JPS5834B2 - 電磁ピツクアツプ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気ピアノの電磁ピックアップに係わり、特に
奇数高調波と偶数高調波に相対振巾レベル差を無くす様
に磁極を可動自在と成した電磁ピックアップに関する。

従来から電気ピアノとして振動片等を打撃することで該
振動片に対向して配設されたピックアップにより該振動
片の機械的振動を電気的に変換して電気出力を取り出す
様にしたピックアップ装置は周知であり、これらは例え
ば米国特許第３０３８３６３号公報にその電極や磁極の
構成が詳細に示されている。

一般にピックアップとして電極ピックアップを用いるも
のとスタテックなピックアップを用いるものとが知られ
ているが、電磁型ピックアップとして一般的に使用され
ている電磁ピックアップの構成としては第１図に示す如
きものが公知である。

即ち、略々Ｕ字状に形成された大きいマスを有する基台
１に複数個の各音階に対応する振動片２が片持ち保持さ
れ、該振動片の先端には適当な空隙を配して磁極３がボ
ビン４の中心軸に嵌挿され、該ボビン４の上端部に穿っ
た座ぐり部５に図示の如く着磁されたマグネット６を嵌
着し、更に巻線８を巻回しＬ字状の金具７に該ボビン４
を固定して基台１に金具を固着する様に成され、振動片
２をハンマー９で打撃することで振動片２の機械的振動
によって磁極３に生ずる磁束を切って巻線に振動片の機
械的振巾に応じた電気出力を取り出す様に成したもので
あり、第１図の磁極構成を有する等価回路を第２図に示
す、今磁極３と振動片２との空隙をｌとして磁極３と振
動片２との軸のずれ（以下偏差と呼ぶ）をｂとすると振
動片の先端が振幅Ａ、周波数ｆの正弦波振動をすると磁
気抵抗ＲはＲ＝Ｋ（１２＋（ｂ＋Ａ・ｃｏｓ２πｆｔ）
２）となり磁束ψは永久磁石５による起磁力をＦとす電
圧を誘起する。

の周期関数であるがＴ／２を中心に点対称な波形となり
、Ｔｏは（２）式で与えられる。

即ち、基本周波数ｆの２倍の振動波形となる。

この様な構成の電磁ピックアップの第３図の波形のスペ
クトル分布は第４図Ａ、Ｂ、Ｃに示す如きものとなる。

即ち、第４図Ａ、Ｂ、Ｃは横軸に高調波次数ｎを縦軸に
相対振巾レベルを取ったもので第４図Ａに於ては第２図
の振動片２と磁極３との偏差すが大きい時のスペクトル
分布を、第４図Ｂは偏差すの小さい時のスペクトル分布
を、第４図Ｃは偏差すが零の時のスペクトル分布を示し
ている。

電気ピアノの音の高さく音程）は第３図の電圧波形によ
る第４図Ａ〜Ｃのスペクトル分布の基本および高調波成
分（高調波次数１のとき基音、２，３・・・・・・以降
を倍音と呼ぶ）の強度関係で決定される。

音の高さは基本周波数である基音によるが基音が欠如し
ても倍音の差音として基音に相当するものを感じる。

従来の電磁型ブックアップ装置では第４図Ａ〜Ｃのよう
に高調波次数１，３，５・・・・・・・・・の奇数次成
分が偶数次成分に比較してその相対レベルが非常に小さ
いため第４図−Ａ、Ｂの場合偶数次成分と奇数次成分の
差音（基音に相当する音の高さ）より偶数次成分間の前
音（基音の倍の周波数に相当するオクターブ上の音の高
さ）が強く聞えていわゆる音の高さが非常に不確定とな
り第４図Ｃの場合は奇数次成分がないため完全にオクタ
ーブ上の音に聞え第１図の従来例では上述のように、音
の高さが非常に不確定になる欠点があり、音の分離性や
音程感が悪い原因となる。

上述の如き欠点を除去するために振動片２の半サイクル
のみの磁束の変化を検出する様にした電磁型ピックアッ
プも上記米国特許に記載されている。

この構成は第５図に示される如きもので第１図と同一部
分には同一符号を附して重複説明を省略するも磁極３は
基台１に直接固定されて巻線８が巻回され、振動片２は
図示の如く着磁されて基板１に取付けられている。

