JP3864847B2 - 振動検出装置、駒および弦楽器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弦楽器の弦振動を検出する振動検出装置、該振動検出装置に含まれる振動部材、該振動検出装置を適用した駒および弦楽器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電子楽音を発生する電気楽器が広く用いられている。電気楽器は、自然楽器に類似した形状、および、部材を有するのが一般的であり、演奏者（利用者）は、自然楽器に対する演奏操作と同様な操作をすることで、電子楽音を発生させることができるようになっている。
例えば自然弦楽器のバイオリンを模した電気バイオリンにあっては、演奏者の擦弦によって生じる弦の振動が検出され、この検出結果から楽音情報が抽出されて、アンプ付きスピーカやヘッドホンなどから放音されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電気バイオリンにあっては、演奏者が擦弦の他に例えばビブラートなどの技法を用いて演奏したとしても、この微妙な演奏表現が検出されず、再生されないといった問題があった。
【０００４】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、より忠実に弦振動と連動する振動部材が含まれる振動検出装置、該振動検出装置を備えた駒および弦楽器を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、弦楽器の弦振動を検出する振動検出装置であって、略柱形状をしており、前記柱の軸線方向に垂直な第１の方向に前記弦振動による力が作用すると前記第１の方向に曲げ変形し、前記軸線方向に垂直であり前記第１の方向と異なる第２の方向に、前記弦振動による力が作用すると前記第２の方向に曲げ変形し得る振動部材と、前記振動部材の前記第１の方向の変形を検出する第１の変形検出手段と、前記振動部材の前記第２の方向の変形を検出する第２の変形検出手段と、を具備し、前記振動部材は、前記柱の軸線方向に垂直な方向に側面を一周する溝を複数備え、各溝間の間隔は前記柱の軸線方向に上に行くほど狭いことを特徴とする振動検出装置を提供する。
かかる振動検出装置によれば、弦振動に伴って、第１の方向と第２の方向とに曲げ変形する振動部材を備えているため、振動検出装置において、第１の方向の弦振動に加えて、第２の方向の弦振動を検出することが可能となる。これにより、弦振動を、より正確に検出することができる。
【０００７】
また、以上のものとは別の観点から、この発明は、弦楽器に取り付けられる駒であって、請求項１に記載の振動検出装置と、前記振動検出装置を挟持する挟持部材とを具備することを特徴とする駒を提供する。
【０００８】
また、以上のものとは別の観点から、弦振動を検出する振動検出装置を備えた弦楽器であって、前記弦楽器の胴部上面と弦により請求項３に記載の駒を挟持することを特徴とする弦楽器を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。以下の説明においては、本発明の実施形態にかかる振動検出装置を適用した電気弦楽器について説明する。
【００１０】
図１１は、電気弦楽器および弓の外観を示す図である。この図に示されるように、電気弦楽器１００の胴部１１０には、テールピース１３０が設けられている。テールピース１３０には、５つの孔部が設けられており、その各々にアジャスタ１３２が取り付けられている。これらのアジャスタ１３２の各々には、弦１５０の一端が取り付けられている。また、胴部１１０の図中上方には、ペグボックス１４２を備えたネック１４０が取り付けられている。これらのネック１４０および胴部１１０の上面には、指板１２０が設けられている。ペグボックス１４２には、５つの糸巻き１４４が備えられており、その各々に、アジャスタ１３２に一端が取り付けられた弦１５０の他端が巻きつけられている。演奏者は、糸巻き１４４を回転させることによって各弦１５０の張力を調整する。
【００１１】
また、胴部１１０の上面には、駒２００が、紙面垂直方向に立設するように、胴部１１０と弦１５０とによって挟持されている。アコーステックバイオリンにおいては、弦の振動は駒を介して響板に伝播し、響板から楽音が出力されるが、電気弦楽器１００においては、駒２００に含まれる振動検出装置によって各弦１５０の振動を検出し、楽音信号を電気的に生成する。このため、電気弦楽器１００は、アコーステックバイオリンに備えられる表板などの響板が省略されており、軽量なものとなっている。なお、駒２００および振動検出装置の詳細については後述する。
【００１２】
胴部１１０の右側には、アコーステックバイオリンの側板の一部をかたどった側部１６０が備えられており、演奏者がアコーステックバイオリンと似た感覚で、電気弦楽器１００を演奏することができるようになっている。また、胴部１１０の下端には、あご当て１７０が設けられている。
なお、図示されないが、電気弦楽器１００には、電源供給のための電源装置や、楽音信号を外部に出力する出力装置（例えば、ヘッドホン端子）等が設けられている。
【００１３】
一方、弓８００は、弓身８１０および擦弦に使用される弓毛８２０を有している。演奏者は、弓身８１０に設けられたハンドル８３０を握って演奏する。
【００１４】
次に、振動検出装置を含む駒２００の構成について説明する。図１は、駒２００の斜視図である。この図に示されるように、駒２００は、当出願人により出願された特願２００１−１３２０７０あるいは特願２００１−２９００４７に記載されたバイオリン用振動ピックアップと略同様な形状をしている。さらに詳述すると、本実施形態における駒２００は、５本の弦１５０の各々を横切る位置に対応して、上方に突出する５つのストリングナット２３０を備えている。これらのストリングナット２３０は、弦１５０を支持するとともに、弦１５０の振動を駒２００に含まれる振動検出装置に伝達する役割を果たす。
【００１５】
図２は、駒２００の主要構成部の分解斜視図である。この図に示されるように、駒２００は、大略して４つの構成部から構成されている。すなわち、５本の弦１５０に対応した５つのストリングナット２３０と、ストリングナット２３０が取り付けられる５つのカンチレバー３００と、カンチレバー３００を挟持する２つの挟持部材２１０と、駒２００のカバーとして機能する２つのブリッジカバー２０２とである。
【００１６】
挟持部材２１０の片面には、その中央付近に凹部２１６が形成されている。この凹部２１６は、上方に突出するように形成された５つの挟持凹部２１７を含むように形成されている。５つの挟持凹部２１７は、５つのカンチレバー３００を個別に挟持するためのものであり、挟持凹部２１７の底面を形成する挟持部材２１０には、カンチレバー３００を固定するためのネジ孔２１８が形成されている。また、挟持部材２１０には、各挟持凹部２１７から上方にかけて、カンチレバー３００を個別に収容するための５つの開口部２１４が形成されている。また、挟持部材２１０は、下方中央に水平断面が略半管である溝部２２０を有している。カンチレバー３００を挟持するために、２つの挟持部材２１０が対向するように当接すると、それらの溝部２２０によって管が形成される。この管は、後述する圧電センサの導線の通路となる。また、挟持部材２１０は、その両端に、駒２００を一体化するためのネジ孔２１２が形成されている。
【００１７】
カンチレバー３００は、断面が略四角形の柱体をしており、挟持部材２１０に固定される固定部３０２と、曲げ変形が可能な自由部３０４とによって構成されている。このうち、固定部３０２は、カンチレバー３００を挟持するために２つの挟持部材２１０が当接したときに、それらの挟持凹部２１７に嵌合するような形状をしている。また、固定部３０２には、前面から背面にかけて、カンチレバー３００を挟持部材２１０に固定するためのネジ孔３１０が形成されている。一方、自由部３０４は、弦１５０の長手方向（図中Ｌ方向）と、擦弦方向に略平行な弦１５０の配列方向（図中Ｈ方向）との２方向に曲げ変形可能に構成されている。自由部３０４の各側面には、自由部３０４のＨ方向およびＬ方向の変形を検出する圧電センサが貼着されており、それらのセンサによってカンチレバー３００の振動が検出される。なお、本実施形態においては、立体形状が四角柱であるカンチレバー３００を説明するが、カンチレバー３００の立体形状は、四角柱に限られず、例えば、多角柱や、円柱などであっても良い。カンチレバー３００および圧電センサの詳細については後述する。また、ブリッジカバー２０２は、左右両端に駒２００を一体化するためのネジ孔２０４を備えている。
