JP5754421B2 - 鍵盤楽器 - Google Patents

Description

本発明は、自動演奏情報に基づいて自動演奏を行う自動演奏ピアノや鍵を駆動する電子楽器等の鍵盤楽器に関する。

従来、特許文献１、２に示されるように、自動演奏情報に基づいて自動演奏を行う鍵盤楽器が知られている。この種の楽器では例えば、自動演奏情報に従って鍵をソレノイドでサーボ駆動し、鍵がアクション部材を介してハンマを駆動して、ハンマが弦を打撃する。

その際、自動演奏情報に基づく鍵の目標軌道を生成すると共に、鍵の位置や速度を検出して、その検出値に基づいて鍵の目標軌道をフィードバック補正することで、リアルタイムに鍵の挙動を制御している。

特許第２８９０５５７号公報 特開２００４−２９４７７２号公報

しかしながら、最終的に弦を打撃する部材はハンマであるので、ハンマの挙動が適切であることが本来重要である。ところが、生ピアノのアクション機構においては、鍵とハンマとは、常に間接的に当接関係となっているわけではなく、押離鍵の態様によっては両者が間接的に摺動関係になったり分離関係になったりする。

例えば、強押鍵時には早い段階で両者が分離関係になることがある。また、連打や変則的な押鍵操作の場合は、両者が一時的に逆方向に揺動することもある。さらに、アクション機構の状態は、環境変化や経年変化等によって変わり、押離鍵の態様に対するハンマの挙動も変化し得る。

そのため、鍵の動作を検出してそれに基づき鍵の目標軌道をフィードバック補正するだけでは、ハンマの挙動を適切に制御することができない。従って、自動演奏においてハンマの動作が意図したものとならず、発音が不正確になるおそれがあるという問題があった。

本発明は上記従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、自動演奏においてハンマの動作を適切にすることができる鍵盤楽器を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の請求項１の鍵盤楽器は、鍵の押下操作により少なくとも１つの介在部品を介してハンマを駆動し、且つ、押離鍵行程において前記鍵及び前記介在部品が前記ハンマに対して直接または間接的に当接関係となると共に分離関係ともなり得る鍵盤楽器であって、前記鍵、前記少なくとも１つの介在部品及び前記ハンマのうちの所定の部品（１０、２５、２１〜２３）を押鍵方向に対応する方向に駆動するアクチュエータ（５０、５１）と、前記鍵の動作目標値を規定する自動演奏情報に基づく自動演奏中に前記ハンマの動作を検出して連続量として出力するハンマ検出手段（６２）と、前記自動演奏情報に基づく自動演奏中に前記鍵の動作を検出して連続量として出力する鍵検出手段と、前記自動演奏情報に基づいて、時間進行に応じた前記鍵の目標軌道（ｒｘ、ｒｖ）を生成する軌道生成手段（３０１）と、前記ハンマ検出手段の出力から、押離鍵行程を複数に分けたフェーズのうち現在のフェーズを特定するフェーズ特定手段（３０３）と、前記ハンマ検出手段の出力と前記鍵検出手段の出力のそれぞれが前記フェーズ特定手段により特定されたフェーズに応じた寄与度で寄与するように、フィードバック信号を生成するフィードバック信号生成手段（４０１）と、前記軌道生成手段により生成された目標軌道と、前記フィードバック信号生成手段により生成されたフィードバック信号とに基づいて、前記アクチュエータをサーボ制御して自動演奏を行わせる制御手段（４０２）とを有することを特徴とする。

好ましくは、前記フィードバック信号生成手段は、前記フィードバック信号を生成する際、前記ハンマ検出手段の出力を、前記特定されたフェーズに応じて前記鍵の動作に関する値に変換する第１の変換手段（４１１）を有する（請求項２）。

好ましくは、前記制御手段は、前記目標軌道と前記フィードバック信号とに基づいて前記鍵を駆動制御するための鍵駆動用制御信号を生成し、前記制御手段はさらに、前記特定されたフェーズに応じて、前記生成した鍵駆動用制御信号を、前記所定の部品を駆動制御するための部品駆動用制御信号に変換する第２の変換手段（４１２）を有する（請求項３）。

上記目的を達成するために本発明の請求項４の鍵盤楽器は、鍵の押下操作により少なくとも１つの介在部品を介してハンマを駆動し、且つ、押離鍵行程において前記鍵及び前記介在部品が前記ハンマに対して直接または間接的に当接関係となると共に分離関係ともなり得る鍵盤楽器であって、前記鍵を押鍵方向に駆動するアクチュエータ（５０）と、前記ハンマの動作目標値を規定する自動演奏情報に基づく自動演奏中に前記ハンマの動作を検出して連続量として出力するハンマ検出手段（６２）と、前記自動演奏情報に基づいて、時間進行に応じた前記ハンマの目標軌道（ｒｘＨ、ｒｖＨ）を出力する軌道出力手段（３０１）と、前記ハンマ検出手段の出力に基づいてフィードバック信号を生成するフィードバック信号生成手段（４０１）と、前記ハンマ検出手段の出力から、押離鍵行程を複数に分けたフェーズのうち現在のフェーズを特定するフェーズ特定手段と、前記軌道出力手段により出力された目標軌道と、前記フィードバック信号生成手段により生成されたフィードバック信号とに基づいて、前記アクチュエータをサーボ制御して自動演奏を行わせる制御手段（４０２）とを有し、前記制御手段は、前記目標軌道と前記フィードバック信号とに基づいて前記ハンマを駆動制御するためのハンマ駆動用制御信号を生成し、前記制御手段はさらに、前記フェーズ特定手段により特定されたフェーズに応じて、前記生成したハンマ駆動用制御信号を、前記鍵を駆動制御するための制御信号に変換する変換手段を有することを特徴とする。

