JP5327673B2

JP5327673B2 - 鍵変移量検出装置、鍵変位量検出方法

Info

Publication number: JP5327673B2
Application number: JP2009045191A
Authority: JP
Inventors: 愼太郎目崎; 健二廣坂
Original assignee: Korg Inc
Current assignee: Korg Inc
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2029-02-27
Also published as: JP2010197910A

Description

本発明は、鍵盤楽器の鍵の変移量を検出する鍵変移量検出装置に関する。

複数の鍵で構成された鍵盤部を備えた鍵盤楽器の各鍵の変移量を、発光素子と受光素子とをもちいて検出する鍵変移量検出装置として、特許文献１が知られている。このような鍵変移量の検出では、１０ｍｍ程度動く鍵の先端であれば０．１ｍｍ程度、５ｍｍ程度動く鍵の中心付近であれば０．０５ｍｍ程度の精度で検出しなければならない。つまり、検出範囲全体に対して１％程度の精度が必要である。しかし、発光素子や受光素子の個体差や温度変化による特性の変化から正確に鍵変移量を検出することが難しかった。また、温度変化による特性の変化を補償する方法としては特許文献２や特許文献３の方法が知られている。特許文献２の方法は周囲温度を測定して温度補償するものであり、特許文献３の方法は光を受光しない受光素子をもう１つ用意し、その受光素子の出力との差分をとることで温度によって変化する暗電流を相殺するものである。

特開２００８−２３３６４３号公報特開２００８−１０８３７２号公報特開平１１−３７８４１号公報

代表的な鍵盤楽器であるピアノには鍵が８８個あるので、発光素子と受光素子の組合せは８８組必要である。特許文献２の方法を用いる場合には、周囲温度を何箇所かで測定することや、発光素子と受光素子の組合せごとに温度特性を調べておくことなどが必要となり、構成が複雑になるとともに、組立作業や調整作業が煩雑になる。特許文献３の方法を用いる場合には、受光素子がさらに８８個必要になってしまう。また、その他にも、温度による特性の変化の少ない発光素子と受光素子を選別する方法もあり得るが、通常１０％程度の個体差がある素子の中から１％の精度を実現する素子を選別する作業は大変であり、費用面でも現実的ではない。さらに、演奏中も温度が変化するので、鍵変移量の検出と温度補償とは平行して行わなければならない。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、鍵盤楽器用の鍵変移量の検出と温度補償を、鍵の数と同じ数の個別検出部（例えば、１対の発光素子と受光素子）で行い、かつ、組立作業や調整作業が容易な鍵変移量検出装置を提供することを目的とする。

本発明の鍵変移量検出装置は、複数の鍵の変移量を鍵ごとに検出する。本発明の鍵変移量検出装置は、検出の対象である鍵に対してそれぞれ、個別検出部（例えば、１対の発光素子、受光素子）、変移量検出部、変移量変化検出部、時間計測部、初期値設定部などを備える。個別検出部は鍵ごとの位置を検出する。変移量検出部は、個別検出部の出力から得られた値と初期値から鍵の変移量を求める。変移量変化検出部は、個別検出部の出力から得られた値から変移量の変化を検出する。時間計測部は、変移量の変化がない状態が続いた時間を計測する。初期値設定部は、変移量の変化がない状態があらかじめ定めた時間以上継続し、かつ、現在の変移量があらかじめ定めた範囲内にある場合に、現在の鍵の位置を初期値とする。

本発明の鍵変移量検出装置は、変移量の変化がない状態があらかじめ定めた時間以上継続し、かつ、現在の変移量があらかじめ定めた範囲内にある場合に、現在の鍵の位置を初期値とするので、ピアノなどの演奏の特徴を考慮した温度補償が可能となる。したがって、本発明の鍵変移量検出装置によれば、鍵盤楽器用の鍵変移量の検出と温度補償を、鍵の数と同じ数の個別検出部（例えば、１対の発光素子と受光素子）で行うことができ、かつ、組立作業や調整作業が容易になる。また、演奏中でも温度補償が可能である。

本発明の鍵変移量検出装置の構成例を示す図。個別処理部の機能構成例を示す図。初期値設定部が初期値設定を行っている状態から初期値設定を停止するときの処理フローを示す図。初期値設定部が初期値設定が停止している状態から初期値設定を開始するまでの処理フローを示す図。温度補償を行わなかった場合の非押鍵状態の鍵の位置と変移量検出部からの出力との関係を示す図。本発明の温度補償を行った場合の非押鍵状態の鍵の位置と変移量検出部からの出力との関係を示す図。押鍵されたときの本発明の鍵変移量検出装置の構成部の動作の様子を示す図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。

