JPH0631956B2

JPH0631956B2 - 電子弦楽器

Info

Publication number: JPH0631956B2
Application number: JP61134491A
Authority: JP
Inventors: 隆司乗松
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1986-06-09
Filing date: 1986-06-09
Publication date: 1994-04-27
Anticipated expiration: 2009-04-27
Also published as: JPS62289894A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は電子弦楽器に係わり、特に、演奏者が指定する
音高を超音波信号の走査により判別する電子弦楽器に関
する。

〈従来の技術〉一般に、電子弦楽器では、演奏者により押圧された弦と
接触しているフレットの位置を判別し、該判別結果に基
づき発音すべき楽音の音高を特定すると共に、揆弦のタ
イミングを検知して上記特定された音高の楽音を発生さ
せている。

かかる電子弦楽器の発音過程におけるフレット位置の判
別は、揆弦時に弦がその弦長に対応する周期で振動する
ので、電磁ピックアップにより弦の振動をこれと相似し
た波形の電気信号に変換し、その波形のピーク間隔に基
づきなされていた。

しかしながら、上記電気信号のピーク間隔に基づき弦と
接触しているフレットを判別する方法では、揆弦から楽
音の発生までに長時間を要し演奏者に不自然な印象を与
えていたことから、本願出願人は昭和６０年特許願第２
４０１３８号（以下、先願という）において、弦と接触
しているフレット位置を超音波信号による走査に基づき
判別する電子弦楽器を提案した。

この先願において提案された電子弦楽器の一実施例で
は、信号検出回路４１がエコーの継続期間中ハイレベル
に移行するパルス信号Ｐ２を発生し、カウンタ３８は高
周波パルスＰ１の送出からパルス信号Ｐ２の発生までに
供給されたクロック信号Ｃ１数を計数して超音波信号の
伝播時間を計測し、この伝播時間に対応した音高の楽音
を発生させていた。

〈発明が解決しようとする問題点〉上記先願によって提案された電子弦楽器の一実施例で
は、信号検出回路４１がエコーの継続期間中ハイレベル
に移行するパルス信号Ｐ２を発生させていたが、この信
号検出回路４１に対しては、弦と接触するフレットで最
初に発生する１次エコーを２次以降のエコーやノイズか
ら峻別することに関しては特段の考慮が払われていなか
ったので、信号検出回路４１が２次以降のエコーやノイ
ズに基づきパルス信号Ｐ２が発生させることがあり、か
かる２次以降のエコー等により発生したパルス信号Ｐ２
に基づき演奏者により弦と接触させられたフレットの位
置が判別されると、演奏者が意図していない音高の楽音
が発生するという問題点があった。

