管楽器の演奏用アクチュエータ
【課題】 実際の管楽器を人に代わって演奏するアクチュエータを実現する。
【解決手段】 演奏用アクチュエータは、管楽器１８の吹口部５５に空気を供給する空気供給流路５３、４４と、空気供給流路５３、４４に介装されているとともに振動することによって空気供給流路５３、４４の空気抵抗を変化させる振動弁４６と、振動弁４６を管楽器１８から発生させたい楽器音の振動数で振動させる駆動装置４７を備えている。
この演奏用アクチュエータによると、演奏者が唇を振動させながら管楽器１８に空気を吹き込むのと同様の現象を得ることができ、管楽器１８から意図した音階の楽音を安定的に発生させることができる。
【解決手段】 演奏用アクチュエータは、管楽器１８の吹口部５５に空気を供給する空気供給流路５３、４４と、空気供給流路５３、４４に介装されているとともに振動することによって空気供給流路５３、４４の空気抵抗を変化させる振動弁４６と、振動弁４６を管楽器１８から発生させたい楽器音の振動数で振動させる駆動装置４７を備えている。
この演奏用アクチュエータによると、演奏者が唇を振動させながら管楽器１８に空気を吹き込むのと同様の現象を得ることができ、管楽器１８から意図した音階の楽音を安定的に発生させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管楽器を演奏するアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ピアノを人に代わって演奏する演奏装置が開発されている。しかしながら管楽器を人に代わって演奏するアクチュエータはまだ実現されていない。
特許文献１には、管楽器を演奏する演奏者の唇の状態を検出し、その検出データを用いて、楽器音を電気的に再生する楽音制御装置が記載されている。また特許文献２には、演奏者が管楽器を演奏するときの唇の締め具合に対応した楽器音を電気的に合成して再生する楽音合成装置が記載されている。特許文献１の楽音制御装置も、特許文献２の楽音合成装置も、実際に管楽器を演奏するものでない。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−６３５２号公報
【特許文献２】特開平５−１９７７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明では、実際の管楽器を人に代わって演奏するアクチュエータを実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
管楽器の演奏者は、吹口部（マウスピース）に空気を吹き込みながら唇を振動させる。この際に、演奏者は、発生させたい音階の楽器音（楽音）が管楽器から得られるように、唇の硬さを変化させることによって唇の振動数を調整している。本発明者も、硬さが可変な人工唇で管楽器を演奏することを試みた。しかしながら、演奏者の唇の微妙な動きを再現することが難しく、楽音を安定して発生させることができなかった。
本発明の演奏用アクチュエータは、その失敗を克服し、実際の管楽器から楽音を安定的に発生させることに成功したものであり、管楽器の吹口部に空気を供給する空気供給流路と、空気供給流路に介装されているとともに振動することによって空気供給流路の空気抵抗を変化させる振動弁と、振動弁を管楽器から発生させたい楽器音の振動数で振動させる駆動装置を備えている。
ここで言う「吹口部」は、実際の管楽器の実際の吹口部に限られない。実際の吹口部に代わって管楽器に装着されるものを含む（以下同じ）。
この演奏用アクチュエータによると、演奏者が唇を振動させながら管楽器に空気を吹き込むのと同様の現象を得ることができ、管楽器から意図した音階の楽音を安定的に発生させることができる。
【０００６】
吹口部の長さを変化させる手段を付加することが好ましい。
吹口部の長さを調整することができると、吹口部の共鳴振動数と管楽器の共鳴部（管長が調整される部分）の共鳴振動数を一致させることができる。きれいに共鳴した楽音を発生させることができる。
実際の管楽器を人が演奏する場合、通常は吹口部の長さを変化させることができない。吹口部の長さを変化させる人工アクチュエータを利用すると、人にはできない演奏が可能となる。
【０００７】
振動弁は、振動中心から両側に振動し、振動中心からの変位に応じて左右対称に空気抵抗が変化することが好ましい。
この場合、管楽器内の圧力変化の振動数は、振動弁の振動数の２倍となる。楽音の振動数の半分の振動数で振動弁を振動させることが可能となり、振動弁の振動数を低速化することができる。
【０００８】
振動弁は、振動中心から変位するほど空気抵抗を減じるものであることが好ましい。この場合、振動弁を楽器音の振動数で振動させる駆動装置が、振動弁の振動数のみならず、振動弁の振幅をも調整可能であることが好ましい。
振動弁の振動数を調整することによって発生する楽音の音階を調整することができ、振動弁の振幅を調整することによって発生する楽音の音量を調整することができる。
