(57)【要約】      （修正有）【課題】演奏者の操作により変化する操作子の状態の変化を演奏者が感じることができるようにする。【解決手段】動作部２５０は、操作者から加えられた圧力を検知する圧力センサ２８３、動作部２５０が移動した時の加速度を検知する加速度センサ２８４、動作部２５０の回転角度を検知する角度センサ２８２を具備している。これらのセンサで検知された物理的状態は、通信インターフェース２８０から制御装置へ出力される。制御装置は、これらセンサで検出された物理的状態に基づいて、バネの減衰振動における変位ｘを演算し、得られた変位ｘに基づいて、移動体２７０の位置を制御する。【選択図】図４
2008026795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作者によって操作可能な操作部と、
前記操作部の内部で運動可能に設けられ、その運動によって前記操作部に力を付与する可動部と、
前記操作部に与えられた操作の状況を検出し、その検出結果に対応する検出信号を出力する検出手段と、
前記検出信号に基づいて制御信号を生成する制御信号生成手段と、
前記制御信号に応じて前記可動部を駆動する駆動手段と
を具備することを特徴とする操作子。
【請求項２】
前記制御信号生成手段は、所定条件下で運動する仮想可動体の物理モデルにおいて、前記仮想可動体の運動状態を前記検出信号に基づいて演算し、その演算結果を前記制御信号として出力する物理モデル演算部を有していることを特徴とする請求項１記載の操作子。
【請求項３】
前記物理モデル演算部は、前記検出信号に基づいて前記所定条件を変化させることを特徴とする請求項２に記載の操作子。
【請求項４】
前記駆動部により駆動される前記可動部の動きが、前記物理モデルにおける前記仮想可動体の動きと近似するように前記制御信号が出力されることを特徴とする請求項２記載の操作子。
【請求項５】
前記検出手段が検出する操作の状況は、前記操作部に対する押圧、前記操作部の回転、前記操作部の移動のうち少なくとも一つであることを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の操作子。
【請求項６】
操作者によって操作可能な操作部と、
前記操作部の内部で運動可能に設けられ、その運動によって前記操作部に力を付与する可動部と、
前記操作部に与えられた操作の状況を検出し、その検出結果に対応する検出信号を出力する検出手段と、
前記検出信号に基づいて制御信号を生成する制御信号生成手段と、
前記制御信号に応じて前記可動部を駆動する駆動手段と、
前記検出信号に基づいて音を表す楽音信号を生成して出力する楽音信号出力手段と
を具備することを特徴とする楽音制御装置。
【請求項７】
所定条件下で運動する仮想可動体の物理モデルにおいて、前記仮想可動体の運動状態を前記検出信号に基づいて演算する物理モデル演算部を有し、
前記制御信号生成手段は、前記物理モデル演算部の演算結果に基づいて前記制御信号を生成すること
を特徴とする請求項６記載の楽音制御装置。
【請求項８】
前記物理モデル演算部は、前記検出信号に基づいて前記所定条件を変化させることを特徴とする請求項７記載の楽音制御装置。
【請求項９】
前記楽音信号出力手段は、前記物理モデル演算部の演算結果に基づいて音を表す楽音信号を生成して出力することを特徴とする請求項７記載の楽音制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、演奏者の動作に応じて楽音を出力する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されている音声発生具は棒状の形状をしており、その内部にバネを有している。そして、この音声発生具は、操作者によって曲げられると出力する音の音階が変化し、捩られると出力する音の高さが変化する。この音声発生具によれば、出力される音が曲げや捩れなどの複雑な操作に応じて変化するため、演奏者は操作に飽きることがない。
【特許文献１】特開平６−６７６５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
さて、特許文献１に開示されている音声発生具においては、操作者が音声発生具を曲げたり捩ったりした場合、曲げや捩り等に対する抵抗力が発生し、操作者はこれらの抵抗力を感じることができる。しかしながら、これらの抵抗力は内部に備えているバネにより生じるものであるため、バネの各種定数（線径、巻数、コイル径、材料の剛性率等）によっては、曲げや捩りを生じさせるために大きな力を要することとなり、力の弱い操作者が操作すると、大きく曲げたり捩ったりすることができないこととなる。そして、曲げや捩りを大きくすることができないと、音の変化も小さくなり、音の発音を楽しむことができなくなってしまう。
