JP5104261B2 - 鍵盤楽器および鍵盤楽器の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、鍵盤楽器および鍵盤楽器の制御方法に関する。

従来、電子的に再生される音によって楽曲を演奏する電子楽器が知られており、これらの電子楽器においては電子的に音を再生しないアコースティック楽器と同じ感覚で演奏できることが求められている。特に、アコースティックピアノにおいては、鍵に連動して駆動するハンマーが弦をたたくことによって音を発生させており、このようなハンマーの駆動が鍵盤のタッチ感をもたらしている。一方、電子鍵盤楽器においてはセンサによって押鍵を検出して音を発生することが一般的であり、ハンマーや弦が不要である。従って、電子鍵盤楽器の鍵とアコースティックピアノの鍵とではタッチ感が異なる。そこで、アクチュエータを利用してアコースティックピアノのタッチ感を演出する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平４−２０４６９７号公報

上述した従来の電子鍵盤楽器においては、押鍵の強弱に的確に対応したタッチ感を再現することが困難であった。
すなわち、アコースティックピアノにおいてハンマーを駆動するとき、押鍵操作の初期にハンマーに対してエネルギーを与えると、押鍵操作の中盤以降ではハンマーが慣性によって動いて弦をたたく。従って、押鍵操作の初期においては、ハンマーを駆動するために重いタッチ感になり、ハンマーが慣性で動く段階では急激に軽いタッチ感になる。押鍵操作を行う演奏者は、前記押鍵操作の初期におけるハンマーの駆動に対する反作用に対応した力を鍵から感じるが、この反作用は演奏者が鍵に与える力によって著しく異なる。例えば、ピアニシモとフォルテシモとでは演奏者が鍵に与える力が著しく異なり、フォルテシモの場合には８Ｎにも達するような大きな反作用が生じる。

アコースティックピアノにおけるハンマーの駆動においては、静止したハンマーに運動を開始させる際の反作用が演奏者のタッチ感となるため、演奏者が鍵に与える力に応じて広い範囲で反作用が変化して微妙なタッチ感を演出する。しかし、電子鍵盤楽器にアコースティックピアノと同等のハンマー機構を組み込むと構成が極めて大がかりになってしまう。また、上述の特許文献１等のように、ソレノイド等のアクチュエータによってピアニシモからフォルテシモに対応した反作用を生成しようとすると、極めて大きな出力を発生可能な大きなアクチュエータが必要である。このため、各鍵の内部に各鍵に対して反作用を発生させるアクチュエータを組み込むことは不可能であり、実際に各鍵に対して組み込むことが可能なアクチュエータではメゾフォルテ程度の反作用を発生させることしかできなかった。
本発明は、前記課題に鑑みてなされたもので、押鍵の強弱に的確に対応したタッチ感を再現することを目的とする。

本発明にかかる鍵盤楽器は、鍵と当該鍵に対して初期位置に戻す復元力を作用させる復元力発生部材とを備え、押鍵による鍵の動作を検出して、当該鍵の動作の開始時点より遅い時点において当該鍵に対して前記復元力を低減する補助力を作用させる。すなわち、鍵に対して復元力発生部材による復元力を作用させる構成において、鍵の動作開始時点から補助手段による補助力の作用開始時点までに遅延時間を設ける構成とした。

この構成においては、鍵に対して復元力発生部材による復元力が作用しており、押鍵操作の初期（補助力発生前）においては、押鍵の力（例えば、静止した錘を運動させる際に必要な力）に対する反作用が演奏者のタッチ感となる。なお、錘には慣性があり全く錘がない場合の鍵の慣性と比較して極めて広い範囲の反作用を演奏者に対して与えることができる。従って、アコースティックピアノにおけるハンマーと同様に、押鍵の強弱に的確に対応したタッチ感を再現することができる。

また、復元力発生部材によって鍵に対して復元力を作用させる構成のみではこの復元力が鍵に対して作用し続けるので、押鍵操作の途中で軽いタッチ感を得ることはできない。そこで、本発明においては、押鍵による鍵の動作開始時点より遅い時点において補助力を作用させている。この結果、アコースティックピアノにおける押鍵操作の中盤以降にて急激に軽くなるタッチ感を再現することができる。以上により、押鍵操作の初期および中盤以降のいずれにおいてもアコースティックピアノのタッチ感を忠実に再現することができる。

ここで、前記鍵においては演奏操作を行うことができればよく、押鍵（演奏者による押し下げ操作）によって鍵が下方に移動し、離鍵（演奏者による押し下げ操作の解除）によって鍵が初期位置に復帰する機構であればよい。例えば、回動中心となる支持部にて鍵を支持し、ばね等の弾性体によって一定位置に復帰させる構成を採用可能である。以上の構成によれば、ピアノにおける鍵と同様の操作を実現している点で好ましいが、むろん、鍵においては押鍵による押し下げと離鍵による初期位置への復帰を実現していればよく、他の構成を採用しても良い。