【０００９】
振動弁は、振動中心において空気抵抗を最小とし、振動中心から変位するほど空気抵抗を増大させるものであってもよいが、反対に、振動中心において空気抵抗を実質的に無限大とし（すなわち空気供給流路を閉じる）、振動中心から変位するほど空気抵抗を減じるものであることが好ましい。
この場合、歯切れのよい演奏が可能となる。
【００１０】
トランペットには音階調整用の３本のピストンが用意されており、トロンボーンには音階調整用のスライド部が用意されている。これらの音階調整用操作部を操作する人工手が付加されていることが好ましい。
管楽器に吹き込む空気量変化の振動数と、管楽器の共鳴部の共鳴振動数を一致させることができる。きれいに共鳴した楽音を発生させることができる。
【００１１】
空気供給流路を通過する空気流量を調整する絞り弁が付加されていることが好ましい。
絞り弁を利用して空気供給流路を通過する空気流量を調整することによって、音量を調整することが可能となる。音量の調整のために、振動弁の振幅を調整することと、絞り弁によって空気流量を調整することを併用してもよい。音量調整幅が増大する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の好適な実施形態を例示する。
（形態１） 開閉バルブは、空気供給流路が横断する本体と、アクチュエータに駆動されて本体内を往復するスリーブを有する
（形態２） スリーブには、シャフト状のスリーブ本体と、スリーブ本体から膨出する部位が形成されている。
（形態３） スリーブ本体と膨出部位の間には、直径が連続的に変化する遷移部が設けられている。
（形態４） スリーブがスライドすると、膨出部位が空気供給流路の通過面積を変化させる。
【実施例】
【００１３】
本発明を具現化した演奏用アクチュエータ１０の実施例を、図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、演奏用アクチュエータ１０は、空気ボンベ１４、減圧弁１５、絞り弁１６、空気供給流路１３、空気吹込用アクチュエータ１２、指アクチュエータ２４、２５、２６、人工指３０、３１、３２、制御回路１７、コンピュータ２２、インターフェイス２１を備えている。
図２に示すように、空気吹込用アクチュエータ１２は、開閉バルブ４２、スライダ部４３、パイプ４４を備えている。開閉バルブ４２は、弁本体４５、スリーブ４６、弁アクチュエータ４７、スプリング４８を有している。弁本体４５には、入口ポート５１と出口ポート５２を連通させる空気流路５３と、その空気流路５３と直交する横断面が円形状のガイド孔４５ａが形成されている。入口ポート５１には、空気供給流路１３が接続されている。スリーブ４６には、シャフト部４６ａと、シャフト部４６ａから膨出した開閉部４９と、開閉部４９を挟んでシャフト部４６ａから膨出したガイド部５９が形成されている。開閉部４９とガイド部５９は、円形状の横断面を有している。開閉部４９には、シャフト部４６ａから次第に経が大きく遷移しながら開閉部４９の最大直径に至る遷移部４９ａが形成されている。ガイド部５９は、ガイド孔４５ａと摺接することによって、スリーブ４６を軸方向に案内する。スリーブ４６の一端は、弁アクチュエータ４７に取り付けられている。スプリング４８は、反弁アクチュエータ４７側のガイド部５９とガイド孔４５ａの端部との間に介装されている。スリーブ４６が、図２に示す位置に配されている状態では、開閉部４６ａが空気流路５３を閉じる。
弁アクチュエータ４７は、制御回路１７と接続されており、内蔵しているソレノイドでスリーブ４６を駆動する。詳しくは後述するが、制御回路１７は、弁アクチュエータ４７に駆動信号を出力する。駆動信号が入力された弁アクチュエータ４７は、スリーブ４６を反弁アクチュエータ４７側に移動させる。図３は、スリーブ４６が反弁アクチュエータ４７側に移動した状態を図示している。この状態では、スリーブ４６に押されてスプリング４８が収縮するとともに、スリーブ４６の開閉部４６ａが閉位置から移動することによって、空気流路５３が開かれる。弁アクチュエータ４７に入力する駆動信号の電流を逆転させると、スリーブ４６は、弁アクチュエータ４７側に移動して空気流路５３を閉じ、更に弁アクチュエータ４７側に移動して空気流路５３を開く。
【００１４】
スライダ部４３は、スライダ５６、駆動ギア５８、モータ６６、マウスピース（吹口部）５５を備えている。スライダ５６は、円柱状のスライダ本体５６ａと、スライダ本体５６ａの片側端部に設けられたスライダギア５６ｂを有している。スライダ本体５６ａの外周面には、ネジ５６ｃが形成されている。スライダ５６には、軸方向に貫通する孔６１が形成されている。マウスピース５５は、トランペット１８の実際のマウスピースに代わって用いられるものであり、トランペット１８のマウスピース取付部１８ａに差し込まれている。マウスピース５５の内周面にはネジ５５ａが形成されている。そして、このネジ５５ａとスライダ本体５６ａのネジ５６ｃを利用することによって、マウスピース５５にスライダ５６がネジ込まれている。よって、スライダ５６を回転させると、マウスピース５５に対してスライダ５６が進退する。
