JP5939516B2 - Method and apparatus for tuning a pitched membrane percussion instrument - Google Patents
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Description
本発明は有音程の膜鳴打楽器の調律方法および装置に関し、特にティンパニ(ケトルドラムともいう)の調律方法および装置に関する。 The present invention relates to a tuning method and apparatus for a pitched percussion instrument, and more particularly to a tuning method and apparatus for timpani (also referred to as a kettle drum).
有音程打楽器のチューニング(調律)を簡単に行うチューナーとしては、マイクロフォンから採取した音声を電気信号に変換し、増幅器により所望のレベルの電気信号に増幅し、増幅器の出力信号からマイクロフォンで採取した音声の基本周期を抽出し、あらかじめ設定した基準音により調律する調律装置がある。特許文献1には、外付けマイクによりヘッドの打音を検出し、チューニングメーターにより周波数を測定して音程を判別し、その判別信号に基づきヘッドの張り具合を自動設定するティンパニの音程調節装置が開示されている。 As a tuner that can easily tune (tune) a percussive instrument, the sound collected from the microphone is converted into an electrical signal, amplified to an electrical signal of a desired level by an amplifier, and the sound collected by the microphone from the output signal of the amplifier. There is a tuning device that extracts the basic period of the sound and tunes it with a preset reference sound. Patent Document 1 discloses a timpani pitch adjusting device that detects a head hitting sound with an external microphone, determines a pitch by measuring a frequency with a tuning meter, and automatically sets a head tension based on the determination signal. It is disclosed.
管楽器のチューニング(調律)を簡単に行うチューナーとしては、コンタクトマイク・ピエゾマイクを使用したクリップタイプのものが販売されている。コードレスタイプのものも提案されており、例えば、特許文献2には、楽器に装着するためのクリップと、前記クリップに設けられた振動センサと、前記クリップと連結部を介して連結されるとともに、前記振動センサから得られた信号を処理することで前記楽器における音声状態を判別する電子回路と、前記電子回路での判別結果を表示する表示部を有することを特徴とする調律装置が開示されている。 As a tuner that easily tunes (tunes) wind instruments, clip-type ones using contact microphones and piezo microphones are sold. A cordless type has also been proposed.For example, in Patent Document 2, a clip for mounting on a musical instrument, a vibration sensor provided on the clip, and the clip are connected to each other via a connecting portion. Disclosed is a tuning device comprising: an electronic circuit that determines a sound state of the musical instrument by processing a signal obtained from the vibration sensor; and a display unit that displays a determination result of the electronic circuit. Yes.
特許文献1のようにマイクロフォンで音を採取する構成においては、周囲の全ての音が検出されるため、多人数で合奏するような場合など調律対象音以外の音が存在するような環境下では、正確な調律が困難であるという問題があった。特に演奏中にチューニングゲージを用いて音程変更を正確に行うことは実質上不可能であった。 In the configuration in which sound is collected by a microphone as in Patent Document 1, all surrounding sounds are detected. Therefore, in an environment where there is sound other than the tuning target sound, such as when performing with a large number of people. There was a problem that accurate tuning was difficult. In particular, it was virtually impossible to accurately change the pitch using a tuning gauge during performance.
また、特許文献2に示すようなコンタクトマイク・ピエゾマイクと管楽器用チューナーを膜鳴打楽器(革やプラスチック膜を張った打楽器)のチューニングに使用することはできなかった。 Further, a contact microphone / piezo microphone and a wind instrument tuner as disclosed in Patent Document 2 cannot be used for tuning a percussion instrument (percussion instrument with leather or plastic film).
本発明は、上記課題を解決することができる、有音程の膜鳴打楽器の調律方法および装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a tuning method and apparatus for a pitched percussion instrument that can solve the above-described problems.
従来のコンタクトマイク・ピエゾマイクにより有音程の膜鳴打楽器のチューニングを行った場合、打音の周波数を正確に測定することはできなかった。これは、従来のコンタクトマイク・ピエゾマイクでは、セラミック系圧電(ピエゾ)センサを使用していることが原因であることを発明者は考えた。すなわち、発明者は、セラミック系圧電センサは図1に示すように硬い材料でできており柔軟な構造ではないため、ティンパニのヘッドに取り付けた場合、ヘッドの振動を阻害するだけでなく図2に示すようなティンパニのヘッドの振動を電気信号に変換することができないことの知見をえた。そこで、発明者は、可撓性を有するシート状圧電センサにより打音の周波数を正確に測定することはできないかと考え、鋭意検討の上、本発明を創作した。 When tuning a pitched percussion instrument with a conventional contact microphone / piezo microphone, the frequency of the percussion sound could not be measured accurately. The inventor considered that this is caused by using a ceramic-based piezoelectric (piezo) sensor in a conventional contact microphone / piezo microphone. That is, the inventor has shown in FIG. 2 that the ceramic piezoelectric sensor is made of a hard material and not a flexible structure as shown in FIG. The knowledge that the vibration of the timpani head shown in the figure cannot be converted into an electrical signal was obtained. Therefore, the inventor thought that it would be possible to accurately measure the frequency of the hitting sound with a flexible sheet-like piezoelectric sensor, and created the present invention after intensive studies.
