JP4784430B2 - 電子弦楽器 - Google Patents

Description

本発明は、電子弦楽器に関し、特に、演奏された弦の振動を光によって検出して楽音を発生する電子弦楽器に関する。

従来、電子ギターなどの電子弦楽器の弾弦の振動を検出するための技術がいくつか提案されている。
例えば、ある提案の電子弦楽器によれば、アクチュエータの発生する磁界によるハウリングの発生を防止する。この提案においては、少なくとも２個のコイルを有し、弦振動を検出する弦振動検出手段と、弦振動検出手段からの弦振動信号に基づいて動作する、スピーカなどで構成された、少なくとも２個の電磁アクチュエータ手段とを有し、各電磁アクチュエータ手段を弦振動検出手段の各コイルの夫々に対して等距離に配置した構成になっている。（特許文献１参照）
また、ある提案の弦振動検出装置によれば、タッチ検出回路を設けることなく、弦へのタッチに応答して消音指示を行う。この提案においては、弦に設けられた弦の直径より幅が広い反射部材と、この反射部材の面に向かって光を照射する光源と、この光源により照射されて反射部材の面に反射した光を受光し、受光状態に応じた信号を出力する受光手段とを備えた構成になっている。さらにこの場合において、反射部材は円柱状であり、光源は反射部材の周面に向かって光を照射し、受光手段は、受光量に応じた信号を出力する。（特許文献２参照）
また、ある提案の弦振動検出装置によれば、各弦毎の検出ゲインの調整を不要として製造コスト低減に寄与すると共に、メンテナンスフリーを実現する。この提案では、発光素子が照射する光を弦の振動に応じて強度変調された反射光に変換し、この反射光を受光素子により受光して弦振動を検出する弦振動検出装置において、受光素子の受光出力が予め設定される所定範囲内に収まるように、発光素子の発光輝度を増減制御する輝度制御手段を備える構成になっている。（特許文献３参照）
特開平６−２５９０７８号公報 特開平８−１８５１６０号公報 特開平９−２６９７８５号公報 特開２００１−８６０５２号公報 特開２００１−５０７８８号公報

上記特許文献１乃至特許文献３における弦振動の検出は、弦振動の振幅に対応した信号の変化量を検出するので、弦振動の振幅が小さい場合には信号の変化量も小さくなり、アコースティックの弦楽器のような繊細な楽音を発生することは困難である。また、電磁アクチュエータ手段によって弦振動を検出する方法は、多様な無線通信端末に囲まれた環境下におかれた現代においては、あたかも空中を舞うかのような、周囲の電磁ノイズの影響を受けやすいという問題がある。例えば、上記特許文献４の電磁適合性通信システムにおいては、携帯電話、トランシーバ、あるいはテレビジョン放送、等において、他の機器から発生する電磁ノイズにより影響を受け、通信が途切れたりすることが発生する旨の記載がある。また、特許文献５の電子装置においても、ハンディ無線機、携帯電話、ＰＨＳ等の普及により電子機器を取り巻く電波環境が激化する旨の記載がある。逆に言えば、携帯電話、トランシーバ、テレビジョン放送、ハンディ無線機、ＰＨＳ等からの発信によって、電子ギターなどの電子弦楽器の電磁アクチュエータ手段が電磁ノイズの影響を受けることになる。
さらに、上記特許文献１乃至特許文献３において、２つの支点間に張られた弦の振動は多数の倍振動を含んでいるので、弦の１箇所だけの振幅を検出する方法によっては、アコースティックの弦楽器のように弦全体で発生する倍音を含む豊かな楽音を実現することは困難である。

本発明は、このような従来の課題を解決するためのものであり、導光性の弦によって弦振動を振幅の大小にかかわらず、かつ、周囲の電磁ノイズの影響を受けることなく確実に検出して、繊細な楽音を発生することを第１の目的とする。
さらに、２つの支点間に張られた導光性の弦によって弦の倍振動を含む複雑な振動を確実に検出して、弦全体で発生する倍音を含む豊かな楽音を実現することを第２の目的とする。

請求項１に記載の電子弦楽器は、本体の前面に設けられた第１の係止手段（実施形態においては、図１のブリッジ７に相当する）によって一方の端部が係止され、音高を指定する指板部の先端から当該本体の後面側に屈曲して延在するヘッド部に設けられた第２の係止手段（実施形態においては、図１の調整機構５に相当する）によって他方の端部が係止されて、当該本体の演奏部および当該指板部にわたって張られた複数の導光性の弦と、第１の係止手段の近傍における各弦内の所定箇所に形成された光拡散手段（実施形態においては、図３の光拡散部分４ａに相当する）と、各弦の光拡散手段に向けて光を入射する発光手段（実施形態においては、図２の発光ダイオード２０に相当する）と、発光手段によって入射され光拡散手段によって拡散されて弦内を伝搬して一方の端部から出射する光を受光する受光手段（実施形態においては、図２のフォトダイオード１４に相当する）と、演奏された弦の振動に応じて変化する光が受光手段によって受光されたときに、当該弦の振動を検出して検出信号を発生する信号発生手段（実施形態においては、図５の受光回路１０８に相当する）と、信号発生手段によって発生された検出信号に応じた楽音を発生する楽音発生手段（実施形態においては、図５のＣＰＵ１０１および音源回路１０４に相当する）と、を備えた構成になっている。

