JP3900712B2 - 鍵盤楽器のセンサ較正装置及びセンサ較正方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鍵盤楽器のセンサ較正装置及び鍵盤楽器のセンサ較正方法に係り、特に自動演奏を行うことが可能な鍵盤楽器において、鍵あるいはペダルの動作状態を検出するためのキーセンサあるいはペダルセンサの出力する検出信号の較正を行うための鍵盤楽器のセンサ較正装置及び鍵盤楽器のセンサ較正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ピアノの演奏においては、演奏者が鍵を押下すると、これに連動してダンパが弦から離れるとともにハンマが回転し、打弦が行われる。また、離鍵が行われるとダンパが弦に接して消音が行われる。このように楽音は、押鍵→打弦→離鍵→消音という一連の動作によって発生されるのが通常である。
このため、自動演奏を行う自動ピアノにおいては、上記一連の動作に基づいて演奏情報を生成して記録し、再生時には読み出された演奏情報に基づいて鍵あるいはペダルの動作を制御することが行われる。
この場合の鍵あるいはペダルの制御においては、演奏情報に基づいて、一方においてアクチュエータであるソレノイドを励磁して鍵を駆動し、これに応じてハンマが回転して打弦を行ない、他方においてソレノイドを励磁してペダルを駆動し、伸音（サスティニング）、弱音（ソフテヌート）あるいは消音（ミューティング）が行われることとなる。
【０００３】
ところで、このような自動ピアノにおいては、演奏記録時に押鍵すると打弦を行う通常の演奏と、押鍵しても打弦を行わない消音演奏とを行うことができる消音自動ピアノが知られている。
この消音自動ピアノは、押鍵により回動したハンマが弦に当たる手前でハンマアッセンブリのそれ以上の回動を阻止する機構を備えている。このような消音機構を使用する消音演奏では、打弦音を発生しない代わりに鍵等の動作をセンサで検知し、押鍵に対応した音高および強弱を持った楽音を電子的に発生することができるようになっている。
従来の消音自動ピアノにおいては、例えば、光センサなどのセンサを各鍵の下側に配置し、このセンサで鍵の下面に取り付けたシャッタの動作のタイミングおよび動作速度を検出するキーセンサ方式が採用されている。
例えば、特開平９−５４５８４号公報には、鍵の位置を連続的に検出する連続キーセンサを用いた自動ピアノの技術が開示されている。
また、ＵＳＰ５００１３３９号公報には、接触型のガルブランセンキーセンサを用いた自動ピアノの技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平９−５４５８４号公報おいては、連続キーセンサの出力データを当該連続キーセンサの個体差を吸収すべく、較正を行うためにレスト位置を用いて行っているが、レスト位置１カ所のみによるデータ較正なので、白鍵と黒鍵との差あるいは各鍵の特性の差の影響を受け、較正精度が悪くなってしまうという問題点があった。
また、上記ＵＳＰ５００１３３９号公報記載のガルブランセンキーセンサは、接触型であるため演奏タッチに影響があるという問題点があった。
また、ガルブランセンキーセンサの特性は完全な線形特性ではないため、検出精度を確保することができないと言う問題点があった。
【０００５】
上記いずれの技術においても、精度の良いデータ較正を行うためには、製造工程が大がかりになってしまうという問題点があった。
また、経時変化及び経年変化に対処しづらいという問題点があった。
そこで、本発明の第１の目的は、非接触型のセンサを用い、低コストで、作業時間が短く、実用充分な位置精度を確保することが可能な鍵盤楽器のセンサ較正装置及びセンサ較正方法を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、鍵盤楽器の設置先でも較正作業を容易に行うことができ、経時変化、経年変化に対処することが可能な鍵盤楽器のセンサ較正装置及びセンサ構成方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の構成は、鍵又はペダルを駆動する駆動手段と、前記鍵又はペダルの変位を連続的に検出するセンサと、前記センサの出力信号に対応したサンプリングデータをサンプリングするサンプリング手段と、前記駆動手段によって前記鍵又はペダルがエンド位置からレスト位置に駆動される間に前記サンプリング手段によってサンプリングされた複数のサンプリングデータに基づいて前記鍵又はペダルの変位と前記センサの出力信号との関係を直線近似によって求める直線近似手段と、前記直線近似手段によって求められた直線上のエンド位置とレスト位置に対応するセンサ出力値を較正データとして記憶する較正データ記憶手段と、前記センサの出力信号を較正して較正出力信号として出力する較正手段であって、前記較正データのエンド位置とレスト位置との差に対応する第１の差分値、前記センサの出力信号と前記較正データのレスト位置との差に対応する第２の差分値、前記センサの呼称値のエンド位置とレスト位置との差に対応する第３の差分値および前記較正出力信号と前記呼称値のレスト位置との差に対応する第４の差分値を求め、第１の差分値に対する第２の差分値の関係が前記第３の差分値に対する第４の差分値の関係に一致するように前記較正出力信号の値を決定する較正手段とを具備することを特徴としている。
【０００７】
請求項２記載の構成は、鍵又はペダルを駆動する駆動手段と、前記鍵又はペダルの変位を連続的に検出するセンサと、前記センサの出力信号に対応したサンプリングデータをサンプリングするサンプリング手段と、前記駆動手段によって前記鍵又はペダルがエンド位置からレスト位置に駆動される間に前記サンプリング手段によってサンプリングされた複数のサンプリングデータに基づいて前記鍵又はペダルの変位と前記センサの出力信号との関係を補間近似によって求める補間近似手段と、前記補間近似手段によって求められた関係において、予め定められた複数の所定位置に対応するセンサ出力値を較正データとして記憶する較正データ記憶手段と、前記センサの出力信号と前記較正データ記憶手段に記憶された複数の較正データとを比較することにより、前記鍵又はペダルの到達位置を判定する到達位置判定手段とを具備することを特徴としている。