少ない力でも容易に操作子を曲げたり捩ったりすることができるように、曲げや捩りに対する抵抗力を小さくすることもできるが、このように抵抗力を小さくすると、小さな力でも操作子は大きく変位してしまうため、操作子の微妙な操作が難しくなり、音の変化が大きくなりすぎてしまうこととなる。
また、操作子に対して行った操作に対して発生する抵抗力が小さなものであると、操作子の状態の変化を感じにくくなり、演奏を行っているという感覚を得にくくなってしまう。
【０００４】
本発明は、上述した背景の下になされたものであり、演奏者の操作により変化する操作子の状態の変化を演奏者が感じることができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するために本発明は、操作者によって操作可能な操作部と、前記操作部の内部で運動可能に設けられ、その運動によって前記操作部に力を付与する可動部と、前記操作部に与えられた操作の状況を検出し、その検出結果に対応する検出信号を出力する検出手段と、前記検出信号に基づいて制御信号を生成する制御信号生成手段と、前記制御信号に応じて前記可動部を駆動する駆動手段とを具備することを特徴とする操作子を提供する。
【０００６】
この構成においては、前記制御信号生成手段は、所定条件下で運動する仮想可動体の物理モデルにおいて、前記仮想可動体の運動状態を前記検出信号に基づいて演算し、その演算結果を前記制御信号として出力する物理モデル演算部を有するようにしてもよい。
また、前記物理モデル演算部は、前記検出信号に基づいて前記所定条件を変化させるようにしてもよい。
また、前記駆動部により駆動される前記可動部の動きが、前記物理モデルにおける前記仮想可動体の動きと近似するように前記制御信号が出力されるようにしてもよい。
また、前記検出手段が検出する操作の状況は、前記操作部に対する押圧、前記操作部の回転、前記操作部の移動のうち少なくとも一つであるようにしてもよい。
【０００７】
また、本発明は、操作者によって操作可能な操作部と、前記操作部の内部で運動可能に設けられ、その運動によって前記操作部に力を付与する可動部と、前記操作部に与えられた操作の状況を検出し、その検出結果に対応する検出信号を出力する検出手段と、前記検出信号に基づいて制御信号を生成する制御信号生成手段と、前記制御信号に応じて前記可動部を駆動する駆動手段と、前記検出信号に基づいて音を表す楽音信号を生成して出力する楽音信号出力手段とを具備することを特徴とする楽音制御装置を提供する。
【０００８】
この構成においては、所定条件下で運動する仮想可動体の物理モデルにおいて、前記仮想可動体の運動状態を前記検出信号に基づいて演算する物理モデル演算部を有し、前記制御信号生成手段は、前記物理モデル演算部の演算結果に基づいて前記制御信号を生成するようにしてもよい。
また、前記物理モデル演算部は、前記検出信号に基づいて前記所定条件を変化させるようにしてもよい。
また、前記楽音信号出力手段は、前記物理モデル演算部の演算結果に基づいて音を表す楽音信号を生成して出力するようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、演奏者の操作により変化する操作子の状態の変化を演奏者が感じることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
［実施形態の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る演奏システム１の全体構成を示した図である。同図に示したように、演奏システム１は、制御装置１０と操作子２０とを有しており、制御装置１０と操作子２０はケーブル３０により接続されている。
【００１１】
（操作子２０の構成）
まず、操作子２０の構成について説明する。図２（ａ）は、操作子２０の上面図であり、図２（ｂ）は操作子２０の正面図である。操作子２０は、大別すると、土台部２００と、動作部２５０とにより構成されている。
【００１２】
図３（ａ）は土台部２００の上面図、図３（ｂ）は土台部２００の正面図、図３（ｃ）は土台部２００の左側面図である。土台部２００は、図３に示したように、四角柱の中央部分の底面２０１側を所定の厚さだけ残して切り取った形状をしており、底部２１０、第１支持部２１１、第２支持部２１２、凹部２１３Ａが形成されている。
また、図中で凹部２１３Ａの右側にある第１支持部２１１においては、図３（ａ）に示したように凹部２１３Ｂが形成されており、凹部２１３Ａの左側にある第２支持部２１２においては、凹部２１３Ｃと、凹部２１３Ｄとが形成されている。そして、凹部２１３Ｂの底面と凹部２１３Ｃの底面にはバネ２３０が固定されている。
また、土台部２００の底部２１０には、正面２０２側から背面２０３側へ貫通する貫通孔が設けられており、この貫通孔には車軸２２０が通されている。そして、この車軸２２０の両端には、タイヤ２２１が回転自在に取り付けられている。このタイヤ２２１により、土台部２００は、テーブルの上など平らな台上に置かれた時には、土台部２００の長手方向に自在に動かすことができる。
