JP4736883B2

JP4736883B2 - 自動演奏装置

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Description

この発明は、アコースティックのグランドピアノやアップライトピアノ等の鍵盤楽器を自動演奏するための自動演奏装置に関する。

周知の通り、アコースティックピアノにおいては、鍵の押鍵操作に応じてアクション機構が作動し、該アクション機構の作動によりハンマが対応する弦を打撃する。そして、該ハンマにより打撃（打弦）された弦の振動が響板において共鳴・拡大することで、打弦された弦の音高に対応する楽音が発音される。演奏者は、鍵の押し込みの強さ（タッチ、押鍵速度）に応じてハンマに与える速度（打弦速度）を加減して、楽音の発音音量を制御できる。すなわち、楽音の発音音量（つまり打弦速度の強弱）は押鍵速度に対応する。

また、従来から知られる自動演奏ピアノ（自動演奏機能を有するアコースティックピアノ）においては、鍵盤の各鍵を自動的に駆動するための駆動手段として、例えば電磁ソレノイドにより構成される駆動手段が各鍵毎に具わる。各電磁ソレノイドはそれぞれ対応する鍵の下面側後端部に配備され、再生すべき演奏情報に基づき特定の鍵に対応するソレノイドに電流信号を与えて駆動（励磁）することで、プランジャの突き上げ動作により当該鍵が自動的に押鍵される。ここで、ソレノイドに与える電流信号は、鍵の押鍵速度に対応する値であり、従って、発生すべき楽音の発音音量（打弦速度）に対応する値である。

また、従来から、自動演奏機能を持たないアコースティックのグランドピアノやアップライトピアノ等の鍵盤楽器に自動演奏装置を外付けして、該自動演奏装置により鍵盤楽器を自動演奏することが行われている（例えば、下記特許文献１参照）。この種の外付けタイプの自動演奏装置は、大別して、鍵盤楽器の鍵盤を打鍵するための打鍵駆動部と、ペダルを駆動するペダル駆動部と、該打鍵駆動部及び該ペダル駆動部を制御する制御部から構成される。打鍵駆動部は鍵盤の各鍵に対応する配列でユニット化された電磁ソレノイド群によって構成される。打鍵駆動部は、電磁ソレノイドのプランジャを下向きに突出させる向きで当該鍵盤楽器の鍵盤の前方上側に組み付けられ、該ソレノイドのプランジャが対応する鍵の前端を押し下げることで、当該鍵を自動的に押鍵する。
特開２００５−３０９０２４号公報

上記従来から知られる自動演奏ピアノにおいて、ソレノイドの打鍵駆動開始に対する実際の発音タイミング（打弦タイミング）の遅れ時間や、或いは、ソレノイドに与える電流信号と該電流信号に応じて実際に発音された音量値（実際のハンマ打弦速度）との対応関係等のような自動演奏の再生に関する動特性は、鍵盤楽器のサイズ、機種、更には楽器個体差等、種々の要素に影響され、個々のピアノ毎に異なる。
キーセンサやハンマセンサを内蔵するモデルでは、自機に実装されたセンサを用いて発音タイミング（打弦タイミング）や音量（打弦速度）といった打弦情報を検出し、該検出した打弦情報に基づき、発音タイミングとソレノイドの打鍵駆動開始タイミングとの対応関係や、ソレノイド駆動信号（電流信号）と実際に発音される音量との対応関係などをテーブル化して、これを自動演奏再生時に利用している。この明細書において、発音タイミングとソレノイドの打鍵駆動開始タイミングとの対応関係、或いは、ソレノイド駆動信号（電流信号）と実際に発音される音量との対応関係など、打弦再生に関するパラメータを定義してテーブル化することを「打弦再生学習」と呼ぶ。また、打弦再生に関するパラメータを定義したテーブルを総称して「再生テーブル」と言う。上記キーセンサやハンマセンサを内蔵するモデルでは、自機の自動演奏の再生に関する動特性に基づく打弦再生学習を行なうことで、自動演奏の再生性能を高めることができた。

一方、キーセンサやハンマセンサを持たない再生専用モデルの自動演奏ピアノでは、自機で実行された打弦情報を取得することができないので、自機で打弦再生学習を行なうことができなかった。このため、再生専用モデルでは、基準となる別のピアノにおいて作成された再生テーブルを予め用意しておき、これを自動演奏再生時に利用していた。

また、上記特許文献１に示す従来の外付けタイプの自動演奏装置においては、該装置を取り付けた該鍵盤楽器において実行された打弦情報を取得することができなかった。このため、従来から知られる自動演奏装置においては、上記再生専用モデルの場合と同様に、基準となる特定のピアノにおいて作成された再生テーブルを予め用意しておき、これを自動演奏の再生に利用していた。このため、従来から知られる外付けタイプの自動演奏装置においては、個々の鍵盤楽器毎の動特性に鑑みて自動演奏の再生性能を向上させることはできなかった。

この発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、アコースティックのグランドピアノやアップライトピアノ等の鍵盤楽器を自動演奏する自動演奏装置において、自動演奏の再生性能を向上させることを目的とする。

この発明は、複数の鍵を有する鍵盤楽器に対して着脱可能に外付けされる自動演奏装置であって、駆動信号に基づき前記鍵を個別に駆動するための鍵駆動手段であり、前記鍵盤楽器が有する複数の鍵に対応する配列で複数の前記鍵駆動手段をユニット化したものと、前記鍵盤楽器から発音された楽音の音量値を検出する検出手段と、ＭＩＤＩベロシティ値と音量値の対応付けの基準となる鍵盤楽器において測定されたデータに基づき作成されたＭＩＤＩベロシティ値と音量値とを対応付けたテーブルを記憶しており、該テーブルに基づいて、前記検出手段により検出された音量値をＭＩＤＩベロシティ値に変換する変換手段と、学習の開始を指示するための指示手段と、前記指示手段からの指示に応じて、所定の駆動信号を出力して前記鍵駆動手段に鍵を駆動させ、該駆動に応じて発音された楽音の音量値を前記検出手段により検出し、該検出された音量値を前記変換手段によりＭＩＤＩベロシティ値に変換し、当該駆動信号と該変換手段により得たＭＩＤＩベロシティ値との対応関係を学習する学習手段と、自動演奏を行うときに、前記学習手段における学習結果に基づいて、当該自動演奏に用いる前記駆動信号を修正する修正手段を備えることを特徴とする自動演奏装置である。