駆動ギア５８は、モータ６６の回転軸に結合されているとともに、スライダ５６のスライダギア５６ｂと噛み合わされている。モータ６６は、制御回路１７と接続されている。図２は、スライダ５６が前進してマウスピース５５の前気室５７に深く入り込んだ状態を図示している。図３は、スライダ５６が後退した状態を示している。スライダ５６が前進すると、前気室５７の容積は小さくなり、長さは短くなる。スライダ５６が後退すると、前気室５７の容積は大きくなり、長さは長くなる。
パイプ４４の一端４４ａは、開閉バルブ４２の出口ポート５２に固定されている。パイプ４４の他端４４ｂは、スライダ５６の貫通孔６１に挿通されている。出口ポート５２を流出した空気は、パイプ４４を通過してマウスピース５５の前気室５７に流入する。スライダ５６が進退するときには、スライダ５６はパイプ４４に対して移動する。
開閉バルブ４２と、スライダ部４３のモータ６６は、トランペット１８と結合された支持部材（図示省略）によって支持されている。
【００１５】
図１に示すように、空気供給流路１３は、空気ボンベ１４と空気吹込用アクチュエータ１２を接続している。減圧弁１５と絞り弁１６は、空気供給流路１３に介装されている。空気ボンベ１４には、高圧空気が蓄圧されている。空気ボンベ１４の代わりに、高圧空気を供給可能な装置（例えば、空気ポンプ）を採用することもできる。
コンピュータ２２は、制御回路１７を介して、空気吹込用アクチュエータ１２と指アクチュエータ２４、２５、２６と接続されている。また、コンピュータ２２は、インターフェイス２１を介して、減圧弁１５と絞り弁１６と接続されている。
減圧弁１５は、コンピュータ２２に制御されて、空気ボンベ１４から流出する空気の圧力を所定値まで減圧する。絞り弁１６は、同じくコンピュータ２２に制御されて、空気吹込用アクチュエータ１２に供給する空気の流量を調整する。
人工指３０、３１、３２は、それぞれが指アクチュエータ２４、２５、２６のプランジャ２４ａ、２５ａ、２６ａと接続されている。人工指３０、３１、３２の先端部は、トランペット１８のピストン６３、６４、６５と接触する位置に配置されている。指アクチュエータ２４、２５、２６のプランジャ２４ａ、２５ａ、２６ａが伸縮すると、人工指３０、３１、３２によって、ピストン６３、６４、６５が操作される（押されたり、戻ったりする）。指アクチュエータ２４、２５、２６のプランジャ２４ａ、２５ａ、２６ａの伸縮量を調整すると、ピストン６３、６４、６５をフルに押された状態のみならず、半押しの状態にもすることができる。指アクチュエータ２４、２５、２６には、種々のタイプのもの（例えば、空気圧駆動、液圧駆動、モータ駆動、ソレノイド駆動等）を用いることができる。
コンピュータ２２には、記憶装置２３が接続されている。記憶装置２３には、トランペット１８で演奏を行わせるための時系列データが記憶されている。具体的には、演奏用アクチュエータ１０の開閉バルブ４２の入口ポート５１に供給する空気流量と、開閉バルブ４２のスリーブ４６の振動数と振幅と、スライダ部４３のスライダ５６のスライド量と、指アクチュエータ２４、２５、２６のプランジャ２４ａ、２５ａ、２６ａの伸縮量が時系列的に記憶されている。
【００１６】
開閉バルブ４２の入口ポート５１に空気を供給しながら、開閉バルブ４２の弁アクチュエータ４７がスリーブ４６を振動させると、空気流路５３が開閉され、マウスピース５５の前気室５７に供給される空気の圧力が振動する。この場合、空気圧力変化の振動数は、スリーブ４６の振動数の２倍になる。例えば、スリーブ４６の振動数が１００Ｈｚならば、前気室５７に供給される空気の圧力変化の振動数は２００Ｈｚになる。前気室５７の空気圧力変化の振動数と、スリーブ４６の振動数がこのような関係にあるので、スリーブ４６の振動数を低下させることができる。
前気室５７内の圧力が振動すると、トランペット１８からは、その振動数の楽音が発せられる。例えば、「ド」の楽音が発せられる。マウスピース５５内の空気圧変動の振幅は、供給される空気流量に比例する。従って、マウスピース５５に供給する空気流量を絞り弁１６を制御して多くすると、トランペット１８が発する音量が大きくなり、供給する空気流量を少なくすると、トランペット１８が発する音量が小さくなる。例えば、「レ」の楽音が発せられている状態で空気流量を多くすると、「レ」の音量が大きくなる。開閉バルブ４２のスリーブ４６の振幅を変化させても、前気室４７に供給する空気量を調整することができる。例えば、スリーブ４６の振幅を小さくすると、開閉バルブ４２の開弁面積が減少する。よって、供給空気量が少なくなる。絞り弁１６と開閉バルブ４２の双方を同時に制御すると、空気流量をよりきめ細かく調整することができる。
