する位置に跨る横長形状で、前壁３２ａにおけるペダル３１の取付箇所には、開口部３３が形成されている。ペダル３１は、長尺状に形成された略平板状の部材からなり、前側が足で踏込操作する操作部３１ａになっており、後側がフレーム３２に取り付けられる取付部３１ｂになっている。そして、フレーム３２の開口部３３は、ペダル３１の断面よりも大きな矩形状に形成されている。開口部３３の内周には、両側の縁を後方に折り曲げてなる平板状の曲げ板部３３ａ，３３ａが設けられている。

ペダル３１は、取付部３１ｂが開口部３３からフレーム３２内に差し込まれた状態で、操作部３１ａがフレーム３２の前方に突出している。このとき、ペダル３１は、取付部３１ｂの中間がペダル支点３４に支持されており、該ペダル支点３４を中心として長手方向が上下に揺動自在になっている。

フレーム３２内におけるペダル３１の下面側には、物理的な付勢力による反力を発生する付勢手段（以下、単に付勢手段という。）である復帰バネ３５が設置されている。復帰バネ３５は、金属などの弾性を有する線材をコイル状に巻き回してなるバネ材であり、コイル軸方向に圧縮されることで弾発力（付勢力）を生じるものである。復帰バネ３５は、ペダル支点３４より前方に配置されており、その位置のペダル３１を上方に向かって付勢するようになっている。

また、ペダル３１の操作に対して電気的な駆動力による反力を発生する駆動手段（以下、単に駆動手段という。）として、ペダル３１の上面側に設置したソレノイド４０を備えている。ソレノイド４０は、ペダル支点３４よりも後方に配置されており、コイル４１と、コイル４１の中央に設置された進退移動可能なロッド４２とを備えている。また、コイル４１の外側（上下及び外周）を覆う位置には、ヨーク（磁性体）４６が設置されている。ロッド４２は、軸方向が上下方向に配置され、下端がペダル３１の上面に当接している。また、ロッド４２の上端には、平板状の板部材４３が取り付けられている。板部材４３は、その面がロッド４２の軸方向と直交するように取り付けられており、板部材４３がヨーク４６の上端に当接する位置で、ロッド４２の下端が初期位置にあるペダル３１の上面に当接するようになっている。また、板部材４３と、ソレノイド４０の真上に張り出したフレーム３２の上壁３２ｂとの間には、コイル状のバネ（付勢手段）４４が介在している。このバネ４４により、ロッド４２が下方へ付勢されている。

また、ペダル装置３０には、ペダル３１の位置を検出するペダル位置センサ（動作検出手段）４５が設けられている。ここでのペダル位置センサ４５は、ペダル３１に取り付けたシャッタ４５ａと、該シャッタ４５ａにより光路が遮蔽されるフォトセンサ４５ｂとで構成される光学式センサである。この場合、ペダル３１の位置変化に応じて遮光量が連続的に変化するようにシャッタ４５ａの形状を設定し、フォトセンサ４５ｂの出力信号からペダル３１の位置が一義的に特定されるようにする。なお、ペダル位置センサ４５は、ペダル３１の位置を検出できるものであれば、上記のような遮光式センサ以外にも、図示は省略するが、ペダル３１の位置変化に応じて反射光量を連続的に変化させることが可能な反射面をペダル３１に設置し、該反射面で反射した光を受光部で受光してペダル３１の位置を検出するように構成した反射式センサでもよい。さらにいえば、光学式センサに限らず他の方式のセンサでもよい。また、図示は省略するが、ペダル位置センサ４５に代えて、ペダル位置検出用のスイッチなどを設置してもよい。また、ここでは、ペダル３１の動作を検出する動作検出手段として、ペダル位置センサ４５を設置した場合を説明したが、それ以外にも、ペダル３１の速度、加速度、角度、角速度をそれぞれ検出するペダル速度センサ、ペダル加速度センサ、ペダル角度センサ、ペダル角速度センサのいずれか、あるいはこれらのうちの複数を設置することも可能である。

また、ペダル３１には、ガイド部材３６が取り付けられている。ガイド部材３６は、取付部３１ｂの前端に設置された略矩形状の部材であり、その両側面には、小突起３６ａが複数個（図では両側に各２個ずつ）設けられている。小突起３６ａは、フレーム３２の曲げ板部３３ａの内側面に当接している。これにより、ガイド部材３６は、ペダル３１の揺動に伴って小突起３６ａが曲げ板部３３ａ，３３ａに対して摺動しながら、その内側を上下移動してペダル３１の揺動をガイドする。

