JPH06149234A - 鍵盤楽器のハンマー動作検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ハンマー動作を連続的にかつ高い精度で検出
することができ、しかもその製造及び調整が容易な鍵盤
楽器のハンマー動作検出装置を提供すること。 【構成】 動作検出部１９は、ハンマーシャンク１３に
取り付けられて上方に突出するシャッター２１と、基板
１７にシャッター２１と対向して取り付けられて下方に
突出する光検出部２３とから構成されている。このシャ
ッター２１は半透明のプラスチックからなる板状の部材
であり、その下部になるほど光の透過量が少なくなる様
に下部の方が黒色が濃くされている。一方、光検出部２
３は、両壁部２３ａ，２３ｂが対向して平行に設けられ
ており、一方の壁部２３ａにはスポット状の光を照射す
る発光ダイオード２５が配置され、他の壁部２３ｂには
発光ダイオード２５から照射された光を受光し、その受
光量に応じた電圧信号を出力するフォトトランジスタ２
７が配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動演奏ピアノ
等のハンマーの動作を高精度に検出することができる鍵
盤楽器のハンマー動作検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば自動演奏ピアノ等の鍵
盤楽器においては、演奏状態の検出や記録或は演奏の再
生制御等のために、ハンマー速度等のハンマー動作の検
出が行われており、このハンマー動作を検出するために
各種の検出装置が提案されている。

【０００３】例えば、ハンマーシャンクに光の透過を
遮蔽するシャッターを取り付け、そのシャッターの動き
にしたがって、光の遮蔽或は透過がオンオフに切り換え
られる一対の透過型フィトインタラプタを取り付けた検
出装置が知られている。 または、近年では、ハンマーシャンクに光を照射する
とともに、照射した光の反射光を受光し、その受光した
光に応じて出される電気信号によってハンマーの動作を
検出する反射型フォトセンサを用いた検出装置が提案さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、これらの従
来の技術では、必ずしも正確にハンマー動作を検出でき
ず、好適ではなかった。つまり、前記の技術では、一
対のフォトインタラプタによる光の遮蔽時期の時間的ず
れに基づいてハンマー速度を検出し、このハンマー速度
から打弦強度を推定しているが、あくまで（２位置の）
離散的なデータによって打弦強度（ハンマーが弦を打つ
速度）を推定するものであるので、打弦強度を精密に検
出することはできなかった。

【０００５】即ち、打弦強度を理想的に検出するために
は、ハンマーが弦にぶつかる瞬間のハンマー速度を検出
しなければならないが、従来の方法では、ぶつかる以前
の２点間の平均速度しか求めることができないので、実
際の演奏に近い精密な演奏の記録を行なうことができな
いという問題があった。また、ハンマー速度を連続的に
検出できないので、ハンマー速度をフィードバック制御
して正確な再生制御を行なうことはできないという問題
もあった。

【０００６】また、前記の技術では、ハンマー速度を
連続的に検出することは可能であるが、反射型フォトセ
ンサを使用するので、実際にはその調整が難しく、必ず
しも現実的ではない。更に、反射型フォトセンサでは、
センサとハンマーとの距離がわずかでも違うと出力電圧
が大きく異なるので、各ハンマーごとのばらつきが大き
くなってしまうという問題もある。

【０００７】本発明は、前記課題を解決するためになさ
れ、ハンマー動作を連続的にかつ高い精度で検出するこ
とができ、しかもその製造及び調整が容易な鍵盤楽器の
ハンマー動作検出装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明は、図１に例示する様に、鍵盤楽器の各ハンマ
ー又はハンマーに連動する連動機構、或は該ハンマー又
は連動機構に対向する位置に取り付けられ、該ハンマー
又は連動機構の移動方向に沿って光の透過状態が連続的
に変化するシャッターＭ１と、該シャッターＭ１に光を
照射するとともにシャッターＭ１を透過した光を受光
し、この受光した光の状態に基づいて前記ハンマーの位
置に関する電気信号を出力する光検出手段Ｍ２と、該光
検出手段Ｍ２から出力された電気信号に基づいて、前記
ハンマーの位置を含む動作を検出する動作検出手段Ｍ３
と、を備えたことを特徴とする鍵盤楽器のハンマー動作
検出装置を要旨とする。

