JP2891248B2 - 電子鍵盤楽器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電子ピアノや鍵
盤型シンセサイザ等の電子鍵盤楽器に関し、特にその表
現力の向上に関する。

【０００２】

【従来の技術】音楽の演奏は、単に発生する楽音が楽譜
の指示どおりの音高になっていればよいものではなく、
一音毎の音色はもとより微妙なレベル（音量），ピッチ
（音程）のゆらぎや消えてゆく楽音の余韻の処理等、楽
音の細部まで気をつかって初めて美しい演奏が可能にな
る。したがって、楽器は演奏者のこのような意図を受け
付けてそれを反映した楽音を発生するものでなければな
らない。

【０００３】現在、電子ピアノや鍵盤型シンセサイザに
代表される電子鍵盤楽器が広く実用化されている。この
種の電子鍵盤楽器の鍵盤には一般的に各キー毎にオン・
オフを検出するスイッチと、打鍵強度（イニシャル強
度）を検出するセンサが設けられている。オンされたキ
ーを検出することにより、音高を決定し、イニシャル強
度を検出することにより、発音レベルやレベル変位特性
（エンベロープ）等を決定するようにしている。また、
一部の電子鍵盤楽器においては、キーオン中の押圧強度
（アフタータッチ）を検出してレベルやビブラート等の
効果を制御するようにしているものもある（特開昭６２
−１８７３９３号公報参照）。

【０００４】また、一部の電子鍵盤楽器には付加的な演
奏用操作子としてペダルやホイール（特公昭６１−４７
４３３号公報第１１図参照）を有するものもある。この
ペダルやホイールにはビブラート等の効果やピッチ変位
等の制御機能を割り当てることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の鍵
盤ではキーのオン・オフ，キーオン時のイニシャル強
度，キーオン中のアフタータッチを検出して楽音に反映
することができるが、キーオン直前やキーオフ時の指の
動き、すなわちキーの上下動を検出することができなか
った。

【０００６】ところで、キーボード奏者による実際の演
奏においては、キーオン前，キーオフ後の指の動きが自
然にアタック（楽音の立ち上がり）やリリース（余韻）
を表現している場合が多く、このような指の動きを楽音
に反映させれば表情豊かな楽音を生成することができ
る。しかしながら、従来の鍵盤ではキーのオン・オフ，
キーオン時のイニシャル強度，キーオン中のアフタータ
ッチを検出して楽音に反映することができるが、キーオ
ン直前やキーオフ直後の指と鍵盤との接触状態を検出す
ることができなかった。

【０００７】また、実際のピアノ（アコースティックピ
アノ）において、キーを叩いたときの音色は単に打鍵強
度や打鍵速度のみで決定されるものではなく、その叩き
方やキーからの指の離し方によって微妙に変化する。た
とえば、指をキーの上に置いた状態から打鍵する演奏
（すなわちキーは初速＝０から急に加速される。）と、
キーの上方から指を落として打鍵する演奏（すなわちキ
ーはスタートから打鍵まで略一定の速い速度で移動す
る。）とでは同じ打鍵強度でも音色が異なる。また、オ
ンしていたキーを静かにオフするのと撥ね上げるように
オフするのとでは音色余韻が異なる。この理由は弦の振
動をおさえるダンパーの効果で、例えばキーを徐々に戻
して行くとダンパーが振動している弦に接触しはじめ、
それとともに音色が変化して行く。完全に手を離すと弦
の振動は完全におさえられ消音する。したがってキーの
離鍵方法によって消音に至るまでに音色余韻が連続的に
変化することになる。このことは音響学的には十分に解
明されていないが、実際の演奏により経験的に事実が証
明されている。