また、ガイド部材３６の上端に対向するフレーム３２の壁面３２ｃには、ペダル３１の上限位置を規定するための上限ストッパー３７が設置されている。上限ストッパー３７は、ガイド部材３６の衝突による衝撃を緩和するための緩衝材からなる。ペダル３１は、踏込操作が開始される最上位置（以下、「初期位置」という。）にある状態で、ガイド部材３６の上端が上限ストッパー３７に当接するようになっている。一方、開口部３３の下端には、ペダル３１の下限位置を規定するための下限ストッパー３８が取り付けられている。下限ストッパー３８は、ペダル３１の衝突による衝撃を緩和する緩衝材で構成されており、初期位置にあるペダル３１の下面に対して所定距離を有して対向するように設置されている。
なお、図示は省略するが、ペダル装置３０には、ペダル３１の動作を電気的な出力に変換するためのスイッチ接点やボリューム検出部などの機構も設けられている。

上記構成のペダル装置３０の動作について説明する。ペダル３１が初期位置にあるとき、ペダル３１の自重と、ガイド部材３６が上限ストッパー３７から受ける抗力と、復帰バネ３５の付勢力と、バネ４４の付勢力の各力が釣り合っている。したがって、初期位置における各力の釣り合いにより、ペダル３１は、前後方向（長手方向）が略水平な状態で静止している。この状態のペダル３１を踏み込むと、ペダル支点３４を中心に回動し、ペダル３１に押された復帰バネ３５が圧縮されるとともに、バネ４４が圧縮されてロッド４２が上方へ移動する。これにより、ペダル３１には、復帰バネ３５の付勢力による反力とバネ４４の付勢力による反力とが付与される。さらにペダル３１を踏み込むと、ペダル３１は下限ストッパー３８に当接して停止する。一方、ペダル３１を踏み込んでいる力を弱めると、復帰バネ３５の付勢力とバネ４４の付勢力とによりペダル３１は逆向きに回動し、初期位置へ復帰する。このようにペダル３１が復帰バネ３５やバネ４４の付勢力で移動する過程で、ソレノイド４０のコイル４１に電圧を印加してロッド４２を駆動させれば、復帰バネ３５やバネ４４からペダル３１に与えられる反力をソレノイド４０による反力でアシストすることができる。したがって、制御部５０によりソレノイド４０の駆動を制御することで、ペダル３１の操作に対する反力の力覚制御を行うことができる。この力覚制御の手順については後述する。

次に、図１に示す制御部５０について説明する。制御部５０は、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、フラッシュメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）５４を備えている。また、ＣＰＵ５１にはタイマ５５が接続されている。ＣＰＵ５１は、ペダル装置３０や鍵盤装置１０を含む電子鍵盤楽器全体の制御を司る。ＲＯＭ５２やフラッシュメモリ５４には、ＣＰＵ５１が実行する制御プログラムや各種テーブルデータのほか、後述する力覚付与テーブル８０が記憶されている。ＲＡＭ５３は、演奏データ、テキストデータなどの各種入力情報、各種フラグやバッファデータ及び演算処理結果などを一時的に記憶する。タイマ５５は、タイマ割り込み処理における割り込み時間などの各種時間を計時する。

また、電子鍵盤楽器には、制御部５０のほか、設定操作部６０、表示装置６３、音声出力部６５、外部記憶装置６６、ＨＤＤ６７、通信インターフェイス６８、ＭＩＤＩインターフェイス６９などが設けられている。通信インターフェイス６８には、外部装置７１を接続でき、ＭＩＤＩインターフェイス６９には、ＭＩＤＩ機器７２を接続できる。また、通信インターフェイス６８は、インターネットなどの通信ネットワーク７３を介して外部のサーバ装置７４との間で通信を行えるようになっている。設定操作部６０には、演奏者が設定操作情報を入力するために用いる不図示の各種スイッチなどが含まれ、スイッチの操作による信号がＣＰＵ５１に供給されるようになっている。外部記憶装置６６やＨＤＤ６７は、上記の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各種楽曲データなどを記憶するものである。表示装置６３は、表示制御回路６２を介してバス５に接続されており、音声出力部６５は、音源回路６４を介してバス５に接続されている。

