JPH09500455A - 電子機械ピアノ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は各ハンマ（２）を操作する手段として、相当するハンマを直接に操作するコンピュータによって制御される第１の電子モータ／センサエレメント（３１）を含むピアノに関する。キーボードの各キーが処理システム（３４）に結合された第２のフラットなモジュールモータ／センサエレメント（４０）によって形成され、出力信号は前記処理システムを介して、少なくとも１つの第１のモータ／センサエレメント（３１）の動きを示す。

Description

【発明の詳細な説明】 電子機械ピアノ （発明の技術分野） 本発明はピアノに関する。 従来のピアノはハンマによって叩かれる弦楽線、キーボード、ハンマをキーボ ードの各キーと機械的に連結するためのシステムから構成されている。この機械 的な連結システムはピアノの主構成の１つであり、かつ主なる研究及び改良の目 的であり、特にいわゆる１つ及び二重の漏れシステムを有する場合がある。 （従来の技術） 図１はハンマにキーを連結するためのシステムを示す。ハッチングされた部分 によって表されるピアノのフレームに固定された弦楽線１はハンマ２によって叩 かれることができ、音を止めるときダンパ３によって音は消される。通常フェル トでコーティングされるハンマヘッドは軸６にハンドル４を介して連結されてい る。キー１０は軸１１について調音され、バネＲによって引っ張られている振り 下ろしレバー(throw lever)１３を介して弦楽線に向かってハンマを振り下ろす ために適応される。初期操作後カムシステム１４，１５は振り下ろすレバーの端 がハンマのハンドル上を押し、振り下ろすレバーの端が部分１５から「漏れ」を 生じるように 振り下ろしレバー１３を容易とする。そして、キーの上の初期衝撃はキーのゆっ くりな動きは影響を有しないように弦楽線を叩くようにハンマを振り下ろす。ハ ンマが跳ね上がることを防ぐために、いわゆる止め具１７はハンマの返りをなく すために設けられる。ダンパ３のロッド１９は押された時キーによって押されて ダンパ３は弦楽線から遠ざかり、キーがリリースされると慣性力によって元の位 置に戻る。 図１及び前述の説明は大変簡潔であり、キー−ハンマの機械的な結合がピアノ での複合なメカニズムであるように注意するようにのみ付与される。このメカニ ズムは製造するために精密であり、摩擦され又は壊れる。ピアノのメカニズムの 調律、取り換え及び補償は難しく、かつまれに資格を持つ専門家を必要とする。 更に、電子ピアノが、弦楽線は発振器及び叩かれ又ははじかれる弦楽線の音を 再現するラウンドスピーカを含む電子システムに取り換えられる。実際に、叩く 弦楽線のトーンを正確に再現できるのでデジタルピアノ、シンセサイザ及び電子 オルガンを含むこれらの電子楽器は、従来のピアノと異なる楽器である。それら は新しい音楽的な可能性を提供する。 ニューマチックシステム又は機械的ニューマチックシステムはキーボードなし のピアノのハンマが穴を介しての楽器の中に通す空気の流れによって進まされる ことが周知である。これらのシステムは通常相対的に原始的であり、かつ記録モ ードは従来のピアノをもっての演奏として質的に同じである音楽の創作を実現さ れない。 キーとハンマとの間の機械的な結合システムを持っての従来のピアノのキーボ ード演奏と同じ電子ピアノのキーボードの演奏を伝えるために、「モジュラーリ トロアクティブキーボード及びフラットモジュラーアクチュエータ」クラウドキ ャドー氏等の米国特許第５，１０７，２６２号にはコンピュータに結合されたモ ータ及びセンサ構成を有するモジュラーエレメントによって形成されるキーボー ドを開示し、各構成は従来のピアノ又は他のキーボードの楽器のキーの動きをシ ミュレーションできる。