JP3843811B2

JP3843811B2 - 擦弦楽器

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Publication number: JP3843811B2
Application number: JP2001352214A
Authority: JP
Inventors: 宏中谷
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2001-11-16
Filing date: 2001-11-16
Publication date: 2006-11-08
Anticipated expiration: 2021-11-16
Also published as: JP2003150164A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、擦弦操作に応じた振動を検出することができる擦弦楽器、および擦弦操作に応じた検出信号を出力する振動検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、バイオリン等の自然弦楽器を模倣した電気弦楽器が用いられている。この電気弦楽器は、弦の振動をピックアップで検出し、その検出信号を増幅して出力するというものである。このような電気弦楽器では、検出信号をヘッドフォン等に出力する、いわゆる消音演奏が可能であり、大きな楽音等を発生させることができない環境下で行う練習に用いる楽器として非常に便利である。
【０００３】
また、自然弦楽器にあるべき共鳴体等、アコースティックの構成を有するアコースティック弦楽器における駒にピックアップを装着し、このような自然楽器においても増幅装置を介したスピーカ等から楽音を出力させるようにした楽器も用いられている。
【０００４】
上記のようなピックアップを備えた電気バイオリンの外観構成を図１に示す。同図に示すように、この電気バイオリン１Ａは、弦４を支持する台座であるボディ（本体部）２Ａ、ネック３および胴部５を備えた構成である。弦４は、ボディ２Ａの底部に固定されたテールピース６から駒７を経てネック３の先端にわたり４本張られている。ネック３には、弦４の端部が巻回されて弦４に張力を与えるペッグスクリュー３ａが装着されている。
【０００５】
なお、この明細書においては、電気バイオリンであっても、上記のように本体部に設けられる弦４を支持する部材、すなわちアコースティックバイオリンにおける駒に相当する部材を駒と称することとする。
【０００６】
この電気バイオリン１Ａでは、通常の自然楽器バイオリンのように、胴部の音響放射機能は必要ないので、胴部５は演奏者が身体（顎）で支持する側とは反対側にデザイン的に形成され、その胴部５の反対側におけるボディ２Ａの底部に、実際に顎に挟んで支持する部分として顎当てパッド８が取り付けられている。
【０００７】
上記のように擦弦操作による振動を検出するピックアップは駒７とボディ２Ａとの間に設けられており、その近傍の構成を図２に示す。同図に示すように、駒７の２つの脚部１８ａ，１８ｂと、ボディ２Ａの表面部との間には、各々ピックアップ２０ａ，２０ｂが配置されている。そして、演奏操作によって振動する弦４から駒７に伝達される振動による機械エネルギーが、これらの圧電素子等から構成されるピックアップ２０ａ，２０ｂによって電気エネルギーに変換され、脚部１８ａ，１８ｂの振動に応じた電気信号を取得することができるようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように駒７の振動を検出するピックアップ２０ａ，２０ｂは圧電素子等から構成されており、この振動検出構成の容量に関して、これを等価回路で表すと、圧電素子はコンデンサで表される。したがって、コンデンサの容量が大きくなると、ピックアップとしての出力インピーダンスが小さくなる。このように出力インピーダンスが大きくなると、カットオフ周波数が高くなり、振動の低周波成分を検出することができなくなる。