JP5428422B2

JP5428422B2 - 電子楽器

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Publication number: JP5428422B2
Application number: JP2009063970A
Authority: JP
Inventors: 昭彦小松
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2009-03-17
Filing date: 2009-03-17
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2029-03-17
Also published as: US20100236388A1; US7919708B2; JP2010217479A

Description

本発明は、演奏者の押離鍵操作に対抗する反力を鍵に付与して、アコースティックピアノの鍵の操作感と同様な鍵の操作感を得るようにした電子楽器に関する。

従来から、電子楽器において、アコースティックピアノと同様な鍵の操作感を得るようにすることは知られている。例えば、下記特許文献１では、鍵の操作量に応じて変化して鍵に付与するための反力を各鍵ごとに記憶した反力テーブルを備え、演奏中に各鍵の操作量を検出し、反力テーブルを参照して各鍵に付与すべき反力を求めている。そして、反力テーブルを参照して求めた反力が各鍵に発生するように、鍵に反力を付与するためのソレノイドに供給する駆動信号を前記求めた反力に応じて制御している。

特開２００６−１４６２５９号公報

ここで、アコースティックピアノの鍵の反力特性について説明しておく。図６は、アコースティックピアノの鍵の静的荷重曲線（非常にゆっくりと押離鍵した場合の鍵の押鍵深さに対する反力の特性）である。押鍵によって鍵の前端部が基準位置Ｐ０から下がると、鍵に設けられたキャプスタンがウィペン、ジャックなどを介してハンマーを持ち上げ始めるので、鍵のハンマーアクションを構成する各部品の自重、各部品が有する弾性力、各部品間に発生する摩擦力などにより鍵の反力が増加する。そして、押鍵深さ（基準位置からの鍵の変位）が第１深さＰ１（例えば１ｍｍ程度）に達すると、鍵の後端部がダンパー機構に当接して、ダンパーを押し上げ始める。そのため、ダンパーの自重、ダンパーと弦の間に働く摩擦力などにより、鍵の反力がさらに増加し始める。そして、押鍵深さが第２深さＰ２（例えば２ｍｍ程度）に達すると、ダンパーが完全に弦から離れ、反力が増加しなくなる。したがって、ダンパーペダルのレバーが踏み込まれ、ダンパーが完全に押し上げられている場合は、図６に破線で示すように、鍵にはダンパーによる反力が発生しない。また、ハーフペダルのようにダンパーペダルが途中まで踏み込まれ、ダンパーが僅かに持ち上げられている場合は、図６に一点鎖線で示すように、鍵がダンパー機構に当接してダンパーを押し上げ始めるとき（すなわち、ダンパーに起因して鍵の反力が増加し始めるとき）の押鍵深さは、ダンパーペダルのレバーを踏み込んでいないときに比べて大きくなる。

さらに鍵が押し下げられ、押鍵深さが第３深さＰ３（例えば６ｍｍ程度）に達すると、ジャックがハンマーローラーから外れ始めるので、鍵の反力が大きく増加する。そして、さらに鍵が押し下げられ、押鍵深さが第４深さＰ４（例えば８ｍｍ程度）に達すると、ハンマーがジャックから離れる。これにより、鍵の反力が急激に減少し始める。この押鍵行程の後半において、急に鍵が軽くなる感覚をレットオフ感という。このレットオフ感は演奏者の鍵の操作感覚に大きな影響を与える。そして、鍵の下方向の変位を規制するストッパーに鍵が当接すると、鍵の反力が再び急激に増加する。

そして、離鍵行程においては、上記の押鍵行程とは逆の順に動作し、初期状態に戻る。ただし、離鍵行程においては、レペティションレバーによってハンマーが持ち上げられながらジャックが元の位置に戻る。そのため、押鍵深さが第３深さＰ３（例えば６ｍｍ程度）にあるときにおいても、反力が大きく増加することはない。また、鍵は上記のジャック、ウィペン、ダンパーなどの部品以外にも複数の可動部品、緩衝材などに連結されている。そのため、鍵盤を構成する部品が有する粘性及び摩擦に起因して、押鍵深さに対する反力に、図６に示すようなヒステリシスが生じる。

上記のように、アコースティックピアノにおいては、ダンパーペダルの踏み込み量（初期状態からのレバーの変位）によって、鍵の操作感が変化する。また、ピアノの機種、メーカーなどが異なると、エスケープメント機構が異なり、レットオフ感が異なることもある。上記従来の電子楽器においては、ダンパーペダルのオン状態及びオフ状態における鍵の操作感の違いを再現するために、ダンパーペダルのオン状態及びオフ状態のそれぞれについて反力テーブルを設けておき、これらの反力テーブルをダンパーペダルのオンオフに応じて切り替えるようにしていたため、反力テーブルの構成が複雑であった。

本発明は前記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、反力テーブルを用いて計算した反力を鍵に付与することにより、アコースティックピアノの鍵の操作感と同様な鍵の操作感を実現し得る電子楽器であって、反力テーブルの構成が簡単な電子楽器を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の特徴は、演奏者によって操作される鍵と、前記鍵の操作に関する物理量を検出する物理量検出手段と、演奏者の鍵操作に対抗する反力を前記鍵に付与する反力付与手段と、演奏者によって操作され、連続的に変化する操作量に応じて前記鍵の操作に影響を与える操作子と、前記操作子の操作量を検出する操作子操作量検出手段とを備え、前記鍵の操作に関する物理量に応じて変化する主反力を記憶した主反力テーブルを用いて、前記検出された鍵の操作に関する物理量に対応した主反力を決定する主反力決定手段と、前記鍵の操作に関する物理量及び前記操作子の操作量に応じて変化する第１副反力を記憶した第１副反力テーブルであって、前記鍵の押鍵深さが所定の押鍵深さ以上であるときに前記第１副反力が前記鍵に作用し、かつ前記操作子の操作量に応じて前記所定の押鍵深さが変化するように設定されている第１副反力テーブルを用いて、前記検出された鍵の操作に関する物理量及び前記検出された操作子の操作量に対応した第１副反力を決定する第１副反力決定手段と、前記決定された主反力と前記決定された第１副反力を加算して合成反力を計算し、前記合成反力で、前記反力付与手段を制御して、演奏者の鍵操作に対抗する反力が前記合成反力になるように制御する反力制御手段を備えたことにある。この場合、前記鍵の操作に関する物理量は、例えば鍵の押鍵深さ、押鍵速度及び押鍵加速度のうちの少なくとも１つである。また、前記操作子は、ダンパーペダルであり、前記操作子の操作量は、前記ダンパーペダルの踏み込み量であるようにするとよい。さらに、前記第１副反力テーブルは、前記ダンパーペダルの踏み込み量が大きくなるに従って前記所定の押鍵深さが大きくなるように構成されているとよい。

