JP2000338977A

JP2000338977A - 静電容量センサを用いた電子楽器

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Publication number: JP2000338977A
Application number: JP11186223A
Authority: JP
Inventors: Umeko Kato; 梅子加藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2000-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】軽量であり、非接触によっても演奏可能な電子
楽器を提供すること。【解決手段】操作部１と、操作部１に設けた複数の検出
電極１３〜１６と、操作部に設けられると共に検出電極
と絶縁手段１２により絶縁されたアース電極１１と、操
作体による操作部に対する操作により検出電極１３〜１
６とアース電極１１間の静電容量の変化を検出すると共
に、該複数の検出電極１３〜１６に対応する複数の検出
回路２３〜２６と、複数の検出回路２３〜２６が並列に
接続された制御回路３５とを有し、制御回路３５は、検
出回路２３〜２６の検出状態により、対応する音階の発
音を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、接触又は非接触に
より演奏可能な電子楽器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、鍵盤により演奏する電子楽器は、
鍵盤を押し下げることにより、鍵盤に連動したスイッチ
が作動し、該スイッチの断続信号が制御回路に送信さ
れ、該制御回路は、電子楽器内部に設けた音源回路、又
は、電子楽器に接続された外部の音源回路を作動させ、
該スイッチに対応する音階の音を音源に予め記憶させた
音色により発音していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の電子楽
器は、鍵盤の機械的な上下運動を必要とするため、鍵盤
を直接操作する必要があり、また、鍵盤の上下行程の厚
みが必要であると共に、鍵盤の機械的な強度を必要とす
るため、電子楽器全体の重量が重くなるという問題点が
あった。

【０００４】本発明は、上記の電子楽器の問題点を解決
しつつ、全く新しい演奏法をも可能にする電子楽器を提
供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る電子楽器
は、操作部と、該操作部に設けた複数の検出電極と、該
操作部に設けられると共に該検出電極と絶縁手段により
絶縁されたアース電極と、操作体による操作部に対する
操作により該検出電極とアース電極間の静電容量の変化
を検出すると共に、該複数の検出電極に対応する複数の
検出回路と、該複数の検出回路が並列に接続された制御
回路とを有し、該制御回路は、該検出回路の検出状態に
より、対応する音階の発音を制御するというものであ
る。

【０００６】本発明に係る電子楽器の他の技術的特徴
は、請求項２乃至請求項９に記載されており、詳しく
は、後述する各実施の形態に説明されている。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明に係る第１の実施の形態の
電子楽器を図１乃至図３を参照しつつ説明する。本実施
の形態の電子楽器は、教育用の電子楽器であり、教室等
の黒板等に懸架して使用する。

【０００８】符号１は、２オクターブの鍵盤表示部２
と、各音階毎の複数の検出回路チップを該鍵盤表示部２
の上縁に収納した収納部３とを備えた操作部である。
尚、符号４は、この操作部を黒板等に懸架するための吊
環である。

【０００９】操作部１の右端下方には、ユニット６に接
続するためのケーブル５が接続されている。このユニッ
ト６の内部には、後述する制御回路３６、音源回路３
７、増幅回路３８、スピーカ３９等が収納されており、
また、その上面には、制御回路等を操作する操作盤７が
設けられている。

【００１０】図２に示すように、操作部１は、可撓性の
合成樹脂製のベースシート１０、該ベースシート１０の
表面に導電性の金属被膜により形成したアース電極１
１、絶縁手段である合成樹脂製の絶縁シート１２、該絶
縁シート１２の表面に間隔を隔てて配設され、且つ、相
互に絶縁された導電性金属被膜で形成した各検出電極１
３〜１６、合成樹脂製の表面シート１７とを、順に積層
して構成する。

【００１１】上記各検出電極１３〜１６は、表面シート
１７に印刷された音階表示手段である白鍵表示１８及び
黒鍵表示１９の直下に、夫々、対応するように配設さ
れ、また、夫々、検出回路チップ２３〜２６に接続され
ている。