したがって、出力インピーダンスの大きいピックアップ２０ａ，２０ｂで検出した信号を基に音響信号を生成した場合、低音域の音を正確に発生させることができなくなってしまう。また、出力インピーダンスが大きいと、検出信号にインピーダンスノイズが多く含まれてしまい、その結果、この検出信号に基づいて生成する音響信号の音質が悪化してしまうといった問題が生じる。もちろん、ピックアップ２０ａ，２０ｂを構成する圧電素子として薄型のものを採用すれば、コンデンサ容量が大きくなり、出力インピーダンスを小さくすることができるが、圧電素子の薄型加工は困難であり、実現できるとしても多大な費用がかかってしまう。
【０００９】
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、コスト増加などを招くことなく、駒の振動をより正確に検出することができる擦弦楽器および振動検出装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る擦弦楽器は、本体部と、前記本体部に脚部を介して立設された駒と、前記駒に支持されて前記本体部上に張り渡された弦と、前記脚部から前記本体部へ向かう前記駒の振動の伝達方向に沿って積層された第１の駒側圧電センサと第１の本体部側圧電センサとを並列接続してなる第１振動検出センサ群であって、前記第１の駒側圧電センサの分極方向を前記本体部から前記脚部に向けると共に前記第１の本体部側圧電センサの分極方向を前記脚部から前記本体部に向けた第１振動検出センサ群と、前記脚部から前記本体部へ向かう前記駒の振動の伝達方向に沿って積層された第２の駒側電圧センサと第２の本体部側圧電センサとを並列接続してなる第２振動検出センサ群であって、前記第２の駒側圧電センサの分極方向を前記脚部から前記本体部に向けると共に前記第２の本体部側圧電センサの分極方向を前記本体部から前記脚部に向けた第２振動検出センサ群とを備える。
【００１１】
この構成によれば、複数の圧電素子を並列接続することにより、当該圧電素子の組から構成される振動検出センサ全体としての出力インピーダンスが低下する。すなわち、等価回路で表すと、コンデンサとなる圧電素子を並列接続することにより静電容量が複数倍となり、その結果出力インピーダンスが低下する。出力インピーダンスが小さくなることで、カットオフ周波数を小さくしたり、ノイズを低減したりすることができ、より正確な振動検出を行うことができる。また、圧電素子として薄型のものを採用する等、圧電素子単体として出力インピーダンスが低下するような構成を採用すれば上記と同様の効果が得られるが、圧電素子の薄型加工は困難であり、実現できたとしても多大なコストを要する。すなわち、本発明によれば、大幅なコスト増加を招くことなく、より正確な振動検出を実現することができる。
【００１２】
本発明に係る擦弦装置は、前記第１振動検出センサ群によって出力される検出信号の周波数特性を調整する第１の周波数特性調整手段と、前記第２振動検出センサ群によって出力される検出信号の周波数特性を調整する手段であって、前記第１の周波数特性調整手段とは異なる周波数特性の調整を行う第２の周波数特性調整手段とを更に備えてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
Ａ．実施形態
まず、本発明の一実施形態に係る電気バイオリンの全体構成は図１に示した一般的な電気バイオリンと同様であり、本実施形態に係る電気バイオリンは駒７の振動を検出する振動検出センサユニット（振動検出装置）および検出した振動に応じて楽音をヘッドフォン等から放音させる音響信号生成ユニットを有しており、その振動検出センサユニットの構成に特徴を有している。したがって、バイオリンの一般的な構成の説明は省略することとし、図３および図４を参照しながら、駒７近傍の振動検出構成について説明する。
【００１４】
