JP4345690B2 - 鍵盤楽器及び操作子反力適正化システム - Google Patents

Description

本発明は、鍵、ペダル等の操作子の操作に対して付与すべき反力を力覚制御用情報に基づいて制御する鍵盤楽器及び操作子反力適正化システムに関する。

従来、下記特許文献１に示されるように、電子ピアノ等の鍵盤楽器において、鍵等の操作子に対して、バネ等とは別に、ソレノイド等を用いて反力を与え、その反力を制御することで、アコースティックピアノの鍵等が持つ複雑な力覚の再現を目指した力覚制御装置が知られている。

この装置では、押離鍵操作において、鍵を駆動して操作に対する反力を付与するためのドライブアクチュエータを、例えば、鍵を離鍵方向に駆動できるような位置に設ける。また、付与する力覚を決定するための力覚制御用基礎情報として、ドライブアクチュエータで発生させるべき反力を記憶した力覚テーブルを予め取得しておく。そして、奏者による押離鍵時の鍵の位置、速度、加速度を検出乃至変換により得て、上記力覚テーブルを参照して、上記得た位置、速度、加速度の情報から鍵に付与すべき反力を決定し、その反力に基づいて、鍵位置に応じてドライブアクチュエータを制御することで、適切な力覚を与える。

上記力覚テーブルは、例えば、関連するパラメータ（鍵の位置、速度、加速度、鍵に与える駆動信号の値等）を個々に変化させる等によって、試行錯誤により感覚的に作り出される。
特開平１０−１７７３７８号公報

しかしながら、上記力覚テーブルを作り出す際、それが利用される鍵盤楽器の個々の抵抗等による反力の誤差要因（鍵回動軸の摩擦、ドライブアクチュエータのソレノイドの推力特性による誤差等）までは通常考慮していないため、上記力覚テーブルで規定される目標反力と、実際にその鍵盤楽器の操作子の操作に対して指にかかる実反力とが必ずしも一致しない。そのため、上記力覚テーブルを実際に利用する鍵盤楽器において、上記力覚テーブルで規定される目標反力を忠実に再現することが困難であるという問題があった。

本発明は上記従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、力覚制御用基礎情報に忠実な反力付与を実現することができる鍵盤楽器及び操作子反力適正化システムを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の請求項１の鍵盤楽器は、操作子（３）と、前記操作子を駆動することで該操作子の操作に対する反力を生じさせる第１駆動手段（２０）と、前記操作子の操作に対する目標反力を規定するための力覚制御用基礎情報（Ｔ０）を格納する格納手段と、前記操作子の操作に対する反力を規定するための力覚制御用情報（ＴＡ）であって、前記格納手段に格納された力覚制御用基礎情報を初期値とすると共に補正により更新されるものを記憶する記憶手段（２６）と、前記操作子が操作された場合に、前記記憶手段に記憶された力覚制御用情報に基づいて前記第１駆動手段を制御することで、前記操作子の操作に対して前記第１駆動手段が発生させる反力を制御する第１制御手段（４１）と、前記第１駆動手段とは別個に設けられ、前記操作子を操作方向に付勢するように駆動することが可能な第２駆動手段（３０）と、前記第２駆動手段を所定条件（Ｊ）で制御する第２制御手段（４２）と、前記操作子が、前記第２制御手段の制御に従って前記第２駆動手段により駆動され且つ前記第１制御手段の制御に従って前記第１駆動手段により駆動されているときに、前記第２駆動手段が前記操作子から受ける実反力を検出する反力検出手段（３７）と、前記操作子が、前記第２制御手段の制御に従って前記第２駆動手段により駆動され且つ前記第１制御手段の制御に従って前記第１駆動手段により駆動されているときにおける、前記力覚制御用基礎情報により規定される前記操作子の操作に対する前記目標反力と前記反力検出手段により検出された実反力との差分が小さくなるように、前記記憶手段に記憶された力覚制御用情報を補正して更新する補正手段（４３）とを有することを特徴とする。

この構成によれば、力覚制御用情報を補正することで鍵盤楽器の操作子操作に対する反力の誤差要因を吸収し、第１駆動手段による実反力を元の力覚制御用情報（力覚制御用基礎情報）で規定される目標反力に近づけることができる。よって、力覚制御用基礎情報に忠実な反力付与を実現することができる。

好ましくは、前記補正手段は、前記目標反力と前記反力検出手段により検出された実反力との一致／不一致を判定し、両者の一致を判定するまで前記力覚制御用情報の補正を繰り返す（請求項２）。この構成によれば、実反力を力覚制御用基礎情報で規定される目標反力に極力近づけ、一層忠実な反力付与を実現することができる。

