(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の鍵と、
前記複数の鍵の各々を個別に駆動するための駆動装置と、
演奏情報に基づき、自動的に操作されるべき特定の鍵の動きを規定するために、該特定の鍵の動きの位置、速度及び加速度成分の時間的変遷を表す１次的軌道データを生成する１次的軌道データ生成部と、
前記１次的軌道データにおける加速度成分に基づき、前記特定の鍵の動きに関して、該加速度成分の単位時間当たりの変化を示す躍動成分を算出し、この躍動成分によって前記１次的軌道データを修正した２次的軌道データを生成する２次的軌道データ生成部と、
前記２次的軌道データに基づき、前記特定の鍵を駆動するために前記駆動装置を付勢する制御装置と
を備えることを特徴とする自動ピアノ。
【請求項２】
前記１次的軌道データによって表わされる軌道には等加速度区間が含まれ、
前記２次的軌道データ生成部は、この等加速度区間の加速度成分に基づき、該区間で加速度を徐々に変化させるように前記躍動成分を算出し、この躍動成分によって前記１次的軌道データにおける前記等加速度区間に対応する区間で加速度が変化するように修正した２次的軌道データを生成することを特徴とする請求項１に記載の自動ピアノ。
【請求項３】
前記２次的軌道データ生成部は、前記躍動成分の値を増減することで加速度が逐次変化するように前記１次的軌道データを修正し、これにより、前記等加速度区間に対応する区間で加速度が変化するように修正された前記２次的軌道データを生成することを特徴とする請求項２に記載の自動ピアノ。
【請求項４】
前記１次的軌道データ生成部は、前記特定の鍵を等速で押鍵操作するときの押鍵等速軌道と等速で離鍵操作するときの離鍵等速軌道をそれぞれ算出し、該押鍵等速軌道と離鍵等速軌道の交差点を含む或る区間を等加速度区間に設定して押鍵から離鍵に切り替わる等加速度軌道を算出し、これらの等速軌道と等加速度軌道の組み合わせによって前記１次的軌道データを生成し、
前記２次的軌道データ生成部は、前記等加速度区間で或る一定値となる前記躍動成分を算出し、この躍動成分の一定値に従い加速度が逐次変化するように前記等加速度区間における加速度の軌道を変更することにより前記１次的軌道データを修正した前記２次的軌道データを生成することを特徴とする請求項１に記載の自動ピアノ。
【請求項５】
複数の鍵と、前記複数の鍵の各々を個別に駆動するための駆動装置とを有する自動ピアノにおいて、前記駆動装置により演奏情報に基づき鍵を自動的に操作するための処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記コンピュータに、
演奏情報に基づき、自動的に操作されるべき特定の鍵の動きを規定するために、該特定の鍵の位置、速度及び加速度の時間的変遷を表す１次的軌道データを生成する手順と、
前記１次的軌道データにおける加速度成分に基づき、前記特定の鍵の動きに関して、該加速度成分の単位時間当たりの変化を示す躍動成分を算出し、この躍動成分によって前記１次的軌道データを修正した２次的軌道データを生成する手順と、
前記２次的軌道データに基づき、前記特定の鍵を自動的に操作するために前記駆動装置を駆動する手順
を実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動的に鍵盤を駆動して演奏を行う自動ピアノに関し、更には、鍵を自動的に操作するためのプログラムに関し、特に、連打奏法による演奏の再現性の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動ピアノは、一般に、アコースティックピアノの各鍵に対応して設けられたソレノイドを演奏情報に基づき選択的に励磁することで鍵を駆動して、ハンマによる打弦を自動的に行わせることで、自動演奏を行う。ハンマによる打弦の強弱は、鍵の駆動速度に対応し、鍵の駆動速度はソレノイドに対する供給電流に対応する。こうした自動ピアノにあって、演奏家が鍵操作して行った演奏を再現するには、演奏時の鍵軌道を正確に再生して、楽曲の微妙なニュアンスや楽音の表情を豊かに表現できることが望ましい。この点について、従来から知られる自動ピアノには、再生すべき演奏情報に基づき、鍵軌道上の所定位置（リファレンスポイント）における速度情報（リファレンス速度）を求め、任意の軌道種類（直線、放物線、その他）に応じた鍵の軌道データを生成し、該軌道データに応じてソレノイドを駆動するものがあった（例えば、特許文献１参照）。また、この種の自動ピアノにおいて、鍵をエンド位置に押し切る前に離鍵を開始する、或いは、離鍵途中から次の押鍵動作に入る所謂ハーフストローク演奏を再現するものとして、押鍵時の直線軌道及び離鍵時の直線軌道（等速軌道）に相当する軌道データと共に、鍵の速度変化を表現した２次曲線に相当する短縮軌道を算出し、押鍵から離鍵に移行する際に該短縮軌道に従って鍵を駆動することで、鍵の速度を連続的に変化させるものがあった（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平７−１７５４７２号公報
【特許文献２】特開平９−８１１２５号公報
【０００３】
ところで、自動ピアノによる演奏再生において、ハーフストロークによる演奏等、鍵の動作速度を急激に変化させる場合、とりわけ、鍵の連打演奏を行わせる場合は、鍵の暴れが発生し易く、例えばハンマの打弦速度が増大してしまうこと等、種々の難点がある。上記特許文献２に記載された構成によれば、ハーフストローク演奏の場合に、鍵のストローク位置が押鍵軌道及び離鍵軌道の交差点に達する前に、前記短縮軌道に沿って鍵が動作するよう制御することで、上記問題を解決しうることが示されている。しかしながら、上記特許文献２に従う短縮軌道で鍵を駆動させると、鍵のストロークの振幅が小さくなってしまうため、打鍵ミスが生じやすくなる恐れがあり、また、連打性能についても不十分であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明は上述の点に鑑みてなされたもので、連打をよりスムーズに行えるようにすると共に、豊かな演奏ニュアンスや音色の再現を可能にした自動ピアノを提供することを目的とし、更には自動ピアノにおいて、鍵を自動的に操作するためのコンピュータプログラム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】
この発明に係る自動ピアノは、複数の鍵と、前記複数の鍵の各々を個別に駆動するための駆動装置と、演奏情報に基づき、自動的に操作されるべき特定の鍵の動きを規定するために、該特定の鍵の動きの位置、速度及び加速度成分の時間的変遷を表す１次的軌道データを生成する１次的軌道データ生成部と、前記１次的軌道データにおける加速度成分に基づき、前記特定の鍵の動きに関して、該加速度成分の単位時間当たりの変化を示す躍動成分を算出し、この躍動成分によって前記１次的軌道データを修正した２次的軌道データを生成する２次的軌道データ生成部と、前記２次的軌道データに基づき、前記特定の鍵を駆動するために前記駆動装置を付勢する制御装置とを備えることを特徴とする。これによって、前記特定の鍵が前記２次的軌道データに応じた軌道で自動的に操作されることになる。
【０００６】
