JPH0577077B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、伸張された弦と音高を決定する複数
のフレツトを有するギター等の弦楽器において、
押された弦の位置的情報を検出する弦押圧位置検
出装置に関する。

従来の技術 上記の弦押圧位置検出装置は、その検出信号を
シンセサイザーに送出して対応する音階で演奏を
行う場合に用いられる。

近年、鍵盤楽器を中心とするMIDI規格が国際
的に成立し、これを弦楽器の分野まで拡張しよう
とする試みが行われているが、弦楽器では演奏さ
れているノート（音名）をいかにして弦楽器側で
検出するかにつき特有の困難性がある。即ち、鍵
盤楽器であると、各鍵（キー）にスイツチを設け
そのオン・オフによつて演奏されているノートを
検出することができるが、一般に弦楽器はキーを
もたないので、演奏されているノートを検出する
ことが鍵盤楽器と比べ困難である。このため、弦
楽器において演奏されているノートを検出する手
段につき従来から種々の提案がなされている。そ
のうち一つとして、特開昭59−176783号公報に開
示された発明がある。この発明は弦のもつ電気抵
抗を利用して押されている弦の位置を検出するも
のである。詳しくは、弦が押されると、当該弦は
押圧点の両側の一対のフレツトと接触するので、
弦に電流を流すことによつて一対のフレツト間に
弦の抵抗値に基づいて電位差を生じ、このフレツ
ト間の電位差を検出することにより、弦の押圧位
置を検出するようにしている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記従来手段によれば、次のよ
うな問題点がある。即ち、 一般に電気ギター等に用いられる弦は鋼製
で、その抵抗率Ｐは10〜20×10^-8Ωmである。
このため弦に発生する電位差はかなり小さく、
ノイズレベルと変わらない場合がある。

このような誤動作をなくすためには、弦に流
す電流を大きくして検出電位をノイズレベルよ
りはるかに大きな値とする必要があるが、弦へ
の電流供給手段にIC素子を用いる現行装置に
おいては、そのような大きな電流を流すことは
不可能である。

本発明はこのような点にあつて、電流供給手段
としてIC素子を用いても誤動作なく弦押圧位置
の検出が行える新規、有用な手段を提供すること
を目的としている。

問題点を解決するための手段 上記目的を達成するため本発明は、伸張された
弦と、高音を決定する複数のフレツトを有する弦
楽器において、弦に電流を供給する電流供給手段
と、各フレツトに流れる電流により誘起電圧を発
生するコイルより成るフレツト検出手段とを具
え、押圧より当該弦とフレツトが接触して該フレ
ツトに設けられたコイルに生ずる誘起電圧に基づ
いて弦の押圧位置を検出することを特徴としてい
る。

作 用 フレツト検出手段をコイルで構成したので、弦
の押圧時にフレツトに流れる電流はコイルに誘起
される電圧によつて検出される。ここで、コイル
の誘起電圧ｅは、フレツトに流れる電流をＩとす
ると、 ｅ＝−ＭdI／dt（但し、Ｍは相互インダクタンス である。） で表される。即ち、誘起電圧ｅはフレツトに流れ
る電流の時間的変化に比例する。

このように本発明は押圧されているフレツト位
置を各フレツトに対応して設けたコイルに発生す
る電圧に基づいて検出するものであり、弦の抵抗
値を利用した従来発明とは根本的に異なるもので
ある。

尚、本発明は次のような場合においても正確に
押圧フレツト位置を検出することができる。第１
０図において○印で示すように、第１弦S1は第
10フレツト、第２弦S2は第10フレツトおよび第
11フレツトで押圧されているとする。第２弦につ
いては、複数のフレツトが弦と接触しているた
め、これらの複数のフレツトに対応して設けられ
たコイルにそれぞれ誘起電圧が発生される。

