管楽器演奏装置および管楽器の自動演奏方法
【課題】管楽器からの音の音色や音程の再現性を高めることを可能とする、管楽器の演奏装置・管楽器の自動演奏方法を提供すること。
【解決手段】リードを備えた管楽器のマウスピースに取り付けられる管楽器演奏装置において、空気をマウスピースに導く流路と、流路内を流れる空気流量を調節する流量調整部と、接触部材がリードに対して接触する箇所を変更する位置変位部と、接触部材の押圧方向について定められる接触部材の基準位置と、接触部材がリードを押圧する押圧力を対応させた対応データを記憶する記憶部と、接触部材がリードに接触して押圧する際に生じる目標押圧力を特定する目標押圧力特定部とを設け、位置変位部を記憶部の対応データに基づき目標押圧力特定部により特定された目標押圧力に対応する接触部材の目標位置に基づき接触部材の位置を変位させるように制御した。
【解決手段】リードを備えた管楽器のマウスピースに取り付けられる管楽器演奏装置において、空気をマウスピースに導く流路と、流路内を流れる空気流量を調節する流量調整部と、接触部材がリードに対して接触する箇所を変更する位置変位部と、接触部材の押圧方向について定められる接触部材の基準位置と、接触部材がリードを押圧する押圧力を対応させた対応データを記憶する記憶部と、接触部材がリードに接触して押圧する際に生じる目標押圧力を特定する目標押圧力特定部とを設け、位置変位部を記憶部の対応データに基づき目標押圧力特定部により特定された目標押圧力に対応する接触部材の目標位置に基づき接触部材の位置を変位させるように制御した。
【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、および管楽器を自動的に演奏する管楽器自動演奏方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
管楽器を自動的に演奏する演奏装置として、従来より特許文献１に記載されるような演奏用アクチュエータを用いるものが知られている。このような演奏用アクチュエータは、外部から管楽器のマウスピースに対して空気を供給する流路と、供給する空気の流量を調整する流量調整弁とを備えるとともに、マウスピースの空気流入口に接触する可撓性の膜を備えており、この可撓性の膜を振動させる振動装置を備えている。
【０００３】
このような演奏用アクチュエータは、流量調整弁を開いて管楽器のマウスピースに空気を供給すると同時に、可撓性の膜を振動させる。このとき、マウスピースに供給された空気は管楽器内を通過して外部に放出されるが、その際に前述した可撓性の膜が振動しているため、演奏用アクチュエータから管楽器内に供給される空気の圧力が振動する可撓性の膜の周波数と略同一の周波数で変動する。このように、可撓性の膜の振動数に対応した音が管楽器から発せられるため、管楽器から発せられる音を、可撓性の膜の振動数を変化させることで任意の音色に調整することができる。
【０００４】
また、この演奏用アクチュエータでは、流量調整弁の開度を調節することによって、管楽器内に流入する空気の流量を調節し、管楽器から発せられる音色の音量を調節することも可能である。すなわち、演奏装置による管楽器の演奏中に、演奏する楽曲に合わせて流量調整弁の開度を調節することで、楽曲を自動演奏する場合においても、曲に対する抑揚をつけた演奏を行うことができる。
【特許文献１】特開２００４−２５８４４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような管楽器の自動演奏を行う演奏装置に用いる演奏用アクチュエータは、演奏中に流量調整弁の開度を調節することで管楽器の音量を調節するとともに、アクチュエータの空気流入口付近に設けられたリードに接触部材を接触させることで、発生する音の音量や音程、音色を調節することができる。これは、人間の演奏者が管楽器を演奏する場合に、アクチュエータに相当するマウスピースの開口部付近において下唇を接触させる位置を変更することで、発生する音の音色や音量等を調節する動作に相当する。
【０００６】
ところで、前述のようにアクチュエータのリードに対して接触部材を接触させて、発生させる音色等を調節する場合に、接触部材の位置を精密に制御しても、リードの撓み等よって、接触部材がリードに対して接触する箇所を再現することが困難である。
【０００７】
一方、接触部材をリードに対して接触させる際に生じる押圧力を検出し、この押圧力に基づいて接触部材のリードに対する接触箇所を再現すると、比較的高い再現性が得られる。しかし、演奏中にリードに対する接触部材の接触箇所を変更すると、演奏中にリードが自励振動しているため、その反力が押圧力として検出されてしまい、その結果、押圧力の検出結果が振動的に出力され、楽器から発生させる音に悪影響が出る場合がある。
【０００８】
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、管楽器から発生させる音の音色や音程などの再現性を高めることを可能とする、管楽器の演奏装置およ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】
【０００９】
本発明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取り付けられるものであって、外部から供給される空気を管楽器のマウスピースに導く流路と、前記流路内を流れる空気の流量を調節する流量調整部と、前記リードに接触して押圧する接触部材と、前記接触部材がリードに対して接触する箇所を変更するように、接触部材の位置を変位させる位置変位部と、前記リードに対する接触部材の押圧方向について定められる接触部材の基準位置と、接触部材がリードを押圧する押圧力とを対応させた対応データを記憶する記憶部と、前記接触部材がリードに接触して押圧する際に生じる目標押圧力を特定する目標押圧力特定部と、を備えており、前記位置変位部が、前記記憶部に記憶された対応データに基づいて、前記目標押圧力特定部により特定された目標押圧力に対応する接触部材の目標位置を取得し、該目標位置に基づいて、接触部材の位置を変位させることを特徴としている。
【００１０】
このような管楽器演奏装置は、接触部材のリードを押圧する力に対応する、押圧する方向についての接触部材の位置を基準位置として予め定められているため、接触部材がリードを押圧する目標押圧力を特定すると、この目標押圧力に対応する接触部材の目標位置が取得可能となる。そのため、目標位置に基づいて接触部材のリードに対する接触箇所を変位させることにより、力検出部を用いて押圧力を検出する場合のように接触部材の位置が振動的にばらつくことがなく、管楽器から発生させる音の音色や音程などの再現性を高めることができる。
【００１１】
また、前述のような対応データは、接触部材がリードを押圧する複数の押圧力の値と、これらの押圧力の値に各々対応する複数の基準位置との関係から定められたマップ情報であってもよい。この場合、前記位置変位部が、前記マップ情報から前記目標押圧力特定部により特定された目標押圧力に対応する接触部材の目標位置を取得するようにすると、好適である。このような管楽器演奏装置は、接触部材がリードを押圧する押圧力と、該押圧力に対応する接触部材の基準位置を複数点について定めるだけで、該押圧力と接触部材との位置関係を精度良く求めることが可能となる。そのため、このようなマップ情報を用いて接触部材の位置を変位させる位置制御を行うことで、管楽器から発生させる音の音色や音程などの再現性を簡単に向上させることができる。
【００１２】
また、前記位置変位部は、リードの長さ方向について、接触部材の位置を変位可能とするものであってもよい。この場合、前記複数の基準位置を、リードの長さ方向について異なる位置に複数箇所定め、前記対応データを、これらの基準位置を接触部材がリードを押圧する押圧力と対応させて各々定めたマップ情報とすると好適である。このようなマップ情報を用いて、前記位置変位部が、該マップ情報から前記目標押圧力特定部により特定された目標押圧力に対応する接触部材の目標位置を取得するように構成されると、接触部材がリードと接触する接触箇所を数多く変化させることができる。そのため、管楽器の演奏する際に発生させる音の種類をより多くすることが可能となるという効果が得られる。
【００１３】
