JPH0753117Y2 - 電子鍵盤楽器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （ａ） 産業上の利用分野 この考案は、電子ピアノや鍵盤型シンセサイザ等の電子
鍵盤楽器に関し、特にその鍵盤操作に対する発生楽音の
表現力の向上に関する。

（ｂ） 考案の背景 音楽の演奏は、単に発生する楽音が楽譜の指示どおりの
音高になっていればよいものではなく、一音毎の音色は
もとより微妙なレベル（音量），ピッチ（音程）のゆら
ぎや消えてゆく楽音の余韻の処理等、楽音の細部まで気
をつかって初めて美しい演奏が可能になる。したがっ
て、楽器は演奏者のこのような意図を受け付けてそれを
反映した楽音を発生するものでなければならない。

（ｃ） 従来の技術 現在、電子ピアノや鍵盤型シンセサイザに代表される電
子鍵盤楽器が広く実用化されている。この種の電子鍵盤
楽器の鍵盤には一般的に各キー毎にオン／オフを検出す
るスイッチと、打鍵強度（イニシャル強度）を検出する
センサが設けられている。オンされたキーを検出するこ
とにより、音高を決定し、イニシャル強度を検出するこ
とにより、発音レベルやレベル変位特性（エンベロー
プ）等を決定するようにしている。また、一部の電子鍵
盤楽器においては、キーオン中の押圧強度（アフタータ
ッチ）を検出してレベルやビブラート等の効果を制御す
るようにしているものもある（特開昭62-187393号公報
参照）。

また、一部の電子鍵盤楽器には付加的な演奏用操作子と
してペダルやホイール（特公昭61-47433号公報第11図参
照）を有するものもある。このペダルやホイールにはビ
ブラート等の効果やピッチ変位等の制御機能を割り当て
ることができる。なおホイールは一般的に左手で操作さ
れる。

（ｄ） 考案が解決しようとする課題 このように、従来の鍵盤ではキーのオン／オフ，キーオ
ン時のイニシャル強度，キーオン中のアフタータッチを
検出して楽音に反映することができるが、キーオン直前
やキーオフ時の指と鍵盤との接触状態を検出することが
できなかった。

ところで、キーボード奏者による実際の演奏において
は、キーオン前，キーオフ後の指の動きが自然にアタッ
ク（楽音の立ち上がり）やリリース（余韻）を表現して
いる場合が多く、このような指の動きを楽音に反映させ
れば表現豊かな楽音を生成することができる。しかしな
がら、従来の鍵盤ではキーのオン／オフ，キーオン時の
イニシャル強度，キーオン中のアフタータッチを検出し
て楽音に反映することができるが、キーオン直前やキー
オフ直後の指と鍵盤との接触状態を検出することができ
なかった。

また、実際のピアノ（アコースティックピアノ）におい
て、キーを叩いたときの音色は単に打鍵強度や打鍵速度
のみで決定されるものではなく、その叩き方やキーから
の指の離し方によって微妙に変化する。たとえば、指を
キーの上に置いた状態から打鍵するのと、キーの上方か
ら指を落として打鍵するのとでは同じ打鍵強度でも音色
（特に音の太さ）が異なる。また、オンしていたキーを
静かにオフするのと撥ね上げるようにオフするのとでは
余韻が異なる。このことは音響学的には十分に解明され
ていないが、実際の演奏により経験的に事実が証明され
ている。しかし従来の電子鍵盤楽器ではこのようなアコ
ースティックピアノの特性を再現することができなかっ
た。

また、ペダルやホイールは楽音の１音１音に対して微妙
な表情を付ける操作子ではなく、そのとき発音されてい
る全ての楽音のレベルやビブラート等をトータルに制御
するための操作子である。さらにホイールは鍵盤操作と
は別に手で操作しなければならないため、その分鍵盤に
よる表現が不十分になる欠点があった。このため、従来
の鍵盤のみでは、１音１音に対する表現が十分でなく、
ペダルやホイールを使用してもその表現力が十分に向上
しない欠点があった。

この考案は、キーオンされる指の形状を読み取って楽音
を制御することにより上記課題を解決した電子鍵盤楽器
を提供することを目的とする。

（ｅ） 課題を解決するための手段 この考案は、鍵盤近傍に、鍵盤のキーに接触する指を撮
像する撮像手段を設けこの撮像手段が撮像した指の像の
形状に基づいて楽音を制御する楽音制御手段を設けたこ
とを特徴とする。

