JP2017146461A - 電子打楽器 - Google Patents

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Abstract

【課題】アコースティックの打楽器の奏法を模擬できる電子打楽器を提供すること。【解決手段】軸方向端面が開口する筒状の胴部の軸方向端面に、表面が打撃されるヘッドが取り付けられる。静電容量センサは、ヘッドの表面側に位置する人体等の被検出導体に対して静電容量を生じる電極を有する。電極と被検出導体との距離に応じた静電容量の変化を静電容量センサが検出するので、ヘッドへの被検出導体の接近(接触)や、被検出導体によるヘッドへの押圧を判断できる。その結果、アコースティックの打楽器の奏法を模擬できる。【選択図】図2

Description

本発明は電子打楽器に関し、アコースティックの打楽器の奏法を模擬できる電子打楽器に関するものである。
従来より、シェルの開口端にヘッドを被せ、ヘッドの外縁リングを環状のリムにより押さえつけて固定するアコースティックのドラム等の打楽器を模した電子打楽器が知られている。アコースティックの打楽器の奏法には、リムとヘッドとをスティックにより同時に打撃するオープンリムショットや、スティックを把持した手でヘッドの表面を押さえながらスティックによりリムを打撃するクローズドリムショットがある。
これらの奏法の違いを電子打楽器で表現するために、リムの半周にそれぞれ第1のリムショットスイッチ及び第2のリムショットスイッチを設け、リムへの打撃により第1のリムショットスイッチがONになったときにクローズドリムショットであると判断し、第1のリムショットスイッチがOFF且つ第2のリムショットスイッチがONになったときにオープンリムショットであると判断する電子打楽器がある(特許文献1)。
特許第3614124号公報
しかし、上記従来の技術では、実際のアコースティックの打楽器の奏法とは異なることがある。
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、アコースティックの打楽器の奏法を模擬できる電子打楽器を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段および発明の効果
この目的を達成するために、請求項1記載の電子打楽器によれば、軸方向端面が開口する筒状の胴部の軸方向端面に、表面が打撃されるヘッドが取り付けられる。静電容量センサは、ヘッドの表面側に位置する人体等の被検出導体に対して静電容量を生じる電極を有する。電極と被検出導体との距離に応じた静電容量の変化を静電容量センサが検出するので、ヘッドへの被検出導体の接近(接触)や、被検出導体によるヘッドへの押圧を判断できる。その結果、アコースティックの打楽器の奏法を模擬できる効果がある。
請求項2記載の電子打楽器によれば、ヘッドの裏面側に電極が配置され、ヘッドの表面と電極との間が、基準電位点に非接続の導体、及び、絶縁体の1種以上からなる、即ち、ヘッドの表面と電極との間に基準電位点に接続された導体がない。これにより、電極への被検出導体の接近による静電容量の変化を静電容量センサが検出できる。その結果、請求項1記載の効果と同様に、アコースティックの打楽器の奏法を模擬できる効果がある。
請求項3記載の電子打楽器によれば、基準電位点に接続される導体部が電極よりも胴部の軸直角方向外側に配置される。導体部が静電シールドとして機能するので、導体部よりも胴部の軸直角方向外側では、人体等の導体が電極に接近することによって静電容量センサが検出する静電容量が変化することを抑制できる。これにより、請求項1又は2の効果に加え、導体部よりも胴部の軸直角方向外側では、電極への導体の接近による静電容量センサの誤検出を抑制できる効果がある。
請求項4記載の電子打楽器によれば、ヘッドの裏面から所定距離を隔てて配置される底部が胴部に固定され、底部からヘッドへ向かって複数の突起部が延びる。電極とヘッドとが所定距離を隔てて、複数の突起部の先端に電極が取り付けられる。その結果、請求項1から3のいずれかの効果に加え、複数の突起部の高さをそれぞれ設定することにより、底部に対する電極の傾斜を容易に設定できる効果がある。
請求項5記載の電子打楽器によれば、ヘッドの裏面から所定距離を隔てて配置される底部が胴部に固定される。底部は電極が設けられる電極面を備えている。電極面の形状に沿わせて電極を容易に取り付けたり、形成したりできる。従って、請求項1から3のいずれかの効果に加え、電極の取付作業性や形成作業性を容易にできる効果がある。
請求項6記載の電子打楽器によれば、ヘッドの裏面から所定距離を隔てて電極が配置され、ヘッドに対向する電極の一面が胴部の軸直角方向内側へ向かうにつれてヘッドから離れるように傾斜する。打撃時に変位が小さいヘッドの外周側を電極に近づけることができるので、被検出導体とヘッドとの距離に対して静電容量センサが検出する静電容量の変化を大きくできる。その結果、静電容量センサの検出精度を向上できる。
打撃時に変位が大きいヘッドの中心側を電極から遠ざけることができるので、ヘッドと電極とを接触し難くできる。従って、請求項1から5のいずれかの効果に加え、ヘッドと電極との接触を抑制しつつ、静電容量センサの検出精度を向上できる効果がある。
請求項7記載の電子打楽器によれば、複数に分割される電極の各々がヘッドに対向または接触するので、請求項1から6のいずれかの効果に加え、ヘッドの表面に平行な方向における被検出導体の位置を検出できる効果がある。
請求項8記載の電子打楽器によれば、複数に分割される電極の各々が略同一形状に形成されるので、各電極に対する静電容量センサの検出感度を均一化できる。従って、請求項7の効果に加え、ヘッドの表面に平行な方向における被検出導体の位置の検出精度を向上できると共に、各電極に対する静電容量センサの検出処理を同一にできる効果がある。
請求項9記載の電子打楽器によれば、静電容量センサは、電極と基準電位点との間の寄生容量の変化を検出する。このような自己容量方式の静電容量センサでは、電極を単純化できる。その結果、請求項1から8のいずれかの効果に加え、電極の部品コストを抑制できる効果がある。
本発明の第1実施の形態における電子打楽器の分解斜視図である。 電子打楽器の断面図である。 静電容量センサの電気的構成を示した模式図である。 第2実施の形態における電子打楽器の模式図である。 第3実施の形態における電子打楽器の断面図である。
