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No.1021 消音ピアノの構造原理

空川英継

１．概要

今回は消音ピアノについて解説する。消音ピアノにはアップライトピアノとグランドピアノがあり、夫々、すでに市販されたピアノに後で取り付けるための消音キットもある。またアップライトピアノとグランドピアノから弦・フレームと響板を取り除いて､替わりにデジタル音源を組み込んでピアノタッチで弾くことができる電子型ピアノも消音ピアノに含めることができる。これにもアップライト型とグランド型がある。最近では、消音機能を兼ね備えた自動演奏ピアノも現出しているがこれについては別の章で触れる。

２．消音ピアノの構造原理

ここではまず消音型アップライトピアノの仕組みについて解説する。

従来より、ピアノの弱音装置として種々の提案がなされている。　例えばダンパを弦に当接させた状態において打弦することにより、打弦音を減衰させる方式の「鍵盤楽器」では、打弦音または電子音を選択的に切り換え可能であるが、電子音選択時においても減衰した打弦音が混入していた。このように従来技術のいずれにおいても、弦はハンマーにより打撃されてい　たため、ピアノ音の音量を十分に減少させることはできなかった。また、電子音源により発音する場合において、弱い打弦音が電子音源によるピアノ音に混入するため、この打弦音は極めて耳障りなものとなっていた。

そこで、選択に応じて打鍵によるハンマーの回動を打弦直前に停止させることにより、電子音源によるピアノ音とアコースティツクピアノの打弦音とを切り換えることを目的として新しい構造の消音ピアノが考案された。

[構造]

図１に断面を示す。鍵を押圧することにより回動したハンマーが弦を打撃する打弦機構と、上記鍵を含む操作子の状態を検出して検出信号を出力する操作子検出手段と、検出信号に対応した楽音信号を生成する楽音信号生成手段と、上記楽音信号に基づき空気振動を発生させる音響変換手段とを備えた鍵盤楽器において、選択に応じて上記ハンマーが弦を打撃する直前にハンマーの回動を制止する手段を有することを特徴とする。

図1　鍵盤楽器の断面図（特開平6-59667より）

鍵201の下方にキーセンサ230を配設し、このキーセンサを制御手段70に接続する。制御手段はPCM音源等を備えている。ハンマーシャンク214と弦204との間には回動自在なストッパ30を配設する。非打弦モード時には打弦直前にハンマーシャンクがストッパに当接する。よって、非打弦モード時には打弦音が発せられることなく、　電子音源によるピアノ音のみがスピーカ251から出力される。一方、打弦モード時には、ストッパは所定位置に移動し、ハンマーシャンクはストッパに当接することなく、ハンマー215は弦を打撃する。

　　図２　システム構成（特開平9-299883より）

[システム構成と作用効果]　

図2は、コントローラ100の構成を示すブロック図であり、図示のコントローラは、キーセンサKSEの遮光状態から押離鍵タイミングおよび押鍵速度を検出し、これに基づいてMIDIデー夕を発生する。図2において、101は装置各部を制御するCPUである。102はCPUにおいて用いられるプログラムが記憶されているROMであり、103は各種データが一時記憶されるRAMである。RAMはCPUが行う制御に使用される制御データの記憶エリアとして使用される。104は各種操作子から構成されたパネルスイッチ部であり、ダイナミックレンジの設定等を行うためのボリュームスイッチ110を有している。

以下、システムの作用効果を図２ないし図３を参

照しながら説明する。図２は消音ピアノのシステムの構成を示しており、図3は鍵盤の下側の構成を示

　す図である。

　　　　　　図３　キーセンサー

図３に示すように、鍵10の下側には、シャッタKSが設けられており、このシャッタに対向する棚板11の上面には、キーセンサKSEが設けられている。キーセンサには上下方向に所定距離隔てて光センサが設けられており（図示略）、鍵が押下されると、はじめに上方の光センサが遮光され、ついで、下方の光センサが遮光される。逆に、離鍵時には、まず下方の光センサが受光状態になり、ついで、上方の光センサが受光状態になる。この実施形態においては、キーセンサの出力信号に基づいて押鍵速度を示すキーベロシティを検出するようになっている。

105は、センサインターフェイスであり、各キーセンサに対応して設けられている光センサの受光状態に応じた信号をCPUに出力する。この場合、CPUは、センサインターフェイスから供給される信号に基づいて、いずれの鍵が操作されたかを認識するとともに、遮光タイミングから打鍵速度Hvを算出する。また、CPUは、キーセンサの信号をセンサインターフェイスから受けると、これに基づいてキーオンおよびキーオフのタイミングを認識する。そして、CPUは、それらの演奏デー夕から各イベントのMIDIデータを発生する。

106は、音源回路であり、CPUから供給されるMIDIデータに応じた楽音信号を合成する回路である。音源回路は、アコースティックピアノと同様の楽音波形を記憶するとともに、他の楽器の楽音波形も記憶している。音色の選択は、操作パネル104内の各種スイッチによって行われ、指定された音色に対応する楽音波形が選択される。この音源回路で作成された楽音信号は、スピーカSPまたはヘッドフォンHPに供給されて楽音として発せられる。

120は音量デー夕変換回路であり、これと上記ボリュームスイッチとによって音量デー夕変換装置を構成している。音量デー夕変換装置は、CPUから供給されるMIDIデータのうち、押鍵速度を示すキーベロシティをボリュームスイッチの設定に応じて変換し、音源回路に出力し、他のMIDIデータについては何ら変換を施すことなく音源回路に出力するようになっている。音量データ変換装置はダイナミックレンジと音量を自由に設定することができる音量データ変換装置を提供することを第1の目的とし、音域に対する音量のバランスを自由に設定することができる音量デー夕変換装置を提供することを第2の目的としている。