図３は、ＲＯＭ５２に格納された力覚付与テーブル８０の構成例を示す図である。力覚付与テーブル８０は、ペダル装置３０のソレノイド４０が発生すべき反力のパターンを格納したペダル用力覚付与テーブル８２を有している。ペダル用力覚付与テーブル８２には、押ペダル用のテーブル８２ａと戻ペダル用のテーブル８２ｂがそれぞれ用意されている。さらに、押ペダル用のテーブル８２ａと戻ペダル用のテーブル８２ｂはそれぞれ、反力パターンテーブル８０ａと指令値テーブル８０ｂを備えている。反力パターンテーブル８０ａは、ペダル位置センサ４５の検出値（または該検出値から算出したペダル３１の速度、加速度などの値）に対するソレノイド４０の出力値を参照するためのテーブルである。指令値テーブル８０ｂは、ソレノイド４０に上記の出力値を発生させる指令値を参照するためのテーブルである。なお、ここでのペダル用力覚付与テーブル８２は、後述する基準となるペダル用力覚付与テーブル８２である。

図１に示すように、制御部５０からの制御信号は、ソレノイド制御ドライバ（駆動制御部）４８を介してペダル装置３０のソレノイド４０に入力されるようになっている。また、ペダル位置センサ４５の検出信号は、制御部５０に入力されるようになっている。

ここで、上記構成の電子鍵盤楽器におけるペダル３１の操作に対する力覚制御の手順について説明する。図４は、ペダル３１の力覚制御の手順を説明するためのフローチャートである。ペダル３１の力覚制御では、まず、ペダル３１の位置情報を初期化する（ステップＳＴ１−１）。その後、ペダル位置センサ４５にて検出したペダル３１の位置（踏込量）を読み込む（ステップＳＴ１−２）。また、ペダル速度センサを設けている場合は、検出したペダルの速度を読み込み（ステップＳＴ１−３）、ペダル加速度センサを設けている場合は、検出したペダルの加速度を読み込む（ステップＳＴ１−４）。ペダル速度センサを設けていない場合は、ペダル位置センサ４５で検出したペダル位置データの差分からペダル速度を算出してもよい（ステップ１−３）。また、ペダル加速度センサを設けていない場合は、ペダル速度データの差分からペダル加速度を算出（ステップＳＴ１−４）してもよい。なお、ペダル装置３０に角度センサや角速度センサを設置している場合は、それらで検出したペダル角度やペダル角速度を読み込んでもよい。

次に、ステップＳＴ１−３で読み込んだペダル速度の検出値（あるいは算出値）の符号（正負）を判定する（ステップＳＴ１−５）。その結果、ペダル速度が正である場合は、ペダル３１が踏み込まれる（押ペダル）過程にあるので、ペダル用力覚付与テーブル（図３参照）８２から押ペダル用テーブル８２ａを選択し、これを読み込む（ステップＳＴ１−６）。一方、ペダル３１の速度が負である場合は、ペダル３１の踏み込みが解除される（戻ペダル）過程にあるので、ペダル用力覚付与テーブル８２から戻ペダル用テーブル８２ｂを選択し、これを読み込む（ステップＳＴ１−７）。続いて、読み込んだ上記いずれかのテーブル８２ａ，８２ｂの反力パターンテーブル８０ａを参照して、ソレノイド４０の出力を決定するとともに、指令値テーブル８０ｂを参照して、ソレノイド４０の出力を発生させるための指令値を決定する。そして、決定した指令値をソレノイド制御ドライバ４８へ出力し（ステップＳＴ１−８）、ソレノイド４０を駆動する。このようにして、ペダル用力覚付与テーブル８２に基づくペダル反力の制御が行われる。

