(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
楽器本体に対し変位可能に支持された鍵盤と、この鍵盤の変位に応じて弾性変形する第１の弾性部材と、前記鍵盤の前記楽器本体に対する変位もしくは前記第１の弾性部材の変位を検出する第１のセンサーと、この第１のセンサーの検出出力に応じて楽音を制御する楽音制御手段を具備した電子楽器において、
上記楽器本体に第２の弾性部材を介して質量体を設け、この質量体の前記楽器本体に体する変位もしくは前記第２の弾性部材の変位を検出する第２のセンサーを設け、この第２のセンサーを上記第１のセンサーとともに上記楽音制御手段に連結したことを特徴とする電子楽器。
【請求項２】
前記第１および第２の弾性部材のそれぞれに対し制動用のダンパーを設けたことを特徴とする請求項１に記載の電子楽器。
【請求項３】
前記鍵盤の固有振動数が前記質量体の固有振動数と一致し、前記楽音制御手段は前記第２のセンサーの出力に基づいて鍵盤に対する外乱振動を演算するとともに前記第１のセンサーの出力から上記外乱振動分を補正して楽音制御信号を作成するように構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の電子楽器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は電子楽器に関し、特に揺動可能な鍵盤を備えた楽音制御機構の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子鍵盤楽器において、演奏表現力を豊かにするために鍵盤を楽器本体に対し横方向（左右方向、即ち鍵の並び方向）に移動可能に構成し、押鍵ストローク中あるいは押鍵ストローク後に鍵盤を横方向に移動あるいは振動させてその移動量（変位量）を検出し、この検出結果に応じて例えば音色、音量やピッチあるいはリバーブ、パン、ビブラートその他の各種楽音を制御し、演奏の幅を広げ表現力を豊かにする技術が開発されている。
【０００３】
従来の横方向に移動可能な鍵盤構造が実開平５−９０５９２号公報に開示されている。この公報に開示された鍵盤構造においては、楽器本体側に固定された鍵フレームに対し、各鍵を連結する鍵ガイド部材を全体的に移動可能に構成し、鍵ガイド部材と鍵フレームとの間に鍵ガイド部材の移動量および移動速度を検出するための感圧センサーからなる検出手段を設け、各鍵を横方向に押圧操作することにより鍵ガイド部材全体を鍵フレームに対し移動させて検出手段によりその移動量を検出する楽音制御機構の構成が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術に係る鍵盤構造においては、楽器本体に対し外部から衝撃等が作用した場合、楽器本体が振動するとともにその楽音制御機構の検出手段が動作して検出信号を発信し、この検出信号に基づいて楽音が変化する。この結果演奏者の意図しない楽音制御が行われてしまう。
【０００５】
このような不具合を防止するためには、楽器本体の重量を非常に大きくして衝撃等により楽器本体が振動しないようにするか、あるいは鍵や鍵ガイド部材等の楽器本体に対し移動可能に構成されたものの質量を非常に小さくして外乱振動が演算結果にほとんど影響しないようにする必要がある。
【０００６】
しかしながら、楽器本体の重量を外乱振動が起きない程重くすることは、大型の据え置き楽器であれば可能であるがシンセサイザー等の持運びを前提とした楽器では困難である。また、一般に電子鍵盤楽器のキーボードスタンドは立設状態でさほど剛性の高いものではなく強い外力を加えれば揺れ動くものであり、外乱による衝撃振動は避けられない。ましてショルダーキーボードにおいては、楽器本体は常に揺れ動かされた振動状態と考えられ検出手段を誤動作させる外乱振動を防止することはほとんど不可能である。