図１に本発明の鍵変移量検出装置の構成例を示す。鍵変移量検出装置１００は、複数の鍵９００−１，…，９００−Ｍ（ただし、Ｍは正の整数）の変移量を鍵ごとに検出する。鍵変移量検出装置１００は、検出の対象である鍵９００−１，…，９００−Ｍに対してそれぞれ配置される個別検出部１５０−１，…，１５０−Ｍと制御部３００を備える。個別検出部１５０−ｍ（ただし、ｍは１〜Ｍの整数）は、発光素子１１０−ｍ、受光素子１２０−ｍ、個別回路１３０−ｍを備える。個別回路１３０−ｍは、増幅器やＡＤ変換器などで構成され、受光素子１２０の出力を制御部３００で処理できる信号に変換する。また、制御部３００には、個別検出部１５０−１，…，１５０−Ｍに対応して個別処理部２００−１，…，２００−Ｍが備えられている。図２に個別処理部２００−ｍの機能構成例を示す。個別処理部２００−ｍは、変移量検出部２２０−ｍ、変移量変化検出部２３０−ｍ、時間計測部２４０−ｍ、初期値設定部２５０−ｍを備える。

発光素子１１０−ｍは、鍵９００−ｍに向けて光を発光する。受光素子１２０−ｍは、鍵９００−ｍで反射した発光素子１１０−ｍからの光を受光する。変移量検出部２２０−ｍは、受光素子１２０−ｍの出力から得られた値（図１の鍵変移量検出装置１００では個別回路１３０−ｍから出力される値）と初期値から鍵の変移量を求める。なお、初期値は、鍵が非押鍵状態（押されていない状態）のときに示す受光素子１２０−ｍの出力から得られる値であり、制御部３００に鍵ごとに記録されている。初期値は、鍵変移量検出装置１００の電源を入れたときに測定して設定してもよいし、製造時などに初期値として記録しておいてもよい。そして、変移量検出部２２０−ｍから出力される変移量が演奏の情報を示している。

変移量変化検出部２３０−ｍは、受光素子１２０−ｍの出力から得られた値から変移量の変化を検出する。時間計測部２４０は、変移量の変化がない状態が続いた時間を計測する。初期値設定部２５０−ｍは、変移量の変化がない状態があらかじめ定めた時間以上継続し、かつ、現在の変移量があらかじめ定めた範囲内にある場合に、現在の鍵の位置を初期値とする。なお、例えばピアノを対象とするのであれば、あらかじめ定めた時間を１秒以上とすれば鍵が実際の初期値に戻っている可能性が高い。また、実験の結果からは、２秒以上とすればよりよい。また、他の鍵盤楽器が対象の場合には、その楽器の特徴に合わせて時間を適宜調整すればよい。非押鍵状態の鍵の位置を０ｍｍ、離鍵方向（鍵から指を離す方向）を正方向、押鍵方向（鍵を指で押す方向）を負方向とするときに、あらかじめ定めた範囲を、鍵の先端の変移量が−０．５ｍｍ以上や−１ｍｍ以上に相当する範囲とすればよい。このように範囲を定めることで、押鍵状態（鍵が押された状態）にもかかわらず２秒以上変移量の変化がない状態が維持されている場合を排除できる。また、他の鍵盤楽器が対象の場合には、変移量の範囲も適宜選定すればよい。鍵変移量検出装置１００はこのような構成なので、演奏中であっても鍵が非押鍵状態のときを選定し、初期値を更新できる。

また、個別処理部２００−ｍは、ローパスフィルタ部２１０−ｍも備えてもよい。この場合は、変移量変化検出部２３０−ｍは、ローパスフィルタ部２１０−ｍの出力から変移量の変化を検出する。例えば個別回路１３０−ｍからの出力の間隔が８００μ秒の場合、この間隔は演奏者の動作による変化に比べると短すぎる。そこで、ローパスフィルタ部２１０−ｍは、演奏者が鍵を押したときの鍵の変化を検出するために十分な低周波成分（例えば１００ｍｓ程度より低い周波数成分）のみを通過させる。

図３は、初期値設定部２５０−ｍが初期値設定を行っている状態から初期値設定を停止するときの処理フローを示す図である。また、図４は、初期値設定部２５０−ｍが初期値設定が停止している状態から初期値設定を開始するまでの処理フローを示している。