これらのモジュールによって発する信号は多種の方法で 符号化され、従来のように制御する電子ピアノ又はシンセサイザ又は記憶装置に おけるコンピュータに供給される。 リトロアクティブシミュレーションの現れ及び楽器システムに適応される符号 化モードは例えばＶｏｌ．８，Ｎｏ．３，１９８４年，ｐｐ．６０−７３，シー キャドウ氏他による「敏感な入力システムと楽器メカニズムのサウンド合成シ ミュレーション」に開示されている。そのコードシステムは国際コンピュータミ ュージック連盟、１９８６年、ジェー．エル．フローレン氏他「ミュージック合 成とアニメの画像合成のためのコンピュータを最大限に活用する実時間のシミュ レーション」とコンピュータミュージックジャーナルＶｏｌ．１７，Ｎｏ．１， １９９３年，ｐｐ１９−２９，シー キャドウ氏他による「コード−アニメ、サ ウンドと画像の合成のモデリングとシミュレーション−ジェネラルフォーメーシ ョン」に開示されている。 更に、前述の方法である米国特許にはキーボードがアクチュエータ構成するこ とができるのでモータとセンサエレメントが駆動することが開示されている。こ の場合、キーの信号に関する反作用制御信号を処理するプロセッサはキーによっ て通常供給される信号の画像である信号によって制御される。 （発明の概要） 本発明の目的は弦楽線を叩くように改造された簡単なシステムを有し、従来の ピアノと同じ音響発生構成（叩かれる弦楽線）を有するピアノを提供することで ある。 本発明の他の目的はハンマとキーを結合するメカニズムが簡単である、従来の ピアノのキーボードと同様にキーボードを使用する者にとって同じ方法で操作す るキーボードを有するそのようなピアノを提供することである。 本発明の更なる他の目的は、提供する音を変化し、又はピアニストの演奏を記 録及び変化する付加的な可能性を提供する、従来のピアノと同様であるピアノを 提供することである。 これらの目的を達成するために、本発明は各ハンマを操作する手段として、相 当するハンマを直接に操作するコンピュータによって制御される第１の電子モー タ／センサエレメントを含むピアノを提供する。 本発明の実施例として、このピアノの各キーが処理システムに結合された第２ のフラットなモジュールモータ／センサエレメントによって形成され、出力信号 は処理システムを介 して、少なくとも１つの第１のモータ／センサエレメントの動きを示す。 本発明の実施例によれば、実行されるキーを各時間で生じられる信号のシーケ ンスを記憶する手段を含む。 本発明の実施例によれば、各第１及び第２のモータ／センサエレメントは位置 センサとアナログ−デジタル変換器を含む出力リンク、及びデジタル−アナログ 変換器及び増幅器を含む入力リンクを介してプロセッサの信号バスに接続される 。 本発明によれば、プロセッサはサンプリングクロックで関係づけられ、各クロ ックパルスで各アナログ−デジタル変換器の位置情報を考慮され、各シーケンス クロックパルスで各デジタル−アナログ変換器に反動情報を供給する。 本発明の目的、構成、見地及び効果は図面と本発明の詳細な説明から示される 。 （図面の説明） 図１は従来のピアノでのハンマにキーを結合するためのメカニズムを示す図で ある。 図２は本発明のハンマにキーを結合するためのシステムを示す図である。 図３は本発明のハンマにキーを結合するためのシステムの実施例を示す図であ る。 （実施例） 以下の説明は、ヨーロッパ特許第３６５，４４１号及び米国特許第５，１０７ ，２６２号の両方の特許請求の範囲の記 載であって、周知の出願の仏国出願第８８／１４０６４号の記載に基づくもので ある。 図２はピアノのフレームに固定された弦楽線１を含む本発明に係るシステムを 示す。これらの２つの構成は従来のピアノに関して改良されない。従来の例とし て、弦楽線はハンマ２のヘッドによって叩くことができ、ダンパ３によって消さ れる。