JPH0475096A - 楽器の操作子変位検出装置 - Google Patents

楽器の操作子変位検出装置

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JPH0475096A
JPH0475096A JP18966390A JP18966390A JPH0475096A JP H0475096 A JPH0475096 A JP H0475096A JP 18966390 A JP18966390 A JP 18966390A JP 18966390 A JP18966390 A JP 18966390A JP H0475096 A JPH0475096 A JP H0475096A
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key
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displacement
interrupter
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JP18966390A
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Jun Ishii
潤 石井
Mariko Takahashi
真理子 高橋
Tsutomu Sasaki
力 佐々木
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Yamaha Corp
Original Assignee
Yamaha Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、例えば自動演奏ピアノの押鍵離鍵に伴う鍵
の変位を連続的に検出し、フィードバック制御を行う場
合に用いて好適な楽器の操作子変位検出装置に関するも
のである。
「従来の技術」 自動ピアノの動作には、演奏者による演奏を記録する記
録モードと、記録した演奏情報あるいは外部から供給さ
れる演奏情報によって、演奏を再生する再生モードとが
ある。そして、記録モードにおいては、演奏者による押
鍵離鍵操作を検出し、これを電気信号に変換する必要が
ある。この種の自動ピアノは、従来、第13図に示すよ
うに構成されていた。この図において、自動ピアノ71
は複数の鍵73で構成される鍵盤と、各鍵73の動きを
ハンマー75に伝達する打弦機構77と、ハンマー75
によって打弦される弦79と、弦79の振動を抑制する
ためのダンパー78とを存している。
各鍵73はバランスビン8Iを中心に揺動自在になって
おり、鍵73が押鍵されるか、あるいは、ソレノイド8
3からプランジャが突出し鍵73を回動させると、この
動きが打弦機構77を介してハンマー75およびダンパ
ー78に伝達される。
これにより、ダンパー78が弦79から離れるとともに
、ハンマー75が図面左方向に回動し打弦が行なわれる
各軸73の裏面にはシャッタ87が各々取り付けられて
おり、これら各軸73の下方には、シャッタ87によっ
て透過光が遮蔽されるように、透過型フォトインタラプ
タ89が各々配設されている。
この透過型フォトインタラプタ89の出力信号は、コン
トローラ85に供給され、このコントローラ85によっ
て各軸73の押鍵離鍵の判定がなされるようになってい
る。
「発明が解決しようとする課題」 ところで、演奏者による演奏を記録する記録゛モード時
においては、鍵73が押鍵離鍵されたか否かの情報(キ
ーオン/オフ信号)のみでは演奏情報として不十分であ
り、打鍵強度に応じて定まる打弦強度、すなわちハンマ
ー75が弦79を打つ強度に関する情報(MIDI信号
におけるベロシティ情報)も必要である。しかしながら
上述した従来の自動ピアノ71においては、各軸73に
取り付けられたシャッタ87の上下動を透過型フォトイ
ンタラプタ89によって検出するようになっていたため
、鍵73が押鍵離鍵されたか否かの検出は可能であるも
のの、鍵73の変位を連続的に検出して、打弦強度に関
与する打鍵強度を得ることはできなかった。また、打弦
機構(ハンマーアッセンブリ)77の所定個所に配設さ
れた反射板に対して光を照射し、その反射光を検出して
演奏情報を得るものとして、実開昭61−6899号公
報に記載されたものが提案されているが、これにおいて