【００１３】
次に、動作部２５０の構成について説明する。図４は、動作部２５０の正面図である。同図に示したように動作部２５０は、グリップ部２６０、移動体２７０、蓋部２７１、２７２、リードスクリュー２７３、ガイド部材２７４を有している。
【００１４】
グリップ部２６０は、例えば、プラスチックで形成された内部が中空な円筒状の部材であり、その内部が外部から透けて見えるようになっている。
モータ２８１のシャフトに取り付けられているリードスクリュー２７３は、移動体２７０を移動させるための軸状の部材であり、その周面には、ねじ山が設けられている。ガイド部材２７４は、軸状の部材であり、移動体２７０を案内するための部材である。
移動体２７０は、金属製の円柱状の部材であり、一方の端面から他方の端面に向かって、リードスクリュー２７３が貫通する孔と、ガイド部材２７４が貫通する孔とが設けられている。リードスクリュー２７３が貫通する孔には、リードスクリュー２７３に設けられているねじ山に係わり合うねじ山が設けられており、リードスクリュー２７３とガイド部材２７４とが貫通した状態においてリードスクリュー２７３が回転させられると、移動体２７０はガイド部材２７４に沿って移動する。
【００１５】
蓋部２７１は円柱状の部材であり、円形の断面の直径がグリップ部２６０の外径と同じ端部２７１Ａと、円形の断面の直径がグリップ部２６０の内径より小さい挿入部２７１Ｂとを有している。そして、挿入部２７１Ｂにおいては、リードスクリュー２７３が挿入される孔と、ガイド部材２７４が挿入される孔とが設けられている。
また、蓋部２７２も円柱状の部材であり、円形の断面の直径がグリップ部２６０の外径と同じ端部２７２Ａと、断面の直径がグリップ部２６０の内径より小さい挿入部２７２Ｂとを有している。この蓋部２７２は、通信インターフェース２８０と、モータ２８１と、角度センサ２８２と、圧力センサ２８３と、加速度センサ２８４とを具備している。通信インターフェース２８０と、モータ２８１と、角度センサ２８２と、加速度センサ２８４は、蓋部２７２の内部に配置されており、圧力センサ２８３は、挿入部２７２Ｂの周面に配置されている。また、蓋部２７２においては、内部にあるモータ２８１のシャフトが貫通する孔と、ガイド部材２７４が挿入される孔とが設けられている。
【００１６】
図４に示したように、蓋部２７１の挿入部２７１Ｂは、グリップ部２６０の一方の端部に挿入され、蓋部２７２の挿入部２７２Ｂは、グリップ部２６０のもう一方の端部に挿入される。また、リードスクリュー２７３の一端はモータ２８１のシャフトに取り付けられ、もう一端は挿入部２７１Ｂに設けられた孔に挿入される。また、ガイド部材２７４の一端は挿入部２７２Ｂに設けられた孔に挿入され、もう一端は挿入部２７１Ｂに設けられた孔に挿入される。これにより、移動体２７０を貫通するリードスクリュー２７３とガイド部材２７４は、グリップ部２６０の内部で支持され、リードスクリュー２７３とガイド部材２７４とにより移動体２７０はグリップ部２６０の内部で支持される。そして、図４に示したように動作部２５０の蓋部２７２側が土台部２００の上方から凹部２１３Ｃへ挿入され、蓋部２７１側が土台部２００の上方から凹部２１３Ｂへ挿入されると、図４に示したように、蓋部２７２Ｂの下側（グリップ部２６０の蓋部２７２側の端部）と蓋部２７１の下側は、土台部２００に設けられているバネ２３０によって支持される。
【００１７】
このように、動作部２５０は、バネ２３０の上に載せられただけの状態となっているため、土台部２００に挿入された状態でも、円柱状の動作部２５０の周方向に自在に回転させることができる。また、バネ２３０は弾性を有しているため、動作部２５０が操作者によって下方に押し下げられると、動作部２５０は下方に移動する。また、動作部２５０が下方に押し下げられた状態から操作者が手を離すと、バネ２３０の弾性力により、動作部２５０は上方へ押し上げられる。このように動作部２５０は、土台部２００に挿入された時に上下方向に移動させることができる。
【００１８】
次に、動作部２５０の電気的構成について説明する。図５は、動作部２５０の電気的構成を示したブロック図である。通信インターフェース２８０には、モータ２８１、角度センサ２８２、圧力センサ２８３、および加速度センサ２８４が接続されている。また、通信インターフェース２８０には、ケーブル３０が接続されている。通信インターフェース２８０は、各種センサから出力された信号を受け取ってケーブル３０へ出力する一方、ケーブル３０を介して送られた信号を受け取ってモータ２８１へ出力する。
【００１９】
角度センサ２８２は、円柱状の動作部２５０の周方向への回転角度を検出するセンサである。角度センサ２８２は、蓋部２７２の円形の断面の中心点を中心にして時計回り（図６中の矢印Ａ方向）、または反時計回り（図６中の矢印Ｂ方向）に回転した時の回転角度を検出し、検出した回転角度を表す角度信号を通信インターフェース２８０へ出力する。
