JPH10177378A

JPH10177378A - 鍵盤用力覚制御装置、鍵盤用力覚制御方法および記憶媒体

Info

Publication number: JPH10177378A
Application number: JP9270094A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Muramatsu; 繁村松
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1996-10-18
Filing date: 1997-10-02
Publication date: 1998-06-30
Anticipated expiration: 2017-10-02
Also published as: US6121535A; US5922983A; JP3772491B2

Abstract

(57)【要約】【課題】アコースティックピアノの鍵がもつ複雑な力覚
をも忠実に再現する。【解決手段】鍵２が操作されると、その位置、速度、
加速度に応じた反力が力覚付与テーブル３０〜３３から
出力され、これらが合成されて合成信号Ｓｕｍとなる。
そして、合成信号Ｓｕｍと位置を示す信号Ｓｐに応じた
ＰＷＭ指令値がＰＷＭ指令値発生回路４０から出力さ
れ、これに応じた駆動電流が電流フィードバック回路５
１を介して出力される。この結果、ドライブアクチェー
タ４が駆動され、指３に対して反力を与える。この場
合、各力覚付与テーブル３０〜３３は、２つのパラメー
タを用いて反力を決めているため、単純に一変数だけに
基づいて反力を決めるテーブルに比べて、複雑な反力特
性にも対応でき、実際のピアノに近いものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、電子音
源を用いたピアノにおいて、良好なタッチ感を鍵に付与
することができる鍵盤用力覚制御装置、鍵盤用力覚制御
方法および鍵盤用力覚制御をコンピュータに実行させる
プログラムを記憶した記憶媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子音源を用いた電子ピアノにおいて
は、鍵はバネ等によって一方向に付勢されおり、所定の
反力（タッチ感）を発生するようになっている。しかし
ながら、バネ等による単純な反力では、アコースティッ
クピアノのような鍵タッチを得ることはできず、演奏感
触が機械的になり、微妙な演奏がし難いという問題があ
った。そこで、ソレノイド等を用いて鍵に反力を与える
装置が種々開発されている。この種の従来装置において
は、鍵に変動する反力を与え、これによって、アコース
ティックピアノのような演奏感覚を生じさせるようにし
ている（例えば、特公平７−１１１６３１号公報、特開
平５−１１７６５号公報など）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来装置に
おいては、単純な物理方程式を用いて鍵の押下位置に対
応した反力を求めているので、実際のアコースティック
ピアノのような力覚を付与することはできなかった。な
ぜなら、実際のピアノアクションでは、不連続な負荷変
動反力を持ち、かつ、ハンマーアクションのたわみや、
ハンマーアクションとハンマーとの間の衝突、かみこみ
（ハンマーバックチェック等）などの複雑な現象が生じ
ているため、単運な運動方程式では鍵の反力は再現でき
ないからである。

【０００４】この発明は、上述した事情に鑑みてなされ
たもので、アコースティックピアノの鍵がもつ複雑な力
覚をも再現することができる鍵盤用力覚制御装置、鍵盤
用力覚制御方法、および鍵盤用力覚制御をコンピュータ
に実行させるプログラムを記憶した記憶媒体を提供する
ことを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の鍵盤用力覚制御装置においては、
鍵の運動に関する物理量を検出する鍵挙動検出手段と、
前記鍵挙動検出手段が検出した物理量に基づいて押鍵行
程か離鍵行程かを判定し、この判定結果と当該物理量に
応じて力覚制御値を出力する力覚特性付与手段と、前記
鍵に力を付与する力覚付与手段と、前記力覚特性付与手
段が出力した力覚制御値に基づいて前記力覚付与手段の
付与力を制御する制御手段とを具備することを特徴とす
る。また、請求項２に記載の鍵盤用力覚制御装置におい
ては、鍵の運動に関する物理量を検出する鍵挙動検出手
段と、前記鍵挙動検出手段が検出した物理量および当該
物理量の変化時間に基づいて力覚制御値を出力する力覚
特性付与手段と、前記鍵に力を付与する力覚付与手段
と、前記力覚特性付与手段が出力した力覚制御値に基づ
いて前記力覚付与手段の付与力を制御する制御手段とを
具備することを特徴とする。また、請求項３に記載の鍵
盤用力覚制御装置においては、鍵の運動に関し、少なく
とも鍵速度を含む２以上の物理量を検出しする鍵挙動検
出手段と、前記鍵挙動検出手段が検出した物理量に基づ
いて力覚制御値を出力する力覚特性付与手段と、前記鍵
に力を付与する力覚付与手段と、前記力覚特性付与手段
が出力した力覚制御値に基づいて前記力覚付与手段の付
与力を制御する制御手段と、前記鍵挙動検出手段が検出
した鍵速度からバックチェック振動の有無を判定するバ
ックチェック判定手段と、前記バックチェック判定手段
がバックチェック振動ありと判定した場合には、所定の
バックチェック振動に対応した力覚制御値を前記制御手
段に出力するバックチェック制御手段とを具備すること
を特徴とする。