本発明によれば、従来公知の手法で生成された１次的軌道データをそのまま使用することなく、該１次的軌道データにおける加速度成分に基づき、特定の鍵の動きに関して、該加速度成分の単位時間当たりの変化を示す躍動成分を算出し、この躍動成分によって前記１次的軌道データを修正した２次的軌道データを生成し、前記特定の鍵を前記２次的軌道データに応じた軌道で自動的に駆動・操作することを特徴とする。例えば、前記１次的軌道データによって表わされる軌道には等加速度区間が含まれ、前記２次的軌道データ生成部は、この等加速度区間の加速度成分に基づき、該区間で加速度を徐々に変化させるように前記躍動成分を算出し、この躍動成分によって前記１次的軌道データにおける前記等加速度区間に対応する区間で加速度が変化するように修正した２次的軌道データを生成する。すなわち、従来の制御の仕方では、等加速度区間であったところを、該区間で加速度を徐々に変化させるように前記躍動成分を算出し、この躍動成分によって前記１次的軌道データにおける前記等加速度区間に対応する区間で加速度が変化するように修正した２次的軌道データを生成することで、鍵の加速度を時間経過に応じて連続に変化させることができる。これにより、鍵の変位、速度及び加速度をより滑らかに変化させることが可能な曲線状の軌道データを得ることができ、より滑らかな鍵の動作を再現できるようになる。よって、演奏の微妙なニュアンスや柔らかな音色などを表現できるようになり、自動ピアノによる演奏表現をより豊かにすることができる。
【０００７】
一例として、前記１次的軌道データ生成部は、前記特定の鍵を等速で押鍵操作するときの押鍵等速軌道と等速で離鍵操作するときの離鍵等速軌道をそれぞれ算出し、該押鍵等速軌道と離鍵等速軌道の交差点を含む或る区間を等加速度区間に設定して押鍵から離鍵に切り替わる等加速度軌道を算出し、これらの等速軌道と等加速度軌道の組み合わせによって前記１次的軌道データを生成する。そして、前記２次的軌道データ生成部は、前記等加速度区間で或る一定値となる前記躍動成分を算出し、この躍動成分の一定値に従い加速度が逐次変化するように前記等加速度区間における加速度の軌道を変更することにより、前記１次的軌道データを修正した前記２次的軌道データを生成する。これによれば、離鍵から押鍵動作或いは押鍵から離鍵動作に連続して移行する区間つまり加速度制御を行うべき区間で等加速（又は減速）制御することなく、鍵の加速度（又は減速度）を連続に変化させることができ、当該区間での鍵の動作をより滑らかに行えるようになる。このことは、自動ピアノにおける連打打鍵、特に所謂ハーフストローク奏法による連打打鍵の性能の向上という点で、極めて有効である。すなわち、連打を表す軌道の全般にわたって滑らかな力変化を与えることになり、よりスムーズな打鍵が再現できるようになる。よって、連打時の打弦速度の増大や、打弦抜け、或いは連打リズムの乱れ等の問題を解消することが可能である。また、この発明に係る鍵の加速度を連続に変化させる軌道は、上記特許文献２に開示された短縮軌道による連打軌道と比べて、軌道振幅が増大するので、連打時の打鍵ミスを軽減させることができるようになる。
【０００８】
本発明は、装置の発明として構成し、実施することができるのみならず、方法の発明として構成し実施することができる。また、本発明は、コンピュータまたはＤＳＰ等のプロセッサのプログラムの形態で実施することができるし、そのようなプログラムを記憶した記録媒体の形態で実施することもできる。また、プロセッサとしては、任意のソフトウェアプログラムを実行するコンピュータのような汎用プロセッサを使用できるのは勿論のこと、専用ロジックをハードウェアで組んだ専用プロセッサを用いてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照してこの発明の一実施例について説明する。
図１は、この実施例に係る自動ピアノの概要構成図であり、機械的な発音機構の要部と共に、電気的制御系に関る機能ブロックの要部を抽出して示している。図１に示すように、自動ピアノは、機械的な発音機構として、複数（例えば８８個）の鍵１と、該鍵１の運動をハンマに伝達するためのアクション機構２と、対応する鍵１の運動に連動して打弦運動するハンマ３と、該ハンマ２によって打撃される弦４と、弦４の振動を止めるためのダンパ５とを含む。鍵１の後端下面側には、当該鍵１を駆動するための鍵駆動装置として、電磁ソレノイド６が具備されている。鍵１は、バランスピンＰに貫通された位置を凡その支点として、上下揺動可能に支持されており、非押鍵時（外力を加えない状態）では図１において実線で示すレスト位置にある。ソレノイド６が駆動（励磁）されると、ソレノイド６のプランジャが鍵１の後端を突き上げ、鍵１はバランスピンＰを支点に揺動し、鍵１の前端が下がることで、鍵１が押鍵操作される。ソレノイド６の消磁に応じてプランジャが下がれば、鍵１はレスト位置に戻る（離鍵操作）。鍵１は、演奏操作（押鍵及び離鍵）に応じて、基本的にはレスト位置からエンド位置（図において２点鎖線で示す位置）の間で上下にストロークする。このとき、該演奏操作に連動して、アクション機構２が作動して、ダンパ５が弦４から離れ、弦４の振動の抑止が解除されると共に、ハンマ３が回動して弦４を打弦する。
【００１０】
当該自動ピアノの各鍵１の下面側には、鍵１の動きを検出するためのキーセンサ２５が配設される。キーセンサ２５は、例えば、鍵１の動作ストロークの全工程について連続的な位置情報を出力可能な光学式の位置センサによって構成することができる。キーセンサ２５の概略構成例としては、鍵１の下面におけるキーセンサ２５の対向位置に該キーセンサ２５と協働する被検出部材２６を具え、鍵１のストローク変位に応じてキーセンサ２５に対する被検出部材２６の相対的な位置が変化することで、キーセンサ２５に対する該被検出部材２６の相対的位置を鍵１のストローク位置として検出し、鍵１の位置情報を表すアナログ信号を出力するよう構成しうる。また、周知の通り、位置情報を適宜微分することで速度情報を算出することができるので、キーセンサ２５の出力から鍵１の速度情報を得ることも可能である。キーセンサ２５の出力は、後述する記録制御部２８並びにサーボコントローラ１２の双方に供給され、演奏録音時の演奏情報の生成・記録処理と、演奏情報再生時のサーボ制御とに利用される。なお、キーセンサ２５として適用可能な光学式位置センサの具体的な構成例については、従来から知られる適宜のセンサ構成を採用してよく、また、光学式に限らず、その他適宜の位置センサによって構成されても差し支えない。
また、当該自動ピアノにおいては、ハンマ３の動作を検出するためのハンマセンサ２７が設けられてよい。該ハンマセンサ２７も前記キーセンサ２５と概ね同様に構成されてよい。この例では、ハンマセンサ２７の出力は、後述する記録制御部２８に供給され、演奏録音時の演奏情報の生成処理に際して利用される。
【００１１】
ソレノイド６には、プランジャ６ａの動きを検出するためのプランジャセンサ３５が具備される。プランジャセンサ３５は、この例ではプランジャ６ａの動作速度を検出する適宜の速度センサ（例えばムービングマグネット型の速度センサ）によって構成され、ソレノイド６の駆動時のプランジャ６ａの移動速度に応じたアナログ信号を出力する。プランジャセンサ３５の出力は、後述するサーボコントローラ１２に供給され、演奏情報再生時のサーボ制御に利用される。なお、プランジャセンサ３５として適用可能なムービングマグネット型の速度センサの構成自体は公知なので、その構成の詳細な説明は省略する。なお、プランジャセンサ３５は、ムービングマグネット型に限らず、その他適宜の速度センサによって構成されてもよい。
