JP2008511023A - 付随的なビブラートメカニズムを用いて弦楽器を自己チューニングするための装置および方法 - Google Patents

Abstract

モータ／ギアアセンブリを備える弦調節アセンブリを有する弦楽器用自動チューニングシステムを提供する。ここで、モータ／ギアアセンブリはチューニングシステム用ハウジング上で回転できる。同システムはまた、モータ／ギアアセンブリに接触するビブラートアームと、モータ／ギアアセンブリおよび楽器の両方に接触するビブラート戻しばねとを含む。同システムは、弦に対する弦調節アセンブリの弦接触面の位置を可逆的に変化させることで、弦のピッチを下げ、次に元々のピッチまで上げることができる。同システムは、遠隔式フットスイッチあるいは他のタイプの制御盤といった遠隔構成要素と無線通信を行うためのオプションボードをさらに含むことができる。他の遠隔装置が、他の楽器、音声を受け入れるためのオーディオ装置、等を含むチューニングシステムに無線接続される場合もある。

Description

（関連出願の引用）
本出願は、２００４年８月１８日に出願された米国仮特許出願第６０／６０２，３８５号に対する優先権を主張するものであり、その開示内容は、その整合性を失わない程度まで参照することにより、本明細書に援用される。

（背景）
従来技術では、ある弦楽器用自動チューニングシステムが報告されてきた。

１９９８年１０月２０日にＦｒｅｅｌａｎｄほかに対して発行された「Ｍｕｓｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｓｅｌｆ−Ｔｕｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ Ｌｉｂｒａｒｙ」と題された特許文献１では、温度、湿度、楽器特性などの種々の条件群の下で弦楽器をチューニングするためのアクチュエータ位置を設定するために較正機能のライブラリを用いる自動式開ループ自己チューニングシステムを記述する。この特許はチューニング補正を行うための公知技術のアクチュエータを利用する。同特許では、前のチューニング補正からのアクチュエータ設定を保存し、この設定を次のチューニング補正で用いるという意味で、「開ループフィードバック」を用いる。１９９９年１月１２日にＦｒｅｅｌａｎｄほかに対して発行された「Ｍｕｓｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｓｅｌｆ−Ｔｕｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｃａｐｏ Ｍｏｄｅ」と題された特許文献２では、カポタスト取付け後に弦楽器をチューニングする上で必要なチューニング調整を計算するための方法を開示する。同特許は、弦周波数を実際に変更するための公知の機械構成を利用する。

１９９８年６月１６日にＭｉｌａｎｏほかに発行された「Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｓｔｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｕｎｅｒ」と題された特許文献３では、開ループフィードバックと、異なる弦に対して連続してモータ出力をかけるためのトランスミッション付きモータ／ギア構成を用いる自動チューニングシステムを用いる自動チューニングシステムを説明する。１９９４年９月６日にＰａｔｔｉｅに対して発行された「Ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ Ｔｕｎｅｄ Ｍｕｓｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ」と題された特許文献４では、モータシャフトの周りに弦を巻き付けることで弦の張力を調整するためのモータを有する自動チューニングシステムを開示する。このシステムは、周波数調整を行う際に保存されるアクチュエータ位置を参照しないという点で、「閉ループフィードバック」を用いる。１９９４年６月２８日にＭｉｌｌｅｒほかに発行された「Ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ Ｔｕｎｉｎｇ ａ Ｓｔｒｉｎｇｅｄ Ｍｕｓｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ」と題された特許文献５では、周波数を調整するための弦側路を屈曲させるための直線アクチュエータを用いるチューニングメカニズムを開示する。１９９１年１１月１９日にｄｅＢｕｄａに対して発行された「Ｐｉａｎｏ Ｔｕｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ」と題された特許文献６では、閉ループフィードバックに応じてピアノ弦を調整するための手持ち式装置を提供する。１９９０年３月２０日にＳｋｉｎｎほかに発行された「Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｍｕｓｉｃａｌ Ｉｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｕｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ」と題された特許文献７では、弦の張力を調整するためのレバーアーム／ローラアセンブリを説明している。ドライブギア／弦カム構成要素については開示されていない。１９８９年２月１４日にＳｋｉｎｎほかに発行された「Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｍｕｓｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｕｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ」と題された特許文献８では、レバーとローラとを用いるダウェルピンで弦の張力を調整するステップが開示されている。ドライブギア／弦カム構成要素は使用されていない。１９８９年８月１５日にＨｕｇｈｅｓ，Ｓｒに対して発行された「Ｇｕｉｔａｒ ｗｉｔｈ Ｔｕｎｉｎｇ Ｃｈａｎｇｉｎｇ， Ｋｅｙ Ｃｈａｎｇｉｎｇ， Ｃｈｏｒｄ Ｃｈａｎｇｉｎｇ ａｎｄ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ」と題された特許文献９では、弦の張力の手作業での調整を必要とするチューニング方法を開示する。１９８５年８月２０日にＢｏｒｉｓｏｆｆに発行された「Ｓｔｒｉｎｇ Ｂｅｎｄｅｒ Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ」と題された特許文献１０もまた、弦の張力を変更するための手作業のシステムを開示する。１９８６年４月２９日にＭｉｎｎｉｃｋに発行された「Ｓｅｌｆ Ｔｕｎｉｎｇ Ｔａｉｌ Ｐｉｅｃｅ ｆｏｒ Ｓｔｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ」と題された特許文献１１では、閉ループフィードバックと、張力調整のためのアクメねじおよびレバーとを用いた自動チューニング装置を開示する。１９８４年１月２４日にＳｃｈｏｌｚに発行された「Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｕｎｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ」と題された特許文献１２では、周波数よりも弦の張力を検知することで作動する自動チューニング装置を開示する。１９８３年３月１日にＳｃｈｏｌｚに発行された「Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｕｎｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ」と題された特許文献１３でも、周波数よりも弦の張力を検知することで作動する自動チューニング装置を開示する。１９７８年５月９日にＨｅｄｒｉｃｋに発行された「Ｓｔｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｕｎｉｎｇ Ａｐｐａｒａｔｕｓ」と題された特許文献１４では、ケーブルシステムで始動される別個の手持ち式チューニング装置を開示する。