復元力発生部材においては鍵に対して当該鍵を初期位置に戻す復元力を作用させることができればよく、上述のばね等の弾性体によって復元力を作用させる構成や、押鍵による鍵の動作が錘に対して重力と反対向きの力をさせるように鍵と錘とを連係させる機構を採用可能である。例えば、後者においては、上述のように鍵を回動中心に支持する構成において、鍵の下部にて錘を回動可能に支持し、押鍵によって鍵が錘の一端を押す構成とすれば、錘の自重によって鍵に対して復元力を作用させることができる。むろん、押鍵によって錘を押す構成のみならず、鍵の支点より前方に鍵と一体に錘を取り付ける等、鍵に取り付けた錘を押鍵によって引き上げる構成であってもよく、ほかにも種々の構成を採用可能である。

なお、復元力発生部材においては鍵に対して復元力を作用させるが、この復元力を演奏の強弱に応じた反作用とするために、アコースティックピアノにおけるタッチを再現できる復元力（例えば、当該タッチを再現できる重さの錘）とすればよい。すなわち、アコースティックピアノにおける初期の押鍵操作にてハンマーが鍵に対して与える反作用と同等の反作用を作用させることができるように本発明における復元力（錘の重さ等）を設定すればよい。

動作検出手段は鍵の動作を検出し、この結果、少なくとも鍵の動作が開始したことを検出することができればよい。すなわち、本発明においては補助手段によって鍵の動作開始より後に補助力を作用させることができるように、鍵の動作を検出することができればよい。従って、鍵の位置、速度、加速度など各種の状態によって動作を検出することが可能であり、検出対象の状態に対応した各種のセンサを採用可能である。

補助手段においては、鍵の動作開始時点より後のタッチを軽くすべき時点に至ったことを認識し、また、前記復元力を低減する補助力を作用させることができればよい。鍵の動作開始時点は動作検出手段によって検出することができるので、この検出時点に対して遅延を与え、より遅い時点で補助力を発生すればよい。この時間間隔に相当する遅延時間はアコースティックピアノの押鍵の初期からハンマーが慣性で移動し始める時点（上述の押鍵操作の中盤）までに対応した時間間隔であればよく、予め決定されていればよい。むろん、当該遅延時間は一定である構成に限定されず、鍵の動作等によって変動させても良い。

さらに、補助手段における補助力は、前記復元力を低減する力であればよいので、前記復元力発生部材に対して復元力の逆向きの成分を含む力を作用させても良いし、前記鍵に対して押鍵の力と同じ向きの成分を含む力を作用させてもよく、種々の手法を採用可能である。むろん、補助力は種々の機構によって発生させることが可能であり、例えば、ソレノイドを利用したアクチュエータ等を採用可能である。

なお、上述のように前記遅延時間を鍵の動作によって変動させる際の好ましい構成例として、鍵の速度に応じて遅延時間（前記鍵の動作の開始時点から前記補助力を作用させる時点までの時間間隔）を変動させる構成を採用可能である。すなわち、鍵の速度は演奏操作における押鍵の強弱に対応しており、アコースティックピアノにおいては押鍵の速度に応じてハンマーの速度が変動し、タッチ感が軽くなるタイミングも変動し得る。そこで、動作検出手段によって鍵の速度を検出し、当該鍵の速度に応じて前記遅延時間を変動させる構成とすれば、演奏操作における押鍵の強弱に的確に対応したタイミングでタッチ感を軽くするための補助力を発生することができる。

なお、鍵の速度と遅延時間とは予め対応付けられており、アコースティックピアノにおけるハンマーの動作に対応したタイミングでタッチ感が軽くなるように設定されていればよい。このための構成例として、例えば、鍵の速度が遅いほど前記遅延時間を長くする構成とすれば、演奏操作における押鍵の強弱に的確に対応したタイミングでタッチ感を軽くするための補助力を発生することができる。むろん、ここでは鍵の速度に応じて遅延時間を線形的に変化させても良いし、非線形的に変化させてもよく、アコースティックピアノにおける押鍵の速度とタッチ感の変化を反映して前記速度と前記遅延時間との関係を設定すればよい。

さらに、補助手段によって補助力を発生させる際の構成例として、押鍵によって鍵に作用する押鍵力が一定になるように補助力を制御する構成を採用可能である。すなわち、アコースティックピアノにおいては上述のように押鍵操作の中盤以降でハンマーが慣性によって移動してタッチ感が軽くなるが、補助力を作用させた後、押鍵力が一定となるように補助力を制御するとこの感覚を再現することができる。そこで、押鍵力が一定になるように補助力をフィードバック制御すれば、アコースティックピアノのタッチ感を容易に再現することができる。

