JP4595193B2 - ハンマ検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピアノ等の鍵盤楽器におけるハンマ、または、これを疑似する疑似ハンマの動作に関する物理量を求めるハンマ検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動ピアノなどにおいては、鍵等の動きをセンサにより検出して、この検出結果を演奏データとして記録したり、電子音源に供給して電子的に楽音を発生させたりすることが行われている。このため、自動ピアノにおいては、例えば、光センサなどを鍵の下側に設けて、このセンサの下面に取り付けられたシャッタの遮光タイミングおよび遮光速度を検出するキーセンサ方式が採用された。ただし、鍵の動作とハンマの動作とは必ずしも一致しないため、キーセンサ方式では、連打などの特殊な打鍵を行ったときに、発音タイミングがズレたり、楽音の強弱が不正確になったりする、という問題があった。
【０００３】
そこで、ハンマの動作を検出するハンマセンサを設けて、このハンマセンサの検出結果等にしたがって、ハンマの打弦タイミングや、打弦直前におけるハンマ速度を測定したりする構成が、次のように複数種類考えられた。
例えば、ハンマシャンクにシャッタを設けるとともに、シャッタによる遮光タイミングを複数点にて検出して、ハンマの打弦タイミングと打弦速度を算出する第１の方式のほか、図１３に示されるように、ハンマシャンク２ａの回動軸付近にあって固定基板５０１に設けられた光センサ５００が、光を照射するとともに、ハンマシャンク２ａの面５０２によって反射した光を受光して、その受光光量の時間的変化にしたがって、ハンマの打弦タイミングと打弦速度とを算出する第２の方式、さらに、図１３における光センサ５００をホール素子に置換するとともに、面５０２に磁石を貼着して、ホール素子によって検出された磁界強度の時間的変化にしたがって、ハンマの打弦タイミングと打弦速度とを算出する第３の方式などが考えられた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記第１の方式では、特定点における遮光タイミングによってハンマの打弦タイミングや打弦直前におけるハンマ速度を算出する構成であるがゆえに、それらの特定点を、正確に位置決めしなければならない、という問題があった。さらに、特定点以外の点におけるハンマの運動については、直接的に検出することができず、また、シャッタの開口部や、ハンマシャンクへの取付位置にも精度が要求される、といった問題もあった。
一方、上記第２の方式では、ピアノ外部からの光が入射することによって、光センサ５００の出力信号にノイズが重畳される、という問題があり、また、上記第３の方式では、ハンマシャンクに貼直された磁石が、隣接するハンマシャンクに対応するホール素子に影響を与える、という問題があった。
【０００５】
さらに、上記第２または第３の方式のいずれにおいても、光センサ５００またはホール素子による検出結果が、図１４（ａ）に示されるように非線形特性となるので、これを図１４（ｂ）に示されるように直線化補正を施して、受光光量とハンマの位置とを対応付ける必要がある。このため、第２および第３の方式では、直線化補正が必要になるだけでなく、直線化補正の際に誤差が伴うと、打弦速度のみならず、この打弦速度により求められる演奏データにも誤差が含まれてしまう、という問題もあった。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、鍵盤楽器等のハンマまたは疑似ハンマの運動に関する物理量を、正確かつ簡易な構成によって検出することが可能なハンマ検出装置を提供することにある。
【０００７】
上記目的を達成するために本件第１の発明にあっては、鍵の操作に応じてレストポジションから被打撃部材を打撃するエンドポジションまで回動するハンマまたは疑似ハンマの運動に関する物理量を検出する装置であって、前記ハンマまたは疑似ハンマと一体となって回動するとともに、前記回動による変位角度に応じて透過光量または反射光量が変化する光フィルタと、遮光性材料から形成され、前記光フィルタを挿入するためのスリットが設けられたベースプレートと、前記ベースプレート上に配置されて、前記光フィルタに光を照射する光照射手段と、前記ベースプレート上に配置されて、前記光照射手段により照射された光のうち、前記光フィルタの透過光または反射光を受光して、受光光量に応じた信号を出力する受光手段と、前記受光手段による出力された信号により、前記ハンマまたは疑似ハンマの運動に関する物理量を算出する算出手段と、前記ハンマまたは疑似ハンマの回動軸を支持するフレンジを、予め設けられた形状にしたがって位置決めする部材であって、前記ベースプレートについても、前記形状にしたがって位置決めする部材とを具備する構成を特徴としている。
【０００８】
同様に上記目的を達成するために本件第２の発明にあっては、鍵の操作に応じてレストポジションから被打撃部材を打撃するエンドポジションまで回動するハンマまたは疑似ハンマの運動に関する物理量を検出する装置であって、前記ハンマまたは疑似ハンマと一体となって回動するとともに、前記回動による変位角度に応じて透過光量または反射光量が変化する光フィルタと、遮光性材料から形成され、前記光フィルタを挿入するためのスリットが設けられたベースプレートと、前記ベースプレート上に配置されて、前記光フィルタに光を照射する光照射手段と、前記ベースプレート上に配置されて、前記光照射手段により照射された光のうち、前記光フィルタの透過光または反射光を受光して、受光光量に応じた信号を出力する受光手段と、前記受光手段による出力された信号により、前記ハンマまたは疑似ハンマの運動に関する物理量を算出する算出手段とを具備し、前記光フィルタは、前記ハンマまたは疑似ハンマの回動軸を中心として形成された複数の弧状のパターンであって、弧の一端から他端にかけて弧の円周角に応じて密度が変化するパターンを有する構成を特徴としている。
【０００９】
ここで上記第１または第２の発明においては、遮光性材料から形成されて、光照射手段と前記受光手段とを、前記ベースプレートと対向する方向から覆う遮光部であって、前記光照射手段から照射された光の経路軸上において開口する開口部、または、前記受光手段に受光される光の経路軸上において開口する開口部を有する遮光部を、さらに備える構成が好ましい。また、第１または第２の発明において、遮光性材料から形成されて、前記光照射手段と前記受光手段とが配置された前記ベースプレートを覆うトップカバーであって、前記ベースプレートを覆った場合に、前記ベースプレートに設けられた孔と略同一軸の孔を有するトップカバーを、さらに備える構成も好ましい。
【００１０】
一方、上記第１または第２の発明において、前記算出手段は、前記ハンマまたは前記疑似ハンマの位置、回動速度、または、加速度の少なくとも１つを算出する構成が好ましい。
また、第１または第２の発明において、前記算出手段により算出された物理量を処理して、演奏に関する演奏情報を取得する処理手段をさらに備える構成も好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
＜実施形態の全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るハンマ検出装置を備えた自動ピアノの主要部の構成を示す図である。
この図に示されるように、自動ピアノは、鍵１の運動を、ハンマシャンク２ａおよびハンマ２に伝達するアクションメカニズム３と、ハンマ２によって打撃される弦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とを備えており、これらの構成は、一般的な自動ピアノと同様である。
また、この自動ピアノには、通常のアコースティックピアノと同様にバックチェック７が設けられており、打弦の反動により戻ってきたハンマ２の暴れを防止する。他にも、この自動ピアノは、通常のアコースティックピアノに搭載される機構と同様のものが備えられている。
【００１３】
また、この自動ピアノは、記録メディアや、リアルタイム通信装置等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、この原速度指示値（ｔ，Ｖr）に基づいて、時刻ｔにおける鍵１の位置に対応した速度指示値Ｖrを生成して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たる出力速度Ｖyと速度指示値Ｖrとを比較して、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とを備えている。
また、再生前処理部１０は、上述したようにソレノイド５を駆動することによる機械的な楽音発生制御に加え、記録メディアや、リアルタイム通信装置等から供給される演奏データに基づいて、音源やスピーカ等から構成される電子楽音発生部２５に制御信号を供給する。これにより、電子楽音発生部２５は、演奏データに応じた電子的な楽音発生を制御することになる。
【００１４】
さらに、この自動ピアノは、ハンマ２の運きを検出するセンサ２６と、このセンサ２６による出力信号からハンマ２の運動に関する物理量（位置や、速度、加速度など）を連続的に算出（変換）する算出部２８と、算出部２８による算出結果を処理することによって、ハンマ２における打弦速度や、打弦タイミング、押鍵タイミングなどのような演奏に関する情報を取得し、これらの取得した情報から演奏データを生成する処理部３０とを備えている。なお、処理部３０による演奏データの作成動作についての詳細は後述する。
【００１５】
＜センサ＞
次に、センサ２６の詳細について説明する。図２は、ハンマシャンクに設けられるセンサ２６の主要部を簡易的に示す斜視図である。
この図に示されるように、光フィルタ７０が、ハンマシャンク２ａの側面であって、ハンマシャンク２ａの回動軸７１と同軸となるように取り付けられている。なお、この取り付けには、両面粘着材による圧締貼付等が用いられる。
さらに、この光フィルタ７０を挟んで、光を照射する発光面２０１ａと、光を受光する受光面２０１ｂとが対向配置されている。詳細には、発光面２０１ａによって照射される光の経路軸と、受光面２０１ｂによって受光される光の経路軸とが、光フィルタ７０を挟んでほぼ同一軸上に配置している。
【００１６】
