JP4702188B2

JP4702188B2 - 電気弦楽器

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Publication number: JP4702188B2
Application number: JP2006162219A
Authority: JP
Inventors: 晋也田村
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2006-06-12
Filing date: 2006-06-12
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2026-06-12
Also published as: EP1868181A1; JP2007333786A; US7804018B2; CN101089949A; CN101089949B; US20070295195A1

Description

本発明は、電気弦楽器に関し、特にバイオリン、チェロ等の擦弦型電気弦楽器に関するものである。

弦を支持する駒の振動を圧電変換手段によって電気信号に変換し、ヘッドフォン、スピーカ等に出力するようにした電気弦楽器としては、従来から種々提案されている。

図９および図１０は、従来のこの種の電気弦楽器の検出部の断面図および同検出部の平面図である。これらの図において、１は弦２（２ａ〜２ｄ）が張設される楽器本体、３は駒、４は圧電変換手段、５は支持体、６は外部コードである。楽器本体１の表面で前記駒３が立設される駒取付部７には、前記圧電変換手段４が支持体５を介して収納される適宜深さの凹部８が形成されている。駒３は平板状に形成されており、弦２の途中部分が接触する弦接触部（面）３Ａと、この弦接触部３Ａとは反対側の面に設けられた２つの脚部３Ｂ₁ ，３Ｂ₂ とを有し、弦２の張力によってこれらの脚部３Ｂ₁ ，３Ｂ₂ を介して前記圧電変換手段４を押圧し、支持体５に押し付けている。駒３の弦接触部３Ａには、各弦２ａ〜２ｄを係止する断面半円形状を呈する溝からなる４つの弦係止部９が形成されている。圧電変換手段４としては、通常圧電素子４Ａが用いられ、これによって各脚部３Ｂ₁ ，３Ｂ₂ の振動を検出して電気信号に変換する。圧電素子４Ａは、一般的には駒３の高音側の脚部３Ｂ₂ の真下に位置するように配置される。

しかしながら、このような電気弦楽器においては、圧電素子４Ａを駒３の高音側の脚部３Ｂ₂ の真下にのみ位置させているので、圧電変換手段４による２つの脚部３Ｂ₁ ，３Ｂ₂ の支持状態が異なり、駒３の振動特性が実際の弦楽器の振動特性と異なってしまうという問題があった。

このような問題を解決するために、１つの圧電素子を２つの脚部３Ｂ₁ ，３Ｂ₂ に対応するように配置し、この１つの圧電素子で２つの脚部３Ｂ₁ ，３Ｂ₂ の振動を検出するようにすると、信号の干渉が起きるため好ましくない。すなわち、支持体と弦とで駒を挟持し、駒の２つの脚部を支持体に押しつけた状態で弦を弓で弾くと、駒は弦の張設方向と直交する方向に回動ないし揺動し、一方の脚部が圧電変換手段に押し付けられるような動きをし、他方の脚部は圧電変換手段から浮き上がるような動きをする。このため、両方の脚部の動きを圧電素子が拾ってしまい、信号の干渉が起こる。その場合、両方の脚部３Ｂ₁ ，３Ｂ₂ が逆位相の振動をすると、圧電変換手段４で出力される電気信号は、両方の振動が相殺されたと同じ結果になるため弱い電気信号になってしまう。

そこで、このような従来の問題を解決するために、例えば特許文献１に開示されている弦楽器型演奏装置や、特許文献２に開示されている擦弦楽器が提案されている。

前記特許文献１に記載されている弦楽器型演奏装置は、駒と支持体との間に介在され前記駒の振動を電気信号に変換する圧電変換手段を駒の各脚部によって押圧される２つの圧電素子で構成し、駒の２つの脚部のうちいずれか一方からこれに対応する圧電素子に加えられる圧力に起因する電気信号のみを出力し、他方の圧電素子をダミーとしている。このような構成によれば、２つの脚部に対する支持状態を等しくすることができるため、駒の振動特性を実際の弦楽器の場合の振動特性と一致させることができるとしている。

特許文献２に記載されている擦弦楽器は、駒の２つの脚部の下に振動検出センサをそれぞれ配設し、各振動検出センサを並列接続された複数の圧電素子で構成している。このような擦弦楽器によれば、コンデンサとなる複数の圧電素子を並列に接続しているので、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を低下させることができる。また、出力インピーダンスが小さくなると、カットオフ周波数を小さくすることができるため、振動の低周波成分を検出したり、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としている。
特許第３１８０６８９号公報特開２００３−１５０１６４号公報