【０００９】ここで、前記鍵盤楽器としては、例えば自
動演奏ピアノ等の様に、ハンマーを用いて演奏を行なう
各種の鍵盤楽器が挙げられる。また、シャッターとして
は、その移動方向に対して、光の透過量が連続的に変化
するものが挙げられ、例えば、シャッターを半透明のフ
ィルタで構成し、その濃淡が徐々に変化するもの，シャ
ッターの光が透過しない部分を３角形や滑らかなカーブ
等の形状にしたもの，光が透過しない部分を細かいドッ
トで形成し、そのドット数を徐々に変更したもの等を採
用できる。

【００１０】

【作用】前記構成を有する本発明の鍵盤楽器のハンマー
動作検出装置は、鍵盤楽器の各ハンマー又はハンマーに
連動する連動機構、或はハンマー又は連動機構に対向す
る位置に取り付けられるシャッターＭ１を備えており、
このシャッターＭ１は、ハンマー又は連動機構の移動方
向に沿って光の透過状態が連続的に変化する様になされ
ている。

【００１１】そして、光検出手段Ｍ２によって、シャッ
ターＭ１に光を照射するとともにシャッターＭ１を透過
した光を受光し、それとともに受光した光の状態に基づ
いて鍵の位置に関する電気信号を出力する。更に、この
光検出手段Ｍ２から出力された電気信号に基づき、動作
検出手段Ｍ３によって、ハンマーの位置を含むハンマー
の動作を検出する。

【００１２】つまり、本発明は、ハンマーの動作を、光
の透過状態が連続的に変化するシャッターＭ１と光検出
手段Ｍ２との相対位置によって検出するものであり、シ
ャッターＭ１によって光検出手段Ｍ２に入力する光の状
態が変化するので、この変化を電気信号として取り出し
て、ハンマーの動作を連続的に検出するものである。

【００１３】

【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の鍵盤楽器のハンマー動作
検出装置の好適な実施例について説明する。図２は実施
例としてのハンマー動作検出装置が適用される自動演奏
ピアノの構成の一部を示し、図３は動作検出部を示し、
図４はその動作を示し、図５は光検出部の回路図を示し
ている。

【００１４】図２に示す様に、本実施例が適用される自
動演奏ピアノ１は、グランドピアノであり、棚板３と、
棚板３の上に揺動自在に装着された鍵（キー）５と、鍵
５の後端部上方に配設されたアクション機構７と、鍵５
の後端部下方に配置されて鍵５を駆動するソレノイド９
と、アクション機構７の上方に配設された弦１１と、ア
クション機構７によって揺動させられるハンマーシャン
ク１３と、ハンマーシャンク１３の先端に取り付けられ
たハンマー１５と、ハンマーシャンク１３の上方に配置
された基板１７と、基板１７に取り付けられてハンマー
１５の（位置を含む）動作を検出する動作検出部１９と
を備えている。

【００１５】この動作検出部１９は、図３に示す様に、
ハンマーシャンク１３に取り付けられて上方に突出する
シャッター２１と、基板１７にシャッター２１と対向し
て取り付けられて下方に突出する光検出部（フォトイン
タラプタ）２３とから構成されている。

【００１６】このシャッター２１は半透明のプラスチッ
クからなる板状の部材であり、その下部になるほど光の
透過量が少なくなる様に下部の方が黒色が濃くされてい
る。尚、シャッター２１は、その長手方向の中心線が常
に光検出部２３の中心にかかる様に、ハンマーシャンク
１３の軸１３ａを中心とした円の曲率に合わせて滑らか
にカーブしており、また、図においては、シャッター２
１の濃淡の差を便宜的に線の密度で示している。