かかる問題点を第４図に基づきさらに詳しく説明する。
一般にパルス信号Ｐ２の電圧レベルＶｅは、圧電素子に
供給される駆動パルスの電圧レベルをＶｄ、圧電素子の
変換効率をＥｃｖ、圧電素子と弦、弦とフレットとの合
計接触損失をＬｃｕ、超音波信号の伝達距離をＬｐｇ、
単位距離当りの伝達損失をＣｐｇ、接触、反射の回数を
ｎ、振動を電圧に変換する効率をＥｖｃとすると、Ｖｅ＝Ｖｄ×Ｅｃｖ×（１−Ｌｃｎ×ｎ−Ｌｐｇ×Ｃｐｇ）×Ｅｖｃと表される。上式において、駆動パルスの電圧レベルＶ
ｄ、圧電素子の変換効率Ｅｃｖ、合計接触損失Ｌｃｎ、
単位距離当りの伝達損失Ｃｐｇは略一定なのでパルス信
号Ｐ２の電圧レベルＶｅの減少量は超音波信号の伝達距
離Ｌｐｇに比例する。第４図に示されているように、時
刻ｔ０に圧電素子に供給された駆動パルスＰＰ１に基づ
き発生した超音波はフレットに反射されて１次エコーを
発生させ、この１次エコーは時刻ｔ１に圧電素子に到着
してパルス信号ＰＰ２に変換される。１次エコーは再び
弦を伝播してゆき、フレットに反射されて２次エコーを
発生し、この２次エコーは時刻ｔ２に圧電素子に到着し
てパルス信号ＰＰ３に変換される。パルス信号ＰＰ２の
電圧レベルＶｅは破線により、またパルス信号ＰＰ３の
電圧レベルは一点鎖線により示されているように時間
（距離）に対応して減少する。駆動パルスＰＰ１と破線
の始点との差、破線と一点鎖線との差は接触、反射によ
る損失をそれぞれ示している。駆動パルスＰＰ１は周期
Ｔ毎に加えられるので、これをＰＰ１＋１で示し、ＰＰ
１＋１によって発生する２次エコーのパルス信号をＰＰ
２＋１で示す。ここで固定の参照電圧Ｖｒｅｆを二点鎖
線で示す。駆動パルスの送出からパルス信号がこの参照
電圧Ｖｒｅｆを超えるまでの時間を測定し、該測定結果
に基づき圧電素子とフレットとの間の距離を求めてい
る。ところが第４図に示されているように、駆動パルス
ＰＰ１からパルス信号ＰＰ２までの時間はΔｔ０と正確
に測定できるが、ＰＰ１＋１からＰＰ２＋１までの間に
ＰＰ１によって発生したパルス信号ＰＰ３が参照電圧Ｖ
ｒｅｆを超えるので、このパルス信号ＰＰ３によりΔｔ
１という不所望の時間が測定されてしまう。その結果、
時間Δｔ１に基づき、演奏者が発生させようとした音高
とは異なる音高の楽音が発生される。これを防止するに
は周期Ｔを大きく設定するか反射損失を大きくさせれば
よいが、周期Ｔを大きく設定すると単位時間当りのデー
タ数が少なくなるので、楽器としての反応時間が長くな
ったり、安定度が低下するという問題点がある。一方、
反射損失を大きくさせると測定対象の１次エコーに基づ
くパルス信号も小さくなるので、１次エコーに基づくパ
ルス信号を検出しがたいという問題点がある。

したがって、本発明の目的は１次エコーに基づく第２電
気信号を２次エコーおよびノイズに基づく擬似第２電気
信号から峻別可能な電子弦楽器を提供するこことであ
る。

〈問題点を解決するための手段〉本発明は圧電変換手段に供給される第１電気信号と弦を
伝播してきた超音波信号のエコーを圧電変換手段で圧電
変換して得られる第２電気信号との時間間隔に基づき上
記弦に接触するフレットを判別するフレット位置判別手
段を、上記第１電気信号の発生からの経過時間に対応し
て電圧が減少する参照電圧を発生させる参照電圧発生回
路と、上記第２電気信号の電圧を上記参照電圧と比較し
て上記フレットで反射されたエコーに基づき発生した第
２電気信号を判別する比較回路とを具えて構成したこと
を要旨とする。

〈作用および効果〉本発明に係わる電子弦楽器では、第１電気信号が圧電変
換手段により圧電変換されて超音波信号となり、該超音
波信号は弦と接触しているフレットの有無を検出すべく
弦を伝播してゆく。これと同時に参照電圧発生回路は参
照電圧を発生させて上記超音波信号の１次エコーに基づ
く第２電気信号の判別に備える。すなわち、参照電圧発
生回路は第１電気信号の発生からの経過時間に対応して
電圧が減少する参照電圧を比較回路に供給し始める。そ
こで、上記第１電気信号の発生に先行して弦に伝達され
た超音波信号の２次エコーが上記第１電気信号により発
生した超音波信号の１次エコーより先に圧電変換手段に
到着し、上記２次エコーに基づく擬似第２電気信号と第
２電気信号とが順次圧電変換手段から比較回路に供給さ
れたとする。上記２次エコーの伝播距離は上記１次エコ
ーの伝播距離よりも長いので、擬次第２電気信号の波高
値は第２電気信号の波高値よりも低くなる。したがっ
て、上記参照電圧の電圧値を、擬似第２電気信号が比較
回路に供給された時点では該擬似第２電気信号の波高値
を超え、第２電気信号が比較回路に供給された時点では
該第２電気信号の波高値未満となるように減衰させれ
ば、上記比較回路は第２電気信号を擬似第２電気信号か
ら峻別することができ、擬似第２電気信号に基づき弦と
接触しているフレットを判別することはない。その結
果、演奏者の所望する音高の楽音が常に発生し、演奏者
の意図した演奏を行うことができる。

