(57)【要約】【課題】光センサ等のセンサの位置を迅速かつ正確に測定することができるのは勿論のこと、ハンマセンサの位置を測定した結果によって演奏情報を補正することができ、よって、演奏を正確に記録し再現することができる演奏データ補正装置を提供する。【解決手段】ハンマ２がセンサＳＥ１、ＳＥ２を通過する時刻とを取得し、取得した時刻と、センサＳＥ１とセンサＳＥ２の間の距離と、ハンマ２が弦４に接弦している接弦時間とにより、センサＳＥ１とセンサＳＥ２との間のセンサ間距離を求める。そして、ハンマ２がセンサＳＥ１、ＳＥ２を通過する時刻およびセンサ間距離とにより求められる打弦速度と、ハンマ２がセンサＳＥ２を通過する時刻と、センサ間距離とによりハンマがセンサＳＥ２を通過してから打弦するまでの時間を算出し、算出した時間により打弦時刻を補正する。【選択図】図１
2006163439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回動して弦を打弦するハンマ機構の可動部の通過を、前記可動部の回動軌道の第１位置と、前記可動部の打弦方向へ前記第１位置から所定距離離れた第２位置とで検出するハンマセンサと、
前記可動部が前記第１位置を通過した時刻と、前記可動部が前記第２位置を通過した時刻とを検知する時刻検知手段と、
前記時刻検知手段により検知された時刻であって、前記可動部が打弦方向へ回動したときに前記第２位置を通過した時刻を打弦時刻として取得する打弦時刻取得手段と、
前記第１位置と前記第２位置との間のセンサ間距離と、前記可動部が打弦を行うときに前記弦に接弦している接弦時間と、前記時刻検知手段により検知された時刻であって、前記可動部が打弦方向へ回動したときに前記第１位置を通過した第１時刻と、前記可動部が打弦方向へ回動したときに前記第２位置を通過した第２時刻と、前記可動部が離弦方向へ回動したときに前記第２位置を通過した第３時刻と、前記可動部が離弦方向へ回動したときに前記第１位置を通過した第４時刻と、に基づいて、前記第２位置と前記弦との間の距離を取得する距離取得手段と
前記第１時刻と前記第２時刻および前記センサ間距離に基づいて求められる打弦速度と、前記第２時刻と、前記距離取得手段により取得された距離とに基づいて、前記可動部が前記第２位置を通過してから前記弦を打弦するまでの間の時間を算出し、前記打弦時刻取得手段により取得された打弦時刻を、算出した時間により補正する補正手段と
を備える演奏データ補正装置。
【請求項２】
前記打弦速度と、前記第２時刻と、前記距離取得手段により取得された距離と、前記センサ間距離と、前記距離取得手段により取得された距離と、重力加速度とに基づいて、前記可動部が前記第２位置を通過してから前記弦を打弦するまでの間の時間を算出するとともに、
前記打弦速度と、前記センサ間距離と、前記距離取得手段により取得された距離と、重力加速度とに基づいて、前記可動部が前記弦を打弦するときの打弦速度を算出し、
前記打弦時刻取得手段により取得された打弦時刻を、算出した時間により補正するとともに、補正した打弦時刻と、算出された打弦速度を記憶すること
を特徴とする請求項１に記載の演奏データ補正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、演奏中のハンマの動作をセンサで検出して記録するようにした鍵盤楽器においてセンサの位置を測定し、センサの位置の測定結果に対応してハンマの動作の記録を補正するようにした装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえば自動ピアノにおいては、演奏情報を記録する際に、打弦直前のハンマの速度を検出し、これを打弦強度を示す打弦速度として記録するとともに、ハンマが打弦位置を通過する時刻を打弦時刻として記録する。たとえば、弦に近接してフォトインタラプタ等の光センサを２つ並べて配置し、ハンマシャンクに取り付けたシャッタが１つ目の光センサの光軸を通過してから、２つ目の光センサの光軸を通過するまでの時間を計測することにより、打弦速度を検出するようにしている。また、２つ目の光センサの光軸をシャッタが通過するタイミングをハンマが打弦位置を通過する時刻として検出するようにしている。
【０００３】
一方、記録した演奏情報を再生する際には、鍵を駆動し始めてからハンマが実際に打弦するまでの時間差を見込んで、打弦時刻より少し前にソレノイドによる押鍵を開始する。また、強音と弱音では、押鍵開始から打弦までの時間が異なるので、打弦速度に応じて、ソレノイドによる押鍵タイミングを調整するようにした自動ピアノも開発されている。いずれにしても、打弦時刻にハンマが弦を打撃するように押鍵タイミングが設定される。
【０００４】
ところで、弦に近い方の光センサの位置が弦毎にばらついていると、記録された打弦時刻が弦毎にばらついてしまい、特に、複数の鍵を同時に押鍵して和音を発生させたときに和音の音色が変わってしまう。また、弱打時には、ハンマがアクションから離脱して打弦に至るまでに動作速度が減少してゆくため、打弦タイミングのばらつきがより顕著に現われてしまうとともに、打弦時のハンマの速度にもばらつきが生じる。したがって、演奏をより正確に記録するためには、光センサの取付位置の精度を向上させる必要がある。
【０００５】