また、この発明に係る自動演奏装置は、前記学習手段が、更に、前記指示手段からの指示に応じて、前記所定の駆動信号と前記検出手段により検出された音量値に基づき決定される楽音の発音タイミングとの対応関係を学習するよう構成してもよい。

また、この発明に係る自動演奏装置において前記検出手段は、前記鍵盤楽器に具備される響板の振動及び弦の少なくともいずれか一方の振動を、直接又は間接的に検出する振動検出手段であってよい。

この発明によれば、自動演奏装置が、鍵駆動手段として、鍵盤楽器が有する複数の鍵に対応する配列で複数の鍵駆動手段をユニット化したものを備え、鍵盤楽器に対して着脱可能に外付けされるタイプ（いわゆるボルセッサータイプ）の自動演奏装置であり、かかる自動演奏装置において、ユーザが学習の開始を指示したとき、所定の駆動信号に基づく鍵の駆動により発音された楽音の音量値を検出し、検出された音量値を変換手段によりＭＩＤＩベロシティ値に変換して、当該所定の駆動信号と該変換手段により得たＭＩＤＩベロシティ値との対応関係を学習できる。ここで、変換手段が、基準となる鍵盤楽器にて測定された音量値とＭＩＤＩベロシティ値とを対応付けたテーブルに基づいて、音量値をＭＩＤＩベロシティ値に変換するものであるため、この学習を行うことにより、駆動信号とＭＩＤＩベロシティ値の対応関係を、当該自動演奏装置が外付けされた鍵盤楽器に固有の動特性に基づき定義できる。そして、自動演奏を行うときに、その学習結果に基づいて当該自動演奏に用いる駆動信号を修正することにより、適切な音量（基準となる鍵盤楽器で測定された音量値とＭＩＤＩベロシティ値の対応関係に応じた音量）で楽音を発音できる。すなわち、自動演奏装置に外付けされた種々の鍵盤楽器で、当該外付けされた鍵盤楽器とは別の基準となる鍵盤楽器で測定された音量値とＭＩＤＩベロシティ値の対応関係に応じた適切な音量で楽音を発音できるよう、自動演奏に用いる駆動信号を修正する構成により、自動演奏装置に外付けされた鍵盤楽器毎の固有の動特性に応じた最適な音量で自動演奏を行うことができ、以て自動演奏の再生性能を向上させるという優れた効果を奏する。更に、駆動信号と測定された音量値に基づき決定される楽音の発音タイミングとの対応関係を学習するよう構成することで、発音タイミングに関しても、自動演奏装置に外付けされた鍵盤楽器毎の固有の動特性に応じた最適な自動演奏を行うことができ、以て自動演奏の再生性能を向上させるという優れた効果を奏する。

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、この発明の一実施例に係る自動演奏装置１の概略構成を示すブロック図であって、自動演奏装置１と該自動演奏装置１を取り付ける鍵盤楽器２（アコースティックピアノ）の主要な構成要素を模式的に示している。自動演奏装置１は、鍵盤楽器２に対して着脱可能に外付けされ、該鍵盤楽器２を自動演奏するための装置である。
当該自動演奏装置１を取り付ける鍵盤楽器２は、通常の（つまり自動演奏機能を持たない）アコースティックピアノであって、鍵２０と、鍵２０の運動をハンマ２２に伝達するアクション機構２１と、ハンマ２２により打撃される弦２３と、弦２３の振動に応じた楽音を発生させる響板２４と、弦２３の振動を止めるためのダンパ２５とを含む。鍵２０は典型的には８８個具備されており、８８個の鍵２０を集合的に鍵盤と呼ぶ。鍵２０の押鍵操作（図において鍵の右側を押し下げる操作）すると、この動きがアクション機構２１を介してハンマ２２に伝達されると共に、ダンパ２５が弦２３から上に離れて、弦２３を解放する。そして、ハンマ２２が該解放された弦２３を打弦することで、弦２３が振動して響板２４から当該押鍵操作された鍵２０に対応する音高の楽音が発音される。なお、図１において鍵盤楽器２としては、弦２３や響板２４が水平向きに配置されるグランドピアノを想定している。

この実施例に係る自動演奏装置１は、装置各部の動作制御や各種信号処理を行なうための制御部１０と、詳しくは後述する各種再生テーブルを記憶するためのメモリ１１と、打鍵駆動部１２と、鍵盤楽器２において発生された楽音の音量を示す情報を検出するための音量検出センサ１３、１４及び１５を含んで構成される。なお、図においては、点線で囲んだ部分が自動演奏装置１の構成要素を示している。図示の都合上、音量検出センサ１３、１４及び１５は、該点線の囲み部分から外れて描かれてしまっているが、これらは自動演奏装置１の構成要素であり、鍵盤楽器２に対して自動演奏装置１と共に着脱される。

制御部１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを含むマイクロコンピュータにより構成され、ＲＯＭ又はＲＡＭに記憶されたソフトウェアプログラムを実行し、当該ミキサの全体的な動作制御や、自動演奏処理即ち演奏情報の再生処理を行なうと共に、この実施例に係る「打弦再生学習」の処理を行なう。メモリ１１は、データの書き換え可能な適宜のメモリであって、ＲＡＭや不揮発性の書き換え可能なメモリ（フラッシュメモリ）などにより構成してよい。メモリ１１は後述する「打弦再生学習」において作成した各種再生テーブル群の記憶に利用する。