多数の特許でビブラート効果を得るための手段を有するチューニングシステムを開示している。２００２年７月９日にＷｈｉｔｔａｌｌほかに発行された「Ｔｕｎｉｎｇ Ｍｅａｎｓ ｆｏｒ Ｔｕｎｉｎｇ Ｓｔｒｉｎｇｅｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ａ Ｇｕｉｔａｒ Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ Ｔｕｎｉｎｇ Ｍｅａｎｓ ａｎｄ ａ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｕｎｉｎｇ Ｓｔｒｉｎｇｅｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ」と題された特許文献１５では、張力調整のために弦が出力ペグの周りに巻きつく多段エピサイクリック歯車を開示する。同特許は支点式ビブラート装置の利用を開示する。１９９９年５月２３日にＷｙｎｎに発行された「Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｔｕｎｅｒ ｆｏｒ Ｓｔｒｉｎｇｅｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ」と題された特許文献１６はまた、二重ヒンジ型トレモロシステムを用いる支点式ビブラート装置を開示する。１９９５年２月２１日にＢｕｒｇｏｎに発行された「Ｔｕｎｉｎｇ ｏｆ Ｍｕｓｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ」と題された特許文献１７では、弦に張力をかけるためのばねと、ビブラート効果を得るためにラック上を動く移動可能キャリッジとを利用する方法を開示する。１９９１年８月１３日にＢｕｓｌｅｙに発行された「Ｓｔｒｉｎｇ Ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ａ Ｍｕｓｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ」と題された特許文献１８では、張力を調整するために弦が巻かれているシャフトを有するモータを備える自動チューニングシステムを開示する。同特許では、電子的にビブラート効果を制御する従来型ビブラートアームまたはジョイボールを模擬するジョイスティック装置を有する。１９９２年３月１７日にＺａｃａｒｏｌｉに発行された「Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｏｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ Ｓｔｒｉｎｇｅｄ Ｍｕｓｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ」と題された特許文献１９では、弦の張力を制御するための形状記憶合金と、トレモロ効果を得るための抵抗とを用いるチューニングシステムを開示する。１９７９年７月１０日にＴｏｍｉｏｋａに発行された「Ｓｔｒｉｎｇ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ Ｂｒｉｄｇｅ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｔｒｉｎｇｅｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ」と題された特許文献２０では、弦の張力を調整するための圧電押圧メカニズムを開示する。抵抗器を利用することでトレモロをかけることができる。１９９５年８月８日にＢａｋｅｒに発行された「Ｍｅｍｏｒｙ Ｔｕｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｓｔｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ」と題された特許文献２１では、レバーとカムとを用いて、トレモロベース要素を傾けるバーを作動させることでビブラート効果を得ることのできるチューニング装置を開示する。１９９１年４月２３日にＫｕｒｔｚに発行された「Ｍｅａｎｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｒｅａｓｏｎｃｅ Ｔｕｎｉｎｇ」と題された特許文献２２では、弦の張力を調整するための圧電プッシャーを用いて、電圧変化によってビブラート効果を得る自動チューニング装置を開示する。