以下、本発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照して説明する。まず、図1及び図2を参照して電子打楽器10について説明する。図1は本発明の第1実施の形態における電子打楽器10の分解斜視図であり、図2は電子打楽器10の断面図である。なお、図1及び図2は図2の一点鎖線で示すケーブル27を除いてその他の配線が省略して図示される。また、図1紙面上側を電子打楽器10の上方、図1紙面下側を電子打楽器10の下方とする。
図1及び図2に示すように、電子打楽器10は、演奏者が持つスティック等を使用して演奏されるドラムを模擬した電子楽器である。電子打楽器10は、上端である第1端11a側の軸方向端面が開口するシェル11(胴部)と、シェル11の第1端11a側の軸方向端面を覆って表面が打撃されるヘッド12と、ヘッド12の外周部分に取り付けられるリム13と、シェル11に固定されてリム13が取り付けられる固定部14と、ヘッド12の裏側かつシェル11の内側に設けられるフレーム20と、フレーム20に取り付けられるセンサ部30と、静電容量の変化を検出する静電容量センサ40とを備える。
電子打楽器10は、演奏者がスティック等(図示せず)を用いてヘッド12やリム13を打撃し、その打撃に基づくセンサ部30及び静電容量センサ40からの検出結果を音源装置(図示せず)へ出力し、センサ部30及び静電容量センサ40からの検出結果に基づいた楽音信号を音源装置により生成する。その楽音信号をアンプ(図示せず)を介してスピーカ(図示せず)へ出力し、楽音信号に基づく電子楽音をスピーカから放音する。
シェル11は、第1端11a側の軸方向端面、及び、下端である第2端11b側の軸方向端面が開口する円筒状の金属製(導体)の部材であり、第1端11a及び第2端11bの縁が丸めてある。シェル11は、外径が14インチに形成される。なお、シェル11の外径は14インチに限らず、14インチ未満または14インチよりも大きい外径のシェル11を用いることが可能である。また、シェル11が金属により構成される場合に限らず、シェル11を非金属の導体(例えば、導電性ポリマーやグラファイト)により構成することも可能である。
ヘッド12は、演奏者が持つスティック等によって打撃される打面として構成される部材であり、円板状の膜部材12aと、膜部材12aの外周縁に設けられる円環状の枠部12bとを備える。膜部材12aは、合成繊維(絶縁体)を編み上げたメッシュ状素材や合成樹脂(絶縁体)により形成されたフィルム状素材により形成される。枠部12bは、金属製の部位であり、膜部材12aの外周縁が接着される。なお、枠部12bに膜部材12aの外周縁を接着する場合に限らない。例えば、膜部材12aの外周縁を芯金に巻き付け、その周りを枠部12bで包むようにかしめて枠部12bに膜部材12aの外周縁を固定することも可能である。
リム13は、ヘッド12に張力を付与する円環状の部材である。リム13は、下端(第2端11b側の端部)が枠部12bに接触する円筒状の枠接触部13aと、枠接触部13aの上端(枠部12bに接触する端部とは反対側の端部)に全周に亘って設けられる円環状の弾性部材13bと、枠接触部13aの下端から径方向へ張り出す円環状のフランジ部13cとを備える。
枠接触部13aは、枠部12bを押さえるための部位であり、枠接触部13aの内径がシェル11の外径よりも大きく、且つ、枠部12bの外径よりも小さい寸法に設定される。弾性部材13bは、演奏者によって打撃される部位であり、スポンジやゴム、熱可塑性エラストマ等の弾性材料により構成される。これにより、リム13が打撃されたときの打撃音を小さくできる。フランジ部13cは、ボルト15をそれぞれ挿入する複数の孔が設けられる。
固定部14は、リム13をシェル11に固定するための部材である。固定部14は、シェル11の第2端11bにねじ(図示せず)で固定される環状部14aと、環状部14aから径方向外側へ張り出して形成される複数の張出部14bと、複数の張出部14bから第1端11a側へそれぞれ延びる複数の被締結部14cとを備える。
環状部14aは、合成樹脂製の円環状の部位である。張出部14bは、環状部14aの外周側に被締結部14cを設けるための部位であり、環状部14aと一体に形成される。被締結部14cは、ボルト15を締結するためのねじ山を内周面に有する円筒状の金属製の部位であり、張出部14bにねじ(図示せず)で固定される。なお、環状部14a、張出部14b及び被締結部14cの素材は特に限定されない。例えば、亜鉛ダイキャスト等の金属により環状部14a及び張出部14bを構成し、所定の強度および剛性を有する合成樹脂(例えばポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂)により被締結部14cを構成することが可能である。また、被締結部14cの代わりにねじ山がない円筒部材を用いることが可能である。円筒部材にボルト15を貫通し、張出部14を貫通したボルト15の先端にナットを取り付けてボルト15を固定部14に締結できる。なお、円筒部材は金属や合成樹脂等により製造できる。
フレーム20は、センサ部30や静電容量センサ40等の各種部材とシェル11とを連結してシェル11の内側に各種部材を配置するための黒色の椀状の部材であり、合成樹脂(絶縁体)により構成される。フレーム20は、ヘッド12と所定距離を隔てて配置される底部21と、底部21の外周縁から立ち上がる側壁部22と、側壁部22の外周縁に形成される引掛部23と、底部21からヘッド12へ向かって延びる複数の突起部24及びリブ25とを備える。
底部21は、押圧されていない非振動状態のヘッド12に対して平行に形成される中央部21aと、中央部21aの外周縁からシェル11へ向かうにつれてヘッド12へ近づくように傾斜する傾斜部21bとを備える。中央部21aからヘッド12までの高さは75mmであり、傾斜部21bの外周縁からヘッド12までの高さは45mmである。
引掛部23は、シェル11の第1端11aに引っ掛けられる部位であり、第1端11aの形状に沿って形成される。突起部24は、各種部材が取り付けられる軸状の部位であり、基端が底部21と一体に形成され、先端に固定ねじ16が締結されるめねじ孔24aが形成される。リブ25は、フレーム20の強度および剛性を確保するための板状の部位であり、底部21及び突起部24と一体に形成される。