この振動片２をハンマーで打撃して巻線８より取り出さ
れる電圧波形を第６図に、そのスペクトル分布を第７図
に示す。

この場合のスペクトル分布は第４図Ｂの逆で基音が最つ
とも大きく、２，４，６・・・・・・・・・矢高調波が
奇数次成分に比して比較的小さくなっているが、常に基
音があるため、第４図に示すような音の高さの不確定性
の要素は生じない。

しかるに第６図に示す電圧波形のように０〜Ｔ／４．３
Ｔ／４〜Ｔ間の半サイクルは電圧が発生しないため、非
常に検出能力が小さくなり、第４図に示す如く磁極３と
振動片２間の偏差すを調整することでスペクトルのフオ
ームを変化させることが出来ないので単純な音と成る欠
点を生ずる。

更に上記米国特許には第８図に示す如く振動片２と電極
３との間でスタテックにカップルさせることで振動片の
機械的振動をキャパシタンスの変化として検出する様に
したピックアップが示され、電極３は振動片２をハンマ
ー９で打撃した時の該振動片２の先端の軌跡に沿う様に
成されたものが示されている。

此の様な構成のピックアップによって得られる信号波形
を第９図にそのスペクトル分布ヲ第１０図に示す。

此のスペクトル分布から明らかな如く此の様なスペクト
ル分布であれば第７図に述べたと同様に音の高さの不確
定さは生じない。

然しこの電極構成はスタテックをピックアップ方式であ
り、之を第１図や第５図に示す如き電磁方式のピックア
ップに置き換えたときには第７図で述べたと同様のスペ
クトル分布を示す欠点を生ずるこの測定例を第１８図−
８に示す。

本発明は上述の欠点を除去するために電慈型ピックアッ
プに於て検出能率の低下をきたすことなく奇数次の倍音
の欠如を防止し、奇数次、偶数次の相対振巾レベル差を
なくし音の高さの不確定性を改善しかつ良好な音色を得
るためのスペクトル分布が得られる電磁ピックアップ装
置を提供するものである。

以下本発明を第１１図以下に詳記する。

第１１図は本発明の原理的磁極構成を示すもので第２図
の磁極３を点磁極から長さａの線磁極に磁極形状を変え
たものである。

片持ち振動片２の振動振巾をＡとすると磁極３の長さａ
は（３）式を満足するように設定される。

０＜ａ＜Ａ ・・・・・・（３）
合筆１１図において振動片がハンマーの打撃によりｔｏ
の位置から自由振動（周波転ｆ）に入るとｔｏから磁極
２の先端ｔ１迄の期間は（４）式に示す電圧が巻線８に
誘起される。

次にｔｌから振動振巾が零になるｔ２迄の期間は磁束の
変化が生じないため誘起電圧は零となる。

（ｅｔ１〜ｔ２＝０）次にｔ２から逆方向に振動し最大
振巾Ａになるｔ２の期間は式（５）に示す電圧が誘起さ
れる。

以上の振動が半周期で同様の変格が逆にくり返されて１
周期が終る。

この電圧波形を第１２図に示す。

即ち奇関数波形となる。

この場合のスペクトル分布を第１３図に示す。

この場合磁極ａの長さを第３式に示す偶数次成分と奇数
次成分のレベル差をなくし、かつ第４図、第７図に比較
して山谷を伴った複雑な分布を呈することができる。

これら分布の高調波振巾は波形が奇関数であるため次の
６式に示すフリーＩ係数ｂｎより求められる。

第４図に示したスペクトル分布では（６）式の積分（ｎ
・２πｆｔ）ｄｔ、 ・・・（７）逆でほぼ
対称な波形であるため、例えばｎ＝１（基音成分）の時
の（７）式の第１項の積分値と第２項の積分値は極性が
逆でほぼ等しい値になるためｎ＝１の時の、ｂｌ、は非
常に小さく、ｎ＝２の時は第１項の積分値と第２項の積
分値が同極でほぼ等しいため、ｂ２．は最大の振幅ベル
を生じ以下同様に第４図のようなスペクトル分布となる
。

又第７図に示した従来のスペクトル分布は積分で求めら
れる。

この場合の出力電圧は第６図で与えられる波形であるか
らその時の積分値はＮ＝１のときが最大でありＮ＝２は
小さく第７図のような分布となる。

本発明の場合は（６）式は次の（９）式のような積分区
この場合の出力電圧は 同じであるが第１項の積分値により第７図のスペクトル
分布が第１３図のようにとる。

第１項の積分値は（４）式で示される電圧即ち磁極寸法
ａを（３）式の範囲で選ぶことにより変化させることが
できる。

これによりスペクトル分布は第４図の状態から第７図の
範囲で変化させることができ第１３図のような比較的奇
数次と偶数次の倍音成分のレベル差をなくしかつエンベ
ロープ全体を山谷を伴う特性をもたすことができる。