すなわち、第1の発明は、膜鳴打楽器の膜の振動を電気信号に変換する、可撓性を有するシート状圧電センサと、前記圧電センサが固定され、長さを調節可能なアームと、前記膜鳴打楽器に着脱自在に固定される固定部と、前記アームと前記固定部とを連結する支持部と、前記圧電センサから得られた電気信号を増幅して出力する出力回路と、を備えた有音程の膜鳴打楽器の調律装置であって、前記圧電センサが、湾曲部を有し、下面に前記膜の振動が伝達される圧電フィルムセンサからなり、前記調律装置が、前記固定部により前記膜鳴打楽器に着脱自在に固定されることを特徴とする有音程の膜鳴打楽器の調律装置である。
第2の発明は、第1の発明において、さらに、前記圧電センサから得られた電気信号を処理して音名を判別する処理部と、処理部による判別結果を表示する表示部と、を備えることを特徴とする。
That is, the first invention is a flexible sheet-like piezoelectric sensor that converts vibration of a membrane percussion instrument into an electrical signal, an arm to which the piezoelectric sensor is fixed and adjustable in length, A fixing unit that is detachably fixed to the percussion instrument, a support unit that connects the arm and the fixing unit, and an output circuit that amplifies and outputs an electrical signal obtained from the piezoelectric sensor. A tuning device for a pitched membrane percussion instrument, wherein the piezoelectric sensor comprises a piezoelectric film sensor having a curved portion and transmitting vibrations of the membrane on a lower surface, and the tuning device is A tuning device for a membrane percussion instrument having a pitch, which is detachably fixed to the membrane percussion instrument.
According to a second invention, in the first invention, further includes a processing unit that processes an electrical signal obtained from the piezoelectric sensor to determine a pitch name, and a display unit that displays a determination result by the processing unit. It is characterized by that.
第3の発明は、第1または2の発明において、前記圧電センサが、U字状の圧電フィルムセンサからなることを特徴とする。
第4の発明は、第1ないし3のいずれかの発明において、前記圧電センサが、ポリフッ化ビニルデン(PVDF)のフィルムを含んで構成されていることを特徴とする。
第5の発明は、第1ないし4のいずれかの発明において、前記支持部が、長さを調節可能であることを特徴とする。
第6の発明は、第1ないし5のいずれかの発明において、前記膜鳴打楽器が、ティンパニであることを特徴とする。
The third invention is the invention of the first or 2, wherein the piezoelectric sensor, characterized in that it consists of a U-shaped piezoelectric film sensor.
According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions, the piezoelectric sensor includes a polyvinylidene fluoride (PVDF) film.
A fifth invention is characterized in that, in any one of the first to fourth inventions, the length of the support portion is adjustable.
According to a sixth invention, in any one of the first to fifth inventions, the membrane percussion instrument is a timpani.
本発明によれば、有音程の膜鳴打楽器の調律を圧電センサにより簡易かつ正確に行うことが可能となる。 According to the present invention, it is possible to easily and accurately perform tuning of a pitched percussion instrument with a piezoelectric sensor.
本発明は、可撓性を有するシート状圧電センサを膜鳴打楽器の膜に配置して膜の振動を電気信号に変換し、当該電気信号を処理する電子回路により音名を判別する有音程の膜鳴打楽器の調律方法および装置に関する。 According to the present invention, a flexible sheet-like piezoelectric sensor is disposed on a membrane percussion instrument membrane to convert the vibration of the membrane into an electrical signal, and the pitch of the pitch is determined by an electronic circuit that processes the electrical signal. The present invention relates to a tuning method and apparatus for a percussion instrument.
圧電センサはヘッド(膜)の振動に追従する必要があるため、可撓性を有するシート状圧電センサ、好ましくは弾性のあるフィルム形状のものを利用する。圧電フィルムとしてはPVDF(Polyvinylidene fluoride film:ポリフッ化ビリニデン)やチタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などからなる圧電セラミックまたは圧電セラミック薄膜が挙げられるが、軽量で柔軟性に富み、加工性がよいPVDFが好ましい材としてあげられる。PVDFは応答帯域がきわめて広く、固有の共振周波数を持ちにくいという特徴も有する。なお、圧電素子にはセラミック等の非可撓性材からなるものもあるが、上述のとおりヘッド(膜)の振動に追従できないため、本発明では利用しない。 Since the piezoelectric sensor needs to follow the vibration of the head (film), a flexible sheet-shaped piezoelectric sensor, preferably an elastic film-shaped sensor is used. Examples of piezoelectric films include piezoelectric ceramics or piezoelectric ceramic thin films made of PVDF (Polyvinylidene fluoride film), barium titanate, lead zirconate titanate (PZT), etc., but they are lightweight, flexible and workable. A good material is PVDF. PVDF has a feature that it has a very wide response band and is difficult to have a specific resonance frequency. Although some piezoelectric elements are made of non-flexible materials such as ceramics, they cannot be used in the present invention because they cannot follow the vibration of the head (film) as described above.