センサ部30は、電子打楽器10が打撃されたことを検出するセンサであり、フレーム20の中央に設けられる。センサ部30は、突起部24の先端に固定ねじ16で取り付けられるプレート31と、プレート31のヘッド12側に両面テープ32を介して接着されるヘッドセンサ33と、ヘッドセンサ33のヘッド12側に接着されるクッション34と、プレート31の底部21側に両面テープ32を介して接着されるリムセンサ35とを備える。
プレート31は、円板状の金属製の部材であり、径方向外側に張り出して形成される3つの被固定部31aが、底部21の中央部21aから延びる突起部24の先端に固定ねじ16で固定される。中央部21aからプレート31までの高さは36mmに設定される。両面テープ32は、クッション性を有する円板状の部材である。
ヘッドセンサ33は、ヘッド12が打撃されたことを検出する円板状のセンサであり、圧電素子により構成される。ヘッドセンサ33の直径よりも両面テープ32の直径が小さく形成される。ヘッドセンサ33の外周側を変形し易くできるので、ヘッドセンサ33の検出感度を確保できる。
なお、ヘッドセンサ33の直径よりも両面テープ32の直径が小さく形成される場合に限らず、両面テープ32をリング状に形成して、ヘッドセンサ33の直径と両面テープ32の外径とを略同等にすることも可能である。この場合、ヘッドセンサ33の中心側を変形し易くできるので、ヘッドセンサ33の検出感度を確保できる。
クッション34は、スポンジやゴム、熱可塑性エラストマ等の弾性材料により構成される円錐台形状の緩衝材である。クッション34は、荷重が加えられていない状態の高さ(シェル11の軸方向の)寸法が、シェル11に取り付けられたヘッド12までのヘッドセンサ33からの距離よりも少し大きく設定される。これにより、シェル11に取り付けられたヘッド12とヘッドセンサ33との間でクッション34を弾性変形させることができるので、打撃により振動するヘッド12とクッション34との接触状態を維持でき、ヘッド12の振動をヘッドセンサ33へ伝達できる。なお、クッション34の弾性率や、ヘッド12とヘッドセンサ33との間で変形するクッション34の弾性変形量を調整して、クッション34の弾性力を小さく設定することで、クッション34の弾性力によりヘッド12の振動が妨げられることを抑制できる。
リムセンサ35は、リム13が打撃されたことを検出する円板状のセンサであり、圧電素子により構成される。リムセンサ35の直径よりも両面テープ32の直径が小さく形成される。これにより、リムセンサ35の変形が両面テープ32に妨げられることを抑制できるので、リムセンサ35の検出感度を確保できる。なお、両面テープ32をリング状に形成して、リムセンサ35の直径と両面テープ32の外径とを略同等にして、リムセンサ35の中心側を変形し易くでき、リムセンサ35の検出感度を確保することも可能である。
静電容量センサ40は、ヘッド12に人体等の被検出導体が近づいたことを検出する自己容量方式のセンサである。静電容量センサ40は、第1電極41と、第2電極42と、第3電極43と、第1電極41、第2電極42及び第3電極43(以下「各電極41,42,43」と称す)に電気的に接続される制御基板44とを備える。
各電極41,42,43は、シェル11の軸心を中心とする扇板状の導体(例えば、金属や導電性ポリマー、グラファイト)であり、各々がヘッド12に対向する。各電極41,42,43は、ヘッド12に対向する面の径方向寸法が、センサ部30及びフレーム20に干渉しない程度にセンサ部30及びフレーム20に近づくように設定される。
各電極41,42,43は、固定ねじ16で突起部24の先端に固定されて底部21及びヘッド12から所定距離を隔てて配置される。各電極41,42,43は、各々の形状が同一である。これにより、部品の種類を削減して各電極41,42,43の部品コストを抑制できる。
各電極41,42,43は、ヘッド12に対向する面がシェル11の軸心(軸直角方向内側)へ向かうにつれてヘッド12から離れるように傾斜する。シェル11の周方向に互いに隣り合う各電極41,42,43は、第2端11b側へすり鉢状に窪んだ上面視円形状の電極をシェル11の周方向に等間隔に分割したものとみなすことができる。
各電極41,42,43は、ヘッド12側の面に黒色の合成樹脂(絶縁体)製のフィルム46が貼り合わせられる。各電極41,42,43が金属箔により構成される場合、強度および剛性のあるフィルム46を各電極41,42,43に貼り合わせることにより強度および剛性を確保できる。なお、各電極41,42,43は金属箔に限らず、導電性ポリマー製の導体膜である各電極41,42,43をフィルム46に貼り合わせたり、導電塗料である各電極41,42,43をフィルム46に塗布したりすることが可能である。また、所定の強度および剛性を有する導電性のある板材により各電極41,42,43を形成することも可能である。この場合、各電極41,42,43にフィルム46を貼り付ける必要はない。
また、フィルム46により各電極41,42,43へのほこりの付着を抑制できる。さらにヘッド12がメッシュ状の場合、ヘッド12を通して見える黒色のフレーム20と同色の黒色のフィルム46によりヘッド12を通して各電極41,42,43を視認し難くできる。
ここで、電子打楽器10の組立方法について説明する。まず、シェル11の第2端11bに固定部14を取り付け、制御基板44、センサ部30、各電極41,42,43をフレーム20に取り付ける。次いで、シェル11の内側にフレーム20を底部21側から挿入して、第1端11aに引掛部23を引っ掛ける。このとき、制御基板44の基準電位点45(グランドパターン)にケーブル27で接続された導電性シート26を第1端11aと引掛部23との間に挟む。導電性シート26は、金属箔と合成樹脂フィルムとを貼り合わせたシートであり、金属箔側をシェル11に接触させる。
次いで、シェル11の第1端11a側の面をヘッド12で覆う。このとき、導電性シート26とケーブル27との接続部分がヘッド12とフレーム20とで囲まれる空間に位置するように、フレーム20に沿って導電性シート26を折り曲げ、ヘッド12と引掛部23との間に導電性シート26を挟む。