なお、押鍵力を一定に制御する際にはアコースティックピアノにおいてハンマーが慣性によって移動するようになった状態以後の押鍵に必要な力を予め設定しておけばよく、例えば、アコースティックピアノにおいてその力を測定するなどして押鍵力を設定することができる。また、押鍵力検出手段は、演奏者が鍵に対して作用させる押鍵力を検出することができればよく、例えば、鍵の表面に取り付けた感圧センサであっても良いし、鍵の動作を測定するセンサによって鍵の運動を示す情報を取得し、鍵の質量や支持中心等の物理量を用いて計算してもよく、種々の構成を採用可能である。

さらに、ストッパによって押鍵による鍵もしくは復元力発生部材の移動を規制して停止させる構成において、鍵もしくは復元力発生部材がストッパに当接し、移動が規制されて停止しているときの補助力を制御しても良い。すなわち、アコースティックピアノにおいても鍵は一定量の移動後に停止するように構成されているが、アコースティックピアノにおいて鍵が停止している段階はハンマーによる打弦は終了しており、ハンマーは初期位置に戻る過程あるいは戻っている状態にある。従って、この状態に鍵を維持する場合には極めて軽い力が必要になるのみである。

一方、本発明においては、前記復元力を復元力発生部材によって発生させており、この復元力発生部材はフォルテシモによる演奏であってもアコースティックピアノのタッチ感を得られる復元力を発生しているため、鍵もしくは復元力発生部材がストッパに当接し移動が規制されて停止した後において復元力発生部材の復元力をそのまま作用させると、鍵を押し切った状態で維持するために必要な力はアコースティックピアノにおいて必要になる力より大きくなってしまう。

そこで、鍵もしくは復元力発生部材がストッパに当接し、移動が規制されて停止しているときに復元力発生部材による復元力より小さな補助力で補助を行えば、鍵を押したままで維持するために必要な力を小さくすることができ、鍵もしくは復元力発生部材がストッパに当接し、移動が規制されて停止した状態であってもアコースティックピアノによるタッチ感を再現することができる。なお、ストッパにおいては、鍵や復元力発生部材に当接してこれらの移動を規制することができればよい。

また、鍵もしくは復元力発生部材がストッパに当接し、移動が規制されて停止しているときに作用させる補助力は、前記復元力を低減することができる力であればよく、補助力と復元力との合力がアコースティックピアノにおいて鍵を押切の状態に維持するために必要な力と略等しくなるように設定することが好ましい。むろん、上述のように押鍵力が一定になるように補助力を制御する構成において、当該一定の押鍵力と前記復元力より小さな補助力とが等しくなるように構成してもよい。この構成によれば、押鍵力が一定になるように補助力をフィードバック制御して鍵が押切状態に到達した後、補助力を維持するのみで上述のような小さな補助力で鍵を押切の状態に維持できるようにすることが可能である。

さらに、復元力発生部材によって鍵に対して復元力を与える鍵盤楽器において、復元力を低減する補助力の発生タイミングを鍵の動作開始時点より遅らせる手法は、鍵盤楽器の制御プログラムや方法としても適用可能である。また、一部がソフトウェアであり一部がハードウェアであったりするなど、適宜、変更可能である。さらに、合流案内装置を制御するプログラムの記録媒体としても発明は成立する。むろん、そのソフトウェアの記録媒体は、磁気記録媒体であってもよいし光磁気記録媒体であってもよいし、今後開発されるいかなる記録媒体においても全く同様に考えることができる。

ここでは、下記の順序に従って本発明の実施の形態について説明する。
（１）鍵盤楽器の構成：
（２）補助力制御処理：
（３）他の実施形態：

（１）鍵盤楽器の構成：
図１は本発明にかかる鍵盤楽器の概略構成を示すブロック図であり、鍵およびその下部の機構と制御系の構成とを示している。図１においては、鍵盤楽器１０を鍵部１１と制御部１２とで示している。鍵部１１は複数の鍵（例えば、８８個）の各鍵について備えられた機構やセンサ等にて構成され、制御部１２は当該複数の鍵や音声の出力等を制御する回路等にて構成されている。なお、本明細書においては、鍵盤楽器１０に関する上下左右の方向を鍵盤楽器１０の演奏者から見た方向として定義し、演奏者の視線方向を前、逆向きを後とする。

鍵部１１においては、図１に示すように鍵２０と錘２１と備えている。鍵２０は、鍵盤楽器１０の前後方向に長く外形が略矩形の構造であり、鍵盤楽器１０の左右方向に複数の鍵が並べられている。鍵２０は鍵盤楽器１０の前側において回転軸２０ａにて支持されており、当該回転軸２０ａを回転中心にして回動することが可能である。また、鍵２０の後側の下部には下方に向けて突出する突出部２０ｂが形成されている。