圧電センサの下面側には、必要に応じて粘着層を形成し、或いは両面粘着シートや粘着テープ等を用いてティンパニのヘッドに貼着可能とする。この際、圧電センサの上面側から一定面積以上の面または複数点で押圧する部材によって圧電センサをヘッドに圧接させてもよい。
他の形態としては、カンチレバータイプの圧電フィルムセンサを用いることが開示される。この圧電フィルムセンサは、膜鳴打楽器の膜に配置される基板と、基板に垂直に設けられたピンと、基板と略水平になるようにピンに取りつけられた板状の検知エレメントと、検知エレメントに配置されたシート状圧電センサ(圧電フィルム)と、検知エレメントに取付取り外し自在に設けられた重りを備えて構成される。
圧電センサの数は単数でもよいし、複数設けてもよい。
An adhesive layer is formed on the lower surface side of the piezoelectric sensor as needed, or can be attached to a timpani head using a double-sided adhesive sheet, an adhesive tape, or the like. At this time, the piezoelectric sensor may be brought into pressure contact with the head by a surface pressing at a certain area or a plurality of points from the upper surface side of the piezoelectric sensor.
As another embodiment, use of a cantilever type piezoelectric film sensor is disclosed. The piezoelectric film sensor includes a substrate disposed on the membrane of the percussion instrument, a pin provided perpendicular to the substrate, a plate-like detection element attached to the pin so as to be substantially horizontal to the substrate, and a detection element. The sheet-shaped piezoelectric sensor (piezoelectric film) is disposed, and a weight is provided so as to be attached to and detached from the detection element.
The number of piezoelectric sensors may be singular or plural.
圧電センサは、導電布テープなどでシールドすることでノイズ対策を施すのが好ましい。導電布テープは電子機器の電磁波や静電気のシールド、信号ケーブルやコネクタのシールドに使用される一般的なものでよく、粘着面にも導電性があり、貼り合わせても導通があるため、確実にシールド効果を得ることができる。 The piezoelectric sensor is preferably protected against noise by shielding with a conductive cloth tape or the like. Conductive cloth tape can be a general one used for shielding electromagnetic waves and static electricity of electronic equipment, shielding of signal cables and connectors, and the adhesive surface is also conductive and conductive even when bonded. A shielding effect can be obtained.
圧電センサからの信号は、必要に応じ増幅回路により所望のレベルの電気信号に増幅され、市販のチューニングメーター(調律器)に入力される。チューニングメーターでは、入力された音の基本周期を分析して抽出し、抽出した基本周期と基本音の周期が比較されて入力された音の音程が決定され、決定された音程におけるピッチ誤差が検出される。入力された音の音程とピッチ誤差は、チューニングメーターの表示部に表示される。このように、本発明に係る圧電センサは、市販のチューニングメーターを利用して調律を行うことを可能とするものである。
上述した可撓性を有するシート状圧電センサ(または増幅回路)からの電気信号を記憶手段に記憶した判別基準情報に基づき音名を判別する処理部および液晶ディスプレイ等の表示手段にピッチ誤差がcent目盛等で表示する表示部を備えた調律装置も本発明の範囲に含まれる。
A signal from the piezoelectric sensor is amplified to an electric signal of a desired level by an amplifier circuit as necessary, and is input to a commercially available tuning meter (tuner). The tuning meter analyzes and extracts the basic period of the input sound, compares the extracted basic period and the basic sound period to determine the pitch of the input sound, and detects the pitch error in the determined pitch. Is done. The pitch and pitch error of the input sound are displayed on the tuning meter display. Thus, the piezoelectric sensor according to the present invention can be tuned using a commercially available tuning meter.
There is a pitch error in the processing means for discriminating the pitch name based on the discrimination reference information stored in the storage means and the display means such as a liquid crystal display from the above-described flexible sheet-like piezoelectric sensor (or amplifier circuit). A tuning device including a display unit for displaying on a scale or the like is also included in the scope of the present invention.
有音程の膜鳴打楽器として、ティンパニが知られている。ティンパニは、ヘッドの張り具合を調整することで音程を変え、正確にドレミの音を出し分けることができる。1つのティンパニには例えばドからラ♭(フラット)までの音域があり、演奏時には4〜5つのティンパニを並べて使用するのが通常である。 Timpani is known as a percussion instrument with a pitch. Timpani can change the pitch by adjusting the tension of the head, and can accurately produce the sound of Doremi. One timpani has, for example, a sound range from do to ra (flat), and 4 to 5 timpani are usually used side by side during performance.
ティンパニは、銅、FRP、アルミなどでできた丸い鍋型のケトルにヘッド(膜)を張り、それをバチ(マレット)で叩くことにより演奏する。ヘッドの張り具合を調整することで音程を変え、正確にドレミの音を出し分けることができる。ヘッドの張り具合の調整手段としては、チューニングボルトを1つ1つ手で締める手締め式、全てのチューニングボルトをハンドルを回して一度に調整するハンドル式、ペダルの踏みこみ操作によりヘッドの張力を変化させるペダル式がある。チューニングボルトは、ヘッド中央の金具から放射線状に設けられたテンションロッドと接続されており、テンションロッドによりヘッドの張り具合が調整される。 Timpani plays by putting a head (film) on a round pan-shaped kettle made of copper, FRP, aluminum, etc. and hitting it with a bee (mallet). By adjusting the tension of the head, the pitch can be changed and the Doremi sound can be produced accurately. The head tension can be adjusted by hand tightening the tuning bolts one by one, the handle type by adjusting all the tuning bolts at once by turning the handle, and the head tension by stepping on the pedal. There is a pedal type to change. The tuning bolt is connected to a tension rod provided radially from the metal fitting in the center of the head, and the tension of the head is adjusted by the tension rod.
