JP5976362B2 - 電子鍵盤楽器 - Google Patents

Description

本発明は電子鍵盤楽器に関し、特に、押鍵速度と離鍵速度の検出に用いられるカウンターのダイナミックレンジを変更するようにした電子鍵盤楽器に用いて好適な技術に関する。

電子ピアノでは、一般に、各鍵に設けられた鍵スイッチによって、鍵操作の有無および押鍵速度および離鍵速度を検出し、この検出された速度に応じて音量や音色を制御している。このような制御により、鍵タッチに応じた音量や音色を変化させることが可能となる。
また、鍵スイッチとしては、長短２つの鍵ストロークで順次ＯＮするように構成されたゴムスイッチが一般に用いられており、そのＯＮ時間差をカウントして鍵速度を検出するようにしている。例えば、特許文献１を参照。

特開平７−１１４３７９号公報

このように、従来の電子ピアノでは、鍵スイッチで検出された鍵速度に応じて、音量や音色を制御するものであるため、押鍵時は比較的早い速度域が有効レンジとなり、離鍵時は比較的遅い速度域が有効レンジとなる。

前述のように、押鍵時と離鍵時とで有効レンジが異なる１種類のカウンターで押鍵速度検出及び離鍵速度検出を兼ねるために、両方のレンジをカバーするカウンターが大型化するばかりでなく、その周辺部の回路規模が大きくなってしまう問題点があった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、小さな回路規模で、押鍵速度検出と離鍵速度検出を行なうことができる電子鍵盤楽器を提供することを目的としている。

本発明の電子鍵盤楽器は、複数の鍵と、これらの複数の鍵にそれぞれ設けられた複数の鍵スイッチとを有し、前記鍵が前記鍵スイッチを通過する毎に値を累積させるカウンターにより対応する鍵の速度を検出する鍵速度検出手段と、前記鍵速度検出手段により検出された押鍵速度と離鍵速度に応じて、発音すべき楽音の音量および／または音色を制御する発音制御手段と、前記鍵速度検出手段が押鍵速度と離鍵速度を検出する際に、押鍵速度検出時より離鍵速度検出時のカウント速度を遅らせるように変更するダイナミックレンジ変更手段とを備えていることを特徴とする。
また、本発明の電子鍵盤楽器の他の特徴とするところは、前記ダイナミックレンジ変更手段は、前記鍵速度検出手段が押鍵時におけるカウンターの累積速度と、離鍵時におけるカウンターの累積速度とを異ならせ、押鍵速度検出時より離鍵速度検出時の累積速度を遅らせることにより、押鍵時のダイナミックレンジと離鍵時のダイナミックレンジとがほぼ同様になるようにすることを特徴とする。
また、本発明の電子鍵盤楽器のその他の特徴とするところは、前記ダイナミックレンジ変更手段は、前記カウンターの累積値を、押鍵時より離鍵時のカウント数に重みをかけて計数する事によって、押鍵時のダイナミックレンジと離鍵時のダイナミックレンジとがほぼ同様になるようにすることを特徴とする。

本発明によれば、押鍵速度検出と離鍵速度検出を小さな回路規模で実現できる。

本発明の実施形態を示し、電子ピアノの構成例を示すブロック図である。 本発明の実施形態を示し、鍵盤と鍵スイッチの配置例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、鍵盤が鍵速度検出期間を通過する時間を計数する様子を示す図である。 本発明の第１の実施形態を示し、入力クロック信号を分周して押鍵中と離鍵中とでダイナミックレンジを同様にする例を示す構成図である。 本発明の第２の実施形態を示し、カウンターからの速度情報の取り出し方を変えるようにして、押鍵中と離鍵中とでダイナミックレンジを同様にする例を示す構成図である。 本発明の第３の実施形態を示し、ダウンカウンターの値が進むに従って分周回路の分周比を変更するようにして、押鍵中と離鍵中とでダイナミックレンジを同様にする例を示す構成図である。 本発明の第４の実施形態を示し、ダウンカウンターのカウント値が進むに従って、シフターのシフト量を変更して、押鍵中と離鍵中とでダイナミックレンジを同様にする例を示す構成図である。 本発明の背景を示し、押鍵中と離鍵中とでダイナミックレンジが異なってしまう例を示すブロック図である。 押鍵時と離鍵時とで異なる鍵速度を正規化する様子を示す図である。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の電子鍵盤楽器を適用した電子ピアノの回路構成を示しており、図２は、その電子ピアノの鍵盤における押鍵の前後の状態を示している。これらの図に示すように、電子ピアノ１の鍵盤２は、複数の鍵と、各鍵の押鍵・離鍵時に鍵盤の動作範囲のある区間を通過する時間を計数し、その値から鍵速度を求める鍵盤を前提にしている。２つのスイッチを設置して計測する場合、それぞれのスイッチをＳＷ１、ＳＷ２とする。

