JP6707897B2

JP6707897B2 - 楽器

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Publication number: JP6707897B2
Application number: JP2016034402A
Authority: JP
Inventors: 賢一西田
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2016-02-25
Filing date: 2016-02-25
Publication date: 2020-06-10
Anticipated expiration: 2036-02-25
Also published as: JP2017151303A

Description

本発明は、振動体（金属片、弦など）をはじいて発音する楽器に関する。

下記特許文献１に記載されているように、鍵を押すと、前記鍵に組み付けられた爪又は前記鍵に連動して回動するレバーに組み付けられた爪によって振動板がはじかれて発音する楽器は知られている。

特開２００９−２２９５３４号公報

上記従来の楽器においては、振動体の先端部分が爪によって押し上げられて撓められた後、爪が振動体から離れる際の前記振動体の撓み量は、鍵を押す強さ（押鍵速度）に関わらず一定である。そのため、鍵を押す強さ（押鍵速度）を異ならせても、音の強さは略一定である。つまり、鍵を押す強さ（押鍵速度）に応じて音の強弱を制御することが出来ない。よって、楽器としての表現力に乏しい。

本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、振動体をはじいて発音する楽器であって、表現力を向上させた楽器を提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、はじかれて振動する振動体（２１_ｎ）と、前記振動体を一定の強度ではじいて励振する励振手段（１７_ｎ）と、前記振動体の振動波形を検出して前記振動波形を表す振動信号を出力する検出手段（３２_ｎ）と、音量を表す音量情報であって前記振動体の振動とは無関係に設定された音量情報（ＡＭ_ｎ）を取得し、前記音量情報に応じて、前記振動信号を増幅する増幅手段（３３_ｎ）と、前記増幅された振動信号に従って発音する放音手段（３６）と、前記音量をリアルタイムに決定する制御手段（３７）と、備え、前記増幅手段は、前記制御手段から前記決定された音量を表す音量情報を取得し、前記励振手段は、前記振動体をはじく際に所定の方向へ移動する可動部（１１ _ｎ、１７ _ｎ）を有し、前記制御手段は、前記可動部の第１の動作態様に応じて増幅度を増大させ、前記可動部の第２の動作態様に応じて増幅度を減衰させ、前記第１の動作態様に応じて設定された増幅度の大きさに応じて、前記増幅度の減衰時間又は減衰率を設定する、楽器（１）としたことにある。

この場合、前記音量を指定する操作子を備え、前記制御手段は、前記操作子の操作態様に応じて前記音量を決定するとよい。

この場合、前記可動部は、揺動可能に支持された鍵（１１ _ｎ）であり、前記制御手段は、前記鍵が解放されたとき前記音量を所定値に設定するとよい。

上記のように構成した楽器によれば、振動体の振動を表す信号が増幅されて放音手段から音として発せられる。その増幅度は振動体の振動とは無関係に設定された音量情報に従って決定される。前記増幅度を適宜変化させるような音量情報を増幅手段に供給すれば、放音手段から発せられる音の音量を変化させることができる。よって、上記特許文献１の楽器に比べて、本発明に係る楽器の表現力が高い。

振動体を振動させる機構と、増幅度を決定するための操作子とが別々に設けられている場合には、両者の動作タイミングを一致させなければ、振動体の振動波形の変化と増幅度の変化とを同期させることができない。これに対し、本発明によれば、可動部は、振動体を振動させる機構の一部として機能するとともに、増幅度を決定する部品としても機能する。よって、本実施形態の構成によれば、振動体の振動波形の変化と増幅度の変化とを容易に同期させることができる。

本発明の一実施形態に係る楽器の１つの鍵に関する構成を示す斜視図である。図１の楽器の側面図である。連結部材が湾曲する様子を説明する概略図である。サウンドシステムのブロック図である。増幅度の変化を示すグラフである。本発明の変形例に係るサウンドシステムのブロック図である。

本発明の一実施形態に係る楽器１について説明する。楽器１は、図１及び図２に示すように、鍵盤装置１０、音源部２０及びサウンドシステム３０を備える。鍵盤装置１０、音源部２０及びサウンドシステム３０は、楽器１の筐体に固定されている。

