JP2021110854A - 電子楽器 - Google Patents

Abstract

【課題】弦を備えた電子楽器について、簡易な構成により製造コストを低廉に抑えながら良好な演奏を実現可能とする。【解決手段】音階を構成するように段階的に長さを変えた複数本の導電性の弦５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇが並んで配置されて各々電気回路の一部を構成する電子楽器１Ａであって、弦５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇの長手方向所定位置で磁力線が直交するように磁界形成手段である永久磁石７が各々配置されており、所定周波数の電気信号を生成して出力可能な電気信号生成手段３を接続し、発音させる弦５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇの長さに応じた共振振動数に略一致する周波数の電気信号を順次出力しながら通電することで、発音対象の弦５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇがローレンツ力により振動・発音しながら楽曲の演奏を行うものとした。【選択図】図１

Description

本発明は、電子的な機構を用いて発音しながら演奏を行う電子楽器に関し、殊に、弦楽器としての演奏が可能な電子楽器に関する。

いわゆる電子楽器としては、電動式のアクチュエータを使用しながら楽曲データに基づいて自動的に演奏する自動ピアノが周知であり、また、楽曲データを読み出しながらピッキングアクチュエータを作動させて発音対象の弦を順次撥弦する方式の自動弦楽器も知られている。

一方、人が演奏するバイオリンやギター等の弦楽器では、弦の振動が駒を介して本体の表板に伝達されることで本体内部の空洞に共鳴を生じて奥行きのある音色を奏でている。そこで、本体の表板をアクチュエータで直接振動させることで弦楽器の演奏を行う電子楽器が特許第３７８８３８２号公報に提案されており、人の手による演奏と自動演奏の両方を実施可能なものとしている。

さらに、実用新案登録第３２１４５６８号公報には、複数本のスチール製の弦に電磁石を各々対向配置して、各弦の共振振動数と略同一の周波数をもつ周期性信号を対向した電磁石に印加することで発音対象の弦を磁気吸引しながら振動させる方式の電子楽器も提案されており、人が演奏した場合の音色に近い自動演奏を実現している。

しかし、上述した弦楽器本体の表板を直接振動させる方式の電子楽器は、弦を振動させて表板を振動させる場合と比較して音質が低下しやすいという問題がある。また、楽曲データの信号に従って対象の電磁石に周期性信号を印加する方式の電子楽器においては、弦の数に応じた多量の電磁石を要して電子楽器の重量が過大になりやすいことに加え、制御手段が総ての電磁石への信号印加を制御するシステムを構築する必要があるため、製造コストが過大になりやすいという難点を有している。

特許第３７８８３８２号公報 実用新案登録第３２１４５６８号公報

本発明は、上記のような問題を解決しようとするものであり、弦を備えた電子楽器について、簡易な構成により製造コストを低廉に抑えながら良好な演奏を実現可能とすることを課題とする。

そこで、本発明は、音階を構成するように段階的に長さを変えた複数本の導電性の弦が、並んで配置されて各々電気回路の一部を構成する電子楽器において、その弦の長手方向所定位置で磁力線が弦と直交するように磁界形成手段が各々配置されており、所定周波数の電気信号を生成して出力可能な電気信号生成手段を接続し、発音させる弦の長さに応じた共振振動数に略一致する周波数の電気信号を順次出力しながら前記弦に通電することで、発音対象の弦がローレンツ力により振動・発音して楽曲の演奏を行う、ことを特徴とするものとした。

このように、長さが異なり共振振動数の異なる導電性の弦に磁界形成手段を近接配置し、電気信号生成手段で発音対象になる弦の共振振動数に略一致する周波数の電気信号を通電する、という極めて簡易な構成と手順により目的とした弦が電子的に振動して順次発音するものとなるため、軽量かつ低コストの電子楽器を実現できるものとなる。

また、この電子楽器において、その複数本の弦は直列に接続されて一つの電気回路を構成するものとされ、電気信号生成手段が生成して入力された電気信号の周波数に最も近い共振振動数の弦が最も大きく振動して発音する、ことを特徴としたものとすれば、多数本の弦を有していても弦に通電して発音させる経路が一つで済むとともに、その一つの経路に対し電気信号生成手段が複数種類の周波数の電気信号を順次出力するだけで楽曲の演奏が実現するため、簡易かつ低コストでありながら良好な演奏を実現することができる。

さらに、上述した電子楽器において、その磁界形成手段は、各弦の全長の略３分の１の位置の側方に各々配置されている、ことを特徴としたものとすれば、広い音域においてローレンツ力による弦の発音が良好に行われやすいものとなる。