初期値設定部２５０−ｍが初期値設定を行っている状態から初期値設定を停止するときの処理フローでは、まず、変移量変化検出部２３０−ｍが、受光素子１２０−ｍの出力から得られた値から鍵の変移量に変化があったかを確認する（Ｓ２３０−ｍ：変移量変化検出ステッ）。ステップＳ２３０−ｍがＮｏの場合には、初期値設定部２５０−ｍはそのまま初期値設定を続ける。一方、ステップＳ２３０−ｍがＹｅｓの場合には、初期値設定部２５０−ｍは初期値設定を停止する（Ｓ２５９−ｍ：初期化停止ステップ）。

初期値設定部２５０−ｍが初期値設定が停止している状態から初期値設定を開始するまでの処理フローでも、まず、変移量変化検出部２３０−ｍが、受光素子１２０−ｍの出力から得られた値から鍵の変移量に変化があったかを確認する（Ｓ２３０−ｍ：変移量変化検出ステッ）。ステップＳ２３０−ｍがＹｅｓの場合には、初期値設定部２５０−ｍは、初期値設定が停止している状態を維持する。ステップＳ２３０−ｍがＮｏの場合には、時間計測部２４０−ｍが時間の計測を開始する（Ｓ２４１−ｍ：時間計測ステップ）。そして、変移量の変化がない状態が、あらかじめ定めた時間以上継続したかを確認する（Ｓ２４２−ｍ）。ステップＳ２４２−ｍがＮｏならば、初期値設定部２５０−ｍは、初期値設定が停止している状態を維持する。ステップＳ２４２−ｍがＮｏならば、現在の変移量があらかじめ定めた範囲内にあるかを確認する（Ｓ２４３−ｍ）。ステップＳ２４３−ｍがＮｏならば、初期値設定部２５０−ｍは、初期値設定が停止している状態を維持する。ステップＳ２４３−ｍがＹｅｓならば、初期値設定部２５０−ｍは、現在の鍵９００−ｍの位置を初期値とする初期値設定ステップを開始する（Ｓ２５０−ｍ）。なお、これらの処理フローでは、受光素子の出力の低周波成分を通過させるローパスフィルタステップＳ２１０−ｍを備えてもよい。

なお、上述のフローでは、温度補償に関するフローを示したが、これらのフローと平行して、変移量検出部２２０−ｍが受光素子１２０−ｍの出力から得られた値と初期値から鍵９００−ｍの変移量を求める変移量検出ステップを行うので、演奏も可能となる。

図５は、温度補償を行わなかった場合（つまり、変移量変化検出部２３０−ｍ、時間計測部２４０−ｍ、初期値設定部２５０−ｍを有していない場合）の非押鍵状態の鍵の位置と変移量検出部からの出力との関係を示している。図６は、本発明の温度補償を行った場合の非押鍵状態の鍵の位置と変移量検出部からの出力との関係を示している。どちらの図も横軸は時間であり、鍵は初期位置のままである。しかし、温度変化などの影響で、個別検出部１５０−ｍからの出力は徐々に変化する。図５では温度補償を行っていないので、初期値が一定であり、個別検出部１５０−ｍからの出力（受光素子１２０−ｍの出力から得られた値）と初期値との差が増加する。したがって、非押鍵状態であるにもかかわらず、変移量検出部２２０−ｍからは初期位置とは異なる変移量が出力される。一方、図６では温度補償を行っているので、初期値が個別検出部の出力と同じ値に設定される。したがって、変移量検出部２２０−ｍからは初期位置とは同じ変移量が出力される。

図７は、押鍵されたときの本発明の鍵変移量検出装置１００の構成部の動作の様子を示している。横軸は時間である。押鍵されると鍵９００−ｍの位置が変移し、離鍵されることで元の位置に戻る。個別検出部１５０−ｍからは、温度変化による変化を含んだ値が出力される。変移量変化検出部２３０−ｍは、過去の変移量と現在の変移量とを比較した値を出力する。変移量変化検出部２３０−ｍからの出力が０でなくなれば、あるいはあらかじめ定めた小さい値よりも絶対値が大きくなれば（Ｓ２３０−ｍ）、初期値設定部２５０−ｍが初期値設定を停止する（Ｓ２５９−ｍ）。変移量変化検出部２３０−ｍからの出力が０になれば、あるいはあらかじめ定めた小さい値よりも絶対値が小さくなれば（Ｓ２３０−ｍ）、時間計測部２４０−ｍが時間を計測し始める（Ｓ２４１−ｍ）。そして、あらかじめ定めた時間（例えば２秒）以上が経過し、かつ、あらかじめ定めた範囲内（例えば、−１ｍｍ以上）に変移量があるときに、初期値設定部２５０−ｍが初期値設定を開始する（Ｓ２５０−ｍ）。例えば、時間Ｔ_１が２秒以下であれば、次の変移量の変化によってステップＳ２４２−ｍがＮｏと判断されるので、初期値設定は停止されたままとなる。また、仮に時間Ｔ_１が２秒以上となっても、ステップＳ２４３−ｍがＮｏと判断されるので、初期値設定は停止されたままとなる。一方、離鍵された後であれば、Ｔ_２＝２となったときにステップＳ２４２−ｍがＹｅｓとなる。また、非押鍵状態なので、ステップＳ２４３−ｍもＹｅｓとなる。したがって、時間Ｔ_２が経過した時に初期値設定部２５０−ｍが初期値設定を開始する（Ｓ２５０−ｍ）。