も、ハンマーがセンサ配列位置を通過する時期を、反射
光の有無により、2値論理で検出しているため、鍵盤の
変位を連続的に検出することができなかった。
また、再生モードにおいては、より忠実な演奏再生の為
に、フィードバック制御を行うことが要求されており、
それを実現する為の一要素として、簡単な構成で鍵位置
の変位を連続的に検出することが可能なセンサが必要と
なっていた。
そこで、反射型フォト・インタラプタを利用して鍵の変
位を連続的に検出する技術が検討されている。しかしな
がら、反射型フォト・インクラブタのゲイン、すなわち
被測定物(反射面)までの距離と出力電圧との関係を規
定するゲインは、個々に変動幅が大きく、自動ピアノ7
1の88個の全ての鍵73に取り付けると、それらのゲ
イン調整が極めて困難かつ煩雑であるため、改善が望ま
れていた。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、単一
の検出手段によって鍵の変位を連続的に検出してフィー
ドバック制御に利用することができると共に、その検出
手段のゲインを自動的に調整することができる楽器の操
作子変位検出装置を提供することを目的としている。
「課題を解決するための手段」 この発明は、楽器の操作子の変位を、該操作子からの反
射光に基づいて検出し、該変位に対応した検出信号を出
力する検出手段と、前記操作子の所定移動範囲の両端に
おいて前記検出手段から出力される一対の検出信号およ
び前記所定移動範囲に基づいて、前記検出手段の検出変
位に対する検出信号の実利得を算出する演算手段と、前
記演算手段によって算出された実利得が、予め設定され
た設定利得となるように前記検出手段の利得を補正する
利得補正手段とを具備することを特徴としている。
「作用」 上記の構成によれば、操作子の所定移動範囲(ストロー
ク)の両端において検出手段から出力される一対の検出
信号および所定移動範囲に基づいて、検出手段の検出変
位に対する検出信号の実利得が算出され、この実利得が
、予め設定された設定利得となるように検出手段の利得
が補正されるので、検出手段の利得が自動的に設定利得
に調整される。
「実施例」 以下、図面を参照し、この発明の実施例について説明す
る。
〔第1実施例〕 ■第1実施例の構成 第1図はこの発明の第1実施例の電気的構成を示すブロ
ック図である。この図において、1.1゜・・・は、8
8個の6鍵73に各々対応して設けられた反射型フォト
・インタラプタであり、鍵73の裏面に対して光を照射
する発光素子1aと、その反射光を受光する受光素子1
bとをケース内に一体に設けてなるものである。これら
の反射型フォト・インタラプタ1.l、・・・は、第2
図に示すように6鍵73の下方に各々配設されている。
そして、88個の各鍵73毎に、第1図に示すフィード
バック制御回路2−、〜2−1が各々設けられている。
これら各フィードバック制御回路2−1〜2−1゜にお
いて、反射型フォト・インタラプタlから出力される検
出信号Vsは、A/D (アナログ/ディジタル)コン
バータ3と可変利得増幅回路(VCA)4へ供給される
。この可変利得増幅回路4は、D/Aコンバータ5から
供給されるゲイン設定電圧Vgに応じた利得で検出信号
Vsを増幅し、線形化回路6へ供給する。この線形化回
路6は、第3図に示すような反射型フォト・インクラブ
タlの出力特性を、鍵73との間の距離に比例した信号
に線形化するもので、線形化された信号は、サーボ回路
21へ供給される。このサーボ回路21は、線形化回路
6から供給される鍵73の変位に応じたフィードバック
値が、図示せぬキードライブ用のマイクロコンピュータ
から供給されるキーオン指令値に一致するように、制御
信号を出力する。
この制御信号は、アナログスイッチ22を介してドライ
バ23に供給され、このドライバ23によって、ソレノ
イド83が駆動される。
上述したA/Dコンバータ3とD/Aコンバータ5は、
マイクロコンピュータlOのl10(入出力)回路■4
に接続されている。このマイクロコンピュータlOは、
各部の動作を制御するCPU(中央処理装置)11と、
このCPU1Nにおいて実行されるプログラムが記憶さ
れたROM(リードオンリメモリ)12と、プログラム
実行中に各種データが一時的に記憶されるRAM(ラン
ダムアクセスメモリ)13と、外部とデータの授受を行
うI10回路14とから構成されている。そして、CP
