JPH04195199A

JPH04195199A - 低インピーダンス増幅器並びに増幅器の楽器への使用方法

Info

Publication number: JPH04195199A
Application number: JP2331249A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ogawa; 紘史小川
Original assignee: OGAWA TAEKO
Current assignee: OGAWA TAEKO
Priority date: 1990-11-28
Filing date: 1990-11-28
Publication date: 1992-07-15

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、電気伝導性を示し、且つバンドギャップか存
在しない若しくはバンドギャップか０．００８ｅＶ以下
の結晶性物質又は非結晶性物質からなる構造体に生じる
圧電気及び／又は焦電気を検出することよりなる物質の
構造異常の検出方法に使用する低インピーダンス増幅器
、並びに当該増幅器の楽器への使用方法に関するもので
ある。

〔従来技術〕

本発明者か先に発明した「物質の構造異常の検出方法」
　（特開昭６２−２５９０５０号公報）は、電気伝導性
を示し、且つバンドギャップの存在しない結晶性物質又
は非結晶性物質からなる構造体に生じる圧電気及び／又
は焦電気現象の電気現象が生起する基礎回路を第６−１
図、第６−２図、第７−１図、第７−２図、第８図及び
第９図によって示し、更に電気現象を単純且つ基本的な
該構造体に直接設けられた少なくとも一対の端子にそれ
ぞれ接続された線により取り出し、この取り出した圧電
気及び／又は焦電気を観測・測定することにより応力に
よる構造体の構造異常の発生箇所及びその構造異常の程
度を正確に検出するものである。

上記公報に関連する発明として、同じく本発明者による
「検出素子」　（特開昭６３−１５７０２４号公報）で
は、金属（無機及び有機の全てを含む）からなる素子で
あって、その金属に生起する圧電気、焦電気、逆圧電気
現象から選ばれる少なくとも一つを電気的に検出するも
のである。上記両公報では、結晶性、非結晶性を問わず
、バンドギャップか存在しない電気伝導性の金属、無機
物質、有機物質、及びこれらからなる物質、又はバンド
ギャップか僅かに存在する電気伝導性の金属（無機及び
有機の全てを含む）に圧電気や焦電気現象か起こること
を究明し、これを開示した。そして、更にこの電気現象
を計測することによって、巨視的にはこれらの物質から
なる構造体や物質自身の力学的状態、又は微視的には分
子・原子レヘルての力学的状態の変化を探知することを
明示した。

本発明の低インピーダンス増幅器は、上記特開昭６２−
２５９０５０号公報の図面の第３図及び特開昭６３−１
５７０２４号公報の図面の第２図に構造異常検出回路の
ブロック線図を示しであるか如く、“インピーダンス変
換器（前置増幅器を内蔵）”を回路系に備える低インピ
ーダンス増幅器として使用するもので、今までの増幅器
、所謂入力側か高インピーダンスであるところの増幅器
では果たし得なかった電気現象の電気的増幅をしようと
する上で必要な前段増幅器（前置増幅器）である。

即ち、上述の物質からなる構造体に生じる圧電気及び／
又は焦電気はｌＸｌ０−’〜ｌＸｌ０’Ω程度の低イン
ピーダンス信号であり、これを電気的に増幅するには該
低インピーダンス用の増幅器てないと不可能である。従
来の増幅器は前記低インピーダンス用ではなく高インピ
ーダンス用で、低インピーダンス構造体が自発分極を起
こす、構造異常の構造異常検出回路の“低インピーダン
ス増幅器”としては使用できなかった。

このことについて評言すれば、これまで物質や構造体に
外力か作用し、これによって物質や構造体に生しる歪み
を計測しようとする場合、歪みに対するセンサーとして
圧電ピックアップのように電気的な自発分極を利用する
ものや、抵抗線歪み計のように抵抗線自体に電流を流し
て電流の変化量を利用するものなとかあり、これらを物
質や構造体に取付け、これらに適合した増幅器を使用し
て計測してきた。

しかしなから、圧電ピックアップは高インピーダンスて
あり、抵抗線歪み計は抵抗線に流す電流の変化をブリッ
ジ回路にかけて、これを増幅器に接続して計測しようと
するものである。

前記のように、高インピーダンスの圧電ピックアップや
抵抗線歪み肘用の増幅器は存在するが、低インピーダン
スの圧電気・焦電気用の増幅器は存在しない。

ところで、上記公報に開示しであるようにバンドギャッ
プの存在しない、又は僅かにバンドギャップが存在する
電気伝導体である結晶性、非結晶性の金属物質（無機及
び有機の全てを含む）か外力に対して電気的に圧電気や
焦電気を生しるわけであるか、この電気現象を増幅する
に適した増幅器として前述の圧電ピックアップや抵抗線
歪み肘用の各種増幅器は、入力インピーダンスか高いこ
と、直接電流を作用させることによって生しる電位差を
増幅する増幅器であることなとのため、全て不適当であ
る。

換言すると、上記低インピーダンス物質に生じる圧電気
や焦電気の電気現象による起電力は信号源としては微小
であるため、この起電力を今まての所謂高インピーダン
ス増幅器で増幅することは不可能である。