なお、蓋部２７２の端面には基準線２９０が記されており、この基準線２９０が垂直に上方を向いている場合には、検出される回転角度は０度となる。そして、時計回りに回転した場合には、検出される角度は＋の角度となり、反時計回りに回転した場合には、検出される角度は−の角度となる。例えば、図６に示した状態から基準線２９０が時計回りに１０度傾いた場合には、検出される角度は＋１０度となり、一方、基準線２９０が反時計回りに１０度傾いた場合には、検出される角度は−１０度となる。この角度センサ２８２からされた角度信号は、通信インターフェース２８０を介して制御装置１０へ送られる。
【００２０】
圧力センサ２８３は、グリップ部２６０が操作者により押された時にグリップ部２６０から挿入部２７２Ｂに掛かる圧力を検出するセンサである。図４に示したように、バネ２３０によって支持されている動作部２５０は、操作者によって下方に押されると、動作部２５０を支持しているバネ２３０から力を受けることとなる。バネ２３０は、図４に示したようにグリップ部２６０に接しているため、グリップ部２６０はバネ２３０からの力を受けて挿入部２７２Ｂ側へ変形して圧力センサ２８３を押圧する。圧力センサ２８３は、この検出した圧力を表す圧力信号を通信インターフェース２８０へ出力する。この出力された圧力信号は通信インターフェース２８０を介して制御装置１０へ送られる。
加速度センサ２８４は、操作子２０が移動した時の加速度を検出するセンサである。加速度センサ２８４は、操作子２０が操作子の長手方向に移動した時の加速度を検出し、検出した加速度を表す加速度信号を通信インターフェース２８０へ出力する。
【００２１】
モータ２８１は、例えば、ステッピングモータであり、リードスクリュー２７３を回転させるためのモータである。モータ２８１のシャフトの回転を制御するモータ制御信号は、後述する制御装置１０から通信インターフェース２８０に入力された後、モータ２８１に供給される。モータ２８１のシャフトが、供給されるモータ制御信号に従って正転／逆転すると、これに伴ってリードスクリュー２７３も回転する。そして、リードスクリュー２７３が回転すると、移動体２７０がリードスクリュー２７３の回転に伴って移動する。
【００２２】
（制御装置１０の構成）
次に、本実施形態に係る制御装置１０について説明する。図７は、本実施形態に係る制御装置１０の電気的構成を示したブロック図である。同図に示したように、制御装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０３、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０４、記憶部１０５、入力部１０６、表示部１０７、ＤＳＰ（Digital Signal Processing）部１０８、音源回路１０９、通信部１１０、およびスピーカ１１１を備えており、スピーカ１１１を除く制御装置１０の各部は、バス１０１に接続されている。
【００２３】
表示部１０７は、液晶ディスプレイ装置を備えており、ＣＰＵ１０２の制御の下、制御装置１０を操作するためのメニュー画面や各種メッセージ等を表示する。
入力部１０６は、図示せぬキーボードを備えており、操作者によって操作されたキーを表す信号をＣＰＵ１０２へ出力する。ＣＰＵ１０２は、操作者が操作したキーを入力部１０６から供給される信号により特定し、操作されたキーに応じて各種処理を実行する。
通信部１１０は、各種信号の入出力を行うインターフェースとして機能し、各種信号を操作子２０へ出力する一方、操作子２０から出力された各種信号を受け取ってＣＰＵ１０２へ供給する。
【００２４】
音源回路１０９は、楽音信号を生成して出力するものであり、予め定められた楽器の音を表す楽音信号を生成し、生成した楽音信号をＤＳＰ部１０８へ出力する。ＤＳＰ部１０８は、音源回路１０９から供給された楽音信号に各種信号処理を施すものであり、音源回路から供給される楽音信号に対して信号処理を施し、信号処理後の楽音信号をスピーカ１１１へ出力する。スピーカ１１１は、例えば、ダイナミック型のスピーカであり、ＤＳＰ部１０８から供給される信号に対応した音を放音する。
【００２５】
記憶部１０５は、ハードディスク装置を有しており、制御装置１０が各種処理を行う時に使用するデータ等を記憶している。また、ＲＯＭ１０３は、ＣＰＵ１０２により実行される制御プログラムを記憶している。ＣＰＵ１０２は、ＲＯＭ１０３に記憶されている制御プログラムを読み出し、ＲＡＭ１０４を作業エリアにして制御プログラムを実行して各部を制御する。
【００２６】
ＣＰＵ１０２により制御プログラムが実行されると、制御装置１０は、操作子２０から供給される各種信号に基づいて、モータ２８１の回転を制御するモータ制御信号を生成し、生成したモータ制御信号を操作子２０へ出力してモータ２８１のシャフトを回転させ、移動体２７０の位置を制御する。なお、本実施形態においては、制御装置１０は、移動体２７０の位置を制御する際には、移動体２７０が実際の物理モデルの１つである減衰振動するバネ（仮想可動体）の自由端と同様に動くように、その位置を制御する。具体的には、減衰振動の運動方程式は一般に数１に示したように表される。なお、数１においてｘは変位を表している。