また、このような管楽器演奏装置は、管楽器を操作する操作部と一体的に構成されていることが好ましい。例えば、本発明に係る管楽器演奏装置を、人間と同様に管楽器を演奏する複数の指部を備え、これらの指部を制御部によって管楽器を演奏するようなロボットのような装置とすることもできる。
【００１４】
また、本発明は、管楽器を演奏する自動演奏方法をも提供するものであり、詳細には、リードを備えた管楽器のマウスピースに空気を供給するとともに、前記リードに対して接触部材を接触させる箇所を変更することで演奏を行う管楽器の自動演奏方法であって、前記接触部材がリードに接触して押圧する際に生じる目標押圧力を特定する目標押圧力特定ステップと、前記リードに対する接触部材の押圧方向について定められる接触部材の基準位置と、接触部材がリードを押圧する押圧力とを対応させた対応データに基づいて、前記リードに対する接触部材の押圧方向についての接触部材の目標位置を取得する目標位置取得ステップと、前記取得された目標位置に基づいて、前記接触部材の位置を変位させる位置変位ステップと、を備えることを特徴としている。
【００１５】
このような管楽器の自動演奏方法によると、接触部材のリードを押圧する力に対応する、押圧する方向についての接触部材の位置を基準位置として予め定められているため、接触部材がリードを押圧する目標押圧力を特定すると、この目標押圧力に対応する接触部材の目標位置が取得可能となる。そして、取得した目標位置に基づいて接触部材のリードに対する接触箇所を変位させることにより、管楽器から発生させる音の音色や音程などの再現性を高めることができる。
【００１６】
また、前記対応データが、接触部材がリードを押圧する複数の押圧力の値と、これらの押圧力の値に各々対応する複数の基準位置との関係から定められたマップ情報であり、前記目標位置取得ステップにおいて、前記マップ情報から前記目標押圧力特定ステップにより特定された目標押圧力に対応する接触部材の目標位置を取得ものであってもよい。このような管楽器の自動演奏方法によると、接触部材がリードを押圧する押圧力と、該押圧力に対応する接触部材の基準位置を複数点について定めるだけで、該押圧力と接触部材との位置関係を精度良く求めることが可能となる。そのため、このようなマップ情報を用いて接触部材の位置を変位させる位置制御を行うことで、管楽器から発生させる音の音色や音程などの再現性を簡単に向上させることができる。
【００１７】
また、接触部材がリードの長さ方向についてその位置を変位可能である場合、前記複数の基準位置を、リードの長さ方向について異なる位置に複数箇所定め、前記対応データを、これらの基準位置を接触部材がリードを押圧する押圧力と対応させて各々定めたマップ情報とすると好適である。このようなマップ情報を用いて、前記位置変位部が、該マップ情報から前記目標押圧力特定部により特定された目標押圧力に対応する接触部材の目標位置を取得するように構成されると、接触部材がリードと接触する接触箇所を数多く変化させることができる。この場合、管楽器の演奏する際に発生させる音の種類をより多くすることが可能となるという効果が得られる。
【発明の効果】
【００１８】
以上、説明したように、本発明によると、管楽器から発生させる音の音色や音程などの再現性を高めることが可能な、管楽器の演奏装置に用いる管楽器演奏装置およ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】
【００１９】
発明の実施の形態１．
以下に、図１から図６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。
【００２０】
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。
【００２１】
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９０（図２参照）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。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。
【００２２】
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。
【００２３】
次に、図１に示す演奏用アクチュエータ２０の詳細について、図２を用いて説明する。図２は、ロボット２の内部に組み込まれた演奏用アクチュエータ２０に対してマウスピース１４が接続された様子の内部構造を概略的に示すとともに、演奏用アクチュエータ２０を駆動してサックスフォン１２を演奏するための各構成をブロック図で示すものである。
【００２４】
図２に示すように、演奏用アクチュエータ２０は、ロボット２の口部に搭載されるとともに、サックスフォン１２に接続されるマウスピース１４が取り付けられている。マウスピース１４は、空気流入口１８を有するマウスピース本体１４ａと、マウスピース本体１４ａに対して一端が固定されるとともに、空気流入口１８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１４ｂと、を備えている。なお、リード１４ｂは、後述するように、リードを押圧する接続部材としての弾性部材４８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。
【００２５】
演奏用アクチュエータ２０は、ロボット２の内部に設けられた制御部９０と電気的に接続されるとともに、ロボット２の外部に設けられた空気供給部（図示せず）から空気供給管９４を介してその内部に加圧空気を供給されるケース２２を備えている。ケース２２と空気供給管９４の間には、レギュレータ９２、配管７０および流量調節部としての空気流量調節アクチュエータ６０が、この順に直列に接続されている。レギュレータ９２によって供給された加圧空気の圧力が調圧されるとともに、調圧された空気が配管７０を介して空気流量調節アクチュエータ６０の内部に流入する。空気流量調節アクチュエータ６０は、ケース２２の貫通孔２６の外側に配設されるとともに、ロボット２の内部に設けられた制御部９０と電気的に接続されており、制御部９０からの指令により、ケース２２の内部に供給する加圧空気の流量を調節する。
【００２６】
また、空気流量調節アクチュエータ６０は、図３に示すような中空構造を備える略円盤状のケース６２と、誘電エラストマ型樹脂の人工筋肉６４とを備えている。ケース６２は、その両側面の表面に開口する貫通孔６２ａ、６２ｂを備えており、貫通孔６２ａは、演奏用アクチュエータ２０のケース２２の貫通孔２６と導通する一方、貫通孔６２ｂには調圧された空気を流入するための配管７０が接続されている。このような構成によって、調圧された空気が貫通孔６２ａ、６２ｂを介してケース２２の貫通孔２６を通過し、ケース２２内に流入される。
【００２７】
そして、図３に示すように、ケース６２の内部には、貫通孔６２ａと６２ｂとの間を導通可能なスペースとしての貫通孔６４ａを確保した状態で人工筋肉６４が配設されている。この人工筋肉６４には制御部９０と電気的に接続された図示しない複数の電極が取り付けられており、制御部９０からの電気信号によって、その収縮度合いが変化可能となっている。
【００２８】
また、空気流量調節アクチュエータ６０とケース２２の接続部や、空気流量調節アクチュエータ６０と配管７０の接続部には、各々ゴムパッキン６６が配設されており、流入される空気がこれらの接続部から漏れないように構成されている。このような構成により、貫通孔６２ａと６４ａ、６２ｂから調圧された空気をケース２２内に流入するための空気流路６５が形成されるとともに、制御部９０からの電気信号により、貫通孔６４ａの空気流入方向についての断面積を変化させることで、流入する空気の流量を調節することができる。すなわち、制御部９０によって人工筋肉６４の電極間に電圧を印加すると、人工筋肉６４は膨張し、この人工筋肉６４の膨張によって貫通孔６４ａの空気流入方向の断面積が減少する方向（図３中Ａ方向）に変形し、ケース２２に流入する空気の流量を減少させることができる。このように、演奏する音楽に合わせて、演奏に必要な流入する空気の流量を適宜制御することが可能となっている。
【００２９】
ケース２２は、箱型形状を有しており、その側面２２ａには各々空気流量調節アクチュエータ６０を接続するための貫通孔２６が形成されているとともに、他方の側面２２ｂには、マウスピース本体１４ａを貫通させつつその位置を固定するための貫通孔２４が形成されている。なお、貫通孔２４には図示しないゴムパッキン等の封止部材が配設されており、マウスピース本体１４ａが貫通孔２４により固定される際に、それらの隙間から空気が漏れないように構成されている。