最後に、リム13の枠接触部13aをヘッド12の枠部12bに接触させ、リム13のフランジ部13cに挿入されるボルト15を固定部14の被締結部14cに締結する。このようにして、枠部12bが枠接触部13aに押されてヘッド12(膜部材12a)に張力が付与され、電子打楽器10が組み立てられる。また、ヘッド12がシェル11に押し付けられるので、ヘッド12とフレーム20との間、且つ、フレーム20とシェル11との間に挟まれる導電性シート26をフレーム20に固定できる。
なお、導電性シート26の代わりに圧着端子を設け、シェル11に圧着端子をねじ止めしてシェル11にケーブル27を固定することが可能である。また、半田付けによりケーブル27をシェル11に接続することが可能である。これらの場合、シェル11からフレーム20を取り外すには、シェル11からケーブル27を取り外すために圧着端子のねじを外したり、半田を溶かしたりする必要がある。ケーブル27とシェル11とを再び接続するには圧着端子をねじ止めしたり、再び半田付けしたりする必要がある。一方、本実施の形態では、導電性シート26によりケーブル27とシェル11との着脱を容易にできるので、シェル11とフレーム20との着脱を容易にできる。
次に、図3を参照して静電容量センサ40の検出方法について説明する。図3は静電容量センサ40の電気的構成を示した模式図である。図3に示すように、静電容量センサ40は、各電極41,42,43がそれぞれ抵抗47を介して制御部48に接続される。各電極41,42,43にそれぞれ対応したサンプリング用コンデンサ51,52,53が制御部48と基準電位点45との間に設けられる。
抵抗47、制御部48及びサンプリング用コンデンサ51,52,53は、制御基板44(図2参照)内に設けられる素子である。抵抗47は、静電気保護のための素子である。制御部48は、各種スイッチやCPU等が搭載される制御回路である。抵抗47の抵抗値やサンプリング用コンデンサ51,52,53の静電容量は、所望する性能に応じて適宜設定される。
第1電極41の周囲の所定距離内に位置する、制御基板44内の基準電位点45に接続された導体(シェル11(図2参照)や制御基板44内の配線等)や、床面および壁面等の接地された(大地等の基準電位点45に接続された)部分と第1電極41との間に所定の静電容量(寄生容量)が生じる。この寄生容量を有するものを寄生容量コンデンサ54とする。人体等の被検出導体55が第1電極41に近づくと、第1電極41と被検出導体55との間に新たな寄生容量コンデンサ56が形成され、寄生容量コンデンサ56の静電容量(寄生容量)分だけ第1電極41周り(寄生容量コンデンサ54,56の合計)の寄生容量が増加する。さらに第1電極41と被検出導体55との距離が近づく程、寄生容量コンデンサ56の寄生容量が増加する。
なお、人体55は寄生容量コンデンサ56の寄生容量に対して十分に大きい静電容量を有しているので、人体55を大地等の基準電位点45に接続されている(接地されている)と見なすことができる。そのため、人体55と第1電極41との間に寄生容量コンデンサ56を形成できる。
静電容量センサ40は、制御部48内部のスイッチング動作により第1電極41へ電荷を送って寄生容量コンデンサ54,56を充電し、充電した電荷をサンプリング用コンデンサ51へ移動させる処理を繰り返す。静電容量センサ40は、サンプリング用コンデンサ51の電圧が所定値以上になるまでの繰り返し回数に基づいて、寄生容量コンデンサ54,56の合計の寄生容量の変化を検出し、第1電極41への被検出導体55の接近を判断する。
なお、寄生容量コンデンサ54,56の合計の寄生容量が大きい程(第1電極41と被検出導体55との距離が近づく程)、1回のサイクルで寄生容量コンデンサ54,56からサンプリング用コンデンサ51へ移動する電荷量が多くなるので、繰り返し回数が少なくなる。従って、静電容量センサ40により繰り返し回数に基づいて被検出導体55(演奏者の手など)がヘッド12にどれ程近づいたか、被検出導体55をヘッド12にどれ程押し付けているかを判断できる。
例えば、静電容量センサ40は、第1電極41に対向する位置のヘッド12に被検出導体55(演奏者の手の指)が接触したときの繰り返し回数(例えば100)を第1閾値とし、第1閾値よりもやや多い繰り返し回数(例えば120)を第2閾値として設定する。なお、オープンリムショットのときの被検出導体55(演奏者の手)の位置による繰り返し回数が第2閾値よりも大きくなるように、第2閾値が設定される。
静電容量センサ40は、繰り返し回数が第1閾値以下である場合、第1電極41に対向する位置のヘッド12が被検出導体55に接触(被検出導体55がヘッド12を押圧)していると判断する。この場合、静電容量センサ40は、繰り返し回数が少ない程、被検出導体55がヘッド12を強く押圧していると判断できる。静電容量センサ40は、繰り返し回数が第1閾値より大きく、且つ、第2閾値以下である場合、第1電極41に対向する位置のヘッド12に被検出導体55が近接している(ヘッド12と被検出導体55とが僅かに離れている)と判断する。静電容量センサ40は、繰り返し回数が第2閾値よりも大きい場合、被検出導体55とヘッド12とが大きく離れていると判断する。また、静電容量センサ40は繰り返し回数が第1閾値より大きい場合、繰り返し回数が多い程、被検出導体55がヘッド12から離れていると判断できる。
第1電極41に被検出導体55が近づく場合について説明したが、第2電極42及び第3電極43に被検出導体55が近づく場合も同様なので、第2電極42及び第3電極43についての説明を省略する。なお、第2電極42と被検出導体55との間には寄生容量コンデンサ57が生じ、第3電極43と被検出導体55との間には寄生容量コンデンサ58が生じる。
各電極41,42,43のヘッド12に対向する面の径方向寸法が、センサ部30及びフレーム20に干渉しない程度にセンサ部30及びフレーム20に近づくように設定されるので、静電容量センサ40は、ヘッド12の略全面でヘッド12への被検出導体55の接近(接触)や押圧を判断できる。また、各電極41,42,43の底部21側に制御基板44が配置されるので、制御基板44に干渉することなく、各電極41,42,43のヘッド12に対向する面の径方向寸法を確保できる。
