(57)【要約】【課題】安価でありながら高精度に演奏操作子７０を制御する。これにより演奏情報に基づき自動演奏を行う。【解決手段】アクチュエータ１０によって駆動される演奏操作子７０と、前記演奏操作子の複数の操作を規定する複数のパラメータに対応して前記アクチュエータを駆動する駆動信号の目標データを複数記憶する記憶手段と、供給された演奏情報と、前記各パラメータと、これらパラメータに対応する前記目標データとを用いて前記アクチュエータを駆動する駆動信号を決定する駆動信号決定手段と、前記駆動信号を前記アクチュエータに供給して前記演奏操作子を駆動する駆動手段とを設けた。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータによって駆動される演奏操作子と、
前記演奏操作子の複数の操作を規定する複数のパラメータに対応して前記アクチュエータを駆動する駆動信号の目標データを複数記憶する記憶手段と、
供給された演奏情報と、前記各パラメータと、これらパラメータに対応する前記目標データとを用いて前記アクチュエータを駆動する駆動信号を決定する駆動信号決定手段と、
前記駆動信号を前記アクチュエータに供給して前記演奏操作子を駆動する駆動手段と
を有することを特徴とする演奏操作子駆動装置。
【請求項２】
前記駆動信号決定手段は、供給された演奏情報に基づいて前記目標データを複数選択し、複数の選択された前記目標データを補間することにより前記駆動信号を決定する手段である
ことを特徴とする請求項１記載の演奏操作子駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動演奏ピアノその他自動楽器の演奏操作子の駆動に用いて好適な演奏操作子駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自動演奏ピアノにおいては、各鍵を駆動するソレノイドと、各鍵の押下位置を計測するキーセンサとが設けられている。自動演奏ピアノに対して、押鍵イベント、打弦イベント等から成る演奏情報が供給されると、該演奏情報に基づいて各鍵のリファレンス軌道（鍵軌道の目標値）が生成され、各鍵の位置は上記キーセンサの検出信号に基づいて、リファレンス軌道に沿うようにサーボ制御される。換言すれば、キーセンサの検出信号に基づいてソレノイドに供給される電流値が制御されることになる。なお、かかる技術は、例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１７５４７２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に開示されている技術によって鍵を駆動するためには、連続的な押下位置を測定できるキーセンサを各鍵毎に設ける必要が生じるため、自動演奏ピアノが高価になるという問題がある。この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、安価でありながら高精度の制御を行うことができる演奏操作子駆動装置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本発明にあっては、下記構成を具備することを特徴とする。なお、括弧内は例示である。
請求項１記載の演奏操作子駆動装置にあっては、アクチュエータ（ソレノイド）によって駆動される演奏操作子と、前記演奏操作子の複数の操作を規定する複数のパラメータ（キーオン速度、打弦速度、Δｔ）に対応して前記アクチュエータを駆動する駆動信号の目標データ（電流データ）を複数記憶する記憶手段と、供給された演奏情報と、前記各パラメータと、これらパラメータに対応する前記目標データとを用いて前記アクチュエータを駆動する駆動信号を決定する駆動信号決定手段と、前記駆動信号を前記アクチュエータに供給して前記演奏操作子を駆動する駆動手段とを有することを特徴とする。
さらに、請求項２記載の構成にあっては、請求項１記載の演奏操作子駆動装置において、前記駆動信号決定手段は、供給された演奏情報に基づいて前記目標データを複数選択し、複数の選択された前記目標データを補間することにより前記駆動信号を決定する手段であることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