一方、錘２１は棒状部材２１ａと回動部２１ｂとを備えており、当該棒状部材２１ａと回動部２１ｂとが連結されることによって構成されている。棒状部材２１ａは一方向に長く比較的質量の大きい（例えば金属）材料にて構成された部材であり、一方の端部は屈曲され、後述するストッパに当接する部位となっている。棒状部材２１ａにおける他方の端部は回動部２１ｂに連結される。

回動部２１ｂは一方向に長い部材であり、その前後方向における略中央が回転軸２１ｃにて支持されている。従って、棒状部材２１ａと回動部２１ｂとが連結された錘２１は当該回転軸２１ｃを回転中心にして回動することが可能である。また、回動部２１ｂにおいて棒状部材２１ａと反対側の端部は上述の鍵２０の突出部２０ｂが当接するように形成されている。従って、鍵２０を押鍵すると当該鍵２０が回動し、この回動に伴って突出部２０ｂが回動部２１ｂを押し下げる。この結果、棒状部材２１ａが上方に向けて回動する。

一方、鍵２０の前側にはストッパ２２ａ，２２ｂが設けられており、上記棒状部材２１ａの回動範囲内においてストッパ２２ａ，２２ｂがそれぞれ上下に並べて配置されている。従って、棒状部材２１ａが図１における上方に向けて回動したときには、図２に実線で示すように当該棒状部材２１ａの屈曲部がやがてストッパ２２ａに突き当たり、それ以上は回動しない。また、棒状部材２１ａが図１に示す下方に向けて回動したときには、図２に破線で示すように当該棒状部材２１ａの屈曲部がやがてストッパ２２ｂに突き当たり、それ以上は回動しない。すなわち、錘２１の回動範囲はストッパ２２ａ，２２ｂに規制されている。

回動部２１ｂを支持する回転軸２１ｃは、上述のように回動部２１ｂの前後方向の略中央に位置しており、錘２１を全体としてとらえると回転軸２１ｃは錘２１の後方寄りに位置する。また、上述のように棒状部材２１ａは比較的質量の大きい材料によって構成されており、錘２１の質量は回転軸２１ｃより前側の方が後側より大きい。

従って、上述の回動範囲内においては、下方に向けて回動しようとする力（図２に示すベクトルＦｇ）が錘２１に対して常に作用している。この力は回動部２１ｂおよび突出部２０ｂを介して鍵２０に伝達されるので、鍵２０に対しては図１の上方に向けて回動しようとする力（図２に示すベクトルＦｒ）が常に作用している。従って、押鍵していない場合には棒状部材２１ａがストッパ２２ｂに当接するまで鍵２０が上方に向けて回動する。すなわち、鍵２０に対しては、錘２１によって当該鍵２０を既定の位置に復帰させるための力が常に作用していることになる。

そこで、本実施形態においては鍵２０を既定の位置に復帰させるための力（図２に示すベクトルＦｇやベクトルＦｒ）を復元力と呼ぶ。また、棒状部材２１ａがストッパ２２ｂに当接している状態における鍵２０の位置（図１に示す鍵２０の位置）を初期位置、棒状部材２１ａがストッパ２２ａに当接している状態における鍵２０の位置（図２に実線で示す鍵２０の位置）を押切位置と呼ぶ。なお、図１に例示している鍵２０は鍵盤楽器１０における白鍵についての例であるが、むろん、黒鍵においても鍵の大きさが異なるものの他の構成についてはほぼ同様である。

アコースティックピアノを演奏するにあたり、鍵に作用させる押鍵力の範囲は極めて広範囲である。すなわち、アコースティックピアノにおいては、押鍵初期に鍵によって比較的質量の思いハンマーを駆動するので、押鍵に対する反作用としてハンマーの質量に応じた大きな力が得られる。そこで、鍵盤楽器１０にて押鍵初期にアコースティックピアノと同様のタッチ感を再現するために、本実施形態においては重い錘２１を採用している。

例えば、図２に示す例において、錘２１の質量に応じてベクトルＦｇやベクトルＦｒが得られるので、押鍵によって鍵２０を回動させるためには少なくともベクトルＦｒより大きな押鍵力（図２に示すベクトルＦｋ）で演奏をする必要がある。従って、錘２１の質量を大きくすることで、アコースティックピアノと同様の重いタッチ感を押鍵初期の段階で再現することができる。

なお、錘２１による復元力を鍵２０に対して作用させることなく、アクチュエータによって上述の重いタッチ感を再現しようとすると、アクチュエータが極めて大きくなってしまい、通常の大きさの鍵２０においてそれぞれの鍵２０の下方にアクチュエータを備えることができない。このため、鍵２０の下方にアクチュエータを組み込もうとすると出力の小さな小型のアクチュエータを利用する必要があり、充分に重いタッチ感を再現することができない（例えば、メゾフォルテ程度のタッチ感しか再現することができない）。

