JPH1152957A - 電子音源付鍵盤楽器の鍵盤装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】鍵盤の操作の検出を精度良く行うことが可能な
電子音源付鍵盤楽器の鍵盤装置を提供する。 【解決手段】それぞれの鍵の下部に超音波センサ１０を
設置して、鍵の移動範囲内で鍵の位置、速度に相当する
連続したアナログ信号を検出し、この信号から操作され
た鍵の音高で、音質、音量、発音タイミング等を高精度
に制御するとともに鍵の初期位置のバラツキをソフトウ
ェア上で補正可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子音源付鍵盤楽
器の鍵盤装置に関し、特に演奏情報を忠実に検出できる
検出機構を備えた電子楽器の鍵盤装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】電子音源付鍵盤楽器として、例えばアコ
ースティックピアノに電子音源を組み合わせて通常のピ
アノ演奏以外に電子音源による演奏をも可能にした電子
音源組み込みピアノや、電子ピアノ等が提案されてい
る。

【０００３】電子音源組み込みピアノは、例えば特開昭
６３−２１６０９９号公報，特願平５−２１４４１１号
等に記載されているものであって、電子音源による演奏
の際には、各鍵の阻止手段（止音手段）によって、ハン
マーの打弦動作による通常の演奏音（打弦音）を止める
というものである。

【０００４】また、電子ピアノは、弦やリード、振動棒
などの発音体から機械的に得た振動を電気信号に変える
ものではなく、電子的な発信回路によって音を発するも
のである。

【０００５】そして、これらの電子音源付鍵盤楽器の鍵
盤装置においては、各鍵に対応して鍵盤スピードセンサ
が設けられたものが提案されている。

【０００６】この鍵盤スピードセンサは、各鍵の打鍵の
有無の検出と、鍵又は鍵と連動して動く部材の速度検出
を目的としており、この検出値から打鍵された鍵の音高
で速度に応じて音量、音質を制御することができる。

【０００７】そして、このような制御を行うことによっ
て、打鍵された鍵に応じた音の高さで、鍵のタッチに応
じて音量や音色を変化させて演奏を行うことが可能とな
る。

【０００８】このようなスピードセンサが、例えば特開
平８−６５５６号公報、特開平８−６５５７号公報ある
いは実開平８−４３３号公報に開示されている。

【０００９】特開平８−６５５６号公報においては、鍵
の下部に鍵の長手方向に沿って２つのゴムスイッチが配
置されている。鍵が操作され、鍵が下がることによって
この２つのゴムスイッチが所定の時間差をもって導通
し、この時間から鍵の移動速度を演算することができ
る。

【００１０】また、特開平８−６５５７号公報において
は、鍵の後端部の上方に圧電材が設置されている。そし
て、鍵の操作と連動して動くハンマーが圧電材を打撃し
た際、圧電効果によって鍵の打撃速度に応じた電圧を得
ることができる。

【００１１】また、実開平８−４３３号公報において
は、鍵の下部に一対のホトカプラを設け、鍵の下部には
シャッタが固定されている。鍵の操作によってシャッタ
がホトカプラの間を通過する際の信号を段階的に得るこ
とによって、鍵の速度を検出することができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
鍵盤スピードセンサのうち、特開平８−６５５６号公報
あるいは実開平８−４３３号公報におけるものは、鍵の
所定移動量に対応した時間を検出して速度を演算してい
るため、この移動範囲内での平均の速度しか求めること
はできなかった。

【００１３】また、特開平８−６５５７号公報における
ものも、ハンマーが圧電材を打撃した瞬間の鍵の速度し
か検出することはできなかった。

【００１４】従って、アコースティックピアノにおける
演奏者の微妙な鍵タッチを再現しようとした場合に、例
えばハンマーが打弦する前後で鍵の移動速度が変わるよ
うな場合の微妙な音質の再現には限界があった。

【００１５】すなわち、実質的に鍵の速度検出を１点又
は数点でしか行えないため、途中の速度の変動を考慮し
た精度の高い電子音の制御ができなかった。

【００１６】速度検出の分解能を上げるためには、検出
手段を多数個設ければ理論的には可能であるが、スペー
ス的な問題や組み立て工程数の増加等の問題があって、
現実的には難しかった。

