JP5716409B2 - 楽器 - Google Patents

Description

本発明は、振動板を有する楽器の音質を変化させる技術に関する。

楽器音に音響効果を付加する技術として、音を一旦電気信号に変換してから信号処理を施すものがある。また、ピアノの響板などにアクチュエータを取り付けて機械的に音響効果を付与する技術も存在する。例えば、特許文献１には、センサで検出された弦の振動信号に信号処理を施し、アクチュエータを動作させることにより響板を振動させ、響板から発音させる技術が記載されている。

特開平５−７３０３９号公報

ところで、ピアノなどの弦楽器の音質は、音を放射する響板などの振動板がもつ振動特性によるところが大きい。そのため、一つの楽器において、様々な音質で発音させようとすると、振動板の振動特性を変化させる必要があるが、その場合には、振動板そのものを交換しなくてはならず現実的ではなかった。
上述した特許文献１に記載された技術においては、通常のピアノ音とは異なる発音を行うことも可能であるが、アクチュエータが響板に直に取り付けられていることから、アクチュエータは、自身に生じる慣性力により響板を振動させる一方、響板の振動に合わせてアクチュエータ全体も振動する。そのため、響板自体の物理的な振動特性はほとんど変化せず、実質的には、響板は、スピーカとして用いられていることになる。したがって、特許文献１の構成においては、弦の振動音を加工して響板から発音させることにより、通常の楽器音とは異なる音を付加することはできても、楽器自体の音質を大きく変えるものではなかった。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、振動板を有する楽器において、振動板の振動特性を制御して、発音される音質を変化させることを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明は、振動する弦と、前記弦を支持する弦支持部と、前記弦支持部と接続し、前記弦の振動が当該弦支持部を介して伝達される振動板と、前記振動板を支持する構造体と、前記振動板および前記弦から受ける力を検出し、検出結果を示す力検出信号を出力する力検出センサと、前記振動板に力を加えて振動させる動作をするアクチュエータと、前記構造体に接続され、前記振動板よりも剛性の高い部材であって、前記アクチュエータが前記振動板に接続されるように、当該アクチュエータを支持する支持部材と、前記力検出信号に応じた力が、前記振動板の前記弦支持部が接続された部分に加わるように、前記アクチュエータの動作を制御する制御部とを具備することを特徴とする楽器を提供する。

また、別の好ましい態様において、前記振動板の前記アクチュエータが接続している部分は、前記弦支持部が接続された部分であることを特徴とする。

また、別の好ましい態様において、前記振動板に力を加えて振動させる動作をする第２のアクチュエータと、前記力検出センサで検出する力とは異なる物理量である前記振動板の一部の振動状態を検出し、検出結果を示す振動検出信号を出力する振動検出センサをさらに具備し、前記制御部は、前記振動検出信号に応じた力が、前記振動板の一部に加わるように、前記第２のアクチュエータの動作を制御することを特徴とする。また、別の好ましい態様において、前記振動板の一部は、前記振動板の前記第２のアクチュエータに接続された部分であることを特徴とする。また、別の好ましい態様において、前記支持部材の振動状態を検出し、検出結果を示す第２振動検出信号を出力する第２振動検出センサをさらに具備し、前記制御部は、前記振動検出信号および前記第２振動検出信号に応じた力が、前記振動板の一部に加えられるように、前記第２のアクチュエータの動作を制御することを特徴とする。

また、本発明は、振動板と、前記振動板を支持する構造体と、前記振動板の一部の振動状態を検出し、検出結果を示す振動検出信号を出力する振動検出センサと、前記振動板に力を加えて振動させる動作をするアクチュエータと、前記構造体に接続され、前記振動板よりも剛性の高い部材であって、前記アクチュエータが前記振動板に接続されるように、当該アクチュエータを支持する支持部材と、前記振動検出信号に応じた力が、前記振動板の一部に加わるように、前記アクチュエータの動作を制御する制 御部とを具備することを特徴とする楽器を提供する。

また、別の好ましい態様において、前記振動板の一部は、前記振動板の前記アクチュエータに接続された部分であることを特徴とする。

また、別の好ましい態様において、前記支持部材の振動状態を検出し、検出結果を示す第２振動検出信号を出力する第２振動検出センサをさらに具備し、前記制御部は、前記振動検出信号および前記第２振動検出信号に応じた力が、前記振動板の一部に加えられるように、前記アクチュエータの動作を制御することを特徴とする。