図３に示すように、駒７の脚部１８ａ，１８ｂとボディ２Ａとの間には、擦弦操作によって生じる駒７の振動を検出することができる振動検出センサユニット５０が配置されており、振動検出センサユニット５０は、脚部１８ａ，１８ｂの各々の下方側に配置される第１振動検出センサ群５０ａおよび第２振動検出センサ群５０ｂを有している。
【００１５】
振動検出センサユニット５０は、圧電センサ５１ａ，５１ｂと、絶縁層５２と、圧電センサ５３ａ，５３ｂとを有しており、これらの各構成要素が駒７とボディ２Ａとの間に図の上下方向、すなわち駒７とボディ２Ａとを結ぶ振動の伝達方向に積層された構造となっている。
【００１６】
第１振動検出センサ群５０ａの圧電センサ５１ａおよび圧電センサ５３ａは、脚部１８ａの下面に絶縁層５２を挟んで積層されており、お互いの分極方向が逆方向（図示の例では、圧電センサ５１ａが上から下、圧電センサ５３ａが下から上）となるよう配置されている。そして、圧電センサ５１ａと圧電センサ５３ａに挟まれる絶縁層５２には、スルーホール５２ａが形成されており、スルーホール５２ａを挿通させられた配線５５ａによって圧電センサ５１ａおよび圧電センサ５３ａの対向する面同士が電気的に接続されている。そして、圧電センサ５１ａの下面、すなわち圧電センサ５３ａと対向する面に出力配線５６ａが接続されており、圧電センサ５１ａの上面および圧電センサ５３ａの下面に接地線５７ａが接続されている。これにより、擦弦操作によって駒７（脚部１８ａ）に振動が生じた場合、その振動が圧電センサ５１ａおよび圧電センサ５３ａによって電気エネルギーに変換され、この結果出力配線５６ａを介して振動に応じた電気信号が出力されるようになっている。なお、圧電センサ５１ａと圧電センサ５３ａとの面同士の接続方法はスルーホールを利用するものに限らず、例えば絶縁層５２を介さずに両者を直接導電性接着剤等で貼り付けるようにしてもよい。
【００１７】
第２振動検出センサ群５０ｂの圧電センサ５１ｂおよび圧電センサ５３ｂは、脚部１８ｂの下面に絶縁層５２を挟んで積層されており、お互いの分極方向が逆方向となるよう配置されている。また、図示のように、圧電センサ５１ｂはその分極方向が圧電センサ５１ａと逆方向となるよう配置されており、圧電センサ５３ｂはその分極方向が圧電センサ５３ａと逆方向となるよう配置されている。そして、圧電センサ５１ｂの下面、すなわち圧電センサ５３ｂと対向する面に出力配線５６ｂが接続されており、圧電センサ５１ｂの上面および圧電センサ５３ｂの下面に接地線５７ｂが接続されている。これにより、擦弦操作によって駒７（脚部１８ｂ）に振動が生じた場合、その振動が圧電センサ５１ｂおよび圧電センサ５３ｂによって電気エネルギーに変換され、この結果出力配線５６ｂを介して振動に応じた電気信号が出力されるようになっている。以上のように圧電センサ５１ｂはその分極方向が圧電センサ５１ａと逆方向となるよう配置し、圧電センサ５３ｂはその分極方向が圧電センサ５３ａと逆方向となるよう配置するとともに同一側の面に出力線５７ａ，５７ｂを結線することによって、駒７に生じる振動の横振動成分をより正確に検出することができる。すなわち、駒７の横振動成分、つまりある一時点における脚部１８ａ，１８ｂの振動方向は逆方向（一方が下から上の場合、他方は上から下となる）となる振動成分を検出した際に圧電センサ５１ａ，５１ｂおよび圧電センサ５３ａ，５３ｂから出力される信号が、お互いの特性を打ち消し合うことがないので、横振動成分をより正確に検出することができるのである。
【００１８】
以上のような構成の振動検出センサユニット５０の容量に関する等価回路を図４に示す。同図に示すように、振動検出センサユニット５０は、脚部１８ａの下方側に配置される圧電センサ５１ａおよび圧電センサ５３ａの２つのセンサ（等価回路ではコンデンサに相当）が並列に接続され、脚部１８ｂの下方側に配置される圧電センサ５１ｂおよび圧電センサ５３ｂの２つのセンサ（コンデンサに相当）とが並列に接続されるといった等価回路となる。したがって、各圧電センサ５１ａ，５１ｂおよび圧電センサ５３ａ，５３ｂのコンデンサの静電容量をＣとした場合、各々の脚部１８ａ，１８ｂの下方側に設けられる並列接続された第１振動検出センサ群５０ａおよび第２振動検出センサ群５０ｂの静電容量は２倍、すなわち２Ｃとなるから、インピーダンスＺは、次式で表される。