打鍵駆動部１２は、ピアノ鍵盤の各鍵（白鍵と黒鍵）に対応する配列でユニット化された電磁ソレノイド群、典型的には８８個の各鍵にそれぞれ対応する８８個の電磁ソレノイド群によって構成される。打鍵駆動部１２は、図示しないフレーム部材により鍵盤（図１において鍵２０）に対する取り付け高さの調節自在に支持されており、各電磁ソレノイドのプランジャを下向きに突出させる向きで、鍵盤の前方上側に組み付けられようになっている（例えば上記特許文献１を参照）。ＰＷＭドライバ１６は、制御部１０において生成されるソレノイド駆動信号をＰＷＭ形式の電流信号（ＰＷＭ信号）に変換し、打鍵駆動部１２に供給する。打鍵駆動部１２は、供給されたＰＷＭ信号により前記特定の鍵に対応するソレノイドを駆動（励磁）することで、該ソレノイドのプランジャを該ＰＷＭ信号に応じた推力で突出せしめ、対応する鍵の前端を押し下げて当該鍵を自動的に押鍵することができる。

自動演奏に使用する演奏情報は適宜のデータ形式で記述されたデータであってよく、この実施例では一例としてＳＭＦ（スタンダードＭＩＤＩファイル）形式のデータとする。演奏情報（ＭＩＤＩデータ）はピアノ演奏内容を表すＭＩＤＩイベント（打鍵イベント）群により構成される。各打鍵イベントはノートオンイベントデータ、ノートオフイベントデータ及びノートオン／オフの発生タイミングを直前イベントから当該イベントの間の相対的時間間隔を示すデルタタイムデータから構成される。ノートオンイベント及びノートオフイベントデータは、各々、メッセージ種類の識別子（ここではノートオン又はノートオフ）とＭＩＤＩチャンネル番号からなるステータスバイト（チャンネルメッセージ）と、ノート番号（音高）を表すデータバイトと、ベロシティ値を表すデータバイトとから構成される。ベロシティ値は、ハンマ打弦速度（つまり発音音量）に対応する値であり、周知のとおり８ビット（すなわち１２８段階）の分解能で記述されている。また、周知の通り、鍵盤楽器２に具わる８８鍵の各鍵にそれぞれ固有の番号（キーナンバ）を割り当てられており、該キーナンバがノート番号（音高）に対応している。

なお、図示は省略したが、図１に示す自動演奏装置１には、演奏情報を供給するための外部記憶装置（例えば、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）、メモリカード等、適宜の着脱可能な記録媒体）や、演奏情報の再生や各種動作設定に関する指示をユーザが行うための操作部や該操作子部を駆動・検出するための機構、その機構を制御するためのソフトウェアや、表示パネル、その他の外部機器（コンピュータやＭＩＤＩ機器など）との接続やインターネット接続等に使用される通信インターフェース等が必要に応じて具備されてよい。

図１に示す通り、自動演奏装置１には、鍵盤楽器２で発生した楽音の音量を検出するための音量検出センサとして、響板２４の振動を検出する響板センサ１３と、弦２３の振動を検出する弦振動センサ１４と、響板２４から発生した楽音を検出するマイクロフォン１５とが具備されている。

響板センサ１３は、例えば圧電素子からなる振動センサであって、鍵盤楽器２に具わる響板２４の板面上に設置され、該響板２４の振動に応じた電気信号（アナログ信号）を出力する。響板センサ１３の取り付け構成としては、例えば適宜の接着手段（例えば所謂「両面テープ」等）を用いて響板２４の裏面側に貼り付ける等、着脱簡易な取り付け構成を適用してよい。響板センサ１３は、単価が比較的低廉であり、楽器に対して１つのセンサを配備するだけでよいので、非常に低コストな音量検出センサとして有用である。

弦振動センサ１４は、例えば、弦２３の振動を電気信号に変換する電磁ピックアップにより構成され、弦２３の近傍の適宜の位置に配置される。弦振動センサ（電磁ピックアップ）１４は、例えば、ピアノ音域を低音域、中音域、高音域の３つに分け、各音域毎の弦２３群の近傍に、該３つの音域にそれぞれ対応させた３つの弦振動センサ１４を分散して設置するようにしてよい。
また、マイクロフォン１５は、響板２４から発生した楽音（空気振動）を検出するためのもので、響板２４の近傍の適宜の位置に配置していよい。図においては、響板２４の上方にマイクロフォン１５が配置されるかのように描かれているが、マイクロフォン１５の配置位置は是に限定されない。外部雑音を可及的回避するには、響板２４の裏面側に配置することが効果的である。

音量検出センサ１３、１４及び１５から出力される各アナログ信号は、アンプ１７を介して適宜増幅された後、ＡＤ変換器１８においてそれぞれディジタル信号に変換される。ディジタル信号に変換された音量検出センサ１３、１４及び１５の出力信号は制御部１０に供給される。制御部１０は、供給された各出力信号を適宜を分析・処理することで、鍵盤楽器２において実行された打弦情報（発音音量や発音タイミング等）を取得することができる。なお、この実施例では音量検出センサとして響板センサ１３、弦振動センサ１４及びマイクロフォン１５の３つのセンサを具備する例を示しているため、制御部１０はこれら３つの音量検出センサ１３、１４及び１５の各出力信号を適宜１本化して、ピアノ演奏音の音量を示す情報を取得するものとするが、これに限らず、制御部１０はこれら３つの音量検出センサ１３、１４及び１５の出力信号を適宜選択して採用する構成としてもよい。

図２は打鍵駆動に応じた各部の動作と音量検出センサ１３、１４及び１５の出力信号の関係を説明するタイミングチャートである。（ａ）は当該打鍵駆動に対応するノートオンタイミングとノートオフタイミングを示す。（ｂ）は（ａ）に応じた鍵２０の打鍵軌道を示す。（ｃ）は該（ｂ）の打鍵軌道により駆動されたハンマ２２の打弦運動を示す。（ｂ）及び（ｃ）に示す通り、鍵２０とハンマ２２は、レスト位置からエンド位置まで変位した後、該エンド位置にて所定時間保持されてから、リリースされる。また、（ｄ）は（ｃ）の打弦運動に応じて鍵盤楽器２にて発生した楽音の音量を検出した音量検出センサ１３、１４及び１５の出力信号、すなわち鍵盤楽器２にて発生した楽音の音量エンベロープを示す。また、（ｅ）は当該打鍵駆動を実現するために打鍵駆動部１２に供給されるソレノイド駆動信号（ＰＷＭ信号）を示しており、その振幅（図において斜線で示す部分）は打鍵推力すなわちソレノイドに与える電流値に対応する。

