JP2009186886A - 電子打楽器 - Google Patents

Abstract

【課題】正確に打撃の強度を検出することができる電子打楽器を提供する。
【解決手段】胴部２の内周に沿ってリングセンサ４が配設され、リングセンサ４は、ドラムヘッド５の下面の全円周において連続して接触する。リングセンサ４は、胴部２の内周を３等分した位置に設けられたセンサ保持具２ａに緩衝部材２ｂを介して載置される。リングセンサ４の断面は、垂直方向に長辺を有する略長方形であり、ドラムヘッド５の打面５ａには長方形の外周側の長辺の先端が接触し、その先端から略４５度の角度で斜面が形成されている。このことにより、リングセンサ４がドラムヘッド５に接触する面積を少なくすることができ、ドラムヘッド５の振動が妨げられることが少ない。リングセンサ４の下端は、緩衝部材２ｂに形成された溝に載置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子打楽器に関し、特にドラムヘッドに受けた打撃の強度を正確に検出することができる電子打楽器に関するものである。

従来より種々の電子打楽器が提案されており、これらの中には例えば、アコースティック・ドラムを模したいわゆる電子ドラムがある。この電子ドラムは、スティックなどにより打撃されるドラムヘッドと、そのドラムヘッドの振動を検出するセンサとを備え、そのセンサの検出信号に基づいて音源を制御し、打撃に応じた楽音を生成するように構成されている。

特許３７１０５６６号公報（特許文献１）には、ドラムヘッドが網状素材により形成され、そのドラムヘッドのほぼ中央位置にドラムヘッドに加えられた打撃を電気信号に変換するセンサが備えられ、そのセンサにより変換された電気信号に応じて制御情報を生成する電子打楽器が開示されている。
特許３７１０５６６号公報

しかしながら、上述した電子打楽器では、センサがドラムヘッドのほぼ中心位置の振動を検出するように構成されるため、センサに近い位置で打撃された場合は大きな出力が得られるが、センサから離れた位置で打撃された場合は小さな出力となり、ドラムヘッドに加えられた打撃の強度を正確に検出することが困難であるという問題点があった。センサは、同じ強度で打撃された場合に、センサに近い位置で打撃された場合は大きな出力が得られるが、センサから離れた位置で打撃された場合は小さな出力が得られる。

一方、アコースティックの打楽器は、打撃された強度に応じた音量および音色の楽音を発生する。強く打撃された場合は、音量が大きいとともに高調波成分を多く含む楽音が発生され、弱く打撃された場合は、音量が小さく高調波成分をあまり含まない楽音が発生される。よって、電子打楽器においても、打撃の強度に応じた楽音の発生が望まれ、正確に打撃の強度を検出する必要がある。

通常ドラムヘッドの中央部がスティックなどにより打撃され、打撃を検出するセンサをドラムヘッドの中央付近に配置すると、センサの真上が打撃された場合は極端に大きな出力が得られ、センサから離れた位置が打撃された場合は小さい出力が得られる。よって、打撃された位置に応じて検出される打撃の強度が異なり、正確に打撃の強度を検出することが困難であった。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、正確に打撃の強度を検出することができる電子打楽器を提供することを目的としている。

この目的を達成するために、請求項１記載の電子打楽器は、打撃による振動を検出し、その検出された振動に対応する信号を出力するものであり、中空円筒状の胴と、その胴の一方の開口面に配設されるドラムヘッドと、前記胴の内周に沿う円周方向において連続して前記ドラムヘッドと接触し、そのドラムヘッドの振動を検出するリングセンサと、そのリングセンサにより検出された振動に基づいて信号を出力する出力手段とを備えている。

請求項２記載の電子打楽器は、請求項１記載の電子打楽器において、前記リングセンサが形成する円の略中心位置において前記ドラムヘッドの振動を検出するセンターセンサを備え、前記出力手段は、前記リングセンサにより検出された振動に対応する信号と前記センターセンサにより検出された振動に対応する信号とを出力するものである。

請求項３記載の電子打楽器は、請求項２記載の電子打楽器において、前記出力手段により出力された、前記センターセンサにより検出された振動に対応する信号と前記リングセンサにより検出された振動に対応する信号とに基づいて楽音の特性を制御する制御情報を生成する制御情報生成手段を備えている。

請求項４記載の電子打楽器は、請求項３記載の電子打楽器において、前記制御情報生成手段は、前記リングセンサにより振動が検出された時刻と前記センターセンサにより振動が検出された時刻との時間を求め、その時間に基づいて前記ドラムヘッドの打点位置を検出し、前記制御情報として打点位置を表す打点位置情報を生成する。

請求項５記載の電子打楽器は、請求項３または４記載の電子打楽器において、前記リングセンサにより検出された振動の最大値を求める最大値検出手段を備え、前記制御情報生成手段は、その最大値検出手段により検出された最大値に基づいて、前記制御情報として打撃の強度を示すベロシティ情報を生成する。

請求項６記載の電子打楽器において、請求項１から５のいずれかに記載の電子打楽器において、前記ドラムヘッドに加える張力を設定する張力設定手段を備えている。

請求項７記載の電子打楽器は、請求項１から６のいずれかに記載の電子打楽器において、前記リングセンサは、圧電特性を有する合成樹脂により形成されたものである。

請求項８記載の電子打楽器は、請求項１から６のいずれかに記載の電子打楽器において、前記リングセンサは、環状の剛体に打撃検出用素子を貼付したものである。

請求項９記載の電子打楽器は、請求項１から６のいずれかに記載の電子打楽器において、前記リングセンサは、環状の剛体と、中心部と、その中心部から環状の剛体に延設される放射状の複数のフレームと、その中心部に接触する打撃検出用素子とを備えている。