｛ＳＷ１＝ＯＦＦ、ＳＷ２＝ＯＦＦ｝から｛ＳＷ１＝ＯＮ、ＳＷ２＝ＯＦＦ｝に変化するタイミングを押鍵時の速度計数開始時とする。
｛ＳＷ１＝ＯＦＦ、ＳＷ２＝ＯＦＦ｝から｛ＳＷ１＝ＯＮ、ＳＷ２＝ＯＮ｝に変化するタイミングを押鍵時の速度計数終了時とする。
｛ＳＷ１＝ＯＮ、ＳＷ２＝ＯＮ｝から｛ＳＷ１＝ＯＮ、ＳＷ２＝ＯＦＦ｝に変化するタイミングを離鍵時の速度計数開始時とする。
｛ＳＷ１＝ＯＮ、ＳＷ２＝ＯＦＦ｝から｛ＳＷ１＝ＯＦＦ、ＳＷ２＝ＯＦＦ｝に変化するタイミングを離鍵時の速度計数終了時とする。なお、３つ以上のスイッチを設置したものも存在するが、基本的に速度検出は２点間で行われるものなので、その組み合わせにすぎない。

図１に示すように、この電子ピアノ１では、鍵盤２からの検出信号が鍵盤スキャン回路１１に入力され、鍵盤２のＯＮ／ＯＦＦ情報およびノートナンバーに加えて、２つのスイッチＳＷ１、ＳＷ２の状態が連続的に検出された押鍵状態を表すデータが、鍵盤スキャン回路１１からシステムバス１２を介して、ＣＰＵ１３に送られる。

ＲＡＭ１４は、電子ピアノ１の動作状態を表すステータス情報や、後述する押鍵状態判定結果などを一時的に記憶するとともに、ＣＰＵ１３の作業領域として用いられる。また、ＲＯＭ１５は、ＣＰＵ１３で実行される制御プログラムやＣＰＵ１３で行なわれる演算に使用される固定データ、さらには後述する押鍵状態判定結果に基づいてクロック周期を決定する。また、ベロシティテーブルや、決定されたベロシティに基づいて、発音すべき楽音の出力レベルを決定する楽音出力レベルテーブルなどを記憶している。これらのＲＡＭ１４およびＲＯＭ１５は、ＣＰＵ１３によりシステムバス１２を介してアクセスされる。

ＣＰＵ１３は、電子ピアノ１の各部を制御するものであり、本発明の鍵速度検出手段、発音制御手段、ダイナミックレンジ変更手段などが構成される。このＣＰＵ１３は、鍵盤スキャン回路１１からのデータの他、いずれも図示しないが、音量を設定するためのボリューム回路からの設定音量や、電源スイッチや音色選択スイッチなどの各種スイッチの操作状態を検出するパネルスキャン回路からのパネルスイッチデータなどに応じ、上記制御プログラムに従って、発生すべき楽音の内容を演算し、その演算結果に基づく制御信号を音源回路１６に出力する。

音源回路１６は、ＣＰＵ１３からの制御信号に従って、波形メモリ１７から波形データを読み出し、これにエンベロープを乗算して、デジタルの楽音信号ＭＳを生成し、出力する。この楽音信号ＭＳは、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）１８により、残響やコーラスなどの音響効果の付加やフィルタ処理が施され、Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ変換器）１９でアナログ信号に変換された後、スピーカ２０に送られる。そして、スピーカ２０で再生され、発音される。