なお、上記括弧内の符号は例示である。

本発明によれば、自動演奏においてハンマの動作を適切にすることができる。

請求項２によれば、ハンマの検出結果を鍵の次元で処理することが可能になる。

請求項３によれば、駆動する部品が鍵とは異なっていても、部品駆動用制御信号の出力の前段階までは鍵の次元で信号を処理することが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る鍵盤楽器としての自動演奏ピアノの機械的構成および電気的構成の関係を説明する図である。 同自動演奏ピアノの主要部の電気的構成を示すブロック図である。 自動演奏ピアノにおける自動演奏を行うための制御機構を簡素化して示したブロック図である。 鍵及びハンマの動作と押離鍵のフェーズとの関係を説明する図である。 自動演奏ピアノにおける自動演奏を行うための詳細な制御機構を示すブロック図である。 第２の実施の形態において自動演奏ピアノにおける自動演奏を行うための詳細な制御機構を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る鍵盤楽器としての自動演奏ピアノの機械的構成および電気的構成の関係を説明する図である。図２は、同自動演奏ピアノの主要部の電気的構成を示すブロック図である。

この自動演奏ピアノ１は、グランドピアノとして構成され、演奏操作がなされる鍵１０が複数配列された鍵盤を有する。

図２に示すように、自動演奏ピアノ１は、バスにより互いに接続されたコントローラ１１０、ディスクドライブ１２０、操作パネル１３０、電子音発生部１４０、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号発生部１５０、Ａ／Ｄ変換部１６１、１６２、および通信Ｉ／Ｆ１７０を有する。さらに、ＰＷＭ信号発生部１５０に接続されたソレノイド５０、Ａ／Ｄ変換部１６１に接続された鍵センサ６１、およびＡ／Ｄ変換部１６２に接続されたハンマセンサ６２を有する。ＰＷＭ信号発生部１５０、Ａ／Ｄ変換部１６１、１６２、ソレノイド５０、鍵センサ６１、ハンマセンサ６２は、それぞれ、各鍵１０に対応して設けられる。

コントローラ１１０は、ＣＰＵ１１１、ＲＯＭ１１２およびＲＡＭ１１３を有する。コントローラ１１０は、ＲＯＭ１１２に記憶されている制御プログラムや制御データに基づいて、自動演奏ピアノ１の各部を制御する。この例においては、コントローラ１１０は、制御プログラムの実行により、図１に示すようにモーションコントローラ３００およびサーボコントローラ４００の各機能を実現する。なお、これらの各機能の一部または全部をソフトウェアではなくハードウェアにより実現してもよい。

ディスクドライブ１２０は、記録媒体に記録された各種データを読み出し、読み出したデータをコントローラ１１０に出力する。このデータとしては、楽曲データ（自動演奏情報）、制御プログラムなどがある。データの取得ルートは問わない。

操作パネル１３０は、液晶ディスプレイなどの表示画面、および表示画面の表面部分にはタッチセンサなどの操作部を有するタッチパネルである。この表示画面には、コントローラ１１０の制御により、各種動作モードの設定などを行う設定画面、楽譜などの各種情報が表示される。

電子音発生部１４０は、コントローラ１１０の制御により電子的な楽音を発生させる装置である。電子音発生部１４０は、例えば、コントローラ１１０の制御により電子的な楽音を示すオーディオ信号を生成する音源、およびそのオーディオ信号を放音するスピーカなどを有する。この電子音発生部１４０は、後述するハンマ２５が弦４０を打撃することによる発音以外に音を発生させたい場合、例えば、自動演奏におけるピアノ音以外での伴奏の発音、消音モード（ハンマ２５の打弦を阻止するモード）などにおけるピアノ音の発音などに用いられる。

ＰＷＭ信号発生部１５０は、コントローラ１１０の制御により、ＰＷＭ形式の駆動電流をソレノイド５０に供給する。ソレノイド５０は、ＰＷＭ信号発生部１５０から供給される駆動電流によりプランジャが動作し、鍵１０を駆動する。ソレノイド５０のプランジャが上昇して鍵１０の後端部を突き上げ駆動することで鍵１０が押鍵動作をし、プランジャが下降することで鍵１０が離鍵動作をする。

具体的には、ソレノイド５０は、演奏者から見て各鍵１０の奥側の後端側下方に配置されている。このソレノイド５０は、プランジャを上昇させて鍵１０の後端を突き上げると、鍵１０がバランスピンＰを中心に回動して鍵１０の前端側が押し下げられ、鍵１０が押鍵動作をする。この押鍵動作に連動してアクションメカニズム２０が作動し、ダンパ３０が弦４０から離れるとともに、ハンマ２５が回動して弦４０を打撃して発音する。その後プランジャが下降すると鍵１０の前端側が押し上げられ、鍵１０が離鍵動作をする。

ここでは、ソレノイド５０により鍵１０が駆動された場合を説明したが、演奏者が鍵１０を演奏操作して駆動することにより、鍵１０が押鍵動作、離鍵動作を行った場合においても同様である。すなわち、押鍵動作、離鍵動作のための鍵１０の駆動を行うのが、ソレノイド５０であるか演奏者であるかの違いだけである。

アクションメカニズム２０において、鍵１０とハンマ２５との間には、サポート本体２１、レペティションレバー２２、ジャック２３等の各種の介在部品が介在する。鍵１０の手動または自動の押下操作により介在部品を介してハンマ２５が駆動されて、ハンマ２５が弦４０を打撃することで発音する。ところで、アクションメカニズム２０はグランドピアノのものと基本的に同じ構成であるので、押離鍵行程においては、鍵１０及び介在部品がハンマ２５に対して直接または間接的に当接関係となると共に分離関係ともなり得る。