鍵盤装置１０は、鍵１１_{ｎ＝Ｃ３，Ｃ＃３，・・・，Ｃ５}、フレーム１２、鍵支持部１３_{ｎ＝Ｃ３，Ｃ＃３，・・・，Ｃ５}、ストッパ１４，１５、コイルばね１６_{ｎ＝Ｃ３，Ｃ＃３，・・・，Ｃ５}、爪１７_{ｎ＝Ｃ３，Ｃ＃３，・・・，Ｃ５}、及び連結部材１８_{ｎ＝Ｃ３，Ｃ＃３，・・・，Ｃ５}を備える。本実施形態では、鍵盤装置１０は、２５個（２オクターブ分）の鍵１１_ｎを備えているが、鍵の数はこれに限られず、任意に設定可能である。なお、以下の説明において、各部品の符号の添え字である「ｎ」は、その部品に割り当てられた音高を表す。

鍵１１_ｎは、前後方向に延設されている。鍵１１_{ｎ＝Ｃ３，Ｃ＃３，・・・，Ｃ５}は、横方向（図２の紙面に垂直な方向）に並べられている。図２に例示する鍵１１_ｎは、ピアノの白鍵と同様の形状を有するが、ピアノの黒鍵と同様の形状を有していても良い。つまり、鍵１１_ｎは、割り当てられた音高に応じた形状を有していれば良い。鍵１１_ｎは、合成樹脂製であり、射出成形法を用いて一体的に形成されている。鍵１１_ｎは、その長手方向における中間部にて、フレーム１２に設けられた鍵支持部１３_ｎに支持されている。フレーム１２は、鍵盤装置１０を構成する部材を支持する。鍵支持部１３_ｎは、横方向（鍵１１_ｎの並び方向）に平行に延びる軸部１３１_ｎを有している。鍵１１_ｎは、軸部１３１_ｎの軸線回りに回動可能に支持されている。鍵１１_ｎの前端部及び後端部の下方には、鍵１１_ｎの回動範囲を規定するストッパ１４，１５がそれぞれ設けられている。ストッパ１４，１５は、合成ゴム、フエルトなどの衝撃吸収部材で構成され、最低音の鍵１１_ｎ＝Ｃ３から最高音の鍵１１_ｎ＝Ｃ５に亘るように横方向に延設されている。鍵１１_ｎの前端部の下方には、コイルばね１６_ｎが設けられている。鍵１１_ｎの前端が下方へ押されると、鍵１１_ｎは軸部１３１_ｎ回り（図２において反時計回り）に回動する。その際、鍵１１_ｎの前端部がコイルばね１６_ｎに当接してコイルばね１６_ｎを押し縮める。そして、鍵１１_ｎの前端部の下面がストッパ１４に当接して、鍵１１_ｎの回動が規制される。つぎに、鍵１１_ｎが解放されると、前記押し縮められたコイルばね１６_ｎの反発力により、鍵１１_ｎの前端部が上方へ押されて、鍵１１_ｎが軸部１３１_ｎ回り（図２において時計回り）に回動する。そして、鍵１１_ｎの後端部の下面がストッパ１５に当接して、鍵１１_ｎの回動が規制される。

鍵１１_ｎの後端部には、振動板２１_ｎをはじく爪１７_ｎが組み付けられている。爪１７_ｎは、楔形状を有する。すなわち、後方へ向かうに従って、その厚さ（上下方向の寸法）が徐々に小さくなっている。鍵１１_ｎの後端部の上面と爪１７_ｎの上面とが薄板状の連結部材１８_ｎによって連結されている。すなわち、連結部材１８_ｎの前側部の下面が鍵１１_ｎの後端部の上面に接合され、連結部材１８_ｎの後側部の下面が爪１７_ｎの前端部の上面に接合されている。自然状態（爪１７_ｎに外力が加えられない状態）において、鍵１１_ｎの上面と爪１７_ｎの上面は、略同一平面内に位置している。連結部材１８_ｎは、可撓性を有する。すなわち、図３に示すように、爪１７_ｎの後端に上方への力が作用すると、連結部材１８_ｎの後側部が上側へ湾曲するように変形し、爪１７_ｎの上面が鍵１１_ｎの上面に対して傾斜した状態になる。一方、連結部材１８_ｎの後端に下方への力が作用した場合には、爪１７_ｎの前端面が鍵１１_ｎの後端面に当接するので、連結部材１８_ｎは湾曲せず、鍵１１_ｎに対する爪１７_ｎの姿勢は自然状態と同一である。なお、連結部材１８_ｎは、金属製又は合成樹脂製のヒンジであってもよい。また、爪１７_ｎと連結部材１８_ｎとが一体的に形成されていてもよい。