しかしながら、本発明によれば、ハンマ及びダンパはマイクロコントロー ラ又はコンピュータ３４によって制御されるモータ−センサのエレメント３１の シャフトのヘッド３０上に設けられる。第１のリンク３５はコンピュータ３４に よって伝送される制御信号をモータ３１に供給し、第２のリンク３６は弦楽線１ を叩く各時間で動くハンマの動きや位置をモータ−センサのエレメントのセンサ によってピックアップされた情報をコンピュータ３４に戻す。 フラットモジュールアクチュエータの実施例は前述の発明で開示されたモータ センサエレメント３１として使用することができる。弦楽線との間の通常の距離 は本質的にキーボードのキーとの間の距離であり、キーボードの大きさに従うフ ラットモジュールアクチュエータが本発明によればモータセンサエレメントの構 成に適応される。 任意に前もって格納されたプログラムによって動作される多種のモータ３１を 制御するコンピュータ３４はソフトウェアによって生じる。等業者は変化する前 述の説明での所定の機能を得るためにコンピュータをプログラミングするための 通常の情報をより精確にする。 また、本発明に係るピアノは従来のピアノと同じ機能を保証するために設計さ れる。このために、従来のピアノのキーボードはモータとセンサエレメント４０ によって構成されるキーボードに置き換えられ、各々は双方向リンク４１、４２ を介してコンピュータ３４に接続される。 図３はハンマモータ−センサエレメント３１をもってキーモータセンサエレメ ント４０をリンクするためのシステムの電子構成を示す図である。各モータ−セ ンサエレメント４０をもってキーの動きを示す値をアナログ−デジタル変換器５ １に供給する電子センサ回路５０に関係づけられる。キーモータ−センサエレメ ント４０はデジタル−アナログ変換器５３及び増幅器５４を介して信号バス５６ から受信し、モータ−センサエレメント３１に増幅器６１を介して供給する。モ ータ−センサエレメント３１の全ての動きはアナログ−デジタル変換器６４を介 して信号バス５６に位置情報を供給する電子回路６３によって処理される。 処理システムは入力／出力ポート６８を介して通信ネットワークに接続されて いる操作プロセッサ６６に関連づけられる前述のプロセッサ５８を含み、かつ大 容量記憶メモリ６９及び制御ボード７０に関係づけられる。プロセッサのグルー プは１つまたはそれ以上のモータ−センサエレメント４０、３１のグループに関 係づけられるように各々供給される。プロセッサのグループは全キーボード及び ハンマモータ−センサエレメントのグループを制御するために１つの操作プロセ ッサに関係づけられる。次のように明らかに１つのプロセッ サ５８及び１つの信号バス５６の場合は考慮に入れる。好ましくは、操作プロセ ッサ６６は例えば処理モードの選択、パラメータの調整、キーとハンマとの間の リンクの外形、プロセッサ５８の動作モードを制御する操作マイクロプロセッサ である。好ましくは、操作プロセッサ６６に関係づけられる大容量記憶メモリ６ ９がプロセッサ５８によって使用され得る全てのプログラムを含む。また、プロ セッサ５８はシンセサイザを制御するために示される信号を標準なＭＩＤＩ（楽 器デジタルインターフェイス）に供給し、またはそれどころかハンマモータ−セ ンサエレメントを直接に動作するためにＭＩＤＩ符号を受信する。 好ましい実施例において、アナログ−デジタル変換器５１、６４によって供給 されるキーとハンマの位置は固定の速度で１ＫＨｚでサンプリングされ、プロセ ッサはモータセンサエレメント４０、３１に供給するために反動力を供給される 速度でこれらのサンプルから算出する。これらの反動値は各次のサンプリング期 間でのデジタル−アナログ変換器５３、６０に供給される。 位置検出に関して各モータ−センサエレメントに供給するために反動力を算出 するために、図１に示されるような、ピアノの簡単な表記に基づくモデルが使用 される。