上記第４図〜第７図迄変化出来るスペクトル分布をａ／
Ａの比を変化させた実施例について説明する。

第１８図は振動振幅Ａに対して磁極寸法ａを変化したと
きのスペクトル分布の測定例である。

横軸は周波数軸で１目盛２５０Ｈｚ、縦軸は高周波成分
の相対振幅レベルで１目盛１０ｄｂを示す。

鍵番号１、基本振動周波数は４３．６５Ｈｚであり、振
動片の片側振幅量は２８ｍｍのときの測定例である。

例えば第１８図−１は３寸法０．５ｍｍのときで左側１
番目の振幅は基音であり周波数４７．６５Ｈｚ右に行く
に従い高周波次数２（８７，３０Ｈｚ）、３（１３０，
９５Ｈｚ）・・・・・・・・・と各高調波次数の相対振
幅レベルを示し、振幅が従軸において下方に下がるほど
その相対振幅レベルが減少することを示している。

第１８図−２は３寸法２ｍｍ（ａ／Ａ＝０．１１）で３
寸法が増加したときを示し以下第１８図〜３乃至第１８
図−７は３寸法を５ｍｍ７ｍｍ、９ｍｍ、１１ｍｍ、１
５ｍｍとしａ／Ａを０．１８，０．２５゜０．３２，０
．３９，０．５４と成した場合を示し更に第１８図−８
は３寸法３０ｍｍ（ａ／Ａ＝１．０７）の測定で振幅量
より磁極の寸法が大きくなった時である。

（第７図又は第８図に相当）第１８図−１は従来磁極構
成（第１図に相当）による偏差ｂ＝ｏに相当しスペクト
ルエンベロープは高調波成分２，４，６・・・・・・・
・の偶数次成分で形成され、奇数次成分１，３，５・・
・・・・・・・矢高調波は減少している。

磁極の長さａを増加していくと、第１８図−２、第１８
図−３のように偶数次成分と奇数次成分が交錯し合い、
第１８図−４寸法７ｍｍ（ａ／Ａ＝０．２５）、第１８
図−５ａ寸法９ｍｍ（ａ／Ａ＝０．３２）、第１８図−
６ａ寸法１１ｍｍ（ａ／Ａ＝０．３９）に示すように３
寸法が７ｍｍ〜１１ｍｍの範囲で上述した様に奇数次成
分と偶数次成分が比較的レベル差がなく、同一のスペク
トルエンベロープを取る範囲があることが分る。

第１８図−７、第１８図−８とますます３寸法を大きく
すると、今までの逆に偶数次成分が小さく奇数次成分が
現われ、単純なスペクトルエンベロープとなる。

このように３寸法を７ｍｍ〜１１ｍｍの範囲で選定する
と奇数次、偶数次の相対振幅レベル差（第４図）による
音の高さの不確定性、を改善しかつ第７図に示すスペク
トル分布のエンベロープの単純さによる音色の単純さを
改善し良好な音色を得るスペクトル分布を得ることが出
来る。

上述の如き原理に基づく本発明の１実施例を第１４図乃
至第１６図について詳記する、尚第１図と同一部分には
同一符号を付して重複説明を省略するも第１５図は本発
明の振動片取付状態を示す斜視図で側面図を第１４図に
示す。

振動片２の先端には基本振動周波数ｆを定める重錘１０
を付加し、ボビン４にはＬ字状の金具１１をＬ字状の取
付金具７の上方突片７ａに沿って配設し、ビス１２によ
ってピックアップを上下調整し、Ｌ字状の取付金具７の
下方突片７ｂに螺合したビス１３によってピックアップ
の左右調整を行うよいに成す。

又磁極３は振動片２の振動に対して空隙ｌを保つように
保持され、その長さａは（３）式の如く選ばれる第１５
図の斜視図では各鍵盤に相当する数だけ振動片と電磁ピ
ックアップが取付けられ、各振動片の最大振幅Ａは低音
鍵より高音鍵になるに従い減少するが、第１４図におい
ては本発明の磁極の円弧状の寸法ａはａ／Ａが各鍵盤で
一定になるように振動片の最大振幅Ａの減少に従い減少
するようになされている。