さらにほかの米国特許では、遠隔構成要素を有するシステム構成要素の通信に関するチューニングシステムが開示されている。２００１年８月２１日にＣｕｍｂｅｒｌａｎｄに発行された「Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｔｕｎｉｎｇ Ｓｔｒｉｎｇｅｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ」と題された特許文献２３では、周波数よりも弦の張力を検知することで作動するチューニング装置を開示している。同特許では、弦を締めるドライバに接続されたコンピュータに無線結合ができる。２００１年２月６日にＬｏｎｇほかに発行された「Ｔｕｎｉｎｇ ｏｆ Ｍｕｓｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ」と題された特許文献２４では、弦に張力をかけるための出力ねじを駆動させるために単体のモータとクラッチシステムとを利用することを開示する。弦を弾く必要はない。同チューニング装置は遠隔制御で操作される場合もある。２０００年１２月２６日にＣａｕｌｋｉｎｓほかに発行された「Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍａｔｉｎｇ ａ Ｓｔｒｉｎｇｅｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ」と題された特許文献２５では、手作業で弦を弾く必要なく、従来手段で外部コンピュータがチューニングを制御できる弦楽器を開示している。１９８２年７月１３日にＰｏｇｏｄａに発行された「Ｒｅｍｏｔｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍｕｓｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ」と題された特許文献２６では、遠隔位置にあるチューニング装置を既存のギターケーブルを通して制御するエレキギター上に設けられ手作業で操作するスイッチを開示している。同特許は弦テンショニングメカニズムを開示していない。

２００３年９月２５日に公開されたＳｋｉｎｎの「Ｐｉｅｚｏ Ｒｏｃｋｅｒ Ｂｒｉｄｇｅ」と題された特許文献２７では、弦の張力が調整される際に実質的に摩擦なく弦が動くことのできるロッカー構成要素を有する移動可能サドルブリッジを開示している。また、全ての弦を同時に弾くことで自動チューニング装置が作動できるようにする圧電ピックアップ設計も開示されている。

自動チューニングシステムに関連する他の特許には、米国特許第３，１４４，８０２号、第４，０４４，２３９号、第４，１９６，６５２号、第４，９４７，７２６号、第４，９５８，５５０号、第４，２０７，７９１号、第４，３１３，３６１号、第４，７３２，０７１号、第４，３２７，６２３号、第２，１３６，６２７号、第４，１００，８３２号、第４，４３４，６９６号、第４，４５７，２０３号、第４，５１２，２３２号、第４，６６５，７９０号がある。

ここで言及された全ての公開物は、本発明で有用な種々の装置および方法の教示に対して一貫性がなくならない程度まで、参照することによって援用される。本発明の以下に示す説明で特に開示されていないが、このような公開物で開示されている特性については、いずれも本発明の実施形態で除外される場合がある。
米国特許第５，８２４，９２９号明細書 米国特許第５，８５９，３７８号明細書 米国特許第５，７６７，４２９号明細書 米国特許第５，３４３，７９３号明細書 米国特許第５，３２３，６８０号明細書 米国特許第５，０６５，６６０号明細書 米国特許第４，９０９，１２６号明細書 米国特許第４，８０３，９０８号明細書 米国特許第４，８５６，４０４号明細書 米国特許第４，５３５，６７０号明細書 米国特許第４，５８４，９２３号明細書 米国特許第４，４２６，９０７号明細書 米国特許第４，３７５，１８０号明細書 米国特許第４，０８８，０５２号明細書 米国特許第６，４１５，５８４号明細書 米国特許第５，８８６，２７０号明細書 米国特許第４，３９０，５７９号明細書 米国特許第５，０３８，６５７号明細書 米国特許第５，０９５，７９７号明細書 米国特許第４，１６０，４０１号明細書 米国特許第５，４３８，９０２号明細書 米国特許第５，００９，１４２号明細書 米国特許第６，２７８，０４７号明細書 米国特許第６，１８４，４５２号明細書 米国特許第６，１６６，３０７号明細書 米国特許第４，３３８，８４６号明細書 米国特許公開第２００３／０１７７８９４号明細書