【０００７】
また、鍵や鍵ガイド部材等の質量を小さくすることは、構造的に強度が弱まり強度を高めようとすれば構造が複雑になり好ましくない。さらに、検出結果の信頼性を高めるためには鍵や鍵ガイド部材等の移動可能部材の質量は大きい方がよく、また楽器重量感による製品付加価値を考慮しても質量を極度に小さくすることは好ましくない。
【０００８】
この発明は上記従来技術の欠点に鑑みなされたものであって、鍵盤部分を楽器本体に対し移動可能に構成してこの移動量の検出結果に基づいて楽音制御信号を発生する鍵盤装置において、演奏者の意図しない外乱による振動の影響を除いた楽音制御信号が得られる鍵盤装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明では、楽器本体に対し変位可能に支持された鍵盤と、この鍵盤の変位に応じて弾性変形する第１の弾性部材と、この前記鍵盤の前記楽器本体に対する変位又は第１の弾性部材の変位を検出する第１のセンサーと、この第１のセンサーの検出出力に応じて楽音を制御する楽音制御手段（例えば演算回路と演算に必要なデータを記憶したメモリ等）を具備した電子楽器において、上記楽器本体に第２の弾性部材を介して質量体を設け、この質量体の前記楽器本体に体する変位又は第２の弾性部材の変位を検出する第２のセンサーを設け、この第２のセンサーを上記第１のセンサーとともに上記楽音制御手段に連結したことを特徴とする電子楽器を提供する。
【００１０】
また、請求項２に係る発明では、前記第１および第２の弾性部材のそれぞれに対し制動用のダンパーを設けたことを特徴としている。
【００１１】
さらに、請求項３に係る発明では、前記鍵盤の固有振動数が前記質量体の固有振動数と一致し、前記楽音制御手段は前記第２のセンサーの出力に基づいて鍵盤に対する外乱振動を演算するとともに、鍵盤移動による前記第１のセンサーの出力から上記外乱振動分を補正して楽音制御信号を作成するように構成したことを特徴としている。
【００１２】
【作用】
請求項１の発明によれば、楽器本体に外乱による衝撃等が加わった場合、楽器本体が振動して鍵盤が振動し第１の弾性部材が振動するとともに質量体が振動して第２の弾性部材が振動する。鍵盤の楽器本体に対する変位又は第１の弾性部材の振動が第１のセンサーにより検出され楽音制御手段に入力されるとともに質量体の楽器本体に対する変位又は第２の弾性部材の振動が第２のセンサーにより検出され同様に楽音制御手段に入力される。これにより、楽音制御手段は、第２のセンサーからの信号により外乱振動を演算し、この外乱振動と本来の演奏者の意図による動きを検出するための第１のセンサーからの信号とに基づいて楽音制御信号を発生することができる。
【００１３】
請求項２に係る発明によれば、各弾性部材に対し制動用のダンパーが設けられる。このダンパーの作用により弾性部材を過制動の状態で復帰させ振動を抑制することができる。これにより弾性部材の運動特性を示す振動変位曲線（弾性部材の時間に対する復帰変位のグラフ）がシンプルになりセンサー出力に基づく演算が簡単になる。また、左右方向の変位に対し別の楽音制御を行う場合や左右の変位をビブラート制御等に対応させる場合等に、弾性部材が振動しないで過制動の状態で復帰するため、楽音制御のための演奏者の意志を確実に検出することが可能になる。
【００１４】
請求項３に係る発明によれば、第１および第２の弾性部材に連結された鍵盤および質量体の固有振動数が等しいため、外乱による振動は第１および第２の弾性部材ともに同じ位相で同じ周期の正弦波とみなすことができ、第１の弾性部材の検出出力から第２の弾性部材の検出出力に基づいて外乱振動の補正を容易に行うことができる。
【００１５】