（ｅ）に示すソレノイド駆動信号においては、信号の立ち上がり部（ｔｏｕｃｈ）にて、ＭＩＤＩデータのベロシティ値すなわち打弦速度に対応する打鍵推力が生成され、（ａ）に示すノートオンタイミングにおいてハンマ２２が打弦点に到るよう、鍵２０の押鍵動作が制御される。これにより、ノートオンタイミングにてベロシティ値に対応する音量の楽音が発生する。また、該立ち上がり部の開始時点付近にて突出した打鍵推力を与えることで、鍵の自重キャンセルと押鍵安定化を計っている。立ち上がり部に続く持続部（ｓｔｉｌｌ）では、（ｂ）に示す離鍵開始時点まで鍵２０をエンド位置に保持して、弦２３の振動を持続させる。そして、ソレノイド駆動信号のリリース部では、ノートオフタイミングに基づき鍵２０の離鍵動作が制御される。リリース部での離鍵動作制御により、ノートオフタイミングに合わせてダンパ２５を弦２３に当接させて止音動作を行なわせる。

ハンマ２２により弦２３が打弦され楽音が発生すると、（ｄ）に示す通り、該楽音の音量に応じた音量検出センサ１３、１４及び１５から出力信号が出力される。図２（ｃ）及び（ｄ）に示す通り、音量検出センサ１３、１４及び１５の出力信号の立ち上がりタイミングは、ハンマ２２の打弦タイミング（ノートオンタイミング）に対応している。また、音量検出センサ１３、１４及び１５の出力信号はダンパ２５による止音タイミング（ノートオフタイミング）にて急速に減衰する。従って、制御部１０は、音量検出センサ１３、１４及び１５の出力信号の最大レベルをホールド（ピークホールド）して、該最大レベルに対応する音量値（ピークホールド値）ｖｏｌのデータを得ることができ、また、該出力信号に基づき発音タイミング及び止音タイミングのデータを得ることができる。

図３は自動演奏装置１はメイン処理の手順の概要を示すフローチャートである。図３の処理は電源投入に応じて起動するものとする。自動演奏装置１の電源が投入されると、適宜の初期化処理等が行なわれた後、ユーザによる各種指示を受け付ける（ステップＳ１）。ユーザは、図示しない表示器（液晶パネル等）、入力操作子等の操作インターフェースを用いて、各種指示・入力操作を自動演奏装置１に対して行なうことができる。ここで、ユーザから受け付ける指示には、自動演奏機能の開始すなわち演奏情報の再生指示（ステップＳ２）や、この実施例に係る「打弦再生学習」指示（ステップＳ３）が含まれる。制御部１０は、ユーザからの指示に応じて、自動演奏処理（ステップＳ４）や、打弦再生学習処理（ステップＳ５）或いはその他の処理（ステップＳ６）を実行する。

再生指示が行なわれた場合（ステップＳ２）、制御部１０は自動演奏処理を行なう（ステップＳ３）。この実施例に係る自動演奏装置１における自動演奏機能（演奏情報の再生動作）自体は従来と同様であり、その概要は次の通りである。
ユーザによって自動演奏、つまり演奏情報の再生の指示が行なわれると、制御部１０は、図示しない適宜の記録媒体や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き、特定の鍵に与える打鍵力（押鍵タイミングや押鍵速度、離鍵タイミングや離鍵速度等）としてソレノイド駆動信号を生成する。該ソレノイド駆動信号はＰＷＭドライバ１６においてＰＷＭ形式の電流信号（以下ＰＷＭ信号と略称）に変換された後、打鍵駆動部１２に供給される。打鍵駆動部１２は、供給されたＰＷＭ信号に基づき前記特定の鍵に対応するソレノイドを駆動（励磁）することで、該ソレノイドのプランジャが突出し、対応する鍵の前端を押し下げて当該鍵を自動的に押鍵する。これにより、自動演奏装置１は、当該自動演奏装置１を取り付けたアコースティックピアノに演奏情報に基づくピアノ演奏を自動的に行なわせることができる。自動演奏処理はユーザからの終了指示により終了する（ステップＳ７のｙｅｓ）。なお、図３に示すフローチャートでは、当該メイン処理はユーザによる適宜の終了操作（例えば電源オフ等）に応じて所定の終了動作（ステップＳ８）を行なった後に終了するものとする。

ユーザによって「打弦再生学習」指示が行なわれた場合（ステップＳ３）、制御部１０は、図４、図５及び図６に示す打弦再生学習に係る各処理を実行する。図４は自動演奏装置１における最小音量と最大音量の音量幅（ダイナミックレンジ）を定義する「音量幅学習処理」の手順の一例を示すフローチャートである。また、図５はソレノイドの駆動信号と該ソレノイド駆動信号により実際に発音された音量との対応関係を記述した再生テーブルを作成する「音量学習処理」の手順の一例を示すフローチャートである。また、図６はソレノイドの駆動開始タイミングと実際の発音タイミング（ハンマの打弦タイミング）との対応関係を記述した再生テーブルを作成する「タイミング学習処理」の手順の一例を示すフローチャートである。なお、図４〜図６において「ＴＤ」はソレノイド駆動信号を表す。なお、「ＴＤ」は「タッチデータ（ＴｏｕｃｈＤａｔａ）」の略称である。

まず、図４に示す音量幅学習処理について説明する。この処理では、自動演奏装置１が鍵盤楽器２に発音させる最小音量（音量検出センサ１３、１４及び１５の検出下限）に対応するソレノイド駆動信号と、同最大音量に対応するソレノイド駆動信号をＭＩＤＩデータ（ベロシティ値）に割り当てて音量幅（ダイナミックレンジ）を定義する。