【００２７】
【数１】
2008026795.tif 000003
【００２８】
この運動方程式において、減衰定数を１未満とし、バネの自由端の変位ｘを時間の関数として求めると数２に示したようになる。
【００２９】
【数２】
2008026795.tif 000004
【００３０】
数２の式において、Ａは振幅、ｎは固有角振動数、ｈは減衰定数、αは初期位相である。初期位相αは、本実施形態においては０に設定されるが、０以外の値にしてもよい。制御装置１０は、他の定数については、操作子２０から出力された各種信号に基づいて、数２の式の定数を設定する。
例えば、制御装置１０は、操作子２０から出力された加速度信号が表す加速度の値に応じて振幅Ａの値を設定する。具体的には、制御装置１０は、図８に示した、加速度の値と振幅Ａとの関係を記憶部１０５に記憶している。制御装置１０は、加速度信号が表す加速度の値がａ１である場合には、このａ１に対応する振幅の値であるＡ１を振幅Ａの値として設定する。
【００３１】
また、制御装置１０は、操作子２０から出力された角度信号が表す角度の値に応じて、固有角振動数ｎの値を設定する。具体的には、制御装置１０は、図９に示した、回転角度と固有角振動数との関係を記憶部１０５に記憶している。制御装置１０は、角度信号が表す角度の値がθ１である場合には、このθ１に対応する固有角振動数の値であるｎ１を固有角振動数の値として設定する。
【００３２】
また、制御装置１０は、操作子２０から出力された圧力信号が表す圧力の値に応じて、減衰定数ｈの値を設定する。具体的には、制御装置１０は、図１０に示した、圧力と減衰定数との関係を記憶部１０５に記憶している。制御装置１０は、圧力信号が表す圧力の値がｆ１である場合には、このｆ１に対応する減衰定数の値であるｈ１を減衰定数の値として設定する。
【００３３】
制御装置１０は、入力される加速度信号の値が変化すると各種定数を設定し、定数を設定した後、時間ｔの値を変化させ、図１１に示したように時間の経過に伴って変化する変位ｘを演算して求める。ここで、変位ｘは、図１５に示したように、振幅Ａの値がＡ０からＡ１（Ａ１＞Ａ０）というように大きくなると、同図に示したように振幅が大となる。また、図１６に示したように、固有角振動数ｎの値がｎ０からｎ１（ｎ１＞ｎ０）というように大きくなると、同図に示したように単位時間あたりの振動数が多くなる。また、図１７に示したように、減衰定数ｈの値がｈ０からｈ１（ｈ１＞ｈ０）というように大きくなると、同図に示したように振動が停止するまでの時間が短くなる。
【００３４】
そして、この演算により得られた変位ｘに応じて、モータ制御信号を生成し、移動体２７０の位置を制御する。具体的には、制御装置１０は、図１２に示した変位ｘと移動体２７０の位置との関係を記憶部１０５に記憶している。なお、図１２に示したグラフにおいて、移動体２７０の位置の原点は、図１２に示したように、操作子２０の長手方向の中心部分に対応している。そして、移動体２７０の＋方向の位置は長手方向の中心部分から蓋部２７１側の位置に対応しており、そして、移動体２７０の−方向の位置は長手方向の中心部分から蓋部２７２側の位置に対応している。リードスクリュー２７３を一回転させた時（モータ２８１のシャフトを一回転させた時）の移動体２７０の移動量は既知であるため、変位ｘに対応する移動体２７０の位置を図１２に示した関係から得ると、この位置に移動体２７０を移動させるためにモータ２８１のシャフトをどれだけ回転させればよいかは演算により求めることができる。制御装置１０は、演算により求めた回転数だけ回転するようにモータ制御信号を生成し、生成したモータ制御信号を操作子２０へ出力する。
【００３５】
また、制御装置１０は、時間の経過に伴って変化する変位ｘに基づいて、音源回路１０９から出力される楽音信号に信号処理を施し、信号処理が施された楽音信号をスピーカ１１１へ出力させる。例えば、操作子２０が操作された時に、バネの減衰振動における自由端の変位ｘが時間の経過と共に図１３（ａ）に示したように変化する場合、この変位ｘがＤＳＰ部１０８へ供給される。
制御装置１０は、図１４に示した変位ｘと音量レベルとの関係を記憶部１０５に記憶している。ＤＳＰ部１０８は、変位ｘを受け取ると、変位ｘに対応する音量レベルを図１４に示した関係から得る。そして、この得た音量レベルを、音源回路１０９から供給された楽音信号のエンベロープ（図１３（ｂ）に示したエンベロープ）に加算する処理を行う。そして、ＤＳＰ部１０８は、音量レベルの加算により、図１３（ｃ）に示したように、音量レベルが減衰振動するエンベロープを生成し、このエンベロープが表す音の楽音信号を出力する。
【００３６】
［実施形態の動作］
次に、本実施形態の動作について説明する。
