JP5338401B2 - 鍵駆動装置、アップライト型自動演奏ピアノ及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、鍵盤楽器における鍵駆動装置に関する。

自動演奏を行う自動演奏ピアノ等において、演奏情報が表す打弦速度を忠実に再現するために、鍵の動作速度（押鍵速度）を制御する技術が種々提案されている。例えば、特許文献１には、鍵盤位置に応じて制御パラメータを切り替える方法が提案されている。

特開２００５−２９２７６９号公報

ところで、アップライトピアノ型の自動演奏ピアノにおいて、ソフトペダルが踏まれた状態で自動演奏が行われた場合、ソフトペダルが踏まれるとハンマレールが弦に近づきハンマが持ち上げられる状態となるため、ハンマが二度打ちしてしまう等の不安定な動作が発生してしまう場合があった。また、ソフトペダルが踏まれることによって、目標とする速度や発音タイミングを得ることができず、意図しない強打打鍵になってしまうなどの問題があった。
本発明は、自動演奏を行う鍵盤楽器においてソフトペダルを踏んだ場合の鍵の駆動の性能を向上させることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、鍵と、前記鍵を駆動するための駆動手段と、前記鍵の動きに応じた物理量を検出する検出手段と、鍵操作に応じて回動する質量体の回動ストロークが通常演奏時よりも減らされている状態か否かを判断する判断手段と、前記鍵の位置の目標値及び操作速度の目標値の少なくともいずれか一方を生成する目標値生成手段と、前記判断手段の判断結果に基づいてゲイン値を可変設定するとともに、前記位置の目標値及び操作速度の目標値の少なくともいずれか一方に基づきゲイン値を可変設定するゲイン値設定手段であって、前記判断手段によって前記質量体の回動ストロークが前記通常演奏時の量より少ない状態と判断されたときに、押鍵初期位置から所定範囲内のゲイン値を、前記通常演奏時のゲイン値より小さくするように設定し、前記鍵の位置が前記所定範囲内でない場合のゲイン値については、前記通常演奏時に設定するゲイン値を設定するゲイン値設定手段と、前記検出手段の出力と前記目標値の偏差に対して、前記ゲイン値設定手段によって設定されたゲイン値を乗算し、その乗算結果に基づき前記駆動手段をサーボ制御する制御手段とを具備することを特徴とする鍵駆動装置を提供する。

また、本発明は、上述の鍵駆動装置を有するアップライト型自動演奏ピアノを提供する。
また、本発明は、鍵と、前記鍵を駆動するための駆動手段とを備えた鍵駆動装置を、前記鍵の動きに応じた物理量を検出する検出手段と、鍵操作に応じて回動する質量体の回動ストロークが通常演奏時よりも減らされている状態か否かを判断する判断手段と、前記鍵の位置の目標値及び操作速度の目標値の少なくともいずれか一方を生成する目標値生成手段と、前記判断手段の判断結果に基づいてゲイン値を可変設定するとともに、前記位置の目標値及び操作速度の目標値の少なくともいずれか一方に基づきゲイン値を可変設定するゲイン値設定手段であって、前記判断手段によって前記質量体の回動ストロークが前記通常演奏時の量より少ない状態と判断されたときに、押鍵初期位置から所定範囲内のゲイン値を、前記通常演奏時のゲイン値より小さくするように設定し、前記鍵の位置が前記所定範囲内でない場合のゲイン値については、前記通常演奏時に設定するゲイン値を設定するゲイン値設定手段と、前記検出手段の出力と前記目標値の偏差に対して、前記ゲイン値設定手段によって設定されたゲイン値を乗算し、その乗算結果に基づき前記駆動手段をサーボ制御する制御手段として実現させるためのプログラムを提供する。

本発明によれば、自動演奏を行う鍵盤楽器においてソフトペダルを踏んだ場合の鍵の駆動の性能を向上させることができる。

自動演奏ピアノの外観の一例を示す斜視図である。 自動演奏ピアノの主要部の機能的構成と電気的構成の一例を示す図である。 自動演奏ピアノの主要部の構成を示すブロック図である。 鍵センサの構成の一例を示す図である。 ソフトペダルに係る自動演奏ピアノの構成の一例を示す図である。 モーションコントローラにおいて実行されるサーボ制御のシステム構成の一例を機能的に示すブロック図である。 ゲイン値を算出するために参照されるテーブルの一例を示す図である。 ゲイン値を算出するために参照されるテーブルの一例を示す図である。 鍵の駆動制御において実現すべき軌道リファレンスと、それに応じた鍵の駆動軌道（制御量）の実測例とを示す軌道図である。 鍵の駆動制御において実現すべき軌道リファレンスと、それに応じた鍵の駆動軌道（制御量）の実測例とを示す軌道図である。 鍵の駆動制御において実現すべき軌道リファレンスと、それに応じた鍵の駆動軌道（制御量）の実測例とを示す軌道図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る自動演奏ピアノ１００の外観の一例を示す斜視図である。自動演奏ピアノ１００の前面には、演奏者によって操作される鍵１が複数配置されている。なお、以下の説明においては、演奏者からみて鍵１の前端が押し下げられる状態を「押鍵」といい、鍵１の前端が押し下げられた状態から押し上げられる状態となることを「離鍵」という。自動演奏ピアノ１００の前面にはディスクドライブ１２０が設けられている。ディスクドライブ１２０は、例えばＤＶＤ（Digital Versatile Disk）やＣＤ（Compact Disk）などの記録媒体に記録された楽曲データを読み出し、読み出した楽曲データを自動演奏ピアノ１００に供給する。また、自動演奏ピアノ１００の前面には操作パネル１３０が設けられており、さらに自動演奏ピアノ１００の下方にはソフトペダル１１０ａ、弱音器ペダル１１０ｂ、長音ペダル１１０ｃが設けられている。操作パネル１３０は、タッチパネル形式の液晶ディスプレイであり、楽譜などの各種情報の表示手段として機能するとともに、この自動演奏ピアノ１００における各種の動作モードの設定や処理の指示を行うための操作手段として機能する。