〔発明が解決しようとする課題〕

従って、本発明の目的は、前述した低インピーダンスの
電気現象を電気的に増幅することが可能な低インピーダ
ンス用の増幅器を提供することにある。

本発明の別の目的は、低インピーダンス構造体が発する
電気信号の増幅例として各種楽器から電気信号を取り出
すべく上記低インピーダンス用増幅器の楽器への使用方
法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的は、電気伝導性を示し、且つバンドギャップか
存在しない、若しくはバンドギャップか０．００８ｅＶ
以下の結晶性物質又は非結晶性物質からなる構造体に生
じる圧電気及び／又は焦電気を検出することよりなる物
質の構造異常の検出方法に使用する増幅器であって、低
インピーダンスの構造体に生じた圧電気及び／又は焦電
気の電気信号に増幅器の入力側のインピーダンスを整合
させるための受動素子及び能動素子からなる整合回路と
、整合と同時に入力信号を増幅するための受動素子及び
能動素子からなる増幅回路とを具備することを特徴とす
る低インピーダンス増幅器により達成される。

並びに、低インピーダンス増幅器の楽器への使用方法は
、楽器の音源となる構造体又は構造体の支持部材に必要
に応して端子電極を介してリート線を直接取付け、構造
体に生起する圧電気及び／又は焦電気を取り出し、この
電気信号を必要に応してインピーダンス変換器を介して
低インピーダンス増幅器により増幅することを特徴とす
るものである。

本発明における起電力体、即ち低インピーダンス増幅器
を用いて測定・計測しようとする物質は、バンド理論上
バンドギャップが存在しない若しくはバンドギャップが
０．００８ｅＶ以下て、且つ電気伝導体である結晶性、
非結晶性の金属てあって、電気抵抗値カ月Ｘｌ０−”〜
ｌＸｌ０−’Ω／国程度の無機金属や育機金属である。

このような物質に圧電気や焦電気が生起することは既に
述べた通りである（詳細は前記両公報参照）。

しかして本発明でいうところの低インピーダンスとは、
既に明らかなように、ｌＸｌ０−”〜ｌ×１０４Ω程度
てあり、又周波数帯域幅はＤＣ〜１０００１００Ｏ程度
を一般的なものとするが、前記物質と該物質への作用力
によっては現存する範囲で５０Ｇ）ｌｚ程度まで性能を
拡張することができる。

本発明の増幅器は上記物質に生じる低インピーダンスの
電気現象を入力信号とするものである。

本発明の増幅器は、基本的には低インピーダンスの物質
に生起した電気現象である電気信号に増幅器の入力側の
インピーダンスを整合させるための受動素子（抵抗器、
コンデンサ、コイル、変圧器など）及び能動素子（トラ
ンジスタなど）からなる整合回路と、整合と同時に入力
信号を増幅するための受動素子及び能動素子からなる増
幅回路とを具備するものである。詳細には、前記特開昭
６２−２５９０５０号公報で高電位性を示し、又一対の
端子からなる単純な取り出し方も示した。更にこれらを
まとめてフローシートの中でも示した。

この高電位性は低インピーダンス回路（シールドボック
スなどを使用しない、第９図及び第１０図参照）によっ
て検出している。高電位確認の第９図は、金属Ｍ（ここ
では炭素鋼管で、直径２５■、長さ９００ａｕ＋＋）に
約１００ｍｍの一端導出線を取付け、これに端子ＴＩ’
　と７２’を設け、金属Ｍに生起する高電位放電現象を
導出線の固有抵抗値（Ｔ１′と７＋、＋　との間）で電
位差として確認したものである。第１θ図は、金属Ｍ（
炭素鋼管で、直径２５ｍｍ、長さ９００世）にビニール
絶縁電線を電気的に絶縁状態で数回巻付けて端子Ｔ＋’
とし、もう一方の端子７１．１は金属Ｍの他端に取付け
た導出線上に設けてあり、これて端子Ｔ、１とＴ２’と
の間での電位差として確認し、金属Ｍに生起する高電位
放電現象を確認した。

ここに第３図及び第４図は、これらの電気現象を増幅器
の入力側に接続する受動素子としてのインピーダンス変
換器又は変圧器を示し、変換器又は変圧器は整合器とし
て使用するものである。

更に、インピーダンス変換器以降の回路は、変換器の出
力をそのまま使用する回路（図示せず）、或いは第１図
や第２図のような回路などによるものでなく、無電源て
低インピーダンス構造体物質や構造体に発生する電気現
象の動作を表示活用することのできる回路（図示せず）
も含むものである。

従って、当然のことながら多数の回路構成が考えられる
。例えば以下の実施例に示す基本回路である第１図及び
第２図の回路だけでなく、図示はしないがこれらの回路
を初段から差動増幅器としてもよいか、以下の実施例に
は代表的且つ基本的回路を第１図及び第２図に示しであ
る。

又、本発明において楽器への使用方法は、上記新規な低
インピーダンス増幅器を音源となる低インピーダンスの
構造体に適用するものである。当使用方法において構造
体は、以下の説明からも認識されるように、金属製の現
存する全ての楽器（弦楽器、金管楽器、打楽器、ピアノ
なと）の音源である。