工場において光センサの位置を調整する場合には、たとえば、厚さの異なる２種類の隙間ゲージを用意し、弦に当てた隙間ゲージにハンマを当接させたときに、各隙間ゲージを用いたときのハンマの位置の中間の位置で光センサがオンするように、光センサの位置を調整する方法が採られている。また、ハンマを弦の方へ移動させて弦に近い方の光センサがオンするときと、ハンマを弦に当てたときのハンマシャンクの位置とをレーザ変位計で計測する方法も試みられている。さらに、ハンマにグレースケールを取り付けてフォトインタラプタでその位置を計測する方法も検討されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の調整方法においては、弦毎に光センサの位置を調整しなければならないため、全ての弦について調整するにはかなりの時間を要するという問題があった。また、ハンマを弦に当てたときのハンマの位置を計測しなければならないので、たとえば、フェルトで構成されたハンマでは弦に当てたときのハンマの変形量の変化がそのまま光センサの測定位置のばらつきとなる。さらに、隙間ゲージやレーザ変位計などを自動ピアノにセットしなければならないため、段取替えに時間を要する等の問題もある。特に、レーザ変位計等の測定機を用いる場合には、調整用の装置が高価になり自動ピアノへの実装は事実上不可能である。また、ハンマ自体を移動させながら光センサのオンを検出しなければならないため、例えば押鍵しながら光センサの位置を自動的に計測するように構成することも不可能である。
【０００７】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、光センサ等のセンサの位置を迅速かつ正確に測定することができるのは勿論のこと、ハンマセンサの位置を測定した結果によって演奏情報を補正することができ、よって、演奏を正確に記録し再現することができる演奏データ補正装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために本発明は、回動して弦を打弦するハンマ機構の可動部の通過を、前記可動部の回動軌道の第１位置と、前記可動部の打弦方向へ前記第１位置から所定距離離れた第２位置とで検出するハンマセンサと、前記可動部が前記第１位置を通過した時刻と、前記可動部が前記第２位置を通過した時刻とを検知する時刻検知手段と、前記時刻検知手段により検知された時刻であって、前記可動部が打弦方向へ回動したときに前記第２位置を通過した時刻を打弦時刻として取得する打弦時刻取得手段と、前記第１位置と前記第２位置との間のセンサ間距離と、前記可動部が打弦を行うときに前記弦に接弦している接弦時間と、前記時刻検知手段により検知された時刻であって、前記可動部が打弦方向へ回動したときに前記第１位置を通過した第１時刻と、前記可動部が打弦方向へ回動したときに前記第２位置を通過した第２時刻と、前記可動部が離弦方向へ回動したときに前記第２位置を通過した第３時刻と、前記可動部が離弦方向へ回動したときに前記第１位置を通過した第４時刻と、に基づいて、前記第２位置と前記弦との間の距離を取得する距離取得手段と、前記第１時刻と前記第２時刻および前記センサ間距離に基づいて求められる打弦速度と、前記第２時刻と、前記距離取得手段により取得された距離とに基づいて、前記可動部が前記第２位置を通過してから前記弦を打弦するまでの間の時間を算出し、前記打弦時刻取得手段により取得された打弦時刻を、算出した時間により補正する補正手段とを備える演奏データ補正装置を提供する。
【０００９】
この態様においては、前記打弦速度と、前記第２時刻と、前記距離取得手段により取得された距離と、前記センサ間距離と、前記距離取得手段により取得された距離と、重力加速度とに基づいて、前記可動部が前記第２位置を通過してから前記弦を打弦するまでの間の時間を算出するとともに、前記打弦速度と、前記センサ間距離と、前記距離取得手段により取得された距離と、重力加速度とに基づいて、前記可動部が前記弦を打弦するときの打弦速度を算出し、前記打弦時刻取得手段により取得された打弦時刻を、算出した時間により補正するとともに、補正した打弦時刻と、算出された打弦速度を記憶するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光センサ等のセンサの位置を迅速かつ正確に測定することができるのは勿論のこと、ハンマセンサの位置を測定した結果によって演奏情報を補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
Ａ：第１実施形態
（イ）実施形態の構成
まず、本発明の実施形態の１つであるハンマセンサの位置測定装置の構成について説明する。図１は、この発明の第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。図において１は鍵であり、３は鍵１の運動をハンマ２に伝達するアクションである。４は、ハンマ２によって打弦される弦であり、５は鍵１を駆動するソレノイドであり、通常のピアノと同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。ソレノイド５には、ブランジャの位置を検出するセンサが設けられている。そして、ソレノイド５のプランジャが突出すると、鍵１がバランスピンＰを中心に回動し、その演奏者側が下がり、また、これに連動してアクション３が作動し、ダンパー６が弦４から離れるとともに、ハンマ２が回動して打弦する。一方、演奏者が弾く場合は、指で鍵１を押下することにより、上述と同様の作用が生じて打弦が行われる。
