JP3851169B2 - 電気ギターピックアップ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は変換器(transducer)に関する。これらの装置は振動する強磁性物体の物理的エネルギーを電気信号に変換するために使用される。電気ギターのピックアップは振動するギター弦の運動エネルギーを振動電圧の形状の電気信号に変換する変換器である。一般的に、ギターピックアップ変換器は永久磁石と磁極片(pole piece)の周囲に絶縁された導線を巻いて形成された電気コイルを利用している。この変換器の磁石とコイルのシステムはギターのボディに搭載され、複数のギター弦が磁束界中を通過し、弦が振動すると、磁界の形状を変化させる。この変化する磁束によりピックアップの巻線に電気信号が誘導される。ギターアンプはこの電圧を音に変換する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のギターは各端部で固定され且つ適切な周波数で振動させるために張られた複数本の弦を有する。ギター弦は変換器の上方にあるブリッジ(bridge)上で支持される。磁気ピックアップ付き電気ギターにおいて、ギター弦は正常状態ではピックアップ／変換器に接触しないが、近接している。これはアコースティックギターで使用されるトーンホール(tone-hole)ピックアップにも当てはまる。変換器は磁界を発生する磁石と、磁界の影響内に置かれた電気コイルを有する。弦は磁気透過材料で構成され、変換器の磁界を透過させるように配置される。弾いたり、軽くかき鳴らすと、振動するギター弦の磁気透過材料はコイルの巻線に対応する振動磁束を発生する。このように、磁気誘導を経て、ピックアップから発生する磁束線内で動くギター弦の振動により、電気信号がピックアップのコイル内で発生する。
【０００３】
音楽を演奏中または録音中に、時々、所望の効果得るためピックアップ信号が処理される。最も共通の効果として、ハーモニック歪み、コーラス、反響が追加される。多音濁り(polyphonic fuzz)のようなより複雑な効果のために、分離した信号を各弦から得ることが好ましく、時に要求される。この目的のため、多音(polyphonic)ピックアップが使用される。多音ピックアップはマルチプルセンサー(multiple sensor)を持ち、各センサーはある１本の弦の振動に特に敏感であり、他の弦の振動には比較的鈍感である。６本弦ギターの多音ピックアップは６個のセンサーを有し、ヘクサフォニック(hexaphonic)ピックアップまたはヘクサ(hex)ピックアップと呼ばれている。多音またはヘクサフォニックギターピックアップはギターが最終音を作るデジタル信号処理装置またはシンセサイザーに接続されるシステムに使用される。
【０００４】
ヘクサフォニックピックアップにおいて、各センサーは６本弦ギターの個別の弦に専用される。この目的に使用される２つの通常タイプのピックアップは圧電ピックアップ及び磁気ピックアップである。磁気ピックアップは一般的に永久磁石付きの可変磁気抵抗型磁界センサーと弦下に配置されたセンサーコイルから構成される。この型のピックアップは磁界内にある弦の一部の振動の速度に応答してコイル内に出力電圧を発生する。
【０００５】
可変磁気抵抗型変換器はしばしば移動する強磁性目標物の速度を計測し、または検出するために使用される。目標物が所定の通路に沿ってのみ移動できる場合、速度の方向が変換器の検出コイルで誘導される電圧の極性から決定される。しかしながら、振動するギター弦の一部の場合のように、もし目標物が任意の経路に動くと、移動の方向は誘起された電圧極性で決定されず、誘起電圧の絶対値は目標物速度の絶対値を正確に示していない。
【０００６】
上述のように、多音ギターピックアップは弦振動のある特性に依存する異なる音を作るように設計された信号処理装置と組み合わせて使用される場合がある。これによりギター奏者にモノラル(monophonic)ピックアップから得られる信号でできない表現の度合いを与える。場合により、音はピックアップ信号で得られる情報を使用してデジタル的に合成され、変形される。このようなシステムにおいて、ピックアップ信号に対する弦振動の不適切または不正確な変換により、不良デジタルピッチトラッキング及び不必要な音になる。従って、多音ピックアップが振動弦の全ての状況を表す信号をできるだけ正確に発生することが望まれる。近傍の弦振動、ギターの他の部分の振動、ギターボディに不注意な衝撃により生ずるノイズ、フレットノイズのような他の発生源により生じる信号成分は可能な限り回避される。一般的に、圧電ピックアップは磁気ピックアップより外部の好ましくない影響に対して敏感である。他方、磁気多音ピックアップは弦間で発生する磁気クロストーク(cross talk)を受ける。各変換器が問題の変換器の直上の弦の他に近傍の弦の振動を検出する場合にクロストークが生じる。これは第１変換器のコイルの磁界に影響を与える第２の弦振動により生じ、第１変換器のコイルの読み取りに影響を与える第２変換器の漂遊磁束により生じる。
【０００７】
ギター弦が弾かれ且つ開放されると、弦の任意の部分が横断面のマルチプル方向に振動する。横断面は弦の軸に対して垂直な面である。弦振動の通路は例えば横断面で加工楕円(precessing ellipse)である。従来の磁気多音ギターピックアップは主に垂直軸に沿って、例えばピックアップから遠ざかる方向に生じる弦振動に反応する。これらのピックアップは水平に、例えば弦で形成される面の軸に沿って生じる振動にも反応するが、感度は小さい。この交差軸感度の結果、異なる方向の弦振動は出力信号に分離出来ずに混合される検出コイルの異なるように変倍された(scaled)電圧を誘導する。この従来の磁気ピックアップの欠点は信号を解釈する電子システムのトラッキング速度と、ピッチ精度、及び他の性能特性を制限することである。例えば、水平に近い方向の大振幅の弦振動は垂直に近い方向の小振幅の弦振動と識別できない。逆に、ピックアップは異なる方向の等振幅の弦振動に対して異なる感度で反応する。
【０００８】
全ての面での横弦振動を決定するための従来のギターピックアップの不十分さは従来技術の他の発明者らにより認識されている。単一弦用のマルチプル磁極ピックアップの一例は１９８２年９月１４日にコバニアン(Chobanian)氏らに発行された米国特許第４，３４８，９３０号「Transducer for Sensing String Vibrational Movement in Two Mutually Perpendicular Planes」に示されている。この特許は分離した専用の磁極片と、２つの分離した相互に垂直な面の振動に敏感なコイルを教示している。この特許は第１の電気信号を供給するための第１コイル付き第１磁気透過磁極と、第２の電気信号を供給するための第２コイル付き第２磁気透過磁極を使用することを対象としている。この設計では第１面での弦の振動運動が前記第２コイルの最少または不十分な磁束変化を誘導する第１磁極を使用するか、またはその逆の構成を使用している。このように、一平面内の弦の振動動作は他の相互に垂直な面内の弦の振動動作の検出に独立に、且つ最少の影響で検出される。コバニアン特許は互いに垂直な検出軸を有する１本の弦に対して２つのセンサーコイルを持つ多音磁気ギターピックアップを記載している。弦が複数のセンサーの一つの検出面で振動する場合、極めて大きい変化が他の磁極片内での変化より１磁極片の磁束内で生じる。しかしながら、この装置は、両センサーの磁界が弦と両磁極片で互いに干渉するので、直交軸の弦振動の方向を決定することができない。これにより、どの方向の弦の振動も、無視できない電圧を両コイルに同時に誘導させる。
【０００９】
米国特許第４，５３４，２５８号「Transducer Assembly Responsive To String Movement In Intersecting Planes」において、ノーマン ジェイ． アンダーソン(Norman J. Anderson)氏は弦の全ての横運動を決定するように設計された磁気ピックアップを記載している。この設計において、各コイルは第１面内の弦の振動に対して最大の感度を示し、第１面内に交差する第２面内の弦の振動に対して最小の感度を示す。アンダーソン特許の説明によれば、これらの主面はギターボディの上面に対して好ましくは垂直であり、−４５度と＋４５度である。１組のコイル内の全ての弦の振動により誘導された信号は１つのオーディオチャンネルで合成され、他の組のコイル内の全ての弦の振動により誘導された信号は第２のオーディオチャンネルで合成される。このように、振動面が部分的に識別される間、弦信号は混合される。さらに、上記の装置で、弦が主面の一つで振動すると、主面が交差し電流が両コイルに誘導される弦の位置で磁束が変調されるので、振動面が充分に分離されない。２つの磁極片を包囲する磁界の相互作用のため、磁気密度を一方の磁極片で変化させると、他の磁極片でも変化が生ずる。
【００１０】