本発明によれば、振動板を有する楽器において、振動板の振動特性を制御して、発音される音質を変化させることができる。

本発明の実施形態におけるギターの外観を説明する図である。 本発明の実施形態における胴部の正面図である。 図２に示す矢視III−III方向から見た胴部の断面図である。 本発明の実施形態におけるアクチュエータ近傍の構成を説明する図である。 本発明の実施形態における制御部の構成を説明するブロック図である。 本発明の実施形態における制御部における制御のモデルを説明する図である。 加速度に応じた制御におけるアクチュエータの動作有無による周波数特性の違いの一例を説明する図である。 速度に応じた制御におけるアクチュエータの動作有無による周波数特性の違いの一例を説明する図である。 力に応じた制御におけるアクチュエータの動作有無による周波数特性の違いの一例を説明する図である。 本発明の変形例１における胴部の正面図である。 図１０に示す矢視XI−XI方向から見た胴部の断面図である。 本発明の変形例１における別の態様の胴部の正面図である。 図１２に示す矢視XIII−XIII方向から見た胴部の断面図である。 本発明の変形例１における別の態様の胴部の正面図である。 図１４に示す矢視XV−XV方向から見た胴部の断面図である。 本発明の変形例２における胴部の正面図である。 図１６に示す矢視XVII−XVII方向から見た胴部の断面図である。 本発明の変形例２における制御部の構成を説明するブロック図である。 本発明のグランドピアノへの適用例を説明する図である。 本発明のカホンへの適用例を説明する図である。 図２０に示す矢視XXI−XXI方向から見たカホンの断面図である。 本発明の変形例４における制御部の構成を説明するブロック図である。

＜実施形態＞
[外観構成]
図１は、本発明の実施形態におけるギター１の外観を説明する図である。本発明の楽器の一例であるギター１は、胴部１０を有している。胴部１０の表板１１ａには、響孔（サウンドホール）１２、ブリッジ１３およびサドル１４が設けられている。表板１１ａは、弦２を支持するサドル１４およびサドル１４を支持するブリッジ１３を介して、ブリッジ１３と接続された部分から弦２の振動が伝達される。表板１１ａの振動についても、これとは逆の経路で弦２に伝達される。このブリッジ１３およびサドル１４は、全体として弦２を支持して表板１１ａに接続される弦支持部として機能する。弦２の振動が表板１１ａに伝達されると、表板１１ａは、振動に応じた音を放射する。ブリッジ１３上には、加速度センサ２０が設けられている。この例においては、加速度センサ２０は、サドル１４と接触しない位置に設けられている。

胴部１０の側板１１ｃは、表板１１ａの周辺部を支持している。操作部１５は、側板１１ｃに設けられている。この操作部１５は、ロータリースイッチ、操作ボタンなどが設けられた操作パネルを有し、利用者による操作が受け付けられると、その操作内容を示す情報を出力する。操作部１５には、メニュー画面などを表示する表示部が設けられていてもよい。なお、操作パネルには、さらに、不揮発性メモリを用いた記録媒体が差し込まれるスロット部が設けられていてもよい。また、側板１１ｃには、さらに、外部からのオーディオ信号の入力を受け付ける入力端子などが設けられていてもよい。

図２は、本発明の実施形態における胴部１０の正面図である。図３は、図２に示す矢視III−III方向から見た胴部の断面図である。図２は、ギター１のうち胴部１０の部分を抽出して表した図である。図２、図３に示す図においては、ギター１の他の構成である弦２、指板などについては、記載を省略している。また、以下に説明する各構成の位置関係をわかりやすくするため、胴部１０の内部に設けられる響棒についても、記載を省略している。

胴部１０は、表板１１ａ、裏板１１ｂ、側板１１ｃにより囲まれた内部空間ＢＳを有する。表板１１ａには、上述したように、ブリッジ１３が接続されている。ブリッジ１３とサドル１４との間には、力検出センサ３０が設けられている。また、ブリッジ１３には、加速度センサ２０が設けられている。
側板１１ｃの内部空間ＢＳ側には、エンドブロック５５が設けられている。エンドブロック５５には、支持部材５０が接続されている。アクチュエータ４０は、内部空間ＢＳに設けられ、支持部材５０によって、表板１１ａに対して接続されるように支持されている。この例においては、アクチュエータ４０の表板１１ａに接続された部分は、表板１１ａの法線方向（アクチュエータが力を加える方向）から見たときに、加速度センサ２０および力検出センサ３０の位置を含むようになっている。制御部１００は、支持部材５０に設けられ、加速度センサ２０および力検出センサ３０からの信号に応じてアクチュエータ４０の動作を制御する。
続いて、本発明の特徴部分であるアクチュエータ４０の近傍における構成について、図４を用いて詳細に説明する。

[アクチュエータ４０近傍の構成]
図４は、本発明の実施形態におけるアクチュエータ４０近傍の構成を説明する図である。加速度センサ２０は、表板１１ａの振動によって加速度センサ２０に生じる振動方向（図４における上下方向）の加速度を検出する。すなわち、加速度センサ２０は、表板１１ａのうちセンサが取り付けられた部分の加速度を検出する。加速度センサ２０は、この検出結果を示す加速度検出信号Ｓａを制御部１００に出力する。加速度センサ２０は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いた半導体式、光学式、機械式などの公知の構成を用いればよい。

力検出センサ３０は、弦２からサドル１４を介して力を受け、また表板１１ａからブリッジ１３を介して力を受ける。力検出センサ３０は、双方から受ける相対的な力を検出して、この検出結果を示す力検出信号Ｓｆを制御部１００に出力する。この力は、弦２が表板１１ａに対して、表板１１ａの法線方向（図４における上下方向）に加える力であり、以下、力Ｆｓという。力Ｆｓは、弦２の振動および表板１１ａの振動に応じて変動する。力検出センサ３０は、例えば、圧電素子などを用いた公知の構成とすればよく、この例においては、インブリッジ式のピエゾピックアップと同様の構成である。