【０００６】また、請求項４に記載の鍵盤用力覚制御方
法においては、鍵の運動に関する物理量を検出する第１
の過程と、前記第１の過程で検出した物理量に基づいて
押鍵行程か離鍵行程かを判定し、この判定結果と当該物
理量に応じて力覚制御値を出力する第２の過程と、前記
第２の過程で出力した力覚制御値に基づいて前記鍵に力
を付与する第３の過程とを具備することを特徴とする。
また、請求項５に記載の鍵盤用力覚制御方法において
は、鍵の運動に関する物理量を検出する第１の過程と、
前記第１の過程で検出した物理量および当該物理量の変
化時間に基づいて力覚制御値を出力する第２の過程と、
前記第２の過程で出力した力覚制御値に基づいて前記鍵
に力を付与する第３の過程とを具備することを特徴とす
る。また、請求項６に記載の鍵盤用力覚制御方法におい
ては、鍵の運動に関し、少なくとも鍵速度を含む２以上
の物理量を検出する第１の過程と、前記第１の過程で検
出した物理量に基づいて力覚制御値を出力する第２の過
程と、前記第１の過程で検出した鍵速度からバックチェ
ック振動の有無を判定する第３の過程と、前記第３の過
程でバックチェック振動ありと判定した場合には、所定
のバックチェック振動に対応した力覚制御値を出力する
第４の過程と、前記第２の過程で出力した力覚制御値お
よび前記第４の過程で出力した力覚制御値に基づいて前
記鍵に力を付与する第５の過程とを具備することを特徴
とする。

【０００７】また、請求項７に記載の記憶媒体において
は、鍵の運動に関する物理量に基づいて押鍵行程か離鍵
行程かを判定し、この判定結果と当該物理量に応じて力
覚制御値を出力する第１の処理と、前記第１の処理で出
力した力覚制御値に基づいて前記鍵に付与する力を制御
する第２の処理とをコンピュータに実行させるためのプ
ログラムを記憶している。また、請求項８に記載の記憶
媒体においては、鍵の運動に関する物理量および当該物
理量の変化時間に基づいて力覚制御値を出力する第１の
処理と、前記第１の処理で出力した力覚制御値に基づい
て前記鍵に付与する力を制御する第２の処理とをコンピ
ュータに実行させるためのプログラムを記憶している。
また、請求項９に記載の記憶媒体においては、鍵の運動
に関し、少なくとも鍵速度を含む２以上の物理量に基づ
いて力覚制御値を出力する第１の処理と、前記鍵速度か
らバックチェック振動の有無を判定する第２の処理と、
前記第２の処理でバックチェック振動ありと判定した場
合には、所定のバックチェック振動に対応した力覚制御
値を出力する第３の処理と、前記第１の処理で出力した
力覚制御値および前記第３の処理で出力した力覚制御値
に基づいて前記鍵に付与する力を制御する第４の処理と
をコンピュータに実行させるためのプログラムを記憶し
ている。

【０００８】

【発明の実施の形態】

１：全体構成以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明す
る。図１は、本実施形態の構成を示すブロック図であ
る。この図において、符号１はＣＰＵであり、装置各部
を制御する。なお、ＣＰＵ１において用いられる基本プ
ログラムを記憶するＲＯＭや、ワーキングエリアとなる
ＲＡＭについては、簡略化のため図示省略した。

【０００９】符号２は回動自在に支持された鍵であり、
演奏者の指３によって、押鍵および離鍵される。５は各
鍵毎に設けられるポジションセンサであり、鍵２の位置
を検出して信号Ｓｐとして出力する。このポジションセ
ンサ５は、例えば、鍵２の下部に取り付けられるシャッ
タと、このシャッタにより光路が遮蔽されるフォトセン
サによって構成される。この場合、鍵２の位置に対応し
て遮光量が連続的に変化するようにシャッタの形状が設
定され、これにより、フォトセンサの出力信号から鍵２
の位置が一義的に特定されるようになっている。なお、
ポジションセンサ５は、光学式に限らず、他の方式によ
るセンサを用いても良い。要は、鍵２の位置が連続的に
検出できるセンサであればよい。

【００１０】また、４は鍵２を駆動するドライブアクチ
ェータであり、鍵２と連動するプランジャーを有したソ
レノイドを具備している。本実施形態におけるドライブ
アクチェータ４は、後述する制御に基づいて鍵２に反力
を与え、これにより、あたかもアコースティックピアノ
を演奏するのと同等の感触を演奏者に与えるものであ
る。また、ドライブアクチェータ４は、ソレノイドに限
らず、鍵２に反力を付与できるものであればよい。例え
ば、モータ（リニアモータ、ロータリーモータ）、ブレ
ーキ装置、あるいは油圧、空圧装置等の付勢手段等を用
いてもよい。

【００１１】次に、上述したポジションセンサ５の出力
信号Ｓｐは、マルチプレクサ６に入力される。マルチプ
レクサ６は、複数設けられており、また、各々が１２音
分（１オクターブ分）の入力端子を持っている。そし
て、これらの入力端子に同一オクターブ範囲内の各鍵に
対応する信号Ｓｐが各々入力される。すなわち、マルチ
プレクサ６は、ピアノの音域に沿って各オクターブ毎に
設けられており、本実施形態においては、標準的なピア
ノの８８鍵に対応して８個設けられている。

【００１２】また、各マルチプレクサ６の各入力端子が
順次スキャンされ、ピアノの各鍵の位置情報が順次（例
えば、低音側から高音側に向かって）検出されるように
なっている。そして、マルチプレクサ６を介して出力さ
れる信号Ｓｐは、ＡＤ変換器７によってデジタル信号に
変換される。