複数の鍵１１_ｎの後方には、音源部２０が配置されている。音源部２０は、振動板２１_{ｎ＝Ｃ３，Ｃ＃３，・・・，Ｃ５}、及び共鳴箱２２を備える。振動板２１_ｎは、鍵１１_ｎの後方に配置されている。振動板２１_ｎは、金属製である。振動板２１_ｎは、本体部２１１_ｎと基端部２１２_ｎとを有する。本体部２１１_ｎは前後方向に延びる板状に形成されている。本体部２１１_ｎの板厚方向が上下方向に一致している。本体部２１１_ｎの長手方向の寸法は、割り当てられた音高に応じて設定されている。すなわち、本体部２１１_ｎの固有周波数が、割り当てられた音高の周波数に対応している。本体部２１１_ｎの後端が基端部２１２_ｎの前端に接続されている。基端部２１２_ｎの幅方向の寸法は、本体部２１１_ｎの幅方向の寸法よりも大きい。基端部２１２_ｎは、共鳴箱２２の上面に固定されている。基端部２１２_ｎが共鳴箱２２に固定された状態において、本体部２１１_ｎは、共鳴箱２２の前端から前方へ突出している。本体部２１１_ｎの前端部は、爪１７_ｎの後端部の少し上方に位置している。鍵１１_ｎが押されて図２において反時計回りに鍵１１_ｎが回動し、爪１７_ｎによって本体部２１１_ｎの前端部がはじかれる。その後、その鍵１１_ｎが解放されて、図２において時計回りに鍵１１_ｎが回動すると、爪１７_ｎが本体部２１１_ｎの前端に当接するが、爪１７_ｎの後端が上方へ押されて連結部材１８_ｎが湾曲する。つまり、爪１７_ｎが本体部２１１_ｎを押さえつけない。そのため、本体部２１１_ｎが振動している最中に、鍵１１_ｎが解放されたとしても、爪１７_ｎが本体部２１１_ｎの振動を停止させたり、大きな異音（ビビリ）を発生させたりすることなく、鍵１１_ｎ及び爪１７_ｎが元の位置（図２の状態）に戻る。

共鳴箱２２は、木製の箱であり、本体部２１１_ｎの振動に共鳴して音を発する。共鳴箱２２は、最低音の鍵１１_ｎ＝Ｃ３の後方に位置する部分から最高音の鍵１１_ｎ＝Ｃ５の後方に位置する部分に亘るように横方向に長く形成されている。ただし、鍵１１_ｎごとに個別の共鳴箱が設けられても良い。

サウンドシステム３０は、図４に示すように、鍵操作検出器３１_{ｎ＝Ｃ３，Ｃ＃３，・・・，Ｃ５}、振動検出器３２_{ｎ＝Ｃ３，Ｃ＃３，・・・，Ｃ５}、プリアンプ３３_{ｎ＝Ｃ３，Ｃ＃３，・・・，Ｃ５}、加算器３４、パワーアンプ３５、スピーカ３６、及び制御部３７、を備える。

鍵操作検出器３１_ｎは、鍵１１_ｎの下方に配置されている。鍵操作検出器３１_ｎは、前後方向に離間した第１スイッチ及び第２スイッチからなる。鍵１１_ｎが押されて、鍵操作検出器３１_ｎの上面が鍵１１_ｎの下面に当接して押圧されると、前記第１スイッチ及び第２スイッチがこの順にオフ状態からオン状態へ切り替わる。両スイッチの状態の切り替わりタイミングの時間差は、押鍵速度に対応している。鍵１１_ｎが解放されると、前記第２スイッチ及び第１スイッチがこの順にオン状態からオフ状態へ切り替わる。両スイッチの状態の切り替わりタイミングの時間差は、離鍵速度に対応している。