【００１７】また、このようにして分解能を高めたとし
ても、得られる速度信号は最小分解幅においてはやはり
平均値であって、鍵の動きを忠実にアナログ信号として
再現することはできなかった。

【００１８】さらに、上述したような鍵盤スピードセン
サは、関連部品の位置精度による誤差の影響を受け易
く、この誤差によってそれぞれの鍵の速度検出のタイミ
ングや発音のタイミングにバラツキを生じてしまうとい
う問題が発生していた。

【００１９】そして、このバラツキを補正するために、
個々のセンサの取り付け時の位置合わせの精度や、同一
部品の単体での精度を向上させる必要があり、工程の煩
雑化及び部品コストの上昇を招いていた。

【００２０】本発明は、このような問題を解決するため
に成されたものであり、電子音源付鍵盤楽器の鍵盤装置
において、鍵又は鍵と連動して動く部材の動きを高精度
に検出することによって、対応する鍵の発音タイミン
グ、音量、音質等を忠実に再現することを可能とした電
子楽器の鍵盤装置を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の電子楽器の鍵盤
装置は、電気的に音を発し得る電子音源付鍵盤楽器の鍵
盤装置であって、鍵又はこれに連動する部材の動作状態
検出を行う超音波センサが載置されている。

【００２２】本発明の電子楽器の鍵盤装置の一態様例に
おいては、前記鍵に相対して離間する位置に、少なくと
も前記鍵の位置、速度検出を行う超音波センサが載置さ
れている。

【００２３】本発明の電子楽器の鍵盤装置の一態様例に
おいては、前記超音波センサによって検出された前記鍵
の位置、速度の信号に基づいて、楽音発生回路を介して
楽音を生成する。

【００２４】本発明の電子楽器の鍵盤装置の一態様例に
おいて、前記超音波センサは前記鍵の下部に載置され、
前記鍵の下面の位置、速度検出を行う。

【００２５】本発明の電子楽器の鍵盤装置の一態様例に
おいて、前記鍵が配列される方向に延在する基板を更に
有し、前記超音波センサは前記鍵のそれぞれに対応して
前記基板上に載置され、前記基板と電気的に接続されて
いる。

【００２６】本発明の電子楽器の鍵盤装置の一態様例に
おいて、前記超音波センサは前記鍵と連動するアクショ
ン機構の位置、速度検出を行う。

【００２７】

【作用】本発明においては、送受信が可能な超音波セン
サによって、鍵又はこれと連動する部材に対して空間を
伝播する超音波を送信する。そして、反射波を受信して
その伝播時間から部材の位置を求めることができる。

【００２８】また、受信した超音波の周波数変位（ドッ
プラシフト）を計測することで、移動する部材の速度を
アナログ信号として得ることができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）以下、本発明の第１の実施形態を図
面に基づいて説明する。図１に第１の実施形態に係る鍵
盤装置を適用した電子ピアノを示し、図２にはこの電子
ピアノの鍵盤装置を示す。

【００３０】図１は電子ピアノの概略側断面図を示して
いる。図１において電子ピアノの所定の高さに棚板１が
設置されている。そして、棚板１上にキーフレーム２が
設置されている。キーフレーム２上にはバランスレール
３を介して鍵盤４が配列されている。この電子ピアノは
音域が１１オクターブなので、全部で８８個の鍵が配列
されている。

【００３１】鍵盤４の後端部にはアクション機構１２が
設置されている。演奏者が鍵盤４を操作することによっ
て、アクション機構１２は連動して動き、アコースティ
ックピアノに近い操作感を与えることができる。

【００３２】図２にキーフレーム２上に配列された鍵盤
４の一部である白鍵５及び黒鍵６の周辺部を詳細に示
す。バランスレール３上に白鍵５が配置され、白鍵５の
孔５ａにバランスレール３に固定されたバランスピン７
が挿入されて、白鍵５はバランスピン７を支点としてシ
ーソ状に動くことができる。

【００３３】この際、白鍵５の先端が左右に振れないよ
うに、キーフレーム２上のフロントレール１１に固定さ
れたフロントピン９が白鍵５の下面５ｂに形成された孔
へ挿入されている。

