JP6135497B2 - 楽器の振動検出機構及び楽器用の振動センサユニット - Google Patents

Description

本発明は、振動部材の振動を検出する、楽器の振動検出機構及び楽器用の振動センサユニットに関する。

従来、楽器において振動する振動部材の振動を検出することが知られている。例えば、ピアノにおいては演奏等によって弦が振動し、それに伴い響板等の振動部材が振動する。ピアノの演奏等を記録し、後で再生するために、ピアノにセンサを配設して振動部材の振動を検出する。下記特許文献１では、響板に振動センサを取り付け、振動波形を検出している。響板は主にその平面方向に垂直な方向を主振動方向として振動するため、下記特許文献１では、専ら響板の主振動方向の振動を検出する。

ところが、例えば響板は、主振動方向だけでなく、主振動方向に垂直な平面方向にも振動し、これら３軸方向の複雑な振動が合成されて豊かな音響となっている。そのため、原音に忠実な音を再現しようとする場合、主振動方向だけでなく平面方向の振動も併せて検出するのが好ましい。３軸方向の振動を検出するためのセンサを既存のアコースティックピアノに取り付ける場合、例えば、下記特許文献２に示されるような３軸センサを利用することが考えられる。

特開２００３−１８６４７６号公報 特開昭６３−１１８６６７号公報

しかしながら、市販の３軸センサでは通常、３つの方向に関するセンサの感度が共通である。その一方、響板の振動は主振動方向に比べて平面方向への振幅が小さい。そのため、一般的な３軸センサを取り付けて３軸方向の振動を検出するためには、感度を主振動方向の検出に合わせる必要がある。そうすると、平面方向の振動検出信号のＳ／Ｎ比が低下し、リアルな音響の再現が困難になる。従って、３軸方向の各々について高品位の振動検出が困難となる。

また、センサの取り付け作業は容易であることが望ましく、特に方向決めについても特別な技能を要しない構成であることが望ましい。さらに、振動の検出対象にしたい振動部材は響板とは限らないため、センサが取り付けられる振動部材に合わせて、３軸方向の各々のセンサの感度の設定に自由度が高いことが望ましい。

本発明は上記従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、楽器における振動部材の複雑な振動を高品位に検出することができる楽器の振動検出機構及び楽器用の振動センサユニット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の請求項１の楽器の振動検出機構は、振動部材（１２、１３、１４、１６）の、主振動方向である第１の方向（Ｆ１）の振動を検出するための第１のセンサ（Ｓ１）と、前記振動部材の、前記第１の方向に垂直な第２の方向（Ｆ２）の振動を検出するための第２のセンサ（Ｓ２）と、前記振動部材の、前記第１の方向及び前記第２の方向の双方に垂直な第３の方向（Ｆ３）の振動を検出するための第３のセンサ（Ｓ３）とを有し、前記第２のセンサの感度は前記第１のセンサの感度よりも高く、且つ前記第３のセンサの感度は前記第１のセンサの感度よりも高いことを特徴とする。

好ましくは、前記振動部材は響板（１２）であり、前記第２のセンサは、前記響板に固定された固定部材（３０）における、前記第２の方向に略垂直な面（Ｐ２）に取り付けられ、前記第２の方向は、前記響板への前記固定部材の取り付け位置における前記響板の木目方向（２１）に略平行である。

好ましくは、前記振動部材は響板（１２）であり、前記第１のセンサは、平面視において駒（１４）と重なるように、前記響板または前記響板に固定された部材（３０、２４）における、前記第１の方向に略垂直な面（Ｐ１、１２ａ、２４ａ）に取り付けられる。

好ましくは、基材（３０）と、前記基材における互いに略垂直な第１の面（Ｐ１）、第２の面（Ｐ２）及び第３の面（Ｐ３）にそれぞれ配置された前記第１のセンサ、前記第２のセンサ及び前記第３のセンサとを有して一体に構成されたセンサユニット（ＵＴ）を有し、前記第１の面が前記第１の方向と略垂直となるように、前記センサユニットの前記基材が前記振動部材（１２、１３、１４、１６）または前記振動部材に固定された部材（２２、２４）に取り付けられる。