請求項１記載の電子打楽器によれば、中空円筒状の胴の一方の開口面にドラムヘッドが配設され、リングセンサは、胴の円筒の内周に沿う円周方向において連続してドラムヘッドと接触する。そして、ドラムヘッドの振動は、そのリングセンサにより検出され、検出された振動に基づいて出力手段により信号が出力される。センサは、同じ強度で打撃された場合に、センサに近い位置で打撃された場合は大きな出力が得られるが、センサから離れた位置で打撃されると小さな出力が得られ、打撃の強度を正確に検出することが困難である。通常円形のドラムヘッドの中央部がスティックなどにより打撃され、センサをドラムヘッドの中央付近に配置すると、センサの真上が打撃された場合は極端に大きな出力が得られ、センサから離れた位置が打撃された場合は小さい出力が得られる。請求項１によれば、リングセンサは、ドラムヘッドの外周に配置され、リングセンサの真上および直近が打撃されることが少ないので打撃された位置に依らず打撃の強度に応じた出力を得ることができる。よって、正確に打撃の強度を検出することができるという効果がある。

請求項２記載の電子打楽器によれば、請求項１記載の電子打楽器の奏する効果に加え、センターセンサは、リングセンサが形成する円の中心位置においてドラムヘッドの振動を検出し、そのセンターセンサにより検出された振動に基づく信号と、リングセンサにより検出された振動に基づく信号とが出力手段により出力されるので、打撃が行われてドラムヘッドの振動がセンターセンサとリングセンサとにより検出された振動に基づいて発生される楽音を制御することができるという効果がある。

請求項３記載の電子打楽器によれば、請求項２記載の電子打楽器の奏する効果に加え、センターセンサにより検出された振動に対応する信号とリングセンサにより検出された振動に対応する信号とに基づいて制御情報生成手段により楽音の特性を制御する制御情報が生成される。例えば、センターセンサにより検出された振動の大きさと、リングセンサにより検出された振動の大きさとに基づいて打撃の強さを判定し、判定された打撃の強さに応じて音源により発生される楽音を制御する制御情報を生成することができるという効果がある。

請求項４記載の電子打楽器によれば、請求項３記載の電子打楽器の奏する効果に加え、制御情報生成手段は、リングセンサにより振動が検出された時刻とセンターセンサにより振動が検出された時刻との時間を求め、その時間に基づいて前記ドラムヘッドの打点位置を検出し、制御情報として打点位置を表す打点位置情報を生成する。一般に、アコースティックドラムのドラムヘッドの中央付近を打撃した場合は、高調波が少なく、中央から離れるほど、高調波が多くなるという傾向があり、打撃位置により音色が変化する。請求項４によれば、アコースティックドラムのように打撃された位置に応じて音色を変化することができるという効果がある。

請求項５記載の電子打楽器によれば、請求項３または４記載の電子打楽器の奏する効果に加え、リングセンサにより検出された振動の最大値を求める最大値検出手段を備え、前記制御情報生成手段は、その最大値検出手段により検出された最大値に基づいて、前記制御情報として打撃の強度を示すベロシティ情報を生成する。ドラムヘッドの中央部の振動を検出するセンサの出力は、ドラムヘッドの中央部が打撃された場合は、大きく、中央部から離れるほど、小さいので、打撃された強さを検出するのは、困難であるが、リングセンサは、ほとんど打撃位置によらず、打撃強度を検出することができるので、正確な打撃強度に応じたベロシティ情報を生成することができるという効果がある。

請求項６記載の電子打楽器によれば、請求項１から５のいずれかに記載の電子打楽器の奏する効果に加え、ドラムヘッドに付与する張力を設定する張力設定手段を備えているので、ドラムヘッドの張力を調整することができるという効果がある。

請求項７記載の電子打楽器によれば、請求項１から６のいずれかに記載の電子打楽器において、リングセンサは、圧電特性を有する合成樹脂により形成されたものであるので、ドラムヘッドの周囲について均一に振動を検出することができるという効果ある。

請求項８記載の電子打楽器によれば、請求項１から６のいずれかに記載の電子打楽器の奏する効果に加え、リングセンサは、環状の剛体に打撃検出用素子を貼付したものであるので、リングセンサを製作することが容易であり、安価に提供することができるという効果がある。

請求項９記載の電子打楽器によれば、請求項１から６のいずれかに記載の電子打楽器の奏する効果に加え、リングセンサは、環状の剛体と、中心部と、その中心部から環状の剛体に延設される放射状の複数のフレームと、その中心部に接触する打撃検出用素子とにより構成される。よって、圧電素子は、環状の剛体から等距離に位置するので、打撃された位置が円周方向に異なる位置に変化しても、均等な出力を得ることができるという効果がある。

本発明の電子打楽器１は、スティック等を使用して演奏するいわゆる「電子ドラム」と称される電子打楽器であり、打撃による振動を検出するセンサを備えている。そのセンサにより検出された検出信号は、音源に送信され、音源は、打撃に応じた楽音を生成するように構成されており、その生成された楽音は、アンプを介してスピーカから放音される。