Ｚ＝１／（２πｆ＊２Ｃ）
なお、上記式において、ｆは周波数である。
【００１９】
すなわち、圧電センサ５１ａと圧電センサ５３ａおよび圧電センサ５１ｂと圧電センサ５３ｂを各々並列接続することによって、第１振動検出センサ群５０ａおよび第２振動検出センサ群５０ｂの静電容量が２倍となり、この結果、当該各センサ群の出力インピーダンスは、１つの圧電センサ（静電容量Ｃ）を利用した場合（Ｚ＝１／２πｆＣ）と比較して低下することになる。このように、第１振動検出センサ群５０ａおよび第２振動検出センサ群５０ｂの出力インピーダンスが低下すると、これに伴ってカットオフ周波数を低くすることができ、各々第１振動検出センサ群５０ａおよび第２振動検出センサ群５０ｂは、脚部１８ａ，１８ｂに生じる振動の低周波成分をより正確に検出することができる。また、上記のように出力インピーダンスを低下させることで、インピーダンスノイズが減少するので、第１振動検出センサ群５０ａおよび第２振動検出センサ群５０ｂはノイズの少ない検出信号を出力することができる。
【００２０】
以上のような構成の第１振動検出センサ群５０ａおよび第２振動検出センサ群５０ｂを有する振動検出センサユニット５０が脚部１８ａ，１８ｂとボディ２Ａとの間に設けられており、擦弦操作に応じた駒７の振動を検出することができ、振動に応じた電気信号を出力することができる。
【００２１】
次に、上記構成の振動検出センサユニット５０の第１振動検出センサ群５０ａおよび第２振動検出センサ群５０ｂが検出した駒７の振動に対応する電気信号に基づいて音響信号を生成し、外部スピーカ等の放音装置から放音するための音響信号生成ユニットの構成について図５を参照しながら説明する。
【００２２】
同図に示すように、音響信号生成ユニット６０は、アンプ６１ａ，６１ｂと、アンプ６２ａ，６２ｂと、周波数特性調整フィルタ６５ａ，６５ｂと、加算回路６６とを備えている。
【００２３】
アンプ６１ａ，６１ｂの各々には、上記構成の振動検出センサユニット５０の第１振動検出センサ群５０ａおよび第２振動検出センサ群５０ｂによって検出された振動に対応する信号が供給されるようになっており、両信号の振幅が個別に設定された所定の増幅率で増幅された後、各々アンプ６２ａ，６２ｂに供給される。アンプ６２ａ，６２ｂでは、各々供給された信号が所定の増幅率で増幅され、周波数特性調整フィルタ６５ａ，６５ｂに供給される。
【００２４】
周波数特性調整フィルタ６５ａ，６５ｂは、各々異なる特性を有するフィルタである。第１振動検出センサ群５０ａが駒７の低音側の弦が配置される側の脚部の下面に配置されるものであり、第２振動検出センサ群５０ｂが駒７の高音側の弦が配置される側の脚部に配置されるものであるから、各々のフィルタは駒７における振動検出位置に応じた周波数特性調整を行うような特性を有している。
【００２５】
周波数特性調整フィルタ６２ａ，６２ｂから供給される周波数特性調整後の信号は加算回路６６に出力される。加算回路６６では、これらの信号が加算され、音響信号としてヘッドフォンやスピーカ等から構成される放音装置６８に出力される。なお、図示はしないが、加算回路６６から出力される信号をディジタル信号に変換し、残響付与等のディジタル信号処理を施してから放音装置６８に出力するようにしてもよい。
【００２６】
音響信号生成ユニット６０は上記の構成を有しており、振動検出センサユニット５０の第１振動検出センサ群５０ａおよび第２振動検出センサ群５０ｂによって検出される駒７の振動に対応する電気信号に対し、適当な信号処理を施して音響信号を生成するようになっている。
【００２７】