【００３０】
また、ケース２２の内部には、マウスピース本体１４ａの空気流入口１８の付近において固定されたタンギングアクチュエータ３０と、ケース２２内部の圧力を検出する空気圧センサ８０と、リード１４ｂに対して接触する弾性部材４８の位置を変位させる位置変位部としての位置変位アクチュエータ５０と、を備えている。これらのタンギングアクチュエータ３０、空気圧センサ８０、位置変位アクチュエータ５０は、図２に示すように、制御部９０と電気的に接続しており、制御部９０からの指令によりその動作が制御されている。以下、タンギングアクチュエータ３０、空気圧センサ８０、位置変位アクチュエータ５０の各構成について詳細に説明する。
【００３１】
タンギングアクチュエータ３０は、ケース２２の側面２２ｂ上において、マウスピース本体１４ａの空気注入口１８に対向する位置に固定された固定アクチュエータ３０ａと、固定アクチュエータ３０ａに対して空気流入口に流入する空気の流れの方向について伸縮可能に設けられた伸縮機構３０ｂと、を備えている。そして、伸縮機構３０ｂの自由端側の先端には、板状の弾性部材３２が固定されており、この弾性部材３２が空気注入口１８の開口部に対して近接離間する。なお、前述したように、タンギングアクチュエータ３０は、制御部９０と電気的に接続されており、制御部９０からの信号によりタンギングアクチュエータ３０に電圧が印加されると、伸縮機構３０ｂが伸びることで弾性部材３２が図２中の右方向に移動し、マウスピース本体１４ａの空気流入口１８の近傍に接触する。逆に、タンギングアクチュエータ３０に印加される電圧が０となると、弾性部材３２は元の位置に戻り、マウスピース本体１４ａとの接触が解除される。すなわち、タンギングアクチュエータ３０に印加する電圧の大きさを制御することで、弾性部材３２の図２中に示す矢印Ｃ方向の位置を制御して、弾性部材３２がマウスピース本体１４ａの空気流入口１８近傍に接触した状態と、接触しない状態とに切り換えることが可能としている。なお、本実施形態では、タンギングアクチュエータでは、約７ｍｍの範囲内で弾性部材３２を矢印Ｃ方向に移動させることができるとともに、最大約１６Ｈｚの周波数で弾性部材２を移動させることができるものとする。
【００３２】
空気圧センサ８０は、ケース２２内の側面２２ａに取り付けられており、ケース２２内部の空気圧を測定するものである。この空気圧センサ８０は、制御部９０と電気的に接続されており、測定したケース２２内の空気圧の値を電気信号に変換して制御部９０に送信する。
【００３３】
位置変位アクチュエータ５０は、ケース２２の側面２２ａ上に固定された固定アクチュエータ５０ａと、この固定アクチュエータ５０ａから矢印Ｃの方向について近接離間する方向にスライドするスライド部材５０ｂと、スライド部材５０ｂの自由端の先端に固定され、図２中の高さ方向（Ｚ方向）に向けてケース２２の底面２２ｃに対して近接離間するように位置を変位するシャフトを備える押圧アクチュエータ５０ｃと、を備えている。固定アクチュエータ５０ａは、その内部においてスライド部材５０ｂをスライドさせるための空洞（図示せず）を備えるとともに、スライド部材５０ｂをスライドさせるための図示しない駆動機構を備えている。この駆動機構としては、モータなどの既知の機構を用いることができる。
【００３４】
押圧アクチュエータ５０ｃは、図４に示すように、ケース４２と、人工筋肉４４と、シャフト４６とによって構成されている。ケース４２は有底円筒形を有しており、その内部に誘電エラストマ型樹脂の人工筋肉４４が配設されている。また、この人工筋肉４４には制御部９０に電気的に接続された図示しない複数の電極が配設されており、制御部９０からの電気信号に基づいて、その収縮度合いが制御される。さらに、人工筋肉４４の上面４４ａの略中央には、リード１４ｂを押圧するためのシャフト４６の一端が埋設され、シャフト４６が人工筋肉４４の上面４４ａから突出した状態で固定されている。また、シャフト４６の他端には接触部材としての弾性部材４８が固定されており、この弾性部材４８がリード１４ｂに接触可能となるように、リード１４ｂに対して近傍に位置するように予め押圧アクチュエータ５０ｃの位置やシャフト４６の長さなどが調整されている。なお、弾性部材４８は、ゴムなどの所定の弾力を有する略円柱状の柱状部材であり、リード１４ｂに接触してリード１４ｂの振動を調整することができる。
【００３５】
このように構成された押圧アクチュエータ５０ｃは、制御部９０によってシャフト４６の先端の固定された弾性部材４８をリード１４ｂに接触させることができる。すなわち、人工筋肉４４の電極間に電圧が印加されることによって、人工筋肉４４が膨張し、シャフト４６がこの人工筋肉４４の膨張に伴って上方向に移動するため、シャフト４６の先端に固定された弾性部材４８がリード１４ｂに対して近接離間可能に制御可能となる。このように、人工筋肉に印加する電圧の大きさによって、弾性部材４８をリード１４ｂに対して押圧する押圧力を制御することができる。なお、本実施形態においては、押圧アクチュエータ５０ｃは最大約２０Ｎ程度の押圧力で弾性部材４８をリード１４ｂに押圧させることが可能となるように構成されている。
【００３６】
なお、本実施形態においては、弾性部材４８を駆動する機構として人工筋肉を備える人工筋肉アクチュエータを用いた例を示しているが、本発明はこれに限られるものではなく、アクチュエータとしては、既知のモータ等の制御可能な既知の駆動機構を用いることも可能である。
【００３７】
この位置変位アクチュエータ５０は、図２に示すように、前述の制御部９０に対して電気的に接続されており、制御部９０からの信号に応じて押圧アクチュエータ５０ｃの位置を図２中の矢印Ｂの方向に変位可能であるとともに、押圧アクチュエータ５０ｃを駆動することができる。すなわち、スライド部材５０ｂの位置を図２中の矢印Ｂの方向について変位させるとともに、シャフト４６の位置を上下方向に変位させることで、シャフト４６の先端に固定された弾性部材４８がリード１４ｂに対して接触する接触箇所を変更可能とする。なお、本実施形態においては、押圧アクチュエータ５０ｃは、矢印Ｂの方向について約３０ｍｍの範囲内で移動することができる。
【００３８】
また、前述したように、ロボット２の内部に備えられた制御部９０は、前述のように、演奏用アクチュエータ２０に備えられた空気流量調節アクチュエータ６０、タンギングアクチュエータ３０、空気圧センサ８０、位置変位アクチュエータ５０などの各動作を各々制御する。制御部９０について、以下詳細に説明する。
【００３９】
制御部９０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９０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、およびリードを押圧する押圧力と、接触部材としての弾性部材の位置関係を対応させた対応データ等が記憶されている。対応データは、事前に実験等により取得した弾性部材（接触部材）の位置と、弾性部材がリードを押圧する押圧力との関係を定めるために、弾性部材の押圧方向についての各位置座標に対応する押圧力データを記憶させたものである。そして、複数の位置座標に各々対応する押圧力データをマップ上に表すことで、マップ上に表された各座標点を通る曲線を作成し、接触部材がリードを押圧する押圧力に対応する、弾性部材の押圧方向についての位置座標を取得することができる。このように表されたマップ情報の一例を図５に示す。図５は、ケース２２内に定められた所定の基準位置から矢印Ｂ方向に所定距離（例えば１０ｍｍ）離れた位置において、弾性部材４８がリードに対して押圧する方向（Ｚ軸方向）についての位置（Ｚ軸位置）と、リードを押圧する押圧力とを対応づけたデータを示すものである。
【００４０】
本実施形態においては、接触部材４８が図２に示す矢印Ｂ方向（Ｘ軸方向）についても移動するため、このようなマップ情報を、接触部材４８の矢印Ｂ方向（Ｘ軸方向）の位置について求めておく。この場合、Ｘ軸方向の複数の位置（Ｘ軸位置）について、前述のようなマップ情報を作成してもよいが、接触部材４８がＸ軸方向にずれた距離に応じた、リードを押圧する方向に関する位置（Ｚ軸位置）の関係を予め求めておくことで、所望の押圧力の大きさに対応する接触部材４８の位置を取得するようにしてもよい。このような、接触部材４８がＸ軸方向にずれた距離と、リードを押圧する方向に関する位置（Ｚ軸位置）との関係を示す位置マップ情報の一例を図６に示す。このような図５および図６に示すようなマップ情報を用いることで、所望の押圧力を求めるための接触部材４８の位置（Ｘ軸位置およびＺ軸位置）を取得することが可能となる。