上記目的を達成するために本発明の請求項５の楽器用の振動センサユニットは、一体に構成され、楽器に取り付けられることで、前記楽器において振動部材（１２、１３、１４、１６）の３軸方向の振動を検出する、楽器用の振動センサユニット（ＵＴ）であって、前記振動部材または前記振動部材に固定された部材（２２、２４）における主振動方向である第１の方向（Ｆ１）に略垂直な面（１２ａ、１３ａ、１６ａ、２２ａ、２４ａ）に取り付けられるための取付面（Ｐ０）と、前記取付面に略平行な第１の面（Ｐ１）と、前記第１の面に略垂直な第２の面（Ｐ２）と、前記第１の面及び前記第２の面の双方に対して略垂直な第３の面（Ｐ３）と、前記第１の面に取り付けられ、前記振動部材の、前記第１の方向の振動を検出するための第１のセンサ（Ｓ１）と、前記第２の面に取り付けられ、前記振動部材の、前記第１の方向に垂直な第２の方向の振動を検出するための第２のセンサ（Ｓ２）と、前記第３の面に取り付けられ、前記振動部材の、前記第１の方向及び前記第２の方向の双方に垂直な第３の方向の振動を検出するための第３のセンサ（Ｓ３）とを有し、前記第２のセンサの感度は前記第１のセンサの感度よりも高く、且つ前記第３のセンサの感度は前記第１のセンサの感度よりも高いことを特徴とする。

なお、上記括弧内の符号は例示である。

本発明の請求項１によれば、楽器における振動部材の複雑な振動を高品位に検出することができる。

請求項２、３によれば、振動の検出精度を高めることができる。

請求項４によれば、３軸方向の振動を適切に検出できるようなセンサの取り付けが容易になる。

請求項５によれば、楽器における振動部材の複雑な振動を高品位に検出することができる。また、３軸方向の振動を適切に検出できるようなセンサの取り付けが容易になる。

本発明の一実施の形態に係る振動検出機構ないし振動センサユニットが適用される楽器の主要部の平面図である。 センサユニットの斜視図（図（ａ）、（ｂ））、振動検出時の信号の流れを示す図（図（ｃ））である。 センサユニットの響板への取り付け例を示す、演奏者側から見た図（図（ａ））、響板に取り付けられたセンサユニットの裏面図（図（ｂ））である。 センサユニットの取り付けの変形例を示す図である。 センサを個別に取り付ける例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る振動検出機構ないし振動センサユニットが適用される楽器の主要部の平面図である。この楽器は一例としてピアノ１０として構成される。ピアノ１０は一例としてアコースティックグランドピアノであり、図１では、屋根、弦、鍵盤等の図示が省略されている。

このピアノ１０は、公知の構成のものであり、側板１３、響板１２、フレーム１１、長駒１４、短駒１５、複数の響棒１６等を備える。ピアノ１０には、センサユニットＵＴが配設される。このセンサユニットＵＴは、ピアノ１０の出荷前に取り付けてもよいが、製品購入後にユーザが取り付けてもよい。センサユニットＵＴは、少なくとも１つ配設されるが、配設数は限定されず、図１の例では３つ配設されている。

センサユニットＵＴは、ピアノ１０の弦の振動に伴い振動する振動部材の振動を検出するためのセンサを有したものであり、本実施の形態として図１〜図３で示す構成では、検出対象の振動部材として響板１２が例示される。

複数の弦は、フレーム１１において、ピッチピンとチューニングピンとによって、アグラフ１７から長駒１４または短駒１５にかけて張設される。弦は、演奏操作によりハンマに打撃されて振動し、その振動が長駒１４、短駒１５を介して響板１２に伝わる。長駒１４、短駒１５は、響板１２の上面に配置固定される。複数の響棒１６は響板１２の下面に固定され、互いに平行に配置される。

図２（ａ）、（ｂ）は、センサユニットＵＴの斜視図である。センサユニットＵＴは、木材等でなる直方体型の基材３０を有し、基材３０にピエゾ素子等でなる３つのセンサＳ１、Ｓ２、Ｓ３が配設される。基材３０は、響板１２等の振動部材へ取り付けられるための取付面Ｐ０を有し、取付面Ｐ０には図示しない両面テープが施されている。取付面Ｐ０の反対側の面が、取付面Ｐ０と平行な第１の面Ｐ１である。さらに基材３０は、第１の面Ｐ１に略垂直な第２の面Ｐ２と、第１の面Ｐ１及び第２の面Ｐ２の双方に対して略垂直な第３の面Ｐ３を有する。

第１の面Ｐ１、第２の面Ｐ２、第３の面Ｐ３に、それぞれセンサＳ１、Ｓ２、Ｓ３は貼着等により固定される。センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３はそれぞれ、面Ｐ１、面Ｐ２、面Ｐ３に垂直な各方向の振動を検出するのに用いられる。３つのセンサユニットＵＴの構成はいずれも同様である。