鍵センサ６１は、鍵１０の位置を連続的に検出し、検出結果に応じた検出信号を出力する。鍵センサ６１は、例えば、発光ダイオード、発光ダイオードの光を受光し受光量に応じた検出信号を出力する光センサ、および鍵１０の押鍵量に応じて受光センサへの受光量を変化させる遮光板を有する。Ａ／Ｄ変換部１６１は、鍵センサ６１から出力されるアナログ信号である検出信号をデジタル信号に変換した鍵位置検出データをコントローラ１１０に出力し、コントローラ１１０に鍵１０の押鍵量ないし位置を認識させる。

ハンマセンサ６２は、ハンマ２５の位置を連続的に検出し、その検出結果に応じた検出信号を出力する。ハンマセンサ６２の構成は鍵センサ６１と同様である。Ａ／Ｄ変換部１６２は、ハンマセンサ６２から出力されるアナログ信号である検出信号をデジタル信号に変換したハンマ検出データをコントローラ１１０に出力し、コントローラ１１０にハンマ２５による弦４０の動作量ないし位置を認識させる。

通信Ｉ／Ｆ（インターフェイス）１７０は、無線、有線などにより他の装置と通信を行うインターフェイスである。各種データ、制御プログラムについては、ディスクドライブ１２０を用いて取得するだけでなく通信Ｉ／Ｆ１７０を用いて、他の装置から受信することにより、コントローラ１１０に取得させてもよい。

図３は、自動演奏ピアノ１における自動演奏を行うための制御機構を簡素化して示したブロック図である。制御機構には、主に、フィードバック信号生成部４０１、制御部４０２、軌道生成部３０１、フェーズ特定部３０３が含まれる。

フェーズ特定部３０３は、図４で詳細に説明するが、自動演奏情報に基づく自動演奏中に、押離鍵行程を鍵１０及びハンマ２５の運動形態と互いの関連度に応じて複数に分けたフェーズのうち現在のフェーズを、ハンマセンサ６２の出力等に基づいて特定する。フェーズ特定部３０３がフェーズを特定する際には、少なくともハンマセンサ６２の出力を参照するが、併せて鍵センサ６１の出力を参照してもよい。特定されたフェーズの情報は、軌道生成部３０１のほか、フィードバック信号生成部４０１内の第１の変換部４１１、制御部４０２内の第２の変換部４１２に供給される。

軌道生成部３０１は、鍵１０及び／またはハンマ２５の動作目標値を規定する情報を含んだ自動演奏情報から、特定されたフェーズに応じて、時間進行に応じた鍵１０の目標軌道（鍵位置目標指示値ｒｘ、鍵速度目標指示値ｒｖ）を生成し、それを制御部４０２に供給する。自動演奏情報はＭＩＤＩデータ等で構成されるが、それに限られず、軌道データを含む構成であればよい。

アクチュエータ５１は、鍵１０、ハンマ２５、またはアクションメカニズム２０における介在部品（サポート本体２１、レペティションレバー２２、ジャック２３等）のうちの所定の部品を被駆動部品として、押鍵方向に対応する方向に駆動する。第１の実施の形態では、被駆動部品として鍵１０を例示し、アクチュエータ５１として、ソレノイド５０を例示している。

鍵センサ６１、ハンマセンサ６２は、上述したように、自動演奏情報に基づく自動演奏中に鍵１０、ハンマ２５の動作を検出して連続量として出力し、フィードバック信号生成部４０１に供給する。

フィードバック信号生成部４０１は、少なくともハンマセンサ６２の出力に基づいて、特定されたフェーズに応じたフィードバック信号（鍵位置値ｙｘ、鍵速度値ｙｖ）を生成する。その際、併せて鍵センサ６１の出力に基づいてフィードバック信号を生成するようにしてもよい。フィードバック信号が生成される際、第１の変換部４１１は、ハンマセンサ６２の出力を、特定されたフェーズに応じて鍵１０の動作に関する値（鍵１０の次元）に変換（写像）する。

制御部４０２は、軌道生成部３０１により生成された目標軌道と、フィードバック信号生成部４０１により生成されたフィードバック信号とに基づいて、アクチュエータ５１をサーボ制御して自動演奏を行わせる。その際、第２の変換部４１２に供給される入力信号と第２の変換部４１２から出力されてアクチュエータ５１に供給されるべき出力信号とが、同一の部品に関する値の次元となっていない場合は、同一の次元にするための変換（写像）を第２の変換部４１２が行う。その変換は、特定されたフェーズに応じてなされる。

例えば、入力信号がハンマ２５の次元のハンマ駆動用制御信号で、被駆動部品が鍵１０である場合は、第２の変換部４１２は、ハンマ駆動用制御信号を鍵駆動用制御信号に変換する。入力信号が鍵１０の次元の鍵駆動用制御信号である場合は、第２の変換部４１２は、被駆動部品に対応して、鍵駆動用制御信号を部品駆動用制御信号に変換する。

ただし、第１の実施の形態では、入力信号と出力信号との次元が共に鍵１０の次元としているので、第２の変換部４１２は変換の必要がなく、第２の変換部４１２を設ける必要はない。

図１に示す電気的構成との対応については、軌道生成部３０１及びフェーズ特定部３０３は、モーションコントローラ３００に含まれる。フィードバック信号生成部４０１及び制御部４０２はサーボコントローラ４００に含まれる。