【００１２】
ここで、図２を参照して、当該自動ピアノの電気的なハードウェア構成について簡単に説明すると、図２に示すように当該自動ピアノは、ＣＰＵ４０、ＲＯＭ４１、ＲＡＭ４２及び記憶装置４３を含み、各装置間がデータ及びアドレスバス４６を介して接続される。
ＣＰＵ４０は、当該自動ピアノの全体的な動作を制御するとともに、演奏情報の再生処理や、鍵操作に応じた演奏情報の記録（演奏録音）処理等の各種信号処理を実行する。ＣＰＵ４０が実行する各種処理の制御プログラムは、例えばＲＯＭ４１内に記憶されていてよい。該各種処理の実行中に発生した各種データや各種パラメータは、ＲＡＭ４２（あるいはＲＯＭ４１）等の適宜のメモリ内に記憶される。
【００１３】
記憶装置４３は、演奏録音処理により生成した演奏情報の書き込みや、演奏情報再生時に使用する演奏情報の記憶等に利用されるものであり、ハードディスク、フレキシブルディスク又はフロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク（ＣＤ‐ＲＯＭ）、光磁気ディスク（ＭＯ）、ＺＩＰディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）、半導体メモリ等、適宜の記憶媒体で構成してよい。
【００１４】
入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）４４はＡＤ変換器を含み、キーセンサ２５、ハンマセンサ２７及びプランジャセンサ３５から出力される検出信号（アナログ信号）は、当該Ｉ／Ｏ４４を介してディジタル信号に変換されてＣＰＵ４０へ出力される。ＣＰＵ４０では所定のクロックタイミング毎に各センサの出力を取得する処理を行う。
また、後述する演奏情報再生時にＣＰＵ４０において生成されるソレノイド駆動信号は、ＰＷＭ発生器４５を介してＰＷＭ形式の電流信号（以下ＰＷＭ信号と略称）に変換され、ソレノイド６に出力される。なお、当該自動ピアノには、この他にも操作者（ユーザ）が動作モードの選択等を行うための設定操作子群や、適宜の外部機器に接続する通信インターフェース等が具備されてよい。
【００１５】
当該自動ピアノにおいて実行される演奏録音動作及び演奏情報の再生動作の概略について説明する。図１において、記録制御部２８及び記録後処理部２９は、演奏録音処理に関るモジュールに相当し、また、再生前処理部１０、モーションコントローラ１１及びサーボコントローラ１２は演奏情報の再生処理に関るモジュールに相当しており、これら各モジュールが担う演算処理等の各種動作は、ＣＰＵ４０が実行するソフトウェアプログラムによって実施される。
【００１６】
記録制御部２８では、キーセンサ２５やハンマセンサ２７の出力を取り込み、キーセンサ２５やハンマセンサ２７が検出した鍵１やハンマ３の運動に関する物理量から、演奏イベントに関する種々の情報（押鍵速度、離鍵速度や打弦速度、並びに、それらの時刻情報等）を求める。記録後処理部２９では、前記記録制御部２８で求めた種々の情報に対して正規化処理を施した後、これら演奏イベントに関する種々の情報に基づき、ピアノ演奏の演奏内容を表す演奏情報を生成する。すなわち、演奏イベントに関する種々の情報を演奏情報として記憶装置４３（図２参照）に供給する。ここで、演奏情報は、再生すべき演奏イベントと、該演奏イベントを発生すべき時刻のデータとから成るもので、ＭＩＤＩデータ形式等、適宜のデータフォーマットで作成されてよい。なお、前記正規化処理とは、ピアノの個体差を吸収するための処理である。前記種々の物理情報は、個々のピアノにおけるセンサの配置位置や、構造上の違い、あるいは、機械的誤差等に応じて固有の傾向を持つことから、標準となるピアノを想定し、個々のピアノにおける押鍵時刻・押鍵速度、離鍵時刻・離鍵速度及び打弦時刻・打弦速度等を適切に変換する処理をいう。
【００１７】
再生前処理部１０では、記憶装置４３（図２参照）や、図示しないリアルタイム通信装置等から供給される演奏情報に基づいて、該演奏情報が表す演奏内容（演奏イベント）を再現するための鍵の軌道データを生成する。この軌道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では、供給された軌道データを用いてソレノイド駆動制御用の制御信号（目標値）を生成し、これをサーボコントローラ１２に供給する。サーボコントローラ１２では、キーセンサ２５とプランジャセンサ３５の出力をフィードバック信号として利用して、前記モーションコントローラ１１で生成された目標値と該フィードバック信号とに基づくサーボ制御を行うことで、ソレノイド６に対する励磁電流（ソレノイド駆動信号）を制御する。これにより、鍵１は、与えられた軌道データに従って駆動される。
【００１８】
再生前処理部１０において実行される軌道データの作成処理の手順について説明する。なお、ここで「軌道」は時間経過に対する鍵の位置変化をいう。
先に引用した特許文献１には、従来から知られる軌道作成の原理の一例が示されている。これは、再生すべき演奏情報に基づき軌道データを生成するための基本的なパラメータとして、鍵軌道上の所定位置（リファレンスポイント）において鍵がとるべき速度の情報（リファレンス速度）、及び、鍵１が該リファレンスポイントを通過すべき時刻（リファレンス時刻）を算出すると共に、該リファレンスポイントを通過する任意の種類の軌道データを生成するものである。ここで、リファレンスポイントは実験等によりあらかじめ設定しうる鍵の所定のストローク位置である。また、リファレンス速度とリファレンス時刻は、再生すべき演奏情報に基づき算出することが可能である。このリファレンス速度とリファレンス時刻を算出するための演算処理の詳細は前記特許文献１に示されており、本実施例においても該特許文献１の記載と同様な処理を採用して差し支えない。
【００１９】
本実施例においては、まず、押鍵イベントに対応する演奏情報（例えば打弦速度と打弦時刻等）に基づき、鍵がレスト位置ｘＲ（鍵のストローク量０ｍｍの位置）から一定速度でエンド位置ｘＥ（例えばレスト位置ｘＲから１０ｍｍ押し下げられた位置）に到る押鍵軌道（以下、これを押鍵等速軌道という）を上記の軌道作成の原理に従って生成すると共に、離鍵イベントに対応する演奏情報（例えば離鍵速度と離鍵時刻等）に基づき鍵がエンド位置ｘＥから等速運動してレスト位置ｘＲに到る離鍵軌道（以下、これを離鍵等速軌道という）を、該軌道作成の原理に従って生成するものとする。なお、レスト位置ｘＲ（鍵のストローク０ｍｍの位置）及びエンド位置ｘＥ（例えばレスト位置ｘＲから１０ｍｍ押し下げられた位置）は固定値として予め設定される。
【００２０】
押鍵等速軌道において、鍵が等速運動することを想定しているので、押鍵時の鍵の初速度は、前記リファレンス速度と等しいものとなるため、既知の値として定めることができる。押鍵時の初速度（＝リファレンス速度）を押鍵リファレンス速度ｖＰ（但しｖＰ＞０）、鍵の駆動開始時点からの時間をｔ、当該軌道上の鍵の位置をＸとすると押鍵等速軌道は、下記の式（１）によって表すことができる。
Ｘ＝ｖＰ＊ｔ＋ｘＲ・式（１）
なお、本明細書中では、数式中の「＊」は乗算を表すものとする。