【００１３】一方、ポジションセンサ５から出力される
各鍵についての信号Ｓｐは、各鍵毎に設けられた微分器
９によって速度を示す信号Ｓｖに変換され、マルチプレ
クサ１０に入力される。マルチプレクサ１０は、マルチ
プレクサ６と同様に、ピアノの各音域に対応して複数設
けられており、各々が１２音分（１オクターブ分）の入
力端子を持っている。各マルチプレクサ１０の入力端子
は、マルチプレクサ６の入力端子と同期してスキャンさ
れ、ピアノの各鍵の速度情報が順次検出されるようにな
っている。そして、マルチプレクサ１０を介して出力さ
れる信号Ｓｖは、ＡＤ変換器１１によってデジタル信号
に変換される。

【００１４】また、微分器９から出力される各鍵につい
ての信号Ｓｖは、各鍵毎に設けられた微分器２０によっ
て加速度を示す信号Ｓａに変換され、マルチプレクサ２
１に入力される。マルチプレクサ２１は、マルチプレク
サ６、１０と同様に、ピアノの各音域に対応して複数設
けられており、各々が１２音分（１オクターブ分）の入
力端子を持っている。各マルチプレクサ２０の入力端子
は、マルチプレクサ６、１０の入力端子と同期してスキ
ャンされ、ピアノの各鍵の加速度情報が順次検出される
ようになっている。そして、マルチプレクサ２０を介し
て出力される信号Ｓａは、ＡＤ変換器２２によってデジ
タル信号に変換される。

【００１５】以上のように、ピアノの各鍵の位置、速
度、加速度を各々示す信号Ｓｐ、Ｓｖ、Ｓａが同期して
出力され、かつ、これらが、ＡＤ変換器７、１１、２２
によってデジタル信号に変換されるようになっている。
そして、信号ＳｐはＣＰＵ１、力覚付与テーブル３２、
３３、ＰＷＭ指令値発生回路４０に供給されるととも
に、ヒステリシス切換回路２５を介して力覚付与テーブ
ル３０または３１に供給される。信号ＳｖはＣＰＵ１、
ヒステリシス切換回路２５および力覚付与テーブル３２
に供給され、信号ＳａはＣＰＵ１および力覚付与テーブ
ル３３に供給される。力覚特性付与テーブル３０〜３３
は、ドライブアクチェータ４が発生すべき反力、すなわ
ち、力覚の特性を記憶しているテーブルである。

【００１６】次に、鍵の反力について説明するが、それ
に先立ち、鍵に反力を生じさせる主な要因となるピアノ
アクションの動作について簡単に説明する。図３は、ピ
アノアクションの外観図であり、鍵２が押鍵されていく
と、まず、キャプスタタンＵがアクションＡを持ち上げ
始める。続いて鍵盤の後端がダンパーＤを押し上げてゆ
くことになる。アクションＡが持ち上げられると、ジャ
ックＪがハンマーローラーＨＲを突き上げ、これによ
り、ハンマーＨが弦Ｓに向けて回動し始める。さらに、
鍵２を押下して行くと、ジャックＪがハンマーローラＨ
Ｒをさらに突き上げてから脱進し（ハンマーローラＨＲ
から外れ）、これにより、ハンマーＨは弦Ｓを打弦す
る。打弦を終えたハンマーＳは、弦Ｓの反力および自重
で落下する。次に、鍵２を戻して離鍵行程に入ると、鍵
２の先端がダンパーＤを徐々に下げてから離れ、次い
で、鍵２がレスト位置に戻り、一連の鍵操作が終了す
る。

【００１７】ここで、図４は、鍵を静かに押下し、押し
切った後に静かに元の位置（レスト位置）に戻した場合
の反力（静的反力）の特性を示す図であり、横軸が鍵の
レスト位置からの距離、縦軸が反力である。図示の点ａ
は鍵を押し始めた後にハンマーアクションの反力が加わ
った状態を示し、点ｂはダンパーの反力が加わった状態
を示している。また、ｂ’はジャックが抜け始めた状態
であり、点ｃはジャックが抜けた（脱進した）状態であ
る。そして、ハンマーが打弦に向かうと反力が急激に小
さくなり（点ｄ）、次いで、鍵がエンド位置に達すると
棚板に行き当たるために大きな反力が生じる（点ｄ）。
次に、離鍵行程に移ると、反力は、矢印ｅで示す経路を
通って０に戻る。以上のように、鍵はハンマーアクショ
ンの動きや自重に応じた反力を演奏者の指に与える。ま
た、押鍵と離鍵において発生する反力の特性は異なり、
ヒステリシス特性を有していることが判る。なお、図４
に示す破線はダンパーペダルを踏んで、ダンパーを上げ
た状態（ダンパーの反力が鍵にかからないようにした状
態）にして静的反力を測定した場合の特性である。

【００１８】次に、図５は、打鍵速度を変えた場合の押
鍵行程における鍵の反力の特性を示す図である。図にお
いて、曲線Ｃ１〜Ｃ５は、各々打鍵強度を変えた場合の
鍵の位置と反力との関係を示している。なお、図５に示
す特性は、打鍵装置（自動ピアノの鍵駆動ソレノイド機
構）によって鍵を自動的に駆動した場合の特性であり、
曲線の符号の横の括弧内の数値は打鍵装置の駆動力を示
している（単位はニュートン）。図５から判るように鍵
の反力特性は、鍵の駆動力（駆動速度）によって変化す
る。