図４は、鍵１０及びハンマ２５の動作と押離鍵のフェーズとの関係を説明する図である。

図４では、１組の鍵１０及びハンマ２５について、通常強さの操作による押鍵行程及び離鍵行程における、時間に対するストロークの推移を示している。押離鍵行程における経過時刻をｔで示す。

時刻ｔ０〜ｔ１では鍵１０及びハンマ２５がレスト位置にあり、このときの状態がレストフェーズ（Rest phase）である。時刻ｔ１〜ｔ２は、間接的にではあるが、鍵１０及びハンマ２５が関連度を変えながら（摺動を伴いながら）回動変位する連動フェーズ（Coordinated phase）である。この連動フェーズでは、例えば、ジャック２３がハンマ２５のハンマローラに対して摺動を伴いながら（伝達ロスを生じながら）突き上げていくことで、鍵１０からハンマ２５への力の伝達度合を変えながら、鍵１０とハンマ２５が回動変位する。時刻ｔ２〜ｔ３は、鍵１０とハンマ２５とがほとんど摺動することなくほぼ一体となって回動変位する同期フェーズ（synchronized phase）である。この同期フェーズでは、ジャック２３がハンマ２５のハンマローラに対してほとんど摺動することなく突き上げていくことで、鍵１０からハンマ２５への力の伝達度合をほぼ一定にして、鍵１０とハンマ２５が回動変位する。

時刻ｔ３〜ｔ４は、鍵１０及びハンマ２５が再び関連度を変えながら回動変位する連動フェーズである。この連動フェーズでは、ジャック２３が脱進しつつハンマ２５のハンマローラを突き上げていくことで、ジャック２３とハンマローラとの間で摺動を伴いながら、鍵１０とハンマ２５が回動変位する。つまり、鍵１０及びハンマ２５が再び関連度を変えながら回動変位する。

その後、時刻ｔ４で鍵１０及びハンマ２５は分離し、時刻ｔ４の直後にハンマ２５が弦４０を打撃する。打弦後にはバックチェック状態となって時刻ｔ５に至る。従って、時刻ｔ４〜ｔ５は、鍵１０及びハンマ２５がそれぞれ独立運動可能な分離状態となる分離フェーズ（Isolated phase）である。この分離フェーズでは、鍵１０及びハンマ２５がそれぞれ分離・独立して個別に回動運動し、その後、鍵１０がエンドポジションに達するとともに、ハンマ２５がバックチェックされた状態でそれぞれ停止する。

押鍵終了状態において、時刻ｔ５で離鍵が開始されると、レペティションスプリングの作用によってハンマ２５は一時的に往方向に回動した後、時刻ｔ６で再び間接的に係合状態となる。従って、時刻ｔ５〜ｔ６は連動フェーズとなる。すなわちこの連動フェーズでは、レペティションスプリングの作用によってハンマ２５は一時的に往方向に回動した後、脱進したジャック２３が再び突き上げできる状態に戻るまでは、ジャック２３とハンマローラとの間で摺動を伴いながら鍵１０とハンマ２５が回動変位する。

その後の時刻ｔ６〜ｔ７は同期フェーズとなる。この同期フェーズでは、ジャック２３がハンマローラに対して当接した状態を保持し、これらの間でほとんど摺動することなく、鍵１０とハンマ２５が戻り動作をしていく。

時刻ｔ７〜ｔ８は連動フェーズとなる。この連動フェーズでは、ハンマ２５が回動してレスト位置に戻り動作しながら、ジャック２３がレスト位置に戻っていく。その際、ジャック２３はハンマローラとの係合を外すように摺動を伴いながら戻っていく。

時刻ｔ８〜ｔ９はレストフェーズとなる。このレストフェーズでは、鍵１０及びハンマ２５がレスト位置にある。

自動演奏情報に基づいて鍵１０を駆動して自動演奏を行う場合において、仮に、従来のように、鍵１０の検出位置のみから鍵１０の動作をフィードバック制御したとすると、実際にはハンマ２５はどのように動作しているかは全く考慮しないことになる。また、例えば押鍵行程において、鍵１０の位置とハンマ２５の位置とが適切な対応関係になっていたとしても、そのときのハンマ２５の速度や加速度によっては、ハンマ２５の挙動が、実際の適切な押鍵時のものとは異なっていることも想定される。このような場合は、ハンマ２５が正確に打弦を行えない。そこで本実施の形態では、鍵１０の動作をフィードバック制御するに際し、ハンマ２５の検出位置等から現在のフェーズを逐次特定し、フェーズに応じた制御を行う。

図５は、自動演奏ピアノ１における自動演奏を行うための詳細な制御機構を示すブロック図である。図５に示す制御構成は、図３に示す制御構成の具体化の一例として位置づけられる。

サーボコントローラ４００は、正規化部４０６、４０７、写像器４０３、４０８、案分器４０４、４０５等を備える。これらの各構成は、各鍵１０に対応して設けられている。モーションコントローラ３００は、図３で示した軌道生成部３０１及びフェーズ特定部３０３を備える。軌道生成部３０１はリファランス選択部３０２を備える。

図３との対応関係については、サーボコントローラ４００内において、フィードバック信号生成部４０１には、写像器４０３、４０８、案分器４０４、４０５、正規化部４０６、４０７、及び微分器（ＣｖＫ、ＣｖＨ）等が相当する。第１の変換部４１１には、写像器４０３、４０８が相当する。また、制御部４０２には、増幅器（Ｋｘ、Ｋｖ）や加減算器が相当する。第２の変換部４１２に相当するものは図５の構成には備えられていない。