上記式（１）により、再生すべき演奏情報（押鍵イベント）を直線軌道に従って再現する際の押鍵開始時刻（押鍵レスト出発時刻ｔＰＲ）と押鍵終了時刻（押鍵エンド到着時刻ｔＰＥ）を求めることができる。そして、この軌道データに従って、押鍵レスト出発時刻ｔＰＲから一定速度ｖＰで鍵を押鍵駆動するように制御することができる。
【００２１】
離鍵時の鍵の軌道についても、所定のリファレンスポイント（例えばダンパ５が弦４に接するときの鍵１の位置）、リファレンス速度（離鍵リファレンス速度ｖＮ）及びリファレンス時刻を定義し、演奏情報に基づく直線軌道を設定することで、離鍵等速軌道を求めることができる。離鍵等速軌道では、鍵が等速運動することを想定しているので、離鍵時の鍵の初速度は離鍵リファレンス速度ｖＮ（但しｖＮ＜０）と等しいものとなる。従って、鍵の駆動開始時点からの時間をｔＮ、離鍵等速軌道上の鍵の位置をＸＮとすると、離鍵等速軌道は下記式（２）によって表すことができる。
ＸＮ＝ｖＮ＊ｔＮ＋ｘＥ・式（２）
上記式（２）により、再生すべき演奏情報（離鍵イベント）を直線軌道に従って再現する際の離鍵開始時刻(離鍵エンド出発時刻ｔＮＥ)と離鍵終了時刻(離鍵レスト到着時刻ｔＮＲ)を求めることができる。そして、この軌道データに従って、離鍵エンド出発時刻ｔＮＥから一定速度ｖＮで鍵が離鍵されるように制御することができる。
【００２２】
上述した押鍵等速軌道及び離鍵等速軌道によれば、レスト位置からエンド位置まで押し下げられた後に、エンド位置からレスト位置まで戻る鍵の動きを等速運動で再現することができる。しかしながら、実際のピアノ演奏では、このような等速運動による軌道ばかりでなく、鍵の押し下げ途中で速度が変化する演奏操作や、所謂ハーフストロークのように完全にエンド位置まで押しきる（あるいはレスト位置まで戻しきる）前に、離鍵(あるいは次の押鍵)操作が開始される奏法等のように、鍵の動作速度の変化を伴う奏法がある。上記の等速軌道では、そのような速度変化を伴う鍵の軌道を適切に再現することはできない。また、ハーフストロークの連打奏法などにおいては、鍵の暴れが発生し易く、正確な演奏の再現が難しい。この実施例に従う自動ピアノは、軌道作成に際して、前記の点に改良が施されたことに特徴がある。すなわち、必要に応じて、鍵の動作速度並びに加速度を連続的に変化させることが可能な滑らかな曲線軌道を生成して、その軌道に基づき鍵１の駆動が制御されることに特徴がある。
【００２３】
次に、この発明に係る曲線軌道の作成処理について説明する。一例として、エンド位置まで押し切った鍵を、完全にレスト位置に戻しきらずに、再びエンド位置まで押し切るハーフストロークの連打奏法（すなわち、鍵を半ば押し下げた状態で、離鍵操作と押鍵操作を繰り返すハーフストロークの連打）の軌道を作成する場合について説明する。図３(ａ)はこの実施例に係る連打軌道の一例を示す軌道図である。図３（ａ）において、実線はこの実施例に係る連打軌道（時間経過に応じた位置成分の変化）を示し、点線は等速運動による軌道（等速軌道）を示している。また、（ｂ）は（ａ）に示す軌道における速度成分の変化を示し、（ｃ）は（ａ）に示す軌道における加速度成分の変化を示し、（ｄ）は（ａ）に示す軌道における躍動成分の変化を示す。なお、ここで「躍動」とは加速度の時間微分を意味する。また、図３（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）において、実線はこの実施例に係る連打軌道における各成分の変化を表し、点線は等速運動における前記各成分の変化を表している。
【００２４】
図３(ａ)において実線で示すように、離鍵動作と押鍵動作とを表す一連の軌道は、エンド位置ｘＥから所定のストローク位置までの間では、前述したような押鍵等速軌道及び離鍵等速軌道によって表現され、離鍵動作から押鍵動作に移行する区間では３次曲線状の曲線軌道によって表現されている。すなわち、当該連打軌道は等速軌道と曲線軌道の組み合わせによって構成されている。前記所定のストローク位置は、エンド位置ｘＥとレスト位置ｘＲの間において、鍵１に自然な動作を与えうるよう適宜設定してよく、以下、この位置をトランジット位置ｘＴという。等速軌道が短すぎると鍵速度の再現性が不安定になってしまうことから、前記トランジット位置ｘＴは、エンド位置ｘＥとレスト位置ｘＲの中間位置よりもややレスト位置ｘＲ寄りに設定するとよい。また、以下の説明において、鍵の軌道がトランジット位置ｘＴを通過する時刻について、離鍵時のものを離鍵トランジット通過時刻ｔＮＴ、押鍵時のものを押鍵トランジット通過時刻ｔＰＴと称する。
図３（ａ）に示す連打軌道は、具体的には、鍵の離鍵時の軌道については、エンド位置ｘＥからトランジット位置ｘＴの間では離鍵等速軌道によって表現され、該トランジット位置ｘＴから離鍵動作終了時点までの間で、鍵速度が漸減変化する特性を示す曲線軌道（以下、これを離鍵スローダウン軌道と称する）によって表現される。また、押鍵時の軌道については、押鍵動作開始時点からトランジット位置ｘＴまでの間では、鍵速度が漸増変化する特性を示す曲線軌道（以下、これを押鍵スローアップ軌道と称する）によって表現され、トランジット位置ｘＴからエンド位置ｘＥの間では押鍵等速軌道によって表現される。
【００２５】
この実施例に係る連打軌道の作成処理の手順の一例として、先ず、演奏情報に基づき離鍵等速軌道と押鍵等速軌道とを算出してから、該離鍵等速軌道と押鍵等速軌道とが交差するかどうかを判定することで、曲線軌道の作成が必要かどうかを調べる。そして、曲線軌道の作成が必要であった場合に、後述する演算処理によって曲線軌道を作成する。ここで、「離鍵等速軌道と押鍵等速軌道とが交差する」とは、図３(ａ)の軌道図において点線で示すようにレスト位置ｘＲに達する前に、離鍵等速軌道と押鍵等速軌道とが交差していることを指しており、このような場合、離鍵等速軌道と押鍵等速軌道によって再現される鍵の軌道は、レスト位置に戻りきる前に押鍵が開始されるハーフストロークとなる。離鍵等速軌道と押鍵等速軌道が交差するか否かを判定は、種々の条件乃至方法によって実行可能であり、従来から知られるどのような条件乃至方法を適用してもよい。一例としては、離鍵等速軌道がエンド位置ｘＥに達する時刻（離鍵レスト到着時刻ｔＮＲ）が押鍵等速軌道の開始時刻（押鍵レスト出発時刻ｔＰＲ）よりも時間的に遅ければ、２つの等速軌道は交差する、ということが判定できる。なお、離鍵等速軌道と押鍵等速軌道の交差判定のための諸条件の具体的な例については、例えば上記特許文献２に詳細に記載されており、ここではその詳細な説明を省略する。なお、離鍵等速軌道と押鍵等速軌道がレスト位置ｘＲよりも手前（エンド位置よりの位置）では交差しない場合であったとしも、曲線軌道との組み合わせによってハーフストロークの軌道が表現される（レスト位置ｘＲに達する前に交差する軌道となる）ことがあるため、等速軌道が交差しない場合には、更に、離鍵スローダウン軌道と押鍵スローアップ軌道が交差するかどうかを計算によって調べるよう構成してもよい。この場合の判定構成についても、上記特許文献２に詳細に記載されている。
この実施例では、説明の便宜上、離鍵等速軌道と押鍵等速軌道とが交差するかどうかのみによって、曲線軌道（離鍵スローダウン軌道及び押鍵スローアップ軌道）の作成が必要かどうか判定するものとするが、更に、離鍵スローダウン軌道と押鍵スローアップ軌道の交差を判定するよう構成しても差し支えない。また、当該演奏イベントにおいて曲線軌道を作成すべきことを標識するデータを演奏情報に含み、該データによって曲線軌道の作成が必要かどうか判定できるよう構成してもよい。要するに、加速度特性で鍵を駆動する必要のあるときに、曲線軌道（離鍵スローダウン軌道及び押鍵スローアップ軌道）の作成を行うようにすればよい。