上記目的を達成するために本発明の請求項３の操作子反力適正化システムは、操作子（１０１）と、前記操作子を駆動することで該操作子の操作に対する反力を生じさせる第１駆動手段（１２０）と、前記操作子の操作に対する目標反力を規定するための力覚制御用基礎情報（Ｔ０）を格納する格納手段と、前記操作子の操作に対する反力を規定するための力覚制御用情報（ＴＡ）であって、前記格納手段に格納された力覚制御用基礎情報を初期値とすると共に補正により更新されるものを記憶する記憶手段と、前記操作子が操作された場合に、前記記憶手段に記憶された力覚制御用情報に基づいて前記第１駆動手段を制御することで、前記操作子の操作に対して前記第１駆動手段が発生させる反力を制御する第１制御手段（１４１）とを有する力覚制御付き鍵盤楽器（１００）に用いられる操作子反力適正化システムであって、反力測定装置（１４０）と、反力補正装置（１４３）とを有し、前記反力測定装置は、前記操作子を操作方向に付勢するように駆動することが可能な第２駆動手段（１３０）と、前記第２駆動手段を所定条件（Ｊ）で制御する第２制御手段（１４２）と、前記操作子が、前記第２制御手段の制御に従って前記第２駆動手段により駆動され且つ前記第１制御手段の制御に従って前記第１駆動手段により駆動されているときに、前記第２駆動手段が前記操作子から受ける実反力を検出する反力検出手段（１３１）とを有し、前記反力補正装置は、前記操作子が、前記第２制御手段の制御に従って前記第２駆動手段により駆動され且つ前記第１制御手段の制御に従って前記第１駆動手段により駆動されているときにおける、前記力覚制御用基礎情報により規定される前記操作子の操作に対する前記目標反力と前記反力検出手段により検出された実反力との差分が小さくなるように、前記記憶手段に記憶された力覚制御用情報を補正して更新することを特徴とする。

なお、上記括弧内の符号は例示である。

本発明の請求項１によれば、力覚制御用基礎情報に忠実な反力付与を実現することができる。

本発明の請求項３によれば、力覚制御用基礎情報を利用する鍵盤楽器において、当該力覚制御用基礎情報に忠実な反力付与を実現することができる。また、力覚制御用情報の補正機能を有しない鍵盤楽器においても、力覚制御用情報の補正を適用でき、より汎用的な鍵盤楽器において力覚制御用基礎情報に忠実な反力付与を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る鍵盤装置の構成を、ある１つの鍵に着目して示した断面図である。本鍵盤装置１は、回動軸２を中心に回動するシーソー型の鍵３を複数有する電子鍵盤楽器である。以降、鍵３の奏者側（同図右側）を「前方」と称する。

鍵盤装置１は、１つの制御ユニット４０と、それぞれ各鍵３ごとに設けられた反力用アクチュエータ２０及び測定用アクチュエータ３０とを有する。反力用アクチュエータ２０は、対応する鍵３を離鍵方向に付勢するように駆動することで、該鍵３の指等による操作に対する反力を生じさせるためのものである。なお、鍵盤装置１には、アコースティックピアノにあるようなアクション機構は備えられておらず、適当な押離鍵反力は専ら反力用アクチュエータ２０によって得られる。

一方、測定用アクチュエータ３０は、反力用アクチュエータ２０とは別個に設けられ、対応する鍵３を押鍵方向に付勢するように駆動することで、自身にかかる押離鍵反力に相当する反力を鍵３の運動を介して検出するためのものである。これら反力用アクチュエータ２０及び測定用アクチュエータ３０については、黒鍵、白鍵のいずれに対応するものについてもそれぞれ構成が同様であるので、各１つの構成を代表して説明する。

反力用アクチュエータ２０は、対応する鍵３の前端部の下方に配置されている。反力用アクチュエータ２０は、上下方向に移動自在なプランジャ２２を有し、プランジャ２２の周りには、駆動用のソレノイドコイル２１が巻装されている。プランジャ２２の上端部には、鍵３の前端部下面３ａを突き上げ駆動する駆動部材２３が固定されている。プランジャ２２の下方にはコイルスプリング２５が設けられ、プランジャ２２が上方に常に付勢されている。これにより、押離鍵時において、駆動部材２３が、鍵３の前端部下面３ａに常に当接する。反力用アクチュエータ２０にはまた、プランジャ２２の位置、ひいては鍵３の位置を検出するキー位置センサ２４が設けられている。

測定用アクチュエータ３０は、対応する鍵３の後端部の下方に配置されている。測定用アクチュエータ３０は、上下方向に移動自在なプランジャ３２を有し、プランジャ３２の上端部には、鍵３の後端部下面３ｂを突き上げ駆動する駆動部材３３が固定され、プランジャ３２の下端部にはマグネット棒３５が固定されている。プランジャ３２の周りには、駆動用のソレノイドコイル３１が巻装され、マグネット棒３５の周りには、速度検出用のソレノイドコイル３６が巻装されている。測定用アクチュエータ３０にはまた、プランジャ３２の位置、ひいては鍵３の位置を検出するキー位置センサ３４が設けられている。