〈実施例〉第１図は本発明を六弦のギターに適用した一実施例を示
す概略側面図であり、１はギターのボディを示してい
る。ボディ１のネック部３には、その長手方向と直角に
ｎ＋１本のフレット５₀，５₁，５₂，・・，５ｎが固定
されており、ネック部３先端のネック頭部に設けられた
弦巻７とボディ１に立設されたテールピース９との間に
は６本の互いに太さの異なる鋼製の裸線の弦１１₁，１
１₂，・・，１１₆が張設されている。上記ｎ＋１本をフ
レット５₀，５₁，５₂，・・，５ｎのうち、フレット５₀
は開放弦の状態で弦１１₁，１１₂，・・，１１₆に接触
している０フレットである。

テールピース９の近傍には圧電変換手段としての６個の
セラミックス製の圧電素子１３₁，１３₂，・・，１３₆
が互いに分離された状態で弦１１₁，１１₂，・・，１１
₆にそれぞれ接触しており、これらの圧電素子１３₁，１
３₂，・・，１３₆はブリッジ組立体１５に担持されてボ
ディ１に支持されている。

これらの圧電素子１３₁，１３₂，・・，１３₆はフレッ
ト位置判別手段１７から間歇的に第１電気信号としての
駆動パルスＰ１の供給を受け、該駆動パルスＰ１を約４
５０ＫＨｚの超音波信号に変換して対応する弦１１₁，
１１₂，・・，１１₆に伝達する。各弦１１₁，１１₂，・
・，１１₆に伝達された超音波信号は弦１１₁，１１₂，
・・，１１₆をそれぞれ伝播してゆき、フレット５₀，５
₁，５₂，・・，５ｎ等に反射されるとエコーを発生させ
る。このエコーは再び弦１１₁，１１₂，・・，１１₆を
圧電素子１３₁，１３₂，・・，１３₆に向かって伝播し
てゆき、圧電素子１３₁，１３₂，・・，１３₆により第
２電気信号としての反射信号Ｓ１に変換される。この反
射信号Ｓ１はフレット位置判別手段１７に送出され、反
射信号Ｓ１の波高値はフレット位置判別手段１７の比較
回路１９にて参照電圧発生回路２１から供給される参照
電圧Ｖｒｅｆと比較される。この参照電圧Ｖｒｅｆは、
駆動パルスＰ１が圧電素子１３₁，１３₂，・・，１３₆
に供給されたとき最高値Ｖｍａｘとなり、以後時間の経
過とともに漸減する。この参照電圧Ｖｒｅｆは、各フレ
ット５ｎ乃至５₀により発生する１次エコーに基づく反
射信号Ｓ１の発生予想時刻において各反射信号Ｓ１の波
高値より若干低くなるように選定されている。したがっ
て、超音波信号の１次エコーの到着前に、先行して発生
した超音波信号の２次エコーに基づく反射信号Ｓ１が比
較回路１９に供給されても、該２次エコーに基づく反射
信号Ｓ１の波高値は参照電圧Ｖｒｅｆより低くなるの
で、比較回路１９は上記２次エコーに基づく反射信号Ｓ
１によって後述する計数停止信号を発生させることはな
い。しかしながら、上記超音波信号の１次エコーが比較
回路１９に供給されると該比較回路１９は計数停止信号
を出力して駆動パルスＰ１の発生から開始したクロック
パルスの計数を停止させる。その結果、カウンタ（図示
せず）には駆動パルスＰ１の発信から１次エコーに基づ
く反射信号Ｓ１の受信までに計数されたクロックパルス
数が保持され、該クロックパルス数に対応した音高を表
す音高信号Ｓ２がトーンジェネレータ２３に供給され
る。