図３に示したように、鍵盤２が鍵速度検出期間を通過する時間を計数する事によって、ある区間を鍵が動く時間を計数して時間値が求められる。この値の逆数が鍵速度になるが、演算を簡略化するため、一般的には、ダウンカウンターを用いて計数し、定性的な鍵速度を求める。計数は最大値から始まり０までで停止する。

先ず、図８を用いて、一般的に用いられている押鍵速度を検出する方法を説明する。
図８は、ダウンカウンター８２を用いて、状態判定部８１が速度計数開始時に初期値をセットし、速度計数終了時に鍵速度を確定するようにして、押鍵時も離鍵時も同様に計数する方法を示している。押鍵速度の検出値に比べて離鍵速度の検出値はダイナミックレンジが広い。図８では、押鍵速度検出のダイナミックレンジが１１ビットで、離鍵速度検出のダイナミックレンジが１３ビットの場合の例を示している。鍵速度計数開始時の初期値は、ダウンカウンター８２の最大値である0x1FFF（１３ビットの最大値）が適当である。

このように、押鍵時と離鍵時において、一律に速度検出すると離鍵速度を検出する場合に検出値の桁数が大きくなり回路規模が大きくなる。規模が大きくなる部分は、ダウンカウンター８２と、レジスタ８３と、鍵速度情報出力部８４の３つである。

（第１の実施形態）
以下、図４を参照しながら本発明の第１の実施形態を説明する。
図４において、４１は状態判定部、４２は４分周回路、４３は切り替え回路、４４はダウンカウンター、４５はレジスタ、４６は鍵速度情報出力部である。

本実施形態においては、前述したような背景技術における不都合を解消するために、第１の実施形態では、入力されるクロック信号から４分周回路４２で離鍵速度検出用の信号を分周して２種類のクロック信号を生成しておく。そして、４分周したクロック信号を切り替え回路４３の第１の固定端子ａに供給し、分周しないクロック信号を第２の固定端子ｂに供給する。

そして、状態判定部４１により鍵盤２の状態を常に判定し、鍵盤２が押鍵中ならば可動端子を第２の固定端子ｂ側に切り替え、離鍵中ならば可動端子を第１の固定端子ａ側に切り替えている。そして、速度計数開始時には初期値をセットし、速度計数終了時には鍵速度を確定するようにしている。

例えば、クロック周波数＝１０ｋＨｚに設定し、４分周して２．５ｋＨｚの信号を用意しておく。鍵盤２の状態から押鍵か離鍵かを判断して、それらの信号を切り替える事によって、押鍵速度検出時より離鍵速度検出時のカウント速度を遅らせることにより、離鍵速度検出に必要なダイナミックレンジを小さく抑える事ができる。その結果、ダウンカウンター４４とレジスタ４５と鍵速度情報出力部４６の回路規模を小さくできる。鍵速度計数開始時の初期値はカウンターの最大値である0x7FF（１１ビットの最大値）が適当である。

（第２の実施形態）
次に、図５を参照しながら第２の実施形態を説明する。第２の実施形態は、状態判定部５１、ダウンカウンター５２、２bitダウンシフター５３、切り替え回路５４、レジスタ５５、鍵速度情報出力部５６を備えている。

第２の実施形態においては、第１の実施形態と同じ効果を得る為に、カウント値からの速度情報の取り出し方を変えるようにしている。図５の例では、ダウンカウンター５２のカウント値を、２ｂｉｔダウンシフター５３を介して切り替え回路５４の第１の固定端子ａに供給し、第２の固定端子ｂにはダウンカウンター５２のカウント値をそのまま供給している。

そして、状態判定部５１の判定に応じて、押鍵速度検出時には第２の固定端子ｂから下位１１ビットを取り出し、離鍵速度検出時には第１の固定端子ａから上位１１ビットを取り出す事によって、レジスタ５５以降のダイナミックレンジを抑えるようにしている。その結果、レジスタ５５と鍵速度情報出力部５６の回路規模を小さくできる。鍵速度計数開始時の初期値はカウンターの最大値である0x1FFFが適当である。

（第３の実施形態）
次に、図６を参照しながら第３の実施形態を説明する。第３の実施形態は、状態判定部６１、分周回路６２、切り替え回路６３、ダウンカウンター６４、レジスタ６５、鍵速度情報出力部６６、変更判定部６７を備えている。