図３は、この様子を模式的に説明する説明図であり、横軸に押鍵後の時間、縦軸に押鍵力を示している。同図３においては、錘２１による復元力に抗して鍵を駆動するために必要な本実施形態における押鍵力をＦｋ₁として示しており、上述のように鍵２０の下方に組み込むことが可能なアクチュエータで再現可能な押鍵力をＦｋ₂として示している。ここで、Ｆｋ₁＞Ｆｋ₂であり、アクチュエータによって重いタッチ感を再現しようとしても充分に重いタッチ感を再現することができない。

一方、アコースティックピアノにおいては、押鍵の中盤以降でハンマーが慣性によって移動する段階になるとタッチ感が急に軽くなる。ところが、本実施形態においては錘２１によって鍵２０に対して復元力を作用させているので、この構成のみであると鍵２０に対して重い錘２１の質量に依存した復元力が常に作用してしまい、軽いタッチ感を再現することはできない。そこで、本実施形態においては、押鍵開始から遅延時間が経過した後にアクチュエータによって復元力を低減する補助力を作用させることとしている。

すなわち、鍵部１１においては複数の鍵２０のそれぞれの下方にアクチュエータ２３を備えており、当該アクチュエータ２３によって錘２１の自重と反対向き成分を含む補助力（例えば図２にて破線で示すベクトルＦｓ）を錘２１に作用させる。図３においてはこの様子も模式的に示しており、横軸を時間、縦軸を押鍵力として示している。本実施形態における押鍵力は図３に示す太線であり、補助力の作用を開始する時点ｔ₀から急激に押鍵力が小さくなる。

なお、図３において一点鎖線または二点鎖線は、鍵に対して錘による復元力を作用させない状態においてアクチュエータのみで鍵に作用させる力を制御する構成の例である。すなわち、押鍵初期段階で押鍵力Ｆｋ₂が必要になるようにアクチュエータを制御した後、単にアクチュエータの出力を小さくするのみでは押鍵中盤にて急激にタッチ感を軽くすることはできないし、二点鎖線に示すように、ある時点ｔ₀において急激にタッチ感を軽くしたとしてもタッチ感の変動幅が小さく、アコースティックピアノのタッチ感を正確に再現することはできない。従って、本実施形態のように、錘２１とアクチュエータ２３とを組み合わせる構成は、アコースティックピアノのタッチ感を正確に再現する上で極めて重要である。

なお、図１に示す例においてアクチュエータ２３はプランジャ２３ａを含むソレノイドであり、ドライバ２３ｂによって駆動される。すなわち、ドライバ２３ｂによって図示しないコイルに対して電流が印加され、この電流によってプランジャ２３ａの推力が制御されてこのプランジャ２３ａが錘２１に対して補助力を与える。

本実施形態においてはこの補助力を制御するため、図1に示すように鍵２０の速度を検出する鍵盤速度センサ（Ｋｖセンサ）２４を備えている。また、鍵２０の動作に応じた各種制御を実施するために、感圧センサ２５とアクチュエータ速度センサ（Ａｖセンサ）２３ｃと鍵スイッチ（鍵ＳＷ）２６とを備えている。

また、本実施形態においては前記補助力を制御するために補助力コントローラ３０を備え、鍵盤楽器１０の全体を制御するためにＣＰＵ３１，ＲＯＭ３２，ＲＡＭ３３を備えている。ＣＰＵ３１は、ＲＡＭ３３を一次記憶領域として利用しながらＲＯＭ３２に記憶されたプログラムを実行することが可能であり、補助力コントローラ３０による動作や後述する音源回路３４による音の出力を制御する。

Ｋｖセンサ２４は鍵２０の速度を検出するセンサであり、鍵２０の位置の微分や時間あたりの位置変化に基づいて鍵２０の速度を取得する。また、Ｋｖセンサ２４は鍵２０の速度に対応した信号を補助力コントローラ３０に対して出力する。なお、Ｋｖセンサ２４は、例えば、鍵２０に取り付けられた磁石の位置変化をコイルによって検出するセンサや光学式のセンサ等を採用可能である。

感圧センサ２５は鍵２０に対する圧力（押鍵力）を検出するセンサであり、鍵２０の表面に設けられている。感圧センサ２５は当該押鍵力に対応した信号を補助力コントローラ３０に対して出力する。なお、感圧センサ２５は、例えば、圧力によって電気的特性が変化する導電ゴムや指と鍵２０の表面との間の静電容量を検出するセンサ等によって構成可能である。