図２は、自動演奏ピアノ１００の主要部の機能的構成と電気的構成を示す図であり、図３は自動演奏ピアノ１００の主要部の構成を示すブロック図である。図２に示すように、自動演奏ピアノ１００には、鍵１の運動をハンマ３に伝達するアクションメカニズム２と、ハンマ３によって打撃される弦４と、鍵１を駆動するソレノイド５と、弦４の振動を止めるためのダンパ６と、ハンマ３の動きに応じた物理量を検出するハンマセンサ７と、鍵１のそれぞれに対応して設けられた複数の鍵センサ８などが設けられている。

自動演奏ピアノ１００は、図１に示すように、ソフトペダル１１０ａと、弱音器ペダル１１０ｂと、長音ペダル１１０ｃとを備える。ソフトペダル１１０ａは、踏み込んだ状態とするとハンマ３の待機位置が弦４に近づく（打弦距離が短くなる）ことで、音量が小さくなる。元々ハンマ３は弦４の手前２〜３ｍｍで鍵盤からの動きを遮断（レット・オフ）され、自由運動で打弦するが、きわめて弱い音を速い動きで繰り返す場合には、ハンマ３が弦４を打たないミス・タッチとなる。そこでソフトペダル１１０ａを使用して打弦距離を幾らか短くする（ハンマの回動するストローク量を減らす）ことで、弱く弾いた場合でもミス・タッチを起こしにくくする効果がある。弱音器ペダル１１０ｂが踏まれると、弦４を打つハンマ３と弦４の間にフェルトが挟まれ、きわめて小さい音が出される。長音ペダル１１０ｃが踏まれると、鍵１を離してもダンパ６が弦４に接することなく音が続く。

図２に示す複数のソレノイド５は、演奏者からみて各鍵１の後端側（図２の左側）の下方にそれぞれ配置されている。このソレノイド５に対してモーションコントローラ１２から駆動電流が供給されると、プランジャが上昇して鍵１の後端を突き上げ、バランスピンＰを中心に鍵１を回動させる。これにより、鍵１の前端側が下に押し下げられることになる。さらに、この動きに連動してアクションメカニズム２が作動し、ダンパ６が弦４から離れるとともに、ハンマ３が回動して打弦して発音する。このような作用を利用して楽曲データに応じた楽音を発生させることを、自動演奏という。また、演奏者が自ら鍵１を押鍵した場合も、上述のアクションメカニズム２の作用によって、ハンマ３が弦４を打撃することで発音がなされる。これを手動演奏という。

この実施形態では、後述するように、ソレノイド５の駆動をサーボ制御する自動演奏制御構成が適用されている。そのため、鍵センサ８の検出出力をフィードバック信号として後述するモーションコントローラ１２に供給する。

また、鍵１の下面側には、鍵１の動きに応じた適宜の物理量（位置、速度等）を検出するための鍵センサ８が設けられている。各鍵１の前端側（図の右側）の下方に、複数の鍵センサ８は各鍵１に対応して配置されている。各々の鍵センサ８は、対応する鍵１の運動状態を検出するための手段を構成しており、その状態に応じた検出信号をモーションコントローラ１２及び演奏記録部１３に出力する。鍵の運動状態とは、鍵１の位置や速度のほか、加速度などをも含む概念である。本実施形態では、鍵センサ８が鍵１の時系列の位置を検出する。