【００１９】以上のことから判るように、鍵の反力を再
現するには、単純な運動方程式では不十分であり、鍵の
位置、鍵の速度、鍵の加速度等の種々のパラメータを使
用し、これらに適合する反力を求めることが必要であ
る。図１に示す力覚付与テーブル３０〜３３は、このよ
うな観点から各種パラメータに応じた反力を出力するよ
うになっており、各力覚付与テーブル３０〜３３から出
力された反力は加算器３５、３６、３７によって合成さ
れ、これにより、アコースティックピアノの鍵から得ら
れる反力と同等の反力を再現する。

【００２０】ここで、力覚付与テーブル３０、３１は、
鍵の位置と速度から得られる反力を発生する。この場
合、力覚付与テーブル３０は、押鍵行程における反力を
発生し、力覚付与テーブル３１は離鍵行程における反力
を発生する。より詳細に言えば、力覚付与テーブル３
０、３１においては、位置を示す信号Ｓｐと速度を示す
信号Ｓｖとをパラメータとして反力（出力データＹ１）
が決定される。すなわち、力覚付与テーブル３０、３１
は、図２に示すようにＸ軸が信号ＳＰの値、Ｙ軸が出力
値となっているテーブル３０−１〜３０−ｎをＺ軸方向
に複数配列して構成されている。そして、Ｚ軸に信号Ｓ
ｖの値をとり、この信号Ｓｖによっていずれかのテーブ
ル３０−１〜３０−ｎが選択され、この選択されたテー
ブルを用いて信号ＳＰに対応する出力値が決定される。
ここで、信号Ｓｖの値が各テーブルの間にある場合は、
その両側にある２つのテーブルが選択され、各テーブル
から出力される出力値に対して補間処理を行うことによ
って出力データＹ１が決定される。また、力覚付与テー
ブル３１も上記と同様の構成となっている。

【００２１】そして、力覚付与テーブル３０、３１は、
ヒステリシス切換回路２５の出力信号によって、そのい
ずれか一方が選択されるようになっている。ヒステリシ
ス切換回路２５は、信号Ｓｖの符号を判断し、正である
場合に力覚付与テーブル３０を、負である場合に力覚付
与テーブル３１を各々選択する。このヒステリシス切換
回路２５においては、鍵２が押されて押鍵過程にあると
きは速度が正になり、逆に鍵２が離されて離鍵過程にあ
るときは速度が負になることを検出原理としている。な
お、ヒステリシス切換回路２５は、実際には、速度の正
負の変化に対してある程度の不感帯（時間的不感帯）を
設け、より適切な制御を行うようにしているが、この点
については後述する。

【００２２】次に、力覚付与テーブル３２、３３は、図
２に示す力覚付与テーブル３０と同様の構成になってい
るが、力覚付与テーブル３２のＸ軸には加速度信号であ
る信号Ｓｖの値がとられ、Ｚ軸には位置信号である信号
Ｓｐの値がとられる。また、力覚付与テーブル３３のＸ
軸には加速度信号である信号Ｓａの値がとられ、Ｚ軸に
は位置信号である信号Ｓｐの値が取られる。すなわち、
力覚付与テーブル３２は、鍵の速度と位置に応じた反力
を出力する。これは、ピアノの鍵盤、アクションなどの
特に、位置によって大きく変化する粘性負荷を表現する
ためにとられる手段である。力覚付与テーブル３３は鍵
の加速度と位置に応じた反力を出力する。これは、ピア
ノの鍵盤、アクションなどの特に、位置によって大きく
変化する慣性負荷を表現するためにとられる手段であ
る。

【００２３】次に、ＰＷＭ指令値発生回路４０は、力覚
付与テーブル３０〜３３の合成出力Ｓｕｍと信号Ｓｐと
に基づいて、ドライブアクチェータ４を駆動するための
パルス幅変調の指令値（以下、ＰＷＭ指令値という）を
発生する回路である。具体的には、合成出力Ｓｕｍの値
をＸ軸、ＰＷＭ指令値をＹ軸にとったテーブルをＺ軸方
向に複数設けて構成されている。そして、Ｚ軸には信号
Ｓｐの値を取り、この信号Ｓｐによっていずれかのテー
ブルが選択され、この選択されたテーブルを用いて合成
出力Ｓｕｍに対応するＰＷＭ指令値が決定される。ここ
で、信号Ｓｐの値が各テーブルの間にある場合は、その
両側にある２つのテーブルが選択され、各テーブルから
出力される出力値に対して補間処理を行うことによって
ＰＷＭ指令値が決定される。ＰＷＭ指令値発生回路４０
の目的は、ストローク位置により推力に差が生じるとい
う、ソレノイド特有の非線形な推力発生特性を、このテ
ーブルによって補正しようとするものである。ＰＷＭ指
令値発生回路４０内のテーブルにより、任意の推力特性
が得られ、ソレノイドの設計が容易になるばかりでな
く、効率の最適化、コストの低減など多くの利点が得ら
れる。

【００２４】ＰＷＭ指令値発生回路４０から出力される
ＰＷＭ指令値は、ＰＷＭドライバ５０に供給され、ＰＷ
Ｍ波形に変換される。ＰＷＭドライバ５０から出力され
るＰＷＭ波形は、電流フィードバック回路５１を介して
ドライブアクチェータ４に供給される。電流フィードバ
ック回路５１は、ドライブアクチェータ４に供給される
駆動電流がＰＷＭ指令値に一致するようにフィードバッ
ク制御を行う。この電流フィードバック制御により、ア
クチェータの温度上昇に伴う推力変化が補正され、常
に、目標とする反力を再現することができる訳である。