ステップＳ１０において、キーナンバのパラメータＫｎ＝１にセットして、以下、キーナンバＫｎ＝１についてダイナミックレンジの定義を行なう。ステップＳ１１〜Ｓ１５では最小音量の定義を行なう。ステップＳ１１において、ソレノイド駆動信号ＴＤとしてＭＩＤＩデータ（ベロシティ値）の最小値に対応する値をセットする。先に述べた通り、ＭＩＤＩデータのベロシティ値は１２８段階の分解能（ＭＩＤＩ値０〜１２８）により音量を記述したデータである。ここで、与えられたベロシティ値すなわち打弦速度に対応する打鍵力（ソレノイド駆動信号）を決定する方法としては、従来から知られる適宜の方法を適用してよい。例えば、基準となる所定の鍵盤楽器２にて予め作成された「ＭＩＤＩ／ＴＤ変換基準テーブル」を当該自動演奏装置１の設計時に組み込んでおき、これを利用する方法を適用することができる。

ステップＳ１２では前記ステップＳ１１にてセットされたソレノイド駆動信号ＴＤにより打鍵駆動部１２（キーナンバＫｎ＝１に対応するソレノイド）を駆動することで、対応する鍵を打鍵駆動する。そして、ステップＳ１３において、音量検出センサ１３、１４及び１５が検出した音量値ｖｏｌに基づき、鍵盤楽器２における発音の有無を調べる。発音が無ければ（ステップＳ１３のｎｏ）、ステップＳ１４にて、ソレノイド駆動信号ＴＤの値を増加させる。すなわち、１段階大きいベロシティ値に対応するソレノイド駆動信号を新規ＴＤとする。

上記ステップＳ１２〜Ｓ１４により発音の有無を調べながらソレノイド駆動信号ＴＤの値を漸増させてゆき、鍵盤楽器２にて発音が行なわれるまで、即ち音量検出センサ１３、１４及び１５により発音音量を検知するまで、ステップＳ１２〜Ｓ１４のループを繰り返す。そして、初めて発音が検出されたＴＤ（ステップＳ１３、Ｓ１４のｙｅｓ）の値、即ち当該鍵盤楽器２にて最小音量を発音させるソレノイド駆動信号ＴＤをＴＤｍｉｎとして記憶する（ステップＳ１６）。

続いて、最大音量に対応するソレノイド駆動信号ＴＤの定義を行う。すなわち、ステップＳ１２〜Ｓ１４のループを繰り返して、ソレノイド駆動信号ＴＤの値を最大値ＴＤｍａｘまで増加させる（ステップＳ１７のｙｅｓ）。最大値ＴＤｍａｘについては、自動演奏装置１の打鍵駆動部１２を構成する電磁ソレノイドの仕様等に応じて供給可能な最大電流値が規定されているので、この最大電流値に準じる値となる。そして、ステップＳ１８においてＴＤｍａｘの値を記憶する。

前記ステップＳ１６で記憶したＴＤｍｉｎが当該自動演奏装置１が鍵盤楽器２に発音させる最小音量に対応するソレノイド駆動信号、前記ステップＳ１８で記憶したＴＤｍａｘが同最大音量に対応するソレノイド駆動信号となる。ステップＳ１９ではＴＤｍｉｎ，ＴＤｍａｘにより規定された音量幅を１２８段階に補正することで、ＴＤｍｉｎ，ＴＤｍａｘにより規定された音量幅をＭＩＤＩデータのベロシティ値（ＭＩＤＩ値）の１２８段階の数値範囲に対応づける。これにより、鍵盤楽器２の動特性に基づき音量幅（ダイナミックレンジ）を定義することができる。言い換えれば、前記「ＴＤ／ＭＩＤＩ変換基準テーブル」を当該鍵盤楽器２に固有の動特性に基づき補正する。

そして、ステップＳ２０，Ｓ２１により、キーナンバのパラメータＫｎを順次インクリメントして、上記のステップＳ１１〜Ｓ１９の処理を８８個の鍵の全てについて行なう。以上により、キーナンバＫｎ＝１〜８８の全ての鍵について図４に示す音量幅学習処理を行なうことができる。

次ぎに、図５に示す音量学習処理について説明する。この処理は、ソレノイド駆動信号ＴＤと該ソレノイド駆動信号ＴＤに基づく打鍵駆動により鍵盤楽器２において実際に発音されるべき音量値ｖｏｌとの対応関係を、音量検出センサ１３、１４及び１５の実測値に基づき学習する処理である。
ステップＳ２２において、キーナンバのパラメータＫｎ＝１にセットして、以下、当該キーナンバＫｎ＝１について音量学習処理の定義を実行する。ステップＳ２３において、ソレノイド駆動信号ＴＤとして前記図４の処理で求めたレノイド駆動信号の最小値ＴＤｍｉｎの値をセットする。ステップＳ２４では、前記ステップＳ２３でセットしたソレノイド駆動信号ＴＤｍｉｎにより打鍵駆動部１２（キーナンバＫｎ＝１に対応するソレノイド）を駆動して、対応する鍵を打鍵駆動する。そして、ステップＳ２５において、前記ステップＳ２４の打鍵駆動に応じて鍵盤楽器２から発音された楽音の音量に対応する音量検出センサ１３、１４及び１５からの出力信号を取り込み、音量検出センサ１３、１４及び１５から供給された出力信号のピークホールド値に対応する音量値ｖｏｌを取得する。

ステップＳ２６において、制御部１０は、図７（ａ）に示す「音量／ＭＩＤＩテーブル」を参照して、前記音量値ｖｏｌに対応するＭＩＤＩデータ（ベロシティ値）を得る。図７（ａ）に示す「音量／ＭＩＤＩテーブル」は、ＭＩＤＩデータのベロシティ値（１２８段階のＭＩＤＩ値）と音量値ｖｏｌとを対応付けたテーブルであって、基準となる所定の鍵盤楽器２にてハンマセンサ等の高度なセンサを用いて測定したデータに基づき作成され、当該自動演奏装置１の設計時に予め組み込まれるものとする。ステップＳ２７では、前記ステップＳ２４にてソレノイド駆動に使用したＴＤと、前記ステップＳ２６で求めたベロシティ値のペアーを記憶する。