まず、本発明の好ましい第１の実施形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態である電子打楽器１の分解斜視図であり、電子打楽器１は、図１に示すように、胴部２と、リングセンサ４と、ドラムヘッド５と、リム６とを主に備えており、これら各部材を順次重ね合わせ、胴部２にリム６を螺着固定することにより、形成される。

胴部２は、電子打楽器１の骨格を成す部材であり、図１に示すように、木材または樹脂により略中空円筒状に形成される。胴部２の上端側（図１上側）には、ドラムヘッド５と、リム６とが覆設される。この胴部２の内周には、リングセンサ４を保持するセンサ保持具２ａが、内周を等分割した３カ所に配設され、胴部２の外周には、外周を等分割した６カ所に、径方向に突出して係合部３が配設される。

係合部３には、垂直方向（円筒の軸と並行）めねじが形成される。このめねじは、係合ボルト７に形成されたおねじと螺合し、係合ボルト７を螺入することにより、胴部２にリム６をドラムヘッド５を挟んで固着すると共に、ドラムヘッド５に張力を付与することができる。

リングセンサ４は、図１に示すように、樹脂によりリング状に形成される。この樹脂には、圧電特性の高いセラミックの微粉末が混入され、リングセンサ４全体が、圧電素子として機能し、リングセンサ４に圧力が引加されると、圧力に応じた電圧を発生する。

リングセンサ４は、胴部２の内周に設けられたセンサ保持具２ａの上に緩衝部材２ｂを介して載置され、リングセンサ４の上端は、胴部２の内周に沿う全円周において連続してドラムヘッド５と接触する。

ドラムヘッド５は、スティック等により打撃される打撃面として構成される部位であり、合成繊維を編み上げた網状素材や合成樹脂により形成されたフィルム状素材からなる打撃面部材５ａを金属材料等からなる正面視略円環状のヘッド枠５ｂに接着して構成されている。

リム６は、図１に示すように、金属材料などにより正面視略円環状に形成され、リム金具６ａに、係合ボルト７が挿入される６つのボルト孔が円周を６等分した位置に形成されている。

係合ボルト７は、胴部２に形成された係合部３と螺合結合し、リム６によりドラムヘッド５に張力を付与するものであり、鋼材により形成されている。

ここで、ドラムヘッド５を電子打楽器１に組み付ける場合には、まず、胴部２の上端側（図１上側）のセンサ保持具２ａに、緩衝部材２ｂを介してリングセンサ４を載置し、次に、ドラムヘッド５をリングセンサ４を挟むように載置する。次に、リム６のボルト孔にそれぞれ係合ボルト７を挿入し、ドラムヘッド５のヘッド枠５ｂを覆うようにかぶせて、各係合ボルト７を胴部２に形成された係合部３のめねじに螺入する。

これにより、リム６と胴部２とでドラムヘッド５を挟持するとともに、ドラムヘッド５とセンサ保持具２ａとでリングセンサ４を挟持する。なお、係合ボルト７の締め付け具合により、ドラムヘッド５に付与する張力を調整することができる。

次に、図２を参照して、電子打楽器１が組み立てられた状態のリングセンサ４とドラムヘッド５とについて説明する。図２（ａ）は、電子打楽器１が組み立てられた状態の側面断面図である。

リム６は、上述したように、正面視略円環状に形成されるリム金具６ａを備え、リム金具６ａは、図２（ａ）に示すように、断面視略Ｌ字形状に屈曲して形成され、その上端部にカバー部材６ｂが覆設される。一方、径方向に延設される縁部には、係合ボルト７が挿入されるボルト孔が形成されると共に、この縁部の下面がドラムヘッド５のヘッド枠５ｂに当接される。

係合ボルト７は、胴部２の外壁に固着された係合部３に螺入され、リム金具６ａが下方に圧下される。リム金具６ａが圧下されると、ドラムヘッド５のヘッド枠５ｂも下方に圧下され、ドラムヘッド５に張力が付与される。よって、係合ボルト７の螺入量を調整することにより、ドラムヘッド５の張力を調整することができる。

図２（ｂ）は、ドラムヘッド５とリム６とを取り外した場合の平面図である。図２（ｂ）に示すように、胴部２の内周に沿ってリングセンサ４が配設され、リングセンサ４は、胴部２の内周を３等分した位置に設けられたセンサ保持具２ａに緩衝部材２ｂを介して載置される。リングセンサ４の断面は、垂直方向に長辺を有する略長方形であり、ドラムヘッド５の打面５ａには長方形の外周側の長辺の先端が接触し、その先端から略４５度の角度で斜面が形成されている。このことによりリングセンサ４がドラムヘッド５に接触する面積を少なくすることができ、ドラムヘッド５の振動が妨げられることが少ない。リングセンサ４の下端は、緩衝部材２ｂに形成された溝に載置される。

胴部２の内壁には、リングセンサ４を支持するセンサ保持具２ａが、２本のねじにより螺着され、センサ保持具２ａは、硬質の樹脂または金属で、側面がＬ字型に成型され、Ｌ字の１辺が胴部２に固着され、その１辺の上端に他の一辺が胴部２の内壁に垂直な方向（図２においては、水平方向）に延設される。この延設された水平面に緩衝部材２ｂが接着剤により貼付される。緩衝部材２ｂは、弾性を有するゴムなどにより成型される板状の部材であり、リングセンサ４の下端が載置される部分に溝が形成されている。リングセンサ４がこの弾性を有する緩衝部材２ｂにより支持されるので、ドラムヘッド５の振動がリングセンサ４により妨げられることが少ない。