即ち、楽器としてギターなどの弦を例にするに、エレク
トリックギターに張っであるスチール製弦をビックや指
で弾いたり叩くと弦か振動するか、本発明者が前記公報
にて開示した理論に基づき、弦は振動すると弦自身の力
学的状態が変化し、弦に分子・原子レベルで構造異常か
発生し、これに起因して弦に圧電気が生起する。この圧
電気をリード線により取り出し、インピーダンス変換器
を介して上記低インピーダンス増幅器で増輻すれば、弦
の振動周波数に応じた音階をスピーカから発することが
できるわけである。これにより、従来のエレクトリック
ギターではピックアップを利用して弦の振動を電気信号
に変えていたのを、換言すると弦の力学的振動を電気的
信号に間接的に変換していたのを、弦自身に発生する電
気信号をそのまま直接取り出して増輻することになる。

従って、ピックアップは不要であり、音の取り出し方か
従来とは全く異なるエレクトリックギターを提供するこ
とか可能となる。

上述の事は何もエレクトリックギターに限ることではな
く、金属製弦を使用した他の楽器、例えばピアノでも同
様の事が相当する。従来、広い演奏会場でピアノを独奏
する際、本来のピアノの音は後方の位置径間こえないの
が実状であるが、本発明の低インピーダンス増幅器を楽
器に適用すれば、弦の振動による圧電気信号を直接に取
り出して増幅することができるので会場内のとこでも音
質に差がなく聞くことができるようになる。又、ここで
更に強調して特筆したいのは、ピアノの名演奏家の演奏
記録を残す場合、現在のようにマイクロフォン経由とな
れば、当然室内の空気条件などに音圧振動エネルギーの
伝播は大きく左右されることになる。この結果、実録は
極めて難しいというよりも不可能である。しかし、本発
明の低インピーダンス増幅器を楽器に適用すれば、この
点ても微妙な鍵盤タッチまで実録として残すことができ
るのである。

これか、本発明者の研究の本来なのである。っまり、ど
のような金属物質であっても、電気的且つ間接的でなく
、直接に金属物質から電気信号を読み取ることができる
ところにある。

又、別な用途ては、ホップス、ロック系なとの電気楽器
を多用する演奏では電気楽器との音量調和を計るため、
或いはピアノ自身からでる生の音では音量不足でこれを
補うために、今までは通常マイクで音を拾ってアンプで
増幅していた。しかし、上記エレクトリックギターの弦
の如く弦に生ずる圧電気を直接取り出して増輻すれば、
マイクは要らず煩雑なマイクセツティングなとの調整作
業も必要ない。しかも本発明の方法によれば、弦の振動
波をそのまま増幅するので、スピーカから出てくる増幅
音はスピーカなどの性能にも依るが、マイクを通じた音
質とは異なりピアノの持つ原音の音質そのものである。

上記エレクトリックギターやピアノなどに用いられる金
属製弦から電気信号（通常は圧電気）を取り出す場合、
リード線を取付ける位置は弦の両支点の外側部分、即ち
弦の振動に影響しない部分にそれぞれ接続するか、或い
は支点が金属製である場合には両支点に接続しても構わ
ない。

支点の外側部分にリード線を取付けた場合には、両支点
間の実振動部の弦に圧電気は当然生起し、電気信号とし
て生起した限り、支点の外側にも当然伝わることになる
。つまり、これか力学的電気的エネルギーであって、力
学量が電気量に変換されるのである。この結果、リード
線を通じて圧電気信号を取り出せる。

金属製支点にリード線を取付けた場合は、弦の力学的振
動はこの支点にも伝わり、弦の振動に伴って金属製支点
も振動することになる。この結果、弦に生じた圧電気が
支点にも流れると共に支点自身にも圧電気が発生するの
であるが、支点の振動は基本的に弦の振動数であり、弦
の圧電気と同じであり、このためこれをそのまま増幅し
てスピーカから出てくる音は音源そのものであり、音質
には何ら影響はない。

ピアノやギターなどの楽器を演奏した時に楽器から発せ
られる音は、弦などの音源からの直接音たけてなく音源
を支えるフレーム、各種部品、並びに部品を収容する木
製や金属製などの本体などの共鳴音があり、これを弦か
再度拾って共振することになり、言わば楽器全体からの
音を楽器固有の音として聞いている訳である。

又、これらの楽器、或いは以降に示す楽器の支点、各フ
レーム、骨組み、枠、ナツト、フレット、ブリッジなど
の部品を一切セラミックで構成すれば煩わしい雑音など
は一切なくなり、理想的なものになる。更に付は加えれ
ば、力学的な条件と増幅器の電気的な条件を一致させれ
ばよいということになる。

以上述へた事は金属制弧に関してであるが、これ（こ基
づいてハーブ、ビブラフォン、マリンバ、トライアング
ル、又は木管楽器に部分的に金属の共鳴材を使ったり、
ナイロン弦の中に金属弦を入れたものなどに応用できる
。

以上、弦楽器や鍵盤楽器について説明したか、木管楽器
、金管楽器、打楽器など現存する全ての楽器について適
用可能てあり、或いは、これとは全く別に、現存の楽器
にはない音を発する新しい楽器も作製することができる
。