ところが、電流をブリツジ側から送出すると弦
の振動の節となる第11フレツトに対応するコイル
に、最も大きな誘起電圧が発生される。

また、第１弦の場合においても第１弦に加えら
れた電流は、第10フレツトを通して第２弦にも加
わり、第11フレツトおよび第９フレツトにも流れ
る。したがつて、これらのフレツトに対応するコ
イルにも、誘起電圧が発生されるが、この場合も
弦の振動の節となる第10フレツトに対応して設け
たコイルに、最大の誘起電圧が発生する。このこ
とは本願発明者が実験により知見した。したがつ
て、このように複弦の場合には最大の誘起電圧を
発生するコイルを検出することにより、押圧され
ているフレツト位置を正確に検出できる。

実施例 第１図は本発明装置を内蔵した弦楽器の一例と
してのギターを示し、１はネツク、２はボデイで
ある。ネツク１には多数のフレツトF1…F24が設
けられ、その上方にボデイ２側からネツク先端ま
で６本の弦S1〜S6が伸張されている。ボデイ２
にはフアンクシヨンスイツチＡ〜Ｆとデイスプレ
イ装置３とが設けられている。

〈フアンクシヨンスイツチ〉 フアンクシヨンスイツチＡ〜Ｆは音色設定（プ
ログラムチエンジ）やMIDIチヤンネルの設定等
に使用される。例えば、フアンクシヨンスイツチ
Ａはプログラムチエンジに使用されていて、該ス
イツチＡを押した状態において第１弦の第１フレ
ツトを押さえれば演奏音がピアノに切替わり、ま
た第２フレツトを押さえればストリングスに切替
わるMIDIの音色設定信号を発信する。いずれの
フレツトで押さえられたかは本発明の弦押圧位置
検出装置によつて検出される。

フアンクシヨンスイツチＢはMIDIチヤンネル
を設定するもので、このスイツチを押した状態
で、第１フレツトを押さえると第１チヤンネル
に、第２フレツトを押さえると第２チヤンネルと
いうように、本実施例のギターの送信MIDIチヤ
ンネルを設定できる。

また、フアンクシヨンスイツチＣは、弦楽器の
チユーニングを設定するスイツチである。本機の
ように押圧フレツトを検出し、シンセサイザーを
駆動するような弦楽器では、各弦の調弦はどのよ
うにしてもよい。すなわち、正確に調弦されてい
なくても、本機からは押圧されているフレツトに
対応するノート情報が送出され、これを受信する
音源は、そのフレツトに対応する正確な音程で発
音することにる。しかし、調弦を変える場合もあ
る。一般にギターの場合は第１弦Ｅ、第２弦Ｂ、
第３弦Ｇ、第４弦Ｄ第５弦Ａ、第６弦Ｅに合わせ
るが、例えば、第６弦をＤに調弦することはしば
しば行われる。このような場合にはフアンクシヨ
ンスイツチＣを押しながら、第６弦の第10フレツ
トを押さえることにより、第６弦の開放弦はＤと
なる。すなわち、第12フレツトを押さえた場合
は、上記一般的な調弦であるが、他のフレツトを
押さえることにより、簡単に調弦を変更すること
ができる。なお、これらのフアンクシヨンスイツ
チの動作は、本願発明の本質ではないので省略す
る。

〈ギターに内蔵の装置類〉 ギターには本発明の弦押圧位置検出装置の他
に、大略第２図にブロツク図で示す各装置が組込
まれている。図中、５はフアンクシヨンスイツチ
検出装置、６はエンベロープ検出装置、７は本発
明の弦押圧位置検出装置、８はMIDI送出装置、
９はコントロールCPUである。フアンクシヨン
検出装置５にはデイスプレイ３の駆動部も含む。
上記各装置５〜８はコントロールCPU９の働き
によつて第３図のフローチヤートに示す動作を行
う。尚、コントロールCPU９として例えばイン
テル社のi8051を使用できる。

〈第３図のフローチヤート〉 先ずステツプST1でフアンクシヨンスイツチＡ
〜Ｆが押されているかどうかの判断がなされる。
いずれかのフアンクシヨンスイツチが押されてい
るとステツプST2に進み、弦と接触しているフレ
ツトの検出が行われる。この検出は本発明装置７
によつて実行される。フレツトの検出がなされる
と、ステツプST3へ進み、MIDIの信号を送信、
デイスプレイ３にて表示する等の必要な処理がな
される。