図５は、上記の力覚制御を行った場合のペダル３１の変位（踏込量）Ｘと反力（荷重）Ｆの関係を示すグラフである。なお、このグラフでは、ペダル踏込時における反力分布のみを示しており、ペダル戻り時における反力分布は省略している。また、このグラフの反力分布は、ペダル位置センサ（動作検出手段）４５による一の検出値に対応する反力分布を一例として示したものである。すなわち、ペダル位置センサ４５で検出された値が異なるものである場合は、同図に示すグラフとは別の反力分布となる。ペダル用力覚付与テーブル８２による力覚制御では、ペダル踏込時において、同図に示すように、ペダル３１の踏込量が小さく、反力の変化率が小さい領域Ａ１と、ペダル３１の踏込量が増して、反力の変化率が大きくなる領域Ａ２と、さらにペダル３１の踏込量が増して、再度、反力の変化率が小さくなる領域Ａ３の三種類の領域を有している。領域Ａ１では、アコースティックピアノにおいてダンパーの荷重がダンパーペダルに掛かる前の状態が再現され、領域Ａ２では、ペダルとダンパーの連結部を介してダンパーに踏込力が伝わり始め、連結部全体が有する弾性要素からの反力が次第に増加する状態が再現され、領域Ａ３では、ダンパーが完全に弦から離れて摩擦が減少するとともに、連結部全体が有する弾性要素からの反力が増加しなくなる状態が再現されている。このように、本実施形態の力覚制御装置では、アコースティックピアノのダンパーペダルの反力パターンが忠実に再現されている。また、この場合、領域Ａ２の後半から領域Ａ３の前半にかかるハーフペダル領域Mの反力パターンも再現されている。したがって、ペダル３１がハーフペダル領域Mに位置する際の押鍵に伴う楽音の音色や響きを適宜に設定しておけば、電子鍵盤楽器の演奏者は、ハーフペダル領域Mを利用して楽音の音色や響きなどを微妙に変化させる高度な演奏操作を行うことが可能となる。

上記の力覚制御における反力パターン（ペダル変位に対する反力分布）は、図５に示すように、付勢手段である復帰バネ３５及びバネ４４による反力Ｆ１と、駆動手段であるソレノイド４０による反力Ｆ２とが合わさった反力になっている。そして、領域Ａ１での反力は、復帰バネ３５及びバネ４４による反力Ｆ１のみで占められており、領域A２と領域Ａ３での反力は、復帰バネ３５及びバネ４４による反力Ｆ１とソレノイド４０による反力Ｆ２とが合わさったものになっている。ここで、Ｆ１は、復帰バネ３５及びバネ４４による反力であるため、同図に示すように、ペダル３１の変位に対して略一次関数に沿う分布になっており、Ｆ２は、力覚制御に基づくソレノイド４０の電気的な駆動力であるため、Ｆ１に重畳されることで、アコースティックピアノのダンパーペダルの反力を再現するような分布になっている。

本実施形態の電子鍵盤楽器は、図１に示すように、ペダル３１の操作感覚（反力）を調整するためのペダル反力調整部６１を備えている。ペダル反力調整部６１は、設定操作部６０に設けた操作パネルとして構成されており、該操作パネルには、反力位置調整つまみ（ハーフペダル位置調整つまみ）６１ａと、反力量調整つまみ（ハーフペダル反力調整つまみ）６１ｂとが設けられている。反力位置調整つまみ６１ａは、ペダル３１の操作に対して生じる反力の位置（ペダル３１の変位に対する位置）を変更することで、ハーフペダル領域Ｍの位置を調整するためのつまみである。また、反力量調整つまみ６１ｂは、ペダル３１の操作に対して生じる反力の大きさを変更することで、ハーフペダル領域Mの反力量を調整するためのつまみである。これらつまみ６１ａ，６１ｂの操作で入力されたボリューム値は、図示しない可変抵抗などの回路を介して数値化されるようになっている。この数値化される設定値は、例えば反力の位置あるいは大きさの基準からの変更量（+２，+１，０，‐１，‐２など）である。

なお、ここでは、ペダル反力調整部６１の反力位置調整つまみ６１ａや反力量調整つまみ６１ｂで入力されたボリューム値をアナログ回路で数値化する場合を示したが、本発明の力覚制御装置が備えるペダル反力調整部は、これ以外にも、入力された値をデジタル回路で数値化する手段を備えてもよいし、あらかじめ数値化されている値を入力するためのカウンターなどのデバイスを備えた構成であってもよい。

本実施形態の電子鍵盤楽器では、演奏者がつまみ６１ａ，６１ｂを操作することで、入力された設定値に基づいて、基準となるペダル用力覚付与テーブル８２が変更される。これにより、ペダル３１の操作に対する反力の位置及び反力量が基準に対して変更されるようになっている。以下、この手順を詳細に説明する。