アクチュエータ４０は、後述するようにして制御部１００から出力される駆動信号Ｓｐに応じて、表板１１ａに対して力Ｆａを加える動作をする。アクチュエータ４０は、この例においては、スピーカにおけるボイスコイルなどを用いた構成とするが、電気信号を機械的な力に変換する構成であれば、どのような構成を用いてもよい。アクチュエータ４０と力検出センサ３０および加速度センサ２０とが上述した位置関係になっているため、アクチュエータ４０からの力Ｆａが加わる表板１１ａの部分は、ブリッジ１３と接続された部分となる。そのため、アクチュエータ４０からの力Ｆａによる表板１１ａの振動は、直接的に力検出センサ３０および加速度センサ２０に伝達される。

また、アクチュエータ４０は、支持部材５０によって支持されているため、支持部材５０を支点として、表板１１ａに力Ｆａを作用させる。このように、支持部材５０は、アクチュエータ４０により支点として用いられるものであるから、表板１１ａよりも剛性の高い部材であることが望ましい。また、支持部材５０は、表板１１ａの振動が伝達されにくい部材に接続されていることが望ましい。この例においては、支持部材５０は、多角柱形状のブロック状のエンドブロック５５に接続され、このエンドブロック５５は、表板１１ａと概ね垂直方向に延在する側板１１ｃに接続されている。したがって、アクチュエータ４０に対しては、側板１１ｃ、エンドブロック５５および支持部材５０を経路としては、表板１１ａの振動がほとんど伝達されない。
続いて、制御部１００の構成について説明する。

[制御部１００の構成]
図５は、本発明の実施形態における制御部１００の構成を説明するブロック図である。制御部１００は、ＡＤ変換部１１０、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１２０、ＤＡ変換部１３０および増幅部１４０を有する。ＡＤ変換部１１０は、加速度センサ２０から加速度検出信号Ｓａが入力され、力検出センサ３０から力検出信号Ｓｆが入力され、入力された信号をそれぞれデジタル信号に変換して出力する。

ＤＳＰ１２０は、ＡＤ変換部１１０から入力される加速度検出信号Ｓａおよび力検出信号Ｓｆを用いて、設定されたパラメータに応じた演算をする信号処理を行い、演算結果として得られる演算信号Ｓｚを出力する。上記パラメータは、操作部１５からの操作信号に応じて設定される。この例においては、パラメータとして、音響放射特性におけるピーク周波数を変更するためのパラメータＧｆ、ピークの鋭さを変更するためのパラメータＧｑ、全体的なレベルを調整するためのパラメータＧｐが設定される。なお、これらのパラメータは、予め決められた値となっていてもよいし、いずれかの値が「０」であってもよい。

ＤＡ変換部１３０は、ＤＳＰにおける信号処理によって出力されたデジタル信号の演算信号Ｓｚをアナログ信号に変換して出力する。増幅部１４０は、ＤＡ変換部１３０から出力された演算信号Ｓｚを増幅し、駆動信号Ｓｐとしてアクチュエータ４０に出力する。これにより、アクチュエータ４０は、駆動信号Ｓｐに応じた力を、表板１１ａと接続した部分に加える。
続いて、ＤＳＰ１２０において行われる信号処理について説明する。

[信号処理の内容]
ＤＳＰ１２０は、加速度検出信号Ｓａに対して、パラメータＧｆに応じた増幅処理をする。このようにして得られた信号（Ｇｆ・Ｓａ）を加速度演算信号Ｓｚａという。ＤＳＰ１２０は、加速度検出信号Ｓａの時間に関する積分をするなどして、速度信号Ｓｖに変換し、パラメータＧｑに応じた増幅処理をする。このようにして得られた信号（Ｇｑ・Ｓｖ）を速度演算信号Ｓｚｖという。ＤＳＰ１２０は、力検出信号Ｓｆに対して、パラメータＧｐに応じた増幅処理をする。このようにして得られた信号（Ｇｐ・Ｓｆ）を力演算信号Ｓｚｐという。ＤＳＰ１２０は、加速度演算信号Ｓｚａ、速度演算信号Ｓｚｖおよび力演算信号Ｓｚｐを加算して合成し、演算信号Ｓｚとして出力する。なお、加速度演算信号Ｓｚａ、速度演算信号Ｓｚｖおよび力演算信号Ｓｚｐに直流成分が存在する場合には、ＤＣカットフィルタなどを用いて直流成分を除去してもよい。

この演算信号Ｓｚを増幅した駆動信号Ｓｐにより、アクチュエータ４０が動作して表板１１ａに力Ｆａを加えて振動させることになる。この振動に与える影響について、力Ｆａのうち、加速度演算信号Ｓｚａ、速度演算信号Ｓｚｖおよび力演算信号Ｓｚｐのそれぞれの要素に分けて説明する。

[原理説明]
図６は、本発明の実施形態における制御部１００における制御のモデルを説明する図である。上述した力Ｆｓおよび力Ｆａにより振動する振動板（主として表板１１ａおよびブリッジ１３）を一次の質量系に近似すると、図６に示すモデルとなり、バネ・マス・ダンパ系の運動方程式（以下の式（１））で表される。なお、ｍは質量、ｃはダンパ定数、ｋはバネ定数である。