【００１７】一方、光検出部２３は、図４に示す様に、
その左右の壁部２３ａ，２３ｂによってシャッター２１
を挟むように、両壁部２３ａ，２３ｂが対向して平行に
設けられている。この光検出部２３の一方の壁部２３ａ
には、スポット状の光を対向する壁部２３ｂ側に照射す
る発光ダイオード２５が配置され、一方、他の壁部２３
ｂには、発光ダイオード２５から（シャッター２１を介
して）照射された光を受光し、その受光量に応じた電圧
信号（出力電圧）Ｖoutを出力するフォトトランジスタ
２７が配置されている。

【００１８】尚、基板１７には、ハンマーシャンク１３
が上方に移動した際に、シャッター２１が基板１７に当
たらない様に、切欠１７ａが設けてある。従って、図４
（ａ）に示す様に、ハンマー１５によって打弦がなされ
ていない場合、即ち、ハンマーシャンク１３及びシャッ
ター２１が下方の位置にある場合には、シャッター２１
は発光ダイオード２５及びフォトトランジスタ２７の設
置位置（検出位置）から離れているので、発光ダイオー
ド２５から照射された光は直接にフォトトランジスタ２
７に多量に入射する。すると、図５に示す様な回路によ
って、図６の出力電圧Ｖoutとハンマー１５のシャッタ
ー２１の取付位置での変位量ｘ（以下単に変位量ｘと記
す）との関係のグラフに示す様に、グラフの左側の小さ
な出力電圧Ｖoutが得られる。尚、図６の横軸のａは変
位量ｘの最大値を示す。

【００１９】一方、図４（ｂ）に示す様に、打弦動作の
ためにシャッター２１が上方に移動すると、シャッター
２１の下部の（黒色の濃い）部分が上がって前記検出位
置に至るので、シャッター２１を通過する光の透過量が
減少して、出力電圧Ｖoutが大きくなる。よって、この
出力電圧Ｖoutを検出することによって、図６に示す関
係から、ハンマー１５の位置、即ち（打弦動作前の）基
準位置からの変位量ｘが分かることになる。

【００２０】また、前記光検出部２３は、前記図２に示
す様に、Ａ／Ｄコンバータ３３を介して電子制御装置３
５に接続されるとともに、（変位量ｘを示す）出力電圧
Ｖoutを微分してハンマー速度ｖを求める微分回路に３
１に接続され、更に微分回路３１はＡ／Ｄコンバータ３
３を介して、電子制御装置３５に接続されている。

【００２１】この電子制御装置３５は、後述する様に光
検出部２３からの出力電圧Ｖoutに応じてハンマー１５
の変位量ｘや速度ｖ等を算出する演算処理装置であり、
データの入出力が行われる入出力部３５ａと、各種の演
算を行なうＣＰＵ３５ｂと、データ等を一時的に記憶す
るＲＡＭ３５ｃと、各種のデータ変換用のテーブルを記
憶したＲＯＭ３５ｄと、それらを接続するバスライン３
５ｅとから主として構成されている。また、前記入出力
部３５ａには、Ａ／Ｄコンバータ３３に加え、ソレノイ
ド９等の各種のアクチュエータを駆動する駆動回路３７
などが接続されている。

【００２２】尚、前記ＲＯＭ３５ｄには、出力電圧Ｖou
tとハンマー１５の変位量ｘとの関係を示す位置検出用
テーブル，微分回路３１から得られる信号とハンマー速
度ｖとの関係を示す速度検出用テーブル等が記憶されて
いる。次に、この様な構成を備えた本実施例のハンマー
動作検出装置の動作について、前記図４の動作の説明図
及び図７のフローチャート等に基づいて説明する。

【００２３】まず、電源がオンされた場合には、発光ダ
イオード２５から対向するフォトトランジスタ２７に向
けて光が照射される。ここで、打弦動作がなされていな
い場合（図４（ａ）参照）、即ちハンマー１５及びハン
マーシャンク１３が下方に降りている場合には、光はシ
ャッター２１に遮られていないので、そのままフォトト
ランジスタ２７に到達する。よって、出力電圧Ｖout
は、図６のグラフの下方に示す出力の０．３［Ｖ］以下
のままである。