正規化部４０６、４０７はそれぞれ、Ａ／Ｄ変換部１６１、１６２から出力された検出データを取得して、検出データの個体差をその出力値のレンジから正規化する処理を行い、それぞれ鍵正規化位置値ｙｘＫ、ハンマ正規化位置値ｙｘＨを出力する。鍵正規化位置値ｙｘＫ及びハンマ正規化位置値ｙｘＨは、フェーズ特定部３０３に供給される。また、鍵正規化位置値ｙｘＫは、案分器４０４に出力されると共に、微分器（ＣｖＫ）で鍵正規化速度値ｙｖＫとされて案分器４０５に出力される。

ハンマ正規化位置値ｙｘＨは、写像器４０３に出力されると共に、微分器（ＣｖＨ）でハンマ正規化速度値ｙｖＨとされて写像器４０８に出力される。本実施の形態では、最終的に鍵１０の次元でソレノイド制御信号ｕ（鍵駆動用制御信号）をＰＷＭ信号発生部１５０に出力するために、ハンマ２５の次元のデータを鍵１０の次元に変換している。すなわち、写像器４０３は、フェーズ特定部３０３で特定された現在のフェーズに応じて、ハンマ正規化位置値ｙｘＨを鍵写像位置値ｙｘＺに変換（写像）して案分器４０４に出力する。一方、写像器４０８は、現在のフェーズに応じて、ハンマ正規化速度値ｙｖＨを鍵写像速度値ｙｖＺに変換（写像）して案分器４０５に出力する。

フェーズ特定部３０３は、供給された、鍵正規化位置値ｙｘＫ、鍵正規化速度値ｙｖＫ、ハンマ正規化位置値ｙｘＨ、ハンマ正規化速度値ｙｖＨ、鍵写像位置値ｙｘＺ及び鍵写像速度値ｙｖＺに基づいて現在のフェーズを特定する。

押鍵強度や押鍵の態様によって、ハンマ２５の軌道が変わる。そこで、フェーズ特定においては、次に説明するように、複数の閾値のバリエーションを記憶しておき、押鍵強度や押鍵の態様に応じて閾値を使い分ける。以下に、特定されるフェーズの切り替え（時刻ｔの特定）の具体例を挙げる。ただし以下は例示であり、フェーズの特定手法は限定されるものではない。

まず、押鍵行程において制御を開始（時刻ｔ０）した後、ｙｘＨ＞０となったら押鍵開始となり（時刻ｔ１）、ｙｘＨ＞ｘｈ２（ｘｈ２は例えば３ｍｍ）となったら押鍵立ち上がり（時刻ｔ２）となる。その後ｙｘＨ＞ｘｈ３（ｘｈ３は例えば３９ｍｍ）となったらレットオフとなり（時刻ｔ３）、ｙｘＨ＝ｘｈ４（ｘｈ４は例えば４８ｍｍ）となったら（時刻ｔ４）、打弦となる。

離鍵行程においては、ｙｘＨ＜ｘｈ５（ｘｈ５は例えば３９ｍｍ）で且つｙｖＨ＞０となるかまたは、ｙｘＫ＜ｘｋ５（ｘｋ５は例えば９．５ｍｍ）となると、離鍵開始となる（時刻ｔ５）。なお、ｙｖＨ＞０に代えて、ｙｘＨ＞（前回のｙｘＨ）を判断してもよい。

その後ｙｘＨ＜ｘｈ６（ｘｈ６は例えば３２ｍｍ）となるかまたは、ｙｘＫ＜ｘｋ６（ｘｋ６は例えば４．５ｍｍ）となると、止音（消音）となる（時刻ｔ６）。その後ｙｘＨ＜ｘｈ７（ｘｈ７は例えば３ｍｍ）となると、離鍵収束となり（時刻ｔ７）、ｙｘＨ＝０となると離鍵終了となり（時刻ｔ８）、制御が終了する（時刻ｔ９）。

写像器４０３、４０８における変換は、次に例示するようなルールで行われる。写像器４０３は、フェーズ毎の変換器（ＣｘＺＲ、Ｉ、Ｃ、Ｓ）を備え、ハンマ正規化位置値ｙｘＨを写像して鍵写像位置値ｙｘＺを生成するに際し、各変換器で変換を行う。

例えば、レストフェーズでは、変換器ＣｘＺＲは、生成する鍵写像位置値ｙｘＺを所定の値に固定する。同期フェーズでは、変換器ＣｘＺＳは、ハンマ正規化位置値ｙｘＨを所定数倍する。連動フェーズでは、変換器ＣｘＺＣは、ハンマ正規化位置値ｙｘＨを所定数倍したものをさらに所定数倍する。分離フェーズでは、変換器ＣｘＺＩは、速度を符号反転して積分をとり、必要に応じてエンド位置でクリップする。

一方、写像器４０８では、変換器ＣｖＺが、ハンマ正規化速度値ｙｖＨを写像して鍵写像速度値ｙｖＺを生成する。例えば、分離フェーズでは、ハンマ速度を符号反転して所定数倍する。その他のフェーズでは、ハンマ速度を所定数倍する。なお、フェーズに応じた写像器４０３、４０８による写像の手法は例示に限定されず、各種の他の手法を使用してもよい。

また、案分器４０４は、ゲインＫｘＫ、ＫｘＺにより鍵正規化位置値ｙｘＫ、ハンマ正規化位置値ｙｘＨを案分して鍵１０の位置に対応した鍵位置値ｙｘを生成する。案分器４０４は例えば、鍵正規化位置値ｙｘＫとハンマ正規化位置値ｙｘＨの各々のフィードバック寄与度をフェーズに応じて決める。すなわち、フェーズごとに予め定めた比率でｙｘＫ値とｙｘＨ値とを案分した値を鍵位置値ｙｘとする。