【００４１】
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、このようなマップ情報等の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９０と空気流量調節アクチュエータ６０とで流量調整部を構成し、制御部９０と位置変位アクチュエータ５０の押圧アクチュエータ５０ｃとで位置変位部を構成するとともに、接触部材としての弾性部材４８をリード１４ｂに対して接触させる押圧力の目標押圧値（目標押圧力）を特定する目標押圧力特定部として作用する。以下、制御部９０によりこれらの構成を動作させてサックスフォンを演奏する手順について詳細に説明する。
【００４２】
まず、制御部９０は空気圧センサ８０が測定したケース２２内の気圧データを読み取る。そして、読み取った気圧データと、記憶した楽曲データとに基づいて、空気流量調節アクチュエータ６０を動作させ、貫通孔６４ａを通過する空気量を調節する。これによって、ケース２２内に流入する空気の量を調節することができる。
【００４３】
さらに、制御部９０は読み出した楽曲データに基づいて、接触部材としての弾性部材４８がリード１４ｂを押圧する目標押圧力を特定する。そして、前述のマップ情報に基づいて、弾性部材４８をリード１４ｂに対して接触させるために、矢印Ｂ方向の位置（Ｘ軸位置）と、押圧方向の位置（Ｚ軸位置）について、弾性部材４８の目標位置を取得する。そして、制御部９０は、弾性部材４８を取得した目標位置へ変位させるように、位置変位アクチュエータ５０（固定アクチュエータ５０ａおよび押圧アクチュエータ５０ｃ）を駆動する。このように、楽曲データに基づいてリード１４ｂに接触させる弾性部材４８を変位させることで、演奏する楽曲にあわせるように、管楽器から発生させる音の音色や音程などを変化させることが可能となる。
【００４４】
そして、これらの弾性部材を変位させるとともに、制御部９０は、サックスフォン１２のピストン群の各ピストンを右手４および左手６の各指部の関節を駆動して操作させることによって、サックスフォン１２から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の駆動手段を用いることができる。
【００４５】
以上、説明したように、本発明によると、力検出部を用いて押圧力を検出する場合のように接触部材の位置が振動的にばらつくことがなく、演奏する楽曲に応じて、管楽器から発生させる音の音色や音程などの再現性を高めることができる。
【００４６】
なお、前述の実施形態においては、接触部材としての弾性部材が、押圧方向と水平方向（図２でいう矢印Ｂ方向）に変位可能な構造となっているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、接触部材（弾性部材）を押圧方向のみに変位する構造であってもよい。
【００４７】
また、本実施形態においては、ロボット内部に備えられた制御部によって、演奏用アクチュエータに備えられた空気流量調節アクチュエータ、タンギングアクチュエータ、空気圧センサ、位置変位アクチュエータなどの各動作が各々制御されるが、ロボットを動作させる制御部とは別に、演奏用アクチュエータのみを制御する制御手段を別途設けるようにしてもよい。このような実施形態の場合、演奏用アクチュエータとその制御部とを一体的に構成することによって、このような演奏用アクチュエータを自動演奏装置として独立して形成することができるため、管楽器の自動演奏装置として自在に持ち運び可能に利用することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【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に示すロボットの内部に組み込まれた管楽器演奏用アクチュエータの内部構成を概略的に示した図である。
【図３】図２に示す管楽器演奏用アクチュエータが備える空気流量調節アクチュエータの内部構造を概略的に示す概略図である。
【図４】図２に示す管楽器演奏用アクチュエータが備える押圧アクチュエータの内部構造を概略的に示す概略図である。
【図５】複数の位置座標に各々対応する押圧力データを表すマップ情報の一例を示すグラフである。
【図６】接触部材がＸ軸方向にずれた距離と、リードを押圧する方向に関する位置（Ｚ軸位置）との関係を示す位置マップ情報の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
２・・・ロボット
１０・・・データ記録装置本体
１２・・・サックッスフォン（管楽器）
１４・・・マウスピース
１４ａ・・・マウスピース本体
１４ｂ・・・リード
１８・・・空気流入口
２０・・・演奏用アクチュエータ
２２・・・ケース
４８・・・弾性部材（接続部材）
５０・・・位置変位アクチュエータ
６０・・・空気流量調節アクチュエータ
８０・・・空気圧センサ
９０・・・制御部
９４・・・空気供給管
【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、および管楽器を自動的に演奏する管楽器自動演奏方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
管楽器を自動的に演奏する演奏装置として、従来より特許文献１に記載されるような演奏用アクチュエータを用いるものが知られている。このような演奏用アクチュエータは、外部から管楽器のマウスピースに対して空気を供給する流路と、供給する空気の流量を調整する流量調整弁とを備えるとともに、マウスピースの空気流入口に接触する可撓性の膜を備えており、この可撓性の膜を振動させる振動装置を備えている。
【０００３】
このような演奏用アクチュエータは、流量調整弁を開いて管楽器のマウスピースに空気を供給すると同時に、可撓性の膜を振動させる。このとき、マウスピースに供給された空気は管楽器内を通過して外部に放出されるが、その際に前述した可撓性の膜が振動しているため、演奏用アクチュエータから管楽器内に供給される空気の圧力が振動する可撓性の膜の周波数と略同一の周波数で変動する。このように、可撓性の膜の振動数に対応した音が管楽器から発せられるため、管楽器から発せられる音を、可撓性の膜の振動数を変化させることで任意の音色に調整することができる。
【０００４】
また、この演奏用アクチュエータでは、流量調整弁の開度を調節することによって、管楽器内に流入する空気の流量を調節し、管楽器から発せられる音色の音量を調節することも可能である。すなわち、演奏装置による管楽器の演奏中に、演奏する楽曲に合わせて流量調整弁の開度を調節することで、楽曲を自動演奏する場合においても、曲に対する抑揚をつけた演奏を行うことができる。
【特許文献１】特開２００４−２５８４４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような管楽器の自動演奏を行う演奏装置に用いる演奏用アクチュエータは、演奏中に流量調整弁の開度を調節することで管楽器の音量を調節するとともに、アクチュエータの空気流入口付近に設けられたリードに接触部材を接触させることで、発生する音の音量や音程、音色を調節することができる。これは、人間の演奏者が管楽器を演奏する場合に、アクチュエータに相当するマウスピースの開口部付近において下唇を接触させる位置を変更することで、発生する音の音色や音量等を調節する動作に相当する。
【０００６】
ところで、前述のようにアクチュエータのリードに対して接触部材を接触させて、発生させる音色等を調節する場合に、接触部材の位置を精密に制御しても、リードの撓み等よって、接触部材がリードに対して接触する箇所を再現することが困難である。
【０００７】
一方、接触部材をリードに対して接触させる際に生じる押圧力を検出し、この押圧力に基づいて接触部材のリードに対する接触箇所を再現すると、比較的高い再現性が得られる。しかし、演奏中にリードに対する接触部材の接触箇所を変更すると、演奏中にリードが自励振動しているため、その反力が押圧力として検出されてしまい、その結果、押圧力の検出結果が振動的に出力され、楽器から発生させる音に悪影響が出る場合がある。