制御ユニット４０は、反力制御部４１、反力測定部４２及び反力補正部４３を有する。詳細は後述するが、反力制御部４１は、力覚制御用基礎情報としての後述する基礎テーブル群Ｔ０（図３参照）を格納していると共に、基礎テーブル群Ｔ０に基づく力覚制御用情報としての制御用テーブル群ＴＡを用いて反力用アクチュエータ２０を駆動制御する。また、反力測定部４２は、駆動条件Ｊを随時変更しつつ、駆動条件Ｊで測定用アクチュエータ３０を駆動制御する。

反力制御部４１は、制御用テーブル群ＴＡに従って、各時刻における鍵３の位置に対応した位置制御データを生成し、その位置制御データに応じた励磁電流として電流指示値ｕＡ（ｔ）を生成し、反力用アクチュエータ２０に供給する。反力測定部４２は、駆動条件Ｊに基づく各時刻における鍵３の位置に対応した位置制御データを生成し、その位置制御データに応じた励磁電流として電流指示値ｕＢ（ｔ）を生成し、測定用アクチュエータ３０に供給する。これら電流指示値ｕＡ（ｔ）、ｕＢ（ｔ）は、実際には、両アクチュエータ２０、３０のそれぞれのソレノイドコイル２１、３１に流すべき平均電流の目標値に応じたデューティ比となるようにパルス幅変調を施したＰＷＭ信号である。

キー位置センサ２４、３４により検出される信号は、鍵３の現在位置（プランジャ２２、３２の各ストローク位置にも相当）を示す位置信号ｘＡ、ｘＢ（ｍｍ）として反力制御部４１、反力測定部４２にそれぞれ供給される。また、測定用アクチュエータ３０において、マグネット棒３５がプランジャ３２と共に上下移動することで、ソレノイドコイル３６の電流が変化し、この電流変化が、鍵３の現在位置における鍵３の移動速度を示す速度信号ｖＢ（ｍｍ／ｓｅｃ）として反力測定部４２に供給される。

さらに、鍵盤装置１には、ホール素子等で成る供給電流センサ３７が設けられる。供給電流センサ３７は、測定用アクチュエータ３０による鍵３の駆動時において、鍵３を現在位置に位置させるために反力測定部４２からソレノイドコイル３１に供給されている電流値を、鍵３の現在位置における必要入力電流値ｉＢ（Ａ；アンペア）として検出する。後述するように、必要入力電流値ｉＢは、鍵３乃至プランジャ３２を現在位置に駆動するために必要である推力に相当するものであり、例えば、押離鍵という観点からみれば、鍵３の押離鍵時の反力に相当する値である。この必要入力電流値ｉＢは、後述するテーブル群補正処理（図５）において、補正部４３により反力Ｆ（ｇ）に変換されて用いられる。ここで、反力Ｆをロードセルで直接測定することも可能であるが、ソレノイドコイル３１に供給された必要入力電流値ｉＢから反力Ｆを求めるようにしたことで、ロードセルが有するロスの問題が解消され、検出精度が向上している。

反力制御部４１、反力測定部４２は、制御用テーブル群ＴＡ、駆動条件Ｊに基づくそれぞれの位置制御データと、位置信号ｘＡ、ｘＢとを比較し、両者がそれぞれ一致するように電流指示値ｕＡ（ｔ）、ｕＢ（ｔ）を随時更新して出力することでサーボ制御を行う。

反力制御部４１による反力発生制御、すなわち力覚制御においては、鍵３を指で操作するとき、反力制御部４１は、位置信号ｘＡを逐次検出すると共に、位置信号ｘＡの微分により速度信号ｖＡを、さらに速度信号ｖＡの微分により加速度信号ａＡ（ｍｍ／ｓ^２）を、逐次演算して得る。これと並行して、反力制御部４１は、制御用テーブル群ＴＡを参照し、上記各検出値に基づき、反力Ｆを鍵に付与すべき反力として決定する。なお、制御用テーブル群ＴＡにおいて、離散的であって存在しない中間値に関しては、補間処理により適値を求める。そして、上記決定した反力Ｆを発生させるように、それに応じた駆動信号を反力用アクチュエータ２０のソレノイドコイル２１に供給する。すると、プランジャ２２が上昇し、駆動部材２３が対応する鍵３の前端部３ａを突き上げる。これにより、各時刻において制御用テーブル群ＴＡで逐次規定される反力Ｆ（以下、「目標反力」と称する）を、その時刻において発生させるべき反力の目標値として鍵３が制御される。

反力制御部４１は、通常、上記のように、指による演奏操作に対して力覚制御を行うが、本実施の形態では、指に代わり、測定用アクチュエータ３０で鍵３を駆動条件Ｊで駆動したときに反力用アクチュエータ２０に力覚制御を行わせ、そのときの測定用アクチュエータ３０が受ける反力を測定することで、反力用アクチュエータ２０が実際に発生させている反力を推定し、さらには制御用テーブル群ＴＡを補正する。その詳細は後述する。