【００１８】
このような構成の下、５本のカンチレバー３００は、挟持部材２１０に挟持された状態で、カンチレバー３００のネジ孔３１０および挟持部材２１０のネジ孔２１８を貫通するボルトやナットなどによって、挟持部材２１０と結合される。結合された挟持部材２１０は、ブリッジカバー２０２に挟持された状態で、ブリッジカバー２０２のネジ孔２０４および挟持部材２１０のネジ孔２１２を貫通するボルトやナットなどによって、ブリッジカバー２０２と一体化される。なお、カンチレバー３００、挟持部材２１０およびブリッジカバー２０２を一体化する手段は、ボルトとナットに限定されない。例えば、カンチレバー３００、挟持部材２１０およびブリッジカバー２０２の各々に嵌合部を形成して、はめ合わせることによって一体化しても良いし、また、接着剤などによって一体化しても良い。
【００１９】
図３は、駒２００から片側のブリッジカバー２０２と挟持部材２１０とを取り外した様子を示す平面図である。また、図４は、図３におけるＡ−Ａ'の駒２００の断面図である。図３に示されるように、カンチレバー３００が挟持部材２１０に取り付けられると、カンチレバー３００の自由部３０４の側面は、開口部２１４を形成する挟持部材２１０の側面と間隙を形成するように位置する。この自由部３０４と挟持部材２１０とによる間隙には、例えば粘土などの塑性充填材２５０が充填される。塑性充填材２５０は、カンチレバー３００が振動する際に、ダンパーとして機能する。また、塑性充填材２５０は、各カンチレバー３００間の振動の干渉を防止する役割も果たす。
【００２０】
ストリングナット２３０は、カンチレバー３００の上端に嵌合し、その上面に弦１５０と係合する係合部２３５を有している。これにより、演奏に伴う弦１５０振動は、ストリングナット２３０を介して、カンチレバー３００に伝播される。詳細には、ストリングナット２３０は、擦弦方向と略平行な弦１５０の配列方向（Ｈ方向）の振動をカンチレバー３００に伝達する。また、駒２００は、図４に示されるように、弦１５０と胴部１１０とによって挟持されているため、ストリングナット２３０は、弦１５０の長手方向（Ｌ方向）の振動と連動し、その振動をカンチレバー３００に伝達する。なお、これらのストリングナット２３０およびカンチレバー３００の構成材料としては、例えばＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）樹脂や木材などといったｔａｎδ（内部損失）の大きい材料を用いることが好ましい。
【００２１】
図３において、ストリングナット２３０がカンチレバー３００に取り付けられると、ストリングナット２３０の下端は、挟持部材２１０の上端より下方に位置する。また、ストリングナット２３０の下端の幅は、開口部２１４の上端の幅よりも若干狭くなるようになされている。このため、ストリングナット２３０の側面と、開口部２１４を形成する挟持部材２１０の側面とは、間隙を形成する。この間隙には、例えば、シリコンなどの弾性充填材２４０が装填される。これにより、ストリングナット２３０に伝播するＨ方向の弦振動は、弾性充填材２４０によって穏やかに減衰されることとなる。
【００２２】
図４に示されるように、駒２００が組み立てられた状態においては、ブリッジカバー２０２とカンチレバー３００の自由部３０４とは間隙を形成する。この間隙には、塑性充填材２５０が充填される。また、ブリッジカバー２０２は、ストリングナット２３０と間隙を形成するように位置する。この間隙には、弾性充填材２４０が装填され、ストリングナット２３０に伝播するＬ方向の弦振動の減衰を穏やかにさせる役割を果たす。
【００２３】
次に、カンチレバー３００および圧電センサの詳細について説明する。図５は、カンチレバー３００の斜視図であり、図６は、カンチレバー３００の構造を説明するための図である。これらの図に示されるように、カンチレバー３００の固定部３０２は、カンチレバー３００の軸線に対して垂直に切ったときの断面が、Ｈ字状となるように形成されている。詳述すると、固定部３０２の両側面には、上下方向に延在する溝部３０３が形成されている。この溝部３０３は、圧電センサの導線４１０の通路となる。
【００２４】
一方、自由部３０４は、固定部３０２の上方にて、自由部３０４の背面と固定部３０２の背面とが略同一平面上に位置するように、固定部３０２と一体成形されている。自由部３０４の上端には、カンチレバー３００の軸線に対して垂直に切ったときの断面が、十文字状である凸部３０６が形成されている。この凸部３０６は、ストリングナット２３０の底部に形成された十文字状の凹部（不図示）と嵌合する。この際、十文字の一辺は、弦１５０の配列方向（Ｈ方向）と略平行になるように位置し、他辺は、弦１５０の長手方向（Ｌ方向）と略平行になるように位置する。このような十文字状の凸部３０６と凹部とによる嵌合体を設けることにより、ストリングナット２３０を介してカンチレバー３００に伝播されるＨ方向あるいはＬ方向の弦１５０の振動は、ほとんど損失なくカンチレバー３００に伝播されることとなる。
【００２５】
また、自由部３０４の側面３２５は蛇腹状に形成されている。詳細には、自由部３０４の側面３２５には、６本の溝部３２０が側面３２５を一周するように形成されている。このため、自由部３０４の溝部３２０が形成されている部分（以下、細柱部３２１）の軸線に対する垂直断面は、溝部３２０が形成されていない部分（以下、太柱部３２３）の軸線に対する垂直断面と比較して、その断面二次モーメントが小さくなる。より詳しくは、図６において、細柱部３２１のＳ−Ｓ'断面と、太柱部３２３のＴ−Ｔ’断面とを比較してみる。ここで、図中、符号ＮＰＬで示される面は、カンチレバー３００のＬ方向の曲げに関する中立面を表し、符号ＮＰＨで示される面は、カンチレバー３００にＨ方向の曲げに関する中立面を表している。図６に示されるように、細柱部３２１のＳ−Ｓ'断面は、太柱部３２３のＴ−Ｔ’断面と比較して、溝部３２０の厚みだけ各辺の幅が小さい。このため、中立面ＮＰＬと断面Ｓ−Ｓ'との交線である中立軸ＮＡＬSに関する断面Ｓ−Ｓ'の断面二次モーメントは、中立面ＮＰＬと断面Ｔ−Ｔ’との交線である中立軸ＮＡＬTに関する断面Ｔ−Ｔ’の断面二次モーメントと比較して、小さいものとなる。これにより、自由部３０４は、細柱部３２１のＬ方向に関する曲げ剛性が小さいものとなり、溝部３２０を有しない構成と比較して、ストリングナット２３０を介してＬ方向の力が作用した場合に、Ｌ方向に曲げ変形しやすくなる。なお、中立軸ＮＡＬTに関する断面二次モーメントに限られず、太柱部３２３および細柱部３２１の各々の断面二次モーメントであって、各断面の図心を通り、Ｌ方向に垂直な図心軸に関する断面二次モーメントについて、太柱部３２３の断面二次モーメントより細柱部３２１の断面二次モーメントが小さければ、Ｌ方向に曲げ変形しやすくなる。
【００２６】
一方、中立面ＮＰＨと断面Ｓ−Ｓ'との交線である中立軸ＮＡＨSに関する断面Ｓ−Ｓ'の断面二次モーメントは、中立面ＮＰＨと断面Ｔ−Ｔ’との交線である中立軸ＮＡＨTに関する断面Ｔ−Ｔ’の断面二次モーメントと比較して、小さいものとなる。これにより、自由部３０４は、細柱部３２１のＨ方向に関する曲げ剛性が小さいものとなり、溝部３２０を有しない構成と比較して、ストリングナット２３０を介してＨ方向の力が作用した場合に、Ｈ方向に曲げ変形しやすくなる。なお、中立軸ＮＡＨSに関する断面二次モーメントに限られず、太柱部３２３および細柱部３２１の各々の断面二次モーメントであって、太柱部３２３および細柱部３２１の各断面の図心を通り、Ｈ方向に垂直な図心軸に関する断面二次モーメントについて、太柱部３２３の断面二次モーメントより細柱部３２１の断面二次モーメントが小さければ、Ｈ方向に曲げ変形しやすくなる。
【００２７】
さらに、側面３２５に配置される溝部３２０間の間隔は一定ではなく、下方より上方ほど、その間隔が狭くなるようになされている。すなわち、自由部３０４は、上方ほど、細柱部３２１を有する割合が高くなるように形成されている。これにより、ストリングナット２３０を介して外力が作用すると、自由部３０４の上方は、自由部３０４の下方と比較して、変形しやすい構成となっている。
なお、この実施例では、溝部３２０を形成することによって、太柱部３２３の曲げ剛性より細柱部３２１の曲げ剛性が小さくなるようにしたが、これに限られず、曲げ剛性の相異する材料を使用したり、材料の厚さの相異等で断面二次モーメントに差をつけても良い。