ここで、図４は、鍵センサ８の構成の一例を示す図である。同図（ａ）は、鍵センサ８の外観を示す斜視図であり、同図（ｂ）は、その断面図であり、同図（ｃ）は、その正面図である。鍵センサ８は、フォトインタラプタと呼ばれる半導体モジュールを備えており、その中央付近には切り欠き部１０１ａが設けられている。この切り欠き部１０１ａを挟んで対向する位置に、フォトトランジスタ１０３と発光ダイオード１０４とが設けられている。鍵１の下面には、光の透過率が上方に向かって徐々に小さくなる半透明の透過板１０２が設けられている。この透過板１０２が鍵１の運動に応じて切り欠き部１０１ａ内を上下方向に移動する。鍵センサ８は、発光ダイオード１０４を発光させ、その光の受光量に応じてフォトトランジスタ１０３に流れる電流値を検出することで、透過板１０２の上下方向の位置（つまり鍵１の位置）を検出する。コントローラ１１は、この透過板１０２の位置の時間的変化を見ることで、鍵１の速度を算出する。鍵センサ８の出力は、後述する演奏記録部１３とモーションコントローラ１２の双方に供給され、演奏収録時の演奏情報の作成と自動演奏制御のサーボ制御とに利用される。

図２及び図３の説明に戻る。ハンマセンサ７は、ハンマ３の動きに応じた適宜の物理量（位置、速度等）を検出するためのセンサである。ハンマセンサ７の出力信号は、演奏記録部１３に供給されて、当該演奏収録時の演奏情報の生成に利用される。鍵センサ８とハンマセンサ７は、センサ出力信号に基づき、押鍵タイミング、押鍵速度、離鍵タイミング、離鍵速度、打弦タイミング、打弦速度等、ピアノ演奏操作に関わる種々の情報を計測することができるセンサであれば、どのようなセンサ構成を採用してもよい。この実施形態では、鍵センサ８及びハンマセンサ７の一例として、鍵１又はハンマ３の動作ストロークの全工程について連続的な位置情報を示すアナログ信号を出力可能な光学式の位置センサを採用する。周知のとおり位置情報を適宜微分することで速度情報を得ることができるので、位置センサを採用した場合も打弦速度等の速度情報を取得できる。

コントローラ１１は、図３に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１ａなどの演算装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１ｂやＲＡＭ（Random Access Memory）１１ｃ或いはフラッシュメモリなどの記憶装置とを備えている。コントローラ１１は、ＲＯＭ１１ｂやフラッシュメモリなどに記憶されている制御プログラムや制御データに基づいて、自動演奏ピアノ１００の各部を制御する。楽曲データは、上述した記録媒体に限らず、コントローラ１１のフラッシュメモリに記憶されていてもよい。コントローラ１１のＲＯＭ１１ｂ又はフラッシュメモリなどの記憶装置には、詳しくは後述するフィードバックゲイン値を算出するためのテーブルが複数記憶されている。

コントローラ１１は、自動演奏を行う際には、どの鍵１をどのタイミングで動作させるかを算出して各鍵１の軌道データを生成し、その軌道データに基づいて、鍵１を駆動するための駆動信号をモーションコントローラ１２に供給する。この駆動信号には、各時刻における鍵１の位置指示値ｒｘとそれに対応した速度を示す速度指示値ｒｖが含まれている。モーションコントローラ１２は、自動演奏を行う際には、コントローラ１１から供給される駆動信号に含まれる位置指示値ｒｘと速度指示値ｒｖに応じた励磁電流をソレノイド５に供給することで、ソレノイド５のプランジャを上昇又は下降させる。さらに、モーションコントローラ１２は、鍵センサ８から供給されるフィードバック信号としての出力位置ｙｘ及び出力速度ｙｖと、位置指示値ｒｘ及び速度指示値ｒｖとを比較し、両者が一致するようにサーボ制御を行う。これにより、コントローラ１１が指示したとおりに鍵１が駆動されることになる。また、後述する演奏情報再生時にコントローラ１１の制御の下で生成されるソレノイド駆動用の制御信号は、ＰＷＭ発生器２５を介してＰＷＭ形式の電流信号（以下ＰＷＭ信号と略称）に変換され、ソレノイド５に出力される。

次に、ソフトペダル１１０ａに係る自動演奏ピアノ１００構成について、図５を参照しつつ説明する。図５は、この自動演奏ピアノ１００のソフトペダル１１０ａに係る構成の一例を示す図である。図において、ソフトペダル１１０ａは底板１１２に回動自在に設けられている。このソフトペダル１１０ａにはソフトペダル天秤１１３の一端が連結されており、ソフトペダル天秤１１３の他端はソフトペダル用突上棒１１４に当接している。そして、このソフトペダル用突上棒１１４の先端はハンマレール１１５に下方から係合している。このハンマレール１１５は、図５において紙面垂直方向に並んだ一連のハンマ３，３，…の各ハンマシャンクと当接しており、これらのハンマの初期位置を規制する。ハンマレール１１５はソフトペダル用突上棒１１４によって上方に突き上げられることにより、ハンマレールヒンジ１１８を介し図１において時計廻りに回動する。この結果、各ハンマ３，３，…が弦４に接近し、ハンマの加速道程が短縮され、音量が弱められる。

図５において、ペダルセンサ１１９は、ソフトペダル１１０ａが踏まれることによって回動するソフトペダル１１０ａの位置を検出するためのセンサである。ペダルセンサ１１９の出力信号は、コントローラ１１に供給されて、後述するゲイン値の算出処理において利用される。この実施形態では、ペダルセンサ１１９の一例として、光学式の位置センサを採用するが、これに限らず、圧力センサ等の他の方式のセンサを用いてもよい。要は、ソフトペダルの位置（ソフトペダルが踏まれているか否か）を検出するものであればどのようなものであってもよい。