一方、フアンクシヨンスイツチＡ〜Ｆのいずれ
も押されていないならステツプST1からST4、
ST5へと進み、第１弦についてのエンベロープ検
出を行う。そして、エンベロープのレベル値があ
る値以上（弦が振動中）である場合はステツプ
ST6に進み、フレツト検出を行う。このフレツト
検出も本発明装置７によつて行われる。フレツト
の検出が完了すると、ステツプST7にてキーオン
のチエツクが行われる。キーオンのチエツクは現
時点でのエンベロープ信号を前の測定瞬時におけ
るエンベロープ信号と比較して始めてエンベロー
プを発生したかどうかを判断することにより行
う。キーオンチエツクの結果がYESの場合（即
ち、初めてエンベロープが立ち上がつた場合）に
は、ステツプST8に進み、フレツト番号で示され
る音名のキーオン信号をMIDI送信装置から送信
する。キーオンのチエツクの結果がNOの場合に
は前の測定瞬時にキーオン信号を送出しているの
で、改めてキーオン信号の送出は行われない。ま
た、ステツプST5においてエンベロープが検出さ
れないときは、ステツプST9に進み、キーオフの
チエツクがなされる。キーオフのチエツクは、今
回の測定と前回の測定とを比較して初めてエンベ
ロープが検出されなくなつたがどうかを判断する
ことによつて行う。キーオフのチエツクの結果が
YESの場合にはステツプST10に進み、キーオフ
信号をMIDI送信装置から送出する。キーオフの
チエツクの結果がNOの場合にはキーオフ信号は
送出されない。

かくして第１弦についてのキーオン又はキーオ
フのチエツクが完了すると、ステツプST11から
ST5へと進み、弦を表す数Ｓを１増加し、第２弦
についてキーオン、キーオフのチエツクを行う。
以下、同様に第６弦までの処理を完了すると、ス
テツプST12においてＳ＝７となるので検出動作
を終了し初期状態に復帰する。

第４図にエンベロープ検出装置および弦押圧位
置検出装置のブロツク図を示す。同図において、
６はエンベロープ検出装置、９はコントロール
CPU、１２はフレツト検出手段、１３はフレツ
トマルチプレクサ、１４は最大値検出回路であ
る。〈エンベロープ検出装置〉 エンベロープ検出装置６は、各弦S1〜S6の振
動を検出するピツクアツプPU1〜PU6と、各ピツ
クアツプの検出出力のエンベロープを検出するエ
ンベロープ検出器Ｄ１〜Ｄ６とＡ／Ｄ変換器Ａ／
Ｄ１と、前記各エンベロープ検出器Ｄ１〜Ｄ６を
Ａ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１と所定のタイミングで切換
接続するエンベロープマルチプレクサMPXIとか
ら構成されている。エンベロープマルチプレクサ
MPXIはコントロールCPUからデータバス１０
を通じて制御信号を受け、その制御信号によつて
切換走査されている。従つてエンベロープ検出器
Ｄ１〜Ｄ６にて検出される各弦S1〜S6のエンベ
ロープはＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１にて順次デイジタ
ル量に変換されてコントロールCPUに加えられ
る。

次に、本発明の弦押圧位置検出装置７について
詳細に説明する。第５図は本発明の弦押圧位置検
出装置７の具体的な回路を示す図、第６図は前記
回路の各部の波形を示す図である。

〈電流供給手段〉 弦への電流供給はコントロールCPU９がプロ
グラムで出力用ポートをLow→High→Lowと制
御することにより行い、この出力をバツフアアン
プ２２を介して弦に電流として供給する。このプ
ログラムについては後述する。第６図中IP１，
IP２…は、それぞれ第１弦、第２弦…に供給さ
れる電流パルスを示している。電流供給手段１１
は各弦のブリツジ側端に接続される。このような
位置に接続することによつて、作用の項で述べた
ように弦と接触しているフレツトのうちブリツジ
に最も近いフレツトの位置的情報の検出が可能に
なる。尚、電流パルスは波高値が約2mA、パル
ス幅約2μsecのものを用いている。