【００２８】
また、自由部３０４の上端に位置する側面３２５には、その下辺を除く外周近傍に凸部３３０が設けられている。一方、自由部３０４の下端に位置する側面３２５は、その上辺を除く外周近傍に凸部３４０が設けられている。これらの凸部３３０および凸部３４０の各々は、側面３２５に貼着される圧電センサの位置決めに利用される。
【００２９】
図７は、カンチレバー３００に圧電センサが取り付けられた様子を示す図である。この図に示されるように、圧電センサ４００Ｈ、４００Ｌは、薄板状の圧電素子であり、凸部３３０と凸部３４０とによって囲まれる領域に収容可能な平面形状をしている。ここで、圧電素子とは、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換するものであり、外力が作用して自身が伸縮すると、その伸縮量に応じた電気信号を出力する。本実施形態におけるカンチレバー３００は、カンチレバー３００のＨ方向の変形を検出する２つの圧電センサ４００Ｈと、Ｌ方向の変形を検出する２つの圧電センサ４００Ｌとの各々が接着剤などによって側面３２５に固着される。
【００３０】
図８は、図７におけるＢ−Ｂ'の断面図である。この図に示されるように、Ｌ方向上において対向する側面３２５の各々には、圧電センサ４００Ｌが１つずつ固着される。この際、各圧電センサ４００Ｌは、互いの分極方向Ｐが逆になるように固着される。この図においては、各圧電センサ４００Ｌは、それらの分極方向Ｐが外側に向くように配置されている。これらの圧電センサ４００Ｌの向かい合う面は、導線４４０によって接続されている。また、一方の圧電センサ４００Ｌ（この図においては図中上側）の外側の面は、接地線４４５と接続されており、他方の圧電センサ４００Ｌ（図中下側）の外側の面は、圧電センサ４００Ｌからの電気信号を出力するための導線４１０が接続されている。
【００３１】
また、Ｈ方向上において対向する側面３２５の各々には、圧電センサ４００Ｈが１つずつ固着される。この際、各圧電センサ４００Ｈは、互いの分極方向Ｐが逆になるように固着される。この図においては、各々の圧電センサ４００Ｈは、それらの分極方向Ｐが外側に向くように配置されている。これらの圧電センサ４００Ｈの向かい合う面は、導線４３０によって接続されている。また、一方の圧電センサ４００Ｈ（この図においては図中左側）の外側の面は、接地線４３５に接続されており、他方の圧電センサ４００Ｈ（図中右側）の外側の面は、圧電センサＨから電気信号を出力するための導線４１０が接続されている。
なお、圧電センサ４００Ｌ間を接続する導線４４０、および、圧電センサ４００Ｈ間を接続する導線４３０は、カンチレバー３００の内部に配線する構成としても良いし、表面に配線する構成としても良い。
【００３２】
このような構成の下、図９に示されるように、カンチレバー３００がＬ方向（図中右方向）に湾曲すると、図中右側の圧電センサ４００Ｌは、長手方向に圧縮される一方、左側の圧電センサ４００Ｌは、長手方向に伸張される。この結果、各々の圧電センサ４００Ｌは、圧縮量あるいは伸張量に応じた電気信号、すなわち、カンチレバー３００のＬ方向の振動を示すアナログ波形信号を出力する。この際、２つの圧電センサ４００Ｌは、分極方向Ｐが互いに逆向きになるように設定されているため、各々の圧電センサ４００Ｌから出力される信号は、お互いの信号特性を打ち消しあうことなく加算される。これにより、カンチレバー３００のＬ方向の振動をより正確に検出することができる。
なお、図面が煩雑になるのを防ぐため、この図においては、圧電センサ４００Ｈは表示されていない。また、圧電センサ４００ＨによるＨ方向の振動検出も、圧電センサ４００ＬによるＬ方向の振動検出と同様に行われる。
【００３３】
また、本実施形態におけるカンチレバー３００は溝部３２０が形成されているため以下のような利点を有する。一般に、弦振動は、微小であるため、仮にカンチレバー３００に溝部３２０が形成されていなければ、当該カンチレバーは、弦振動時において、ほとんど曲げ変形することがない。カンチレバーがほとんど変形しなければ、振動に連動するカンチレバーの振幅が微小なものとなり、圧電センサ４００Ｌ、４００Ｈの圧縮量あるいは伸張量は微小なものとなる。このため、溝部３２０を有さないカンチレバーを備えた振動検出装置においては、演奏操作の微妙なニュアンスを十分に検出することができない。これに対し、本実施形態におけるカンチレバー３００は、溝部３２０を有しているためＬ方向およびＨ方向に十分に曲げ変形することができる。これにより、弦振動と連動するカンチレバーの振幅が大きくなるため、圧電センサ４００Ｌ、４００Ｈの圧縮量あるいは伸張量は大きくなる。この結果、弦１５０の微妙な振動を、より高精度で検出することが可能となる。
【００３４】
また、弦振動の際に、カンチレバー３００の軸線と垂直（例えば、Ｌ方向やＨ方向など）にカンチレバー３００に作用する力Ｆは、カンチレバー３００の上端に設けられた凸部３０６に作用する。このため、カンチレバー３００においては、凸部３０６から離れるほど、すなわち、固定部３０２に近づくほど振動時に生じる曲げモーメントが大きくなる。このような大きな曲げモーメントが生じると、固定部３０２と自由部３０４との接合部などの固定部３０２に近い箇所は、曲げモーメントによって分裂しやすくなる。これに対し、本実施形態におけるカンチレバー３００は、下方より上方のほうが曲げ変形しやすい、すなわち、上方より下方が曲げ力に対して強くなっている。これにより、凸部３０６に作用する力Ｆによって、カンチレバー３００が分裂する可能性が低くなり、カンチレバー３００の耐久性が向上する。
【００３５】
さらに、カンチレバー３００の自由部３０４は、相対的に上方が下方より変形しやすい形状をしているため、弦１５０のＬ方向あるいはＨ方向の振動がカンチレバー３００に伝播すると、自由部３０４の上部の振幅、すなわち、自由部３０４の上部の変位は大きなものとなる。これにより、圧電センサ４００Ｌ、４００Ｈによるカンチレバー３００の変形の検出が効率よく行われ、結果として、弦１５０の振動検出が正確に行われることとなる。
【００３６】
ところで、従来の電気弦楽器における振動検出装置は、擦弦操作によって生じる駒のＨ方向の振動を検出する構成となっていた。このため、従来の電気弦楽器において生成される楽音信号は、Ｈ方向の振動のみを反映した信号であった。しかしながら、実際の演奏操作時においては、弦１５０は、Ｈ方向のみならず、弦１５０の軸線方向であるＬ方向にも振動する。例えば、弦楽器の一奏法として、ビブラートという奏法がある。ビブラートとは、弦１５０を押さえる指によって弦１５０の張力を連続的に変化させることにより、音高を連続的に上下させて発音する奏法である。このような、弦１５０の張力変化は、ビブラートに限られず、駒２００に近い位置でのボーイングや、ボーイング強さの変化が大きい奏法を行う際などにおいても顕著に表れる。アコーステックバイオリンにおいては、弦１５０の張力変化が生じると、弦１５０がＬ方向に振動し、その振動に応じた楽音が響板から発生する。このため、従来の電気弦楽器によって生成される楽音信号は、弦１５０の張力変化が反映されないため、アコーステックバイオリンと比べて、その表現力が十分なものでなかった。
【００３７】
そこで、本実施形態においては、Ｈ方向にくわえ、Ｌ方向にも曲げ変形可能なカンチレバー３００を採用し、Ｈ方向とＬ方向との両方向の振動に応じて楽音信号を出力する構成を採っている。これにより、楽音信号に、弦１５０の張力変化を取り入れることが可能となり、演奏操作時の微妙なニュアンスをより正確に表現することが可能となる。さらに、電気弦楽器１００においては、カンチレバー３００が、各々の弦１５０に個別に対応して設けられているため、５本の弦１５０の振動を１つの振動部材（駒など）によって検出する従来の振動検出装置と比較して、弦振動をより正確に検出することができる。
【００３８】
次に、圧電センサ４００Ｈおよび圧電センサ４００Ｌから出力されたアナログ波形信号に応じて、外部スピーカ等から放音するための構成について図１０を参照して説明する。上述したように電気弦楽器１００には、１つのカンチレバー３００の側面３２５に貼着された２枚の圧電センサ４００Ｌと、２枚の圧電センサ４００Ｈとからなるセンサ群４００が、５弦１５０の各々に対応して５つ備えられている。各々のセンサ群４００に含まれる圧電センサ４００Ｌは、対応する弦１５０のＬ方向の振動を示すアナログ波形信号ＷＬをミキサ５００に入力し、圧電センサ４００Ｈは、対応する弦１５０のＨ方向の振動を示すアナログ波形信号ＷＨをミキサに入力する。