【０００８】
請求項３記載の構成は、鍵又はペダルの変位を連続的に検出するセンサと、前記センサの出力信号に対応したサンプリングデータをサンプリングするサンプリング手段と、前記鍵又はペダルを押し下げる押し下げ位置が複数の基準位置として設定され、前記各基準位置に対応した複数の突起を有する治具と、前記治具の複数の突起によって前記鍵又はペダルが押し下げられたときに前記サンプリング手段によって得られる複数のサンプリングデータを較正データとして記憶する較正データ記憶手段と、前記センサの出力信号と前記較正データ記憶手段に記憶された複数の較正データとを比較することにより、前記鍵又はペダルの到達位置を判定する到達位置判定手段とを具備することを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
［１］ 実施形態
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
［１．１］ 実施形態の全体構成
図１に実施形態の自動ピアノの要部の概要構成図を示す。
自動ピアノは、鍵１の運動をハンマ２に伝達するアクションメカニズム３と、ハンマ２によって打弦される弦４と、鍵１を駆動するソレノイド５と、弦４の振動を止めるためのダンパ６と、を備えて構成されている。
また自動ピアノは、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、鍵の軌道データを生成するとともに軌道データを用いて鍵の原速度指示値（ｔ，Ｖr）を生成する再生前処理部１０と、供給された原速度指示値（ｔ，Ｖr）に基づいて、各時刻における鍵１の位置に対応した速度指示値Ｖrを生成し出力するモーションコントローラ１１と、速度指示値Ｖrに応じた励磁電流をソレノイド５に供給するとともに、ソレノイド５から供給されるフィードバック信号としての出力速度Ｖｙと速度指示値Ｖrを比較し、両者が一致するようにサーボ制御を行うサーボコントローラ１２と、を備えて構成されている。
さらに自動ピアノは、キーセンサを構成するセンサボックス２５と、キーセンサを構成し鍵１の下面に取り付けられた板状のシャッタ２６と、アクションメカニズム３に取り付けられたハンマシャッタ２７と、打弦速度を計測するためのセンサＳＥと、センサＳＥの出力信号に基づいてハンマシャッタ２７の移動速度を計測することにより、ハンマ２の速度、すなわち打弦速度（発音速度）を計測し、また、ハンマシャッタ２７がセンサＳＥを通過開始時刻を打弦時刻（発音時刻）として検出する演奏記録部３０と、を備えて構成されている。
【００１５】
［１．２］ 制御系
図２に本第１実施形態の制御系の概要構成ブロック図を示す。
制御系は、制御系全体を制御するＣＰＵ２０１と、制御用プログラム、制御用データなどが格納されたＲＯＭ２０２と、各種データを一時的に格納するためのＲＡＭ２０３と、種々の制御用スイッチが設けられたパネルスイッチ部２０４と、図示しないアクチュエータを駆動し、ハンマ２が弦４に当接しない消音演奏モードとするアクチュエータ駆動回路２０８と、ＣＰＵ２０１から供給されるキー番号（＝キーコード）、ベロシティ（押鍵の強さに対応したデータ）、キーオン信号、ハンマーオン、キーオフ信号等の演奏制御データに基づいて楽音信号を生成し、スピーカＳＰあるいはヘッドホンＨＨに供給する音源回路２１０と、を備えて構成されている。
【００１６】
さらに制御系は、検出光を射出するＬＥＤ２２４を駆動するためのＬＥＤドライバ２２０と、ＬＥＤ２２４が射出した検出光が光ファイバを介して入力され、後述の受光側センサヘッド２２２に対して射出する発光側センサヘッド２２１と、検出光を受光して光ファイバを介して出力する受光側センサヘッド２２２と、受光側センサヘッド２２２の出力した検出信号の光電変換を行って検出信号として出力するフォトダイオード２２５と、検出信号のＡ／Ｄ変換を行って検出データとして出力するＡ／Ｄ変換回路２２３と、フレキシブルディスク２５１に対して演奏情報の書込／読み出しを行うフレキシブルディスクドライバ２５０と、ＲＡＭ２０３に一時的に格納された演奏情報に基づいて、ソレノイド駆動信号を生成し、ソレノイド５のソレノイドプランジャ５Ｐを駆動してハンマ２を駆動して自動演奏を行うためのサーボコントローラ１２と、を備えて構成されている。
この場合において、発光側センサヘッド２２１、受光側センサヘッド２２２、ＬＥＤ２２４、フォトダイオード２２５及びシャッタ２６は、キーセンサを構成している。
【００１７】
［１．３］
図３に本第１実施形態のキーセンサの構成を示す概要構成図を示す。
図３において、光ファイバを介してＬＥＤ２２４から検出光が供給され、シャッタ２６の位置を検出すべく直径約５［ｍｍ］程度の検出光を射出する発光側センサヘッド２２１と、発光側センサヘッド２２１が射出した検出光を受光し、光ファイバを介してフォトダイオード２２５へ送出する受光側センサヘッド２２２と、を備えて構成されている。
受光側センサヘッド２２２により検出光は、フォトダイオード２２５へ送出され、フォトダイオード２２５によりその光量に応じた出力信号Ｓａに変換される。
この場合において、発光側センサヘッド２２１から射出される検出光は、シャッタ２６の検出光光路中への挿入状態に応じて遮蔽され、受光側センサヘッド２２２の受光量は、シャッタ２６の位置、すなわち、鍵１の位置に応じて変化することとなる。
【００１８】
従って、フォトダイオード２２５の出力信号Ｓａは、鍵１の位置に対応するアナログ量を有する信号となる。
例えば、出力信号Ｓａの変化は、鍵１を押鍵しない状態における位置（＝レスト位置）から鍵１を押鍵して、当接する位置まで押し込んだ状態における位置（＝エンド位置）との間で、図４に示すようにほぼ直線状態で表される。