これに対して、発音のタイミングは上記圧電素子１
３₁，１３₂，・・，１３₆とフレット５ｎとの間に設け
られた電磁ピックアップ２５₁，２５₂，・・，２５₆に
より得られる。すなわち、電磁ピックアップ２５₁，２
５₂，・・，２５₆は各弦１１₁，１１₂，・・，１１₆に
対応して（すなわち六弦独立に）配設されており、演奏
者が揆弦すると、これら電磁ピックアップ２５₁，２
５₂，・・，２５₆は演奏者により弾かれた弦１１₁，１
１₂，・・，１１₆の振動を検出し、該検出結果に基づき
揆弦信号ＯＮをトーンジェネレータ２３に供給する。そ
の結果、トーンジェネレータ２３はフレット位置判別手
段１７から供給された音高信号Ｓ２に基づき形成された
楽音信号Ｓ３をサウンドシステム２５に送出して弦１１
₁，１１₂，・・，１１₆と接触したフレット５₀，５₁，
５₂，・・，５ｎに対応した音高の楽音を発生させる。

続いて、フレット位置判別手段１７の詳細構成を第２図
に基づき説明する。第２図に示された電気回路は圧電素
子１３₁に関して設けられたものであり、他の圧電素子
１３₂，・・，１３₆についても同様な電気回路がそれぞ
れ設けられている。第２図において、３１は発振器を示
しており、この発振器３１は所定間隔毎に駆動パルスＰ
１１，Ｐ１２，Ｐ１３，・・を定電流アンプ３３に供給
している。定電流アンプ３３は駆動パルスＰ１１，Ｐ１
２，Ｐ１３を増幅して圧電素子１３₁に供給し、圧電素
子１３₁はこれらの駆動パルスＰ１１，Ｐ１２，Ｐ１３
を超音波信号に変換して弦１１₁に伝達する。圧電素子
１３₁はミューティング回路３５にも接続されているの
で、ミューティング回路３５には圧電素子１３₁の振動
に起因するノイズＮ１，Ｎ２，Ｎ３が超音波信号の１次
エコーに基づく反射信号Ｓ１１，２次エコーに基づく反
射信号Ｓ２１，２２，３次エコーに基づく反射信号Ｓ３
１とともに供給される。上記駆動パルスＰ１１，Ｐ１
２，Ｐ１３は単安定マルチバイブレータ３７にも供給さ
れており、単安定マルチバイブレータ３７は駆動パルス
Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３の受信後、所定時間ハイレベル
に移行するミュート信号Ｓ４１，Ｐ４２，Ｐ４３をミュ
ーティング回路３５に供給する。上記ミュート信号Ｓ４
１，Ｐ４２，Ｐ４３がハイレベルに移行する所定時間は
ノイズＮ１，Ｎ２，Ｎ３の発生期間より長くなるように
設定されているので、ミューティング回路３５はミュー
ト信号Ｓ４１，Ｐ４２，Ｐ４３の供給されている間その
出力を停止してノイズＮ１，Ｎ２，Ｎ３を除去する。し
たがって、ミューティング回路３５は反射信号Ｓ１１，
Ｓ２２，Ｓ２１，Ｓ３１のみ通過させてアンプ３９に供
給する。アンプ３９で増幅された反射信号Ｓ１１，Ｓ２
１，Ｓ２２，Ｓ３１はハイパスフィルタ４１で低周波の
弦振動成分に起因した低周波成分を除去され、コンパレ
ータ４３に供給される。上記駆動パルスＰ１１，Ｐ１
２，Ｐ１３はエンベロープジェネレータ４５にも供給さ
れており、エンベロープジェネレータ４５は上記駆動パ
ルスＰ１１，Ｐ１２，Ｐ１３の供給直後に最高値Ｖｍａ
ｘとなり、以後所定の減衰率で電圧降下する参照電圧Ｖ
ｒｅｆを発生させてこれをコンパレータ４３に供給す
る。コンパレータ４３は反射信号Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ２
２，Ｓ３１を参照電圧Ｖｒｅｆと比較して、その結果、
反射信号Ｓ１１，Ｓ２２，Ｓ２１，Ｓ３１の波高値が参
照電圧Ｖｒｅｆの電圧値を超えているときのみ計数停止
信号Ｓ５１をカウンタ（図示せず）に出力する。