【００１２】次に、本電子楽器の構成を図３を参照しつ
つ説明する。尚、検出回路チップは、２オクターブに渡
る全ての白鍵表示及び黒鍵表示に対応する数だけ存在
し、各検出回路チップは、並列に制御回路に接続されて
いる。尚、図３においては、検出回路チップ２３のみが
表示されている。

【００１３】この検出回路チップ２３は、一連に接続さ
れたパルス信号発生回路３１と、差動増幅器３２と、Ａ
Ｃ−ＤＣ変換部３３と、比較部３４とから成る。回路３
１から出力されたパルス信号Ｖ１は分枝され、分枝され
たパルス信号は、抵抗３５と検出電極１３とアース電極
１１間の静電容量の増大により、パルス信号の波形に変
化（鈍り）が生じる。

【００１４】差動増幅器３２は、パルス信号Ｖ１と、静
電容量の変化により形成されたパルス信号Ｖ２の電圧差
を増幅し、さらに、この出力Ｖ３を変換部３３により直
流電圧に変換する。比較部３４は、変換部３３の出力Ｖ
４を、予め設定されている検出しきい値と比較し、この
しきい値よりもＶ４が大きい場合、制御回路３６により
検出状態が確認される。

【００１５】制御回路３６は、上記各検出回路チップの
検出状態や、制御盤７からの操作情報を処理し、音源回
路へ制御信号を送信するものである。音源回路部３７の
メモリには、予め音色が記憶されている。

【００１６】以下、本実施の形態の作用を説明する。操
作者である教師等が、表面シートに印刷されている鍵盤
表示を指で触れると、当該部分の電荷量が増大し、該鍵
盤表示の直下に位置する一の検出電極とアース電極間の
静電容量が増大し、当該検出電極に接続されている検出
回路チップを介して制御回路３６が検出状態を確認す
る。この制御回路３６は、音源回路３６へ制御信号を送
信する。この制御信号を受信した音源回路３７は、当該
音階を予め記憶された音色でアナログ信号に変換し、該
アナログ信号は、増幅回路３８により増幅された後、ス
ピーカ３９から放射される。

【００１７】本実施の形態によれば、操作部１が合成樹
脂シートを主体に形成されているため、軽量であり、且
つ、折り畳むことが可能である。また、鍵盤表示に電荷
の変動を与えるだけで発音させることができるため、指
ではなく、指示棒等を接触させるだけで発音させること
も可能である。

【００１８】本発明に係る第２の実施の形態の電子楽器
を図４乃至図３を参照しつつ説明する。本実施の形態の
電子楽器は、掌等を操作部に非接触で近接させて演奏す
る電子楽器である。従って、電子ピアノ等のように鍵盤
を操作する際に生じる打音等は一切発生しない。

【００１９】符号４０は、２オクターブづつの第１操作
部４１と第２操作部と４２から成る連続した４オクター
ブを構成する操作部である。この操作部４０は、高さ８
０ｃｍ程度の高さに支柱（図示せず）により支持されて
いる。演奏者は、第１操作部４１と第２操作部４２の中
央に立ち演奏する。

【００２０】第１及び第２操作部４１、４２は、図５に
示すように、合成樹脂製のベース板５０、該ベース板５
０の表面に導電性の金属シートにより形成したアース電
極５１、合成樹脂製の絶縁シート５２、該絶縁シート５
２の表面に間隔を隔てて配設され、且つ、相互に絶縁さ
れた導電性金属被膜で形成した一組の第１検出電極５３
及び第２検出電極５４、合成樹脂製の表面シート５５と
を、順に積層して構成する。

【００２１】各第１及び第２検出電極は、表面シート１
７に印刷された白鍵表示及び黒鍵表示の直下に、夫々、
各白鍵表示又は黒鍵表示毎に対応するように配設されて
いる。また、第１及び第２検出電極５３、５４は、夫
々、ベース板の裏面に配設した第１検出回路６１及び第
２検出回路６３に接続されている。さらに、この第１及
び第２検出回路６１、６２は、並列に制御回路６４に接
続されている。尚、第１及び第２検出回路の具体的構成
は、上記第１の実施の形態の検出回路チップと同一であ
る。

