管楽器演奏装置、及び管楽器の自動演奏方法
【課題】簡便な構成で安定して演奏することができる管楽器演奏装置、及び管楽器の自動演奏方法を提供すること。
【解決手段】本発明の一態様にかかる管楽器演奏装置は、リード１５を備えた管楽器のマウスピース１４に気体を供給する人工口腔４０を有し、管楽器を演奏するための管楽器演奏装置である。管楽器演奏装置は、人工口腔４０に気体を供給するための供給配管と、人工口腔４０に接続された排気管５１を介して、人工口腔内の気体を開放するリリーフ弁５３と、を備えている。
【解決手段】本発明の一態様にかかる管楽器演奏装置は、リード１５を備えた管楽器のマウスピース１４に気体を供給する人工口腔４０を有し、管楽器を演奏するための管楽器演奏装置である。管楽器演奏装置は、人工口腔４０に気体を供給するための供給配管と、人工口腔４０に接続された排気管５１を介して、人工口腔内の気体を開放するリリーフ弁５３と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管楽器を演奏するための管楽器演奏装置、及び管楽器の自動演奏方法に関し、特に詳しくはマウスピースに気体を供給する人工口腔を有する管楽器演奏装置、及び管楽器の自動演奏方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、管楽器を演奏するときは、マウスピースに気体を供給する。これにより、マウスピース内の圧力が高くなり、リードが振動する。このような管楽器を演奏するための、電子楽器用プレスコントローラが開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示されている電子楽器用ブレスコントローラでは、マウスピース内の気圧を検出するセンサと、空気の息抜き量を調整するバルブが設けられている。
【０００３】
さらに、近年では、管楽器を自動的に演奏する管楽器演奏装置が開発されている（特許文献２）。このような管楽器演奏装置は、気体を供給するための人工口腔を有している。そして、人工口腔にマウスピースに挿し込み、この人工口腔に気体を供給する。これにより、人工口腔内の気圧が高くなり、マウスピースに設けられているリードが振動する。木管楽器を吹鳴させようとした場合、楽器リード部分の内側と外側の気圧をある一定の圧力差にすることで、リードを振動させる必要がある。従って、楽器のマウスピースあるいはリードを口腔に見立てた密閉室に差込む。
【０００４】
そして、人間の唇に想到する軟質部材をリードに押し当て、密閉室の気圧制御を行っている。具体的には、コンプレッサーやエアタンクをエア源として、エア源から密閉室までの管路にバルブを設ける。そして、バルブの開閉を制御することで、気圧制御を行っている。これらの機器は、ロボット等への装置への搭載を鑑みて、小型であることが望まれる。
【０００５】
【特許文献１】実公平６−３１５１５号公報
【特許文献２】特開２００７−６５１９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
また、吹鳴状態の密閉室（人工口腔）の気圧は、ある範囲に留まる必要があり、臨界圧を超えると、リードの振動が停止してしまう。そのため、臨界圧を越えないように、管路のバルブを制御する必要がある。吹鳴状態において、気圧が臨界圧を越えないようにするためには、人工口腔内に空気圧センサを設けて、フィードバックすることが考えられる。しかし、この方法では、テンポの速い曲などで、応答性を速くさせようとすると、臨界圧を越えてから所望の気圧に戻る場合がある。
【０００７】
人工口腔内をリードが閉じてしまうような高い気圧から、所望の気圧に下げていった場合、同じ吹鳴圧でも違うモード（１オクターブ上）の音が鳴ってしまう可能性がある。さらに、温度や湿度、外気圧によっても最適な吹鳴圧、及び臨界圧は、変化するため、入力側の気圧制御のみでは、安定して吹鳴させることが困難である。
【０００８】
吹鳴動作を制御する別の方法として、人工口腔に風船のような体積変化する装置を取り付ける方法もあるが、空気の逆流を防ぐ機構等を設ける必要がある。さらに、体積増加を見込んで、装置を大きくする必要があるため、小型化を図ることが困難である。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、簡便な構成で安定して演奏することができる管楽器演奏装置、及び管楽器の自動演奏方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様にかかる管楽器演奏装置は、リードを備えた管楽器のマウスピースに気体を供給する人工口腔を有し、前記管楽器を演奏するための管楽器演奏装置であって、前記人工口腔に気体を供給するための気体供給配管と、前記人工口腔に接続された排気管と、前記排気管を介して、前記人工口腔内の気体を開放するリリーフ弁と、を備えるものである。これにより、リードが閉じることを防ぐことができるため、簡便な構成で安定して演奏することができる。
【００１１】
本発明の第２の態様にかかる管楽器演奏装置は、上記の管楽器演奏装置であって、前記人工口腔内の気圧が所定のリリーフ圧以上となったときに、前記リリーフ弁が気体を開放し、前記リリーフ圧を制御する制御機構が設けられているものである。これにより、リードが閉じる臨界圧に応じてリリーフ圧を調整することができるため、より安定した演奏が可能になる。
【００１２】
本発明の第３の態様にかかる管楽器演奏装置は、上記の管楽器演奏装置であって、前記制御機構が、前記排気管から前記リリーフ弁への気体の流入量を変化させることによって、前記リリーフ圧を制御しているものである。これにより、簡便な構成で安定した演奏が可能になる。
【００１３】
本発明の第４の態様にかかる管楽器の自動演奏方法は、リードを備えた管楽器のマウスピースに気体を供給する人工口腔を用いて、前記管楽器を自動演奏する演奏するための自動演奏方法であって、前記人工口腔に気体を供給するステップと、前記人工口腔に接続された排気管を介して、前記人工口腔内の気体をリリーフ弁から開放するステップとを有するものである。これにより、リードが閉じることを防ぐことができるため、簡便な構成で安定して演奏することができる。
【００１４】
本発明の第５の態様にかかる管楽器の自動演奏方法は、上記の自動演奏方法であって、前記気体を開放するステップでは、前記人工口腔内がリリーフ圧以上となったときに、前記人工口腔内の気体を開放し、演奏データに応じて前記リリーフ圧を制御するものである。これにより、リードが閉じる臨界圧に応じてリリーフ圧を調整することができるため、より安定した演奏が可能になる。
【００１５】
本発明の第６の態様にかかる管楽器の自動演奏方法は、上記の自動演奏方法であって、前記排気管から前記リリーフ弁への気体の流入量を変化させることによって、前記リリーフ圧を制御しているものである。これにより、簡便な構成で安定した演奏が可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、簡便な構成で安定して演奏することができる管楽器演奏装置、及び管楽器の自動演奏方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
発明の実施の形態１．
以下に、図１を参照しつつ本発明の実施の形態１にかかる管楽器演奏用アクチュエータ２０について説明する。図１は、本発明に係る管楽器演奏装置としての人間型ロボット（以下、単にロボット２という）の全体像を概略的に表したものであり、このロボット２が、管楽器の一例であるサックスフォン１２を演奏する様子を概略的に示している。
【００１８】
図１に示すように、ロボット２は、人間と略同様の動きを行うために、腕部や脚部、手部や指部などにおいて多数の関節を備えると共に，該関節部の動作を指令するための制御部を有し，サックスフォン１２を把持するための右手４および左手６を備えている。ロボット２の口部（図示省略）には、マウスピース１４を介して後述する管楽器演奏用アクチュエータ（以下、演奏用アクチュエータという）２０が搭載されており、ロボット２の外部には、演奏用の加圧空気を一定量供給する空気供給部（図示せず）と、該空気供給部からロボット２の内部に搭載された演奏用アクチュエータ２０に対して空気を供給するための空気供給管９４が接続されている。なお、空気供給部は、ロボット２内部にあってもよい。このように、ロボット２は、サックスフォン１２を把持する右手４および左手６の各指部の関節を動作させるとともに、演奏用アクチュエータ２０に所定の流量の空気が供給されることにより、サックスフォン１２を演奏することができる。
【００１９】
サックスフォン１２は、その内部に図示しない空気流路を有しており、空気流路の上流端にマウスピース１４が接続されている。マウスピース１４は、後述するように演奏用アクチュエータ２０を介してロボット２の口部に接続されている。このマウスピース１４の構造に関する詳細については後述する。また、サックスフォン１２は、図示しない複数のピストンからなるピストン群を有しており、これらのピストン群の各ピストンがロボット２の指部の動作により操作されることで、発生する音の音程を変更することが可能となる。なお、ロボット２の指部を駆動する機構として、電動モータや、電圧が印加されることにより収縮する人工筋肉アクチュエータ等を用いることができる。