請求項１の電子弦楽器において、請求項２に記載したように、光拡散手段は、レーザの照射によって形成されているような構成にしてもよい。
また、請求項１の電子弦楽器において、請求項３に記載したように、伝搬する光量を制限するために各弦内の一方の端部近傍の少なくとも１箇所に形成されて、演奏された弦の振動に応じて変化する光の振幅を相対的に増幅する遮光手段（実施形態においては、図１７の遮光部分４ｂ、４ｃに相当する）をさらに備えた構成にしてもよい。
請求項３の電子弦楽器において、請求項４に記載したように、遮光手段は、レーザの照射によって形成されているような構成にしてもよい。

本発明によれば、導光性の弦によって弦振動を振幅の大小にかかわらず、かつ、周囲の電磁ノイズの影響を受けることなく確実に検出して、繊細な楽音を発生するという効果が得られる。
また、本発明によれば、２つの支点間に張られた導光性の弦によって弦の倍振動を含む複雑な振動を確実に検出して、弦全体で発生する倍音を含む豊かな楽音を実現するという効果が得られる。

以下、本発明による電子弦楽器の第１実施形態乃至第４実施形態について、電子ギターを例に採って、図を参照して説明する。
図１は、第１実施形態における電子ギターの外観を示す図である。図１において、電子ギターは、ボディ部１、指で押さえて音高を指定する指板部２、指板部２を支持するためにボディ部１に取り付けられたネック部３を備えている。ボディ部１、指板部２、ネック部３には、６本の弦４が張られている。各弦４の一方の端部はボディ部１側のブリッジ７で固定され、各弦４の他方の端部はネック部３の先端のヘッド部に設けられた調整機構５に固定される。また、各弦４は、指板部２の先端に設けられたナット６によって係止される。ナット部６の詳細な構造については後述する。ネック部３の先端のヘッド部は、指板部２の先端からボディ部１の後面側に屈曲しているので、各弦４は、一方の端部を固定するブリッジ７と他方の端部を係止するナット６との間において一直線に張られており、ブリッジ７およびナット６を支点として振動する構造になっている。すなわち、ブリッジ７とナット６との間隔によって各弦４の開放弦が規定される。各弦４は、調整機構５の操作に応じて張力が調整され、開放弦周波数すなわち音高がチューニングされる。例えば、低音側の６弦の開放弦周波数は、８２．４７０Ｈｚにチューニングされ、高音側の１弦の開放弦周波数は、３２９．６２８Ｈｚにチューニングされる。また、ボディ部１には、ギター操作部８および音源操作部９が設けられている。

第１実施形態および後述する他の実施形態における顕著な特徴は、弦４の構造である。弦４は、例えば、ポリカーボネートなどの透明樹脂で構成されている。このため、外部から光を入射して弦４の内部を伝搬させることができる。第１実施形態においては、図１に示すブリッジ７の近傍に設けられた光入射部１０から弦４の内部に光を入射する。弦４の内部を伝搬した光は、ブリッジ７に固定された端部から出射して、フォトダイオードなどの光電変換素子によって受光される。

図２は、光の発光および受光の様子を示す図である。図２（Ａ）は、ブリッジ７および光入射部１０の拡大斜視図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）においてＢの側から見た端面図である。図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）においてＣ−Ｃ線に沿った断面図である。図２（Ａ）に示すように、ブリッジ７には、弦係止用の下係止部材１１がネジ１２によって固定され、弦係止用の上係止部材１３が弦４を挟み込んだ状態で下係止部材１１に接着又はビス止めなどによって加圧固定されている。上係止部材１３を省略した第５弦に示すように、受光用の光電変換素子であるフォトダイオード１４が弦４の端部に近接して設けられ、リード線１５に接続されている。フォトダイオード１４の代わりにＣｄＳなどの他の光電変換素子を用いてもよい。

図２（Ｂ）において、各フォトダイオード１４に接続されているリード線１５および６個のフォトダイオード１４に共通に接続されているリード線１６は、ブリッジ７にネジ１７によって固定されたプリント基板１８に接続されている。プリント基板１８には、各フォトダイオード１４に対応する発光回路（図示せず）が搭載されている。また、発光回路を駆動するインターフェース回路やその他の回路が搭載されている他のプリント基板（図示せず）とは、接続線１９によって接続されている。

図２（Ａ）の光入射部１０において、各弦４に対応する位置に設けられた発光ダイオード２０から入射された光は、図２（Ｃ）に示すように、弦４内に形成された微細な曇り粒状の光拡散部分４ａによって拡散され、拡散光の一部が弦４内を伝搬してフォトダイオード１４によって受光される。光拡散部分４ａは、レーザのビームを照射することによって形成され、光拡散部分４ａの形状についても、照射するビームの角度、径、強度により自在な形状にすることができる。光拡散部分４ａによって拡散される光の方向は、弦４の振動による撓みの状態に応じて変化する。

図３は、弦４の撓みで変形した光拡散部分４ａによる拡散光の方向との関係を示す図である。図３（Ａ）は弦４の撓みがない場合、すなわち、弦４が演奏されないで振動していない場合における反射光の伝搬方向を示している。図３（Ａ）に示すように、光拡散部分４ａで拡散された光は、ブリッジ７側すなわちフォトダイオード１４側とネック３側とにほぼ均等に拡散される。図３（Ｂ）は弦４が上側に撓んだ場合における反射光の伝搬方向を示している。図３（Ｂ）に示すように、光拡散部分４ａで拡散された光は、フォトダイオード１４側に多く拡散され、ネック３側には少ししか拡散されない。図３（Ｃ）は弦４が下側に撓んだ場合における拡散光の伝搬方向を示している。図３（Ｃ）に示すように、光拡散部分４ａで拡散された光は、ネック３側に多く拡散され、フォトダイオード１４側には少ししか拡散されない。