このうち、光フィルタ７０は、図３に示されるように、円心７１ａを中心とする円弧部７０ｒと、交点７０ｕにて直行する直線部７０ｓ、７０ｔとを有する形状となっている。さらに、この光フィルタ７０は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の透明性基材からなり、円心７１ａを中心とする円弧状のパターンであって、同図において反時計回りの角度が増すにつれて黒色面積が比例して増加するパターン７３−１、７３−２、…、７３−ｍが、外周側から内周側に向かって順に形成されている。すなわち、パターン７３−１、７３−２、…、７３−ｍが形成される領域７３では、同図において反時計回りの円周角に比例して、光透過率が、減少するようになっている。なお、本実施形態にあっては、光フィルタ７０は、ＰＥＴにより構成されているが、例えばアルミニウム板等の金属板から、光フィルタ７０を構成してもよい。このように光フィルタ７０を金属板等により構成する場合、例えば、エッチングや穴開けプレス等によって、光を透過させる領域部分を開口させたパターンを、金属板等に形成すれば良い。
【００１７】
次に、このような光フィルタ７０と、ハンマシャンク２ａと、発光面２０１ａ／受光面２０１ｂにおける光の経路軸との位置関係について説明する。まず、図４（ａ）または図４（ｂ）に示されるように、光フィルタ７０は、その直線部７０ｓがハンマシャンク２ａの底面に揃い、かつ、直線部７０ｔがハンマシャンク２ａの端面に揃って、光フィルタ７０の交点７０ｕがハンマシャンク２ａにおける直角部２ａｒに一致したときに、円心７１ａがハンマシャンク２ａの回動軸７１に一致するように設計されている。このため、光フィルタ７０をハンマシャンク２ａに取り付ける際の位置決めが、容易、かつ、正確に行うことができるようになっている。
【００１８】
ここで、離鍵状態に対応するレストポジションにあって、発光面２０１ａおよび受光面２０１ｂにおける光の経路軸８０ｓが、図４（ａ）に示されるように、パターンの形成領域７３に位置する場合において、円心７１ａ（回動軸７１の中心）と経路軸８０ｓの中心とを結ぶ直線をＳとする。
次に、ハンマシャンク２ａが鍵操作に応じて回動して、図４（ｂ）に示されるようにレストポジションからの変位角度がθとなったとき、発光面２０１ａおよび受光面２０１ｂにおける光の経路軸は、符号８０ｓ’に移動する。この移動の際に、円心７１ａ（回動軸７１の中心）と経路軸８０ｓ’の中心とを結ぶ直線をＳ’とすると、直線Ｓと直線Ｓ’とのなす角度は、ハンマシャンク２ａの回動による変位角度θと一致する。
【００１９】
上述したように、領域７３における光透過率は、図において反時計回りの円周角に比例して減少するので、経路軸８０ｓ、８０ｓ’における変位角度は、光フィルタ７０を透過する光量の変化によって求まる。したがって、ハンマシャンク２ａの回動による変位角度θは、光フィルタ７０を透過する光量の変化によって求まることになる。
ここで、本実施形態では、変位角度θが大きくなるにつれて、光フィルタ７０の透過率が減少する構成となっているので、例えば、光フィルタ７０を透過した光を受光するセンサが、遮光量に比例する高さを有する電圧信号を出力する構成とすると、当該センサの出力電圧と、ハンマの位置とは、図１４（ｂ）に示されるように、レストポジションから打弦位置に対応するエンドポジションまでの全範囲にわたって、直線的な関係を有することになる。
このため、本実施形態によれば、当該センサの出力電圧から、ハンマの物理量（ここでは位置）を、正確かつ簡易な構成によって求めることが可能となる。
【００２０】
次に、自動ピアノにセンサ２６が取り付けられる構成について、段階を追って説明することにする。
まず、本実施形態においては、図２または図５（ａ）に示されるように、あるハンマシャンク２ａの光フィルタ７０に光を照射する発光面２０１ａと、該光フィルタ７０を透過した光を受光する受光面２０１ｂとは別体の受発光プリズム７５で構成されるが、ある光フィルタ７０に光を照射する発光面２０１ａと、該光フィルタ７０と図において右方で隣接する光フィルタ７０を透過した光を受光する受光面２０１ｂとは、同体の受発光プリズム７５で構成される。
【００２１】
ここで、受発光プリズム７５は、例えばアクリル材等の透過光性材料から形成されるとともに、図６および図７（ａ）に示されるように、Ｖ字状の切り欠きを有する突起の両側端に、それぞれ凸レンズ状の発光面２０１ａと受光面２０１ｂとを備えた構成となっている。
一方、突起が設けられる端面とは反対側の端面からは、光ファイバ１００の一端１００ａが挿入されている。また、光ファイバ１００の他端１００ｂは、図６に示されるように、受発光ユニット２０２に接続される。
【００２２】
この受発光ユニット２０２は、時分割で発光と受光とを行うものであり、受光を行う場合には、その受光光量が少なくなるにつれて、電圧が高くなる出力信号を、算出部２８（図１参照）に供給するものでもある。すなわち、本実施形態では、受発光ユニット２０２による出力信号が、センサ２６としての出力信号となる。
ここで、受発光ユニット２０２によって発せられた光は、光ファイバ１００の一端１００ａから出射し、Ｖ字型形状によって反射し２方向に分岐して、発光面２０１ａおよび受光面２０１ｂから概ね平行光束となって出射する一方、発光面２０１ａおよび受光面２０１ｂから入射した平行光束は、Ｖ字型形状により反射し一端１００ａに収束して、光ファイバ１００を介して受発光ユニット２０２に導かれる構成となっている。
ただし、本実施形態にあって、各受発光ユニット２０２では、図５（ａ）において右方から左方に向かって順番に発光が行われるとともに、発光が行われた受発光ユニット２０２に対して左方に位置する受発光ユニット２０２が受光を行う構成となっている。すなわち、各ハンマ２に対応する光フィルタ７０の透過光量は、右から左方向に順番にスキャンされる構成となっている。
したがって、ある１つの受発光ユニット２０２についてみれば、結局、図６に示されるように、当該ユニットの右側から発せられて光フィルタ７０を透過した光を受光する一方、当該ユニットの左側に位置する光フィルタ７０に、光を照射することになる。なお、各ハンマ２に対応する光フィルタ７０の透過光量が、左から右方向に向かって順番にスキャンされても良いのは言うまでもない。
【００２３】
次に、受発光プリズム７５には、図７（ａ）または図７（ｂ）に示されるように、遮光カバー９７が嵌め込まれて、受発光プリズム７５を覆う構成となっている。詳細には、遮光カバー９７は、黒色プラスティック等のように光を遮蔽する部材からなり、受発光プリズム７５を覆った状態において、その発光面２０１ａを開口する筒状の開口部９８ａと、受光面２０１ｂを開口する筒状の開口部９８ｂとを備える。
【００２４】
また、受発光プリズム７５の底面には、２箇所の凹部２０３が設けられている。この凹部２０３は、図８に示されるように、ベースプレート９０に予め形成された凸部９２に係合するようになっている。ここで、ベースプレート９０は、その断面が略Ｓ字状となっているとともに、受発光プリズム７５が取り付けられる凸部９２の間にはスリット９１が設けられている。
このスリット９１には、光フィルタ７０が挿入されることになるが、これが挿入された状態となるのは、ベースプレート９０が、後述するようにセンサステーを介してハンマシャンクレールに固定され、かつ、フレンジがハンマシャンクレールに固定された状態になったときである。なお、この際、光フィルタ７０は、発光面２０１ａおよび受光面２０１ｂとの経路軸と直行する構成となる。
【００２５】
さて、このベースプレート９０は、最終的にはトップカバー９５によって覆われる構成となる。ここで、ハンマシャンクにベースプレート９０が固定されるとともに、トップカバー９５が、ベースプレート９０を覆った状態であっても、レペティション・レギュレティング・スクリュー３０４（図１０参照）を調整できるように、ベースプレート９０には孔９３が、トップカバー９５には孔９６が、それぞれ設けられている。
【００２６】
また、ベースプレート９０およびトップカバー９５は、例えばアルミニウム板や、鉄板、黒色プラスティックのような遮光性部材からなる。このため、ベースプレート９０に受発光プリズム７５が取り付けられると、まず、受発光プリズム７５の底面から侵入する光が遮断される。すなわち、ベースプレート９０に設けられた開口部に、受発光プリズムの凸部が係合する構成でも位置決めは可能であるが、この構成では、開口部から受発光プリズムに外乱光が侵入してしまうのに対し、本実施形態では、ベースプレート９０に設けられた凸部９２に、受発光プリズムの凹部２０３が係合する構成であるため、位置決めと、受発光プリズム７５の底面からの光の侵入防止とが同時に達成されるのである。
さらに、本実施形態では、受発光プリズム７５が、図７（ａ）または図７（ｂ）に示されるように、遮光カバー９７によって覆われるとともに（図８では、遮光カバー９７が省略）、さらに、ベースプレート９０全体がトップカバー９５によって覆われるので、受発光プリズム７５の上面からの光の侵入防止も図られる。
このため、受発光プリズム７５は、開口部９８ｂを通過して受光面２０１ｂによって受光された光のみを検出するので、外乱光による誤差が極力抑えられることになる。
【００２７】
次に、ベースプレート９０およびこれを覆うトップカバー９５の自動ピアノへの取付構成について説明する。ここで、図９は、ベースプレート９０およびトップカバー９５が自動ピアノに取り付けられた構成を示す平面図であり、図１０は、図９におけるＪ−Ｊ’線で破断した部分拡大図である。また、図１１は、センサステー９９の構成を示す斜視図である。
【００２８】
まず、図９に示されるように、トップカバー９５により覆われたベースプレート９０は、低音部から高音部までの４、５箇所程度の弦割部分にそれぞれ設けられたセンサステー９９を介して、ハンマシャンクレール８に対して固定されている。
詳細には、図９または図１０において、第１に、センサステー９９の一端を、ベースプレート９０に対して２箇所の孔を介してネジ３００ａにより固定し、第２に、センサステー９９の他端を、ハンマシャンクレール８における段差８ｃに当接するとともに、溝９９ｄをガイドワイヤ９に係合させることによって位置決めし、第３に、位置決めしたセンサステー９９を、ネジ３０２ａによりハンマシャンクレール８に固定する。
ここで、ガイドワイヤ９は、ハンマ２の配列方向に沿って設けられ、本来的には、フレンジ２ｃに設けられた溝２ｄと係合させて、ハンマ２からフレンジ２ｃに至る部分をハンマシャンクレール８に位置決めする際に用いるものである。
【００２９】
すなわち、本実施形態では、一端がベースプレート９０に固定されたセンサステー９９の他端を、特別な構成を付加することなく、ハンマシャンクレール８に位置決めすることができる。このため、ベースプレート９０に取り付けられた受発光プリズム７５と、ハンマシャンク２ａに取り付けられる光フィルタ７０との位置関係を、簡単かつ容易に定めることができることになる。
【００３０】
＜実施形態の動作＞
次に、上述した構成のハンマ検出装置を備える自動ピアノの動作について説明する。この自動ピアノは、演奏者による演奏内容を、センサ２６の出力結果にしたがって演奏データとして記録することが可能であり、また供給される演奏データに応じて演奏を再生することも可能である。
【００３１】