ティンパニは、ヘッドの中央ではなく、ヘッドの縁の近傍をバチで叩いて音を出す。ヘッド全体は中央を左右に通る直線を節にして波打っていて、縁は振動の腹の部分に当たる。図2は、縁の近傍を叩いた際のヘッドの振動イメージを示す上面図である。図2中、塗りつぶした箇所がふくらんだ部分、塗りつぶしていない箇所がへこんだ部分であり、(A)と(B)の状態を繰り返し、ヘッド全体が波打ちながら音を出す。丸いケトルの中に閉じ込められた空気により規律の正しい整数倍の膜振動が得られると言われている。 Timpani makes a sound by hitting the vicinity of the edge of the head with a bee, not the center of the head. The entire head undulates with a straight line passing through the center from side to side, and the edge hits the belly of the vibration. FIG. 2 is a top view showing a vibration image of the head when hitting the vicinity of the edge. In FIG. 2, the filled portion is a bulging portion, and the unfilled portion is a depressed portion, and the states (A) and (B) are repeated, and the entire head emits sound while undulating. It is said that a membrane vibration of the correct integer multiple of discipline can be obtained by air confined in a round kettle.
以下では、本発明の詳細を実施例により説明するが、本発明は実施例により何ら限定されるものではない。 Hereinafter, details of the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples.
実施例1は、圧電フィルムセンサを用いたティンパニの調律装置に関する。
実施例1では、予め調律されたティンパニのヘッドのほぼ中央に圧電フィルムを貼着して、音名判別が正しく行えるかを実験した(図3参照)。実施例1の調律装置は、圧電フィルムからの信号を、第1の増幅器(自作のチャージアンプ)および第2の増幅器(四国計測工業社製)で増幅し、データロガー(OMRON社製ZR−MDR10)およびその専用PCソフトで観測するように構成されている。
増幅器を2段構成とされており、1段目(チャージアンプ)は圧電フィルムに誘起された電荷を電圧に変換するアンプであり、2段目(電圧調整アンプ)は出力側の測定機器等の入力電圧によって電圧変換するアンプである。1段目(チャージアンプ)で増幅度を変更すると入力抵抗等が変化する可能性があるため、1段目(チャージアンプ)を一定として入力抵抗変化なしに圧電フィルムに誘起された電荷を電圧に変換し、出力電圧が小さい場合は2段目(電圧調整アンプ)で増幅するようにしている。
実施例1の調律装置は、圧電フィルムからの信号を、四国計測工業社製の第1の増幅器(チャージアンプ)および第2の増幅器(電圧調整アンプ)で増幅し、データロガー(OMRON社製ZR−MDR10)およびその専用PCソフトで観測するように構成されている。
Example 1 relates to a timpani tuning device using a piezoelectric film sensor.
In Example 1, a piezoelectric film was stuck on the center of a timpani head that was tuned in advance, and an experiment was conducted to determine whether the pitch name could be correctly identified (see FIG. 3). In the tuning device of Example 1, a signal from a piezoelectric film is amplified by a first amplifier (self-made charge amplifier) and a second amplifier (manufactured by Shikoku Keiki Kogyo Co., Ltd.) and a data logger (OMR ZR-MDR10). ) And its dedicated PC software.
The amplifier has a two-stage configuration, the first stage (charge amplifier) is an amplifier that converts the charge induced in the piezoelectric film into a voltage, and the second stage (voltage adjustment amplifier) is an output-side measuring instrument, etc. This is an amplifier that converts the voltage according to the input voltage. If the amplification level is changed in the first stage (charge amplifier), the input resistance may change. Therefore, the charge induced in the piezoelectric film is changed to voltage without changing the input resistance with the first stage (charge amplifier) constant. When the output voltage is small, it is amplified by the second stage (voltage adjustment amplifier).
The tuning device of Example 1 amplifies a signal from a piezoelectric film with a first amplifier (charge amplifier) and a second amplifier (voltage adjustment amplifier) manufactured by Shikoku Keiki Kogyo Co., Ltd., and a data logger (ZR manufactured by OMRON). -MDR10) and its dedicated PC software.
電源周波数である60Hz(東日本は50Hz)とその3倍高調波である180Hz(東日本は150Hz)付近は測定条件により雑音が観測される可能性があるため、ノッチフィルタを入れている。 In the vicinity of the power supply frequency of 60 Hz (50 Hz in eastern Japan) and 180 Hz (150 Hz in eastern Japan), which is the third harmonic, noise may be observed depending on the measurement conditions, so a notch filter is inserted.