したがって、弦４が振動していない状態においては、フォトダイオード１４によって受光される光量は変化せず、弦４が振動している状態においては、フォトダイオード１４によって受光される光量は振動による撓み方向に応じて変化する。さらに、光量の変化速度は振動数に同期する。このため、任意の弦４に対応するフォトダイオード１４によって受光される光量は、その弦４が開放弦の場合と、指板部２が指で押されている場合とでは、後者の変化速度のほうが前者の変化速度より速く、押されているフレット位置が高い（ブリッジ７に近い）ほど、変化速度もより速くなる。また、開放弦の振動数は各弦によって異なるので、フォトダイオード１４によって受光される光量の変化速度も各弦によって異なる。すなわち、フォトダイオード１４によって受光される光量の変化速度は、各弦および押されているフレット位置によって一意に決定され、受光される光量の変化量は、弾弦の強さによって決定される。

この実施形態のように、ポリカーボネートなどの透明樹脂で構成されている弦４においては、樹脂と空気との屈折率比および樹脂内の反射の臨界角によって、樹脂内を伝搬する光が外に漏洩する。漏洩を低減するためには、光ファイバのように中心部のコアをクラッドによって被膜することが考えられるが、漏洩を完全になくすことは困難である。特に、光ファイバが撓んだ場合には光の漏洩も増加する。

図４は、照明などに利用されるポリカーボネートなどの導光性の透明樹脂の線材や、光通信に利用されるコアとクラッドとの二重構造の光ファイバなどの線材において、内部を伝搬する光の漏洩と線材の撓みとの関係を示す図である。図４において、発光ダイオード３１は、発光回路３２の駆動信号に応じて発生した光を導光性の線材３３の一方の端面から入射する。線材３３の他方の端面において、フォトダイオード３４は線材３３の中を伝搬した光を受光して、受光回路３５によって光電変換される。線材３３は、２つの支持部材３６、３７によって固定されている。したがって、線材３３は、支持部材３６、３７の間隔および線材３３の直径に基づく固有振動で振動する。

図４（Ａ）は、線材３３が振動していない状態において、光が伝搬する状態を示している。この場合のように撓みのない状態においても、伝搬する光の一部が外に漏洩する。図４（Ｂ）は、線材３３が振動して少し撓んだ状態において、光が伝搬する状態を示している。この場合には、撓みのために線材３３の内壁への光の入射角が大きくなる部分で外に漏洩する光量は多くなるので、フォトダイオード３４によって受光される光量は図４（Ａ）の場合より小さくなる。図４（Ｂ）は、線材３３がかなり大きく撓んだ状態において、光が伝搬する状態を示している。この場合には、外に漏洩する光量はさらに多くなるので、フォトダイオード３４によって受光される光量は図４（Ｂ）の場合よりさらに小さくなる。

したがって、図３に示した弦４が振動して撓んだ場合には、発光ダイオード２０に対する光拡散部分４ａの傾きによる反射光の伝搬方向だけでなく、弦４の撓みに起因する光の漏洩によっても図２のフォトダイオード１４によって受光される光量が変化する。図１に示したように、発光ダイオード２０を収容する光入射部１０は、ブリッジ７の近傍に設けられているが、光入射部１０の位置を演奏部分に近づけるほど、弦４の撓みに起因する光の漏洩によってフォトダイオード１４に受光される光量の変化は大きくなる。

図４における線材３３がコアとクラッドとの二重構造の場合には、漏洩する光量は少なくなるが、光通信に用いる漏洩が極めて少ない光ファイバと違って、本発明の電子ギターに用いる弦の場合には、むしろ漏洩を利用して弦の振動状態を検出するので、光通信に用いる高級な光ファイバは必要ない。クラッドの機能を持つ外皮の材料および製造方法も安価にできる。本発明の電子ギターに用いる弦は、ポリカーボネートに限らず、引っ張り強度の強い合成樹脂であるポリアミド、ポリプロピレン、アラミド、フッ素化ポリオレフィンなどの材料に簡単な光反射材料を被覆する構造であればよい。また、クラッドの機能を持つ外皮の材料も塗装や着色ビニールの皮膜でよい。

図５は、第１実施形態における電子ギターのシステムを示す図である。図５において、ＣＰＵ１０１は、システムバスを介して、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、音源回路１０４、ＭＩＤＩインターフェース１０５に接続されていると共に、複数のポートを備えている。ＲＯＭ１０２は、ＣＰＵ１０１によって実行される制御プログラムや初期データなどを予め記憶している。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１のワークエリアであり、ＣＰＵ１０１によって処理されるデータを一時的に記憶するための、各種の変数、フラグ、発音バッファなどのエリアがある。音源回路１０４は、ＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）、Ｄ／Ａ変換回路、増幅回路などの信号処理回路（図示せず）を含んでおり、ＣＰＵ１０１の発音指令および発音データに基づいて楽音信号を生成して、アナログ信号として出力する。ＭＩＤＩインターフェース１０５は、外部のＭＩＤＩ機器との間でＭＩＤＩデータを送受信する。

ＣＰＵ１０１のポートＯＵＴには、発光インターフェース回路１０６が接続されている。発光インターフェース回路１０６は、６本の弦４のそれぞれに光を入射する６個の発光ダイオード２０を駆動する各発光回路１０７に対して駆動信号を与える。直流の駆動信号によって発光ダイオード２０から連続的な光を発光させることも可能であるが、この実施形態においては、特定の周波数の高周波信号によって変調された駆動信号を各発光回路１０７に与える。変調された光信号は、弦４の内部を伝搬し、対応する受光回路１０８において光電変換されて復調される。したがって、弦４内を伝搬する高周波の光信号が、無変調の外光、室内の蛍光灯の低周波の光、および、その他の様々な外部の光に起因するノイズの影響を受けることがない。