【００２０】
次に、図１に示すロボット２の内部構成について図２を用いて説明する。図２は、ロボット２の一部の構成を模式的に示す図である。図２に示すように、ロボット２は右手４及び左手６でサックスフォン１２を把持している。右手４がサックスフォン１２のＵ字管部分を把持し、左手６がピストン部分を把持している。そして、左手６の各指がサックスフォン１２のピストンを操作する。
【００２１】
さらに、ロボット２の頭部には、人工口腔４０が設けられている。この人工口腔４０に図１で示した演奏用アクチュエータ２０が設けられている。例えば、人工口腔４０内には、人工舌、人工唇、及び人工歯等が収納されている。そして、人工口腔４０内には、人工舌、人工唇、及び人工歯を駆動するためのアクチュエータが収納されている。サックスフォン１２を把持する右手４、及び左手６が駆動することによって、サックスフォン１２のマウスピース１４が人工口腔４０に挿し込まれる。人工口腔４０がマウスピース１４をくわえた状態で、人工唇、人工舌、及び人工歯が駆動される。例えば、人工舌を駆動することで、タンギングなどの動作を行うことができる。人工歯を駆動することで、人工唇がリードを押し付ける。これにより、リードとマウスピース１４からの開きを調整することができる。なお、これらの動作については、後述する。
【００２２】
さらに、人工口腔４０には、リリーフ弁５３、及び人工肺３０が配管を介して接続されている。人工肺３０には、エア源３１が設けられている。エア源３１は、例えば、空気を圧縮するエアコンプレッサである。また、エア源３１として、圧縮空気が封入されたエアタンクを用いてもよい。エア源３１から加圧空気が、配管を介して、人工口腔４０に供給される。これにより、人工口腔４０内が加圧され、サックスフォン１２のリードを振動させることができる。なお、このエア源３１には、図１の空気供給管９４からエアが供給される。また、人工口腔４０には、人工口腔４０内の空気圧を調整するためのリリーフ弁５３が設けられている。人工口腔４０内の空気圧が一定以上になったら、リリーフ弁５３を介して空気が人工口腔４０外に開放される。このようにロボット２は、人工口腔４０によってマウスピース１４を保持した状態で、各アクチュエータを動作して、演奏を行う。
【００２３】
さらに、ロボット２の胴体部には、右手４、左手６、指部及び演奏用アクチュエータ２０を制御する制御部６０が設けられている。制御部６０は、指部及び演奏用アクチュエータ２０等と電気的に接続され、制御信号を出力する。この制御部６０によって手部、指部及び演奏用アクチュエータ２０を制御することで、サックスフォン１２を演奏することができる。すなわち、人工口腔４０内にエアを供給しながら、演奏用アクチュエータ２０の駆動、及び運指することで、サックスフォン１２を吹鳴することができる。
【００２４】
次に、ロボット２の制御系について図３を用いて説明する。図３は、ロボット２の制御系を示すブロック図である。外部制御装置１０からの演奏データが制御部６０に入力される。外部制御装置１０は、例えば、パーソナルコンピュータ等の演算処理装置を有し、自動演奏に必要な演奏データを演奏曲に応じて作成する。演奏データとしては、例えば、空気圧データ、人工唇動作データ、人工歯データ、及び運指データなどがある。外部制御装置１０は、これらのデータを演奏データとして、制御部６０に出力する。
【００２５】
制御部６０は、外部制御装置１０からの演奏データを記憶する。そして、制御部６０は例えば、パーソナルコンピュータ等の演算処理装置を有し、演奏データをメモリ等に格納する。制御部６０は、演奏データに基づいて、フィードバック制御する。例えば、運指データに基づいて、運指用駆動回路８０を制御するための制御信号を出力する。そして、運指用駆動回路８０は、制御信号に基づいて、運指機構８１を駆動する。運指機構８１は、モータ等のアクチュエータを有しており、左手６の各指を動作させる。これにより、各指が演奏曲に応じた所定のタイミングでピストンを押さえる。
【００２６】
また、制御部６０は、人工歯データに基づいて、人工歯４４を駆動する。これにより、リードを押し付ける押し付け圧及び押し付け位置等を調整することができる。よって、音程を調整することができる。また、人工舌データに基づいて、人工舌を駆動する。これにより、所定のタイミングで、タンギングを行うことができる。なお、各アクチュエータの駆動には、モータ等を用いた公知のフィードバック制御を用いることができる。
【００２７】
さらに、制御部６０は、空気圧データに基づいて人工肺３０、及び制御弁５２、リリーフ弁５３をフィードバック制御する。例えば、空気圧データには、エア源３１の出力値、及びリリーフ弁５３の作動圧が設定されている。制御部６０は、配管中に設けられているバルブを開閉して、エア源３１からの空気供給量を制御する。リリーフ弁５３は、入力側の圧力が所定の圧力（作動圧）を超えると、弁を開いて、空気を開放する。従って、人工口腔４０内の圧力が所定の圧力（リリーフ圧）を超えると、人工口腔４０内の空気を大気中に開放する。リリーフ圧は、制御弁５２によって制御される。制御部６０は、空気圧データなどの演奏データに基づいて、制御弁５２の駆動を制御する。これにより、リリーフ圧を変化することができる。リリーフ弁５３から排気することで、人工口腔４０内の空気圧を低下させることができる。
【００２８】
このように、制御部６０は、各アクチュエータの動作を制御する。従って、演奏データに基づくタイミングで各アクチュエータが動作する。これにより、各駆動箇所が曲に合わせて動作するため、所定の演奏曲を演奏することができる。すなわち、演奏データに基づいて、演奏曲に合わせたタイミングで動作を実施させる。このようにして、ロボット２は、サックスフォン１２を自動演奏している。
【００２９】
具体的には、制御部６０は、演算処理を行う演算処理部や記憶部としてのメモリ等の記憶領域を備えるコンピュータから構成されている。前述のメモリ等の記憶部には、制御部６０を制御するための所定のプログラムや、演奏する楽曲に関する楽曲データ、およびリード１５を押圧する押圧力と押圧位置とを対応させた対応データ等が記憶されている。さらに、排気量や供給量などのデータが記憶されている。
【００３０】
そして、制御部９０に含まれる演算処理部は、記憶したプログラムに基づいて、このようなデータを適宜読み出すことで、前述の演奏用アクチュエータ２０を動作させる。すなわち、本実施形態においては、この制御部６０と人工口腔４０の空気圧を制御するとともに、人工唇４３によってリード１５を押し付ける。さらに、人工舌４１を駆動して、所定のタイミングでタンギングを行う。これにより、自動演奏することが可能となる。
【００３１】
次に、人工口腔４０の構成について図４を用いて説明する。図４は、人工口腔４０の構成を模式的に示す側面断面図である。人工口腔４０は、所定の大きさの空洞であり、その一方が、マウスピース１４をくわえるために開口している。すなわち、人工口腔４０は、マウスピース１４などを保持するためのケースとなる。人工口腔４０にマウスピース１４を挿し込む。マウスピース１４の下方には、リード１５が取り付けられている。右手、及び左手を駆動して、リード１５を有するマウスピース１４を人工口腔内に挿設する。これにより、マウスピース１４が人工口腔４０に取り付けられ、保持される。
【００３２】
サックスフォン１２は、空気流入口を有するマウスピース１４と、マウスピース１４に対して一端が固定されるとともに、空気流入口付近に他端が屈曲自由となるように空気の流入方向に伸びるリード１５と、を備えている。なお、リード１５は、後述するように、リード１５を押圧する人工唇４３と接触することで、サックスフォン１２から発生する音の音程等を調整する。人工口腔４０の空気は、マウスピース１４の空気流入口からサックスフォン１２内に導入される。
【００３３】
人工口腔４０には、エア源３１、リリーフ弁５３、人工舌４１、人工歯４４等が設けられている。これらが演奏データにしたがって動作することによって、自動演奏が行われる。また、人工口腔４０の各アクチュエータを制御する制御回路６１、及びパワーアンプ６２が設けられている。この制御回路６１、及びパワーアンプ６２が図３の制御部６０の一部を構成する。制御回路６１は、パワーアンプ６２を介して、制御弁５２、人工歯４４、及び人工舌４１を制御する。すなわち、制御回路６１は、演奏データに基づいて、各アクチュエータを駆動させる。
【００３４】
人工口腔４０には、エア源３１が供給配管３５を介して、接続されている。供給配管３５はゴムパッキン（図示せず）などの封止材を用いて封止されている。これにより、エア源３１からの加圧空気が供給される。エア源３１から気体の供給量は一定としてもよく、制御回路６１によって調整してもよい。供給量を調整する場合、エア源３１にバルブを設け、バルブの開閉を制御する。例えば、人工口腔４０に設けられた圧力センサ４５で測定された人工口腔４０内の気圧に基づいて、供給量を制御してもよい。また、エア源３１と供給配管３５と間には、逆流防止弁３３が設けられている。これにより、人工口腔４０からの空気の逆流を防止することができる。エア源３１から空気が供給されると、人工口腔内の気圧が上昇する。これにより、マウスピース１４の内外に圧力差が生じ、リード１５を振動させることができる。