［操作子２０を移動させた時の動作］
まず、操作子２０においては、動作部２５０の回転角度が角度センサ２８２により検知され、検知された回転角度を表す角度信号が通信インターフェース２８０を介して制御装置１０へ送られている。ここで、動作部２５０が時計方向と反時計方向のいずれの方向にも回転していない場合には、回転角度として０度を表す角度信号が制御装置１０へ送られる。
また、操作子２０においては、挿入部２７２Ｂに掛かっている圧力が圧力センサ２８３により測定され、測定された圧力を表す圧力信号が通信インターフェース２８０を介して制御装置１０へ送られている。ここで、動作部２５０が、操作者により押されておらず、挿入部２７２Ｂに圧力が掛かっていない状態においては、圧力が０であることを表す圧力信号が制御装置１０へ送られる。
【００３７】
次に、演奏システム１の操作者が、土台部２００の第１支持部２１１を掴み、操作子２０を操作子２０の長手方向に移動させると、操作子２０が移動した時の加速度が加速度センサ２８４により検知される。ここで、検知された加速度の値がａ１であると、この値ａ１を表す加速度信号が通信インターフェース２８０へ出力される。
【００３８】
制御装置１０においては、角度信号、圧力信号、および加速度信号が入力されているが、制御装置１０は、加速度信号が表す加速度の値が変化すると、加速度信号が表す加速度の値に応じて振幅Ａの値を設定する。ここで、制御装置１０は、図８に示した加速度の値と振幅Ａとの関係から、加速度の値がａ１であるので、振幅Ａの値としてＡ１を設定する。次に、制御装置１０は、角度信号が表す角度の値に応じて、固有角振動数ｎの値を設定する。ここで、制御装置１０は、図９に示した角度の値と固有角振動数ｎとの関係から、角度の値が０であるので、固有角振動数ｎの値としてｎ０を設定する。また、制御装置１０は、圧力信号が表す圧力の値に応じて、減衰定数ｈの値を設定する。ここで、ＣＰＵ１０２は、図１１に示した圧力と減衰定数ｈとの関係から、圧力が０であるので、減衰定数の値をｈ０とする。
【００３９】
次に、制御装置１０は、音源回路１０９を制御し、図１３（ｃ）に示したエンベロープの楽音信号をＤＳＰ部１０８へ供給する。そして、制御装置１０は、時間のカウントを開始し、カウントした時間ｔを数２の式に代入して時間ｔにおける変位ｘを求める。制御装置１０は、変位ｘを求めると、この変位ｘに基づいて、モータ２８１を制御するモータ制御信号を生成して出力すると共に、エンベロープにおける音量レベルを変位ｘに基づいて補正する。
【００４０】
例えば、図１１に示したように、時間ｔ１における変位ｘの値がｘ１であった場合、図１２に示したように、移動体２７０が原点から距離ｘ１だけ離れた位置ｐ１に位置するように、モータ制御信号を生成してモータ２８１を回転させる。また、時間ｔ１における変位ｘの値がｘ１であった場合、加算する音量レベルの値を、図１４に示したグラフから求め、求めた音量レベルｖ１を、図１３（ｃ）の時間ｔ１における音量レベルに加算する。そして、加算した結果により得られる音量レベルの音を表す楽音信号を生成してスピーカ１１１へ出力する。
【００４１】
次に、時間をカウントして、時間ｔ２となった場合、カウントした時間ｔ２を数２の式に代入して時間ｔ２における変位ｘ２を求める。図１１に示したように、時間ｔ２における変位ｘの値がｘ２であった場合、図１２に示したように、移動体２７０が原点から距離ｘ２だけ離れた位置ｐ２に位置するように、モータ制御信号を生成してモータ２８１を回転させる。また、時間ｔ２における変位ｘの値がｘ２であった場合、加算する音量レベルの値を、図１４に示したグラフから求め、求めた音量レベルｖ２を、図１３（ｃ）の時間ｔ２における音量レベルに加算する。そして、加算した結果により得られる音量レベルの音を表す楽音信号を生成してスピーカ１１１へ出力する。
【００４２】
このように、本実施形態においては、操作子２０を移動させると、減衰振動するバネの自由端の動きと同じ動きが移動体２７０により再現される。また、操作子２０を移動させると、バネが減衰振動した時の動きに対応して、出力される音が変化する。
【００４３】
［動作部２５０を回転させた時の動作］
次に、動作部２５０を回転させた時の動作について説明する。
操作子２０においては、動作部２５０の回転角度が角度センサ２８２により検知され、検知された回転角度を表す角度信号が通信インターフェース２８０を介して制御装置１０へ送られている。ここで、動作部２５０が図６の時計方向にθ１だけ回転させられると、回転角度θ１を表す角度信号が制御装置１０へ送られる。
【００４４】
次に、演奏システム１の操作者が、土台部２００の第１支持部２１１を掴み、操作子２０を操作子２０の長手方向に移動させると、操作子２０が移動した時の加速度が、動作部２５０が有する加速度センサ２８４により検知される。ここで、検知された加速度の値がａ１であると、この値ａ１を表す加速度信号が通信インターフェース２８０へ出力される。
【００４５】