６個の受光回路１０８は弦の振動の有無を抽出する微分回路（図示せず）を含んでおり、６本の弦４のそれぞれから受光した６個のフォトダイオード１４からの光信号を電気信号に変換し、弦振動の検出信号としてＡ／Ｄ変換回路１０９および対応する増幅回路１１０に入力する。Ａ／Ｄ変換回路１０９は、受光回路１０８から入力された検出信号をアナログからデジタルに変換して、ＣＰＵ１０１のポートＩＮに入力する。一方、増幅回路１１０は、受光回路１０８から入力されたアナログの検出信号を増幅して合成回路１１１に入力する。合成回路１１１は、増幅回路１１０から入力された６系統の検出信号を合成して合成信号を生成する。スイッチ回路１１２の機能については後述する。

図６は、演奏された開放弦の６弦および１弦に対応する受光回路１０８から出力される弦振動の検出信号を示す図である。図６（Ａ）に示す６弦の検出信号は、基音（ｎ＝１）の周波数である８２．４７０Ｈｚの他に、倍音（ｎ＝２）の周波数が発生する。しかし、太い直径の６弦の制動係数の値が大きいので３倍音以上の周波数はほとんど発生しない。ただし、指板部２のフレットが押さえられたときには、そのフレット位置に応じて、３倍音以上の周波数が発生する。一方、図６（Ｂ）に示す１弦の検出信号は、細い直径の１弦の制動係数の値が小さいので、基音（ｎ＝１）の周波数である３２９．６２８Ｈｚの他に、倍音（ｎ＝２）、３倍音（ｎ＝３）、４倍音（ｎ＝４）、５倍音（ｎ＝５）…の周波数が発生する。５弦乃至２弦の弦振動の検出信号は、図６（Ａ）と図６（Ｂ）との中間的な周波数特性になる。

図７乃至図１０は、ＣＰＵ１０１によって実行される弦振動検出の制御プログラムである。図７は、メインルーチンのフローチャートであり、所定のイニシャライズ（ステップＳＡ１）の後、スイッチ処理を実行する（ステップＳＡ２）。図８は、図７のステップＳＡ２におけるスイッチ処理のフローチャートである。モードスイッチがオンされたか否かを判別し（ステップＳＢ１）、このスイッチがオンされたときは、フラグＳＴＦが「０」であるか又は「１」であるかを判別する（ステップＳＢ２）。ＳＴＦが「０」である場合には、ＳＴＦを「１」にセットし（ステップＳＢ３）、ＳＴＦが「１」である場合には、ＳＴＦを「０」にリセットする（ステップＳＢ４）。

ＳＴＦが「０」である場合には、図５においてＣＰＵ１０１のポートＭＯＤＥからの制御信号によって、増幅回路１１０および合成回路１１１に電源が供給されて、これらの回路がアクティブ状態になると共に、スイッチ回路１１２が合成回路１１１に接続される。この結果、ＣＰＵ１０１の制御に依らず、合成回路１１１からのアナログの合成信号が外部のサウンドシステムに供給されて、演奏に応じた楽音が発生される。一方、ＳＴＦが「１」である場合には、ＣＰＵ１０１のポートＭＯＤＥからの制御信号によって、増幅回路１１０および合成回路１１１への電源が停止して、これらの回路がノンアクティブ状態になると共に、スイッチ回路１１２が音源回路１０４に接続される。この結果、ＣＰＵ１０１の制御に応じて音源回路１０４からのアナログの合成信号が外部のサウンドシステムに供給されて、演奏に応じた楽音が発生される。

図８において、ＳＴＦをセット又はリセットした後、他のスイッチがオンされたか否かを判別し（ステップＳＢ５）、ギター操作部８における特殊演奏のスイッチ又は音源操作部９の音色設定スイッチなどがオンされたときは、そのスイッチに対応する処理を行う（ステップＳＢ６）。オンされた他のスイッチに対応する処理の後、又は、他のスイッチがオンされない場合には、図７のメインルーチンに戻る。

図７において、ＳＴＦが「１」が否かを判別し（ステップＳＡ３）、ＳＴＦが「１」の場合には、発光処理（ステップＳＡ４）、受光処理（ステップＳＡ５）、音源処理（ステップＳＡ６）、その他の処理（ステップＳＡ７）を実行し、ステップＳＡ２に移行して、スイッチ処理を実行する。したがって、ＣＰＵ１０１は、スイッチ処理においてモードスイッチがオンされない限り、発光処理（ステップＳＡ４）、受光処理（ステップＳＡ５）、音源処理（ステップＳＡ６）、その他の処理（ステップＳＡ７）を繰り返し実行する。

図９は、図７のステップＳＡ５における受光処理のフローチャートである。弦を指定する変数ｎを「１」にセットして（ステップＳＣ１）、ｎの値を変化させながら、ステップＳＣ２からステップＳＣ１０までのループ処理を実行する。ループ処理においては、Ａ／Ｄ変換回路１０９を介して、ｎ番目の弦からの検出信号Ｇ（ｎ）が入力されたか否かを判別し（ステップＳＣ２）、検出信号Ｇ（ｎ）が入力されたときは、その弦に対応する発音フラグＯＮＦ（ｎ）が「０（消音状態）」であるか否かを判別する（ステップＳＣ３）。ＯＮＦ（ｎ）が「０」である場合には、ＯＮＦ（ｎ）を「１（発音状態）」にセットして（ステップＳＣ４）、ＲＡＭ１０３の発音バッファ内に楽音波形であるエンベロープＥＮＶ（ｎ）を生成する（ステップＳＣ５）。