【００３９】
ミキサ５００は、５つのセンサ群４００から送信された５組のアナログ波形信号ＷＬおよびアナログ波形信号ＷＨを入力すると、それらの波形をミキシングして、楽音信号ＭＳとしてアンプ６００に送信する。ミキサ５００から送信された楽音信号ＭＳは、アンプ６００（外部機器）などによって増幅された後、スピーカ６１０（外部機器）を介して放音される。なお、これらの外部機器（アンプ６００やスピーカ６１０など）は、電気弦楽器１００に備える構成としても良い。また、スピーカ６１０の代わりに、耳に装着可能なイヤホンやヘッドホンなどを用いることもできる。
【００４０】
このように本実施形態における電気弦楽器１００によれば、擦弦方向と略同一のＨ方向の振動みならず、弦１５０の張力変化によるＬ方向の振動も検出し、それらの振動に応じた楽音信号を出力することができる。これにより、楽音信号に、弦１５０の張力変化を取り入れることが可能となり、演奏操作をより正確に表現することが可能となる。また、本実施形態よれば、駒２００の振動を検出するのではなく、各々の弦１５０に個別に対応したカンチレバー３００の振動を検出するため、擦られる弦１５０の違いなどによる微妙な弦振動の変化をより正確に検出することができる。
【００４１】
また、振動部材であるカンチレバー３００は、側面に溝部３２０が形成されているため、曲げ変形することが可能である。これにより、カンチレバー３００の振動時における振幅が大きくなり、圧電センサ４００から出力される電気信号が大きくなる。この結果、演奏操作の検出精度が向上することとなる。さらに、カンチレバー３００にフレキシビリティを付与するにあたり、溝部３２０を備えるだけでよいため、振動部材の構成が簡易なものとなる。
【００４２】
なお、本実施形態においては、溝部３２０が配置される間隔を調整することにより、所望の曲げ剛性を得る構成としたが、溝部３２０の幅や、溝部３２０の深さなどを調整することにより、カンチレバー３００の材質などを変更することなく、その曲げ剛性を任意に変更することが可能である。これによりカンチレバー３００の調整が簡易なものとなる。
【００４３】
さらに、本実施形態によれば、複数方向の弦振動を検出するにあたり、カンチレバー３００を使用することにより、接触型の圧電センサ４００Ｌ，４００Ｈを用いて振動検出を行うことができる。これにより、構成が複雑な非接触型のセンサなどを備える必要がなく、振動検出装置の構成が簡易なものとなる。
【００４４】
＜変形例＞
上述した実施形態においては、本発明を電気弦楽器１００に適用した例を説明したが、ピアノなどの鍵盤楽器においても、打弦方向の振動と、ペダル操作などによる弦の軸線方向の振動との２方向の振動を検出する構成とすることより、本発明を適用することができる。
【００４５】
また、上述した実施形態においては、カンチレバー３００と挟持部材２１０とによる間隙あるいはカンチレバー３００とブリッジカバー２０２とによる間隙に弾性充填材２４０や塑性充填材２５０を充填する例を示したが、カンチレバー３００の曲げ剛性を適宜変更することにより、これらの充填材を省略する構成としても良い。
【００４６】
また、上述した実施形態においては、弦振動をカンチレバー３００に伝達するストリングナット２３０を備える例を示したが、カンチレバー３００の上端に弦１５０を保持する保持部を設けることにより、駒２００からストリングナット２３０を省略することが可能となる。これにより、振動検出装置は、圧電センサ４００Ｌ、４００Ｈを備えたカンチレバー３００を挟持部材２１０によって挟持するのみの構成で良いものとなり、振動検出装置の構成およびその調整が簡易なものとなる。
【００４７】
また、上述した実施形態においては、２方向（Ｌ方向およびＨ方向）に変形可能なカンチレバー３００の例を示したが、これに限られない。例えば、１方向だけに変形可能な構成としても良いし、３以上の方向に変形可能な構成としても良い。３以上の方向に変形可能な構成にする場合、カンチレバー３００の自由部３０４を、その軸線に対して垂直に切った断面が略多角形の柱体にすれば、当該柱体の各々の側面に、当該側面と垂直方向の変形を検出する圧電センサを貼着することが可能となる。
【００４８】
また、上述した実施形態においては、溝部３２０を形成することにより、１つの中立面に関して、大きな断面二次モーメントを得る太柱部３２３と、小さな断面二次モーメントを得る細柱部３２１とをカンチレバー３００に備える構成としたが、これに限られない。例えば、カンチレバー３００の側面を、軸線に対して傾斜するように形成し、カンチレバー３００の軸線方向に沿って、軸線に対する複数の垂直断面の各々についての断面二次モーメント（例えば、各々の断面の図心を通り、あるひとつの方向を向く図心軸に関する断面二次モーメントなど）が、互いに異なるような構成としても良い。
【００４９】
また、上述した実施形態においては、圧電センサ４００Ｌ、４００Ｈをカンチレバー３００の側面に貼着する例を示したが、これらの圧電センサ４００Ｌ，４００Ｈは、カンチレバー３００に内蔵する構成としても良い。
【００５０】
また、上述した実施形態においては、カンチレバー３００の振動を検出するピックアップとして、圧電センサ４００Ｌ，４００Ｈを使用する例を示したが、ピックアップはこれに限られない。例えば、加速度センサや、電磁誘導によりカンチレバー３００の振動を検出する電磁型センサなどを用いても良い。
【００５１】
また、上述した実施形態においては、弦１５０に個別に対応したカンチレバー３００によって、各々の弦１５０の振動を検出する構成としたが、これに限られない。例えば、全ての弦１５０の振動を１つのカンチレバー３００によって検出する構成としても良い。これにより、駒２００の構成が簡単なものとなる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、より忠実に弦振動と連動する振動部材、該振動部材が含まれる振動検出装置、該振動検出装置を備えた駒および弦楽器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態にかかる電気弦楽器に備えられる駒の斜視図である。
【図２】 同駒の分解斜視図である。
【図３】 同駒の内部構成を示す図である。
【図４】 同駒の断面図である。
【図５】 同駒に含まれるカンチレバーの斜視図である。
【図６】 同カンチレバーの構造を説明するための図である。
【図７】 圧電センサが取り付けられたカンチレバーの斜視図である。
【図８】 圧電センサが取り付けられたカンチレバーの断面図である。
【図９】 圧電センサが取り付けられたカンチレバーが変形する様子を示す図である。
【図１０】 同電気弦楽器の電気的構成を示す図である。
【図１１】 同電気弦楽器および弓の外観を示す図である。
【符号の説明】
１００…電気弦楽器、１１０…胴部、１２０…指板、１３０…テールピース、１４０…ネック、１４２…ペグボックス、１５０…弦、１６０…側部、２００…駒、２０２…ブリッジカバー、２０４…ネジ孔、２１０…挟持部材、２１２…ネジ孔、２１４…開口部、２１６…凹部、２１７…狭持凹部、２１８…ネジ孔、２２０…溝部、２３０…ストリングナット、２３５…係合部、２４０…弾性充填材、２５０…塑性充填材、３００…カンチレバー、３０２…固定部、３０３…溝部、３０４…自由部、３０６…凸部、３１０…ネジ孔、３２０…溝部、３２１…細柱部、３２３…太柱部、３２５…側面、３３０，３４０…凸部、４００Ｌ，４００Ｈ…圧電センサ、４１０，４４０，４５０…導線、４３５，４４５…接地線、５００…ミキサ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、弦楽器の弦振動を検出する振動検出装置、該振動検出装置に含まれる振動部材、該振動検出装置を適用した駒および弦楽器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電子楽音を発生する電気楽器が広く用いられている。電気楽器は、自然楽器に類似した形状、および、部材を有するのが一般的であり、演奏者（利用者）は、自然楽器に対する演奏操作と同様な操作をすることで、電子楽音を発生させることができるようになっている。