【００２２】図７に示す破線は、操作部４０の上方に現
れる第１及び第２検出電極５３、５４の各検出領域Ｒ
１、Ｒ２を示している。そして、第１検出電極５３の最
大検出距離Ｌ１は、第２検出電極５４の最大検出距離Ｌ
２よりも長くなるように、各検出回路６１、６２のしき
い値が調整されている。

【００２３】次に、本実施の形態の作用を説明する。図
７において、操作部表面の鍵盤表示部分に掌を近づけて
行くと、最初に、第１検出電極５３の検出領域Ｒ１に掌
が侵入し、第１検出回路６１が検出状態になったことを
制御回路６３が確認する。さらに、掌が近づいて行く
と、第２検出電極５４の検出領域Ｒ２に掌が侵入し、第
２検出回路６２が検出状態になったことを制御回路６３
が確認する。

【００２４】制御回路６３は、第１検出回路６１が検出
状態になってから第２検出回路６２が検出状態になるま
での時間、即ち、掌がＬ１とＬ２の間隔であるＬ３の距
離を移動するに要した時間を計時し、その時間差信号を
生成する。

【００２５】制御回路６３は、どの鍵盤に掌が近接した
かを示す音階信号と、上記時間差信号とを、ＭＩＤＩ
（ＭｕｓｉｃａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓＤｉｇｉ
ｔａｌＩｎｔｅｒｆａｃｅ）の規格に適合する信号に変
換し出力する。この時間差信号は、発音の程度を制御す
ることに用いられ、例えば、速度の大小を当該音階の音
量の強弱として使用することができる。また、例えば、
速度の大小を当該音階の音質の変化としても使用するこ
とができる。

【００２６】本実施の形態では、第１及び第２操作部４
１、４２が弧状になっているため、図４に示すように、
一の鍵盤表示７０から当該鍵盤表示から離れて存在する
他の鍵盤表示７１へ掌を直線的に移動させた場合、両鍵
盤の７０、７１の中間に存在する複数の鍵盤表示７１に
おいて、移動中の掌（破線で示されている）は、この鍵
盤表示７１から距離Ｌ離間する。

【００２７】上記のように、両鍵盤表示７０、７１間に
位置する複数の鍵盤表示７１と掌は距離Ｌ離間するた
め、これら鍵盤表示７１の検出電極は、掌の電荷の影響
を受け難くなり、掌の移動中の希望しない発音を回避す
ることができる。

【００２８】本発明に係る第３の実施の形態の電子楽器
を図８乃至図１０参照しつつ説明する。本実施の形態の
電子楽器は、上記第２の実施の形態と略同様の弧状の操
作部を有した電子楽器である。

【００２９】図８に示すように、本実施の形態の電子楽
器の操作部８０は、操作部内側に位置する白鍵表示群
と、操作部外側に位置する黒鍵表示群の間に段差８６が
設けられており、黒鍵表示群の方が高さＬ５だけ白鍵表
示群よりも上方に位置する。

【００３０】操作部８０は、合成樹脂製のベース板８
１、該ベース板８１の表面に導電性の金属シートにより
形成したアース電極８２、合成樹脂製の絶縁シート８
３、該絶縁シート８３の表面に設けた検出電極８４と、
合成樹脂製の表面シート８８とを順に積層して構成す
る。

【００３１】本実施の形態の検出回路９０は、一連に接
続されたパルス信号発生回路９１、位相比較回路９２及
びＡＣ／ＤＣ変換部９３と、検出抵抗９４、９５と、基
準コンデンサ９６とから成る。回路９１から出力された
パルス信号は分枝され、分枝されたパルス信号は、抵抗
９４及び検出電極８４とアース電極８２間の静電容量の
増大により、パルス波形に変化（鈍り）が生じる。