【００１２】
また、図において、ＳＥ１，ＳＥ２は光センサ（センサ）であり、これらの間隔ｄｘＭは所定寸法ｄｘＭに定められている。演奏検出部３０は、ハンマ２がこれらのセンサＳＥ１，ＳＥ２を通過する時刻を検出するとともに、センサＳＥ１，ＳＥ２の間を通過する時間を計測することにより、ハンマ２の打弦速度ｖＰと離弦速度ｖＮを計測する。また、演奏検出部３０は、ハンマ２がセンサＳＥ２を通過する時刻を打弦時刻として検出する。なお、ハンマ２が実際に打弦する時刻にセンサＳＥ２で検出される打弦時刻をより近づけるために、センサＳＥ２はハンマ２の打弦位置に近接した位置に設けられている。
【００１３】
次に、図に示す２６は、鍵１の下面に取り付けられた板状のシャッタである。２５は、上下方向に所定距離隔て設けられる２組のフォトセンサによって構成されているキーセンサであり、鍵１が押下され始めると、まず上方のフォトセンサが遮光され、次いで、下方のフォトセンサが遮光される。離鍵の際には、下方のフォトセンサが受光状態になり、ついで、上方のセンサが受光状態になる。
【００１４】
キーセンサ２５の出力信号は、演奏検出部３０に供給され、演奏検出部３０は、キーセンサ２５内の下方のフォトセンサが受光状態になってから上方のフォトセンサが受光状態になるまでの時間を測定し、ここから、離鍵速度を検出する。また、演奏検出部３０は上
方のフォトセンサが受光状態になった時刻を離鍵時刻として検出する。
【００１５】
すなわち、演奏検出部３０は、演奏が開始されると、センサＳＥ１，ＳＥ２の出力信号に基づいて、打弦時刻および打弦速度を検出し、かつ、キーセンサ２５の出力信号に基づいて離鍵時刻および離鍵速度を検出する。以上のようにして検出された各情報は、検出後処理部３１に供給される。検出後処理部３１は、各種レジスタを有するＣＰＵなどによって構成され、センサＳＥ２を通過するときのハンマ２の位置から、弦４の打撃を開始するハンマ２の位置までの距離（以下、センサ距離という）ｄｘＥを後述する位置測定原理に基づいて算出し、内部のメモリに寸法データとして供給する。
【００１６】
１０は再生前処理部であり、記録メディアあるいはリアルタイム通信装置から供給される演奏データに基づいて、鍵１の位置データを作成する回路であり、再生前処理部１０で作成された位置データは、モーションコントローラ１１に供給される。モーションコントローラ１１は、供給された位置データに基づいて、励磁電流をソレノイド５に供給する。
【００１７】
（ロ）位置測定原理
次に、このハンマセンサの位置測定装置の測定原理について説明する。図２は鍵が押されていない状態でのハンマ２の位置（以下、レスト位置と称する）ｘＲと、ハンマ２が弦４の打撃を開始する位置（以下、打弦位置と称する）ｘＥとの間でのハンマ２の軌道を示しており、横軸は時刻、縦軸は弦４に対するハンマ２の距離である。押鍵によりレスト位置ｘＲを離れたハンマ２は、一定の速度ｖＰで移動して打弦位置ｘＥに達し、打弦位置ｘＥを離れたハンマ２は、一定の速度ｖＮで移動してレスト位置ｘＲに達するものとみなすことができるので、ハンマ２の軌道は、図２に示すような直線軌道として示すことができる。
【００１８】
そして、押鍵によりレスト位置を離れたハンマ２は、まず、時刻ｔＰＭ1 に光センサＳＥ１を通過した後、時刻ｔＰＭ2 に光センサＳＥ２を通過し、その後時刻ｔＰＥに弦４を打撃し始める。そして、弦４に所定時間ｄｔＥ（以下、この時間を接弦時間と称する）接して、離弦時刻ｔＮＥに打弦位置ｘＥを離れたハンマ２は、時刻ｔＮＭ2 に光センサＳＥ２を再び通過し、時刻ｔＮＭ１に光センサＳＥ１を通過する。ここで、ハンマ２の打弦速度ｖＰは、センサ距離ｄｘＥを用いた下記数１によって表すことができる。
【数１】
2006163439.tif 000003
【００１９】
次に、打弦時にハンマ２が光センサＳＥ１およびＳＥ２を通過する位置をそれぞれｘＰＭ1、ｘＰＭ2とすると、それらの距離（ｘＰＭ2−ｘＰＭ1）は、光センサＳＥ１およびＳＥ２どうしの距離ｄｘＭに等しいとみなすことができる。また、離弦時にハンマ２が光センサＳＥ２およびＳＥ１を通過する位置をそれぞれｘＮＭ1、ｘＮＭ2とすると、それらの距離（ｘＮＭ2−ｘＮＭ1）も距離ｄｘＭに等しいとみなすことができる。よって、ハンマ２の離弦速度ｖＮは下記数２によって表すことができる。
【数２】
2006163439.tif 000004
【００２０】
前述のように、ハンマ２の打弦速度ｖＰと離弦速度ｖＮは演奏検出部３０によって計測される。よって、数１および数２において未知数は、求めるべきセンサ距離ｄｘＥを除くと、打弦時刻ｔＰＥと離弦時刻ｔＮＥであるが、これらと接弦時間ｄｔＥとの間には下記数３に示す関係が存在する。
【数３】
2006163439.tif 000005
【００２１】
ここで、接弦時間ｄｔＥは、主として鍵盤番号（ノート番号とも言う）によって決まり、打弦速度ｖＰの影響はさほど受けないことが本発明者等の実験により発見された。図４は鍵盤番号と接弦時間ｄｔＥとの関係を示す線図である。図４に示すように、鍵盤番号が大きくなるに従って接弦時間ｄｔＥが短くなり、その変化はほぼ直線状となることが判った。なお、接弦時間ｄｔＥが鍵盤番号のよって決まるのは、接弦時間ｄｔＥが弦の周期と密接な関係があるからと考えられる。よって、接弦時間ｄｔＥは鍵盤番号をｋとしたときに下記数４によって求めることができる。なお、数４においてａおよびｂは係数であり、これらは実験によって求めることができる。
