【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鍵盤楽器に関し、アコースティックピアノの弦等の振動データに基づいて生成された駆動信号を周波数特性補正フィルタを介して響板駆動ユニットに出力することにより、もしくは、その響板の振動特性を所望特性に設定することにより、または、
弦の周波数特性信号を響板駆動ユニットに出力することにより、音質の良好な発音を可能としたものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、アコースティックピアノの響板を電磁気的に振動させる装置としては、以下のようなものが知られている。 すなわち、一般的なスピーカのムービングコイルを響板に取り付ける一方、外部の構造体、例えばフレーム、棚板等にこのムービングコイルに対応してマグネットおよびヨークからなる磁気回路をセットしたものである。 そして、一般のオーディオシステムのアナログ出力を上記ユニットに入力し、この響板を音響放射板として利用するものである。

【０００３】このシステムによれば、一般的なスピーカと同等の音圧レベルを得るのに響板は小振幅ですむため、歪が小さく、ドップラー効果の悪影響が減少する。
ところが、低域は、入力された低周波駆動に響板振動がわずかしか追随することができないため、高域は、周波数とコイルのインピーダンス増加とが正の相関を持つため、入力に対するレスポンスが各々下がる傾向となる。
そこで、このシステムでは、この非線形性を補正するためのイコライジング回路を付設していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従来技術に係るピアノにおいては弦が張設されているため、その響板はそのｆ ₀が１５０Ｈｚ前後の値となり、
かつ、この響板の周縁部はピアノ本体等に強固に固定されているため、低域の再生はきわめて不利である。 換言すると、上記のような簡単なイコライジング回路ではカバーしきれないという課題があった。 すなわち、良好な音質の発音を再生することができなかったものである。
また、響板についてはスピーカの振動板のようなピストン運動を行わせることは困難であり、基本的には分割振動を行うものである。 その結果、響板のｆ特（周波数特性）は山谷の激しいものとなり、響板はハイファイとは言いにくい音響輻射体である。 さらに、響板組立体はおよそ１０Ｋｇ程度の重量を有するため、高音の輻射は極めて不利である。 例えば響板のｆ特は１ＫＨｚ程度から１０ＫＨｚにかけて山谷を持ちながらだら下がりの状態となっている。

【０００５】そこで、本発明は、良好な音質の発音が可能な鍵盤楽器を提供することを、その目的としている。
また、本発明は、特に低域再生を可能とした鍵盤楽器を提供することを、その目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る鍵盤楽器は、図１に例示するように、打鍵に応じて動作する打弦機構１００と、少なくともこの打弦機構１００の運動状態を検出する操作子状態検出手段１１０と、少なくとも弦を含むアコースティックピアノの部材の振動状態を記憶する振動状態記憶手段１２０と、上記操作子状態検出手段１１０の検出結果に応じ、この振動状態記憶手段１
２０に記憶されている振動状態を選択する選択手段１３
０と、この選択された振動状態を駆動信号に変換して出力する発音制御手段１４０と、この駆動信号に基づいて駆動されて発音する発音手段１５０と、上記駆動信号をこの発音手段１５０の周波数特性に基づいて補正する補正手段１６０と、を有している。

【０００７】請求項２に係る鍵盤楽器は、図２に示すように、打鍵に応じて動作する打弦機構２００と、少なくともこの打弦機構２００の運動状態を検出する操作子状態検出手段２１０と、少なくとも弦を含むアコースティックピアノの部材の振動状態を記憶する振動状態記憶手段２２０と、上記操作子状態検出手段２１０の検出結果に応じ、上記振動状態記憶手段２２０に記憶されている振動状態を選択する選択手段２３０と、この選択された振動状態を音響に変換して出力する発音手段２４０と、
を備え、この発音手段２４０はその振動特性を所望特性に設定可能な構造の響板で構成したものである。

【０００８】請求項３に係る鍵盤楽器は、図３に示すように、打鍵に応じて動作する打弦機構３００と、少なくともこの打弦機構３００の運動状態を検出する操作子状態検出手段３１０と、少なくとも弦を含むアコースティックピアノの部材の振動状態を記憶する振動状態記憶手段３２０と、上記操作子状態検出手段３１０の検出結果に応じ、上記振動状態記憶手段３２０に記憶されている振動状態を選択する選択手段３３０と、この選択された振動状態に基づいて弦の周波数特性を有する駆動信号を生成する駆動信号生成手段３４０と、この駆動信号を音響に変換して出力する発音手段３５０と、を備えている。