上記のように構成した電子楽器においては、鍵の操作に関する物理量に応じて変化する主反力を記憶した主反力テーブルを設けた。また、鍵の物理量及び操作子の操作量に応じて変化する副反力を記憶した第１副反力テーブルであって、前記鍵の押鍵深さが所定の押鍵深さ以上であるときに前記第１副反力が前記鍵に作用し、かつ前記操作子の操作量に応じて前記所定の押鍵深さが変化するように設定されている第１副反力テーブルを設けた。そして、主反力テーブル及び第１副反力テーブルを用いて主反力及び第１副反力を決定し、主反力と第１副反力を加算して鍵に付与する反力を表す合成反力を計算するようにした。そのため、本発明の主反力テーブルに相当するテーブルを前記操作子の操作量ごとに設けておき、このテーブルを前記操作子の操作量に応じて切り替えて鍵に付与する反力を計算する従来の電子楽器に比べて、テーブルの構成が簡単になる。

また、前記操作子を、ダンパーペダルで構成し、操作子操作量検出手段が、ダンパーペダルの踏み込み量を連続量として検出するようにしておき、前記第１副反力は、前記鍵の押鍵深さに前記ダンパーペダルの踏み込み量に応じて前記所定の押鍵深さが変化するようにした場合、ダンパーペダルの踏み込み量に応じて変化するアコースティックピアノの鍵の反力特性を再現できる。したがって、この場合には、簡単な構成で、鍵の操作感を、アコースティックピアノの鍵の操作感により近づけることができる。

また、本発明の他の特徴は、前記鍵の操作に関する物理量は、前記鍵の押鍵深さと、前記鍵の押鍵速度または押鍵加速度とであることにある。これによれば、押鍵深さと、押鍵速度または押鍵加速度に応じて変化するアコースティックピアノの反力特性をより忠実に再現できる。したがって、簡単な構成で、鍵の操作感を、アコースティックピアノの鍵の操作感により近づけることができる。

また、本発明の他の特徴は、さらに、前記鍵の押鍵深さに応じて変化する第２副反力を記憶した第２副反力テーブルを用いて、前記物理量検出手段によって前記検出された押鍵深さに対応した第２副反力を決定する第２副反力決定手段を有し、前記反力制御手段は、前記合成反力に前記決定された第２副反力をさらに加算して新たな合成反力を計算し、前記新たな合成反力で、前記反力付与手段を制御して、前記演奏者の鍵操作に対抗する反力が前記新たな合成反力になるように制御することにある。また、この場合、さらに、前記演奏者の鍵操作に対抗する反力を調整するための設定操作子を有し、前記第２副反力決定手段は、前記第２副反力テーブルを用いて決定される第２副反力を、前記設定操作子の操作状態に応じて変更する変更手段を有するようにするとよい。

上記のように構成した電子楽器においては、例えば第２副反力テーブルとしてアコースティックピアノのエスケープメント機構に起因する反力特性を記憶しておけば、押鍵行程後半に発生するレットオフ感を再現できる。さらに、設定操作子の操作状態に応じて第２副反力を変更できるので、エスケープメント機構の異なる複数のアコースティックピアノの鍵のレットオフ感を再現でき、演奏者がレットオフ感を調整することができる。

本発明の一実施形態に係る電子楽器の全体構成例を示すブロック図である。図１の電子楽器の鍵盤、鍵駆動装置、ペダル装置、パネル操作子に係る部分を具体的に示した図である。図１のコンピュータ部にて実行されるプログラムを示すフローチャートである。主反力テーブルの構成を示す図である。第１副反力テーブルの構成を示す図である。第２副反力テーブルの構成を示す図である。指令値テーブルの構成を示す図である。押鍵深さから主反力への変換特性の一例を示す図である。押鍵深さから第１副反力への変換特性の一例を示す図である。押鍵深さから第２副反力への変換特性の一例を示す図である。アコースティックピアノの押鍵深さに対する反力特性を示す図である。

本発明の一実施形態に係る電子楽器の構成について図１及び図２を用いて説明する。この電子楽器は、鍵盤１０、鍵駆動装置２０、ペダル装置３０、パネル操作子４０、表示器５０、音源回路６０及びコンピュータ部７０を備えている。

鍵盤１０は、演奏者の手によって操作されて、発生楽音の音高をそれぞれ指定する複数の鍵１１を備えている。鍵１１は、合成樹脂によって長尺状に一体成型されている。図２に示すように、鍵１１は、フレームＦＲに設けられた鍵支持部１２により支持され、後端部の回転中心１３を中心として前端部が上下方向に揺動可能となっている。鍵１１の中間部の下面からストッパ片１４が下方に一体的に延設されている。このストッパ片１４は、下部を後方へ屈曲させた突出部１４ａを有する。突出部１４ａの上方には、突出部１４ａの上面に当接することにより、鍵１１の前端部の上方への変位を規制する上限ストッパ１５がフレームＦＲに固定されている。また、突出部１４ａの下方には、突出部１４ａの下面に当接することにより、鍵１１の前端部の下方への変位を規制する下限ストッパ１６がフレームＦＲに固定されている。上限ストッパ１５及び下限ストッパ１６は、横方向（紙面に垂直方向）に延設された長尺状かつ平板状の緩衝材（例えばフェルト）で構成されて、突出部１４ａの上面及び下面との衝突による衝撃を緩和するようになっている。なお、フレームＦＲとは、本実施形態に係る電子楽器の種々の部品を支持するための構造体及びハウジング自体を意味する。なお、ストッパ片１４を設けることなく、鍵１１の下面及び上面にそれぞれ当接して鍵１１の揺動範囲を規定する上限ストッパ及び下限ストッパを設けてもよい。