次に、当該自動演奏ピアノ１００において実行される演奏録音動作及び演奏情報の再生動作の概略について説明する。図１において、演奏記録部１３は、演奏録音処理に関るモジュールに相当し、また、再生前処理部１０及びモーションコントローラ１２は演奏情報の再生処理に関るモジュールに相当する。これら各モジュールが担う各種演算処理によって実現される各種機能は、ＣＰＵ１１ａが実行するソフトウェアプログラムによって実施されてよいが、これに限らず、該各モジュールが担う各種演算処理を実行する信号処理回路を備えることで、該各モジュールの各種機能をハードウェア装置によって構成しても差し支えない。

演奏記録部１３では、鍵センサ８やハンマセンサ７から出力された各検出信号に基づき演奏情報の生成・記録処理を行う。すなわち、ハンマセンサ７の検出信号に基づき打弦速度及び打弦時刻に関する情報を求め、また、鍵センサ８の検出信号に基づき押鍵速度及び押鍵時刻に関する情報を求め、これら演奏イベントに関する種々の情報に基づき演奏者によるピアノ演奏の演奏内容を表す演奏情報を生成する。ここで生成される演奏情報は、ＭＩＤＩ形式等、適宜のデータフォーマットで作成されてよい。生成された演奏情報は、演奏記録部１３において正規化処理された後に、適宜の記憶装置に記録されうる。ここで前記正規化処理とは、ピアノの個体差を吸収するための処理である。

再生前処理部１０では、ディスクドライブ１２０や、図示しない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いて、該演奏情報に含まれる各演奏イベントを再現するための鍵の軌道データを生成し、これをモーションコントローラ１２に供給する。ここで前記鍵の軌道データは、或る時間区間での時間経過に応じた鍵の位置の変化を表すデータであり、演奏情報に含まれる打弦速度情報（ハンマに与えられるべき打弦速度）を実現するために鍵が描くべき軌道を計算によって求めたものである。

モーションコントローラ１２では、供給された軌道データを用いて各時刻におけるソレノイド駆動用の目標値を生成する。モーションコントローラ１２には、また、鍵センサ８の検出信号に対応する物理量情報（位置、速度或いは加速度等）がフィードバック信号として入力されている。モーションコントローラ１２は、基本的には、前記目標値（軌道データ）と鍵センサ８の検出信号とに基づき、ソレノイド５を駆動するための制御信号ｕを生成し、制御信号ｕに応じた励磁電流をソレノイド５に出力することで、鍵１の挙動をサーボ制御するものである。

モーションコントローラ１２は、直接にはソレノイド５に対して励磁電流を与えて、これを駆動するものであるが、その制御の目的は、最終的には、適切なハンマ３の打弦速度を実現すべく鍵１を駆動することにあり、軌道リファレンスが表わす押鍵速度情報に忠実な鍵１の押鍵速度を再現することに制御の重点が置かれる。前述の通り、鍵１のストローク幅（レスト位置−エンド位置間）は略１０ｍｍである。よって、モーションコントローラ１２は、目標値（軌道リファレンス）が表す押鍵速度を、比較的狭い限られた動作範囲（略１０ｍｍ）内において、忠実に再現することを要請される。また、ソレノイド５と鍵１とは、夫々機械的に独立した動作系であり、異なる運動伝達の性質を持つことから、単純に実現すべき鍵の軌道データのみを考慮したソレノイド駆動信号（制御信号ｕ）では、鍵１の軌道再現性が不十分である。この実施形態によれば、詳しくは後述するように、モーションコントローラ１２において、サーボ制御のゲイン係数を供給された目標値（軌道リファレンス）に応じて変更することで、鍵の速度再現性を高精度に高めることができるようになる。

図６は、上記モーションコントローラ１２において実行されるサーボ制御のシステム構成を機能的に示すブロック図である。以下、この発明に係るサーボ制御における制御アルゴリズムの一例について説明する。なお、図６において、１点鎖線で囲むフィードバックループにおける各種演算処理は、ＣＰＵ１１ａが実行するソフトウェアプログラムによって実施される。

図６において、目標値生成部３０は、再生すべき演奏情報に応じて生成された鍵の軌道データ（軌道リファレンス）に基づき、或る時刻における該軌道リファレンスの位置成分を表す位置目標値ｒｘ及び速度成分を表す速度目標値ｒｖを生成する。目標値生成部３０で生成された各事象（位置及び速度）についての目標値は、所定のサンプル時間（例えば１ｍｓ毎）に従って、並行に送出される。なお、この実施形態において、鍵１はレスト位置（ストローク０ｍｍ）からエンド位置（レスト位置から略１０ｍｍ押し下げられた位置）の間でストロークするものであるため、位置目標値ｒｘの値は、一例として、ミリメートル（ｍｍ）単位で表現でき、０〜１０ｍｍの範囲の値をとりうる。また、速度目標値ｒｖの値は、一例として、ミリメートル毎秒（ｍｍ／ｓ）単位で表現でき、０〜５００ｍｍ／ｓの範囲の値をとりうる。