【００３２】位相比較回路９２は、上記パルス波形の変
化量を、抵抗９５及び基準コンデンサ９６により生じた
パルス波形の変化量と比較し、変化量に比例した長さの
パルス波形を出力する。このパルス波形は、ローパスフ
ィルタ等により構成したＡＣ／ＤＣ変換部により直流電
圧に変換され、最終的に、上記変化量が小さい場合には
低い電圧を、また、大きい場合には高い電圧を制御回路
９７へ出力する。

【００３３】制御回路９７は、ＡＣ／ＤＣ変換部からの
電圧の高低を掌の接近の時間差信号に変換する。そし
て、当該回路９７は、どの鍵盤に掌が近接したかを示す
音階信号と、上記時間差信号とを、ＭＩＤＩ（Ｍｕｓｉ
ｃａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓＤｉｇｉｔａｌＩ
ｎｔｅｒｆａｃｅ）規格に適合する信号に変換し出力す
る。

【００３４】本実施の形態において、白鍵表示郡と黒鍵
表示郡との間には、段差８６が設けられており、黒鍵表
示群の方が高さＬ５だけ白鍵表示群よりも上方に位置す
る。このため、白鍵表示群の一の検出電極８４の最大検
出距離Ｌ６と黒鍵表示群の一の検出電極８７の最大検出
距離Ｌ７が同一になるように設定されている場合、検出
電極８４の検出領域Ｒ６よりも当該検出電極８７の検出
領域Ｒ７が上方に存在するため、黒鍵表示部を発音させ
るために手を伸ばした場合でも、白鍵表示部の検出領域
に手の一部が侵入し、誤って発音することを防止するこ
とができる。

【００３５】同様の効果は、黒鍵表示部の検出回路の検
出感度を、白鍵表示部の検出回路の検出感度よりも上昇
することにより達成することができる。この場合には、
白鍵表示部と黒鍵表示部の間の段差を設けなくてもよ
い。

【００３６】本発明に係る第４の実施の形態の電子楽器
の音程（ピッチ）操作部を図１１に示す。当該操作部に
は、上記第３の実施の形態の検出回路９０と同様の構成
を有する第１検出回路１１０及び第２検出回路１１１を
使用する。

【００３７】音程操作部１００は、鍵盤操作部１０１の
前面左側に設けられている。この操作部１１は、鍵盤操
作部１０１の表面よりも段差１０２により低い位置に設
けられ、鍵盤操作部の操作により誤って操作されること
が防止されている。

【００３８】音程操作部１００は、合成樹脂製のベース
板１０３、該ベース板１０３の表面に導電性の金属シー
トにより形成したアース電極１０４、合成樹脂製の絶縁
シート１０５、該絶縁シート１０５の表面に指の幅に相
当する間隔１０７を隔てて配設され、且つ、相互に絶縁
された導電性金属被膜で形成した一組の第１検出電極１
０６及び第２検出電極１０８、合成樹脂製の表面シート
１０９とを、順に積層して構成する。符号１１０は、表
面シート１０９の表面に印刷した音程操作表示である。

【００３９】上記第１及び第２検出電極１０６、１０８
は、夫々、第１及び第２検出回路１１０、１１１に接続
されている。この第１検出電極１０６と第１検出回路１
１０は、音程を低くする操作を検出し、また、第２検出
電極１０８と第２検出回路１１１は、音程を高くする操
作を検出する。これらの検出回路１１０、１１１は、並
列に電圧比較回路１１２に接続されている。