Ａｖセンサ２３ｃは、アクチュエータ２３におけるプランジャ２３ａの速度を検出するセンサであり、プランジャ２３ａの位置の微分や時間あたりの位置変化に基づいてプランジャ２３ａの速度に対応した信号を生成し、補助力コントローラ３０に対して出力する。なお、Ａｖセンサ２３ｃは、プランジャ２３ａの位置変化を検出するコイル等によって構成することができる。

補助力コントローラ３０は、上述の各種センサの出力信号に基づいてドライバ２３ｂに対して出力電流を指示し、当該ドライバ２３ｂに任意の電流を出力させることができる。すなわち、各種センサの出力値に基づいてアクチュエータ２３における補助力を制御することができる。

本実施形態において補助力コントローラ３０は、Ｋｖセンサ２４の出力信号を取得して鍵２０の動作が開始した時点を取得し、鍵２０の動作開始時点より後に補助力を作用させる。なお、ここでは、当該動作開始時点から補助力を作用させる時点までの時間間隔を遅延時間と呼ぶ。また、補助力コントローラ３０は、感圧センサ２５の出力信号を取得してドライバ２３ｂの出力電流を制御し、前記補助力の発生を開始してから鍵２０が押切位置に到達するまで押鍵力が一定になるように補助力をフィードバック制御する。

さらに、補助力コントローラ３０は、Ａｖセンサ２３ｃの出力信号を取得して鍵２０が押切位置に達したことを認識する。なお、本実施形態において補助力コントローラ３０は、上述のように押鍵力が一定になるように補助力を制御するが、この補助力は軽いタッチ感を実現するための力であるとともに、鍵２０が押切状態にあるときにその状態を小さな押鍵力で維持できるようにするための力でもある。

本実施形態においては、この補助力として錘２１による前記復元力より小さな力が設定してある。従って、大きな重量を有する錘２１の復元力の総てを指で支えることなく、僅かな力で押切位置を維持することが可能である。なお、ここでは鍵２０を押切位置に維持するための押鍵力（図３に示す力Ｆｋ₃）を錘２１による復元力より小さくすることができればよく、例えば、アコースティックピアノにおいて鍵を押切の状態に維持するために必要な力が補助力と復元力との合力に略等しくなるように補助力を設定すればよい。

図３における細線は鍵に対して錘による復元力を作用させるのみで、アクチュエータによる補助を実施しない場合の押鍵力を示している。この構成においては、当該図３の細線に示すように、鍵の押切位置において復元力を低減することができないので、押切状態においても大きな押鍵力Ｆｋ₄が必要であり、アコースティックピアノと非常に異なるタッチ感になってしまう。

さらに、鍵盤楽器１０は、複数の鍵２０の位置に対応した音程で音を出力するために、音源回路３４とデジタルアナログ変換器３４ａとアンプ３４ｂとスピーカー３４ｃとを備えており、鍵２０の位置に応じた音程の音を出力する。すなわち、鍵ＳＷ２６は、鍵２０の動作に対応した信号を出力するセンサであり、この信号は図示しないインタフェースを介してＣＰＵ３１に取得される。

ＣＰＵ３１は、この信号に応じて音程を選択して音源回路３４に指示し、音源回路３４は当該指示通りの音を示すデジタル信号をデジタルアナログ変換器３４ａに出力する。デジタルアナログ変換器３４ａは、当該デジタル信号を前記指示通りの音に対応した波形の信号に変換して出力する。アンプ３４ｂは当該波形の信号を増幅してスピーカー３４ｃに対して出力する。この結果、スピーカー３４ｃは、鍵２０の操作に応じた音を出力する。

（２）補助力制御処理：
次に、上述の構成における補助力の制御処理を説明する。図４は、補助力コントローラ３０によって実施される補助力の制御処理を示すフローチャートである。この処理は、鍵盤楽器１０の起動後に実施され、複数の鍵２０のそれぞれについて逐次実施されている。この処理において補助力コントローラ３０は感圧センサ２５の出力信号を取得し、感圧センサ２５にて検出した圧力が０でないと判別されるまで待機する（ステップＳ１００）。

感圧センサ２５にて検出した圧力が０でないと判別されたとき、補助力コントローラ３０はさらにＫｖセンサ２４の出力信号を取得し、Ｋｖセンサ２４にて検出した速度が０より大きいと判別されるまで待機する（ステップＳ１０５）。なお、本実施形態においては、Ｋｖセンサ２４による検出結果が正の速度である場合に鍵２０が下方に向けて回動していることを示し、負の速度である場合に鍵２０が上方に向けて回動していることを示している。ステップＳ１０５にてＫｖセンサ２４の検出速度が０より大きいと判別されたときには鍵２０が下方に向けて回動し始めたとして遅延時間を決定し（ステップＳ１１０）、補助力コントローラ３０は当該遅延時間が経過するまで待機する（ステップＳ１１５）。