１．    実施形態のハードウェア構成
本発明の一実施形態である演奏操作子駆動装置は、演奏情報を取得し、該情報を再生するための演奏情報記録再生用自動演奏ピアノ、あるいは  押鍵データ、離鍵データを事前に測定するために用いられる目標データ取得用自動演奏ピアノの何れかの自動演奏ピアノとして構成される。
【０００７】
（１）目標データ取得用自動演奏ピアノの構成
目標データ取得用自動演奏ピアノのハードウェア構成を図１を参照して説明する。
図において、１０はソレノイドであり、電流制御によりプランジャ部分が軸方向に変位する。２０は電流センサであり、ホール素子によりソレノイド１０に流れる電流を検出し、その電流値を出力する。２２はハンマセンサであり、一次側にフォトダイオード、二次側にフォトトランジスタを設けたフォトセンサを、２個、並列して設けたセンサである。なお、一方のフォトセンサが遮光状態になってから双方のフォトセンサが遮光状態になるまでの時間差から打弦タイミングと打弦速度とが検出される。２５は変位検出型キーセンサであり、押下位置を検出して、そのデータをアナログ出力する。
【０００８】
３０はＰＷＭ発生器であり、矩形波電流のパルス幅を可変することにより、ソレノイド１０に供給される電流を制御する。３５はＡ／Ｄ変換器であり、変位検出型キーセンサ２５および電流センサ２０から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。３７はＩ／Ｏインターフェースであり、ハンマセンサ２２の出力信号を波形整形する。なお、ソレノイド１０、電流センサ２０、ハンマセンサ２２、変位検出型キーセンサ２５、ＰＷＭ発生器３０、Ｉ／Ｏインターフェース３７は、鍵盤の各鍵にそれぞれ設けられる。４０はフレキシブルディスクドライブであり、フレキシブルディスクが挿入される。なお、フレキシブルディスクには演奏情報が記憶される。５０はＣＰＵであり、各部を制御する。５２はフラッシュＲＯＭであり、パラメータおよびプログラムが記憶される。５４はＲＡＭであり、ワークメモリとして使用される。６０はバスラインであり、各部を制御する。以上の要素により、目標データ取得用自動演奏ピアノ１００が構成される。
【０００９】
（２）演奏情報記録再生用自動演奏ピアノの構成
次に演奏情報記録再生用自動演奏ピアノのハードウェア構成を図２を参照して説明する。なお、図において、図１の各部に対応する部分には同一の符号を付す。
目標データ取得用自動演奏ピアノにおいては、電流センサ２０、変位検出型キーセンサ２５、Ａ／Ｄ変換器３５が設けられたが、演奏情報記録再生用自動演奏ピアノにおいては、フォトセンサ型キーセンサ２７が設けられる。フォトセンサ型キーセンサ２７は、Ｉ／Ｏインターフェース３７に接続され、上述のハンマセンサと同様に、一方のフォトセンサが遮光状態になってから双方のフォトセンサが遮光状態になるまでの時間差からキーオンタイミングと押鍵速度とを検出する。なお、フラッシュＲＯＭ１５２には、フラッシュＲＯＭ５２の記憶内容に目標データ取得用自動演奏ピアノ１００によって取得された電流データ（詳細は後述する。）が追加記憶されている。以上の要素により演奏情報記録再生用自動演奏ピアノ２００が構成される。
【００１０】
（３）鍵部の機構
鍵盤は複数の鍵部によって構成される。以下、鍵部の機構を図３を参照して説明する。
図において、ソレノイド１０、電流センサ２０、変位検出型キーセンサ２５、フォトセンサ型キーセンサ２７については、上述した通りである。すなわち、目標データ取得用自動演奏ピアノ１００においては、電流センサ２０および変位検出型キーセンサ２５が設けられ、演奏情報記録再生用自動演奏ピアノ２００においては、フォトセンサ型キーセンサ２７が設けられる。さらに、１５はプランジャであり、ソレノイド１０の一部を構成し、ソレノイド１０に供給される電流により上下方向に変位する。７０は鍵であり、演奏情報記録再生用自動演奏ピアノ２００にはフォトセンサ型キーセンサ２７を遮光する遮光板７５が鍵の一端の下部に設けられる。８０はバランスピンであり、押鍵、或いは鍵７０の他端に設けられたプランジャ１５の変位により、このピンを中心として鍵７０が回動する。