ステップＳＣ３において、ＯＮＦ（ｎ）が「１」である場合には、入力された検出信号Ｇ（ｎ）のレベルＬＥＶ（ｎ）が発音すべき最小のレベルである所定値より小さいか否かを判別する（ステップＳＣ６）。ＬＥＶ（ｎ）が所定値以上である場合には、エンベロープＥＮＶ（ｎ）を生成する（ステップＳＣ５）。一方、ＬＥＶ（ｎ）が所定値より小さい場合には、エンベロープＥＮＶ（ｎ）の生成を終了して（ステップＳＣ７）、ＯＮＦ（ｎ）を「０（消音状態）」にリセットする（ステップＳＣ８）。

ステップＳＣ５において、エンベロープＥＮＶ（ｎ）を生成した後、又は、ステップＳＣ８において、ＯＮＦ（ｎ）を「０」にリセットした後は、ｎの値を「１」だけインクリメントする（ステップＳＣ９）。このとき、ｎの値が「６」を超えたか否かを判別し（ステップＳＣ１０）、ｎの値が「６」以下である場合には、ステップＳＣ２に移行して、上記のループ処理を繰り返す。ステップＳＣ１０において、ｎの値が「６」を超えたときは、図７のメインルーチンに戻る。

図１０は、図７のステップＳＡ６における音源処理のフローチャートである。弦を指定する変数ｎを「１」にセットして（ステップＳＤ１）、ｎの値を変化させながら、ステップＳＤ２からステップＳＤ７までのループ処理を実行する。ループ処理においては、ＯＮＦ（ｎ）が「１（発音状態）」であるか否かを判別し（ステップＳＤ２）、ＯＮＦ（ｎ）が「１」である場合には、現在の検出信号Ｇ（ｎ）の周波数を発音バッファのレジスタＦ（ｎ）にストアし（ステップＳＤ３）、音量のレベルを発音バッファのレジスタＬ（ｎ）にストアする（ステップＳＤ４）。

図１１は、ＲＡＭ１０３の発音バッファにストアされる各弦の検出信号の周波数およびレベルのデータを表す図である。図１１に示すように、各弦の演奏に応じて変化する検出信号のスペクトルデータが発音バッファにストアされる。ストアされるスペクトルデータの周波数は、押さえられるフレット位置に応じた弦の振動数によって変化し、レベルは演奏の強さに応じた弦の振動の振幅によって変化する。

図１０において、発音バッファにストアしたＦ（ｎ）の周波数、Ｌ（ｎ）のレベル、およびエンベロープＥＮＶ（ｎ）のデータを音源１０４に送付する（ステップＳＤ５）。そして、ｎの値を「１」だけインクリメントして（ステップＳＤ６）、ｎの値が「６」を超えたか否かを判別する（ステップＳＤ７）。ｎの値が「６」以下の場合には、ステップＳＤ２に移行して、上記のループ処理を繰り返す。ステップＳＤ７において、ｎの値が「６」を超えたときは、図７のメインルーチンに戻る。

このように、上記第１実施形態によれば、ボディ部１に設けられたブリッジ７によって一方の端部が係止され、ヘッド部に設けられた調整機構５によって他方の端部が係止されて、ボディ部１の演奏部および指板部２にわたって張られた６本の導光性の弦４と、ブリッジ７の近傍における各弦４内の所定箇所に形成された光拡散部分４ａと、各弦４の光拡散部分４ａに向けて光を入射する発光ダイオード２０と、発光ダイオード２０によって入射され光拡散部分４ａによって拡散されて弦４内を伝搬してブリッジ７側の一方の端部から出射する光を受光するフォトダイオード１４と、演奏された弦４の振動に応じて変化する光がフォトダイオード１４によって受光されたときに、弦４の振動を検出して検出信号を発生する受光回路１０８と、受光回路１０８によって発生された検出信号に応じた楽音を発生するＣＰＵ１０１および音源回路１０４とを備えている。

したがって、弦振動を振幅の大小にかかわらず、かつ、周囲の電磁ノイズの影響を受けることなく確実に検出して、繊細な楽音を発生することができる。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図１２は、指板部２の先端において弦４を係止するナット６の組立分解図である。図１２に示すように、ナット６は、上部ナット６ａおよび下部ナット６ｂで構成され、それぞれに６本の弦４を挟み込むための上溝６ｃおよび下溝６ｄが形成されている。下部ナット６ｂは、ネジ６ｅによってネック部３に固定される。上部ナット６ａは、弦４を挟み込んだ状態でネジ６ｆによって下部ナット６ｂに固定される。ネック部３には、指板部２の反りを矯正するトラスロッド（図示せず）を固定するためのネック反り調整ネジ２１を挿入できる穴２２が形成されている。図１３は、下部ナット６ｂをネック部３に固定した状態を示す拡大斜視図である。図１３に示すように、下溝６ｄの略４５度に傾斜した部分には、発光ダイオード２０を挿入するための穴が形成され、二点鎖線で示す弦４に略４５度の角度で光が当たる構造になっている。したがって、上部ナット６ａおよび下部ナット６ｂは、光源カバーおよび光源ベースを構成する。なお、他の構成については、図１乃至図１１に示した第１実施形態の構成と同じであるので、図１乃至図１１を適宜援用する。