例えば自然弦楽器のバイオリンを模した電気バイオリンにあっては、演奏者の擦弦によって生じる弦の振動が検出され、この検出結果から楽音情報が抽出されて、アンプ付きスピーカやヘッドホンなどから放音されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電気バイオリンにあっては、演奏者が擦弦の他に例えばビブラートなどの技法を用いて演奏したとしても、この微妙な演奏表現が検出されず、再生されないといった問題があった。
【０００４】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、より忠実に弦振動と連動する振動部材が含まれる振動検出装置、該振動検出装置を備えた駒および弦楽器を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、弦楽器の弦振動を検出する振動検出装置であって、略柱形状をしており、前記柱の軸線方向に垂直な第１の方向に前記弦振動による力が作用すると前記第１の方向に曲げ変形し、前記軸線方向に垂直であり前記第１の方向と異なる第２の方向に、前記弦振動による力が作用すると前記第２の方向に曲げ変形し得る振動部材と、前記振動部材の前記第１の方向の変形を検出する第１の変形検出手段と、前記振動部材の前記第２の方向の変形を検出する第２の変形検出手段と、を具備し、前記振動部材は、前記柱の軸線方向に垂直な方向に側面を一周する溝を複数備え、各溝間の間隔は前記柱の軸線方向に上に行くほど狭いことを特徴とする振動検出装置を提供する。
かかる振動検出装置によれば、弦振動に伴って、第１の方向と第２の方向とに曲げ変形する振動部材を備えているため、振動検出装置において、第１の方向の弦振動に加えて、第２の方向の弦振動を検出することが可能となる。これにより、弦振動を、より正確に検出することができる。
【０００７】
また、以上のものとは別の観点から、この発明は、弦楽器に取り付けられる駒であって、請求項１に記載の振動検出装置と、前記振動検出装置を挟持する挟持部材とを具備することを特徴とする駒を提供する。
【０００８】
また、以上のものとは別の観点から、弦振動を検出する振動検出装置を備えた弦楽器であって、前記弦楽器の胴部上面と弦により請求項３に記載の駒を挟持することを特徴とする弦楽器を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。以下の説明においては、本発明の実施形態にかかる振動検出装置を適用した電気弦楽器について説明する。
【００１０】
図１１は、電気弦楽器および弓の外観を示す図である。この図に示されるように、電気弦楽器１００の胴部１１０には、テールピース１３０が設けられている。テールピース１３０には、５つの孔部が設けられており、その各々にアジャスタ１３２が取り付けられている。これらのアジャスタ１３２の各々には、弦１５０の一端が取り付けられている。また、胴部１１０の図中上方には、ペグボックス１４２を備えたネック１４０が取り付けられている。これらのネック１４０および胴部１１０の上面には、指板１２０が設けられている。ペグボックス１４２には、５つの糸巻き１４４が備えられており、その各々に、アジャスタ１３２に一端が取り付けられた弦１５０の他端が巻きつけられている。演奏者は、糸巻き１４４を回転させることによって各弦１５０の張力を調整する。
【００１１】
また、胴部１１０の上面には、駒２００が、紙面垂直方向に立設するように、胴部１１０と弦１５０とによって挟持されている。アコーステックバイオリンにおいては、弦の振動は駒を介して響板に伝播し、響板から楽音が出力されるが、電気弦楽器１００においては、駒２００に含まれる振動検出装置によって各弦１５０の振動を検出し、楽音信号を電気的に生成する。このため、電気弦楽器１００は、アコーステックバイオリンに備えられる表板などの響板が省略されており、軽量なものとなっている。なお、駒２００および振動検出装置の詳細については後述する。
【００１２】
胴部１１０の右側には、アコーステックバイオリンの側板の一部をかたどった側部１６０が備えられており、演奏者がアコーステックバイオリンと似た感覚で、電気弦楽器１００を演奏することができるようになっている。また、胴部１１０の下端には、あご当て１７０が設けられている。
なお、図示されないが、電気弦楽器１００には、電源供給のための電源装置や、楽音信号を外部に出力する出力装置（例えば、ヘッドホン端子）等が設けられている。
【００１３】
一方、弓８００は、弓身８１０および擦弦に使用される弓毛８２０を有している。演奏者は、弓身８１０に設けられたハンドル８３０を握って演奏する。
【００１４】
次に、振動検出装置を含む駒２００の構成について説明する。図１は、駒２００の斜視図である。この図に示されるように、駒２００は、当出願人により出願された特願２００１−１３２０７０あるいは特願２００１−２９００４７に記載されたバイオリン用振動ピックアップと略同様な形状をしている。さらに詳述すると、本実施形態における駒２００は、５本の弦１５０の各々を横切る位置に対応して、上方に突出する５つのストリングナット２３０を備えている。これらのストリングナット２３０は、弦１５０を支持するとともに、弦１５０の振動を駒２００に含まれる振動検出装置に伝達する役割を果たす。
【００１５】
図２は、駒２００の主要構成部の分解斜視図である。この図に示されるように、駒２００は、大略して４つの構成部から構成されている。すなわち、５本の弦１５０に対応した５つのストリングナット２３０と、ストリングナット２３０が取り付けられる５つのカンチレバー３００と、カンチレバー３００を挟持する２つの挟持部材２１０と、駒２００のカバーとして機能する２つのブリッジカバー２０２とである。
【００１６】
挟持部材２１０の片面には、その中央付近に凹部２１６が形成されている。この凹部２１６は、上方に突出するように形成された５つの挟持凹部２１７を含むように形成されている。５つの挟持凹部２１７は、５つのカンチレバー３００を個別に挟持するためのものであり、挟持凹部２１７の底面を形成する挟持部材２１０には、カンチレバー３００を固定するためのネジ孔２１８が形成されている。また、挟持部材２１０には、各挟持凹部２１７から上方にかけて、カンチレバー３００を個別に収容するための５つの開口部２１４が形成されている。また、挟持部材２１０は、下方中央に水平断面が略半管である溝部２２０を有している。カンチレバー３００を挟持するために、２つの挟持部材２１０が対向するように当接すると、それらの溝部２２０によって管が形成される。この管は、後述する圧電センサの導線の通路となる。また、挟持部材２１０は、その両端に、駒２００を一体化するためのネジ孔２１２が形成されている。
【００１７】
カンチレバー３００は、断面が略四角形の柱体をしており、挟持部材２１０に固定される固定部３０２と、曲げ変形が可能な自由部３０４とによって構成されている。このうち、固定部３０２は、カンチレバー３００を挟持するために２つの挟持部材２１０が当接したときに、それらの挟持凹部２１７に嵌合するような形状をしている。また、固定部３０２には、前面から背面にかけて、カンチレバー３００を挟持部材２１０に固定するためのネジ孔３１０が形成されている。一方、自由部３０４は、弦１５０の長手方向（図中Ｌ方向）と、擦弦方向に略平行な弦１５０の配列方向（図中Ｈ方向）との２方向に曲げ変形可能に構成されている。自由部３０４の各側面には、自由部３０４のＨ方向およびＬ方向の変形を検出する圧電センサが貼着されており、それらのセンサによってカンチレバー３００の振動が検出される。なお、本実施形態においては、立体形状が四角柱であるカンチレバー３００を説明するが、カンチレバー３００の立体形状は、四角柱に限られず、例えば、多角柱や、円柱などであっても良い。カンチレバー３００および圧電センサの詳細については後述する。また、ブリッジカバー２０２は、左右両端に駒２００を一体化するためのネジ孔２０４を備えている。
【００１８】
このような構成の下、５本のカンチレバー３００は、挟持部材２１０に挟持された状態で、カンチレバー３００のネジ孔３１０および挟持部材２１０のネジ孔２１８を貫通するボルトやナットなどによって、挟持部材２１０と結合される。結合された挟持部材２１０は、ブリッジカバー２０２に挟持された状態で、ブリッジカバー２０２のネジ孔２０４および挟持部材２１０のネジ孔２１２を貫通するボルトやナットなどによって、ブリッジカバー２０２と一体化される。なお、カンチレバー３００、挟持部材２１０およびブリッジカバー２０２を一体化する手段は、ボルトとナットに限定されない。例えば、カンチレバー３００、挟持部材２１０およびブリッジカバー２０２の各々に嵌合部を形成して、はめ合わせることによって一体化しても良いし、また、接着剤などによって一体化しても良い。