【実施例】
図１は本発明の実施例に係る電子楽器の楽音制御機構の構成を示すブロック図である。楽器本体１に鍵盤２が横方向（鍵の並び方向、即ち図の左右方向）に揺動可能に取付けられる。楽器本体１と鍵盤２との間には第１の弾性部材３が装着される。この第１の弾性部材３の弾性変形の範囲内で鍵盤２は楽器本体１に対し矢印Ａのように横方向に揺動（振動）する。楽器本体１にはさらに第２の弾性部材５を介して質量体４が取付けられる。この質量体４も鍵盤２と同様に第２の弾性部材５の弾性変形の範囲内で矢印Ａのように横方向に揺動可能である。
【００１６】
第１の弾性部材３の弾性変位ａは例えば部材３に貼着された歪センサーもしくは部材３の本体１に対する変化を図２のセンサー３２で示すような光センサー等からなる第１の変位センサー６−１により検出される。また第２の弾性部材５の弾性変位ｂは前記第１の変位センサー６−１と同様構成からなる第２の変位センサー６−２により検出される。第１の変位センサー６−１はＡ／Ｄ変換器７−１を介して演算部８に接続され、第１の弾性部材３の変位検出量がＳ１信号として演算部８に入力される。同様に第２の変位センサー６−２はＡ／Ｄ変換器７−２を介して演算部８に接続され、第２の弾性部材５の変位検出量がＳ２信号として演算部８に入力される。さらに該演算部８には鍵盤からの音高データがラインＬを介して入力される。演算部８には各種楽音制御に必要なデータを記憶したＲＯＭ等からなるパラメータテーブルメモリ群９が接続される。このパラメータテーブルメモリ群９には、制御すべき楽音に応じた検出データに対する変換テーブルや制御条件に応じた演算処理用の数式や係数等が格納されている。演算部８は、パラメータテーブルメモリ群９から必要なデータを読み出してＳ１信号、Ｓ２信号および音高データに基づいて後述のように外乱振動の影響を除去して演奏者の意志に応じた楽音制御信号を合成する。従って、この演算部８およびパラメータテーブルメモリ群９により請求項１でいう楽音制御手段が構成される。この楽音制御手段により作成された楽音制御信号は音源回路１０に入力されスピーカ等の音声回路１１から音声として出力される。
【００１７】
図２は本発明に係る電子楽器の別の構成例を示す図である。鍵２６は鍵ガイド２８に沿って縦方向（上下方向）に矢印Ｂのように揺動可能であり演奏者により押鍵演奏操作される。各鍵２６に係合する鍵ガイド２８は鍵盤フレーム２４に固定される。この鍵盤フレーム２４は横方向（矢印Ａ方向）に弾性変形可能な第１の板バネ２２を介して楽器本体である棚板２０に連結される。従って、鍵盤フレーム２４は第１の板バネ２２の弾性変形の範囲内で矢印Ａのように揺動動作が可能である。従って、演奏者は鍵盤２６を矢印Ｃのように横方向に振らせることにより（一方の方向に付勢したりあるいは両方向に交互に振動させる場合を含む）、第１の板バネ２２を弾性変形させて矢印Ａのように揺動させることができる。この第１の板バネ２２は鍵盤フレーム２４の左右両端部に設けられる。
【００１８】
この第１の板バネ２２（一方の板バネのみでよい）に対向して棚板２０上に剛体３０が固定される。第１の板バネ２２と剛体３０との間には板バネ２２の弾性変形の動きを制動するためのダンパー３４および板バネ２２の弾性変形によって剛体３０と板バネ２２との変位（距離）を検出するための光学的センサー３２が設けられる。センサー３２としては、例えば図示したような反射型センサーを用いる。この反射型センサーは、弾性材料からなるケース３２ａ内に発光素子３２ｂおよび受光素子３２ｃを設け、ケース内面に白色の反射面３２ｄを形成して板バネ２２の弾性変形に応じてケース３２ａを弾性変形させこれによりケース３２ａ内の反射面３２ｄを変位させて受光量を変化させることにより板バネ２２の変位量を検出するものである。なお、この反射型センサーは、そのケース形状を伏椀状とした鍵スイッチの可動部と同様な形状であってもよい。