【００３５】
さらに、本実施の形態では、人工口腔４０には排気管５１が取り付けられている。図４では、排気管５１が人工口腔４０の下方から突出している。排気管５１はリード１５の下方に配置されている。この排気管５１の下流側には、制御弁５２が取り付けられている。そして、制御弁５２は、リリーフ弁５３に取り付けられている。リリーフ弁５３から開放された空気は、サイレンサ５４を介して大気中に排気される。リリーフ弁５３の下流にサイレンサ５４を設けることによって、排気する音を小さくすることができる。
【００３６】
人工口腔４０内の気圧がリリーフ圧を超えたときに、リリーフ弁５３が開いて、人工口腔４０内の空気を排出する。すなわち、人工口腔４０内の気圧がリリーフ圧を超えるまでは、リリーフ弁５３が閉じており、人工口腔４０が密閉されている。リリーフ弁５３が作動することによって、人工口腔４０内の過剰な空気が排気管５１を通って外部に排出される。これにより、吹奏圧が、所望の圧力以上に上昇するのを防ぐことができる。
【００３７】
さらに、リリーフ弁５３と排気管５１との間には、制御弁５２が設けられている。すなわち、リリーフ弁５３は、制御弁５２を介して、排気管５１に取り付けられている。制御弁５２は、リリーフ圧を制御する制御機構となる。これにより、人工口腔４０の気圧を調整することができる。なお、制御弁５２は、制御部６０を構成する制御回路６１、及びパワーアンプ６２によって制御される。
【００３８】
例えば、人工口腔４０の上唇側には、人工口腔４０の気圧を測定する圧力センサ４５が設けられている。そして、圧力センサ４５で測定された気圧は、制御回路６１に入力される。そして、制御回路６１は、圧力センサ４５での測定結果に基づいて制御弁５２をフィードバック制御する。これにより、リリーフ圧を曲の進行にしたがって変化させることができる。
【００３９】
ここで、人工口腔４０内の空気を排気するための排気系の構成に付いて図５を用いて説明する。図５は、排気系の構成を模式的に示す図である。なお、図５において、人工口腔４０の構成は、図４で示したものと同じであるため、符号とその説明については省略する。上記のように、人工口腔４０には、排気管５１及び制御弁５２を介して、リリーフ弁５３が接続されている。リリーフ弁５３の出力ポートは大気中に開放されている。リリーフ弁５３は、入力圧と出力圧との差圧により、開閉する。ここでは、リリーフ弁５３としてバネ式バルブを用いている。従って、リリーフ弁５３の筐体７３の内部にはバネ７２が設けられている。このバネ７２がバルブ７１を筐体７３に押し付けることで、リリーフ弁５３が閉じる。入力圧と出力圧との気圧差によって生じる力が、バネ７２の弾性力よりも小さい場合、バルブ７１が閉じ、バネ７２の弾性力よりも大きい場合、リリーフ弁５３が開く。そして、バルブ７１が開くと、人工口腔４０内の空気がリリーフ弁５３から外部に排出される。なお、バルブ７１の支えは、バネ７２でなくてもよく、例えば、油圧や空気圧でもよい。
【００４０】
さらに、制御弁５２として、２ポートの電空比例弁を用いている。制御弁５２の入力ポートが排気管５１に接続され、出力ポートが配管を介してリリーフ弁５３の入力ポートに接続されている。制御弁５２は、制御回路６１からの出力される電気信号によって、制御される。従って、リリーフ弁５３に対する空気の流入量が、制御弁５２によって制御される。すなわち、制御弁５２は、排気管５１からリリーフ弁５３に流入する気体の流入量を調整する。制御弁５２は、演奏データに基づいて、制御される。これにより、演奏中において、リリーフ圧を変化させることができる。例えば、制御弁５２を絞ることで、人工口腔４０から制御弁５２を介してリリーフ弁５３に流入される空気の流入量が低下する。これにより、リリーフ弁５３を開くために必要な、人工口腔４０内の圧力が高くなる。また、制御弁５２の開き量を大きくすることで、排気管５１からリリーフ弁５３への流入量が増加する。これにより、リリーフ圧を低下させることができる。換言すると、制御弁５２は、リリーフ圧を調整することができる。
【００４１】
次に、人工口腔４０内のリード１５の振動について図６、及び図７を用いて説明する。図６は、サックスフォン１２の吹鳴時に必要な空気量を示す図である。図６において、横軸が時間、縦軸が空気の実質的な供給量を示している。なお、実質的な供給量とは、エア源３１の供給量から、リリーフ弁５３からの排気量を引いた値である。演奏時における典型的な供給量は、図６に示すようなパターンとなる。図７は、リードが発振する圧力範囲を説明するための図である。図７において、横軸は、人工口腔４０とサックスフォン１２との圧力差を示し、縦軸は、リードを通過する空気の量を示している。
【００４２】
サックスフォン１２を吹鳴させる場合、人工口腔４０内だけでなく、サックスフォン１２内、すなわちマウスピース１４内の気圧を上げる必要がある。このため、送気開始時は、図６に示すように、実質的な供給量を多くする必要がある。例えば、送気開始から３００ｍｓｅｃの間では、リリーフ弁５３を閉じ、人工口腔４０内の実質的な供給量を多くする。これにより、人工口腔４０内の空気量が過渡特性を示し、人工口腔４０とサックスフォン１２の圧力差が時間とともに増加していく。ここでは、人工口腔４０内の気圧がそれほど高くないため、リード１５を通過する空気量が増加して、マウスピース１４内の気圧も高くなっていく。そして、人工口腔４０とサックスフォン１２の圧力差がリード発振範囲になり、リード１５が発振し始める。送気開始直後では、制御弁５２を調整して、例えば、実質的な供給量を２０〜３０ｌ／ｍｉｎとする。
【００４３】
しかし、リード１５が一旦発振した後も、同じ量の空気を送気すると、人工口腔４０内の圧力が高くなりすぎる。よって、人工口腔４０とマウスピース１４との圧力差が大きくなり、リード１５を通過する空気量が減少する。そして、圧力差がさらに大きくなっていき、リード１５が停止してしまう。人工口腔４０とマウスピース１４との圧力差が、図７に示すリード停止圧力差を越えてしまう。人工口腔４０内の気圧が臨界圧を超えて、リード１５の振動が停止する。従って、安定して吹鳴するためには、図６に示すようにリード発振開始後は、実質的な供給量を減少させる。これにより、人工口腔４０内の気圧上昇が抑制される。具体的には、制御弁５２を開いて、リリーフ弁５３から排気する。これにより、実質的な空気の供給量が減少する。リード発振後では、制御弁５２を調整して、例えば、実質的な供給量を１０〜２５ｌ／ｍｉｎとする。
【００４４】
このように、リード発振開始前と開始後で、排気量を変えて、実質的な供給量を調整する。すなわち、リリーフ弁５３を開けて、人工口腔４０内を減圧する。これにより、過圧状態となってリード１５が閉じてしまうのを防ぐことができ、リード発振後であっても安定した吹鳴が可能になる。また、体積変化する装置が不要となるので、ロボット２を小型化することができる。なお、実質的な空気の供給量は、空気圧データなどの演奏データに基づいて制御されるため、実質的な供給量を時間に応じて変化させることができる。よって、演奏中のタイミングに応じて、リリーフ圧が変化する。例えば、制御弁５２でリリーフ圧を変えることで、人工口腔４０の圧力が減少していく場合と、圧力が増加していく場合とで、同じモードの音を鳴らすことができる。これにより、テンポの速い曲を演奏する場合でも、安定して演奏することができる。また、音階によっても吹鳴に適切な口腔圧は変化するが、それに伴ってリードが閉じてしまう臨界圧も変化する。ここでは、制御弁５２が、演奏データに応じて、臨界圧に合ったリリーフ圧を設定することで、より正確な演奏が可能になる。
【００４５】
さらに、温度や湿度、外気圧によっても最適な吹鳴圧、及び臨界圧が変化する。このため、リリーフ弁５３を用いて人工口腔４０内の気圧を調整することで、より正確に演奏することができる。すなわち、リリーフ弁５３の出力ポートは、大気中に接続されているため、大気の湿度と温度や、外気圧が変化すると、リリーフ圧も変化する。よって、安定した演奏を正確に行うことができる。リード１５が閉じる臨界圧にあったリリーフ圧を設定することができる。さらに、楽器自体に圧力センサなどを設けなくてもよいため、簡便な構成で演奏することができる。
【００４６】
なお、上記の説明では、制御弁５２を制御することによって排気量を変更して実質的な供給量を調整したが、これに限るものではない。例えば、排気量だけでなく、供給量を調整することによって、実質的な供給量を調整してもよい。この場合、制御弁５２と制御するとともに、エア源３１と人工口腔４０までの間に設けられているバルブの開閉を制御する。これにより、排気量、及び供給量を調整することができ、人工口腔４０の圧力を所望の圧力にすることができる。このように排気側だけでなく入力側を調整することで、さらに応答性を向上することができる。これらの排気量、及び供給量は、空気圧データに応じてフィードバック制御することができる。
【００４７】