図２は、鍵盤装置１の制御機構の構成を示すブロック図である。

鍵盤装置１の制御機構は、ＣＰＵ１１に、バス１５を通じて、上記した反力用アクチュエータ２０、測定用アクチュエータ３０、キー位置センサ２４、３４、供給電流センサ３７のほか、鍵盤部ＫＢ、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、ＭＩＤＩ（Musical Instrument Digital Interface）インターフェイス（ＭＩＤＩＩ／Ｆ）１４、タイマ１６、表示部１７、外部記憶装置１８、操作部１９、音源回路２７、効果回路２８、通信インターフェイス（通信Ｉ／Ｆ）９及びハードディスクドライブ（ＨＤＤ）２６が接続されて構成される。音源回路２７には効果回路２８を介してサウンドシステム２９が接続されている。

ＣＰＵ１１は、鍵盤装置１全体の制御を司る。ＲＯＭ１２は、ＣＰＵ１１が実行する制御プログラムやテーブルデータ等の各種データを記憶する。ＲＡＭ１３は、演奏データ、テキストデータ等の各種入力情報、各種フラグやバッファデータ及び演算結果等を一時的に記憶する。ＭＩＤＩＩ／Ｆ１４は、不図示のＭＩＤＩ機器等からの演奏データをＭＩＤＩ信号として入力する。タイマ１６は、タイマ割り込み処理における割り込み時間や各種時間を計時する。表示部１７は、例えばＬＣＤを含んで構成され、楽譜等の各種情報を表示する。外部記憶装置１８は、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ等の不図示の可搬記憶媒体に対してアクセス可能に構成され、これら可搬記憶媒体に対して演奏データ等のデータを読み書きすることができる。操作部１９は、不図示の各種操作子を有し、自動演奏のスタート／ストップの指示、曲選択等の指示、各種設定等を行う。ＨＤＤ２６は、上記制御プログラムを含む各種アプリケーションプログラムや演奏データ等の各種データを記憶する。鍵盤部ＫＢには、上記鍵３が含まれる。

音源回路２７は、演奏データを楽音信号に変換する。効果回路２８は、音源回路２７から入力される楽音信号に各種効果を付与し、ＤＡＣ（Digital-to-Analog Converter）やアンプ、スピーカ等で構成されるサウンドシステム２９が、効果回路２８から入力される楽音信号等を音響に変換する。通信Ｉ／Ｆ９は、通信ネットワークを介してサーバコンピュータ（図示せず）とデータの送受信を行う。

制御ユニット４０の機能は、実際には、ＣＰＵ１１、タイマ１６、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、ＨＤＤ２６、外部記憶装置１８、通信Ｉ／Ｆ９等の協働作用によって実現される。

図３は、基礎テーブル群Ｔ０の概念を示す図である。基礎テーブル群Ｔ０は、上記特許文献１（特開平１０−１７７３７８号公報）等に示されるように、実測等によって生成されたものが予め取得され、例えば、ＨＤＤ２６に格納される。基礎テーブル群Ｔ０の入手手法は問わない。同図に示すように、基礎テーブル群Ｔ０は、各鍵３毎に構成され、第１基礎テーブル群６３、第２基礎テーブル群６４及び第３基礎テーブル群６５から成る。

第１基礎テーブル群６３は、位置信号ｘＡ及び速度信号ｖＡをパラメータとして発生すべき反力Ｆを規定するテーブルである。すなわち、第１基礎テーブル群６３は、横軸であるＸ軸が位置信号ｘＡ、縦軸であるＹ軸が反力Ｆとなっている２次元データであって速度信号ｖＡを段階的に（例えば、１２８段階）変えたものを、奥行き方向の軸であるＺ軸方向に複数（ｎ個；例えば１２８個）配列して構成されている（６３（１）〜６３（ｎ））。同様に、第２基礎テーブル群６４は、Ｘ軸が位置信号ｖＡ、Ｙ軸が反力Ｆとなっている２次元データであって位置信号ｘＡを段階的に変えたものをＺ軸方向にｎ個配列して構成されている（６４（１）〜６４（ｎ））。同様に、第３基礎テーブル群６５（６５（１）〜６５（ｎ））は、Ｘ軸が加速度信号ａＡ（ｍｍ／ｓ^２）、Ｙ軸が反力Ｆ、Ｚ軸方向が位置信号ｘＡとなっている。

図４は、ｉＢ−Ｆ変換テーブルを示す図である。このテーブルは、鍵盤装置１に測定用アクチュエータ３０を装着した場合を想定して予め実測することで生成される。すなわち、測定用アクチュエータ３０において、駆動信号により、プランジャ３２がある推力で駆動されるようにしたときにおける、プランジャ３２の位置を示す位置信号ｘＢ（ｍｍ）とソレノイドコイル３１に供給する必要があった電流値である必要入力電流値ｉＢ（Ａ）との関係を実測して得る。位置信号ｘＢはキー位置センサ３４により実測され、必要入力電流値ｉＢは供給電流センサ３７により実測される。