例えば同期フェーズでは１：１に案分する。分離フェーズでは、ｙｘＫ：ｙｘＨ＝１：０に案分することで、鍵正規化位置値ｙｘＫがそのまま鍵位置値ｙｘとなる。このようにフェーズによって１：０に案分した場合は、鍵正規化位置値ｙｘＫとハンマ正規化位置値ｙｘＨのいずれかの択一と同じこととなる。

また、案分器４０５は、ゲインＫｖＫ、ＫｖＺにより鍵正規化速度値ｙｖＫ、鍵写像速度値ｙｖＺを案分して鍵１０の速度に対応した鍵速度値ｙｖを生成する。案分器４０５でも案分器４０４と同様に、鍵正規化速度値ｙｖＫと鍵写像速度値ｙｖＺの各々のフィードバック寄与度をフェーズに応じて決める。案分器４０４、４０５による案分の手法も例示に限定されない。フェーズに応じていずれかの択一選択をする構成としてもよい。

次に、モーションコントローラ３００において、軌道生成部３０１は、固定操作量であるバイアス値ｒｕを出力すると共に、鍵位置目標指示値ｒｘ、鍵速度目標指示値ｒｖを出力する。軌道生成部３０１内のリファランス選択部３０２は、特定されたフェーズに基づいて、疑似鍵目標位置ｒｘＺ及び鍵目標位置ｒｘＫのいずれかを選択して鍵位置目標指示値ｒｘを生成すると共に、特定されたフェーズに基づいて、疑似鍵目標速度ｒｖＺ及び鍵目標速度ｒｖＫのいずれかを選択して鍵速度目標指示値ｒｖを生成する。

ここで、ｒｘＫ値、ｒｖＫ値、ｒｘＺ値、ｒｖＺ値は、自動演奏情報に基づき生成される軌道リファランスに基づいて生成される目標値である。特にｒｘＫ値、ｒｖＫ値は、自動演奏情報のうち、鍵１０の動作目標値を規定する情報に基づき生成される。一方、ｒｘＺ値、ｒｖＺ値は、自動演奏情報のうち、ハンマ２５の動作目標値を規定する情報に基づき生成される。

なお、ｒｘＫ値及びｒｘＺ値の両者から択一した値をｒｘ値とすることに代えて、両者をフェーズに応じた比率で案分した値をｒｘ値としてもよい。同様に、ｒｖＫ値及びｒｖＺ値からｒｖ値を生成する際にも案分処理を適用してもよい。

鍵位置目標指示値ｒｘから、案分器４０４からフィードバック信号として出力された鍵位置値ｙｘが減算された結果が、位置偏差ｅｘとして出力され、位置偏差ｅｘが増幅器（Ｋｘ）で増幅されて位置制御信号ｕｘとなる。一方、鍵速度目標指示値ｒｖから、案分器４０５からフィードバック信号として出力された鍵速度値ｙｖが減算された結果が、速度偏差ｅｖとして出力され、速度偏差ｅｖが増幅器（Ｋｖ）で増幅されて速度制御信号ｕｖとなる。そして、位置制御信号ｕｘと速度制御信号ｕｖとが加算された値にさらにバイアス値ｒｕが加算された値が、ソレノイド制御信号ｕとして出力される。

ソレノイド制御信号ｕがＰＷＭ信号発生部１５０に入力されると、ＰＷＭ信号発生部１５０は、ソレノイド制御信号ｕをＰＷＭ形式の駆動電流に変換してソレノイド５０に供給する。これにより、順次出力されるｒｘ値、ｒｖ値に対して、ｙｘ値、ｙｖ値ができるだけ同じ値となるように鍵１０が動作するように、ソレノイド５０により鍵１０が駆動される。

本実施の形態によれば、少なくともハンマセンサ６２の出力に基づいて、押離鍵行程を複数に分けたフェーズのうち現在のフェーズを特定し、フェーズに応じたフィードバック信号を生成して、目標軌道とフィードバック信号とに基づいてソレノイド５０をサーボ制御して自動演奏を行わせるので、自動演奏においてハンマ２５の動作を適切にし、発音を正確なものにすることができる。

さらには、フェーズの特定やフィードバック信号の生成において、ハンマセンサ６２の出力だけでなく鍵センサ６１の出力も参照するので、ハンマ２５の動作を一層適切に制御することができる。

また、第１の変換部４１１として、写像器４０３、４０８を有するので、サーボコントローラ４００内において、ハンマセンサ６２の出力を鍵１０の次元で処理することが可能となる。しかも、写像器４０３、４０８においても、写像は、特定されたフェーズに応じてなされるので、ハンマ２５の動作がより適切になる。

ところで、本実施の形態において、鍵センサ６１を設けることは必須でない。鍵センサ６１を設けない場合は、フェーズ特定部３０３、写像器４０８、案分器４０４等の各部での処理において、鍵センサ６１の出力に関する処理を省略すればよい。

また、本実施の形態で用いる自動演奏情報は、鍵１０またはハンマ２５の少なくともいずれかの動作目標値を規定する情報を含んだ構成であればよい。例えば、鍵１０の動作目標値を規定する情報のみを含む構成であれば、リファランス選択部３０２では、特定されたフェーズに基づく値の選択や案分の処理は不要となり、鍵目標位置ｒｘＫ、鍵目標速度ｒｖＫがそのまま、鍵位置目標指示値ｒｘ、鍵速度目標指示値ｒｖとなる。