【００１９】
図３は、駒２００から片側のブリッジカバー２０２と挟持部材２１０とを取り外した様子を示す平面図である。また、図４は、図３におけるＡ−Ａ'の駒２００の断面図である。図３に示されるように、カンチレバー３００が挟持部材２１０に取り付けられると、カンチレバー３００の自由部３０４の側面は、開口部２１４を形成する挟持部材２１０の側面と間隙を形成するように位置する。この自由部３０４と挟持部材２１０とによる間隙には、例えば粘土などの塑性充填材２５０が充填される。塑性充填材２５０は、カンチレバー３００が振動する際に、ダンパーとして機能する。また、塑性充填材２５０は、各カンチレバー３００間の振動の干渉を防止する役割も果たす。
【００２０】
ストリングナット２３０は、カンチレバー３００の上端に嵌合し、その上面に弦１５０と係合する係合部２３５を有している。これにより、演奏に伴う弦１５０振動は、ストリングナット２３０を介して、カンチレバー３００に伝播される。詳細には、ストリングナット２３０は、擦弦方向と略平行な弦１５０の配列方向（Ｈ方向）の振動をカンチレバー３００に伝達する。また、駒２００は、図４に示されるように、弦１５０と胴部１１０とによって挟持されているため、ストリングナット２３０は、弦１５０の長手方向（Ｌ方向）の振動と連動し、その振動をカンチレバー３００に伝達する。なお、これらのストリングナット２３０およびカンチレバー３００の構成材料としては、例えばＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）樹脂や木材などといったｔａｎδ（内部損失）の大きい材料を用いることが好ましい。
【００２１】
図３において、ストリングナット２３０がカンチレバー３００に取り付けられると、ストリングナット２３０の下端は、挟持部材２１０の上端より下方に位置する。また、ストリングナット２３０の下端の幅は、開口部２１４の上端の幅よりも若干狭くなるようになされている。このため、ストリングナット２３０の側面と、開口部２１４を形成する挟持部材２１０の側面とは、間隙を形成する。この間隙には、例えば、シリコンなどの弾性充填材２４０が装填される。これにより、ストリングナット２３０に伝播するＨ方向の弦振動は、弾性充填材２４０によって穏やかに減衰されることとなる。
【００２２】
図４に示されるように、駒２００が組み立てられた状態においては、ブリッジカバー２０２とカンチレバー３００の自由部３０４とは間隙を形成する。この間隙には、塑性充填材２５０が充填される。また、ブリッジカバー２０２は、ストリングナット２３０と間隙を形成するように位置する。この間隙には、弾性充填材２４０が装填され、ストリングナット２３０に伝播するＬ方向の弦振動の減衰を穏やかにさせる役割を果たす。
【００２３】
次に、カンチレバー３００および圧電センサの詳細について説明する。図５は、カンチレバー３００の斜視図であり、図６は、カンチレバー３００の構造を説明するための図である。これらの図に示されるように、カンチレバー３００の固定部３０２は、カンチレバー３００の軸線に対して垂直に切ったときの断面が、Ｈ字状となるように形成されている。詳述すると、固定部３０２の両側面には、上下方向に延在する溝部３０３が形成されている。この溝部３０３は、圧電センサの導線４１０の通路となる。
【００２４】
一方、自由部３０４は、固定部３０２の上方にて、自由部３０４の背面と固定部３０２の背面とが略同一平面上に位置するように、固定部３０２と一体成形されている。自由部３０４の上端には、カンチレバー３００の軸線に対して垂直に切ったときの断面が、十文字状である凸部３０６が形成されている。この凸部３０６は、ストリングナット２３０の底部に形成された十文字状の凹部（不図示）と嵌合する。この際、十文字の一辺は、弦１５０の配列方向（Ｈ方向）と略平行になるように位置し、他辺は、弦１５０の長手方向（Ｌ方向）と略平行になるように位置する。このような十文字状の凸部３０６と凹部とによる嵌合体を設けることにより、ストリングナット２３０を介してカンチレバー３００に伝播されるＨ方向あるいはＬ方向の弦１５０の振動は、ほとんど損失なくカンチレバー３００に伝播されることとなる。
【００２５】
また、自由部３０４の側面３２５は蛇腹状に形成されている。詳細には、自由部３０４の側面３２５には、６本の溝部３２０が側面３２５を一周するように形成されている。このため、自由部３０４の溝部３２０が形成されている部分（以下、細柱部３２１）の軸線に対する垂直断面は、溝部３２０が形成されていない部分（以下、太柱部３２３）の軸線に対する垂直断面と比較して、その断面二次モーメントが小さくなる。より詳しくは、図６において、細柱部３２１のＳ−Ｓ'断面と、太柱部３２３のＴ−Ｔ’断面とを比較してみる。ここで、図中、符号ＮＰＬで示される面は、カンチレバー３００のＬ方向の曲げに関する中立面を表し、符号ＮＰＨで示される面は、カンチレバー３００にＨ方向の曲げに関する中立面を表している。図６に示されるように、細柱部３２１のＳ−Ｓ'断面は、太柱部３２３のＴ−Ｔ’断面と比較して、溝部３２０の厚みだけ各辺の幅が小さい。このため、中立面ＮＰＬと断面Ｓ−Ｓ'との交線である中立軸ＮＡＬSに関する断面Ｓ−Ｓ'の断面二次モーメントは、中立面ＮＰＬと断面Ｔ−Ｔ’との交線である中立軸ＮＡＬTに関する断面Ｔ−Ｔ’の断面二次モーメントと比較して、小さいものとなる。これにより、自由部３０４は、細柱部３２１のＬ方向に関する曲げ剛性が小さいものとなり、溝部３２０を有しない構成と比較して、ストリングナット２３０を介してＬ方向の力が作用した場合に、Ｌ方向に曲げ変形しやすくなる。なお、中立軸ＮＡＬTに関する断面二次モーメントに限られず、太柱部３２３および細柱部３２１の各々の断面二次モーメントであって、各断面の図心を通り、Ｌ方向に垂直な図心軸に関する断面二次モーメントについて、太柱部３２３の断面二次モーメントより細柱部３２１の断面二次モーメントが小さければ、Ｌ方向に曲げ変形しやすくなる。
【００２６】
一方、中立面ＮＰＨと断面Ｓ−Ｓ'との交線である中立軸ＮＡＨSに関する断面Ｓ−Ｓ'の断面二次モーメントは、中立面ＮＰＨと断面Ｔ−Ｔ’との交線である中立軸ＮＡＨTに関する断面Ｔ−Ｔ’の断面二次モーメントと比較して、小さいものとなる。これにより、自由部３０４は、細柱部３２１のＨ方向に関する曲げ剛性が小さいものとなり、溝部３２０を有しない構成と比較して、ストリングナット２３０を介してＨ方向の力が作用した場合に、Ｈ方向に曲げ変形しやすくなる。なお、中立軸ＮＡＨSに関する断面二次モーメントに限られず、太柱部３２３および細柱部３２１の各々の断面二次モーメントであって、太柱部３２３および細柱部３２１の各断面の図心を通り、Ｈ方向に垂直な図心軸に関する断面二次モーメントについて、太柱部３２３の断面二次モーメントより細柱部３２１の断面二次モーメントが小さければ、Ｈ方向に曲げ変形しやすくなる。
【００２７】
さらに、側面３２５に配置される溝部３２０間の間隔は一定ではなく、下方より上方ほど、その間隔が狭くなるようになされている。すなわち、自由部３０４は、上方ほど、細柱部３２１を有する割合が高くなるように形成されている。これにより、ストリングナット２３０を介して外力が作用すると、自由部３０４の上方は、自由部３０４の下方と比較して、変形しやすい構成となっている。
なお、この実施例では、溝部３２０を形成することによって、太柱部３２３の曲げ剛性より細柱部３２１の曲げ剛性が小さくなるようにしたが、これに限られず、曲げ剛性の相異する材料を使用したり、材料の厚さの相異等で断面二次モーメントに差をつけても良い。
【００２８】
また、自由部３０４の上端に位置する側面３２５には、その下辺を除く外周近傍に凸部３３０が設けられている。一方、自由部３０４の下端に位置する側面３２５は、その上辺を除く外周近傍に凸部３４０が設けられている。これらの凸部３３０および凸部３４０の各々は、側面３２５に貼着される圧電センサの位置決めに利用される。
【００２９】
図７は、カンチレバー３００に圧電センサが取り付けられた様子を示す図である。この図に示されるように、圧電センサ４００Ｈ、４００Ｌは、薄板状の圧電素子であり、凸部３３０と凸部３４０とによって囲まれる領域に収容可能な平面形状をしている。ここで、圧電素子とは、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換するものであり、外力が作用して自身が伸縮すると、その伸縮量に応じた電気信号を出力する。本実施形態におけるカンチレバー３００は、カンチレバー３００のＨ方向の変形を検出する２つの圧電センサ４００Ｈと、Ｌ方向の変形を検出する２つの圧電センサ４００Ｌとの各々が接着剤などによって側面３２５に固着される。