【００３４】同様に黒鍵６もバランスレール３上に配置
され、孔６ａにはバランスピン８が挿入されている。ま
た、図示されていないが黒鍵６の裏面に形成された孔に
フロントピンが挿入されている。

【００３５】白鍵５の下には超音波センサ１０が白鍵５
の下面５ｂから所定の距離だけ離間して設置されてい
る。この超音波センサ１０は圧電セラミックによって超
音波を発信し、白鍵５の下面５ｂに向かって空気中を伝
播させ、下面５ｂで反射された超音波を受信することが
できる。

【００３６】そして、送受信された超音波の伝播時間あ
るいは周波数変位（ドップラシフト）を検出することが
できる。これによって、白鍵５が操作された際の下面５
ｂの位置、速度を検出することができる。

【００３７】図３に、この超音波センサ１０によって検
出された時間（ｔ）に対応する下面５ｂの速度（ｖ）の
関係を表したグラフを示す。このグラフにおいて点Ａは
通常に打鍵された場合の発音タイミング、すなわちアコ
ースティックピアノにおける通常の打弦に相当するタイ
ミングを示している。

【００３８】このように超音波センサ１０は、鍵の打鍵
開始から鍵が下がりきるまでの白鍵５の下面５ｂの速度
を連続的なアナログ信号として出力することができる。
そして、この信号から任意の時間における白鍵５の加速
度を演算することができる。また、速度信号の発生によ
り操作された鍵を識別することができ、操作された鍵に
対応した高さの音を特定することができる。

【００３９】従って、白鍵５の作動範囲内の所望の位置
における速度、加速度の情報と、打鍵によって特定され
た音の高さの情報から、その鍵の音高で、音質、音量等
の微妙な調整を行うことができる。また、発音タイミン
グの前後における速度、加速度等の変化から、図３にお
ける点Ａに示す発音タイミングを時間的に前後にずらす
ことも可能である。

【００４０】すなわち、連続した速度信号はＡ／Ｄ変換
器によってデジタル信号に変換された後、ＣＰＵに取り
込まれて、上述した所定の処理が行われ、楽音信号形成
パラメータとなって楽音発生回路へ送信される。そし
て、楽音発生回路で生成された楽音データはＤ／Ａ変換
器によってアナログの楽音信号に変換され、この楽音信
号は増幅器で増幅されてスピーカへ送られる。

【００４１】このような超音波センサ１０は鍵盤４のす
べての鍵に対応して、その下部に設置されている。従っ
て、実際にはそれぞれの鍵に対応した図３に示す速度信
号データが得られることになり、それぞれの鍵の速度、
加速度を鍵の移動範囲内の任意の点で検出することが可
能となる。

【００４２】また、超音波センサ１０によって個々の鍵
の位置信号も連続的に得られるため、鍵が操作されない
状態での鍵の位置（初期位置）を検出して、この初期位
置によってソフトウェア上で発音タイミングを補正すれ
ば、すべての鍵の発音タイミングを同じストローク位置
に対応させることができる。

【００４３】図４にこの初期位置の検出例を示す。図４
（ａ）は初期位置から打鍵終了までの変位がａ−ａ’で
ある鍵Ａと初期位置から打鍵終了までの変位がｂ−ｂ’
である鍵Ｂの、超音波センサ１０による位置信号の出力
を示したものである。

【００４４】このように超音波センサ１０によって初期
位置の出力（ａ及びｂ）を得ることができるので、初期
位置に応じて例えば鍵Ａの位置信号からからはａを減算
し、鍵Ｂの位置信号からはｂを減算することによって、
ソフトウェア上で図４（ｂ）に示すように鍵Ａ及び鍵Ｂ
の初期位置信号を同一に補正することができ、発音タイ
ミングを同じストローク位置（Ａ’）に設定することが
できる。

【００４５】このように構成した第１の実施形態におい
ては、送受信が可能な超音波センサ１０をそれぞれの鍵
の下部に設置することによって、超音波を送信し、鍵の
下面に反射させて反射波を受信して鍵の位置検出を簡単
に行うことができる。従って、特に他の部品を必要とし
ないため、鍵盤４の状態検出を簡単な構造でしかも最小
限のスペースを確保するだけで行うことができる。