また、アクチュエータ５１（ソレノイド５０）によって駆動される被駆動部品として鍵１０を例示したが、被駆動部品は、介在部品のいずれかであってもよいし、ハンマ２５そのものであってもよい。軌道生成部３０１から出力される目標軌道が鍵１０の次元で且つ被駆動部品が鍵１０でないといった場合のように、目標軌道と被駆動部品との次元が食い違う場合は、第２の変換部４１２（図３）を設ければよい。この場合、第２の変換部４１２は、フェーズに応じて、目標軌道での次元を被駆動部品の次元に写像する写像器として構成すればよい。それにより、被駆動部品が鍵１０とは異なっていても、サーボコントローラ４００内において、部品駆動用制御信号（ソレノイド制御信号ｕ）のＰＷＭ信号発生部１５０への出力の前段階までは鍵１０の次元で信号を処理することが可能となる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態では、自動演奏を行うための制御機構が第１の実施の形態とは異なり、図５に代えて図６を用いて第２の実施の形態を説明する。

図６は、第２の実施の形態において自動演奏ピアノ１における自動演奏を行うための詳細な制御機構を示すブロック図である。図６に示す制御構成は、図３に示す制御構成の具体化の一例として位置づけられる。

まず、本実施の形態では、鍵センサ６１を設けないかまたは設けたとしてもその出力を使用しない。また、本実施の形態で用いる自動演奏情報は、ハンマ２５の動作目標値を規定する情報を含んだ構成であり、鍵１０の動作目標値を規定する情報を含まないかまたは含んだとしても使用しない。被駆動部品は鍵１０である。

第２の実施の形態では、サーボコントローラ４００は、第２の変換部４１２（図３）に相当する写像器４０９を備える。サーボコントローラ４００内において、写像器４０９までの処理は、鍵１０ではなくハンマ２５の次元で処理がなされるため、第１の変換部４１１（図３）に相当する構成要素は備えない。また、用いる自動演奏情報は、鍵１０の動作目標値を規定する情報を含まないか含んでも使用されないため、軌道生成部３０１はリファランス選択部３０２（図５）を備えない。

正規化部４０７は、ハンマ正規化位置値ｙｘＨを出力し、フェーズ特定部３０３に供給する。ハンマ正規化位置値ｙｘＨは、微分器（ＣｖＨ）でハンマ正規化速度値ｙｖＨとされて出力される。ハンマ正規化速度値ｙｖＨはフェーズ特定部３０３に供給される。ハンマ正規化位置値ｙｘＨ及びハンマ正規化速度値ｙｖＨが、フィードバック信号となる。

フェーズ特定部３０３は、供給されたハンマ正規化位置値ｙｘＨ及びハンマ正規化速度値ｙｖＨに基づいて現在のフェーズを特定する。モーションコントローラ３００において、軌道生成部３０１は、固定操作量であるバイアス値ｒｕＨを出力すると共に、ハンマ位置目標指示値ｒｘＨ、ハンマ速度目標指示値ｒｖＨを出力する。

ハンマ位置目標指示値ｒｘＨから、正規化部４０７からフィードバック信号として出力されたハンマ正規化位置値ｙｘＨが減算された結果が、位置偏差ｅｘＨとして出力され、位置偏差ｅｘＨが増幅器（ＫｘＨ）で増幅されて位置制御信号ｕｘＨとなる。一方、ハンマ速度目標指示値ｒｖＨから、微分器（ＣｖＨ）からフィードバック信号として出力されたハンマ正規化速度値ｙｖＨが減算された結果が、速度偏差ｅｖＨとして出力され、速度偏差ｅｖＨが増幅器（Ｋｖ）で増幅されて速度制御信号ｕｖＨとなる。

そして、位置制御信号ｕｘＨと速度制御信号ｕｖＨとが加算された値にさらにバイアス値ｒｕＨが加算された値が、制御信号ｕＨ（ハンマ駆動用制御信号）として出力される。制御信号ｕＨは、写像器４０９にて鍵１０の次元に変換（写像）されてソレノイド制御信号ｕとして出力される。

ここで、写像器４０９における写像のルールは図５の写像器４０３と同様である。例えば、フェーズごとの変換器ＣｕＭＲ、ＣｕＭＳ、ＣｕＭＣ、ＣｕＭＩが、変換器ＣｘＺＲ、ＣｘＺＳ、ＣｘＺＣ、ＣｘＺＩと同様の変換を行う。

ソレノイド制御信号ｕがＰＷＭ信号発生部１５０に入力されることで、順次出力されるｒｘＨ値、ｒｖＨ値、ｙｘＨ値、ｙｖＨ値に応じて鍵１０が動作するように、ソレノイド５０により鍵１０が駆動される。

本実施の形態によれば、ハンマセンサ６２の出力に基づいてフィードバック信号を生成し、ハンマ２５の動作目標値を規定する自動演奏情報に基づき生成した目標軌道とフィードバック信号とに基づいてソレノイド５０をサーボ制御して自動演奏を行わせる。これにより、自動演奏においてハンマ２５の動作を適切にすることに関し、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

また、第２の変換部４１２として写像器４０９を有するので、サーボコントローラ４００内において、ソレノイド制御信号ｕを出力する前段階まではハンマ２５の次元で信号を処理することが可能となる。

ところで、本実施の形態でも、被駆動部品は鍵１０以外でもよく、ハンマ２５以外の部品であるとした場合には、写像器４０９をそれに応じた構成とし、ハンマ駆動用制御信号（ｕＨ）を、被駆動部品を駆動制御するための部品駆動用制御信号に変換する構成とすればよい。従って、被駆動部品がハンマ２５とは異なっていても、部品駆動用制御信号（ソレノイド制御信号ｕ）の出力の前段階まではハンマ２５の次元で信号を処理することが可能となる。