また、鍵１１の中間部下方には、ばね１７が設けられている。ばね１７の下端は、鍵１１の下方のフレームＦＲに固着されている。一方、ばね１７の上端は、鍵１１の中間部の下面に当接しており、ばね１７により鍵１１の前端部が上方へ付勢される。なお、鍵１１と連動するレバー、質量体などを設け、それらの自重により鍵１１の前端を上方へ付勢するようにしてもよい。

また、鍵駆動装置２０は、図２に示すように鍵１１の前端部下方に設けられたソレノイド２１及びソレノイド２１を駆動するための駆動回路２２からなる。鍵駆動装置２０が本発明の反力付与手段に対応する。ソレノイド２１は、その下端にて、鍵１１の下方のフレームＦＲに固着されており、ソレノイド２１のプランジャ２１ａは上下方向に移動可能となっている。プランジャ２１ａは円柱状になっているが、上部の一部に他の部分よりも直径の大きな薄板の円板部２１ａ１を有し、円板部２１ａ１の下面とソレノイド２１のフレームの間にばね２３が設けられている。プランジャ２１ａは、ばね２３によって上方に付勢され、プランジャ２１ａの上端は、常に鍵１１の下面に当接している。なお、ばね２３のばね力は小さく、押離鍵操作に対抗する反力に影響を及ぼさない。また、ソレノイド２１を上記実施形態とは上下を逆にした状態で鍵支持部１２の後方の上面側に配置してもよい。このように構成すれば、ソレノイド２１を駆動しない状態においてもプランジャ２１ａがその自重により鍵１１の上面に当接するので、ばね２３は不要である。

また、駆動回路２２は、後述のコンピュータ部７０から供給される指令値に基づいて、パルス幅を変調した信号（以下、ＰＷＭ信号という。）を生成し、生成したＰＷＭ信号をソレノイド２１に供給してソレノイド２１を駆動する。具体的には、ＰＷＭ信号のパルス幅が増加するに従って、プランジャ２１ａは大きな力で鍵１１の前端部を押し上げる。これにより、ソレノイド２１は、ＰＷＭ信号のパルス幅が大きくなるに従って、鍵１１に押離鍵操作に対抗する大きな反力を付与する。

検出回路２５は、鍵１１の前端部の上下方向の位置を検出する押鍵深さセンサ２６及びＡ／Ｄ変換回路２７からなる。検出回路２５が本発明の物理量検出手段に対応する。この押鍵深さセンサ２６は、プランジャ２１ａの下方のフレームＦＲに固定され、プランジャ２１ａの下面までの距離を電気的又は光学的に（例えばレーザー光の反射により）検出する。上述の通り、プランジャ２１ａの上端は常に鍵１１の下面に当接しているので、押鍵深さセンサ２６によってプランジャ２１ａまでの距離を検出すれば、鍵１１の押鍵深さを検出することができる。なお、この押鍵深さセンサ２６に代えて、プランジャ２１ａの上下方向の位置を機械的かつ電気的に（例えば可変抵抗により）検出するセンサを用いてもよい。そして、押鍵深さセンサ２６によって検出した押鍵深さは、Ａ／Ｄ変換回路２７によって押鍵深さＤＥＰを表すディジタル信号に変換され、バス２８を介して後述のコンピュータ部７０に供給される。Ａ／Ｄ変換回路２７は、各鍵１１ごとに設ける必要はなく、複数の鍵１１に共通に設ければよい。なお、初期状態（鍵１１が押し下げられていない状態）において押鍵深さＤＥＰは「０」であり、鍵１１の初期状態からの変位量が大きくなるに従って大きな値となる。

ペダル装置３０は、演奏者の足によって操作されて、電子楽器の楽音の発生態様を制御する。ペダル装置３０のレバー３２は長尺状の板状部材で、前部（図２において右側）が踏み込み部であり、幅広となっている。レバー３２は、中間部にてフレームＦＲに設けられたレバー支持部３３に支持され、回転中心３３ａを中心として、前端部が上下方向に揺動可能となっている。レバー３２の中間部下方には、フェルトなどの衝撃吸収材によって構成された長尺状の下限ストッパ３４が横方向に延設されてフレームＦＲに固定されている。この下限ストッパ３４はレバー３２の前部の下方への変位を規制する。また、レバー３２の中間部上方には、下限ストッパ３４と同様な上限ストッパ３５がフレームＦＲ上に固定されており、レバー３２の前部の上方への変位を規制する。また、回転中心３３ａの後方であって、レバー３２の後部上方には、ばね３６が設けられている。ばね３６の上端は、フレームＦＲに固定されている。ばね３６の下端は、レバー３２の後部の上面に当接し、レバー３２の前部を上方へ付勢する。

検出回路３７は、レバー３２の踏み込み量を検出するためのペダル踏み込み量センサ３８及びＡ／Ｄ変換回路３９からなる。検出回路３７が本発明の操作子操作量検出手段に対応する。このペダル踏み込み量センサ３８は、レバー３２の中間部上方に組みつけられており、レバー３２の上面までの距離を電気的又は光学的に（例えばレーザー光の反射により）検出することにより、レバー３２の踏み込み量を検出する。なお、このペダル踏み込み量センサ３８に代えて、レバー３２の踏み込み量を機械的かつ電気的に（例えば可変抵抗により）検出するセンサを用いてもよい。レバー３２の踏み込み量は、Ａ／Ｄ変換回路３９によってペダル踏み込み量ＰＤＬを表すディジタル信号に変換され、バス２８を介して後述のコンピュータ部７０に供給される。なお、初期状態（レバー３２が踏み込まれていない状態）においてペダル踏み込み量ＰＤＬは、「０」であり、レバー３２の初期状態からの変位量が大きくなるに従って大きな値となる。

複数のパネル操作子４０は、電子楽器の動作を設定するためのものである。パネル操作子４０には、レットオフ感を設定するためのレットオフ感設定操作子４１が含まれている。本実施形態においては、レットオフ感設定操作子４１は、その回転角度に応じた抵抗値の変化により変化する電圧信号を出力するロータリーボリュームである。ただし、レットオフ感設定操作子４１は、ロータリーエンコーダ、スライドボリューム、リニアエンコーダ、スイッチなどでもよい。検出回路４２は、複数のパネル操作子４０の操作を検出するもので、図２のＡ／Ｄ変換回路４３を含む。Ａ／Ｄ変換回路４３は、レットオフ感設定操作子４１からの電圧信号をレットオフ感設定値ＡＤＪを表すディジタル信号に変換し、バス２８を介して後述のコンピュータ部７０に供給する。なお、レットオフ感設定操作子４１からの電圧信号が「０」のとき、レットオフ感設定値ＡＤＪは「０」であり、電圧値が大きくなるに従って大きな値となる。