なお、低インピーダンス増幅器は、各楽器に適当な電源
と共に内蔵してもよいし、或いは最終段階の増幅器に予
め低インピーダンス増幅器を使用した低インピーダンス
信号増幅回路を内蔵しておいても差し支えない。又、低
インピーダンス増幅器によって増幅した電気信号は、広
い演奏会場ではスピーカから十分な音量が得られるよう
に、通常の電気楽器の演奏で用いられているＰ−Ａシス
テムにより拡声する必要がある。

以下、本発明の低インピーダンス増幅器を実施例に基づ
いて詳細に説明する。

まず第１図に示した回路に関して、この回路の特性は、
特別に回路の受動素子（抵抗器やコンデンサ）の定数値
を変えない限り、周波数が１０Ｈｚ〜２０ＫＨｚ程度の
範囲で使用でき、回路定数の値を変えれば周波数帯域上
１七〜５０に＆の周波数領域でも使用でき、必要ならば
テープレコーダにも録音可能である。

入力側において端子Ｔ１■とＴ２Ｃに前記低インピーダ
ンス物質に生起した圧電気や焦電気の電気信号を入力接
続し、増幅された出力は端子Ｔ。

と端子ｖｃｃｍから取り出し、電源（図の回路では直流
９ｖ、特に図示せず）は端子ＶＣＣ■とＶ　ｅｃ○に接
続する。

入力側の抵抗器Ｒ，Ｒ’は計測しようとする対象物質の
低インピーダンス信号源に応じて入力インピーダンスを
調整するためのもので、固定脱着形成いは可変脱着形に
すればよい（図では可変抵抗器を示す）。両フェライト
コアＦは回路に流入する高周波雑音を除去するためのも
ので、コンデンサＣ３も同じ作用を行う。

電解コンデンサＣ２は交流結合のために設けられ、入力
周波数の帯域幅とインピーダンスを入力側で決定する。

即ち、コンデンサＣ２と抵抗器Ｒ１、Ｒ４、Ｒ，、Ｒ？
〜Ｒｔｏの数値を適当に選定することによって、この回
路の入力インピーダンスを決定することができる。

入力信号電力を増幅するためのＮＰＮ形トランジスタＱ
１〜Ｑ、は低雑音・高増幅率のものである。トランジス
タＱ、、Ｑ、はダーリントン接続になっており、トラン
ジスタＱ１の出力を大きく増幅する。電解コンデンサＣ
７゜はトランジスタＱ１の増幅回路の電圧安定用のもの
である。

又図中に一点鎖線で示した部分は、必要に応して増幅出
力をテープレコーダに録音するための回路で、種々のテ
ープ速度における標準再生補償回路であり、該回路によ
って録音可能な周波数特性が決定される。

次に第２図に示した回路について述へると、この回路の
特性は、周波数か１翫〜ＩＭＨｚ程度の広帯域である。

該回路も第１図の回路と同様に、入力側ては端子Ｔ１■
とＴ、６）に電気信号を入力接続し、増幅された出力は
端子Ｔ、と端子■。Ｃ○から取り出し、電源（この回路
では直流９〜２５Ｖ、特に図示せず）は端子Ｖ、■とｖ
ｃ、ｅに接続する。

その他の回路構成も基本的には第１図の回路と略同様で
、入力側の抵抗器Ｒ，Ｒ’は計測しようとする対象物質
の電気信号源に応じて入力インピーダンスを調整するた
めのものて、固定脱着形成いは可変脱着形にすればよい
（図では可変抵抗器を示す）。両フェライトファＦは回
路に流入する高周波雑音を除去するために設けである。

電解コンデンサＣ３は交流結合のためのもので、入力周
波数の帯域幅とインピーダンスを入力側で決定する。こ
のコンデンサＣ１と抵抗器Ｒ０、Ｒ２、Ｒ５、Ｒ，の数
値を適当に選定することによって、回路の入力インピー
ダンスを決定することかできる。

入力信号電力を増幅するためのＮＰＮ形トランジスタＱ
１とＰＮＰ形トランジスタＱ、、Ｑ、は低雑音・高増幅
率のものであるが、トランジスタＱ、はＱ、、Ｑ、と電
気的形式か異なる。抵抗器Ｒ２とコンデンサＣ２、Ｃ，
の数値を適当に選択することによって、回路の周波数特
性を決定することかできる。

なお、第１図及び第２図に示した両回路の動作電源は直
流９〜２５Ｖであるか、電源は増幅器自体に内蔵しても
よいし、或いは外部電源としても構わない。又、当然使
用する電源は直流９ｖ程度に限定されることはなく、回
路構成に応じて種々に変更すればよい。

第１図及び第２図の増幅器（前置増幅器）において、起
電力体である物質に生じた低インピーダンスの微弱信号
は、入力端子Ｔ１■とＴ、○から流入し、整合回路によ
ってインピーダンス整合されると同時に増幅回路によっ
て増幅され、増幅信号は出力端子Ｔ、とＶｌｏから次段
の中間増幅器に送出される。以降、中間増幅も含めて終
段までの増幅は既知のあらゆる増幅回路を有する増幅器
にて行えばよいことは言うまでもない。