図１４は、上部ナット６ａ、下部ナット６ｂ、発光ダイオード２０などの組立分解断面図である。上部ナット６ａに形成された上溝６ｃの傾斜した部分には、クロムなどの金属の蒸着によって表面が鏡面加工された光反射部材６ｇが形成されている。各弦４に対応する６個の発光ダイオード２０は、プリント基板２３に搭載された状態で、下部ナット６ｂに形成された穴６ｈに挿入される。プリント基板２３は、ＰＣＢ等の樹脂カバー２４によってネジ止めされるが、発光ダイオード２０に駆動信号を送信するためのケーブル２５が、ネック部３の穴３ａおよび樹脂カバー２４の穴２４ａを通って、プリント基板２３と図５の発光回路１０８とを接続する。図１２に示したように、ネック部３にはナット２１を挿入するためのザグリ加工された穴２２が形成されているが、さらにその奥にはトラスロッド用の穴２６がボディ部１との接続部まで形成されている。これらの穴２２および穴２６を利用して、ケーブル２５を通すための溝２７が穴２２および穴２６に沿って形成されている。

組み立てる際には、図１４において、発光ダイオード２０、プリント基板２３、および樹脂カバー２４を下部ナット６ｂに取り付け、次に、図１３に示すように、下部ナット６ｂをネック部３にネジ６ｅにより取り付ける。この後、溝２７にケーブル２５を這わせて接着剤などで要所を固定した後に、トラスロッドを穴２６に挿入し、トラスロッドの一端のネジにナット２１をねじ込み、ボディ部１側において他端のネジにナットをねじ込む。次に、弦４を下部ナット６ｂの下溝６ｄにはめ込んだ状態で指板部２に張る。そして、図１２に示すように、上部ナット６ａを下部ナット６ｂにネジ６ｆにより取り付ける。図１５は、図１４の６本の弦４を挟み込んで上部ナット６ａおよび下部ナット６ｂをネック部３に取り付けた状態における、Ａ−Ａ線に沿った断面図である。

図１６は、上部ナット６ａおよび下部ナット６ｂに挟み込まれた弦４の状態を示す一部の拡大断面図である。図１６に示すように、発光ダイオード２０から出射した光は光反射部材６ｇによって反射して、弦４の内部を伝搬して、図２に示したフォトダイオード１４によって受光される。この場合においても、演奏される弦４の振動による撓みに応じて伝搬する光が弦４から外に漏洩するので、フォトダイオード１４によって受光される光量が弦４の振動によって変化する。したがって、第１実施形態と同様に、図５の受光回路１０８は、演奏される弦４の振動に応じた検出信号をＡ／Ｄ変換回路１０９および増幅回路１１０に入力する。この後の信号処理については、第１実施形態と同じであるので、その説明は省略する。

このように、第２実施形態によれば、ボディ部１の前面に設けられたブリッジ７によって一方の端部が係止され、指板部２の先端からボディ部１の後面側に屈曲したネック部３のヘッド部に設けられた調整機構５によって他方の端部が係止されて、ボディ部１の演奏部および指板部２にわたって張られた６本の導光性の弦４と、指板部２の先端付近で屈曲された各弦４に接して押圧するナット６において、各弦４に接する部分に設けられた光反射部材６ｇと、各弦４の屈曲された部分に向けて光を入射する発光ダイオード２０と、発光ダイオード２０によって入射され光反射部材６ｇによって反射されて、弦４内を伝搬してブリッジ７近傍の一方の端部から出射する光を受光するフォトダイオード１４と、演奏された弦４の振動に応じて変化する光がフォトダイオード１４によって受光されたときに、弦４の振動を検出して検出信号を発生する受光回路１０８と、受光回路１０８によって発生された検出信号に応じた楽音を発生するＣＰＵ１０１および音源回路１０４とを備えている。
したがって、ナット６およびブリッジ７の２つの支点間に張られた弦４の倍振動を含む複雑な振動を確実に検出して、弦４全体で発生する倍音を含む豊かな楽音を実現できる。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態は、第１実施形態又は第２実施形態の変形例であり、弦を伝搬してフォトダイオードによって受光される光量の変化をさらに改善するものである。したがって、第１実施形態および第２実施形態において示した図１乃至図１３を適宜援用する。

図１７は、第３実施形態の構成およびその作用を示す図である。図１７（Ａ）は、弦４およびフォトダイオード１４を含む断面図である。フォトダイオード１４近傍の弦４の２箇所には、光の絞り機能をもつ遮光部分４ｂ、４ｃがレーザ照射によって形成されている。図１７（Ｂ）および図１７（Ｃ）は、それぞれ遮光部分４ｂ、４ｃの拡大断面図である。図１７（Ａ）および図１７（Ｂ）に示すように、遮光部分４ｂは弦４の下側すなわちボディ側にくさび形に形成されている。一方、図１７（Ａ）および図１７（Ｃ）に示すように、遮光部分４ｃは弦４の上側にくさび形に形成されている。図１７（Ｄ）は、フォトダイオード１４から見た遮光部分４ｂ、４ｃの拡大断面図である。このため、弦４の中を伝搬してきた光は、遮光部分４ｂ、４ｃによって光量が絞り込まれてフォトダイオード１４に入射するが、弦４の振動に応じて絞り込まれる光量が変化する。

図１８は、弦４の振動とフォトダイオード１４から見た遮光部分４ｂ、４ｃの拡大断面図との関係を示す図である。図１８（Ａ）は、弦４が振動していない場合における遮光部分４ｂ、４ｃの状態を示している。図１８（Ｂ）は、弦４が少し振動した場合における遮光部分４ｂ、４ｃの状態を示している。図１８（Ｃ）は、弦４がさらに大きく振動した場合における遮光部分４ｂ、４ｃの状態を示している。図１８（Ｄ）は、弦４が複雑に振動した場合における遮光部分４ｂ、４ｃの状態を示している。