【数４】
2006163439.tif 000006
なお、実験で求めた鍵盤番号ｋと接弦時間ｄｔＥとの関係をテーブルにしてメモリに記憶させておき、押鍵がなされたときに鍵盤番号ｋを検出し、テーブルを参照して当該鍵盤番号ｋに対応する接弦時間ｄｔＥを読み出すように構成することもできる。
【００２２】
よって、数４によって接弦時間ｄｔＥを求めれば、上記数１ないし数３を用いてｔＮＥおよびｔＰＥを消去することにより、センサ距離ｄｘＥを求める下記数５を得ることができる。
【数５】
2006163439.tif 000007
【００２３】
（ハ）実施形態の動作
次に、上記構成のハンマセンサの位置測定装置の動作について説明する。図５はハンマセンサの位置測定装置の動作を示すフローチャートである。この実施の形態では、ハンマセンサの位置測定のために鍵１を駆動する演奏データを内蔵した記録媒体に記録させておくか、あるいは演奏データを外部から供給するようになっている。まず、再生前処理部１０は、記録媒体から演奏データを読み出すか、あるいは、外部から供給される演奏データを受信する。この演奏データは、鍵盤番号＃１の鍵１から最後の鍵盤番号（例えば＃８８）の鍵１まで順番に押鍵してゆく複数のイベントデータからなり、各イベントデータは、鍵盤番号を示すキーコード、打鍵時刻を示すキーオン信号、離鍵時刻を示すキーオフ信号および打鍵速度を示すキーベロシティ信号を含んでいる。そして、再生前処理部１０が最初のイベントデータである鍵盤番号＃１のイベントデータを受信すると、検出後処理部３１は、鍵盤番号を示す“１”をレジスタに格納する（ステップＳ１）。
【００２４】
次に、モーションコントローラ１１は、キーベロシティが示す押鍵速度に応じて鍵盤番号＃１の鍵１をアクチュエータ５で駆動する（ステップＳ２）。これにより、ハンマ２が回動すると、演奏検出部３０は、ハンマ２が光センサＳＥ１を通過する時刻ｔＰＭ1および光センサＳＥ２を通過する時刻ｔＰＭ2を検出する。また、演奏検出部３０は、ハンマ２が光センサＳＥ１を通過してから光センサＳＥ２を通過するまでに要する時間（ｔＰＭ2−ｔＰＭ1）を計測し、この時間（ｔＰＭ2−ｔＰＭ1）で光センサＳＥ１およびＳＥ２間の距離ｄｘＭを除算して打弦速度ｖＰを算出する（ステップＳ３）。
【００２５】
次に、ハンマ２が弦４の打撃を開始して接弦時間ｄｔＥを経過すると、ハンマ２が弦４を離れて回動復帰する。このとき、演奏検出部３０は、ハンマ２が光センサＳＥ２を通過する時刻ｔＮＭ2および光センサＳＥ１を通過する時刻ｔＮＭ1を検出する。また、演奏検出部３０は、ハンマ２が光センサＳＥ２を通過してから光センサＳＥ１を通過するまでに要する時間（ｔＮＭ1−ｔＭＮ2）を計測し、この時間（ｔＮＭ1−ｔＭＮ2）でセンサ距離ｄｘＭを除算して離弦速度ｖＮを算出する（ステップＳ４）。
【００２６】
次に、検出後処理部３１は、前述した数１〜数５を用いて光センサＳＥ２と弦４との距離ｄｘＥを算出する（ステップＳ５）。すなわち、検出後処理部３１は、レジスタに格納した鍵盤番号＃１を示す“１を”参照し、数４のｎに１を代入して接弦時間ｄｔＥを算出する。また、検出後処理部３１は、上述のようにして算出した打弦速度ｖＰおよび離弦速度ｖＮと、検出された時刻ｔＰＭ2および時刻ｔＮＭ1と、センサ間距離ｄｘＭを数５に代入してセンサ距離ｄｘＥを算出する。算出したセンサ距離ｄｘＥはメモリに記録し（ステップＳ６）、ステップ７へ進んでレジスタに格納したデータを１だけインクリメントする。
【００２７】
次に、ステップＳ８へ進み、レジスタに格納された“２”が鍵盤番号として有効か否かを判定する。この場合、鍵盤番号＃２は存在するから、ステップＳ８での判定結果は「ＹＥＳ」となり、ステップＳ２へ戻ってステップＳ８までを繰り返す。このようにして各鍵盤番号についてセンサ距離ｄｘＥを順次算出し、メモリに記録していく。そして、最後の鍵盤番号（＃８８）についてステップＳ７までの処理が行われると、レジスタに格納されたデータがインクリメントされて“８９”となるが、鍵盤番号＃８９は存在しないから、ステップＳ８での判定結果は「ＮＯ」となり、測定を終了する。
【００２８】
以上のように、上記構成のハンマセンサの位置測定装置においては、２つの光センサＳＥ１およびＳＥ２を通過するハンマ２の時刻に基づいて上述の演算を行うことにより、各鍵盤番号のセンサ距離ｄｘＥを測定することができる。そして、メモリに記録されたセンサ距離ｄｘＥを適当な表示手段で確認しながら光センサＳＥ１，ＳＥ２の位置を微調整することができる。たとえば、標準となるセンサ距離を予め設定しておき、標準のセンサ距離と測定したセンサ距離ｄｘＥの差分だけ光センサＳＥ１，ＳＥ２を移動させればよい。このように、複雑な装置を一切必要としないばかりか隙間ゲージで測定するような煩雑さが全くなく、センサ距離ｄｘＥを極めて簡単にしかも自動的に測定することができる。特に、上記実施形態では、接弦時間ｄｔＥを鍵盤番号に基づいて簡単な計算式で求めるから、特別なセンサを必要とせずしかも計算が非常に簡略化されるという利点がある。
【００２９】