（ｆ） 考案の作用 この考案の電子鍵盤楽器ではキーを押下する指をカメラ
等の撮像手段によって撮像しその指の形状に基づいて楽
音を制御する。たとえば指を立てた状態でキーオンされ
たときには固い音（アタックが鋭く高次倍音が多く含ま
れている音）を発音し、指を寝かせた状態でキーオンさ
れたときには柔らかい音（アタックが鈍く基本波の比率
の高い音）を発音する等の制御を行う。またキーオン前
後の指の動きを検出することもでき、これに基づいて楽
音を制御することも可能である。なお撮像手段で撮像し
た指の形状の認識は従来より種々提案されているパター
ン認識の手法を用いればよい。また、鍵盤等の背景から
指の形状のみを明瞭に取り出すためには、撮像手段とし
て赤外線カメラ等を使用すればよい。

（ｇ） 実施例 第２図はこの考案の実施例である電子鍵盤楽器のブロッ
ク図である。鍵盤１は４〜５オクターブ程度の音域を有
し、音源回路15にはそれぞれ独立して発音可能なチャン
ネルが８個設けられている。楽器外面部には鍵盤１のほ
か音色選択スイッチを含むスイッチ群2,スピーカ等のサ
ウンドシステム４が設けられている。楽器の動作はCPU1
0によって制御され、メモリや各動作部はバス11を介し
てCPUに接続されている。バス11にはタッチ強度検出回
路12,キーオン検出回路13,スイッチインターフェイス1
4,音源回路15,指形状認識回路16,ROM17,RAM18,タイマ19
が接続されている。タッチ強度検出回路12,キーオン検
出回路13は鍵盤１のキーのオン／オフやタッチ強度（イ
ニシャル強度，アフタータッチ強度）を検出する。また
指形状認識回路16は鍵盤後方の壁面に設けられているカ
メラ25により鍵盤上の指の像を撮像する。スイッチイン
ターフェイス14はスイッチ群２の各スイッチのオン／オ
フを検出する。音源回路15には独立した８チャンネルの
音源が設けられておりCPU10から受け取った波形信号等
に基づいて同時に８音まで発音することができる。

第１図にこの電子鍵盤楽器の鍵盤付近の正面図を示す。
鍵盤１を構成する白鍵30および黒鍵31の後方の壁面には
開口33が設けられており、この開口部にはカメラ25が設
けられている。一台のカメラはほぼ二分の一オクターブ
の範囲の撮像を担当するため、カメラ25および開口部33
は二分の一オクターブ（黒鍵のない部分）ごとに設けら
れている。

第３図に前記指形状検出回路16のブロック図を示す。カ
メラ25はほぼ1/2オクターブにつき１台づつ設けられて
おりそれぞれのカメラにはA/D変換回路26が接続されて
いる。A/D変換回路26には切換回路126が接続されてい
る。切換回路126には第一，第二のVRAM27,127が接続さ
れている。切換回路126はA/D変換回路から入力される画
像データをVRAM27,VRAM127に１画面づつ交互に記憶して
ゆく回路である。これによりカメラ25が撮影した像はA/
D変換回路26によってデジィタル画像データに変換されV
RAM27またはVRAM127に記憶される。ディジタル画像デー
タとは画素に分解され２値化されたビットマップの画像
データである。複数のカメラ25それぞれに対応するVRAM
27,127は画像処理部28に接続されている。画像処理部28
はバス11を介して受信したCPU10の指示（この指示には
読み取るべきキーナンバが含まれている。）に基づいて
所定のVRAM27またはVRAM127をアクセスする。アクセス
するVRAMの選択および読出アドレスの決定は指示された
キーナンバに基づいて決定する。画像処理部28はVRAM27
またはVRAM127から読み出したデータに基づいて指の動
きを分析し、分析結果をコード化してバス11に出力す
る。指の形状や動きの分析は周知の画像認識アルゴリズ
ムに基づいて行われる。

第４図にカメラ25が撮像した鍵盤１の像および画像処理
部28が設定するウィンドの例を示す。鍵盤は図示のよう
に撮像され、このうちキーオンする指が接触する位置付
近にウィンド35g〜35e（添字のアルファベットはキーに
指定されている音名を示す。）が設定される。すなわ
ち、このカメラではＧ音〜Ｅ音までの指の画像を撮像す
ることができる。なお、同図には図面を簡略化するため
白鍵のウィンドのみ図示しているが、国権のウィンド
（35gis,35b,35cis,35dis）も設定されている。上述し
たようにVRAM27およびVRAM127にはこの画像がビットマ
ップ化されて記憶されており、画像処理部28はこのウィ
ンドに対応するアドレスを各々のVRAMにおいて指定する
ことで特定の鍵盤に接触している指の前後２タイミング
にわたる像を読み出すことができる。