そして、ステップＳ２８，Ｓ２９により、ソレノイド駆動信号ＴＤの値を順次インクリメントすることで、前記図４の処理で定義したレノイド駆動信号の最小値ＴＤｍｉｎから最大値ＴＤｍａｘまでの１２８段階の全てのＴＤについて、ソレノイド駆動信号ＴＤと、当該ＴＤによる打鍵駆動に応じて実測した音量値ｖｏｌに対応するＭＩＤＩデータ（ベロシティ値）とのペアーを記憶する。これにより、ＴＤｍｉｎからＴＤｍａｘまでの範囲のＴＤについて、ソレノイド駆動信号ＴＤと鍵盤楽器２にて実際に発音された音量値ｖｏｌに対応するベロシティ値（１２８段階のＭＩＤＩ値）との対応関係を記述した再生テーブル（「ＴＤ／ＭＩＤＩテーブル」）を作成することができる。「ＴＤ／ＭＩＤＩテーブル」の一例を図７（ｂ）に示す。この「ＴＤ／ＭＩＤＩテーブル」は、当該鍵盤楽器２において実測された音量値ｖｏｌに基づき作成されるので、ＴＤとＭＩＤＩデータ（ベロシティ値）の対応関係を該鍵盤楽器２に固有の動特性に基づき定義したものとなる。

そして、ステップＳ３０，Ｓ３１により、キーナンバパラメータＫｎを順次インクリメントして、上記のステップＳ２３〜Ｓ２９の処理を８８個の鍵の全てについて行なう。以上により、キーナンバＫｎ＝１〜８８の全ての鍵について、図７（ｂ）に示す「ＴＤ／ＭＩＤＩテーブル」を作成することができる。この音量学習処理により作成された各鍵毎の「ＴＤ／ＭＩＤＩテーブル」はメモリ１１に記憶される。

次ぎに、図６に示すタイミング学習処理について説明する。この処理は、ソレノイド駆動信号ＴＤと、ソレノイド駆動開始タイミングに対する実際の打弦タイミングの遅延時間（時間差）との対応関係を、音量検出センサ１３、１４及び１５の実測値に基づき学習する処理である。
ステップＳ３２において、キーナンバのパラメータＫｎ＝１にセットして、以下、当該キーナンバＫｎ＝１についてタイミング学習処理を実行する。ステップＳ３３において、ソレノイド駆動信号ＴＤとして前記図４の処理で求めたレノイド駆動信号の最小値ＴＤｍｉｎの値をセットする。ステップＳ３４では、前記ステップＳ３３でセットしたソレノイド駆動信号ＴＤｍｉｎにより打鍵駆動部（キーナンバＫｎ＝１に対応するソレノイド）１２を駆動して、対応する鍵を打鍵駆動する。そして、ステップＳ３５において、前記ステップＳ３３の打鍵駆動に応じて鍵盤楽器２から発音された楽音の音量に応じた音量検出センサ１３、１４及び１５の出力信号を取り込み、該取り込んだ出力信号に基づく発音タイミングのデータを取得する。発音タイミングは前記図２に示す通りハンマ２２の打弦タイミングに相当する。

ステップＳ３６では、前記ステップＳ３４におけるソレノイド駆動信号ＴＤの駆動開始タイミングと、前記出力信号に基づく発音タイミング（打弦タイミング）の時間差を測定する。ここで測定する時間差は、前記図２に示す通り、ソレノイド駆動信号ＴＤの駆動開始タイミングＴＤｏｎに対する発音タイミング（打弦タイミング）の遅延時間である。そして、ステップＳ３７では、前記ステップＳ３４にてソレノイド駆動に使用したＴＤと、前記ステップＳ３６にて測定した時間差のペアーを記憶する。

そして、ステップＳ３８，Ｓ３９により、ソレノイド駆動信号ＴＤの値を順次インクリメントすることで、前記図４の処理で定義したレノイド駆動信号の最小値ＴＤｍｉｎから最大値ＴＤｍａｘまでの１２８段階の全てのＴＤについて、ソレノイド駆動信号ＴＤと、当該ＴＤの駆動開始と発音タイミングとの時間差とのペアーを記憶する。
これにより、ＴＤｍｉｎからＴＤｍａｘまでの範囲のＴＤについて、ソレノイド駆動信号（駆動開始タイミング）に対する実際の発音タイミング（打弦タイミング）の時間差を記述した再生テーブル（「ＴＤ／時間差テーブル」）を作成することができる。「ＴＤ／時間差テーブル」の一例を図７（ｃ）に示す。この「ＴＤ／時間差テーブル」は、当該鍵盤楽器２において実測された発音タイミングに基づき作成されるので、ソレノイド駆動信号ＴＤと、ソレノイド駆動信号（駆動開始タイミング）に対する実際の発音タイミングの時間差との対応関係を該鍵盤楽器２に固有の動特性に基づき定義したものとなる。

そして、ステップＳ４０，Ｓ４１により、キーナンバパラメータＫｎを順次インクリメントして、上記のステップＳ３３〜Ｓ３９の処理を８８個の鍵の全てについて行なう。以上により、キーナンバＫｎ＝１〜８８の全ての鍵について、図７（ｃ）に示す「ＴＤ／時間差テーブル」を作成することができる。このタイミング学習処理により作成された各鍵毎の「ＴＤ／時間差テーブル」はメモリ１１に記憶される。