本発明の増幅器においては、物質に生じた低インピーダ
ンスの微弱信号を増幅器の入力端子Ｔ１■とＴ、○に直
接導入すればよいわけであるか、構造異常を検出するの
に低インピーダンスの微弱信号と増幅器の入力側インピ
ーダンスを整合させるためには受動的に同時整合・昇圧
を行う。つまり、インピーダンス変換と昇圧かできる変
圧器を使用することも好ましい結果を得るための一つの
手段である。このためには、例えば第３図又は第４図に
示す変圧器を用いればよい。

第３図の変圧器１０は、当該変圧器の入力側と増幅器側
（変圧器の出力側）のインピーダンスか整合すればその
特性には特に限定はなく、例えば、−次側がｌＸｌ０−
”〜５Ω、二次側がｌＯ〜３０００Ωの巻線抵抗値を有
し、昇圧比が約５〜４０倍径度であって、周波数特性が
０．０１Ｈｚ〜２０ＫＨｚのものと、１七〜５０Ｍ）ｌ
ｚのものとの２種類程度からなるものである。第４図の
変圧器は、構造異常を検出するために線１１を被測定物
質】２に巻付けた単巻線で、変圧器としての機能を併有
するものである。巻数は物質１２から取り出される信号
のインピーダンスか増幅器の入力側インピーダンスに整
合するように選定される。この巻線抵抗値はｌＸｌ０−
’−ＩＸＩＯ’Ωで、周波数特性は物質１２の物性で決
まる。

これらの変圧器の使用方法は、第３図の変圧器ｌＯの場
合には、第１図又は第２図の増幅器回路の入力端子Ｔ、
■とＴ２Ｃ）に変圧器１０の二次側の出力端子Ｔ１■と
Ｔ２Ｃを接続し、物質に生じた低インピーダンス圧電気
信号や焦電気信号を変圧器１０の一次側の入力端子ＴＩ
’■と７２’Ｏに接続すればよい。又第４図の変圧器の
場合、第１図又は第２図の増幅器回路の入力端子Ｔ、■
とＴ２Ｃに単巻線１１の出力端子Ｔ、■とＴ２Ｃを接続
すればよい。

これらの変圧器を使用することにより、結果として第１
図又は第２図の増幅器への入力インピーダンスは一定に
なり、増幅器回路の受動素子及び能動素子のインピーダ
ンスを該一定入力インピーダンスに整合させればよいこ
とになる。

中間増幅以降の部分について説明すると、中間増幅から
以降の回路との電気的接続距離か長くなる場合には、中
間増幅回路の出力出口のところで電気信号を光学的信号
に変換し、これを光フアイバケーブルなとによって伝送
することか雑音なとの影響を受は難いので好ましい。

又、本発明の増幅器の使用に際しては、この増幅器だけ
でなく中間増幅器などを一体としてゴム、プラスチック
なとてモールドしておけば全天候形にてき、設置場所に
注意する必要かなくなる。

次に本発明の低インピーダンス増幅器（前置増幅器）の
具体的な使用例について説明する。

前述したように、本発明の増幅器は低インピーダンスの
物質に生起した圧電気や焦電気の電気現象を電気的に増
幅するためのもので、増幅器への入力接続は、例えば低
インピーダンスの各種物質からなる構造体に少なくとも
一対の端子を直接設け、該端子にそれぞれ線を接続し、
この線を上述の回路の入力端子Ｔ、■、Ｔ２Ｃに接続す
る。

第５図〜第８図において、計測しようとする種々の構造
体１は機械、工作物、車両、船舶、航空機、土木工作物
、建築工作物なとの一部又は全部を示し、第５図では圧
力配管又は構造体の主要構造部をなす構造用鋼管などて
、第６図及び第７図では圧力隔壁や圧力容器の構造壁又
は構造体の鋼板壁なとて、第８図では鋼構造体の主要部
分なとである。各図中に一点鎖線で示す部分は溶接部位
、接合・接続部位、或いは応力集中部位であることを示
している。

第５図〜第８図において、各構造体１に生じた微弱電気
信号を取り出すための端子となる電気的接続用固定金具
２には、本発明の増幅器４に電気信号を伝達するためと
増幅器４を保持するための電線兼用金具３が接続されて
いる。第７図においては固定金具２は特に図示していな
いか、電気回路接続用スタットボルトであり、電線３は
本発明の増幅器４に接続されている。固定金具２はこれ
自体を端子として使用してもよいか、端子を別に設けた
場合には端子を構造体に固定する絶縁性金具であっても
よい。又、電線３は必ずしも増幅器４を保持する必要は
なく、増幅器４の保持を別の金具なとて行っても構わな
い。

第５図、第６図及び第８図において、特に電線３か増幅
器４を保持する金具も兼ねる場合、各図中の斜線部分は
構造体１と金具３か力学的に同じ変位をしないようにす
るための力学的伝達遮断装置（詳細は特に図示せず）で
ある。

第６図の使用例に関して、電線３を使用する上で上記斜
線部分の力学的伝達遮断装置に相当するものとして、例
えば任意の抵抗値の抵抗器を用いればよい。これによっ
て、構造体１と電線３との間に電気的に異なる状態を存
在させることになり、構造体１と電線３は同一条件で圧
電気や焦電気を発生しなくなり、生起した電気現象が構
造体１のものか電線３のものか混同しなくなる。