米国特許第５，２０６，４４９号「Omniplanar Pickup For Musical Instruments」において、リチャード イー． ディー． マッククリッシュ(Richard E. D. McClish)氏は弦振動に対する全面感度を実現するために磁気センサーの類似構造を記載している。この発明によれば、位相シフトを他方の信号に関して信号の一つに与えた後、２つのコイルからの信号が合成される。９０度位相シフトは全面感度のために提案され、他の位相角の可能性が言及されている。これらの信号を１８０度の位相シフトで合成することは減算に対応し、ゼロ度で位相シフトで合成することは加算に対応する。しかしながら、従来技術の磁気変換器では、センサーコイルは直接に結合されず且つ充分に独立していない磁界中に置かれる。これらの磁束界は近接し、弦に交差するので、両センサーコイルはどの方向の弦振動にも反応し、異なるレベルの感度で反応する。２つのセンサーコイルの最大感度軸は平行でない。つまり、弦が１つの最大感度の主面内または近傍で振動する場合、差信号は相殺されない。従って、信号の位相シフト合成はセンサー単独よりより近い全面感度パターンを与える。個別のコイル信号、これらの和及び差信号、これらの信号のどのような位相シフト合成も交差平面の振動成分を示さない。対照的に、もし本発明で当てはまるように、直交面の振動成分が得られると、任意に全平面出力がこれらの信号から生成される。
【００１１】
必要なものは特に複数の弦の間のクロストークを減少させ、２つの交差軸に沿って横弦振動を表す各弦の２つの信号を出力する振動弦のための変換器である。
【００１２】
本発明は可変磁気抵抗型磁界センサーに関し、特に多音ギターピックアップに応用される。より具体的には、本発明は従来技術に比べて、振動弦の状態のより多くの情報を有する出力を発生する多音ギターピックアップに関する。
【００１３】
本発明は弦振動を検出し、２つの個別のコイルからの信号を加算し減算することにより振動を２つの直交成分に決定するための変換器を対象としている。この発明は直交法で弦振動を検出する。本発明は各々が他方から水平に且つ逆方向に偏倚された同極性の磁極片と逆極性の第３磁極片を有する２つのピックアップコイルの使用を対象としている。両コイルは横面の２つの直交軸の弦の横振動に対して敏感である。
【００１４】
本システムは第１面の横弦振動を表す合成信号を生成するため、第２コイルの信号から第１コイルの信号を減算し、第１面に対して直角な第２面での横弦振動を表す合成信号を生成するために、第１及び第２コイルの信号を加算する。第１面での弦の平均位置を表す信号が出力される。
【００１５】
本発明の他の目的は、実質的に近傍の弦振動を検出することなく、変換器の上方にある弦の振動を検出する変換器を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の好ましい一の実施例において、変換器は３個のセンサー磁極片と、弦に関連した２つの電気コイルを有する。周囲にセンサーコイル付きの２つの非対称磁極片が弦の下方に配置され、弦の軸に沿って互いに分離される。対称磁極片は２つの磁極片間に配置される。非対称磁極片は弦の水平で反対側に向けて延びる磁束を収束させるように設計される。弦は３個全てのセンサー磁極片の上方で振動すると、水平軸に沿った弦振動の動きにより２つのコイルに反対極性の電流を生成する。磁束が正信号を生成するために第１コイル内で増加すると共に、磁束は負信号を生成するために第２コイル内で減少する。これと対照的に、垂直軸に沿った弦振動の動きは２つのコイルで同じ極性の電流を発生させる。弦が垂直軸に沿って振動すると、磁束が第１コイル内で増加すると共に、第２コイル内でも磁束が増加し、磁束が減少するとその逆になる。従って、２つのコイルからの信号は共に加算されると、得られた信号は弦の速度の信号成分を表し、水平軸に沿った振動に関連する信号は互いに相殺する。これらの信号の一つを反転させることにより、２つの信号は合成され、これらの信号の差を形成する。２つのコイルからのこれらの信号を減算することにより、垂直面内の弦振動により誘導されたこれらの信号は互いに相殺し、残りの信号が水平軸での振動を表す。このように、第１オーディオチャンネルが弦振動の水平成分に対応し、第２オーディオチャンネルが弦振動の垂直成分に対応する２つの分離したオーディオチャンネルが与えられる。
【００１７】
本発明の第２実施例はギター弦を支持するための磁気サドル型ブリッジを使用している。磁気透過材料でブリッジを構成し、それを磁気磁極片として利用することにより、ギター弦は磁束領域内を通過し、磁気ピックアップサドルに係合し、磁束線がギター弦の大部分を通るようにする。これにより、必要な永久磁石からの磁気エネルギーを減少させ、第１弦のための磁気ピックアップと近傍の弦のための近傍の磁気ピックアップ間のクロストークを減少させる。
【００１８】
さらに本発明の実施例において、マルチプルセンサー磁極片と磁気サドルを組み合わせられ、楽器の各弦のために２つの信号を生成する。このように、多音ギターピックアップは６本弦ギター用の６個の個別の２重コイル素子を利用でき、２組の１２個の個別のギター弦信号を発生する。第１組の信号が６本の各々の垂直信号を表し、第２組の信号は６本の弦の各々の水平信号を表す。
【００１９】
本発明のピックアップのさらなる改良ではセンサー磁極巻線をできるだけ磁束線に垂直に配置することによりピックアップ感度を増加させるためにセンサー磁極キャップを利用する。これによりコイルが、このコイル間の全磁束上での弦の位置の大きい衝撃状態で、高磁束密度領域に配置されることを可能にする。
【００２０】
本発明は弦振動を検出するための３極磁極ピックアップを利用している。この実施例は第１極性の第１の対称形磁極片と、第２及び第３非対称形磁極片を有する。この第２及び第３非対称磁極片は第１対称磁極片のそれと逆の磁気極性を有する。第１及び第２磁極片は第１磁束領域を形成し、第２磁束領域は第１磁極片と第３磁極片の間に延びる。弦が振動すると、これらの磁束領域の変化速度は第２及び第３磁極片と動作可能に位置決めされた電気コイルを使用してモニタされる。対象物即ち弦が位置決めされるので、対象物の移動はコイルが受ける磁束の対応する変化を生じ、コイルに電流を誘導させる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は電気変換器１０の側面図を示す。変換器１０は対象物１２の動きを検出する。図示された目的のため、電気変換器１０は好ましい実施例に示される。ここで、電気変換器１０はギターピックアップ１０として示され、ピックアップ１０はギター弦１２として知られた対象物１２の振動を検出するために使用される。好ましい実施例ではギターの６本の弦１２の各々のための個別の磁気変換器１０付きのヘクサフォニックピックアップを利用する。これにより、６本の弦の各々に２個の信号が発生すると、１２個の個別の信号が検出できる。これらの信号は合成され、個別に増幅されるか、または利用される。変換器ピックアップを持つどの弦を張った対象物も任意の数の弦のために本発明を利用できることが想定される。
【００２２】
この開示では、直交軸は水平軸及び垂直軸として参照される。これらの軸は横断面と弦平面の交差により定義される。横断面は弦に直交する平面のことである。横断面と弦平面間の交差は水平軸と呼ばれ、弦平面に垂直な軸は垂直軸と呼ばれる。複数の弦が平行でなく共面に無い電気ギターまたは他の楽器では、横断面は弦に垂直な面として各弦で定義され、水平軸は弦により形成される表面に正接する横断面内のラインとして定義され、垂直軸は水平軸に直交する横断面内の軸として定義される。
【００２３】
図１はピックアップ１０がどのようにブリッジ用のサドルとして働くか、どのように支持点２２でギター弦１２を上方に延び支持するピックアップブリッジサドル部２０を有するかを示している。サドル２０として知られる、ピックアップブリッジ部２０は磁気透過材料から構成され、ピックアップ１０の磁石２４の第１磁極２３の一部を形成する。好ましい実施例において、第１磁極２３は磁石２４の磁北極であるが、磁極の南北配向は反転できる。
【００２４】
図１に示されるサドル２０は固定位置ブリッジ部２０として示されるが、各弦サドル２０の高さ、水平位置を個別に調整しても良い。さらに、ブリッジ全体はマルチプルサドル２０から構成されるが、適当な位置決めのために調整可能である。
【００２５】
磁石２４の第２磁極１２５は磁極先端２５及び２７上に電気コイル２９及び３０で巻かれた上方に延びるセンサー磁極片２６に取り付けられる。第２磁極１２５は好ましい実施例おいて磁石２４の磁南極である。電気コイル２８は単一磁極片や他の取付部品上のマルチプルコイルのための異なった設計を利用できさらに、従来技術で良く知られたコイル設計に変更できる。これら変更はこの設計での実施のために期待される。
【００２６】
ギター弦１２はセンサー磁極片２６に接触しないがわずかな間隔の空隙が置かれている。この空隙の適当な間隔は従来技術で良く知られている。
【００２７】