振動検出器３２_ｎは、振動板２１_ｎの本体部２１１_ｎの下方に配置されている。振動検出器３２_ｎは、上下方向に延びる棒状の磁石と、その周りに巻かれたコイルからなる。振動検出器３２_ｎの上方にて本体部２１１_ｎが振動すると、その振動に応じて振動検出器３２_ｎの周辺（とくに上方）の磁界が変動する。その磁界の変動に応じた電流がコイルに流れる。このコイルに流れる電流が本体部２１１_ｎの振動波形を表す振動信号ＶＳ_ｎとしてプリアンプ３３_ｎに供給される。

プリアンプ３３_ｎは、後述する制御部３７によって設定された増幅度ＡＭ_ｎに応じて振動信号ＶＳ_ｎを増幅して加算器３４に供給する。加算器３４は、各プリアンプ３３_{ｎ＝Ｃ３，Ｃ＃３，・・・，Ｃ５}から供給された信号を加算してパワーアンプ３５に供給する。パワーアンプ３５は、加算器３４から供給された信号を増幅してスピーカ３６に供給する。スピーカ３６は、パワーアンプ３５から供給された信号に従って放音する。

制御部３７は、演算部、記憶部、タイマーなどを備えたコンピュータである。制御部３７は、各鍵操作検出器３１_ｎの前記２つのスイッチの状態の切り替わりタイミングに基づいて、各鍵１１_ｎの押鍵速度及び離鍵速度を計算する。制御部３７は、前記計算した押鍵速度及び離鍵速度に応じて増幅度ＡＭ_ｎを決定してプリアンプ３３_ｎに供給する。具体的には、図５に示すように、初期状態（電源投入時）のタイミングＴ_０において、制御部３７は、増幅度ＡＭ_ｎを「０」に設定する。制御部３７は、鍵１１_ｎが押されたこと（前記第２スイッチがオフ状態からオン状態に切り替わったこと）を検出したタイミングＴ_１にて、鍵１１_ｎの押鍵速度に応じて、増幅度ＡＭ_ｎを変更する。すなわち、押鍵速度が大きいほど、増幅度ＡＭ_ｎが大きく設定される。なお、制御部３７は、鍵１１_ｎが押されたことを検出し次第、即座に増幅度ＡＭ_ｎを押鍵速度に応じた値に設定する。すなわち、増幅度ＡＭ_ｎの立ち上がり速度は押鍵速度に関わらず一定である。つぎに、制御部３７は、鍵１１_ｎが解放されたことを検出したタイミングＴ_２にて、増幅度ＡＭ_ｎを減衰開始させて「０」に設定する。鍵１１_ｎの離鍵速度に応じて、減衰時間が設定される。すなわち、離鍵速度が大きいほど、増幅度ＡＭ_ｎが「０」に達するまでの時間ｐｔ_ｎ（減衰時間）が小さく設定される。

上記のように構成した楽器１によれば、振動板２１_ｎの振動を表す信号が増幅されてスピーカ３６から音として発せられる。そして、鍵１１_ｎの操作態様（押鍵速度及び離鍵速度）に応じて増幅度ＡＭ_ｎが変化する。よって、上記特許文献１の楽器に比べて楽器１の表現力が高い。

また、振動板２１_ｎを振動させる機構と、増幅度ＡＭ_ｎを決定するための操作子とが別々に設けられている場合には、両者の動作タイミングを一致させなければ、振動板２１_ｎの振動波形（振幅）の変化と増幅度ＡＭ_ｎの変化とを同期させることができない。これに対し、本実施形態の鍵１１_ｎは、振動板２１_ｎを振動させる機構の一部として機能するとともに、増幅度ＡＭ_ｎを決定するための操作子としても機能する。つまり、増幅度ＡＭ_ｎが鍵１１_ｎの操作態様に応じてリアルタイムに制御される。よって、本実施形態の構成によれば、振動板２１_ｎの振動波形（振幅）の変化と増幅度ＡＭ_ｎの変化とを容易に同期させることができる。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