ここで遅延時間は、押鍵による鍵２０の動作開始時点から補助力の作用を開始するまでの時間であり、本実施形態においては鍵２０の速度と遅延時間との対応関係が予め決められている。すなわち、本実施形態において図１に示すＲＯＭ３２には鍵２０の速度と遅延時間との対応関係を規定したテーブルが予め記録されており、補助力コントローラ３０は当該テーブルおよびＫｖセンサ２４の出力を参照して遅延時間を決定する。

図５は当該遅延時間を例示したグラフであり、本実施形態における遅延時間と鍵２０の速度との関係を実線にて示している。なお、このグラフにおいて横軸は鍵２０の速度であり、縦軸は遅延時間である。同図５の実線に示すように、本実施形態においては、鍵２０の速度が大きくなるほど遅延時間が短くなるように設定しており、鍵２０の速度に対して遅延時間が線形に変化するように設定してある。例えば、鍵２０の速度としてあり得るほぼ最大の速度Ｋｖ₁に対する遅延時間Ｔ₁を５ｍｓｅｃ、鍵２０の速度としてあり得るほぼ最小の速度Ｋｖ₀に対する遅延時間Ｔ₀を１０ｍｓｅｃなどと設定しておけばよい。

ステップＳ１１５にて遅延時間を経過したと判別されたときには補助力コントローラ３０がドライバ２３ｂを制御して電流を出力させる。この結果、アクチュエータ２３は補助力を錘２１に対して作用させる（ステップＳ１２０）。以上の処理によれば、鍵２０の速度が速ければ短い遅延時間の後に補助力の作用が開始され、鍵２０の速度が遅いほど長い遅延時間の後に補助力の作用が開始される。すなわち、鍵２０の速度が速い場合にはアコースティックピアノにおいてハンマーが速く駆動し、鍵２０が遅い場合と比較してタッチ感が軽くなるタイミングが早いので、上述のように鍵２０の速度が速いほど遅延時間を短くすることによってアコースティックピアノにおけるタッチ感を正確に再現することができる。

以上のようにして補助力を発生させると、次に、補助力コントローラ３０は感圧センサ２５の出力信号を取得し、感圧センサ２５にて検出した鍵２０に対する押鍵力が既定の値（α）であるか否かを判別する（ステップＳ１２５）。ステップＳ１２５にて押鍵力が既定の値であると判別されなければ、補助力コントローラ３０はドライバ２３ｂに対して出力電流を増加あるいは減少させる指示を行い、押鍵力を既定の値に近づける（ステップＳ１３０）。また、ステップＳ１２５にて押鍵力が既定の値であると判別された場合にはステップＳ１３０をスキップする。

次に、補助力コントローラ３０はＡｖセンサ２３ｃの出力信号を取得し、Ａｖセンサ２３ｃにて検出したプランジャ２３ａの速度が０となったか否かを判別し（ステップＳ１３５）、当該ステップＳ１３５にてプランジャ２３ａの速度が０になったと判別されるまでステップＳ１２５以降の処理を繰り返す。すなわち、ステップＳ１２５〜Ｓ１３５にて鍵２０に対する押鍵力が既定の値になるようにフィードバック制御を行う。

ステップＳ１３５にてプランジャ２３ａの速度が０になったと判別されると、鍵２０が押切位置に達しているので、さらに、補助力コントローラ３０はＫｖセンサ２４の出力信号を取得し、Ｋｖセンサ２４にて検出した速度が０より小さいと判別されるまで待機する（ステップＳ１４０）。すなわち、離鍵が開始されるまで待機する。このような離鍵の判別以前においては、上述のように押鍵力が既定の値になるようにフィードバック制御を行っており、本実施形態においてはステップＳ１３５にてループ処理を抜けた後においてもアクチュエータ２３にて発生している補助力を維持している。従って、鍵２０が押切位置に達し、かつ、離鍵が開始されていない状態において錘２１の復元力の総てを指で支えることなく僅かな力で押切位置を維持することが可能である。

ステップＳ１４０にてＫｖセンサ２４にて検出した速度が０より小さいと判別されると、補助力コントローラ３０はドライバ２３ｂを制御して電流の出力を中止させる（ステップＳ１４５）。従って、錘２１に対して補助力が作用しなくなり、鍵２０は錘２１による復元力で上方に回動する。そして、補助力コントローラ３０は、Ｋｖセンサ２４の出力信号を取得して鍵２０の速度が０になったと判別されるまで待機して処理を終える（ステップＳ１５０）。すなわち、鍵２０が初期位置に戻った段階で処理を終える。