静電容量センサ40は、シェル11の周方向に互いに隣り合う(1つの電極をシェル11の周方向に分割した)各電極41,42,43それぞれに被検出導体55が近づいたか否かを判断することで、シェル11の周方向における被検出導体55の位置を検出できる。各電極41,42,43の形状が同一に形成されるので、各電極41,42,43に対する静電容量センサ40の検出感度を均一化できる。その結果、シェル11の周方向における被検出導体55の位置の検出精度を向上できると共に、各電極41,42,43に対する静電容量センサ40の検出処理を同一にできる。
図3に加えて再び図1及び図2を参照しながら、第1電極41への被検出導体55の接近による静電容量の変化を静電容量センサ40が検出するための条件について説明する。なお、第1電極41についてのみ説明するが、第2電極42及び第3電極43も同様なので、第2電極42及び第3電極43についての説明を省略する。
第1電極41とヘッド12の表面との間に基準電位点45に接続された導体がある場合には、基準電位点45に接続された導体が静電シールドとして機能するため、第1電極41と被検出導体55との間に寄生容量コンデンサ56を形成することができない。これに対し、第1電極41とヘッド12の表面との間が、基準電位点45に非接続の導体、及び、絶縁体の1種以上からなる場合、即ち、第1電極41とヘッド12の表面との間に基準電位点45に接続された導体がない場合には、第1電極41と被検出導体との間に寄生容量コンデンサ56を形成することができる。
本実施の形態では、第1電極41とヘッド12の表面との間には、絶縁体からなる膜部材12aのみが位置するので、第1電極41と被検出導体55との間に寄生容量コンデンサ56を形成できる。その結果、第1電極41への被検出導体55の接近による静電容量の変化を静電容量センサ40が検出できる。
次に、電子打楽器10の奏法について説明する。ヘッド12を演奏者が打撃したときには、ヘッド12の振動がクッション34を介してヘッドセンサ33へ伝達される。ヘッド12への打撃による振動がフレーム20、プレート31及び両面テープ32を介してリムセンサ35へ伝達される。一方、リム13を演奏者が打撃したときには、リム13への打撃による振動がリム13、フレーム20、プレート31及び両面テープ32を介してヘッドセンサ33及びリムセンサ35へ伝達される。なお、ヘッドセンサ33はクッション34を介してヘッド12に接触しているので、リムセンサ35に比べてヘッドセンサ33はプレート31からの振動により揺れ難い。
これらのように、ヘッド12を打撃した場合とリム13を打撃した場合とで、ヘッドセンサ33及びリムセンサ35への振動の伝達経路や、ヘッドセンサ33及びリムセンサ35の揺れ方が異なる。そのため、ヘッドセンサ33及びリムセンサ35の検出結果(出力レベル比)に基づいて、ヘッド12又はリム13のどちらを演奏者が打撃したかを音源装置(図示せず)により判断でき、打撃された部分に対応する電子楽音をスピーカ(図示せず)から放音できる。なお、音源装置を制御基板44内に設けることが可能であり、音源装置を外部機器とすることも可能である。
アコースティックのドラムにおいてリム13を打撃する奏法には、リム13とヘッド12とをスティック(図示せず)により同時に打撃するオープンリムショットや、手でヘッド12の表面を押さえながらスティックによりリム13を打撃するクローズドリムショットがある。電子打楽器10は、静電容量センサ40により手(被検出導体)55がヘッド12に近接および接触(押圧)していないと判断されている状態(繰り返し回数が第2閾値より大きい状態)でリム13が打撃されると、音源装置によりオープンリムショットであると判断でき、オープンリムショットに対応する電子楽音をスピーカから放音できる。
一方、電子打楽器10は、静電容量センサ40により手55がヘッド12に近接または接触したと判断されている状態(繰り返し回数が第2閾値以下の状態)でリム13が打撃されると、音源装置によりクローズドリムショットであると判断でき、クローズドリムショットに対応する電子楽音をスピーカから放音できる。それらの結果、電子打楽器10はアコースティックのドラムの奏法を模擬できる。
また、アコースティックのドラムでは、ヘッド12への打撃の前後に手55をヘッド12に置いてヘッド12の振動を早期に減衰させて打撃音をミュートさせる奏法がある。この奏法では、ヘッド12を押圧する強さが大きい程、ヘッド12の振動をより早期に減衰でき、打撃音をより早期にミュートできる。
電子打楽器10は、静電容量センサ40により手55がヘッド12に近接または接触したと判断されている状態でヘッド12が打撃された場合、及び、ヘッド12への打撃による電子楽音が放音されている状態で静電容量センサ40により手55がヘッド12に接触した(繰り返し回数が第1閾値以下)と判断された場合、スピーカから放音される電子楽音をミュートできる。また、静電容量センサ40によりヘッド12を手55が押圧する強さを検出できるので、ヘッド12を押圧する強さが大きい程、スピーカから放音される電子楽音をより早期にミュートできる。それらの結果、電子打楽器10はアコースティックのドラムの奏法を模擬できる。
以上のような電子打楽器10によれば、導体のシェル11が導電性シート26及びケーブル27を介して基準電位点45に接続されるので、シェル11(導体部)が静電シールドとして機能する。これにより、シェル11に人体等の導体(足など)が接近することによって静電容量センサ40が検出する静電容量が変化することを抑制できる。なお、シェル11を径方向に貫通する穴がある場合や、シェル11の一部が合成樹脂等の絶縁体により構成される場合であっても、穴の形状および寸法や絶縁体部分の形状および寸法にもよるが、シェル11が静電シールドとして機能する。
各電極41,42,43は、ヘッド12に対向する面がシェル11の軸心(軸直角方向内側)へ向かうにつれてヘッド12から離れるように傾斜する。打撃時に変位が小さいヘッド12の外周側を各電極41,42,43に近づけることができるので、被検出導体55とヘッド12との距離に対して静電容量センサ40が検出する静電容量の変化を大きくできる。その結果、静電容量センサ40の検出精度を向上できる。また、打撃時に変位が大きいヘッド12の中心側を各電極41,42,43から遠ざけることができるので、ヘッド12と各電極41,42,43とを接触し難くできる。従って、ヘッド12と各電極41,42,43との接触を抑制しつつ、静電容量センサ40の検出精度を向上できる。