【００３０】
図８は、図７におけるＢ−Ｂ'の断面図である。この図に示されるように、Ｌ方向上において対向する側面３２５の各々には、圧電センサ４００Ｌが１つずつ固着される。この際、各圧電センサ４００Ｌは、互いの分極方向Ｐが逆になるように固着される。この図においては、各圧電センサ４００Ｌは、それらの分極方向Ｐが外側に向くように配置されている。これらの圧電センサ４００Ｌの向かい合う面は、導線４４０によって接続されている。また、一方の圧電センサ４００Ｌ（この図においては図中上側）の外側の面は、接地線４４５と接続されており、他方の圧電センサ４００Ｌ（図中下側）の外側の面は、圧電センサ４００Ｌからの電気信号を出力するための導線４１０が接続されている。
【００３１】
また、Ｈ方向上において対向する側面３２５の各々には、圧電センサ４００Ｈが１つずつ固着される。この際、各圧電センサ４００Ｈは、互いの分極方向Ｐが逆になるように固着される。この図においては、各々の圧電センサ４００Ｈは、それらの分極方向Ｐが外側に向くように配置されている。これらの圧電センサ４００Ｈの向かい合う面は、導線４３０によって接続されている。また、一方の圧電センサ４００Ｈ（この図においては図中左側）の外側の面は、接地線４３５に接続されており、他方の圧電センサ４００Ｈ（図中右側）の外側の面は、圧電センサＨから電気信号を出力するための導線４１０が接続されている。
なお、圧電センサ４００Ｌ間を接続する導線４４０、および、圧電センサ４００Ｈ間を接続する導線４３０は、カンチレバー３００の内部に配線する構成としても良いし、表面に配線する構成としても良い。
【００３２】
このような構成の下、図９に示されるように、カンチレバー３００がＬ方向（図中右方向）に湾曲すると、図中右側の圧電センサ４００Ｌは、長手方向に圧縮される一方、左側の圧電センサ４００Ｌは、長手方向に伸張される。この結果、各々の圧電センサ４００Ｌは、圧縮量あるいは伸張量に応じた電気信号、すなわち、カンチレバー３００のＬ方向の振動を示すアナログ波形信号を出力する。この際、２つの圧電センサ４００Ｌは、分極方向Ｐが互いに逆向きになるように設定されているため、各々の圧電センサ４００Ｌから出力される信号は、お互いの信号特性を打ち消しあうことなく加算される。これにより、カンチレバー３００のＬ方向の振動をより正確に検出することができる。
なお、図面が煩雑になるのを防ぐため、この図においては、圧電センサ４００Ｈは表示されていない。また、圧電センサ４００ＨによるＨ方向の振動検出も、圧電センサ４００ＬによるＬ方向の振動検出と同様に行われる。
【００３３】
また、本実施形態におけるカンチレバー３００は溝部３２０が形成されているため以下のような利点を有する。一般に、弦振動は、微小であるため、仮にカンチレバー３００に溝部３２０が形成されていなければ、当該カンチレバーは、弦振動時において、ほとんど曲げ変形することがない。カンチレバーがほとんど変形しなければ、振動に連動するカンチレバーの振幅が微小なものとなり、圧電センサ４００Ｌ、４００Ｈの圧縮量あるいは伸張量は微小なものとなる。このため、溝部３２０を有さないカンチレバーを備えた振動検出装置においては、演奏操作の微妙なニュアンスを十分に検出することができない。これに対し、本実施形態におけるカンチレバー３００は、溝部３２０を有しているためＬ方向およびＨ方向に十分に曲げ変形することができる。これにより、弦振動と連動するカンチレバーの振幅が大きくなるため、圧電センサ４００Ｌ、４００Ｈの圧縮量あるいは伸張量は大きくなる。この結果、弦１５０の微妙な振動を、より高精度で検出することが可能となる。
【００３４】
また、弦振動の際に、カンチレバー３００の軸線と垂直（例えば、Ｌ方向やＨ方向など）にカンチレバー３００に作用する力Ｆは、カンチレバー３００の上端に設けられた凸部３０６に作用する。このため、カンチレバー３００においては、凸部３０６から離れるほど、すなわち、固定部３０２に近づくほど振動時に生じる曲げモーメントが大きくなる。このような大きな曲げモーメントが生じると、固定部３０２と自由部３０４との接合部などの固定部３０２に近い箇所は、曲げモーメントによって分裂しやすくなる。これに対し、本実施形態におけるカンチレバー３００は、下方より上方のほうが曲げ変形しやすい、すなわち、上方より下方が曲げ力に対して強くなっている。これにより、凸部３０６に作用する力Ｆによって、カンチレバー３００が分裂する可能性が低くなり、カンチレバー３００の耐久性が向上する。
【００３５】
さらに、カンチレバー３００の自由部３０４は、相対的に上方が下方より変形しやすい形状をしているため、弦１５０のＬ方向あるいはＨ方向の振動がカンチレバー３００に伝播すると、自由部３０４の上部の振幅、すなわち、自由部３０４の上部の変位は大きなものとなる。これにより、圧電センサ４００Ｌ、４００Ｈによるカンチレバー３００の変形の検出が効率よく行われ、結果として、弦１５０の振動検出が正確に行われることとなる。
【００３６】
ところで、従来の電気弦楽器における振動検出装置は、擦弦操作によって生じる駒のＨ方向の振動を検出する構成となっていた。このため、従来の電気弦楽器において生成される楽音信号は、Ｈ方向の振動のみを反映した信号であった。しかしながら、実際の演奏操作時においては、弦１５０は、Ｈ方向のみならず、弦１５０の軸線方向であるＬ方向にも振動する。例えば、弦楽器の一奏法として、ビブラートという奏法がある。ビブラートとは、弦１５０を押さえる指によって弦１５０の張力を連続的に変化させることにより、音高を連続的に上下させて発音する奏法である。このような、弦１５０の張力変化は、ビブラートに限られず、駒２００に近い位置でのボーイングや、ボーイング強さの変化が大きい奏法を行う際などにおいても顕著に表れる。アコーステックバイオリンにおいては、弦１５０の張力変化が生じると、弦１５０がＬ方向に振動し、その振動に応じた楽音が響板から発生する。このため、従来の電気弦楽器によって生成される楽音信号は、弦１５０の張力変化が反映されないため、アコーステックバイオリンと比べて、その表現力が十分なものでなかった。
【００３７】
そこで、本実施形態においては、Ｈ方向にくわえ、Ｌ方向にも曲げ変形可能なカンチレバー３００を採用し、Ｈ方向とＬ方向との両方向の振動に応じて楽音信号を出力する構成を採っている。これにより、楽音信号に、弦１５０の張力変化を取り入れることが可能となり、演奏操作時の微妙なニュアンスをより正確に表現することが可能となる。さらに、電気弦楽器１００においては、カンチレバー３００が、各々の弦１５０に個別に対応して設けられているため、５本の弦１５０の振動を１つの振動部材（駒など）によって検出する従来の振動検出装置と比較して、弦振動をより正確に検出することができる。
【００３８】
次に、圧電センサ４００Ｈおよび圧電センサ４００Ｌから出力されたアナログ波形信号に応じて、外部スピーカ等から放音するための構成について図１０を参照して説明する。上述したように電気弦楽器１００には、１つのカンチレバー３００の側面３２５に貼着された２枚の圧電センサ４００Ｌと、２枚の圧電センサ４００Ｈとからなるセンサ群４００が、５弦１５０の各々に対応して５つ備えられている。各々のセンサ群４００に含まれる圧電センサ４００Ｌは、対応する弦１５０のＬ方向の振動を示すアナログ波形信号ＷＬをミキサ５００に入力し、圧電センサ４００Ｈは、対応する弦１５０のＨ方向の振動を示すアナログ波形信号ＷＨをミキサに入力する。
【００３９】
ミキサ５００は、５つのセンサ群４００から送信された５組のアナログ波形信号ＷＬおよびアナログ波形信号ＷＨを入力すると、それらの波形をミキシングして、楽音信号ＭＳとしてアンプ６００に送信する。ミキサ５００から送信された楽音信号ＭＳは、アンプ６００（外部機器）などによって増幅された後、スピーカ６１０（外部機器）を介して放音される。なお、これらの外部機器（アンプ６００やスピーカ６１０など）は、電気弦楽器１００に備える構成としても良い。また、スピーカ６１０の代わりに、耳に装着可能なイヤホンやヘッドホンなどを用いることもできる。
【００４０】