【００２４】次に、打弦動作がなされると、ハンマー１
５は打弦のスピードに応じて上方に移動するので、シャ
ッター２１も上方に移動する（図４（ｂ）参照）。この
移動につれてシャッター２１の下部の（黒色の濃い）部
分が徐々に上昇し、光の透過量が徐々に変化（この場合
には減少）するので、フォトトランジスタ２７で受光す
る光量は減少する。その結果、出力電圧Ｖoutは徐々に
増加し、図６のグラフ上方に示す出力に徐々に移動する
ことになる。

【００２５】この出力電圧Ｖoutは、Ａ／Ｄコンバータ
３３によってデジタル信号に変換されて、直接に電子制
御装置３５に入力されるとともに、別の経路では、一旦
微分回路３１にて微分された後に、Ａ／Ｄコンバータ３
３によってデジタル信号に変換されて、電子制御装置３
５に入力される（図７のステップ１００）。

【００２６】電子制御装置３５では、直接入力した信号
に応じて、ＲＯＭ３５ｄに記憶した位置検出用テーブル
を参照して、現在のハンマー１５の位置（即ち、前記基
準位置からの変位量ｘ）を検出し（ステップ１１０）、
この検出した値を時刻データとともに一旦ＲＡＭ３５ｃ
に記憶する（ステップ１２０）。

【００２７】一方、微分した信号に応じて、同様にＲＯ
Ｍ３５ｄに記憶した速度検出用テーブルを参照して、現
在のハンマー速度ｖを検出するとともに（ステップ１３
０）、その速度ｖの最大値ｖmaxを求め（ステップ１４
０）、ハンマー速度ｖ及びその最大値ｖmaxを時刻デー
タとともに一旦ＲＡＭ３５ｃに記憶する（ステップ１５
０）。

【００２８】そして、この様な処理が、非常に短い期間
毎に繰り返されて、精密な打弦データが得られる。この
時間に対する変位量ｘとその変位量ｘを微分して得られ
たハンマー速度ｖとを、図８のタイミングチャートに示
すが、打弦を行った時刻ｔ₀にて、変位量ｘが最大とな
るとともに、ハンマー１５が弦１１に接触する直前にハ
ンマー速度ｖが最大になり、その後、ハンマー速度ｖは
急速に低下することが分かる。

【００２９】この様に、本実施例では、光検出部２３か
らの出力電圧Ｖoutを検出し、その検出した出力電圧Ｖo
utに基づき、位置検出用テーブルを参照してハンマー１
５の変位量ｘを求めることができるので、この変位量ｘ
からハンマー１５の位置を正確に検出することができ
る。

【００３０】また、微分回路３１からの信号に基づき、
速度検出用テーブルを参照して、精密にかつ連続してハ
ンマー速度ｖを検出することができるので、その連続し
た速度データに基づいて精密な再生動作のフィードバッ
ク制御を行うことができる。特に、ハンマー速度ｖの最
大値ｖmaxを求めることによって、打鍵直前の精密な打
弦強度を得ることができるので、正確な演奏の記録がで
きるという顕著な効果を奏する。

【００３１】更に、本実施例のものは、単にシャッター
２１が光路を遮断する様に配置すればよいので、その製
造及び調整が容易であり、得られた出力信号Ｖoutに基
づいて、個々のハンマー１５のばらつきを補正すること
もできるという利点がある。その上、シャッター２１の
光の透過量の変化のパターンを変えることにより、出力
電圧Ｖoutの値を自由に変えることができるので、ハン
マー１５毎のばらつきを補正することも可能である。

【００３２】尚、打弦後の動作の場合は、前記打弦動作
とは逆に、徐々に光の透過量が増加するので出力電圧Ｖ
outが低下し、この出力電圧Ｖoutに応じてハンマー１５
の変位量ｘや速度ｖを求めることも可能である。また、
本実施例では、連続してハンマー速度ｖを検出してその
値を記憶したが、それとは別の手段として、例えば微分
回路３１に周知のピークホールド回路を接続して、図９
に示す手順にて、ホールドされたピークを示す出力から
ハンマー速度ｖの最大値ｖmaxのみを記憶してもよい。