ここで、アクチュエータ４０からの力Ｆａが与えられていない状態においては、モデル化された部分の振動板における共振周波数およびアドミタンスは、それぞれ以下の式（２）、式（３）により表される。これらの振動特性は、楽器としての音質に大きく関連する特性である。

まず、振動板に加えられる力Ｆａのうち、加速度演算信号Ｓｚａの成分についての振動板の振動への影響について説明する。この場合には、力Ｆａは、以下の式（４）として示される。そのため、上述した式（１）は、以下の式（５）、式（６）のように表され、力Ｆａにより質量ｍが変化するように作用する。

したがって、共振周波数およびアドミタンスは、それぞれ以下の式（７）、式（８）により表され、設定されるパラメータＧｆの大きさにより値が変化する。

図７は、加速度に応じた制御におけるアクチュエータ４０の動作有無による周波数特性の違いの一例を説明する図である。図７は、振動特性について、アクチュエータ４０を動作させない場合のスペクトルＳｏｆｆ、およびアクチュエータ４０を動作させた場合のスペクトルＳｏｎ＿Ａｐの例を示し、横軸が周波数、縦軸がレベルを示している。この例においては、Ｇｆが正の値であるものとする。
図７に示す例においては、スペクトルＳｏｆｆには、３１０Ｈｚに表板１１ａの特徴的な共振周波数のピークが現れている。一方、アクチュエータ４０を動作させることにより、スペクトルＳｏｎ＿Ａに示すように、共振周波数が２４０Ｈｚに低下することになる。この共振周波数の変化量は、パラメータＧｆの大きさによって決まる。

ここで、すべてのピークについての周波数が低下しないのは、それらの周波数におけるピークが表板１１ａの共振によるものではなかったり、ピークとなる周波数で共振する振動モードにおいて、表板１１ａのうちアクチュエータ４０から力を加えられる部分では振幅が少なかったりすることによるものである。なお、図示していないが、Ｇｆを負の値とすれば、共振周波数を高くすることもできる。

続いて、振動板に加えられる力Ｆａのうち、速度演算信号Ｓｚｖの成分についての振動板の振動への影響について説明する。この場合には、力Ｆａは、以下の式（９）として示される。そのため、上述した式（１）は、以下の式（１０）、式（１１）のように表され、力Ｆａによりダンパ定数ｃが変化するように作用する。

したがって、アドミタンスは、それぞれ以下の式（１２）により表され、設定されるパラメータＧｑの大きさにより値が変化する。共振周波数については、式（２）と同じである。

図８は、速度に応じた制御におけるアクチュエータ４０の動作有無による周波数特性の違いの一例を説明する図である。図８は、振動特性について、アクチュエータ４０を動作させない場合のスペクトルＳｏｆｆ、およびアクチュエータ４０を動作させた場合のスペクトルＳｏｎ＿Ｖｐ、Ｓｏｎ＿Ｖｍを示し、横軸が周波数、縦軸がレベルを示している。
図８に示す例においては、アクチュエータ４０を動作させることにより、パラメータＧｑが正の値である場合には、スペクトルＳｏｎ＿Ｖｐに示すように、スペクトルＳｏｆｆよりもピークが鋭くなる。一方、パラメータＧｑが負の値である場合には、スペクトルＳｏｎ＿Ｖｍに示すように、スペクトルＳｏｆｆよりもピークが鈍くなる。

ここで、すべてのピークについての鋭さの変化量が同じにならないのは、各ピークが表板１１ａの共振によるものではなかったり、ピークとなる周波数で共振する振動モードにおいて、表板１１ａのうちアクチュエータ４０から力を加えられる部分では振幅が少なかったりすることによるものである。

続いて、振動板に加えられる力Ｆａのうち、力演算信号Ｓｚｐの成分についての振動板の振動への影響について説明する。この場合には、力Ｆａは、以下の式（１３）として示される。そのため、上述した式（１）は、以下の式（１４）、式（１５）のように表され、力Ｆａにより弦２からの力Ｆｓが変化するように作用する。

したがって、アドミタンスは、それぞれ以下の式（１６）により表され、設定されるパラメータＧｐの大きさにより値が変化する。共振周波数については、式（２）と同じである。

図９は、力に応じた制御におけるアクチュエータ４０の動作有無による周波数特性の違いの一例を説明する図である。図９は、音響放射特性について、アクチュエータ４０を動作させない場合のスペクトルＳｏｆｆ、およびアクチュエータ４０を動作させた場合のスペクトルＳｏｎ＿Ｆｐ、Ｓｏｎ＿Ｆｍを示し、横軸が周波数、縦軸がレベルを示している。
図９に示す例においては、アクチュエータ４０を動作させることにより、パラメータＧｐが正の値である場合には、スペクトルＳｏｎ＿Ｆｐに示すように、スペクトルＳｏｆｆよりも全体的にレベルが高くなる。一方、パラメータＧｐが負の値である場合には、スペクトルＳｏｎ＿Ｆｍに示すように、スペクトルＳｏｆｆよりもレベルが低くなる。
ここで、各周波数の成分についてのレベルの変化量が同じにならないのは、表板１１ａの振動特性などによるものである。