第５図は前記CPU10の動作を示すフローチャートであ
る。同図（Ａ）はメインルーチンである。この電子鍵盤
楽器の電源がオンされるとレジスタのリセット等のイニ
シャル処理が実行され（n1）、この電子鍵盤楽器が演奏
可能となる。こののち音色スイッチ処理動作（n2）およ
びキー処理動作（n3）を繰り返し実行する。

同図（Ｂ）は音色スイッチ処理動作を示すフローチャー
トである。スイッチ群２に含まれる音色スイッチが押下
されるとこの動作が実行される。押下された音色スイッ
チに対応する音色データをROM17の音色データ記憶エリ
アから読み出し（n5）、このデータを音源回路15に対し
て即座に送信可能なレジスタに格納して（n6）、リター
ンする。

同図（Ｃ）はキーオンイベント処理ルーチンである。い
づれかのキーがオンされるとこの動作が実行される。ま
ずオンされたキーのキーナンバを読み取るとともに（n1
0）、イニシャルタッチ強度をタッチ強度検出回路12か
ら読み取り（n11）、指形状を指形状認識回路16から読
み取る（n12）。前述したキーナンバに基づきVRAM27お
よびVRAM127より対応した鍵盤に接触している指の前後
２タイミングにわたる像を読み出し、読み出された像か
ら指の動きを検出する（n13）。検出された指の動きに
基づいて音色パラメータを決定する（n14）。さらに、
他のパラメータ設定等の処理を行ったのち（n15）、こ
れらの発音データを音源回路15に送信して発音する（n1
6）。こののちリターンする。ここで音色パラメータと
はアタックやリリースのエンベロープ波形や倍音構成比
率等を決定するパラメータであり、これを増減すること
によって音色のニュアンス（いわゆる表情）を変化させ
ることができるものである。これを指の形状（たとえば
立っているか寝ているか）によって変化をさせることに
よって打鍵の仕方で音色を変えることができ、従来にな
い表現を可能にすることもでき、また、アコースティッ
クピアノのキータッチ感触に似せることもできる。

同図（Ｄ）はキーオフイベント処理ルーチンである。キ
ーオフされるとそのキーのキーナンバを読み取り（n2
0）、前述のキーオン時と同様に指の動き（鍵からの指
の離れかた）を検出する（n21）。検出された指の動き
に基づいて消音態様（リリース）を決定し（n22）、音
源回路15に対してこのキーの楽音の消音態様を含む消音
データを送信する（n23）。つぎにレジスタのクリア等
の処理を行って（n24）リターンする。

以上のようにこの実施例ではキーオン・キーオフ直前の
指の形状を２タイミングにわたって記憶しておき、打鍵
・離鍵の仕方（指の使い方）によって音色を変化させた
が、これに限らず、より多くの時刻での指を含む映像を
撮像して加速度等や動きの変化等のより複雑な指の動き
を検出し、これに対応した音色，音量等の制御をするよ
うにしてもよい。

（ｈ） 考案の効果 以上のようにこの考案の電子鍵盤楽器によれば、キーオ
ン中またはキー前後の指の形状を撮像手段によって撮像
してその形状に基づいて楽音を制御することができるた
め、キーオン時およびキーオン中の強さのみに基づく従
来の楽音制御に比べて微妙な制御が可能になり表情豊か
な楽音を生成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例である電子鍵盤楽器の鍵盤付
近の一部正面図、第２図は同電子鍵盤楽器の制御部のブ
ロック図、第３図は同制御部の指形状認識回路のブロッ
ク図、第４図は同電子鍵盤楽器のカメラが撮像した鍵盤
の画像を示す図、第５図（Ａ）〜（Ｄ）は同制御部の動
作を示すフローチャートである。 16……指形状認識回路、25……カメラ、26……A/D変換
回路、27,127……VRAM、28……画像処理部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】鍵盤近傍に、鍵盤のキーに接触する指を撮
   像する撮像手段を設け、この撮像手段が撮像した指の像
   の形状に基づいて楽音を制御する楽音制御手段を設けた
   ことを特徴とする電子鍵盤楽器。