以上、説明したように、リングセンサ４は、胴部２の内周に沿って配設され、ドラムヘッド５の全円周に連続して接触し、ドラムヘッド５の振動を電気信号に変換する。一般に、演奏者は、ドラムヘッド５のほぼ中央部分をスティックなどで打撃することにより、打撃音を発生させる。その打撃を検出するセンサが、ドラムヘッド５のほぼ中央に配置された場合、センサの真上を打撃された場合は、大きな振幅が検出されるが、センサから少し離れた位置が同じ強度で打撃された場合の振幅は、それほど大きくない。従って、同じ大きさで打撃を行っても、打撃される位置により発生される楽音の大きさが異なるという問題点があったが、本実施形態のように胴部２の内周に沿ってセンサを配設することにより、ドラムヘッド５の中央部の広い範囲において、打撃を行った場合に、打撃位置により発生される楽音の大きさが異なることがなく正確に打撃を検出することができるという効果がある。

次に、図３〜図５を参照して第２の実施形態について説明する。第１の実施形態では、ドラムヘッド５の振動を検出するセンサは、リングセンサ４のみであるとしたが、リングセンサ４のみでは、振動のレベルを正確に検出することはできるが、打撃された位置を検出することができない。第２の実施形態の電子打楽器１は、リングセンサ４に加え、ドラムヘッド５の中央部の振動を検出するセンターセンサ８を更に備えるものである。

図３は、第２の実施形態の電子打楽器１を示すものであり、図３（ａ）は、図３（ｂ）に示すＢ−Ｂ線での側面断面図であり、図３（ｂ）は、ドラムヘッド５とリム６とを取り外した平面図である。なお、第１の実施形態と同一部分については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図３（ａ）および（ｂ）に示すように、胴部２、リングセンサ４、ドラムヘッド５およびリム６については、第１の実施形態と同一であり、ドラムヘッド５の中央部の振動を検出するセンターセンサ８と、そのセンターセンサ８を支持するフレーム７が追加されたものである。

センターセンサ８は、図３（ａ）に示すように、側面視円錐形に形成されたクッション部材８ａと、そのクッション部材８ａの下部に圧電センサであるピエゾセンサ８ｂが配置され、ピエゾセンサ８ｂは、フレーム７に両面テープで貼付されている。クッション部材８ａは、ドラムヘッド５からの振動をピエゾセンサ８ｂに伝達するための部材であり、クッション部材８ａの上部は、ドラムヘッド５の中央下面に当接し、クッション部材の８ａの下面は、両面テープによりピエゾセンサ８ｂに貼着される。

フレーム７は、図３（ｂ）に示すように中央部に設けられた平面部とその平面部から三方に放射状に胴部２に延設されたフレーム部とにより構成され、平面部の上面にピエゾセンサ８ｂが両面テープにより貼付される。

ピエゾセンサ８ｂは、ドラムヘッド５の中央部の振動を検出するためのセンサであり、ドラムヘッド５の振動を電気信号に変換する。また、ピエゾセンサ８ｂは、図示しない出力信号線を備え、略円板状に形成されている。

図４は、第２の実施形態における電子打楽器１の電気的構成を示すブロック図である。電子打楽器１は、リングセンサ４と、センターセンサ８と、波形成型回路１０と、波形成型回路１１と、Ａ／Ｄ変換器１２と、ＣＰＵ１３と、ＲＯＭ１４と、ＲＡＭ１５と、音源１６と、アンプ１７と、スピーカ１８とを主に備えている。Ａ／Ｄ変換器１２と、ＣＰＵ１３と、ＲＯＭ１４と、ＲＡＭ１５と、音源１６とは、バスにより相互に接続されている。

ＣＰＵ１３は、ＲＯＭ１４に記憶された各種制御プログラムを実行するプロセッサであり、時間を計時するタイマ１３ａを内蔵している。タイマ１３ａは、所定の周波数のクロックを入力し、リングセンサ４とセンターセンサ８とにより検出された打撃の時間差が計測される。

ＲＯＭ１４は、各種制御プログラムや固定値などを記憶する書き換え不能なメモリであり、図５に示すフローチャートの出力処理などを行う制御プログラムが記憶されている。ＲＡＭ１５は、ＣＰＵ１３が各種制御プログラムを実行する際、変数などを一時記憶するワークエリア等を有するランダムにアクセスできるメモリである。ＲＡＭ１５には、フラグを記憶するフラグメモリ１５ａが設けられている。フラグメモリ１５ａに記憶されるフラグは、リングセンサ４により振動が検出された場合にセットされるリングセンサフラグとセンターセンサ８により振動が検出された場合にセットされるセンターセンサフラグとが記憶される。

また、ワークエリアには、リングセンサ４により振動が検出された場合にその振動の最大値が検出され、記憶される。この最大値に基づいて、打撃の大きさを示すベロシティ情報が求められ、出力される。また、ワークエリアには、リングセンサ４により振動が検出された場合に、その検出された時刻ｔ１が記憶され、センターセンサ８により振動が検出された場合に、その検出された時刻ｔ２が記憶される。この時刻ｔ１とｔ２との間の時間に応じて、ドラムヘッド５の打撃された位置が検出され、その位置を示す位置情報が出力される。