以上が、アクチュエータ４０の力Ｆａにより表板１１ａの振動に与える影響について、加速度演算信号Ｓｚａ、速度演算信号Ｓｚｖおよび力演算信号Ｓｚｐのそれぞれの要素に分けた説明である。上述したように、アクチュエータ４０の表板１１ａへ加える力Ｆａは、加速度演算信号Ｓｚａ、速度演算信号Ｓｚｖおよび力演算信号Ｓｚｐの各要素を加算して合成して決められている。したがって、振動板に対してアクチュエータ４０から加わる力Ｆａは、以下の式（１７）のように表される。そして、共振周波数およびアドミタンスは、それぞれ以下の式（１８）、式（１９）により表されることになる。

このようにして、制御部１００は、加速度検出信号Ｓａおよび力検出信号Ｓｆを用いて、パラメータＧｆ、Ｇｑ、Ｇｐに基づいて駆動信号Ｓｐを出力し、アクチュエータ４０を動作させる。この結果、表板１１ａは、弦２から伝達された振動に基づく振動だけでなく、アクチュエータ４０からも振動させられることで、設定されたパラメータに応じて振動特性が実質的に変化した状態となる。このとき、アクチュエータ４０は、支持部材５０を支点として、表板１１ａに力を作用させるため、強制的に表板１１ａの振動特性を変化させた状態を作り出すことができる。したがって、本発明の実施形態におけるギター１は、表板１１ａの振動特性を実質的に変化させることにより、音質を変化させて発音することができる。

＜変形例＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は以下のように、さまざまな態様で実施可能である。
[変形例１]
上述した実施形態においては、支持部材５０は、一端がエンドブロック５５に接続され、他端でアクチュエータ４０を支持していたが、別の態様で構成されていてもよい。以下、複数の例について説明する。

図１０は、本発明の変形例１における胴部１０Ａの正面図である。図１１は、図１０に示す矢視XI−XI方向から見た胴部１０Ａの断面図である。この例においては、支持部材５０Ａは、一端が実施形態と同様に、エンドブロック５５に接続され、他端がネックブロック５６に接続されている。アクチュエータ４０を支持する支持部材５０Ａがこのように構成されることにより、支持部材５０Ａは、表板１１ａの振動がさらに伝達されにくくなる。以上が第１の例についての説明である。

図１２は、本発明の変形例１における別の態様の胴部１０Ｂの正面図である。図１３は、図１２に示す矢視XIII−XIII方向から見た胴部１０Ｂの断面図である。この例においては、支持部材５０Ｂは、第１支持部材５０Ｂ−１、第２支持部材５０Ｂ−２、第３支持部材５０Ｂ−３、第４支持部材５０Ｂ−４および第５支持部材５０Ｂ−５を有する。第１支持部材５０Ｂ−１は、アクチュエータ４０を支持する部材である。

第２支持部材５０Ｂ−２は、側板１１ｃと表板１１ａとの境界部分１１ａｃと、第１支持部材５０Ｂ−１に一端とを連結している。第３支持部材５０Ｂ−３は、側板１１ｃと表板１１ａとの境界部分１１ａｃと、第１支持部材５０Ｂ−１の他端とを連結している。第４支持部材５０Ｂ−４は、側板１１ｃと裏板１１ｂとの境界部分１１ｂｃと、第１支持部材５０Ｂ−１の一端とを連結している。第５支持部材５０Ｂ−５は、側板１１ｃと裏板１１ｂとの境界部分１１ｂｃと、第１支持部材５０Ｂ−１の他端とを連結している。
なお、第１支持部材５０Ｂ−１は、側板１１ｃに直接接続される構成としてもよいが、第２支持部材５０Ｂ−２、第３支持部材５０Ｂ−３、第４支持部材５０Ｂ−４および第５支持部材５０Ｂ−５を介して、境界部分１１ａｃ、１１ｂｃに接続されることにより、表板１１ａの振動がより伝達されにくくなる。以上が第２の例についての説明である。

図１４は、本発明の変形例１における別の態様の胴部１０Ｃの正面図である。図１５は、図１４に示す矢視XV−XV方向から見た胴部１０Ｃの断面図である。この例においては、支持部材５０Ｃは、ブロック状の部材であり、裏板１１ｂに接続されている。表板１１ａの振動が側板１１ｃを介して裏板１１ｂに伝達されにくい構造である場合、表板１１ａよりも裏板１１ｂの剛性が高い場合には好適である。

[変形例２]
上述した実施形態においては、アクチュエータ４０は、１台であったが、複数台であってもよい。この場合には、各アクチュエータ４０について、力検出センサ３０、加速度センサ２０および制御部１００が設けられていてもよい。各アクチュエータ４０を支持する支持部材５０は、１つの支持部材５０を共通に用いてもよいし、アクチュエータ４０毎に支持部材５０を設けてもよい。アクチュエータ４０が２台あり、一方のアクチュエータは、力検出信号Ｓｆに基づいて動作し、他方のアクチュエータは、加速度検出信号Ｓａに基づいて動作する場合について、図１６、図１７、図１８を用いて説明する。