ここで、図４に戻り、人工口腔４０の構成について説明する。人工口腔４０の下唇側には人工歯４４が設けられている。人工歯４４は、人工唇４３の下に配置されている。人工唇４３は、軟質な膜状の部材である。人工唇４３は、リード１５の形状に沿った形状をしている。人工唇４３は、リード１５に隣接している。人工歯４４は、モータやピエゾ素子などのアクチュエータによって上下方向に駆動する。すなわち、制御回路６１がパワーアンプ６２を介して、人工歯４４の上下移動を制御する。下方から人工歯４４を人工唇４３に押し当てることで、人工唇４３が上昇して、リード１５と接触する。制御回路６１が人工歯４４の押し上げを調整することで、リード１５のマウスピース１４からの開きを調整することができる。さらに、人工唇４３の押し付け位置や押し付け圧力を演奏データに応じてフィードバック制御する。よって、サックスフォン１２から発生する音の音程等を調整することができる。
【００４８】
さらに、人工口腔４０には、人工舌４１が設けられている。人工舌４１は、例えば、軟質を有する膜状部材である。人工舌４１は、人工舌アクチュエータ４２によって、前後方向に変化する。すなわち、人工舌アクチュエータ４２は、人工舌４１をマウスピース１４に対して近づけたり、離したりする。人工舌アクチュエータ４２を駆動すると、マウスピース１４と人工舌４１との間の距離が変化する。人工舌４１は、マウスピース１４の開口部（空気注入口）を塞ぐように駆動される。すなわち、人工舌アクチュエータ４２を駆動して、マウスピース１４に人工舌４１を近づけていく。これにより、マウスピース１４と人工舌４１が接触して、マウスピース１４の開口部が塞がれる。一方、人工舌アクチュエータ４２を駆動して、マウスピース１４に人工舌４１を離していく。これにより、人工舌４１とマウスピース１４との接触が解除され、マウスピース１４内に空気を流入させることができるようになる。演奏データに基づいて、人工舌４１がマウスピース１４の開口部を塞ぐように、フィードバック制御する。これにより、人工舌４１がマウスピース１４の開口部を塞ぐタイミングを制御することができる。よって、演奏曲に応じた、所定のタイミングでタンギングが実施される。
【００４９】
なお、上記の説明では、制御弁５２を用いてリリーフ圧を制御したが、本実施の形態はこの構成に限られるものではない。ここで、図８を用いて、本実施の形態の他の構成例について説明する。図８は、人工口腔４０の排気系の構成を示す図である。なお、排気系以外の構成については、上記の構成と同様であるため、説明を省略する。
【００５０】
図８の排気系では、リリーフ弁５３として、ノーマルオープン型の３ポート弁を用いている。リリーフ弁５３は、入力ポート５６と第１出力ポート５７と第２出力ポート５８とを有している。入力ポート５６と第１出力ポート５７と第２出力ポート５８とは、常時連通している。リリーフ弁５３の入力ポート５６は、排気管５１と接続される。リリーフ弁５３の第１出力ポート５７は、制御機構７４と接続されている。リリーフ弁５３の第２出力ポート５８は、大気中に接続されている。第２出力ポート５８の開閉は、制御回路６１によって制御される。
【００５１】
排気管５１は、第１出力ポート５７を介して、制御機構７４に接続されている。制御機構７４は、薄膜袋７５、ガイド７６、バネ７７、リミットスイッチ７８、及びケース７９などを有している。薄膜袋７５、ガイド７６、バネ７７、リミットスイッチ７８は、ケース７９に収納されている。薄膜袋７５は、第１出力ポート５７と接続されている。従って、人工口腔４０内で過剰となった空気が、リリーフ弁５３を介して、薄膜袋７５に送り込まれていく。薄膜袋７５は、空気が送り込まれると、膨張していく。薄膜袋７５は、ガイド７６と当接している。そして、ガイド７６は、薄膜袋７５とバネ７７の間に配置され、バネ７７で支えられている。従って、薄膜袋７５が膨張していくと、ガイド７６がバネ７７を押しながら移動していく。すなわち、薄膜袋７５が弾性変形して、ガイド７６を押していく。
【００５２】
そして、薄膜袋７５へ注入された空気量がある一定の値以上になると、ガイド７６がリミットスイッチ７８と接触する。従って、薄膜袋７５が所定の大きさまで膨張すると、リミットスイッチ７８がＯＮする。すなわち、薄膜袋７５の大きさに応じて、リミットスイッチ７８がＯＮ／ＯＦＦ制御される。リミットスイッチ７８は制御回路６１に電気的に接続されている。そして、制御回路６１は、リミットスイッチ７８がＯＮのときに、リリーフ弁５３の第２出力ポート５８が開放する。これにより、人工口腔４０内、及び薄膜袋７５の加圧空気が、リリーフ弁５３の第２出力ポート５８を介して、大気中に開放される。すなわち、薄膜袋７５の圧力が一定以上になると、リリーフ弁５３の第２出力ポート５８が開いて、人工口腔４０内の空気が大気に開放される。また、図５で示したように、排気管５１から薄膜袋７５への流入量を制御回路６１が制御してもよい。これにより、リリーフ圧を調整することができる。よって、図８に示す構成によっても、同様の効果を得ることができる。このように、排気管５１からリリーフ弁５３への流入する気体の流入量に応じて、リリーフ圧を制御してもよい。
【００５３】
図４又は図８に示したように、空気の供給量に応じて変位する制御機構を設ける。すなわち、制御弁５２等の制御機構は、空気の供給量が変わると、リリーフ圧を変化させる。そして、制御機構によって、リリーフ圧を電気信号によって調整する。これにより、リリーフ圧を所定のタイミングで変化させることができる。
【００５４】
上記の説明では、管楽器の一例であるサックスフォンについて説明したが、本実施形態にかかるロボット２が演奏する木管楽器は、サックスフォンに限られるものではない。マウスピースにリードが取り付けられた管楽器であればよい。さらには、電子楽器であってもよい。また、人工口腔４０に供給される気体は、空気に限らず、窒素などの他の気体であってもよい。
【００５５】
また、人工口腔４０に接続される排気管５１や供給配管３５は、１つにかぎらず、２以上であってもよい。２つ以上の排気管５１を設けた場合、それぞれの排気管５１に制御機構を設けることが好ましい。また、それぞれの排気管５１に別々の制御機構を設けてもよい。供給配管３５を２つ以上設ける場合、それぞれの供給配管３５で供給圧を変えてもよい
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態に係る管楽器演奏装置を備えた人間型ロボットの外観を概略的に示す概略図である。
【図２】図１に示すロボットの一部の構成を模式的に示す図である。
【図３】図１に示すロボットの制御系を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係る管楽器演奏装置の人工口腔の構成を示す側面断面図である。
【図５】図４に示す人工口腔の排気系を示す図である。
【図６】サックスフォンの吹鳴時に必要な空気量を示す図である。
【図７】リードが発振する圧力範囲を説明するための図である。
【図８】図４に示す人工口腔の排気系の別の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
２ ロボット、４ 右手、６ 左手、１０ 外部制御装置、１２ サックスフォン、
１４ マウスピース、１５ リード、２０ 演奏用アクチュエータ、
３０ 人工肺、３１ エア源、３３ 逆流防止弁、３５ 供給配管、
４０ 人工口腔、４１ 人工舌、４２ 人工舌アクチュエータ、４３ 人工唇、
４４ 人工歯、５１ 排気管、５２ 制御弁、５３ リリーフ弁、５４ サイレンサ
５６ 入力ポート、５７ 第１出力ポート、５８ 第２出力ポート、
７１ バルブ、７２ バネ、７３ 筐体、７４ 制御機構、
７５ 薄膜袋、７６ ガイド、７７ バネ、７８ リミットスイッチ、７９ ケース、
８０ 運指用駆動回路、８１ 運指機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管楽器を演奏するための管楽器演奏装置、及び管楽器の自動演奏方法に関し、特に詳しくはマウスピースに気体を供給する人工口腔を有する管楽器演奏装置、及び管楽器の自動演奏方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、管楽器を演奏するときは、マウスピースに気体を供給する。これにより、マウスピース内の圧力が高くなり、リードが振動する。このような管楽器を演奏するための、電子楽器用プレスコントローラが開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示されている電子楽器用ブレスコントローラでは、マウスピース内の気圧を検出するセンサと、空気の息抜き量を調整するバルブが設けられている。
【０００３】
さらに、近年では、管楽器を自動的に演奏する管楽器演奏装置が開発されている（特許文献２）。このような管楽器演奏装置は、気体を供給するための人工口腔を有している。そして、人工口腔にマウスピースに挿し込み、この人工口腔に気体を供給する。これにより、人工口腔内の気圧が高くなり、マウスピースに設けられているリードが振動する。木管楽器を吹鳴させようとした場合、楽器リード部分の内側と外側の気圧をある一定の圧力差にすることで、リードを振動させる必要がある。従って、楽器のマウスピースあるいはリードを口腔に見立てた密閉室に差込む。