リングセンサ４により検出された電気信号は、波形成型回路１０により整流されて包絡線が抽出され、その包絡線が所定のサンプリング周波数でサンプリングされてＡ／Ｄ変換器１２に出力される。同様に、センターセンサ８により検出された電気信号も波形成型回路１１により整流されて包絡線が抽出され、その包絡線が所定サンプリング周波数でサンプリングされてＡ／Ｄ変換器１２に出力される。

サンプリングされた信号は、それぞれＡ／Ｄ変換器１２によりデジタル信号に量子化され、ＣＰＵ１３に出力される。ＣＰＵ１３は、Ａ／Ｄ変換器１２により変換されたデジタル信号を入力し、そのデジタル信号から打撃が行われたか否かを判断すると共に、リングセンサ４とセンターセンサ８により検出された電気信号の時間差を検出し、その時間差に応じた楽音の発生を指示するノートオン情報を音源１６に出力する。なお、このノートオン情報の出力処理については、図５に示すフローチャートを参照して後述する。

音源１４は、入力されるノートオン情報に応じて打楽器音などを発生するもので、各打楽器などの楽音波形をメモリに記憶し、その記憶された波形を読み出して、周波数特性や振幅などを制御して楽音を発生する。音源１６から出力された楽音信号は、アンプ１７により増幅され、スピーカ１８により放音される。

次に、図５を参照して、ＣＰＵ１３により実行される出力処理について説明する。図５は、出力処理を示すフローチャートである。この出力処理は、電子打楽器１の電源が投入されると起動され、電源が遮断されるまで繰り返し行われる処理である。この出力処理では、ドラムヘッド５に加えられた打撃がリングセンサ４により検出され、打撃の強度を示すベロシティ情報が出力される。また、リングセンサ４により検出された打撃の時刻ｔ１と、センターセンサ８により検出された打撃の時刻ｔ２との時間差に応じて打点位置が検出され、その検出された打点位置を示す打点位置情報が出力される。

この出力処理では、まず、初期設定としてフラグメモリ１５ａに記憶されるリングセンサフラグとセンターセンサフラグとを０に設定する（Ｓ１）。また、この時、タイマ１３ａによる計時を開始する。次に、リングセンサフラグが１に設定されているかを判断し（Ｓ２）、リングセンサフラグが１に設定されていない場合は（Ｓ２：Ｎｏ）、リングセンサがまだ、振動を検出していない状態であり、Ａ／Ｄ変換器１２により変換されたリングセンサ４により検出された振動レベルを入力する（Ｓ３）。

次に、そのリングセンサ４により検出された振動レベルが、所定の閾値を超えたか否かを判断する（Ｓ４）。閾値を超えた場合は（Ｓ４：Ｙｅｓ）、その振動レベルの最大値を求め、その求められた最大値をＲＡＭ１５に一時記憶する（Ｓ５）。最大値を求めるには、繰り返しＡ／Ｄ変換器１２により変換された値を読み、今回の値が前回の値より大きい場合は、まだ、最大値に達していないとして再度変換された値を読み、今回の値が前回の値より小さくなった場合は、その前回の値を最大値とする。

この最大値を検出した時、タイマ１３ａが計時する時刻をｔ１としてＲＡＭ１５に記憶し（Ｓ６）、次に、リングセンサフラグを１に設定してリングセンサ４が検出した振動のレベルの最大値を検出したことを記憶しておく（Ｓ７）。

Ｓ２の判断処理において、リングセンサフラグが１に設定されている場合（Ｓ２：Ｙｅｓ）、またはＳ４の判断処理において、リングセンサ４が検出した振動のレベルが所定の閾値を超えていない場合（Ｓ４：Ｎｏ）、またはＳ７の処理を終了した場合は、次にセンターセンサフラグが１に設定されているかを判断する（Ｓ１１）。センターセンサフラグが１に設定されていない場合は（Ｓ１１：Ｎｏ）、センターセンサがまだ振動を検出していない状態であり、センターセンサ８により検出されＡ／Ｄ変換器１２により変換された振動レベルを入力する（Ｓ１２）。次に、その振動レベルが、所定の閾値を超えたか否かを判断し（Ｓ１３）、閾値を超えた場合は（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、タイマ１３ａが計時する時刻をｔ２としてＲＡＭ１５に記憶する（Ｓ１４）。次に、センターセンサフラグを１に設定してセンターセンサが検出する振動レベルが閾値を超えたことを記憶しておく（Ｓ１５）。

Ｓ１１の判断処理においてセンターセンサフラグが１に設定されている場合（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、またはＳ１３の判断処理において、リングセンサ４が検出した振動のレベルが所定の閾値を超えていない場合（Ｓ１３：Ｎｏ）、またはＳ１５の処理を終了した場合は、リングセンサフラグおよびセンターセンサフラグが共に１に設定されているかを判断し（Ｓ２１）、リングセンサフラグおよびセンターセンサフラグが共に１に設定されている場合は（Ｓ２１：Ｙｅｓ）、ＲＡＭ１５に記憶されたリングセンサ４により検出された振動レベルの最大値に基づいて打撃強度を示すベロシティ情報を作成する。このベロシティ情報は、例えば、検出された値に基づいて、変換テーブルを参照し、ＭＩＤＩ規格に合った情報である。作成されたベロシティ情報は、この電子打楽器１に割り当てられたノートナンバと共に、ノートオン情報として出力する（Ｓ２２）。