制御装置１０は、加速度信号が表す加速度の値が変化すると、加速度信号が表す加速度の値に応じて振幅Ａの値を設定する。ここで、制御装置１０は、図８に示した加速度の値と振幅Ａとの関係から、加速度の値がａ１であるので、振幅Ａの値としてＡ１を設定する。また、制御装置１０は、圧力信号が表す圧力の値に応じて、減衰定数ｈの値を設定する。ここで、ＣＰＵ１０２は、図１１に示した圧力と減衰定数ｈとの関係から、圧力が０であるので、減衰定数の値をｈ０とする。次に、制御装置１０は、角度信号が表す角度θ１の値に応じて、固有角振動数ｎの値を設定する。ここで、制御装置１０は、図９に示した角度の値と固有角振動数ｎとの関係から、角度の値がθ１であるので、固有角振動数ｎの値としてｎ０より値の大きいｎ１を設定する。
【００４６】
固有角振動数ｎの値が大きくなると減衰振動の周期が短くなるため、移動体２７０も、減衰振動の周期が短くなったのに合わせて、動作部２５０を回転させていない時より早い周期で移動することとなる。つまり、動作部２５０を図６の矢印Ａ方向に回転させると固有角振動数ｎの値が大きくなり（単位時間あたりの振動数が多くなり）、移動体２７０は、硬いバネが減衰振動をした時の自由端の動きと同様に動くこととなる。一方、動作部２５０を図６の矢印Ｂ方向に回転させると固有角振動数ｎの値が小さくなり（単位時間あたりの振動数が少なくなり）、移動体２７０は、柔らかいバネが減衰振動をした時の自由端の動きと同様に動くこととなる。
【００４７】
［動作部２５０を上下方向に移動させた時の動作］
次に、動作部２５０を上下方向に移動させた時の動作について説明する。
操作子２０においては、挿入部２７２Ｂに掛かっている圧力が圧力センサ２８３により測定され、測定された圧力を表す圧力信号が通信インターフェース２８０を介して制御装置１０へ送られている。ここで、動作部２５０が、操作者により下方に押され、挿入部２７２Ｂに圧力が掛かると、挿入部２７２Ｂに掛かった圧力ｆ１を表す圧力信号が制御装置１０へ送られる。
【００４８】
次に、演奏システム１の操作者が、動作部２５０を掴んだまま、操作子２０を移動させると、操作子２０が移動した時の加速度が、動作部２５０が有する加速度センサ２８４により検知される。ここで、検知された加速度の値がａ１であると、この値ａ１を表す加速度信号が通信インターフェース２８０へ出力される。
【００４９】
制御装置１０は、加速度信号が表す加速度の値が変化すると、加速度信号が表す加速度の値に応じて振幅Ａの値を設定する。ここで、制御装置１０は、図８に示した加速度の値と振幅Ａとの関係から、加速度の値がａ１であるので、振幅Ａの値としてＡ１を設定する。また、制御装置１０は、角度信号が表す角度の値に応じて、固有角振動数ｎの値を設定する。ここで、制御装置１０は、図９に示した角度の値と固有角振動数ｎとの関係から、角度の値が０であると、固有角振動数ｎの値としてｎ０を設定する。また、制御装置１０は、圧力信号が表す圧力の値に応じて、減衰定数ｈの値を設定する。ここで、ＣＰＵ１０２は、図１１に示した圧力と減衰定数ｈとの関係から、圧力がｆ１であるので、減衰定数の値をｈ０より値の大きなｈ１とする。
【００５０】
減衰定数ｈの値が大きくなると振動が止まるまでの時間が短くなるため、移動体２７０も、減衰振動の振動が止まるまでの時間が短くなったのに合わせて、動作部２５０が押されていない時より早く移動が停止することとなる。
【００５１】
以上説明したように本実施形態によれば、操作者が操作子２０を操作すると、操作子の物理的な状態の変化に応じて、バネ（可動体）の物理モデルに従って該バネの状態が演算され、その演算結果に基づいて移動体２７０の位置が制御されるので、操作者は、操作子の物理的状態の変化を容易に感じることができる。
また、出力される音も、操作者が操作子２０を操作すると、出力される音は、操作子の物理的な状態の変化に応じて様々に変化するので、操作者は操作に飽きることなく、出力される音を楽しむことができる。
【００５２】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、例えば、上述した実施形態を以下のように変形して本発明を実施してもよい。
【００５３】
上述した実施形態においては、制御装置１０と操作子２０は別体となっているが、操作子２０は、制御装置１０を内蔵していてもよい。
上述した実施形態においては、移動体２７０をモータ２８１と、リードスクリュー２７３と、ガイド部材２７４とを用いて移動させているが、移動体２７０を移動させる構成は、上述した実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、磁力、空気圧などによって移動体２７０を移動させるようにしてもよい。
上述した実施形態においては、制御装置１０は音の出力を行っているが、音の出力を行わないようにし、移動体２７０の移動の感触のみを楽しむようにしてもよい。
【００５４】