又、例えば日本の日清紡製の電線、Ｍ型、Ｔ型、Ａ壓を
使い分ければ導体の電気抵抗値の仕様上の特性差からも
、又力学的な仕様上の特性差からも、電気的且つ力学的
に領域遮断材として極めて有効に働くことになる。上記
型の中でも本発明に用いるリード線としては特にＡ型を
使用することか好ましい。

第５図〜第８図の各図において、先にも述へたように増
幅器４及び中間増幅器は、屋外なと全天候下で使用でき
るようゴム、プラスチックなとてモールドするか或いは
専用の収納箱内に配置することか好ましい。更に付は加
えると、シャーシ、ボディーなどをセラミックで構成す
ることか最も好ましい。

各図から明らかな如く、構造体１に端子（金具又はスタ
ットホルト）２を取付ける位置は一点鎖線を挟む態様で
取付ける。両端子２間のインピーダンスは両端子間の距
離によって当然異なってくるか、回路側のインピーダン
ス調整素子（第１図の回路ではコンデンサＣ２と抵抗器
Ｒ，、Ｒ，、Ｒ５、Ｒ７〜Ｒ０゜、第２図の回路ではコ
ンデンサＣＩと抵抗器Ｒ＋　、Ｒ２、Ｒｓ　、Ｒｇ　　
；又第１図及び第２図の回路に共通の抵抗器Ｒ，Ｒ”）
の数値を適宜調整することにより入力インピーダンスを
自由に設定できるので、両端子２間の取付間隔は構造異
常の検出に際して特に問題とはならない。

以上により、構造体１に作用する外力と応力によって構
造体Ｉに生起する電気信号（圧電気、焦電気）を増幅器
４て増幅し、構造体１の力学的状態を電気的に観測する
ことかてきる。観測に関しては、−点鎖線で示す部分が
溶接部位であって該溶接部位にブローホールなどか存在
する場合、溶接強度の変化なとを察知できニー点鎖線の
部分か応力集中部位であって接合・接続部位（他の部材
との接合部位、例えば水平部材と垂直部材との接合部位
なとも含む）である場合、当該部位の剛性度の変化など
を知ることができる。

又構造体の体系上、必要に応じて構造体に複数個の端子
や増幅器などを配置して観測すれば、構造体系全体に及
ぶ応力の伝達状態や構造異常の発生箇所を探知できる。

換言すると、構造体に発生する作用応力の種類の変化状
況を知ることができるわけである。

構造体に複数個の端子を取付けた場合が第７図に示す使
用例である。かかるように端子であるスタットポルト２
、電線３、増幅器４なとを配置すれば、応力の分布状況
か把握できる上、前述した如く一対のスタットホルト２
の一点鎖線を挟む距離を自由に選へる点から構造体１に
関するエネルギーのスペクトル分析も行い得るため、例
えば構造体１に穿孔や亀裂なとが存在した場合、穿孔の
周囲の力分布、亀裂の進展方向なとを調へたり、或いは
予知することもてきる。

又、先にも述べたか、ここで更に付は加えると、第３図
に示すインピーダンス変換器を増幅器４と一緒にしたり
、第４図に示すインピーダンス変換器と増幅器４を一緒
にして使用する。

上記は本発明の低インピーダンス増幅器を機械、建築物
、土木工作物、交通機関なとの構造体に適用した例であ
るか、以下に楽器への使用方法について記述する。

まず、第１１図はエレクトリックギターの正面図を示す
。図に示すギターは、弦３ｏの振動を電気信号に変換す
るための３つのピックアップ３１〜３３か設けられてい
る一般的なものである。このようなギターに本発明の増
幅器を適用する場合、これらピックアップに代わって適
当なリード線（特に図示せず）をナツト３４、各フレッ
ト３５、及びブリッジ３６に接続しておく。勿論、配線
は体裁を良くするために内部に設けておく。但し、エレ
クトリックギターの場合、フレット３５とブリッジ３６
は通常は金属製であるが、ナツト３４は硬質樹脂や象牙
なとからなる場合もあり、その場合には端子電極をナツ
ト３４の外側部分の各弦毎に取付ければよい。この配線
回路を図式的に示したのか第１２図である。この図から
も理解されるように、フィンガーホード３７の任意の位
置のフレットとブリッジ３６とを支点として弦３ｏを振
動させると、振動外力によって弦３ｏに圧電気か生じ、
ナツト３４又はナツト３４の外側の各弦毎に取付けた端
子電極リード線とブリッジ３６に接続されたリード線と
によって導出され、必要によりインピーダンス変換器を
介して低インピーダンス増幅器３９によって増幅される
。最終的にスピーカから発せられる音は、弦３０のフレ
ットとブリッジ３６との間の長さ、弦の太さによる固有
振動周波数を有するものであり、ピックアップ３１〜３
３を用いた従来形式以上の音質である。