UIIは、操作部16に設けられた各種スイッチの操作
に応じて、後述するテストモード時におけるゲイン調整
プログラム等の種々のプログラムを実行するとともに、
演奏者に対して示すべきデータをLCD(液晶)表示装
置15によって表示する。また、CPUI 1は、ゲイ
ン調整プログラムを実行する場合、各鍵73毎に設けら
れたアナログスイッチ22を切り換え、このアナログス
イッチ22を介してドライバ23に対し、鍵73を駆動
するための制御信号を供給する。
■ゲイン調整原理 次に、本実施例において用いられる反射型フォト・イン
タラプタ1のゲイン調整原理について説明する。
まず、反射型フォトインタラプタ1の出力電圧yと、鍵
73の裏面(反射面)までの距離Xとの関係は、第3図
に示す通りである。そして、図に示す点線より右の領域
では、 y=AxN           ・・・・・・(1)
なる近似式によって表現することができる。この場合、
Nは反射型フォト・インタラプタl自身の特性や鍵73
の反射面の反射率等で決定される定数である。また、A
は反射型フォト・インタラプタl固有のゲインであり、
一般的に個々のバラツキが大きい。
一方、押離鍵に伴う鍵73の移動範囲、すなわち@73
のストロークは第4図に示す通りである。
この図において、P +はバランスピン81による鍵支
持位置、P、は反射型フォト・インタラプタlが配設さ
れた検出位置、P、は鍵73の前端面位置である。そし
て、鍵73の前端面におけるストロークS、は、あがき
量と称され、ピアノの調律時において10.0 [mm
)に調整される。したがって、鍵支持位置P、と検出位
置P、の間の距離をQ、、鍵支持位置P、と前端面位置
P3との間の距離をQ、とすると、検出位置P、におけ
るストロークS、は、次式で表される。
このように、鍵73の変位を検出する場合、鍵73は木
材で構成されているため、温度や湿度などの変化によっ
て、反りやねじれが生じる為、絶対位置の基準は無いも
のの、鍵73の前端面位置P3におけるストロークS、
は常に10.0〔mmlに調整されているため、検出位
置P、におけるストロークSlも上記(2)式で求めら
れる値に固定されているとみなして良い。
ここで、鍵73を指で完全に押し込んだ状態において、
反射型フォト・インタラプタ1から鍵73の裏面の反射
面までの距離をX、とし、この際、反射型フォト・イン
クラブタlの出力をylとする。
すると、鍵73から指を完全に離した状態において、反
射型フォト・インタラプタlから鍵73の裏面の反射面
までの距離は(X++S+)となり、この際、反射型フ
ォト・インタラプタ1の出力をy。
とする。これらの値を、上記(1)式に各々代入すると
、 y+=AX+”                 ・
・・・・・  (3)および、 Yt−A(X++S+)N           ・=
=   (4)となる。
上記(3)式を変形し、 Xl−(コニ)17N         ・・・・・・
 (5)とし、この(5)式を上記(4)式に代入する
と、yx= A−((−X−L)’#/ + S +)
N   ・・・・・ (6)となる。ここで、両辺をl
/N乗すると、(yy)”N= A ”N・((−L=
)”N+ S l)一(y l)1/N+5l−A1/
N  ・・・・・となる。
上記(7)式を変形して、 さらに変形して、 となる。
この(9)式から明らかなように、絶対位置である距離
xtが分からなくても、ストロークS1が既知であれば
、反射型フォト・インタラプタ1のゲインAの値を特定
することができる。
そこで、予め設定され、正規化されるべき設定ゲインを
A。(定数)とすると、ゲイン補正値AO/Aに対応す
るゲイン設定電圧Vgを可変利得増幅回路4へ供給する
ことにより、可変利得増幅回路4を含む検出系のゲイン
が一律に設定ゲインA。
となるように自動調整することができる。なお、上記(
9)式の6値Y++Yxは各々検出可能で、SIとNは
一定値である。
このようなゲインの調整後の経年変化について考察する
。上記(1)式において反射型フォト・インタラプタl
固有のゲインAが変化する要素としては、■鍵730反
射面の反射率が変化する場合と、■発光素子1aや受光
素子1bの特性が経年変化する場合等が考えられ、この
ような経年変化が生じた場合には、ゲインを再調整する
必要がある。
その際にも、鍵73のストロークS、は既知である事が