はじめに、この自動ピアノの記録動作の概要について説明する。まず、演奏者によって演奏が行われると、算出部２８は、センサ２６の出力信号から、ハンマ２の運動に関する物理量を算出し、処理部３０は、算出された物理量に基づいて、様々な演奏に関する情報を求めて、これらの情報を用いて所定のフォーマットの演奏データを作成する。このようにして作成された演奏データが磁気ディスクや、光ディスク、半導体メモリ等の記録媒体に記録される。
【００３２】
次に、この自動ピアノの演奏再生時の動作について説明する。この自動ピアノでは、再生動作を行う場合に、ソレノイド５により鍵１を動作させてハンマ２が弦４を打撃することによる楽音発生（以下、機械的楽音発生という）を行うか、あるいは、電子楽音発生部２５による電子的な楽音発生を行うかを選択することができるようになっている。
ここで、ユーザが機械的楽音発生を選択した場合には、供給される演奏データに基づいて、再生前処理部１０がモーションコントローラ１１およびサーボコントローラ１２を介してソレノイド５を駆動制御する。これにより、ハンマ２の打弦によって演奏データに応じた楽音が発生することになる。
一方、ユーザが電子的楽音発生を選択した場合には、供給される演奏データに基づいて、再生前処理部１０が電子楽音発生部２５を制御する。これにより、電子楽音発生部２５により演奏データに応じた楽音が電子的に発生することになる。
【００３３】
＜演奏データの作成動作＞
この自動ピアノは、ハンマ２の運動に関する物理量（以下では、ハンマ２の位置を例示として説明する）から処理部３０が演奏に関わる情報を取得して演奏データを作成する点に特徴を有している。
このため次に、この演奏記録動作について詳細に説明する。本実施形態では、演奏に関わる情報として、(1)ハンマの動作開始タイミング、(2)打弦タイミング、(3)打弦直前のハンマの速度、(4)押鍵タイミング、(5)バックチェックタイミング、(6)バックチェックが外れるタイミング、(7)バックチェックが外れた後のハンマの速度、(8)ダンパ復帰タイミング、(9)ハンマ動作終了タイミング、および、(10)離鍵タイミングをそれぞれ取得する。
そこで以下、これらの取得方法について、センサ２６による出力信号から求められたハンマ２の位置と時刻との関係が、図１２に示されるように、検出された場合について説明する。
【００３４】
(1) ハンマの動作開始タイミング
まず、ハンマ２の動作開始タイミングの取得方法について説明する。ハンマ２の動作開始タイミングについては、図１２における検出結果から取得することができる。つまり、レストポジションからハンマ２が動き出したタイミングＴ1が動作開始タイミングである。アコースティックピアノでは、その構造上、打鍵開始時より遅れてハンマ２が動作を開始することになるが、本実施形態のようにハンマ２の位置を連続的に求まれば、容易にハンマの動作開始タイミングを取得することができる。
【００３５】
(2) 打弦タイミング
次に、打弦タイミングについても、図１２における検出結果から取得することができる。すなわち、ハンマ２が弦４を打撃すると、弦４側に移動していたハンマ２がレストポジション側に戻ろうとするので、ハンマ２の移動方向が変化したタイミングＴ2が打弦タイミングとなる。この打弦タイミングは、実際に発音が開始されるタイミングを示すものであり、再生動作において電子楽音を発生する場合に用いられるデータである。
従来のキーセンサ方式では、打弦タイミングをキーセンサの出力値から推定して求めていた。また、従来のシャッタ部材を用いてハンマの挙動を検出する第１の方式でも、正確な打弦タイミングが検出することができず、打弦直前における特定区間でのハンマの挙動から打弦タイミングを推定していたに過ぎない。
これに対し、本実施形態では、電子楽音発生の際に、必要となる打弦タイミング（発音タイミング）を正確に取得することができる。したがって、電子楽音発生用の演奏データを作成する場合、この打弦タイミングＴ2をノートオンタイミングとしたデータを作成することができ、再生時にはより正確な演奏の再現が可能となる。
【００３６】
さらに、本実施形態では、レストポジションに対応する出力とエンドポジションに対応する出力との比は、発光面２０１ａによる光束密度や、光路長、光ファイバ１００の伝搬特性、その端面処理、受発光ユニット２０２による出力特性などが不均一であったとしても、各鍵にわたって同一になる。ここで、打弦タイミングＴ2におけるハンマ２の位置がエンドポジションであり、打弦タイミングＴ2は、ハンマ２の移動方向が逆転するタイミングであるから、エンドポジションに対応する出力は容易に求まる。したがって、本実施形態では、レストポジションに対応する出力も、エンドポジションとの出力比から、容易に求められることになる。すなわち、本実施形態では、レストポジションとエンドポジションとを容易に校正することが可能な構成となっている。
【００３７】
(3) 打弦直前のハンマの速度
次に、打弦直前におけるハンマ２の速度の取得方法について説明する。この場合、打弦速度検出のための検出区間距離Ｄ1（例えば、５ｍｍ）と、この検出区間と打弦タイミングとの距離ｄ1（例えば、０．５ｍｍ）とを予め設定しておく。そして、打弦タイミングＴ2から逆算して、検出区間の始点と終点の通過タイミングＴS1、ＴS2を取得する。このように取得した通過タイミングＴS1、ＴS2を用い、次の式により打弦直前のハンマ２の速度Ｖ1を算出することができる。
Ｖ1＝Ｄ1／（ＴS2−ＴS1）
また、打弦直後のハンマ２の速度を求める場合にも、予め検出区間距離Ｄ2、距離ｄ2を設定しておけば、打弦タイミングＴ2から逆算することにより、検出区間の始点および終点の通過タイミングＴS3、ＴS4を取得して、速度を算出することができる。
【００３８】
このように、打弦位置を基準として検出区間が決定されるので、弦高の歪みやセンサの取り付け位置ズレなどに拘わらず、常に弦の位置と検出区間との位置関係を一定に維持することができる。したがって、より正確に打弦直前（直後）のハンマ２の速度を算出することができる。さらに、本実施形態では、受光面２０１ｂに応じた受光光量に応じた電圧信号が、従来の技術で述べたような第２の方式や第３の方式のように非線形特性（図１４（ａ）参照）とはならずに、直ちに直線特性（図１４（ｂ）参照）となる。これは、第１に、ハンマシャンク２ａの変位角度θが大きくなるにつれて、光フィルタ７０の透過光量が少なくなるように設定したことと、第２に、受発光ユニット２０２において、受光光量に応じた電圧の信号を出力するように設定したことによる。したがって、本実施形態では、直線化補正が不要となるので、より正確にハンマの打弦速度を求めることができる。さらに、求められた打弦速度は、処理部３０が作成する演奏データにおいて、強弱を示すデータ等として使用されるので、再生時にはより正確な演奏の再現が可能となる。
【００３９】
(4) 押鍵タイミング
次に、押鍵タイミングの取得方法について説明する。上述したようにアコースティックピアノでは、ハンマ２の動作開始タイミングが押鍵開始よりも若干遅れることになる。そこで、本実施形態では、ハンマの動作開始タイミングＴ1から遡って押鍵開始タイミングを取得するための仮想移動距離Ｄ11を設定しておく。そして、図１２に示されるような検出結果が得られた場合には、これに仮想移動距離Ｄ11を用いて押鍵タイミングＴ10を取得する。ここで、仮想移動距離Ｄ11は、各鍵毎に上述した打弦直前の速度などに応じて複数記憶させておき、動作したハンマ、およびその打弦直前の速度に応じてＤ11を適宜選択して用いるようにすれば、より正確な押鍵タイミングを取得することが可能となる。
この押鍵タイミングは、自動ピアノのソレノイド５を駆動して演奏を行う場合にソレノイド５の駆動開始タイミングとして必要となるデータである。したがって、ソレノイド５を駆動する機械的な楽音発生用演奏データを作成する場合には、この押鍵タイミングをキーオンタイミングとしたデータを作成すればよい。なお、上述したように仮想移動距離Ｄ11を記憶しておくようにしてもよいが、ハンマの動作開始タイミングＴ1から押鍵タイミングを算出するために加算する補正時間データΔｔ（この場合、Δｔは負）を複数記憶しておき、ハンマ２の速度等に応じて補正時間データΔｔを選択してハンマ動作開始タイミングＴ1からΔｔを加算したタイミングを押鍵タイミングとして取得するようにしてもよい。
【００４０】
(5) バックチェックタイミング
次に、バックチェックタイミングの取得方法について説明する。弦４を打撃した後、ハンマ２がバックチェック７に衝突して受け止められるので、ハンマ２は一時的に停止する。したがって、バックチェック７によってハンマ２が受け止められている区間は、打弦タイミングＴ2後にハンマ２が停止している区間である。したがって、この区間の開始タイミングＴ3をバックチェックタイミングとして取得することができる。
【００４１】
(6) バックチェックが外れるタイミング
バックチェック７が外れるタイミングは、上述した打弦タイミングＴ2後にあって、ハンマ２が停止している区間の終了タイミングＴ4であり、これをバックチェックが外れるタイミングとして取得する。
【００４２】
(7) バックチェックが外れた後のハンマの速度
次に、バックチェック７が外れた後におけるハンマ２の速度の取得方法について説明する。この速度については、上述したバックチェック７によりハンマ２が受け止められている位置を基準として予め設定した検出区間距離Ｄ3および距離ｄ3を用いるとともに、検出区間の始点および終点の通過タイミングＴS5、ＴS6を取得すれば、バックチェック７が外れた後におけるハンマ２の速度を算出することができる。
【００４３】
(8) ダンパ復帰タイミング
続いて、次に、ダンパ復帰タイミングの取得方法について説明する。一連の打鍵動作においては、鍵１に連動してハンマ２がバックチェック７から外れた後にダンパ６が元の位置に復帰して、弦４と接触して止音されるようになっている。
本実施形態では、この点を考慮し、ハンマ２がバックチェック７から外れた後、レストポジションに達するまでの所定の位置（例えばバックチェック位置から距離Ｄ3＋ｄ3）を通過した時点をダンパ６の復帰タイミングＴDとして取得する。このダンパ復帰タイミングを、電子楽音発生の際の止音タイミングとして使用することができる。したがって、電子楽音発生用の演奏データを作成する場合、このダンパ復帰タイミングＴDをノートオフタイミングとしたデータを作成する。なお、鍵１をきわめてゆっくりと戻すといった演奏は、ダンパ６をゆっくり戻すという演奏者の意志が込められている。換言すれば、演奏者はダンパ６をゆっくり戻す場合には、鍵１をゆっくり戻すといった操作を行う。この点を考慮し、ダンパ復帰タイミングを検出する場合には、検出区間Ｄ3におけるハンマ２の速度に応じて所定の位置を変更すれば、より正確なダンパ復帰タイミングを検出することが可能となる。
【００４４】
(9) ハンマ動作終了タイミング