次に、ＲＡＭ１５に記憶された時刻ｔ１とｔ２とに基づいて、ドラムヘッド５の打撃された位置を示す打点位置情報を作成して出力する（Ｓ２３）。打点位置がドラムヘッド５の中央付近であれば、時刻ｔ１より時刻ｔ２の方が早く、打点位置がドラムヘッド５の中央付近から離れたリム６に近い位置であれば、時刻ｔ２より時刻ｔ１の方が早い時刻となる。よって、これらの時間差に応じて、ドラムヘッド５の半径方向における打点位置を検出することができる。音源１６は、この打点位置を示す打点位置情報を入力し、その打点位置に応じて発生する楽音の音色などの特性を変化して出力する。アコースティックドラムでは、ドラムヘッドの中央付近が打撃された場合は、リム６に近い部分が打撃された場合に比べ、高調波が少ない楽音が発生され、電子打楽器１において、このような態様を模擬することができる。

Ｓ２３の処理を終了した場合は、リングセンサフラグおよびセンターセンサフラグを共に０に設定する（Ｓ２４）。Ｓ２１の判断処理において、リングセンサフラグおよびセンターセンサフラグのいずれかが１ではない場合は（Ｓ２１：Ｎｏ）、またはＳ２４の処理を終了した場合は、その他の処理を行い（Ｓ２５）、Ｓ２の処理に戻る。その他の処理は、図示しない他のセンサからの入力を処理したり、他の操作子の設定に応じて、例えば音量などの設定を行う処理である。

以上、第２の実施形態について説明したように、電子打楽器１は、ドラムヘッド５の中央部の振動を検出するセンターセンサ８と、ドラムヘッド５の外周付近の振動を検出するリングセンサ４とを備え、センターセンサ８により振動が検出された時刻とリングセンサ４により振動が検出された時刻との時間差に応じて、打撃された半径方向の位置を検出し、その検出された値に応じて打点位置情報を出力し、音源１６は、その打点位置情報に応じて楽音の音色等を制御する。

次に、図６を参照して第３の実施形態について説明する。第１の実施形態の電子打楽器では、ドラムヘッド１は、弾性膜により形成され、この弾性膜に張力を付与するものであったが、第３実施形態の電子打楽器１では、ドラムヘッド３１は、剛性を有する第１の部材の上に、弾性を有する第２の部材が貼付されたものである。従って、ドラムヘッド３１に張力を付与する必要はない。

図６（ａ）は、図６（ｂ）に示すＣ−Ｃ線における側面断面図であり、図６（ｂ）は、ドラムヘッド３１と、リム３２とを取り外した状態の電子楽器１の平面図である。なお、第１の実施形態と同一部分については、同一の符号を付し、その説明を省略する。ドラムヘッド３１は、二層構造になっており、下層３１ｂは、鋼板などの剛性の高い薄板により形成され、上層３１ａは、エラストマ等の弾性を有する板材により形成され、これらの層は、接着剤などにより接着される。上層３１ａが弾性を有する板材により形成されることにより、上面をスティックなどで打撃した際の反発力が、胴部２に膜を張った場合と近似するものとなると共に、打撃を行った際に発生される音の大きさを抑制することができる。また、下層３１ｂが剛性の高い薄板により形成されることにより、上層３１ａを平面に保持すると共に、上層３１ａに加えられた打撃により振動し、その振動を速く周囲に伝播することができる。

下層３１ｂの外周は、リングセンサ４の上端に当接し、上層３１ａに加えられた打撃により、下層３１ｂが振動し、その振動が伝播されて、このリングセンサ４により検出される。上層３１ａの外周、周囲には蛇腹１０ｃが形成され、この蛇腹１０ｃは、上層３１ａと一体に成型され、肉厚が薄く、断面が「く」の字状の伸縮自在である。この蛇腹１０ｃにより、ドラムヘッド３１が自由に振動することができると共に、下層３１ｂの下面がリングセンサ４の上端に当接するように構成される。

リム３２は、ドラムヘッド３１の周縁を胴部２とで挟持し、胴部２の上端に覆設され、ネジにより胴部２に螺着される。リム３２と胴部２とは、固着され、ドラムヘッド３１に張力を付与し、その張力を調整する機構は存在しない。

以上、第３の実施形態について説明したように、ドラムヘッド３１に張力を付与しない構造の電子打楽器においても、リングセンサ４によりドラムヘッド３１に加えられた打撃を検出することができる。この場合も、第１の実施形態と同様に、センサの真上や直近が打撃されることが少ないので、ドラムヘッド３１に加えられた打撃の強度を正確に検出することができる。

次に、図７を参照してリングセンサ４の変形例について説明する。図７（ａ）は、図２（ａ）に示す第１の実施形態の変形例を示す側面断面図である。第１実施形態に示すリングセンサ４の上端は、ほぼ４５度の角度で斜面が形成され、ドラムヘッド５とは、線接触するものであったが、図７（ａ）に示すように、リングセンサ４の上部にドラムヘッド５と接触するクッション材４ａを設け、そのクッション材４ａの下部にセンサが備えられた樹脂を形成するようにしてもよい。このことにより、ドラムヘッド５の振動がリングセンサ４に伝播されると共に、ドラムヘッド５の振動がリングセンサ４により妨げられることが少ない。