図６（ａ）は、基準となるペダル用力覚付与テーブル８２が有するペダル３１の変位（ストローク）とそれに対するソレノイド４０による反力Ｆ２（図５参照）との関係を数値化したものの一例を示す表であり、同図（ｂ）は、当該ペダル３１の変位とソレノイド４０による反力Ｆ２との関係をグラフ化したものである。基準となるペダル用力覚付与テーブル８２は、同図に示すようなソレノイド４０による反力Ｆ２の分布を有している。

図７は、基準となるペダル用力覚付与テーブル８２を変更する手順を説明するためのフローチャートである。ここでは、まず、ペダル反力の位置及び大きさの設定値を初期化する（ステップＳＴ３−１）。続いて、設定操作部６０の反力位置調整つまみ６１ａや反力量調整つまみ６１ｂで入力されたペダル反力の位置あるいは大きさの設定値を検出する（ステップＳＴ３−２）。次に、検出した設定値が０（デフォルト）であるか否かを判断する（ステップＳＴ３−３）。その結果、検出した設定値が０であれば（ＹＥＳ）、そのまま処理を終了する。すなわち、この場合は、ペダル３１の力覚制御において、基準となるペダル用力覚付与テーブル８２（図５に示す反力パターンを出力する力覚付与テーブル）を変更せず、そのまま用いる。

一方、検出した設定値が０でない場合（ステップＳＴ３−３でＮＯ）は、該検出した設定値に基づいて、基準となるペダル用力覚付与テーブル８２の反力パターンを変更したものを算出する（ステップＳＴ３−４）。その後、算出した反力パターンを新規のペダル用力覚付与テーブル８２とし、これをＲＡＭ５３などの記憶手段に記憶する（ステップＳＴ３−５）。図８（ａ）は、ステップＳＴ３−４において、反力位置調整つまみ６１ａで入力された反力位置の設定値に基づいて変更したソレノイド４０による反力Ｆ２の一例を示す表であり、同図（ｂ）は、当該ペダル反力Ｆ２をグラフ化したものである。ここでは、反力位置調整つまみ６１ａで入力された設定値に基づいて、ソレノイド４０の反力Ｆ２が発生する位置をペダル３１の変位方向に＋２だけシフトさせている。これにより、ハーフペダル領域Mがペダル変位Ｘの正方向（ペダル３１の踏み込みがより深くなる方向）へ移動するようにペダル３１の操作感覚が変更される。

また、図９（ａ）は、反力位置調整つまみ６１ａで入力された反力位置の設定値に基づいて変更したソレノイド４０によるペダル反力Ｆ２の他の例を示す表であり、同図（ｂ）は、当該ペダル反力Ｆ２をグラフ化したものである。ここでは、反力位置調整つまみ６１ｂで入力された設定値に基づいて、反力Ｆ２が発生する位置をペダル３１の変位方向に−２だけシフトさせている。これにより、ハーフペダル領域Mがペダル変位Ｘの負方向（ペダル３１の踏み込みがより浅くなる方向）へ移動するようにペダル３１の操作感覚が変更される。

また、図１０（ａ）は、反力量調整つまみ６１ｂで入力された設定値に基づいて変更したソレノイド４０によるペダル反力Ｆ２の例を示す表であり、同図（ｂ）は、当該ペダル反力Ｆ２をグラフ化したものである。ここでは、反力量調整つまみ６２ｂで入力された設定値に基づいて、ペダル３１の変位領域全体での反力Ｆ２に一定値（ここでは＋１．２）を乗算することで、反力Ｆ２の大きさを増加させている。これにより、ペダル３１の各踏込位置での反力Ｆ２が一定の倍率で増加するように、ペダル３１の操作感覚が変更される。

また、図１１（ａ）は、反力量調整つまみ６１ｂで入力された設定値に基づいて変更したソレノイド４０によるペダル反力Ｆ２の他の例を示す表であり、同図（ｂ）は、当該ペダル反力Ｆ２をグラフ化したものである。ここでは、反力量調整つまみ６２ｂで入力された設定値に基づいて、ペダル３１の変位領域全体での反力Ｆ２に一定値（ここでは＋２）を加算することで、反力Ｆ２の大きさを増加させている。これにより、ペダル３１の踏込位置に関わらず反力Ｆ２が一律の大きさで増加するように、ペダル３１の操作感覚が変更される。