表示器５０は、液晶ディスプレイ、ＣＲＴなどで構成され、文字、数字、図形などを画面上に表示する。表示器５０はバス２８に接続された表示回路５１によって制御され、表示内容が、バス２８を介して表示回路５１に供給される表示用の指示信号及びデータにより指定される。

音源回路６０は、バス２８に接続されていて、後述のコンピュータ部７０からバス２８を介して供給される楽音制御データ（ノートデータ、キーオンデータ、キーオフデータ、音色制御データ、音量制御データなど）に基づいてディジタル楽音信号を生成し、生成したディジタル楽音信号を効果回路６１に供給する。効果回路６１は、バス２８に接続されていて、コンピュータ部７０からバス２８を介して供給される効果制御データに基づいて、供給されたディジタル楽音信号に効果を付してサウンドシステム６２に供給する。サウンドシステム６２は、Ｄ／Ａ変換器、アンプ、スピーカなどからなり、前記供給された効果の付与されたディジタル楽音信号をアナログ楽音信号に変換して、同アナログ楽音信号に対応した楽音を放音する。

コンピュータ部７０は、バス２８に接続されたＣＰＵ７０ａ、ＲＡＭ７０ｂ、ＲＯＭ７０ｃに加えて、ＣＰＵ７０ａに接続されたタイマ７０ｄからなり、プログラムの実行により、電子楽器の動作を制御する。

この電子楽器は、さらに、外部記憶装置８０、ネットワーク用インターフェース回路８１及びＭＩＤIインターフェース回路８２を備えている。外部記憶装置８０は電子楽器に組み込まれたハードディスク及びフラッシュメモリ、電子楽器に接続可能なコンパクトディスクなどの種々の記録媒体と、同各記録媒体に対するドライブユニットを含むものであり、大量のデータ及びプログラムの記憶及び読み出しを可能にしている。ネットワーク用インターフェース回路８１は、電子楽器を、通信ネットワークＮＷを介してサーバ装置８３に交信可能に接続する。ＭＩＤＩインターフェース回路８２は、電子楽器を他の電子楽器又はシーケンサなどの外部ＭＩＤI機器８４に交信可能に接続する。

次に、上記のように構成した電子楽器の動作について説明する。図示しない電源スイッチの投入により、コンピュータ部７０は、図３に示す鍵駆動処理プログラムを実行する。鍵駆動処理プログラムの実行は図３のステップＳ１０にて開始され、コンピュータ部７０は、ステップＳ１１にて、変数ｎ（ｎ＝１，２・・・ｎ_ｍａｘ）によって指定される全ての鍵１１に関する前回押鍵深さＤＥＰｏ（ｎ）の値を「０」に初期設定する。変数ｎは、鍵盤１０のいずれかの鍵１１を指定するものであり、後述の変数ｎの更新処理により、鍵盤１０の鍵１１が順番に繰り返し指定される。本実施形態においては、変数ｎは「１」により最低鍵を指定し、「１」ずつ増加するに従って、順次高音側に向かう鍵を指定する。なお、ｎ_ｍａｘは鍵盤１０が有する鍵１１の総数を表す。また、前回押鍵深さＤＥＰｏ（ｎ）は、前回処理時における鍵１１の押鍵深さＤＥＰを表す。次に、コンピュータ部７０は、ステップＳ１２にて変数ｎを「１」に設定し、ステップＳ１３にて変数ｎ（＝１）によって指定される鍵１１の押鍵深さＤＥＰを入力する。すなわち、コンピュータ部７０は、変数ｎによって指定される鍵１１に対応した押鍵深さセンサ２６によって検出され、Ａ／Ｄ変換回路２７によってディジタル信号に変換された現在の押鍵深さＤＥＰを入力する。次に、コンピュータ部７０は、ステップＳ１４にて現在の押鍵深さＤＥＰと前回押鍵深さＤＥＰｏ（ｎ）との差ＤＥＰ−ＤＥＰｏ（ｎ）を用いて押鍵速度ＶＥＬを計算する。なお、コンピュータ部７０は、押鍵速度ＶＥＬの計算にあたり、前回押鍵深さＤＥＰｏ（ｎ）を入力してから現在の押鍵深さＤＥＰを入力するまでに要した予め決められた固定時間または計測した可変時間を用いる。

次に、コンピュータ部７０は、ステップＳ１５にて後述の主反力テーブルＴＢ０を参照し、押鍵速度ＶＥＬ及び押健深さＤＥＰに応じて変数ｎで指定される鍵１１に付与すべき反力ＲＦの一部を表す主反力ＲＦ０を決定する。

主反力テーブルＴＢ０は、複数の鍵１１それぞれに対して設けられ、ＲＯＭ７０ｃ内に記憶されている。各鍵１１についての主反力テーブルＴＢ０は、図４Ａに示すように、押鍵速度ＶＥＬ及び押鍵深さＤＥＰに応じて変化する主反力ＲＦ０を記憶している。ただし、主反力テーブルＴＢ０を外部記憶装置８０内に記憶しておき、電源投入時にＲＡＭ７０ｂ内に転送して利用するようにしてもよい。なお、鍵１１が押し下げられると、ばね１７が圧縮され、ばね１７による反力も増加する。主反力テーブルＴＢ０は、このばね１７による反力の影響を考慮して主反力ＲＦ０を定めている。また、鍵１１に連動するレバー、質量体などの自重により鍵１１の前端を上方へ付勢するようにした場合も、これらの自重を考慮して主反力ＲＦ０を定める。図５Ａに、押鍵速度ＶＥＬが小さい場合の変換特性を実線で示す。また、図５Ａに、押鍵速度ＶＥＬが中程度の場合の変換特性を破線で、押鍵速度が大きい場合の変換特性を一点鎖線で示す。したがって、主反力テーブルＲＦ０に記憶されている主反力ＲＦ０は、押鍵速度ＶＥＬが大きくなるに従って大きくなる。なお、押鍵時には押鍵速度ＶＥＬは正の値となり、離鍵時には押鍵速度ＶＥＬが負の値となるが、正から負に渡る押鍵速度ＶＥＬに対して変化する主反力ＲＦ０を主反力テーブルＴＢ０に記憶しておくことで、反力にヒステリシス特性を持たせることができる。また、主反力テーブルＴＢ０には、所定の間隔を隔てた押鍵速度ＶＥＬ及び押鍵深さＤＥＰごとに主反力ＲＦ０が記憶されているので、前記ステップＳ１５の主反力ＲＦ０の決定においては、適宜補間演算を用いる。なお、前記補間演算に代えて、ステップＳ１０にて入力した現在の押鍵深さＤＥＰに最も近い押鍵深さ及びステップＳ１４にて計算した押鍵速度ＶＥＬに最も近い押鍵速度について主反力テーブルＴＢ０に記憶されている反力を主反力ＲＦ０として決定してもよい。