上記実測において、ストローク中の検出間隔は、例えば、１ｍｍとし、駆動する際の推力を５０ｇから４０００ｇまで、複数段階に分けて行った。推力の実測は、不図示のロードセルを用いて行った。このｉＢ−Ｆ変換テーブルは、予め作成しておく必要があり、例えば、ＨＤＤ２６に格納される。後述するテーブル群補正処理（図５）においては、位置信号ｘＢと必要入力電流値ｉＢとが検出されると、これらから、ｉＢ−Ｆ変換テーブルを参照して反力Ｆ（ｇ）が定められる。なお、同図の線上にない値については、補間処理により反力Ｆ（ｇ）が決定される。

図５は、制御ユニット４０で実行される、テーブル群補正処理のフローチャートである。

まず、カウンタ値Ｎを０にリセットし（ステップＳ５０１）、制御用テーブル群ＴＡに基礎テーブル群Ｔ０をセットする（ステップＳ５０２）。ここで、制御用テーブル群ＴＡは、本処理の毎回のループ毎に更新され得るものであり、例えばＲＡＭ１３に記憶され、最初は基礎テーブル群Ｔ０と同一である。

次に、駆動条件Ｊで、測定用アクチュエータ３０により鍵３を押鍵方向に付勢するように駆動（押離鍵駆動）すると同時に、制御用テーブル群ＴＡに基づく反力パターンで、反力用アクチュエータ２０により鍵３を離鍵方向に付勢するように駆動（反力駆動）する（ステップＳ５０３）。この反力パターンは、駆動条件Ｊに対応する理論上の目標反力を示すものであるので、「目標反力パターンｔＡ（Ｊ）」と記す。最初、すなわち、制御用テーブル群ＴＡが基礎テーブル群Ｔ０と同一である場合は、特に、その目標反力パターンｔＡ（Ｊ）を、「目標反力パターンｔ０」と記す。

ここで、測定用アクチュエータ３０は、鍵３を離鍵方向に付勢することはできないが、鍵３との当接を維持しつつ押鍵方向への付勢力を弱めることで鍵３を実質的に離鍵方向に変位させる駆動態様もある。従って、上記「押離鍵駆動」には、鍵３が押鍵方向だけでなく離鍵方向に変位するような駆動も含まれる。また、反力用アクチュエータ２０は、押鍵時だけでなく離鍵時にもそれに応じた反力を発生させるので、上記「反力駆動」にも、鍵３が押鍵方向だけでなく離鍵方向に変位するような駆動が含まれる。

次に、実反力パターンｔＢ（Ｊ）を求める（ステップＳ５０４）。すなわち、前記ステップＳ５０３で押離鍵駆動及び反力駆動がされているときに測定用アクチュエータ３０が鍵３から受ける実反力を検出する。この実反力は、１２８段階の位置ｘで供給電流センサ３７から検出される必要入力電流値ｉＢに基づき、ｉＢ−Ｆ変換テーブルを参照して求められる１２８個の反力値群である。そして、求めた反力値群から実反力パターンｔＢ（Ｊ）を求める。上記目標反力パターンｔ０と実反力パターンｔＢ（Ｊ）との関係を、図６を用いて説明する。

図６（ａ）は、目標反力パターンｔ０と実反力パターンｔＢ（Ｊ）との差分に基づき制御用テーブル群ＴＡ中の第１、第２基礎テーブル群６３、６４を補正する態様の一例を示す図である。同図（ｂ）は、目標反力パターンｔ０と実反力パターンｔＢ（Ｊ）との差分に基づき制御用テーブル群ＴＡ中の第３基礎テーブル群６５を補正する態様の一例を示す図である。

駆動条件Ｊは、図５のステップＳ５１１の実行毎に変更されるが、まず、一例として、駆動条件Ｊが、一定速度ｖであるとする。この場合、図６（ａ）に示すように、目標反力パターンｔ０は、一定速度ｖで鍵３が駆動された場合における、１２８段階の位置ｘに対する目標反力（Ｆ値）を規定するものであり、図３に示す第１基礎テーブル群６３（１）〜６３（ｎ）のうち、速度ｖに対応する１枚のテーブル（例えば、テーブル６３（１））と実質的に同じものとなる。

一方、駆動条件Ｊが、一定加速度ａであるとすると、図６（ｂ）に示すように、目標反力パターンｔ０は、一定加速度ａで鍵３が駆動された場合における、１２８段階の位置ｘに対する反力Ｆ値を規定するものである。この場合、目標反力パターンｔ０は、図３に示す第３基礎テーブル群６５（１）〜６５（ｎ）から、一定加速度ａに対応するｎ個（１２８個）のＦ値を抽出し、これらを、横軸に位置ｘ、縦軸に目標反力（Ｆ値）をとってプロットしたものに相当する。

図６（ａ）に示す実反力パターンｔＢ（Ｊ）は、１２８個の反力値群から成り、同図（ｂ）に示す実反力パターンｔＢ（Ｊ）は、ｎ個（１２８個）の反力値群から成る。ここで、理想的には、実測反力値群である実反力パターンｔＢ（Ｊ）は、目標反力値群である目標反力パターンｔ０と一致しなければならない。しかしながら、摩擦、ソレノイド特性等の各種誤差要因によって、両者は一致しない場合がある。しかも、対応する１２８個の各反力値同士でも差分が異なる。そこで、本実施の形態では、図５のステップＳ５０５〜Ｓ５１１の処理により、目標反力パターンｔ０と実反力パターンｔＢ（Ｊ）との差分が小さくなるように、制御用テーブル群ＴＡ中の第１〜第３基礎テーブル群６３〜６５を補正する。