このレスト位置とエンド位置との間には、センサの出力信号を参照するための検出位置に相当する後述する第１参照位置Ｋ１〜第４参照位置Ｋ４が設定される。
【００１９】
［１．３］ 較正データの算出
ここで、実施形態の動作説明に先立ち、較正データを自己測定する場合の動作について図５を参照して説明する。以下の説明においては、鍵の基準ストローク長（レスト位置からエンド位置に至るまでの距離の基準値）が１０［ｍｍ］であるものとする。
図５に第１実施形態の較正データ算出処理フローチャートを示す。
まず、鍵をレスト位置に保持した状態でキーセンサの出力信号のサンプリングを行い、サンプリングデータをレスト位置データｙｒｅｓｔとする（ステップＳ１）。
次に当該鍵をエンド位置まで押し下げ（ステップＳ２）、保持した状態でキーセンサの出力信号のサンプリングを行い、サンプリングデータをエンド位置データｙｅｎｄとする（ステップＳ３）。
続いて、所定の離鍵速度（例えば、１０［ｍｍ／ｓｅｃ］）で離鍵し（ステップＳ４）、離鍵と同時にキーセンサの出力信号を所定サンプリングタイミングでのサンプリングを開始する（ステップＳ５）。この場合において、サンプリングタイミングを表すサンプリングタイミングデータをｔとし、サンプリング開始タイミングにおけるサンプリングタイミングデータｔｅｎｄ＝０とする。
【００２０】
より具体的には、サンプリングタイミングを１０［ｍｓｅｃ］毎とした場合に、離鍵速度１０［ｍｍ／ｓｅｃ］とすれば、およそ０．１［ｍｍ］毎にサンプリングを行うことととなる。
そして各サンプリングタイミングにおけるサンプリングデータｙをサンプリングデータテーブルに順次記憶する（ステップＳ６）。
その後、サンプリング点がレスト位置に至ったか否か、すなわち、
ｙ＞ｙｒｅｓｔ
になったか否かを判別する（ステップＳ７）。
ステップＳ７の判別において、サンプリング点がレスト位置に至っていない場合、すなわち、
ｙ≦ｙｒｅｓｔ
の場合には（ステップＳ７；Ｎｏ）、処理を再びステップＳに移行し、サンプリングデータｙのサンプリングデータテーブルへの記憶を継続する。
ステップＳ７の判別において、サンプリング点がレスト位置に至った場合には、すなわち、
ｙ＞ｙｒｅｓｔ
の場合には（ステップＳ７；Ｙｅｓ）、１０［ｍｍ］ストロークが終了したものとみなしてサンプリングデータｙの値がエンド位置に対応するエンド位置データｙｅｎｄの値を越えた時刻から、サンプリングデータｙの値がレスト位置データｙｒｅｓｔの値を超えた時刻ｔｒｅｓｔまでの区間を対象として、サンプリングデータｙを結んで得られる折れ線を直線で近似する（ステップＳ８）。
【００２１】
次に得られた直線の時間軸を位置軸に座標軸変換を行う（ステップＳ９）。
例えば、サンプリング開始タイミングデータｔｅｎｄを座標変換して変換エンド位置データｘｅｎｄを得、通過タイミングデータｔｒｅｓｔを座標変換して変換レスト位置データｘｒｅｓｔを得る。
より具体的には、上述の例の場合、
ｔｅｎｄ →ｘｅｎｄ ＝１０［ｍｍ］
ｔｒｅｓｔ→ｘｒｅｓｔ＝０［ｍｍ］
のように変換する。
続いて得られた座標変換後の直線の変換エンド位置データｘｅｎｄにおける値を正規のエンド位置データｙｅｎｄ’とし、変換レスト位置データｘｒｅｓｔにおける値を正規のレスト位置データｙｒｅｓｔ’とする（ステップＳ１０）。
次に全ての鍵について処理が終了したか否かを判別し（ステップＳ１１）、終了するまで、ステップＳ１〜ステップＳ１０の処理を繰り返すこととなる。
以上のステップＳ１〜ステップＳ１０の処理を全ての鍵に対して行い、エンド位置データｙｅｎｄ’及びレスト位置データｙｒｅｓｔ’を較正データとして記憶する。
【００２２】
［１．４］ 通常演奏記録時におけるデータ較正
図６に通常演奏記録時におけるデータ較正処理の処理フローチャートを示す。ある鍵において、手弾きの鍵位置データｙ’を検出する（ステップＳ２１）。次に鍵検出された手引きの鍵位置データｙ’、エンド位置でのセンサ呼称値Ｙｅｎｄ及びレスト位置でのセンサ呼称値Ｙｒｅｓｔに基づいて、次式により較正鍵位置データｙ”を算出する（ステップＳ２２
ｙ”＝Ｙｒｅｓｔ＋（Ｙｅｎｄ−Ｙｒｅｓｔ）
×（ｙ’−ｙｒｅｓｔ’）／（ｙｅｎｄ’−ｙｒｅｓｔ’）
【００２３】
［１．５］ 第１実施形態の動作
［１．５．１］ 第１実施形態の概要動作
［１．５．１．１］ 演奏記録時の概要動作
まず自動ピアノの演奏記録時の概要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、演奏記録部３０はセンサＳＥの出力信号に基づいて打弦速度及び打弦時刻を検出する。
これと並行して、演奏記録部３０は、キーセンサの出力信号に基づいて押鍵速度Ｖｋおよび押鍵時刻ｔｋを検出する。この場合において、キーセンサの出力データは、既に上述した方法により較正されている。
そして、これらの情報は、記録後処理部３１において正規化処理された後に、演奏情報としてフレキシブルディスクドライバ２５０によりフレキシブルディスク２５１に記録される。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り、打弦時刻・打弦速度、押鍵時刻・押鍵速度、離鍵時刻・離鍵速度等は、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時刻・打弦速度等に変換するための処理をいう。
【００２４】
［１．５．１．２］ 演奏再生時の概要動作
次に自動ピアノの演奏再生時の概要動作について説明する。