次に、ハンマ動作が終了するタイミングの取得方法について説明する。ハンマ動作が終了するタイミングは、図１２に示される検出結果から取得することができる。すなわち、ハンマ２がレストポジションに戻ったタイミングＴ5が動作終了タイミングである。
【００４５】
(10) 離鍵タイミング
次に、離鍵タイミングの取得方法について説明する。離鍵タイミングの場合も、上述した押鍵タイミングと同様に、各鍵毎にハンマ２の速度（この場合、検出区間Ｄ3）に応じて仮想移動距離Ｄ12を複数記憶しておく。そして、検出したハンマ２の速度等に応じて仮想移動距離Ｄ12を選択し、選択した仮想移動距離Ｄ12やハンマ２の動作終了タイミングＴ5から離鍵タイミングＴ11を取得する。この離鍵タイミングは、ソレノイド５を駆動した自動演奏により楽音再生を行う場合のソレノイド駆動終了タイミングとして使用される。したがって、ソレノイド５を駆動する機械的な楽音発生用演奏データを作成する場合には、この離鍵タイミングをキーオフタイミングとしたデータを作成すれば、再生時にはより正確な演奏の再現が可能となる。なお、この場合も、上述した押鍵タイミングの取得方法と同様に、仮想移動距離に代えて補正時間データΔｔを記憶させておくようにしてもよい。
【００４６】
なお、上述した検出結果（図１２参照）では、演奏者により鍵１が押下されて戻されるといった一般的な操作に対応したものであったが、実際の演奏では高速連打が行われる場合もある。例えば、グランドピアノの場合、１５回／sec以上の連打がなされた場合、鍵１とハンマ２との位置関係がくずれてしまう（具体的には、キャプスタンスクリューとサポートヒールとの間に瞬間的に隙間が生じる）。この場合には、上述したように取得した情報を、そのまま演奏データに記録する情報として使用するのではなく、取得した情報に補正を加える必要がある。
例えば、ソレノイド５による機械的な楽音発生に使用する演奏データには、ソレノイド５の駆動制御を高速で行う必要性があるが、上述したような高速連打であり、かつ、連打中の打鍵タイミングが等間隔でない場合、これを再現することは困難である。したがって、この場合には、連打中の打鍵タイミングが等間隔になるような補正を加えた演奏データを作成する。なお、アップライトピアノの場合、７回／sec以上の連打がなされると、鍵１とハンマ２との位置関係がくずれてしまう。したがって、アップライトピアノで使用される演奏データを作成する場合には、この点を考慮した補正を行う必要がある。
一方、電子的な楽音発生用の演奏データの場合、押鍵タイミング等は問題とならないため、補正を行わず、上記方法で取得した打弦タイミングを発音タイミングとした演奏データを作成すればよい。
【００４７】
このように本実施形態によれば、ハンマシャンク２ａとともに回動する光フィルタ７０の透過光量を検出するセンサ２６の出力信号は、レストポジションからエンドポジションまでの全範囲にわたって、直線的な関係を有することになるので、当該出力信号からハンマ２の位置を、正確かつ簡易な構成によって求めることが可能となる。
【００４８】
＜変形例・応用例＞
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、以下のような種々の変形・応用が可能である。
【００４９】
(a) 上述した実施形態にあっては、光フィルタ７０のパターンを、図３に示されるようなものとしたが、円周角に応じて密度の変化するドットパターンなどでも良い。また、ハンマ２の変位角度θに対して比例関係となるように、光フィルタ７０の透過特性が設定されたが、任意の特性に設定して良い。また、光フィルタ７０は透過型としたが、反射型としても良い。さらに、光フィルタ７０として、偏光板を用いるとともに、受光面または発光面との間にも偏光板を１枚設けた構成としても良い。要は、ハンマまたは疑似ハンマの変位角度θに応じて透過光量または反射光量が変化すれば良い。
【００５０】
(b) また、実施形態にあっては、図５（ｂ）に示されるように、光を２方向に照射する発光プリズム７６と、２方向からの光を受光する受光プリズム７８とを交互に配置するとともに、受光プリズム７８がいずれか一方の方向からの光と、他方の方向からの光とを交互に受光する構成としても良い。なお、この構成において、発光ユニット２０４は単に発光だけを行い、受光ユニット２０６は単に受光だけを行うものとなる。
【００５１】
(c) さらに、実施形態にあっては、一対の受発光プリズム７５を用いて、光フィルタ７０に光を照射するとともに、受光する構成としたが、例えば、ＬＥＤ（Light Emission Diode）により光を照射するとともに、光フィルタ７０の透過光または反射光を例えばＰＴｒ（Photo Transistor）を用いる構成としても良い。
(d) 上述した実施形態においては、センサ２６がグランドピアノタイプの自動ピアノに設けられていたが、これに限らず、アップライトピアノなどのハンマを有する他の鍵盤楽器に設けて、そのハンマの運動に関する物理量を検出するようにしてもよい。また、ハンマおよび弦を有する鍵盤楽器に限らず、ハンマを疑似する疑似ハンマと疑似ハンマに打撃される被打撃部材とを有する鍵盤楽器に適用することも可能である。
【００５２】
(e) また、上述した実施形態においては、ハンマ２の位置を連続的に求める場合について説明したが、これに限らず、ハンマ２の位置を離散的に求めるようにしてもよく、また、ハンマ２の速度や、速度をさらに微分して加速度を求めて、処理部３０が上述したような様々な演奏に関わる情報を取得するようにしてもよい。さらに、ハンマの位置、速度および加速度の２以上複数を同時に求め、これらの中から各々演奏に関わる情報を得るとともに、比較／平均化等すれば、演奏に関わる情報をより正確に取得することができる。
【００５３】
(f) くわえて、上述した実施形態においては、上記(1)〜(10)に示したような演奏に関わる情報を取得していたが、センサ２６の検出結果からこれ以外の演奏に関する情報を取得するようにしてもよい。
また、(1)〜(10)に示した演奏に関する情報を適宜選択して取得するようにしてもよい。その場合には、取得したい情報に応じて、レストポジションから弦または被打撃部材を打撃してレストポジションに戻るまでのうち、一部の区間でのみ、ハンマまたは疑似ハンマの運動に関する物理量を連続的に求めればよい。例えば、ハンマまたは疑似ハンマの打撃直前の速度を示す情報、あるいは、ハンマまたは疑似ハンマの打撃タイミングを示す情報を取得しようとする場合には、ハンマまたは疑似ハンマが弦または被打撃部材を打撃する近傍の区間についてのみ、ハンマまたは疑似ハンマの運動に関する物理量を連続的に求めれば良い。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、鍵盤楽器等のハンマまたは疑似ハンマの運動に関する物理量を、正確かつ簡易な構成によって正確に求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るハンマ検出装置を備えた自動ピアノの要部構成を示す図である。
【図２】同ハンマ検出装置におけるセンサの主要部の構成を示す斜視図である。
【図３】同ハンマ検出装置における光フィルタの構成を示す平面図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ光フィルタとハンマシャンクとの位置関係を示す平面図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ受発光部と光フィルタとの配置を示す平面図である。
【図６】同ハンマ検出装置における受発光部の構成を説明するための平面図である。
【図７】（ａ）は、同ハンマ検出装置における受発光部と遮光部との構成を説明するための分解斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＩ−Ｉ’線の断面図である。
【図８】同ハンマ検出装置における受発光部の取付構成を説明するための分解斜視図である。
【図９】同ハンマ検出装置においてトップカバーで覆われたベースプレートの設置状態を示す平面図である。
【図１０】図９におけるＪ−Ｊ’線で破断した部分拡大断面図である。
【図１１】同ハンマ検出装置におけるセンサステーの構成を示す斜視図である。
【図１２】同ハンマ検出装置により演奏情報を取得する方法を説明するための図である。
【図１３】従来のハンマ検出装置の主要部の構成を示す図である。
【図１４】（ａ）および（ｂ）は、それぞれハンマ位置の取得原理を説明するための図である。
【符号の説明】
１…鍵、２…ハンマ、２ａ…ハンマシャンク、２ｃ…フレンジ、４…弦、８…ハンマシャンクレール，９…フレンジガイドワイヤ、２６…ハンマセンサ、２８…算出部、３０…処理部、７０…光フィルタ、７５…受発光プリズム、９０…ベースプレート、９１…スリット、９５…トップカバー、９７…遮光カバー、９８…開口部、９９…センサステー、１００…光ファイバ、２０１ａ…発光面、２０１ｂ…受光面、２０２…受発光ユニット
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピアノ等の鍵盤楽器におけるハンマ、または、これを疑似する疑似ハンマの動作に関する物理量を求めるハンマ検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動ピアノなどにおいては、鍵等の動きをセンサにより検出して、この検出結果を演奏データとして記録したり、電子音源に供給して電子的に楽音を発生させたりすることが行われている。このため、自動ピアノにおいては、例えば、光センサなどを鍵の下側に設けて、このセンサの下面に取り付けられたシャッタの遮光タイミングおよび遮光速度を検出するキーセンサ方式が採用された。ただし、鍵の動作とハンマの動作とは必ずしも一致しないため、キーセンサ方式では、連打などの特殊な打鍵を行ったときに、発音タイミングがズレたり、楽音の強弱が不正確になったりする、という問題があった。
【０００３】
そこで、ハンマの動作を検出するハンマセンサを設けて、このハンマセンサの検出結果等にしたがって、ハンマの打弦タイミングや、打弦直前におけるハンマ速度を測定したりする構成が、次のように複数種類考えられた。
