JPH10274980A - ハンマセンサの位置測定装置および演奏データ補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 センサの位置を迅速かつ正確に測定すること
ができるのは勿論のこと、製造コストを最小限に抑える
ことができるハンマセンサの位置測定装置を提供する。 【解決手段】 ハンマが打弦を開始する打弦時刻ｔＰＥ
から離弦時刻ｔＮＥまでの接弦時間ｄｘＥを押鍵に係る
鍵盤番号に基づいて決定する。センサ距離ｄｘＥと、セ
ンサが検出した時刻ｔＰＭ1、ｔＰＭ2と、第１の位置ｘ
ＰＭ1および第２の位置ｘＰＭ2間の距離ｄｘＭと、打弦
時刻ｔＰＥおよび離弦時刻ｔＮＥとを用いてハンマの打
弦直線軌道および離弦直線軌道の傾きを示す数式をそれ
ぞれ作成する。そして、離弦時刻ｔＮＥと打弦時刻ｔＰ
Ｅとの差が接弦時間ｄｔＥであるという関係から数式中
の打弦時刻ｔＰＥおよび離弦時刻ｔＮＥを消去してセン
サ距離ｄｘＥを求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、演奏中のハンマ
の動作をセンサで検出して記録するようにした鍵盤楽器
においてセンサの位置を測定する装置に関する。また、
この発明は、センサの位置の測定結果に対応してハンマ
の動作の記録を補正するようにした装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】たとえば自動ピアノにおいては、演奏情
報を記録する際に、打弦直前のハンマの速度を検出し、
これを打弦強度を示す打弦速度として記録するととも
に、ハンマが打弦位置を通過する時刻を打弦時刻として
記録する。たとえば、弦に近接してフォトインタラプタ
等の光センサを２つ並べて配置し、ハンマシャンクに取
り付けたシャッタが１つ目の光センサの光軸を通過して
から、２つ目の光センサの光軸を通過するまでの時間を
計測することにより、打弦速度を検出するようにしてい
る。また、２つ目の光センサの光軸をシャッタが通過す
るタイミングをハンマが打弦位置を通過する時刻として
検出するようにしている。

【０００３】一方、記録した演奏情報を再生する際に
は、鍵を駆動し始めてからハンマが実際に打弦するまで
の時間差を見込んで、打弦時刻より少し前にソレノイド
による押鍵を開始する。また、強音と弱音では、押鍵開
始から打弦までの時間が異なるので、打弦速度に応じ
て、ソレノイドによる押鍵タイミングを調整するように
した自動ピアノも開発されている。いずれにしても、打
弦時刻にハンマが弦を打撃するように押鍵タイミングが
設定される。

【０００４】ところで、弦に近い方の光センサの位置が
弦毎にばらついていると、記録された打弦時刻が弦毎に
ばらついてしまい、特に、複数の鍵を同時に押鍵して和
音を発生させたときに和音の音色が変わってしまう。ま
た、弱打時には、ハンマがアクションから離脱して打弦
に至るまでに動作速度が減少してゆくため、打弦タイミ
ングのばらつきがより顕著に現われてしまうとともに、
打弦時のハンマの速度にもばらつきが生じる。したがっ
て、演奏をより正確に記録するためには、光センサの取
付位置の精度を向上させる必要がある。

【０００５】工場において光センサの位置を調整する場
合には、たとえば、厚さの異なる２種類の隙間ゲージを
用意し、弦に当てた隙間ゲージにハンマを当接させたと
きに、各隙間ゲージを用いたときのハンマの位置の中間
の位置で光センサがオンするように、光センサの位置を
調整する方法が採られている。また、ハンマを弦の方へ
移動させて弦に近い方の光センサがオンするときと、ハ
ンマを弦に当てたときのハンマシャンクの位置とをレー
ザ変位計で計測する方法も試みられている。さらに、ハ
ンマにグレースケールを取り付けてフォトインタラプタ
でその位置を計測する方法も検討されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
調整方法においては、弦毎に光センサの位置を調整しな
ければならないため、全ての弦について調整するにはか
なりの時間を要するという問題があった。また、ハンマ
を弦に当てたときのハンマの位置を計測しなければなら
ないので、たとえば、フェルトで構成されたハンマでは
弦に当てたときのハンマの変形量の変化がそのまま光セ
ンサの測定位置のばらつきとなる。さらに、隙間ゲージ
やレーザ変位計などを自動ピアノにセットしなければな
らないため、段取替えに時間を要する等の問題もある。
特に、レーザ変位計等の測定機を用いる場合には、調整
用の装置が高価になり自動ピアノへの実装は事実上不可
能である。また、ハンマ自体を移動させながら光センサ
のオンを検出しなければならないため、例えば押鍵しな
がら光センサの位置を自動的に計測するように構成する
ことも不可能である。

【０００７】この発明は、上述した事情に鑑みてなされ
たもので、光センサ等のセンサの位置を迅速かつ正確に
測定することができるのは勿論のこと、製造コストを最
小限に抑えることができるハンマセンサの位置測定装置
を提供することを目的としている。また、本発明は、ハ
ンマセンサの位置を測定した結果によって演奏情報を補
正することができ、よって、演奏を正確に記録し再現す
ることができる演奏記録装置を提供することも目的とし
ている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１に記載のハンマセンサの位置測定装置
は、押鍵によって回動するハンマ機構の通過を、第１の
位置およびこれよりも弦に近い第２の位置において検出
するセンサと、前記センサの第１、第２の位置における
検出時刻の時間差に基づいて、前記第２の位置と弦との
間の距離に対応するセンサ位置情報を発生するセンサ距
離情報発生手段とを備えたことを特徴とする。

【０００９】請求項２に記載のハンマセンサの位置測定
装置は、請求項１において、前記センサ距離情報発生手
段は、前記検出時刻の時間差と、前記ハンマ機構が前記
弦に接している接弦時間とに基づいて、前記第２の位置
と弦との間の距離に対応する情報を発生することを特徴
とする。

【００１０】請求項３に記載のハンマセンサの位置測定
装置は、請求項１において、前記センサ距離情報発生手
段は、複数回の押鍵によって得られる前記各時間差に基
づいて、前記第２の位置と前記弦との間の距離に対応す
る情報を発生することを特徴とする。