図１６は、本発明の変形例２における胴部１０Ｄの正面図である。図１７は、図１６に示す矢視XVII−XVII方向から見た胴部１０Ｄの断面図である。ブリッジ１３には加速度センサ２０が設けられていないが、加速度センサ２０Ｄが表板１１ａの中央部（響孔１２近傍）に設けられている。アクチュエータ４０Ｄ−１は、実施形態における構成と同様に、エンドブロック５５に接続された支持部材５０Ｄ−１によって支持されている。一方、アクチュエータ４０Ｄ−２は、ネックブロック５６に接続された支持部材５０Ｄ−２によって支持され、加速度センサ２０Ｄが設けられた部分の表板１１ａに接続されている。アクチュエータ４０Ｄ−２が接続される表板１１ａの位置は、振動を制御したい特定の振動モードにおいて、振幅が大きくなる位置であるとよく、最大振幅となる位置に近いことが望ましい。

支持部材５０Ｄ−１には、制御部１００Ｄ−１が設けられ、支持部材５０Ｄ−２には、制御部１００Ｄ−２が設けられている。制御部１００Ｄ−１は、力検出信号Ｓｆに基づいてアクチュエータ４０Ｄ−１を動作させ、制御部１００Ｄ−２は、加速度検出信号Ｓａに基づいてアクチュエータ４０Ｄ−２を動作させる構成になっている。

図１８は、本発明の変形例２における制御部１００Ｄ−１（図１８（ａ））、１００Ｄ−２（図１８（ｂ））の構成を説明するブロック図である。制御部１００Ｄ−１は、図１８（ａ）に示すように、実施形態における制御部１００と比べて、加速度センサ２０からの加速度検出信号Ｓａが入力されない点が異なっている。したがって、制御部１００Ｄ−１においては、力Ｆｓに応じて、ＤＳＰ１２０Ｄ−１が演算を行って、アクチュエータ４０Ｄ−１の動作の制御を行う。また、制御部１００Ｄ−２は、図１８（ｂ）に示すように、実施形態における制御部１００と比べて、力検出センサ３０からの力検出信号Ｓｆが入力されない点が異なっている。したがって、制御部１００Ｄ−２においては、加速度センサ２０Ｄにおいて検出された加速度に応じて、ＤＳＰ１２０Ｄ−２が演算を行って、アクチュエータ４０Ｄ−２の動作の制御を行う。

なお、表板１１ａに力を加えるアクチュエータの動作の制御は、力検出センサの検出結果に応じて行われるものと、加速度センサに応じて行われるものとの双方を含んでいる構成について説明してきたが、いずれかのセンサの検出結果に応じて行われる構成であってもよい。すなわち、アクチュエータ４０Ｄ−１またはアクチュエータ４０Ｄ−２の一方が存在しない構成であってもよい。アクチュエータ４０Ｄ−１が存在しない構成である場合には、力検出センサ３０、支持部材５０Ｄ−１および制御部１００Ｄ−１についても存在しない構成である。一方、アクチュエータ４０Ｄ−２が存在しない構成である場合には、加速度センサ２０Ｄ、支持部材５０Ｄ−２および制御部１００Ｄ−２についても存在しない構成である。

[変形例３]
上述した実施形態においては、ギターにおける本発明の適用例について説明したが、ヴァイオリンなどの他の楽器について適用してもよい。また、適用可能な楽器としては、この他にも、音を放射する振動板を有する構成であればよい。例えば、アコースティックピアノであれば、響板が振動板として機能する。

図１９は、本発明のグランドピアノ１Ｅへの適用例を説明する図である。図１９においては、グランドピアノの響板が設けられた部分を示す図である。グランドピアノ１Ｅは、側板１１Ｅｃに接続された響板１１Ｅａおよび直支柱５５Ｅを有する。また、響板１１Ｅａには、弦２Ｅを支持するブリッジ１３Ｅが接続されている。

図１９（ａ）に示すように、響板１１Ｅａ上のブリッジ１３Ｅの近傍には、加速度センサ２０Ｅ１が設けられている。また、響板１１Ｅａとブリッジ１３Ｅとの間には、その一部に力検出センサ３０Ｅが設けられている。力検出センサ３０Ｅは、弦２Ｅからの響板１１Ｅａへの力、すなわち、実施形態における力Ｆｓに相当する力を検出する。アクチュエータ４０Ｅは、直支柱５５Ｅに接続された支持部材５０Ｅに支持されている。また、アクチュエータ４０Ｅは、響板１１Ｅａのブリッジ１３Ｅ（力検出センサ３０Ｅ）が接続された部分に接続している。
制御部１００Ｅ１は、実施形態における制御部１００と同様に、加速度センサ２０Ｅ１からの加速度検出信号Ｓａおよび力検出センサ３０Ｅからの力検出信号Ｓｆに応じて、アクチュエータ４０Ｅの動作を制御する。この制御により、アクチュエータ４０Ｅは、支持部材５０Ｅを支点として、響板１１Ｅａに力を作用させる。