なお、上記では、設定操作部６０で入力されたペダル反力の位置あるいは大きさの設定値に基づいてペダル用力覚付与テーブル８２の値を変更し、これを新規ペダル用力覚付与テーブルとして記憶する場合を説明したが、これ以外にも、基準となるペダル用力覚付与テーブル８２から抽出した値（ペダル反力値）に対して、設定操作部６０で入力された設定値に応じた定数を乗算することで、新規のペダル反力値を出力するようにしてもよい。これによれば、ペダル用力覚付与テーブル８２を変更せず、基準となる反力値に対する簡単な乗算を行うだけで、設定値に応じたペダル反力への変更が可能となるので、ペダル反力の変更をより簡単に行えるようになる。

本実施形態の力覚制御装置では、図４に示す手順でペダル３１の力覚制御を行うが、その際、基準となるペダル用力覚付与テーブル８２に代えて、ステップＳＴ３−４で算出した新規のペダル用力覚付与テーブル８２を用いて、ペダル３１の力覚制御を行うことができる。これにより、ペダル３１の操作に対して生じる反力を演奏者自身が設定した反力とすることができる。また、ここでは、図５のグラフにおいて、ソレノイド４０による反力Ｆ２の位置あるいは大きさを変更するので、領域Ａ２と領域Ａ３の反力パターンが変更される。これにより、ハーフペダル領域Mの反力を演奏者が所望する位置あるいは大きさで再現できる。したがって、演奏者は、所望のハーフペダル領域を利用して楽音の音色などを変える高度な演奏操作を行うことが可能となる。

なお、上記実施形態では、付勢手段として、ソレノイド４０のロッド４２に連結されたバネ４４と、ペダル３１に直接当接して反力を与える復帰バネ３５との両方を設置した場合を説明したが、ペダル３１の踏込操作に対して反力を与える付勢手段としては、復帰バネ３５とバネ４４のいずれか一方のみを備えていればよい。したがって、復帰バネ３５とバネ４４のいずれかを省略することも可能である。

また、図２に示すペダル装置３０では、付勢手段の具体的な構造として、バネ４４や復帰バネ３５を示したが、これ以外にも、例えば、図示は省略するが、ペダル支点３４を中心に回動するペダル３１に対して、回動自在に連結されたリンク機構を介して接続されたバネなどであってもよい。このようなリンク機構を備えた構造では、リンク機構で発生する摩擦によりペダルの踏み込み行程、戻り行程でヒステリシスが生じ易く、このヒステリシスにより、アコースティックピアノのペダルに近い操作感覚が得られ易くなる。しかしながら、その反面、リンク機構を設けている分、ペダル装置の構造が大掛かりになってしまう。なお、図２に示す構造のペダル装置３０でも、図示は省略するが、ペダル３１が揺動する際に摩擦力を生じるように構成した摩擦部材を別途設置すれば、ペダル３１の踏み込み行程、戻り行程でヒステリシスを生じさせることが可能である。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態にかかる電子鍵盤楽器について説明する。なお、第２実施形態の説明及び対応する図面においては、第１実施形態と同一又は相当する構成部分には同一の符号を付し、以下ではその部分の詳細な説明は省略する。また、以下で説明する事項以外の事項については、第１実施形態と同じである。これらの点は他の実施形態についても同様とする。本実施形態の電子鍵盤楽器は、第１実施形態のペダル装置３０とは異なる構成のペダル装置を備えている。

図１２は、本実施形態のペダル装置３０−２の構成例を示す図で、（ａ）は概略側断面図、（ｂ）は正面図である。本実施形態のペダル装置３０−２では、第１実施形態のペダル装置３０が備えていた付勢手段である復帰バネ３５とバネ４４をいずれも省略しており、駆動手段であるソレノイド４０のみでペダル３１の操作に対する反力を発生させるように構成している。

図１３は、本実施形態のペダル装置３０−２で力覚制御を行った場合のペダル３１の変位Ｘと反力Ｆの関係を示すグラフである。なお、同図では、図５と同様、ペダル踏込時における反力分布のみを示しており、ペダル戻り時における反力分布は省略している。また、このグラフの反力分布も、ペダル位置センサ（動作検出手段）４５による一の検出値に対応する反力分布を一例として示したものである。本実施形態における力覚制御では、ペダル３１の変位Ｘに対する反力Ｆのパターン（形状）は、第１実施形態の図５に示すパターンと同じであるが、本実施形態の反力は、ソレノイド４０による反力Ｆ２のみで構成されている。このソレノイド４０による反力Ｆ２は、互いに異なる反力パターンを有する反力Ｆ２−１と反力Ｆ２−２とを合成したものである。そして、反力Ｆ２−１は、第１実施形態における反力Ｆ１（復帰バネ３５及びバネ４４による反力）と同じパターンを有するもので、反力Ｆ２−２は、第１実施形態における反力Ｆ２（ソレノイド４０による反力）と同じパターンを有するものである。