上述のように、本発明の鍵変移量検出装置は、変移量の変化がない状態があらかじめ定めた時間以上継続し、かつ、現在の変移量があらかじめ定めた範囲内にある場合に、現在の鍵の位置を初期値とするので、ピアノなどの演奏の特徴を考慮した温度補償が可能となる。したがって、本発明の鍵変移量検出装置によれば、鍵盤楽器用の鍵変移量の検出と温度補償を、鍵の数と同じ数の発光素子と受光素子で行うことができ、かつ、組立作業や調整作業が容易になる。また、演奏中でも温度補償が可能である。さらに、上述の温度補償の方法は、温度変化以外の要因による初期値の変化にも対応できる。例えば、周囲の明るさが時間とともにゆっくりと変化することによる受光素子の出力の変化も補償できる。

［変形例１］
実施例１では、初期値設定部２５０−ｍが初期値設定を開始する条件として１つの変動量の範囲（第１の範囲とする）が定められていた。本変形例では、第２の範囲を設定する。そして、図４の初期値設定開始の処理フローでは、ステップＳ２６０−ｍとＳ２７０−ｍを追加する。例えば、第１の範囲を−１ｍｍ以上、第２の範囲を−４ｍｍ以上−１ｍｍ未満とする。

そして、ステップＳ２４３−ｍがＹｅｓの場合（変動量が上記の第１の範囲の場合）は、実施例１と同じように初期値設定を開始する（Ｓ２５０−ｍ）。一方、ステップＳ２４３−ｍがＮｏの場合には、個別処理部２００−ｍは変移量が第２の範囲内かを確認する（Ｓ２６０−ｍ）。ステップＳ２６０−ｍがＮｏの場合、初期値設定部２５０−ｍは、初期値設定が停止している状態を維持する。ステップＳ２６０−ｍがＹｅｓの場合、初期値設定部２５０−ｍは、現在の初期値と現在の鍵９００−ｍの位置との間の位置を求め、新しい初期値に設定する（Ｓ２７０）。現在の初期値と現在の鍵９００−ｍの位置との間の位置とは、真ん中の位置でもよいし、あらかじめ定めた比率でどちらかに近い位置としてもよい。どのような比率にするかは、鍵盤楽器の種類などによって適宜決めればよい。なお、ステップＳ２７０では、初期値設定が停止している状態は維持される。したがって、図４の処理フローが繰り返される。

このように第２の範囲を定めることで、鍵の位置がプラス側に誤設定された場合などもある程度時間をかけて正しい初期値に設定を戻すことができると同時に、マイナス側に誤設定されにくくすることができる。

［変形例２］
図１の鍵変移量検出装置では、鍵の変移の検出に光学的な方法（発光素子と受光素子とを用いる方法）を用いた。しかし、本願発明は他の初期値の検出方法にも適応できる。例えば、図１の個別検出部１５０−ｍの代わりに、特開２００５−９２０５７号公報に記載されている磁石と磁気センサを用いた方法でもよい。この方法であれば、磁石を鍵の裏に接着させ、磁気センサを鍵の下部の動かない部分に固定すればよい。つまり、本願発明は、個別検出部がどのようなセンサを用いるかには関係なく適応できるし、センサを鍵盤楽器のどの部分に付けるかにかかわらず使用できる。そして、同様の効果を得ることができる。

１００鍵変移量検出装置１１０発光素子
１２０受光素子１３０個別回路
１５０個別検出部２００個別処理部
２１０ローパスフィルタ部２２０変移量検出部
２３０変移量変化検出部２４０時間計測部
２５０初期値設定部３００制御部
９００鍵