【００１１】請求項４に記載のハンマセンサの位置測定
装置は、請求項１乃至３いずれかにおいて、前記センサ
距離情報発生手段は、前記検出時刻の時間差から前記ハ
ンマ機構の速度を求め、この速度も参照して前記第２の
位置と弦との間の距離に対応する情報を発生することを
特徴とする。

【００１２】請求項５に記載の演奏データ補正装置は、
押鍵によって回動するハンマ機構の通過を、第１の位置
およびこれよりも弦に近い第２の位置において検出する
センサと、前記センサの第１、第２の位置における検出
時刻の時間差に基づいて、前記第２の位置と弦との間の
距離に対応するセンサ位置情報を発生するセンサ距離情
報発生手段と、前記時間差に基づいて前記ハンマ機構の
ハンマ速度を求める速度算出手段と、前記速度算出手段
が求めた速度および前記センサ位置情報に基づいて前記
ハンマ機構の打弦開始時刻を求める演算手段とを備えた
ことを特徴とする。

【００１３】請求項６に記載の演奏データ補正装置は、
請求項５において、前記演算手段は、打弦に向かう前記
ハンマ機構の減速軌道に従って前記打弦時刻または打弦
速度の少なくともいずれか一方を補正することを特徴と
する。

【００１４】（作用）請求項１に記載のハンマセンサの
位置測定装置にあっては、第１の位置と第２の位置をハ
ンマ機構が通過する時刻を検出してハンマ速度を算出す
る。演算手段は、算出したハンマ速度を用いて適当な演
算を行うことにより、ハンマ機構が第２の位置を通過し
てから打弦を開始するまでに移動するセンサ距離を算出
する。また、請求項４に記載の演奏データ補正装置にあ
っては、演算手段がセンサ距離とハンマ速度に基づいて
ハンマ機構が打弦を開始する打弦時刻を算出するから、
打弦時刻がセンサ距離に応じて補正される。

【００１５】請求項２に記載のハンマセンサの位置測定
装置にあっては、ハンマ機構の打弦直線軌道および離弦
直線軌道の傾きを示す数式をそれぞれ作成する。各数式
には打弦時刻、離弦時刻およびセンサ距離という３つの
未知数が含まれるが、上記２つの数式に「接弦時間＝離
弦時刻−打弦時刻」なる関係式を加えた３つの数式から
なる３元連立方程式を解くことにより、センサ距離を求
める。

【００１６】請求項３に記載のハンマセンサの位置測定
装置にあっては、２回行われる押鍵についてハンマ機構
の打弦直線軌道および離弦直線軌道の傾きを示す４つの
数式を作成する。各数式には２つの打弦時刻および離弦
時刻とセンサ距離という５つの未知数を含める。２回行
われる押鍵の接弦時間（未知数）は等しいものとして、
「接弦時間＝離弦時刻−打弦時刻」なる関係式を２つ作
成し、これら６つの数式からなる６元連立方程式を解く
ことにより、センサ距離を求める。

【００１７】押鍵により回動するハンマ機構は、一般に
は回動途中から自由運動をして弦に達する。よって、自
由運動を開始してからは重力その他の影響によりハンマ
速度は減少してゆく。請求項５に記載の演奏データ補正
装置にあっては、減速軌道に基づいて打弦時刻を補正す
るから、打弦時刻を実際の打弦時刻に近づけることがで
きる。また、減速軌道に基づいて打弦速度を補正するか
ら、演奏を再現する場合に実際の打弦速度をより忠実に
再現することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】

Ａ：第１実施形態 （イ）実施形態の構成 まず、本発明の実施形態の１つであるハンマセンサの位
置測定装置の構成について説明する。図１は、この発明
の第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。図
において１は鍵であり、３は鍵１の運動をハンマ２に伝
達するアクションである。４は、ハンマ２によって打弦
される弦であり、５は鍵１を駆動するソレノイドであ
り、通常のピアノと同様の構成であるため、詳細な説明
は省略する。ソレノイド５には、ブランジャの位置を検
出するセンサが設けられている。そして、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、その演奏者側が下がり、また、これに連動
してアクション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が回動して打弦する。一方、演奏
者が弾く場合は、指で鍵１を押下することにより、上述
と同様の作用が生じて打弦が行われる。

【００１９】また、図において、ＳＥ１，ＳＥ２は光セ
ンサ（センサ）であり、これらの間隔ｄｘＭは所定寸法
ｄｘＭに定められている。演奏検出部３０は、ハンマ２
がこれらのセンサＳＥ１，ＳＥ２を通過する時刻を検出
するとともに、センサＳＥ１，ＳＥ２の間を通過する時
間を計測することにより、ハンマ２の打弦速度ｖＰと離
弦速度ｖＮを計測する。また、演奏検出部３０は、ハン
マ２がセンサＳＥ２を通過する時刻を打弦時刻として検
出する。なお、ハンマ２が実際に打弦する時刻にセンサ
ＳＥ２で検出される打弦時刻をより近づけるために、セ
ンサＳＥ２はハンマ２の打弦位置に近接した位置に設け
られている。

【００２０】次に、図に示す２６は、鍵１の下面に取り
付けられた板状のシャッタである。２５は、上下方向に
所定距離隔て設けられる２組のフォトセンサによって構
成されているキーセンサであり、鍵１が押下され始める
と、まず上方のフォトセンサが遮光され、次いで、下方
のフォトセンサが遮光される。離鍵の際には、下方のフ
ォトセンサが受光状態になり、ついで、上方のセンサが
受光状態になる。

【００２１】キーセンサ２５の出力信号は、演奏検出部
３０に供給され、演奏検出部３０は、キーセンサ２５内
の下方のフォトセンサが受光状態になってから上方のフ
ォトセンサが受光状態になるまでの時間を測定し、ここ
から、離鍵速度を検出する。また、演奏検出部３０は上
方のフォトセンサが受光状態になった時刻を離鍵時刻と
して検出する。