【００２５】一方、合成信号Ｓｕｍは、Ｄ／Ａ変換器４
５によってアナログ信号に変換され、モニタ４６に供給
される。これにより、モニタ４６には、時事刻々変化す
る合成信号Ｓｕｍの波形、すなわち、鍵の反力の波形が
写し出される。

【００２６】（２）実施形態の動作力覚特性付与動作上述した構成によれば、鍵２が操作されると、その位
置、速度、加速度に応じた反力が力覚付与テーブル３０
〜３３から出力され、これらが合成されて合成信号Ｓｕ
ｍとなる。そして、合成信号Ｓｕｍと位置を示す信号Ｓ
ｐに応じたＰＷＭ指令値がＰＷＭ指令値発生手段５０か
ら出力され、これに応じた駆動電流が電流フィードバッ
ク回路５１を介して出力される。この結果、ドライブア
クチェータ４が駆動され、指３に対して反力を与える。

【００２７】この場合、各力覚付与テーブル３０〜３３
は、２つのパラメータを用いて反力を決めているため、
単純に一変数だけに基づいて反力を決めるテーブルに比
べて、複雑な反力特性にも対応でき、実際のピアノに極
めて近いものとなる。しかも、力覚付与テーブル３０〜
３３は、各々異なるパラメータの組を用いているため、
反力が発生する要因毎に個別に反力を再現することがで
き、これらを総合的に用いることにより、極めて高い忠
実度をもって反力再現を行うことができる。ヒステリシス特性付与動作

【００２８】前述したように、ヒステリシス切換回路２
５は、力覚付与テーブル３０、３１を選択的に切り替え
ることにより、押鍵行程の反力と離鍵行程の反力とを切
り換えているが、鍵速度の正負だけに基づいて、この切
り換えを行うと妥当でない場合がある。この点について
説明する。図６（イ）は、一般的な鍵の軌跡を示す図で
あり、横軸が時間、縦軸が鍵の位置を示している。ま
た、同図（ロ）は、同図（イ）の軌跡に対応する鍵速度
を示している。さて、図６（イ）に示す軌跡は、鍵が押
鍵された後、時刻ｔ１からｔ２にかけて僅かに戻り、時
刻ｔ２からｔ３に向かってエンド位置まで押下されてい
る。そして、時刻ｔ３からｔ４に至る間は、エンド位置
で押下され続け、時刻ｔ４から時刻ｔ５に至る間で離鍵
が行われている。この鍵軌跡における時刻ｔ１からｔ２
までの部分Ｐ１においては、僅かに鍵が戻されているが
これを離鍵行程として判断すると、時刻ｔ２以降から再
び押鍵行程としなければならず、テーブルの切換が頻繁
になる。テーブルの切換があまりに頻繁に行われると、
付与する反力の値がテーブル切換の前後において不連続
になることがあり、滑らかな反力、すなわち、タッチ感
が損なわれてしまう。また、演奏者も部分Ｐ１の部分
は、離鍵というよりも、押鍵行程において僅かに間をお
く程度のつもりで演奏している場合が殆どあり、離鍵行
程に移ったと判断すべきものではない。

【００２９】そこで、この実施形態においては、ヒステ
リシス切換回路２５において、速度反転期間ΔＴが基準
期間Ｔｆを超えるまでは、テーブル切換を行わないよう
にしている。この結果、ｔ１〜ｔ２の期間においては、
テーブル切換は行われず、押鍵行程用の力覚付与テーブ
ル３０が継続して使用され、滑らかな力覚付与が行われ
る。同様にして、図６（イ）の部分Ｐ２に示すようなノ
イズの重畳があっても、テーブル切換が行われることが
なく、安定した力覚付与が行われる。

【００３０】一方、図６（イ）の時刻ｔ４から速度が負
に反転して、速度反転期間ΔＴが基準時間Ｔｆを上回る
と、ヒステリシス切換回路２５が離鍵行程用の力覚付与
テーブル３１を選択し、離鍵に適した力覚特性の付与が
開始される。

【００３１】（３）変形例バックチェック振動再生ピアノには、打弦後のハンマーがハンマーアクション機
構に戻ったときのハンマーの暴れを防止するために、バ
ックチェックが設けられている。この場合、強い打弦が
あると、ハンマーがバックチェックにあたった後に振動
する。この振動の感触はピアニストにとっては重要な感
覚であり、また、生ピアノとエレキピアノの大きな差で
もある。ここで、バックチェック振動について図７を参
照して説明する。まず、図７（イ）に示すように、弦Ｓ
を打弦したハンマーＨは、バックチェックＢに衝突し、
これにより、同図（ロ）に示すように振動する。そし
て、ハンマーＨの振動は、ハンマーアクション機構を介
して鍵２に伝達され、さらに指３に伝わる。この指３に
伝わる振動は、ハンマーＨの動きを伝えるものであり、
たとえば、早い連打などを演奏する場合にはピアニスト
にとっては重要な感覚である。したがって、バックチェ
ック振動を再現することは、生ピアノの感触を高精度に
再現する上で重要である。