例えば、ハンマシャンクにシャッタを設けるとともに、シャッタによる遮光タイミングを複数点にて検出して、ハンマの打弦タイミングと打弦速度を算出する第１の方式のほか、図１３に示されるように、ハンマシャンク２ａの回動軸付近にあって固定基板５０１に設けられた光センサ５００が、光を照射するとともに、ハンマシャンク２ａの面５０２によって反射した光を受光して、その受光光量の時間的変化にしたがって、ハンマの打弦タイミングと打弦速度とを算出する第２の方式、さらに、図１３における光センサ５００をホール素子に置換するとともに、面５０２に磁石を貼着して、ホール素子によって検出された磁界強度の時間的変化にしたがって、ハンマの打弦タイミングと打弦速度とを算出する第３の方式などが考えられた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記第１の方式では、特定点における遮光タイミングによってハンマの打弦タイミングや打弦直前におけるハンマ速度を算出する構成であるがゆえに、それらの特定点を、正確に位置決めしなければならない、という問題があった。さらに、特定点以外の点におけるハンマの運動については、直接的に検出することができず、また、シャッタの開口部や、ハンマシャンクへの取付位置にも精度が要求される、といった問題もあった。
一方、上記第２の方式では、ピアノ外部からの光が入射することによって、光センサ５００の出力信号にノイズが重畳される、という問題があり、また、上記第３の方式では、ハンマシャンクに貼直された磁石が、隣接するハンマシャンクに対応するホール素子に影響を与える、という問題があった。
【０００５】
さらに、上記第２または第３の方式のいずれにおいても、光センサ５００またはホール素子による検出結果が、図１４（ａ）に示されるように非線形特性となるので、これを図１４（ｂ）に示されるように直線化補正を施して、受光光量とハンマの位置とを対応付ける必要がある。このため、第２および第３の方式では、直線化補正が必要になるだけでなく、直線化補正の際に誤差が伴うと、打弦速度のみならず、この打弦速度により求められる演奏データにも誤差が含まれてしまう、という問題もあった。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、鍵盤楽器等のハンマまたは疑似ハンマの運動に関する物理量を、正確かつ簡易な構成によって検出することが可能なハンマ検出装置を提供することにある。
【０００７】
上記目的を達成するために本件第１の発明にあっては、鍵の操作に応じてレストポジションから被打撃部材を打撃するエンドポジションまで回動するハンマまたは疑似ハンマの運動に関する物理量を検出する装置であって、前記ハンマまたは疑似ハンマと一体となって回動するとともに、前記回動による変位角度に応じて透過光量または反射光量が変化する光フィルタと、遮光性材料から形成され、前記光フィルタを挿入するためのスリットが設けられたベースプレートと、前記ベースプレート上に配置されて、前記光フィルタに光を照射する光照射手段と、前記ベースプレート上に配置されて、前記光照射手段により照射された光のうち、前記光フィルタの透過光または反射光を受光して、受光光量に応じた信号を出力する受光手段と、前記受光手段による出力された信号により、前記ハンマまたは疑似ハンマの運動に関する物理量を算出する算出手段と、前記ハンマまたは疑似ハンマの回動軸を支持するフレンジを、予め設けられた形状にしたがって位置決めする部材であって、前記ベースプレートについても、前記形状にしたがって位置決めする部材とを具備する構成を特徴としている。
【０００８】
同様に上記目的を達成するために本件第２の発明にあっては、鍵の操作に応じてレストポジションから被打撃部材を打撃するエンドポジションまで回動するハンマまたは疑似ハンマの運動に関する物理量を検出する装置であって、前記ハンマまたは疑似ハンマと一体となって回動するとともに、前記回動による変位角度に応じて透過光量または反射光量が変化する光フィルタと、遮光性材料から形成され、前記光フィルタを挿入するためのスリットが設けられたベースプレートと、前記ベースプレート上に配置されて、前記光フィルタに光を照射する光照射手段と、前記ベースプレート上に配置されて、前記光照射手段により照射された光のうち、前記光フィルタの透過光または反射光を受光して、受光光量に応じた信号を出力する受光手段と、前記受光手段による出力された信号により、前記ハンマまたは疑似ハンマの運動に関する物理量を算出する算出手段とを具備し、前記光フィルタは、前記ハンマまたは疑似ハンマの回動軸を中心として形成された複数の弧状のパターンであって、弧の一端から他端にかけて弧の円周角に応じて密度が変化するパターンを有する構成を特徴としている。
【０００９】
ここで上記第１または第２の発明においては、遮光性材料から形成されて、光照射手段と前記受光手段とを、前記ベースプレートと対向する方向から覆う遮光部であって、前記光照射手段から照射された光の経路軸上において開口する開口部、または、前記受光手段に受光される光の経路軸上において開口する開口部を有する遮光部を、さらに備える構成が好ましい。また、第１または第２の発明において、遮光性材料から形成されて、前記光照射手段と前記受光手段とが配置された前記ベースプレートを覆うトップカバーであって、前記ベースプレートを覆った場合に、前記ベースプレートに設けられた孔と略同一軸の孔を有するトップカバーを、さらに備える構成も好ましい。
【００１０】
一方、上記第１または第２の発明において、前記算出手段は、前記ハンマまたは前記疑似ハンマの位置、回動速度、または、加速度の少なくとも１つを算出する構成が好ましい。
また、第１または第２の発明において、前記算出手段により算出された物理量を処理して、演奏に関する演奏情報を取得する処理手段をさらに備える構成も好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
＜実施形態の全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るハンマ検出装置を備えた自動ピアノの主要部の構成を示す図である。
この図に示されるように、自動ピアノは、鍵１の運動を、ハンマシャンク２ａおよびハンマ２に伝達するアクションメカニズム３と、ハンマ２によって打撃される弦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とを備えており、これらの構成は、一般的な自動ピアノと同様である。
また、この自動ピアノには、通常のアコースティックピアノと同様にバックチェック７が設けられており、打弦の反動により戻ってきたハンマ２の暴れを防止する。他にも、この自動ピアノは、通常のアコースティックピアノに搭載される機構と同様のものが備えられている。
【００１３】
また、この自動ピアノは、記録メディアや、リアルタイム通信装置等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、この原速度指示値（ｔ，Ｖr）に基づいて、時刻ｔにおける鍵１の位置に対応した速度指示値Ｖrを生成して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たる出力速度Ｖyと速度指示値Ｖrとを比較して、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とを備えている。
また、再生前処理部１０は、上述したようにソレノイド５を駆動することによる機械的な楽音発生制御に加え、記録メディアや、リアルタイム通信装置等から供給される演奏データに基づいて、音源やスピーカ等から構成される電子楽音発生部２５に制御信号を供給する。これにより、電子楽音発生部２５は、演奏データに応じた電子的な楽音発生を制御することになる。
【００１４】
さらに、この自動ピアノは、ハンマ２の運きを検出するセンサ２６と、このセンサ２６による出力信号からハンマ２の運動に関する物理量（位置や、速度、加速度など）を連続的に算出（変換）する算出部２８と、算出部２８による算出結果を処理することによって、ハンマ２における打弦速度や、打弦タイミング、押鍵タイミングなどのような演奏に関する情報を取得し、これらの取得した情報から演奏データを生成する処理部３０とを備えている。なお、処理部３０による演奏データの作成動作についての詳細は後述する。
【００１５】
＜センサ＞
次に、センサ２６の詳細について説明する。図２は、ハンマシャンクに設けられるセンサ２６の主要部を簡易的に示す斜視図である。
この図に示されるように、光フィルタ７０が、ハンマシャンク２ａの側面であって、ハンマシャンク２ａの回動軸７１と同軸となるように取り付けられている。なお、この取り付けには、両面粘着材による圧締貼付等が用いられる。
さらに、この光フィルタ７０を挟んで、光を照射する発光面２０１ａと、光を受光する受光面２０１ｂとが対向配置されている。詳細には、発光面２０１ａによって照射される光の経路軸と、受光面２０１ｂによって受光される光の経路軸とが、光フィルタ７０を挟んでほぼ同一軸上に配置している。
【００１６】
このうち、光フィルタ７０は、図３に示されるように、円心７１ａを中心とする円弧部７０ｒと、交点７０ｕにて直行する直線部７０ｓ、７０ｔとを有する形状となっている。さらに、この光フィルタ７０は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の透明性基材からなり、円心７１ａを中心とする円弧状のパターンであって、同図において反時計回りの角度が増すにつれて黒色面積が比例して増加するパターン７３−１、７３−２、…、７３−ｍが、外周側から内周側に向かって順に形成されている。すなわち、パターン７３−１、７３−２、…、７３−ｍが形成される領域７３では、同図において反時計回りの円周角に比例して、光透過率が、減少するようになっている。なお、本実施形態にあっては、光フィルタ７０は、ＰＥＴにより構成されているが、例えばアルミニウム板等の金属板から、光フィルタ７０を構成してもよい。このように光フィルタ７０を金属板等により構成する場合、例えば、エッチングや穴開けプレス等によって、光を透過させる領域部分を開口させたパターンを、金属板等に形成すれば良い。
【００１７】
次に、このような光フィルタ７０と、ハンマシャンク２ａと、発光面２０１ａ／受光面２０１ｂにおける光の経路軸との位置関係について説明する。まず、図４（ａ）または図４（ｂ）に示されるように、光フィルタ７０は、その直線部７０ｓがハンマシャンク２ａの底面に揃い、かつ、直線部７０ｔがハンマシャンク２ａの端面に揃って、光フィルタ７０の交点７０ｕがハンマシャンク２ａにおける直角部２ａｒに一致したときに、円心７１ａがハンマシャンク２ａの回動軸７１に一致するように設計されている。このため、光フィルタ７０をハンマシャンク２ａに取り付ける際の位置決めが、容易、かつ、正確に行うことができるようになっている。
【００１８】
ここで、離鍵状態に対応するレストポジションにあって、発光面２０１ａおよび受光面２０１ｂにおける光の経路軸８０ｓが、図４（ａ）に示されるように、パターンの形成領域７３に位置する場合において、円心７１ａ（回動軸７１の中心）と経路軸８０ｓの中心とを結ぶ直線をＳとする。