或いは、上述した電子楽器において、その磁界形成手段は、各弦の全長の略１２分の１又は１２分５の位置の側方に各々配置されている、ことを特徴としたものとすれば、弦の数を少なくしてコストを低廉に抑えながら広い音域の演奏を実現可能なものとなる。

さらにまた、上述した電子楽器において、その磁界形成手段は永久磁石であって、隣り合う弦の中間位置に配置されて両方の弦に磁界を形成することを特徴としたものとすれば、より簡易な構成により製造コストを一層低廉に抑えやすいものとなる。

加えて、上述した電子楽器において、前記電気信号生成手段、及び演奏する楽曲において発音対象の弦を振動させる電気信号を電気信号生成手段に順次生成させる楽曲信号を出力する楽曲信号出力手段を備えている、ことを特徴としたものとすれば、これにより電子楽器の演奏を行えるものとなる。

この場合、その楽曲信号出力手段には、楽曲データ記憶手段が付設されており、楽曲データ記憶手段に格納してある楽曲データに基づいて、電気信号生成手段に対し自動的かつ連続的に楽曲信号を出力可能とされている、ことを特徴としたものとすれば、これだけで電子楽器の自動演奏を行えるものとなる。

共振振動数が異なる複数本の導電性の弦に磁界形成手段を各々配置して、発音対象の弦の共振振動数に略一致する周波数の電気信号を順次通電する方式の本発明によると、簡易な構成で製造コストを抑えながら良好な演奏を実現することができる。

本発明における実施の形態である電子楽器の構成図である。 図１の電子楽器が発音する仕組みを説明するための簡略化した拡大部分図である。 図１の電子楽器における磁界形成手段の配置位置を説明するための簡略化した拡大部分図である。 図１の電子楽器の応用例を示す構成図である。 図１の電子楽器の変形例を示す構成図である。 図５の電子楽器の変形例を示す構成図である。 図１の電子楽器を実際に作成した実施例の写真である。 弦の振動の各倍数における状態と磁石を３分の１の位置に配置した場合の位置関係を示す図である。 弦の振動の各倍数における状態と磁石を１２分の１と１２分の５の位置に配置した場合の位置関係を示す図である。 磁石を１２分の１の位置に配置して弦の数を削減した場合の電子楽器の構成図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を説明する。尚、本発明の電子楽器になる弦楽器としては、箏やギター等の撥弦楽器、バイオリン等の擦弦楽器、ピアノ等の打弦楽器が想定される。

図１は、本発明における実施の形態である電子楽器１Ａを示している。この電子楽器１Ａは、所定の音階を構成するように段階的に長さを変えた複数本の導電性の弦（鋼線）５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇが並んで配置され、各弦が直列に接続されて一つの電気回路の一部を構成するものであり、共鳴する部分である本体については図示を省略している。

また、弦５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇの長手方向所定位置には、磁力線が各弦に直交するように磁界を形成する永久磁石７が各々近接して配置されているとともに、所定の電気信号を生成して出力する電気信号生成手段３に接続するための接続端子４０を配線４の基端側に備えている。この電子楽器１Ａに接続される電気信号生成手段３は、発音させる弦の長さに応じた共振振動数に略一致する周波数の電気信号を、接続端子４０を介して順次入力しながら配線４で接続されて一つの回路を構成する弦５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇに通電することで、発音対象の弦をローレンツ力により振動・発音させて楽曲を演奏する方式を採用している。

即ち、図２に示すように、電気信号生成手段３が発音対象の弦５に固有の共振振動数に略一致（完全に一致することが好ましい）する周波数の電気信号（交流・直流のいずれでも実施可能）を出力し、弦５の中途位置に配置した永久磁石７の磁力線が直交する部分を電流が流れることで、その部分にローレンツ力が生じて前記周波数に一致した周期の振動を生じるようになっている。

このように、共振振動数の異なる導電性の弦５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇの近接位置に磁界を形成する永久磁石７を配置し、電気信号生成手段３で発音対象となる弦の共振振動数に略一致する周波数の電気信号を出力して通電する、という極めて簡易な構成と手順により発音対象になる弦が振動して発音するものである。

そのため、数多く張った弦ごとに電磁石を配置して譜面どおりに対象の電磁石を励磁させる方式の従来例と比べて、軽量かつ低コストの電子楽器を実現している。尚、発音対象の弦以外の弦においても、その共振振動数に一致しない周波数の電気信号が通電されることで僅かに振動を生じる場合もあり得るが、その部分は殆ど発音しないことから、演奏上は特に問題とはならない。