次に、コンピュータ部７０は、ステップＳ１６にて前回押鍵深さＤＥＰｏ（ｎ）を現在の押鍵深さＤＥＰで更新する。これは、変数ｎで指定される鍵１１に対するステップＳ１４の処理の終了後、他の全ての鍵１１についてステップＳ１１からステップＳ２７の処理を行い、再び変数ｎで指定される鍵１１についてステップＳ１４の処理を行うときに押鍵速度ＶＥＬの計算に用いるためである。

次に、コンピュータ部７０は、ステップＳ１７にて、レバー３２の踏み込み量ＰＤＬを入力する。すなわち、コンピュータ部７０は、ペダル踏み込み量センサ３８によって検出され、Ａ／Ｄ変換回路３９によってディジタル信号に変換されたペダル踏み込み量ＰＤＬを入力する。そして、コンピュータ部７０は、ステップＳ１８にて、後述の第１副反力テーブルＴＢ１を参照し、ペダル踏み込み量ＰＤＬ及び押鍵深さＤＥＰに応じて、変数ｎで指定される鍵１１に付与すべき反力ＲＦの一部を表す第１副反力ＲＦ１を決定する。

第１副反力テーブルＴＢ１も、複数の鍵１１それぞれに対して設けられ、ＲＯＭ７０ｃ内に記憶されている。各鍵１１についての第１副反力テーブルＴＢ１は、図４Ｂに示すように、ペダル踏み込み量ＰＤＬ及び押鍵深さＤＥＰに応じて変化する第１副反力ＲＦ１を記憶している。ただし、第１副反力テーブルＴＢ１を外部記憶装置８０内に記憶しておき、電源投入時にＲＡＭ７０ｂ内に転送して利用するようにしてもよい。図５Ｂに、レバー３２を踏み込んでいない場合の変換特性を実線で示す。また、図５Ｂに、レバー３２を途中まで踏み込んだ場合の変換特性を破線で、レバー３２をさらに大きく踏み込んだ場合の変換特性を一点鎖線で示す。したがって、第１反力テーブルＴＢ１に記憶されている第１副反力ＲＦ１は踏み込み量ＰＤＬに応じて反力が発生し始める押鍵深さＤＥＰ（押鍵開始からの時間）が変化する。すなわち、押鍵行程において踏み込み量ＰＤＬが大きくなるに従って、第１副反力ＲＦ１が発生し始める押鍵深さＤＥＰが大きくなるようになっている。なお、第１副反力テーブルＴＢ１においても、所定の間隔を隔てたペダル踏み込み量ＰＤＬ及び押鍵深さＤＥＰごとに第１副反力ＲＦ１が記憶されているので、前記ステップＳ１８の第１副反力のＲＦ１の決定においては、適宜補間演算を用いる。なお、前記補間演算に代えて、ステップＳ１０にて入力した現在の押鍵深さＤＥＰに最も近い押鍵深さ及びステップＳ１７にて入力した踏み込み量ＰＤＬに最も近い踏み込み量について第１副反力テーブルＴＢ１に記憶されている反力を主反力ＲＦ１として決定してもよい。

次に、コンピュータ部７０は、ステップＳ１９にて演奏者による鍵１１の操作が、押鍵操作であるか離鍵操作であるかを判定する。押鍵速度ＶＥＬが「０」より大きければステップＳ１９にて「Ｙｅｓ」（すなわち、押鍵操作）と判定しステップＳ２０に進む。一方、押鍵速度ＶＥＬが「０」以下であれば、コンピュータ部７０は、ステップＳ１９にて「Ｎｏ」（すなわち、離鍵操作）と判定し、ステップＳ２２に進む。

ステップＳ２０においては、コンピュータ部７０は、第２副反力テーブルＴＢ２を参照し、押鍵深さＤＥＰに応じて、変数ｎで指定される鍵１１に付与すべき反力ＲＦの一部を表す第２副反力ＲＦ２を決定する。第２副反力テーブルＴＢ２も、複数の鍵１１それぞれに対して設けられ、ＲＯＭ７０ｃ内に記憶されている。各鍵１１についての第２副反力テーブルＴＢ２は、図４Ｃに示すように、押鍵深さＤＥＰに応じて変化する第２副反力ＲＦ２を記憶している。ただし、第２副反力テーブルＴＢ２を外部記憶装置８０内に記憶しておき、電源投入時にＲＡＭ７０ｂ内に転送して利用するようにしてもよい。第２副反力ＲＦ２は、アコースティックピアノのエスケープメント機構に起因する鍵１１の反力に対応するもので、図５Ｃに示すように押鍵深さＤＥＰが一定の範囲（例えば６ｍｍ〜７ｍｍの範囲）においては反力値が大きいが、その他の範囲では反力値は「０」である。なお、第２副反力テーブルＴＢ２には、所定の間隔を隔てた押鍵深さＤＥＰごとに第２副反力ＲＦ２が記憶されているので、前記ステップＳ２０の第２副反力ＲＦ２の決定においては、適宜補間演算を利用する。なお、前記補間演算に代えて、ステップＳ１０にて入力した現在の押鍵深さＤＥＰに最も近い押鍵深さについて第２副反力テーブルＴＢ２に記憶されている反力を第２副反力ＲＦ２として決定してもよい。