各電極41,42,43は、複数の突起部24の先端に取り付けられるので、複数の突起部24の高さをそれぞれ設定することにより、底部21に対する各電極41,42,43の傾斜を容易に設定できると共に、各電極41,42,43を曲げて各電極41,42,43の形状を容易に設定できる。本実施の形態では、シェル11の内周面側の突起部24よりもシェル11の軸心側(軸直角方向内側)の突起部24を低く設定することで、板状の各電極41,42,43を曲げて、各電極41,42,43を全体としてすり鉢状に形成できる。
底部21の中央部21aをヘッド12に近づけて、プレート31が取り付けられる突起部24を低くすると、プレート31に取り付けられるヘッドセンサ33がリム13への打撃による振動を受け易くなる。中央部21aからヘッド12までの高さ(本実施の形態では75mm)、及び、中央部21aからプレート31までの高さ(本実施の形態では36mm)をそれぞれ比較的高く設定することで、ヘッドセンサ33がリム13への打撃による振動を受け難くできる。これにより、ヘッドセンサ33及びリムセンサ35の検出結果(出力レベル比)に基づく打撃位置の判断精度を確保できる。なお、中央部21aからヘッド12までの高さが60mm以上であり、中央部21aからプレート31までの高さが30mm以上であれば、ヘッドセンサ33及びリムセンサ35の検出結果(出力レベル比)に基づく打撃位置の判断精度を確保できる。
次に図4を参照して第2実施の形態について説明する。第1実施の形態では、各電極41,42,43がシェル11の周方向に互いに隣り合う(1つの電極をシェル11の周方向に分割した)場合について説明した。これに対し第2実施の形態では、第1電極62、第2電極63及び第3電極64(以下「各電極62,63,64」と称す)がリム13(シェル11)の径方向に互いに隣り合う(1つの電極をシェル11の径方向に分割した)場合について説明する。なお、第1実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。
図4は第2実施の形態における電子打楽器60の模式図である。図4に示すように、電子打楽器60は、演奏者が持つスティック等を使用して演奏されるドラムを模擬した電子楽器である。電子打楽器60は、センサ部30からリム13(シェル11)へ向かって第1電極62、第2電極63、第3電極64の順に設けられる。各電極62,63,64は、自己容量方式の静電容量センサ61に設けられる電極であり、リム13の軸心を中心とする円環状の導体からなる。
第1電極62は、センサ部30に干渉しないように内径が設定される。第2電極63は、内径が第1電極62の外径よりも大きく設定される。第3電極64は、内径が第2電極63の外径よりも大きく設定され、外径がリム13の内径よりも小さく設定される。
リム13の径方向に互いに隣り合う各電極62,63,64は、上面視円形状の電極を径方向に分割したものとみなすことができる。これにより、静電容量センサ61は、各電極62,63,64それぞれに被検出導体55が近づいたか否かを判断することで、リム13の径方向における被検出導体55の位置を検出できる。その結果、電子打楽器60は、ヘッド12の中央側(リム13の軸心側)に手55を置いたときと、ヘッド12の外周側(リム13側)に手55を置いたときとでスピーカから放音される電子楽音を異ならせることができる。
次に図5を参照して第3実施の形態について説明する。第1実施の形態では、底部21から延びる複数の突起部24の先端に各電極41,42,43が取り付けられる場合について説明した。これに対し第3実施の形態では、各電極41,42,43が設けられる電極面73aが底部72に形成される場合について説明する。なお、第1実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。
図5は第3実施の形態における電子打楽器70の断面図である。図5に示すように、電子打楽器70は、演奏者が持つスティック等を使用して演奏されるドラムを模擬した電子楽器である。電子打楽器70のフレーム71は、シェル11の内側に各種部材を配置するための椀状の部材であり、合成樹脂(絶縁体)により構成される。フレーム71は、ヘッド12と所定距離を隔てて配置される底部72と、底部72の外周縁から立ち上がる側壁部22と、側壁部22の外周縁に形成される引掛部23とを備える。
底部72は、外周縁が側壁部22に連結される傾斜部73と、傾斜部73の中央が第2端11b側へ窪んだ中央部74と、傾斜部73の中央部74側の縁の一部が第2端11b側へ僅かに凹んだ凹部75とを備えている。中央部74は、制御基板44が取り付けられる。凹部75は、プレート31の被固定部31aが固定ねじ16で固定される。
傾斜部73は、第2端11b側へすり鉢状に窪んだ部位であり、ヘッド12に対向する面である電極面73aが、シェル11の軸心(軸直角方向内側)へ向かうにつれてヘッド12から離れるように傾斜する。金属や導電性ポリマー製の導体膜である各電極41,42,43を電極面73aに貼り付けたり、ねじ止めしたりすることで、電極面73aの形状や傾斜に沿わせて各電極41,42,43を容易に取り付けることができる。また、導電塗料を電極面73aに塗布することで、電極面73aの形状や傾斜に沿わせて各電極41,42,43を容易に形成できる。各電極41,42,43の形状や傾斜を容易に設定できると共に、各電極41,42,43の取付作業性や形成作業性を容易にできる。
電極面73aがシェル11の軸心へ向かうにつれてヘッド12から離れるように傾斜するので、各電極41,42,43も同様にシェル11の軸心へ向かうにつれてヘッド12から離れるように傾斜する。ヘッド12の外周側を各電極41,42,43に近づけることができると共に、ヘッド12の中心側を各電極41,42,43から遠ざけることができるので、第1実施の形態と同様に、ヘッド12と各電極41,42,43との接触を抑制しつつ、静電容量センサ40の検出精度を向上できる。