上記実施形態は、金属製の振動板２１_ｎをはじいて発音させる楽器に本発明を適用した例である。しかし、本発明はこれに限られず、例えば、弦をはじいて発音させる楽器にも適用可能である。

また、オルゴール、ハープシコードなどにおいて、振動体をはじく際の振動体の撓みが大きいほど音量は大きくなり、且つその音の高調波成分が大きくなる。そこで、例えば、図６に示すように、プリアンプ３３_ｎと加算器３４との間に低域通過型、低域遮断型などのフィルタＦＬ_ｎを設け、フィルタＦＬ_ｎのカットオフ（通過帯域）周波数を押鍵速度に応じて設定してもよい。例えば、低域通過型のフィルタＦＬ_ｎを採用した場合において、押鍵速度が大きいほど、カットオフ周波数を高く設定する。これによれば、押鍵速度に応じて、音量のみならず、音色も変更することができる。

また、例えば、上記実施形態では、鍵１１_ｎの離鍵速度に応じて増幅度ＡＭ_ｎの減衰時間が決定される。しかし、増幅度ＡＭ_ｎの減衰時間が一定であっても良い。また、制御部３７は、鍵１１_ｎが解放されたことを検出したとき、増幅度ＡＭ_ｎを徐々に小さくしていくのではなく、増幅度ＡＭ_ｎを即座に「０」に設定しても良い。また、鍵１１_ｎの離鍵速度に応じて増幅度ＡＭ_ｎの減衰率が決定されてもよい。例えば、離鍵速度が大きいほど、減衰率を大きく設定する。

また、楽器１は、従来の電子楽器と同様のダンパーペダルを備えていても良い。この場合、制御部３７は、ダンパーペダルのオン・オフ状態を検出する。制御部３７は、鍵１１_ｎが解放され、且つダンパーペダルがオフ状態であるとき、増幅度ＡＭ_ｎを初期状態に戻す。すなわち、鍵１１_ｎが解放されたとしても、ダンパーペダルが踏まれていれば（オン状態であるとき）、制御部３７は、増幅度ＡＭ_ｎの値を、押鍵速度に応じて設定された値から変更しない。

また、振動板２１_ｎをはじく機構（鍵盤装置１０）の構成は、上記実施形態に限られない。たとえば、上記特許文献１に記載の鍵盤装置のように、円盤の周囲に爪が設けられた部材を一定の方向に回転させる機構を備えた鍵盤装置を採用しても良い。また、鍵１１_ｎに代えて、スライドレバー、押しボタンスイッチなどを採用しても良い。

また、上記実施形態では、鍵１１_ｎの押鍵速度及び離鍵速度に応じて増幅度ＡＭ_ｎが制御される。すなわち、鍵１１_ｎは、振動板２１_ｎをはじく機構の一部として機能するとともに、増幅度ＡＭ_ｎを決定する操作子として機能する。しかし、楽器１が、鍵１１_ｎとは異なる操作子を備え、前記操作子の操作態様に応じて増幅度ＡＭ_ｎを設定しても良い。例えば、楽器１は、前記操作子として、ホイール、レバーなどを備え、それらの指標の位置（指示値）、操作速度などに応じて、増幅度ＡＭ_ｎを決定しても良い。

また、鍵操作検出器３１_ｎの構成は、上記実施形態に限られない。例えば、鍵１１_ｎの押鍵深さ、揺動角度などを検出する検出器を鍵操作検出器３１_ｎとして用いてもよい。また、振動検出器３２_ｎの構成は、上記実施形態に限られない。例えば、本体部２１１_ｎの歪を検出する検出器を振動検出器３２_ｎとして用いてもよい。また、爪１７_ｎの位置（先端部の高さ）を検出する検出器を設け、鍵１１_ｎが押されたとき、爪１７_ｎが所定の位置に到達したことを検出したタイミングにて、制御部３７が増幅度ＡＭ_ｎを押鍵速度に応じた値に変更しても良い。