【００１９】
棚板２０上にはさらに第２の板バネ３８が第１の板バネ２２と同様に横方向に弾性変形するように取付けられる。この第２の板バネ３８の上端部には所定の質量を有する質量体３６が支持される。第２の板バネ３８に対向して棚板２０上に、第１の板バネ２２に対する場合と同様に、剛体４０が固定され、この剛体４０と第２の板バネ３８との間にダンパー４２および光学的センサー４４が装着される。ダンパー４２およびセンサー４４の構成および作用は前述の第１の板バネ２２に対応して設けたダンパー３４およびセンサー３２と同様である。
【００２０】
図３は上記実施例をモデル化した図である。この図３を参照して上記実施例に係る鍵盤装置の作用について以下に説明する。
【００２１】
図１の鍵盤２（図２では鍵２６、鍵ガイド２６および鍵盤フレーム２４に相当）は図３において質量Ｍ１の質量体として表され、第１の弾性部材３（図２では第１の板バネ２２に相当）のバネ定数はＫ１で表されている。これらの鍵盤２および第１の弾性部材３により演奏者の操作による楽音制御のための第１の系Ｘ１が構成される。
【００２２】
同様に図１の質量体４（図２では質量体３６に相当）の質量は図３においてＭ２で表され、第２の弾性部材５（図２では第２の板バネ３８に相当）のバネ定数はＫ２で表されている。これらの質量体４および第２の弾性部材５により外乱振動除去のための第２の系Ｘ２が構成される。第１の系Ｘ１および第２の系Ｘ２はともに同じ楽器本体１（図２では棚板２０に相当）の上に設けられる。
【００２３】
この場合、第２の系Ｘ２の質量Ｍ２およびバネ定数Ｋ２は、第１の系Ｘ１のそれぞれに対し、Ｋ１／Ｍ１＝Ｋ２／Ｍ２となるように設定される。これにより、各系Ｘ１およびＸ２がもつ固有の角振動数はω＝（Ｋ１／Ｍ１）１／２  ＝（Ｋ２／Ｍ２）１／２  となり両者は等しくなる。
【００２４】
演奏操作により楽音を制御するときには、静止状態の楽器本体に対し例えば鍵２６（図２）を矢印Ｃのように横方向に揺らせる。これにより第１の板ばね２２（第１の弾性部材３（図１））が矢印Ａのように揺動し、この弾性変位をセンサー３２（第１の変位センサー６−１（図１））が検出する。検出された変位量の信号はデジタルのＳ１信号（図１）として演算部８に入力される。このとき質量体４（３６）は静止状態に保たれるため第２の弾性部材５（第２の板バネ３８）は揺動せず変位は検出されない。従って図１のＳ２信号はゼロであり演算部８は演奏者の意図に基づくＳ１信号によってのみ楽音制御信号を作成しこれを音源に入力する。
【００２５】
一方、楽器本体に衝撃等の外乱が作用した場合、即ち図３で楽器本体１に対し外乱力Ｆが作用した場合には、楽器本体１（２０）が振動して第１の系Ｘ１の鍵盤２（２４，２６，２８）が振動するとともに第２の系Ｘ２の質量体４（３６）が振動する。従って、第１の変位センサー６−１による検出信号Ｓ１とともに第２の変位センサー６−２による第２の弾性部材５（３８）の変位検出信号Ｓ２が演算部８に入力される。ここで、前述のように、第１の系Ｘ１と第２の系Ｘ２の固有振動数が等しいため、Ｓ１信号およびＳ２信号はともに同位相、同周期の正弦波とみなすことができる。従って、楽音制御信号を時間ｔの関数Ｓ（ｔ）とすれば、Ｓ（ｔ）＝Ｓ１（ｔ）−Ｇ×Ｓ２（ｔ）  （Ｇは定数）と表すことができる。従って、演奏操作中に外乱振動が作用した場合には、演算部８において、パラメータテーブルメモリ群９から制御条件に応じて読み出したＧを用いて、演奏操作に係る第１の系Ｘ１の信号Ｓ１から外乱振動に係る第２の系Ｘ２の信号Ｓ２の成分を除去して演奏者の意志による制御操作に正確に対応した楽音制御信号を作成することができる。
【００２６】