【０００４】
そして、人間の唇に想到する軟質部材をリードに押し当て、密閉室の気圧制御を行っている。具体的には、コンプレッサーやエアタンクをエア源として、エア源から密閉室までの管路にバルブを設ける。そして、バルブの開閉を制御することで、気圧制御を行っている。これらの機器は、ロボット等への装置への搭載を鑑みて、小型であることが望まれる。
【０００５】
【特許文献１】実公平６−３１５１５号公報
【特許文献２】特開２００７−６５１９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
また、吹鳴状態の密閉室（人工口腔）の気圧は、ある範囲に留まる必要があり、臨界圧を超えると、リードの振動が停止してしまう。そのため、臨界圧を越えないように、管路のバルブを制御する必要がある。吹鳴状態において、気圧が臨界圧を越えないようにするためには、人工口腔内に空気圧センサを設けて、フィードバックすることが考えられる。しかし、この方法では、テンポの速い曲などで、応答性を速くさせようとすると、臨界圧を越えてから所望の気圧に戻る場合がある。
【０００７】
人工口腔内をリードが閉じてしまうような高い気圧から、所望の気圧に下げていった場合、同じ吹鳴圧でも違うモード（１オクターブ上）の音が鳴ってしまう可能性がある。さらに、温度や湿度、外気圧によっても最適な吹鳴圧、及び臨界圧は、変化するため、入力側の気圧制御のみでは、安定して吹鳴させることが困難である。
【０００８】
吹鳴動作を制御する別の方法として、人工口腔に風船のような体積変化する装置を取り付ける方法もあるが、空気の逆流を防ぐ機構等を設ける必要がある。さらに、体積増加を見込んで、装置を大きくする必要があるため、小型化を図ることが困難である。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、簡便な構成で安定して演奏することができる管楽器演奏装置、及び管楽器の自動演奏方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様にかかる管楽器演奏装置は、リードを備えた管楽器のマウスピースに気体を供給する人工口腔を有し、前記管楽器を演奏するための管楽器演奏装置であって、前記人工口腔に気体を供給するための気体供給配管と、前記人工口腔に接続された排気管と、前記排気管を介して、前記人工口腔内の気体を開放するリリーフ弁と、を備えるものである。これにより、リードが閉じることを防ぐことができるため、簡便な構成で安定して演奏することができる。
【００１１】
本発明の第２の態様にかかる管楽器演奏装置は、上記の管楽器演奏装置であって、前記人工口腔内の気圧が所定のリリーフ圧以上となったときに、前記リリーフ弁が気体を開放し、前記リリーフ圧を制御する制御機構が設けられているものである。これにより、リードが閉じる臨界圧に応じてリリーフ圧を調整することができるため、より安定した演奏が可能になる。
【００１２】
本発明の第３の態様にかかる管楽器演奏装置は、上記の管楽器演奏装置であって、前記制御機構が、前記排気管から前記リリーフ弁への気体の流入量を変化させることによって、前記リリーフ圧を制御しているものである。これにより、簡便な構成で安定した演奏が可能になる。
【００１３】
本発明の第４の態様にかかる管楽器の自動演奏方法は、リードを備えた管楽器のマウスピースに気体を供給する人工口腔を用いて、前記管楽器を自動演奏する演奏するための自動演奏方法であって、前記人工口腔に気体を供給するステップと、前記人工口腔に接続された排気管を介して、前記人工口腔内の気体をリリーフ弁から開放するステップとを有するものである。これにより、リードが閉じることを防ぐことができるため、簡便な構成で安定して演奏することができる。
【００１４】
本発明の第５の態様にかかる管楽器の自動演奏方法は、上記の自動演奏方法であって、前記気体を開放するステップでは、前記人工口腔内がリリーフ圧以上となったときに、前記人工口腔内の気体を開放し、演奏データに応じて前記リリーフ圧を制御するものである。これにより、リードが閉じる臨界圧に応じてリリーフ圧を調整することができるため、より安定した演奏が可能になる。
【００１５】
本発明の第６の態様にかかる管楽器の自動演奏方法は、上記の自動演奏方法であって、前記排気管から前記リリーフ弁への気体の流入量を変化させることによって、前記リリーフ圧を制御しているものである。これにより、簡便な構成で安定した演奏が可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、簡便な構成で安定して演奏することができる管楽器演奏装置、及び管楽器の自動演奏方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
発明の実施の形態１．
以下に、図１を参照しつつ本発明の実施の形態１にかかる管楽器演奏用アクチュエータ２０について説明する。図１は、本発明に係る管楽器演奏装置としての人間型ロボット（以下、単にロボット２という）の全体像を概略的に表したものであり、このロボット２が、管楽器の一例であるサックスフォン１２を演奏する様子を概略的に示している。
【００１８】
図１に示すように、ロボット２は、人間と略同様の動きを行うために、腕部や脚部、手部や指部などにおいて多数の関節を備えると共に，該関節部の動作を指令するための制御部を有し，サックスフォン１２を把持するための右手４および左手６を備えている。ロボット２の口部（図示省略）には、マウスピース１４を介して後述する管楽器演奏用アクチュエータ（以下、演奏用アクチュエータという）２０が搭載されており、ロボット２の外部には、演奏用の加圧空気を一定量供給する空気供給部（図示せず）と、該空気供給部からロボット２の内部に搭載された演奏用アクチュエータ２０に対して空気を供給するための空気供給管９４が接続されている。なお、空気供給部は、ロボット２内部にあってもよい。このように、ロボット２は、サックスフォン１２を把持する右手４および左手６の各指部の関節を動作させるとともに、演奏用アクチュエータ２０に所定の流量の空気が供給されることにより、サックスフォン１２を演奏することができる。
【００１９】
サックスフォン１２は、その内部に図示しない空気流路を有しており、空気流路の上流端にマウスピース１４が接続されている。マウスピース１４は、後述するように演奏用アクチュエータ２０を介してロボット２の口部に接続されている。このマウスピース１４の構造に関する詳細については後述する。また、サックスフォン１２は、図示しない複数のピストンからなるピストン群を有しており、これらのピストン群の各ピストンがロボット２の指部の動作により操作されることで、発生する音の音程を変更することが可能となる。なお、ロボット２の指部を駆動する機構として、電動モータや、電圧が印加されることにより収縮する人工筋肉アクチュエータ等を用いることができる。
【００２０】
次に、図１に示すロボット２の内部構成について図２を用いて説明する。図２は、ロボット２の一部の構成を模式的に示す図である。図２に示すように、ロボット２は右手４及び左手６でサックスフォン１２を把持している。右手４がサックスフォン１２のＵ字管部分を把持し、左手６がピストン部分を把持している。そして、左手６の各指がサックスフォン１２のピストンを操作する。
【００２１】
さらに、ロボット２の頭部には、人工口腔４０が設けられている。この人工口腔４０に図１で示した演奏用アクチュエータ２０が設けられている。例えば、人工口腔４０内には、人工舌、人工唇、及び人工歯等が収納されている。そして、人工口腔４０内には、人工舌、人工唇、及び人工歯を駆動するためのアクチュエータが収納されている。サックスフォン１２を把持する右手４、及び左手６が駆動することによって、サックスフォン１２のマウスピース１４が人工口腔４０に挿し込まれる。人工口腔４０がマウスピース１４をくわえた状態で、人工唇、人工舌、及び人工歯が駆動される。例えば、人工舌を駆動することで、タンギングなどの動作を行うことができる。人工歯を駆動することで、人工唇がリードを押し付ける。これにより、リードとマウスピース１４からの開きを調整することができる。なお、これらの動作については、後述する。
【００２２】
さらに、人工口腔４０には、リリーフ弁５３、及び人工肺３０が配管を介して接続されている。人工肺３０には、エア源３１が設けられている。エア源３１は、例えば、空気を圧縮するエアコンプレッサである。また、エア源３１として、圧縮空気が封入されたエアタンクを用いてもよい。エア源３１から加圧空気が、配管を介して、人工口腔４０に供給される。これにより、人工口腔４０内が加圧され、サックスフォン１２のリードを振動させることができる。なお、このエア源３１には、図１の空気供給管９４からエアが供給される。また、人工口腔４０には、人工口腔４０内の空気圧を調整するためのリリーフ弁５３が設けられている。人工口腔４０内の空気圧が一定以上になったら、リリーフ弁５３を介して空気が人工口腔４０外に開放される。このようにロボット２は、人工口腔４０によってマウスピース１４を保持した状態で、各アクチュエータを動作して、演奏を行う。
【００２３】