【０００８】
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、管楽器から発生させる音の音色や音程などの再現性を高めることを可能とする、管楽器の演奏装置およ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】
【０００９】
本発明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取り付けられるものであって、外部から供給される空気を管楽器のマウスピースに導く流路と、前記流路内を流れる空気の流量を調節する流量調整部と、前記リードに接触して押圧する接触部材と、前記接触部材がリードに対して接触する箇所を変更するように、接触部材の位置を変位させる位置変位部と、前記リードに対する接触部材の押圧方向について定められる接触部材の基準位置と、接触部材がリードを押圧する押圧力とを対応させた対応データを記憶する記憶部と、前記接触部材がリードに接触して押圧する際に生じる目標押圧力を特定する目標押圧力特定部と、を備えており、前記位置変位部が、前記記憶部に記憶された対応データに基づいて、前記目標押圧力特定部により特定された目標押圧力に対応する接触部材の目標位置を取得し、該目標位置に基づいて、接触部材の位置を変位させることを特徴としている。
【００１０】
このような管楽器演奏装置は、接触部材のリードを押圧する力に対応する、押圧する方向についての接触部材の位置を基準位置として予め定められているため、接触部材がリードを押圧する目標押圧力を特定すると、この目標押圧力に対応する接触部材の目標位置が取得可能となる。そのため、目標位置に基づいて接触部材のリードに対する接触箇所を変位させることにより、力検出部を用いて押圧力を検出する場合のように接触部材の位置が振動的にばらつくことがなく、管楽器から発生させる音の音色や音程などの再現性を高めることができる。
【００１１】
また、前述のような対応データは、接触部材がリードを押圧する複数の押圧力の値と、これらの押圧力の値に各々対応する複数の基準位置との関係から定められたマップ情報であってもよい。この場合、前記位置変位部が、前記マップ情報から前記目標押圧力特定部により特定された目標押圧力に対応する接触部材の目標位置を取得するようにすると、好適である。このような管楽器演奏装置は、接触部材がリードを押圧する押圧力と、該押圧力に対応する接触部材の基準位置を複数点について定めるだけで、該押圧力と接触部材との位置関係を精度良く求めることが可能となる。そのため、このようなマップ情報を用いて接触部材の位置を変位させる位置制御を行うことで、管楽器から発生させる音の音色や音程などの再現性を簡単に向上させることができる。
【００１２】
また、前記位置変位部は、リードの長さ方向について、接触部材の位置を変位可能とするものであってもよい。この場合、前記複数の基準位置を、リードの長さ方向について異なる位置に複数箇所定め、前記対応データを、これらの基準位置を接触部材がリードを押圧する押圧力と対応させて各々定めたマップ情報とすると好適である。このようなマップ情報を用いて、前記位置変位部が、該マップ情報から前記目標押圧力特定部により特定された目標押圧力に対応する接触部材の目標位置を取得するように構成されると、接触部材がリードと接触する接触箇所を数多く変化させることができる。そのため、管楽器の演奏する際に発生させる音の種類をより多くすることが可能となるという効果が得られる。
【００１３】
また、このような管楽器演奏装置は、管楽器を操作する操作部と一体的に構成されていることが好ましい。例えば、本発明に係る管楽器演奏装置を、人間と同様に管楽器を演奏する複数の指部を備え、これらの指部を制御部によって管楽器を演奏するようなロボットのような装置とすることもできる。
【００１４】
また、本発明は、管楽器を演奏する自動演奏方法をも提供するものであり、詳細には、リードを備えた管楽器のマウスピースに空気を供給するとともに、前記リードに対して接触部材を接触させる箇所を変更することで演奏を行う管楽器の自動演奏方法であって、前記接触部材がリードに接触して押圧する際に生じる目標押圧力を特定する目標押圧力特定ステップと、前記リードに対する接触部材の押圧方向について定められる接触部材の基準位置と、接触部材がリードを押圧する押圧力とを対応させた対応データに基づいて、前記リードに対する接触部材の押圧方向についての接触部材の目標位置を取得する目標位置取得ステップと、前記取得された目標位置に基づいて、前記接触部材の位置を変位させる位置変位ステップと、を備えることを特徴としている。
【００１５】
このような管楽器の自動演奏方法によると、接触部材のリードを押圧する力に対応する、押圧する方向についての接触部材の位置を基準位置として予め定められているため、接触部材がリードを押圧する目標押圧力を特定すると、この目標押圧力に対応する接触部材の目標位置が取得可能となる。そして、取得した目標位置に基づいて接触部材のリードに対する接触箇所を変位させることにより、管楽器から発生させる音の音色や音程などの再現性を高めることができる。
【００１６】
また、前記対応データが、接触部材がリードを押圧する複数の押圧力の値と、これらの押圧力の値に各々対応する複数の基準位置との関係から定められたマップ情報であり、前記目標位置取得ステップにおいて、前記マップ情報から前記目標押圧力特定ステップにより特定された目標押圧力に対応する接触部材の目標位置を取得ものであってもよい。このような管楽器の自動演奏方法によると、接触部材がリードを押圧する押圧力と、該押圧力に対応する接触部材の基準位置を複数点について定めるだけで、該押圧力と接触部材との位置関係を精度良く求めることが可能となる。そのため、このようなマップ情報を用いて接触部材の位置を変位させる位置制御を行うことで、管楽器から発生させる音の音色や音程などの再現性を簡単に向上させることができる。
【００１７】
また、接触部材がリードの長さ方向についてその位置を変位可能である場合、前記複数の基準位置を、リードの長さ方向について異なる位置に複数箇所定め、前記対応データを、これらの基準位置を接触部材がリードを押圧する押圧力と対応させて各々定めたマップ情報とすると好適である。このようなマップ情報を用いて、前記位置変位部が、該マップ情報から前記目標押圧力特定部により特定された目標押圧力に対応する接触部材の目標位置を取得するように構成されると、接触部材がリードと接触する接触箇所を数多く変化させることができる。この場合、管楽器の演奏する際に発生させる音の種類をより多くすることが可能となるという効果が得られる。
【発明の効果】
【００１８】
以上、説明したように、本発明によると、管楽器から発生させる音の音色や音程などの再現性を高めることが可能な、管楽器の演奏装置に用いる管楽器演奏装置およ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】
【００１９】
発明の実施の形態１．
以下に、図１から図６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。
【００２０】
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。
【００２１】
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９０（図２参照）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。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。
【００２２】
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。
【００２３】
次に、図１に示す演奏用アクチュエータ２０の詳細について、図２を用いて説明する。図２は、ロボット２の内部に組み込まれた演奏用アクチュエータ２０に対してマウスピース１４が接続された様子の内部構造を概略的に示すとともに、演奏用アクチュエータ２０を駆動してサックスフォン１２を演奏するための各構成をブロック図で示すものである。