再生前処理部１０は、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、鍵の軌道データを生成するとともに軌道データを用いて鍵１の原速度指示値（ｔ，Ｖr）を作成し、再生前処理部１０で生成された原速度指示値（ｔ，Ｖr）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、供給された原速度指示値（ｔ，Ｖr）に基づいて、各時刻における鍵１の位置に対応した速度指示値Ｖrを作成し、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は、速度指示値Ｖrに応じた励磁電流をソレノイド５に供給するとともに、ソレノイド５から供給されるフィードバック信号である出力速度Ｖｙと速度指示値Ｖrを比較し、両者が一致するようにサーボ制御を行うこととなる。
サーボ制御コントローラ１２の制御下で、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、演奏者側に下がり（以下、この状態を押鍵状態という）、また、これに連動してアクションメカニズム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が回動して打弦し、演奏再生がなされることとなる。
【００２５】
［１．５．２］ 第１実施形態の詳細動作
次に自動ピアノの詳細動作を説明する。
図７に本第１実施形態の演奏／記録処理を示すフローチャートを示す。
まず、各種レジスタ等の初期化を行い、動作モードを通常演奏モードとする（ステップＳ３１）。
次に、消音演奏（消音演奏モード）が指定されているか否かを判別する（ステップＳ３２）。
ステップＳ３２の判別において、消音演奏が指定されている場合には（ステップＳ３２；Ｙｅｓ）、消音演奏モードに対応して各種レジスタなどの初期化を行うとともに、押鍵により回動したハンマ２が弦４に当たる手前でアクションメカニズム３のそれ以上の回動を阻止するための回動阻止機構（ストッパ）を稼働させるとともに、、キーオンタイミング変更がなされる（ステップＳ３４）。
この場合において、キーオンタイミング変更がなされるのは、押鍵があってもハンマ４４は打弦直前で戻されることとなり、センサＳＥの出力信号に基づいて検出される打弦タイミングは、真の打弦タイミングよりも若干早くなるからである。
これにより、消音演奏時において検出された打弦タイミングおよび打弦速度に基づき、ハンマ２がストッパに阻止されないと仮定した場合のハンマ２が弦４に当接するであろうタイミングを推定することができるので、通常演奏時と消音演奏時とでキーオン信号の発生タイミングを一致させることができるのである。 そして、演奏記録部３０は、キーオン信号を発生する場合に予め記憶されているテーブル（あるいは、定数、数式）を参照して、打弦タイミングより少し遅れたタイミングでキーオン信号を発生することとなる。
【００２６】
すなわち、キーオン信号の発生を通常演奏時と同様のタイミングに補正する。そして、ＲＯＭ２０２内のテーブルは、打弦速度に応じた遅延時間を出力するように構成される。
ステップＳ３２の判別において、消音演奏が指定されていない場合には（ステップＳ３２；Ｎｏ）、通常演奏モードに対応して各種レジスタなどの初期化を行う（ステップＳ３３）。なお、既に通常演奏モードに対応して各種レジスタなどの初期化がなされている場合には、この処理は行わない。
次に外部出力を行うか否かを判別する（ステップＳ３５）。
ステップＳ３５の判別において、外部出力を行う場合には（ステップＳ３５；Ｙｅｓ）、記録後処理部３１を介して押鍵データ、ベロシティデータを含むノートオンデータ、ノートに対応したＭＩＤＩ演奏データを外部へ出力し、処理をステップＳ３７へ移行することとなる。
また、ステップＳ３５の判別において、外部出力を行わない場合には（ステップＳ３５；Ｎｏ）、処理をステップＳ３７へ移行し、演奏データを記録するか否かを判別する（ステップＳ３７）。
ステップＳ３７の判別において、演奏データを記録しない場合には（ステップＳ３７；Ｎｏ）、処理をステップＳ３２に移行し、以下同様の処理を繰り返し行う。
ステップＳ３７の判別において演奏データを記録する場合には（ステップＳ３７；Ｙｅｓ）、演奏記録処理がなされる。
【００２７】
演奏記録処理においては、キーセンサの出力信号Ｓａを較正し、この較正された出力信号Ｓａに基づいて、押鍵タイミングに対応した時刻に押鍵データを出力し、センサＳＥの出力信号に基づいて打弦タイミングに対応した時刻にノートオンデータを出力する。
そして、それぞれにノートオンデータ、ベロシティデータとともに、押下された鍵のキーコードデータを一組にして記録することとなる。
この場合において、それ以前に押鍵データ、ノートオンデータまたはノートオフデータが記録されていた場合は、それらとの時間間隔（以下、デュレーションという）を併せて書き込むこととなる。なお、以下においては、押鍵、ノートオンまたはノートオフに関する情報をイベントデータという。
また、演奏記録部３０は、センサボックス２５の出力信号に基づいて、ノートオフデータを記録する。この場合においても、以前のイベントデータとの間隔を示すデュレーションデータも併せて記録することとなる。
以上のようにして、演奏に従って順次イベントデータが書き込まれていき、演奏データが記録されることとなる。
【００２８】
次に自動ピアノの演奏再生時の詳細動作について説明する。
図８に本実施形態の自動ピアノの再生動作を示すフローチャートを示す。
まず各種レジスタ等の初期化が行われるとともに、演奏モードを通常演奏モードに設定するための各種初期設定処理が行われる（ステップＳ４１）。この場合において、自動演奏のテンポ設定も初期設定として行われる。
次に、消音演奏モードが指定されているか否かを判別する（ステップＳ４２）。
ステップＳ４２の判別において、消音演奏モードが指定されていない場合、すなわち、通常演奏モードが指定されている場合には（ステップＳ４２；Ｎｏ）、演奏データの読み出し処理を行う（ステップＳ４３）。
この演奏データの読み出しは、割込処理ルーチンによって行われる。割込は、テンポに対応したテンポクロックによって行われ、例えば、４分音符あたり２４回の割込が行われる。
【００２９】