【０００９】

【作用】請求項１に係る鍵盤楽器では、打弦機構の運動状態、例えばハンマー速度を検出し、この検出結果に対応して、例えばアコースティックピアノの弦の振動状態を選択する。 そして、この振動状態を音響に変換して出力する。 すなわち、選択された弦の振動状態を駆動信号に変換し、この駆動信号に基づいて発音手段（例えば響板）が駆動されて発音する。 この場合、この駆動信号を発音手段の周波数特性に基づいて補正する。 この結果、
アコースティックピアノによる音色を保持した状態で演奏することができる。 特に、当該発音手段に起因する音質の劣化等を改善することができる。

【００１０】請求項２に係る鍵盤楽器では、打弦機構の運動状態（ハンマー速度等）を検出し、この検出結果に対応して、例えばアコースティックピアノの弦の振動状態を選択する。 この選択された弦の振動状態に基づいて駆動信号を生成し、この駆動信号に基づいて響板は駆動されて発音する。 この場合、響板の振動特性を所望特性に設定可能の構造、例えば響板の周縁部が所定の柔軟性を有して可動である構造としている。 この結果、アコースティックピアノによる音色を保持した状態で、特に低域の忠実な再生が可能となっている。

【００１１】請求項３に係る鍵盤楽器では、打弦機構の運動状態（押鍵された鍵、ハンマー速度等）を検出し、
この検出結果に対応して、例えばアコースティックピアノの弦の振動状態を選択し、この振動状態を音響に変換して出力する。 この場合、選択された弦の周波数特性を有する駆動信号を生成し、発音手段（響板等）がこの駆動信号に基づいて駆動されて発音する。 この結果、アコースティックピアノによる音色を忠実に保持した状態で演奏を行うことができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明に係る鍵盤楽器の実施例について図面を参照して説明する。 図４〜図１２は本発明の一実施例を説明するための図である。 図４は本発明の一実施例に係る鍵盤楽器の概略構成を示すブロック図である。 図５は一実施例に係る鍵盤楽器（グランドピアノ型）を示す分解斜視図である。 図６はその響板と曲練支柱との結合部を示す図である。 図７はその響板を示す平面図である。 図８〜図１１はその打弦機構の一部を示す図である。 図１２はその周波数特性補正用のデジタルフィルタの特性を説明するためのグラフである。

【００１３】これらの図において示す鍵盤楽器は、アコースティックピアノから弦、フレーム、チューニングピン、ダンパーヘッドを取り除いて構成したものである。
図５において、１１は鍵盤を構成する鍵であって、例えば８８鍵で構成されている。 各鍵１１は棚板１２上に揺動自在に支持されている。 また、各鍵１１についてその後端部の上方にはアクション（打弦機構）がそれぞれ配設されている。

【００１４】このアクションは、グランドピアノ用の打弦機構として周知の構成のものを使用している。 すなわち、鍵１１の後端部上面にキャプスタンスクリュが立設され、押鍵操作に応動してこのキャプスタンスクリュによりサポートが突き上げられるものである。 サポートにはジャックが揺動自在に支持されており、サポートが突き上げられると、このジャックにより、サポートの上方にてシャンクレールのフレンジ１３に回動自在に支持されたハンマー１４が回動して被打撃体を打撃することとなる。

【００１５】このハンマー１４の上方には所定間隔離れてピアノの打弦線に相当する位置に帯板状の被打撃体ユニット１５が固定、配設されている。 そして、この被打撃体ユニット１５の下面（ハンマー当接面）には圧力センサが取り付けられている。 この圧力センサによりハンマー１４による打撃力を検出するものである。 この圧力センサは例えば圧電素子で構成している。 なお、打撃力相当値の検出に際しては、ハンマーシャンクに植設したシャッターで１対の平行な光ビームを遮光してハンマー速度を測定し、ＭＩＤＩ信号とて出力するよう構成することもできる。