図５に戻り、ステップＳ５０５では、目標反力パターンｔ０における目標反力値群（１２８個）のすべてであるＦ値｛ｔ０｝と、実反力パターンｔＢ（Ｊ）における実測反力値群（１２８個）のすべてであるＦ値｛ｔＢ（Ｊ）｝とを、対応するもの同士で比較する。そして、下記数式１により、目標反力パターンｔＡ（Ｊ）における目標反力値群（１２８個）のすべてであるＦ値｛ｔＡ（Ｊ）｝を補正し、次回において補正後のＦ値｛ｔＡ（Ｊ）｝が得られるように、制御用テーブル群ＴＡを補正する（ステップＳ５０６）。αは所定の係数である。
［数１］
Ｆ値｛ｔＡ（Ｊ）｝←Ｆ値｛ｔＡ（Ｊ）｝＋α［Ｆ値｛ｔ０｝−Ｆ値｛ｔＢ（Ｊ）｝］
具体的には、制御用テーブル群ＴＡ中の各テーブルにおいて、Ｆ値｛ｔＡ（Ｊ）｝に対応するＦ値を個々に補正することになる。例えば、図６（ａ）に示す駆動条件Ｊ＝一定速度ｖの例では、図３に示す第１基礎テーブル群６３中の、一定速度ｖに対応する１枚のテーブル（例えば、テーブル６３（１））において、各ｘＡ値に対応するＦ値が個々に補正される。また、第１基礎テーブル群６３が補正されるのと並行して、第２基礎テーブル群６４（１）〜６４（ｎ）において、一定速度ｖに対応するｎ個（１２８個）のＦ値も個々に補正される。

また、図６（ｂ）に示す駆動条件Ｊ＝一定加速度ａの例では、図３に示す第３基礎テーブル群６５（１）〜６５（ｎ）において、一定加速度ａに対応するｎ個（１２８個）のＦ値が個々に補正される。補正された後の制御用テーブル群ＴＡは、元の（直前に用いた）制御用テーブル群ＴＡに変わって記憶される。

次に、ステップＳ５２０で、目標反力パターンｔ０と実反力パターンｔＢ（Ｊ）との一致／不一致判定を行う。このステップＳ５２０は、ステップＳ５０７〜Ｓ５０９から成る。まずステップＳ５０７では、１２８個すべてのＦ値同士が一致したか、すなわち、Ｆ値｛ｔ０｝とＦ値｛ｔＢ（Ｊ）｝とが一致したか否かを判別し、一致しないＦ値が１つでもある場合は、カウンタ値Ｎを「１」だけインクリメントし（ステップＳ５０８）、Ｎ≧１０となったか否かを判別する（ステップＳ５０９）。その判別の結果、Ｎ＜１０である場合は、前記ステップＳ５０３に戻る。

一方、前記ステップＳ５０７の判別の結果、Ｆ値｛ｔ０｝とＦ値｛ｔＢ（Ｊ）｝とが一致した場合は、ステップＳ５１０に進む。また、前記ステップＳ５０９で、Ｎ≧１０となった場合も、前記ステップＳ５１０に進む。従って、ステップＳ５２０においては、Ｆ値｛ｔ０｝とＦ値｛ｔＢ（Ｊ）｝とが完全一致した場合だけでなく、前記ステップＳ５０３〜Ｓ５０９の処理を１０回繰り返した場合も、両者が一致したものと判定される。これは、両者が完全一致するまで上記処理を繰り返すことは現実的でない一方、１０回繰り返せばほぼ近似するからである。従って、繰り返し数が９回以下では、両者が不一致であると判定され、前記ステップＳ５０３〜Ｓ５０９の処理が繰り返される。なお、一致判定されるための繰り返し回数は、１０回に限定されない。

前記ステップＳ５１０では、全駆動条件による押離鍵駆動が終了したか否かを判別し、全駆動条件による押離鍵駆動が終了していない場合は、駆動条件Ｊを変更して（ステップＳ５１１）、前記ステップＳ５０３に戻る。例えば、今回が一定速度ｖ１であったとすると、次回は一定速度ｖ２とする。あるいは、今回で、一定速度による押離鍵駆動が終了したならば、次回は一定加速度ａ１、さらにその次は一定加速度ａ２、というように毎回変更する。本実施の形態では、駆動条件Ｊとしては、各種一定速度及び各種一定加速度を採用するが、これらに限るものではない。

このようにして、次回のループでは、前記ステップＳ５０３で、変更後の駆動条件Ｊにて押離鍵駆動がなされ、それに対応する反力駆動もなされる。これにより、次回のループでは、Ｆ値｛ｔＢ（Ｊ）｝がＦ値｛ｔ０｝に一層近づくことになる。