なお、外乱振動をさらに正確に検出するために、複数の外乱振動除去のための系を（例えばＸ、Ｙ、Ｚ方向のそれぞれについて）設けてもよい。
【００２７】
また、各系における弾性部材のセンサーは光学的センサーに限らず、感圧センサー等の力を検出するセンサーや２メイク式の速度を検出するセンサーあるいは歪ゲージ等の抵抗変化検出センサーその他適当な位置検出センサーであってもよい。いずれのセンサーであっても実質上弾性部材の変位に基づいて検出が行われるものである。
【００２８】
次に上記実施例における各系Ｘ１およびＸ２に設けたダンパーの作用について説明する。ダンパーを設けることにより、速度に比例した抵抗をもつ系となる。ｘ軸上のある質点（質量ｍ）が原点に引戻されるときの力は−ｋｘであり、速度に比例した抵抗は−λｘ’である。従って、運動方程式は
ｍｘ”＝−ｋｘ−λｘ’
と表される。ここで抵抗（−λｘ’）があまり大きくなければ単なる減衰振動の式とみなせるため、各系Ｘ１とＸ２における減衰比を合わせるだけで外乱振動除去のための演算が可能になる。
【００２９】
一方、実際に各系を楽器に搭載して楽音制御操作を行う場合には、振動を伴わずに減衰する過制動の状態が好ましい場合がある。即ち、演奏操作子（例えば鍵盤の各鍵）を押圧操作した後任意の位置で放置した場合に次にその操作子を使用するときまでには物理的に中立の位置に復帰していることが望ましい。この場合、復帰動作は迅速でかつ振動しないものであることが望ましい。これは、鍵の左右方向の押圧力を検出してビブラート制御に利用する場合や左右方向のそれぞれについて別の楽音を対応させて制御する場合等に、中立位置に復帰していない鍵を検出してエラー信号を発生するおそれをなくすためである。
【００３０】
図４は上記演奏操作子の復帰動作のグラフである。（Ａ）は減衰振動を示し、ダンパーを設けない場合のグラフである。（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）の３つのグラフがダンパーを設けた場合の過制動の減衰動作を示すものであり、実質上振動を伴わない非周期運動となる。このような過制動の場合、各系Ｘ１、Ｘ２の構成を機械的に整合させることにより運動特性を合わせることができ、演算処理についても単純な差分の式で行うことができる。また制動による中立復帰が迅速に行われるため、突発的な衝撃が作用した場合に楽音を乱さずに演奏を行うことが可能になる。
【００３１】
以下、楽音制御信号作成のための演算処理の例についてさらに説明する。
【００３２】
前述の楽音制御信号をＳ、第１の系Ｘ１からＡ／Ｄ変換した信号をＳ１、第２の系Ｘ２からＡ／Ｄ変換した信号をＳ２とすれば、複合演算によるＳは
Ｓ＝ｆ（Ｓ１，Ｓ２）
となる。この信号Ｓを表すさらに具体的な例を以下に説明する。
【００３３】
第１の例として前述のように、Ｓ＝Ｓ１−ＧＳ２  （Ｇは定数）がある。この場合、外乱振動が作用したとき、各系の固有振動数および位相は一致しているが、各系の振幅は異なっている。従って、定数Ｇを調整して外乱振動が作用したときにＳ＝０となるようにＧを設定する。このようなＧを予め設定してメモリに格納しこれに基づいて演算処理を行うことにより、外乱振動が作用したときに誤って楽音制御信号を発生することが防止され、また楽音制御操作中に外乱振動が加わったときにこの外乱振動成分を除去して演奏者の意志のみに基づいて楽音を制御することができる。
【００３４】
第２の例として、予め設定したパラメータａ，ｂを用いて
Ｓ＝ａＳ１−ｂＳ２
で表される式を用いることができる。この式において、ａ，ｂの値を適宜設定することにより以下の例に示すように各種制御特性の楽音制御信号を得ることができる。
【００３５】
（ｉ）ａ＝１，ｂ＝０とすれば、第２の系Ｘ２からの信号が無視されるため従来の楽器と同じ作用になる。