【００２２】すなわち、演奏検出部３０は、演奏が開始
されると、センサＳＥ１，ＳＥ２の出力信号に基づい
て、打弦時刻および打弦速度を検出し、かつ、キーセン
サ２５の出力信号に基づいて離鍵時刻および離鍵速度を
検出する。以上のようにして検出された各情報は、検出
後処理部３１に供給される。検出後処理部３１は、各種
レジスタを有するＣＰＵなどによって構成され、センサ
ＳＥ２を通過するときのハンマ２の位置から、弦４の打
撃を開始するハンマ２の位置までの距離（以下、センサ
距離という）ｄｘＥを後述する位置測定原理に基づいて
算出し、内部のメモリに寸法データとして供給する。

【００２３】１０は再生前処理部であり、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１の位置データを作成する回路であ
り、再生前処理部１０で作成された位置データは、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、供給された位置データに基づいて、励
磁電流をソレノイド５に供給する。

【００２４】（ロ）位置測定原理 次に、このハンマセンサの位置測定装置の測定原理につ
いて説明する。図２は鍵が押されていない状態でのハン
マ２の位置（以下、レスト位置と称する）ｘＲと、ハン
マ２が弦４の打撃を開始する位置（以下、打弦位置と称
する）ｘＥとの間でのハンマ２の軌道を示しており、横
軸は時刻、縦軸は弦４に対するハンマ２の距離である。
押鍵によりレスト位置ｘＲを離れたハンマ２は、一定の
速度ｖＰで移動して打弦位置ｘＥに達し、打弦位置ｘＥ
を離れたハンマ２は、一定の速度ｖＮで移動してレスト
位置ｘＲに達するものとみなすことができるので、ハン
マ２の軌道は、図２に示すような直線軌道として示すこ
とができる。

【００２５】そして、押鍵によりレスト位置を離れたハ
ンマ２は、まず、時刻ｔＰＭ₁に光センサＳＥ１を通過
した後、時刻ｔＰＭ₂に光センサＳＥ２を通過し、その
後時刻ｔＰＥに弦４を打撃し始める。そして、弦４に所
定時間ｄｔＥ（以下、この時間を接弦時間と称する）接
して、離弦時刻ｔＮＥに打弦位置ｘＥを離れたハンマ２
は、時刻ｔＮＭ₂に光センサＳＥ２を再び通過し、時刻
ｔＮＭ１に光センサＳＥ１を通過する。ここで、ハンマ
２の打弦速度ｖＰは、センサ距離ｄｘＥを用いた下記数
１によって表すことができる。

【数１】

【００２６】次に、打弦時にハンマ２が光センサＳＥ１
およびＳＥ２を通過する位置をそれぞれｘＰＭ₁、ｘＰ
Ｍ₂とすると、それらの距離（ｘＰＭ₂−ｘＰＭ₁）は、
光センサＳＥ１およびＳＥ２どうしの距離ｄｘＭに等し
いとみなすことができる。また、離弦時にハンマ２が光
センサＳＥ２およびＳＥ１を通過する位置をそれぞれｘ
ＮＭ₁、ｘＮＭ₂とすると、それらの距離（ｘＮＭ₂−ｘ
ＮＭ₁）も距離ｄｘＭに等しいとみなすことができる。
よって、ハンマ２の離弦速度ｖＮは下記数２によって表
すことができる。

【数２】

【００２７】前述のように、ハンマ２の打弦速度ｖＰと
離弦速度ｖＮは演奏検出部３０によって計測される。よ
って、数１および数２において未知数は、求めるべきセ
ンサ距離ｄｘＥを除くと、打弦時刻ｔＰＥと離弦時刻ｔ
ＮＥであるが、これらと接弦時間ｄｔＥとの間には下記
数３に示す関係が存在する。

【数３】

【００２８】ここで、接弦時間ｄｔＥは、主として鍵盤
番号（ノート番号とも言う）によって決まり、打弦速度
ｖＰの影響はさほど受けないことが本発明者等の実験に
より発見された。図４は鍵盤番号と接弦時間ｄｔＥとの
関係を示す線図である。図４に示すように、鍵盤番号が
大きくなるに従って接弦時間ｄｔＥが短くなり、その変
化はほぼ直線状となることが判った。なお、接弦時間ｄ
ｔＥが鍵盤番号のよって決まるのは、接弦時間ｄｔＥが
弦の周期と密接な関係があるからと考えられる。よっ
て、接弦時間ｄｔＥは鍵盤番号をｋとしたときに下記数
４によって求めることができる。なお、数４においてａ
およびｂは係数であり、これらは実験によって求めるこ
とができる。

【数４】 なお、実験で求めた鍵盤番号ｋと接弦時間ｄｔＥとの関
係をテーブルにしてメモリに記憶させておき、押鍵がな
されたときに鍵盤番号ｋを検出し、テーブルを参照して
当該鍵盤番号ｋに対応する接弦時間ｄｔＥを読み出すよ
うに構成することもできる。

【００２９】よって、数４によって接弦時間ｄｔＥを求
めれば、上記数１ないし数３を用いてｔＮＥおよびｔＰ
Ｅを消去することにより、センサ距離ｄｘＥを求める下
記数５を得ることができる。

【数５】

【００３０】（ハ）実施形態の動作 次に、上記構成のハンマセンサの位置測定装置の動作に
ついて説明する。図５はハンマセンサの位置測定装置の
動作を示すフローチャートである。この実施の形態で
は、ハンマセンサの位置測定のために鍵１を駆動する演
奏データを内蔵した記録媒体に記録させておくか、ある
いは演奏データを外部から供給するようになっている。
まず、再生前処理部１０は、記録媒体から演奏データを
読み出すか、あるいは、外部から供給される演奏データ
を受信する。この演奏データは、鍵盤番号＃１の鍵１か
ら最後の鍵盤番号（例えば＃８８）の鍵１まで順番に押
鍵してゆく複数のイベントデータからなり、各イベント
データは、鍵盤番号を示すキーコード、打鍵時刻を示す
キーオン信号、離鍵時刻を示すキーオフ信号および打鍵
速度を示すキーベロシティ信号を含んでいる。そして、
再生前処理部１０が最初のイベントデータである鍵盤番
号＃１のイベントデータを受信すると、検出後処理部３
１は、鍵盤番号を示す“１”をレジスタに格納する（ス
テップＳ１）。