（発明の概要）
本発明は、弦楽器の個々の弦の音に対して正確で迅速な変更を行うことを可能にして、ユーザが始動した際に弦楽器に対して自動ファインチューニング補正を行う自動チューニングシステムを提供する。本チューニングシステムは、活性化させた弦によって生成される第１の楽音を検出してこの音に対応する単一値を得るための検出器と、この信号を、所望周波数と関連付けられた基準周波数値と比較して電気制御信号を生成するための検出器に結合されたプロセッサであって、電気制御信号が信号値と基準周波数値との間の差の関数であるものと、電気制御信号とは独立して所望周波数に達する際に必要な周波数変化を引き起こすための弦の張力を調整するためにプロセッサと弦とに結合される弦調整アセンブリであり、弦調整アセンブリが、自動チューニングシステムに対するハウジングに枢動可能に取り付けされたモータ／ギアアセンブリを備えるものと、を備える。以下で説明するように、これらのチューニングシステム構成要素はビブラートアームを用いて操作するように設計される。

本発明のチューニングシステムに関する「自動」という用語は、正確で再現可能なファインチューニング補正を行うために、本発明の機械的構成要素によって弦の張力が自動的に調整できるということを意味する。

「ファインチューニング補正」とは、システムにより自動的に行うことのできる弦の張力の変更である。物理的機械的制限のために、所望の弦周波数と実際の弦周波数との間の差は、本発明のチューニングメカニズムが取り扱うことのできるものよりも大きい可能性がある。例えば、本発明のドライブギア／弦カムは、移動を支配するモータに応じて約１５度の回転自由度を有するように設計されるのが典型的であり、この回転自由度内においてのみ弦の張力を自動的に変えることができる。そのために、本発明のチューニングシステムおよびチューニング手順によって、粗チューニングが必要とされる場合には、以下で説明されるように、同じく予備的な粗チューニングが可能になる。

この自動チューニングシステムはまた、モータ／ギアアセンブリに対して機能的に接触するビブラートアームを備えるビブラートアセンブリと、モータ／ギアアセンブリと楽器との両方に対して機能的に接触するビブラート戻しばねと、をさらに備え、このビブラートアセンブリはばねに対して弦接触面の位置を可逆的に変化させ、これによって弦のピッチを下げ、次にこのピッチをその元々のピッチまで上げることができる。「ビブラート」という用語は、（音の大きさの可逆的変化を指す「トレモロ」とは対照的に）音のピッチの可逆的変化を指す。「ビブラートアーム」は、操作すると、ピストン方式でギア／モータアセンブリの端部を引き上げ、チューニングシステムハウジングに枢動可能に取り付けられた回転軸を回転させ、次に、ギア／モータアセンブリに接続されるチューニングアームを、チューニングシステムハウジングに同様に枢動可能に取り付けられたチューニングアーム回転軸上で回転させるレバーである。戻りばねは、ビブラートアームに接続される端部からギア／モータアセンブリの他の端部に取り付けられるとともにチューニングシステム用ハウジングにも取り付けられており、これにより、ギア／モータアセンブリ（さらにギア／モータアセンブリに接続されるチューニングアームアセンブリ）をその元々の位置に戻す。ビブラートアームは、ビブラート効果を起こすために１回以上操作することができる。ビブラートアセンブリの構成要素に関する「機能的接触」とは、１つの構成要素の作動によって、これと機能的に接触する構成要素に結果的に動きをもたらすことを意味する。例えば、本発明のビブラートアームは、直接的にギア／モータアセンブリに作用するよりも、むしろ、ビブラートアクティベータ軸を通して間接的にギア／モータアセンブリの回転を引き起こすことが好ましい。

弦調整アセンブリは、また、弦が固定されるチューニングアームと、チューニングアーム内に包含されるドライブギア／弦カムの弦接触面であって、弦と調整可能で付随的に接触している弦接触面と、ドライブギア／弦カムと回転可能に接触するモータ／ギアアセンブリのギアと、ギアトレンと回転可能に接触して電気信号に応答するモータ／ギアアセンブリのモータと、をさらに備えることができ、これにより、弦が活性化されると、弦により生成される周波数が変化する。

チューニングシステム用ハウジングは、次に説明するように別個のハウジングが可能であるか、楽器そのものの本体、あるいは、弦に対して回転するようモータ／ギアアセンブリが枢動可能に取付け可能になるように固定取り付けされた任意の構成要素が可能である。

モータ／ギアアセンブリは、弦の張力調整を行うために用いられるモータとギアとを備え、モータとギアとは、ハウジングに対して回転できる単体のユニットと一体化される。

弦楽器は、電気、アコースティック両方のギター、ベース、バイオリン、シタール、ハープ、ピアノ、その他を含む現在技術的に公知の任意の弦楽器が考えられる。好ましい一実施形態において、自動チューニングシステムを備える楽器はギターであり、さらに好ましくはエレキギターである。同じく一実施形態において、チューニングシステムの構成要素はその一体部としてギターに内蔵される。ギターが製造される際にチューニングアセンブリを組み込むことができるか、あるいは既存のギターに対して改造することができる。他の実施形態において、構成要素の一部は、以下で説明するようにギターから離れた場所にあることも可能である。