当業者により理解されるように、ピックアップ１０の磁界は第１磁極２３から第２磁極１２５に延びる。第１磁極２３と第２磁極２５は磁界を画成し、この磁界はこの実施例ではギター弦１２に対してほぼ平行に配向される。このように、磁石２４からの全磁束線は磁石２４の磁北極２３から磁南極１２５への３つの通路の一つに従う。第１磁束通路は磁石２４の磁北極２３、磁極片１２２、サドル２０、弦１２、エアギャップ３１、磁極片２６の先端２５、磁石２４の磁南極１２５である。第２磁束通路は磁石２４の磁北極２３、磁極片１２２、サドル２０、弦１２、エアギャップ３２、磁極片２６の先端２７、磁石２４の磁南極１２５である。第３磁束通路は磁石２４の磁北極２３、磁極片１２２、エアギャップ３１または３２外側の空隙、磁極片２６、磁石２４の磁南極１２５である。
【００２８】
第３通路に従う磁束部分は漂遊磁束(stray flux)と呼ばれる。漂遊磁束はピックアップの物理的境界を越えて延びる。この設計の目的の一つは漂遊磁束に従う磁束の比率の割合を最小化することであるので、２本の近傍の弦のピックアップからの磁界の相互の干渉を可能な限り小さくできる。
【００２９】
ギター弦１２の一部はこれらの磁束線が通過する磁界内に配置される。このギター弦１２は一般的に金属で構成され、磁束に影響を与える磁気透過材料から構成される。弦１２は支持点２２でピックアップサドル２０と係合する。これにより、磁束線が支持点２２とセンサー磁極片２６間のギター弦１２により大部分を運ばれる。これにより、磁気ピックアップまたは変換器１０の必要電力を減少させることができる。より少ない必要電力は磁気ピックアップ１０と近傍の弦１２のための近傍の磁気ピックアップ素子１０間のクロストークを減少させる。
【００３０】
この発明の第２の態様は図２に関して理解される。図２は図１の２−２線に沿って取られた断面図である。図２を参照すると、磁南極２６は第１センサー磁極片２５と第２センサー磁極片２７により形成される。検出装置は第１センサー磁極片２５の周囲に巻かれた第１コイル２９と第２センサー磁極片２７の周囲に巻かれた第２コイル３０とを有するこの設計のための２つの個別のコイルから構成される。コイル２９及び３０は単一コイルシステムとして示され、マルチプルコイル部品はそれぞれの位置で利用されることが想定される。コイル２９と３０の重要な特性は弦１２の振動または移動により誘導された磁界変化を検出することであり、それにより、位置、形状、巻数、及び他のコイル特性の変更が従来技術でよく知られているように変更できる。
【００３１】
ギター弦１２はセンサー磁極片２５と２７間に等距離に配置されるように図２の邪魔されない位置に例示され、僅かにそこから上方に配置されている。中央の位置がこの実施例では利用されているが、弦の位置は変換器１０により発生する信号を変更するためのこの構成から変更可能である。ギター弦１２がかき鳴らされると、２つの磁極片２５と２７はギター弦１２の垂直振動とギター弦１２の水平振動を検出できる。
【００３２】
ギター弦１２の垂直振動はセンサー磁極片２５と２７のコイル２９と３０に同等に影響を与える。他方、ギター弦１２の水平振動は１方のセンサー磁極片に近づき且つ他方のセンサー磁極片から遠ざかるように動き、それによりコイル２９と３０に反対極性の信号を生成する。第１センサーコイル２９の第１信号と第２センサーコイル３０の第２信号とを合成することにより、信号の水平成分が互いに相殺する。さらに、信号の垂直成分が互いに強化され、弦振動の垂直成分を実質的に表す信号を発生する。一方、もしセンサー信号の一つが反転され反転信号が他の信号と合成されると、信号は減算される。減算により、垂直成分は互いに相殺し、水平信号成分は互いに強化し、弦振動の水平成分を実質的に表す信号を発生する。これにより、異なる信号が水平振動に対して対比するように垂直振動のために検出可能になる。このように、変換器１０の設計は単一の磁石と、３個の磁極片と、２個のコイルを利用しており、弦１２の垂直振動を示す信号と弦１２の水平振動を示す他の信号の２つの信号を発生するために使用できる。
【００３３】
本発明のセンサーは、弦が公称の平均水平位置の周りの横断面の任意の方向に振動すると、電圧が各々が他のセンサーと「ほぼ同一」の電圧感度を有する２つのセンサー内に誘導されるように設計される。磁界の水平勾配及び左右相称のため、垂直及び水平軸を横切る弦速度の客観化がそれぞれ２つのセンサーコイルに誘導される電圧の和と差として得られる。「ほぼ同一」の特徴がこの装置と従来技術の装置間の重要な相違である。従来技術の特許は一方のコイルが他方のコイルより「実質的により敏感」であり、振動面に依存するピックアップを記載している。一方、本設計では、弦が垂直面で振動するとき磁界は結合されるが、２個のコイル信号が同一であるので、差信号が完全に相殺し、水平面ではコイル信号が完全に対称であるので和信号が相殺する。
【００３４】
他方のコイルの電圧に関連した一方のコイルの電圧感度は、演奏者が、例えば、音符のピッチを歪めるためフレットボードを横方向にスライドさせるように、弦の平均水平位置が磁界の対称軸で公称の位置から修正されるとき変化する。この設計はまた、各弦の２つの直交軸に沿って横切る弦速度成分及び平均水平位置が弦１本に対する２個のセンサーコイルに誘導される電圧から決定されるのを可能にする。図１３に示されるように、この動作はコイル２９と３０に誘導された信号の実行値（ＲＭＳ）をモニタする電子等化スケーラ回路８０で実施される。スケーラ回路８０は弦１２がその公称位置の近傍で振動するとき、２つのコイル信号８２と８４は水平８１成分と垂直８２成分の分離を可能にするためスケールドコイル信号１８２と１８４に適切にスケール処理されるように調整される。振動する弦１２が弦の面で横方向に動くと、第２コイル出力８４のＲＭＳ’値に対する第１コイルの出力８２のＲＭＳ値の比が弦１２の平均水平位置の変位に比例して変化する。この変位比は弦１２の平均水平位置を示す低帯域幅信号である。このスケーリング回路８０スケールド第２コイル出力１８４を生成するために第２コイル出力８４と低帯域幅信号を倍率変更または乗算する。第１コイル信号出力８２は第２コイル信号出力１８４が第１スケールドコイル出力１８２に一致するように、第１コイルスケールド出力１８２を生成するため適切に変倍される。従って、第２コイルスケールド出力１８４は平均水平弦位置に関わらず第１コイルスケールド出力１８２と同じＲＭＳ値を有し、従って、スケールド出力１８２と１８４の加算及び減算演算は弦１２の平均水平位置に関わらずそれぞれ垂直及び水平振動成分を生成する。ＲＭＳ値の演算と、２つの信号の乗算またはスケーリングは従来技術で良く知られたアナログまたはデジタル信号処理手段により達成される。このようなスケーリング回路８０をピックアップシステムに組み込むことにより２つの機能を提供する。即ち、このシステムは直交のままであり、弦がセンサ−に対して水平的に変位されるときでさえ、水平成分が和において相殺され、垂直成分はスケールド信号の差において相殺される。
【００３５】
垂直及び水平弦速度信号の他に、振動する弦の平均水平変位８６を表す低帯域幅の第３信号が発生する。水平変位信号８６の帯域幅は２つのコイル信号のＲＭＳ値が決定されるスライド時間窓の長さに依存する。この期間は演奏者のダイナミック制御入力に応答するために充分に短くなるように選択されるが、可聴信号の最低周波数成分のマルチプル期間を含むために充分に長くなるように適切に選択させる必要がある。ギターでは、１００から１５０ミリ秒の時間窓が推奨される。
【００３６】
図６は電気変換器ピックアップ１０のセンサー磁極片２６上に配置されたセンサー磁極キャップ４０の端部図を示し、図７は本発明のキャップ４０、コイル２８、及びセンサー磁極２７のアセンブリの切り欠き図を示す。キャップ４０の目的は、磁束線に対してきるだけ垂直にコイル２８巻線を置くことであり、弦１２の位置の小さい変化によりコイル２８により受けられる磁束が大きい変化を生成するように磁気回路を設計するためである。コイル２８を高磁束密度領域に置き、弦がギャップ４１間の全磁束に最大の衝撃を与えるコイルギャップ４１を設けることが最良である。このように、コイル２８は磁束線に対してほぼ直角にされるべきである。
【００３７】
図６及び図７に示されるように、実際には、キャップ４０は磁石２４の磁極２３または磁極１２５のいずれにも接続されない。これにより、コイル上の磁束線を制御できる。第１磁極の始めに、弦は磁石２４の第１磁極２３からの磁界を運ぶブリッジサドル２２上を通りまたはそれに接触する。好ましい実施例において、弦１２は磁気サドル２０を通して磁石２４の磁北極２３と磁気的に接触する。弦１２がサドル片２０からキャップ４０に接近するにつれて、弦１２は分極をブリッジサドル２０からキャップ４０に転送させる。このように、キャップ４０は第１磁極２３と同一の分極を有する。キャップ４０の分極量は弦１２からキャップ４０への距離と弦１２により運ばれる磁界の強度に依存する。このように、キャップ４０と弦１２間の距離が増大するにつれて、弦１２からキャップ４０への磁界の転送が減少し、対応する信号がコイル２８に誘導される。さらなる改良において、コイルの通路の磁気抵抗を減らすためコイルキャップ４１に強磁性流体を利用できる。さらに、さらなる改良において、キャップ４０の周辺の渦電流を防止するためキャップ４０の外部にコーティングまたは追加のシールドを利用できる。
【００３８】