【００２６】
さて、離鍵等速軌道と押鍵等速軌道が交差する場合は、曲線軌道（離鍵スローダウン軌道及び押鍵スローアップ軌道）の作成処理を行う。押鍵等速軌道と離鍵等速軌道とが交差する位置を等速時交差位置ｘｃとし、その時刻を等速時交差時刻ｔｃとすると、等速時交差時刻ｔｃは押鍵等速軌道と離鍵等速軌道の軌道データから計算によって求めることができる。すなわち、等速時交差時刻ｔｃは下記式（３）によって算出することができる。
ｔｃ＝（−ｖＮ＊ｔＮＥ＋ｖＰ＊ｔＰＥ）／（−ｖＮ＋ｖＰ）・式（３）
なお、上記式（３）による等速時交差時刻ｔｃの算出に際して、離鍵リファレンス速度ｖＮ（但し＜０）、離鍵エンド出発時刻ｔＮＥ、押鍵リファレンス速度ｖＰ（但し＞０）及び押鍵エンド到着時刻ｔＰＥは、夫々既知値として定まる。
【００２７】
図示の通り、等速時交差時刻ｔｃは離鍵動作から押鍵動作に移行時点であるから、離鍵スローダウン軌道は、離鍵トランジット通過時刻ｔＮＴから該交差時刻ｔｃまでの間に鍵の速度がｖＮから０に漸減変化するよう設定され、また、押鍵スローアップ軌道は該交差時刻ｔｃから押鍵トランジット通過時刻ｔＰＴまでの間に鍵の速度が０からｖＰに漸増変化するよう設定される。また、離鍵トランジット通過時刻ｔＮＴから押鍵トランジット通過時刻ｔＰＴの間が、この発明に係る曲線軌道（離鍵スローダウン軌道と押鍵スローアップ軌道）を適用する区間となる。
先ず、離鍵スローダウン軌道における離鍵加速度ａＮを求める。加速度は速度の時間微分であるから下記式（４）によって算出することができる。
ａＮ＝（０−ｖＮ）／（ｔｃ−ｔＮＴ）・（４）
上記式（４）における離鍵トランジット通過時刻ｔＮＴは、下記式（５）によって算出できる。
ｔＮＴ＝ｔＮＥ＋（ｘＴ−ｘＥ）／ｖＮ・（５）
なお、上記式（５）におけるトランジット位置ｘＴ及びエンド位置ｘＥは、固定値として予め設定されている。
【００２８】
また、押鍵スローアップ軌道における押鍵加速度ａＰは、下記式（６）によって算出することができる。
ａＰ＝（ｖＰ−０）／（ｔＰＴ−ｔｃ）・（６）
また、上記式（６）における押鍵トランジット通過時刻ｔＰＴは、下記式（７）によって算出できる。
ｔＰＴ＝ｔＰＥ−（ｘＥ−ｘＴ）／ｖＰ・（７）
【００２９】
離鍵加速度ａＮと押鍵加速度ａＰとを求めることで、図３（ａ）において一点鎖線で示すような離鍵スローダウン軌道（離鍵用の時変動する速度特性の軌道）及び押鍵スローアップ軌道（押鍵用の時変動する速度特性の軌道）を生成しうる。すなわち、離鍵加速度ａＮ及び押鍵加速度ａＰに基づき、時間経過に応じて連続に変化する押鍵及び離鍵速度情報を求めると共に、その連続的な速度変化を再現する曲線軌道（一点鎖線で示す離鍵スローダウン軌道及び押鍵スローアップ軌道）の軌道データを算出できる。この軌道は、図３（ｃ）において一点鎖線で示すように加速度成分が或る一定の値（離鍵加速度ａＮ及び押鍵加速度ａＰ）に保たれた等加速度軌道となる。等加速度軌道において連続的に変化する速度成分の様子を図３（ｂ）において一点鎖線で示す。なお、上述のように加速度を一定に保ち鍵の速度を連続的に変化させる軌道の生成については、上記特許文献２においても示されている。
以上の処理によって求めた、鍵の自動操作のための位置、速度、加速度成分からなる軌道データを、１次的軌道データということにする。この１次的軌道データは、従来技術によって求められるもので、加速度特性は等加速度特性である。
【００３０】
次に、この発明にしたがって提案する離鍵スローダウン軌道と押鍵スローアップ軌道を確立するために、更に加速度成分（離鍵加速度及び押鍵加速度）もまた時間経過に応じて連続に変化させるように、１次的軌道データを修正する。そこで、連続に変化するような加速度情報を１次的軌道データから算出すべく、該１次的軌道データの加速度成分（等加速度特性）から、時間的に変化する離鍵加速度並びに押鍵加速度の単位時間当たりの変位量（時間微分値）たる躍動成分を夫々求める。
離鍵スローダウン軌道における離鍵躍動ｊＮは下記式（８）によって算出することができる。
ｊＮ＝２＊ａＮ／（ｔｃ−ｔＮＴ）・（８）
但し、上記式（８）において、ａＮは前記等加速度軌道における離鍵加速度である。この意味は、時間長「ｔｃ−ｔＮＴ」の間での加速度の変化量をａＮの２倍にするような、単位時間当たりの加速度変化値を、躍動成分ｊＮとして算出する、ということである。なお、係数「2」の値は設計上適宜に可変調整してよい。
また、押鍵スローアップ軌道における押鍵躍動ｊＰは下記式（９）によって算出することができる。
ｊＰ＝２＊ａＰ／（ｔＰＴ−ｔｃ）・（９）
但し、上記式（９）において、ａＰは前記等加速度軌道における押鍵加速度である。この意味も上記と同様である。
【００３１】
上記式（８）及び（９）によって離鍵躍動ｊＮと押鍵躍動ｊＰとを求めることで、図３（ａ）において実線で示すような離鍵スローダウン軌道及び押鍵スローアップ軌道の軌道データを生成することができる。すなわち、１次的軌道データにおける等加速度区間の軌道（一点鎖線で示す等加速度軌道）が、図３（ａ）において実線で示すような離鍵スローダウン軌道及び押鍵スローアップ軌道（不等加速度軌道）で置換・修正されたこととなり、このように修正されたものを、２次的軌道データということにする。こうして生成した離鍵スローダウン軌道及び押鍵スローアップ軌道（２次的軌道データ）によれば、離鍵スローダウン軌道及び押鍵スローアップ軌道の交差時刻ｔｃＪ（＝等速時交差時刻ｔｃ)を含む所定区間（離鍵トランジット時刻ｔＮＴから押鍵トランジット時刻ｔＰＴの間）において、図３（ｄ）において実線で示すように、当該軌道の躍動成分を或る一定の値（離鍵躍動ｊＮ及び押鍵躍動ｊＰ）に保つことができる（この軌道を等躍動軌道という）。すなわち、上記算出した離鍵躍動ｊＮと押鍵躍動ｊＰに基づき躍動成分を一定値に管理することで、図３（ｃ）に実線で示すよう押鍵加速度及び離鍵加速度を時間経過に応じて連続に変化させることができる。このように等躍動軌道により加速度を連続的に変化させることで、図３（ｂ）に実線で示すように、速度成分を曲線状に変化させることができる。従って、この実施例に係る等躍動による離鍵スローダウン軌道及び押鍵スローアップ軌道によれば、従来の等速度軌道や等加速度軌道と比較して、鍵の変位、速度及び加速度をより滑らかに制御できるようになる。また、等加速度軌道の場合と比べて離鍵スローダウン軌道の開始位置（離鍵側トランジット位置）における加速度の変化を滑らかにすることができるので、離鍵動作時の鍵の暴れを効果的に抑制することができるようになる。
【００３２】
図３（ａ）において、この実施例に係る等躍動による離鍵スローダウン軌道及び押鍵スローアップ軌道(実線で示す軌道)の交差位置ｘｃＪは、一点鎖線で示す等加速度による軌道の交差位置ｘｃＡに比較して、よりレスト位置ｘＲ側の位置を取る。したがって、この実施例に係る等躍動による離鍵スローダウン軌道及び押鍵スローアップ軌道によれば、等加速度による軌道よりも、鍵の駆動振幅を拡大することができる。具体的には、等加速度時（１次的軌道データ）の交差位置ｘｃＡは、トランジット位置ｘＴと等速時交差位置ｘｃの略中間点にあった。これに対して、等躍動時（２次的軌道データ）の交差位置ｘｃＪは、等加速度時の交差位置ｘｃＡと等速時交差位置ｘｃの略中間点に位置する。従って、等躍動の軌道によると、トランジット位置ｘＴから交差位置までの距離を、等加速度の場合と比べて、略４/３倍にすることができる。このように軌道の振幅を拡大することで、軌道データ再生時の打鍵ミスを減少させることができるようになる。