図１９は、遮光部分４ｂ、４ｃがない場合の検出信号の波形ｗ１と、遮光部分４ｂ、４ｃを設けた場合の検出信号の波形ｗ２とを比較するグラフの図である。このグラフの横軸は時間ｔであり、縦軸は信号のレベルＬｅｖｅｌである。この比較から明らかなように、遮光部分４ｂ、４ｃがない場合には、波形ｗ１の直流成分のレベルＬ１は大きいが、波形ｗ１の交流成分の振幅ｄ１は小さい。一方、遮光部分４ｂ、４ｃを設けた場合には、波形ｗ２の直流成分のレベルＬ２は小さいが、波形ｗ２の交流成分の振幅ｄ２は大きい。したがって、遮光部分４ｂ、４ｃを設けたほうが、デリケートな演奏に応じた繊細な弦４の振動の変化を、遮光部分４ｂ、４ｃによる光の相対的な増幅によって検出することができる。
図２０は、弦４が捻れて振動した場合の遮光部分４ｂ、４ｃの変化を示す図である。図２０（Ａ）は、弦４が振動していない場合における遮光部分４ｂ、４ｃの状態を示している。図２０（Ｂ）は、弦４が捻れて振動した場合における遮光部分４ｂ、４ｃの状態を示している。

このように、この第３実施形態によれば、弦４内を伝搬する光量を制限するために各弦４内の一方の端部近傍の２箇所に形成されて、演奏された弦４の振動に応じて変化する光の振幅を相対的に増幅する遮光部分４ｂ、４ｃを備えている。
したがって、微妙な弦振動を確実に検出して、繊細な楽音を発生することができる。

次に、本発明の第４実施形態について説明する。この第４実施形態においても、第１実施形態と同じ構成については、その図面を適宜援用する。図２１は、第４実施形態の構成を示す断面図である。図２１において、ブリッジ７の上面に設けられた下係止部材１１および上係止部材１３によって、図２（Ｃ）に示した第１実施形態と同様に、弦４が挟み込まれている。ただし、弦４のブリッジ７側の端面の近傍には、第１実施形態におけるフォトダイオードの代わりにフォトカップラ２８が設けられ、プリント基板２９に駆動回路と共に搭載されている。また、弦４の反対側の端面には、表面が鏡面加工された光反射部材４ｒがクロムなどの金属の蒸着によって形成されている。このため、フォトカップラ２８から出射された光は弦４の内部を伝搬し、光反射部材４ｒによって反射されて逆方向に伝搬し、フォトカップラ２８によって受光される。プリント基板２９の駆動回路は、リード線３０によってプリント基板１８に接続されている。その他の構成は、第１実施形態と同じである。

図２２は、プリント基板２９に搭載されているフォトカップラ２８および駆動回路の回路図である。図２２において、オペアンプ４１、トランジスタ４２、および負荷抵抗４４は、図５の発光インターフェース１０６から入力される駆動信号に応じて、フォトカップラ２８の発光ダイオード４３に一定の電流を供給する低電流回路を構成する。この電流によって発光ダイオード４３から出射された光は、上記したように、弦４の内部を伝搬して光反射部材４ｒによって反射されて、フォトダイオード４５によって受光される。フォトダイオード４５から出力される受光電流は、負荷抵抗４６によって電圧に変換された検出信号として、図５のＡ／Ｄ変換回路１０９および増幅回路１１０に入力される。この後の信号処理は第１実施形態と同じである。

このように、第４実施形態によれば、ボディ部１に設けられたブリッジ７によって一方の端部が係止され、ヘッド部に設けられた調整機構５によって他方の端部が係止されて、ボディ部１の演奏部および指板部２にわたって張られた６本の導光性の弦４と、各弦４のネック３側の端部に形成された光反射部材４ｒと、各弦４のブリッジ７側の端部から光を入射し、その光が各弦４内を伝搬して、光反射部材４ｒによって反射されて、弦４内を伝搬してブリッジ７側の端部から出射する光を受光するフォトカップラ２３と、演奏された弦４の振動に応じて変化する光がフォトカップラ２３によって受光されたときに、弦４の振動を検出して検出信号を発生する受光回路１０８と、受光回路１０８によって発生された検出信号に応じた楽音を発生するＣＰＵ１０１および音源回路１０４とを備えている。
したがって、ナット６およびブリッジ７の２つの支点間に張られた弦４の倍振動を含む複雑な振動を確実に検出して、弦４全体で発生する倍音を含む豊かな楽音を実現できる。

なお、上記第１実施形態乃至第４実施形態において、図１に示した音源操作部９によって、トレモロ演奏やハーモナイズ演奏などの特殊演奏、リズム楽器、管楽器、鍵盤楽器のパートとの合奏や、ＭＩＤＩインターフェース１０５から入力される外部ＭＩＤＩ装置からの演奏データとの合奏が可能である。このような場合には、音源回路１０４のＤＳＰによってギターの楽音と合奏されるパートの楽音が生成されて発音される。また、図５のスイッチ回路１１２に替えて、アナログ信号の合成回路を設けた場合には、合成回路１１１から出力される電子ギターのパートと、ＭＩＤＩインターフェース１０５から入力されて、音源回路１０４から出力されるリズム楽器、管楽器、鍵盤楽器のパートとの合奏ができる。