図７（ｂ）は、リングセンサ４の変形例を示すもので、右側の図は正面図であり、左側の図は、右側の正面図に示されるＤ−Ｄ線における側面断面図である。図７（ｂ）に示すように、リングセンサ２４は、圧電特性を有さない部材、例えば、金属や剛性の高い樹脂などで形成し、そのリングセンサ２４に打撃を検出するための例えばピエゾなどの圧電素子２６を貼付し、その圧電素子２６により振動を検出する。圧電素子２６は、センサ受け板２５に接着剤により固着され、センサ受け板２５は、両面テープ２４ｂによりリングセンサ２４に固着される。

図７（ｃ）は、図７（ｂ）と同様にリングセンサ４の変形例を示すもので、右側の図は正面図であり、左側の図は、右側の正面図に示されるＥ−Ｅ線における側面断面図である。この変形例では、センサ受け板２７は側面がＬ字型に形成され、垂直な辺がリングセンサ２４に固着され、水平な辺に圧電素子２６が貼付される。ドラムヘッド５が、打撃されて振動すると、その振動は、リングセンサ２４に伝播され、リングセンサ２４は、垂直方向に大きな振幅で振動する。圧電素子２６は、円盤状のセンサであって、図７（ｂ）の場合は、センサが垂直に位置し、図７（ｃ）の場合は、水平に位置する。図７（ｃ）に示される場合は、図７（ｂ）に示される場合に比べ、出力される電圧は大きい。なお、図７（ｂ）および図７（ｃ）に示す変形例では、リングセンサ２４の円周方向に一つの圧電素子２６を設けるようにしてもよいし、複数の圧電素子２６を設けるようにしてもよい。

図７（ｄ）は、 図７（ｂ）、図７（ｃ）と同様にリングセンサ４の変形例を示すものであって、リングセンサ２４は、圧電特性を有さない金属や樹脂などの剛性を有する素材で形成し、このリングセンサ２４の内周に高分子樹脂により形成されたシート状の高分子ピエゾシートセンサ２８を貼付したものである。高分子ピエゾシートセンサ２８は、圧電特性の高いセラミックの微粉末が混入された高分子材料をシート状に成形したものであり、圧力が引加されると圧力に応じた電圧を発生する。

次に、図８を参照して、リングセンサ４の他の変形例について説明する。図８は、他のリングセンサ４の変形例を示す図である。図８（ａ）は、ドラムヘッド５と、リム６とを外した状態の平面図であり、図８（ｂ）、図８（ｃ）、図８（ｄ）は、図８（ａ）に示すＧ−Ｇ線における側面断面図である。図８においても、第１の実施形態と同一の部材には同一の部番を付している。

リングセンサ４１は、ドラムヘッド５に接触するリング部４１ａと、中心部と、その中心部４１ｃからリング部４１ａに向けて放射状に延設される３本のスポーク状のフレーム部４１ｂとからなり、これらの部材は、樹脂などの剛体により形成される。中心部４１ｃの下面には、両面接着テープにより打撃を検出するためのピエゾセンサ４ｄが貼付される。

胴部２には、底板２ｃが直径方向に設けられ、この底板２ｃのほぼ中央にクッション４２が載置され、そのクッション４２は、ピエゾセンサ４ｄの下方に位置し、クッション４２の弾性により、ピエゾセンサ４ｄを上方へ押し上げている。

ドラムヘッド５が打撃されるとドラムヘッド５の振動がリング部４１に伝播し、更にフレーム部４１ｂにより伝播されて中心部４１ｃに伝播される。ピエゾセンサ４ｄは、その伝播された振動に応じて電気信号を出力する。図８（ｂ）に示すように、リング部４１は、円周の３カ所においてセンサ保持具２ａにより保持される。

一方、図８（ｃ）に示すように、センサ保持具２ａによる保持を省いてもよい。クッション４２が、リングセンサ４１を上方へ押し上げるように作用するので、ドラムヘッド５が組み付けられた状態では固定される。リング部４１ａの外周と胴部２の内周との間に、スポンジなどにより形成されたスペーサを挿入するようにしてもよい。

また、図８（ｄ）に示すように、リング部４１ａが、円周の３カ所においてセンサ保持具２ａにより保持される場合は、クッション４２を設けずにセンサ保持具２ａの上に緩衝部材２ｂを設けてリング部４１ａを上方へ押し上げるようにしてもよい。

図９は、第２の実施形態の変形例を示すものであり、図８に示すリングセンサ４１と、図３に示すセンターセンサ８とを組み合わせたものである。図９（ａ）は、図９（ｂ）に示すＨ−Ｈ線における側面断面図であり、図９（ｂ）は、図３（ａ）と同様に、ドラムヘッド５とリム部６とを取り外した状態の平面図である。図９（ｂ）に示すように、センターセンサ８を支持するフレーム７の中心部から胴部２の方に放射状に延設される３つの部材は、リングセンサ４１の中心部から延設されるフレーム部４１ｂとは、略６０度の角度をなすように配設される。

図１０は、リングセンサ４の保持方法の変形例を示すものである。図１０（ａ）は、図１０（ｂ）に示すＩ−Ｉ線における側面断面図であり、図１０（ｂ）は、胴部２の中心付近からの見た正面図である。第１の実施形態では、リングセンサ４を保持するリング保持具２ａは、Ｌ字型の部材であってその一辺が胴部２に固着され、他の一辺の上にリングセンサ４を保持する緩衝部材２ｂが形成されるものとしたが、図１０に示すように、リングセンサ３４の下部に凹部を設けると共に、胴部２の内周に３６により弾性を有する樹脂製のワッシャ３５を螺着し、そのワッシャ３５にリングセンサ３４の凹部が、挿入される。樹脂製のワッシャ３５にも、溝が形成され、その溝にリングセンサ３４の凹部が嵌合される。