要求され、ピアノの場合には調律してストロークを調整
した後、ゲイン調整を行うことになる。ゲインAが変化
しない限りにおいては線形化回路6の出力において、反
射面と間の距離に比例した出力が得られるはずであり、
変位検出系としての機能を十分に果たしていると言える
。つまり、物理的に絶対位置の相互関係や、ストローク
が変化したとしても、変位検出系は忠実にその結果を出
力に反映させている訳である。
次に、反射型フォト・インクラブタlのゲイン調整を手
動調整する場合について説明する。
まず、上記(4)式において、(Xl+ S +)をX
、に置き換えると、 y、=Az、”            ・・・・・・
 (10)となり、以下、X、について解く。
□=(−ロー)I/N ・・・・・・  (11) この(11)式に、上記(9)式を代入し、ここで、正
規化されるべきゲインをAo、距離X。
における出力調整値をy、′ とすると、Yt′−A 
o ’ XtN−−(+3)となる。この(13)式に
(12)式を代入すると、となる。
上記(14)式から分かるように、6値Y+、’ltが
決まれば、距離X、の位置における出力補正値y。
が求まる事になる。
■線形化回路6の構成 反射型フォト・インタラプタ1の出力特性を鍵盤73と
の間の距離に比例した信号に線形化する回路としては、
例えば、第5図に示すような理想ダイオードD 、、D
 tと、オペアンプOF、〜OF。
と、抵抗RI−RI ?を用いた折れ線近似回路によっ
て構成することができる。そして、反射型フォト・イン
タラプタlの被検出面に対する距離Xと出力電流iの関
係を示す出力特性が第6図に示すような曲線であった場
合、この曲線は、第7図(イ)。
(ロ)、(ハ)に示す3本の直線の和として近似するこ
とができる。このような折れ線近似の手法を用いて、オ
ペアンプOF、〜OF、の増幅率等の各種回路定数を以
下の手順で決定する。
まず、第8図に示す反射型フォト・インタラプタlの出
力曲線りに沿って、最大誤差か±OICm+n)を超え
ない範囲で、3本の直線L 、、L t、L3を引く。
これらの3本の直線L 1.L t、L sは以下の式
によって示される。
d −−28,28X 10−’i + 3.05  
  ・・・・ (15)d = −83,68X 10
−’i + 4.7    ・・・・・ (16)d 
=−0,2465i + 6.903      ・・
・・・・ (17)このような直線L 、、L t、L
3と、出力曲線りとの誤差を、第9図に示す。ここで、
反射型フォト・インタラプタ1の出力が100〔%〕の
場合に10〔V〕比出力i=10i′)とし、出力Vを
l (m+n/ V )とすると、上式(15)〜(1
7)は、v= −28,28X 10−’i′+ 3.
05    ・・・・・ (18)v= −83,68
X 10−’i′+ 4.7    ・・・・・ (1
9)v= −2,465i’  + 6.903   
      ・・・・・・  (20)となる。
さて、一般式 %式%(21) を変形して、第5図に示す理想ダイオードを用いた折れ
線近似回路の各々のオペアンプについての増幅の式を求
めると、 v、== −A 、vi+ B l−−(24)vo=
(At  At)vi  (B+  Be)  ・−−
(25)vo=(At  As)vi  (Bt  B
s)  −−(26)となる。これらの式(24)〜(
26)を上式(18)〜(20)に合てはめて変形する
と、 va= −2,465vi+ 6.903      
・・・・・・ (27)v、= 1.628vi −2
,20(−−−−(28)vo= 0.554vi −
L、65        ・・・・・・ (29)とな
り、更に変形して、 v0= −1,381(1,785vi −5,000
)   −−(30)yo:  0.4406(3,8
18vi+5.0OO) −−(31)■。= −0,
3300(−1,679vi+ 5.000)−−(3
2)ここで、上式(30)〜(32)を元にして第5図
に示す回路の各種定数を設定する。
■第1実施例の動作 演奏者が第1図に示す操作部16に設けられているモー
ド選択スイッチを操作し、テストモードを選択すると、
CPUIIは第10図に示すフローチャートに従ってゲ
イン調整プログラムを実行する。
まず、CPUI 1は、ステップSPIにおいて、初期
化処理を行い、キ一番号iを1に初期設定するとともに