図８から図１１は３極電気変換器またはピックアップ４８として知られる本発明の他の実施例を示している。この実施例は３個の磁気磁極片を利用している。図８の磁極配置に示されるように、この特有な実施例は電気信号を発生するために２つの磁界を利用している。第１の磁界は第１磁極５０と第２磁極５２間に形成され、第２磁界は第１磁極５０と第３磁極５４間に延在する。第２磁極５２と第３磁極５４は各々同様な極性を有し、第１磁極５０は反対極性を有する。このように、第１磁極５０と第２磁極５２は第１磁束領域、及び第１磁極５０と第２磁極５４間に延在する第２磁束領域を形成する。
【００３９】
コイルアセンブリは各磁束領域内に配置され、振動弦の機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する。このように、第１電気コイル５６と第２電気コイル５８は動作可能に位置決めされるので、磁束領域内の磁束変化が電気コイル５６及び５８内に電流を発生させる。弦または対象物１２は第１及び第２磁束領域内に位置決めされるので、対象物１２の動きは第１及び第２磁束領域に対応する変化になる。これらの変化は第１コイル５６に第１電流を誘導し、第２コイル５８に第２電流を誘導する。
【００４０】
これらの電流は対象物１２に関する水平及び垂直情報を得るため前述のように利用される。
【００４１】
図１０及び図１１に示されるように、対象物１２は第１磁極５０，第２磁極５２，及び第３磁極５４の上方に位置決めされる。好ましい実施例において、対象物はコイル５６及び５８の巻線軸に垂直に交差するように位置決めされる。図８から図１１はコイル５６と５８がどのように第２磁極５２と第３磁極５４上に配置されるボビン６０に巻回されるかを示している。これは従来技術で知られるように変換器１０の製造を簡単化する。
【００４２】
各コイル信号の個別の出力はミキサーで処理される。電気変換器１０はミキサーで合成された第１信号及び第２信号を出力し、弦１２の垂直及び水平振動成分に対応する混合信号を生成する。コイル５６と５８に誘導された信号がミキサーへの入力として使用されると、この合成動作により弦１２の水平運動により誘導された信号を相殺し、弦１２の垂直運動により誘導された信号を強化し、垂直振動信号を生成する。ミキサーは第２信号から第１信号を減算し、弦振動の垂直成分により誘導された信号を相殺し、弦振動の水平成分により誘導された信号を強化し、水平振動信号を生成する。ミキサーは、反転信号を形成するため前記信号の一つを反転させ且つこの反転信号と残りの信号を合成することにより差信号を生成する。
【００４３】
図１２に示されるように、第１コイル７０と第２コイル７２はミキサー７４と結線される。ミキサー７４は変換器１０からの信号の種々の組合せを選択するように設計された装置である。図１２に示されるミキサー７４は簡単なアナログスイッチ型ミキサーであるが、デジタル信号ミキサー及び集積回路設計が信号の潜在的な組合せを実行しまたは選択するために利用できる。第１及び第２コイルからの信号を合成するミキサー設計の他に、さらなる改良が変換器の第１磁極と動作可能な位置に置かれた追加コイル、または第２または第３磁極と共に配置された追加コイルに利用できることが想定される。
【００４４】
図１２に示されるように、ミキサー７４はミキサー出力信号Ｍ１，Ｓ１，Ｓ２を精製するための信号合成を選択できる。端子Ｓ１は第１コイル７０の出力部に直接接続でき、端子Ｓ２は第２コイル７２の出力部に直接接続できる。ミキサー７４の合成セレクタスイッチ７６に接続された第１コイル７０と第２コイル７２が示される。セレクタスイッチ７６は各ウエハからの出力部を有する６つのウエハ小型ロータリスイッチである。これらのウエハは端子Ｍ１の出力信号の以下の組合せを提供するように結線される。
【００４５】
位置０： 無信号
位置１： 第１コイル出力
位置２： 第２コイル出力
位置３： 第１コイルと第２コイルの直列接続
位置４： 第１コイルと第２コイルの並列接続
位置５： 反転第１コイル
位置６： 反転第１コイルと第２コイルの直列接続
位置７： 反転第１コイルと第２コイルの並列接続
位置８： 反転第２コイル
位置９： 第１コイルと反転第２コイルの直列接続
位置１０： 第１コイルと反転第２コイルの並列接続
位置１１： 反転第１コイルと反転第２コイルの直列接続
位置１２： 反転第１コイルと反転第２コイルの並列接続
【００４６】
第１コイル７０と第２コイル７２からの信号は従来技術で知られた組合せとしてここに示される組合せを含む多数の組合せで、加算され、減算され、または合成される。全てのこれらの組合せまたは選択された数の組合せが出力信号を変化させるためのミキサーにより実施できることが想定される。
【００４７】
ここに記載された単一の変換器とミキサーの他に、複数の変換器が図１及び図２に示されたピックアップ素子のように６個の個別ピックアップ素子を含むヘクサフォニックピックアップを製造するために組み合わせて利用される。この方法では、本発明を利用する６本弦ギターは実際に１２個の個別信号を発生する。各信号は弦の垂直振動を表す１つの信号と、弦の水平振動を表す１つの信号を有する。このように、１組の垂直信号と他の組の水平信号が形成される。これらの分離信号は個別に利用されるか、異なる出力の組合せを発生するために異なる方法で合成される。このように、１つの出力信号は１組の弦の垂直振動を表す。異なる出力の組合せが弦の水平出力のために利用される。第３グループは何本かの弦からの垂直出力と他の弦からの水平出力を選択的に使用できる。さらに、個々の変換器からの垂直信号及び水平信号が他の信号を形成するために合成される。
【００４８】
このように、磁気ブリッジ及びマルチプルピックアップピース付きの新規で有用な電気ギターピックアップの本発明の特有の実施例が述べられたが、このような記載が特許請求の範囲に記載されるものを除いて本発明の範囲を限定するものとして解釈されることを意図していない。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明から、本発明の電気変換器によれば、複数の弦相互のクロストークを減少させ、２つの交差軸に沿って横弦振動を表す２つの信号を出力することができる。本発明の電気変換器は振動本発明の弦の状態のより多くの情報を有する出力を発生する多音ギターピックアップに応用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明に利用される磁気サドル型変換器ピックアップの側面を示す概略図である。
【図２】 図２は、本発明に利用される、２−２線に沿った図１の電気変換器ピックアップの多検出器磁極端を示す概略端部図である。
【図３】 図３は、本発明に利用される多チャンネルピックアップを示す概略上面図である。
【図４】 図４は、本発明に利用される、３−３線に沿った図１の磁気サドル型変換器を示す概略端部図である。
【図５】 図５は、本発明に利用される、電気変換器を示す等角投影図である。
【図６】 図６は、電気変換器ピックアップの多端部に配置されたキャップを示す概略端部図である。
【図７】 図７は本発明のキャップ、コイル及び検出器センサー磁極のアセンブリを示す破断図である。
【図８】 図８は、３極ピックアップを示す上面図である。
【図９】 図９は、図８の３極ピックアップを示す底面図である。
【図１０】 図１０は、Ａ−Ａ線に沿った図８の３極ピックアップを示す破断図である。
【図１１】 図１１は、図８の３極ピックアップを示す左側面図である。
【図１２】 図１２は、信号ミキサーの概略図である。
【図１３】 図１３は、信号ミキサーと組み合わせた平行スケーラーを示す概略図である。
【符号の説明】
１０ 電気変換器（ギターピックアップ）
１２ 対象物（弦）
２０ ブリッジサドル部
２２ 支持点
２３、１２５ 磁極
２４ 磁石
２８ コイル
２９、３０ 電気コイル
３１、３２ エアギャップ
４０ キャップ
４１ ギャップ
７４ ミキサー
７０，７２ コイル
８１ 水平成分
８２ 垂直成分
１２２ 磁極片
【発明の属する技術分野】
本発明は変換器(transducer)に関する。これらの装置は振動する強磁性物体の物理的エネルギーを電気信号に変換するために使用される。電気ギターのピックアップは振動するギター弦の運動エネルギーを振動電圧の形状の電気信号に変換する変換器である。一般的に、ギターピックアップ変換器は永久磁石と磁極片(pole piece)の周囲に絶縁された導線を巻いて形成された電気コイルを利用している。この変換器の磁石とコイルのシステムはギターのボディに搭載され、複数のギター弦が磁束界中を通過し、弦が振動すると、磁界の形状を変化させる。この変化する磁束によりピックアップの巻線に電気信号が誘導される。ギターアンプはこの電圧を音に変換する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のギターは各端部で固定され且つ適切な周波数で振動させるために張られた複数本の弦を有する。ギター弦は変換器の上方にあるブリッジ(bridge)上で支持される。磁気ピックアップ付き電気ギターにおいて、ギター弦は正常状態ではピックアップ／変換器に接触しないが、近接している。これはアコースティックギターで使用されるトーンホール(tone-hole)ピックアップにも当てはまる。変換器は磁界を発生する磁石と、磁界の影響内に置かれた電気コイルを有する。弦は磁気透過材料で構成され、変換器の磁界を透過させるように配置される。弾いたり、軽くかき鳴らすと、振動するギター弦の磁気透過材料はコイルの巻線に対応する振動磁束を発生する。このように、磁気誘導を経て、ピックアップから発生する磁束線内で動くギター弦の振動により、電気信号がピックアップのコイル内で発生する。