〈フレツト検出手段〉 フレツト検出手段１２は、本発明にあつては各
フレツトＦ１〜Ｆ２４と磁気的に結合したコイル
Ｌ１〜Ｌ２４を用いている。コイルＬ１〜Ｌ２４
の磁気的結合構造の詳細は第８図及び第９図に示
されている。即ち、ギターのネツク１中にアース
板１５を埋設すると共に、このアース板１５とフ
レツトＦ１〜Ｆ２４との中間に、環状コア１６
ａ，１６ｂ…を多数連ねた構造のコア連体１６を
配し、その各環状コア１６ａ，１６ｂ…の中心孔
１７…を貫通する状態に設けた導線１８ap１８
ｂ…によつて各フレツトＦ１〜Ｆ２４とアース板
１５とを接続し、更には各環状コア１６ａ，１６
ｂ…にコイルＬ１〜Ｌ２４を適数回巻回して構成
してある。前記コア連体１６は例えばマンガン、
フエライト、ジンクからなる厚み3.2tの板体を打
抜き加工して形成されている。実施例においてコ
ア連体１６の中心孔１７は4.5φ、外径は8.6φとし
ている。尚、コア連体１６に代えて各コア１６
ａ，１６ｂ…を別々の構成で実施してもよい。

前記フレツト検出手段によれば、弦が押圧され
くと、その弦がフレツト接触することによつて、
電流供給手段１１から弦→フレツト→導線１８→
アース板１５を経て電流パルスが流れる。このと
き、導線１８と鎖交する状態で高透磁率の環状コ
ア１６ａ，１６ｂ…が設けてあるので、導線１８
に流れる電流によつて生じる磁力線の大半がそれ
と鎖交する環状コア内を通る。この結果、その環
状コアに巻回されたコイルに前記電流パルスの変
化率に比例した電圧が誘起される。

〈フレツトマルチプレクサ〉 フレツトマルチプレクサ１３は例えば第５図に
示すように８チヤンネルのアナログマルチプレク
サ３個１３ａ，１３ｂ，１３ｃで構成される。こ
のアナログマルチプレクサ１３ａ，１３ｂ，１３
ｃは市販されているCD4051が用いられる。フレ
ツトマルチプレクサ１３にはコントロールCPU
９から３ビツトの制御信号が加えられる。この制
御信号によつてフレツトマルチプレクサ１３の各
アナログスイツチＡ１，Ａ２…Ａ２４が第６図に
Ａ１〜Ａ２４…に示す如く、電流供給手段の電流
パルスと同期して切替えられる。従つて、例えば
ｋ番目のアナログスイツチAkが導通すると、ｋ
番目のフレツトFkに設けられているコイルLkが
最大値検出回路１４と接続される。もし、アナロ
グスイツチAkが導通している期間に弦がフレツ
トFkと接触していると、コイルLkに誘起電圧を
生じ、その誘起電圧が最大値検出回路１４に入力
される。

〈最大値検出回路〉 最大値検出回路１４は、この実施例ではコイル
の誘起電圧を所定倍増幅するアンプ１４ａと、ピ
ークホールド回路１４ｂと、バツフアアンプ１４
ｃ，１４ｄとコンパレータ１４ｅとで構成され
る。各回路は夫々オペアンプを主体に構成され
る。Ao０，Ao１は夫々アナログスイツチであ
る。このアナログスイツチAo０，Ao１は例えば
CD4016が用いられる。この最大値検出回路１４
の動作は次の通りである。先ず、フレツトマルチ
プレクサ１３の出力端に初めてコイルの誘起電圧
があらわれたなら、この誘起電圧はアンプ１４ａ
にて増幅され、ピークホールド回路１４ｂに加え
られて、コンデンサＣ１にピーク電圧がホールド
される。