【００１６】図８〜図１１に示すように、ハンマー１４
は必ずしもフェルト製のものを用いる必要はなく、打鍵時のタッチ感を損なうものでなければ他の材質のものを用いてもよい。 この場合、従来のハンマー１４と同一重量のものであればタッチ感を再現することが可能である。 図８はハンマーウッド１４ａの先端をゴム１４ｂで被覆して構成した場合である。 ゴム１４ｂの形状は従来のハンマーフェルトと同形または相似形としている。 図９はハンマーウッド１４ａをゴムまたはフェルト等の粘弾性体１４ｂで構成するとともに、音域に対応してハンマーシャンク１４ｃに鉄、鉛等の重り１６を装着する場合を示している。 例えば低音域用のハンマー１４についての重り１６程その質量を大きくしたり、その重り１６
の取付位置をハンマーウッド１４ａに近づけるものとする。 また、図１０（Ａ）に示すように、この重り１６は断面コの字形の板バネにより構成し、ハンマーシャンク１４ｃの所望の位置に微調整可能に取り付けることもできる。 さらに、同図（Ｂ）に示すように、板バネの重り１６に付加質量体１７を固着するように構成することもできる。 さらにまた、図１１に示すように、ハンマー１
４にて、ハンマーウッド１４ａの先端部にゴム等からなる打撃部分１８を、その中央部に重り１９を、それぞれ埋設することもできる。

【００１７】また、アクションには、ハンマー１４の回動速度を検出するハンマーセンサ２１が配設されている。 例えば反射型の光センサで構成するハンマーセンサ２１をハンマーシャンク１４ｃに対向して配設する。 さらに、各鍵１１の下方には押圧された鍵１１およびその下降速度を検出するためのキーセンサ２２が配設されている。 これらのキーセンサ２２も反射光型の光センサで構成している。 そして、このグランドピアノにあっては、ダンパーペダル２３、シフトペダル２４、ソステヌートペダル２５を有しており、各ペダル２３、２４、２
５についてその揺動を検出するためのペダルセンサ２６
がそれぞれ配設されている。

【００１８】また、このグランドピアノにおいては、図６に示すように、響板３０はコルゲーション部材３１を介して曲練支柱３２に支持されている。 さらに、図７に示すように、響板３０の周縁部には所定の大きさの透孔３３が複数個穿設されている。 響板３０は、小面積の高音用響板３０Ａと、大面積の低音用響板３０Ｂと、に分割されており、上記透孔３３は低音用響板３０Ｂの周縁部に配設されている。 これらの響板３０Ａ、３０Ｂの所定位置には、図７に示すように、４個の響板駆動ユニット３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄがそれぞれ支柱に取り付けられて配設されている。 これらの響板駆動ユニット３４Ａ〜３４Ｄは、例えば従来と同様にムービングコイルと磁気回路等で構成することができ、電磁駆動されて響板３０Ａ、３０Ｂをそれぞれ所定の周波数で振動させるものである。 なお、長駒３５は響板３０Ａ、３０Ｂ
に対応して切断してもよく、また、切断しなくてもよい。

【００１９】ここで、図４に示すように、この鍵盤楽器では、上記ハンマーセンサ２１、キーセンサ２２、ペダルセンサ２６からの各出力信号がＭＩＤＩ信号生成回路４１に入力され、このＭＩＤＩ信号生成回路４１の出力が電子音源４２に入力されている。 電子音源４２からの出力はコントローラ４３に入力されている。 コントローラ４３にはこの他にもＣＤプレーヤ４４、マイクロフォン４５、その他の入力機器４６から信号が入力される構成である。

【００２０】そして、コントローラ４３はこれらの入力信号に基づいて所定の演算処理を行い駆動信号を生成し、所定のタイミングで響板駆動ユニット３４Ａ〜３４
Ｄを制御駆動することとなる。 この場合、これらの響板駆動ユニット３４Ａ〜３４Ｄに対してはそれぞれｆ特山谷補正デジタルフィルタＦＡ，ＦＢ，ＦＣ，ＦＤ、アンプ４７Ａ，４７Ｂ，４７Ｃ，４７Ｄを介してコントローラ４３より補正後の駆動信号が入力されている。 例えば響板の周波数特性が図１２の（Ａ）に示すようなものである場合には、高音用のフィルタＦＡには同図（Ｂ）に示す特性のハイパスフィルタを、低中音用のフィルタＦ
Ｂ，ＦＣ，ＦＤには同図（Ｃ）に示す特性のバンドパスフィルタを、それぞれ使用するものとする。 すなわち、
響板の駆動点コンプライアンスと上下逆のブーストをかけるようなデジタルフィルタを使用するものとする。