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の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、上記各実施の形態では、シェル11が円筒状である場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、円筒状以外の筒状にシェルを形成することは当然可能である。シェルの形状に合わせてヘッドやリム、各電極等の形状が決定される。
上記各実施の形態では、ドラムを模擬した電子打楽器10,60,70に本発明が適用される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、少なくとも一方の軸方向端面が開口する筒状の胴部(シェル)の開口した軸方向端面にヘッドが取り付けられるドラム以外の打楽器を模擬した電子打楽器に本発明を適用することは当然可能である。ドラム以外の打楽器としては、例えば、カホンやコンガ、ボンゴ、ティンバレス、ティンパニ等が挙げられる。
カホンやコンガ、ボンゴを模擬した電子打楽器の場合には、手でヘッドを直接打撃するので、手によるヘッドへの打撃を静電容量センサ40,61により検出できる。また、静電容量センサ40,61によりヘッドへの打撃位置を検出して、打撃位置に対応する電子楽音をスピーカから放音できる。
また、アコースティックのカホンでは、ヘッドに足を接触させた状態で足をスライドさせる(足でヘッドをこする)奏法がある。静電容量センサ40,61により足の位置や足の位置の変化を検出できる。また、アコースティックのティンパニでは、ピンの先端に取り付けたスーパーボールでヘッドをこする奏法がある。金属製のスティックを持って、スティックを介した人体と第1電極41,62、第2電極42,63及び第3電極43,64との間に寄生容量が生じるように設定することで、静電容量センサ40,61によりスティックの位置を検出できる。これらのように、電子打楽器はヘッドをこするといったアコースティックの打楽器の奏法を模擬できる。
上記第1,3実施の形態では、各電極41,42,43がシェル11の周方向に互いに隣り合う(1つの電極をシェル11の周方向に分割した)場合について説明し、上記第2実施の形態では各電極62,63,64がリム13(シェル11)の径方向に互いに隣り合う(1つの電極をシェル11の径方向に分割した)場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。静電容量センサの電極を1つにすることは当然可能である。
この場合、ヘッド12の略全面で静電容量センサが被検出導体55を検出できるようにするには、電極のヘッド12に対向する面の面積を大きくする必要がある。電極の面積が大きいと、電極と基準電位点45との間の寄生容量が大きくなるので、電極への被検出導体の接近による寄生容量の変化が相対的に小さくなり、静電容量センサのS/N比(被検出導体55の接近による寄生容量の変化/電極と基準電位点45との間の寄生容量)が低下する。なお、サンプリング用コンデンサ51,52,53の静電容量を大きく設定することで、静電容量センサの検出精度を向上できるが、検出時間が増加し、奏法を変えたときの追従性が悪化する。例えば、ヘッド12に近接させた状態の被検出導体55をヘッド12から離した直後にリム13を打撃した場合、検出時間の増加(判断の遅れ)により静電容量センサがヘッド12に近接している状態でリム13が打撃されたと判断するおそれがある。
そのため、電極を複数に分割して、各電極の寸法を小さくすることで、検出時間の増加を抑制して、奏法を変えたときの追従性を確保できると共に、静電容量センサのS/N比を確保できる。なお、シェル11の外径が10インチ以下であれば、1つの電極の寸法が小さいので、1つの電極を分割せずに静電容量センサのS/N比を確保できる。
また、1つの電極を3つに分割する場合に限らず、1つの電極を2つや4つ以上に分割することも可能である。さらに、1つの電極を分割する方向は、シェル11の周方向または径方向に限らず、分割される電極の各々がヘッド12に対向するように、1つの電極を分割することが可能である。この場合、ヘッド12の表面に平行な方向における被検出導体55の位置を検出できる。
分割される電極の各々を略同一形状に形成することで、各電極に被検出導体55が接近した場合の静電容量センサの検出感度を均一化できる。これにより、ヘッド12の表面に平行な方向における被検出導体55の位置の検出精度を向上できると共に、各電極に対する静電容量センサ40の検出処理を同一にできる。
上記各実施の形態では、静電容量センサ40,61が自己容量方式である場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、相互容量方式の静電容量センサを用いることは当然可能である。相互容量方式の静電容量センサは、一対の電極の一方に電荷を供給し、一対の電極間に電界を形成し(静電容量が生じ)、被検出導体55の接近によって電界の一部が被検出導体55へ移ることによる一対の電極間の静電容量の減少を検出する。相互容量方式の静電容量センサでは、電界を形成する一対の電極が必要になるので、電極のパターンや制御回路が複雑になる。これに対し、自己容量方式の静電容量センサ40,61では、電極および制御回路を単純化できるので、電極の部品コストを抑制できる。
上記第1,3実施の形態では、各電極41,42,43のヘッド12に対向する面がシェル11の軸心(軸直角方向内側)へ向かうにつれてヘッド12から離れるように傾斜する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、各電極41,42,43をヘッド12の裏面と平行に設けることは当然可能である。特に、シェル11の外径が10インチ以下であれば、打撃時のヘッド12の中心側の変位が比較的小さくなるので、ヘッド12の裏面と平行な各電極41,42,43をヘッド12に近づけることができ、静電容量センサ40の検出精度を向上できる。
上記第1実施の形態では、シェル11が導体である場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、木材や合成樹脂等の絶縁体によりシェル11を構成することは当然可能である。シェル11を構成する絶縁体の誘電率が小さい程、シェル11に人体等の導体が接近することによって静電容量センサ40が検出する静電容量の変化を小さくできる。