上述したように、開閉バルブ４２のスリーブ４６の開閉部４９には、遷移部４９ａが設けられている。この遷移部４９ａの形状を種々選択することにより、開閉バルブ４２からマウスピース５５に供給される空気の圧力変化を微調整することができる。例えば、遷移部４９ａを軸方向に長くすると、開閉バルブ４２が開閉するときに、空気流路５３の開閉の切り換えが急激に起こらないので、空気の圧力変化の立ち上がり／立ち下がりが緩やかになる（圧力変動の山と谷の形状がなだらかになる）。遷移部４９ａの形状は、図２、図３に図示されているような直線形状に限られるものではない。例えば、遷移部４９ａを、曲線や、曲線と直線の組合せ等によって形成することもできる。遷移部４９ａの形状を選択することによって、トランペット１８が発する楽曲を微妙にチューニングすることができる。
【００１７】
ピストン６３、６４、６５を操作すると（押し下げると）、トランペット１８の共鳴部の管長が調整されて、トランペット１８の共鳴振動数が変化する。マウスピース５５内の空気振動数とトランペット１８の共鳴振動数が一致すると、きれいに共鳴した楽音が発せられる。
スライダ５６がマウスピース５５に対して進退することによって前気室５７の長さが調整されると、トランペット１０の共鳴部（管長が調整される部分）の共鳴振動数と、前気室５７の共鳴振動数をより良く一致させることができる。従って、前気室５７の長さを調整すると、よりきれいに共鳴した楽音を発生させることができる。演奏者がマウスピースに空気を吹き込むときには、唇の振動数や、唇の硬さは調整しているが、前気室５７の長さの調整までは行っていない。すなわち、本発明に係る演奏用アクチュエータ１０によれば、共鳴振動数を演奏者以上が行っている以上にきれいに調整することによって、トランペット１８から極めてきれいに共鳴した楽音を発生させることができる。
コンピュータ２２が、記憶装置２３に記憶されている時系列データに基づいて演奏用アクチュエータ１０を制御すると、トランペット１８の演奏が行われる。
【００１８】
開閉バルブ４２のスリーブ４６は、空気流路５３を流れる空気を完全に遮断しなくてもよい。すなわち、空気流路５３を流れる空気が大流量になり、小流量になることを繰り返してもよい。
スリーブ４６の遷移部４９ａ、４９ａは、スリーブ４６の振動中心に対して対称に形成しなくてもよい。
トロンボーンのように、スライダを有する管楽器に本発明を適用する場合には、人工指３０、３１、３２の代わりに、人工腕を用いる。
【００１９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】演奏用アクチュエータのシステム図。
【図２】空気吹込アクチュエータの断面図（開閉バルブ閉、スライダ前進状態）。
【図３】空気吹込アクチュエータの断面図（開閉バルブ開、スライダ後退状態）。
【符号の説明】
【００２１】
１０：演奏用アクチュエータ
１２：空気吹込アクチュエータ
１３：空気供給流路
１４：空気ボンベ
１５：減圧弁
１６：絞り弁
１７：制御回路
１８：トランペット、１８ａ：マウスピース取付部
２１：インターフェイス
２２：コンピュータ
２４、２５、２６：指アクチュエータ
２４ａ、２５ａ、２６ａ：プランジャ
３０、３１、３２：人工指
４２：開閉バルブ
４３：スライダ部
４４：パイプ、４４ａ：一端、４４ｂ：他端
４５：弁本体、４５ａ：ガイド孔
４６：スリーブ、４６ａ：シャフト部
４７：弁アクチュエータ
４８：スプリング
４９：開閉部、４９ａ：遷移部
５１：入口ポート
５２：出口ポート
５３：空気流路
５５：マウスピース、５５ａ：ネジ
５６：スライダ、５６ａ：スライダ本体、５６ｂ：スライダギア、５６ｃ：ネジ
５７：前気室
５８：駆動ギア
５９：ガイド部
６１：貫通孔
６３、６４、６５：ピストン
６６：モータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管楽器を演奏するアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ピアノを人に代わって演奏する演奏装置が開発されている。しかしながら管楽器を人に代わって演奏するアクチュエータはまだ実現されていない。
特許文献１には、管楽器を演奏する演奏者の唇の状態を検出し、その検出データを用いて、楽器音を電気的に再生する楽音制御装置が記載されている。また特許文献２には、演奏者が管楽器を演奏するときの唇の締め具合に対応した楽器音を電気的に合成して再生する楽音合成装置が記載されている。特許文献１の楽音制御装置も、特許文献２の楽音合成装置も、実際に管楽器を演奏するものでない。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−６３５２号公報
【特許文献２】特開平５−１９７７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明では、実際の管楽器を人に代わって演奏するアクチュエータを実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