次に、ハンマシャンク２ａが鍵操作に応じて回動して、図４（ｂ）に示されるようにレストポジションからの変位角度がθとなったとき、発光面２０１ａおよび受光面２０１ｂにおける光の経路軸は、符号８０ｓ’に移動する。この移動の際に、円心７１ａ（回動軸７１の中心）と経路軸８０ｓ’の中心とを結ぶ直線をＳ’とすると、直線Ｓと直線Ｓ’とのなす角度は、ハンマシャンク２ａの回動による変位角度θと一致する。
【００１９】
上述したように、領域７３における光透過率は、図において反時計回りの円周角に比例して減少するので、経路軸８０ｓ、８０ｓ’における変位角度は、光フィルタ７０を透過する光量の変化によって求まる。したがって、ハンマシャンク２ａの回動による変位角度θは、光フィルタ７０を透過する光量の変化によって求まることになる。
ここで、本実施形態では、変位角度θが大きくなるにつれて、光フィルタ７０の透過率が減少する構成となっているので、例えば、光フィルタ７０を透過した光を受光するセンサが、遮光量に比例する高さを有する電圧信号を出力する構成とすると、当該センサの出力電圧と、ハンマの位置とは、図１４（ｂ）に示されるように、レストポジションから打弦位置に対応するエンドポジションまでの全範囲にわたって、直線的な関係を有することになる。
このため、本実施形態によれば、当該センサの出力電圧から、ハンマの物理量（ここでは位置）を、正確かつ簡易な構成によって求めることが可能となる。
【００２０】
次に、自動ピアノにセンサ２６が取り付けられる構成について、段階を追って説明することにする。
まず、本実施形態においては、図２または図５（ａ）に示されるように、あるハンマシャンク２ａの光フィルタ７０に光を照射する発光面２０１ａと、該光フィルタ７０を透過した光を受光する受光面２０１ｂとは別体の受発光プリズム７５で構成されるが、ある光フィルタ７０に光を照射する発光面２０１ａと、該光フィルタ７０と図において右方で隣接する光フィルタ７０を透過した光を受光する受光面２０１ｂとは、同体の受発光プリズム７５で構成される。
【００２１】
ここで、受発光プリズム７５は、例えばアクリル材等の透過光性材料から形成されるとともに、図６および図７（ａ）に示されるように、Ｖ字状の切り欠きを有する突起の両側端に、それぞれ凸レンズ状の発光面２０１ａと受光面２０１ｂとを備えた構成となっている。
一方、突起が設けられる端面とは反対側の端面からは、光ファイバ１００の一端１００ａが挿入されている。また、光ファイバ１００の他端１００ｂは、図６に示されるように、受発光ユニット２０２に接続される。
【００２２】
この受発光ユニット２０２は、時分割で発光と受光とを行うものであり、受光を行う場合には、その受光光量が少なくなるにつれて、電圧が高くなる出力信号を、算出部２８（図１参照）に供給するものでもある。すなわち、本実施形態では、受発光ユニット２０２による出力信号が、センサ２６としての出力信号となる。
ここで、受発光ユニット２０２によって発せられた光は、光ファイバ１００の一端１００ａから出射し、Ｖ字型形状によって反射し２方向に分岐して、発光面２０１ａおよび受光面２０１ｂから概ね平行光束となって出射する一方、発光面２０１ａおよび受光面２０１ｂから入射した平行光束は、Ｖ字型形状により反射し一端１００ａに収束して、光ファイバ１００を介して受発光ユニット２０２に導かれる構成となっている。
ただし、本実施形態にあって、各受発光ユニット２０２では、図５（ａ）において右方から左方に向かって順番に発光が行われるとともに、発光が行われた受発光ユニット２０２に対して左方に位置する受発光ユニット２０２が受光を行う構成となっている。すなわち、各ハンマ２に対応する光フィルタ７０の透過光量は、右から左方向に順番にスキャンされる構成となっている。
したがって、ある１つの受発光ユニット２０２についてみれば、結局、図６に示されるように、当該ユニットの右側から発せられて光フィルタ７０を透過した光を受光する一方、当該ユニットの左側に位置する光フィルタ７０に、光を照射することになる。なお、各ハンマ２に対応する光フィルタ７０の透過光量が、左から右方向に向かって順番にスキャンされても良いのは言うまでもない。
【００２３】
次に、受発光プリズム７５には、図７（ａ）または図７（ｂ）に示されるように、遮光カバー９７が嵌め込まれて、受発光プリズム７５を覆う構成となっている。詳細には、遮光カバー９７は、黒色プラスティック等のように光を遮蔽する部材からなり、受発光プリズム７５を覆った状態において、その発光面２０１ａを開口する筒状の開口部９８ａと、受光面２０１ｂを開口する筒状の開口部９８ｂとを備える。
【００２４】
また、受発光プリズム７５の底面には、２箇所の凹部２０３が設けられている。この凹部２０３は、図８に示されるように、ベースプレート９０に予め形成された凸部９２に係合するようになっている。ここで、ベースプレート９０は、その断面が略Ｓ字状となっているとともに、受発光プリズム７５が取り付けられる凸部９２の間にはスリット９１が設けられている。
このスリット９１には、光フィルタ７０が挿入されることになるが、これが挿入された状態となるのは、ベースプレート９０が、後述するようにセンサステーを介してハンマシャンクレールに固定され、かつ、フレンジがハンマシャンクレールに固定された状態になったときである。なお、この際、光フィルタ７０は、発光面２０１ａおよび受光面２０１ｂとの経路軸と直行する構成となる。
【００２５】
さて、このベースプレート９０は、最終的にはトップカバー９５によって覆われる構成となる。ここで、ハンマシャンクにベースプレート９０が固定されるとともに、トップカバー９５が、ベースプレート９０を覆った状態であっても、レペティション・レギュレティング・スクリュー３０４（図１０参照）を調整できるように、ベースプレート９０には孔９３が、トップカバー９５には孔９６が、それぞれ設けられている。
【００２６】
また、ベースプレート９０およびトップカバー９５は、例えばアルミニウム板や、鉄板、黒色プラスティックのような遮光性部材からなる。このため、ベースプレート９０に受発光プリズム７５が取り付けられると、まず、受発光プリズム７５の底面から侵入する光が遮断される。すなわち、ベースプレート９０に設けられた開口部に、受発光プリズムの凸部が係合する構成でも位置決めは可能であるが、この構成では、開口部から受発光プリズムに外乱光が侵入してしまうのに対し、本実施形態では、ベースプレート９０に設けられた凸部９２に、受発光プリズムの凹部２０３が係合する構成であるため、位置決めと、受発光プリズム７５の底面からの光の侵入防止とが同時に達成されるのである。
さらに、本実施形態では、受発光プリズム７５が、図７（ａ）または図７（ｂ）に示されるように、遮光カバー９７によって覆われるとともに（図８では、遮光カバー９７が省略）、さらに、ベースプレート９０全体がトップカバー９５によって覆われるので、受発光プリズム７５の上面からの光の侵入防止も図られる。
このため、受発光プリズム７５は、開口部９８ｂを通過して受光面２０１ｂによって受光された光のみを検出するので、外乱光による誤差が極力抑えられることになる。
【００２７】
次に、ベースプレート９０およびこれを覆うトップカバー９５の自動ピアノへの取付構成について説明する。ここで、図９は、ベースプレート９０およびトップカバー９５が自動ピアノに取り付けられた構成を示す平面図であり、図１０は、図９におけるＪ−Ｊ’線で破断した部分拡大図である。また、図１１は、センサステー９９の構成を示す斜視図である。
【００２８】
まず、図９に示されるように、トップカバー９５により覆われたベースプレート９０は、低音部から高音部までの４、５箇所程度の弦割部分にそれぞれ設けられたセンサステー９９を介して、ハンマシャンクレール８に対して固定されている。
詳細には、図９または図１０において、第１に、センサステー９９の一端を、ベースプレート９０に対して２箇所の孔を介してネジ３００ａにより固定し、第２に、センサステー９９の他端を、ハンマシャンクレール８における段差８ｃに当接するとともに、溝９９ｄをガイドワイヤ９に係合させることによって位置決めし、第３に、位置決めしたセンサステー９９を、ネジ３０２ａによりハンマシャンクレール８に固定する。
ここで、ガイドワイヤ９は、ハンマ２の配列方向に沿って設けられ、本来的には、フレンジ２ｃに設けられた溝２ｄと係合させて、ハンマ２からフレンジ２ｃに至る部分をハンマシャンクレール８に位置決めする際に用いるものである。
【００２９】
すなわち、本実施形態では、一端がベースプレート９０に固定されたセンサステー９９の他端を、特別な構成を付加することなく、ハンマシャンクレール８に位置決めすることができる。このため、ベースプレート９０に取り付けられた受発光プリズム７５と、ハンマシャンク２ａに取り付けられる光フィルタ７０との位置関係を、簡単かつ容易に定めることができることになる。
【００３０】
＜実施形態の動作＞
次に、上述した構成のハンマ検出装置を備える自動ピアノの動作について説明する。この自動ピアノは、演奏者による演奏内容を、センサ２６の出力結果にしたがって演奏データとして記録することが可能であり、また供給される演奏データに応じて演奏を再生することも可能である。
【００３１】
はじめに、この自動ピアノの記録動作の概要について説明する。まず、演奏者によって演奏が行われると、算出部２８は、センサ２６の出力信号から、ハンマ２の運動に関する物理量を算出し、処理部３０は、算出された物理量に基づいて、様々な演奏に関する情報を求めて、これらの情報を用いて所定のフォーマットの演奏データを作成する。このようにして作成された演奏データが磁気ディスクや、光ディスク、半導体メモリ等の記録媒体に記録される。
【００３２】
次に、この自動ピアノの演奏再生時の動作について説明する。この自動ピアノでは、再生動作を行う場合に、ソレノイド５により鍵１を動作させてハンマ２が弦４を打撃することによる楽音発生（以下、機械的楽音発生という）を行うか、あるいは、電子楽音発生部２５による電子的な楽音発生を行うかを選択することができるようになっている。
ここで、ユーザが機械的楽音発生を選択した場合には、供給される演奏データに基づいて、再生前処理部１０がモーションコントローラ１１およびサーボコントローラ１２を介してソレノイド５を駆動制御する。これにより、ハンマ２の打弦によって演奏データに応じた楽音が発生することになる。
一方、ユーザが電子的楽音発生を選択した場合には、供給される演奏データに基づいて、再生前処理部１０が電子楽音発生部２５を制御する。これにより、電子楽音発生部２５により演奏データに応じた楽音が電子的に発生することになる。
【００３３】
＜演奏データの作成動作＞
この自動ピアノは、ハンマ２の運動に関する物理量（以下では、ハンマ２の位置を例示として説明する）から処理部３０が演奏に関わる情報を取得して演奏データを作成する点に特徴を有している。
このため次に、この演奏記録動作について詳細に説明する。本実施形態では、演奏に関わる情報として、(1)ハンマの動作開始タイミング、(2)打弦タイミング、(3)打弦直前のハンマの速度、(4)押鍵タイミング、(5)バックチェックタイミング、(6)バックチェックが外れるタイミング、(7)バックチェックが外れた後のハンマの速度、(8)ダンパ復帰タイミング、(9)ハンマ動作終了タイミング、および、(10)離鍵タイミングをそれぞれ取得する。