実施例1では東京センサ社の圧電フィルム(FDTシリーズ)を使用した。この製品は、この圧電フィルムは、銀インクスクリーン印刷電極をセンサ部と一体のフレキシブル回路として延ばし、コネクタをつけて構成される。実施例1で使用した圧電フィルムの仕様を以下に示す。 In Example 1, a piezoelectric film (FDT series) manufactured by Tokyo Sensor was used. In this product, this piezoelectric film is constructed by extending a silver ink screen printing electrode as a flexible circuit integrated with a sensor unit and attaching a connector. The specification of the piezoelectric film used in Example 1 is shown below.
型番:FDT1−052K
シート部寸法:16mm×235mm
電極部寸法:12mm×30mm
全体の厚さ:85μm
フィルムの厚さ:52μm
静電容量:0.74nF
Model number: FDT1-052K
Sheet size: 16mm x 235mm
Electrode size: 12mm x 30mm
Overall thickness: 85μm
Film thickness: 52 μm
Capacitance: 0.74nF
図4は、Aの音(220Hz)を打音した際の圧電フィルムからの信号を、第1の増幅器で1000倍に増幅し、第2の増幅器で11.3倍に増幅して得られた電圧変化のグラフである。図5は、図4をフーリエ変換して得られた周波数スペクトルであり、222.17Hzにピークを観測することができた FIG. 4 is obtained by amplifying the signal from the piezoelectric film when the sound of A (220 Hz) is struck by a factor of 1000 with the first amplifier and by a factor of 11.3 with the second amplifier. It is a graph of a voltage change. FIG. 5 is a frequency spectrum obtained by Fourier transform of FIG. 4, and a peak could be observed at 222.17 Hz.
続いて、市販のチューナー(ヤマハ社製TDM−70)との連系実験をした。予め調律されたティンパニを弱く叩き、チューニング周波数を440Hzに設定したチューナーに、第1の増幅器で1000倍に増幅した圧電フィルムの信号を入力したところ、cent目盛の針が中央の0を示すと共に音が合ったことを示すグリーンランプが点灯した。 Subsequently, a connection experiment with a commercially available tuner (Yamaha TDM-70) was performed. When the piezoelectric film signal amplified 1000 times with the first amplifier was input to the tuner with the tuning frequency set to 440 Hz, the cent scale needle showed the center 0 and the sound The green lamp indicating that the
以上の結果から、実施例1の調律装置により、Aの音(220Hz)を正しく判別できることを確認することができた。 From the above results, it was possible to confirm that the sound of A (220 Hz) could be correctly identified by the tuning device of Example 1.
実施例1と同じ調律装置を用いて、ティンパニのヘッドのほぼ中央に圧電フィルムを貼着して、音名判別が正しく行えるかを実験した。実施例2では、実施例1からティンパニのペダルを動かし、調律がされていない状況とした。なお、実施例2は、実施例1と同じ強さで叩いているが、人手によるため完全に同じ強さではない。 Using the same tuning device as in Example 1, a piezoelectric film was attached to the approximate center of the timpani head, and an experiment was conducted to determine whether the pitch name could be correctly identified. In the second embodiment, the timpani pedal is moved from the first embodiment, and the tuning is not performed. In addition, although the second embodiment is hit with the same strength as the first embodiment, it is not completely the same strength because it is manual.
図6は、Aの音(220Hz)を打音した際の圧電フィルムからの信号を、第1の増幅器で3倍に増幅し、第2の増幅器で11.3倍に増幅して得られた電圧変化のグラフである。図7は、図6をフーリエ変換して得られた周波数スペクトルである。図7から、221.56Hzにピークを観測することができた。 FIG. 6 is obtained by amplifying the signal from the piezoelectric film when the sound of A (220 Hz) is struck by three times with the first amplifier and 11.3 times with the second amplifier. It is a graph of a voltage change. FIG. 7 is a frequency spectrum obtained by Fourier transform of FIG. From FIG. 7, a peak could be observed at 221.56 Hz.
実施例3は、カンチレバータイプの圧電フィルムセンサを用いたティンパニの調律装置に関する。実施例3では、実施例1と比べ約10倍程度の出力が得られため、増幅器を用いない簡易な構成とすることができる。すなわち、実施例3の圧電フィルムセンサによれば、市販のチューナー(ヤマハ社製TDM−70)に圧電フィルムセンサを直結して調律を行うことも可能である。 Example 3 relates to a timpani tuning device using a cantilever type piezoelectric film sensor. In the third embodiment, an output about 10 times that of the first embodiment can be obtained, so that a simple configuration without using an amplifier can be achieved. That is, according to the piezoelectric film sensor of Example 3, it is possible to perform tuning by directly connecting the piezoelectric film sensor to a commercially available tuner (Yamaha TDM-70).