次に、図６は本発明のハンマセンサの位置測定装置を用いてセンサ距離ｄｘＥを測定した結果を示す線図である。図に示すように、打弦速度ｖＰが異なると測定されたセンサ距離ｄｘＥに若干の変動が見られるものの、実用上はなんら問題がないことが確認された。
【００３０】
Ｂ．第１実施形態の変形例
次に、図３を参照して上記実施形態の変形例について説明する。この変形例は、各鍵盤番号の鍵１について２回押鍵することによって数１ないし数３と同等の数式を作成し、これにより接弦時間ｄｔＥを消去してセンサ距離ｄｘＥを算出することを特徴としている。図３において破線は、２回目の押鍵によるハンマ２の軌道を示す。押鍵によりレスト位置ｘＲを離れたハンマは、まず、時刻ｔＰＭ1’に光センサＳＥ１を通過した後、時刻ｔＰＭ2’に光センサＳＥ２を通過し、その後時刻ｔＰＥ’に弦４の打撃を開始する。そして、接弦時間ｄｔＥの間弦４に接し、離弦時刻ｔＮＥ’に打弦位置ｘＥを離れたハンマ２は、時刻ｘＮＭ２’に光センサＳＥ２を再び通過し、時刻ｘＮＭ1’に光センサＳＥ１を通過する。
【００３１】
ここで、打弦速度ｖＰ’および離弦速度ｖＮ’はそれぞれ数６および数７で表すことができる。
【数６】
2006163439.tif 000008
【００３２】
【数７】
2006163439.tif 000009
【００３３】
また、離弦時刻ｔＮＥ’と打弦時刻ｔＰＥ’との差は接弦時間ｄｔＥであるから、下記数８が成立する。
【数８】
2006163439.tif 000010
よって、センサ距離ｄｘＥは、これら数６〜数８と前記数１〜数３を用いてｔＰＥ、ｔＮＥ、ｔＰＥ’、ｔＮＥ’、ｄｔＥを消去することにより、下記数９によって求めることができる。
【００３４】
【数９】
2006163439.tif 000011
【００３５】
この変形例においては、センサ距離ｄｘＥの測定のために使用される演奏データは、鍵盤番号＃１の鍵１から最後の鍵盤番号（＃８８）の鍵１まで２回づつ順番に押鍵していく複数のイベントデータで構成される。この場合、１回目と２回目の押鍵速度ｖＰ，ｖＰ’および離鍵速度ｖＮ，ｖＮ’が互いに異なるように、それぞれのイベントデータのキーベロシティが設定される。上記のように構成されたハンマセンサの位置測定装置においては、前記実施形態と同様の効果を奏することは勿論のこと、数４に示すような接弦距離ｄｔＥを算出するための数式あるいは変換テーブルなどを用意しなくて済むという利点がある。
【００３６】
Ｃ．第２実施形態
（イ）第２実施形態の構成
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、本発明を演奏データ補正装置に適用した例であり、第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、前記第１実施形態またはその変形例によって測定したセンサ距離ｄｘＥに基づき、自動ピアノの打弦情報を補正する点である。そこで、説明の簡略化のために、第２実施形態の構成については、第１実施形態を示す図１および図２を兼用して説明する。
【００３７】
前述のように、自動ピアノにおける演奏記録では、弦４に近い方の光センサＳＥ２をハンマが通過した時刻ｔＰＭ2を打弦時刻として記録するが、弦４の打撃を開始する時のハンマ２の位置（打弦位置）ｘＥは、光センサＳＥ２よりも弦４の側に位置している。したがって、時刻ｔＰＭ2の後にハンマ２はセンサ距離ｄｘＥ移動してから打弦位置ｘＥに達する。つまり、ハンマ２がレスト位置ｘＲから打弦位置ｘＥまで打弦速度ｖＰで等速運動を行うものとみなすと、ハンマ２が光センサＳＥ２を通過した時刻ｔＰＭ2から時間ｄｘＥ／ｖＰ後に実際の打弦が行われることになる。よって、上述のようにして検出された打弦時刻を時間ｄｘＥ／ｖＰ遅延させれば、ハンマ２が弦４に達する時刻ｔＰＥが打弦時刻として記録されることになる。
【００３８】
そこで、この実施の形態では、下記数１０によって求められる時刻ｔＰＥを打弦時刻として記録する。ただし、数１０においてｄｘＥ（ｋ）は、各鍵盤番号＃ｋにおけるセンサ距離であり、前記数５または数９によって求められる。
【数１０】
2006163439.tif 000012
【００３９】
上記数１０の演算は検出後処理部３１が行う。また、検出後処理部３１は、演奏検出部３０から供給されるその他の各種情報に対して正規化処理を施した後に、外部の記録媒体に演奏情報として供給する。ここで、正規化処理とは、ピアノの個体差を吸収するための処理である。すなわち、打弦速度、打弦時刻、離鍵速度、離鍵時刻等は、各ピアノにおけるセンサの位置や、構造上の違い、あるいは機械的誤差によって固有の傾向を持つため、標準となるピアノを想定し、そのピアノにおける打弦速度、打弦時刻等に変換するための処理である。
【００４０】
（ロ）第２実施形態の動作
次に、第２実施形態の演奏データ補正装置を用いた自動ピアノにより演奏を記録する動作について説明する。まず、演奏者によって演奏が行われると、演奏検出部３０が光センサＳＥ１，ＳＥ２の出力信号に基づいて打弦速度および打弦時刻を検出するとともに、キーセンサ２５の出力信号に基づいて離鍵時刻および離鍵速度を検出する。これらの情報は、検出後処理部３１において正規化処理され、演奏データとしてフロッピー（登録商標）ディスク等の記録媒体に記録される。また、正規化処理の際に、検出後処理部３１は、上記数１０を用いて打弦時刻を補正する。これにより、記録される演奏データの打弦時刻は、光センサＳＥ２によって検出された時刻に対して、センサ距離ｄｘＥに応じた時間遅延したものとなる。