【０００３】
音楽を演奏中または録音中に、時々、所望の効果得るためピックアップ信号が処理される。最も共通の効果として、ハーモニック歪み、コーラス、反響が追加される。多音濁り(polyphonic fuzz)のようなより複雑な効果のために、分離した信号を各弦から得ることが好ましく、時に要求される。この目的のため、多音(polyphonic)ピックアップが使用される。多音ピックアップはマルチプルセンサー(multiple sensor)を持ち、各センサーはある１本の弦の振動に特に敏感であり、他の弦の振動には比較的鈍感である。６本弦ギターの多音ピックアップは６個のセンサーを有し、ヘクサフォニック(hexaphonic)ピックアップまたはヘクサ(hex)ピックアップと呼ばれている。多音またはヘクサフォニックギターピックアップはギターが最終音を作るデジタル信号処理装置またはシンセサイザーに接続されるシステムに使用される。
【０００４】
ヘクサフォニックピックアップにおいて、各センサーは６本弦ギターの個別の弦に専用される。この目的に使用される２つの通常タイプのピックアップは圧電ピックアップ及び磁気ピックアップである。磁気ピックアップは一般的に永久磁石付きの可変磁気抵抗型磁界センサーと弦下に配置されたセンサーコイルから構成される。この型のピックアップは磁界内にある弦の一部の振動の速度に応答してコイル内に出力電圧を発生する。
【０００５】
可変磁気抵抗型変換器はしばしば移動する強磁性目標物の速度を計測し、または検出するために使用される。目標物が所定の通路に沿ってのみ移動できる場合、速度の方向が変換器の検出コイルで誘導される電圧の極性から決定される。しかしながら、振動するギター弦の一部の場合のように、もし目標物が任意の経路に動くと、移動の方向は誘起された電圧極性で決定されず、誘起電圧の絶対値は目標物速度の絶対値を正確に示していない。
【０００６】
上述のように、多音ギターピックアップは弦振動のある特性に依存する異なる音を作るように設計された信号処理装置と組み合わせて使用される場合がある。これによりギター奏者にモノラル(monophonic)ピックアップから得られる信号でできない表現の度合いを与える。場合により、音はピックアップ信号で得られる情報を使用してデジタル的に合成され、変形される。このようなシステムにおいて、ピックアップ信号に対する弦振動の不適切または不正確な変換により、不良デジタルピッチトラッキング及び不必要な音になる。従って、多音ピックアップが振動弦の全ての状況を表す信号をできるだけ正確に発生することが望まれる。近傍の弦振動、ギターの他の部分の振動、ギターボディに不注意な衝撃により生ずるノイズ、フレットノイズのような他の発生源により生じる信号成分は可能な限り回避される。一般的に、圧電ピックアップは磁気ピックアップより外部の好ましくない影響に対して敏感である。他方、磁気多音ピックアップは弦間で発生する磁気クロストーク(cross talk)を受ける。各変換器が問題の変換器の直上の弦の他に近傍の弦の振動を検出する場合にクロストークが生じる。これは第１変換器のコイルの磁界に影響を与える第２の弦振動により生じ、第１変換器のコイルの読み取りに影響を与える第２変換器の漂遊磁束により生じる。
【０００７】
ギター弦が弾かれ且つ開放されると、弦の任意の部分が横断面のマルチプル方向に振動する。横断面は弦の軸に対して垂直な面である。弦振動の通路は例えば横断面で加工楕円(precessing ellipse)である。従来の磁気多音ギターピックアップは主に垂直軸に沿って、例えばピックアップから遠ざかる方向に生じる弦振動に反応する。これらのピックアップは水平に、例えば弦で形成される面の軸に沿って生じる振動にも反応するが、感度は小さい。この交差軸感度の結果、異なる方向の弦振動は出力信号に分離出来ずに混合される検出コイルの異なるように変倍された(scaled)電圧を誘導する。この従来の磁気ピックアップの欠点は信号を解釈する電子システムのトラッキング速度と、ピッチ精度、及び他の性能特性を制限することである。例えば、水平に近い方向の大振幅の弦振動は垂直に近い方向の小振幅の弦振動と識別できない。逆に、ピックアップは異なる方向の等振幅の弦振動に対して異なる感度で反応する。
【０００８】
全ての面での横弦振動を決定するための従来のギターピックアップの不十分さは従来技術の他の発明者らにより認識されている。単一弦用のマルチプル磁極ピックアップの一例は１９８２年９月１４日にコバニアン(Chobanian)氏らに発行された米国特許第４，３４８，９３０号「Transducer for Sensing String Vibrational Movement in Two Mutually Perpendicular Planes」に示されている。この特許は分離した専用の磁極片と、２つの分離した相互に垂直な面の振動に敏感なコイルを教示している。この特許は第１の電気信号を供給するための第１コイル付き第１磁気透過磁極と、第２の電気信号を供給するための第２コイル付き第２磁気透過磁極を使用することを対象としている。この設計では第１面での弦の振動運動が前記第２コイルの最少または不十分な磁束変化を誘導する第１磁極を使用するか、またはその逆の構成を使用している。このように、一平面内の弦の振動動作は他の相互に垂直な面内の弦の振動動作の検出に独立に、且つ最少の影響で検出される。コバニアン特許は互いに垂直な検出軸を有する１本の弦に対して２つのセンサーコイルを持つ多音磁気ギターピックアップを記載している。弦が複数のセンサーの一つの検出面で振動する場合、極めて大きい変化が他の磁極片内での変化より１磁極片の磁束内で生じる。しかしながら、この装置は、両センサーの磁界が弦と両磁極片で互いに干渉するので、直交軸の弦振動の方向を決定することができない。これにより、どの方向の弦の振動も、無視できない電圧を両コイルに同時に誘導させる。
【０００９】
米国特許第４，５３４，２５８号「Transducer Assembly Responsive To String Movement In Intersecting Planes」において、ノーマン ジェイ． アンダーソン(Norman J. Anderson)氏は弦の全ての横運動を決定するように設計された磁気ピックアップを記載している。この設計において、各コイルは第１面内の弦の振動に対して最大の感度を示し、第１面内に交差する第２面内の弦の振動に対して最小の感度を示す。アンダーソン特許の説明によれば、これらの主面はギターボディの上面に対して好ましくは垂直であり、−４５度と＋４５度である。１組のコイル内の全ての弦の振動により誘導された信号は１つのオーディオチャンネルで合成され、他の組のコイル内の全ての弦の振動により誘導された信号は第２のオーディオチャンネルで合成される。このように、振動面が部分的に識別される間、弦信号は混合される。さらに、上記の装置で、弦が主面の一つで振動すると、主面が交差し電流が両コイルに誘導される弦の位置で磁束が変調されるので、振動面が充分に分離されない。２つの磁極片を包囲する磁界の相互作用のため、磁気密度を一方の磁極片で変化させると、他の磁極片でも変化が生ずる。
【００１０】
米国特許第５，２０６，４４９号「Omniplanar Pickup For Musical Instruments」において、リチャード イー． ディー． マッククリッシュ(Richard E. D. McClish)氏は弦振動に対する全面感度を実現するために磁気センサーの類似構造を記載している。この発明によれば、位相シフトを他方の信号に関して信号の一つに与えた後、２つのコイルからの信号が合成される。９０度位相シフトは全面感度のために提案され、他の位相角の可能性が言及されている。これらの信号を１８０度の位相シフトで合成することは減算に対応し、ゼロ度で位相シフトで合成することは加算に対応する。しかしながら、従来技術の磁気変換器では、センサーコイルは直接に結合されず且つ充分に独立していない磁界中に置かれる。これらの磁束界は近接し、弦に交差するので、両センサーコイルはどの方向の弦振動にも反応し、異なるレベルの感度で反応する。２つのセンサーコイルの最大感度軸は平行でない。つまり、弦が１つの最大感度の主面内または近傍で振動する場合、差信号は相殺されない。従って、信号の位相シフト合成はセンサー単独よりより近い全面感度パターンを与える。個別のコイル信号、これらの和及び差信号、これらの信号のどのような位相シフト合成も交差平面の振動成分を示さない。対照的に、もし本発明で当てはまるように、直交面の振動成分が得られると、任意に全平面出力がこれらの信号から生成される。