本実施の形態では、並んで配置された弦５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇにおいて、図３に示すように、その長さの３分の１の位置に磁界の中心が位置するように永久磁石７が近接配置されている。これは、本願発明者が様々な位置に永久磁石を配置して実験しながら発音状況を確認した結果、この位置で最も良好な発音が実現したことによる。

また、端部側の弦５ｇを除く２本並列した各弦の中間位置において、一方がプラス極、他方がマイナス極を向くように永久磁石７を配置して両方の弦に磁界を形成する構成としたことにより、７本の弦に対し４個の永久磁石７だけで足りるものとなるため、より軽量でコストの低廉な電子楽器を実現している。

さらに、本実施の形態では、楽曲の演奏において発音対象の弦を振動させる電気信号を生成・出力する電気信号生成手段３と、この電気信号生成手段３に順次電気信号を生成させるための楽曲信号を連続的に出力する楽曲信号出力手段２Ａを、接続端子４０を介して電子楽器１Ａに接続して使用する方式としている。その楽曲信号出力手段２Ａとしては、７本の弦５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇのうち、手動で所望の弦を発音させるために鍵盤のように並べた７個以上のスイッチを備えたものが想定されるが、スイッチを押す強さに応じて電流の大きさが変化して音の大きさを変えられるものが好ましい。

或いは、他の楽曲信号出力手段２Ａとしては、楽曲データ記憶手段であるメモリを備えて電気信号生成手段３に対しメモリに格納してある楽曲データを自動的かつ連続的に楽曲信号を出力する方式としても良い。例えば、図４に示すように、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）１００に電気信号生成手段３Ｂと楽曲信号出力手段２Ｂの両方を機能的に実現するためのソフトウエアを格納したものすれば、これを電子楽器１Ａに接続するだけで電子楽器としての自動演奏が可能となる。

図５は、上述した電子楽器１Ａの変形例としての電子楽器１Ｃを示している。この例では、７本の弦５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇが並列に接続されている点と電気信号生成手段３を電子楽器として予め備えている点が異なっており、上述した電子楽器１Ａと比べて配線がやや複雑になっているが、このような構成としても前述と同様の作用・効果が期待できる。

図６は、図５の電子楽器１Ｃの変形例としての電子楽器１Ｄを示している。この例では、７本の弦５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇの各々に個別の電気信号生成手段３ｂを接続して備えており、楽曲信号出力手段２Ａの代わりに、電気信号生成手段３ｂの各々にＯＮ／ＯＦＦ用のスイッチ２０が接続してなる楽曲信号出力手段２Ｃを接続して使用する点を特徴としており、演奏者がこの楽曲信号出力手段２Ｃを手動操作しながら演奏を行うものとしている。

以下に、図１の電子楽器１Ａを作成して作動させた実施例について説明する。図７は、実際に作成した電子楽器であるが、弦は直径０．５５ｍｍの鋼線からなる長さ２２４ｍｍ〜４２０ｍｍの１２本とし、これらを電子楽器１Ａと同様に直列に接続して、電気信号生成手段及び楽曲信号出力手段を機能的に実現するＰＣに接続した状態で楽曲の演奏を行った。

電気信号生成手段は、２６２Ｈｚ〜１９７６Ｈｚの周波数の電気信号（交流電流）を生成可能なものであり、作成した電子楽器に通電して電流０．５Ａ、電圧１．８Ｖで演奏を行った。また、楽曲信号入力手段は、キーボードを鍵盤の代わりにして電気信号生成手段に各キーに割り当てた音に応じた周波数の電気信号にして生成・出力させる手動式ものと、メモリに記憶した楽曲データを自動的かつ連続的に楽曲信号にして電気信号を生成・出力させる自動演奏式のものの２種類とした。以下の表１に、その１２本の弦における各数値を示す。

この実施例では、１〜１２番までの弦は直列に接続されているため、上記電圧値はこれら総ての弦にかかる電圧の総和となっている。また、周波数１，２，３とあるのは、周波数１の２倍、４倍の周波数で弦が共振するためであり、それにより、同じ弦でより広い音域をカバーすることが可能となっており、各共振振動数に一致する周波数の電気信号を出力可能なものとした。

（結果）手動式の方は、楽曲信号入力手段としてのキーボードを実際に手動操作して演奏を行ったが、総ての弦が演奏者の意図通りに発音して譜面通りの演奏が良好に行えた。また、自動演奏式のものにおいても、楽曲データ通りに自動的に発音しながら良好な演奏が行えた。尚、両者とも発音対象以外の弦も僅かに振動したが、それによる雑音は殆ど聞き取れなかった。