（３）他の実施形態：
本発明においては、押鍵による鍵の動作開始時点より後に補助力を作用させることができればよく、上述の実施形態以外にも種々の構成を採用可能である。例えば、上述の実施形態においては、錘２１が鍵２０の下方で回動可能に支持される構成を採用しているが、錘２１は鍵２０に対して復元力を作用させることができればよく、図１において鍵２０の支持部より前側に錘を取り付け、当該図１において時計回り方向に力を作用させる構成を採用しても良い。

また、上述の実施形態においては、錘２１に対して補助力を作用させていたが、むろん、鍵２０に対して補助力を作用させても良い。さらに、上記実施形態において遅延時間は総ての鍵２０において共通としていたが、鍵２０の位置（音程）によって変更しても良い。むろん、補助力を鍵２０の位置によって変更しても良い。また、上述のＫｖセンサ２４は、鍵２０の位置に基づいて速度を検出するセンサであるが、むろん、速度を直接取得するセンサであっても良いし、加速度など他の物理量から速度を取得しても良い。さらに、このセンサにおいては鍵の動作が開始したことを検出すればよいので、速度ではなく位置や加速度によって動作の開始を検出しても良い。

さらに、上述の例においては、Ａｖセンサ２３ｃによってプランジャ２３ａの速度を検出してフィードバック制御をしていたが、Ｋｖセンサ２４の出力を利用してフィードバック制御をすることも可能である。さらに、補助力の制御はＣＰＵ３１によって実施しても良い。さらに、上述の遅延時間が鍵２０の速度に対して非線形に変化するように設定しても良い。例えば、図５の一点鎖線や二点鎖線のように速度に対して遅延時間が減少する構成であれば、両者の関係が非線形であっても良い。さらに、上述の実施形態においては、ステップＳ１２５〜Ｓ１３５における押鍵力が一定となるように補助力を制御し、押切状態に達した時点で鍵２０を小さな押鍵力で維持できるように補助力を制御しており、両者の補助力を同一の補助力としていたが、むろん両者が異なっていても良い。

鍵盤楽器の概略構成を示すブロック図である。 鍵の動作を示す図である。 押鍵力と時間との関係を示す図である。 補助力の制御処理を示すフローチャートである 遅延時間を示す模式図である。

符号の説明

１０…鍵盤楽器、１１…鍵部、１２…制御部、２０…鍵、２０ａ…回転軸、２０ｂ…突出部、２１…錘、２１ａ…棒状部材、２１ｂ…回動部、２１ｃ…回転軸、２２ａ，２２ｂ…ストッパ、２３…アクチュエータ、２３ａ…プランジャ、２３ｂ…ドライバ、２３ｃ…Ａｖセンサ、２４…Ｋｖセンサ、２５…感圧センサ、３０…補助力コントローラ、３４…音源回路、３４ａ…デジタルアナログ変換器、３４ｂ…アンプ、３４ｃ…スピーカー

Claims (6)

1. 演奏操作を行うための鍵と、
   前記鍵に対して当該鍵を初期位置に戻す復元力を作用させる復元力発生部材と、
   前記鍵の速度を検出する動作検出手段と、
   押鍵による前記鍵の動作の開始時点から前記鍵の速度に応じて変動する遅延時間が経過した時点において、前記復元力を低減する補助力を作用させる補助手段と、
   を備える鍵盤楽器。
2. 前記補助手段は、前記鍵の速度が遅いほど前記遅延時間を長くする、
   請求項１に記載の鍵盤楽器。
3. 前記復元力発生部材は、アコースティックピアノにおけるタッチを前記鍵にて再現する重さの錘であり、
   押鍵による前記鍵の動作が前記錘に対して重力と反対向きの力を作用させるように前記鍵と前記錘とを連係させる機構を備える、
   請求項１または請求項２のいずれかに記載の鍵盤楽器。
4. 前記押鍵によって前記鍵に作用する押鍵力を検出する押鍵力検出手段を備え、
   前記補助手段は前記押鍵力が一定になるように前記補助力を発生させる、
   請求項１〜請求項３のいずれかに記載の鍵盤楽器。
5. 前記復元力発生部材は、前記鍵の押鍵と連動して移動するように構成され、
   前記押鍵による前記鍵もしくは前記復元力発生部材の移動を規制するストッパを備えており、
   前記補助手段は、前記鍵もしくは前記復元力発生部材が前記ストッパに当接しているときに前記復元力より小さな補助力を作用させる、
   請求項１〜請求項４のいずれかに記載の鍵盤楽器。
6. 演奏操作を行うための鍵であって復元力発生部材によって初期位置に戻す復元力が与えられている鍵の速度を検出する動作検出工程と、
   押鍵による前記鍵の動作の開始時点から前記鍵の速度に応じて変動する遅延時間が経過した時点において、前記復元力を低減する補助力を作用させる補助工程と、
   を含む鍵盤楽器の制御方法。

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