一方、コンピュータ部７０がステップＳ１９にて「離鍵操作」と判定した場合には、ステップＳ２２にて第２副反力ＲＦ２の値を「０」に設定する。上述したように、アコースティックピアノにおいては、エスケープメント機構に起因する反力は、押鍵時にのみ発生するからである。

次に、コンピュータ部７０は、ステップＳ２１にてレットオフ感設定操作子４１の設定値を検出する。すなわち、コンピュータ部７０は、Ａ／Ｄ変換回路４３によってディジタル信号に変換されたレットオフ感設定値ＡＤＪを入力する。

次に、コンピュータ部７０は、ステップＳ２３にて下記式１の演算を実行して、反力ＲＦを計算する。
ＲＦ＝ＲＦ０＋ＲＦ１＋ｋ・ＡＤＪ・ＲＦ２・・・式１

上記式１において、コンピュータ部７０は、第２副反力テーブルＴＢ２を参照して決定した第２副反力ＲＦ２にレットオフ感設定値ＡＤＪを乗算している。この処理は、図５Ｃの変換特性を第２副反力ＲＦ２の軸方向に拡大又は縮小させることに対応する。このように、レットオフ感設定値ＡＤＪに応じて第２副反力ＲＦ２の大きさを変化させることにより、演奏者が感じるレットオフ感の大きさを変化させることができる。なお、式１の「ｋ」はレットオフ感設定値ＡＤＪの変化に対する反力ＲＦのゲインを調整するために予め設定された定数である。

次に、コンピュータ部７０は、ステップＳ２４にて後述の指令値テーブルＴＢ３を参照して、駆動回路２２を制御するための指令値ＰＷＭを決定する。指令値ＰＷＭは、駆動回路２２に発生させるＰＷＭ信号のデューティ比を示すものである。指令値テーブルＴＢ３は、図４Ｄに示すように、ＲＯＭ７０ｃ内に記憶され、反力ＲＦ及び押鍵深さＤＥＰに応じて変化する指令値ＰＷＭを記憶している。ただし、指令値テーブルＴＢ３を外部記憶装置８０内に記憶しておき、電源投入時にＲＡＭ７０ｂ内に転送して利用するようにしてもよい。一般に、ソレノイドのコイルに同じ大きさの電流を供給しても、プランジャの位置によって、プランジャに発生する推力が異なる。そこで、押鍵深さＤＥＰに応じても変化する指令値ＰＷＭを記憶した指令値テーブルＴＢ３を用いることにより、上記したデューティ比に応じて変化するソレノイドの推力特性を補正して、目的の反力ＲＦを鍵１１に付与することができる。そして、コンピュータ部７０は、ステップＳ２５にて指令値ＰＷＭを変数ｎで指定される鍵１１の駆動回路２２に出力する。駆動回路２２は、指令値ＰＷＭに基づいて、ＰＷＭ信号を生成し、演奏者の鍵操作に対抗する反力が反力ＲＦになるようにソレノイド２１を制御する。

次に、コンピュータ部７０は、ステップＳ２６にて変数ｎの更新を行う。すなわち、変数ｎに「１」を加算する。そして、コンピュータ部７０は、ステップＳ２７にて、変数ｎが鍵盤１０が有する鍵１１の総数ｎ_ｍａｘを超えたか否かを判定する。

この場合、変数ｎは、最初「１」に設定されていたので、「２」になる。したがって、コンピュータ部７０は、ステップＳ２７にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ１３に戻る。そして、コンピュータ部７０は、変数ｎ（＝２）によって指定される鍵１１（すなわち１つだけ高音側の鍵１１）に対して、前述したステップＳ１３〜Ｓ２５の処理により、反力ＲＦを付与する。前記ステップＳ１３〜Ｓ２５の処理後、コンピュータ部７０は、ステップＳ２６にて再び変数ｎを「１」だけ増加させて、ステップＳ２７における「Ｎｏ」との判定のもとに、前述したステップＳ１３〜Ｓ２５の処理を再び実行する。このような変数ｎを「１」ずつ増加させながら繰り返し実行されるステップＳ１３〜Ｓ２５の処理により、高音側に向かって各鍵１１の反力が順次付与される。そして、変数ｎが総数ｎ_ｍａｘになり、変数ｎ（＝ｎ_ｍａｘ）によって指定される鍵１１（すなわち最高鍵１１）に対するステップＳ１３〜Ｓ２５の処理が終了した時点で、鍵盤１０の全ての鍵１１に対する反力制御が終了する。なお、押鍵操作されない鍵１１に関しては、押鍵深さが「０」であり、主反力ＲＦ０、第１副反力ＲＦ１及び第２副反力ＲＦ２も「０」であって、最終的に反力ＲＦも「０」になるので、ソレノイド２１による反力は実質的に付与されない。

前記ステップＳ２６の変数ｎの更新処理により、変数ｎがｎ_ｍａｘ＋１になると、コンピュータ部７０は、Ｓ２７にて「Ｙｅｓ」すなわち変数ｎが総数ｎ_ｍａｘを超えたと判定して、ステップＳ１２に戻る。ステップＳ１２においては、上述のように、変数ｎが「１」に再び初期設定される。この変数ｎの初期設定後、コンピュータ部７０は、ステップＳ１３〜Ｓ２７からなる循環処理を再び繰り返し実行し続ける。したがって、鍵盤１０の全ての鍵１１に対する反力制御が繰り返し実行され続ける。

上記のように構成した電子楽器においては、押鍵速度ＶＥＬ及び押鍵深さＤＥＰに応じて変化する主反力ＲＦ０を記憶した主反力テーブルＴＢ０を設けた。また、ダンパーペダルのペダル踏み込み量ＰＤＬ及び押鍵深さＤＥＰに応じて変化する第１副反力ＲＦ１を記憶した第１副反力テーブルを設けた。そして、主反力テーブルＴＢ０及び第１副反力テーブルＴＢ１を用いて主反力ＲＦ０及び第１副反力ＲＦ１を決定するようにした。そのため、ダンパーペダルのオン状態及びオフ状態のみならず、ハーフペダル状態の反力特性も再現することができる。さらに、本発明の主反力テーブルＴＢ０に相当するテーブルを、ダンパーペダルのオン状態及びオフ状態のそれぞれについて設けておき、これらのテーブルを、ダンパーペダルのオンオフに応じて切り替える上記従来の電子楽器と比べて、たとえペダル踏み込み量ＰＤＬとしてダンパーペダルのオン及びオフの２状態のみを採用する場合でも、テーブルの構成が簡単になる。