【００２４】
図２に示すように、演奏用アクチュエータ２０は、ロボット２の口部に搭載されるとともに、サックスフォン１２に接続されるマウスピース１４が取り付けられている。マウスピース１４は、空気流入口１８を有するマウスピース本体１４ａと、マウスピース本体１４ａに対して一端が固定されるとともに、空気流入口１８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１４ｂと、を備えている。なお、リード１４ｂは、後述するように、リードを押圧する接続部材としての弾性部材４８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。
【００２５】
演奏用アクチュエータ２０は、ロボット２の内部に設けられた制御部９０と電気的に接続されるとともに、ロボット２の外部に設けられた空気供給部（図示せず）から空気供給管９４を介してその内部に加圧空気を供給されるケース２２を備えている。ケース２２と空気供給管９４の間には、レギュレータ９２、配管７０および流量調節部としての空気流量調節アクチュエータ６０が、この順に直列に接続されている。レギュレータ９２によって供給された加圧空気の圧力が調圧されるとともに、調圧された空気が配管７０を介して空気流量調節アクチュエータ６０の内部に流入する。空気流量調節アクチュエータ６０は、ケース２２の貫通孔２６の外側に配設されるとともに、ロボット２の内部に設けられた制御部９０と電気的に接続されており、制御部９０からの指令により、ケース２２の内部に供給する加圧空気の流量を調節する。
【００２６】
また、空気流量調節アクチュエータ６０は、図３に示すような中空構造を備える略円盤状のケース６２と、誘電エラストマ型樹脂の人工筋肉６４とを備えている。ケース６２は、その両側面の表面に開口する貫通孔６２ａ、６２ｂを備えており、貫通孔６２ａは、演奏用アクチュエータ２０のケース２２の貫通孔２６と導通する一方、貫通孔６２ｂには調圧された空気を流入するための配管７０が接続されている。このような構成によって、調圧された空気が貫通孔６２ａ、６２ｂを介してケース２２の貫通孔２６を通過し、ケース２２内に流入される。
【００２７】
そして、図３に示すように、ケース６２の内部には、貫通孔６２ａと６２ｂとの間を導通可能なスペースとしての貫通孔６４ａを確保した状態で人工筋肉６４が配設されている。この人工筋肉６４には制御部９０と電気的に接続された図示しない複数の電極が取り付けられており、制御部９０からの電気信号によって、その収縮度合いが変化可能となっている。
【００２８】
また、空気流量調節アクチュエータ６０とケース２２の接続部や、空気流量調節アクチュエータ６０と配管７０の接続部には、各々ゴムパッキン６６が配設されており、流入される空気がこれらの接続部から漏れないように構成されている。このような構成により、貫通孔６２ａと６４ａ、６２ｂから調圧された空気をケース２２内に流入するための空気流路６５が形成されるとともに、制御部９０からの電気信号により、貫通孔６４ａの空気流入方向についての断面積を変化させることで、流入する空気の流量を調節することができる。すなわち、制御部９０によって人工筋肉６４の電極間に電圧を印加すると、人工筋肉６４は膨張し、この人工筋肉６４の膨張によって貫通孔６４ａの空気流入方向の断面積が減少する方向（図３中Ａ方向）に変形し、ケース２２に流入する空気の流量を減少させることができる。このように、演奏する音楽に合わせて、演奏に必要な流入する空気の流量を適宜制御することが可能となっている。
【００２９】
ケース２２は、箱型形状を有しており、その側面２２ａには各々空気流量調節アクチュエータ６０を接続するための貫通孔２６が形成されているとともに、他方の側面２２ｂには、マウスピース本体１４ａを貫通させつつその位置を固定するための貫通孔２４が形成されている。なお、貫通孔２４には図示しないゴムパッキン等の封止部材が配設されており、マウスピース本体１４ａが貫通孔２４により固定される際に、それらの隙間から空気が漏れないように構成されている。
【００３０】
また、ケース２２の内部には、マウスピース本体１４ａの空気流入口１８の付近において固定されたタンギングアクチュエータ３０と、ケース２２内部の圧力を検出する空気圧センサ８０と、リード１４ｂに対して接触する弾性部材４８の位置を変位させる位置変位部としての位置変位アクチュエータ５０と、を備えている。これらのタンギングアクチュエータ３０、空気圧センサ８０、位置変位アクチュエータ５０は、図２に示すように、制御部９０と電気的に接続しており、制御部９０からの指令によりその動作が制御されている。以下、タンギングアクチュエータ３０、空気圧センサ８０、位置変位アクチュエータ５０の各構成について詳細に説明する。
【００３１】
タンギングアクチュエータ３０は、ケース２２の側面２２ｂ上において、マウスピース本体１４ａの空気注入口１８に対向する位置に固定された固定アクチュエータ３０ａと、固定アクチュエータ３０ａに対して空気流入口に流入する空気の流れの方向について伸縮可能に設けられた伸縮機構３０ｂと、を備えている。そして、伸縮機構３０ｂの自由端側の先端には、板状の弾性部材３２が固定されており、この弾性部材３２が空気注入口１８の開口部に対して近接離間する。なお、前述したように、タンギングアクチュエータ３０は、制御部９０と電気的に接続されており、制御部９０からの信号によりタンギングアクチュエータ３０に電圧が印加されると、伸縮機構３０ｂが伸びることで弾性部材３２が図２中の右方向に移動し、マウスピース本体１４ａの空気流入口１８の近傍に接触する。逆に、タンギングアクチュエータ３０に印加される電圧が０となると、弾性部材３２は元の位置に戻り、マウスピース本体１４ａとの接触が解除される。すなわち、タンギングアクチュエータ３０に印加する電圧の大きさを制御することで、弾性部材３２の図２中に示す矢印Ｃ方向の位置を制御して、弾性部材３２がマウスピース本体１４ａの空気流入口１８近傍に接触した状態と、接触しない状態とに切り換えることが可能としている。なお、本実施形態では、タンギングアクチュエータでは、約７ｍｍの範囲内で弾性部材３２を矢印Ｃ方向に移動させることができるとともに、最大約１６Ｈｚの周波数で弾性部材２を移動させることができるものとする。
【００３２】
空気圧センサ８０は、ケース２２内の側面２２ａに取り付けられており、ケース２２内部の空気圧を測定するものである。この空気圧センサ８０は、制御部９０と電気的に接続されており、測定したケース２２内の空気圧の値を電気信号に変換して制御部９０に送信する。
【００３３】
位置変位アクチュエータ５０は、ケース２２の側面２２ａ上に固定された固定アクチュエータ５０ａと、この固定アクチュエータ５０ａから矢印Ｃの方向について近接離間する方向にスライドするスライド部材５０ｂと、スライド部材５０ｂの自由端の先端に固定され、図２中の高さ方向（Ｚ方向）に向けてケース２２の底面２２ｃに対して近接離間するように位置を変位するシャフトを備える押圧アクチュエータ５０ｃと、を備えている。固定アクチュエータ５０ａは、その内部においてスライド部材５０ｂをスライドさせるための空洞（図示せず）を備えるとともに、スライド部材５０ｂをスライドさせるための図示しない駆動機構を備えている。この駆動機構としては、モータなどの既知の機構を用いることができる。
【００３４】
押圧アクチュエータ５０ｃは、図４に示すように、ケース４２と、人工筋肉４４と、シャフト４６とによって構成されている。ケース４２は有底円筒形を有しており、その内部に誘電エラストマ型樹脂の人工筋肉４４が配設されている。また、この人工筋肉４４には制御部９０に電気的に接続された図示しない複数の電極が配設されており、制御部９０からの電気信号に基づいて、その収縮度合いが制御される。さらに、人工筋肉４４の上面４４ａの略中央には、リード１４ｂを押圧するためのシャフト４６の一端が埋設され、シャフト４６が人工筋肉４４の上面４４ａから突出した状態で固定されている。また、シャフト４６の他端には接触部材としての弾性部材４８が固定されており、この弾性部材４８がリード１４ｂに接触可能となるように、リード１４ｂに対して近傍に位置するように予め押圧アクチュエータ５０ｃの位置やシャフト４６の長さなどが調整されている。なお、弾性部材４８は、ゴムなどの所定の弾力を有する略円柱状の柱状部材であり、リード１４ｂに接触してリード１４ｂの振動を調整することができる。