検出器は、弦を弾いた際に生成される音を受け入れてこの音の周波数を示す信号に音を変換することのできる電子構成要素を含む。好ましくは、音のアナログ信号がデジタル信号に変換される。本発明の一実施形態において、検出器は、関連する電気回路を有する従来のエレキギターに組み込んだピックアップを備える。

「活性化させた弦」はユーザが弾いた、あるいはその他の場合、自動弦活性化メカニズムといったものによって振動の与えられた弦である。

「プロセッサ」は、本発明の自動機能を実行するため、プログラムすることのできる任意の装置、あるいはハードウェアが考えられる。一実施形態において、これは中央演算処理装置（ＣＰＵ）ボードである。また、これにはパソコンといった別のコンピュータ、あるいは公知の他の何らかの処理装置も考えられる。弦を活性化させることで生じる音を示して検出器により生成される信号をプロセッサが受けるといった場合のように、検出器と通信状態にある場合、プロセッサは検出器に「結合される」。

「所望の周波数」は、特定の「チューニング」によりチューニングされた場合に弦が生成しなければならない周波数である。

多数の公知の「チューニング」もある。例えば、米国で一般的に受け入れられている周波数値（ヘルツ値）を用いて、Ｅ，Ａ，Ｄ，Ｇ，ＢおよびＥの音について最も低いものから最も高い各弦に対して標準チューニングにより、受け入れ周波数が与えられる。これらの音に対するヘルツ値は他の時代、他の国では異なる場合もあり、第４オクターブのＡ音を用いてＡ−４４０ヘルツあるいはＡ−４４２ヘルツといった較正周波数として一般に表される。Ａの開放弦のチューニングでは、Ｅ，Ａ，Ｅ，Ａ，Ｃ＃，Ｅの各音に対して弦をチューニングする。Ｇの開放弦のチューニングでは、Ｄ，Ｇ，Ｄ，Ｇ，Ｂ，Ｄの各音に対して弦をチューニングする。Ｄの開放弦のチューニングでは、Ｄ，Ａ，Ｄ，Ｆ＃，Ａ，Ｄの各音に対して弦をチューニングする。降下Ｄのチューニングでは、第４弦より１オクターブ低い全音分だけ第６弦（Ｅ）を下げることで標準チューニングを修正する。正しいイントネーション（周波数の各倍音によって１オクターブ高い音が得られ、各オクターブの間の１２個の半音のおのおのが倍音列に従う）の目盛を用いた厳密な数学的チューニングと対照的な平均律では、全ての調において、また全ての調の音の倍音に対して良好ではあるが完璧ではないチューニングを行うように、数学的に決められたチューニングとは若干異なる周波数を各音に割り当てる。他に多くのチューニングが公知であり、本発明での利用のためにさらに新しいチューニングも生成できる。

ここで用いられる「チューニング」という用語は、「所望の周波数」、すなわち、ユーザにより選択された「チューニング」で要請される周波数を生成するために、弦の張力を調整することを示す「チューニング修正手順」という用語とは区別される。

音に対する「信号値」は、その音の周波数に対応するシステムで用いられる任意の単位で表される数字の場合もある。「信号値」は、弦の張力を表す単位、本発明のステップモータの動きを示す単位、あるいは本発明の自動チューニング手順を実施する上で有用な他の単位の場合もある。

所望の周波数に対する「基準周波数値」は、所望の周波数に対応して、弦を活性化させた際に生成される音の周波数と所望の周波数を比較する上で有用なものであり、前の段落で規定したとおり、任意の単位で表された数である。

「電気制御信号」は、弦の張力を自動的に調整するためのシステムにとって有用な任意の単位の信号値と基準周波数値との間の差を示す信号である。

「弦調整アセンブリ」は自動的に弦の張力を調節するために必要な全ての構成要素を含む。弦調整アセンブリの構成要素が、モータを直接的または間接的に始動して、最終的に弦の張力に変化をもたらすプロセッサからの信号を受け取ることができるようになった場合、弦調整アセンブリはプロセッサに「結合されている」。間接的なモータ始動の例として、プロセッサがＣＰＵボードである一実施形態において、このＣＰＵボードは、電気制御信号をモータボードに送り、このモータボードがさらに信号をモータに送る場合もある。弦の調整は、信号値と基準周波数値との間の差を示す電気制御信号に依存するが、以下でさらに詳しく説明するように、他の因子にも依存することが考えられる。