また、押鍵深さＤＥＰに応じて変化する第２副反力ＲＦ２を記憶した第２副反力テーブルＴＢ２を設けた。そして、第２副反力テーブルＴＢ２を用いて第２副反力ＲＦ２を決定し、第２副反力ＲＦ２にレットオフ感設定値ＡＤＪを乗算するようにした。そのため、押鍵時における一定の押鍵深さＤＥＰの範囲（第２副反力ＲＦ２が発生する押鍵深さＤＥＰの範囲）における反力ＲＦを増減させることができるので、アコースティックピアノのエスケープメント機構の違いに起因するレットオフ感の大きさの違いを再現できる。さらに、演奏者がレットオフ感設定操作子４１を操作して、レットオフ感の大きさを調整することもできる。また、第２副反力テーブルＴＢ２は、押鍵深さＤＥＰのみをパラメータとしているので、テーブル構成が簡単である。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態においては、コンピュータ部７０は、押鍵深さＤＥＰを用いて第２副反力テーブルＴＢ２を参照して第２副反力ＲＦ２を決定し、この第２副反力ＲＦ２にレットオフ感設定値ＡＤＪを乗算することにより、第２副反力ＲＦ２を増減させるようにして、レットオフ感の大きさを変更するようにした。しかし、これに代えて、またはこれに加えて、押鍵深さＤＥＰをレットオフ感設定値ＡＤＪに応じて変更し、前記変更後のレットオフ感設定値ＡＤＪを用いて第２副反力テーブルＴＢ２を参照して、第２副反力ＲＦ２を決定するようにしてもよい。例えば、コンピュータ部７０は、レットオフ感設定値ＡＤＪに応じて、検出された押鍵深さＤＥＰを小さくし、前記小さくした押鍵深さＤＥＰに応じた第２副反力ＲＦ２を、第２副反力テーブルＴＢ２を参照して決定するようにしてもよい。このように、押鍵深さＤＥＰを変更する処理は、図５Ｃに示す第２副反力ＲＦ２の反力特性を、押鍵深さＤＥＰの軸方向に平行移動させることに対応する。このように構成すれば、レットオフ感の発生する押鍵深さＤＥＰを調整することができる。また、上記実施形態に加え、第２副反力ＲＦ２の反力特性を押鍵深さＤＥＰの軸方向に平行移動させるためのレットオフ発生位置設定操作子をさらに設け、このレットオフ発生位置設定操作子の設定値に応じて、第２副反力テーブルＴＢ２を参照するときの押鍵深さＤＥＰを変更するようにしてもよい。このように構成すれば、レットオフ感の大きさとレットオフ感の発生する押鍵深さＤＥＰをそれぞれ独立して調整することができる。

また、上記実施形態においては、主反力テーブルＴＢ０、第１副反力テーブルＴＢ１及び第２副反力テーブルＴＢ２を、複数の鍵のそれぞれに対して設けた。しかし、これに代えて、すなわち、鍵盤１０を構成する鍵１１を所定数ずつ（例えばオクターブごと）複数のグループに分け、各グループ内の代表的な鍵１１について主反力テーブルＴＢ０、第１副反力テーブルＴＢ１及び第２副反力テーブルＴＢ２をＲＯＭ７０ｃ内に用意しておいてもよい。また、主反力テーブルＴＢ０、第１副反力テーブルＴＢ１及び第２副反力テーブルＴＢ２を外部記憶装置８０内に設けておき、電源投入時に外部記憶装置８０からＲＡＭ７０ｂ内に転送して記憶しておいてもよい。そして、各グループの代表的な鍵１１の間に位置して制御対象となる鍵１１の主反力ＲＦ０、第１副反力ＲＦ１及び第２副反力ＲＦ２については、制御対象１１の両側に位置する代表的な２つの鍵１１の各変換テーブルＴＢ０，ＴＢ１，ＴＢ２を用いて、線形補間により求めるようにしてもよい。このように各変換テーブルＴＢ０，ＴＢ１，ＴＢ２を構成する反力変換データを間引いておいて、線形補間により主反力ＲＦ０、第１副反力ＲＦ１及び第２副反力ＲＦ２を求めるようにすれば、各変換テーブルＴＢ０，ＴＢ１，ＴＢ２のデータ量を削減できるので、ＲＯＭ７０ｃまたは外部記憶装置８０の記憶容量を大幅に削減できる。

また、上記実施形態においては、第２副反力テーブルＴＢ２は、押鍵深さＤＥＰのみをパラメータとした２次元テーブルで構成されるようにした。しかし、押鍵深さＤＥＰに加えてレットオフ感設定値ＡＤＪもパラメータとした３次元テーブルで構成されるようにしてもよい。このように構成すれば、第２副反力ＲＦ２の特性をより詳細に設定できるので、アコースティックピアノにより近い鍵の操作感を実現することができる。