【００３１】次に、モーションコントローラ１１は、キ
ーベロシティが示す押鍵速度に応じて鍵盤番号＃１の鍵
１をアクチュエータ５で駆動する（ステップＳ２）。こ
れにより、ハンマ２が回動すると、演奏検出部３０は、
ハンマ２が光センサＳＥ１を通過する時刻ｔＰＭ1およ
び光センサＳＥ２を通過する時刻ｔＰＭ2を検出する。
また、演奏検出部３０は、ハンマ２が光センサＳＥ１を
通過してから光センサＳＥ２を通過するまでに要する時
間（ｔＰＭ2−ｔＰＭ1）を計測し、この時間（ｔＰＭ2
−ｔＰＭ1）で光センサＳＥ１およびＳＥ２間の距離ｄ
ｘＭを除算して打弦速度ｖＰを算出する（ステップＳ
３）。

【００３２】次に、ハンマ２が弦４の打撃を開始して接
弦時間ｄｔＥを経過すると、ハンマ２が弦４を離れて回
動復帰する。このとき、演奏検出部３０は、ハンマ２が
光センサＳＥ２を通過する時刻ｔＮＭ2および光センサ
ＳＥ１を通過する時刻ｔＮＭ1を検出する。また、演奏
検出部３０は、ハンマ２が光センサＳＥ２を通過してか
ら光センサＳＥ１を通過するまでに要する時間（ｔＮＭ
1−ｔＭＮ2）を計測し、この時間（ｔＮＭ1−ｔＭＮ2）
でセンサ距離ｄｘＭを除算して離弦速度ｖＮを算出する
（ステップＳ４）。

【００３３】次に、検出後処理部３１は、前述した数１
〜数５を用いて光センサＳＥ２と弦４との距離ｄｘＥを
算出する（ステップＳ５）。すなわち、検出後処理部３
１は、レジスタに格納した鍵盤番号＃１を示す“１を”
参照し、数４のｎに１を代入して接弦時間ｄｔＥを算出
する。また、検出後処理部３１は、上述のようにして算
出した打弦速度ｖＰおよび離弦速度ｖＮと、検出された
時刻ｔＰＭ2および時刻ｔＮＭ1と、センサ間距離ｄｘＭ
を数５に代入してセンサ距離ｄｘＥを算出する。算出し
たセンサ距離ｄｘＥはメモリに記録し（ステップＳ
６）、ステップ７へ進んでレジスタに格納したデータを
１だけインクリメントする。

【００３４】次に、ステップＳ８へ進み、レジスタに格
納された“２”が鍵盤番号として有効か否かを判定す
る。この場合、鍵盤番号＃２は存在するから、ステップ
Ｓ８での判定結果は「ＹＥＳ」となり、ステップＳ２へ
戻ってステップＳ８までを繰り返す。このようにして各
鍵盤番号についてセンサ距離ｄｘＥを順次算出し、メモ
リに記録していく。そして、最後の鍵盤番号（＃８８）
についてステップＳ７までの処理が行われると、レジス
タに格納されたデータがインクリメントされて“８９”
となるが、鍵盤番号＃８９は存在しないから、ステップ
Ｓ８での判定結果は「ＮＯ」となり、測定を終了する。

【００３５】以上のように、上記構成のハンマセンサの
位置測定装置においては、２つの光センサＳＥ１および
ＳＥ２を通過するハンマ２の時刻に基づいて上述の演算
を行うことにより、各鍵盤番号のセンサ距離ｄｘＥを測
定することができる。そして、メモリに記録されたセン
サ距離ｄｘＥを適当な表示手段で確認しながら光センサ
ＳＥ１，ＳＥ２の位置を微調整することができる。たと
えば、標準となるセンサ距離を予め設定しておき、標準
のセンサ距離と測定したセンサ距離ｄｘＥの差分だけ光
センサＳＥ１，ＳＥ２を移動させればよい。このよう
に、複雑な装置を一切必要としないばかりか隙間ゲージ
で測定するような煩雑さが全くなく、センサ距離ｄｘＥ
を極めて簡単にしかも自動的に測定することができる。
特に、上記実施形態では、接弦時間ｄｔＥを鍵盤番号に
基づいて簡単な計算式で求めるから、特別なセンサを必
要とせずしかも計算が非常に簡略化されるという利点が
ある。

【００３６】次に、図６は本発明のハンマセンサの位置
測定装置を用いてセンサ距離ｄｘＥを測定した結果を示
す線図である。図に示すように、打弦速度ｖＰが異なる
と測定されたセンサ距離ｄｘＥに若干の変動が見られる
ものの、実用上はなんら問題がないことが確認された。

【００３７】Ｂ．第１実施形態の変形例 次に、図３を参照して上記実施形態の変形例について説
明する。この変形例は、各鍵盤番号の鍵１について２回
押鍵することによって数１ないし数３と同等の数式を作
成し、これにより接弦時間ｄｔＥを消去してセンサ距離
ｄｘＥを算出することを特徴としている。図３において
破線は、２回目の押鍵によるハンマ２の軌道を示す。押
鍵によりレスト位置ｘＲを離れたハンマは、まず、時刻
ｔＰＭ1’に光センサＳＥ１を通過した後、時刻ｔＰＭ
2’に光センサＳＥ２を通過し、その後時刻ｔＰＥ’に
弦４の打撃を開始する。そして、接弦時間ｄｔＥの間弦
４に接し、離弦時刻ｔＮＥ’に打弦位置ｘＥを離れたハ
ンマ２は、時刻ｘＮＭ２’に光センサＳＥ２を再び通過
し、時刻ｘＮＭ1’に光センサＳＥ１を通過する。