そして、本実施形態のペダル用力覚付与テーブル８２は、互いに異なる数値を有する二種類のテーブル（以下、テーブルＤ１，Ｄ２と称す。）を備えている。一方のテーブルＤ１は、第１実施形態における図６に示す基準となるペダル用力覚付与テーブル８２と同じ検出値に対して同じ数値を有するテーブルであり、他方のテーブルＤ２は、第１実施形態における復帰バネ３５あるいはバネ４４に基づく反力Ｆ１を発生させるように設定された数値を有するテーブルである。

上記のテーブルＤ１に基づいて反力Ｆ２−１が発生し、テーブルＤ２に基づいて反力Ｆ２−２が発生する。したがって、第１の領域Ａ１の反力は、テーブルＤ１に基づく反力Ｆ２−１のみであり、第２、第３の領域Ａ２，Ａ３の反力は、テーブルＤ１に基づく反力Ｆ２−１とテーブルＤ２に基づく反力Ｆ２−２とが合成された反力になっている。

本実施形態においても、基準となるペダル用力覚付与テーブル８２が有する反力の位置あるいは大きさを、ペダル反力調整部６１から入力された設定値に基づいて変更できるようになっている。そして、変更した力覚付与テーブル８２を用いて、ペダル３１の力覚制御を行えるようになっている。なお、基準となるペダル用力覚付与テーブル８２は、第１実施形態と同様の手順で変更することができる。すなわち、ここでは、第１実施形態における復帰バネ３５及びバネ４４による反力Ｆ１と同じパターンを有する反力Ｆ２−１は変更せず、ソレノイド４０による反力Ｆ２と同じパターンを有する反力Ｆ２−２を変更する。この変更は、第１実施形態における図８乃至図１１に示す例と同様の手順で行えばよい。

本実施形態の力覚制御装置によれば、互いに異なる数値を有する二種類のテーブルＤ１，Ｄ２を用いたソレノイド４０の制御により、ハーフペダル領域における反力の位置あるいは大きさを任意に調節することが可能となる。このように、二種類のテーブルＤ１，Ｄ２を用いてソレノイド４０を駆動すれば、ソレノイド４０だけで、第１実施形態のような復帰バネ３５及びバネ４４とソレノイド４０の両方を備えたペダル装置３０と同等のペダル反力を生じさせることが可能となる。

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお、第１実施形態のように、駆動手段であるソレノイド４０に加えて、ペダル３１に対して付勢力を付与する復帰バネ３５やバネ４４を備えていれば、これら復帰バネ３５やバネ４４でペダル３１を駆動できる。したがって、第２実施形態のようにソレノイド４０だけでペダル３１を駆動するように構成した場合と比較して、ソレノイド４０で発生させる反力の大きさが小さくて済む。したがって、ソレノイド４０や周辺機器の構成を簡単にでき、かつこれらを小型化できるので、ペダル装置３０の小型化、軽量化を図ることができる。また、ソレノイド４０の駆動に要する電力が少なくて済むので、電子鍵盤楽器の消費電力を低減することができる。

また、上記実施形態では、ペダル３１の操作に対して電気的な駆動力による反力を発生させる駆動手段として、ソレノイド４０を備える場合を説明したが、本発明の駆動手段は、ペダルの踏込操作に対する反力を発生させることができるものであれば、ソレノイドには限らず、他の構成のアクチュエータなどでも良い。