管楽器の演奏者は、吹口部（マウスピース）に空気を吹き込みながら唇を振動させる。この際に、演奏者は、発生させたい音階の楽器音（楽音）が管楽器から得られるように、唇の硬さを変化させることによって唇の振動数を調整している。本発明者も、硬さが可変な人工唇で管楽器を演奏することを試みた。しかしながら、演奏者の唇の微妙な動きを再現することが難しく、楽音を安定して発生させることができなかった。
本発明の演奏用アクチュエータは、その失敗を克服し、実際の管楽器から楽音を安定的に発生させることに成功したものであり、管楽器の吹口部に空気を供給する空気供給流路と、空気供給流路に介装されているとともに振動することによって空気供給流路の空気抵抗を変化させる振動弁と、振動弁を管楽器から発生させたい楽器音の振動数で振動させる駆動装置を備えている。
ここで言う「吹口部」は、実際の管楽器の実際の吹口部に限られない。実際の吹口部に代わって管楽器に装着されるものを含む（以下同じ）。
この演奏用アクチュエータによると、演奏者が唇を振動させながら管楽器に空気を吹き込むのと同様の現象を得ることができ、管楽器から意図した音階の楽音を安定的に発生させることができる。
【０００６】
吹口部の長さを変化させる手段を付加することが好ましい。
吹口部の長さを調整することができると、吹口部の共鳴振動数と管楽器の共鳴部（管長が調整される部分）の共鳴振動数を一致させることができる。きれいに共鳴した楽音を発生させることができる。
実際の管楽器を人が演奏する場合、通常は吹口部の長さを変化させることができない。吹口部の長さを変化させる人工アクチュエータを利用すると、人にはできない演奏が可能となる。
【０００７】
振動弁は、振動中心から両側に振動し、振動中心からの変位に応じて左右対称に空気抵抗が変化することが好ましい。
この場合、管楽器内の圧力変化の振動数は、振動弁の振動数の２倍となる。楽音の振動数の半分の振動数で振動弁を振動させることが可能となり、振動弁の振動数を低速化することができる。
【０００８】
振動弁は、振動中心から変位するほど空気抵抗を減じるものであることが好ましい。この場合、振動弁を楽器音の振動数で振動させる駆動装置が、振動弁の振動数のみならず、振動弁の振幅をも調整可能であることが好ましい。
振動弁の振動数を調整することによって発生する楽音の音階を調整することができ、振動弁の振幅を調整することによって発生する楽音の音量を調整することができる。
【０００９】
振動弁は、振動中心において空気抵抗を最小とし、振動中心から変位するほど空気抵抗を増大させるものであってもよいが、反対に、振動中心において空気抵抗を実質的に無限大とし（すなわち空気供給流路を閉じる）、振動中心から変位するほど空気抵抗を減じるものであることが好ましい。
この場合、歯切れのよい演奏が可能となる。
【００１０】
トランペットには音階調整用の３本のピストンが用意されており、トロンボーンには音階調整用のスライド部が用意されている。これらの音階調整用操作部を操作する人工手が付加されていることが好ましい。
管楽器に吹き込む空気量変化の振動数と、管楽器の共鳴部の共鳴振動数を一致させることができる。きれいに共鳴した楽音を発生させることができる。
【００１１】
空気供給流路を通過する空気流量を調整する絞り弁が付加されていることが好ましい。
絞り弁を利用して空気供給流路を通過する空気流量を調整することによって、音量を調整することが可能となる。音量の調整のために、振動弁の振幅を調整することと、絞り弁によって空気流量を調整することを併用してもよい。音量調整幅が増大する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の好適な実施形態を例示する。
（形態１） 開閉バルブは、空気供給流路が横断する本体と、アクチュエータに駆動されて本体内を往復するスリーブを有する
（形態２） スリーブには、シャフト状のスリーブ本体と、スリーブ本体から膨出する部位が形成されている。
（形態３） スリーブ本体と膨出部位の間には、直径が連続的に変化する遷移部が設けられている。
（形態４） スリーブがスライドすると、膨出部位が空気供給流路の通過面積を変化させる。
【実施例】
【００１３】
本発明を具現化した演奏用アクチュエータ１０の実施例を、図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、演奏用アクチュエータ１０は、空気ボンベ１４、減圧弁１５、絞り弁１６、空気供給流路１３、空気吹込用アクチュエータ１２、指アクチュエータ２４、２５、２６、人工指３０、３１、３２、制御回路１７、コンピュータ２２、インターフェイス２１を備えている。