図8は、実施例3に係るカンチレバータイプの圧電フィルムセンサの上面図および側面図である。実施例1では東京センサ社のMiniSense 100を使用した。この製品は、低コストのカンチレバータイプの振動センサで、低周波数で高い感度を発揮するおもり13を備えている。ピン12は簡単に取り付けられるように設計されており、プリント基板(PCB)等に半田付けが可能である。アクティブなセンサ部分がシールド加工されており、RFI/EMIノイズの影響を受けにくくなっている。圧電フィルム11はPVDFであり、異なる周波数応答および感度を選択できるように、検知するおもりの重量を変更することができる。水平に取り付けられたビームの端部に重量の慣性力がかかると、垂直平面の加速度によってビームに曲がりが生じ、ビームが歪むことによってピエゾ電気が応答し、センサの電極から電荷すなわち電圧出力として検知される。MiniSense 100はもともとローパスフィルタになっているためティンパニの発生する周波数に合わせることができれば電子回路的なフィルタはほとんど必要ない。また、共振周波数もあるため感度の高い共振部分を使用することも考えられる。 FIG. 8 is a top view and a side view of the cantilever type piezoelectric film sensor according to the third embodiment. In Example 1, MiniSense 100 manufactured by Tokyo Sensor Co., Ltd. was used. This product is a low-cost cantilever type vibration sensor, and includes a weight 13 that exhibits high sensitivity at low frequencies. The pins 12 are designed to be easily attached and can be soldered to a printed circuit board (PCB) or the like. The active sensor portion is shielded and is less susceptible to RFI / EMI noise. The piezoelectric film 11 is PVDF, and the weight of the weight to be detected can be changed so that different frequency responses and sensitivities can be selected. When an inertial force is applied to the end of a horizontally mounted beam, the beam is bent due to acceleration in the vertical plane, and the piezoelectric device responds by distorting the beam, which is detected as a charge or voltage output from the sensor electrode. Is done. The MiniSense 100 is originally a low-pass filter, so if it can be adjusted to the frequency generated by timpani, almost no electronic circuit filter is required. Also, since there is a resonance frequency, it is conceivable to use a resonance portion with high sensitivity.
圧電フィルムセンサは、ティンパニの中心付近に設置するのが好ましい。叩いた反対側にセンサを張り付けると振動が制限されるためである。ティンパニの真中は理論的には殆ど振動しない部分ではあるが、実際にはセンサで検出するのに十分な程度は振動していることが後述の測定結果より確認できた。
圧電フィルムセンサの構造と共振周波数の変化は、図9に示す相関関係がある。すなわち、共振周波数の上下は、おもりの重さ、おもりとピンの距離、圧電フィルムの硬さとそれぞれ相関関係が認められる。
The piezoelectric film sensor is preferably installed near the center of the timpani. This is because vibration is limited when a sensor is attached to the opposite side of the strike. The center of the timpani is a portion that theoretically hardly vibrates, but in fact, it was confirmed from the measurement results described later that it vibrates sufficiently to be detected by the sensor.
The structure of the piezoelectric film sensor and the change in the resonance frequency have a correlation shown in FIG. That is, the upper and lower resonance frequencies correlate with the weight of the weight, the distance between the weight and the pin, and the hardness of the piezoelectric film.
実施例1と同じデータロガーおよびその専用PCソフトを用いて、Aの音(220Hz)を圧電フィルムセンサにより測定した。
図10は、Aの音(220Hz)をおもりの重さを変えて測定した場合の電圧変化を示すグラフである。図10(A)では2個のおもり(約0.24g)を圧電フィルム先端に配置し、図10(B)では1個のおもり(約0.12g)を圧電フィルム先端に配置し、図10(C)ではおもり無しで測定を行った。
図11は図10をフーリエ変換して得られた周波数スペクトルのグラフである。図11(A)および(B)ではAの音に近い223Hz付近に大きなピークが見られる。なお、164Hz付近にもピークが見られるが、これは叩いたときの衝撃によるものと推測される。図11(C)では、224Hz付近に加え、166Hzおよび336Hzにそれより小さなピークが観測できる。ここで、336Hzのピークが新たにでてきたが、これは基本周波数の1オクターブ下の112Hzの3倍音なので、これが観測できても不思議なことではない。
図10および図11から、カンチレバータイプの圧電フィルムセンサによれば、増幅器を用いずとも高い出力を得られることが確認された。
Using the same data logger as in Example 1 and its dedicated PC software, the sound of A (220 Hz) was measured with a piezoelectric film sensor.
FIG. 10 is a graph showing a change in voltage when the sound A (220 Hz) is measured while changing the weight of the weight. In FIG. 10A, two weights (about 0.24 g) are arranged at the tip of the piezoelectric film, and in FIG. 10B, one weight (about 0.12 g) is arranged at the tip of the piezoelectric film. In (C), the measurement was performed without a weight.
FIG. 11 is a graph of a frequency spectrum obtained by Fourier transform of FIG. In FIGS. 11A and 11B, a large peak is observed in the vicinity of 223 Hz close to the sound of A. A peak is also observed in the vicinity of 164 Hz, which is presumed to be due to an impact when hit. In FIG. 11C, in addition to the vicinity of 224 Hz, smaller peaks can be observed at 166 Hz and 336 Hz. Here, a new peak at 336 Hz has appeared. This is a third overtone of 112 Hz, which is one octave below the fundamental frequency, so it is not strange that this can be observed.