【０００８】このようなオン時の鍵操作やオフ時の鍵操
作は、鍵の上下動の速度変化（加速度）を検出すること
によって、相当程度検出することができ、これを楽音制
御に反映させることで、上記音色の微妙な変化を楽音に
付与することができるが、従来の電子鍵盤楽器では、オ
ン時・オフ時の押鍵ストローク中の加速度の変化を検出
するための構成を備えていなかったため、オン時の打鍵
方法がいか様なものであれ、最終的打鍵速度で音色音量
が一義的に決められ、キーの走行履歴に関係がなく、ま
た離鍵についても、いつキーを離鍵したかで単純な減衰
に移行し、離鍵のスピード、離鍵時の走行履歴（急に手
を離したのか、はじくように離したのか、徐々に離鍵し
たのか等）に無関係に消音されていた。このため、アコ
ースティックピアノの特性を再現して、電子鍵盤楽器に
その奏法、表現力を実現することが不可能であった。

【０００９】また、ペダルやホイールは楽音の１音１音
に対して微妙な表情を付ける操作子ではなく、そのとき
発音されている全ての楽音のレベルやビブラート等をト
ータルに制御するための操作子である。さらに、ホイー
ルは鍵盤操作とは別に手で操作しなければならないた
め、その分鍵盤による表現が不十分になる欠点があっ
た。このため、従来の鍵盤のみでは、１音１音に対する
表現が十分でなく、ペダルやホイールを使用してもその
表現力が十分に向上しない欠点があった。

【００１０】この発明は、キーオン時、キーオフ時のキ
ーの加速度およびキーオン／キーオフのタイミングを検
出して楽音を制御することにより上記課題を解決した電
子鍵盤楽器を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載した発明
は、鍵盤の各キーに設けられ、ストローク中の位置を連
続的に検出する位置検出手段と、 前記位置検出手段の検
出結果に基づいて、キーの現在位置における加速度を算
出する加速度算出手段と、 加速度算出手段が算出した加
速度に基づいて発生する楽音の発生態様を制御する楽音
発生手段と、を設けている。

【００１２】請求項２に記載した発明は、鍵盤の各キー
に設けられ、ストローク中の位置に応じた出力を行うエ
ンコーダと、 エンコーダの出力に基づいてキーオンを判
定する判定手段と、 エンコーダの出力に基づいてキーオ
ン前の加速度を算出する加速度算出手段と、 算出された
キーオン前の加速度に基づいて発生する楽音の発生態様
を制御する楽音発生手段と、設けている。

【００１３】請求項３に記載した発明は、各キーにキー
タッチを検出するキータッチ検出手段を設け、 前記加速
度算出手段は、キータッチが検出されたキーについて加
速度を検出する。

【００１４】請求項１に記載した発明では、位置検出手
段がストローク中のキー位置を連続的に検出し、加速度
検出手段が位置検出手段の検出結果に基づいて現在位置
における加速度を検出する。キーオン判定手段がキーオ
ンを判定すると、楽音発生手段が加速度検出手段により
検出された加速度に基づいて発生させた楽音の発生態様
を制御する。したがって、キーオン直前やキーオフ直後
等の加速度を検出することができる。この加速度はキー
オン時の微妙な奏法の変化によく対応しているため、こ
れに基づいて発生させる楽音の発生態様を制御すること
により、演奏者の意図を反映した微妙な楽音変化が可能
になり、楽音の表情を豊かにすることができるととも
に、アコーステックピアノの楽音に近似させることも可
能になる。

【００１５】請求項２に記載した発明では、ストローク
中のキーの位置に連動してエンコーダがデータを発生す
る。エンコーダとしては例えば図２（Ａ）〜（Ｄ）に示
すようなものを用いればよい。このようなエンコーダが
発生したデータに基づいてキーのオン前の加速度を検出
する。エンコーダは位置データや速度をデータを出力す
るがこれを微分すれば加速度を得ることができる。微分
は電気回路でアナログ的に実行してもよく、下記の実施
例のように微小時間の平均変化率で近似してもよい。ま
た楽音制御手段は、キーオン前の加速度に基づいて楽音
の発生態様を制御する。

【００１６】請求項３に記載した発明では、キータッチ
が検出されたキーについて加速度を検出するようにした
ので、押鍵される可能性がないキーについては加速度を
検出する処理を実行しないため処理時間を短縮できる。