【００３２】次に、バックチェック振動の再現について
説明する。図８（イ）はバックチェック振動（部分Ｐ５
参照）がある場合の鍵の軌跡と、指が感じる力とを示し
ている。また、同図（ロ）はバックチェック振動がない
場合の鍵の軌跡を示している。同図（イ）、（ロ）を比
較すると判るように、急激な打鍵のときだけにバックチ
ェック振動が発生する。なお、通常の打鍵であっても、
ジャックが戻るときに若干の揺れは生じるが、無視でき
る程度である。

【００３３】以上のように、バックチェック振動の発生
の有無は、打鍵が急峻か否かを検出することにより判別
することができる。そこで、例えば、以下のようにして
バックチェック振動の発生を判断する。まず、鍵の直下
に所定処理隔てて測定点Ｋ１〜Ｋ４を設定し、各測定点
において、鍵の速度を測定する。なお、これらの測定点
Ｋ１〜Ｋ４は、押鍵速度を測定するために、通常の電子
ピアノには設定されているものである。

【００３４】そして、測定点Ｋ１における鍵速度をＶｅ
ｌ1、測定点Ｋ４における鍵速度をＶｅｌ2ととし、その
比α=Ｖｅｌ2／Ｖｅｌ1を求める。そして、このαの値
といずれかの測定点における速度Ｖｅｌkの値に基づい
て、バックチェック振動の有無を検出する。例えば、０．２（ｍ／ｓ）＜Ｖｅｌkかつ１．２＜α であればバックチェック振動ありと判定し、Ｖｅｌk≦０．２（ｍ／ｓ）かつα≦１．２であれば、バックチェックなしと判定する。

【００３５】この判定は、例えば、図１に示すＣＰＵ１
が、鍵位置を示す信号Ｓｐから測定点を認識し、その点
の速度を信号Ｓｖに基づいて検出すればよい。そして、
この検出結果からαを求め、上記の判定を行うようにす
ればよい。そして、バックチェック振動ありと判定され
た場合は、バックチェック振動が発生するタイミングに
おいて、ＣＰＵ１は加算器３８を介してバックチェック
振動の力覚信号を出力する。この結果、各力覚付与テー
ブル３０〜３３の合成出力Ｓｕｍに、バックチェック振
動成分が重畳され、バックチェック信号が再現される。
この場合、ＣＰＵ１は所定のメモリ（図示略）にバック
チェック振動のデータを記憶しておき、これを離鍵行程
の所定タイミングにおいて出力する。また、バックチェ
ック振動のデータは、打鍵の強さに応じて複数記憶して
おき、測定点Ｋ１〜Ｋ４のいずれかで得られた鍵速度に
応じたものを選択すればよい。さらに、バックチェック
振動データの出力タイミングも、上記と同様に測定点Ｋ
１〜Ｋ４のいずれかで得られた鍵速度に応じて可変して
もよい。

【００３６】ダンパペダル制御図４において説明したように、ダンパペダルをオンした
場合とオフした場合とで、反力が異なる。そこで、ダン
パペダルのオン／オフを検出するとともに、このオン／
オフに従って使用する力覚付与テーブルを切り換えるよ
うにしてもよい。

【００３７】その他の要素を加える処理力覚付与テーブルは、上記実施形態で説明したもの以外
を増設することもできる。すなわち、何らかの感触を演
奏者に与える要素があれば、それを再現する力覚データ
を記憶した力覚付与テーブルを設定し、パラメータとし
ては、鍵位置、鍵速度、鍵加速度など任意のものを２つ
以上選択して読み出すように構成すればよい。この場合
の構成例を、図１に増設部６０として示す。なお、増設
する力覚付与テーブルのパラメータとしては実施形態で
用いたもの以外を用いてもよい。なお、力覚付与テーブ
ルは、３次元（パラメータが２つ）に限らず、より多く
のパラメータを用いて多次元構成としてもよい。

【００３８】その他のパラメータパラメータとして、加速度の変化分、すなわち、加加速
度を用いてもよい。この加加速度は、自動車などの乗り
心地などの指標として用いられることもあり、人間の感
覚に重要な要素として知られている。したがって、加加
速度を検出し、これを用いて力覚制御をしてもよい。上述の実施形態においては、押鍵行程と離鍵行程のヒ
ステリシス特性を模倣するために、鍵位置に関する力覚
付与テーブル３０、３１を鍵速度の符号に応じて選択す
るようにしているが、鍵加速度の符号などの他の選択情
報により選択するようにしてもよい。また、鍵速度ある
いは鍵加速度のヒステリシス特性をも模倣するようにし
てもよく、その場合には、鍵速度あるいは鍵加速度に関
する力覚付与テーブルを複数設け、鍵速度や鍵加速度の
符号などの選択情報に応じて選択するようにしてもよ
い。このとき、鍵速度あるいは鍵加速度に関する力覚付
与テーブルの切り換えは、鍵位置の場合と同様に、選択
情報の変化が基準期間を越えた場合にのみ行うことは勿
論である。さらに、基準期間を鍵位置、鍵速度、鍵加速
度で各々独立に設定可能にすれば、よりきめ細かい制御
が可能となる。上述した実施形態においては、鍵の位置に関する時間
に関する情報を、ヒステリシス特性を模倣するための力
覚付与テーブルの切り換えに利用するようにしていた
が、これに限らず、所定タイミング（例えば、押鍵が開
始された瞬間、あるいは、鍵位置／鍵速度／鍵加速度が
０を含む所定値になった瞬間など）から時間経過に応じ
て力覚を制御するようにしてもよい。これにより、例え
ば、所定タイミングからの時間が長くなるほど反力を大
きくするか、あるいは小さくするといった制御が可能に
なる。上述の実施形態においては、離鍵過程においても力覚
制御をしているが、離鍵時の感触があまり問題ない場合
は、押鍵過程のみの力覚を制御してもよい。上述の実施形態においては、アコースティックピアノ
の力覚の再現を行う例を示したが、他の鍵盤楽器の力覚
を再現するように、力覚付与テーブル内のデータを設定
してもよく、さらに、任意の力覚を付与するように構成
してもよい。この場合、少なくとも鍵位置に基づき鍵の
オン／オフを検出する回路と、楽音信号を電子的に発生
する楽音信号発生回路と、この楽音信号発生回路で発生
される楽音信号の音色を選択する回路とを設け、操作さ
れた鍵に応じた音高であって、選択された音色の楽音信
号を発生するとともに、選択された音色に対応する力覚
を付与するようにしてもよい。これにより、選択された
音色がピアノであれば、ピアノの音色の楽音信号を力覚
がピアノの鍵盤で発生させたり、選択された音色がオル
ガンであればオルガンの音色の楽音信号を力覚がオルガ
ンの鍵盤で発生させたりすることができ、聴覚と触覚か
ら、あたかも、選択した音色の楽器を弾いているような
感覚が得られる。