【００３８】ここで、打弦速度ｖＰ’および離弦速度ｖ
Ｎ’はそれぞれ数６および数７で表すことができる。

【数６】

【００３９】

【数７】

【００４０】また、離弦時刻ｔＮＥ’と打弦時刻ｔＰ
Ｅ’との差は接弦時間ｄｔＥであるから、下記数８が成
立する。

【数８】 よって、センサ距離ｄｘＥは、これら数６〜数８と前記
数１〜数３を用いてｔＰＥ、ｔＮＥ、ｔＰＥ’、ｔＮ
Ｅ’、ｄｔＥを消去することにより、下記数９によって
求めることができる。

【００４１】

【数９】

【００４２】この変形例においては、センサ距離ｄｘＥ
の測定のために使用される演奏データは、鍵盤番号＃１
の鍵１から最後の鍵盤番号（＃８８）の鍵１まで２回づ
つ順番に押鍵していく複数のイベントデータで構成され
る。この場合、１回目と２回目の押鍵速度ｖＰ，ｖＰ’
および離鍵速度ｖＮ，ｖＮ’が互いに異なるように、そ
れぞれのイベントデータのキーベロシティが設定され
る。上記のように構成されたハンマセンサの位置測定装
置においては、前記実施形態と同様の効果を奏すること
は勿論のこと、数４に示すような接弦距離ｄｔＥを算出
するための数式あるいは変換テーブルなどを用意しなく
て済むという利点がある。

【００４３】Ｃ．第２実施形態 （イ）第２実施形態の構成 次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実
施形態は、本発明を演奏データ補正装置に適用した例で
あり、第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、前記
第１実施形態またはその変形例によって測定したセンサ
距離ｄｘＥに基づき、自動ピアノの打弦情報を補正する
点である。そこで、説明の簡略化のために、第２実施形
態の構成については、第１実施形態を示す図１および図
２を兼用して説明する。

【００４４】前述のように、自動ピアノにおける演奏記
録では、弦４に近い方の光センサＳＥ２をハンマが通過
した時刻ｔＰＭ2を打弦時刻として記録するが、弦４の
打撃を開始する時のハンマ２の位置（打弦位置）ｘＥ
は、光センサＳＥ２よりも弦４の側に位置している。し
たがって、時刻ｔＰＭ2の後にハンマ２はセンサ距離ｄ
ｘＥ移動してから打弦位置ｘＥに達する。つまり、ハン
マ２がレスト位置ｘＲから打弦位置ｘＥまで打弦速度ｖ
Ｐで等速運動を行うものとみなすと、ハンマ２が光セン
サＳＥ２を通過した時刻ｔＰＭ2から時間ｄｘＥ／ｖＰ
後に実際の打弦が行われることになる。よって、上述の
ようにして検出された打弦時刻を時間ｄｘＥ／ｖＰ遅延
させれば、ハンマ２が弦４に達する時刻ｔＰＥが打弦時
刻として記録されることになる。

【００４５】そこで、この実施の形態では、下記数１０
によって求められる時刻ｔＰＥを打弦時刻として記録す
る。ただし、数１０においてｄｘＥ（ｋ）は、各鍵盤番
号＃ｋにおけるセンサ距離であり、前記数５または数９
によって求められる。

【数１０】

【００４６】上記数１０の演算は検出後処理部３１が行
う。また、検出後処理部３１は、演奏検出部３０から供
給されるその他の各種情報に対して正規化処理を施した
後に、外部の記録媒体に演奏情報として供給する。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
処理である。すなわち、打弦速度、打弦時刻、離鍵速
度、離鍵時刻等は、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
おける打弦速度、打弦時刻等に変換するための処理であ
る。

【００４７】（ロ）第２実施形態の動作 次に、第２実施形態の演奏データ補正装置を用いた自動
ピアノにより演奏を記録する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、演奏検出部３０
が光センサＳＥ１，ＳＥ２の出力信号に基づいて打弦速
度および打弦時刻を検出するとともに、キーセンサ２５
の出力信号に基づいて離鍵時刻および離鍵速度を検出す
る。これらの情報は、検出後処理部３１において正規化
処理され、演奏データとしてフロッピーディスク等の記
録媒体に記録される。また、正規化処理の際に、検出後
処理部３１は、上記数１０を用いて打弦時刻を補正す
る。これにより、記録される演奏データの打弦時刻は、
光センサＳＥ２によって検出された時刻に対して、セン
サ距離ｄｘＥに応じた時間遅延したものとなる。

【００４８】したがって、記録された演奏データを再生
すると、ハンマ２が実際に弦２を打撃するであろう時刻
に打弦が行われるから、光センサＳＥ１，ＳＥ２の取付
位置が鍵盤番号によってばらついていたとしても演奏を
忠実に再現することができる。また、センサＳＥ１，Ｓ
Ｅ２の取付精度をある程度大まかにすることができるの
で、工場での調整を容易に行うことができる。さらに、
演奏を記録した自動ピアノと演奏を再生する自動ピアノ
の機種が異なる場合であっても、上述のように打弦時刻
が補正されるので、機種によって演奏が異なるといった
不都合も生じない。

【００４９】Ｄ．第２実施形態の変形例 次に、上記第２実施形態の変形例について図７および図
８を参照して説明する。押鍵がなされるとアクション３
によってハンマ２が回動させられるが、ハンマ２は回動
途中からアクション３から離脱して自由運動をする。よ
って、この変形例では、弦２に至るまでにハンマ２が重
力加速度によって減速させられることを考慮して打弦時
間と打弦速度を補正する。

【００５０】図７に示すように、ハンマ２の軌道とし
て、時刻ｔＰＭ1に光センサＳＥ１を通過し、時刻ｔｐ
Ｍ2に光センサＳＥ２を通過する放物線軌道を想定す
る。すなわち、ハンマ２の軌道は、時刻ｔＰＭ1以前に
直線軌道を終了し、その後に放物線軌道になっていると
推定する。また、対比のために、上記２点を通過し、時
刻ｔＰＥに打弦位置に達する直線軌道を想定する。ここ
で、ｔ＝（ｔＰＭ1＋ｔＰＭ2）／２と放物線軌道との交
点をｘ・ｔ直交座標の原点Ｏとする。また、ｖｐを、ｔ
ＰＭ1とｔＰＭ2間の平均速度と定義すると、これは原点
Ｏにおける接線速度に等しい。この場合、打弦位置ｘＥ
までは速度が減少する放物線軌道であり、この放物線軌
道は下記数１１によって表すことができる。