【００３６】
（ｉｉ）ａ＝０，ｂ＜０とすれば、第１の系Ｘ１からの信号が無視され第２の系Ｘ２からの信号のみによって楽音が制御される。これにより、鍵盤の揺動操作では楽音は変化しないが楽器本体を意図的に揺らせることにより楽音が変化するような制御特性とすることができる。
【００３７】
（ｉｉｉ）ａ＞０，ｂ＜０とすれば、第１および第２の両方の系Ｘ１、Ｘ２からの信号が合算されるため、鍵盤の横方向揺動操作により楽音を変化させることができかつ楽器本体を横方向に揺動させても楽音を変化させることができる。
【００３８】
なお、ａ＝１，ｂ＝Ｇとすれば前述の第１の例と同じになる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、楽器本体に外乱による衝撃等が加わった場合、楽器本体が振動して鍵盤が振動し第１の弾性部材が振動するとともに質量体が振動して第２の弾性部材が振動し、第１の弾性部材の振動が第１のセンサーにより検出され楽音制御手段に入力されるとともに第２の弾性部材の振動が第２のセンサーにより検出され同様に楽音制御手段に入力されるため、楽音制御手段は、第２のセンサーからの信号により外乱振動を演算し、この外乱振動と本来の演奏者の意図による動きを検出するための第１のセンサーからの信号とに基づいて外乱振動分を補正あるいは除去して楽音制御信号を発生することができる。これにより、外乱振動が作用したときに誤って楽音制御信号を発生することが防止され、また楽音制御操作中に外乱振動が加わったときにこの外乱振動成分を除去して演奏者の意志のみに基づいて楽音を制御することができる。
【００４０】
請求項２に係る発明によれば、各弾性部材に対し制動用のダンパーが設けられ、このダンパーの作用により弾性部材を過制動の状態で復帰させ振動を抑制することができるため、弾性部材の運動特性を示す振動変位曲線がシンプルになりセンサー出力に基づく演算が簡単になる。また、左右方向の変位に対し別の楽音制御を行う場合や左右の変位をビブラートに対応させる場合等に、弾性部材が振動しないで過制動の状態で復帰するため、楽音制御のための演奏者の意志を確実に検出することが可能になる。
【００４１】
請求項３に係る発明によれば、第１および第２の弾性部材に連結された鍵盤および質量体の固有振動数が等しいため、外乱による振動は第１および第２の弾性部材ともに同じ位相で同じ周期の正弦波とみなすことができ、第１の弾性部材の検出出力から第２の弾性部材の検出出力に基づいて外乱振動の補正を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る鍵盤装置の要部構成および楽音制御機構のブロック回路を示す構成図である。
【図２】本発明の実施例に係る鍵盤装置のさらに具体的な構成を示す要部構成図である。
【図３】本発明の実施例に係る鍵盤装置の各構成部分をモデル化して表示した説明図である。
【図４】本発明の実施例に係る鍵盤装置の制動用ダンパーの減衰曲線の例を示すグラフである。
【符号の説明】
１：楽器本体、２：鍵盤、３：第１の弾性部材、４：質量体、５：第２の弾性部材、６ー１：第１の変位センサー、６ー２：第２の変位センサー、７ー１、７ー２：Ａ／Ｄ変換器、８：演算部、９：パラメータテーブルメモリ群、１０：音源、２０：棚板（楽器本体）、２２：第１の板バネ、２４：鍵盤フレーム、２６：鍵、２８：鍵ガイド、３０：剛体、３２：光学的センサー、３４：ダンパー、３６：質量体、３８：第２の板バネ、４０：剛体、４２：ダンパー、４４：光学的センサー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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