【００２１】また、このコントローラ４３は、システムバスを介して接続されたＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力部を備えている。 入出力部は、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ
変換器、マルチプレクサ等を有して構成されている。 また、バックアップＲＡＭが、上記ＣＰＵ等にシステムバスにより接続されている。 このバックアップＲＡＭは、
各鍵１１に対応したアコースティックピアノの弦の振動状態を示す線スペクトル信号を記憶しておくための記憶回路である。 また、例えばコントローラ４３の入出力部には、押圧された鍵１１のキー番号、キー速度、ハンマー打撃力、ハンマー速度、各ペダルの変位等が入力されている。 このグランドピアノでは、ハンマー１４の打撃力等を検出し、押鍵から所定の時間（例えば５ｍｓｅ
ｃ）内に響板駆動ユニット３４Ａ〜３４Ｄを介して発音することができる構成を有している。

【００２２】次に、本実施例に係る鍵盤楽器の作用について説明する。 実際の演奏時には、ＣＰＵは所定のプログラムを実行することとなる。

【００２３】まず、各センサ２１、２２、２６よりコントローラ４３の入出力部にセンサ信号が入力される。 例えば押鍵操作された鍵１１について、キーセンサ２２からの検出信号が、ハンマーセンサ２１からはハンマー速度が演算されて入力される。

【００２４】次に、実際に打鍵された鍵１１に対応する弦振動信号を選択してバックアップＲＡＭから読み込む。 センサの状態に対応した第１〜３弦振動信号が読み込まれる。 さらに、対応するピアノフレーム、棚板支柱の振動信号がバックアップＲＡＭから読み込まれる。

【００２５】そして、各振動信号について出力時期制御処理を行う。 キー番号、ハンマー速度、発音時期等の相互関係を定めたマップにしたがって、検出したキー番号、ハンマー速度に対応して適切な発音時期を算出し発音タイミングを調整する。

【００２６】このようにして算出した発音時期に、各響板駆動ユニット３４Ａ〜３４Ｄについて駆動信号（弦の周波数特性信号）を出力する。 このとき、各駆動信号は周波数特性補正デジタルフィルタＦＡ，ＦＢ，ＦＣ，Ｆ
Ｄにおいて補正される。 この結果、例えば響板駆動ユニット３４Ａ〜３４Ｄは響板３０Ａ，３０Ｂをそれぞれ所定周波数で駆動して所望のアコースティックピアノと同様の音色を有する発音を得るものである。

【００２７】したがって、このグランドピアノでは、通常のピアノと同様に、演奏者の押鍵によりアクションを介してハンマー１４を回動させ、所定の鍵タッチ感が得られることとなる。 演奏時、この押鍵打撃と同時に、このアコースティックピアノの弦振動信号に関する線スペクトルに基づいて発音手段である響板３０Ａ，３０Ｂから所望の発音がなされる。 これは低音域が改善されているものであり、その理由は以下の通りである。 すなわち、このピアノにおいては弦、フレーム等を取り除いてｆ ₀を７０Ｈｚ程度まで下げていること、響板の周縁部を緩めて取り付けていること、また、響板を従来よりも薄くしていること、さらに、コルゲーション部材３１のように曲練支柱３２と響板３０との間にスピーカのエッヂに相当するものを設けていること、さらにまた、響板３０Ｂの外周縁部に透孔３３をもうけていること等である。 なお、補助スピーカとしてウーハを設けてもよい。
また、周波数特性の山谷の改善が上記デジタルフィルタＦＡ，ＦＢ，ＦＣ，ＦＤによりなされている。 さらに、
高音域は響板３０Ａを低音用の響板３０Ｂと分離することにより改善されている。 なお、ツイータを設けてもよい。 これらの結果、アコースティックピアノと同様またはそれ以上の音色、音量の発音を得ることができる。 さらにまた、この実施例では弦の周波数特性信号を響板駆動ユニット３４Ａ〜３４Ｄに入力しているため、ピアノ演奏音を録音したものを入力している場合とは異なり、
より自然なピアノ音を得られる。 なお、弦の周波数特性信号は上記のように記憶回路にあらかじめ記憶しておいてもよく、リアルタイムで算出することもできる。 この場合、弦を打撃するものではないため、その音量調整も容易に行うことができるものである。