【００４１】
したがって、記録された演奏データを再生すると、ハンマ２が実際に弦２を打撃するであろう時刻に打弦が行われるから、光センサＳＥ１，ＳＥ２の取付位置が鍵盤番号によってばらついていたとしても演奏を忠実に再現することができる。また、センサＳＥ１，ＳＥ２の取付精度をある程度大まかにすることができるので、工場での調整を容易に行うことができる。さらに、演奏を記録した自動ピアノと演奏を再生する自動ピアノの機種が異なる場合であっても、上述のように打弦時刻が補正されるので、機種によって演奏が異なるといった不都合も生じない。
【００４２】
Ｄ．第２実施形態の変形例
次に、上記第２実施形態の変形例について図７および図８を参照して説明する。押鍵がなされるとアクション３によってハンマ２が回動させられるが、ハンマ２は回動途中からアクション３から離脱して自由運動をする。よって、この変形例では、弦２に至るまでにハンマ２が重力加速度によって減速させられることを考慮して打弦時間と打弦速度を補正する。
【００４３】
図７に示すように、ハンマ２の軌道として、時刻ｔＰＭ1に光センサＳＥ１を通過し、時刻ｔｐＭ2に光センサＳＥ２を通過する放物線軌道を想定する。すなわち、ハンマ２の軌道は、時刻ｔＰＭ1以前に直線軌道を終了し、その後に放物線軌道になっていると推定する。また、対比のために、上記２点を通過し、時刻ｔＰＥに打弦位置に達する直線軌道を想定する。ここで、ｔ＝（ｔＰＭ1＋ｔＰＭ2）／２と放物線軌道との交点をｘ・ｔ直交座標の原点Ｏとする。また、ｖｐを、ｔＰＭ1とｔＰＭ2間の平均速度と定義すると、これは原点Ｏにおける接線速度に等しい。この場合、打弦位置ｘＥまでは速度が減少する放物線軌道であり、この放物線軌道は下記数１１によって表すことができる。
【数１１】
2006163439.tif 000013
【００４４】
次に、放物線軌道が打弦位置ｘＥに達する点をＤとして、ｘ・ｔ直交座標における点Ｄの座標を考える。点Ｄのｔ座標を図７に示すようにｄｔＰＥとすると、点Ｄのｘ座標は下記数１２によって表すことができる。
【数１２】
2006163439.tif 000014
【００４５】
ここで、放物線軌道が打弦位置ｘＥに達する時刻（以下、補正打弦時刻という）をｔＰＥ’とすると、ｄｔＰＥは（ｔＰＥ’−（ｔＰＭ1＋ｔＰＭ2）／２）と表すことができるから、これを数１２に代入すると数１３が得られる。
【数１３】
2006163439.tif 000015
【００４６】
数１３はｔＰＥ’に関する２次方程式であるから、これを解くことによってｔＰＥ’は下記数１４によって求めることができる。ただし、数１４において「ｓｑｒｔ」は平方根を示す。また、ｔＰＥ’の値として大小２つの根が求められるが、図７より、ｔＰＥ’は小さい方の根であることが明らかであるから、数１４には小さい方の根を示した。また、等速軌道におけるハンマ２の速度ｖＰが小さいために放物線軌道が打弦位置ｘＥに達しないことも想定される。この場合には、数１４の平方根の中が負になるため、平方根の項を０として計算する。
【数１４】
2006163439.tif 000016
なお、数１４の最終行におけるｔＰＥは、ハンマ２の軌道を直線軌道とみなした場合の打弦時刻であり、前述の数１０によって得ることができる。このように、補正打弦時刻ｔＰＥ’は、ハンマの軌道を直線軌道とみなして求めた打弦時刻ｔＰＥをさらに補正したものである。
【００４７】
次に、ハンマ２の速度ｖは下記数１５によって表すことができる。
【数１５】
2006163439.tif 000017
ここで、打弦位置ｘＥにおける速度（以下、この速度を補正打弦速度という）ｖをｖＰＥとすると、ｔがｄｔＰＥのときにｖがｖＰＥとなるから、それらの値を数１５に代入すると数１６を得ることができる。
【００４８】
【数１６】
2006163439.tif 000018
【００４９】
次に、この変形例の動作について図７を参照して説明する。演奏者の演奏により押鍵がなされると、演奏検出部３０が光センサＳＥ１，ＳＥ２の出力信号に基づいて打弦速度ｖＰおよび打弦時刻ｔＰＭ2を検出し、演奏データである打弦イベントが発生する。次に、検出後処理部３１は、数１４によって補正打弦時刻ｔＰＥ’を求める（ステップＳ１１）。この場合において、数１４におけるｄｘＥ（センサ距離）は、数５または数９によって求める。次に、検出後処理部３１は、数１６によって補正打弦速度ｖＰＥを求め（ステップＳ１２）、ステップＳ１３へ進んで演奏データの記録媒体への出力を遅延させる。
【００５０】
すなわち、この変形例が適用された自動演奏ピアノにおいては、演奏データをリアルタイムで出力するため、打弦時刻ｔＰＭ2と補正打弦時刻ｔＰＥ’の差分だけ演奏データの出力を遅延させる。なお、出力される演奏データには、上述のようにして求めた補正打弦時刻ｔＰＥ’、補正打弦速度ｖＰＥの他に、キーセンサ２５の出力信号に基づいて検出された離鍵時刻および離鍵速度が含まれる。これらの情報は、検出後処理部３１において正規化処理される。
【００５１】