図２に示すように、空気吹込用アクチュエータ１２は、開閉バルブ４２、スライダ部４３、パイプ４４を備えている。開閉バルブ４２は、弁本体４５、スリーブ４６、弁アクチュエータ４７、スプリング４８を有している。弁本体４５には、入口ポート５１と出口ポート５２を連通させる空気流路５３と、その空気流路５３と直交する横断面が円形状のガイド孔４５ａが形成されている。入口ポート５１には、空気供給流路１３が接続されている。スリーブ４６には、シャフト部４６ａと、シャフト部４６ａから膨出した開閉部４９と、開閉部４９を挟んでシャフト部４６ａから膨出したガイド部５９が形成されている。開閉部４９とガイド部５９は、円形状の横断面を有している。開閉部４９には、シャフト部４６ａから次第に経が大きく遷移しながら開閉部４９の最大直径に至る遷移部４９ａが形成されている。ガイド部５９は、ガイド孔４５ａと摺接することによって、スリーブ４６を軸方向に案内する。スリーブ４６の一端は、弁アクチュエータ４７に取り付けられている。スプリング４８は、反弁アクチュエータ４７側のガイド部５９とガイド孔４５ａの端部との間に介装されている。スリーブ４６が、図２に示す位置に配されている状態では、開閉部４６ａが空気流路５３を閉じる。
弁アクチュエータ４７は、制御回路１７と接続されており、内蔵しているソレノイドでスリーブ４６を駆動する。詳しくは後述するが、制御回路１７は、弁アクチュエータ４７に駆動信号を出力する。駆動信号が入力された弁アクチュエータ４７は、スリーブ４６を反弁アクチュエータ４７側に移動させる。図３は、スリーブ４６が反弁アクチュエータ４７側に移動した状態を図示している。この状態では、スリーブ４６に押されてスプリング４８が収縮するとともに、スリーブ４６の開閉部４６ａが閉位置から移動することによって、空気流路５３が開かれる。弁アクチュエータ４７に入力する駆動信号の電流を逆転させると、スリーブ４６は、弁アクチュエータ４７側に移動して空気流路５３を閉じ、更に弁アクチュエータ４７側に移動して空気流路５３を開く。
【００１４】
スライダ部４３は、スライダ５６、駆動ギア５８、モータ６６、マウスピース（吹口部）５５を備えている。スライダ５６は、円柱状のスライダ本体５６ａと、スライダ本体５６ａの片側端部に設けられたスライダギア５６ｂを有している。スライダ本体５６ａの外周面には、ネジ５６ｃが形成されている。スライダ５６には、軸方向に貫通する孔６１が形成されている。マウスピース５５は、トランペット１８の実際のマウスピースに代わって用いられるものであり、トランペット１８のマウスピース取付部１８ａに差し込まれている。マウスピース５５の内周面にはネジ５５ａが形成されている。そして、このネジ５５ａとスライダ本体５６ａのネジ５６ｃを利用することによって、マウスピース５５にスライダ５６がネジ込まれている。よって、スライダ５６を回転させると、マウスピース５５に対してスライダ５６が進退する。
駆動ギア５８は、モータ６６の回転軸に結合されているとともに、スライダ５６のスライダギア５６ｂと噛み合わされている。モータ６６は、制御回路１７と接続されている。図２は、スライダ５６が前進してマウスピース５５の前気室５７に深く入り込んだ状態を図示している。図３は、スライダ５６が後退した状態を示している。スライダ５６が前進すると、前気室５７の容積は小さくなり、長さは短くなる。スライダ５６が後退すると、前気室５７の容積は大きくなり、長さは長くなる。
パイプ４４の一端４４ａは、開閉バルブ４２の出口ポート５２に固定されている。パイプ４４の他端４４ｂは、スライダ５６の貫通孔６１に挿通されている。出口ポート５２を流出した空気は、パイプ４４を通過してマウスピース５５の前気室５７に流入する。スライダ５６が進退するときには、スライダ５６はパイプ４４に対して移動する。
開閉バルブ４２と、スライダ部４３のモータ６６は、トランペット１８と結合された支持部材（図示省略）によって支持されている。
【００１５】
図１に示すように、空気供給流路１３は、空気ボンベ１４と空気吹込用アクチュエータ１２を接続している。減圧弁１５と絞り弁１６は、空気供給流路１３に介装されている。空気ボンベ１４には、高圧空気が蓄圧されている。空気ボンベ１４の代わりに、高圧空気を供給可能な装置（例えば、空気ポンプ）を採用することもできる。
コンピュータ２２は、制御回路１７を介して、空気吹込用アクチュエータ１２と指アクチュエータ２４、２５、２６と接続されている。また、コンピュータ２２は、インターフェイス２１を介して、減圧弁１５と絞り弁１６と接続されている。
減圧弁１５は、コンピュータ２２に制御されて、空気ボンベ１４から流出する空気の圧力を所定値まで減圧する。絞り弁１６は、同じくコンピュータ２２に制御されて、空気吹込用アクチュエータ１２に供給する空気の流量を調整する。
人工指３０、３１、３２は、それぞれが指アクチュエータ２４、２５、２６のプランジャ２４ａ、２５ａ、２６ａと接続されている。人工指３０、３１、３２の先端部は、トランペット１８のピストン６３、６４、６５と接触する位置に配置されている。指アクチュエータ２４、２５、２６のプランジャ２４ａ、２５ａ、２６ａが伸縮すると、人工指３０、３１、３２によって、ピストン６３、６４、６５が操作される（押されたり、戻ったりする）。指アクチュエータ２４、２５、２６のプランジャ２４ａ、２５ａ、２６ａの伸縮量を調整すると、ピストン６３、６４、６５をフルに押された状態のみならず、半押しの状態にもすることができる。指アクチュエータ２４、２５、２６には、種々のタイプのもの（例えば、空気圧駆動、液圧駆動、モータ駆動、ソレノイド駆動等）を用いることができる。