目標値生成部３０で生成された位置目標値ｒｘ及び速度目標値ｒｖは、所定のサンプル時間（例えば１ｍｓ毎）に従って、次段の位置比較部３１及び速度比較部３２に夫々入力される。位置比較部３１及び速度比較部３２には、前記位置目標値ｒｘ及び速度目標値ｒｖと共に、後述する位置フィードバック信号及び速度フィードバック信号が夫々負帰還入力される。位置比較部３１は、目標値生成部３０で生成した位置目標値ｒｘから該位置フィードバック信号を減算して、両者の差分を表す位置偏差ｅｘを求める。また、速度比較部３２では、速度目標値ｒｘと速度フィードバック信号を減算して、両者の差分を表す速度偏差ｅｘを求める。

図６において、ゲイン値算出部３３には、目標値生成部３０から出力された位置目標値ｒｘが供給されるとともに、ソフトペダルセンサ１１９によって検出されたソフトペダル１１０ａの位置を示す値（以下「ペダル位置値」）を供給される。ゲイン値算出部３３は、ソフトペダルセンサ１１９から供給されたペダル位置値と目標値生成部３０から供給された位置目標値ｒｘに基づき、後述する算出テーブルを参照して、前記位置偏差ｅｘに対して乗算すべき位置ゲイン値ｋｘ（サーボゲイン係数）を算出する。このように、位置目標値ｒｘに応じて位置偏差ｅｘに対するサーボゲイン係数を可変することで、各時刻における鍵のストローク位置の位置目標値ｒｘに対する追従性を向上させることができる。位置ゲイン値ｋｘを可変制御して、各時刻の位置目標値ｒｘを精密に再現することによって、時間経過に応じた鍵１のストローク位置の変化の再現性、つまり、鍵１の動作速度の再現性を向上させることができるようになる。また、ゲイン値算出部３３は、固定値ｆを出力する。出力された固定値ｆは加算部３６の出力値に加算される。

図７及び図８は、位置ゲイン値ｋｘを算出するためにゲイン値算出部３３において参照するテーブルの一例を示す図である。このテーブルは図２に示すＲＯＭ１１ｂ或はＲＡＭ１１ｃなど適宜のメモリ内に記憶されていてよい。図７は、ソフトペダル１１０ａが踏まれている状態（以下「オン状態」）において参照されるテーブルであり、図８は、ソフトペダル１１０ａが踏まれていない状態（以下「オフ状態」）において参照されるテーブルである。図７に示すテーブルには、位置ゲイン値ｋｘの算定の条件として位置目標値ｒｘが０〜４ｍｍ未満の値を表すか、４ｍｍ以上〜８ｍｍ未満の間の値を示すか、８ｍｍ以上の値を表すかが設定されており、位置目標値ｒｘが４ｍｍ未満の場合は、位置ゲイン値ｋｘは「０．３」に設定されるとともに、速度ゲイン値ｋｖは「０．３」に設定される。また、位置目標値ｒｘが４ｍｍ以上〜８ｍｍ未満の間の場合には、位置ゲイン値ｋｘは「０．３」に設定されるとともに、速度ゲイン値は「０．５」に設定される。また、位置目標値ｒｘが８ｍｍ以上の場合には、位置ゲイン値ｋｘは相対的に小さい値「０．１５」に設定されるとともに、速度ゲイン値ｋｖは「０．６」に設定される。なお、固定値としては、位置目標値ｒｘが４ｍｍ以上の場合においては、速度リファレンスに応じたものとし、９％＋（ｒｖ−１００）／１００％とするとともに、位置目標値が０〜４ｍｍ未満のときは１０％の固定値とする。

なお、前記ゲイン値算出テーブルに指標として設定された値等は、一例であってこれに限定されるものではない。また、位置ゲイン値ｋｘや速度ゲイン値ｋｖの算出はテーブル参照に限らず、例えば、位置目標値ｒｘや速度目標値ｒｖをパラメータとする適宜の演算式によって求めるよう構成してもよい。

図８に示すテーブルには、位置ゲイン値ｋｘの算定の条件として位置目標値ｒｘが０〜４ｍｍの値を表すか、４〜８ｍｍの間の値を示すか、８ｍｍ以上の値を表すかが設定されており、位置目標値ｒｘが４ｍｍ以下の場合は、位置ゲイン値ｋｘは「０．５」に設定されるとともに、速度ゲイン値ｋｖは「０．３」に設定される。なお、位置目標値の範囲は、図７と同様である。また、位置目標値ｒｘが４〜８ｍｍの間の場合には、位置ゲイン値ｋｘは「０．３」に設定されるとともに、速度ゲイン値は「０．５」に設定される。また、位置目標値ｒｘが８ｍｍ以上の場合には、位置ゲイン値ｋｘは相対的に小さい値「０．１５」に設定されるとともに、速度ゲイン値ｋｖは「０．６」に設定される。図７と図８とを比較すると明らかなように、ゲイン値算出部３３は、位置目標値ｒｘが０〜４ｍｍの値においては、ソフトペダル１１０ａの位置がオン状態の位置である場合に、ソフトペダル１１０ａの位置がオフ状態の位置である場合よりも、位置ゲイン値ｋｘの値が小さくなるように、位置ゲイン値ｋｘの値を設定する。なお、固定値としては、速度リファレンスに応じたものとし、９％＋（ｒｖ−１００）／１００％とする。