このモデルはハンマの動きをキーの動きに関係づける２つのシネマチェ ーンを含む。これらのシネマチェーンは次から構成する。 ・振り下ろしレベル１３は漏れの閾値を越えて位置キーの残り位置からハンマ の加速度中作用し、振り下ろすハンマの 影響は部分１４によって現れ、キーが跳ね返しバネＲの作用の元で残り位置に帰 るときに元に戻される。 ・ハンマ止め具は高い内部影響と共にキーとハンマとの間の硬いリンクを構成 し、硬いリンクに加え、配置されたフレームと共に内部摩擦を生じる。このリン クは衝撃後にハンマの動きの止めるを実現する。ハンマにキーのこの第２のリン クをシネマ比率は振り下ろしレベルによって確立された比率と異なる。 残りの位置にキーとハンマの返りは重力である。 このモデルによって示されたメカニズムの分解は構成の２つのタイプ、いわゆ る材料エレメントとリンクエレメントから構成する。 ・その材料エレメントは固定され、または動く部分は慣性力を有する。これら のエレメントは受ける力及び処理する位置によってシミュレーションされる。 ・リンクエレメントは材料エレメントに結合する力を決定する。それらは処理 の受信位置及び処理の力によってシミュレーションされる。 考慮されたモデルにおいて、材料エレメントはキー、ハンマ、そして固定され たフレームである。リンクエレメントはハンマにキーを結合するための２つのシ ネマチェーンであり、振り下ろしレベル１３のチェーンおよびハンマ止め具１７ のチェーン、フレームに後者を結合するハンマの残りのストップのリンク、フレ ームにハンマと、フレームにキーをリンクする反動力タイプのリンクは前述の方 法のように多大な 力に相当するリンクである。 １．振り下ろしレベル１３を介してのリンク このリンクは各サンプリングステップで変わる剛性Ｋ及び粘性Ｚのパラメータ である粘弾性リンクによって表される。よって、処理は２つの部分からなる。 ａ）次の式によって定義される力の算出のための粘弾性部分 ハンマに対する力 Fm(n+1)=K(n)^*[Xm(n)-R^*Xt(n)-L]+ Z(n)^*[Xm(n)-Xm(n-1)-R^*Xt(n)+R^*Xt(n-1)] n-1,n,n+1は３つの有効なサンプル期間である。 F(n)はサンプリング期間ｎの間のハンマに供給される力である。 X(n)は時間ｎでのハンマの位置である。 R、Lは一定値である。 キーに対する力(Ft) Ft(n+1)=-R^*Fm(n+1) ｂ）パラメータＫ（ｎ）とＺ（ｎ）の制御部分 それは入力がハンマ位置Ｘｍとキー位置ｘｔである、２つの状態の状態マシン である。このマシンの２つの状態はいわゆる「フリー」状態と「結合」状態であ る図１の振り下ろしレベル１３の２つの状態に相当する。 ＫとＺにおける相当する値に対する伝送表は次のとおりであり、Ｓｔｅは調整 された固定パラメータ、漏れ閾値を検出する。 パラメータＬとＢは例えば弱音ペダルの操作に相当する操作パラメータに関し て変わり、所定のキーボードの演奏における叩く速度を改善する。 ２．ハンマ止め具１７を介するリンク このリンクはキーとハンマ（剛性Ｋ、粘性Ｚ）の間の粘弾性のリンクに、かつ ハンマとフレームの粘弾性リンク（粘性Ｚｓ）に類似される。 その前に相当するパラメータは各ステップで変わり、キーとハンマの位置によ って制御される。 ａ）粘弾性部分 ハンマに対する力 Fm(n+1)=K(n)^*[Xm(n)-R^*Xt(n)-L]+ Z(n)^*[Xm(n)-Xm(n-1)-R^*Xt(n)+R^*Xt(n-1)]+ Zs(n)^*[Xm(n)-Xm(n-1)] キーに対する力 Ft(n+1)=-R^*Fm(n+1) ｂ）パラメータの制御部分 リンクは２つの状態、いわゆるフリー状態及びリンクの状態を有する。しかし ながら、振り下ろしレベルのリンクに反して、状態は記憶されず、キーとハンマ の相対的な位置の変数として各サンプリングステップで検出される。