さらに、ロボット２の胴体部には、右手４、左手６、指部及び演奏用アクチュエータ２０を制御する制御部６０が設けられている。制御部６０は、指部及び演奏用アクチュエータ２０等と電気的に接続され、制御信号を出力する。この制御部６０によって手部、指部及び演奏用アクチュエータ２０を制御することで、サックスフォン１２を演奏することができる。すなわち、人工口腔４０内にエアを供給しながら、演奏用アクチュエータ２０の駆動、及び運指することで、サックスフォン１２を吹鳴することができる。
【００２４】
次に、ロボット２の制御系について図３を用いて説明する。図３は、ロボット２の制御系を示すブロック図である。外部制御装置１０からの演奏データが制御部６０に入力される。外部制御装置１０は、例えば、パーソナルコンピュータ等の演算処理装置を有し、自動演奏に必要な演奏データを演奏曲に応じて作成する。演奏データとしては、例えば、空気圧データ、人工唇動作データ、人工歯データ、及び運指データなどがある。外部制御装置１０は、これらのデータを演奏データとして、制御部６０に出力する。
【００２５】
制御部６０は、外部制御装置１０からの演奏データを記憶する。そして、制御部６０は例えば、パーソナルコンピュータ等の演算処理装置を有し、演奏データをメモリ等に格納する。制御部６０は、演奏データに基づいて、フィードバック制御する。例えば、運指データに基づいて、運指用駆動回路８０を制御するための制御信号を出力する。そして、運指用駆動回路８０は、制御信号に基づいて、運指機構８１を駆動する。運指機構８１は、モータ等のアクチュエータを有しており、左手６の各指を動作させる。これにより、各指が演奏曲に応じた所定のタイミングでピストンを押さえる。
【００２６】
また、制御部６０は、人工歯データに基づいて、人工歯４４を駆動する。これにより、リードを押し付ける押し付け圧及び押し付け位置等を調整することができる。よって、音程を調整することができる。また、人工舌データに基づいて、人工舌を駆動する。これにより、所定のタイミングで、タンギングを行うことができる。なお、各アクチュエータの駆動には、モータ等を用いた公知のフィードバック制御を用いることができる。
【００２７】
さらに、制御部６０は、空気圧データに基づいて人工肺３０、及び制御弁５２、リリーフ弁５３をフィードバック制御する。例えば、空気圧データには、エア源３１の出力値、及びリリーフ弁５３の作動圧が設定されている。制御部６０は、配管中に設けられているバルブを開閉して、エア源３１からの空気供給量を制御する。リリーフ弁５３は、入力側の圧力が所定の圧力（作動圧）を超えると、弁を開いて、空気を開放する。従って、人工口腔４０内の圧力が所定の圧力（リリーフ圧）を超えると、人工口腔４０内の空気を大気中に開放する。リリーフ圧は、制御弁５２によって制御される。制御部６０は、空気圧データなどの演奏データに基づいて、制御弁５２の駆動を制御する。これにより、リリーフ圧を変化することができる。リリーフ弁５３から排気することで、人工口腔４０内の空気圧を低下させることができる。
【００２８】
このように、制御部６０は、各アクチュエータの動作を制御する。従って、演奏データに基づくタイミングで各アクチュエータが動作する。これにより、各駆動箇所が曲に合わせて動作するため、所定の演奏曲を演奏することができる。すなわち、演奏データに基づいて、演奏曲に合わせたタイミングで動作を実施させる。このようにして、ロボット２は、サックスフォン１２を自動演奏している。
【００２９】
具体的には、制御部６０は、演算処理を行う演算処理部や記憶部としてのメモリ等の記憶領域を備えるコンピュータから構成されている。前述のメモリ等の記憶部には、制御部６０を制御するための所定のプログラムや、演奏する楽曲に関する楽曲データ、およびリード１５を押圧する押圧力と押圧位置とを対応させた対応データ等が記憶されている。さらに、排気量や供給量などのデータが記憶されている。
【００３０】
そして、制御部９０に含まれる演算処理部は、記憶したプログラムに基づいて、このようなデータを適宜読み出すことで、前述の演奏用アクチュエータ２０を動作させる。すなわち、本実施形態においては、この制御部６０と人工口腔４０の空気圧を制御するとともに、人工唇４３によってリード１５を押し付ける。さらに、人工舌４１を駆動して、所定のタイミングでタンギングを行う。これにより、自動演奏することが可能となる。
【００３１】
次に、人工口腔４０の構成について図４を用いて説明する。図４は、人工口腔４０の構成を模式的に示す側面断面図である。人工口腔４０は、所定の大きさの空洞であり、その一方が、マウスピース１４をくわえるために開口している。すなわち、人工口腔４０は、マウスピース１４などを保持するためのケースとなる。人工口腔４０にマウスピース１４を挿し込む。マウスピース１４の下方には、リード１５が取り付けられている。右手、及び左手を駆動して、リード１５を有するマウスピース１４を人工口腔内に挿設する。これにより、マウスピース１４が人工口腔４０に取り付けられ、保持される。
【００３２】
サックスフォン１２は、空気流入口を有するマウスピース１４と、マウスピース１４に対して一端が固定されるとともに、空気流入口付近に他端が屈曲自由となるように空気の流入方向に伸びるリード１５と、を備えている。なお、リード１５は、後述するように、リード１５を押圧する人工唇４３と接触することで、サックスフォン１２から発生する音の音程等を調整する。人工口腔４０の空気は、マウスピース１４の空気流入口からサックスフォン１２内に導入される。
【００３３】
人工口腔４０には、エア源３１、リリーフ弁５３、人工舌４１、人工歯４４等が設けられている。これらが演奏データにしたがって動作することによって、自動演奏が行われる。また、人工口腔４０の各アクチュエータを制御する制御回路６１、及びパワーアンプ６２が設けられている。この制御回路６１、及びパワーアンプ６２が図３の制御部６０の一部を構成する。制御回路６１は、パワーアンプ６２を介して、制御弁５２、人工歯４４、及び人工舌４１を制御する。すなわち、制御回路６１は、演奏データに基づいて、各アクチュエータを駆動させる。
【００３４】
人工口腔４０には、エア源３１が供給配管３５を介して、接続されている。供給配管３５はゴムパッキン（図示せず）などの封止材を用いて封止されている。これにより、エア源３１からの加圧空気が供給される。エア源３１から気体の供給量は一定としてもよく、制御回路６１によって調整してもよい。供給量を調整する場合、エア源３１にバルブを設け、バルブの開閉を制御する。例えば、人工口腔４０に設けられた圧力センサ４５で測定された人工口腔４０内の気圧に基づいて、供給量を制御してもよい。また、エア源３１と供給配管３５と間には、逆流防止弁３３が設けられている。これにより、人工口腔４０からの空気の逆流を防止することができる。エア源３１から空気が供給されると、人工口腔内の気圧が上昇する。これにより、マウスピース１４の内外に圧力差が生じ、リード１５を振動させることができる。
【００３５】
さらに、本実施の形態では、人工口腔４０には排気管５１が取り付けられている。図４では、排気管５１が人工口腔４０の下方から突出している。排気管５１はリード１５の下方に配置されている。この排気管５１の下流側には、制御弁５２が取り付けられている。そして、制御弁５２は、リリーフ弁５３に取り付けられている。リリーフ弁５３から開放された空気は、サイレンサ５４を介して大気中に排気される。リリーフ弁５３の下流にサイレンサ５４を設けることによって、排気する音を小さくすることができる。
【００３６】
人工口腔４０内の気圧がリリーフ圧を超えたときに、リリーフ弁５３が開いて、人工口腔４０内の空気を排出する。すなわち、人工口腔４０内の気圧がリリーフ圧を超えるまでは、リリーフ弁５３が閉じており、人工口腔４０が密閉されている。リリーフ弁５３が作動することによって、人工口腔４０内の過剰な空気が排気管５１を通って外部に排出される。これにより、吹奏圧が、所望の圧力以上に上昇するのを防ぐことができる。
【００３７】
さらに、リリーフ弁５３と排気管５１との間には、制御弁５２が設けられている。すなわち、リリーフ弁５３は、制御弁５２を介して、排気管５１に取り付けられている。制御弁５２は、リリーフ圧を制御する制御機構となる。これにより、人工口腔４０の気圧を調整することができる。なお、制御弁５２は、制御部６０を構成する制御回路６１、及びパワーアンプ６２によって制御される。
【００３８】
例えば、人工口腔４０の上唇側には、人工口腔４０の気圧を測定する圧力センサ４５が設けられている。そして、圧力センサ４５で測定された気圧は、制御回路６１に入力される。そして、制御回路６１は、圧力センサ４５での測定結果に基づいて制御弁５２をフィードバック制御する。これにより、リリーフ圧を曲の進行にしたがって変化させることができる。
【００３９】