以上説明したように本実施形態に係る電気バイオリンでは、擦弦操作による駒７の振動を検出する手段として、第１振動検出センサ群５０ａおよび第２振動検出センサ群５０ｂを複数（本実施形態では２つ）の圧電センサを並列接続した構成を採用している。このように複数の圧電センサを並列接続した構成とすることにより、出力インピーダンスが低下し、擦弦操作によって駒７に生じる振動の低周波成分をより正確に検出することができ、当該検出結果を用いた楽音発生の際における低音域の音質を向上させることができる。また、上記のように検出結果に含まれるノイズを減少させることもできるので、当該検出結果を用いた楽音発生を行うと、より高品位の楽音を発生させることができる。
【００２８】
もちろん、脚部１８ａ，１８ｂの各々の下面側に配置する圧電センサとして、薄型のものを採用すれば、出力インピーダンスを低下させることができ、上記第１振動検出センサ群５０ａおよび第２振動検出センサ群５０ｂと同様の効果を得ることも可能であるが、圧電センサを非常に薄く加工するのは困難であり、仮に可能であったとしても多大なコストを要することになると考えられる。これに対し、複数の圧電センサを並列接続するといった構成を採用することにより、市販等されている圧電センサを利用しながら、つまり大幅なコストの増加等を招くことなく、センサ群全体としてみれば出力インピーダンスを低下させることができ、これにより上記のような種々の効果を得ることができる。
【００２９】
ところで、上記のように複数の圧電センサを並列接続した構成の振動検出センサ群としては、駒７における点在する部位に各圧電センサを取り付け、これらを並列接続することも考えられる。しかしながら、このようにした場合には、各々のセンサの出力特性が異なることがあり、これらを並列接続した構成のセンサによって得られる検出結果の正確性が損なわれるおそれがある。これに対し、本実施形態では、並列接続する各圧電センサを脚部１８ａ，１８ｂの下面側において、駒７からボディ２Ａへの振動伝達方向に積層配置することにより、積層配置された各圧電センサにはほぼ同じ振動が加わり、この結果、各圧電センサから出力される信号の特性もほぼ同じようなものとなる。したがって、これらの積層配置された圧電センサの出力結果の正確性が損なわれる可能性が小さくなる、つまりより正確な振動検出が可能となるのである。
【００３０】
また、並列接続する各圧電センサに対し、ほぼ同じような振動が加わるようにするために脚部１８ａ，１８ｂの各々の下面に、それぞれ２つの圧電センサを貼り付け、これらを並列接続することも考えられる。しかしながら、バイオリンの駒７の脚部１８ａ，１８ｂの下面の面積は微小であり、この限られた面積をさらに２分割した領域、つまり小さな領域に取り付けられた各圧電センサを利用して振動検出を行う場合、振動を検出することにより得られる信号の出力値が小さい等に起因して正確な振動検出ができなくなるおそれもある。これに対し、本実施形態では、第１振動検出センサ群５０ａおよび第２振動検出センサ群５０ｂを構成する各圧電センサ５１ａ、圧電センサ５３ａおよび圧電センサ５１ｂ、圧電センサ５３ｂとして、各々脚部１８ａ，１８ｂの下面とほぼ同じ面積を有するものを採用した上で、これらを上下方向に積層配置することで、上記のような可能な限り大きい面積を有する圧電センサを並列接続とすることができるようにしている。したがって、上記のように脚部１８ａ，１８ｂの下面を各々２分割した領域に圧電センサを取り付ける場合よりも、得られる検出信号の出力値が大きくなり、より正確な振動検出を行うことが可能となる。
【００３１】
Ｂ．変形例
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するような種々の変形が可能である。
【００３２】
（変形例１）
上述した各実施形態においては、本発明をバイオリンに適用した場合について説明したが、弦と、弦を支持する部材（駒等）とを有し、該弦を弓等によって擦ることにより演奏を行う擦弦楽器に適用することが可能であり、例えばチェロ、ビオラ、コントラバス等に適用することができる。
【００３３】
（変形例２）