【００４６】また、超音波センサ１０によって鍵の初期
位置から打鍵終了位置までの動作状態をアナログ的に連
続した信号として得ることができる。よって、鍵の移動
範囲内の任意の位置と、任意の位置における速度を検出
することが可能となり、より高精度に鍵の状態検出を行
うことができる。

【００４７】従って、特定の瞬間の鍵のスピードのみな
らず、鍵の動作開始から動作終了までの連続した位置、
速度、加速度信号を用いて、発音タイミング、音質、音
量等を精密に制御して音を発することができる。これに
よって、アコースティックピアノにより近い音を電子ピ
アノによって発音することが可能となる。

【００４８】また、それぞれの鍵のストロークの初期位
置のバラツキをソフトウェア上で補正することができる
ため、鍵あるいは超音波センサ１０の位置を機構的に微
調整する必要がなく、調整の工程を簡略化することがで
きる。

【００４９】（第２の実施形態）図５に本発明の第２の
実施形態を示す。第２の実施形態においては超音波セン
サの使用をより量産に適した形態としている。なお、図
５において第１の実施形態と同様の機能を有する部材等
ついては同一符号を記して説明を省略する。

【００５０】図５に示すように、キーフレーム２上のフ
ロントレール１１とバランスレール３の間には、基板２
１が鍵盤４の配列方向に載置されている。この基板２１
は例えばガラス・エポキシ等の素材からなる硬質基板で
あって、所定の導電パターンが形成されて、鍵の配列方
向に延在した形状をしている。

【００５１】第２の実施形態における超音波センサは、
四角形のチップ状のものであって基板２１上に設置され
て電気的に接続されている。この超音波センサチップ２
２は鍵それぞれに対応しているため、合計で８８個が基
板２１の長手方向に配置されている。

【００５２】図６にこの基板２１及び超音波センサチッ
プ２２の詳細な斜視図を示す。基板２１の一方の端は幅
が広くなっており、接続部２１ａとなっている。この接
続部２１ａにフレキシブル基板２３が電気的に接続され
ている。そしてフレキシブル基板２３は図示せぬ制御部
に接続されている。

【００５３】また、基板２１には位置決め孔２１ｂが両
端部に形成されている。この位置決め孔２１ｂを、図示
せぬキーフレーム２上に形成されたボスに嵌合させるこ
とによって、確実に基板２１の位置決めを行うことがで
きる。

【００５４】超音波センサチップ２２は基板２１上の所
定位置に配置された後、例えば通常のリフロー工程によ
って容易に基板２１と電気的に接続することができる。

【００５５】このように構成した第２の実施形態によれ
ば、超音波センサチップ２２を基板２１上の所定の位置
に配置して一体的に形成しているため、基板２１をキー
フレーム２に対して位置決めを行って固定すれば、すべ
ての超音波センサチップ２２をそれぞれの鍵に対応させ
て配置することができる。

【００５６】また、超音波センサチップ２２は基板１０
に対して電気的に接続されているため、個々の超音波セ
ンサチップ２２に対して配線を行う必要もない。

【００５７】従って、第２の実施形態の構成をとること
で、本発明をより実際の使用に即した形態とすることが
できる。

【００５８】（第３の実施形態）図７に本発明の第３の
実施形態を示す。第３の実施形態における鍵盤装置も基
本的構成は第１の実施形態と同じであるが、超音波セン
サが鍵と連動して動くアクション機構の動きを検出して
いる点で第１の実施形態と異なっている。第３の実施形
態においても第１の実施形態と同様の機能を有する部材
等ついては同一符号を記して説明を省略する。

【００５９】図７は、鍵盤４の後端部に設置されたアク
ション機構の詳細な断面図を示したものである。図７に
示す白鍵５の後端部には、支点２５ａを回転中心として
回動自在にハンマ２５が設置されている。そして、支点
２５ａの近傍には下方に向かってキャプスタンスクリュ
ー２６が固定されており、白鍵５の後端部上面５ｃ上に
位置している。