【００３３】
以上説明した処理に従って、再生前処理部１０（図１参照）において軌道データが作成される。この再生前処理部１０における上述の１次的軌道データの作成処理及び２次的軌道データの作成処理は、ＣＰＵ４０(図２参照)が上述した各演算及び処理を実行するように組まれたコンピュータプログラムによって実現される。あるいは、それに限らず、専用のハードウェア回路で実現されるようになっていてもよい。勿論、１次的軌道データにおいて曲線軌道（離鍵スローダウン軌道及び押鍵スローアップ軌道）がない場合は、１次的軌道データを修正することなくそのまま出力すればよい。
【００３４】
次に、モーションコントローラ１１(図１参照)では、前記作成された軌道データ（２次的軌道データ、又はそれが作成されなかった場合は１次的軌道データ）を用いてソレノイド駆動制御用の制御信号（目標値）を生成し、これをサーボコントローラ１２に供給する。そして、サーボコントローラ１２は、前記供給された制御信号と、キーセンサ２５及びプランジャセンサ３５の出力とに基づくサーボ制御を行う。
図４は、当該自動ピアノにおけるサーボ制御のシステム構成の一例を機能的に示すブロック図である。図４において、１点鎖線で囲むフィードバックループにおける各種演算処理は、ＣＰＵ４０(図２参照)が実行するソフトウェアプログラムによって実施される。
【００３５】
目標値生成部５０には、当該サーボ制御の目標値（リファランス値）として、再生すべき演奏情報に応じて生成された鍵の軌道データ（軌道リファランス）が供給される。目標値生成部５０では、供給された軌道リファランスに従って、或る時刻における目標値として、位置目標値ｒｘ、速度目標値ｒｖ及び加速度目標値ｒａの夫々の事象について生成する。ここで、位置目標値ｒｘ、速度目標値ｒｖ及び加速度目標値ｒａは、前記軌道データにおける位置成分、速度成分及び加速度成分である。目標値生成部５０で生成された各事象（位置、速度、加速度）についての目標値は、所定のサンプル時間（例えば１ｍｓ毎）に従って、並行に送出される。また、図において「ｒｕ」は目標値に相当する電気量（電流信号）の直接出力を表す。この電流信号ｒｕの目標値全体に対する使用率は実験により適切に定めるものとする。目標値生成部５０で生成された位置目標値ｒｘ、速度目標値ｒｖ及び加速度目標値ｒａは、前記所定のサンプリング時間に従って、位置比較部５１、速度比較部５２及び加速度比較部５３に夫々入力される。
【００３６】
他方、キーセンサ２５及びプランジャセンサ３５の出力の取り込みについて説明すると、前述のとおりソレノイド６に対して通電オンがなされると、通電されたソレノイド６に対応して設けられた鍵１が駆動される。速度センサ（プランジャセンサ）３５は、ソレノイド６のプランジャ６ａの移動速度ｙｍを検出し、該移動速度ｙｍに対応するアナログ検出信号ｙｖｍａを出力する。ＡＤ変換器（図２のＩ／Ｏ４４に相当）４４ａは、速度センサ（プランジャセンサ）３５から出力されるプランジャ速度を表すアナログ検出信号ｙｖｍａをディジタル信号（プランジャ速度検出値）ｙｖｍｄに変換する。
【００３７】
また、位置センサ（キーセンサ）２５は、ソレノイド６によって駆動された鍵１のストローク位置ｙｋを検出し、鍵のストローク位置ｙｋに対応するアナログ検出信号ｙｘｋａを出力する。ＡＤ変換器（図２のＩ／Ｏ４４に相当）４４ｂは、位置センサ（キーセンサ）２５から出力されるアナログ検出信号ｙｘｋａをディジタル信号（鍵位置検出値）ｙｘｋｄに変換する。
【００３８】
ＡＤ変換器４４ａ，４４ｂでディジタル信号に変換されたプランジャ速度検出値ｙｖｍｄ及び鍵位置検出値ｙｘｋｄは、正規化処理部５４ａ，５４ｂに夫々供給され、該正規化処理部５４ａ，５４ｂにおいてプランジャ速度検出値ｙｖｍｄ及び鍵位置検出値ｙｘｋｄの各々に対する所定の正規化処理が行われる。図において、正規化処理後のプランジャ速度検出値を「ｙｖｍ」、正規化処理後の鍵位置検出値を「ｙｘｋ」で示す。
【００３９】
速度生成部５５は、鍵位置検出値ｙｘｋに基づき、鍵１の速度情報（鍵速度値ｙｖｋ）を生成する。すなわち、速度生成部５５では、キーセンサ２５から出力された鍵１の位置情報を適宜微分演算（例えば多項式適合等）することにより鍵の速度情報を算出する。算出方法の一例として、ある任意のサンプリング時点について前後７点での位置情報（鍵位置検出値）を使用した２次曲線適合によって鍵の速度情報（鍵速度値ｙｖｋ）を算出することができる。
【００４０】
位置生成部５６は、プランジャ速度検出値ｙｖｋに基づき、プランジャ６ａの位置情報（プランジャ位置値ｙｘｍ）を生成する。すなわち、位置生成部５６では、プランジャセンサ３５から出力されたプランジャ６ａの速度情報を積分演算することによりプランジャ６ａの位置情報（プランジャ位置値ｙｘｍ）を算出する。
【００４１】
加速度生成部５７は、プランジャ速度検出値ｙｖｍに基づき、プランジャ６ａの加速度情報（プランジャ加速度値ｙａｍ）を生成する。すなわち、加速度生成部５７では、プランジャセンサ３５から出力されたプランジャ６ａの速度情報を適宜微分演算（例えば多項式適合等）することによりプランジャ６ａの加速度情報を算出する。算出方法の一例として、ある任意のサンプリング時点について前後７点での速度情報（プランジャ速度検出値ｙｖｍ）を使用した２次曲線適合によってプランジャ６ａの加速度情報（プランジャ加速度値ｙａｍ）を算出することができる。
【００４２】
速度調整部５８には、プランジャセンサ３５から出力されるプランジャ速度検出値ｙｖｍと、速度生成部５５にて生成された鍵速度値ｙｖｋが供給される。速度調整部５８ではプランジャ速度検出値ｙｖｍと鍵速度値ｙｖｋの一本化調整を行うことで、速度フィードバック信号ｙｖを得る。速度フィードバック信号ｙｖは、プランジャセンサ３５とキーセンサ２５の双方のセンサ出力から得たフィードバック制御用の速度情報であり、これは、前記目標値生成部５０で生成された速度目標値ｒｖと比較するために前記速度比較部５２へ帰還入力（負帰還）される。
速度調整部５８において、具体的には、プランジャ速度検出値ｙｖｍに対して所定の係数Ｋｖｍによって重み付け（演算要素５８ａ）し、また、鍵速度値ｙｖｋに対して所定の係数Ｋｖｋによって重み付け（演算要素５８ｂ）して、加算要素５８ｃにて両者を加算することで速度フィードバック信号ｙｖを得ている。ここで、両者の重み係数Ｋｖｍ及びＫｖｋは、「Ｋｖｍ＋Ｋｖｋ＝１」の関係を持たせつつ、プランジャ速度検出値ｙｖｍと鍵速度値ｙｖｋのいずれに重点を置いた速度フィードバック信号ｙｖを得るのかに応じて設定されるもので、実験の結果を基に適切な値に設定する。実験結果に基づく重み係数の一例として、係数Ｋｖｍ＝０．７、係数Ｋｖｋ＝０．３と設定しうる。
【００４３】