そこで以下、これらの取得方法について、センサ２６による出力信号から求められたハンマ２の位置と時刻との関係が、図１２に示されるように、検出された場合について説明する。
【００３４】
(1) ハンマの動作開始タイミング
まず、ハンマ２の動作開始タイミングの取得方法について説明する。ハンマ２の動作開始タイミングについては、図１２における検出結果から取得することができる。つまり、レストポジションからハンマ２が動き出したタイミングＴ1が動作開始タイミングである。アコースティックピアノでは、その構造上、打鍵開始時より遅れてハンマ２が動作を開始することになるが、本実施形態のようにハンマ２の位置を連続的に求まれば、容易にハンマの動作開始タイミングを取得することができる。
【００３５】
(2) 打弦タイミング
次に、打弦タイミングについても、図１２における検出結果から取得することができる。すなわち、ハンマ２が弦４を打撃すると、弦４側に移動していたハンマ２がレストポジション側に戻ろうとするので、ハンマ２の移動方向が変化したタイミングＴ2が打弦タイミングとなる。この打弦タイミングは、実際に発音が開始されるタイミングを示すものであり、再生動作において電子楽音を発生する場合に用いられるデータである。
従来のキーセンサ方式では、打弦タイミングをキーセンサの出力値から推定して求めていた。また、従来のシャッタ部材を用いてハンマの挙動を検出する第１の方式でも、正確な打弦タイミングが検出することができず、打弦直前における特定区間でのハンマの挙動から打弦タイミングを推定していたに過ぎない。
これに対し、本実施形態では、電子楽音発生の際に、必要となる打弦タイミング（発音タイミング）を正確に取得することができる。したがって、電子楽音発生用の演奏データを作成する場合、この打弦タイミングＴ2をノートオンタイミングとしたデータを作成することができ、再生時にはより正確な演奏の再現が可能となる。
【００３６】
さらに、本実施形態では、レストポジションに対応する出力とエンドポジションに対応する出力との比は、発光面２０１ａによる光束密度や、光路長、光ファイバ１００の伝搬特性、その端面処理、受発光ユニット２０２による出力特性などが不均一であったとしても、各鍵にわたって同一になる。ここで、打弦タイミングＴ2におけるハンマ２の位置がエンドポジションであり、打弦タイミングＴ2は、ハンマ２の移動方向が逆転するタイミングであるから、エンドポジションに対応する出力は容易に求まる。したがって、本実施形態では、レストポジションに対応する出力も、エンドポジションとの出力比から、容易に求められることになる。すなわち、本実施形態では、レストポジションとエンドポジションとを容易に校正することが可能な構成となっている。
【００３７】
(3) 打弦直前のハンマの速度
次に、打弦直前におけるハンマ２の速度の取得方法について説明する。この場合、打弦速度検出のための検出区間距離Ｄ1（例えば、５ｍｍ）と、この検出区間と打弦タイミングとの距離ｄ1（例えば、０．５ｍｍ）とを予め設定しておく。そして、打弦タイミングＴ2から逆算して、検出区間の始点と終点の通過タイミングＴS1、ＴS2を取得する。このように取得した通過タイミングＴS1、ＴS2を用い、次の式により打弦直前のハンマ２の速度Ｖ1を算出することができる。
Ｖ1＝Ｄ1／（ＴS2−ＴS1）
また、打弦直後のハンマ２の速度を求める場合にも、予め検出区間距離Ｄ2、距離ｄ2を設定しておけば、打弦タイミングＴ2から逆算することにより、検出区間の始点および終点の通過タイミングＴS3、ＴS4を取得して、速度を算出することができる。
【００３８】
このように、打弦位置を基準として検出区間が決定されるので、弦高の歪みやセンサの取り付け位置ズレなどに拘わらず、常に弦の位置と検出区間との位置関係を一定に維持することができる。したがって、より正確に打弦直前（直後）のハンマ２の速度を算出することができる。さらに、本実施形態では、受光面２０１ｂに応じた受光光量に応じた電圧信号が、従来の技術で述べたような第２の方式や第３の方式のように非線形特性（図１４（ａ）参照）とはならずに、直ちに直線特性（図１４（ｂ）参照）となる。これは、第１に、ハンマシャンク２ａの変位角度θが大きくなるにつれて、光フィルタ７０の透過光量が少なくなるように設定したことと、第２に、受発光ユニット２０２において、受光光量に応じた電圧の信号を出力するように設定したことによる。したがって、本実施形態では、直線化補正が不要となるので、より正確にハンマの打弦速度を求めることができる。さらに、求められた打弦速度は、処理部３０が作成する演奏データにおいて、強弱を示すデータ等として使用されるので、再生時にはより正確な演奏の再現が可能となる。
【００３９】
(4) 押鍵タイミング
次に、押鍵タイミングの取得方法について説明する。上述したようにアコースティックピアノでは、ハンマ２の動作開始タイミングが押鍵開始よりも若干遅れることになる。そこで、本実施形態では、ハンマの動作開始タイミングＴ1から遡って押鍵開始タイミングを取得するための仮想移動距離Ｄ11を設定しておく。そして、図１２に示されるような検出結果が得られた場合には、これに仮想移動距離Ｄ11を用いて押鍵タイミングＴ10を取得する。ここで、仮想移動距離Ｄ11は、各鍵毎に上述した打弦直前の速度などに応じて複数記憶させておき、動作したハンマ、およびその打弦直前の速度に応じてＤ11を適宜選択して用いるようにすれば、より正確な押鍵タイミングを取得することが可能となる。
この押鍵タイミングは、自動ピアノのソレノイド５を駆動して演奏を行う場合にソレノイド５の駆動開始タイミングとして必要となるデータである。したがって、ソレノイド５を駆動する機械的な楽音発生用演奏データを作成する場合には、この押鍵タイミングをキーオンタイミングとしたデータを作成すればよい。なお、上述したように仮想移動距離Ｄ11を記憶しておくようにしてもよいが、ハンマの動作開始タイミングＴ1から押鍵タイミングを算出するために加算する補正時間データΔｔ（この場合、Δｔは負）を複数記憶しておき、ハンマ２の速度等に応じて補正時間データΔｔを選択してハンマ動作開始タイミングＴ1からΔｔを加算したタイミングを押鍵タイミングとして取得するようにしてもよい。
【００４０】
(5) バックチェックタイミング
次に、バックチェックタイミングの取得方法について説明する。弦４を打撃した後、ハンマ２がバックチェック７に衝突して受け止められるので、ハンマ２は一時的に停止する。したがって、バックチェック７によってハンマ２が受け止められている区間は、打弦タイミングＴ2後にハンマ２が停止している区間である。したがって、この区間の開始タイミングＴ3をバックチェックタイミングとして取得することができる。
【００４１】
(6) バックチェックが外れるタイミング
バックチェック７が外れるタイミングは、上述した打弦タイミングＴ2後にあって、ハンマ２が停止している区間の終了タイミングＴ4であり、これをバックチェックが外れるタイミングとして取得する。
【００４２】
(7) バックチェックが外れた後のハンマの速度
次に、バックチェック７が外れた後におけるハンマ２の速度の取得方法について説明する。この速度については、上述したバックチェック７によりハンマ２が受け止められている位置を基準として予め設定した検出区間距離Ｄ3および距離ｄ3を用いるとともに、検出区間の始点および終点の通過タイミングＴS5、ＴS6を取得すれば、バックチェック７が外れた後におけるハンマ２の速度を算出することができる。
【００４３】
(8) ダンパ復帰タイミング
続いて、次に、ダンパ復帰タイミングの取得方法について説明する。一連の打鍵動作においては、鍵１に連動してハンマ２がバックチェック７から外れた後にダンパ６が元の位置に復帰して、弦４と接触して止音されるようになっている。
本実施形態では、この点を考慮し、ハンマ２がバックチェック７から外れた後、レストポジションに達するまでの所定の位置（例えばバックチェック位置から距離Ｄ3＋ｄ3）を通過した時点をダンパ６の復帰タイミングＴDとして取得する。このダンパ復帰タイミングを、電子楽音発生の際の止音タイミングとして使用することができる。したがって、電子楽音発生用の演奏データを作成する場合、このダンパ復帰タイミングＴDをノートオフタイミングとしたデータを作成する。なお、鍵１をきわめてゆっくりと戻すといった演奏は、ダンパ６をゆっくり戻すという演奏者の意志が込められている。換言すれば、演奏者はダンパ６をゆっくり戻す場合には、鍵１をゆっくり戻すといった操作を行う。この点を考慮し、ダンパ復帰タイミングを検出する場合には、検出区間Ｄ3におけるハンマ２の速度に応じて所定の位置を変更すれば、より正確なダンパ復帰タイミングを検出することが可能となる。
【００４４】
(9) ハンマ動作終了タイミング
次に、ハンマ動作が終了するタイミングの取得方法について説明する。ハンマ動作が終了するタイミングは、図１２に示される検出結果から取得することができる。すなわち、ハンマ２がレストポジションに戻ったタイミングＴ5が動作終了タイミングである。
【００４５】
(10) 離鍵タイミング
次に、離鍵タイミングの取得方法について説明する。離鍵タイミングの場合も、上述した押鍵タイミングと同様に、各鍵毎にハンマ２の速度（この場合、検出区間Ｄ3）に応じて仮想移動距離Ｄ12を複数記憶しておく。そして、検出したハンマ２の速度等に応じて仮想移動距離Ｄ12を選択し、選択した仮想移動距離Ｄ12やハンマ２の動作終了タイミングＴ5から離鍵タイミングＴ11を取得する。この離鍵タイミングは、ソレノイド５を駆動した自動演奏により楽音再生を行う場合のソレノイド駆動終了タイミングとして使用される。したがって、ソレノイド５を駆動する機械的な楽音発生用演奏データを作成する場合には、この離鍵タイミングをキーオフタイミングとしたデータを作成すれば、再生時にはより正確な演奏の再現が可能となる。なお、この場合も、上述した押鍵タイミングの取得方法と同様に、仮想移動距離に代えて補正時間データΔｔを記憶させておくようにしてもよい。
【００４６】
なお、上述した検出結果（図１２参照）では、演奏者により鍵１が押下されて戻されるといった一般的な操作に対応したものであったが、実際の演奏では高速連打が行われる場合もある。例えば、グランドピアノの場合、１５回／sec以上の連打がなされた場合、鍵１とハンマ２との位置関係がくずれてしまう（具体的には、キャプスタンスクリューとサポートヒールとの間に瞬間的に隙間が生じる）。この場合には、上述したように取得した情報を、そのまま演奏データに記録する情報として使用するのではなく、取得した情報に補正を加える必要がある。