本システムによれば打鍵とともに、ハンマーが弦の方向に回動するが、電子音源が選択されたときは、制止手段が打強直前にハンマーの回動を制止するため、打弦音が発せられることはない。このため、打弦音が上記電子音源によるピアノ音に混入することによる耳障りな音を防止することができる。また、打鍵とともに、実際にアクション等の打弦機構が動作するためアコースティックピアノ特有のキータッチが損なわれることもない。また、ハンマーの回動を制止しない打弦モード選択時には、本鍵盤楽器からは通常のアコースティックピアノによる打弦音が発せられる。したがって、ピアノ音を小さく抑える必要のある夜間等には、音量を任意に調整可能な電子音源によりピアノ音を発し、一方、昼間等には打弦による通常のアコースティックピアノの音色を得ることが可能である。

３．消音型グランドの構造

消音型グランドピアノの構造原理も同様であるが､ハンマストップレールの構造が異なる。　簡易な構成で、かつタッチ感に大きな影響を与えることなく、通常演奏モードと音量調整モードとを切り替えて演奏可能なグランドピアノの音量調整装置が提供されている。後付けも可能である。方式はメーカーによって様々であるがタッチへの影響の程度が微妙に違う。　図４に１例を示す。音量調整モードの場合は、図示するごとくハンマー支持板36がハンマー20を持ち上げると共に、板バネ38がレピティションレバー12の上面12bに当接して、下向きの付勢力をレピティションレバー12に与えることにより、鍵盤4の後端側4bに荷重を与えて、鍵盤の前端側4aが下がるのを防止している。また、板バネの付勢力により鍵盤にはハンマーの荷重がかかっているごとく感じられ、演奏者のタッチ感に大きな影響を与えない。このように簡易な構成でかつ鍵盤のタッチ感にほとんど影響することなく、消音モードを実現できる。ただし、消音型グランドピアノの電子音源モードでは高性能化のためにより詳細の演奏情報が必要であるとして，キーセンサーとハンマーセンサーを併用する方式もあり、未だ進化の途上にある。

図４　消音モード状態のグランドピアノのアクションの構成説明図

（特開平9-152861より）

４．電子型グランドピアノの仕組み

電子型アップライトピアノの構造原理は消音型アップライトピアノの電子音源モードの構成と作用効果に準ずるものであり，ここでは電子型グランドピアノの仕組みについて解説する。従来より、アコースティックグランドピアノと同様のアクション部を採用することにより、アコースティックグランドピアノの鍵タッチを実現できる電子ピアノ（電子型グランドピアノ）が知られている。かかる電子型グランドピアノにあっては、アクション部の調整が楽器の品質を左右する上で重要な要素になっている。但し、このアクション部はタッチ感を実現するために設けられるものであり、実際の発音は打弦によらず電子的に行われる。

すなわち、電子型グランドピアノには、鍵およびハンマーの動作を各々検出する複数のセンサが設けられ、これらセンサの測定結果に応じて、楽音信号が合成される。楽音信号は、PCM音源により合成され，アンプで増幅されて、スピーカーから発音される。電源トランスや電気回路部品は、楽器本体内に個別に取り付けられ、相互に結線されている。

図５　電子型グランドピアノの一部切欠側面図(特開2004-262748より)

図５でその構造を説明する。図において50は本体部であり、その上部には複数の鍵52が配列されている。各鍵は、バランスピン56によって揺動自在に支持され、その前方部下面には平板状のキーシャッタ55が下方に突出するように固着されている。54はキーセンサユニットであり、押鍵時のキーシャッタを挟む位置に、L E Dと、該L E Dから放射された光を受光するホトダイオードとが配置されている。これにより、キーセンサユニットを介して、鍵の押鍵深さが検出される。

また、バランスピンを介して後方側において、62はアクション部であり、ハンマー62bおよび鍵が操作される際に駆動されるその他各種の部品から構成される。ハンマーの柄には、平板状のハンマーシャッタ62　aが上方に突出するように固着されている。61はハンマーセンサユニットであり、ハンマーが上方に駆動された際におけるハンマーシャッタを挟む位置に、L E Dと、該L E Dから放射された光を受光するホトダイオードとが配置されている。これにより、ハンマーセンサユニットを介して、ハンマー速度が検出される。

このように非接触式のキーセンサーに加えハンマーセンサーも併設して、ハンマーの動きをきめ細かくキャッチし、打鍵の強さや弱さ、タイミングなどの演奏表現に関わる微妙なニュアンスを正確に捉え、音源に伝えている。

本体部には、その棚板51の各隅から下方に突出するように4本の支柱8，8，・・‥が固着されており、棚板の中央ないし後方部分には、略四角錐台状の電気回路ユニット20が設けられている。この電気回路ユニットの右側面には、各種信号の入出力を行う入出力ユニット24が設けられている。さらに、この電気回路ユニットの下面には下方に突出するように2本の支柱16，16が固着され、これら支柱の下端部分には、3本のペダル12～12を有するペダル部10が固着されている。

音源はフルコンサートピアノからサンプリングしており大容量メモリを採用することでグランドピアノの演奏表現として重要なダンパーペダルの共鳴効果も可能にしている。

尚、ハンマーは打弦するためのものではなくグランドピアノに近いタッチ感を得るためであり合成樹脂でハンマーシャンクと一体的に整形されている。低音から高音までハンマーの形状は同じで、合成樹脂に金属粉の混入量を変えることによって、個々のハンマーの重量を低音から高音まで順次軽くなるように通常のフェルトのハンマーと同等なものとしている(特開平9-90938)。これによりタッチを整えるための整調作業も簡便でその狂いも少ない。

　次回は減音ブラスについて解説する。

　　　　　　　　　　　　　　　(以上)