図２（ｃ）は、センサユニットＵＴによる振動検出時の信号の流れを示す図である。センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３からの検出信号は、それぞれアンプ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃで増幅されて記録部２０に記録される。あるいは、アンプ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃの出力をミキサ１９で混合して外部に出力してもよい。複数のセンサユニットＵＴの検出信号をさらに合成して記録あるいは出力してもよい。

なお、アンプ１８及びミキサ１９はセンサユニットＵＴに内蔵してもよい。記録部２０についても、センサユニットＵＴに内蔵してもよい。記録部２０に記録された信号は、後で、音響の再現に利用される。

センサユニットＵＴは、ピアノにおける振動部材に取り付けて振動を３軸方向に検出するためのものである。振動部材は最も大きく振動する（振幅が大きい）方向が決まっており、それを主振動方向とする。振動部材は、主振動方向に垂直な方向には主振動方向よりも小さく振動する。３つのセンサのうち、センサＳ１については、振動部材の主振動方向の振動を検出することが想定され、センサＳ２、Ｓ３については、主振動方向とは垂直な２軸方向の振動を検出することが想定されている。そのため、センサ感度は、センサＳ２、Ｓ３は同じであるが、センサＳ２、Ｓ３の方がセンサＳ１の感度よりも高く設定されている。

これは、リアルな音響の再現を可能にするためである。振動部材は主振動方向に最も大きく振動するので、検出信号が飽和しないようにセンサＳ１の感度は低く設定する。一方、主振動方向に垂直な２軸方向への振動は主振動方向よりも小さいので、検出信号は主振動方向に比し弱い。そのため、検出信号のＳ／Ｎ比の低下を回避するために感度を高く設定する。検出対象が例えば響板１２のような板状部である場合、センサＳ２、Ｓ３とセンサＳ１との感度の比として、少なくとも２倍以上の差異を設けるのが望ましい。センサＳ２とセンサＳ３の感度は必ずしも同一でなくてもよい。

図３（ａ）は、センサユニットＵＴの響板１２への取り付け例を示す、演奏者側から見た図である。図３（ｂ）は、響板１２に取り付けられたセンサユニットＵＴの裏面図である。

センサユニットＵＴで響板１２の振動を検出する場合、取付面Ｐ０を響板１２の下面１２ａに貼着固定する。それにより、第１の面Ｐ１は下方を向く。第２の面Ｐ２、第３の面Ｐ３を水平方向のどちらに向けるかについての限定はない。しかし、響板１２が有する木目２１の延伸方向に第２の面Ｐ２または第３の面Ｐ３が垂直になるように配置するのが好ましい。これは、響板１２における平面方向への振動は、木目２１を跨ぐ方向よりも木目２１に沿った方向に伝搬しやすいからである。

図３の例では、第２の面Ｐ２が、基材３０の響板１２への取り付け位置における木目２１の方向と略垂直となるように配置している。響板１２の主振動方向である上下方向を第１の方向Ｆ１とする。木目２１の方向を第２の方向Ｆ２とし、第１の方向Ｆ１及び第２の方向Ｆ２に垂直な方向を第３の方向Ｆ３とする。センサＳ１は響板１２の方向Ｆ１、センサＳ２は響板１２の方向Ｆ２、センサＳ３は響板１２の方向Ｆ３の振動を、それぞれ検出する。

ここで、響棒１６は、木目方向とは概ね垂直となる方向を長手方向としている。従って、第３の面Ｐ３に略垂直な第３の方向Ｆ３は響棒１６の長手方向とは略平行である。また、センサユニットＵＴの水平方向における配置位置については、好ましくは、平面視において長駒１４と重なるように配置される（図１参照）。弦から伝達される振動が長駒１４を介して響板１２に伝達されるため、長駒１４の下方における響板１２の下面に明瞭な振動が現れるからである。なお、センサユニットＵＴは、平面視で長駒１４でなく短駒１５と重なるように配置してもよい。

ところで、基材３０は、音色コントロールに適した周波数特性を有する材質とするのが好ましく、木材に限定されるものではない。また、センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３を基材３０に直接貼着するのではなく、適切な周波数特性を有する別部材を介在させて基材３０に固定してもよい。

本実施の形態によれば、センサＳ２、Ｓ３の感度をセンサＳ１の感度よりも高くすることにより、響板１２の主振動方向である第１の方向Ｆ１の振幅にセンサＳ１の感度を合わせて第１の方向Ｆ１の振動を適切に検出することができる。それと共に、第１の方向Ｆ１とは異なる方向の振幅にセンサＳ２、Ｓ３の感度を合わせて、それぞれ第２の方向Ｆ２、第３の方向Ｆ３の振動を検出するので、第２の方向Ｆ２、第３の方向Ｆ３の振動の検出信号のＳ／Ｎ比の低下を回避できる。よって、響板１２の３軸方向の各々について精度の高い振動検出が可能となり、複雑な振動を高品位に検出することができるので、リアルな音響の再現が可能となる。