本発明の第１実施形態にかかる力覚制御装置を備えた電子鍵盤楽器の全体構成例を示すブロック図である。 第１実施形態にかかるペダル装置の構成例を示す図で、（ａ）は概略側断面図、（ｂ）は正面図である。 力覚付与テーブルの構成例を示す図である。 ペダルの力覚制御の手順を説明するためのフローチャートである。 第１実施形態での力覚制御によるペダル変位と反力との関係を示すグラフである。 （ａ）は、基準となるペダル用力覚付与テーブルが有するペダルの変位とソレノイドによる反力との関係を数値化した表であり、（ｂ）は、それらの関係を表したグラフである。 基準となるペダル用力覚付与テーブルを変更する手順を説明するためのフローチャートである。 （ａ）は、反力位置の設定値に基づいて変更したソレノイドによるペダル反力の一例を示す表であり、（ｂ）は、当該ペダル反力の分布を表したグラフである。 （ａ）は、反力位置の設定値に基づいて変更したソレノイドによるペダル反力の他の例を示す表であり、（ｄ）は、当該ペダル反力の分布を表したグラフである。 （ａ）は、反力の大きさの設定値に基づいて変更したソレノイドによるペダル反力の他の例を示す表であり、（ｂ）は、当該ペダル反力の分布を表したグラフである。 （ａ）は、反力の大きさの設定値に基づいて変更したソレノイドによるペダル反力の他の例を示す表であり、（ｂ）は、当該ペダル反力の分布を表したグラフである。 第２実施形態にかかるペダル装置の構成例を示す図で、（ａ）は概略側断面図、（ｂ）は正面図である。 第２実施形態での力覚制御によるペダル変位と反力との関係を示すグラフである。

符号の説明

３０ ペダル装置
３１ ペダル
３４ ペダル支点
３５ 復帰バネ（付勢手段）
４０ ソレノイド（駆動手段）
４４ バネ（付勢手段）
４５ ペダル位置センサ（動作検出手段）
５０ 制御部（力覚制御手段）
６０ 設定操作部
６１ ペダル反力調整部（設定値入力手段）
８０ 力覚付与テーブル
８２ ペダル用力覚付与テーブル

Claims (4)

1. 踏込操作に応じて移動可能となるように支持されたペダルと、
   前記ペダルの踏込操作に基づいて鍵の押鍵操作により発生している楽音の特性を制御する手段と、
   前記ペダルの動作を検出する動作検出手段と、
   前記ペダルの操作に対して電気的な駆動力による反力を発生させる駆動手段と、
   前記ペダルの力覚制御を行うための力覚付与テーブルを記憶した記憶手段と、
   前記駆動手段にて発生させる反力を制御する力覚制御手段と、
   前記ペダルの踏込操作に対する反力を設定するための設定値として、ハーフペダル領域における反力の位置と大きさの少なくともいずれかに関する値を入力する設定値入力手段と、
   を備え、
   前記力覚制御手段は、
   前記設定値入力手段により入力された設定値に基づいて、基準となる前記力覚付与テーブルの値を変更したものを算出し、変更後の力覚付与テーブルと、前記動作検出手段で検出した前記ペダルの動作とに基づいて、前記ハーフペダル領域における反力の位置と大きさの少なくともいずれかを制御する
   ことを特徴とする電子鍵盤楽器のペダルの力覚制御装置。
2. 前記ペダルの操作に対して物理的な付勢力による反力を付与する付勢手段をさらに備え、
   前記基準となる力覚付与テーブルおよび前記付勢手段に基づくペダルの反力は、前記ペダルの変位領域における連続した第１乃至第３の領域において、第２の領域での反力の変化率が第１及び第３の領域での反力の変化率よりも大きくなっており、
   前記第１の領域の反力は、前記付勢手段による反力のみであり、前記第２、第３の領域の反力は、前記付勢手段による反力と前記駆動手段による反力とが合成された反力であり、
   前記設定値入力手段により入力された設定値に基づいて、前記駆動手段による反力の位置あるいは大きさを変更することで、前記第２、第３の領域での反力を変更する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子鍵盤楽器のペダルの力覚制御装置。
3. 前記基準となる力覚付与テーブルに基づくペダルの反力は、前記ペダルの変位領域における連続した第１乃至第３の領域において、第２の領域での反力の変化率が第１及び第３の領域での反力の変化率よりも大きくなっており、
   該力覚付与テーブルは、互いに異なる値を有する二種類のテーブルを有しており、
   前記第１の領域の反力は、前記二種類のうち一方のテーブルに基づく反力のみであり、
   前記第２、第３の領域の反力は、前記一方のテーブルに基づく反力と他方のテーブルに基づく反力とが合成された反力である
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子鍵盤楽器のペダルの力覚制御装置。
4. 前記設定値入力手段により入力された設定値に基づいて、前記他方のテーブルの値を変更し、該テーブルに基づく反力の位置あるいは大きさを変更することで、前記第２、第３の領域での反力を変更する
   ことを特徴とする請求項３に記載の電子鍵盤楽器のペダルの力覚制御装置。

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