、全ての鍵73が離鍵状態となるように制御信号を出力
する。この場合、CPUIIは各鍵73毎に設けられた
全てのアナログスイッチ22を切り換え、これらアナロ
グスイッチ22を介して各鍵73毎に設けられたドライ
バ23に対して離鍵を指示するための制御信号を供給す
る。
次のステップSP2において、キ一番号iで指定される
鍵73に対応して設けられた反射型フォト・インタラプ
タlの検出信号VsをA/Dコンバーク3を介して取り
込み、その値をy、としてRAM13の所定の記憶エリ
ア内に格納する。
次に、ステップSP3において、キ一番号1で指定され
るI!73に対応して設けられたソレノイド83を駆動
して、その鍵73を完全な押鍵状態、すなわち全ストロ
ーク押し込まれた状態とする。
そして、ステップSP4において、ステップSP2と同
様に、キ一番号iで指定される鍵73に対応して設けら
れた反射型フォト・インタラプタlの検出信号VsをA
/Dコンバータ3を介して取り込み、その値をyIとし
てRAM13の所定の記憶エリア内に格納する。その後
、ステップSP5において、キ一番号iで指定される鍵
73に対応して設けられたソレノイド83の駆動を停止
して、その鍵73を離鍵状襲とする。
次のステップSP6においては、操作部16のモード選
択スイッチの操作情報に基づいて、ゲインを自動的に調
整する自動調整モードであるか、手動で調整する手動調
整モードであるかを判断し、自動調整モードであった場
合は、次のステップSP7へ進み、手動調整モードであ
った場合は、ステップ5P12の手動調整処理ルーチン
を実行した後、ステップ5PIOへ進む。
ステップSP7においては、RAM1a内に格納されて
いる値Y+、ltと、定数NおよびSlを前述した(9
)式に代入して、当該反射型フォト・インタラプタl固
有のゲインAを算出する。次に、ステップSP8におい
て、予め設定されている正規化されるべき設定ゲインA
11(定数)を、実際のゲインAで除算した値、すなわ
ち可変利得増幅回路(VCA)4に設定すべきゲイン補
正値A、/Aを算出する。その後、ステップSP9にお
いて、算出したゲイン補正値AO/Aを、ゲイン設定電
圧Vgに対応する値としてキ一番号iと共に・RAMl
3の所定の記憶エリア内に格納する。
次いで、ステップ5pioにおいてキ一番号iを“1′
だけインクリメントし、ステップ5PIIにおいてキ一
番号iが“88“になるまで、上述したステップSP2
〜ステップ5PIIの処理を繰り返し実行する。これに
より、88個の全ての鍵73に対応して設けられた反射
型フォト・インクラブタ1.1.・・・の各々に対して
、可変利得増幅回路4に設定すべきゲイン設定電圧Vg
に対応したゲイン補正値AO/Aが、RAM13内に記
憶される。
以降、演奏を再生する再生モード時において、図示せぬ
キードライブ用のマイクロコンピュータによってキ一番
号iで指定される鍵73が駆動される場合、CPUII
はキードライブ用のマイクロコンピュータからの指示を
受けて、RAM13内に記憶されているゲイン補正値A
0/Aに基づいて、ゲイン設定電圧Vgを可変利得増幅
回路4に設定する。これにより、反射型フォト・インク
ラブタ1.1.・・・から各々出力される検出信号■6
が、ゲイン補正値AO/Aに応じて可変利得増幅回路4
によって増幅され、この結果、可変利得増幅回路4を含
む検出系のゲインが、−律に予め設定された設定ゲイン
八〇に自動調整される。
次に、上述したステップ5P12の手動調整処理′ルー
チンにおける動作手順を第11図に示すフローチャート
を参照して説明する。
まず、ステップ5P20において、キ一番号iて指定さ
れる鍵73が距離X、まで押し込まれている状態におい
て、この鍵73に対応して設けられた反射型フォト・イ
ンタラプタlから現在出力されている検出信号VsをA
/Dコンバータ3を介して取り込み、その値を現在値y
としてRAMl3の所定の記憶エリア内に格納する。次
のステップ5P21においては、RAM13内に格納さ
れている値’I1.Ytと、定数N、S、と、予め設定
されている正規化されるべき設定ゲインA。を前述した
(14)式に代入して、距離X!における出力補正値Y
t−を算出する。
次に、ステップ5P22において、値yとy。
をLCD表示装置15に表示し、また、演奏者によって
LCD表示装置I5に表示されている値yがy、に一致