読出処理は、再生前処理部１０のメモリから演奏データを先頭データから順次読み出す処理である。より具体的に言えば、デュレーションデータ読み出すと、テンポクロックが出力される毎にそれを減算し、０になった時点で次のイベントデータを読み出す。そして、その後に次のデュレーションデータを読出し、以後同様の動作を行う。これにより、記録時と同様のタイミングでイベントデータが読み出される。
再生前処理部１０のメモリから出力されるイベントデータに基づいて、モーションコントローラ１１は、速度指示値Ｖrをサーボコントローラ１２に出力する。
サーボコントローラ１２は、入力されたサーボ速度指示値Ｖr及び実際にソレノイド５から供給されるフィードバック信号である出力速度の差である速度偏差を生成し、速度偏差に対応して出力電流を生成し、アクチュエータであるソレノイド５に対して出力し、ソレノイド５は、アクションメカニズム３を介してハンマ２を駆動することとなる（ステップＳ４４）。
上述の場合において、自動ピアノでは、ソレノイド５に給電を開始してから実際にハンマが打弦して発音されるまでに時間がかかる。そのため、打弦イベントフレームが記録媒体から読み出されたタイミングに対して実際の発音が遅れることになる。また、ソレノイドに給電を開始してから実際にハンマが打弦して発音されるまでの時間は指示される打弦速度によって異なるため、打弦イベントフレームが記録媒体から読み出された時点にソレノイドの給電を開始すると、打弦イベントの発生時間の間隔が各打弦イベントの指示する打弦速度に応じて変化してしまう。また、離鍵に関しても同様の問題がある。
【００３０】
そこで、自動ピアノの再生時には、各イベントフレームが読み出されたタイミングから所定時間（例えば、５００ｍｓｅｃ）後に各イベントフレームで指示された動作（打弦，離鍵）が行われるように、各イベントを一律に遅延させる。具体的には、打弦，離鍵イベントフレームが読み出された時点で、前述した軌道計算を行い、打弦タイミング，離鍵タイミング（打弦，離鍵イベントフレームが読み出された時点から５００ｍｓｅｃ後のタイミング）のどれだけ前から鍵を動かし始めれば良いかを求め、このタイミングで鍵を動かし始めるようにすることで、打弦（離鍵）イベントの発生時間の間隔を各打弦（離鍵）イベントの指示する打弦速度に拘わらず一定とすることができる。
ステップＳ４２の判別において、消音演奏モードが指定されている場合には（ステップＳ４２；Ｙｅｓ）、演奏データの読み出し処理を行う（ステップＳ４５）。
【００３１】
この演奏データの読み出しも、ステップＳ４３の処理と同様に割込処理ルーチンによって行われる。
そして、図示しない音源回路による楽音信号発生処理が行われる。
より具体的には、イベントデータが読み出される毎に、ノートオンデータ、あるいは、ノートオフデータが音源回路に供給され、これらに対応した楽音信号が形成され、ユーザは図示しないスピーカあるいはヘッドホンにより、再生された演奏を聞くことができる。このように、消音状態で電子的な音源によって自動演奏を聞くことができる。また、所望の音色を選択して再生演奏を楽しむことも可能である。
【００３２】
［１．６］ 第１実施形態の効果
以上の説明のように、本第１実施形態によれば、較正用データとして、レスト位置データ及びエンド位置データを記憶しているため、白鍵と黒鍵との違いや、各鍵の特性の差の影響を受けることなく、較正精度を向上させることができる。また、自動演奏機能を利用して、自動ピアノの設置先でも較正処理を行うことができるので、経年変化などに対応することが可能となる。
さらに較正処理を容易、かつ、作業時間が短く、作業を迅速に行うことができるので、経時変化に対しても対処することができる。
【００３３】
［２］ 第２実施形態
次に本発明の第２実施形態について説明する。
記録動作及び再生動作については、第１実施形態と同様であるので、以下においては、較正データの算出及び通常演奏記録時におけるデータ較正についてのみ説明する。
［２．１］ 較正データの算出
まず第２実施形態における較正データを自己測定する場合の動作について説明する。以下の説明においては、鍵の基準ストローク長（レスト位置からエンド位置に至るまでの距離の基準値）が１０［ｍｍ］であるものとする。
図９に較正データ算出時の処理フローチャートを示す。
まず、鍵をレスト位置に保持した状態でキーセンサの出力信号のサンプリングを行い、サンプリングデータをレスト位置データｙｒｅｓｔとする（ステップＳ５１）。
次に当該鍵をエンド位置まで押し下げ（ステップＳ５２）、保持した状態でキーセンサの出力信号のサンプリングを行い、サンプリングデータをエンド位置データｙｅｎｄとする（ステップＳ５３）。その後、レスト位置まで鍵を戻す。
続いて、所定の押鍵速度Ｖｒｅｆ（例えば、１０［ｍｍ／ｓｅｃ］）で押鍵し（ステップＳ５４）、押鍵開始と同時にキーセンサの出力信号を所定サンプリングタイミング（例えば、１０［ｍｓｅｃ］）でのサンプリングを開始する（ステップＳ５５）。この場合において、サンプリングタイミングをｔとし、サンプリング開始タイミングにおけるサンプリングタイミングｔｓｔａｒｔ＝０とする。そして、５回のサンプリングが終了したか否かを判別する（ステップＳ５６）。
【００３４】
ステップＳ５６の判別においていまだ５回のサンプリングが終了していない場合には（ステップＳ５５；Ｎｏ）、処理を再びステップＳ５５に移行し、再度サンプリングを行う。
ステップＳ５６の判別において５回のサンプリングが終了した場合には（ステップＳ５６；Ｙｅｓ）、５個のサンプリングデータの加算平均を求める（ステップＳ５７）