【００３３】次に、他の実施例について説明するが、こ
の実施例はシャッターのみが異なり、それ以外は上記実
施例と同様であるので簡単に説明する。図１０に示す様
に、本実施例におけるシャッター３０は、光の透過を遮
蔽する部分が斜めに略台形に形成されている。これによ
っても、シャッター３０の移動にともなって光の透過量
を徐々に変化させることができるので、上記実施例と同
様な効果を奏する。

【００３４】次に、更に他の実施例について説明する
が、この実施例もシャッターのみが異なり、それ以外は
上記実施例と同様であるので簡単に説明する。図１１に
示す様に、本実施例におけるシャッター４０は、光の透
過を遮蔽する部分が斜めに急速にカーブしている。これ
によっても、シャッター４０の移動にともなって光の透
過量を徐々に変化させることができるので、上記実施例
と同様な効果を奏する。

【００３５】尚、本発明は、上記実施例に何等限定され
ず、本発明の要旨の範囲内において各種の態様で実施で
きることは勿論である。例えば前記各実施例では、シャ
ッターをハンマーシャンク側に取り付け、このシャッタ
ーに対向して光検出部を基板側に取り付けたが、逆に、
光検出部をハンマーシャンク側に取り付け、シャッター
を基板側に取り付けてもよい。

【００３６】また、シャッターや光検出部を、直接にハ
ンマーシャンク又は基板に取り付けるのではなく、ハン
マーの動きと連動して移動する部材等に取り付けてもよ
い。更に、前記実施例では、シャッターの先端側になる
ほど光透過量が大くなる様に構成されているが、その逆
に、先端側にゆくほど光透過量が少なくなる様に設定し
てもよい。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述した様に、本発明の鍵盤楽器の
ハンマー動作検出装置では、光の透過状態が連続的に変
化するシャッターと、このシャッターを介して透過する
光に応じて電気信号を出力する光検出部と、光検出部か
らの電気信号に基づいてハンマーの動作を検出する動作
検出手段を備えているので、ハンマーの位置を含むハン
マーの動作を連続的かつ精密に検出することができる。
よって、この検出したハンマーの動作に基づいて、精密
な打弦速度等の演奏情報が得られるので、この演奏情報
に基づいて、ハンマーの動作の的確なフィードバック制
御を行なって、優れた演奏の再生ができるという顕著な
効果を奏する。

【００３８】また、本発明のものは、シャッターの取り
付けが容易であり、しかも光検出部が一組で済むので構
成が簡単であるという利点がある。更に、シャッターの
光の透過量の変化のパターンを変えることにより、出力
電圧の値を自由に変えることができるので、ハンマー毎
のばらつきを補正することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の構成を例示する概略構成図である。

【図２】 本実施例のハンマー動作検出装置を示す説明
図である。

【図３】 動作検出部を示す説明図である。

【図４】 動作検出部の動作を示す説明図である。

【図５】 動作検出部を示す回路図である。

【図６】 出力電圧とハンマーの変位量との関係を示す
グラフである。

【図７】 ハンマー動作検出装置の基本的動作を示すフ
ローチャートである。

【図８】 ハンマー動作検出装置の基本的動作を示すタ
イミングチャートである。

【図９】 実施例の他の構成を例示するブロック図であ
る。

【図１０】 他の実施例におけるシャッターを示す説明
図である。

【図１１】 更に他の実施例におけるシャッターを示す
説明図である。

【符号の説明】

１…自動演奏ピアノ ５…鍵（キ
ー） １９…動作検出部 ２１，３
０，４０…シャッター ２３…光検出部 ３５…電子
制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鍵盤楽器の各ハンマー又はハンマーに連
   動する連動機構、或は該ハンマー又は連動機構に対向す
   る位置に取り付けられ、該ハンマー又は連動機構の移動
   方向に沿って光の透過状態が連続的に変化するシャッタ
   ーと、 該シャッターに光を照射するとともにシャッターを透過
   した光を受光し、この受光した光の状態に基づいて前記
   ハンマーの位置に関する電気信号を出力する光検出手段
   と、 該光検出手段から出力された電気信号に基づいて、前記
   ハンマーの位置を含む動作を検出する動作検出手段と、 を備えたことを特徴とする鍵盤楽器のハンマー動作検出
   装置。