コンピュータ２２には、記憶装置２３が接続されている。記憶装置２３には、トランペット１８で演奏を行わせるための時系列データが記憶されている。具体的には、演奏用アクチュエータ１０の開閉バルブ４２の入口ポート５１に供給する空気流量と、開閉バルブ４２のスリーブ４６の振動数と振幅と、スライダ部４３のスライダ５６のスライド量と、指アクチュエータ２４、２５、２６のプランジャ２４ａ、２５ａ、２６ａの伸縮量が時系列的に記憶されている。
【００１６】
開閉バルブ４２の入口ポート５１に空気を供給しながら、開閉バルブ４２の弁アクチュエータ４７がスリーブ４６を振動させると、空気流路５３が開閉され、マウスピース５５の前気室５７に供給される空気の圧力が振動する。この場合、空気圧力変化の振動数は、スリーブ４６の振動数の２倍になる。例えば、スリーブ４６の振動数が１００Ｈｚならば、前気室５７に供給される空気の圧力変化の振動数は２００Ｈｚになる。前気室５７の空気圧力変化の振動数と、スリーブ４６の振動数がこのような関係にあるので、スリーブ４６の振動数を低下させることができる。
前気室５７内の圧力が振動すると、トランペット１８からは、その振動数の楽音が発せられる。例えば、「ド」の楽音が発せられる。マウスピース５５内の空気圧変動の振幅は、供給される空気流量に比例する。従って、マウスピース５５に供給する空気流量を絞り弁１６を制御して多くすると、トランペット１８が発する音量が大きくなり、供給する空気流量を少なくすると、トランペット１８が発する音量が小さくなる。例えば、「レ」の楽音が発せられている状態で空気流量を多くすると、「レ」の音量が大きくなる。開閉バルブ４２のスリーブ４６の振幅を変化させても、前気室４７に供給する空気量を調整することができる。例えば、スリーブ４６の振幅を小さくすると、開閉バルブ４２の開弁面積が減少する。よって、供給空気量が少なくなる。絞り弁１６と開閉バルブ４２の双方を同時に制御すると、空気流量をよりきめ細かく調整することができる。
上述したように、開閉バルブ４２のスリーブ４６の開閉部４９には、遷移部４９ａが設けられている。この遷移部４９ａの形状を種々選択することにより、開閉バルブ４２からマウスピース５５に供給される空気の圧力変化を微調整することができる。例えば、遷移部４９ａを軸方向に長くすると、開閉バルブ４２が開閉するときに、空気流路５３の開閉の切り換えが急激に起こらないので、空気の圧力変化の立ち上がり／立ち下がりが緩やかになる（圧力変動の山と谷の形状がなだらかになる）。遷移部４９ａの形状は、図２、図３に図示されているような直線形状に限られるものではない。例えば、遷移部４９ａを、曲線や、曲線と直線の組合せ等によって形成することもできる。遷移部４９ａの形状を選択することによって、トランペット１８が発する楽曲を微妙にチューニングすることができる。
【００１７】
ピストン６３、６４、６５を操作すると（押し下げると）、トランペット１８の共鳴部の管長が調整されて、トランペット１８の共鳴振動数が変化する。マウスピース５５内の空気振動数とトランペット１８の共鳴振動数が一致すると、きれいに共鳴した楽音が発せられる。
スライダ５６がマウスピース５５に対して進退することによって前気室５７の長さが調整されると、トランペット１０の共鳴部（管長が調整される部分）の共鳴振動数と、前気室５７の共鳴振動数をより良く一致させることができる。従って、前気室５７の長さを調整すると、よりきれいに共鳴した楽音を発生させることができる。演奏者がマウスピースに空気を吹き込むときには、唇の振動数や、唇の硬さは調整しているが、前気室５７の長さの調整までは行っていない。すなわち、本発明に係る演奏用アクチュエータ１０によれば、共鳴振動数を演奏者以上が行っている以上にきれいに調整することによって、トランペット１８から極めてきれいに共鳴した楽音を発生させることができる。
コンピュータ２２が、記憶装置２３に記憶されている時系列データに基づいて演奏用アクチュエータ１０を制御すると、トランペット１８の演奏が行われる。
【００１８】
開閉バルブ４２のスリーブ４６は、空気流路５３を流れる空気を完全に遮断しなくてもよい。すなわち、空気流路５３を流れる空気が大流量になり、小流量になることを繰り返してもよい。
スリーブ４６の遷移部４９ａ、４９ａは、スリーブ４６の振動中心に対して対称に形成しなくてもよい。
トロンボーンのように、スライダを有する管楽器に本発明を適用する場合には、人工指３０、３１、３２の代わりに、人工腕を用いる。
【００１９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】演奏用アクチュエータのシステム図。
【図２】空気吹込アクチュエータの断面図（開閉バルブ閉、スライダ前進状態）。