弦調整アセンブリの構成要素は、弦の１つの端部を固定するための手段をもたらし、ここで示すチューニングアームを含む。チューニングアームは、弦が全体にねじ込まれる上部外周の弦接触面を有するドライブギア／弦カムを包含する。弦接触面は丸い部位上で一定の半径（中央枢軸穴から外周までの距離）を有する丸い区域であるため、ドライブギア／弦カムが回転すると、丸い区域が弦上の異なる場所を圧迫し、これよって弦の長さが大きくなり、その張力および周波数も増す。弦接触面が異なる場所で弦を圧迫することができることは、弦接触面が弦と「調整可能で付随的に接触している」と言及される。ドライブギア／弦カムの回転は、丸い形状でモータと機能的に接続するギアと嵌合するギア歯を有するドライブギア／弦カムの丸い底部により可能になるため、モータがある距離を動くと、ドライブギア／弦カムは比例距離の回転を行う。これによりギアはドライブギア／弦カムと「回転可能に接触」するということができる。回転可能接触は、ここで説明するギア減速段といったものを通した直接的あるいは間接的なものが可能である。

一実施形態において、弦調整アセンブリは、関連するモータと各弦に対するギアを有するチューニングアームアセンブリを備える。他の実施形態において、単体のモータ／ギアアセンブリは公知の伝送配置を通して各チューニングアームに対して連続的に結合できる。

本発明で用いられるモータあるいは複数のモータは、ドライブギア／弦カムで必要な動きを生じる機能を実行することのできる公知の任意モータが可能である。一実施形態において、モータは、電気パルスを正確な機械的動きに変換する装置としてのステップモータである。ステップモータの出力軸は回転あるいは直線の動きを出力できる。本発明において、ステップモータは回転運動を出力する。チューナアームのドライブギア／弦カム構成要素を動かすギアと「回転可能に接触」するモータについて、モータ軸がギアと直接接触する、あるいはそのギアと接触する他の１つのギアまたは複数のギアと接触することを意味する。好ましい一実施形態において、ドライブギア／弦カムが１５度回転する上でモータ軸の多数の回転が必要とされるように、ドライブギア／弦カムを動かすギアの回転運動を連続的に減らす一連のギアとモータ軸が接触する。

本発明の自動チューニングシステムはまた、ユーザに対して（つま弾くといったことで）おのおの個別の弦を活性化させるよう指示する異なる色のＬＥＤといった信号構成要素を備えるユーザインターフェイスを備えることもある。一実施形態において、ユーザは次に各弦を弾くように指示され、各弦の周波数が個々に集められる。また、弦が弾かれた場合、もしくは、その他の場合では同時に活性化させた時に全ての弦から同時に信号を集めることのできる圧電変換器といった構成要素を利用することも可能である。従来技術で知られているように、デジタル表示、聴覚信号等を含む、ユーザと通信を行うための他のタイプの信号構成要素を用いることもできる。ユーザインターフェイスは、ボタンまたはスイッチといった制御装置、あるいはユーザが電気機械装置を操作できるようにするための公知の他の制御装置を備える。ユーザインターフェイスはまた、チューニング補正を始動するための電源制御装置とボタンとを含み、システムのユーザにより所望される特定のチューニングを選択するように制御を行う。

本発明の自動チューニングシステムはまた、弦を手作業で締める、緩める必要がある場合、あるいはさらに手作業で締める、または緩める必要がない場合に、それをユーザに知らせるための信号を含み、例えば、チューニングペグを回転させることで少なくとも１つの個別の弦の張力を手作業で調整するステップを含む粗チューニングルーチンをユーザが実施するように指示する信号構成要素を備えることができる。上に論じられるように、活性化させた弦の音により得られる信号値と基準周波数値との間の差が弦の自動ファインチューニング補正を可能にする値よりも大きな場合に、このような信号が始動される。

プロセッサは、各弦に対して複数の所望周波数の変更を行うためのモータ移動指示のために含まれる保存された一般的な所定較正値を備えることができる。「一般値」は、以下でさらに詳しく説明する公知の弦周波数に影響を与えることを考慮した所定因子である。これらの値は、必要とされるモータの動きを生じる上で有用な任意の単位で表現されることのある数値である。ユーザが特定のチューニングを選択することを望むのであれば、そのチューニングに対する適切な制御の起動によって本発明のアルゴリズムを起動させるが、このアルゴリズムは各弦の対応する所定の一般的較正値を利用するためにプロセッサ内でプログラムされる、もしくは有線でつながれるように、複数の所望チューニングに対して各弦に対して保存された一般的な所定較正値があるものと考えられる。このアルゴリズムは、その弦に対して自動チューニング補正を行う上で必要な量のモータの移動を引き起こすために、適切に保存された所定の一般較正値を用いる。