この結果から、本発明による電子楽器１Ａを実際に作成した試作品は、電子楽器として良好な演奏を行えることが分かった。また、図６の写真から分かるように、作成した電子楽器が極めて簡易な構成であり、軽量かつ低コストなものとなったが、充分なレベルの音質を実現できることが分かった。

ところで、上述した実施の形態において、永久磁石を弦の３分の１の長さ位置に配置して良好な発音と演奏を実現出来することができたのは以下の理由によると考えられる。

図７の試作品においては、ド、ド♯、レ、レ♯、ミ、ファ、ファ♯、ソ、ソ♯、ラ、ラ♯、シの西洋音階の各音の発音する１２本の弦を備えており、この場合の永久磁石の適正位置を弦の長さの３分の１とした。この場合、図８に示すように、破線で示す３分の１の位置とすることで、１倍、２倍、４倍、８倍の場合に振動が生じるものとなっている。

しかし、この試作品においては、３倍と６倍の振動については、振動における波の節の位置になるために振動が生じないものとなる。そして、「ド」の弦の３倍振動は１オクターブ半上の「ソ」、６倍振動はそのオクターブ上の「ソ」になるところ、「ソ」の弦は別に用意してあるので、「ド」の弦で「ソ」を鳴らす必要はなく、３倍、６倍の振動を抑えて１倍、２倍、４倍、８倍を振動させる３分の１の位置が好適ということになる。

一方、３倍、６倍の振動を利用すると、弦の数を減らすことが可能になり、楽器重量の軽量化と製造コストの低廉化を実現することができる。この場合、１，２，３，４，６，８倍の振動を起こすのに適した永久磁石の位置は、図９に示すように、１２分の１又は１２分の５の位置で振動における波の節の位置に一致しなくなることが判明している。そのため、この位置に永久磁石を配置すれば、ド（ソ）、ド♯（ソ♯）、レ（ラ）、レ♯（ラ♯）、ミ（シ）、ファ（ド）、ファ♯（ド♯）の７本の弦で西洋音階の各音を発生可能なものとなる。

さらに、３倍、６倍の振動を利用することで、白鍵のみ（ドレミファソラシド）で演奏する簡単なものにあっては、図１０に示す電子楽器１Ｆのように、ド（ソ）、レ（ラ）、ミ（ソ）、ファ（ド）の４本の弦で実現可能なものとなることから、一層の軽量化と低コスト化を実現することができる。

以上、述べたように、弦を備えた電子楽器について、本発明により、簡易な構成により製造コストを低廉に抑えながら良好な演奏を実現できるようになった。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｆ 電子楽器、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 楽曲信号出力手段、３，３Ｂ，３ｂ 電気信号生成手段、４ 配線、５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇ 弦、７ 永久磁石、２０ スイッチ，１００ ＰＣ

Claims (7)

1. 音階を構成するように段階的に長さを変えた複数本の導電性の弦が、並んで配置されて各々電気回路の一部を構成する電子楽器において、前記弦の長手方向位置で弦と磁力線とが直交するように磁界形成手段が各々配置されており、所定周波数の電気信号を生成して出力可能な電気信号生成手段を接続して、発音させる前記弦の長さに応じた共振振動数に略一致する周波数の電気信号を順次出力しながら前記弦に通電することで、発音対象の前記弦がローレンツ力により振動・発音して楽曲の演奏を行う、ことを特徴とする電子楽器。
2. 前記複数本の弦は、直列に接続されて一つの電気回路を構成するものとされ、前記電気信号生成手段が生成して入力された電気信号の周波数に最も近い共振振動数の前記弦が最も大きく振動して発音する、ことを特徴とする請求項１に記載した電子楽器。
3. 前記磁界形成手段は、前記弦の全長の略３分の１の位置で側方に各々配置されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載した電子楽器。
4. 前記磁界形成手段は、前記弦の全長の略１２分の１又は１２分の５の位置で側方に各々配置されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載した電子楽器。
5. 前記磁界形成手段は永久磁石であって、隣り合う前記弦の中間位置に配置されて両方の前記弦に磁界を形成する、ことを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載した電子楽器。
6. 前記電気信号生成手段、及び演奏する楽曲において発音対象の前記弦を振動させる電気信号を前記電気信号生成手段に順次生成させる楽曲信号を出力する楽曲信号出力手段を備えている、ことを特徴とする請求項１，２，３，４又は５に記載した電子楽器。
7. 前記楽曲信号出力手段には、楽曲データ記憶手段が付設されており、前記楽曲データ記憶手段に格納してある楽曲データに基づいて、前記電気信号生成手段に対し自動的かつ連続的に楽曲信号を出力可能とされている、ことを特徴とする請求項６に記載した電子楽器。
   

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