このように、ギターの外観は従来と変わらず、ピックア
ップの代わりにリード線を配線するだけてあって、弦の
振動に対して局所的で偏在性か極めて高い間接的採取の
仕方である従来方式に比へ、弦の実振動部の全域から電
気現象として直接取り出す結果であるので物理的に極め
て理想的である。

これは、ギターたけてなく、当然ピアノ、ハーブ、その
他にも通し、本来の機械、建築、土木において実施する
ことと同しである。そしてこのギターの場合、ピックア
ップを使用しない分たけ形状自由度か高まるので、従来
型には見られない新型のギターを提供できる可能性か大
きい。

次にピアノへの適用例について述へる。第１３図はアッ
プライトピアノを示す。ピアノの場合にもギターのよう
に各弦に一対のリード線を設けてもよいが、多数の弦を
有するため、図に示す如く低音部５０、中音部５１、高
音部５２の３部分に分けて信号音を取り出しても構わな
い。信号音の取り出し方は、例えは第１４図において、
各弦に取付ける場合には弦５３の各端部をそれぞれ支持
する金属プレート５４．５５にリード線６０．６１を接
続し、多数の弦を第１３図のように幾つかにまとめる場
合にはピアノのフレームに相当する底ビーム５６、背ヒ
ーム５７に各々リード線６２．６３を接続する。又、本
例はアップライト壓であるか、グランドピアノにも同様
に適用可能であることは言うまでもない。

ギター、ピアノのいずれの場合も基本的に同しであるか
、先に述へたように、楽器の各部、即ちナツト、フレッ
ト、ブリッジ、プレート、フレーム、底ビーム、背ビー
ムを一切セラミックで構成し、その上で電気信号を各部
位に取り出すか、或いは分割的に又は−切集合的に取り
出して直線的に増幅するか、ミキシング増幅するか、又
は平均増幅するかを選択することかでき、その結果とし
て価格的な面との対応検討もてきることになる。

例えば、性能程度と価格とのバランスを自由に選択でき
る。

このように上記エレクトリックギター、ピアノたけてな
く、ハーブ、トライアングル、シンノ＼ル、ヒブラフォ
ン、マリンバなどにも適用できる。既存の他の楽器も電
気楽器として使用可能にすることかできるか、同様の事
項の繰り返しになるので他の楽器の各種説明については
省略する。現存の楽器以外でも、全く新しい楽器を作製
することか可能であることは前にも触れたか、その−例
を第１５図に示す。音源８０は弦、管、板なとからなり
、テーバ状且つ長方形状で、水平、垂直、傾斜形を呈す
る。音源８０は、両端かセラミック製又は金属製固定支
点８１．８３て、両支点８１．８３間かセラミックやプ
ラスチックからなる移動可能支点８２である。この移動
可能支点８２は必ず設けなければならないものではない
。支点８１．８３はそれぞれ個別化されたチャネルにな
っており、例えば左側のチャネルかリート線８５．８６
て、右側のチャネルかリード線８７．８８である。この
ようにして２チャネル増幅を行い、増幅技術には必要に
応して遅延、周波数変調、ミキシングを用いる。この場
合、左側のチャネルからは支点８１と８２との間の周波
数音か、右側のチャネルからは支点８３と８２との間の
周波数音か発せられる。

３点支点の場合、加力操作は１点又は２点加力、つまり
左側チャネル領域（支点８１．８２間の領域）と右側チ
ャネル領域（支点８３．８２間の領域）になる。支点８
２かない場合に加力操作か１点加力でも同じことになる
。又、支点８２をとちらか一方に移動させたり、加力操
作に変化を与えるなとすると、或いは支点８２かない場
合で加力操作を位置変化させると、左右のチャネルの個
別性と同時に前述の色々な増幅器への技術加味からして
、一方のチャネルからは遠ざかる音、他方のチャネルか
らは近づく音か得られ、更に面白い音を得ることかでき
る。勿論、音源８０の材質や形状か異なれば、左右のチ
ャネルから出てくる音も相違することになる。又、１つ
のチャネルの設は方を一極点的なものとせずに、チャネ
ル自体に幅を持たせることもてきる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明の低インピーダンス増幅器
は、低インピーダンスの構造体に生じた圧電気及び／又
は焦電気の電気信号に増幅器の入力端のインピーダンス
を整合させるだめの受動素子及び能動素子からなる整合
回路と、整合と同時に入力信号を増幅するための受動素
子及び能動素子からなる増幅回路とを具備することによ
り、電気伝導性を示し、且つバンドギャップか存在しな
い若しくはバンドギャップか０．００８ｅＶ以下の結晶
性物質又は非結晶性物質からなる構造体に生じる圧電気
及び／又は焦電気を検出することよりなる物質の構造異
常の検出方法に使用することかでき、低インピーダンス
構造体の電気現象を電気的に増幅することかできる画期
的なものである。

従って、本発明の増幅器を上記物質の構造異常の検出方
法に使用することにより、圧電気及び／又は焦電気の発
生機会の多い大型プラント、建築、これらに付帯する設
備、土木工事、橋梁、内燃機関、車両車体、船舶、航空
機、産業機械、通過荷重・土圧なとの影響を受ける埋設
配管、コンクリート中の鉄筋・鉄骨、などのような力学
的又は熱力学的な影響を受ける構造体又は構造体系にお
いて、構造異常による破壊などを未然に防止することが
でき、或いは上記のような構造体又は構造体系の模型や
果ては釣針のような小さなものまでの非破壊試験や破壊
試験などに適用できる。