【００４０】以下、本実施の形態の作用を説明する。例
えば、指を図１２に示す矢印方向へ指を移動させてゆく
と、当該指が第２検出電極に電荷の変動を与える面積が
減少して行く。指がＰ１、Ｐ２の位置にあるとき、指に
よる電荷の増大を第２検出電極１０８に与える面積は、
夫々、面積Ｓ１、Ｓ２になる。従って、指がＰ１に位置
する場合よりもＰ２に位置する場合の方が、第２検出電
極１０８とアース電極間の静電容量は小さくなる。この
ため、第２検出回路１１１から出力される電圧も指がＰ
１に位置する場合よりもＰ２に位置する場合の方が低く
なる。

【００４１】電圧比較回路１１２は、第１検出回路１１
０の出力電圧から第２検出回路１１１からの出力電圧を
減じ、これを比較電圧として制御回路１１３へ出力す
る。制御回路１１３は、比較電圧の正負の極性とその電
圧値に応じて音程を調整する。

【００４２】本実施の形態は、音程操作部であるが、単
一の検出電極及び該検出電極に接続した検出回路によ
り、音階を連続的に操作する電子楽器を構成することも
可能である。

【００４３】上記の各実施の形態において、主に、操作
部の操作を手で行ったが、この操作部を操作する操作体
は、手に限定されない。人体の他の部分、例えば、足や
肘等であっても良く、また、手にもった棒状等の部材で
あっても良い。

【００４４】さらに、上記の各実施の形態からも理解で
きるように、制御回路の設定により、音階、音量、音
程、音色、又はこれらの組み合わせを調整することが可
能である。さらに、上記第４の実施の形態の音程操作部
の構成は、シーケンサ部及び打楽器等の音色を記憶させ
た音源部を組み合わせたいわゆるリズムマシンや、シー
ケンサ等のテンポの調整に使用することが可能である。

【００４５】上記の第１乃至第３の各実施の形態におい
て、表面シートを必ずしも設ける必要はなく、検出電極
が露出させることも可能である。尚、第４の実施の形態
においては、検出電極が露出されている場合、これに操
作体が直接接触すると、検出電極とアース電極間の静電
容量が極めて大きくなり検出不能となるため、表面シー
トを設けることは必須である。

【００４６】上記の各実施の形態において、絶縁シート
の代わりに、検出電極とアース電極間を間隔を空けて設
けても良く、両電極間が絶縁できるのであれば、その方
法を問わない。また、検出電極とアース電極の形状も限
定されない。また、検出電極とアース電極は、必ずしも
対向して配設される必要はなく、両者間の静電容量が検
出できる状態に配設されていれば、その位置関係等は限
定されない。

【００４７】また、本発明に係る電子楽器等は、操作体
を操作部に接触させて操作するか、または、接触するこ
となく近接させることにより操作するかは、検出回路の
感度調整により適宜選択可能である。また、近接させて
操作する場合、検出回路の検出感度を調整することによ
り、操作可能な領域を自由に設定できるため、様々な演
奏スタイル（演出）に適応させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の電子楽器の斜視図
である。

【図２】図１の電子楽器の操作部の部分説明図である。

【図３】図１の電子楽器の回路図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態の電子楽器の平面図
である。