ここで、人工口腔４０内の空気を排気するための排気系の構成に付いて図５を用いて説明する。図５は、排気系の構成を模式的に示す図である。なお、図５において、人工口腔４０の構成は、図４で示したものと同じであるため、符号とその説明については省略する。上記のように、人工口腔４０には、排気管５１及び制御弁５２を介して、リリーフ弁５３が接続されている。リリーフ弁５３の出力ポートは大気中に開放されている。リリーフ弁５３は、入力圧と出力圧との差圧により、開閉する。ここでは、リリーフ弁５３としてバネ式バルブを用いている。従って、リリーフ弁５３の筐体７３の内部にはバネ７２が設けられている。このバネ７２がバルブ７１を筐体７３に押し付けることで、リリーフ弁５３が閉じる。入力圧と出力圧との気圧差によって生じる力が、バネ７２の弾性力よりも小さい場合、バルブ７１が閉じ、バネ７２の弾性力よりも大きい場合、リリーフ弁５３が開く。そして、バルブ７１が開くと、人工口腔４０内の空気がリリーフ弁５３から外部に排出される。なお、バルブ７１の支えは、バネ７２でなくてもよく、例えば、油圧や空気圧でもよい。
【００４０】
さらに、制御弁５２として、２ポートの電空比例弁を用いている。制御弁５２の入力ポートが排気管５１に接続され、出力ポートが配管を介してリリーフ弁５３の入力ポートに接続されている。制御弁５２は、制御回路６１からの出力される電気信号によって、制御される。従って、リリーフ弁５３に対する空気の流入量が、制御弁５２によって制御される。すなわち、制御弁５２は、排気管５１からリリーフ弁５３に流入する気体の流入量を調整する。制御弁５２は、演奏データに基づいて、制御される。これにより、演奏中において、リリーフ圧を変化させることができる。例えば、制御弁５２を絞ることで、人工口腔４０から制御弁５２を介してリリーフ弁５３に流入される空気の流入量が低下する。これにより、リリーフ弁５３を開くために必要な、人工口腔４０内の圧力が高くなる。また、制御弁５２の開き量を大きくすることで、排気管５１からリリーフ弁５３への流入量が増加する。これにより、リリーフ圧を低下させることができる。換言すると、制御弁５２は、リリーフ圧を調整することができる。
【００４１】
次に、人工口腔４０内のリード１５の振動について図６、及び図７を用いて説明する。図６は、サックスフォン１２の吹鳴時に必要な空気量を示す図である。図６において、横軸が時間、縦軸が空気の実質的な供給量を示している。なお、実質的な供給量とは、エア源３１の供給量から、リリーフ弁５３からの排気量を引いた値である。演奏時における典型的な供給量は、図６に示すようなパターンとなる。図７は、リードが発振する圧力範囲を説明するための図である。図７において、横軸は、人工口腔４０とサックスフォン１２との圧力差を示し、縦軸は、リードを通過する空気の量を示している。
【００４２】
サックスフォン１２を吹鳴させる場合、人工口腔４０内だけでなく、サックスフォン１２内、すなわちマウスピース１４内の気圧を上げる必要がある。このため、送気開始時は、図６に示すように、実質的な供給量を多くする必要がある。例えば、送気開始から３００ｍｓｅｃの間では、リリーフ弁５３を閉じ、人工口腔４０内の実質的な供給量を多くする。これにより、人工口腔４０内の空気量が過渡特性を示し、人工口腔４０とサックスフォン１２の圧力差が時間とともに増加していく。ここでは、人工口腔４０内の気圧がそれほど高くないため、リード１５を通過する空気量が増加して、マウスピース１４内の気圧も高くなっていく。そして、人工口腔４０とサックスフォン１２の圧力差がリード発振範囲になり、リード１５が発振し始める。送気開始直後では、制御弁５２を調整して、例えば、実質的な供給量を２０〜３０ｌ／ｍｉｎとする。
【００４３】
しかし、リード１５が一旦発振した後も、同じ量の空気を送気すると、人工口腔４０内の圧力が高くなりすぎる。よって、人工口腔４０とマウスピース１４との圧力差が大きくなり、リード１５を通過する空気量が減少する。そして、圧力差がさらに大きくなっていき、リード１５が停止してしまう。人工口腔４０とマウスピース１４との圧力差が、図７に示すリード停止圧力差を越えてしまう。人工口腔４０内の気圧が臨界圧を超えて、リード１５の振動が停止する。従って、安定して吹鳴するためには、図６に示すようにリード発振開始後は、実質的な供給量を減少させる。これにより、人工口腔４０内の気圧上昇が抑制される。具体的には、制御弁５２を開いて、リリーフ弁５３から排気する。これにより、実質的な空気の供給量が減少する。リード発振後では、制御弁５２を調整して、例えば、実質的な供給量を１０〜２５ｌ／ｍｉｎとする。
【００４４】
このように、リード発振開始前と開始後で、排気量を変えて、実質的な供給量を調整する。すなわち、リリーフ弁５３を開けて、人工口腔４０内を減圧する。これにより、過圧状態となってリード１５が閉じてしまうのを防ぐことができ、リード発振後であっても安定した吹鳴が可能になる。また、体積変化する装置が不要となるので、ロボット２を小型化することができる。なお、実質的な空気の供給量は、空気圧データなどの演奏データに基づいて制御されるため、実質的な供給量を時間に応じて変化させることができる。よって、演奏中のタイミングに応じて、リリーフ圧が変化する。例えば、制御弁５２でリリーフ圧を変えることで、人工口腔４０の圧力が減少していく場合と、圧力が増加していく場合とで、同じモードの音を鳴らすことができる。これにより、テンポの速い曲を演奏する場合でも、安定して演奏することができる。また、音階によっても吹鳴に適切な口腔圧は変化するが、それに伴ってリードが閉じてしまう臨界圧も変化する。ここでは、制御弁５２が、演奏データに応じて、臨界圧に合ったリリーフ圧を設定することで、より正確な演奏が可能になる。
【００４５】
さらに、温度や湿度、外気圧によっても最適な吹鳴圧、及び臨界圧が変化する。このため、リリーフ弁５３を用いて人工口腔４０内の気圧を調整することで、より正確に演奏することができる。すなわち、リリーフ弁５３の出力ポートは、大気中に接続されているため、大気の湿度と温度や、外気圧が変化すると、リリーフ圧も変化する。よって、安定した演奏を正確に行うことができる。リード１５が閉じる臨界圧にあったリリーフ圧を設定することができる。さらに、楽器自体に圧力センサなどを設けなくてもよいため、簡便な構成で演奏することができる。
【００４６】
なお、上記の説明では、制御弁５２を制御することによって排気量を変更して実質的な供給量を調整したが、これに限るものではない。例えば、排気量だけでなく、供給量を調整することによって、実質的な供給量を調整してもよい。この場合、制御弁５２と制御するとともに、エア源３１と人工口腔４０までの間に設けられているバルブの開閉を制御する。これにより、排気量、及び供給量を調整することができ、人工口腔４０の圧力を所望の圧力にすることができる。このように排気側だけでなく入力側を調整することで、さらに応答性を向上することができる。これらの排気量、及び供給量は、空気圧データに応じてフィードバック制御することができる。
【００４７】
ここで、図４に戻り、人工口腔４０の構成について説明する。人工口腔４０の下唇側には人工歯４４が設けられている。人工歯４４は、人工唇４３の下に配置されている。人工唇４３は、軟質な膜状の部材である。人工唇４３は、リード１５の形状に沿った形状をしている。人工唇４３は、リード１５に隣接している。人工歯４４は、モータやピエゾ素子などのアクチュエータによって上下方向に駆動する。すなわち、制御回路６１がパワーアンプ６２を介して、人工歯４４の上下移動を制御する。下方から人工歯４４を人工唇４３に押し当てることで、人工唇４３が上昇して、リード１５と接触する。制御回路６１が人工歯４４の押し上げを調整することで、リード１５のマウスピース１４からの開きを調整することができる。さらに、人工唇４３の押し付け位置や押し付け圧力を演奏データに応じてフィードバック制御する。よって、サックスフォン１２から発生する音の音程等を調整することができる。
【００４８】
さらに、人工口腔４０には、人工舌４１が設けられている。人工舌４１は、例えば、軟質を有する膜状部材である。人工舌４１は、人工舌アクチュエータ４２によって、前後方向に変化する。すなわち、人工舌アクチュエータ４２は、人工舌４１をマウスピース１４に対して近づけたり、離したりする。人工舌アクチュエータ４２を駆動すると、マウスピース１４と人工舌４１との間の距離が変化する。人工舌４１は、マウスピース１４の開口部（空気注入口）を塞ぐように駆動される。すなわち、人工舌アクチュエータ４２を駆動して、マウスピース１４に人工舌４１を近づけていく。これにより、マウスピース１４と人工舌４１が接触して、マウスピース１４の開口部が塞がれる。一方、人工舌アクチュエータ４２を駆動して、マウスピース１４に人工舌４１を離していく。これにより、人工舌４１とマウスピース１４との接触が解除され、マウスピース１４内に空気を流入させることができるようになる。演奏データに基づいて、人工舌４１がマウスピース１４の開口部を塞ぐように、フィードバック制御する。これにより、人工舌４１がマウスピース１４の開口部を塞ぐタイミングを制御することができる。よって、演奏曲に応じた、所定のタイミングでタンギングが実施される。
【００４９】
なお、上記の説明では、制御弁５２を用いてリリーフ圧を制御したが、本実施の形態はこの構成に限られるものではない。ここで、図８を用いて、本実施の形態の他の構成例について説明する。図８は、人工口腔４０の排気系の構成を示す図である。なお、排気系以外の構成については、上記の構成と同様であるため、説明を省略する。