なお、絶縁体によりシェル11が構成される場合でも、シェル11の内周面および外周面の少なくとも一方に導体膜を貼り付けたり、シェル11の内周面および外周面の少なくとも一方を導電塗料でコーティングしたり、各電極41,42,43とシェル11との間に導体板を配置したりして、さらにシェル11に設けた導体膜や導電塗料、導体板を基準電位点45に接続することで、導体膜や導電塗料、導体板(導体部)が静電シールドとして機能する。その結果、シェル11へ人体等の導体が接近することによって静電容量センサ40が検出する静電容量の変化を小さくできる。また、絶縁体によりシェル11を構成する場合でも、枠部12bや枠接触部13a、フランジ部13c、被締結部14c、ボルト15、側壁部22の少なくとも一部を導体により構成して基準電位点45に接続することで、枠部12bや枠接触部13a、フランジ部13c、被締結部14c、ボルト15、側壁部22(導体部)が静電シールドとして機能する。その結果、導体部よりもシェル11の軸直角方向外側では、各電極41,42,43へ人体等の導体が接近することによって静電容量センサ40が検出する静電容量の変化を小さくできる。
上記第1実施の形態では、シェル11の第2端11b側の軸方向端面が開口する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、シェル11の第2端11b側の軸方向端面を塞ぐ(開口しない)ことは当然可能である。この場合、シェル11の第2端11b側の軸方向端面がシェル11同様に金属からなり、基準電位点45に接続(接地)されるので、シェル11の第2端11b側の軸方向端面に人体等の導体が接近することによって、静電容量センサ40が検出する静電容量が変化することを抑制できる。その結果、シェル11の第2端11b側の軸方向端面への導体の接近による静電容量センサ40の誤検出を抑制できる。
上記第1実施の形態では、各電極41,42,43は、ヘッド12側の面に黒色の合成樹脂製のフィルム46が貼り合わせられる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、フィルム46を省略することは当然可能である。また、各電極41,42,43の底部21側の面にフィルム46を貼り合わせることも可能である。この場合、突起部24とフィルム46とを一体成形し、フィルム46に各電極41,42,43を貼り合わせることも可能である。
上記第1実施の形態では、ヘッドセンサ33及びリムセンサ35が圧電素子により構成されるセンサである場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、圧電素子以外の素子により構成される振動センサを用いることは当然可能である。また、クッション34からの押圧力を検出するヘッドセンサをメンブレンスイッチ等の感圧センサにより構成することも可能である。また、リム13の弾性部材13bの弾性変形により押圧されるように構成されたメンブレンスイッチ等の感圧センサによりリムセンサを構成することも可能である。
上記第1実施の形態では、ヘッド12と所定距離を隔てて第1電極41、第2電極42、第3電極43が配置される場合について説明したが必ずしもこれに限られるものではない。例えば、ヘッド12の裏面や表面に金属箔(導体膜)状の電極を貼り合わせることが可能である。この場合、導体膜の損傷を防ぐために、導体膜をヘッド12の裏面に貼り合わせることが好ましい。複数に分割した電極をヘッド12に貼り合わせる場合、分割された各電極がヘッド12に接触することで、ヘッド12の表面に平行な方向における被検出導体55の位置を検出できる。また、メッシュ状のヘッド12に導電性を有する繊維や針金(電極)を編み込むことが可能である。電極を編み込む位置を区分け(分割された各電極がヘッド12に接触)することで、ヘッド12の表面に平行な方向における被検出導体55の位置を検出できる。また、ヘッド12を金属板や導体膜で構成してヘッド12自体を電極とすることが可能である。
10,60,70 電子打楽器
11 シェル(胴部)
12 ヘッド
21,72 底部
24 突起部
40,61 静電容量センサ
41,62 第1電極(電極の一部)
42,63 第2電極(電極の一部)
43,64 第3電極(電極の一部)
45 基準電位点
55 被検出導体
73a 電極面

Claims (9)

  1. 軸方向端面が開口する筒状の胴部と、
    前記胴部の軸方向端面に取り付けられて表面が打撃されるヘッドと、
    前記ヘッドの表面側に位置する被検出導体に対して静電容量を生じる電極を有し、前記電極と前記被検出導体との距離に応じた静電容量の変化を検出する静電容量センサとを備える電子打楽器。
  2. 前記電極は、前記ヘッドの裏面側に配置され、
    前記ヘッドの表面と前記電極との間は、基準電位点に非接続の導体、及び、絶縁体の1種以上からなる請求項1記載の電子打楽器。
  3. 前記電極よりも前記胴部の軸直角方向外側に配置される、基準電位点に接続される導体部を備える請求項1又は2に記載の電子打楽器。
  4. 前記ヘッドの裏面から所定距離を隔てて配置されて前記胴部に固定される底部と、
    前記底部から前記ヘッドへ向かって延びる複数の突起部とを備え、
    前記電極は、前記ヘッドと所定距離を隔てて前記複数の突起部の先端に取り付けられる請求項1から3のいずれかに記載の電子打楽器。
  5. 前記ヘッドの裏面から所定距離を隔てて配置されて前記胴部に固定される底部と、
    前記底部は、前記電極が設けられる電極面を備えている請求項1から3のいずれかに記載の電子打楽器。
  6. 前記電極は、前記ヘッドの裏面から所定距離を隔てて配置され、前記ヘッドに対向する一面が前記胴部の軸直角方向内側へ向かうにつれて前記ヘッドから離れるように傾斜する請求項1から5のいずれかに記載の電子打楽器。
  7. 前記電極は、複数に分割される各々が前記ヘッドに対向または接触する請求項1から6のいずれかに記載の電子打楽器。
  8. 前記電極は、複数に分割される各々が略同一形状に形成される請求項7記載の電子打楽器。
  9. 前記静電容量センサは、前記電極と基準電位点との間の寄生容量の変化を検出する請求項1から8のいずれかに記載の電子打楽器。
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