なお、第１、第２の実施の形態において、鍵センサ６１、ハンマセンサ６２は位置を検出するセンサであったが、速度を検出するセンサを用い、演算によって位置の量を得るようにしてもよい。また、第１、第２の実施の形態において、サーボコントローラ４００内、及びモーションコントローラ３００内では、位置と速度に関する量で処理したが、加速度の量を加味した処理としてもよい。

これまでは、グランドピアノ型の自動演奏ピアノを例示して説明したが、本発明はアップライト型の鍵盤楽器に適用してもよい。また、ハンマ機構を有する電子楽器で鍵駆動制御に用いてもよい。

また、本実施の形態では、目標値と測定値（演算値も含む）として、位置と速度の両方を用いたが、制御対象をそれぞれの位置のみあるいは速度のみで制御するようにしてもよい。また、さらにそれぞれの加速度を組み合わせて制御するようにしてもよい。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。

１０ 鍵（所定の部品）、 ２１ サポート本体（所定の部品）、 ２２ レペティションレバー（所定の部品）、 ２３ ジャック（所定の部品）、 ２５ ハンマ（所定の部品）、 ５０ ソレノイド（アクチュエータ）、 ５１ アクチュエータ、 ６１ 鍵センサ（鍵検出手段）、 ６２ ハンマセンサ（ハンマ検出手段）、 ３０１ 軌道生成部（軌道生成手段）、 ３０３ フェーズ特定部（フェーズ特定手段）、 ４０１ フィードバック信号生成部（フィードバック信号生成手段）、 ４０２ 制御部（制御手段）、 ４１１ 第１の変換部（第１の変換手段）、 ４１２ 第２の変換部（第２の変換手段）

Claims (4)

1. 鍵の押下操作により少なくとも１つの介在部品を介してハンマを駆動し、且つ、押離鍵行程において前記鍵及び前記介在部品が前記ハンマに対して直接または間接的に当接関係となると共に分離関係ともなり得る鍵盤楽器であって、
   前記鍵、前記少なくとも１つの介在部品及び前記ハンマのうちの所定の部品を押鍵方向に対応する方向に駆動するアクチュエータと、
   前記鍵の動作目標値を規定する自動演奏情報に基づく自動演奏中に前記ハンマの動作を検出して連続量として出力するハンマ検出手段と、
   前記自動演奏情報に基づく自動演奏中に前記鍵の動作を検出して連続量として出力する鍵検出手段と、
   前記自動演奏情報に基づいて、時間進行に応じた前記鍵の目標軌道を生成する軌道生成手段と、
   前記ハンマ検出手段の出力から、押離鍵行程を複数に分けたフェーズのうち現在のフェーズを特定するフェーズ特定手段と、
   前記ハンマ検出手段の出力と前記鍵検出手段の出力のそれぞれが前記フェーズ特定手段により特定されたフェーズに応じた寄与度で寄与するように、フィードバック信号を生成するフィードバック信号生成手段と、
   前記軌道生成手段により生成された目標軌道と、前記フィードバック信号生成手段により生成されたフィードバック信号とに基づいて、前記アクチュエータをサーボ制御して自動演奏を行わせる制御手段とを有することを特徴とする鍵盤楽器。
2. 前記フィードバック信号生成手段は、前記フィードバック信号を生成する際、前記ハンマ検出手段の出力を、前記特定されたフェーズに応じて前記鍵の動作に関する値に変換する第１の変換手段を有することを特徴とする請求項１記載の鍵盤楽器。
3. 前記制御手段は、前記目標軌道と前記フィードバック信号とに基づいて前記鍵を駆動制御するための鍵駆動用制御信号を生成し、
   前記制御手段はさらに、前記特定されたフェーズに応じて、前記生成した鍵駆動用制御信号を、前記所定の部品を駆動制御するための部品駆動用制御信号に変換する第２の変換手段を有することを特徴とする請求項２記載の鍵盤楽器。
4. 鍵の押下操作により少なくとも１つの介在部品を介してハンマを駆動し、且つ、押離鍵行程において前記鍵及び前記介在部品が前記ハンマに対して直接または間接的に当接関係となると共に分離関係ともなり得る鍵盤楽器であって、
   前記鍵を押鍵方向に駆動するアクチュエータと、
   前記ハンマの動作目標値を規定する自動演奏情報に基づく自動演奏中に前記ハンマの動作を検出して連続量として出力するハンマ検出手段と、
   前記自動演奏情報に基づいて、時間進行に応じた前記ハンマの目標軌道を出力する軌道出力手段と、
   前記ハンマ検出手段の出力に基づいてフィードバック信号を生成するフィードバック信号生成手段と、
   前記ハンマ検出手段の出力から、押離鍵行程を複数に分けたフェーズのうち現在のフェーズを特定するフェーズ特定手段と、
   前記軌道出力手段により出力された目標軌道と、前記フィードバック信号生成手段により生成されたフィードバック信号とに基づいて、前記アクチュエータをサーボ制御して自動演奏を行わせる制御手段とを有し、
   前記制御手段は、前記目標軌道と前記フィードバック信号とに基づいて前記ハンマを駆動制御するためのハンマ駆動用制御信号を生成し、
   前記制御手段はさらに、前記フェーズ特定手段により特定されたフェーズに応じて、前記生成したハンマ駆動用制御信号を、前記鍵を駆動制御するための制御信号に変換する変換手段を有することを特徴とする鍵盤楽器。