また、第２の方向Ｆ１は、響板１２への基材３０の取り付け位置における響板１２の木目方向に略平行である。これにより、振動は木目方向に伝搬しやすいことから振動の検出精度を高めることができる。さらに、第１のセンサＳ１は、平面視において長駒１４と重なる位置に配置される。これにより、長駒１４の下方における響板１２の下面に明瞭な振動が現れることから、振動の検出精度を高めることができる。また、センサユニットＵＴを響板１２に取り付ける際、ユーザは、センサＳ２の向きを響板１２の木目方向に合わせればよいので、水平方向における方向決めに特別な技能を要しない。

また、センサユニットＵＴは、センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３が互いに直交する方向を向くように基材３０に固定されて、取付面Ｐ０を有して一体に構成される。従って、取付面Ｐ０を響板１２の下面１２ａに貼着固定するという簡単な作業により、３軸方向の振動を適切に検出できるようなセンサの取り付けが可能となり、取り付け作業が容易である。

図１、図３では、センサユニットＵＴが響板１２の下面１２ａに取り付けられる構成を例示した。しかし、第１の面Ｐ１が第１の方向Ｆ１と略垂直となるように、振動部材または振動部材に固定された固定部材に基材３０を取り付ければよい。そのような条件を満たす変形例を図４に示す。

まず、図４（ａ）に示すように、振動部材としての響棒１６の下面１６ａに基材３０の取付面Ｐ０を貼着固定する。響棒１６の主振動方向（第１の方向Ｆ１）は響板１２と同じである。あるいは、図４（ｂ）に示すように、振動部材としての長駒１４（または短駒１５）の側面１４ａに固定した別部材２２の上面２２ａに、基材３０の取付面Ｐ０を貼着固定する。長駒１４の主振動方向（第１の方向Ｆ１）は響板１２と同じであり、上面２２ａは第１の方向Ｆ１に略垂直である。

なお、響棒１６や長駒１４は、振動部材として把握できるが、響板１２を振動部材とすれば、基材３０、響棒１６、長駒１４は「振動部材に固定された部材」とみなすこともできる。

あるいは、図４（ｃ）に示すように、振動部材としての側板１３の内面１３ａ（または外面）に、基材３０の取付面Ｐ０を貼着固定してもよい。側板１３の主振動方向（第１の方向Ｆ１）は側板１３の厚み方向となり、響板１２の主振動方向とは略直交している。第２の面Ｐ２、第３の面Ｐ３は、側板１３の厚み方向に垂直で且つ互いに直交する面である。

ところで、図４（ｄ）に示すように、センサユニットＵＴは、基材３０における取付面Ｐ０と第１の面Ｐ１とが面一で実質的に同じ平面の別領域とされる構成であってもよい。この構成においては、例えば、振動部材としての響板１２の下面１２ａに固定された別部材２４の下面２４ａに、基材３０の取付面Ｐ０を貼着固定する。センサＳ１は上側を向くことになるが、響板１２の主振動方向（第１の方向Ｆ１）の振動を検出することができる。

このように、振動の検出対象にしたい振動部材は響板１２とは限らない。しかし、方向ごとの感度設定の自由度が高いので、センサユニットＵＴにおいて、振動検出対象に合わせてセンサＳ１、Ｓ２、Ｓ３の各感度を適切に設定したものを作成することが可能である。

これまでは、３つのセンサを一体化したセンサユニットＵＴを振動部材に取り付ける構成を説明した。しかし、センサＳ２、Ｓ３の感度をセンサＳ１よりも高く設定し、各センサを個別に振動部材または振動部材に固定された部材に取り付けてもよい。そのような変形例を図５で説明する。

まず、図５（ａ）に示すように、振動部材としての響板１２の下面１２ａに、直方体型の別部材２４が固定される。この別部材２４の、方向Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３に垂直な面２４a、２４ｂ、２４ｃにそれぞれセンサＳ１、Ｓ２、Ｓ３を貼着する。あるいは、図５（ｂ）に示すように、センサＳ１については、振動部材としての響棒１６の下面１６ａに貼着してもよい。またセンサＳ２については、振動部材としての長駒１４（または短駒１５）の側面１４ａに貼着してもよい。