この結果、あるサンプリングタイミングｔmに対し、サンプリングタイミングｔ(m-2)、ｔ(m-1)、ｔm、ｔ(m+1)、ｔ(m+2)の５サンプリングタイミングにおけるサンプリングデータｙ(m-2)、ｙ(m-1)、ｙm、ｙ(m+1)、ｙ(m+2)をバッファリングし、これら５個のサンプリングデータの加算平均を求め、当該サンプリングタイミングｔmにおけるサンプリングデータｙ5[m]とする（ステップＳ５７）。すなわち、上述の例の場合、±０．２［ｍｍ］間の平均値をサンプリングデータｙ5[m]とする。この場合において、サンプリングタイミングｔ(m-2)、ｔ(m-1)、ｔm、ｔ(m+1)、ｔ(m+2)の５サンプリングタイミングにおけるサンプリングデータをそれぞれ１／５にしてから加算し、サンプリングデータｙ5[m]とすることも可能であるが、演算精度の観点からは、５個のサンプリングデータの和をサンプリングデータｙ5[m]としておき、全サンプリング終了後に１／５とするのが望ましい。
【００３５】
次にサンプリングデータｙ5[m]をテーブルに記憶する（ステップＳ５８）。
この場合において、インデクス値をｉ＝ｔ／１０とし、テーブルに記憶するサンプリングデータｙ5[i]として格納する。ｔは、サンプリングタイミング（＝上述の例の場合、１０［ｍｓｅｃ］）の整数倍である。
次に、
ｙ5[m]≦ｙｅｎｄ×５
の条件が満たされたか否かを判別する（ステップＳ５９）。
ステップＳ５９の判別において、
ｙ5[m]＞ｙｅｎｄ×５
である場合には（ステップＳ５９；Ｎｏ）、処理をステップＳ５５に移行し、ステップＳ５５〜ステップＳ５９の処理を繰り返す。
ステップＳ５９の判別において、
ｙ5[m]≦ｙｅｎｄ×５
である場合には、当該条件を満たした時刻をｔａｒｒｉｖｅとする。
すなわち、サンプリングデータｙ5[m]のテーブルへの記憶を、
ｙ5[m]≦ｙｅｎｄ×５
の条件を満たすまで継続し、条件を満たした時刻をｔａｒｒｉｖｅとする。
【００３６】
次にｔｅｎｄ＝ｔａｒｒｉｖｅ−βとする（ステップＳ６０）。
ここで、βは押鍵終了時のスローダウン動作を補正するための項であり、実験により算出する。
続いてｒｅｓｔ＝ｔｓｔａｒｔ＋αとする（ステップＳ６１）。
ここで、αは押鍵開始時のスローアップ動作を補正するための項であり、実験により算出する。
次に時刻ｔｒｅｓｔから時刻ｔｅｎｄまでを完全な等速で動いたと仮定し、実際の動作速度Ｖｒｅａｌを次式により算出する（ステップＳ６２）。
Ｖｒｅａｌ＝１０×１０００／（ｔｅｎｄ−ｔｒｅｓｔ）［ｍｍ／ｓｅｃ］次に実際の動作速度Ｖｒｅａｌが所定の押鍵速度Ｖｒｅｆと大きく異なり、再測定が必要か否かを判別する（ステップＳ６３）。
より具体的には、
Ｖｒｅａｌ＜Ｖｒｅｆ×０．５
若しくは、
Ｖｒｅａｌ＞Ｖｒｅｆ×１．５
のいずれかを満たしているか否かを判別する。
【００３７】
ステップＳ６３の判別において、実際の動作速度Ｖｒｅａｌが所定の押鍵速度Ｖｒｅｆと大きく異なり再測定が必要な場合（ステップＳ６３；Ｙｅｓ）、すなわち、
Ｖｒｅａｌ＜Ｖｒｅｆ×０．５
若しくは、
Ｖｒｅａｌ＞Ｖｒｅｆ×１．５
のいずれかを満たしている場合には、
Ｖｒｅｆ＝Ｖｒｅｆ×（Ｖｒｅｆ／Ｖｒｅａｌ）
とし（ステップＳ６４）、処理をステップＳ５４に移行し、再度測定を行う。
【００３８】
ステップＳの６３判別において、実際の動作速度Ｖｒｅａｌが所定の押鍵速度Ｖｒｅｆと大きく異ならず再測定が不要の場合（ステップＳ６３；Ｎｏ）、すなわち、
Ｖｒｅｆ×０．５≦Ｖｒｅａｌ≦Ｖｒｅｆ×１．５
の場合には、レスト鍵盤位置の呼称位置（レスト位置、第１〜第４参照位置Ｋ１〜Ｋ４、エンド位置）を、例えば、次のように定める（ステップＳ６５）。
レスト位置データｘｒｅｓｔ＝０．０［ｍｍ］
第１参照位置データＸK1 ＝２．７［ｍｍ］
第２参照位置データＸK2 ＝４．５［ｍｍ］
第３参照位置データＸK3 ＝６．３［ｍｍ］
第４参照位置データＸK4 ＝８．１［ｍｍ］
エンド位置データｘｅｎｄ ＝１０．０［ｍｍ］
【００３９】
次に第１参照位置Ｋ１、第２参照位置Ｋ２、第３参照位置Ｋ３及び第４参照位置Ｋ４におけるセンサ値ｙK1、ｙK2、ｙK3、ｙK4を求める（ステップＳ６６）。より具体的には、Ｚ＝１，２，３，４とした場合に、次式で表す補間式によりセンサ値ｙKZを求める（ステップＳ６７〜ステップＳ７０）。
まず、
Ｚ＝１
とする（ステップＳ６７）。
次にレスト鍵盤位置の呼称位置ＸKZに到達した時刻ｔKZを次式により算出する。
ｔKZ＝（ｔｅｎｄ−ｔｒｅｓｔ）×ＸKZ／（Ｘｅｎｄ−Ｘｒｅｓｔ）
＋ｔｒｅｓｔ
続いて、時刻ｔKZの前後に位置するサンプリングデータｙ5の中から、時刻ｔKZのサンプリングデータｙKZを越える値を有するサンプリングデータのうち、最小値を有するサンプリングデータｙ5KZa（＝後値）及びサンプリングデータｙKZを越えない値を有するサンプリングデータのうち、の最大値を有するサンプリングデータｙ5KZb（＝前値）をテーブルを参照して求める。
ｙ5KZa＝ｙ5[ｔKZ／１０＋１]
ｙ5KZb＝ｙ5[ｔKZ／１０]
【００４０】
続いて、サンプリングデータｙ5KZa及びサンプリングデータｙ5KZbに基づいて次式により補間処理を行い、サンプリングデータｙKZを算出する（ステップＳ６８）。
ｙKZ＝（ｙ5KZb＋（ｙ5KZa−ｙ5KZb）×（ｔKZ％１０）／１０）／５
ここで、演算子％は、左項を右項で割った場合の余りを意味する。
次に
Ｚ＝４
か否かを判別する（ステップＳ６９）。
ステップＳ６９の判別において、Ｚ≠４の場合には（ステップＳ６９；Ｎｏ）、
Ｚ＝Ｚ＋１
とし（ステップＳ７０）、処理をステップＳ６８に移行する。
ステップＳ６９の判別において、Ｚ＝４の場合には（ステップＳ６９；Ｙｅｓ）、エンド位置データｙｅｎｄ、レスト位置データｙｒｅｓｔ、ｙK1、ｙK2、ｙK3、ｙK4を較正データとして記憶する（ステップＳ７１）。
以上のステップＳ５１〜ステップＳ７１の処理を全ての鍵に対して行い、エンド位置データｙｅｎｄ、レスト位置データｙｒｅｓｔ、サンプリングデータｙK1、ｙK2、ｙK3、ｙK4を較正データとして記憶する。
【００４１】
［２．２］ 通常演奏記録時におけるデータ較正
図１０に通常演奏記録時におけるデータ較正処理の処理フローチャートを示す。
ある鍵において、手弾きの鍵位置センサデータｙ’を検出する（ステップＳ８１）。