図６の説明に戻る。位置成分増幅部３４では、ゲイン値算出部３３から出力された位置ゲイン値ｋｘによって位置偏差ｅｘを乗算し、その結果である位置制御信号ｕｘを出力する。位置成分増幅部３４から出力される位置制御信号ｕｘは、ソレノイド５に供給すべき励磁電流における位置成分の使用比率（パーセンテージ）に換算せられた値をとる。すなわち、位置成分増幅部３４では、位置偏差ｅｘが表す位置成分の制御量を、ミリメートル単位による表現から、後段のＰＷＭ発生器におけるデューティ比の増減値）に対応する値に単位変換している。

また、速度成分増幅部３５は、速度偏差ｅｖを所定の速度ゲイン値ｋｖで乗算して、速度制御信号ｕｖを出力する。図に示す例では、速度成分増幅部３５における速度ゲイン値ｋｖは所定の固定値で与えられている。速度ゲイン値ｋｖは、実験により適切な値に設定しうるもので、当該サーボ制御においては速度制御に重点が置かれることから、位置ゲイン値ｒｘよりも大きい値に設定されることになる。速度成分増幅部３５から出力される速度制御信号ｕｖは、ソレノイド５に供給すべき励磁電流における速度成分の使用比率（パーセンテージ）に換算せられた値をとる。すなわち、速度成分増幅部３５では、速度偏差ｅｖが表す速度成分の制御量を、ミリメートル毎秒単位による表現から、後段のＰＷＭ発生器におけるデューティ比の増減値）に対応する値に単位変換している。

位置成分増幅部３４及び速度成分増幅部３５から出力された位置制御信号ｕｘ及び速度制御信号ｕｖは次段の加算部３６において加算され、その加算結果が制御信号ｕとして出力される。制御信号ｕは、最終的にソレノイド５に対して供給すべき電流信号（言い換えれば、ＰＷＭ発生器２５におけるデューティ比の増減値）に対応する値をとる。制御信号ｕは、ＰＷＭ発生器２５（図６の機能ブロック「ＰＷＭ化」に相当）を介して、ＰＷＭ形式の励磁電流ｕｉに変換され、ソレノイド５に供給される。なお、この例ではソレノイド５に対して供給する電流信号として、ＰＷＭ形式の信号を適用する例を示しているが、当該電流信号の形式はこれに限定されるものではない。

ソレノイド５が制御信号ｕに応じた励磁電流により通電されると、通電されたソレノイド５に対応して設けられた鍵１が駆動される。鍵センサ（位置センサ）８は、駆動された鍵１のストローク位置ｙｋを検出し、所定のサンプリング時間に従って、鍵のストローク位置ｙｋに対応するアナログ検出信号ｙｘａを出力する。該アナログ検出信号ｙｘａは、ＡＤ変換器２４を介してディジタル信号（鍵位置信号ｙｘｄ）に変換される。正規化処理部３８は、鍵位置信号ｙｘｄにおける鍵１及び鍵センサ８毎の個体差を補正する処理を行い、正規化した鍵位置検出値ｙｘを出力する。この鍵位置検出値ｙｘは、位置目標値ｒｘと比較するための位置フィードバック信号ｙｘとして、位置比較部３１へ帰還入力（負帰還）される。また、鍵位置検出値ｙｘは速度生成部３９に供給される。速度生成部３９では、該鍵位置検出値ｙｘを適宜微分演算（例えば多項式適合等）することにより、該鍵１の速度情報を算出する。算出方法の一例として、ある任意のサンプリング時点について前後７点での位置情報（鍵位置検出値）を使用した２次曲線適合によって鍵１の速度情報（鍵速度値ｙｖ）を算出しうる。鍵速度値ｙｖは、速度目標値ｒｖと比較するための速度フィードバック信号ｙｖとして、速度比較部３２へ帰還入力（負帰還）される。

上記図６に示すサーボ制御の構成によれば、位置成分及び速度成分の双方についてサーボ制御を行うと共に、位置偏差ｅｘに対するゲイン値ｋｘを、位置目標値ｒｘに応じて２段階で可変設定するよう構成したことで、実際の鍵１の軌道を軌道リファレンスに対して精密に追従させることができるようになる。