また、上記実施形態においては、主反力テーブルＴＢ０、第１副反力テーブルＴＢ１、第２副反力テーブルＴＢ２及び指令値テーブルＴＢ３のパラメータの１つとして押鍵深さＤＥＰを採用した。しかし、鍵１１の揺動角度を押鍵深さＤＥＰとして採用してもよい。また、主反力テーブルＴＢ０のパラメータとして採用した押鍵速度ＶＥＬに関しても、鍵１１の揺動角速度を押鍵速度ＶＥＬとして採用してもよい。さらに、押鍵速度ＶＥＬに代えて、または押鍵速度ＶＥＬに加えて、押鍵加速度または押鍵加速度としての揺動角加速度を採用してもよい。また、主反力テーブルＴＢ０を簡略化するために、押鍵深さＤＥＰのみをパラメータとしてもよい。また、第１副反力テーブルＴＢ１のパラメータとして採用したペダル踏み込み量ＰＤＬに関しても、レバー３２の揺動角度をペダル踏み込み量ＰＤＬとして用いてもよい。また、レバー３２の揺動角速度、揺動角加速度などをパラメータとして採用してもよい。さらに、主反力テーブルＴＢ０を最も簡素化するために、鍵の操作に関する物理量として、前記押鍵深さＤＥＰ、押鍵速度ＶＥＬ及び押鍵加速度のうちの少なくとも１つに応じて変化する主反力ＲＦ０を主反力テーブルＴＢ０に記憶させておくようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、鍵の操作量、ダンパーペダルの踏み込み量及びレットオフ機構の違いによって変化するアコースティックピアノの鍵の反力特性を再現するために主反力テーブルＴＢ０、第１副反力テーブルＴＢ１及び第２副反力テーブルＴＢ２を備えるようにした。しかし、アコースティックピアノの機種によっては、上記ダンパー機構及びレットオフ機構に加え、操作量に応じて鍵の反力に影響を与える機構をさらに備える場合がある。この場合、ダンパー機構及びレットオフ機構以外の機構に起因して発生する鍵の反力を記憶した副反力テーブルをさらに備えるようにしてもよい。このように構成すれば、特定のアコースティックピアノの鍵の操作感により近い鍵の操作感を実現することができる。

また、上記実施形態においては、コンピュータ部７０は、ステップＳ２１にてレットオフ感設定値ＡＤＪを入力するようにした。すなわち、鍵１１ごとにレットオフ感設定値ＡＤＪを入力するようにした。しかし、これに代えて、コンピュータ部７０は、所定の鍵域ごと（例えばオクターブごと）にレットオフ感設定値ＡＤＪを入力するようにしてもよい。すなわち、所定の鍵域に属する鍵１１については、共通のレットオフ感設定値ＡＤＪを用いて反力ＲＦを計算し、次の鍵域に属する鍵１１についての処理に移るときにレットオフ感設定値ＡＤＪを更新するようにしてもよい。また、コンピュータ部７０は、変数ｎ＝ｎ_ｍａｘにて指定される鍵１１（すなわち最高鍵）についての処理を実行した後、再び変数ｎ＝１で指定される鍵１１（すなわち最低鍵）についての処理に移る前に、レットオフ感設定値ＡＤＪを入力するようにしてもよい。すなわち、最低鍵から最高鍵に向かって処理がなされる間、共通のレットオフ感設定値ＡＤＪを用いて反力ＲＦを計算し、最高鍵についての処理の終了後、最低鍵についての処理に移るときにレットオフ感設定値ＡＤＪを更新するようにしてもよい。また、コンピュータ部７０は、最低鍵から最高鍵に対して行う一連の処理を所定回数（例えば５回）繰り返すごとにレットオフ感設定値ＡＤＪを入力するようにしてもよい。

１０・・・鍵盤、１１・・・鍵、２０・・・鍵駆動装置、３０・・・ペダル装置、４０・・・パネル操作子、７０・・・コンピュータ部、ＴＢ０・・・主反力テーブル、ＴＢ１・・・第１副反力テーブル、ＴＢ２・・・第２副反力テーブル、ＴＢ３・・・指令値テーブル、ＤＥＰ・・・押鍵深さ、ＤＥＰｏ・・・前回押鍵深さ、ＶＥＬ・・・押鍵速度、ＰＤＬ・・・ペダル踏み込み量、ＰＷＭ・・・指令値、ＲＦ・・・反力、ＲＦ０・・・主反力、ＲＦ１・・・第１副反力、ＲＦ２・・・第２副反力

Claims

演奏者によって操作される鍵と、
前記鍵の操作に関する物理量を検出する物理量検出手段と、
演奏者の鍵操作に対抗する反力を前記鍵に付与する反力付与手段と、
演奏者によって操作され、連続的に変化する操作量に応じて前記鍵の操作に影響を与える操作子と、
前記操作子の操作量を検出する操作子操作量検出手段とを備え、
前記鍵の操作に関する物理量に応じて変化する主反力を記憶した主反力テーブルを用いて、前記検出された鍵の操作に関する物理量に対応した主反力を決定する主反力決定手段と、
前記鍵の操作に関する物理量及び前記操作子の操作量に応じて変化する第１副反力を記憶した第１副反力テーブルであって、前記鍵の押鍵深さが所定の押鍵深さ以上であるときに前記第１副反力が前記鍵に作用し、かつ前記操作子の操作量に応じて前記所定の押鍵深さが変化するように設定されている第１副反力テーブルを用いて、前記検出された鍵の操作に関する物理量及び前記検出された操作子の操作量に対応した第１副反力を決定する第１副反力決定手段と、
前記決定された主反力と前記決定された第１副反力を加算して合成反力を計算し、前記合成反力で、前記反力付与手段を制御して、演奏者の鍵操作に対抗する反力が前記合成反力になるように制御する反力制御手段を備えたことを特徴とする電子楽器。
前記操作子は、ダンパーペダルであり、
前記操作子の操作量は、前記ダンパーペダルの踏み込み量である請求項１に記載の電子楽器。
前記第１副反力テーブルは、前記ダンパーペダルの踏み込み量が大きくなるに従って前記所定の押鍵深さが大きくなるように構成された請求項２に記載の電子楽器。
前記鍵の操作に関する物理量は、前記鍵の押鍵深さと、前記鍵の押鍵速度または押鍵加速度とである請求項１又は２に記載の電子楽器。
請求項４に記載の電子楽器において、さらに、
前記鍵の押鍵深さに応じて変化する第２副反力を記憶した第２副反力テーブルを用いて、前記物理量検出手段によって前記検出された押鍵深さに対応した第２副反力を決定する第２副反力決定手段を有し、
前記反力制御手段は、前記合成反力に前記決定された第２副反力をさらに加算して新たな合成反力を計算し、前記新たな合成反力で、前記反力付与手段を制御して、前記演奏者の鍵操作に対抗する反力が前記新たな合成反力になるように制御することを特徴とする電子楽器。
請求項５に記載の電子楽器において、さらに、
前記演奏者の鍵操作に対抗する反力を調整するための設定操作子を有し、
前記第２副反力決定手段は、前記第２副反力テーブルを用いて決定される第２副反力を、前記設定操作子の操作状態に応じて変更する変更手段を有することを特徴とする電子楽器。