【００１１】
必要なものは特に複数の弦の間のクロストークを減少させ、２つの交差軸に沿って横弦振動を表す各弦の２つの信号を出力する振動弦のための変換器である。
【００１２】
本発明は可変磁気抵抗型磁界センサーに関し、特に多音ギターピックアップに応用される。より具体的には、本発明は従来技術に比べて、振動弦の状態のより多くの情報を有する出力を発生する多音ギターピックアップに関する。
【００１３】
本発明は弦振動を検出し、２つの個別のコイルからの信号を加算し減算することにより振動を２つの直交成分に決定するための変換器を対象としている。この発明は直交法で弦振動を検出する。本発明は各々が他方から水平に且つ逆方向に偏倚された同極性の磁極片と逆極性の第３磁極片を有する２つのピックアップコイルの使用を対象としている。両コイルは横面の２つの直交軸の弦の横振動に対して敏感である。
【００１４】
本システムは第１面の横弦振動を表す合成信号を生成するため、第２コイルの信号から第１コイルの信号を減算し、第１面に対して直角な第２面での横弦振動を表す合成信号を生成するために、第１及び第２コイルの信号を加算する。第１面での弦の平均位置を表す信号が出力される。
【００１５】
本発明の他の目的は、実質的に近傍の弦振動を検出することなく、変換器の上方にある弦の振動を検出する変換器を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の好ましい一の実施例において、変換器は３個のセンサー磁極片と、弦に関連した２つの電気コイルを有する。周囲にセンサーコイル付きの２つの非対称磁極片が弦の下方に配置され、弦の軸に沿って互いに分離される。対称磁極片は２つの磁極片間に配置される。非対称磁極片は弦の水平で反対側に向けて延びる磁束を収束させるように設計される。弦は３個全てのセンサー磁極片の上方で振動すると、水平軸に沿った弦振動の動きにより２つのコイルに反対極性の電流を生成する。磁束が正信号を生成するために第１コイル内で増加すると共に、磁束は負信号を生成するために第２コイル内で減少する。これと対照的に、垂直軸に沿った弦振動の動きは２つのコイルで同じ極性の電流を発生させる。弦が垂直軸に沿って振動すると、磁束が第１コイル内で増加すると共に、第２コイル内でも磁束が増加し、磁束が減少するとその逆になる。従って、２つのコイルからの信号は共に加算されると、得られた信号は弦の速度の信号成分を表し、水平軸に沿った振動に関連する信号は互いに相殺する。これらの信号の一つを反転させることにより、２つの信号は合成され、これらの信号の差を形成する。２つのコイルからのこれらの信号を減算することにより、垂直面内の弦振動により誘導されたこれらの信号は互いに相殺し、残りの信号が水平軸での振動を表す。このように、第１オーディオチャンネルが弦振動の水平成分に対応し、第２オーディオチャンネルが弦振動の垂直成分に対応する２つの分離したオーディオチャンネルが与えられる。
【００１７】
本発明の第２実施例はギター弦を支持するための磁気サドル型ブリッジを使用している。磁気透過材料でブリッジを構成し、それを磁気磁極片として利用することにより、ギター弦は磁束領域内を通過し、磁気ピックアップサドルに係合し、磁束線がギター弦の大部分を通るようにする。これにより、必要な永久磁石からの磁気エネルギーを減少させ、第１弦のための磁気ピックアップと近傍の弦のための近傍の磁気ピックアップ間のクロストークを減少させる。
【００１８】
さらに本発明の実施例において、マルチプルセンサー磁極片と磁気サドルを組み合わせられ、楽器の各弦のために２つの信号を生成する。このように、多音ギターピックアップは６本弦ギター用の６個の個別の２重コイル素子を利用でき、２組の１２個の個別のギター弦信号を発生する。第１組の信号が６本の各々の垂直信号を表し、第２組の信号は６本の弦の各々の水平信号を表す。
【００１９】
本発明のピックアップのさらなる改良ではセンサー磁極巻線をできるだけ磁束線に垂直に配置することによりピックアップ感度を増加させるためにセンサー磁極キャップを利用する。これによりコイルが、このコイル間の全磁束上での弦の位置の大きい衝撃状態で、高磁束密度領域に配置されることを可能にする。
【００２０】
本発明は弦振動を検出するための３極磁極ピックアップを利用している。この実施例は第１極性の第１の対称形磁極片と、第２及び第３非対称形磁極片を有する。この第２及び第３非対称磁極片は第１対称磁極片のそれと逆の磁気極性を有する。第１及び第２磁極片は第１磁束領域を形成し、第２磁束領域は第１磁極片と第３磁極片の間に延びる。弦が振動すると、これらの磁束領域の変化速度は第２及び第３磁極片と動作可能に位置決めされた電気コイルを使用してモニタされる。対象物即ち弦が位置決めされるので、対象物の移動はコイルが受ける磁束の対応する変化を生じ、コイルに電流を誘導させる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は電気変換器１０の側面図を示す。変換器１０は対象物１２の動きを検出する。図示された目的のため、電気変換器１０は好ましい実施例に示される。ここで、電気変換器１０はギターピックアップ１０として示され、ピックアップ１０はギター弦１２として知られた対象物１２の振動を検出するために使用される。好ましい実施例ではギターの６本の弦１２の各々のための個別の磁気変換器１０付きのヘクサフォニックピックアップを利用する。これにより、６本の弦の各々に２個の信号が発生すると、１２個の個別の信号が検出できる。これらの信号は合成され、個別に増幅されるか、または利用される。変換器ピックアップを持つどの弦を張った対象物も任意の数の弦のために本発明を利用できることが想定される。
【００２２】
この開示では、直交軸は水平軸及び垂直軸として参照される。これらの軸は横断面と弦平面の交差により定義される。横断面は弦に直交する平面のことである。横断面と弦平面間の交差は水平軸と呼ばれ、弦平面に垂直な軸は垂直軸と呼ばれる。複数の弦が平行でなく共面に無い電気ギターまたは他の楽器では、横断面は弦に垂直な面として各弦で定義され、水平軸は弦により形成される表面に正接する横断面内のラインとして定義され、垂直軸は水平軸に直交する横断面内の軸として定義される。
【００２３】
図１はピックアップ１０がどのようにブリッジ用のサドルとして働くか、どのように支持点２２でギター弦１２を上方に延び支持するピックアップブリッジサドル部２０を有するかを示している。サドル２０として知られる、ピックアップブリッジ部２０は磁気透過材料から構成され、ピックアップ１０の磁石２４の第１磁極２３の一部を形成する。好ましい実施例において、第１磁極２３は磁石２４の磁北極であるが、磁極の南北配向は反転できる。
【００２４】
図１に示されるサドル２０は固定位置ブリッジ部２０として示されるが、各弦サドル２０の高さ、水平位置を個別に調整しても良い。さらに、ブリッジ全体はマルチプルサドル２０から構成されるが、適当な位置決めのために調整可能である。
【００２５】
磁石２４の第２磁極１２５は磁極先端２５及び２７上に電気コイル２９及び３０で巻かれた上方に延びるセンサー磁極片２６に取り付けられる。第２磁極１２５は好ましい実施例おいて磁石２４の磁南極である。電気コイル２８は単一磁極片や他の取付部品上のマルチプルコイルのための異なった設計を利用できさらに、従来技術で良く知られたコイル設計に変更できる。これら変更はこの設計での実施のために期待される。
【００２６】
ギター弦１２はセンサー磁極片２６に接触しないがわずかな間隔の空隙が置かれている。この空隙の適当な間隔は従来技術で良く知られている。
【００２７】
当業者により理解されるように、ピックアップ１０の磁界は第１磁極２３から第２磁極１２５に延びる。第１磁極２３と第２磁極２５は磁界を画成し、この磁界はこの実施例ではギター弦１２に対してほぼ平行に配向される。このように、磁石２４からの全磁束線は磁石２４の磁北極２３から磁南極１２５への３つの通路の一つに従う。第１磁束通路は磁石２４の磁北極２３、磁極片１２２、サドル２０、弦１２、エアギャップ３１、磁極片２６の先端２５、磁石２４の磁南極１２５である。第２磁束通路は磁石２４の磁北極２３、磁極片１２２、サドル２０、弦１２、エアギャップ３２、磁極片２６の先端２７、磁石２４の磁南極１２５である。第３磁束通路は磁石２４の磁北極２３、磁極片１２２、エアギャップ３１または３２外側の空隙、磁極片２６、磁石２４の磁南極１２５である。
【００２８】
第３通路に従う磁束部分は漂遊磁束(stray flux)と呼ばれる。漂遊磁束はピックアップの物理的境界を越えて延びる。この設計の目的の一つは漂遊磁束に従う磁束の比率の割合を最小化することであるので、２本の近傍の弦のピックアップからの磁界の相互の干渉を可能な限り小さくできる。
【００２９】
ギター弦１２の一部はこれらの磁束線が通過する磁界内に配置される。このギター弦１２は一般的に金属で構成され、磁束に影響を与える磁気透過材料から構成される。弦１２は支持点２２でピックアップサドル２０と係合する。これにより、磁束線が支持点２２とセンサー磁極片２６間のギター弦１２により大部分を運ばれる。これにより、磁気ピックアップまたは変換器１０の必要電力を減少させることができる。より少ない必要電力は磁気ピックアップ１０と近傍の弦１２のための近傍の磁気ピックアップ素子１０間のクロストークを減少させる。