【００１７】さらに、キーオンおよびキーオフの状態を
エンコーダの出力から判断するようにすれば、鍵のタッ
チ感覚を損ねることがなく、装置の構成を簡略化でき
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】図３はこの発明の実施例である電
子鍵盤楽器のブロック図である。鍵盤１は約７オクター
ブの音域を有し、音源１５にはそれぞれ独立して発音可
能なチャンネルが８個設けられている。楽器外面部には
鍵盤１のほか音色選択スイッチを含むスイッチ群２，ス
ピーカ等のサウンドシステム４が設けられている。楽器
の動作はＣＰＵ１０によって制御され、メモリや各動作
部はバス１１を介してＣＰＵ１０に接続されている。バ
ス１１にはタッチ強度検出回路１２，エンコード値検出
回路１３，スイッチインターフェイス１４，音源回路１
５，キータッチ検出回路１６，ＲＯＭ１７，ＲＡＭ１
８，タイマ１９が接続されている。スイッチインターフ
ェイス１４はスイッチ群２の各スイッチのオン・オフを
検出する。音源回路１５には独立した８チャンネルの音
源が設けられておりＣＰＵ１０から受け取った波形信号
等に基づいて同時に８音まで発音することができる。タ
ッチ強度検出回路１２，エンコード値検出回路１３およ
びキータッチ検出回路１６はそれぞれキー３０に設けら
れている各種センサに基づいてキータッチの有無，キー
の上下動およびキーオン時・キーオン中の押圧強度（イ
ニシャルタッチ強度・アフタータッチ強度）等を検出す
る。

【００１９】図１に鍵盤１を構成する１個のキー付近の
構成図を示す。キー３０の表面には導電性薄膜３１が形
成されている。この導電性薄膜３１は導電性塗料や化学
メッキにより形成される。この導電性薄膜３１は高ゲイ
ンアンプ３２に接続されており、導電性薄膜３１がピッ
クアップしたハムノイズを増幅する。この出力は判定回
路３３に入力される。判定回路３３は増幅されたハムノ
イズのレベルを判定し、一定以上であればキータッチあ
りと判定・出力する回路である。すなわち演奏者の指が
キーにふれているとき、人体のハムノイズが導電性薄膜
から入力されノイズゲインが大きくなる。このことを利
用してキータッチ／キーリリースを判定するようにして
いる。またキー３０の下方にはエンコード板４０が縦方
向に摺動可能に設けられており、その上端はキー３０下
面に当接している。このエンコード板４０は上方（キー
３０方向）に付勢されており、キー３０の上下動に連動
して上下する。このエンコード板は図２（Ａ）〜（Ｄ）
に示すようなエンコードパターンが形成されている。こ
のエンコード板４０を挟んで発光素子３５および受光素
子３６が設けられている。すなわちエンコード板４０に
形成されているエンコードパターンは光の透過の有無や
透過量でデータを構成する透過型のパターンである。発
光素子３５はＬＥＤ等で構成され、受光素子３６はフォ
トトランジスタ等が使用される。またキー３０の始点側
下部にはタッチ強度センサ３４が設けられている。この
タッチ強度センサ３４はキーストッパを兼ねており、内
部に圧電素子を有している。キーがオンされたときその
押圧強度を検出し、この検出強度がタッチ強度検出回路
１２に取り組まれてイニシャルタッチ強度データ・アフ
タータッチ強度データとして出力される。

【００２０】図２にエンコード板４０の例を示す。同図
（Ａ）のエンコード板は、中央部に逆三角形の開口部４
１を有している。キーが完全にオフしているときは、発
光素子３５−受光素子３６の間には頂点４１ａ付近が位
置しているため、光が殆ど通過せず受光素子の出力は小
さいが、キーが押下されてゆくにしたがって発光素子−
受光素子３６の間に位置する開口部が広くなってゆくた
め、受光素子の出力が大きくなる。このようにエンコー
ド板４０の上下によって光の透過量（または透過幅）が
変わり、これを検出することによってキー３０の位置を
判定することができる。

【００２１】同図（Ｂ）のエンコード板には多数のスリ
ットが等間隔に形成されている。キーの上下動にともな
ってこのエンコード板が上下したとき、受光素子３６に
と移動（上下動）距離に比例した数のパルス状の光が受
光される。このパルスをカウンタでカウントすることに
よりキーの移動量を検出することができる。また、パル
ス間隔を検出することにより移動速度を検出することが
できる。