From FIG. 10 and FIG. 11, it was confirmed that the cantilever type piezoelectric film sensor can obtain a high output without using an amplifier.
実施例3と同じ条件で、Gの音(97Hz)をおもりの重さを変えて測定した。
図12は、Gの音(97Hz)をおもりの重さを変えて測定した場合の電圧変化を示すグラフである。図12(A)では2個のおもり(約0.24g)を圧電フィルム先端に配置し、図12(B)では1個のおもり(約0.12g)を圧電フィルム先端に配置し、図12(C)ではおもり無しで測定を行った。
図11は図12をフーリエ変換して得られた周波数スペクトルのグラフである。図13(A)および(B)ではGの音に近い97Hz付近に大きなピークが見られる。なお、ここでは余韻をフーリエ変換しても比率に変化はなかった。図13(C)では、97Hz付近にピークを観測することができなかった。これは、おもり無しの場合、高い周波数成分しか拾えないためである。
図12および図13から、おもりの重さと共振周波数の変化に相関関係があることが確認された。また、Gの音は周波数が低いため、この製品のおもりとピンの距離、圧電フィルムの硬さでは、おもり無しでは測定が難しいことが確認された。
なお、実施例3と比べ1オクターブ下のAの音(110Hz)においても同様の傾向が観測され、おもり無しでは測定が難しいことが確認された。
Under the same conditions as in Example 3, the G sound (97 Hz) was measured by changing the weight of the weight.
FIG. 12 is a graph showing a change in voltage when G sound (97 Hz) is measured by changing the weight of the weight. In FIG. 12A, two weights (about 0.24 g) are arranged at the tip of the piezoelectric film, and in FIG. 12B, one weight (about 0.12 g) is arranged at the tip of the piezoelectric film. In (C), the measurement was performed without a weight.
FIG. 11 is a graph of a frequency spectrum obtained by Fourier transform of FIG. In FIGS. 13A and 13B, a large peak is seen in the vicinity of 97 Hz close to the G sound. Here, the ratio did not change even when the reverberation was Fourier transformed. In FIG. 13C, no peak could be observed near 97 Hz. This is because when there is no weight, only high frequency components can be picked up.
From FIG. 12 and FIG. 13, it was confirmed that there is a correlation between the weight of the weight and the change in the resonance frequency. In addition, since the sound of G has a low frequency, it was confirmed that it was difficult to measure the distance between the weight of the product and the pin and the hardness of the piezoelectric film without the weight.
In addition, the same tendency was observed in the sound A (110 Hz) one octave lower than in Example 3, and it was confirmed that measurement was difficult without a weight.
実施例5は、湾曲させた圧電フィルムセンサを有するティンパニの調律装置に関する。
本実施例の圧電センサ10は、U字状に湾曲した圧電フィルム11と、圧電フィルム11の上面が固定されたアーム14と、アーム14に連結された棒状体からなる支持部15と、支持部15の下方に設けられた固定部16とを備える。この圧電センサ10は、固定部16から延出される図示しない信号線により、実施例1の第1および第2の増幅器に接続されて使用される。圧電フィルム11は、上面、下面および湾曲部を有し、上面と下面が略水平となる体勢において、下面がティンパニのヘッド21に当接する状態で使用される。ここで、上面と下面の長さは同じ長さである必要はなく、下面の一定面積がヘッド21に当接すれば足りる。
Example 5 relates to a timpani tuning device having a curved piezoelectric film sensor.
The piezoelectric sensor 10 of this embodiment includes a piezoelectric film 11 curved in a U-shape, an arm 14 to which the upper surface of the piezoelectric film 11 is fixed, a support portion 15 formed of a rod-like body connected to the arm 14, and a support portion. 15, and a fixing portion 16 provided below 15. The piezoelectric sensor 10 is used by being connected to the first and second amplifiers of the first embodiment by a signal line (not shown) extending from the fixed portion 16. The piezoelectric film 11 has an upper surface, a lower surface, and a curved portion, and is used in a state in which the lower surface is in contact with the timpani head 21 in a posture where the upper surface and the lower surface are substantially horizontal. Here, the lengths of the upper surface and the lower surface do not have to be the same length, and it is sufficient if a certain area of the lower surface contacts the head 21.
図14に示すように、圧電センサ10は、固定部16によりティンパニのチューニングボルトやフレーム等に着脱自在に固定することができる。本実施例の固定部16は、ティンパニのチューニングボルト22をバネ付勢された顎により掴持する器具である。圧電センサ10は、圧電フィルム11の下面がティンパニのヘッド21に当接する位置に取り付けられる。ここで、支持部15は、ネジ等により棒状体の長さを調節できるように構成することが好ましい。
アーム14は、圧電フィルム11がヘッド21の外周(締め枠)から所定の距離に位置する長さに構成される。
図15は、本実施例の圧電センサ10による出力をフーリエ変換して得られた周波数スペクトルのグラフである。図15(A)はGの音を、図15(B)ではEの音を測定した結果を示すところ、前者では98Hzにピークが見られ、後者では82Hzにピークが見られ、良好な測定結果が得られることが確認された。
As shown in FIG. 14, the piezoelectric sensor 10 can be detachably fixed to a timpani tuning bolt, a frame, or the like by a fixing portion 16. The fixing portion 16 of the present embodiment is an instrument that holds the tuning bolt 22 of the timpani with a spring-biased jaw. The piezoelectric sensor 10 is attached to a position where the lower surface of the piezoelectric film 11 contacts the timpani head 21. Here, it is preferable that the support portion 15 is configured so that the length of the rod-shaped body can be adjusted by a screw or the like.