【００２８】図１３は本発明の他の実施例を示している。 この実施例では、センサ５１の出力をＭＩＤＩ信号（５２）として弦の周波数特性信号を算出し（５３）、
アンプ５４、フーリエ逆変換器５４Ｂ、Ｄ／Ａ変換器５
４Ｃを介して響板駆動ユニット５５Ａ，５５Ｂ，５５
Ｃ，５５Ｄに出力して響板５６を駆動するものである。
ここで、弦の周波数特性の算出は、響板の特性を加速度が平坦であると仮定して求める。 例えば、弦の打弦点での入力をｅｊωｔ、駒の位置での出力をｆ ₀ （ω，ｔ）
とすると、求める周波数特性Ｒ（ω）は、Ｒ（ω）＝ｆ
₀ （ω，ｔ）／ｅｊωｔとなる。 これに基づいて、打弦比８の場合の周波数特性Ｒ（ω）のグラフを描くと図１
５に示す線スペクトル図のようになる。 同図に示すように、打弦比の数字の整数倍のところで部分音が発生しない一群の線スペクトルとなる。

【００２９】図１４はさらに他の実施例を示している。
この実施例では、センサ６１の出力により、特にキー番号に基づいてどの音域の押鍵がなされたかを判断し、Ｍ
ＩＤＩ信号として（６２）弦の周波数特性信号を算出する（６３）と同時に、フーリエ逆変換器６３Ｂ、Ｄ／Ａ
変換器６３Ｃを介し、さらにその音域分割コントローラ６４にて対応するアンプ６５Ａ，６５Ｂ，６５Ｃ，６５
Ｄを介して響板駆動ユニット６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃ，
６６Ｄにより響板６７を駆動している。 音域により響板６７の周波数特性特性が異なることを補正するものである。

【００３０】なお、ＭＩＤ出力端子を介してＭＩＤＩ信号を出力するように構成することができ、例えば他の電子楽器、ＭＩＤＩ機器（ミュージックコンピュータ等）
とのアンサンブル演奏もできる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係る鍵盤楽器によれば、音響出力においてその音色もアコースティックピアノのそれとほぼ同一のものとすることができる。 特に低域の発音において音質を良好なものとすることができる。 さらに、弦およびこれに付随するフレーム等を廃止することができ、鍵盤楽器を小型化、軽量化することができる。 また、その演奏に際して鍵タッチ感はアコースティックピアノのそれと同一である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の請求項１に係る鍵盤楽器を示すブロック図である。

【図２】 本発明の請求項２に係る鍵盤楽器を示すブロック図である。

【図３】 本発明の請求項３に係る鍵盤楽器を示すブロック図である。

【図４】 本発明の一実施例に係る鍵盤楽器を示すそのブロック図である。

【図５】 本発明の一実施例に係る鍵盤楽器を示すその分解斜視図である。

【図６】 本発明の一実施例に係る響板の取付部分を示す正面図である。

【図７】 本発明の一実施例に係る響板を示す平面図である。

【図８】 本発明の一実施例に係るハンマーの一部を示す正面図である。

【図９】 本発明の一実施例に係るハンマーを示す正面図である。

【図１０】 本発明の一実施例に係るハンマーに取り付けられた重りを示す断面図である。

【図１１】 本発明の一実施例に係るハンマーの一部を示す正面図である。

【図１２】 本発明の一実施例に係るデジタルフィルタの特性を説明するためのグラフである。

【図１３】 本発明の他の実施例に係る鍵盤楽器を示すブロック図である。

【図１４】 本発明のさらに他の実施例に係る鍵盤楽器を示すブロック図である。

【図１５】 本発明の他の実施例に係る鍵盤楽器の線スペクトル図である。

【符号の説明】

１１ 鍵、 ２１，２２，２６ センサ（操作子状態検出手段）、 ３０（３０Ａ，３０Ｂ） 響板（発音手段）、 ３４Ａ〜３４Ｄ 響板駆動ユニット（発音手段）、 １００，２００，３００ 打弦機構、 １１
０，２１０，３１０操作子状態検出手段、 １２０，２
２０，３２０ 振動状態記憶手段、 １３０，２３０，
３３０ 選択手段、 １４０ 発音制御手段、 １５
０，２４０，３５０ 発音手段、 １６０ 補正手段、
３４０ 駆動信号生成手段