【００３５】
このように構成された押圧アクチュエータ５０ｃは、制御部９０によってシャフト４６の先端の固定された弾性部材４８をリード１４ｂに接触させることができる。すなわち、人工筋肉４４の電極間に電圧が印加されることによって、人工筋肉４４が膨張し、シャフト４６がこの人工筋肉４４の膨張に伴って上方向に移動するため、シャフト４６の先端に固定された弾性部材４８がリード１４ｂに対して近接離間可能に制御可能となる。このように、人工筋肉に印加する電圧の大きさによって、弾性部材４８をリード１４ｂに対して押圧する押圧力を制御することができる。なお、本実施形態においては、押圧アクチュエータ５０ｃは最大約２０Ｎ程度の押圧力で弾性部材４８をリード１４ｂに押圧させることが可能となるように構成されている。
【００３６】
なお、本実施形態においては、弾性部材４８を駆動する機構として人工筋肉を備える人工筋肉アクチュエータを用いた例を示しているが、本発明はこれに限られるものではなく、アクチュエータとしては、既知のモータ等の制御可能な既知の駆動機構を用いることも可能である。
【００３７】
この位置変位アクチュエータ５０は、図２に示すように、前述の制御部９０に対して電気的に接続されており、制御部９０からの信号に応じて押圧アクチュエータ５０ｃの位置を図２中の矢印Ｂの方向に変位可能であるとともに、押圧アクチュエータ５０ｃを駆動することができる。すなわち、スライド部材５０ｂの位置を図２中の矢印Ｂの方向について変位させるとともに、シャフト４６の位置を上下方向に変位させることで、シャフト４６の先端に固定された弾性部材４８がリード１４ｂに対して接触する接触箇所を変更可能とする。なお、本実施形態においては、押圧アクチュエータ５０ｃは、矢印Ｂの方向について約３０ｍｍの範囲内で移動することができる。
【００３８】
また、前述したように、ロボット２の内部に備えられた制御部９０は、前述のように、演奏用アクチュエータ２０に備えられた空気流量調節アクチュエータ６０、タンギングアクチュエータ３０、空気圧センサ８０、位置変位アクチュエータ５０などの各動作を各々制御する。制御部９０について、以下詳細に説明する。
【００３９】
制御部９０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９０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、およびリードを押圧する押圧力と、接触部材としての弾性部材の位置関係を対応させた対応データ等が記憶されている。対応データは、事前に実験等により取得した弾性部材（接触部材）の位置と、弾性部材がリードを押圧する押圧力との関係を定めるために、弾性部材の押圧方向についての各位置座標に対応する押圧力データを記憶させたものである。そして、複数の位置座標に各々対応する押圧力データをマップ上に表すことで、マップ上に表された各座標点を通る曲線を作成し、接触部材がリードを押圧する押圧力に対応する、弾性部材の押圧方向についての位置座標を取得することができる。このように表されたマップ情報の一例を図５に示す。図５は、ケース２２内に定められた所定の基準位置から矢印Ｂ方向に所定距離（例えば１０ｍｍ）離れた位置において、弾性部材４８がリードに対して押圧する方向（Ｚ軸方向）についての位置（Ｚ軸位置）と、リードを押圧する押圧力とを対応づけたデータを示すものである。
【００４０】
本実施形態においては、接触部材４８が図２に示す矢印Ｂ方向（Ｘ軸方向）についても移動するため、このようなマップ情報を、接触部材４８の矢印Ｂ方向（Ｘ軸方向）の位置について求めておく。この場合、Ｘ軸方向の複数の位置（Ｘ軸位置）について、前述のようなマップ情報を作成してもよいが、接触部材４８がＸ軸方向にずれた距離に応じた、リードを押圧する方向に関する位置（Ｚ軸位置）の関係を予め求めておくことで、所望の押圧力の大きさに対応する接触部材４８の位置を取得するようにしてもよい。このような、接触部材４８がＸ軸方向にずれた距離と、リードを押圧する方向に関する位置（Ｚ軸位置）との関係を示す位置マップ情報の一例を図６に示す。このような図５および図６に示すようなマップ情報を用いることで、所望の押圧力を求めるための接触部材４８の位置（Ｘ軸位置およびＺ軸位置）を取得することが可能となる。
【００４１】
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、このようなマップ情報等の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９０と空気流量調節アクチュエータ６０とで流量調整部を構成し、制御部９０と位置変位アクチュエータ５０の押圧アクチュエータ５０ｃとで位置変位部を構成するとともに、接触部材としての弾性部材４８をリード１４ｂに対して接触させる押圧力の目標押圧値（目標押圧力）を特定する目標押圧力特定部として作用する。以下、制御部９０によりこれらの構成を動作させてサックスフォンを演奏する手順について詳細に説明する。
【００４２】
まず、制御部９０は空気圧センサ８０が測定したケース２２内の気圧データを読み取る。そして、読み取った気圧データと、記憶した楽曲データとに基づいて、空気流量調節アクチュエータ６０を動作させ、貫通孔６４ａを通過する空気量を調節する。これによって、ケース２２内に流入する空気の量を調節することができる。
【００４３】
さらに、制御部９０は読み出した楽曲データに基づいて、接触部材としての弾性部材４８がリード１４ｂを押圧する目標押圧力を特定する。そして、前述のマップ情報に基づいて、弾性部材４８をリード１４ｂに対して接触させるために、矢印Ｂ方向の位置（Ｘ軸位置）と、押圧方向の位置（Ｚ軸位置）について、弾性部材４８の目標位置を取得する。そして、制御部９０は、弾性部材４８を取得した目標位置へ変位させるように、位置変位アクチュエータ５０（固定アクチュエータ５０ａおよび押圧アクチュエータ５０ｃ）を駆動する。このように、楽曲データに基づいてリード１４ｂに接触させる弾性部材４８を変位させることで、演奏する楽曲にあわせるように、管楽器から発生させる音の音色や音程などを変化させることが可能となる。
【００４４】
そして、これらの弾性部材を変位させるとともに、制御部９０は、サックスフォン１２のピストン群の各ピストンを右手４および左手６の各指部の関節を駆動して操作させることによって、サックスフォン１２から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の駆動手段を用いることができる。
【００４５】
以上、説明したように、本発明によると、力検出部を用いて押圧力を検出する場合のように接触部材の位置が振動的にばらつくことがなく、演奏する楽曲に応じて、管楽器から発生させる音の音色や音程などの再現性を高めることができる。
【００４６】
なお、前述の実施形態においては、接触部材としての弾性部材が、押圧方向と水平方向（図２でいう矢印Ｂ方向）に変位可能な構造となっているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、接触部材（弾性部材）を押圧方向のみに変位する構造であってもよい。
【００４７】
また、本実施形態においては、ロボット内部に備えられた制御部によって、演奏用アクチュエータに備えられた空気流量調節アクチュエータ、タンギングアクチュエータ、空気圧センサ、位置変位アクチュエータなどの各動作が各々制御されるが、ロボットを動作させる制御部とは別に、演奏用アクチュエータのみを制御する制御手段を別途設けるようにしてもよい。このような実施形態の場合、演奏用アクチュエータとその制御部とを一体的に構成することによって、このような演奏用アクチュエータを自動演奏装置として独立して形成することができるため、管楽器の自動演奏装置として自在に持ち運び可能に利用することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【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に示すロボットの内部に組み込まれた管楽器演奏用アクチュエータの内部構成を概略的に示した図である。
【図３】図２に示す管楽器演奏用アクチュエータが備える空気流量調節アクチュエータの内部構造を概略的に示す概略図である。
【図４】図２に示す管楽器演奏用アクチュエータが備える押圧アクチュエータの内部構造を概略的に示す概略図である。