【００１１】
９０はピアノのアクション機構であり、アップライトピアノまたはグランドピアノのアクションと同様のものであり、押鍵と離鍵動作との鍵の動きに応動する部材で構成され、ハンマー、ダンパー等が設けられる。鍵７０の動きに連動してハンマーによる打弦が行われる。また、離鍵時にダンパーが弦と接することによって、打弦後の弦の振動が減衰される。また、目標データ取得用自動演奏ピアノ１００に使用されるソレノイド１０、鍵７０、バランスピン８０、アクション機構９０の構造・特性は、演奏情報記録再生用自動演奏ピアノ２００に使用される物の構造・特性と略同一である。
【００１２】
２．  自動演奏ピアノの動作
本実施形態の目標データ取得用自動演奏ピアノ１００は、自動的に押鍵するためにソレノイド１０を駆動する電流データを事前測定する測定段階に用いられる。また、演奏情報記録再生用自動演奏ピアノ２００は、実際に演奏者が演奏を行いその演奏情報を記録する演奏情報記録段階と、測定段階において測定された電流データおよび該演奏情報に基づいて演奏を再生する再生段階とに用いられる。
【００１３】
（１）測定段階
測定段階においては、再生軌道パターンを再生するように鍵を動かしたときに、ソレノイド１０に対して供給される電流データが測定される。ここで、再生軌道パターンとは、曲データの一つ一つのイベントから、或いは二つのイベントの組み合わせから、鍵をどのように変位するかを規定する位置対時間特性のパターンをいう。再生軌道パターンは、指離し（等速押鍵）の場合、指付け（加速度押鍵）の場合等によって異なる複数の軌道パターンが存在し、例えば、等速度で押鍵される場合には位置対時間特性の勾配によって該再生軌道パターンが規定される。
【００１４】
変位検出型キーセンサ２５によって検出された鍵の位置対時間特性が、該再生軌道パターンに近づくように、プランジャ１５の変位がフィードバック制御される。すなわち、変位検出型キーセンサ２５によって、鍵７０の押下深さ特性が検出され、Ａ／Ｄ変換器３５を介して該深さ特性が時間の変化として認識される。そして、再生軌道パターンを目標値とするように、ＰＷＭ発生器３０を介してソレノイド１０に供給される矩形波電流がフィードバック制御される。さらに、電流センサ２０によって、ソレノイド１０に流れる電流値が一定サンプリング時間毎に測定される。以上の電流測定が、必要な再生軌道パターンに対して測定される。そして、演奏情報記録再生用自動演奏ピアノ２００のフラッシュＲＯＭ１５２に記憶される電流データとして、それらの測定データが使用される。さらに、指離し、指付け等、複数種類の演奏態様において、様々な押鍵速度、押鍵加速度により複数の電流データが取得される。この電流測定の値を押鍵開始時からの軌道情報と対にした電流データとして記録する。この電流パターンを各種タッチ毎（鍵に対する指のタッチであり押鍵速度、押鍵加速度が異なる。）に複数記憶する。
【００１５】
押鍵時の鍵軌道の一例を図４（ａ）に、該鍵軌道と同一の鍵動作を行う際にソレノイド１０に供給される電流特性を図４（ｂ）に記す。図４（ａ）の縦軸は押鍵深さ［μｍ］であり、横軸は時間である。初期値を０［μｍ］として、等速度で１［ｃｍ］まで押鍵され、その深さが維持されていることが判る。図４（ｂ）の縦軸は電流Ｉ［ｍＡ］であり、押鍵開始時は電流値「０」であるが、押鍵とともに電流値が１［Ａ］程度まで上昇し、一定時間経過後、押鍵負荷が軽くなり、電流値の変動がみられる。その後、１［ｃｍ］の押鍵深さに鍵を保持し続けるために、定常的に３００［ｍＡ］程度の一定電流が流される。
【００１６】
なお、押鍵操作の態様によって、キーオンタイミング、押鍵速度、打弦タイミング、打弦速度が定められ、これを実現するようにソレノイド１０に供給される電流値が定められる。したがって、電流データは押鍵速度Ｖｋ、打弦速度ＶｈおよびΔｔ＝（打弦タイミング−キーオンタイミング）の値をパラメータとした時間ｔの関数として記録するようにしてもよい。
【００１７】
（２）演奏情報記録段階