この変形例によっても上述した第２実施形態と同等の作用、効果を奏するのは勿論のこと、以下のような利点がある。すなわち、ハンマ２が光センサＳＥ２を通過する時刻を打弦時刻とするやり方では、検出される打弦時刻が実際に打弦する時刻よりも手前となるため、打鍵が弱ければ弱い程検出される打弦時刻と実際の打弦のタイミングとの時間差が大きくなり、演奏の記録が不正確であったが、この変形例においては、ハンマ２の回動途中からの軌道を放物線とみなして打弦時刻を補正するから、弱打であればそれに応じて打弦時刻が遅延して記録されるから、演奏を正確に記録することができる。また、検出される打弦時刻と実際の打弦のタイミングとの時間差が大きくなると、検出された打弦速度に対する減速と度合いも大きくなるから、打弦速度の記録も不正確であったが、この変形例ではそのような不都合は解消される。
【００５２】
Ｅ．その他の変形例
（１）前記第２実施形態では、演奏を記録する際に打弦時刻と打弦速度を補正しているが、演奏を再生する際に補正するように構成することができる。たとえば、打弦時刻として光センサＳＥ２を通過した時刻、打弦速度として光センサＳＥ１、ＳＥ２を通過する時間で算出したものを記録し、こうして記録した演奏データを再生する際に前述の補正を行うようにすることができる。
【００５３】
（２）第２実施形態およびその変形例において、ハンマの質量に応じて演奏データを正規化処理することもできる。すなわち、同じ鍵盤番号でかつ同じ打弦速度で打弦を行っても、機種によりハンマの質量が異なると、ハンマが打弦する際のエネルギーが機種毎に異なる。したがって、同じ演奏データで演奏を再生すると機種によって音量が異なってしまう。そこで、機種が異なってもハンマが弦を打撃する際のエネルギーが同じになるように打弦速度を補正して記録することもできる。
【００５４】
まず、基準にする機種のハンマの平均質量をｍ0とすると、ハンマが打弦速度ｖＰ’で弦を打弦したときのエネルギーＥは下記数１７によって表すことができる。
【数１７】
2006163439.tif 000019
また、ある機種を示すコードをｎとし、当該機種のハンマの平均質量をｍ（ｎ）とすると、ハンマが打弦速度ｖＰで弦を打弦したときのエネルギーが数１７に示すエネルギーＥに等しいとすると下記数１８が成立し、数１８より下記数１９を得ることができる。
【００５５】
【数１８】
2006163439.tif 000020
【００５６】
【数１９】
2006163439.tif 000021
【００５７】
数１９は、ある機種で演奏の記録を行ったときに、打弦速度を当該機種のハンマの平均質量に応じて標準化（正規化）したものを示している。たとえば、平均ハンマ質量の小さなピアノで演奏の記録を行うと、打弦速度が数１９によって小さく補正されて記録される。そして、この演奏データを平均ハンマ質量が標準である機種で再生すると、音量を抑えた演奏がなされる。すなわち、演奏を記録したときの音量に近い音量で再生が行われることとなる。
【００５８】
（３）ところで、一般に、ハンマの質量は鍵盤番号が大きくなる程小さくなるように調整されており、鍵盤番号＃４０（ＭＩＤＩ音源では＃６０）のハンマが全てのハンマの平均の質量を有している。したがって、打弦速度が同じでも鍵盤番号によって打弦の際のエネルギーが異なり、打弦により発生する音の音量も異なる。ここで、ハンマの質量が平均よりも大きければ打弦速度を大きくし、ハンマの質量が平均よりも小さければ打弦速度を小さくするように打弦速度を補正して記録しておけば、演奏データの使用上便利である。たとえば、ハンマの質量が全て等しい楽器によって演奏データを再生する際には、上記のような補正を行った演奏データを使用することにより、記録時のハンマの軽重が打弦速度に反映されて演奏を忠実に再現することができる。そこで、第２実施形態の変形例で補正した打弦速度をさらに各ハンマ質量によって補正する例について説明する。
【００５９】
鍵盤番号＃４０のハンマの質量をｍ４０とすると、ハンマが打弦速度ｖＰ’で弦を打弦したときのエネルギーＥは下記数２０によって表すことができる。
【数２０】
2006163439.tif 000022
また、鍵盤記号ｋのハンマの質量ｍは下記数２１によって表すことができる。なお、数２１においてαは固定値である。
【００６０】
【数２１】
2006163439.tif 000023
【００６１】
次に、鍵盤記号ｋのハンマが打弦速度ｖＰで弦を打弦したときのエネルギーが数２０に示すエネルギーＥに等しいとすると下記数２２が成立し、数２２より下記数２３を得ることができる。
【数２２】
2006163439.tif 000024
【００６２】
【数２３】
2006163439.tif 000025
【００６３】
打弦速度を数２３で補正することにより、ハンマ質量が全て平均値であるとした場合の打弦速度が記録され、打弦速度が標準化されることになる。この標準化された打弦速度を含む演奏データを再生する際には、そのままの状態で再生することができるのは勿論のこと、再生に使用する楽器の各ハンマの質量に応じてキーベロシティを補正することもできる。たとえば、各ハンマの質量の実測値ｍａを当該自動ピアノの適当な制御手段（例えば、再生前処理部１０）に記録しておき、演奏データのキーベロシティｖＰを下記数２４によって補正する。そして、数２４によって求めたキーベロシティｖＰ’で押鍵を制御する。
【数２４】
2006163439.tif 000026