しかしながら、上記した引用文献１に記載されている発明においては、圧電変換手段が駒に直接接触して支持体に押し付けられているので、圧電変換手段自体を強固にする必要があり、そのため圧電変換手段の製造コストが高くなったり、周波数特性が変化し、自然な音が得られなくなるという問題があった。

引用文献２に記載されている発明においては、圧電素子の使用個数が増加し、圧電変換手段の製造コストが高くなるという問題があった。

本発明は、上記した従来の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、圧電変換手段の構造が簡単かつ安価で、駒の振動による信号を効率よく出力することができる電気弦楽器を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、複数本の弦が張設された楽器本体と、前記弦の途中部分が接触する弦接触部と２つの脚部とを有し前記楽器本体の駒取付部に立設された駒と、前記楽器本体の駒取付部に配設され前記駒の２つの脚部を支持する支持体および前記駒の振動を電気信号に変換する圧電変換手段とを備え、前記支持体は、前記楽器本体に固定され前記駒の一方の脚部を支持する固定部と、前記楽器本体から離間して前記駒の他方の脚部を支持し前記楽器本体に対して接近離間する方向に弾性変形可能な撓み変形部とを有し、前記圧電変換手段は、前記支持体の撓み変形部の直下に配置された可撓性を有するフィルム状の圧電素子を有するものである。

また、本発明は、前記支持体の固定部を止めねじによって楽器本体に固定したものである。

さらに、本発明は、前記楽器本体の駒取付部が凹陥部と、この凹陥部の中央に形成された凹部とを有し、前記凹陥部に支持体、圧電変換手段および弾性シートを収納し、前記凹部に前記圧電変換手段と外部コードとを接続するコネクタを収納し、前記圧電素子と前記楽器本体との間に弾性シートを介在させたものである。

本発明においては、支持体に固定部と撓み変形部とを設け、固定部を楽器本体側に固定し、撓み変形部に圧電変換手段を設けているので、圧電変換手段が２つの脚部の動きを検出するようなことがなく、信号の干渉が起きるようなことがない。すなわち、従来の構造では、弦を弓で弾いたとき、駒は弦の張設方向と直交する方向に回動または揺動し、一方の脚部が圧電変換手段を押圧する方向に微視的に回動または揺動すると、他方の脚部は圧電変換手段から浮き上がる方向に回動または揺動する。このため、両方の脚部の動きを圧電素子が拾ってしまい、信号の干渉が起きる。
これに対して、本発明においては、駒が弦の張設方向と直交する方向に回動または揺動する力が作用すると、支持体の撓み変形部のみが変形して固定部は殆ど動かない。したがって、固定部側の脚部の動きを圧電変換手段が拾うことがなく、信号の干渉が起きるようなことがない。

圧電変換手段の圧電素子は可撓性を有するフィルム状に形成されているので、支持体によって押圧されても破損することが少なく、耐久性に優れている。また、薄型になれば、コンデンサ容量が大きくなり、出力インピーダンスが小さくなるので、カットオフ周波数を小さくすることができる。また、弾性シールの弾性変形によって圧力変換手段には大きな外力が加わらないため、圧力変換手段の周波数特性が変化せず自然な音を得ることができる。

駒の回動または揺動により支持体が圧電変換手段を押圧すると、弾性シールは圧縮変形し、これにより支持体の撓み変形部の楽器本体方向への撓み変形を可能にする。それは、すなわち、可撓性のある圧電素子が弦の振動による駒脚の動きに対する追従性が良いということであり、このため、圧力変換手段の周波数特性は楽器本来が持つ自然なものとなる。

また、本発明においては、支持体の固定部を止めねじによって固定しているので、固定部が回動または揺動したりすることがない。

さらに、本発明においては、弦駒取付部に設けた凹部内にコネクタを収納しているので、コネクタが外部から視認されるようなことがない。

以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明を電気チェロに適用した一実施の形態を示す正面図、図２は図１のII−II線拡大断面図、図３は駒取付部の平面図、図４は同駒取付部の支持体を取り外した平面図、図５〜図８は周波数応答特性を示す図である。なお、従来技術の欄で示した構成部材、部分と同一のものについては同一符号をもって示し、その説明を適宜省略する。