【図５】複数の位置座標に各々対応する押圧力データを表すマップ情報の一例を示すグラフである。
【図６】接触部材がＸ軸方向にずれた距離と、リードを押圧する方向に関する位置（Ｚ軸位置）との関係を示す位置マップ情報の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
２・・・ロボット
１０・・・データ記録装置本体
１２・・・サックッスフォン（管楽器）
１４・・・マウスピース
１４ａ・・・マウスピース本体
１４ｂ・・・リード
１８・・・空気流入口
２０・・・演奏用アクチュエータ
２２・・・ケース
４８・・・弾性部材（接続部材）
５０・・・位置変位アクチュエータ
６０・・・空気流量調節アクチュエータ
８０・・・空気圧センサ
９０・・・制御部
９４・・・空気供給管
【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取り付けられ、その楽器を演奏するための管楽器演奏装置であって、
外部から供給される空気を管楽器のマウスピースに導く流路と、
前記流路内を流れる空気の流量を調節する流量調整部と、
前記リードに接触して押圧する接触部材と、
前記接触部材がリードに対して接触する箇所を変更するように、接触部材の位置を変位させる位置変位部と、
前記リードに対する接触部材の押圧方向について定められる接触部材の基準位置と、接触部材がリードを押圧する押圧力とを対応させた対応データを記憶する記憶部と、
前記接触部材がリードに接触して押圧する際に生じる目標押圧力を特定する目標押圧力特定部と、を備えており、
前記位置変位部が、前記記憶部に記憶された対応データに基づいて、前記目標押圧力特定部により特定された目標押圧力に対応する接触部材の目標位置を取得し、該目標位置に基づいて、接触部材の位置を変位させることを特徴とする管楽器演奏装置。
【請求項２】
前記対応データが、接触部材がリードを押圧する複数の押圧力の値と、これらの押圧力の値に各々対応する複数の基準位置との関係から定められたマップ情報であり、前記位置変位部が、前記マップ情報から前記目標押圧力特定部により特定された目標押圧力に対応する接触部材の目標位置を取得することを特徴とする請求項1に記載の管楽器演奏装置。
【請求項３】
前記複数の基準位置が、リードの長さ方向について異なる位置に複数箇所定められており、前記対応データが、これらの基準位置を接触部材がリードを押圧する押圧力と対応させて各々定めたマップ情報であることを特徴とする請求項２に記載の管楽器演奏装置。
【請求項４】
前記管楽器を操作する操作部と一体的に構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の管楽器演奏装置。
【請求項５】
リードを備えた管楽器のマウスピースに空気を供給するとともに、前記リードに対して接触部材を接触させる箇所を変更することで演奏を行う管楽器の自動演奏方法であって、
前記接触部材がリードに接触して押圧する際に生じる目標押圧力を特定する目標押圧力特定ステップと、
前記リードに対する接触部材の押圧方向について定められる接触部材の基準位置と、接触部材がリードを押圧する押圧力とを対応させた対応データに基づいて、前記リードに対する接触部材の押圧方向についての接触部材の目標位置を取得する目標位置取得ステップと、
前記取得された目標位置に基づいて、前記接触部材の位置を変位させる位置変位ステップと、を備えることを特徴とする管楽器の自動演奏方法。
【請求項６】
前記対応データが、接触部材がリードを押圧する複数の押圧力の値と、これらの押圧力の値に各々対応する複数の基準位置との関係から定められたマップ情報であり、前記目標位置取得ステップにおいて、前記マップ情報から前記目標押圧力特定ステップにより特定された目標押圧力に対応する接触部材の目標位置を取得することを特徴とする請求項５に記載の管楽器の自動演奏方法。
【請求項７】
前記複数の基準位置が、リードの長さ方向について異なる位置に複数箇所定められており、前記対応データが、これらの基準位置を接触部材がリードを押圧する押圧力と対応させて各々定めたマップ情報であることを特徴とする請求項６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取り付けられ、その楽器を演奏するための管楽器演奏装置であって、
外部から供給される空気を管楽器のマウスピースに導く流路と、
前記流路内を流れる空気の流量を調節する流量調整部と、
前記リードに接触して押圧する接触部材と、
前記接触部材がリードに対して接触する箇所を変更するように、接触部材の位置を変位させる位置変位部と、
前記リードに対する接触部材の押圧方向について定められる接触部材の基準位置と、接触部材がリードを押圧する押圧力とを対応させた対応データを記憶する記憶部と、
前記接触部材がリードに接触して押圧する際に生じる目標押圧力を特定する目標押圧力特定部と、を備えており、
前記位置変位部が、前記記憶部に記憶された対応データに基づいて、前記目標押圧力特定部により特定された目標押圧力に対応する接触部材の目標位置を取得し、該目標位置に基づいて、接触部材の位置を変位させることを特徴とする管楽器演奏装置。
【請求項２】
前記対応データが、接触部材がリードを押圧する複数の押圧力の値と、これらの押圧力の値に各々対応する複数の基準位置との関係から定められたマップ情報であり、前記位置変位部が、前記マップ情報から前記目標押圧力特定部により特定された目標押圧力に対応する接触部材の目標位置を取得することを特徴とする請求項1に記載の管楽器演奏装置。
【請求項３】
前記複数の基準位置が、リードの長さ方向について異なる位置に複数箇所定められており、前記対応データが、これらの基準位置を接触部材がリードを押圧する押圧力と対応させて各々定めたマップ情報であることを特徴とする請求項２に記載の管楽器演奏装置。
【請求項４】
前記管楽器を操作する操作部と一体的に構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の管楽器演奏装置。
【請求項５】
リードを備えた管楽器のマウスピースに空気を供給するとともに、前記リードに対して接触部材を接触させる箇所を変更することで演奏を行う管楽器の自動演奏方法であって、
前記接触部材がリードに接触して押圧する際に生じる目標押圧力を特定する目標押圧力特定ステップと、
前記リードに対する接触部材の押圧方向について定められる接触部材の基準位置と、接触部材がリードを押圧する押圧力とを対応させた対応データに基づいて、前記リードに対する接触部材の押圧方向についての接触部材の目標位置を取得する目標位置取得ステップと、
前記取得された目標位置に基づいて、前記接触部材の位置を変位させる位置変位ステップと、を備えることを特徴とする管楽器の自動演奏方法。
【請求項６】
前記対応データが、接触部材がリードを押圧する複数の押圧力の値と、これらの押圧力の値に各々対応する複数の基準位置との関係から定められたマップ情報であり、前記目標位置取得ステップにおいて、前記マップ情報から前記目標押圧力特定ステップにより特定された目標押圧力に対応する接触部材の目標位置を取得することを特徴とする請求項５に記載の管楽器の自動演奏方法。
【請求項７】
前記複数の基準位置が、リードの長さ方向について異なる位置に複数箇所定められており、前記対応データが、これらの基準位置を接触部材がリードを押圧する押圧力と対応させて各々定めたマップ情報であることを特徴とする請求項６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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２０３３８３（Ｐ２００８−２０３３８３Ａ）
【公開日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３７３２７（Ｐ２００７−３７３２７）
【出願日】平成１９年２月１９日（２００７．２．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月１９日（２００７．２．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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