次の表はパ ラメータにおけるこの制御ユニットを特徴とする。 ３．ハンマの残ストップをシミュレーションするリンク ハンマとフレームの間の粘弾性タイプのこのリンク、パラメータの制御はメモ リなしで状態マシンによって前もって実行される。 ａ）粘弾性部分 ハンマに対する力 Fm(n+1)=K(n)^*[Xm(n)-L] Z(n)^*[Xm(n)-Xm(n-1)] ｂ）パラメータの制御部分 ４．多大なるシミュレーションのリンク これらはハンマとキーに供給される付加的な一定力を有する。 そして、力の多種のエレメントの合計が実行される。前述のモデルに相当する 算出はマイクロプロセッサ５８をプログラミングによって簡単に実行される。 本発明に係るピアノを演奏する演奏者における効果は従来のピアノとして同じ 的確な特徴を有するが、ハンマにキーを結合するための複合システムはすべての 調整がソフトウェアを作ることができる電子メカニズムと電子システムで置き換 えられる。 もちろん、本発明に係るシステムが従来のピアノとして使用され得るが複雑な 機能を確実にするために使用され得、いくつかの機能はシンセサイザですでに達 成できる。例えばプログラミングが可能となる。 ・選択するキーは、同時にまたは短時間遅れで１つのキーを操作することによっ て複雑な曲を創作するために、１つのハンマを制御することに代わってハンマの グループを選択的に制御する。 ・特別な演奏者を考慮に入れて行う方法でピアニストの演 奏を再現するためにキーボード４０によって供給される信号を記憶する。 ・電子処理によって改善される音楽の一部をプレーバックするために記録モー ドを使用する。 ・例えば、キーの所定の叩くために演奏とキーの所定の叩くことを変えまたは 変化し、弦楽線をハンマの叩くことを改良する。 ・手当たり次第に演奏を改良し、またはそのような方法でハープ、クラビコー ド、オルガン、チェレスタ、ハーモニカのような構成の他のキーボードに相当す る。 ・キーボードの信号を使用することによる伴奏のシンセサイザを同時に実行さ れる。 ・弦楽線が叩かれる後ダンパがコンピュータによって定まる期間後サイド提供 される。 等業者であれば多種の改良例は前述の好ましい実施例に対して創作することが できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ルチアーニ アニー フランス国，38134 サン―ジョゼフ―ラ ―リヴィエール （番地なし)

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．各ハンマ（２）を操作する手段として、相当するハンマを直接に操作する コンピュータによって制御される第１の電子モータ／センサエレメント（３１） を含むことを特徴とするピアノ。 ２．キーボードの各キーが処理システム（３４）に結合された第２のフラット なモジュールモータ／センサエレメント（４０）によって形成され、出力信号は 前記処理システムを介して、少なくとも１つの第１のモータ／センサエレメント （３１）の動きを示す請求項１記載のピアノ。 ３．キーが実行される各時間で生じる信号のシーケンスを記憶する手段を含む 請求項２記載のピアノ。 ４．各第１及び第２のモータ／センサエレメントは位置センサ（５０，６３） とアナログ−デジタル変換器（５１，６４）を含む出力リンク、及びデジタル− アナログ変換器（５３，６０）及び増幅器（５４，６１）を含む入力リンクを介 してプロセッサ（５８）の信号バス（５６）に接続される請求項２記載のピアノ 。 ５．プロセッサ（５８）はサンプリングクロックで関係づけられ、各クロック パルスで各アナログ−デジタル変換器の位置情報を考慮され、各シーケンスクロ ックパルスで各デジタル−アナログ変換器に反動情報を供給する請求項４記載の ピアノ。