【数１１】

【００５１】次に、放物線軌道が打弦位置ｘＥに達する
点をＤとして、ｘ・ｔ直交座標における点Ｄの座標を考
える。点Ｄのｔ座標を図７に示すようにｄｔＰＥとする
と、点Ｄのｘ座標は下記数１２によって表すことができ
る。

【数１２】

【００５２】ここで、放物線軌道が打弦位置ｘＥに達す
る時刻（以下、補正打弦時刻という）をｔＰＥ’とする
と、ｄｔＰＥは（ｔＰＥ’−（ｔＰＭ1＋ｔＰＭ2）／
２）と表すことができるから、これを数１２に代入する
と数１３が得られる。

【数１３】

【００５３】数１３はｔＰＥ’に関する２次方程式であ
るから、これを解くことによってｔＰＥ’は下記数１４
によって求めることができる。ただし、数１４において
「ｓｑｒｔ」は平方根を示す。また、ｔＰＥ’の値とし
て大小２つの根が求められるが、図７より、ｔＰＥ’は
小さい方の根であることが明らかであるから、数１４に
は小さい方の根を示した。また、等速軌道におけるハン
マ２の速度ｖＰが小さいために放物線軌道が打弦位置ｘ
Ｅに達しないことも想定される。この場合には、数１４
の平方根の中が負になるため、平方根の項を０として計
算する。

【数１４】 なお、数１４の最終行におけるｔＰＥは、ハンマ２の軌
道を直線軌道とみなした場合の打弦時刻であり、前述の
数１０によって得ることができる。このように、補正打
弦時刻ｔＰＥ’は、ハンマの軌道を直線軌道とみなして
求めた打弦時刻ｔＰＥをさらに補正したものである。

【００５４】次に、ハンマ２の速度ｖは下記数１５によ
って表すことができる。

【数１５】 ここで、打弦位置ｘＥにおける速度（以下、この速度を
補正打弦速度という）ｖをｖＰＥとすると、ｔがｄｔＰ
ＥのときにｖがｖＰＥとなるから、それらの値を数１５
に代入すると数１６を得ることができる。

【００５５】

【数１６】

【００５６】次に、この変形例の動作について図７を参
照して説明する。演奏者の演奏により押鍵がなされる
と、演奏検出部３０が光センサＳＥ１，ＳＥ２の出力信
号に基づいて打弦速度ｖＰおよび打弦時刻ｔＰＭ2を検
出し、演奏データである打弦イベントが発生する。次
に、検出後処理部３１は、数１４によって補正打弦時刻
ｔＰＥ’を求める（ステップＳ１１）。この場合におい
て、数１４におけるｄｘＥ（センサ距離）は、数５また
は数９によって求める。次に、検出後処理部３１は、数
１６によって補正打弦速度ｖＰＥを求め（ステップＳ１
２）、ステップＳ１３へ進んで演奏データの記録媒体へ
の出力を遅延させる。

【００５７】すなわち、この変形例が適用された自動演
奏ピアノにおいては、演奏データをリアルタイムで出力
するため、打弦時刻ｔＰＭ2と補正打弦時刻ｔＰＥ’の
差分だけ演奏データの出力を遅延させる。なお、出力さ
れる演奏データには、上述のようにして求めた補正打弦
時刻ｔＰＥ’、補正打弦速度ｖＰＥの他に、キーセンサ
２５の出力信号に基づいて検出された離鍵時刻および離
鍵速度が含まれる。これらの情報は、検出後処理部３１
において正規化処理される。

【００５８】この変形例によっても上述した第２実施形
態と同等の作用、効果を奏するのは勿論のこと、以下の
ような利点がある。すなわち、ハンマ２が光センサＳＥ
２を通過する時刻を打弦時刻とするやり方では、検出さ
れる打弦時刻が実際に打弦する時刻よりも手前となるた
め、打鍵が弱ければ弱い程検出される打弦時刻と実際の
打弦のタイミングとの時間差が大きくなり、演奏の記録
が不正確であったが、この変形例においては、ハンマ２
の回動途中からの軌道を放物線とみなして打弦時刻を補
正するから、弱打であればそれに応じて打弦時刻が遅延
して記録されるから、演奏を正確に記録することができ
る。また、検出される打弦時刻と実際の打弦のタイミン
グとの時間差が大きくなると、検出された打弦速度に対
する減速と度合いも大きくなるから、打弦速度の記録も
不正確であったが、この変形例ではそのような不都合は
解消される。

【００５９】Ｅ．その他の変形例 （１）前記第２実施形態では、演奏を記録する際に打弦
時刻と打弦速度を補正しているが、演奏を再生する際に
補正するように構成することができる。たとえば、打弦
時刻として光センサＳＥ２を通過した時刻、打弦速度と
して光センサＳＥ１、ＳＥ２を通過する時間で算出した
ものを記録し、こうして記録した演奏データを再生する
際に前述の補正を行うようにすることができる。

【００６０】（２）第２実施形態およびその変形例にお
いて、ハンマの質量に応じて演奏データを正規化処理す
ることもできる。すなわち、同じ鍵盤番号でかつ同じ打
弦速度で打弦を行っても、機種によりハンマの質量が異
なると、ハンマが打弦する際のエネルギーが機種毎に異
なる。したがって、同じ演奏データで演奏を再生すると
機種によって音量が異なってしまう。そこで、機種が異
なってもハンマが弦を打撃する際のエネルギーが同じに
なるように打弦速度を補正して記録することもできる。

【００６１】まず、基準にする機種のハンマの平均質量
をｍ0とすると、ハンマが打弦速度ｖＰ’で弦を打弦し
たときのエネルギーＥは下記数１７によって表すことが
できる。

【数１７】 また、ある機種を示すコードをｎとし、当該機種のハン
マの平均質量をｍ（ｎ）とすると、ハンマが打弦速度ｖ
Ｐで弦を打弦したときのエネルギーが数１７に示すエネ
ルギーＥに等しいとすると下記数１８が成立し、数１８
より下記数１９を得ることができる。