【００２２】同図（Ｃ）のエンコード板は透明板に４ビ
ットの２進コードを縦に連ねて書き込んだものである。
このエンコード板を用いる場合には受光素子を各ビット
に対応させて１個ずつ設ける必要がある。このエンコー
ド板を用いれば、キー３０の上下位置をディジタルデー
タとして直接取り込むことができる。

【００２３】同図（Ｄ）のエンコード板にはスリット４
４ａ，４４ｂが斜めに形成されている。受光素子３５と
して受光する光の水平位置を検出できるＣＣＤアレイや
フォトダイオードアレイを用いることにより、キー３０
の上下位置を受光した光の水平位置として検出すること
ができる。なお、スリット４５はエンコード板の上半分
／下半分を識別するためのものである。

【００２４】図４は前記ＲＡＭ１８に設定される各キー
の操作内容記憶エリアを示す。この記憶エリアは各キー
ごとに設定される。この記憶エリアにはキータッチフラ
グＭ１，キーオンフラグＭ２，キー位置記憶エリアＭ
３，加速度記憶エリアＭ４および音色パラメータ記憶エ
リアＭ４が設定されている。キータッチフラグＭ１はキ
ータッチ検出回路１６がキータッチを検出している間セ
ットするフラグである。またキーオンフラグＭ２はエン
コーダの出力が一定値以上になったときセットされるフ
ラグで、このフラグがセットされると発音データが音源
回路１５に送信されて楽音が発音される。キー位置記憶
エリアＭ３は今回の位置データ，前回の位置データおよ
び前々回の位置データを記憶するエリアからなり、これ
らのデータの差を計測周期で割ることにより加速度が計
算される。計算された加速度が加速度記憶エリアＭ４に
経時的に記憶される。このエリアにはキータッチからキ
ーオンまでの加速度を連続して記憶するため複数の記憶
エリアが設けられている。Ｍ５には倍音構成比率等の音
色を決定するためのパラメータが記憶される。このパラ
メータはキーオンを検出したときそれまでのキー位置の
変化内容に基づいて決定され、音源回路１５に送られ
る。

【００２５】図５、図６は前記ＣＰＵ１０の動作を示す
フローチャートである。図５（Ａ）はメインルーチンで
ある。この電子鍵盤楽器の電源がオンされると各レジス
タをリセットする等のイニシャル処理が実行され（ｎ
１）、この楽器が演奏可能状態になる。こののち音色選
択スイッチによる音色選択処理動作（ｎ２）およびキー
タッチセンサによるキータッチ処理動作（ｎ３）が実行
される。またタイマ１９の一定時間ごとの割り込みによ
りタイマインタラプト動作が実行される。

【００２６】同図（Ｂ）はキータッチイベント処理動作
である。何れかのキーに指が接触するとこの動作が実行
される。まず接触されたキーのキーナンバを読み取り
（ｎ４）、このキーに対応するキータッチフラグをセッ
トして（ｎ５）リターンする。

【００２７】同図（Ｃ）はキーリリースイベント処理動
作である。接触していた指がキーから離れるとこの動作
が実行される。まず指の接触が解除されたキーのキーナ
ンバを読み取り（ｎ６）、このキーのキータッチフラグ
をリセットして（ｎ７）リターンする。