このアルゴリズムはまた、ここで「オフセット較正値」として言及される、各チューニング補正を行うために用いられるモータの移動に対する指示のための値を保存する。オフセット較正値は、その弦に対する次の自動チューニング補正を行なう上で必要なモータの移動量を再計算するための一般的な所定較正値とともに用いられる。

所定の一般的較正値および／またはそれぞれの前のチューニング補正からのオフセット較正値を用いることは、（システムが実際の周波数を所望の周波数と単に比較して、対応する弦調整を行う「閉ループフィードバック」と反対の）「開ループフィードバック」と呼ばれる。開ループフィードバックによって、本発明の自動チューニングシステムが用いられる毎にさらに正確になるようにできる。

本発明の自動チューニング補正を各所望チューニングに対して各弦に実施した後、以下でさらに説明するように、保存された所定の一般較正およびオフセット較正値を利用することで、楽器を弾く、あるいは、その他の場合、音を出すための行為の最中にその行為を停止することなく別のチューニングに対してユーザが変更を加えることができるようになる。ユーザは単に、別の所望のチューニングに対する各弦の保存された値を用いて各弦の張力を変更するためのアルゴリズムを始動させる制御装置を操作することができる。

本発明の自動チューニングシステムは、遠隔装置と無線通信を行うことのできる（ここで「オーディオ送信機および無線周波数コマンド制御送受信機」と呼ぶ）オプションボードをさらに備えることができる。これに関連する「遠隔」という用語は、装置が楽器あるいは物理的に楽器に接触している物体に対して物理的に接触していないことを意味する。「遠隔」装置は楽器と同一部屋内にあることが可能であるか、あるいは無線通信が可能な他の場所にあることも可能である。「無線通信」は、オプションボードと遠隔装置との間の信号に対する無線もしくは（空気以外の）他の物理的導管を用いない何らかの通信を意味する。遠隔装置は、電源立ち上げ、チューニング補正手順の開始、音の検出、および所望チューニングの選定といった上述のユーザインターフェイスアセンブリに対して制御装置でさらに制御されるシステム機能を制御するための制御装置を有する、フットスイッチあるいは手動装置といった、例えば、検出器またはプロセッサ、あるいは遠隔制御盤が可能である。制御盤はまた、プロセッサのプログラミングを行う、システム機能の実行または追加のチューニングに対して楽器をチューニングするために用いるデータまたはソフトウェアをダウンロードまたはアップロードする、モータ測度を調整する、以前用いたチューニングを編集、生成、保存、および／または復旧する、およびシステムソフトウェア、および他の所望する機能を更新するための制御装置を含むことができる。他の遠隔装置も、他の楽器、音声を受け入れるためのオーディオ装置といったオプションボードに無線接続される場合もある。

本発明の自動チューニングシステムはまた、適切なチューニングイントネーションのための弦の振動長を設定し、ユーザの好みに応じて弦の高さを設定するための、ここで説明したロッカーブリッジを含むことができる。チューニング補正手順での干渉から従来型ブリッジが用いられる場合に弦の長さと張力を自動的に変化させることに関して摩擦を維持するために、ロッカーブリッジはさらに実質的に無摩擦の移動可能サドルをもたらす。張力調整は、弦を長くすることに関する方法によって本発明のプロセスで行われるが、適切なイントネーションを維持するために、すなわち、事前設定されるフレット位置によって適切な率の周波数を有する音を継続して確実に生成するために、ブリッジとナットとによって設定される弦の振動長を一定に保たなければならない。

自動チューニングシステムはまた、あらかじめプログラムされた別のチューニングを選択する、あるいはチューニングされるように選択された楽器の個々の弦を活性化させるようにユーザに指示するユーザインターフェイスを備えることができる。一実施形態において、各弦の下にある緑のＬＥＤ灯がユーザに対して弦を弾かなければならないということを示す。弦は、自動ファインチューニング補正によりチューニングできるか、あるいは上述の粗チューニングステップをさらに含むことができる。

本発明はまた、本発明の自動チューニングシステムを備えるギターまたは他の弦楽器を提供する。

本発明はまた、本発明の自動チューニングシステムを準備するステップと、好ましくは、ユーザインターフェイスの信号によって示された順番で個別に楽器の弦を弾くステップと、チューニングシステムが補正の必要な弦楽器のいずれかの弦にファインチューニング補正を自動的に実施できるようにするステップとを含む楽器のチューニング方法を含む。この方法はまた、それぞれ個別の弦を弾いた後に、チューニングシステムが自動的にファインチューニング補正を実施できるようになる前に粗チューニングを必要とする各弦の粗チューニングを手作業で行うステップを含むこともできる。