なお、記録時に使用したのと同等の楽器で演奏データを再生する場合も考慮して、第２実施形態の変更例で求める打弦時刻を記録することもできる。
【００６４】
（４）本発明は、いわゆる消音演奏ピアノにも適用することができる。消音演奏ピアノは、押鍵により回動するハンマを弦の手前で跳ね返すとともに、検出した演奏データに基づいて電子的に音楽を発生するようにしたものである。そして、検出した演奏データのうち打弦時刻と打弦速度を上述のようにして補正することにより、アコーステックピアノに近い演奏を行なうことができる。
【００６５】
（５）第１実施形態においては、演奏データにより鍵１を駆動してセンサ距離を自動的に測定しているが、人が押鍵してもよく、例えば、人が楽曲を演奏する間にセンサ距離の推定を行なうようにしてもよい。
【００６６】
（６）ハンマ２を光センサＳＥ１、ＳＥ２で検出する構成に限らず、キャッチャ２ａを検出するようにしても良い。
【００６７】
（７）光センサＳＥ１、ＳＥ２は上記実施形態のように一体的に構成されたものに限らず、互いに分離されたものであっても良い。なお、上述した第１実施形態では、接弦時間を鍵盤番号のみにより変更するようにしたが、さらに、鍵盤番号と打弦速度とに応じて接弦時間を求め、この接弦時間によりセンサ位置を算出するようにすれば、より正確な検出が可能になる。また、上述した実施形態では、接弦時間を考慮するようにしたが、処理の高速化のために、接弦時間を考慮しないようにしてもよい。さらに、上述した実施形態では、打弦速度と離弦速度とを用いているが、両者を等速と見なしてもよい。ここで、接弦時間を考慮せず、且つ、打弦速度と離弦速度とが等速であると見なし、且つ、直線近似した場合には、センサ距離の算出を簡略化できる。すなわち、ハンマは、ｔＰＭ２からｔＮＭ2までの時間に打弦速度ｖＰで２・ｄｘＥだけ移動することになるので、センサ距離ｄｘＥ＝（ｔＮＭ2−ｔＰＭ2）・ｖＰとして算出することができ、処理を簡素化して高速化が可能になる。また、打弦速度に応じて、直線近似と放物線近似とを切り換えるようにしてもよい。弱打は重力の影響が大きいので放物線近似とし、強打は重力の影響が小さいので直線近似とする。強打のときは直線近似で算出が簡単なので、常に放物線近似とするよりも高速化できる。さらに、重力の影響は、ピアノのタイプによっても異なる。すなわち、アップライトピアノでは、ハンマは左右方向に回動するため、重力の影響をそれほど受けないが、グランドピアノでは、ハンマは上下方向に回動するため、重力の影響を受ける。そこで、アップライトピアノでは、直線近似とし、グランドピアノでは放物線近似とするようにしてもよい。
【００６８】
（８）上述した実施形態においては、検出するセンサ距離として、センサＳＥ２の位置（第２の位置）から弦に至るまでのハンマ２の回動軌道に沿った長さ（道のり）を対象としたが、これに代えて、例えば、センサＳＥ２の位置と弦との間の直線距離やその他の距離を定義してもよい。要は、センサＳＥ２の位置（第２の位置）と弦との間の距離に対応する情報となればよい。
【００６９】
（９）センサＳＥ１とＳＥ２との間の通過時間は、例えば、ハンマがセンサＳＥ１を通過してからＳＥ２を通過するまで（あるいは、ＳＥ２を通過してからＳＥ１を通過するまで）の間、カウントを行うカウンタを用意し、このカウンタのカウント値を通過時間として用いてもよい。また、上述した実施形態においては、センサＳＥ１、ＳＥ２の通過時刻を用い、演算によってセンサ位置を求めたが、これに代えて、通過時刻の時間差とセンサ位置（センサと弦との距離）との対応関係を記憶したテーブルを使用し、時間差に応じたセンサ位置をテーブルから読み出すように構成してもよい。さらに、上述のカウンタのカウント値とセンサ位置との関係を記憶したテーブルを用意し、カウント値に応じたセンサ位置を読み出すように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】この発明の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態のハンマ軌道を示す線図である。
【図３】第１実施形態の変形例におけるハンマ軌道を示す線図である。
【図４】鍵盤番号と接弦時間との関係を示す線図である。
【図５】第１実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図６】打弦速度と測定したセンサ距離との関係を示す線図である。
【図７】第２実施形態の変形例におけるハンマ軌道を示す線図である。
【図８】第２実施形態の変形例の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７１】
２……ハンマ（ハンマ機構）、４……弦、３１……検出後処理部（演算手段）、ｄｔＥ……接弦時間、ｄｘＥ……センサ距離、ｔＰＥ……打弦時刻、ｔＮＥ……離弦時刻、ｘＰＭ1……第１の位置、ｘＰＭ2……第２の位置。
【図１】
2006163439.tif 000027
【図２】
2006163439.tif 000028
【図３】
2006163439.tif 000029
【図４】
2006163439.tif 000030
【図５】
2006163439.tif 000031
【図６】
2006163439.tif 000032
【図７】
2006163439.tif 000033
【図８】
2006163439.tif 000034