演奏情報記録再生用自動演奏ピアノ２００において、図示しない操作部で記録の指示を行った後に、操作者によって演奏が行われることで演奏情報が記録される。すなわち、押鍵操作に連動してハンマによる打弦が行われ、それにより、ハンマセンサ２２によって打弦タイミングと打弦速度とが検出され、フォトセンサ型キーセンサ２７からの出力信号に基づき、キーオンタイミングと押鍵速度とが検出される。そして、何れの鍵を押鍵したかという情報であるキーコードと共に、これらの押鍵速度、打弦速度、キーオンタイミング、打弦タイミングが、演奏情報としてＲＡＭ５４に記憶される。同様に、キーオフタイミング、離鍵速度、キーコードが記憶される。さらに、演奏終了後、該演奏情報の全体がフレキシブルディスクに記録される。
【００１８】
（３）再生段階
演奏情報記録再生用自動演奏ピアノ２００において、図示しない操作部で再生を指示することで、演奏情報が読み出され、それに基づく目標電流パターンでソレノイドが駆動され鍵軌道が再生される。初期条件として、「０」の値の電流パターン（離鍵状態）が設定され、フレキシブルディスクに記録された演奏情報がＲＡＭ５４に転送される。そして、一定のサンプリング時間毎に図５のタイマ割り込みルーチンが連続的に起動される。
ステップＳＰ１０においては、当該再生タイミングに対する演奏情報が存在するか否かが判定される。すなわち、ＲＡＭ５４内がサーチされ、当該再生タイミングに対応するキーオンイベント、キーオフイベントあるいは打弦イベント等の演奏情報が存在していなければ、「ＮＯ」と判定され、処理はステップＳＰ６０に進む。ステップＳＰ６０においては、先に決定された電流パターンに対して、当該再生タイミングの電流値がソレノイド１０に供給される。ここで、初期状態においては、電流パターンの初期条件である「０」の値がソレノイド１０に供給される。すなわち、鍵７０が駆動されずに本ルーチンが終了する。
【００１９】
一方、当該再生タイミングにおいて、演奏情報が存在していた場合は、ステップＳＰ１０において「ＹＥＳ」と判定され、処理はステップＳＰ２０に進む。ステップＳＰ２０においては、該イベントがキーオンイベントか否かが判定される。キーオンイベントであれば、「ＹＥＳ」と判定され、処理はステップＳＰ３０に進む。
【００２０】
ステップＳＰ３０においては、該キーオンイベントに対応する打弦イベントがＲＡＭ５４から読み出され、Δｔ＝（打弦タイミング−キーオンタイミング）が計算される。そして、処理はステップＳＰ４０に進み、該キーオンイベントに係る押鍵速度、打弦速度、Δｔの値に対して所定範囲の電流データがフラッシュＲＯＭ１５２から複数選択される。なお、該所定範囲は押鍵速度Ｖｋ、打弦速度ＶｈおよびΔｔの値が近い範囲である。そして、処理はステップＳＰ５０に進み、該複数の選択された電流データが押鍵速度Ｖｋ、打弦速度Ｖｈ、Δｔの値により補間処理され、今回のイベントに対する電流パターンが決定される。次に、処理はステップＳＰ６０に進み、ステップＳＰ５０において決定された電流パターンを用いて、当該再生タイミングに対応する電流値がＰＷＭ発生器３０を介して各鍵のソレノイドに供給される。それにより、演奏情報記録段階で行われた押鍵操作が模擬される。そして、本ルーチンが終了する。さらに、時々刻々タイマ割り込み処理が実行され、自動演奏が続行される。
【００２１】
なお、ステップＳＰ２０において、キーオンイベントが存在せず、「ＮＯ」と判定されると、処理はステップＳＰ７０に進み、キーオフイベントか否かが判定される。キーオフイベントであれば、「ＹＥＳ」と判定され、処理はステップＳＰ８０に進む。ステップＳＰ８０においては、該キーオフイベントに係る離鍵速度に応じて、漸減する電流値が決定される。次に、処理はステップＳＰ６０に進み、今回の再生タイミングに対応する電流値が各鍵のソレノイドに供給される。一方、ステップＳＰ７０において、キーオフイベントでなく、「ＮＯ」と判定されると、処理はステップＳＰ６０に進み、前回のタイマ割り込みで決定された電流パターンを用いて、今回の再生タイミングに対応する電流値が各鍵のソレノイドに供給される。
【００２２】