【００６２】

【数１８】

【００６３】

【数１９】

【００６４】数１９は、ある機種で演奏の記録を行った
ときに、打弦速度を当該機種のハンマの平均質量に応じ
て標準化（正規化）したものを示している。たとえば、
平均ハンマ質量の小さなピアノで演奏の記録を行うと、
打弦速度が数１９によって小さく補正されて記録され
る。そして、この演奏データを平均ハンマ質量が標準で
ある機種で再生すると、音量を抑えた演奏がなされる。
すなわち、演奏を記録したときの音量に近い音量で再生
が行われることとなる。

【００６５】（３）ところで、一般に、ハンマの質量は
鍵盤番号が大きくなる程小さくなるように調整されてお
り、鍵盤番号＃４０（ＭＩＤＩ音源では＃６０）のハン
マが全てのハンマの平均の質量を有している。したがっ
て、打弦速度が同じでも鍵盤番号によって打弦の際のエ
ネルギーが異なり、打弦により発生する音の音量も異な
る。ここで、ハンマの質量が平均よりも大きければ打弦
速度を大きくし、ハンマの質量が平均よりも小さければ
打弦速度を小さくするように打弦速度を補正して記録し
ておけば、演奏データの使用上便利である。たとえば、
ハンマの質量が全て等しい楽器によって演奏データを再
生する際には、上記のような補正を行った演奏データを
使用することにより、記録時のハンマの軽重が打弦速度
に反映されて演奏を忠実に再現することができる。そこ
で、第２実施形態の変形例で補正した打弦速度をさらに
各ハンマ質量によって補正する例について説明する。

【００６６】鍵盤番号＃４０のハンマの質量をｍ４０と
すると、ハンマが打弦速度ｖＰ’で弦を打弦したときの
エネルギーＥは下記数２０によって表すことができる。

【数２０】 また、鍵盤記号ｋのハンマの質量ｍは下記数２１によっ
て表すことができる。なお、数２１においてαは固定値
である。

【００６７】

【数２１】

【００６８】次に、鍵盤記号ｋのハンマが打弦速度ｖＰ
で弦を打弦したときのエネルギーが数２０に示すエネル
ギーＥに等しいとすると下記数２２が成立し、数２２よ
り下記数２３を得ることができる。

【数２２】

【００６９】

【数２３】

【００７０】打弦速度を数２３で補正することにより、
ハンマ質量が全て平均値であるとした場合の打弦速度が
記録され、打弦速度が標準化されることになる。この標
準化された打弦速度を含む演奏データを再生する際に
は、そのままの状態で再生することができるのは勿論の
こと、再生に使用する楽器の各ハンマの質量に応じてキ
ーベロシティを補正することもできる。たとえば、各ハ
ンマの質量の実測値ｍａを当該自動ピアノの適当な制御
手段（例えば、再生前処理部１０）に記録しておき、演
奏データのキーベロシティｖＰを下記数２４によって補
正する。そして、数２４によって求めたキーベロシティ
ｖＰ’で押鍵を制御する。

【数２４】 なお、記録時に使用したのと同等の楽器で演奏データを
再生する場合も考慮して、第２実施形態の変更例で求め
る打弦時刻を記録することもできる。

【００７１】（４）本発明は、いわゆる消音演奏ピアノ
にも適用することができる。消音演奏ピアノは、押鍵に
より回動するハンマを弦の手前で跳ね返すとともに、検
出した演奏データに基づいて電子的に音楽を発生するよ
うにしたものである。そして、検出した演奏データのう
ち打弦時刻と打弦速度を上述のようにして補正すること
により、アコーステックピアノに近い演奏を行なうこと
ができる。

【００７２】（５）第１実施形態においては、演奏デー
タにより鍵１を駆動してセンサ距離を自動的に測定して
いるが、人が押鍵してもよく、例えば、人が楽曲を演奏
する間にセンサ距離の推定を行なうようにしてもよい。

【００７３】（６）ハンマ２を光センサＳＥ１、ＳＥ２
で検出する構成に限らず、キャッチャ２ａを検出するよ
うにしても良い。

【００７４】（７）光センサＳＥ１、ＳＥ２は上記実施
形態のように一体的に構成されたものに限らず、互いに
分離されたものであっても良い。なお、上述した第１実
施形態では、接弦時間を鍵盤番号のみにより変更するよ
うにしたが、さらに、鍵盤番号と打弦速度とに応じて接
弦時間を求め、この接弦時間によりセンサ位置を算出す
るようにすれば、より正確な検出が可能になる。また、
上述した実施形態では、接弦時間を考慮するようにした
が、処理の高速化のために、接弦時間を考慮しないよう
にしてもよい。さらに、上述した実施形態では、打弦速
度と離弦速度とを用いているが、両者を等速と見なして
もよい。ここで、接弦時間を考慮せず、且つ、打弦速度
と離弦速度とが等速であると見なし、且つ、直線近似し
た場合には、センサ距離の算出を簡略化できる。すなわ
ち、ハンマは、ｔＰＭ２からｔＮＭ2までの時間に打弦
速度ｖＰで２・ｄｘＥだけ移動することになるので、セ
ンサ距離ｄｘＥ＝（ｔＮＭ2−ｔＰＭ2）・ｖＰとして算
出することができ、処理を簡素化して高速化が可能にな
る。また、打弦速度に応じて、直線近似と放物線近似と
を切り換えるようにしてもよい。弱打は重力の影響が大
きいので放物線近似とし、強打は重力の影響が小さいの
で直線近似とする。強打のときは直線近似で算出が簡単
なので、常に放物線近似とするよりも高速化できる。さ
らに、重力の影響は、ピアノのタイプによっても異な
る。すなわち、アップライトピアノでは、ハンマは左右
方向に回動するため、重力の影響をそれほど受けない
が、グランドピアノでは、ハンマは上下方向に回動する
ため、重力の影響を受ける。そこで、アップライトピア
ノでは、直線近似とし、グランドピアノでは放物線近似
とするようにしてもよい。