Claims

複数の鍵の変移量を鍵ごとに検出する鍵変移量検出装置において、
検出の対象である鍵に対してそれぞれ、
鍵の位置を検出する個別検出部と、
前記個別検出部の出力から得られた値と初期値から鍵の変移量を求める変移量検出部と、
前記個別検出部の出力から得られた値から変移量の変化を検出する変移量変化検出部と、
変移量の変化がない状態が続いた時間を計測する時間計測部と、
あらかじめ定めた時間以上変移量の変化がなく、かつ、現在の変移量があらかじめ定めた範囲内にある場合に、現在の鍵の位置を初期値とする初期値設定部と
を備え、
前記初期値設定部は、
あらかじめ定めた時間以上変移量の変化がなく、現在の変移量が前記あらかじめ定めた範囲内になく、かつ、現在の変移量が第２のあらかじめ定めた範囲内にある場合に、現在の初期値と現在の鍵の位置の間の位置を求め、新しい初期値とすること
を特徴とする鍵変移量検出装置。
請求項１記載の鍵変移量検出装置であって、
前記個別検出部の出力から得られた値の低周波成分を通過させるローパスフィルタ部も備え、
前記変移量変化検出部は、ローパスフィルタ部の出力から変移量の変化を検出する
ことを特徴とする鍵変移量検出装置。
請求項１または２に記載の鍵変移量検出装置であって、
前記あらかじめ定めた時間が１秒以上であり、前記あらかじめ定めた範囲が、非押鍵状態の鍵の位置を０ｍｍ、離鍵方向を正方向、押鍵方向を負方向とするときに、鍵の先端の変移量が−０．５ｍｍ以上に相当する範囲である
ことを特徴とする鍵変移量検出装置。
請求項１または２に記載の鍵変移量検出装置であって、
前記あらかじめ定めた時間が１秒以上であり、非押鍵状態の鍵の位置を０ｍｍ、離鍵方向を正方向、押鍵方向を負方向とするときに、前記あらかじめ定めた範囲が鍵の先端の変移量が−１ｍｍ以上に相当する範囲であり、前記第２のあらかじめ定めた範囲が−４ｍｍ以上−１ｍｍ未満に相当する範囲である
ことを特徴とする鍵変移量検出装置。
鍵ごとの位置を個別検出部で検出し、鍵ごとの変移量を求める鍵変移量検出方法であって、
前記個別検出部の出力から得られた値と初期値から鍵の変移量を求める変移量検出ステップと、
前記個別検出部の出力から得られた値から鍵の変移量に変化があったことを確認する変移量変化検出ステップと、
変移量に変化があった場合に、初期値の設定を停止する初期化停止ステップと、
変移量に変化がなかった場合に、時間の計測を開始する時間計測ステップと、
変移量の変化がない状態が、あらかじめ定めた時間以上継続し、かつ、現在の変移量があらかじめ定めた範囲内にある場合に、現在の鍵の位置を初期値とする初期値設定ステップと
あらかじめ定めた時間以上変移量の変化がなく、現在の変移量が前記あらかじめ定めた範囲内になく、かつ、現在の変移量が第２のあらかじめ定めた範囲内にある場合に、現在の初期値と現在の鍵の位置の間の位置を求め、新しい初期値とする漸次初期値設定ステップと
を有する鍵変移量検出方法。
請求項５記載の鍵変移量検出方法であって、
前記個別検出部の出力の低周波成分を通過させるローパスフィルタステップも有し、
前記変移量変化検出ステップは、ローパスフィルタステップの出力から変移量の変化を検出する
ことを特徴とする鍵変移量検出方法。
請求項５または６に記載の鍵変移量検出方法であって、
前記あらかじめ定めた時間が１秒以上であり、前記あらかじめ定めた範囲が、非押鍵状態の鍵の位置を０ｍｍ、離鍵方向を正方向、押鍵方向を負方向とするときに、鍵の先端の変移量が−０．５ｍｍ以上に相当する範囲である
ことを特徴とする鍵変移量検出方法。
請求項５または６に記載の鍵変移量検出方法であって、
前記あらかじめ定めた時間が１秒以上であり、非押鍵状態の鍵の位置を０ｍｍ、離鍵方向を正方向、押鍵方向を負方向とするときに、前記あらかじめ定めた範囲が鍵の先端の変移量が−１ｍｍ以上に相当する範囲であり、前記第２のあらかじめ定めた範囲が−４ｍｍ以上−１ｍｍ未満に相当する範囲である
ことを特徴とする鍵変移量検出方法。