第１６図は従来の点磁極３を用いて片持ち振動片２の先
端を円弧状に曲げた実施例である。

曲げ寸法をａとするとこの期間は片持振動片と磁極間の
ギャップは一定であり磁束の変化が生せず前述の構成と
同様の効果を得ることができる。

本発明は上述の如く構成されたのでハンマーで振動片を
打撃した時の最大振幅Ａは鍵盤のアクション構造、振動
片の打点位置、振動片の長さ、厚さ、等によって変化し
て来るが本発明実施の電気ピアノに於ける７５鍵の最大
振幅値と磁極３の長さの関係は第１７図に示す如きもの
であった、第１７図の横軸は鍵番号を縦軸は振巾を取っ
たもので曲線１４は各鍵盤の最大振巾Ａを表し、階段状
の曲線１５は各鍵毎に付加した磁極３の長さａを表して
いる。

従来のピックアップ装置はスペクトル分布を調節するた
め磁極を左右に移動させ偏差を各鍵盤毎に変えて音色調
節をしていたが本発明によればａ／Ａを一定にすること
によりその調節が必要なく、より均一な音色を得ること
ができる。

上記各実施例に於ては磁極３又は振動片２の寸法ａを設
計時に成る値に設定する様にしたが第１９図Ａ、Ｂに示
す如く磁極３よりも長い補極３ａを該磁極に嵌挿させて
摺動自在と成すことで磁極寸法を可変出来る。

尚同図で第１９図Ｂは第１９図ＡのＡ−Ａ断面矢視図で
ある。

第２０図の場合は磁極３を保持部３Ｃと多角形部材３ｂ
より構成し該多角形部材３ｅの各片１１〜１６の長さを
変えたものを作り、該多角形部材３ｂを保持部３ｃに回
動自在と成し、振動片２と所定の片１５を対向させるよ
うにしてもよい。

その他種々の可変手段は当業者に於て推考し得るもので
あり、これらは本発明中に含まれるものである。

本発明は上従の如く構成させたので発音源のスペクトル
分布において磁極寸法ａを振動振巾Ａより小さい範囲で
適宜選定することにより奇数次と偶数次の倍音成分のレ
ベル差をなくし比較的複雑な山谷を伴ったスペクトル分
布が得られることにより、音の高さの不確定性を改善し
各音階において分離性の良い良好な音色を得る効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のピックアップ装置の側断面図、第２図は
第１図の等価回路図、第３図は第１図の信号電圧波形図
、第４図Ａ〜Ｃは第３図の信号電圧のスペクトル分布図
、第５図は従来のピックアップ装置の斜視図、第６図は
第５図の信号電圧波形図、第７図は第６図のスペクトル
分布図、第８図は従来のピックアップ装置の斜視図、第
９図は第８図の信号電圧波形図、第１０図は第８図のス
ペクトル分布図、第１１図は本発明のピックアップ装置
の原理図、第１２図は第１１図の信号電圧波形図、第１
３図は第１２図のスペクトル分布図、第１４図は本発明
のピックアップ装置の１実施例の側断面図、第１５図は
第１４図の斜視図、第１６図は本発明の他の実施例を示
す側断面図、第１７図は磁極の長さと最大振巾の関係を
示す曲線図、第１８図−１〜第１８図〜８は振動振巾Ａ
に対して磁極寸法ａを変化した吋のスペクトル分布図で
横軸は周波数を縦軸は高調波成分の相対振巾レベルであ
り、第１９図Ａ、Ｂ及び第２０図は本発明の磁極長さ可
変手段を示す概略図である。 １は基台、２は振動片、３は磁極、８はコイルである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 振動片を基台に取付けてハンマーで打撃することに
   よって生ずる機械的振動を該振動片と適宜空隙を設けて
   ピックアップする電磁ピックアップによって取り出す様
   にして成るピックアップ装置に於て、振動片を打撃する
   時に生ずる最大振巾Ａに対し振動片の半周期の一部のみ
   磁極と対向する磁極の寸法ａをｏ＜ａ＜Ａの範囲内に適
   択し上記磁極の寸法ａ又は振動片の先端の折り曲げ寸法
   ａを可変自在と成すことを特徴とする電磁ピックアップ
   装置。