【００７５】（８）上述した実施形態においては、検出
するセンサ距離として、センサＳＥ２の位置（第２の位
置）から弦に至るまでのハンマ２の回動軌道に沿った長
さ（道のり）を対象としたが、これに代えて、例えば、
センサＳＥ２の位置と弦との間の直線距離やその他の距
離を定義してもよい。要は、センサＳＥ２の位置（第２
の位置）と弦との間の距離に対応する情報となればよ
い。

【００７６】（９）センサＳＥ１とＳＥ２との間の通過
時間は、例えば、ハンマがセンサＳＥ１を通過してから
ＳＥ２を通過するまで（あるいは、ＳＥ２を通過してか
らＳＥ１を通過するまで）の間、カウントを行うカウン
タを用意し、このカウンタのカウント値を通過時間とし
て用いてもよい。また、上述した実施形態においては、
センサＳＥ１、ＳＥ２の通過時刻を用い、演算によって
センサ位置を求めたが、これに代えて、通過時刻の時間
差とセンサ位置（センサと弦との距離）との対応関係を
記憶したテーブルを使用し、時間差に応じたセンサ位置
をテーブルから読み出すように構成してもよい。さら
に、上述のカウンタのカウント値とセンサ位置との関係
を記憶したテーブルを用意し、カウント値に応じたセン
サ位置を読み出すように構成してもよい。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、第１の位置と第２の位置をハンマ機構が通過する時
間差に基づいてハンマセンサと弦までの距離に対応する
情報を求めるから、センサの位置を迅速かつ正確にしか
も自動的に測定することができるのは勿論のこと、製造
コストを最小限に抑えることができる（請求項１）。ま
た、前記検出時刻の時間差と、前記ハンマ機構が前記弦
に接している接弦時間とに基づいて、センサ位置を求め
るようにすれば、接弦時間が既知であれば、簡単にセン
サ位置を求めることができる（請求項２）。また、複数
回の押鍵によって得られる前記各時間差に基づいて、セ
ンサ位置を求めるようにすれば、接弦時間が未知であっ
ても、センサ位置を測定することができる（請求項
３）。また、前記検出時刻の時間差から前記ハンマ機構
の速度を求め、この速度も参照してセンサ位置を求める
ようにすれば、極めて正確にセンサ位置を求めることが
できる（請求項４）。また、上述のようにして求めたセ
ンサ位置とハンマ速度に基づいて打弦時刻を算出すれ
ば、極めて正確な値が得られる（請求項５）。また、打
弦に向かうハンマ機構の減速軌道に従って打弦時刻また
は打弦速度の少なくともいずれか一方を補正すれば、さ
らに、正確さを向上させることができる（請求項６）。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施形態の構成を示すブロック図
である。

【図２】 第１実施形態のハンマ軌道を示す線図であ
る。

【図３】 第１実施形態の変形例におけるハンマ軌道を
示す線図である。

【図４】 鍵盤番号と接弦時間との関係を示す線図であ
る。

【図５】 第１実施形態の動作を示すフローチャートで
ある。

【図６】 打弦速度と測定したセンサ距離との関係を示
す線図である。

【図７】 第２実施形態の変形例におけるハンマ軌道を
示す線図である。

【図８】 第２実施形態の変形例の動作を示すフローチ
ャートである。

【符号の説明】

２……ハンマ（ハンマ機構）、４……弦、３１……検出
後処理部（演算手段）、ｄｔＥ……接弦時間、ｄｘＥ…
…センサ距離、ｔＰＥ……打弦時刻、ｔＮＥ……離弦時
刻、ｘＰＭ1……第１の位置、ｘＰＭ2……第２の位置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川端 太郎 静岡県浜松市中沢町10番１号 ヤマハ株式 会社内 (72)発明者 古川 令 静岡県浜松市中沢町10番１号 ヤマハ株式 会社内 (72)発明者 玉木 隆 静岡県浜松市中沢町10番１号 ヤマハ株式 会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 押鍵によって回動するハンマ機構の通過
   を、第１の位置およびこれよりも弦に近い第２の位置に
   おいて検出するセンサと、 前記センサの第１、第２の位置における検出時刻の時間
   差に基づいて、前記第２の位置と弦との間の距離に対応
   するセンサ位置情報を発生するセンサ距離情報発生手段
   とを備えたことを特徴とするハンマセンサの位置測定装
   置。
2. 【請求項２】 前記センサ距離情報発生手段は、前記検
   出時刻の時間差と、前記ハンマ機構が前記弦に接してい
   る接弦時間とに基づいて、前記第２の位置と弦との間の
   距離に対応する情報を発生することを特徴とする請求項
   １記載のハンマセンサの位置測定装置。
3. 【請求項３】 前記センサ距離情報発生手段は、複数回
   の押鍵によって得られる前記各時間差に基づいて、前記
   第２の位置と前記弦との間の距離に対応する情報を発生
   することを特徴とする請求項１に記載のハンマセンサの
   位置測定装置。
4. 【請求項４】 前記センサ距離情報発生手段は、前記検
   出時刻の時間差から前記ハンマ機構の速度を求め、この
   速度も参照して前記第２の位置と弦との間の距離に対応
   する情報を発生することを特徴とする請求項１乃至３い
   ずれかに記載のハンマセンサの位置測定装置。
5. 【請求項５】 押鍵によって回動するハンマ機構の通過
   を、第１の位置およびこれよりも弦に近い第２の位置に
   おいて検出するセンサと、 前記センサの第１、第２の位置における検出時刻の時間
   差に基づいて、前記第２の位置と弦との間の距離に対応
   するセンサ位置情報を発生するセンサ距離情報発生手段
   と、 前記時間差に基づいて前記ハンマ機構のハンマ速度を求
   める速度算出手段と、 前記速度算出手段が求めた速度および前記センサ位置情
   報に基づいて前記ハンマ機構の打弦開始時刻を求める演
   算手段とを備えたことを特徴とする演奏データ補正装
   置。
6. 【請求項６】 前記演算手段は、打弦に向かう前記ハン
   マ機構の減速軌道に従って前記打弦時刻または打弦速度
   の少なくともいずれか一方を補正することを特徴とする
   請求項５に記載の演奏データ補正装置。