なお、請求項３に記載の制御情報生成手段は、図５に示すフローチャートのＳ８およびＳ１７の処理が該当する。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

例えば、上記各実施形態では、ドラムヘッド５に加えられた振動を検出するリングセンサ４またはセンターセンサ８が設けられた電子打楽器としたが、更にリム６が打撃されたことを検出するリムセンサを設けるようにしてもよい。

また、第２実施形態では、リングセンサ４により検出された振動の時刻とセンターセンサ８により検出された振動の時刻との時間差により打撃された位置を検出するものとしたが、リングセンサ４により検出された振動のレベルとセンターセンサ８により検出された振動のレベルとにより打撃された位置を検出するようにしてもよい。ドラムヘッド５の中央付近が打撃された場合は、センターセンサ８により検出される振動のレベルは大きく、リングセンサ４により検出される振動のレベルは小さいが、ドラムヘッド５の周縁部が打撃された場合は、逆にセンターセンサ８により検出される振動のレベルは小さく、リングセンサ４により検出される振動のレベルは大きい。

また、上記第１の実施形態では、リングセンサ４が圧電特性の高いセラミックの微粉末が混入された樹脂で成形されるものとしたが、ポリフッ化ビニリデン (ＰＶＤＦ) を成形したものとしてもよい。このポリフッ化ビニリデンは、強誘電性のポリマーであり、圧電性や焦電性を示し、センサとして用いられるものである。また、他の変形例のように、センサ機能を有さないリング形状にこのポリフッ化ビニリデンにより形成されたセンサを貼り付けるようにしてもよい。

また、上記第２の実施形態では、リングセンサ４により検出された振動レベルの最大値を検出した時を、時刻ｔ１としたが、振動レベルが所定の閾値を超えた時を時刻ｔ１としてもよい。

本発明の第１の実施形態である電子打楽器の分解斜視図である。 （ａ）は、電子打楽器の側面断面図であり、（ｂ）は、ドラムヘッドとリムとを取り外した電子打楽器の平面図である。 第２の実施形態である電子打楽器を示すものであり（ａ）は、ドラムヘッドとリムとを取り外した平面図であり、（ｂ）は、側面断面図である。 第２の実施形態における電気的構成を示すブロック図である。 第２の実施形態における出力処理を示すフローチャートである。 第３の実施形態である電子打楽器を示し、（ａ）は、平面図であり、（ｂ）は、側面断面図である。 リングセンサの変形例を示す図である。 リングセンサの他の変形例を示す図である。 第２の実施形態の変形例を示す図である。 リングセンサを保持する方法の変形例を示す図である。

符号の説明

１ 電子打楽器
２ 胴部（胴）
２ａ センサ保持具
２ｂ 緩衝部材
３ 係合部（張力設定手段の一部）
４，２４，４１ リングセンサ
５ ドラムヘッド
５ａ 打撃部材（ヘッドの一部）
６ リム
７ 係合ボルト（張力設定手段の一部）
８ センターセンサ
４ｄ，２６ 圧電素子
４１ａ 剛体
４１ｂ フレーム
４１ｃ 中心部

Claims (9)

1. 打撃による振動を検出し、その検出された振動に対応する信号を出力する電子打楽器において、
   中空円筒状の胴と、
   その胴の一方の開口面に配設されるドラムヘッドと、
   前記胴の内周に沿う円周方向において連続して前記ドラムヘッドと接触し、そのドラムヘッドの振動を検出するリングセンサと、
   そのリングセンサにより検出された振動に基づいて信号を出力する出力手段とを備えていることを特徴とする電子打楽器。
2. 前記リングセンサが形成する円の略中心位置において前記ドラムヘッドの振動を検出するセンターセンサを備え、
   前記出力手段は、前記リングセンサにより検出された振動に対応する信号と前記センターセンサにより検出された振動に対応する信号とを出力するものであることを特徴とする請求項１記載の電子打楽器。
3. 前記出力手段により出力されたセンターセンサにより検出された振動に対応する信号と前記リングセンサにより検出された振動に対応する信号とに基づいて楽音の特性を制御する制御情報を生成する制御情報生成手段を備えていることを特徴とする請求項２記載の電子打楽器。
4. 前記制御情報生成手段は、前記リングセンサにより振動が検出された時刻と前記センターセンサにより振動が検出された時刻との時間を求め、その時間に基づいて前記ドラムヘッドの打点位置を検出し、前記制御情報として打点位置を表す打点位置情報を生成することを特徴とする請求項３記載の電子打楽器。
5. 前記リングセンサにより検出された振動の最大値を求める最大値検出手段を備え、
   前記制御情報生成手段は、その最大値検出手段により検出された最大値に基づいて、前記制御情報として打撃の強度を示すベロシティ情報を生成することを特徴とする請求項３または４記載の電子打楽器。
6. 前記ドラムヘッドに加える張力を設定する張力設定手段を備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電子打楽器。
7. 前記リングセンサは、圧電特性を有する合成樹脂により形成されたものであることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の電子打楽器。
8. 前記リングセンサは、環状の剛体に打撃検出用素子を貼付したものであることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の電子打楽器。
9. 前記リングセンサは、環状の剛体と、中心部と、その中心部から環状の剛体に延設される放射状の複数のフレームと、その中心部に接触する打撃検出用素子とを備えていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の電子打楽器。

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