前述のように構成された第３の実施形態においては、状態判定部６１が鍵盤２の状態を監視しており、鍵盤２が押鍵中ならば可動端子を第２の固定端子ｂ側に切り替え、離鍵中ならば可動端子を第１の固定端子ａ側に切り替えている。そして、ダウンカウンター６４の値を変更判定部６７が監視しており、ダウンカウンター６４の値が進むに従って分周回路６２の分周比を変更するようにしている。これにより、様々な離鍵速度検出結果に対応したフレキシブルなダイナミックレンジを得ることができる。

（第４の実施形態）
次に、図７を参照しながら第４の実施形態を説明する。第４の実施形態は、状態判定部７１、ダウンカウンター７２、シフター７３、切り替え回路７４、レジスタ７５、鍵速度情報出力部７６を備えている。

前述のように構成した第４の実施形態においては、ダウンカウンター７２のカウント値が進むに従って、シフター７３のシフト量を変更することで、様々な離鍵速度検出結果に対応したフレキシブルなダイナミックレンジを得ようとする例である。

図９に、押鍵時と離鍵時とで異なる鍵速度を正規化する様子を示す。
図９（ａ）は、縦軸が変異軸を示し、横軸が時間軸を示しており、鍵盤２がＳＷ１とＳＷ２との間を通過する際に、押鍵時は高速で通過し離鍵時は押鍵時よりも低速で通過する様子を示している。

図９（ｂ）は、クロック周期を変えることにより鍵速度を計数するカウンターのクロック速度を、押鍵時と離鍵時とで変更するようにした例であり、図４に示した第１の実施形態に対応する。ピアノ演奏を想定した場合、押鍵時のクロック周期を離鍵時の４倍程度に遅く刻んでダイナミックレンジを小さくすることができる。

図９（ｃ）は、カウント数に重みをかける例を示している。この場合、同じクロックで刻んでもカウント数に重みをかけることでダイナミックレンジを小さくすることができる。重みをかける方法は、例えば、押鍵時は４ずつカウントし、離鍵時は１ずつカウントするようなことで実現できる。この方法では、カウンター回路は小さくできないが、カウント結果を記憶・転送する時に下位２ビットを欠損させることによって周辺回路を小さくすることができる。

１ 電子ピアノ、２ 鍵盤、 １１ 鍵盤スキャン回路、１２ システムバス、１３ ＣＰＵ、１４ ＲＡＭ、１５ ＲＯＭ、１６ 音源回路、１７、波形メモリ、１８ ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）、１９ Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ変換器）、２０ スピーカ

Claims (3)

1. 複数の鍵と、これらの複数の鍵にそれぞれ設けられた複数の鍵スイッチとを有し、前記鍵が前記鍵スイッチを通過する毎に値を累積させるカウンターにより対応する鍵の速度を検出する鍵速度検出手段と、
   前記鍵速度検出手段により検出された押鍵速度と離鍵速度に応じて、発音すべき楽音の音量および／または音色を制御する発音制御手段と、
   前記鍵速度検出手段が押鍵速度と離鍵速度を検出する際に、押鍵速度検出時より離鍵速度検出時のカウント速度を遅らせるように変更するダイナミックレンジ変更手段とを備えていることを特徴とする電子鍵盤楽器。
2. 前記ダイナミックレンジ変更手段は、前記鍵速度検出手段が押鍵時におけるカウンターの累積速度と、離鍵時におけるカウンターの累積速度とを異ならせ、押鍵速度検出時より離鍵速度検出時の累積速度を遅らせることにより、押鍵時のダイナミックレンジと離鍵時のダイナミックレンジとがほぼ同様になるようにすることを特徴とする請求項１に記載の電子鍵盤楽器。
3. 前記ダイナミックレンジ変更手段は、前記カウンターの累積値を、離鍵時より押鍵時のカウント数に大きな重みをかけて計数する事によって、押鍵時のダイナミックレンジと離鍵時のダイナミックレンジとがほぼ同様になるようにすることを特徴とする請求項１に記載の電子鍵盤楽器。

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