そして手弾きの鍵位置センサデータｙ’が各参照位置（レスト位置、エンド位置、第１〜第４参照位置）に到達したか否かを判別するための参照値として、各参照位置におけるセンサ出力値としてテーブルに記憶しているエンド位置データｙｅｎｄ、レスト位置データｙｒｅｓｔ、サンプリングデータｙK1、ｙK2、ｙK3、ｙK4（＝参照位置データ）を採用する（ステップＳ８２）。
【００４２】
［２．３］ 第２実施形態の効果
以上の説明のように、本第２実施形態によれば、較正用データとして、レスト位置データ、エンド位置データ及び各参照位置における参照位置データを記憶しているため、白鍵と黒鍵との違いや、各鍵の特性の差の影響を受けることなく、較正精度を向上させることができる。
また、自動演奏機能を利用して、自動ピアノの設置先でも較正処理を行うことができるので、経年変化などに対応することが可能となる。
さらに較正処理を容易、かつ、作業時間が短く、作業を迅速に行うことができるので、経時変化に対しても対処することができる。
【００４３】
［３］ 第３実施形態
次に本発明の第３実施形態について説明する。
上記第２実施形態においては、各鍵を所定の押鍵速度Ｖｒｅｆにより押鍵していたが、本第３実施形態は、これに代えて各鍵を各参照位置まで押し下げる治具を用いる実施形態である。
なお、記録動作及び再生動作については、第２実施形態と同様であるので、以下においては、較正データの算出及び通常演奏記録時におけるデータ較正についてのみ説明する。
［３．１］ 治具の構成
図１１に治具の一例を示す。
図１１（ａ）は治具の正面図、図１１（ｂ）は治具の側面図である。
図１１（ｂ）に示すように、４つある基準面ＰＬには、それぞれ第１参照位置Ｋ１、第２参照位置Ｋ２、第３参照位置Ｋ３あるいは第４参照位置Ｋ４に鍵を押し下げるための突起部Ｂ1〜Ｂ4が設けられている。
これにより、例えば、鍵を第２参照位置まで押し下げる場合には、第２参照位置Ｋ２用の突起部Ｂ２が設けられている基準面ＰＬをレスト位置における鍵の上面に一致させるように設置すればよい。
この結果、突起部Ｂ２の高さ分だけ、鍵が押し下げられ、鍵は第２参照位置Ｋ２まで押し下げられることとなる。
【００４４】
［３．２］ 較正データの算出
次に第３実施形態における較正データを自己測定する場合の動作について説明する。以下の説明においては、鍵の基準ストローク長（レスト位置からエンド位置に至るまでの距離の基準値）が１０［ｍｍ］であるものとする。
図１２に較正データ算出時の処理フローチャートを示す。
まず、鍵をレスト位置に保持した状態でキーセンサの出力信号のサンプリングを行い、サンプリングデータをレスト位置データｙｒｅｓｔとする（ステップＳ９１）。
次にＮ＝１とする（ステップＳ９２）。
治具を用い、第Ｎ参照位置ＫNまで鍵を押し下げる（ステップＳ９３）。
押し下げられた鍵に対応するキーセンサの出力信号をサンプリングし、サンプリングデータｙKNとして記憶する（ステップＳ９４）。
次にＮ＝４か否か、すなわち、第４参照位置Ｋ4までの全ての参照位置におけるサンプリングが終了したか否かを判別する（ステップＳ９５）。
【００４５】
ステップＳ９５の判別において、Ｎ≠４の場合には、すなわち、第４参照位置Ｋ4までの全ての参照位置におけるサンプリングが終了していない場合には（ステップＳ９５；Ｎｏ）、
Ｎ＝Ｎ＋１
とし（ステップＳ９６）、処理をステップＳ９３に移行し、ステップＳ９３〜ステップＳ９５の処理を繰り返す。
ステップＳ９５の判別において、Ｎ＝４の場合には、すなわち、第４参照位置Ｋ4までの全ての参照位置におけるサンプリングが終了した場合には（ステップＳ９５；Ｙｅｓ）、当該鍵をエンド位置まで押し下げ（ステップＳ９７）、鍵をエンド位置に保持した状態でキーセンサの出力信号のサンプリングを行い、サンプリングデータをエンド位置データｙｅｎｄとして記憶する（ステップＳ９８）。
次に全ての鍵について測定が終わったか否かを判別し（ステップＳ９９）、全ての鍵について測定が終わるまで、ステップＳ９１〜ステップＳ９９の処理を繰り返す。
【００４６】
［３．３］ 通常演奏記録時におけるデータ較正
図１３に通常演奏記録時におけるデータ較正処理の処理フローチャートを示す。
ある鍵において、手弾きの鍵位置センサデータｙ’を検出する（ステップＳ１０１）。
そして手弾きの鍵位置センサデータｙ’が各参照位置（レスト位置、エンド位置、第１〜第４参照位置）に到達したか否かを判別するための参照値として、各参照位置におけるセンサ出力値としてテーブルに記憶しているエンド位置データｙｅｎｄ、レスト位置データｙｒｅｓｔ、サンプリングデータｙK1、ｙK2、ｙK3、ｙK4（＝参照位置データ）を採用する（ステップＳ１０２）。
［３．４］ 第３実施形態の効果
以上の説明のように、本第３実施形態によれば、較正用データとして、レスト位置データ、エンド位置データ及び各参照位置における参照位置データを記憶しているため、白鍵と黒鍵との違いや、各鍵の特性の差の影響を受けることなく、較正精度を向上させることができる。
また、治具を用いて較正処理を行うため、自動ピアノの設置先でも較正処理を行うことができるので、経年変化などに対応することが可能となる。
さらに較正処理を行うに際し、治具を用いることにより容易、かつ、作業を迅速に行うことができるので、経時変化に対しても対処することができる。
【００４７】
［４］ 実施形態の変形例
［４．１］ 第１変形例
上記説明においては、鍵の場合の較正処理についてのみ説明したが、ペダルであっても同様に適用することが可能である。
［４．２］ 第２変形例
以上の説明においては、鍵の自動駆動を行う場合に、自動ピアノの自動演奏機能を流用していたが、等速押鍵を保証できる打鍵法を用い、外部から鍵を駆動するように構成しても、同様の効果を得ることができる。
この場合において、等速押鍵を保証できる打鍵法としては、ある程度以上の高速でサーボなどによる等速軌道を保証する打鍵法を用いる、あるいは、重り落下などによる打鍵法のうち、実験によって等速を確認できている打鍵法を用いるのが好ましい。