更には、産業機械なとあらゆる構造体の部分、部品など
の共振性や、特殊金属若しくはステンレスなどを使用し
た圧力計測ダイヤフラム、応力変位分布検出測定、振動
分布計測、断面係数、座屈係数などの計測・測定、或い
は日本でのお寺の釣鐘の設計検索なと、あらゆる物理的
条件の検索に使用できる。

故に、本発明の増幅器は、非常に大きな役割を果たすと
共に極めて広範囲な使用目的を有するものである。

この検出方法を発明者は“Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｌ
ｅｃｔｒｉ−ｃａｌ　Ｄｉｒｅｃｔ　ｒｅａｄｉｎｇ　
Ｍｅｔｈｏｄ　　（略してＭ、　　Ｅ、　Ｄ。

Ｍ　）”、つまり力学的・電気的直読法と名付けている
。

又、本発明の増幅器の楽器への使用方法は、上記低イン
ピーダンス増幅器を使用することにより、現存のあらゆ
る楽器に適用可能で、各種楽器を電気楽器としても演奏
することか可能となる。加えて、スピーカから出てくる
音は、マイクなどを通じたあらゆる条件的ロスエネルギ
ーを含む音質とは異なり、楽器の原音の音質と殆と変わ
ることかない。逆に、既存の楽器とは全く異なる楽器を
提供できる可能性を秘めている。更に、プラサなとの会
場で、鐘、チャペル、オルゴール、又は前述の新しい楽
器による一般大衆への背景音や告知音としても応用でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の増幅器の一例を示す回路図である。第２図は本発明の増幅器の別個を示す回路図である。第３図及び第４図は増幅器の入力側に接続するインピー
ダンス変換器又は整合器として使用する変圧器の概略図
である。第５図〜第８図は物質の構造異常の検出方法における本
発明の増幅器の具体的な使用例を示す概略説明図である
。第９図及び第１０図は低インピーダンス回路（シールド
ホックスなどを使用しない・）で行った高電位放電現象
を取り出す回路の概略説明図てあ第１１図は一般的なエ
レクトリックギターの正面図である。第１２図は第１１図に示すギターに本発明の増幅器を適
用する場合の回路を示す図式図である。第１３図は一般的なアップライトピアノの一部破断正面
図である。第１４図は第１３図に示したピアノに本発明の増幅器を
適用する場合の一例を示す一部破断側面図である。第１５図は本発明の増幅器を使用する新規な楽器例を示
す概略斜視図である。Ｒ：抵抗器　　　　　　Ｆ　　フェライトコアＣ・コン
デンサ　　　　Ｔ　　入力・出力端子Ｑ　トランジスタ
　　　Ｖ。Ｃ電源端子Ｎ１・金属特許出願人　　　　　　　小　川　紘　史＝ｉう１＝三
ミ三丁コ一一・二：］○　　　　　　竿３図第４図第１１図第５図Ｉ　　　　　第６図［第７図第９図第１０図第１２図第１３図第１４図手続補正書（方刻平成３年３月３０日１、事件の表示平成２年特許願第３３１２４９号２、発明の名称低インピーダンス増幅器並びに増幅器の楽器への使用方
法３、補正をする者事件との関係　特許出願人氏名小川紘史小川砂子４、代理人■５４１５、補正命令の日付平成３年３月１２日（発送臼）６、補正の対象図面（第１１図および第１３図）７、補正の内容別紙の通り８、添付書類の目録図面（第１１図および第１３図）　１通第１１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電気伝導性を示し、且つバンドギャップが存在し
ない若しくはバンドギャップが０．００８ｅＶ以下の結
晶性物質又は非結晶性物質からなる構造体に生じる圧電
気及び／又は焦電気を検出することよりなる物質の構造
異常の検出方法に使用する増幅器であって、低インピー
ダンスの構造体に生じた圧電気及び／又は焦電気の電気
信号に増幅器の入力側のインピーダンスを整合させるた
めの受動素子及び能動素子からなる整合回路と、整合と
同時に入力信号を増幅するための受動素子及び能動素子
からなる増幅回路とを具備することを特徴とする低イン
ピーダンス増幅器。
（２）楽器の音源となる構造体又は構造体の支持部材に
必要に応じて端子電極を介してリード線を直接取付け、
構造体に生起する圧電気及び／又は焦電気を取り出し、
この電気信号を必要に応じてインピーダンス変換器を介
して低インピーダンス増幅器により増幅することを特徴
とする低インピーダンス増幅器の楽器への使用方法。
（３）前記構造体がピアノの弦であり、弦の両端部を各
々支持する金属プレートにリード線をそれぞれ取付ける
ことを特徴とする請求項（２）記載の増幅器の楽器への
使用方法。
（４）前記構造体がエレクトリックギターの弦であり、
弦の両端部を支持するナット及びブリッジとネックに設
けられている各フレットとにリード線をそれぞれ取付け
ることを特徴とする請求項（２）記載の増幅器の楽器へ
の使用方法。