【００２８】図６はタイマインタラプト動作である。こ
の動作においてはキータッチされているすべてのキーに
ついてそのキーの上下位置を検出する。検出された位置
によってキーのオン・オフが判断される。まずｎ８にお
いてキーナンバレジスタ（キー位置を検出するキーナン
バを記憶するレジスタ：ＲＡＭ１８に設定される）に０
をセットし、このキーにキータッチがあるか否かをｎ９
で判断する。この判断はキータッチフラグのセット／リ
セットによって行われる。キータッチがあればエンコー
ダの読み取りを行い、これをキー位置として記憶する
（ｎ１０）。今回記憶されたキー位置と前回の動作で記
憶されたキー位置とで加速度を求め加速度記憶エリアＭ
４に記憶する（ｎ１０′）。今回のキー位置に基づきキ
ーオンか否かを判断する（ｎ１１）。このキーオンの判
断はキーが一定深さよりも下まで押下されていればキー
オンであると判断するものである。キーオンしていれば
キーオンフラグがセットしているか否かを判断し（ｎ１
２）、セットしていなければキーオンイベント発生であ
るとして、キーオンされるまでの加速度の変化パターン
を判断し、これに対応した音色パラメータを決定する
（ｎ１３）。たとえば、加速度が大きければ打鍵強度よ
りも発音レベルを大きくして基本波の比率を高くし、加
速度が小さければ打鍵強度よりもレベルを小さくして基
本波の比率を低くする、等のパラメータ設定を行えばよ
い。このパラメータを含む発音データを音源回路１５に
送信し（ｎ１４）キーオンフラグをセットしたのち（ｎ
１５）ｎ１６に進む。またｎ９でキータッチがないと判
断された場合およびｎ１２でキーオンフラグがすでにセ
ットされていると判断された場合には直接ｎ１６に進
む。ｎ１６ではキーナンバレジスタに１を加算する。こ
れによってキーナンバレジスタの記憶内容が８８になれ
ば全てのキーに対して上記動作が終了したことになるた
めリータンする。キーナンバレジスタの記憶内容が８８
未満であれば次のキーの処理のためｎ９にもどる。

【００２９】一方ｎ１１でキーオンしていないと判断さ
れた場合にはｎ１８でキーオンフラグがセットしている
か否かを判断する。すなわち、キー位置がキーオン位置
よりも浅い所定値以下であり（ｎ１１）且つキーオンフ
ラグがセットしていれば（ｎ１８）キーオフイベント発
生であるとして、このキーの消音データを音源回路に送
信し（ｎ１９）キーオンフラグをリセットしたのち（ｎ
２０）ｎ１６に進む。また、キーオンフラグがリセット
していれば直接ｎ１６に進む。

【００３０】以上の実施例においてはキーのオン・オフ
もエンコーダの読み取り値によって判断するようにした
がキーのオン・オフは別のスイッチで判断し、キーの上
下動のみをエンコーダから読み取るようにしてもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上のようにこの発明の電子鍵盤楽器に
よれば、キー押下時等の加速度を検出することができる
ため、打鍵の仕方や離鍵の仕方等を検出して楽音に反映
させることができる。これにより単なるキーのオン・オ
フやその強さのみによる楽音の制御に比してニュアンス
の多い楽音を生成することができる。

【００３２】

【００３３】

【００３４】

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例である電子鍵盤楽器のキー付
近の構成図

【図２】同電子鍵盤楽器に用いられるエンコード板の例
を示す図

【図３】同電子鍵盤楽器の制御部のブロック図

【図４】同制御部のメモリの一部構成図

【図５】同制御部の動作を示すフローチャート

【図６】同制御部の動作を示すフローチャート

【符号の説明】

１３…エンコード値検出回路、３０…キー、３５…発光
素子、３６…受光素子、４０…エンコード板

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鍵盤の各キーに設けられ、ストローク中
   の位置を連続的に検出する位置検出手段と、 前記位置検出手段の検出結果に基づいて、キーの現在位
   置における加速度を算出する加速度算出手段と、 加速度算出手段が算出した加速度に基づいて発生する楽
   音の発生態様を制御する楽音発生手段と、を設けた電子
   鍵盤楽器。
2. 【請求項２】 鍵盤の各キーに設けられ、ストローク中
   の位置に応じた出力を行うエンコーダと、 エンコーダの出力に基づいてキーオンを判定する判定手
   段と、 エンコーダの出力に基づいてキーオン前の加速度を算出
   する加速度算出手段と、 算出されたキーオン前の加速度に基づいて発生する楽音
   の発生態様を制御する楽音発生手段と、を設けた 電子鍵
   盤楽器。
3. 【請求項３】 各キーにキータッチを検出するキータッ
   チ検出手段を設け、 前記加速度検出手段は、キータッチが検出されたキーに
   ついて加速度を検出する請求項１または２に記載の 電子
   鍵盤楽器。