【００３９】なお、上述の実施形態における力覚特性付
与、ヒステリシス特性付与、バックチェック振動再生な
どの動作をコンピュータに実行させるプログラムおよび
各テーブルのデータを記憶媒体に記憶させた状態でユー
ザーに提供することもできる。これについて図９を用い
て説明する。なお、図１と共通する構成要素には、同一
の符号を付けて、その説明を省略する。図９に示すよう
なコンピュータを内蔵する電子楽器は、ＣＤ−ＲＯＭ
（コンパクトディスク−リード・オンリ・メモリ）ドラ
イブ９０により記憶媒体であるＣＤ−ＲＯＭ９０ａに記
憶されているプログラムおよびデータを読み取り、ＨＤ
Ｄ（ハードディスクドライブ）９１内のハードディスク
９１ａにストアすることができる。このようにして、ハ
ードディスク９１ａに前述の動作プログラムおよびデー
タを記憶させておき、このプログラムに基づいてＣＰＵ
９３が動作する。これによりＣＰＵ９３は、ＡＤ変換器
９４を介して入力される信号Ｓｐ，Ｓｖ，Ｓａに基づい
て、上述の実施形態と同様にドライブアクチェータ４を
駆動するためのＰＷＭ指令値を出力することができる。
このＰＷＭ指令値がＰＷＭドライバ５０を介してドライ
ブアクチェータ４に供給され、鍵２に反力が付与され
る。なお、ＣＤ−ＲＯＭドライブ９０以外にも、フロッ
ピーディスク装置、光磁気ディスク（ＭＯ）装置等、様
々な形態のメディアを利用するための装置を設けるよう
にしてもよい。

【００４０】また、この電子楽器は、通信インターフェ
ース９５を有している。通信インターフェース９５は、
ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）、インターネッ
ト、電話回線等の通信ネットワークに接続されており、
その通信ネットワークを介して、サーバコンピュータ９
６と接続されている。この場合、電子楽器は、前述した
動作プログラムやデータのダウンロードを要求するコマ
ンドを、通信インターフェース９５および通信ネットワ
ークを介してサーバコンピュータ９６へ送信する。サー
バコンピュータ９６は、このコマンドを受け、要求され
た動作プログラムやデータを、通信ネットワークを介し
て電子楽器に配信する。そして、電子楽器が通信インタ
ーフェース９５を介して、これらのプログラムやデータ
を受信し、ハードディスク９１ａにダウンロードする。
ＣＰＵ９３は、このプログラムに基づいて制御される。
従って、上述の実施形態と同様の力覚特性付与、ヒステ
リシス特性付与、バックチェック振動再生などの動作を
行うことができる。

【００４１】

【発明の効果】この発明によれば、アコースティックピ
アノの鍵がもつ複雑な力覚をも忠実に再現することがで
きる。さらに、請求項１，４，７に記載の発明によれ
ば、押鍵行程と離鍵行程で異なる力覚を持つ鍵盤楽器
（例えば、ピアノ）についても、行程に応じた力覚を模
倣することができる。また、請求項２，５，８に記載の
発明によれば、鍵の挙動を示す物理量の変化時間を考慮
して力覚付与が行われるので、不適切な力覚付与やノイ
ズを回避することができる。請求項３，６，９に記載の
発明によれば、バックチェック振動を検出するので、ピ
アニストにとって重要な感覚であるバックチェック振動
を再現することができ、アコースティックピアノ特有の
微妙な感触を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の全体構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】同実施形態において用いられる力覚付与テー
ブルの構成を示す概念図である。