【００５０】
図８の排気系では、リリーフ弁５３として、ノーマルオープン型の３ポート弁を用いている。リリーフ弁５３は、入力ポート５６と第１出力ポート５７と第２出力ポート５８とを有している。入力ポート５６と第１出力ポート５７と第２出力ポート５８とは、常時連通している。リリーフ弁５３の入力ポート５６は、排気管５１と接続される。リリーフ弁５３の第１出力ポート５７は、制御機構７４と接続されている。リリーフ弁５３の第２出力ポート５８は、大気中に接続されている。第２出力ポート５８の開閉は、制御回路６１によって制御される。
【００５１】
排気管５１は、第１出力ポート５７を介して、制御機構７４に接続されている。制御機構７４は、薄膜袋７５、ガイド７６、バネ７７、リミットスイッチ７８、及びケース７９などを有している。薄膜袋７５、ガイド７６、バネ７７、リミットスイッチ７８は、ケース７９に収納されている。薄膜袋７５は、第１出力ポート５７と接続されている。従って、人工口腔４０内で過剰となった空気が、リリーフ弁５３を介して、薄膜袋７５に送り込まれていく。薄膜袋７５は、空気が送り込まれると、膨張していく。薄膜袋７５は、ガイド７６と当接している。そして、ガイド７６は、薄膜袋７５とバネ７７の間に配置され、バネ７７で支えられている。従って、薄膜袋７５が膨張していくと、ガイド７６がバネ７７を押しながら移動していく。すなわち、薄膜袋７５が弾性変形して、ガイド７６を押していく。
【００５２】
そして、薄膜袋７５へ注入された空気量がある一定の値以上になると、ガイド７６がリミットスイッチ７８と接触する。従って、薄膜袋７５が所定の大きさまで膨張すると、リミットスイッチ７８がＯＮする。すなわち、薄膜袋７５の大きさに応じて、リミットスイッチ７８がＯＮ／ＯＦＦ制御される。リミットスイッチ７８は制御回路６１に電気的に接続されている。そして、制御回路６１は、リミットスイッチ７８がＯＮのときに、リリーフ弁５３の第２出力ポート５８が開放する。これにより、人工口腔４０内、及び薄膜袋７５の加圧空気が、リリーフ弁５３の第２出力ポート５８を介して、大気中に開放される。すなわち、薄膜袋７５の圧力が一定以上になると、リリーフ弁５３の第２出力ポート５８が開いて、人工口腔４０内の空気が大気に開放される。また、図５で示したように、排気管５１から薄膜袋７５への流入量を制御回路６１が制御してもよい。これにより、リリーフ圧を調整することができる。よって、図８に示す構成によっても、同様の効果を得ることができる。このように、排気管５１からリリーフ弁５３への流入する気体の流入量に応じて、リリーフ圧を制御してもよい。
【００５３】
図４又は図８に示したように、空気の供給量に応じて変位する制御機構を設ける。すなわち、制御弁５２等の制御機構は、空気の供給量が変わると、リリーフ圧を変化させる。そして、制御機構によって、リリーフ圧を電気信号によって調整する。これにより、リリーフ圧を所定のタイミングで変化させることができる。
【００５４】
上記の説明では、管楽器の一例であるサックスフォンについて説明したが、本実施形態にかかるロボット２が演奏する木管楽器は、サックスフォンに限られるものではない。マウスピースにリードが取り付けられた管楽器であればよい。さらには、電子楽器であってもよい。また、人工口腔４０に供給される気体は、空気に限らず、窒素などの他の気体であってもよい。
【００５５】
また、人工口腔４０に接続される排気管５１や供給配管３５は、１つにかぎらず、２以上であってもよい。２つ以上の排気管５１を設けた場合、それぞれの排気管５１に制御機構を設けることが好ましい。また、それぞれの排気管５１に別々の制御機構を設けてもよい。供給配管３５を２つ以上設ける場合、それぞれの供給配管３５で供給圧を変えてもよい
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態に係る管楽器演奏装置を備えた人間型ロボットの外観を概略的に示す概略図である。
【図２】図１に示すロボットの一部の構成を模式的に示す図である。
【図３】図１に示すロボットの制御系を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係る管楽器演奏装置の人工口腔の構成を示す側面断面図である。
【図５】図４に示す人工口腔の排気系を示す図である。
【図６】サックスフォンの吹鳴時に必要な空気量を示す図である。
【図７】リードが発振する圧力範囲を説明するための図である。
【図８】図４に示す人工口腔の排気系の別の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
２ ロボット、４ 右手、６ 左手、１０ 外部制御装置、１２ サックスフォン、
１４ マウスピース、１５ リード、２０ 演奏用アクチュエータ、
３０ 人工肺、３１ エア源、３３ 逆流防止弁、３５ 供給配管、
４０ 人工口腔、４１ 人工舌、４２ 人工舌アクチュエータ、４３ 人工唇、
４４ 人工歯、５１ 排気管、５２ 制御弁、５３ リリーフ弁、５４ サイレンサ
５６ 入力ポート、５７ 第１出力ポート、５８ 第２出力ポート、
７１ バルブ、７２ バネ、７３ 筐体、７４ 制御機構、
７５ 薄膜袋、７６ ガイド、７７ バネ、７８ リミットスイッチ、７９ ケース、
８０ 運指用駆動回路、８１ 運指機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードを備えた管楽器のマウスピースに気体を供給する人工口腔を有し、前記管楽器を演奏するための管楽器演奏装置であって、
前記人工口腔に気体を供給するための気体供給配管と、
前記人工口腔に接続された排気管と、
前記排気管を介して、前記人工口腔内の気体を開放するリリーフ弁と、を備える管楽器演奏装置。
【請求項２】
前記人工口腔内の気圧が所定のリリーフ圧以上となったときに、前記リリーフ弁が気体を開放し、
前記リリーフ圧を制御する制御機構が設けられている管楽器演奏装置。
【請求項３】
前記制御機構が、前記排気管から前記リリーフ弁への気体の流入量を変化させることによって、前記リリーフ圧を制御している請求項２に記載の管楽器演奏装置。
【請求項４】
リードを備えた管楽器のマウスピースに気体を供給する人工口腔を用いて、前記管楽器を自動演奏する演奏するための自動演奏方法であって、
前記人工口腔に気体を供給するステップと、
前記人工口腔に接続された排気管を介して、前記人工口腔内の気体をリリーフ弁から開放するステップとを有する管楽器の自動演奏方法。
【請求項５】
前記気体を開放するステップでは、前記人工口腔内がリリーフ圧以上となったときに、前記人工口腔内の気体を開放し、
演奏データに応じて前記リリーフ圧を制御する請求項４に記載の管楽器の自動演奏方法。
【請求項６】
前記排気管から前記リリーフ弁への気体の流入量を変化させることによって、前記リリーフ圧を制御している請求項５に記載の管楽器の自動演奏方法。
【請求項１】
リードを備えた管楽器のマウスピースに気体を供給する人工口腔を有し、前記管楽器を演奏するための管楽器演奏装置であって、
前記人工口腔に気体を供給するための気体供給配管と、
前記人工口腔に接続された排気管と、
前記排気管を介して、前記人工口腔内の気体を開放するリリーフ弁と、を備える管楽器演奏装置。
【請求項２】
前記人工口腔内の気圧が所定のリリーフ圧以上となったときに、前記リリーフ弁が気体を開放し、
前記リリーフ圧を制御する制御機構が設けられている管楽器演奏装置。
【請求項３】
前記制御機構が、前記排気管から前記リリーフ弁への気体の流入量を変化させることによって、前記リリーフ圧を制御している請求項２に記載の管楽器演奏装置。
【請求項４】
リードを備えた管楽器のマウスピースに気体を供給する人工口腔を用いて、前記管楽器を自動演奏する演奏するための自動演奏方法であって、
前記人工口腔に気体を供給するステップと、
前記人工口腔に接続された排気管を介して、前記人工口腔内の気体をリリーフ弁から開放するステップとを有する管楽器の自動演奏方法。
【請求項５】
前記気体を開放するステップでは、前記人工口腔内がリリーフ圧以上となったときに、前記人工口腔内の気体を開放し、
演奏データに応じて前記リリーフ圧を制御する請求項４に記載の管楽器の自動演奏方法。
【請求項６】
前記排気管から前記リリーフ弁への気体の流入量を変化させることによって、前記リリーフ圧を制御している請求項５に記載の管楽器の自動演奏方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１３９５５４（Ｐ２００９−１３９５５４Ａ）
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１４７４０（Ｐ２００７−３１４７４０）
【出願日】平成１９年１２月５日（２００７．１２．５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月５日（２００７．１２．５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
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