図９は、ソフトペダル１１０ａが押されていない状態（オフ状態）において、図８に示すテーブルを参照してゲイン値を設定した場合の、鍵の駆動制御において実現すべき軌道リファレンスと、それに応じた鍵の駆動軌道（制御量）の実測例とを示す軌道図である。また、図１０は、図９に対する比較対象として、ソフトペダル１１０ａが押されている状態（オン状態）において、図８に示すテーブルを参照してゲイン値を設定した場合の、鍵の駆動制御において実現すべき軌道リファレンスと、それに応じた鍵の駆動軌道（制御量）の実測例とを示す軌道図である。

図１１に示されるように、ソフトペダル１１０ａがオフ状態において用いるテーブル（図８に示すテーブル）をそのまま用いて鍵の駆動制御を行った場合は、鍵が不安定な動作となる場合があった。このような不具合が発生する理由は以下の通りである。ソフトペダル１１０ａが踏まれるとハンマレール１１５が弦４に近づきハンマ３が持ち上げられる状態となる。すなわち、バットとジャックの間に隙間が発生し鍵１の動き始めの３ｍｍ程度はハンマ３部分の負荷が失われた状態での制御となる。これによりオフ状態の制御パラメータではゲインが強めの設定となり鍵１が発振するなどの不安定な動作の原因となっていた。

図１１は、ソフトペダル１１０ａが押されている状態（オン状態）において、図７に示すテーブルを参照してゲイン値を設定した場合の、鍵の駆動制御において実現すべき軌道リファレンスと、それに応じた鍵の駆動軌道（制御量）の実測例とを示す軌道図である。上述の問題を解決するためにジャックがバットに接触するまでの不安定な位置での制御パラメータのゲインを低めの設定にすることにより、鍵１の発振が抑えられスムーズな動作が可能となる。図１０と図１１とを比較すると明らかなように、ソフトペダル１１０ａが踏まれている状態において図７に示すテーブルを参照することによって、鍵の軌道が滑らかな動きになる。

以上説明したように、この実施形態によれば、サーボゲインの係数（位置ゲイン値及び速度ゲイン値の少なくともいずれか一方）を、供給された位置目標値ｒｘ及び速度目標値ｒｖの少なくとも何れか一方に応じて可変制御することで、軌道リファレンスが表す押鍵速度（サーボ制御の目標値）に対する実際の押鍵速度（サーボ制御の制御量）の追従性を向上することができ、演奏情報の再現性を高めることができる。また、本実施形態によれば、鍵の駆動の制御パラメータをソフトペダル１１０ａが踏まれた状況で正常に動作するように最適化し、実際のソフトペダルの動きを検出することにより、そのパラメータを切り替える。このように、ソフトペダル１１０ａが踏まれているか否かによって参照するテーブルを切り替えることにより、ソフトペダルを踏んだ場合の鍵の駆動の性能を向上させることができる。より具体的には、本実施形態によれば、鍵が比較的スムーズな等速運動を行うことができ、また、鍵１の二度打ちが解消される。また、本実施形態によれば、図１１に例示したように、目標とする速度、発音タイミングで打鍵を行うことができるようになった。

＜変形例＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。以下にその一例を示す。なお、以下の各態様を適宜に組み合わせてもよい。
（１）上述の実施形態においては、ゲイン値算出部３３に目標値（位置目標位置ｒｘ及び／又は速度目標値ｒｖ）を供給して、該目標値に応じて、フィードバックループの補正値（制御パラメータ：ゲイン値、固定値）を可変する例について説明したが、これに限らず、鍵盤速度や鍵盤位置の実測値（つまり速度信号ｙｖ、位置信号ｙｘ）に基づき各制御パラメータを設定するよう構成することも可能である。

（２）上述の実施形態において、上記図６のサーボ構成によれば、鍵１に対応して設けられた位置センサ（鍵センサ８）の出力に基づく鍵の位置情報及び速度情報をフィードバック信号として利用する例を示したが、センサによって動作検出する部材及び該センサが検出する次元は上記の例に限定されない。すなわち、鍵センサ８は位置センサに限らず速度センサであってもよく、双方を適宜組み合わせてもよいし、また、鍵の動作のセンサ出力をフィードバック制御に利用する構成に限らず、ハンマの位置情報や速度情報をフィードバック信号として利用しても良いし、ソレノイドのプランジャの動作速度情報をフィードバック信号として利用することも可能である。

（３）上述の実施形態に係るコントローラ１１又はモーションコントローラ１２が実行するプログラムは、磁気テープ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光記録媒体、光磁気記録媒体、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記録媒体に記録した状態で提供し得る。また、インターネットのようなネットワーク経由で自動演奏ピアノ１００にダウンロードさせることも可能である。
また、上述の実施形態においては、モーションコントローラ１２において実行する各種演算処理（サーボ制御）は、ＣＰＵ１１ａが実行するソフトウェアプログラムによって実施される構成を示したが、これに限らず、ハードウェア装置によって上記各種演算処理を実行するよう構成することも可能である。