位置調整部５９には、キーセンサ２５から出力される鍵位置検出値ｙｘｋと、位置生成部５６にて生成されたプランジャ位置値ｙｘｍが供給される。位置調整部５９では鍵位置検出値ｙｘｋとプランジャ位置値ｙｘｍの一本化調整を行うことで、位置フィードバック信号ｙｘを得る。位置フィードバック信号ｙｘは、キーセンサ２５とプランジャセンサ３５との双方のセンサ出力から得たフィードバック制御用の位置情報であり、これは、前記目標値生成部５０で生成された位置目標値ｒｘと比較するために前記位置比較部５１へ帰還入力（負帰還）される。
位置調整部５９において、具体的には、鍵位置検出値ｙｘｋに対して所定の係数Ｋｘｋによって重み付け（演算要素５９ａ）し、また、プランジャ位置値ｙｘｍに対して所定の係数Ｋｘｍによって重み付け（演算要素５９ｂ）して、加算要素５９ｃにて両者を加算することで位置フィードバック信号ｙｘを得ている。ここで、両者の重み係数Ｋｘｋ及びＫｘｍは、「Ｋｘｋ＋Ｋｘｍ＝１」の関係を持たせつつ、鍵位置検出値ｙｘｋとプランジャ位置値ｙｘｍのいずれに重点を置いた位置フィードバック信号ｙｘを得るのかに応じて設定されるもので、実験の結果を基に適切な値に設定する。実験結果に基づく重み係数の一例として、係数Ｋｘｋ＝０．９、係数Ｋｘｍ＝０．１と設定しうる。
【００４４】
また、加速度生成部５７において算出されたプランジャ加速度値ｙａｍは、フィードバック制御用の加速度情報として、前記目標値生成部５０で生成された加速度目標値ｒａと比較するために前記加速度比較部５３へ帰還入力（負帰還）される。なお、前記速度生成部５５において算出した鍵速度値ｙｖｋを更に微分して鍵加速度情報を求めて、その鍵加速度情報とプランジャ加速度値ｙａｍを一本化調整して位置フィードバック信号を求めることも考えられるが、その場合、該鍵加速度情報は鍵位置検出値ｙｘｋを２次微分した値であり、信号の品質が劣化するので、この実施例では、これを行わない。
【００４５】
以上のようにして、キーセンサ２５及びプランジャセンサ３５の出力に基づき、位置、速度及び加速度目標値のそれぞれと同一種類の物理量のフィードバック制御用の物理量情報、つまり位置フィードバック信号ｙｘ、速度フィードバック信号ｙｖ及びプランジャ加速度値ｙａｍが与えられる。
【００４６】
位置比較部５１には、前記位置調整部５９から出力された位置フィードバック信号ｙｘと、目標値生成部５０から出力された位置目標値ｒｘとが供給される。位置比較部５１では、位置目標値ｒｘと位置フィードバック信号ｙｘを減算演算することで、ｒｘ、ｙｘの差分である位置偏差ｅｘを求める。
【００４７】
速度比較部５２には、前記速度調整部５８から出力された速度フィードバック信号ｙｖと、目標値生成部５０から出力された速度目標値ｒｖとが供給される。速度比較部５２では、位置目標値ｒｖと位置フィードバック信号ｙｖを減算演算することで、ｒｖ、ｙｖの差分である速度偏差ｅｖを求める。
【００４８】
加速度比較部５３には、前記加速度生成部５７から出力されたプランジャ加速度値ｙａｍと、目標値生成部５０から出力された加速度目標値ｒａとが供給される。加速度比較部５３では、加速度目標値ｒａとプランジャ加速度値ｙａｍを減算演算することで、ｒａ、ｙａｍの差分である加速度偏差ｅａを求める。ここで、サーボ制御の要素として加速度目標値ｒａが入っていることで、鍵駆動時の躍動成分をより直接に管理することができる。この実施例において、上述したような加速度を連続変化させる等躍動軌道を再生する場合は、躍動成分を或る一定の値に保つよう鍵の駆動が制御されることとなるだろう。
【００４９】
位置偏差ｅｘは、増幅部６０ａを介して位置サーボゲインＫｘによって増幅されて、位置制御信号ｕｘとして加算部６１に供給される。また、速度偏差ｅｖは、増幅部６０ｂを介して速度サーボゲインＫｖによって増幅されて、速度制御信号ｕｖとして加算部６１に供給される。また、加速度偏差ｅａは、増幅部６０ｃを介して加速度サーボゲインＫａよって増幅されて、加速度制御信号ｕａとして加算部６１に供給される。前記位置偏差ｅｘ、速度偏差ｅｖ及び加速度偏差ｅａの各々に乗算する各ゲインの係数Ｋｘ，Ｋｖ及びＫａは実験によって適切設定されてよく、ゲイン係数の数値例として、位置サーボゲインＫｘ＝１．７、速度サーボゲイン＝３．５、加速度サーボゲイン＝０．５という値に設定しうる。前記ゲイン係数の一例によれば、速度成分にサーボ制御の重点が置かれるようになる。
【００５０】
加算部６１において、位置制御信号ｕｘ、速度制御信号ｕｖ及び加速度制御信号ｕａを加算することで、これら各事象の制御信号を一本化する。そして、その加算結果に対して更に目標値電流信号ｒｕを加算（加算要素６２）することで、ソレノイド駆動信号ｕが生成される。
【００５１】
ソレノイド駆動信号ｕは、ＰＷＭ変換器４５を介してＰＷＭ形式のソレノイド励磁電流信号ｕｉに変換され、この励磁電流信号ｕｉに基づきソレノイド６が駆動される。
上述したサーボ制御システムによれば、直接のサーボ制御対象となるソレノイド６の動きと該ソレノイド６によって駆動される鍵１の動きとを反映したソレノイド駆動信号ｕが生成されるので、この駆動信号ｕに応じた励磁電流信号ｕｉでソレノイド６を駆動することで、鍵１を目標値に対してより正確に動作させることができ、与えられた軌道リファレンスをより精密に再現することができるようなる。また、図４に示すサーボ制御システムによれば、位置センサたるキーセンサ２５の出力と速度センサたるプランジャセンサ３５の出力から生成した位置、速度及び加速度の各事象についてのフィードバック信号と、位置、速度及び加速度の各事象の目標値とに基づいたハイブリットタイプのサーボ制御を実現することで、より高性能な自動ピアノを実現することができる。ここで、当サーボ制御システムでは、位置センサ（キーセンサ２５）の出力を微分して生成した速度情報、速度センサ（プランジャセンサ３５）の出力を積分して生成した位置情報、及び、速度センサの出力を微分して生成した加速度情報を利用しており、この点について、当該ハイブリットタイプのサーボ制御を位置制御の立場からみれば、速度サーボ制御が微分補償器としての機能を果たし、また、速度制御の立場からみれば、位置サーボ制御が積分補償器、加速度サーボが微分補償器としての機能を果たす。
【００５２】
図５は、図３（ａ）を参照して説明した等躍動連打軌道を上記図４に示す構成からなるサーボ制御によって再現した際の制御結果の実測例を示すグラフである。図において、当該連打軌道データの位置成分（位置目標値ｒｘ）を破線で示し、連打駆動された鍵１の位置データの実測値ｙｘｋを実線で示す。また、該連打軌道データの速度成分（速度目標値ｒｖ）を１点鎖線で示し、該連打軌道データの加速度成分（加速度目標値ｒａ）を２点鎖線で示す。また、横軸は時間ｔを表す。前述の通り、この実施例に係る等躍動による離鍵スローダウン軌道及び押鍵スローアップ軌道によれば、加速度成分（加速度目標値ｒａ）を連続的に変化させることで、連打軌道の全般にわたって滑らかな力変化を鍵に対して与えることができる。このため、図５に示すように、連打軌道の位置目標値ｒｘに対して極めて正確な（近似した）鍵１の位置データの実測値ｙｘｋを得ることができるようになる。よって、この実施例に係る等躍動連打軌道によれば、スムーズな打鍵を行わせることが可能となり、連打性能を向上することができる。また、鍵の加速度変化が滑らか（連続的）になることによって、連打時に打弦速度が増大する問題を改善することができる。
【００５３】