図１〜図４において、全体を符号１０で示す電気チェロは、楽器本体１と、この楽器本体１の下端部に一体的に設けられた胴フレーム１１と、楽器本体１の表面側に張設される４本の弦２（２ａ〜２ｄ）と、楽器本体１の一端側に設けられ各弦２の一端部をそれぞれ係止して所定の張力を付与する４個のペッグスクリュ１２と、楽器本体１の他端側に設けられ、各弦２の他端側を係止するテールピース１３と、楽器本体１の表面でテールピース１３とペッグスクリュ１２の近傍にそれぞれ設けられた駒（下駒）３および上駒１４と、楽器本体１の表面で前記駒３と上駒１４との間の部分に固着された指板１５と、前記駒３の振動を検出し電気信号に変換する圧電変換手段４等を備えている。

楽器本体１は、駒３より大きな幅を有する細長い棹状に形成されており、駒３が立設される表面部分（駒取付部）７には、圧電変換手段４と支持体２０を収容する適宜深さの凹陥部８が形成されている。

駒３は、図９に示した従来の駒と同様に硬質の木材またはプラスチックによって板状に形成され、弦２が接触する弦接触部３Ａと、この弦接触部３Ａとは反対側の面に一体に設けられた２つの脚部３Ｂ₁ ，３Ｂ₂ とを有し、これらの脚部３Ｂ₁ ，３Ｂ₂ が前記支持体２０の上面に弦２の張力によって押し付けられている。

駒取付部７に形成されている凹陥部８は、楽器本体１の長手方向と直交する方向に長い矩形の凹部からなり、その中央には圧電変換手段４と外部コード６とを接続するコネクタ２１を収納する収納凹部２２が形成されている。また、この収納凹部２２には、楽器本体１の下面側に開口するコード挿通口２３が形成されている。

前記圧電変換手段４は、可撓性を有するフィルム状の圧電素子４Ａを有し、駒３の高音側脚部３Ｂ₂ の直下に位置するように前記凹陥部８内にゴム等の弾性を有するシート（以下、弾性シートという）２４を介して配設され、前記支持体２０によって覆われている。弾性シート２４は、支持体２０が圧電変換手段４を押圧したとき圧縮変形されることにより圧電変換手段４の破損を防止するとともに、支持体２０の楽器本体１側への撓み変形を可能にする。

また、前記圧電変換手段４は、圧電素子４Ａの出力電圧に基づいて楽音信号を生成する図示を省略した信号処理装置に前記外部コード６を介して接続されている。したがって、駒３の振動を圧電変換手段４によって検出し、信号処理装置によってその信号に対応した音高、音量の楽音を生成し、これをスピーカに出力することにより、チェロ独特の音を再現することができる。このとき、ヘッドホンを接続しておけば、消音演奏を楽しむことができ、アンプを接続しておくと、スピーカをとおして演奏を聴くことができる。さらに、他の消音楽器やＣＤプレーヤー、電気楽器などと接続すれば合奏を楽しむことができる。このように、電気チェロ１０の場合は音色を電気的に処理して発音させているため、胴フレーム１１には本来の共鳴機能をもたせる必要性がなく、枠体で構成されている。

前記支持体２０は、プラスチック等によって前記凹陥部８内に収容され得る大きさの細長い板体に形成されており、表面周縁部には駒３の脚部３Ｂ₁ ，３Ｂ₂ の移動を規制する立ち上がり壁２５が全周にわたって一体に突設されている。また、支持体２０の長手方向両端部のうち、駒３の低音側脚部３Ｂ₁ が載置される一端部は、凹陥部８の底面に密接され、かつ固定手段としての止めねじ２６によって強固に固定されることにより固定部２０Ａを形成している。支持体２０の前記固定部２０Ａを除く残りの部分は、板厚方向に弾性変形可能な撓み変形部２０Ｂを形成している。この撓み変形部２０Ｂは、上面が固定部２０Ａの上面と同一面で、下面が固定部２０Ａの下面より上方に位置するように薄肉に形成することにより、下面が凹陥部８の底面から浮いた状態に保持されている。そして、撓み変形部２０Ｂの先端部は、高音側脚部３Ｂ₂ を支持しており、弦圧によって下面が前記圧電変換手段４の上面に押し付けられている。