前記電圧はバツフアアンプ１４ｃを通つてコン
パレータ１４ｅの＋側端子に加えられる。この電
圧がコンパレータ１４ｅの−側端子に加えられて
いる電圧より高いと、コンパレータ１４ｅの出力
が反転し、逆に低いと反転しない。コントロール
CPUはコンパレータ１４ｅの出力が反転すると
アナログスイツチAo１に制御信号（Ｓ／HPUL）
を送つて導通駆動し、その時点でピークホールド
されている電圧をコンデンサＣ２にホールドさせ
る。この処理が終了すると、コントロールCPU
９はリセツトを出力し、コンデンサＣ１にホール
ドした電圧をリセツトする。

次に、マルチプレクサ１３の出力端に再び誘起
電圧があらわれると、この電圧も上記と同様、ピ
ークホールドされてコンパレータ１４ｅの＋側に
加わる。ここで、２番目の誘起電圧が初回の誘起
電圧より低いなら、コンパレータ１４ｅの出力は
反転しないので、アナログスイツチAo１は導通
しない。従つて、コンデンサＣ２は初回の誘起電
圧をホールドしたままである。一方、２度目の誘
起電圧の方が初回の誘起電圧より高いとコンパレ
ータ１４ｅの出力が反転し、アナログスイツチ
Ao１が導通してコンデンサＣ２のホールド電圧
が２度目の誘起電圧に変更される。以上の動作を
全てのフレツトＦ１〜Ｆ２４を走査する間行え
ば、最終的にコンデンサＣ２にホールドされてい
る電圧が複数の誘起電圧のうちの最大電圧であ
る。

尚、第５図中、２０…はコイルＬ１〜Ｌ２４の
誘起電圧中の直流分をカツトするためのカツプリ
ングコンデンサ、２１…はトランジスタ、２２…
バツフアドライバーである。

上記最大電圧の検出動作は第６図の波形図に詳
細に示されている。第６図は第１弦〜第３弦につ
いて順番に最大電圧の検出を行う動作を示してい
る。図中のアンプ１４ａの出力波形から理解され
るように第１弦は第７フレツトとだけ接触し、第
２弦は第４フレツト、第６フレツト及び第８フレ
ツトと接触し、第３弦は第３フレツト、第４フレ
ツト、第５フレツトと接触している。第１弦につ
いては、前述の如く１個のフレツトとしか接触し
ていないので第７フレツトに生じた誘起電圧Ｖが
最大電圧となり、従つてバツフアアンプ１４ｄの
出力電圧は、マルチプレクサ１３が第７フレツト
を走査した時点から第24フレツトを走査し終わる
までの間、前記電圧Ｖに保持される。第２弦につ
いては、当該弦と接触する３個のフレツトに夫々
誘起電圧を生じるが第６図のピークホールド１４
ｂの出力電圧から明らかなように第６フレツトの
誘起電圧V2が最も大きいので、バツフアアンプ
１４ｄの出力電圧はマルチプレクサ１３が第６フ
レツトを走査するときにV1からV2に変更され、
以後第24フレツトを走査し終わるまでその電圧値
V2に保持される。第３弦についても、当該弦と
接触する３個のフレツトに誘起電圧を生じるがピ
ークホールド１４ｂの出力電圧から明らかなよう
に第３フレツトの誘起電圧が最も大きいので、マ
ルチプレクサ１３が第３フレツトを走査している
時点から第24フレツトを走査し終えるまでの間バ
ツフアアンプ１４ｄの出力電圧は前記最大電圧
V3に保持される。

かくして、各弦についての最大電圧の検出が行
われる。また、これと並行して、その最大電圧を
生じているフレツト番号の算出もなされる。この
動作は第７図のフローチヤートに示す。