なお、上述の実施例では、等躍動による連打軌道の作成について説明したが、この発明に係る等躍動軌道の適用例は、これに限定されず、この発明に係る等躍動軌道をフルストロークでの単打打鍵に適用することも可能である。この発明に係る等躍動軌道を単打打鍵に適用した場合の特徴について、図６（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。図６（ａ）〜（ｃ）は鍵最終速度８０ｍｍ／ｓにて単打打鍵するための軌道を表す軌道図であって、レスト位置（ストローク０ｍｍの位置）からエンド位置（該レスト位置からストローク量１０ｍｍの位置）まで押鍵動作し、該エンド位置にて適宜の時間停止した後に、レスト位置まで戻る（離鍵動作する）軌道を表している。（ａ）は等躍動による軌道を、また、（ｂ）は等速度による軌道を、また、（ｃ）は等加速度による軌道を、夫々示す。また、図６（ａ）〜（ｃ）の各図において、当該軌道の位置成分を実線で示し、速度成分を点線で示し、また、加速度成分を一点鎖線で示す。
【００５４】
図６（ａ）に示すように、等躍動による押鍵スローアップ軌道は、レスト位置ｘ０（ストローク０ｍｍ）から、初期速度ｖ０＝０ｍｍ／ｓ及び初期加速度ａ０＝０ｍｍ／ｓ^２（なお、「ｓ＾２」は秒ｓの二乗を表す）で動作開始して、エンド位置ｘ１（ストローク量１０ｍｍ）において、最終速度ｖ１＝８０ｍｍ／ｓ及び最終加速度ａ１＝約４２７ｍｍ／ｓ^２で停止する軌道となる。この軌道は、躍動ｊ０＝約１１３８ｍｍ／ｓ＾３（なお、「ｓ＾３」は秒ｓの三乗を表す）にて一定（等躍動）に保たれたスローアップ軌道となる。この軌道に従って鍵がレスト位置ｘ０からエンド位置ｘ１に到達するのにかかる時間は、３７５ｍｓとなる。そして離鍵動作時には、エンド位置ｘ１を初期速度ｖ２＝−８０ｍｍ／ｓ及び初期加速度ａ２＝約４２７ｍｍ／ｓ^２で動作開始して、レスト位置ｘ０において、最終速度ｖ３＝０ｍｍ／ｓ及び最終加速度ａ３＝０ｍｍ／ｓ^２で停止するスローダウン軌道となり、エンド位置ｘ１からレスト位置ｘ０に到達までの所要時間は３７５ｍｓとなる。
これに対して、（ｂ）に示す等速度の場合は、レスト位置ｘ０から、初期速度ｖ０＝８０ｍｍ／ｓで動作開始して、等速度ｖ０＝８０ｍｍ／ｓでエンド位置ｘ１まで動作する軌道となるため、この軌道に従って鍵がレスト位置ｘ０からエンド位置ｘ１に到達するのにかかる時間は、１２５ｍｓとなる。離鍵時の等速度軌道は、等速度ｖ２＝−８０ｍｍ／ｓでエンド位置ｘ１からレスト位置ｘ０まで動作するものであるから、その所要時間は１２５ｍｓとなる。また、（ｃ）に示す等加速の場合は、レスト位置ｘ０から、初期速度ｖ０＝０ｍｍ／ｓで動作開始して、等加速度ａ０＝３２０ｍｍ／ｓ＾２にてエンド位置ｘ１まで動作し、最終速度ｖ１＝８０ｍｍ／ｓとなる。この軌道に従って鍵がレスト位置ｘ０からエンド位置ｘ１に到達するのにかかる時間は、２５０ｍｓとなる。この場合の離鍵スローダウン軌道は、初期速度ｖ２＝−８０ｍｍ／ｓで動作開始して、等加速度ａ２＝３２０ｍｍ／ｓ＾２にてスローダウンする軌道であり、レスト位置ｘ０において最終速度ｖ１＝８０ｍｍ／ｓとなる。この軌道に従って鍵がエンド位置ｘ１からレスト位置ｘ０に到達するのにかかる時間は２５０ｍｓである。
【００５５】
図６（ａ）〜（ｃ）から明らかなように、等躍動の軌道によれば、等速度、更に等加速度による軌道と比較して、より緩やかな速度でのスローアップ軌道並びにスローダウン軌道を表現できるようになる。従って、等躍動でのスローアップ・スローダウン軌道によれば、単打打鍵において、より滑らかな押鍵動作の再現が可能となり、より丁寧な(ソフトなタッチの)指付け打鍵を表現して、例えばより柔らかい音色での演奏音を発音させること等が可能となる。離鍵の場合も、より遅い、ゆったりした離鍵動作を再現することが可能となり、これにより、例えば止音による音の減衰をより緩やかなものとすることができる。このように、より緩やかな押鍵動作及び離鍵動作の再現が可能となることで、例えば、演奏者が気持ちを込めて行った滑らかな押鍵動作及び離鍵動作を、軌道データによって表現できるようになる。従って、自動ピアノにおいて、演奏者の気持ち等をより繊細、緻密に再現することが可能となる。
【００５６】
なお、上述した図３(ａ)〜（ｄ）に示す軌道の例では、エンド位置から離鍵を開始し、完全にレスト位置に戻しきらずに、再びエンド位置まで押し切るハーフストロークの連打奏法（すなわち、鍵を半ば押し下げた状態で、離鍵操作と押鍵操作を繰り返すハーフストロークの連打）の軌道の作成について説明したが、この発明を適用可能な連打軌道は、上記に限らず、レスト位置から押鍵開始して、エンド位置まで完全に押しきらずに離鍵を開始して、再びレスト位置まで戻す動作を繰り返すタイプの連打軌道など、どのようなタイプの連打軌道であってもよい。また、上述した実施例に係る連打軌道においては、軌道の一部を等速軌道によって表す例について説明したが、これに限らず押鍵及び離鍵動作の全工程を等躍動軌道によって表現することも可能である。また、この発明によれば、押鍵を押鍵等速軌道に従い、該押鍵に続く離鍵を等躍動による離鍵スローダウン軌道に従う単打打鍵を行うことができ、また、押鍵を等躍動による押鍵スローアップ軌道に従い、該押鍵に続く離鍵を離鍵等速軌道に従う単打打鍵を行うこともできる。更に、離鍵を離鍵等速軌道に従い、該離鍵に続く押鍵を等躍動による押鍵スローアップ軌道に従う単打打鍵を行うことができ、また、離鍵を等躍動による離鍵スローダウン軌道に従い、該離鍵に続く押鍵を押鍵等速軌道に従う単打打鍵を行うこともできる。また、これらの単打打鍵を組み合わせた連打演奏を行うことも可能である。
また、上述の例では、鍵１を駆動するための軌道データの作成について説明したが、これに限らず、例えばペダル等を自動で駆動するための軌道データに、この発明に係る等躍動軌道を適用することも可能である。また、この発明に係る自動ピアノの形態は、グランドピアノ、アップライトピアノいずれであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】この発明の一実施例に係る自動ピアノの全体構成を示す図。
【図２】同実施例に係る自動ピアノにおける電気的ハードウェア構成を示すブロック図。
【図３】同実施例に係る鍵の連打軌道の一例を示す軌道図であり、（ａ）は該連打軌道の位置成分を示し、（ｂ）は該連打軌道の速度成分を示し、（ｃ）は該連打軌道の加速度成分を示し、（ｂ）は該連打軌道の躍動成分を示す。
【図４】同実施例に係る自動ピアノのサーボ制御システム構成例を示す機能ブロック図。
【図５】同実施例に係る連打軌道の軌道データに従って鍵を駆動制御した際の制御結果を示す実測例を示すグラフ。
【図６】上記実施例の変更例であって、（ａ）は、この発明に係る等躍動軌道を単打打鍵に適用した場合の軌道図であり、（ｂ）は従来から知られる等速度による単打打鍵の軌道を示し、（ｃ）は従来から知られる等加速度による単打打鍵の軌道を示す。
【符号の説明】
【００５８】
１  鍵、２  アクション機構、３  ハンマ、４  弦、５  ダンパ、６  電磁ソレノイド、６ａ  プランジャ、１０  再生前処理部、１１  モーションコントローラ、１２  サーボコントローラ、２５  キーセンサ、２７  ハンマセンサ、２８  記録制御部、２９  記録後処理部、３５  プランジャセンサ
【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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