【００３０】
この発明の第２の態様は図２に関して理解される。図２は図１の２−２線に沿って取られた断面図である。図２を参照すると、磁南極２６は第１センサー磁極片２５と第２センサー磁極片２７により形成される。検出装置は第１センサー磁極片２５の周囲に巻かれた第１コイル２９と第２センサー磁極片２７の周囲に巻かれた第２コイル３０とを有するこの設計のための２つの個別のコイルから構成される。コイル２９及び３０は単一コイルシステムとして示され、マルチプルコイル部品はそれぞれの位置で利用されることが想定される。コイル２９と３０の重要な特性は弦１２の振動または移動により誘導された磁界変化を検出することであり、それにより、位置、形状、巻数、及び他のコイル特性の変更が従来技術でよく知られているように変更できる。
【００３１】
ギター弦１２はセンサー磁極片２５と２７間に等距離に配置されるように図２の邪魔されない位置に例示され、僅かにそこから上方に配置されている。中央の位置がこの実施例では利用されているが、弦の位置は変換器１０により発生する信号を変更するためのこの構成から変更可能である。ギター弦１２がかき鳴らされると、２つの磁極片２５と２７はギター弦１２の垂直振動とギター弦１２の水平振動を検出できる。
【００３２】
ギター弦１２の垂直振動はセンサー磁極片２５と２７のコイル２９と３０に同等に影響を与える。他方、ギター弦１２の水平振動は１方のセンサー磁極片に近づき且つ他方のセンサー磁極片から遠ざかるように動き、それによりコイル２９と３０に反対極性の信号を生成する。第１センサーコイル２９の第１信号と第２センサーコイル３０の第２信号とを合成することにより、信号の水平成分が互いに相殺する。さらに、信号の垂直成分が互いに強化され、弦振動の垂直成分を実質的に表す信号を発生する。一方、もしセンサー信号の一つが反転され反転信号が他の信号と合成されると、信号は減算される。減算により、垂直成分は互いに相殺し、水平信号成分は互いに強化し、弦振動の水平成分を実質的に表す信号を発生する。これにより、異なる信号が水平振動に対して対比するように垂直振動のために検出可能になる。このように、変換器１０の設計は単一の磁石と、３個の磁極片と、２個のコイルを利用しており、弦１２の垂直振動を示す信号と弦１２の水平振動を示す他の信号の２つの信号を発生するために使用できる。
【００３３】
本発明のセンサーは、弦が公称の平均水平位置の周りの横断面の任意の方向に振動すると、電圧が各々が他のセンサーと「ほぼ同一」の電圧感度を有する２つのセンサー内に誘導されるように設計される。磁界の水平勾配及び左右相称のため、垂直及び水平軸を横切る弦速度の客観化がそれぞれ２つのセンサーコイルに誘導される電圧の和と差として得られる。「ほぼ同一」の特徴がこの装置と従来技術の装置間の重要な相違である。従来技術の特許は一方のコイルが他方のコイルより「実質的により敏感」であり、振動面に依存するピックアップを記載している。一方、本設計では、弦が垂直面で振動するとき磁界は結合されるが、２個のコイル信号が同一であるので、差信号が完全に相殺し、水平面ではコイル信号が完全に対称であるので和信号が相殺する。
【００３４】
他方のコイルの電圧に関連した一方のコイルの電圧感度は、演奏者が、例えば、音符のピッチを歪めるためフレットボードを横方向にスライドさせるように、弦の平均水平位置が磁界の対称軸で公称の位置から修正されるとき変化する。この設計はまた、各弦の２つの直交軸に沿って横切る弦速度成分及び平均水平位置が弦１本に対する２個のセンサーコイルに誘導される電圧から決定されるのを可能にする。図１３に示されるように、この動作はコイル２９と３０に誘導された信号の実行値（ＲＭＳ）をモニタする電子等化スケーラ回路８０で実施される。スケーラ回路８０は弦１２がその公称位置の近傍で振動するとき、２つのコイル信号８２と８４は水平８１成分と垂直８２成分の分離を可能にするためスケールドコイル信号１８２と１８４に適切にスケール処理されるように調整される。振動する弦１２が弦の面で横方向に動くと、第２コイル出力８４のＲＭＳ’値に対する第１コイルの出力８２のＲＭＳ値の比が弦１２の平均水平位置の変位に比例して変化する。この変位比は弦１２の平均水平位置を示す低帯域幅信号である。このスケーリング回路８０スケールド第２コイル出力１８４を生成するために第２コイル出力８４と低帯域幅信号を倍率変更または乗算する。第１コイル信号出力８２は第２コイル信号出力１８４が第１スケールドコイル出力１８２に一致するように、第１コイルスケールド出力１８２を生成するため適切に変倍される。従って、第２コイルスケールド出力１８４は平均水平弦位置に関わらず第１コイルスケールド出力１８２と同じＲＭＳ値を有し、従って、スケールド出力１８２と１８４の加算及び減算演算は弦１２の平均水平位置に関わらずそれぞれ垂直及び水平振動成分を生成する。ＲＭＳ値の演算と、２つの信号の乗算またはスケーリングは従来技術で良く知られたアナログまたはデジタル信号処理手段により達成される。このようなスケーリング回路８０をピックアップシステムに組み込むことにより２つの機能を提供する。即ち、このシステムは直交のままであり、弦がセンサ−に対して水平的に変位されるときでさえ、水平成分が和において相殺され、垂直成分はスケールド信号の差において相殺される。
【００３５】
垂直及び水平弦速度信号の他に、振動する弦の平均水平変位８６を表す低帯域幅の第３信号が発生する。水平変位信号８６の帯域幅は２つのコイル信号のＲＭＳ値が決定されるスライド時間窓の長さに依存する。この期間は演奏者のダイナミック制御入力に応答するために充分に短くなるように選択されるが、可聴信号の最低周波数成分のマルチプル期間を含むために充分に長くなるように適切に選択させる必要がある。ギターでは、１００から１５０ミリ秒の時間窓が推奨される。
【００３６】
図６は電気変換器ピックアップ１０のセンサー磁極片２６上に配置されたセンサー磁極キャップ４０の端部図を示し、図７は本発明のキャップ４０、コイル２８、及びセンサー磁極２７のアセンブリの切り欠き図を示す。キャップ４０の目的は、磁束線に対してきるだけ垂直にコイル２８巻線を置くことであり、弦１２の位置の小さい変化によりコイル２８により受けられる磁束が大きい変化を生成するように磁気回路を設計するためである。コイル２８を高磁束密度領域に置き、弦がギャップ４１間の全磁束に最大の衝撃を与えるコイルギャップ４１を設けることが最良である。このように、コイル２８は磁束線に対してほぼ直角にされるべきである。
【００３７】
図６及び図７に示されるように、実際には、キャップ４０は磁石２４の磁極２３または磁極１２５のいずれにも接続されない。これにより、コイル上の磁束線を制御できる。第１磁極の始めに、弦は磁石２４の第１磁極２３からの磁界を運ぶブリッジサドル２２上を通りまたはそれに接触する。好ましい実施例において、弦１２は磁気サドル２０を通して磁石２４の磁北極２３と磁気的に接触する。弦１２がサドル片２０からキャップ４０に接近するにつれて、弦１２は分極をブリッジサドル２０からキャップ４０に転送させる。このように、キャップ４０は第１磁極２３と同一の分極を有する。キャップ４０の分極量は弦１２からキャップ４０への距離と弦１２により運ばれる磁界の強度に依存する。このように、キャップ４０と弦１２間の距離が増大するにつれて、弦１２からキャップ４０への磁界の転送が減少し、対応する信号がコイル２８に誘導される。さらなる改良において、コイルの通路の磁気抵抗を減らすためコイルキャップ４１に強磁性流体を利用できる。さらに、さらなる改良において、キャップ４０の周辺の渦電流を防止するためキャップ４０の外部にコーティングまたは追加のシールドを利用できる。
【００３８】
図８から図１１は３極電気変換器またはピックアップ４８として知られる本発明の他の実施例を示している。この実施例は３個の磁気磁極片を利用している。図８の磁極配置に示されるように、この特有な実施例は電気信号を発生するために２つの磁界を利用している。第１の磁界は第１磁極５０と第２磁極５２間に形成され、第２磁界は第１磁極５０と第３磁極５４間に延在する。第２磁極５２と第３磁極５４は各々同様な極性を有し、第１磁極５０は反対極性を有する。このように、第１磁極５０と第２磁極５２は第１磁束領域、及び第１磁極５０と第２磁極５４間に延在する第２磁束領域を形成する。
【００３９】
コイルアセンブリは各磁束領域内に配置され、振動弦の機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する。このように、第１電気コイル５６と第２電気コイル５８は動作可能に位置決めされるので、磁束領域内の磁束変化が電気コイル５６及び５８内に電流を発生させる。弦または対象物１２は第１及び第２磁束領域内に位置決めされるので、対象物１２の動きは第１及び第２磁束領域に対応する変化になる。これらの変化は第１コイル５６に第１電流を誘導し、第２コイル５８に第２電流を誘導する。
【００４０】
これらの電流は対象物１２に関する水平及び垂直情報を得るため前述のように利用される。