このような構造からなる電気チェロ１０において、駒３には図２において矢印Ｚ方向に弦２の張力が掛かっている。演奏時に弦２を弓で弾くと、視覚的ではあるが、駒３の基本的な動きは、図２に矢印３０で示す左右方向（弦２と直交する方向）の回動または揺動となる。この場合、駒３の各脚部３Ｂ₁ ，３Ｂ₂ は、振動する基本周波数毎に圧電変換手段４を垂直に押す力となるため、いずれか一方の脚部の下に圧電変換手段４を配置しておけば、駒３の振動が検出でき、楽音を電気信号として出力することができる。その場合、上記した通り２つの脚部３Ｂ₁ ，３Ｂ₂ の振動を圧電素子４Ａが検出すると、信号の干渉が生じるため好ましくない。

演奏時における駒３の動きについてさらに詳述すると、基本的な動きは前述したとおり、図２に矢印３０で示す弦２と直交する回動方向ではあるが、周波数領域が高い方にいくにしたがって、駒３自体が捩れるような振動も起こる。また、弓の圧力変化やビブラートといった音楽的表現に欠かせない技法を用いる場合には、弦２の伸縮方向の動きによる駒３の図２において紙面と直交する方向の振動も起きるため、このような振動に対しても圧電変換手段４が的確に対応して検出する必要がある。

駒３が上記のような動きをする場合、高音側脚部３Ｂ₂ は単純に圧電変換手段４を押す動作のみではなく、足が捩れるような動きをする。この場合、システムとしては、高音側脚部３Ｂ₂ が自由に動けるようにするとともに、圧電素子４Ａがその複雑な動きに正確に追従できるような条件を満たす必要がある。

そこで、本発明では、支持体２０の一端部、すなわち駒３の低音側の脚部３Ｂ₁ を支持する端部を楽器本体１の駒取付部７にねじ止め固定される固定部２０Ａとし、弦２を弓で弾いたときに固定部２０Ａが駒３の図２に示す矢印３０方向の回動または揺動に対して動き難くしている。一方、高音側の脚部３Ｂ₂ は、支持体２０の撓み変形部２０Ｂの板厚方向の撓みと弾性シート２４の弾性変形とによって図２において矢印３０方向に回動または揺動するため、その振動が圧電変換手段４によって検出される。このとき、固定部２０Ａは殆ど動かないため、駒３の低音側脚部３Ｂ₁ も殆ど動かず、したがって高音側脚部３Ｂ₂ の動きのみを圧電変換手段４が検出し、両脚部３Ｂ₁ ，３Ｂ₂ の動きによる信号の干渉を生じることがない。それ故、駒３の振動を効率よく検出することができ、楽器の音響特性を向上させることができる。

また、圧電変換手段４の圧電素子４Ａは、可撓性を有するフィルム状に形成され、かつ弾性シート２４上に設置されているので、撓み変形部２０Ｂが撓み変形した際に、これに追従して変形することができるため、上述したように足が捩れるような複雑な動きにも正確に追従可能となる。

次に、本発明による圧電変換手段と図９に示した従来例の圧電変換手段を同じ楽器に設置して、インパルスハンマーで駒を叩いた時の周波数応答特性の相違を図５〜図８に基づいて説明する。
測定に使用した楽器は、電気チェロである。従来装置における測定に際しては、音圧が本発明と略同等となる程度に出力をかさ上げしてある。なお、図５〜図８において、実線で示す「横」表記のデータは駒の回動方向を想定し、破線で示す「高音縦」表記データは高音側弦の伸縮方向の動きを想定してインパルスハンマーを使用した。

チェロは、最低音のＣで約６６Ｈｚ、１弦開放のＡで２２１Ｈｚ、ハーモニクスを使用すれば理論上無制限に高音がでるが、一般的な使用では最高でも４００Ｈｚ程度である。ただし、高次倍音がふんだんに含まれるため、倍音成分としては可聴音域である２０ｋＨｚを越える領域ですら発生している。