するように操作部16のゲイン調整用スイッチが操作さ
れると、この操作に応じて、可変利得増幅回路4に対す
るゲイン設定電圧Vgを変化させる。その後、ステップ
5P23において、操作部16のゲイン調整完了を指示
するスイッチが操作されたことが判断されるまで、上述
したステップ5P20〜23に示す処理を繰り返し実行
する。
上述した一実施例によれば、テストモード時の処理によ
って、88鍵全てに対して各々1個ずつ配設されている
反射型フォト・インタラプタ1のゲインAを自動的に調
整することができ、これによりゲイン調整作業の効率向
上を図ることができる。また、反射型フォト・インタラ
プタ1と、ゲイン設定手段としての可変利得増幅回路4
やマイクロコンピュータ10とから成る簡単な構成で、
鍵73の変位を連続的に検出することができ、さらに、
鍵73の変位基準位置が不明な場合でも、相対的移動量
であるストロークが判明すれば、各反射型フォト・イン
タラプタl固有のゲインを補正することができ、鍵73
の変位を正確に検出することができる。
〔第2実施例〕 第12図はこの発明の第2実施例の構成を示すブロック
図である。この図において、30は、入力端にA/Dコ
ンバータを有し、出力端にD/Aコンバータを有するD
SP(ディジタル・ングナル・プロセッサ)であり、実
時間ディジタル演算処理が可能なストアト・プログラム
型のプロセッサによって構成されている。そして、この
DSP30が、前述した可変利得増幅回路4(第1図)
によるゲイン調整処理と、線形化回路6によるリニアラ
イズ処理をディジタル演算によって実行するようになっ
ている。
なお、上述した実施例においては、自動ピアノの鍵変位
センサとして設けられた反射型フォト・インタラプタl
のゲインを調整する場合を例に説明したが、例えば、ハ
ンマーセンサやダンパーセンサ等のゲインを調整する場
合にも勿論適用することができる。
「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、操作子の所定
移動範囲の両端において検出手段から出力される一対の
検出信号および所定移動範囲に基づいて、検出手段の検
出変位に対する検出信号の実利得が算出され、この実利
得が、予め設定された設定利得となるように検出手段の
利得が補正されるようにしたので、検出手段の利得が自
動的に設定利得に調整され、この結果、生産性および信
頼性を著しく向上させることができるという効果が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の第1実施例の構成を示すブロック図
、第2図は同実施例の反射型フォト・インタラプタlの
配置を示す側面図、第3図は同実施例の反射型フォト・
インタラプタ1の出力特性を示す特性図、第4図は同実
施例の鍵73のストロークを説明するための図、第5図
は同実施例の線形化回路6の一構成例を示す回路図、第
6図および第7図は同線形化回路6の動作原理を説明す
るための図、第8図は同線形化回路6の出力特性図、第
9図は同線形化回路6の誤差特性図、第1O図および第
11図はこの発明の第1実施例の動作を説明するための
フローチャート、第12図はこの発明の第2実施例の構
成を示すブロック図、第13図は従来の自動ピアノの構
成を示すブロック図である。 l・・・・・・反射型フォト・インタラプタ、3・−・
・・・A/Dコンバータ、 4・・・・・・可変利得増幅回路(VCA)、5・・・
・・D/Aコンバータ・ 6・・・・・・線形化回路、 10・・・・・・マイクロコンピュータ、73・・・・
・・鍵。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 楽器の操作子の変位を、該操作子からの反射光に基づい
    て検出し、該変位に対応した検出信号を出力する検出手
    段と、 前記操作子の所定移動範囲の両端において前記検出手段
    から出力される一対の検出信号および前記所定移動範囲
    に基づいて、前記検出手段の検出変位に対する検出信号
    の実利得を算出する演算手段と、 前記演算手段によって算出された実利得が、予め設定さ
    れた設定利得となるように前記検出手段の利得を補正す
    る利得補正手段と、 を具備することを特徴とする楽器の操作子変位検出装置
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