また、別の態様として、図１９（ｂ）に示すように、アクチュエータ４０Ｅが、響板１１Ｅａのブリッジ１３Ｅ（力検出センサ３０Ｅ）が接続された部分以外に接続していてもよい。この場合には、響板１１Ｅａにおけるアクチュエータ４０Ｅが接続された部分に加速度センサ２０Ｅ２を設けるようにすればよい。このようなアクチュエータ４０Ｅを制御する制御部１００Ｅ２は、上述した変形例２における制御部１００Ｄ−２と同様に、加速度センサ２０Ｅ２からの加速度検出信号Ｓａに応じて、アクチュエータ４０Ｅの動作を制御する。なお、支持部材５０Ｅは、直支柱５５Ｅに接続されていたが、響板１１Ｅａ以外であれば、楽器の筐体を構成する構造体の別の場所に接続されていてもよい。

また、アコースティックピアノのように、弦などの振動体からの振動が伝達される振動板を有する弦楽器に限られず、本発明は、カホンなどの打面が振動板として機能する体鳴楽器にも適用可能である。カホンへ適用した場合の構成について、図２０、図２１を用いて説明する。

図２０は、本発明のカホン１Ｆへの適用例を説明する図である。図２１は、図２０に示す矢視XXI−XXI方向から見たカホン１Ｆの断面図である。この例におけるカホン１Ｆは、実施形態における表板１１ａに相当する表板（打面）１１Ｆａと、裏板１１ｂに相当する裏板（背面）１１Ｆｂと、側板１１ｃに相当する４枚の側板（２面の側面、底面および座面）１１Ｆｃと有し、これらの６枚の板状部材により直方体を構成している。裏板１１ｂには、響孔１２Ｆが設けられている。表板１１Ｆａには、加速度センサ２０Ｆが設けられている。アクチュエータ４０Ｆは、表板１１Ｆａの加速度センサ２０Ｆが設けられた部分に接続するように、側板（底面、座面）１１Ｆｃに接続された支持部材５０Ｆにより支持されている。制御部１００Ｆは、上述の制御部１００Ｅ２と同様に、加速度センサ２０Ｆからの加速度検出信号Ｓａに応じて、アクチュエータ４０Ｆの動作を制御する。

上述のように、本発明は、ギターへの適用だけなく、表板、響板などの振動により音を放射する振動板を有する楽器であれば、どのような楽器にも適用することができる。

[変形例４]
上述した実施形態において、ＤＳＰ１２０は、演算信号を演算するにあたり、支持部材５０の振動に応じた補正を行うようにしてもよい。この場合には、以下のように構成すればよい。

図２２は、本発明の変形例４における制御部１００Ｇの構成を説明するブロック図である。制御部１００Ｇは、実施形態における制御部１００に加えて、補正用センサ１５０を有している。補正用センサ１５０は、支持部材５０に取り付けられ、支持部材５０の振動により生じる加速度を検出し、検出結果を示す補正用加速度検出信号Ｓｃを出力する。ＡＤ変換部１１０Ｇにおいては、さらに、アナログ信号として出力される補正用加速度検出信号Ｓｃをデジタル信号に変換する。ＤＳＰ１２０Ｇは、補正用加速度検出信号Ｓｃを用いて演算信号Ｓｚに対して補正を行う。

支持部材５０が振動すると、アクチュエータ４０が表板１１ａに力を作用させるときの支点が振動することになるため、実際に表板１１ａに加わる力が、本来作用させるべき力Ｆａと異なる場合がある。このため、ＤＳＰ１２０Ｇは、実際にアクチュエータ４０から表板１１ａに加える力が、本来作用させるべき力Ｆａに近づくように、補正処理を行う。具体的な補正処理については、様々な演算方法があるが、支持部材５０の振動状態を検出した結果を用いた演算方法であれば、どのような方法であってもよい。

[変形例５]
上述した実施形態においては、加速度センサ２０が用いられていたが、加速度センサに限らず、速度センサ、変位センサなど、表板１１ａの振動状態を検出するセンサ（振動検出センサ）であればどのようなセンサを用いてもよい。これらのセンサは、例えば光学式、磁気式、音波式などにより速度、変位を検出する公知の構成を用いればよい。速度センサを用いた場合には、加速度を速度の時間に関する微分により算出すればよい。また、変位センサを用いた場合には、加速度を変位の時間に関する２階微分、速度を変位の時間に関する１階微分として算出すればよい。なお、変位センサについては、支持部材５０と表板１１ａとの距離を検出する距離センサを用いて、基準となる距離からの変化量を変位として検出するようにしてもよい。

[変形例６]
上述した実施形態においては、アクチュエータ４０と加速度センサ２０または力検出センサ３０との位置関係は、アクチュエータ４０の表板１１ａに接続された部分が、表板１１ａの法線方向から見たときに、加速度センサ２０および力検出センサ３０が取り付けられら部分を含むようになっていたが、含まなくてもよい。アクチュエータ４０の表板１１ａに接続された部分と、各センサが取り付けられた部分がずれるほど、センサが取り付けられた部分に対しては間接的に力が加えられることになり、上述した振動特性の制御態様（ピークの周波数変化の制御、ピークの鋭さの制御、レベルの制御）とは異なる変化をするようになってくる。このような場合であっても、アクチュエータ４０の動作をさせない場合と動作させた場合とで、実施形態とは別の音質に変化させることができる。アクチュエータ４０が接続される表板１１ａの位置は、上述したように、振動を制御したい特定の振動モードにおいて、振幅が大きくなる位置であるとよく、最大振幅となる位置に近いことが望ましい。