あるいは、図５（ｃ）に示すように、センサＳ１については、振動部材としての響板１２の下面１２ａに貼着し、センサＳ２については、振動部材としての響棒１６の側面１６ａに貼着してもよい。あるいは、図５（ｄ）に示すように、振動部材としての響板１２の下面１２ａにセンサＳ１を貼着すると共に、響板１２の下面１２ａに直方体型の別部材２４−２、２４―３を固定する。そして、互いに垂直な別部材２４−２の側面と別部材２４―３の側面とに、それぞれセンサＳ２、Ｓ３を貼着してもよい。

あるいは、図５（ｅ）に示すように、振動部材としての側板１３の内面１３ａ（または外面）にセンサＳ１を貼着すると共に、側板１３の内面１３ａに直方体型の別部材２４−２、２４―３を固定する。そして、側板１３の厚み方向に垂直で且つ互いに垂直な別部材２４−２の面と別部材２４―３の面とに、それぞれセンサＳ２、Ｓ３を貼着してもよい。

なお、本発明の適用対象としてアコースティックグランドピアノを例示したが、アップライトピアノであってもよい。アップライトピアノにおいては、振動部材としての響板の主振動方向（第１の方向Ｆ１）は前後方向となる。

なお、本発明が適用される楽器としてピアノを例示したが、ピアノ以外の楽器であっても、振動部材を有すれば適用可能である。例えば、振動部材としての響板を有するギター等の弦楽器、あるいは、振動部材としての響板を加振器で加振する電子楽器に適用してもよい。

ＵＴ センサユニット、 Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ センサ、 １２ 響板（振動部材）、 １２ａ 下面、 １３ 側板（振動部材）、 １４ 長駒（振動部材）、 １６ 響棒（振動部材）、 ２１ 木目、 ２２、２４ 別部材、 ２２ａ 上面、 ２４ａ 下面、 ３０ 基材（固定部材）、 Ｆ１ 第１の方向、 Ｆ２ 第２の方向、 Ｆ３ 第３の方向、 Ｐ１ 第１の面、 Ｐ２ 第２の面、 Ｐ３ 第３の面

Claims (5)

1. 振動部材の、主振動方向である第１の方向の振動を検出するための第１のセンサと、
   前記振動部材の、前記第１の方向に垂直な第２の方向の振動を検出するための第２のセンサと、
   前記振動部材の、前記第１の方向及び前記第２の方向の双方に垂直な第３の方向の振動を検出するための第３のセンサとを有し、
   前記第２のセンサの感度は前記第１のセンサの感度よりも高く、且つ前記第３のセンサの感度は前記第１のセンサの感度よりも高いことを特徴とする楽器の振動検出機構。
2. 前記振動部材は響板であり、前記第２のセンサは、前記響板に固定された固定部材における、前記第２の方向に略垂直な面に取り付けられ、前記第２の方向は、前記響板への前記固定部材の取り付け位置における前記響板の木目方向に略平行であることを特徴とする請求項１記載の楽器の振動検出機構。
3. 前記振動部材は響板であり、前記第１のセンサは、平面視において駒と重なるように、前記響板または前記響板に固定された部材における、前記第１の方向に略垂直な面に取り付けられたことを特徴とする請求項１または２記載の楽器の振動検出機構。
4. 基材と、前記基材における互いに略垂直な第１の面、第２の面及び第３の面にそれぞれ配置された前記第１のセンサ、前記第２のセンサ及び前記第３のセンサとを有して一体に構成されたセンサユニットを有し、
   前記第１の面が前記第１の方向と略垂直となるように、前記センサユニットの前記基材が前記振動部材または前記振動部材に固定された部材に取り付けられたことを特徴とする請求項１記載の楽器の振動検出機構。
5. 一体に構成され、楽器に取り付けられることで、前記楽器において振動部材の３軸方向の振動を検出する、楽器用の振動センサユニットであって、
   前記振動部材または前記振動部材に固定された部材における主振動方向である第１の方向に略垂直な面に取り付けられるための取付面と、
   前記取付面に略平行な第１の面と、
   前記第１の面に略垂直な第２の面と、
   前記第１の面及び前記第２の面の双方に対して略垂直な第３の面と、
   前記第１の面に取り付けられ、前記振動部材の、前記第１の方向の振動を検出するための第１のセンサと、
   前記第２の面に取り付けられ、前記振動部材の、前記第１の方向に垂直な第２の方向の振動を検出するための第２のセンサと、
   前記第３の面に取り付けられ、前記振動部材の、前記第１の方向及び前記第２の方向の双方に垂直な第３の方向の振動を検出するための第３のセンサとを有し、
   前記第２のセンサの感度は前記第１のセンサの感度よりも高く、且つ前記第３のセンサの感度は前記第１のセンサの感度よりも高いことを特徴とする楽器用の振動センサユニット。

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