【００４１】
図１０及び図１１に示されるように、対象物１２は第１磁極５０，第２磁極５２，及び第３磁極５４の上方に位置決めされる。好ましい実施例において、対象物はコイル５６及び５８の巻線軸に垂直に交差するように位置決めされる。図８から図１１はコイル５６と５８がどのように第２磁極５２と第３磁極５４上に配置されるボビン６０に巻回されるかを示している。これは従来技術で知られるように変換器１０の製造を簡単化する。
【００４２】
各コイル信号の個別の出力はミキサーで処理される。電気変換器１０はミキサーで合成された第１信号及び第２信号を出力し、弦１２の垂直及び水平振動成分に対応する混合信号を生成する。コイル５６と５８に誘導された信号がミキサーへの入力として使用されると、この合成動作により弦１２の水平運動により誘導された信号を相殺し、弦１２の垂直運動により誘導された信号を強化し、垂直振動信号を生成する。ミキサーは第２信号から第１信号を減算し、弦振動の垂直成分により誘導された信号を相殺し、弦振動の水平成分により誘導された信号を強化し、水平振動信号を生成する。ミキサーは、反転信号を形成するため前記信号の一つを反転させ且つこの反転信号と残りの信号を合成することにより差信号を生成する。
【００４３】
図１２に示されるように、第１コイル７０と第２コイル７２はミキサー７４と結線される。ミキサー７４は変換器１０からの信号の種々の組合せを選択するように設計された装置である。図１２に示されるミキサー７４は簡単なアナログスイッチ型ミキサーであるが、デジタル信号ミキサー及び集積回路設計が信号の潜在的な組合せを実行しまたは選択するために利用できる。第１及び第２コイルからの信号を合成するミキサー設計の他に、さらなる改良が変換器の第１磁極と動作可能な位置に置かれた追加コイル、または第２または第３磁極と共に配置された追加コイルに利用できることが想定される。
【００４４】
図１２に示されるように、ミキサー７４はミキサー出力信号Ｍ１，Ｓ１，Ｓ２を精製するための信号合成を選択できる。端子Ｓ１は第１コイル７０の出力部に直接接続でき、端子Ｓ２は第２コイル７２の出力部に直接接続できる。ミキサー７４の合成セレクタスイッチ７６に接続された第１コイル７０と第２コイル７２が示される。セレクタスイッチ７６は各ウエハからの出力部を有する６つのウエハ小型ロータリスイッチである。これらのウエハは端子Ｍ１の出力信号の以下の組合せを提供するように結線される。
【００４５】
位置０： 無信号
位置１： 第１コイル出力
位置２： 第２コイル出力
位置３： 第１コイルと第２コイルの直列接続
位置４： 第１コイルと第２コイルの並列接続
位置５： 反転第１コイル
位置６： 反転第１コイルと第２コイルの直列接続
位置７： 反転第１コイルと第２コイルの並列接続
位置８： 反転第２コイル
位置９： 第１コイルと反転第２コイルの直列接続
位置１０： 第１コイルと反転第２コイルの並列接続
位置１１： 反転第１コイルと反転第２コイルの直列接続
位置１２： 反転第１コイルと反転第２コイルの並列接続
【００４６】
第１コイル７０と第２コイル７２からの信号は従来技術で知られた組合せとしてここに示される組合せを含む多数の組合せで、加算され、減算され、または合成される。全てのこれらの組合せまたは選択された数の組合せが出力信号を変化させるためのミキサーにより実施できることが想定される。
【００４７】
ここに記載された単一の変換器とミキサーの他に、複数の変換器が図１及び図２に示されたピックアップ素子のように６個の個別ピックアップ素子を含むヘクサフォニックピックアップを製造するために組み合わせて利用される。この方法では、本発明を利用する６本弦ギターは実際に１２個の個別信号を発生する。各信号は弦の垂直振動を表す１つの信号と、弦の水平振動を表す１つの信号を有する。このように、１組の垂直信号と他の組の水平信号が形成される。これらの分離信号は個別に利用されるか、異なる出力の組合せを発生するために異なる方法で合成される。このように、１つの出力信号は１組の弦の垂直振動を表す。異なる出力の組合せが弦の水平出力のために利用される。第３グループは何本かの弦からの垂直出力と他の弦からの水平出力を選択的に使用できる。さらに、個々の変換器からの垂直信号及び水平信号が他の信号を形成するために合成される。
【００４８】
このように、磁気ブリッジ及びマルチプルピックアップピース付きの新規で有用な電気ギターピックアップの本発明の特有の実施例が述べられたが、このような記載が特許請求の範囲に記載されるものを除いて本発明の範囲を限定するものとして解釈されることを意図していない。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明から、本発明の電気変換器によれば、複数の弦相互のクロストークを減少させ、２つの交差軸に沿って横弦振動を表す２つの信号を出力することができる。本発明の電気変換器は振動本発明の弦の状態のより多くの情報を有する出力を発生する多音ギターピックアップに応用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明に利用される磁気サドル型変換器ピックアップの側面を示す概略図である。
【図２】 図２は、本発明に利用される、２−２線に沿った図１の電気変換器ピックアップの多検出器磁極端を示す概略端部図である。
【図３】 図３は、本発明に利用される多チャンネルピックアップを示す概略上面図である。
【図４】 図４は、本発明に利用される、３−３線に沿った図１の磁気サドル型変換器を示す概略端部図である。
【図５】 図５は、本発明に利用される、電気変換器を示す等角投影図である。
【図６】 図６は、電気変換器ピックアップの多端部に配置されたキャップを示す概略端部図である。
【図７】 図７は本発明のキャップ、コイル及び検出器センサー磁極のアセンブリを示す破断図である。
【図８】 図８は、３極ピックアップを示す上面図である。
【図９】 図９は、図８の３極ピックアップを示す底面図である。
【図１０】 図１０は、Ａ−Ａ線に沿った図８の３極ピックアップを示す破断図である。
【図１１】 図１１は、図８の３極ピックアップを示す左側面図である。
【図１２】 図１２は、信号ミキサーの概略図である。
【図１３】 図１３は、信号ミキサーと組み合わせた平行スケーラーを示す概略図である。
【符号の説明】
１０ 電気変換器（ギターピックアップ）
１２ 対象物（弦）
２０ ブリッジサドル部
２２ 支持点
２３、１２５ 磁極
２４ 磁石
２８ コイル
２９、３０ 電気コイル
３１、３２ エアギャップ
４０ キャップ
４１ ギャップ
７４ ミキサー
７０，７２ コイル
８１ 水平成分
８２ 垂直成分
１２２ 磁極片
Claims (10)
- 磁石と、磁石の第１の磁極側と一体に構成することにより第１の極性を有し、磁気透過性を有する弦を支持する第１の磁極片と、磁石の第２の磁極側と一体に構成することにより第２の極性を有し、前記弦の両側に配置され、弦の振動または移動による磁界の変化を電気信号に変換するためのコイルをそれぞれ有する第２及び第３の磁極片とを有していることを特徴とする電気ギターピックアップ装置。
- 前記第１磁極片は、前記第２磁極片と前記第３磁極片と磁石と協働してまたは独立して高さ及び水平位置を調整可能であることを特徴とする請求項１記載の電気ギターピックアップ装置。
- 第１コイルが前記第２磁極片の周囲に巻かれ、第２コイルが前記第３磁極片の周囲に巻かれることを特徴とする請求項１記載の電気ギターピックアップ装置。
- 前記弦が前記第２磁極片と前記第３磁極片との間に等距離に位置決めされることを特徴とする請求項１記載の電気ギターピックアップ装置。
- 弦の振動の水平成分に応答して誘導される信号成分を相殺し且つ弦の振動の垂直成分に応答して誘導され垂直振動信号を発生する信号成分を強化するために、第１コイル信号と第２コイル信号を合成するためのミキサーをさらに有することを特徴とする請求項３記載の電気ギターピックアップ装置。
- 弦の振動の垂直成分に応答して誘導される信号成分を相殺し且つ信号の水平成分に応答して誘導され水平振動信号を発生する信号成分を強化するために、第２コイル信号から第１コイル信号を減算するためのミキサーをさらに有することを特徴とする請求項３記載の電気ギターピックアップ装置。
- 反転信号を形成するため前記信号の一つを反転し、前記反転信号を残りの信号と合成することにより、ミキサーが前記減算処理を実行することを特徴とする請求項６記載の電気ギターピックアップ装置。
- 前記第２磁極片及び前記第３磁極片上には、前記コイルの巻線を磁束線に対してほぼ垂直に向けるための磁極キャップが設けられていることを特徴とする請求項１記載の電気ギターピックアップ装置。
- 前記キャップと前記第２磁極片及び第３磁極片との間に強磁性流体をさらに有することを特徴とする請求項８記載の電気ギターピックアップ装置。
- 渦電流損失を減少するために前記キャップ上に電気的導電コーティングをさらに有することを特徴とする請求項８記載の電気ギターピックアップ装置。
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