一方、前記ステップＳ５１０の判別の結果、全駆動条件による押離鍵駆動が終了した場合は、今回の制御用テーブル群ＴＡを、最終的な制御用テーブル群Ｔ００として、ＨＤＤ２６に記憶させ（ステップＳ５１２）、本処理を終了する。なお、元の基礎テーブル群Ｔ０と制御用テーブル群Ｔ００とを併存させるのではなく、今回の制御用テーブル群ＴＡを、元の基礎テーブル群Ｔ０と置き換えて新たな基礎テーブル群Ｔ０として格納するようにしてもよい。

本実施の形態によれば、鍵３を駆動条件Ｊで押離鍵駆動するのと同時に、制御用テーブル群ＴＡに基づく目標反力パターンｔＡ（Ｊ）で反力駆動し、目標反力パターンｔ０におけるＦ値｛ｔ０｝と実反力パターンｔＢ（Ｊ）におけるＦ値｛ｔＢ（Ｊ）｝との、対応するもの同士の差分が小さくなるように、制御用テーブル群ＴＡを補正して、最終的な制御用テーブル群Ｔ００を得る。これにより、鍵盤装置１の鍵の操作に対する反力の誤差要因を吸収でき、反力用アクチュエータ２０が実際に発生させる反力を、最初の基礎テーブル群Ｔ０で規定される目標反力に近いものにすることができる。よって、基礎テーブル群Ｔ０に忠実な反力付与（乃至力覚制御）を実現することができる。

また、前記ステップＳ５２０によりＦ値｛ｔ０｝とＦ値｛ｔＢ（Ｊ）｝とが一致したと判定されるまで、制御用テーブル群ＴＡの補正が繰り返されるので、反力用アクチュエータ２０による実反力を目標反力に極力近づけ、基礎テーブル群Ｔ０に一層忠実な反力付与を実現することができる。

（第２の実施の形態）
上記第１の実施の形態では、鍵盤装置１が、制御ユニット４０、反力用アクチュエータ２０及び測定用アクチュエータ３０を備え、制御ユニット４０が、反力制御部４１、反力測定部４２及び反力補正部４３を備えた。しかしながら、本発明の第２の実施の形態では、測定用アクチュエータ３０、反力測定部４２及び反力補正部４３に相当するものを、鍵盤装置とは別体の、外付け可能な操作子反力適正化システムとして構成する。

図７は、本発明の第２の実施の形態に係る操作子反力適正化システムとそれが適用される鍵盤装置とを示すブロック図である。

同図に示すように、鍵盤装置１００は、鍵３に相当する鍵１０１と、反力用アクチュエータ２０に相当する反力用アクチュエータ１２０と、キー位置センサ２４に相当するキー位置センサ１２４と、反力制御部４１に相当する反力制御部１４１とを備える力覚制御付き鍵盤楽器である。基礎テーブル群Ｔ０は反力制御部１４１内に格納される。一方、鍵盤装置１００とはそれぞれ別個に、反力測定装置１４０と、反力補正装置１４３とが設けられる。反力測定装置１４０と反力補正装置１４３とにより、本実施の形態の操作子反力適正化システムが構成される。反力測定装置１４０は、測定用アクチュエータ３０に相当する測定用アクチュエータ１３０、供給電流センサ３７及びキー位置センサ３４に相当するものが含まれるセンサ群１３１、並びに反力測定部４２に相当する反力測定部１４２を備える。

その他の構成は、第１の実施の形態と同様であり、テーブル群補正処理（図５）は、反力補正装置１４３が統率する。すなわち、テーブル群補正処理の実行の際、反力補正装置１４３は、反力測定装置１４０の反力測定部１４２と鍵盤装置１００の反力制御部１４１とに電気的に接続される。そして、反力測定部１４２による押離鍵駆動、反力制御部１４１による反力駆動は、反力補正装置１４３の指示によりなされ、随時補正される制御用テーブル群ＴＡは、反力制御部１４１内の不図示の記憶手段に記憶される。

本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を奏するだけでなく、操作子反力適正化システムを、鍵盤装置１００とは別体で外付け可能にしたので、特定の鍵盤装置だけでなく、テーブル補正機能を有しない鍵盤装置にも本発明を適用でき、汎用性が高い。従って、より汎用的な鍵盤楽器において、基礎テーブル群Ｔ０に忠実な反力付与を実現することができる。

なお、操作子反力適正化システムは、反力補正装置１４３と反力測定装置１４０とを一体に構成したものであってもよい。

なお、第１、第２の実施の形態では、反力制御の対象となる操作子として、鍵盤楽器の鍵を例示したが、これに限るものでなく、ペダル等、各種操作子に応用が可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る鍵盤装置の構成を、ある１つの鍵に着目して示した断面図である。 鍵盤装置の制御機構の構成を示すブロック図である。 基礎テーブル群の概念を示す図である。 ｉＢ−Ｆ変換テーブルを示す図である。 制御ユニットで実行される、テーブル群補正処理のフローチャートである。 目標反力パターンと実反力パターンとの差分に基づき制御用テーブル群中の第１、第２基礎テーブル群を補正する態様の一例を示す図（図（ａ））、及び、目標反力パターンと実反力パターンとの差分に基づき制御用テーブル群中の第３基礎テーブル群を補正する態様の一例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る操作子反力適正化システムとそれが適用される鍵盤装置とを示すブロック図である。