以上のように本実施形態によれば、フィードバック制御を行ったときの電流値を用いてソレノイドが駆動されるので、再生段階において、フィードバック制御を行わないにもかかわらずフィードバック制御を行ったと同様の高精度・応答性で押鍵（打弦）が行われる。さらに、演奏情報記録段階および再生段階において、高価な変位検出型のキーセンサを用いずに、安価なフォトセンサ型のキーセンサが用いられるので、簡便で安価な演奏情報記録再生用自動演奏ピアノ２００が供給される。
【００２３】
３．    変形例
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように種々の変形が可能であり、全て本発明の範疇に含まれる。
（１）上記実施形態においては、鍵の駆動を行ったがペダルの駆動を行ってもよい。また、管楽器等の操作子を有する楽器に応用することも出来る。
（２）上記実施形態においては、予め測定された電流を再生段階においてソレノイド１０に供給したが、測定された電流値を目標値としてソレノイド１０に流れる電流値をフィードバック制御してもよい。かかる場合は、位置制御、速度制御等を行う従来技術と比較してフィードバック要素を少なくする事が出来、電流値を安定して再生できる。
（３）上記実施形態においては、該演奏情報を一定のサンプリング時間毎に再生したが、イベントタイミングの到達によりタイマ割り込みを行い該イベントの再生処理を行ってもよい。
（４）上記実施形態においては、鍵盤を押下した演奏情報を逐次記録したが、ＭＩＤＩ情報を入力して、キーオン、キーオフ、音高、ベロシティ、デュレーションデータ等によって、ソレノイドを駆動してもよい。この場合においては、デュレーションデータに対応する時間のタイマ割り込みが実行され、ベロシティに対応する押鍵速度の再生軌道パターンの電流値が音高に対応するソレノイドに供給される。
（５）上記実施形態においては、ソレノイドに電流を供給して鍵を駆動したが、サーボ機構を有した電動機、ステッピングモータ、リニアモータ、圧電素子等のアクチュエータを用いて駆動してもよい。
（６）上記実施形態においては、演奏情報をフレキシブルディスクに記録したがＣＤ−Ｒ等の記録媒体に記録してもよい。また、上記実施形態の自動演奏ピアノにハードディスク、通信装置、キーボードを追加してもよい。
（７）上記実施形態においては、ソレノイドに流す電流値を目標データとして制御したがソレノイドに流れる電流のデューティ比を目標データとしてもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の構成によれば、演奏操作子の操作を規定するパラメータに対応して記憶した目標データの値が、演奏情報に対応して駆動信号としてアクチュエータに供給されるように構成されているので、該演奏操作子によって該演奏情報に対応したパラメータに従った動作が行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である目標データ取得用自動演奏ピアノのブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態である演奏情報記録再生用自動演奏ピアノのブロック図である。
【図３】鍵部の機構図である。
【図４】鍵軌道および該鍵軌道に対応する電流値を示す図である。
【図５】タイマ割り込みのフローチャートである。
【符号の説明】
１０…ソレノイド、２０…電流センサ、２５…変位検出型キーセンサ、２７…フォトセンサ型キーセンサ、３０…ＰＷＭ発生器、３５…Ａ／Ｄ変換器、３７…Ｉ／Ｏインターフェース、４０…フレキシブルディスクドライブ、５０…ＣＰＵ、５２，１５２…フラッシュＲＯＭ、５４…ＲＡＭ、６０…バスライン、７０…鍵（演奏操作子）、８０…バランスピン、９０…アクション機構、１００…目標データ取得用自動演奏ピアノ（演奏操作子駆動装置）、２００…演奏情報記録再生用自動演奏ピアノ（演奏操作子駆動装置）
【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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