前記図３のステップＳ３における自動演奏処理において、制御部１０は、再生すべき演奏情報として与えられたＭＩＤＩベロシティ値に対応するソレノイド駆動信号ＴＤを、当該演奏情報が指示する音高の鍵に対応する「ＴＤ／ＭＩＤＩテーブル」（図７（ｂ）参照）から読み出す。これにより、前記音量学習処理の結果により、当該再生に使用する鍵盤楽器２に固有の動特性に基づき修正されたソレノイド駆動信号ＴＤを得ることができる。また、制御部１０は、「ＴＤ／時間差テーブル」（図７（ｃ）参照）から前記ソレノイド駆動信号ＴＤに対応する時間差（発音タイミング（打弦タイミング）の遅延時間）を読み出して、前記再生すべき演奏情報として与えられたＭＩＤＩデータの発生タイミング（ノートオンタイミング）と該読み出した時間差とに基づき、ソレノイド駆動開始タイミングを設定できる。これにより、前記タイミング学習処理の結果により、当該再生に使用する鍵盤楽器２に固有の動特性に基づき修正されたソレノイド駆動開始タイミングを得ることができる。このように、演奏情報の再生時において、打鍵駆動部１２を駆動するためのソレノイド駆動信号を音量学習処理及びタイミング学習処理の結果に基づき修正して、再生に使用する鍵盤楽器２に固有の動特性に基づく最適な自動演奏制御を行なうことができる。

以上説明した通り、この実施例に係る自動演奏装置１によれば、音量検出センサ１３、１４及び１５を用いて鍵盤楽器２にて発生した楽音の音量（打弦情報）を検出し、図５に示す音量学習処理により、ソレノイド駆動信号ＴＤと、該ＴＤに応じて鍵盤楽器２において実際に発音される楽音の音量値ｖｏｌとの対応関係をテーブル化（「ＴＤ／ＭＩＤＩテーブル」）することで該鍵盤楽器２に固有の動特性に基づく音量学習を行ない、また、図６に示すタイミング学習処理により、ソレノイド駆動信号ＴＤに対する鍵盤楽器２での実際の発音タイミング（打弦タイミング）の時間差をテーブル化（「ＴＤ／時間差テーブル」）することで該鍵盤楽器２に固有の動特性に基づくタイミング学習を行なうことができる。従って、演奏情報の再生時においては、打鍵駆動部１２を駆動するためのソレノイド駆動信号を音量学習処理及びタイミング学習処理の結果に基づき適切に修正して、鍵盤楽器２毎の動特性に最適な自動演奏を行なうことができる。よって、鍵盤楽器２に外付けされる自動演奏装置１において自動演奏の再生性能・精度を向上させることができるという優れた効果を奏する。

また、自動演奏装置１は、不特定多数の鍵盤楽器に対して組み付けられる可能性があり、それら鍵盤楽器のサイズ、機種等は多様である。上記実施例に係る自動演奏装置１において、ユーザは任意に「打弦再生学習」の動作の開始を指示できる（図３のステップＳ３）ので、自動演奏装置１を新規の鍵盤楽器２に取り付けた際に、当該鍵盤楽器２について「打弦再生学習」を行なわせることができるようになる。従って、自動演奏装置１を取り付けた鍵盤楽器毎に、最適な自動演奏の再生を行なうことができるようになる。また、音量検出センサ１３、１４及び１５の取り付け構成は簡易であり、更には個々のセンサ単価が低廉であるため、低コスト且つ簡単な構成で自動演奏装置１を実現することができる。

上記実施例においては、鍵盤楽器２を自動演奏するための自動演奏装置１において、音量検出センサ１３、１４及び１５を具備することで、鍵盤楽器２にて発音された楽音の音量に基づき図４〜図６に示す打弦再生学習を行なえるようにする構成を示した。しかしながら、この発明に係る音量検出センサ１３、１４及び１５により検出した音量に基づき打弦再生学習を行なうという技術思想は、上記の自動演奏装置１に適用する構成のみならず、例えば、自動演奏ピアノであって、キーセンサやハンマセンサを持たない再生専用モデルに適用する構成においても有効である。図８はこの発明の別の実施形態として、キーセンサやハンマセンサを実装しない再生専用モデルの自動演奏ピアノにおいて音量検出センサを具備する構成を説明するための図である。

図８において、自動演奏ピアノ１００には、鍵１０１と、アクション機構１０２と、ハンマ１０３と、弦１０４と、ダンパ１０５と、弦１０４の振動に応じた楽音を発生させる響板１０６を含む発音機構と、マイクロコンピュータを含む制御部１０７と、メモリ１０８と、打鍵駆動部１０９と、該打鍵駆動部１０９に電流信号を与えるＰＷＭドライバ１１０と、響板１０６から発生する楽音の音量を検出するための音量検出センサである響板センサ１１１、弦振動センサ（電磁ピックアップ）１１２及びマイクロフォン１１３とを含む自動演奏機構とが内蔵されている。響板センサ１１１、弦振動センサ１１２及びマイクロフォン１１３の出力信号はアンプ１１４を介して適宜増幅され、ＡＤ変換器１１５にてディジタル信号に変換された後、制御部１０７に供給される。これら各構成要素の動作は図１〜図７を参照して既に説明したものと同様である。

ここに示す再生専用モデルの自動演奏ピアノとは、比較的価格低廉且つ構成簡易な点に特長がある。図８に示す音量検出センサ、特に響板センサ１１１やマイクロフォン１１３は、楽器１台あたり１つだけ設置すればよく、また、センサの取り付け構成が簡易であり、更には個々のセンサ単価が低廉であるという点で有利である。従って、再生専用モデルの自動演奏ピアノの音量検出センサとして、響板センサ１１１、弦振動センサ１１２或いはマイクロフォン１１３の少なくとも何れか１つを具備すれば、低コスト且つ簡易な構成でありながら、当該自動演奏ピアノにて実測した音量値に基づく打弦情報を取得して、該取得した打弦情報に基づく打弦再生学習を行なうことができるようになる。すなわち、ハンマセンサやキーセンサを実装しない再生専用モデルの自動演奏ピアノにおいて、自機に固有の動特性に基づく打弦再生学習を行い、自動演奏の再生性能を向上させることができるようになる。

なお、上記実施例においては、音量検出センサとして響板センサ１３、弦振動センサ１４及びマイクロフォン１５の３つのセンサを具備する構成を示したが、音量検出センサとして。これら３つのセンサのうち少なくとも１つ具備されていれば、この発明の実施に差し支えない。また、音量検出センサとしては、上記実施例に示した形式のセンサに限らず、発音された楽音の音量を検出できるセンサでさえあれば、従来から知られるどのような形式のセンサを適用してもよい。