また、楽器１は、予め設定された発音情報（曲データ）に従って鍵１１_ｎを駆動するアクチュエータを備えていても良い。また、楽器１は、予め設定された発音情報に従って振動板２１_ｎを直接的にはじくアクチュエータを備えていても良い。これらの場合、制御部３７は、予め設定された音量情報を記憶する記憶装置を備えていても良い。そして、制御部３７は、前記発音情報に同期して、前記音量情報を読み出して、前記読み出した音量情報に従って増幅度ＡＭ_ｎを変化させても良い。

また、上記実施形態においては、楽器１は、振動板２１_{ｎ＝Ｃ３，Ｃ＃３，・・・，Ｃ５}にそれぞれ対応したプリアンプ３３_{ｎ＝Ｃ３，Ｃ＃３，・・・，Ｃ５}を備えている。しかし、プリアンプ３３の数が振動板２１の数よりも少なくても良い。この場合、所定のルールに従って、振動板２１に対してプリアンプ３３を割り当てればよい。例えば、振動中の振動板２１のうち、振動開始時刻が最も古い振動板２１に割り当てられたプリアンプ３３を、新たに振動開始した振動板２１に割り当てるとよい。

また、上記実施形態では、楽器１は、共鳴箱２２を備えているが、共鳴音が不要である場合には、共鳴箱２２を削除しても良い。この場合、振動板２１_ｎを支持する支持部材を設ければよい。例えば、前記支持部材として、左右方向に延びるレール状の部材を設ければよい。また、例えば、前記支持部材として、振動板２１_ｎごとに、上下方向に延びる柱状の部材を設けても良い。

また、楽器１は、従来の電子楽器と同様に、電子的に合成された楽音を発生する装置を備え、前記振動板２１_ｎの振動を増幅して得られた楽音と、前記電子的に合成された楽音とが同時にスピーカ３６から放音されてもよい。

１・・・楽器、１０・・・鍵盤装置、１１_ｎ・・・鍵、１２・・・フレーム、１３_ｎ・・・鍵支持部、１４，１５・・・ストッパ、１７_ｎ・・・爪、１８_ｎ・・・連結部材、２０・・・音源部、２１_ｎ・・・振動板、２２・・・共鳴箱、３０・・・サウンドシステム、３１_ｎ・・・鍵操作検出器、３２_ｎ・・・振動検出器、３３_ｎ・・・プリアンプ、３４・・・加算器、３５・・・パワーアンプ、３６・・・スピーカ、３７・・・制御部、１３１_ｎ・・・軸部、２１１_ｎ・・・本体部、２１２_ｎ・・・基端部、ＡＭ_ｎ・・・増幅度、ＦＬ_ｎ・・・フィルタ、ＶＳ_ｎ・・・振動信号

Claims

はじかれて振動する振動体と、
前記振動体を一定の強度ではじいて励振する励振手段と、
前記振動体の振動波形を検出して前記振動波形を表す振動信号を出力する検出手段と、
音量を表す音量情報であって前記振動体の振動とは無関係に設定された音量情報を取得し、前記音量情報に応じて、前記振動信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅された振動信号に従って発音する放音手段と、
前記音量をリアルタイムに決定する制御手段と、備え、
前記増幅手段は、前記制御手段から前記決定された音量を表す音量情報を取得し、
前記励振手段は、前記振動体をはじく際に所定の方向へ移動する可動部を有し、
前記制御手段は、前記可動部の第１の動作態様に応じて増幅度を増大させ、前記可動部の第２の動作態様に応じて増幅度を減衰させ、前記第１の動作態様に応じて設定された増幅度の大きさに応じて、前記増幅度の減衰時間又は減衰率を設定する、楽器。
請求項１に記載の楽器において、
音量を指定する操作子を備え、
前記制御手段は、前記操作子の操作態様に応じて前記音量を決定する、楽器。
請求項１に記載の楽器において、
前記可動部は、揺動可能に支持された鍵であり、
前記制御手段は、前記鍵が解放されたとき前記音量を所定値に設定する、楽器。