また、上述した実施形態では、圧電センサ５１ａと圧電センサ５３ａ、および圧電センサ５１ｂと圧電センサ５３ｂといった２つの圧電センサを並列接続する構成としていたが、これに限らず、３つ以上の圧電センサを並列接続するようにしてもよい。このように３つ以上の圧電センサを並列接続する場合には、上述した実施形態と同様、３つ以上の各圧電センサを絶縁層を挟んで積層配置するようにしてもよい。
【００３４】
（変形例３）
また、上述した各実施形態においては、本発明を電気バイオリンに適用した場合について説明したが、アコースティックな発音機能を有する擦弦楽器に適用することができる。例えば、図６に示すようなアコースティックバイオリンにも本発明を適用することができる。
【００３５】
同図に示すように、このバイオリンは、通常のバイオリンと同様に共鳴体である響胴（本体部）１１と、響胴１１から延出するネック１２とを有しており、ネック１２に設けられた糸巻１３と響胴１１に設けられた緒止板１４とで４本の弦１５を張力を与えた状態で支持している。響胴１１およびネック１２の上面（紙面手前側）には、指盤１６が弦１５とほぼ平行に配置されている。響胴１１には駒１８が立設されており、弦１５との間で挟持されている。これにより弦１５の振動が駒１８を介して響胴１１に伝達されるようになっている。これらの各構成要素は、通常のアコースティックバイオリンと同様の機能を有している。当該バイオリンの駒１８の脚部に、上記実施形態と同様の振動検出センサユニットを取り付けるようにしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コスト増加などを招くことなく、駒の振動をより正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気バイオリンの外観構成を示す正面図である。
【図２】前記電気バイオリンの駒近傍の構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電気バイオリンの駒の振動を検出するための振動検出センサユニットの構成を示す図である。
【図４】前記振動検出センサユニットの容量に関する等価回路を示す図である。
【図５】前記振動検出センサユニットによって検出された信号に基づいて音響信号を生成する音響信号生成ユニットの構成を示す図である。
【図６】前記実施形態に係るバイオリンの変形例を示す図である。
【符号の説明】
１Ａ……電気バイオリン、２Ａ……ボディ、４……弦、５……胴部、７……ブリッジ、１１……響胴、１２……ネック、１５……弦、１８……駒、１８ａ，１８ｂ……脚部、５０……振動検出センサユニット、５０ａ……第１振動検出センサ群、５０ｂ……第２振動検出センサ群、５１ａ，５１ｂ，５３ａ，５３ｂ……圧電センサ、５２……絶縁層、６０……音響信号生成ユニット、６８……放音装置

Claims

本体部と、
前記本体部に脚部を介して立設された駒と、
前記駒に支持されて前記本体部上に張り渡された弦と、
前記脚部から前記本体部へ向かう前記駒の振動の伝達方向に沿って積層された第１の駒側圧電センサと第１の本体部側圧電センサとを並列接続してなる第１振動検出センサ群であって、前記第１の駒側圧電センサの分極方向を前記本体部から前記脚部に向けると共に前記第１の本体部側圧電センサの分極方向を前記脚部から前記本体部に向けた第１振動検出センサ群と、
前記脚部から前記本体部へ向かう前記駒の振動の伝達方向に沿って積層された第２の駒側電圧センサと第２の本体部側圧電センサとを並列接続してなる第２振動検出センサ群であって、前記第２の駒側圧電センサの分極方向を前記脚部から前記本体部に向けると共に前記第２の本体部側圧電センサの分極方向を前記本体部から前記脚部に向けた第２振動検出センサ群と
を備えた擦弦楽器。
請求項１に記載の擦弦楽器において、
前記第１振動検出センサ群によって出力される検出信号の周波数特性を調整する第１の周波数特性調整手段と、
前記第２振動検出センサ群によって出力される検出信号の周波数特性を調整する手段であって、前記第１の周波数特性調整手段とは異なる周波数特性の調整を行う第２の周波数特性調整手段と
を更に備えた擦弦楽器。