また、上記実施例においては、打弦再生学習として、図５に示す音量学習と図６のタイミング学習との双方を行なう例について説明したが、何れか一方の処理のみを実行する実施態様であってもよく、また、ユーザにおいて実行する打弦再生学習の内容（音量学習を行なうかタイミング学習を行なうか）を選択できてもよい。
また、打弦再生学習の実行時に、外部の基準音量測定器（音圧計）を用いて測定した音量値と、自動演奏装置１（又は自動演奏ピアノ１００）に具備された音量検出センサにより実測した音量値とを対比させることで、個々のピアノにおいてばらつきが生じうる絶対音量とＭＩＤＩ値との補正を行なうことも可能となる。

また、上記実施例においては、学習結果に基づきソレノイド駆動信号ＴＤを修正することで図５に示す音量学習と図６のタイミング学習を自動演奏に反映させるようにしたが、これに限らず、学習結果を自動演奏制御に反映させる方法としては、どのような方法を適用してもよい。例えば、ソレノイド駆動信号ＴＤをＰＷＮ信号（電流信号）に変換する際のデューティ比を学習結果に基づき修正するようにしてもよい。また、演奏情報記録機能と、ハンマの打弦速度や鍵の押鍵速度を検出する手段とを更に有するものにおいては、演奏情報記録時に検出したハンマの打弦速度や鍵の押鍵速度を学習結果に基づき修正するようにしてもよい。学習結果を自動演奏に反映させる方法としては他にも種々のバリエーションが考えられる。

また、上記実施例に示す自動演奏装置１において更にペダル駆動部を具備する構成を適用してもよい。また、上記実施例においては、この実施例に係る自動演奏装置１を取り付ける鍵盤楽器２としてグランドピアノ型のアコースティックピアノを例に挙げたが、これはアップライトピアノであってもよい。また、これに限らず、鍵盤を打鍵駆動することで楽音の発音を行なう鍵盤楽器であれば、アコースティックピアノに限らず、所謂電子ピアノ等の電子鍵盤楽器にこの実施例に係る自動演奏装置１を取り付けて使用することも可能である。

この発明の一実施例に係る自動演奏装置と該自動演奏装置を取り付けた鍵盤楽器の概略構成を示すブロック図。同実施例に係る自動演奏装置による打鍵駆動に応じた各部の動作と音量検出センサの出力信号の関係を説明するタイミングチャートであって、（ａ）は当該打鍵駆動に対応するノートオンタイミングとノートオフタイミング、（ｂ）は打鍵軌道、（ｃ）はハンマ打弦運動の軌道、（ｄ）は（ｃ）の打弦運動に応じた音量検出センサの出力信号、（ｅ）はソレノイド駆動信号(電流信号の波形。同実施例に係る自動演奏装置におけるメイン処理の手順の一例を示すフローチャート。同実施例に係る自動演奏装置における音量幅学習処理の手順の一例を示すフローチャート。同実施例に係る自動演奏装置における音量学習処理の手順の一例を示すフローチャート。同実施例に係る自動演奏装置におけるタイミング学習処理の手順の一例を示すフローチャート。同実施例に係る自動演奏装置において作成乃至利用される再生テーブルの構成例であって、（ａ）は所与の再生テーブルであって音量とＭＩＤＩデータ（ベロシティ値）の対応関係を示し、（ｂ）は音量学習により作成される再生テーブルであって、ソレノイド駆動信号とＭＩＤＩデータ（ベロシティ値）の対応関係を示し、（ｃ）はタイミング学習により作成される再生テーブルであって、ソノイド駆動信号と駆動開始タイミングに対する実際の発音タイミングの時間差との対応関係を示す。この発明の別の実施例として、キーセンサ乃至ハンマセンサを実装しない自動演奏ピアノにこの発明を適用する構成を説明するためのブロック図。

符号の説明

１自動演奏装置、２鍵盤楽器、１０制御装置、１１メモリ、１２打鍵駆動部、１３響板センサ（検出手段）、１４弦振動センサ（検出手段）、１５マイクロフォン、１６ＰＷＭドライバ、１７アンプ、１８ＡＤ変換器、２０鍵、２１アクション機構、２２ハンマ、２３弦、２４響板、２５ダンパ

Claims

複数の鍵を有する鍵盤楽器に対して着脱可能に外付けされる自動演奏装置であって、
駆動信号に基づき前記鍵を個別に駆動するための鍵駆動手段であり、前記鍵盤楽器が有する複数の鍵に対応する配列で複数の前記鍵駆動手段をユニット化したものと、
前記鍵盤楽器から発音された楽音の音量値を検出する検出手段と、
ＭＩＤＩベロシティ値と音量値の対応付けの基準となる鍵盤楽器において測定されたデータに基づき作成されたＭＩＤＩベロシティ値と音量値とを対応付けたテーブルを記憶しており、該テーブルに基づいて、前記検出手段により検出された音量値をＭＩＤＩベロシティ値に変換する変換手段と、
学習の開始を指示するための指示手段と、
前記指示手段からの指示に応じて、所定の駆動信号を出力して前記鍵駆動手段に鍵を駆動させ、該駆動に応じて発音された楽音の音量値を前記検出手段により検出し、該検出された音量値を前記変換手段によりＭＩＤＩベロシティ値に変換し、当該駆動信号と該変換手段により得たＭＩＤＩベロシティ値との対応関係を学習する学習手段と、
自動演奏を行うときに、前記学習手段による学習結果に基づいて、当該自動演奏に用いる前記駆動信号を修正する修正手段
を備えることを特徴とする自動演奏装置。
前記学習手段が、更に、前記指示手段からの指示に応じて、前記所定の駆動信号と前記検出手段により検出された音量値に基づき決定される楽音の発音タイミングとの対応関係を学習するものであることを特徴とする請求項１に記載の自動演奏装置。
前記検出手段は、前記鍵盤楽器に具備される響板の振動及び弦の少なくともいずれか一方の振動を、直接又は間接的に検出する振動検出手段であることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動演奏装置。