【００６０】従って、白鍵５が操作されて後端部上面５
ｃが上方へ動くと、キャプスタンスクリュー２６が上方
へはね上げられるため、図７においてハンマ２５が反時
計回りに回動する。そして、ハンマの先端がストッパク
ッション２７に当接したところで、ハンマ２５及び白鍵
５の動きは停止する。

【００６１】支点２５ａの上方には、超音波センサ１０
が設置されている。超音波センサ１０から発信される超
音波の方向を、ハンマ２５上に形成された所定の角度を
有する反射面２５ｂに向けておくことで、反射面２５ｂ
の動作状態を検出することができる。

【００６２】従って、第１の実施形態と同様にハンマ２
５の回動範囲内で、反射面２５ｂの任意の位置と、任意
の位置における速度を検出することができる。また、ハ
ンマ２５のこれらの動作を検出した場合には、対応する
鍵が操作されたとして、鍵盤スイッチとして機能させる
ことも可能である。

【００６３】以上のような構成の第３の実施形態によれ
ば、例えば鍵盤の下部にスペースが得られない場合に、
アクション機構の周辺のスペースを有効に使って超音波
センサ１０を配置することができる。

【００６４】なお、第３の実施形態において、鍵盤の操
作感をより向上させたい場合には、例えばグランドピア
ノのアクション機構を用いてもよい。この場合にもアク
ション機構の任意の可動部材に対して超音波センサ１０
を設置することによって動作状態の検出が可能となる。

【００６５】また、第１〜第３の実施形態では本発明の
鍵盤装置を電子ピアノに適用した例を示したが、アコー
スティックピアノに電子音源を組み合わせて、通常のピ
アノ演奏以外に電子音源による演奏をも可能にした、電
子音源組み込みピアノに適用してもよい。

【００６６】

【発明の効果】本発明によれば、電子音源付鍵盤楽器の
鍵盤装置において、単純な構成でそれぞれの鍵の動きを
高精度に検出することができる。従って、操作された鍵
の発音タイミング、音量、音質等を忠実に再現すること
を可能とした電子音源付鍵盤楽器の鍵盤装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る電子ピアノの概
略断面図である。

【図２】本発明の第１の実施形態に係る鍵盤装置の要部
を示す斜視図である。

【図３】本発明の第１の実施形態に係る鍵盤装置の鍵の
速度と時間の関係を示す図である。

【図４】本発明の第１の実施形態に係る鍵盤装置の鍵の
変位と時間の関係を示す図である。

【図５】本発明の第２の実施形態に係る鍵盤装置の要部
を示す斜視図である。

【図６】本発明の第２の実施形態に係る鍵盤装置の主要
部品を示す斜視図である。

【図７】本発明の第３の実施形態に係る鍵盤装置の要部
を示す斜視図である。

【符号の説明】

５ 白鍵 ５ａ 下面 １０ 超音波センサ ２１ 基板 ２２ 超音波センサチップ ２５ ハンマ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子的に音を発し得る電子音源付鍵盤楽
   器の鍵盤装置であって、 鍵又はこれに連動する部材の動作状態検出を行う超音波
   センサが載置されたことを特徴とする電子楽器の鍵盤装
   置。
2. 【請求項２】 前記鍵に相対して離間する位置に、少な
   くとも前記鍵の位置、速度検出を行う超音波センサが載
   置されたことを特徴とする請求項１に記載の電子楽器の
   鍵盤装置。
3. 【請求項３】 前記超音波センサによって検出された前
   記鍵の位置、速度の信号に基づいて、楽音発生回路を介
   して楽音を生成することを特徴とする請求項２に記載の
   電子楽器の鍵盤装置。
4. 【請求項４】 前記超音波センサは前記鍵の下部に載置
   され、前記鍵の下面の位置、速度検出を行うことを特徴
   とする請求項２又は３に記載の電子楽器の鍵盤装置。
5. 【請求項５】 前記鍵が配列される方向に延在する基板
   を更に有し、前記超音波センサは前記鍵のそれぞれに対
   応して前記基板上に載置され、前記基板と電気的に接続
   されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に
   記載の電子楽器の鍵盤装置。
6. 【請求項６】 前記超音波センサは前記鍵と連動するア
   クション機構の位置、速度検出を行うことを特徴とする
   請求項２〜５のいずれか１項に記載の電子楽器の鍵盤装
   置。