図５は、本発明による周波数応答特性の測定データである。この図から読み取れることは、パワー感（音量感）を得るために重要な基音領域（上記説明からは、４００Ｈｚまで）および、その上の７００Ｈｚ以上までは、駒の回動または揺動（横動き）に対しての応答が大きく、音色の色付けやビブラート等の演奏表現上重要なより高音域において、弦伸縮方向の動き（縦動き）に対しての応答が大きいことである。個別に説明すると、基音領域で縦動きへの反応が良すぎると、横動きとの干渉により音量が落ちる懸念があり、一方で弓の圧力変化やビブラートといった演奏表現では、それらによる高次倍音の音圧変化が音色の変化と直結しており、特にビブラートは本来音程を変化させる技法であるものの、実のところは高次倍音の音圧変化による音色変化が非常に重要で、そういった意味で駒の動きに対して高音域での応答が良いということは表現力の高い楽器とイコールと考えてよい。

図６は、従来例による周波数応答特性の測定データである。この周波数応答特性は、図５の説明にある内容と丁度逆の傾向を示している。このため、基音領域での縦動きに対する応答が比較的大きいのに対して、高音域では横動きよりも低い応答しか示しておらず、本発明に比べて表現力が劣ることが容易に想像できる。

図７は、周波数応答特性の横動きのみを本発明と従来例で比較した測定データである。
測定に際しては、１ｋＨｚから４ｋＨｚの領域で略同程度になるように調整してある。この図から読み取れることは、基音領域での応答は本発明の方が大きく、４〜７ｋＨｚもまた本発明が大きいということで、耳につき易い１ｋＨｚから４ｋＨｚの領域で略同程度なのに、基音領域で本発明の応答が大きいということは、本発明の方がパワー感があり、かつ煌びやかな音色であるといえる。

図８は周波数応答特性の縦動きのみを本発明と従来例で比較した測定データである。
この図から上記各種説明に対して、２事例の差を示すものとなっている。

本発明は、電気チェロに適用した例を示したが、これに何ら特定されるものではなく、バイオリン、コントラバス等の他の擦弦型電気弦楽器にも適用することが可能である。

本発明を電気チェロに適用した一実施の形態を示す正面図である。図１のII−II線拡大断面図である。駒取付部の平面図である。同駒取付部の支持体を取り除いた平面図である。本発明の周波数応答特性を示す測定データである。従来例の周波数応答特性を示す測定データである。周波数応答特性の横動きのみを示す測定データである。周波数応答特性の縦動きのみを示す測定データである。従来の電気弦楽器の駒取付部の断面図である。同駒取付部の支持体を取り除いた平面図である。

符号の説明

１…楽器本体、２…弦、３…駒、３Ａ…弦接触部、３Ｂ₁，３Ｂ₂…脚部、４…圧電変換手段、４Ａ…圧電素子、７…駒取付部、８…凹陥部、１０…電気チェロ、２０…支持体、２０Ａ…固定部、２０Ｂ…撓み変形部、２１…コネクタ、２２…凹部、２４…弾性シート、２６…止めねじ。

Claims

複数本の弦が張設された楽器本体と、前記弦の途中部分が接触する弦接触部と２つの脚部とを有し前記楽器本体の駒取付部に立設された駒と、前記楽器本体の駒取付部に配設され前記駒の２つの脚部を支持する支持体および前記駒の振動を電気信号に変換する圧電変換手段とを備え、
前記支持体は、前記楽器本体に固定され前記駒の一方の脚部を支持する固定部と、前記楽器本体から離間して前記駒の他方の脚部を支持し前記楽器本体に対して接近離間する方向に弾性変形可能な撓み変形部とを有し、
前記圧電変換手段は、前記支持体の撓み変形部の直下に配置された可撓性を有するフィルム状の圧電素子を有することを特徴とする電気弦楽器。
請求項１記載の電気弦楽器において、
前記支持体の固定部を止めねじによって楽器本体に固定したことを特徴とする請求項１記載の電気弦楽器。
請求項１または２記載の電気弦楽器において、
前記楽器本体の駒取付部は、凹陥部と、この凹陥部の中央に形成された凹部とを有し、前記凹陥部に支持体、圧電変換手段および弾性シートを収納し、前記凹部に前記圧電変換手段と外部コードとを接続するコネクタを収納し、
前記圧電素子と前記楽器本体との間に弾性シートを介在させたことを特徴とする電気弦楽器。