【図３】空気吹込アクチュエータの断面図（開閉バルブ開、スライダ後退状態）。
【符号の説明】
【００２１】
１０：演奏用アクチュエータ
１２：空気吹込アクチュエータ
１３：空気供給流路
１４：空気ボンベ
１５：減圧弁
１６：絞り弁
１７：制御回路
１８：トランペット、１８ａ：マウスピース取付部
２１：インターフェイス
２２：コンピュータ
２４、２５、２６：指アクチュエータ
２４ａ、２５ａ、２６ａ：プランジャ
３０、３１、３２：人工指
４２：開閉バルブ
４３：スライダ部
４４：パイプ、４４ａ：一端、４４ｂ：他端
４５：弁本体、４５ａ：ガイド孔
４６：スリーブ、４６ａ：シャフト部
４７：弁アクチュエータ
４８：スプリング
４９：開閉部、４９ａ：遷移部
５１：入口ポート
５２：出口ポート
５３：空気流路
５５：マウスピース、５５ａ：ネジ
５６：スライダ、５６ａ：スライダ本体、５６ｂ：スライダギア、５６ｃ：ネジ
５７：前気室
５８：駆動ギア
５９：ガイド部
６１：貫通孔
６３、６４、６５：ピストン
６６：モータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管楽器の吹口部に空気を供給する空気供給流路と、
空気供給流路に介装されており、振動することによって空気供給流路の空気抵抗を変化させる振動弁と、
振動弁を楽器音の振動数で振動させる駆動装置と、
を備えることを特徴とする演奏用アクチュエータ。
【請求項２】
吹口部の長さを変化させる手段が付加されていることを特徴とする請求項１の演奏用アクチュエータ。
【請求項３】
振動弁は、振動中心から両側に振動し、振動中心からの変位に応じて左右対称に空気抵抗が変化することを特徴とする請求項１又は２の演奏用アクチュエータ。
【請求項４】
振動弁は、振動中心から変位するほど空気抵抗を減じるものであり、
駆動装置は、振動弁の振幅を調整可能なものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかの演奏用アクチュエータ。
【請求項５】
振動弁は、振動中心において空気抵抗を実質的に無限大とし、振動中心から変位するほど空気抵抗を減じるものであることを特徴とする請求項１から４のいずれかの演奏用アクチュエータ。
【請求項６】
管楽器の音階調整用操作部を操作する人工手が付加されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかの演奏用アクチュエータ。
【請求項７】
空気供給流路を通過する空気流量を調整する絞り弁が付加されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかの演奏用アクチュエータ。
【請求項１】
管楽器の吹口部に空気を供給する空気供給流路と、
空気供給流路に介装されており、振動することによって空気供給流路の空気抵抗を変化させる振動弁と、
振動弁を楽器音の振動数で振動させる駆動装置と、
を備えることを特徴とする演奏用アクチュエータ。
【請求項２】
吹口部の長さを変化させる手段が付加されていることを特徴とする請求項１の演奏用アクチュエータ。
【請求項３】
振動弁は、振動中心から両側に振動し、振動中心からの変位に応じて左右対称に空気抵抗が変化することを特徴とする請求項１又は２の演奏用アクチュエータ。
【請求項４】
振動弁は、振動中心から変位するほど空気抵抗を減じるものであり、
駆動装置は、振動弁の振幅を調整可能なものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかの演奏用アクチュエータ。
【請求項５】
振動弁は、振動中心において空気抵抗を実質的に無限大とし、振動中心から変位するほど空気抵抗を減じるものであることを特徴とする請求項１から４のいずれかの演奏用アクチュエータ。
【請求項６】
管楽器の音階調整用操作部を操作する人工手が付加されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかの演奏用アクチュエータ。
【請求項７】
空気供給流路を通過する空気流量を調整する絞り弁が付加されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかの演奏用アクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−３５８１（Ｐ２００６−３５８１Ａ）
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１７９３３５（Ｐ２００４−１７９３３５）
【出願日】平成１６年６月１７日（２００４．６．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月１７日（２００４．６．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
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