〈第７図のフローチヤート〉 同図のフローチヤートにおいて、ステツプ21の
初期設定でｎが１に指定されると共にアナログス
イツチAo０，Ao１がオフされ、またコントロー
ルCPU内の記憶レジスタに記憶しているフレツ
ト番号（Fk）がリセツトされる。初期設定を終
えればステツプ22に歩進し、フレツトの検出をし
ようとする弦にパルス電流を１個加える。続いて
ステツプ23に歩進し、コンパレータ１４ｅの出力
に変化があるかどうかを判断する。この場合、初
期設定でｎ＝１に指定されているので、マルチプ
レクサ１３によつて第１フレツトのコイル出力が
最大値検出回路１４と接続される。従つて、第１
弦が第１フレツトと接触していればコンパレータ
１４ｅの出力が変化するが、接触していないとコ
ンパレータ１４ｅの出力は変化しない。コンパレ
ータ１４ｅの出力が変化した場合には、ステツプ
24へ進み、アナログスイツチAo1をオン・オフし
てコンデンサＣ２にピークホールド電圧をサンプ
リングすると共に、ステツプ25において記憶レジ
スタにフレツト番号F1を書込む。書込みを終え
ればステツプ26に進み、アナログスイツチAo0を
オン・オフしてコンデンサＣ１にホールドされて
いる電圧をリセツトする。そして、ステツプ27に
進みｎを１つ増加（ｎ＝２）する。

一方、ステツプ23においてコンパレータ１４ｅ
の出力が変化しないと、ステツプ23から直接ステ
ツプ26を経てステツプ27へと進み、ｎを１つ増加
（ｎ＝２）する。

ステツプ27にてｎが２に指定されると、ステツ
プ28を経てステツプ22に進み、弦に２個目のパル
ス電流を加える。そして、ステツプ23においてコ
ンパレータ１４ｅの出力変化をみ、出力変化があ
るときはステツプ24にてコンデンサＣ２にホール
ドする最大電圧を更新し、またステツプ25にてｎ
＝２で指定されるフレツト番号F2を記憶レジス
タに書込む。一方、コンパレータ１４ｅの出力変
化がないときはステツプ23からステツプ26，27へ
と進む。

以後、ステツプ27へ歩進する度にｎを１つずつ
増やし、コンパレータ１４ｅの出力変化があつた
ときはに最大電圧を更新すると共に、記憶レジス
タに新たなフレツト番号Fnを書込み、他方、コ
ンパレータ１４ｅの出力変化がないときには最大
電圧、フレツト番号は変更しないでｎを１つずつ
増加する。そしてｎ＝25になると、フレツト検出
動作を終了する。かくしてフレツト検出動作を終
了した時に、記憶レジスタに書込まれているフレ
ツト番号Fnが最大電圧を誘起しているフレツト、
すなわち押圧されているフレツトである。

発明の効果 以上のように本発明によれば、フレツト検出手
段をフレツトに磁気的に結合したコイルで構成し
たので、弦と接触するフレツトをそれに流れる電
流の微分値によつて検出でき、従つて、弦の抵抗
値や弦とフレツトとの接触抵抗の大きさによつて
誤動作することなく高精度に弦押圧位置の検出が
可能となる。しかも、電流の微分値を検出するの
で、弦に流す電流として従来のように大電流を必
要とされず、使用部品も電流容量の小さい安価な
ものとなり、製品コストの低廉化も実現する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置を内蔵したギターを示す
図、第２図は前記ギターに組込まれた全体回路を
示すブロツク図、第３図は第２図のブロツク回路
の動作を説明するフローチヤート、第４図は本発
明０装置を示すブロツク図、第５図は本発明の装
置の詳細な回路を示す図、第６図は第５図の回路
の各部の波形を示す図、第７図は最大の誘起電圧
を生じているフレツトを算出するための動作を説
明するフローチヤート、第８図はフレツト検出手
段を示す透視図、第９図はフレツト検出手段の断
面図、第１０図は弦がフレツトと接触する状態を
示す図である。 ７……弦押圧位置検出装置、１１……電流供給
手段、１２……フレツト検出手段、Ｌ１〜Ｌ２４
……コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 伸張された弦と、音高を決定する複数のフレ
   ツトを有する弦楽器において、 弦に電流を供給する電流供給手段と、各フレツ
   トに流れる電流により誘起電圧を発生するコイル
   より成るフレツト検出手段とを具え、押圧により
   当該弦とフレツトが接触して該フレツトに設けら
   れたコイルに生ずる誘起電圧に基づいて弦の押圧
   位置を検出する弦押圧位置検出装置。