このように本実施形態における電気弦楽器１００によれば、擦弦方向と略同一のＨ方向の振動みならず、弦１５０の張力変化によるＬ方向の振動も検出し、それらの振動に応じた楽音信号を出力することができる。これにより、楽音信号に、弦１５０の張力変化を取り入れることが可能となり、演奏操作をより正確に表現することが可能となる。また、本実施形態よれば、駒２００の振動を検出するのではなく、各々の弦１５０に個別に対応したカンチレバー３００の振動を検出するため、擦られる弦１５０の違いなどによる微妙な弦振動の変化をより正確に検出することができる。
【００４１】
また、振動部材であるカンチレバー３００は、側面に溝部３２０が形成されているため、曲げ変形することが可能である。これにより、カンチレバー３００の振動時における振幅が大きくなり、圧電センサ４００から出力される電気信号が大きくなる。この結果、演奏操作の検出精度が向上することとなる。さらに、カンチレバー３００にフレキシビリティを付与するにあたり、溝部３２０を備えるだけでよいため、振動部材の構成が簡易なものとなる。
【００４２】
なお、本実施形態においては、溝部３２０が配置される間隔を調整することにより、所望の曲げ剛性を得る構成としたが、溝部３２０の幅や、溝部３２０の深さなどを調整することにより、カンチレバー３００の材質などを変更することなく、その曲げ剛性を任意に変更することが可能である。これによりカンチレバー３００の調整が簡易なものとなる。
【００４３】
さらに、本実施形態によれば、複数方向の弦振動を検出するにあたり、カンチレバー３００を使用することにより、接触型の圧電センサ４００Ｌ，４００Ｈを用いて振動検出を行うことができる。これにより、構成が複雑な非接触型のセンサなどを備える必要がなく、振動検出装置の構成が簡易なものとなる。
【００４４】
＜変形例＞
上述した実施形態においては、本発明を電気弦楽器１００に適用した例を説明したが、ピアノなどの鍵盤楽器においても、打弦方向の振動と、ペダル操作などによる弦の軸線方向の振動との２方向の振動を検出する構成とすることより、本発明を適用することができる。
【００４５】
また、上述した実施形態においては、カンチレバー３００と挟持部材２１０とによる間隙あるいはカンチレバー３００とブリッジカバー２０２とによる間隙に弾性充填材２４０や塑性充填材２５０を充填する例を示したが、カンチレバー３００の曲げ剛性を適宜変更することにより、これらの充填材を省略する構成としても良い。
【００４６】
また、上述した実施形態においては、弦振動をカンチレバー３００に伝達するストリングナット２３０を備える例を示したが、カンチレバー３００の上端に弦１５０を保持する保持部を設けることにより、駒２００からストリングナット２３０を省略することが可能となる。これにより、振動検出装置は、圧電センサ４００Ｌ、４００Ｈを備えたカンチレバー３００を挟持部材２１０によって挟持するのみの構成で良いものとなり、振動検出装置の構成およびその調整が簡易なものとなる。
【００４７】
また、上述した実施形態においては、２方向（Ｌ方向およびＨ方向）に変形可能なカンチレバー３００の例を示したが、これに限られない。例えば、１方向だけに変形可能な構成としても良いし、３以上の方向に変形可能な構成としても良い。３以上の方向に変形可能な構成にする場合、カンチレバー３００の自由部３０４を、その軸線に対して垂直に切った断面が略多角形の柱体にすれば、当該柱体の各々の側面に、当該側面と垂直方向の変形を検出する圧電センサを貼着することが可能となる。
【００４８】
また、上述した実施形態においては、溝部３２０を形成することにより、１つの中立面に関して、大きな断面二次モーメントを得る太柱部３２３と、小さな断面二次モーメントを得る細柱部３２１とをカンチレバー３００に備える構成としたが、これに限られない。例えば、カンチレバー３００の側面を、軸線に対して傾斜するように形成し、カンチレバー３００の軸線方向に沿って、軸線に対する複数の垂直断面の各々についての断面二次モーメント（例えば、各々の断面の図心を通り、あるひとつの方向を向く図心軸に関する断面二次モーメントなど）が、互いに異なるような構成としても良い。
【００４９】
また、上述した実施形態においては、圧電センサ４００Ｌ、４００Ｈをカンチレバー３００の側面に貼着する例を示したが、これらの圧電センサ４００Ｌ，４００Ｈは、カンチレバー３００に内蔵する構成としても良い。
【００５０】
また、上述した実施形態においては、カンチレバー３００の振動を検出するピックアップとして、圧電センサ４００Ｌ，４００Ｈを使用する例を示したが、ピックアップはこれに限られない。例えば、加速度センサや、電磁誘導によりカンチレバー３００の振動を検出する電磁型センサなどを用いても良い。
【００５１】
また、上述した実施形態においては、弦１５０に個別に対応したカンチレバー３００によって、各々の弦１５０の振動を検出する構成としたが、これに限られない。例えば、全ての弦１５０の振動を１つのカンチレバー３００によって検出する構成としても良い。これにより、駒２００の構成が簡単なものとなる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、より忠実に弦振動と連動する振動部材、該振動部材が含まれる振動検出装置、該振動検出装置を備えた駒および弦楽器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態にかかる電気弦楽器に備えられる駒の斜視図である。
【図２】 同駒の分解斜視図である。
【図３】 同駒の内部構成を示す図である。
【図４】 同駒の断面図である。
【図５】 同駒に含まれるカンチレバーの斜視図である。
【図６】 同カンチレバーの構造を説明するための図である。
【図７】 圧電センサが取り付けられたカンチレバーの斜視図である。
【図８】 圧電センサが取り付けられたカンチレバーの断面図である。
【図９】 圧電センサが取り付けられたカンチレバーが変形する様子を示す図である。
【図１０】 同電気弦楽器の電気的構成を示す図である。
【図１１】 同電気弦楽器および弓の外観を示す図である。
【符号の説明】
１００…電気弦楽器、１１０…胴部、１２０…指板、１３０…テールピース、１４０…ネック、１４２…ペグボックス、１５０…弦、１６０…側部、２００…駒、２０２…ブリッジカバー、２０４…ネジ孔、２１０…挟持部材、２１２…ネジ孔、２１４…開口部、２１６…凹部、２１７…狭持凹部、２１８…ネジ孔、２２０…溝部、２３０…ストリングナット、２３５…係合部、２４０…弾性充填材、２５０…塑性充填材、３００…カンチレバー、３０２…固定部、３０３…溝部、３０４…自由部、３０６…凸部、３１０…ネジ孔、３２０…溝部、３２１…細柱部、３２３…太柱部、３２５…側面、３３０，３４０…凸部、４００Ｌ，４００Ｈ…圧電センサ、４１０，４４０，４５０…導線、４３５，４４５…接地線、５００…ミキサ。
Claims (5)
- 弦楽器の弦振動を検出する振動検出装置であって、
略柱形状をしており、前記柱の軸線方向に垂直な第１の方向に前記弦振動による力が作用すると前記第１の方向に曲げ変形し、前記軸線方向に垂直であり前記第１の方向と異なる第２の方向に、前記弦振動による力が作用すると前記第２の方向に曲げ変形し得る振動部材と、
前記振動部材の前記第１の方向の変形を検出する第１の変形検出手段と、
前記振動部材の前記第２の方向の変形を検出する第２の変形検出手段と、
を具備し、
前記振動部材は、前記柱の軸線方向に垂直な方向に側面を一周する溝を複数備え、各溝間の間隔は前記柱の軸線方向に上に行くほど狭い
ことを特徴とする振動検出装置。 - 前記振動部材は、その水平断面が略多角形の略柱形状であり、
前記第１の変形検出手段および第２の変形検出手段の各々は、前記多角形の一辺を含む前記柱の側面に固着され、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する圧電素子を含むことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。 - 弦楽器に取り付けられる駒であって、
請求項１に記載の振動検出装置と、
前記振動検出装置を挟持する挟持部材と
を具備することを特徴とする駒。 - 弦振動を検出する振動検出装置を備えた弦楽器であって、
前記弦楽器の胴部上面と弦により請求項３に記載の駒を挟持する
ことを特徴とする弦楽器。 - 前記振動部材は、前記弦楽器に備えられた各弦に対応して個別に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の弦楽器。
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