例えば、ソレノイド５による機械的な楽音発生に使用する演奏データには、ソレノイド５の駆動制御を高速で行う必要性があるが、上述したような高速連打であり、かつ、連打中の打鍵タイミングが等間隔でない場合、これを再現することは困難である。したがって、この場合には、連打中の打鍵タイミングが等間隔になるような補正を加えた演奏データを作成する。なお、アップライトピアノの場合、７回／sec以上の連打がなされると、鍵１とハンマ２との位置関係がくずれてしまう。したがって、アップライトピアノで使用される演奏データを作成する場合には、この点を考慮した補正を行う必要がある。
一方、電子的な楽音発生用の演奏データの場合、押鍵タイミング等は問題とならないため、補正を行わず、上記方法で取得した打弦タイミングを発音タイミングとした演奏データを作成すればよい。
【００４７】
このように本実施形態によれば、ハンマシャンク２ａとともに回動する光フィルタ７０の透過光量を検出するセンサ２６の出力信号は、レストポジションからエンドポジションまでの全範囲にわたって、直線的な関係を有することになるので、当該出力信号からハンマ２の位置を、正確かつ簡易な構成によって求めることが可能となる。
【００４８】
＜変形例・応用例＞
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、以下のような種々の変形・応用が可能である。
【００４９】
(a) 上述した実施形態にあっては、光フィルタ７０のパターンを、図３に示されるようなものとしたが、円周角に応じて密度の変化するドットパターンなどでも良い。また、ハンマ２の変位角度θに対して比例関係となるように、光フィルタ７０の透過特性が設定されたが、任意の特性に設定して良い。また、光フィルタ７０は透過型としたが、反射型としても良い。さらに、光フィルタ７０として、偏光板を用いるとともに、受光面または発光面との間にも偏光板を１枚設けた構成としても良い。要は、ハンマまたは疑似ハンマの変位角度θに応じて透過光量または反射光量が変化すれば良い。
【００５０】
(b) また、実施形態にあっては、図５（ｂ）に示されるように、光を２方向に照射する発光プリズム７６と、２方向からの光を受光する受光プリズム７８とを交互に配置するとともに、受光プリズム７８がいずれか一方の方向からの光と、他方の方向からの光とを交互に受光する構成としても良い。なお、この構成において、発光ユニット２０４は単に発光だけを行い、受光ユニット２０６は単に受光だけを行うものとなる。
【００５１】
(c) さらに、実施形態にあっては、一対の受発光プリズム７５を用いて、光フィルタ７０に光を照射するとともに、受光する構成としたが、例えば、ＬＥＤ（Light Emission Diode）により光を照射するとともに、光フィルタ７０の透過光または反射光を例えばＰＴｒ（Photo Transistor）を用いる構成としても良い。
(d) 上述した実施形態においては、センサ２６がグランドピアノタイプの自動ピアノに設けられていたが、これに限らず、アップライトピアノなどのハンマを有する他の鍵盤楽器に設けて、そのハンマの運動に関する物理量を検出するようにしてもよい。また、ハンマおよび弦を有する鍵盤楽器に限らず、ハンマを疑似する疑似ハンマと疑似ハンマに打撃される被打撃部材とを有する鍵盤楽器に適用することも可能である。
【００５２】
(e) また、上述した実施形態においては、ハンマ２の位置を連続的に求める場合について説明したが、これに限らず、ハンマ２の位置を離散的に求めるようにしてもよく、また、ハンマ２の速度や、速度をさらに微分して加速度を求めて、処理部３０が上述したような様々な演奏に関わる情報を取得するようにしてもよい。さらに、ハンマの位置、速度および加速度の２以上複数を同時に求め、これらの中から各々演奏に関わる情報を得るとともに、比較／平均化等すれば、演奏に関わる情報をより正確に取得することができる。
【００５３】
(f) くわえて、上述した実施形態においては、上記(1)〜(10)に示したような演奏に関わる情報を取得していたが、センサ２６の検出結果からこれ以外の演奏に関する情報を取得するようにしてもよい。
また、(1)〜(10)に示した演奏に関する情報を適宜選択して取得するようにしてもよい。その場合には、取得したい情報に応じて、レストポジションから弦または被打撃部材を打撃してレストポジションに戻るまでのうち、一部の区間でのみ、ハンマまたは疑似ハンマの運動に関する物理量を連続的に求めればよい。例えば、ハンマまたは疑似ハンマの打撃直前の速度を示す情報、あるいは、ハンマまたは疑似ハンマの打撃タイミングを示す情報を取得しようとする場合には、ハンマまたは疑似ハンマが弦または被打撃部材を打撃する近傍の区間についてのみ、ハンマまたは疑似ハンマの運動に関する物理量を連続的に求めれば良い。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、鍵盤楽器等のハンマまたは疑似ハンマの運動に関する物理量を、正確かつ簡易な構成によって正確に求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るハンマ検出装置を備えた自動ピアノの要部構成を示す図である。
【図２】同ハンマ検出装置におけるセンサの主要部の構成を示す斜視図である。
【図３】同ハンマ検出装置における光フィルタの構成を示す平面図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ光フィルタとハンマシャンクとの位置関係を示す平面図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ受発光部と光フィルタとの配置を示す平面図である。
【図６】同ハンマ検出装置における受発光部の構成を説明するための平面図である。
【図７】（ａ）は、同ハンマ検出装置における受発光部と遮光部との構成を説明するための分解斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＩ−Ｉ’線の断面図である。
【図８】同ハンマ検出装置における受発光部の取付構成を説明するための分解斜視図である。
【図９】同ハンマ検出装置においてトップカバーで覆われたベースプレートの設置状態を示す平面図である。
【図１０】図９におけるＪ−Ｊ’線で破断した部分拡大断面図である。
【図１１】同ハンマ検出装置におけるセンサステーの構成を示す斜視図である。
【図１２】同ハンマ検出装置により演奏情報を取得する方法を説明するための図である。
【図１３】従来のハンマ検出装置の主要部の構成を示す図である。
【図１４】（ａ）および（ｂ）は、それぞれハンマ位置の取得原理を説明するための図である。
【符号の説明】
１…鍵、２…ハンマ、２ａ…ハンマシャンク、２ｃ…フレンジ、４…弦、８…ハンマシャンクレール，９…フレンジガイドワイヤ、２６…ハンマセンサ、２８…算出部、３０…処理部、７０…光フィルタ、７５…受発光プリズム、９０…ベースプレート、９１…スリット、９５…トップカバー、９７…遮光カバー、９８…開口部、９９…センサステー、１００…光ファイバ、２０１ａ…発光面、２０１ｂ…受光面、２０２…受発光ユニット
Claims (6)
- 鍵の操作に応じてレストポジションから被打撃部材を打撃するエンドポジションまで回動するハンマまたは疑似ハンマの運動に関する物理量を検出する装置であって、
前記ハンマまたは疑似ハンマと一体となって回動するとともに、前記回動による変位角度に応じて透過光量または反射光量が変化する光フィルタと、
遮光性材料から形成され、前記光フィルタを挿入するためのスリットが設けられたベースプレートと、
前記ベースプレート上に配置されて、前記光フィルタに光を照射する光照射手段と、
前記ベースプレート上に配置されて、前記光照射手段により照射された光のうち、前記光フィルタの透過光または反射光を受光して、受光光量に応じた信号を出力する受光手段と、
前記受光手段による出力された信号により、前記ハンマまたは疑似ハンマの運動に関する物理量を算出する算出手段と、
前記ハンマまたは疑似ハンマの回動軸を支持するフレンジを、予め設けられた形状にしたがって位置決めする部材であって、前記ベースプレートについても、前記形状にしたがって位置決めする部材と
を具備することを特徴とするハンマ検出装置。 - 鍵の操作に応じてレストポジションから被打撃部材を打撃するエンドポジションまで回動するハンマまたは疑似ハンマの運動に関する物理量を検出する装置であって、
前記ハンマまたは疑似ハンマと一体となって回動するとともに、前記回動による変位角度に応じて透過光量または反射光量が変化する光フィルタと、
遮光性材料から形成され、前記光フィルタを挿入するためのスリットが設けられたベースプレートと、
前記ベースプレート上に配置されて、前記光フィルタに光を照射する光照射手段と、
前記ベースプレート上に配置されて、前記光照射手段により照射された光のうち、前記光フィルタの透過光または反射光を受光して、受光光量に応じた信号を出力する受光手段と、前記受光手段による出力された信号により、前記ハンマまたは疑似ハンマの運動に関する物理量を算出する算出手段と
を具備し、
前記光フィルタは、
前記ハンマまたは疑似ハンマの回動軸を中心として形成された複数の弧状のパターンであって、弧の一端から他端にかけて弧の円周角に応じて密度が変化するパターンを有する
ことを特徴とするハンマ検出装置。 - 遮光性材料から形成されて、前記光照射手段と前記受光手段とを、前記ベースプレートと対向する方向から覆う遮光部であって、
前記光照射手段から照射された光の経路軸上において開口する開口部、または、前記受光手段に受光される光の経路軸上において開口する開口部を有する遮光部を、さらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のハンマ検出装置。 - 遮光性材料から形成されて、前記光照射手段と前記受光手段とが配置された前記ベースプレートを覆うトップカバーであって、
前記ベースプレートを覆った場合に、前記ベースプレートに設けられた孔と略同一軸の孔を有するトップカバーを、さらに備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載のハンマ検出装置。 - 前記算出手段は、前記ハンマまたは前記疑似ハンマの位置、回動速度、または、加速度の少なくとも１つを算出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のハンマ検出装置。 - 前記算出手段により算出された物理量を処理して、演奏に関する演奏情報を取得する処理手段を
さらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のハンマ検出装置。
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