The arm 14 is configured to have such a length that the piezoelectric film 11 is located at a predetermined distance from the outer periphery (tightening frame) of the head 21.
FIG. 15 is a graph of a frequency spectrum obtained by Fourier transforming the output from the piezoelectric sensor 10 of the present example. 15A shows the result of measuring the sound of G and FIG. 15B shows the result of measuring the sound of E. The former shows a peak at 98 Hz, and the latter shows a peak at 82 Hz. It was confirmed that
測定可能な周波数は、圧電フィルム11とヘッド21との位置関係により異なる。すなわち、圧電フィルム11のヘッド21の外周からの距離を変えることにより、測定可能な周波数が異なるものとなる。そのため、ティンパニの半径の範囲でアーム14の長さをネジ等により長さを調節できるように構成することが好ましい。また、ティンパニ毎にアーム14の最適長さは異なるため、各メーカーの特定の型番に対応した長さのアーム14を有する圧電センサ10を提供するようにしてもよい。 The measurable frequency varies depending on the positional relationship between the piezoelectric film 11 and the head 21. That is, by changing the distance from the outer periphery of the head 21 of the piezoelectric film 11, the measurable frequency is different. Therefore, it is preferable that the length of the arm 14 be adjusted by a screw or the like within the timpani radius range. Further, since the optimum length of the arm 14 is different for each timpani, the piezoelectric sensor 10 having the arm 14 having a length corresponding to a specific model number of each manufacturer may be provided.
図16は、図14のi〜ivの各位置においてGの音を測定した際の出力をフーリエ変換して得られた周波数スペクトルのグラフである。同図から分かるように、測定となる周波数(98Hz)以外のピークの出方が、測定位置(締め枠からの距離)によって異なることが分かる。すなわち、最適な測定位置(同図においてはiiiの位置)を選択することにより、測定対象となる周波数を低ノイズで測定できることを確認することができる。 FIG. 16 is a graph of a frequency spectrum obtained by Fourier-transforming the output when the G sound is measured at each position i to iv in FIG. As can be seen from the figure, it can be seen that how peaks appear other than the frequency (98 Hz) to be measured differs depending on the measurement position (distance from the fastening frame). That is, it is possible to confirm that the frequency to be measured can be measured with low noise by selecting the optimum measurement position (position iii in the figure).
1 上部電極
2 圧電材料
3 下部電極
4 配線+
5 配線−
10 圧電センサ
11 圧電フィルム
12 ピン
13 おもり
14 アーム
15 支持部
16 固定部
20 ティンパニ
21 ヘッド
22 チューニングボルト
23 フレーム
24 ケトル
1 Upper electrode 2 Piezoelectric material 3 Lower electrode 4 Wiring +
5 Wiring-
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Piezoelectric sensor 11 Piezoelectric film 12 Pin 13 Weight 14 Arm 15 Support part 16 Fixing part 20 Timpani 21 Head 22 Tuning bolt 23 Frame 24 Kettle
Claims (6)
前記圧電センサが固定され、長さを調節可能なアームと、
前記膜鳴打楽器に着脱自在に固定される固定部と、
前記アームと前記固定部とを連結する支持部と、
前記圧電センサから得られた電気信号を増幅して出力する出力回路と、を備えた有音程の膜鳴打楽器の調律装置であって、
前記圧電センサが、湾曲部を有し、下面に前記膜の振動が伝達される圧電フィルムセンサからなり、
前記調律装置が、前記固定部により前記膜鳴打楽器に着脱自在に固定されることを特徴とする有音程の膜鳴打楽器の調律装置。 A flexible sheet-like piezoelectric sensor that converts the vibration of the membrane percussion instrument into an electrical signal;
An arm to which the piezoelectric sensor is fixed and adjustable in length;
A fixing part detachably fixed to the membrane percussion instrument;
A support part for connecting the arm and the fixing part;
An output circuit that amplifies and outputs an electrical signal obtained from the piezoelectric sensor, and a tuning device for a pitched membrane percussion instrument,
The piezoelectric sensor comprises a piezoelectric film sensor having a curved portion and transmitting vibrations of the film to the lower surface,
The tuning device is the fixed portion by the film chromatic pitch of a film is detachably fixed to the ringing percussion characterized Rukoto ringing percussion tuning device.
処理部による判別結果を表示する表示部と、を備えることを特徴とする請求項1の有音程の膜鳴打楽器の調律装置。 Furthermore, a processing unit that processes an electrical signal obtained from the piezoelectric sensor to determine a pitch name;
Tuning device tinnitus chromatic pitch of the film of claim 1, characterized in that it comprises: a display unit for displaying the determination result by the processing unit, the percussion.
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