次に、第３図の波形図を参照しつつ、一実施例の作用を
説明する。まず、時刻ｔ１１に駆動パルスＰ１１が出力
され、該駆動パルスＰ１１により発生した超音波信号
は、弦１１₁に接触しているいずれかのフレット５₀，５
₁，５₂，・・，５ｎに反射されて１次エコーを発生させ
た後、再び弦１１₁を往復して２次エコーを発生させ
る。この２次エコーが圧電素子１３₁に到着する前に再
び駆動パルスＰ１２が圧電素子１３₁に供給され（時刻
ｔ１２）、該駆動パルスＰ１２に基づき発生した超音波
信号は弦１１₁を伝播してゆき弦１１₁と接触しているフ
レット５₀，５₁，５₂，・・，５ｎに反射されて１次エ
コーを発生させる。この１次エコーが圧電素子１３₁に
到着する前に駆動パルスＰ１１に基づく超音波信号の２
次エコーが圧電素子１３₁に到着して反射信号Ｓ２１が
形成される（時刻ｔ１３）。駆動パルスＰ１２により発
生された超音波信号の１次エコーに基づく反射信号Ｓ１
１が到着する時刻ｔ１４における参照電圧Ｖｒｅｆの電
圧値は、反射信号Ｓ１１の波高値より若干低い値なの
で、時刻ｔ１４に先行する時刻ｔ１３における参照電圧
Ｖｒｅｆの電圧値は反射信号Ｓ２１の波高値より高く、
コンパレータ４３は計数停止信号Ｓ５１を出力しない。
しかしながら、反射信号Ｓ１１の波高値は時刻ｔ１５に
参照電圧Ｖｒｅｆの電圧値を超えるので、コンパレータ
４３は計数停止信号Ｓ５１を出力する。その後、時刻ｔ
１６には駆動パルスＰ１１により発生された超音波信号
の３次エコーに基づく反射信号Ｓ３１が発生し、時刻ｔ
１７には駆動パルスＰ１２により発生された超音波信号
の２次エコーに基づく反射信号Ｓ２２が発生するが、い
ずれの波高値も参照電圧Ｖｒｅｆ以下なので、コンパレ
ータ４３が計数停止信号Ｓ５１を出力することはない。

上記一実施例では揆弦を電磁ピックアップ２５₁，２
５₂，・・，２５₆により検出したが、これを圧電素子１
３₁，１３₂，・・，１３₆により検出するようにしても
よい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概略側面図、第２図はフレ
ット位置判別手段の一部を示すブロック図、第３図はフ
レット位置判別手段の主要信号の波形図、第４図は先願
の問題点を説明するための波形図である。５₀，５₁，・・・・，５ｎ……フレット、１１₁，１１₂，・・，１１₆……弦、１３₁，１３₂，・・，１３₆……圧電変換手段（圧電素
子）１７……フレット位置判別手段、１９，４３……比較回路（コンパレータ）２１，４５……参照電圧発生回路、（エンベロープジェ
ネレータ）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波を伝播可能な弦と、該弦の長手方向に互いに離隔して設けられ上記弦が押圧
されたとき該弦が少なくとも１つに接触可能な複数のフ
レットと、第１電気信号に基づき超音波信号を発生して該超音波信
号を上記弦に伝達し該弦を伝播する超音波信号が反射さ
れて生じるエコーを第２電気信号に変換する圧電変換手
段と、上記第１電気信号と第２電気信号との時間間隔に基づき
上記弦に接触するフレットを判別するフレット位置判別
手段とを具えた電子弦楽器において、上記フレット位置判別手段が上記第１電気信号の発生からの経過時間に対応して電圧
が減少する参照電圧を発生させる参照電圧発生回路と、上記第２電気信号の電圧を上記参照電圧と比較して上記
フレットで反射されたエコーに基づき発生した第２電気
信号を判別する比較回路とを有していることを特徴とす
る電子弦楽器。