なおまた、上記各実施形態は、本発明を実現するための一例であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。すなわち、本発明は、この明細書に添付した特許請求の範囲を逸脱しない限り、当業者によって容易に考えられる他の実施形態および様々な変形例が可能である。

例えば、上記各実施形態においては、電子ギターを例に採って本発明の電子弦楽器を説明したが、電子ギター以外の電子弦楽器にも適用できる。例えば、電子ベース、電子チェロ、電子コントラバス、電子バイオリン、電子ビオラなどの洋楽器、および、電子琴などの和楽器にも適用できることは明らかである。

また、上記第１実施形態乃至第４実施形態において、入射された光を伝搬する導光性の弦４の演奏によって得られる楽音の音色をアコースティクギターの音色に近似させるように、発光ダイオード２０の位置や、音源回路１０４のＤＳＰの制御を設計することも必要であるが、必ずしもこのような設計に固執するものではない。入射された光を伝搬する導光性の弦４から得られる検出信号によって、従来の弦楽器やその他の楽器とは異なる特殊な音色の楽音が得られるならば、その音色の楽音を活かして新たな楽器を構成してもよい。

さらに、本発明の応用範囲は、電子弦楽器に限定されるものではない。図４および図１５に示した構成により、導光性の線材に光を入射して、その線材が地震、風、波その他の外部の物理的な影響に応じて振動するのをフォトダイオードによって検出して、振動の大きさや方向などを検出する振動検出装置に応用することも可能である。他の振動検出装置のように、検出対象の中を電気信号が通ることがないので、ショートのおそれがある水や発火性の液体などに導光性の線材を沈めて、その振動を検出することも可能である。このような振動検出装置に用いる導光性の線材は、電子弦楽器の弦の直径よりもさらに細い直径のものが要求される場合もあるが、現在の光ファイバの製造技術によれば、極めて細い導光性の線材が得られるので、様々な対象の振動を容易に検出できる。

本発明の第１実施形態における電子ギターの外観を示す図。 第１実施形態における光の発光および受光の様子を示す図。 第１実施形態における弦の撓みと光拡散部分による拡散光の方向との関係を示す図。 導光性の線材において内部を伝搬する光の漏洩と線材の撓みとの関係を示す図。 第１実施形態における電子ギターのシステムを示す図。 ６弦および１弦に対応する受光回路から出力される弦振動の検出信号を示す図。 図５のＣＰＵによって実行される弦振動検出の制御プログラムにおけるメインルーチンのフローチャート。 図７におけるスイッチ処理のフローチャート。 図７における受光処理のフローチャート。 図７における音源処理のフローチャート。 図５のＲＡＭの発音バッファにストアされる各弦の検出信号の周波数およびレベルを表す図。 第２実施形態におけるナットの挟み込まれる弦の組立分解図。 図１２における下部ナットの一部の拡大図。 第２実施形態におけるナットおよび発光ダイオードの組立分解断面図。 第２実施形態において６本の弦を挟み込んで上部ナットおよび下部ナットをネック部に取り付けた場合の断面図。 第２実施形態における上部ナットおよび下部ナットに挟み込まれた弦の状態を示す一部の拡大断面図。 第３実施形態の構成およびその作用を示す図。 弦の振動とフォトダイオードから見た２つの遮光部分の拡大断面との関係を示す図。 遮光部分がない場合の検出信号の波形と、遮光部分を設けた場合の検出信号の波形とを比較するグラフの図。 弦が捻れて振動した場合の遮光部分の変化を示す図。 第４実施形態の構成を示す断面図。 図２１のプリント基板に搭載されているフォトカップラおよび駆動回路の回路図。

符号の説明

１ ボディ部
２ 指板部
３ ネック部
４ 弦
４ａ 光拡散部分
４ｂ、４ｃ 遮光部分
６ａ 上部ナット
６ｂ 下部ナット
６ｇ 光反射部材
７ ブリッジ
１４ フォトダイオード
２０ 発光ダイオード
２２、２６ トラスロッド用穴
２７ ケーブル用の溝
２８ フォトカップラ
１０１ ＣＰＵ
１０４ 音源回路
１０７ 発光回路
１０８ 受光回路

Claims (4)

1. 本体の前面に設けられた第１の係止手段によって一方の端部が係止され、音高を指定する指板部の先端から当該本体の後面側に屈曲して延在するヘッド部に設けられた第２の係止手段によって他方の端部が係止されて、当該本体の演奏部および当該指板部にわたって張られた複数の導光性の弦と、
   前記第１の係止手段の近傍における各弦内の所定箇所に形成された光拡散手段と、
   前記各弦の光拡散手段に向けて光を入射する発光手段と、
   前記発光手段によって入射され前記光拡散手段によって拡散されて弦内を伝搬して前記一方の端部から出射する光を受光するとともに当該受光された光の光量を検出する受光手段と、
   演奏された弦の振動に応じて前記受光手段により受光される光の光量が変化した際に当該光量の変化に対応した検出信号を発生する信号発生手段と、
   前記信号発生手段によって発生された検出信号に応じた楽音を発生する楽音発生手段と、
   を備えたことを特徴とする電子弦楽器。
2. 前記光拡散手段は、レーザの照射によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子弦楽器。
3. 伝搬する光量を制限するために前記各弦内の一方の端部近傍の少なくとも１箇所に形成されて、演奏された弦の振動に応じて変化する光の振幅を相対的に増幅する遮光手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の電子弦楽器。
4. 前記遮光手段は、レーザの照射によって形成されていることを特徴とする請求項３に記載の電子弦楽器。

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