（４）上述の実施形態では、０〜４ｍｍを固定値としたが、この範囲は０ｍｍ側を基点として範囲は適宜設定可能である。また、固定値の数値は上述した実施形態で示した値に限定されない。更に、固定値でなく、他の範囲よりも一定値に近い傾きとなるような関数で定義するようにしてもよい。

（５）上述の実施形態では、アップライト型の自動演奏ピアノの例を示したが、本発明が適用される鍵盤楽器はこれに限らず、ハンマのストローク量を減ずると切替ができる操作子とアクション機構とを有する電子楽器において鍵をサーボ駆動するものにも適用可能である。

（６）上述の実施形態では、ソフトペダルの位置を検出することで、ハンマのストロークが減らされていることを検出するようにしたが、全部又は一部のハンマの位置（例えば、ハンマの初期位置）を検出して、それに応じてサーボゲインを切り替えるようにしてもよい。要は、コントローラ１１が、鍵操作に応じて回動する質量体（ハンマ）の回動ストロークが通常演奏時よりも減らされている状態か否かを判断し、回動ストロークが通常演奏時の量より少ない状態と判断されたときに、押鍵初期値から所定範囲内のゲイン値を、通常演奏時のゲイン値よりも大きくするように設定するようにすればよい。

１…鍵、２…アクションメカニズム、３…ハンマ、４…弦、５…ソレノイド、６…ダンパ、７…ハンマセンサ、８…鍵センサ、１０…再生前処理部、１１…コントローラ、１１ａ…ＣＰＵ、１１ｂ…ＲＯＭ、１１ｃ…ＲＡＭ、１２…モーションコントローラ、１３…演奏記録部、１４…電子楽音発生部、２４…ＡＤ変換器、２５…ＰＷＭ発生器、３０…目標値生成部、３１…位置比較部、３２…速度比較部、３３…ゲイン値算出部、３４…位置成分増幅部、３５…速度成分増幅部、３６…加算部、３８…正規化処理部、３９…速度生成部、１００…自動演奏ピアノ、１０１ａ…切り欠き部、１０２…透過板、１０３…フォトトランジスタ、１０４…発光ダイオード、１１０ａ…弱音ペダル、１１０ｂ…ソフトペダル、１１０ｃ…長音ペダル、１１２…底板、１１３…ソフトペダル天秤、１１４…ソフトペダル用突上棒、１１５…ハンマレール、１１８…ハンマレールヒンジ、１１９…ペダルセンサ、１２０…ディスクドライブ、１３０…操作パネル。

Claims (3)

1. 鍵と、
   前記鍵を駆動するための駆動手段と、
   前記鍵の動きに応じた物理量を検出する検出手段と、
   鍵操作に応じて回動する質量体の回動ストロークが通常演奏時よりも減らされている状態か否かを判断する判断手段と、
   前記鍵の位置の目標値及び操作速度の目標値の少なくともいずれか一方を生成する目標値生成手段と、
   前記判断手段の判断結果に基づいてゲイン値を可変設定するとともに、前記位置の目標値及び操作速度の目標値の少なくともいずれか一方に基づきゲイン値を可変設定するゲイン値設定手段であって、前記判断手段によって前記質量体の回動ストロークが前記通常演奏時の量より少ない状態と判断されたときに、押鍵初期位置から所定範囲内のゲイン値を、前記通常演奏時のゲイン値より小さくするように設定し、前記鍵の位置が前記所定範囲内でない場合のゲイン値については、前記通常演奏時に設定するゲイン値を設定するゲイン値設定手段と、
   前記検出手段の出力と前記目標値の偏差に対して、前記ゲイン値設定手段によって設定されたゲイン値を乗算し、その乗算結果に基づき前記駆動手段をサーボ制御する制御手段と
   を具備することを特徴とする鍵駆動装置。
2. 前記請求項１に記載の鍵駆動装置を有するアップライト型自動演奏ピアノ。
3. 鍵と、前記鍵を駆動するための駆動手段とを備えた鍵駆動装置を、
   前記鍵の動きに応じた物理量を検出する検出手段と、
   鍵操作に応じて回動する質量体の回動ストロークが通常演奏時よりも減らされている状態か否かを判断する判断手段と、
   前記鍵の位置の目標値及び操作速度の目標値の少なくともいずれか一方を生成する目標値生成手段と、
   前記判断手段の判断結果に基づいてゲイン値を可変設定するとともに、前記位置の目標値及び操作速度の目標値の少なくともいずれか一方に基づきゲイン値を可変設定するゲイン値設定手段であって、前記判断手段によって前記質量体の回動ストロークが前記通常演奏時の量より少ない状態と判断されたときに、押鍵初期位置から所定範囲内のゲイン値を、前記通常演奏時のゲイン値より小さくするように設定し、前記鍵の位置が前記所定範囲内でない場合のゲイン値については、前記通常演奏時に設定するゲイン値を設定するゲイン値設定手段と、
   前記検出手段の出力と前記目標値の偏差に対して、前記ゲイン値設定手段によって設定されたゲイン値を乗算し、その乗算結果に基づき前記駆動手段をサーボ制御する制御手段
   として実現させるためのプログラム。

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