【図５】図４の電子楽器の操作部の部分説明図である。

【図６】図４の電子楽器の回路図である。

【図７】図４の電子楽器の検出領域を示す説明図であ
る。

【図８】本発明の第３の実施の形態の電子楽器の部分説
明図である。

【図９】図８の電子楽器の回路図である。

【図１０】図８の電子楽器の検出領域を示す説明図であ
る。

【図１１】本発明の第４の実施の形態の電子楽器の音程
操作部の部分斜視図である。

【図１２】図１１の音程操作部の説明図である。

【図１３】図１１の音程操作部の回路図である。

【符号の説明】

１操作部２鍵盤表示部３収納部４吊環５ケーブル６ユニット７操作盤１０ベースシート１１アース電極１２絶縁シート１３、１４、１５、１６検出電極２３、２４、２５、２６検出回路３１パルス信号発生回路３２差動増幅器３３ＡＣ／ＤＣ変換器３４比較部３５抵抗３６制御回路３７音源回路３８増幅器３９スピーカ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】操作部と、該操作部に設けた複数の検出
電極と、該操作部に設けられると共に該検出電極と絶縁
手段により絶縁されたアース電極と、操作体による操作
部に対する操作により該検出電極とアース電極間の静電
容量の変化を検出すると共に、該複数の検出電極に対応
する複数の検出回路と、該複数の検出回路が並列に接続
された制御回路とを有し、該制御回路は、該検出回路の
検出状態により、対応する音階の発音を制御する電子楽
器。
【請求項２】操作部と、該操作部に設けた複数の組と
なる第１検出電極及び第２検出電極と、該操作部に設け
られると共に該第１及び第２検出電極と絶縁手段により
絶縁されたアース電極と、操作体による操作部に対する
操作により該第１検出電極とアース電極間の静電容量の
変化を検出すると共に、該複数の検出電極に対応する複
数の第１検出回路と、操作体による操作部に対する操作
により該第２検出電極とアース電極間の静電容量の変化
を検出すると共に、該複数の検出電極に対応する複数の
第２検出回路と、該複数の組となる第１検出回路及び第
２検出回路が並列に接続された制御回路とを有し、該制
御回路は、該第１検出回路の検出状態になってから該第
２検出回路の検出状態になるまでの時間を計時する電子
楽器。
【請求項３】操作部と、該操作部に設けた複数の検出
電極と、該操作部に設けられると共に該検出電極と絶縁
手段により絶縁されたアース電極と、操作体による操作
部に対する操作により該検出電極とアース電極間の静電
容量の変化を検出すると共に、該複数の検出電極に対応
する複数の検出回路と、該複数の検出回路が並列に接続
された制御回路とを有し、該制御回路は、該検出回路の
検出状態により対応する音階の発音を制御すると共に、
該検出電極とアース電極間の静電容量の大小により対応
する音階の発音の程度を制御する電子楽器。
【請求項４】前記操作体による前記操作部の操作は、
前記操作体が前記操作部に接触することなく行われる請
求項１乃至請求項３の何れかに記載の電子楽器。
【請求項５】前記操作部には、音階表示がなされ、該
音階表示に対応する位置に前記検出電極、又は、前記組
となる第１検出電極及び前記第２検出電極が配設されて
いる請求項１乃至請求項３の何れかに記載の電子楽器。
【請求項６】前記操作部には、複数の前記検出電極、
又は、前記組となる第１検出電極及び第２検出電極が弧
状に並設されている請求項１乃至請求項３の何れかに記
載の電子楽器。
【請求項７】前記検出電極、又は、前記組となる第１
検出電極及び第２検出電極は、他の検出電極、又は、他
の組となる第１検出電極及び第２検出電極と操作体接近
方向での位置を異にするように配設されている請求項１
乃至請求項３の何れかに記載の電子楽器。
【請求項８】前記検出回路、又は、前記組となる第１
検出回路及び第２検出回路は、他の検出回路、又は、他
の組となる第１検出回路及び第２検出回路と操作体接近
方向での検出領域を異にするように設定されている請求
項１乃至請求項３の何れかに記載の電子楽器。
【請求項９】操作部と、該操作部に設けた組となる第
１検出電極及び第２検出電極と、該第１検出電極及び該
第２検出電極を操作体から絶縁するための第１絶縁手段
と、該操作部に設けられると共に該第１及び第２検出電
極と第２絶縁手段により絶縁されたアース電極と、操作
体による操作部に対する操作により該第１検出電極とア
ース電極間の静電容量の変化を検出すると共に、該検出
電極に対応する第１検出回路と、操作体による操作部に
対する操作により該第２検出電極とアース電極間の静電
容量の変化を検出すると共に、該検出電極に対応する第
２検出回路と、該第１検出回路の検出状態と該第２検出
回路の検出状態とを比較する比較回路と、該比較回路に
接続された制御回路とを有し、該制御回路は、該比較回
路の比較信号により、発音又は発音の程度を制御する電
子楽器。