[変形例７]
上述した実施形態において、ＤＳＰ１２０は、表板１１ａの加速度、速度に応じた演算を行っていたが、変位に応じた演算を行ってもよい。すなわち、速度信号Ｓｖの時間に関する積分をするなどして、変位信号Ｓｘに変換して演算すればよい。そして、設定されたパラメータＧｋに応じて演算した結果が、演算信号Ｓｚに合成されるようにすればよい。
変位に応じた制御を行うと、実質的にバネ定数ｋが変化することになるから、加速度に応じた制御と同様に、共振周波数、アドミタンスともに変化させることができる。

１…ギター、１Ｅ…グランドピアノ、１Ｆ…カホン、２，２Ｅ…弦、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ…胴部、１１ａ，１１Ｆａ…表板、１１Ｅａ…響板、１１ｂ，１１Ｆｂ…裏板、１１ｃ，１１Ｅｃ，１１Ｆｃ…側板、１２，１２Ｆ…響孔、１３，１３Ｅ…ブリッジ、１４…サドル、１５…操作部、２０，２０Ｄ，２０Ｅ１，２０Ｅ２，２０Ｆ…加速度センサ、３０，３０Ｅ…力検出センサ、４０，４０Ｄ−１，４０Ｄ−２，４０Ｅ，４０Ｆ…アクチュエータ、５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ−１，５０Ｄ−２，５０Ｅ，５０Ｆ…支持部材、５５…エンドブロック、５５Ｅ…直支柱、５６…ネックブロック、１００，１００Ｄ−１，１００Ｄ−２，１００Ｅ１，１００Ｅ２，１００Ｆ，１００Ｇ…制御部、１１０，１１０Ｄ−１，１１０Ｄ−２，１１０Ｇ…ＡＤ変換部、１２０，１２０Ｄ−１，１２０Ｄ−２，１２０Ｇ…ＤＳＰ、１３０…ＤＡ変換部、１４０…増幅部

Claims (8)

1. 振動する弦と、
   前記弦を支持する弦支持部と、
   前記弦支持部と接続し、前記弦の振動が当該弦支持部を介して伝達される振動板と、
   前記振動板を支持する構造体と、
   前記振動板および前記弦から受ける力を検出し、検出結果を示す力検出信号を出力する力検出センサと、
   前記振動板に力を加えて振動させる動作をするアクチュエータと、
   前記構造体に接続され、前記振動板よりも剛性の高い部材であって、前記アクチュエータが前記振動板に接続されるように、当該アクチュエータを支持する支持部材と、
   前記力検出信号に応じた力が、前記振動板の前記弦支持部が接続された部分に加わるように、前記アクチュエータの動作を制御する制御部と
   を具備することを特徴とする楽器。
2. 前記振動板の前記アクチュエータが接続している部分は、前記弦支持部が接続された部分である
   ことを特徴とする請求項１に記載の楽器。
3. 前記振動板に力を加えて振動させる動作をする第２のアクチュエータと、
   前記力検出センサで検出する力とは異なる物理量である前記振動板の一部の振動状態を検出し、検出結果を示す振動検出信号を出力する振動検出センサをさらに具備し、
   前記制御部は、前記振動検出信号に応じた力が、前記振動板の一部に加わるように、前記第２のアクチュエータの動作を制御する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の楽器。
4. 前記振動板の一部は、前記振動板の前記第２のアクチュエータに接続された部分である
   ことを特徴とする請求項３に記載の楽器。
   
5. 前記支持部材の振動状態を検出し、検出結果を示す第２振動検出信号を出力する第２振動検出センサをさらに具備し、
   前記制御部は、前記振動検出信号および前記第２振動検出信号に応じた力が、前記振動板の一部に加えられるように、前記第２のアクチュエータの動作を制御する
   ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の楽器。
6. 振動板と、
   前記振動板を支持する構造体と、
   前記振動板の一部の振動状態を検出し、検出結果を示す振動検出信号を出力する振動検出センサと、
   前記振動板に力を加えて振動させる動作をするアクチュエータと、
   前記構造体に接続され、前記振動板よりも剛性の高い部材であって、前記アクチュエータが前記振動板に接続されるように、当該アクチュエータを支持する支持部材と、
   前記振動検出信号に応じた力が、前記振動板の一部に加わるように、前記アクチュエータの動作を制御する制御部と
   を具備することを特徴とする楽器。
7. 前記振動板の一部は、前記振動板の前記アクチュエータに接続された部分である
   ことを特徴とする請求項６に記載の楽器。
8. 前記支持部材の振動状態を検出し、検出結果を示す第２振動検出信号を出力する第２振動検出センサをさらに具備し、
   前記制御部は、前記振動検出信号および前記第２振動検出信号に応じた力が、前記振動板の一部に加えられるように、前記アクチュエータの動作を制御する
   ことを特徴とする請求項６または請求項７のいずれかに記載の楽器。

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