符号の説明

３、１０１ 鍵（操作子）、 ２０、１２０ 反力用アクチュエータ（第１駆動手段）、 ２６ ＨＤＤ（記憶手段）、 ３０、１３０ 測定用アクチュエータ（第２駆動手段）、 ３７ 供給電流センサ（反力検出手段）、 ４０ 制御ユニット、 ４１、１４１ 反力制御部（第１制御手段）、 ４２、１４２ 反力測定部（第２制御手段）、 ４３ 反力補正部（補正手段）、 １００ 鍵盤装置（力覚制御付き鍵盤楽器）、 １３１ センサ群（反力検出手段）、 １４０ 反力測定装置、 １４３ 反力補正装置、 ＴＡ 制御用テーブル群（力覚制御用情報）、 Ｔ０ 基礎テーブル群（力覚制御用基礎情報）、 Ｊ 駆動条件（所定条件）

Claims (3)

1. 操作子と、
   前記操作子を駆動することで該操作子の操作に対する反力を生じさせる第１駆動手段と、
   前記操作子の操作に対する目標反力を規定するための力覚制御用基礎情報を格納する格納手段と、
   前記操作子の操作に対する反力を規定するための力覚制御用情報であって、前記格納手段に格納された力覚制御用基礎情報を初期値とすると共に補正により更新されるものを記憶する記憶手段と、
   前記操作子が操作された場合に、前記記憶手段に記憶された力覚制御用情報に基づいて前記第１駆動手段を制御することで、前記操作子の操作に対して前記第１駆動手段が発生させる反力を制御する第１制御手段と、
   前記第１駆動手段とは別個に設けられ、前記操作子を操作方向に付勢するように駆動することが可能な第２駆動手段と、
   前記第２駆動手段を所定条件で制御する第２制御手段と、
   前記操作子が、前記第２制御手段の制御に従って前記第２駆動手段により駆動され且つ前記第１制御手段の制御に従って前記第１駆動手段により駆動されているときに、前記第２駆動手段が前記操作子から受ける実反力を検出する反力検出手段と、
   前記操作子が、前記第２制御手段の制御に従って前記第２駆動手段により駆動され且つ前記第１制御手段の制御に従って前記第１駆動手段により駆動されているときにおける、前記力覚制御用基礎情報により規定される前記操作子の操作に対する前記目標反力と前記反力検出手段により検出された実反力との差分が小さくなるように、前記記憶手段に記憶された力覚制御用情報を補正して更新する補正手段とを有することを特徴とする鍵盤楽器。
2. 前記補正手段は、前記目標反力と前記反力検出手段により検出された実反力との一致／不一致を判定し、両者の一致を判定するまで前記力覚制御用情報の補正を繰り返すことを特徴とする請求項１記載の鍵盤楽器。
3. 操作子と、前記操作子を駆動することで該操作子の操作に対する反力を生じさせる第１駆動手段と、前記操作子の操作に対する目標反力を規定するための力覚制御用基礎情報を格納する格納手段と、前記操作子の操作に対する反力を規定するための力覚制御用情報であって、前記格納手段に格納された力覚制御用基礎情報を初期値とすると共に補正により更新されるものを記憶する記憶手段と、前記操作子が操作された場合に、前記記憶手段に記憶された力覚制御用情報に基づいて前記第１駆動手段を制御することで、前記操作子の操作に対して前記第１駆動手段が発生させる反力を制御する第１制御手段とを有する力覚制御付き鍵盤楽器に用いられる操作子反力適正化システムであって、
   反力測定装置と、
   反力補正装置とを有し、
   前記反力測定装置は、
   前記操作子を操作方向に付勢するように駆動することが可能な第２駆動手段と、
   前記第２駆動手段を所定条件で制御する第２制御手段と、
   前記操作子が、前記第２制御手段の制御に従って前記第２駆動手段により駆動され且つ前記第１制御手段の制御に従って前記第１駆動手段により駆動されているときに、前記第２駆動手段が前記操作子から受ける実反力を検出する反力検出手段とを有し、
   前記反力補正装置は、
   前記操作子が、前記第２制御手段の制御に従って前記第２駆動手段により駆動され且つ前記第１制御手段の制御に従って前記第１駆動手段により駆動されているときにおける、前記力覚制御用基礎情報により規定される前記操作子の操作に対する前記目標反力と前記反力検出手段により検出された実反力との差分が小さくなるように、前記記憶手段に記憶された力覚制御用情報を補正して更新することを特徴とする操作子反力適正化システム。

Images