上述した実施形態においては、圧力センサ２８３により検出される圧力の値が予め定められた値より大きくなった場合、音の出力を停止するようにしてもよい。
また、上述した実施形態においては、操作者が動作部２５０に触れておらず、圧力センサ２８３により圧力が検出されていない場合には、減衰定数の値を０にするようにしてもよい。この減衰定数を０とすると、変位ｘは単振動となり、移動体２７０は蓋部２７１と蓋部２７２との間で往復運動を続けることとなる。
上述した実施形態においては、入力部１０６のキーボードを操作して楽器の種類を選択できるようにし、音源回路１０９は、選択された楽器の音を表す楽音信号をＤＳＰ部１０８へ出力するようにしてもよい。
【００５５】
上述した実施形態においては、動作部２５０は、動作部２５０を支持しているバネ２３０により上下方向に移動できるようになっているが、上下方向の移動距離を検出し、検出した移動距離に応じて減衰定数を設定するようにしてもよい。
【００５６】
上述した実施形態においては、車軸２２０の回転速度を検出するセンサを設け、検出された回転速度から操作子２０の移動速度を求めるようにしてもよい。そして、求めた移動速度の変化率から操作子２０の加速度を求め、この求めた加速度に応じて振幅Ａの値を設定するようにしてもよい。
上述した実施形態においては、音源回路１０９から出力された楽音信号を減衰振動に応じて加工しているが、減衰振動に応じて加工せず、音源回路１０９から出力された楽音信号を、そのままスピーカ１１１へ供給するようにしてもよい。
また、制御装置１０は、操作子２０から供給される各種信号に基づいて、音源回路１０９から出力された楽音信号を加工するようにしてもよい。
例えば、制御装置１０は、操作子２０から出力された加速度信号に基づいて、楽音信号が表す音のエンベロープを加工するようにしてもよい。具体的には、加速度信号の値が大きいほど、エンベロープにおけるアタックレベルを大きくし、加速度信号の値が小さいほど、エンベロープにおけるアタックレベルを小さくする。
また、制御装置１０は、操作子２０から出力された角度信号に基づいて、楽音信号が表す音の音高を加工するようにしてもよい。具体的には、角度信号の値が正の値であり、その絶対値が大きいほど音高が高くなるように楽音信号を加工し、角度信号の値が負の値であり、その絶対値が大きいほど音高が低くなるように楽音信号を加工する。
また、制御装置１０は、操作子２０から出力された圧力信号に基づいて、楽音信号が表す音のエンベロープを加工するようにしてもよい。具体的には、圧力信号の値が大きいほどディケイタイムを長くし、圧力信号の値が小さいほどディケイタイムを短くする。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態に係る演奏システム１の全体構成図である。
【図２】同実施形態に係る操作子２０の外観図である。
【図３】同実施形態に係る土台部２００の外観図である。
【図４】同実施形態に係る動作部２５０の外観図である。
【図５】同動作部２５０の電気的構成を示すブロック図である。
【図６】角度センサ２８２の構成を説明するための図である。
【図７】制御装置１０の電気的構成を示したブロック図である。
【図８】加速度信号が表す加速度と振幅との関係を表したグラフである。
【図９】角度信号が表す角度と固有角振動数との関係を表したグラフである。
【図１０】圧力信号が表す圧力と減衰係数との関係を表したグラフである。
【図１１】減衰振動における時間と変位ｘとの関係を表したグラフである。
【図１２】減衰振動における変位ｘと移動体２７０の位置関係を表した図である。
【図１３】減衰振動伴って変化する音のエンベロープを説明するための図である。
【図１４】減衰振動における変位ｘと音量レベルの変化量との関係を表した図である。
【図１５】減衰振動の振幅を変化させた時の時間と変位ｘとの関係を表した図である。
【図１６】減衰振動の固有角振動数を変化させた時の時間と変位ｘとの関係を表した図である。
【図１７】減衰振動の減衰定数を変化させた時の時間と変位ｘとの関係を表した図である。
【符号の説明】
【００５８】
１・・・演奏システム、１０・・・制御装置、２０・・・操作子、３０・・・ケーブル、１０１・・・バス、１０２・・・ＣＰＵ、１０３・・・ＲＯＭ、１０４・・・ＲＡＭ、１０５・・・記憶部、１０６・・・入力部、１０７・・・表示部、１０８・・・ＤＳＰ部、１０９・・・音源回路、１１０・・・通信部、１１１・・・スピーカ、２００・・・土台部、２２０・・・車軸、２２１・・・タイヤ、２５０・・・動作部、２６０・・・グリップ部、２７０・・・移動体、２７１，２７２・・・蓋部、２７３・・・リードスクリュー、２７４・・・ガイド部材、２８１・・・モータ、２８２・・・角度センサ、２８３・・・圧力センサ、２８４・・・加速度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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