［４．３］ 第３変形例
以上の説明においては、自動ピアノについて説明したが、他の鍵盤楽器についても本発明の適用が可能である。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、鍵あるいはペダルの基準動作状態において出力される前記センサの検出信号である基準検出信号とセンサから実際に出力される検出信号との関係に基づいて予め求めた較正データに基づいて鍵あるいはペダルの動作状態の検出時にセンサから出力される検出信号の較正を行うので、非接触型のセンサを用いているにも拘わらず、低コストで、作業時間が短く、実用充分な位置精度を確保することが可能となる。
さらに容易、かつ、迅速に較正作業を行うことができるので、自動ピアノの設置先でも較正作業を行うことができ、経時変化、経年変化に対処することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態の自動ピアノの要部の概要構成図である。
【図２】 第１実施形態の自動ピアノの制御系の概要構成を示すブロック図である。
【図３】 キーセンサの構成を説明する図である。
【図４】 キーストロークと参照位置との関係説明図である。
【図５】 第１実施形態の較正データ算出処理の処理フローチャートである。
【図６】 第１実施形態の通常演奏記録時におけるデータ較正処理の処理フローチャートである。
【図７】 第１実施形態の演奏／記録処理を示すフローチャートである。
【図８】 第１実施形態の自動ピアノの再生動作を示すフローチャートである。
【図９】 第２実施形態の較正データ算出処理の処理フローチャートである。
【図１０】 第２実施形態の通常演奏記録時におけるデータ較正処理の処理フローチャートである。
【図１１】 第３実施形態の治具の構成を説明するための図である。
【図１２】 第３実施形態の較正データ算出処理の処理フローチャートである。
【図１３】 第３実施形態の通常演奏記録時におけるデータ較正処理の処理フローチャートである。
【符号の説明】
１…鍵、２…ハンマ、３…アクションメカニズム（ハンマアクション）、４…弦、５…ソレノイド、５Ｐ…ソレノイドプランジャ、６…ダンパー（止音機構）、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…センサボックス、２６…シャッタ、２７…ハンマシャッタ、３０…演奏記録部、３１…記録後処理部、２０１…ＣＰＵ、２０２…ＲＯＭ、２０３…ＲＡＭ、２０４…パネルスイッチ部、２０８…アクチュエータ駆動回路、２１０…音源回路、２２０…ＬＥＤドライバ、２２１…発光側センサヘッド、２２２…受光側センサヘッド、２２３…Ａ／Ｄ変換回路、２２４…ＬＥＤ、２２５…フォトダイオード、２５０…フレキシブルディスクドライバ、２５１…フレキシブルディスク

Claims (3)

1. 鍵又はペダルを駆動する駆動手段と、
   前記鍵又はペダルの変位を連続的に検出するセンサと、
   前記センサの出力信号に対応したサンプリングデータをサンプリングするサンプリング手段と、
   前記駆動手段によって前記鍵又はペダルがエンド位置からレスト位置に駆動される間に前記サンプリング手段によってサンプリングされた複数のサンプリングデータに基づいて前記鍵又はペダルの変位と前記センサの出力信号との関係を直線近似によって求める直線近似手段と、
   前記直線近似手段によって求められた直線上のエンド位置とレスト位置に対応するセンサ出力値を較正データとして記憶する較正データ記憶手段と、
   前記センサの出力信号を較正して較正出力信号として出力する較正手段であって、前記較正データのエンド位置とレスト位置との差に対応する第１の差分値、前記センサの出力信号と前記較正データのレスト位置との差に対応する第２の差分値、前記センサの呼称値のエンド位置とレスト位置との差に対応する第３の差分値および前記較正出力信号と前記呼称値のレスト位置との差に対応する第４の差分値を求め、第１の差分値に対する第２の差分値の関係が前記第３の差分値に対する第４の差分値の関係に一致するように前記較正出力信号の値を決定する較正手段と を具備することを特徴とする鍵盤楽器のセンサ較正装置。
2. 鍵又はペダルを駆動する駆動手段と、
   前記鍵又はペダルの変位を連続的に検出するセンサと、
   前記センサの出力信号に対応したサンプリングデータをサンプリングするサンプリング手段と、
   前記駆動手段によって前記鍵又はペダルがエンド位置からレスト位置に駆動される間に前記サンプリング手段によってサンプリングされた複数のサンプリングデータに基づいて前記鍵又はペダルの変位と前記センサの出力信号との関係を補間近似によって求める補間近似手段と、
   前記補間近似手段によって求められた関係において、予め定められた複数の所定位置に対応するセンサ出力値を較正データとして記憶する較正データ記憶手段と、
   前記センサの出力信号と前記較正データ記憶手段に記憶された複数の較正データとを比較することにより、前記鍵又はペダルの到達位置を判定する到達位置判定手段と を具備することを特徴とする鍵盤楽器のセンサ較正装置。
3. 鍵又はペダルの変位を連続的に検出するセンサと、
   前記センサの出力信号に対応したサンプリングデータをサンプリングするサンプリング手段と、
   前記鍵又はペダルを押し下げる押し下げ位置が複数の基準位置として設定され、前記各基準位置に対応した複数の突起を有する治具と、
   前記治具の複数の突起によって前記鍵又はペダルが押し下げられたときに前記サンプリング手段によって得られる複数のサンプリングデータを較正データとして記憶する較正データ記憶手段と、
   前記センサの出力信号と前記較正データ記憶手段に記憶された複数の較正データとを比較することにより、前記鍵又はペダルの到達位置を判定する到達位置判定手段と を具備することを特徴とする鍵盤楽器のセンサ較正装置。

Images