【図３】一般的なピアノのハンマーアクション機構を
示す側面図である。

【図４】ハンマーアクション機構の静的な反力特性を
示す特性図である。

【図５】ハンマーアクション機能の動的な反力特性を
示す特性図である。

【図６】鍵の軌跡と反力の関係を示す図である。

【図７】バックチェック振動の発生を説明するための
説明図である。

【図８】バックチェック振動がある場合とない場合の
鍵の軌跡を示す図である。

【図９】前記実施形態に係る鍵盤用力覚制御の動作プ
ログラムを記憶した記憶媒体を実行させるコンピュータ
を内蔵する電子楽器の概略構成を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１……ＣＰＵ（制御手段、バックチェック判定手段、バ
ックチェック制御手段）、４……ドライブアクチェータ
（力覚付与手段）、５……ポジションセンサ（鍵挙動検
出手段）、９、２０……微分器（鍵挙動検出手段）、２
５……ヒステリシス切換回路（力覚特性付与手段）、３
０〜３３……力覚特性付与テーブル（力覚特性付与手
段）、４０……ＰＷＭ指令値発生回路（制御手段）、５
０……ＰＷＭドライバ（制御手段）、５１……電流フィ
ードバック回路（制御手段）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鍵の運動に関する物理量を検出する鍵挙
動検出手段と、前記鍵挙動検出手段が検出した物理量に基づいて押鍵行
程か離鍵行程かを判定し、この判定結果と当該物理量に
応じて力覚制御値を出力する力覚特性付与手段と、前記鍵に力を付与する力覚付与手段と、前記力覚特性付与手段が出力した力覚制御値に基づいて
前記力覚付与手段の付与力を制御する制御手段とを具備
することを特徴とする鍵盤用力覚制御装置。
【請求項２】鍵の運動に関する物理量を検出する鍵挙
動検出手段と、前記鍵挙動検出手段が検出した物理量および当該物理量
の変化時間に基づいて力覚制御値を出力する力覚特性付
与手段と、前記鍵に力を付与する力覚付与手段と、前記力覚特性付与手段が出力した力覚制御値に基づいて
前記力覚付与手段の付与力を制御する制御手段とを具備
することを特徴とする鍵盤用力覚制御装置。
【請求項３】鍵の運動に関し、少なくとも鍵速度を含
む２以上の物理量を検出する鍵挙動検出手段と、前記鍵挙動検出手段が検出した物理量に基づいて力覚制
御値を出力する力覚特性付与手段と、前記鍵に力を付与する力覚付与手段と、前記力覚特性付与手段が出力した力覚制御値に基づいて
前記力覚付与手段の付与力を制御する制御手段と、前記鍵挙動検出手段が検出した鍵速度からバックチェッ
ク振動の有無を判定するバックチェック判定手段と、前記バックチェック判定手段がバックチェック振動あり
と判定した場合には、所定のバックチェック振動に対応
した力覚制御値を前記制御手段に出力するバックチェッ
ク制御手段とを具備することを特徴とする鍵盤用力覚制
御装置。
【請求項４】鍵の運動に関する物理量を検出する第１
の過程と、前記第１の過程で検出した物理量に基づいて押鍵行程か
離鍵行程かを判定し、この判定結果と当該物理量に応じ
て力覚制御値を出力する第２の過程と、前記第２の過程で出力した力覚制御値に基づいて前記鍵
に力を付与する第３の過程とを具備することを特徴とす
る鍵盤用力覚制御方法。
【請求項５】鍵の運動に関する物理量を検出する第１
の過程と、前記第１の過程で検出した物理量および当該物理量の変
化時間に基づいて力覚制御値を出力する第２の過程と、前記第２の過程で出力した力覚制御値に基づいて前記鍵
に力を付与する第３の過程とを具備することを特徴とす
る鍵盤用力覚制御方法。
【請求項６】鍵の運動に関し、少なくとも鍵速度を含
む２以上の物理量を検出する第１の過程と、前記第１の過程で検出した物理量に基づいて力覚制御値
を出力する第２の過程と、前記第１の過程で検出した鍵速度からバックチェック振
動の有無を判定する第３の過程と、前記第３の過程でバックチェック振動ありと判定した場
合には、所定のバックチェック振動に対応した力覚制御
値を出力する第４の過程と、前記第２の過程で出力した力覚制御値および前記第４の
過程で出力した力覚制御値に基づいて前記鍵に力を付与
する第５の過程とを具備することを特徴とする鍵盤用力
覚制御方法。
【請求項７】鍵の運動に関する物理量に基づいて押鍵
行程か離鍵行程かを判定し、この判定結果と当該物理量
に応じて力覚制御値を出力する第１の処理と、前記第１の処理で出力した力覚制御値に基づいて前記鍵
に付与する力を制御する第２の処理とをコンピュータに
実行させるためのプログラムを記憶した記憶媒体。
【請求項８】鍵の運動に関する物理量および当該物理
量の変化時間に基づいて力覚制御値を出力する第１の処
理と、前記第１の処理で出力した力覚制御値に基づいて前記鍵
に付与する力を制御する第２の処理とをコンピュータに
実行させるためのプログラムを記憶した記憶媒体。
【請求項９】鍵の運動に関し、少なくとも鍵速度を含
む２以上の物理量に基づいて力覚制御値を出力する第１
の処理と、前記鍵速度からバックチェック振動の有無を判定する第
２の処理と、前記第２の処理でバックチェック振動ありと判定した場
合には、所定のバックチェック振動に対応した力覚制御
値を出力する第３の処理と、前記第１の処理で出力した力覚制御値および前記第３の
処理で出力した力覚制御値に基づいて前記鍵に付与する
力を制御する第４の処理とをコンピュータに実行させる
ためのプログラムを記憶した記憶媒体。