本発明はまた、異なるチューニングに対するモータ移動指示の保存された、あるいはあらかじめ設定された値を用いて弦楽器の全ての弦に対して別のチューニングで必要とされる自動調整を行わせるアルゴリズムを始動するように制御装置を作動することで楽器のいずれかの弦を弾く必要なく、楽器を演奏しながら、楽器のチューニングを別のチューニングに対して変化させるための方法を提供する。この方法は、両チューニングについて各弦に対して全ての弦にファインチューニング補正を行った後のみ適切に実施できる。

本発明は、以下の詳細な記述における特定の実施形態に関して、さらに説明および記述される。

（詳細な説明）
図において、同様の番号は、種々の図における同様の部品および構造特性を示す。

図１は、本発明のチューニングシステム１０を取り付けた従来型エレキギターの上面図である。弦１１、快適曲線（ｃｏｍｆｏｒｔ ｃｕｒｖｅ）１４、チューナ１６、チューニングペグ１８、ヘッドストック２０、弦をチューナーペグ１８にガイドしてその間隔を保持するように弦が置かれるスロットを有するバーとしてのナット２４、弦の張力を変更した際に弦１１がナット２４内ですべらないようにするために弦を補足するためのヘッドストック２０に取り付け可能なオプションの弦ロック２２に対する位置、ギターネック２６、（図示されていない）増幅器による増幅に対して弦１１によって生成される音を電子的に補足するためのギターピックアップ２８、ピックアップおよびその組合せをユーザが増幅器または他の構成要素に選択的に電気的に接続することができるようにするためのギターピックアップ切替えスイッチ３０、音量・音質制御装置３２といった標準的な特性を有する本体１２をギターは備える。本発明の一実施形態において、チューニングシステム１０はビブラートアーム４０を備える。

図２は、従来型エレキギターに設けられた本発明のチューニングシステム１０の裏面を示す図１の従来型ギターの底面図である。ギター本体１２の背面と同一平面に設けられる（図示されていない）ベースプレートはギターの使用中にチューニングシステム１０を覆う。従来の特性には、最上部ストラップピン３４、胴部カット３８、底部ストラップピン３６がある。

図３は、本発明のチューニングシステム１０の斜視上面図である（ＣＰＵボード１４０、モータドライバボード１４２、オーディオ送信機と無線周波数命令制御送受信機１５０はないが、これらは全て図５で示されている）。このシステムは、（図６に示される）ギアと、ギアが機能的に接続される（１つのモータが各弦に機能的に接続される）ステップモータ７４とを含むギアボックス７０を備えるモータ／ギアアセンブリを備える。ギアボックスはギアボックス回転軸７２によって上部ハウジング１３０に枢動可能に取り付けられる。

チューニングシステム１０はまた、ビブラートアーム４０の隣接端部にある穴を通して延伸し、ビブラート引張ばね４８で囲まれたアクティベータ軸４６が内部に配設されたビブラートハウジング４２に回転軸４４を通して枢動可能に取り付けられたビブラートアーム４０を備える任意のビブラートアセンブリを備える。ビブラート引張ばね４８によって、結合部における振動をなくすように、ビブラートアームアセンブリに対して張力をもたらす。アクティベータ軸４６はチューニングシステム１０の上部ハウジング１３０の穴４１（図１１参照）を通って延伸し、ギアボックス７０に固定取り付けされる。

チューニングシステム１０はまた、上部ハウジング１３０に置かれ、（図９および１０でさらに例示されている）イントネーション調整ねじ５６と、弦１１が受け入れられるロッカーとを備えるロッカーブリッジアセンブリ５０を備える。弦１１は、従来型弦ガイドローラ８０を備える弦ガイドアセンブリ９０の下を通って、チューニングアセンブリ６０のチューニングアーム６１にあるスロット６３内に入る。

チューニングアーム６１は、上部ハウジング１３０内で支持されるチューニングアーム回転軸８４に旋回可能に支承される。チューニングアセンブリについては、図７と８とでさらに詳しく例示される。

チューニングシステム１０はまた、上部ハウジング１３０で支持されたユーザインターフェイスパネルアセンブリ１００を備える。ユーザインターフェイスパネルアセンブリについては図４でさらに詳細に例示される。

図４は、チューニングアーム６１とユーザインターフェイスパネルアセンブリ１００とを示す図３のチューニングシステムの一部を拡大した図である。ユーザインターフェイスパネル１００は、上部ハウジング１３０に接合でき、インターフェイスパネルアセンブリ１００の最上部の可視部分の下にある（図１１で示される）ユーザインターフェイスボード１３１に接続できるインターフェイスパネルアセンブリ１００の最上部の可視部分を含むキーパッドを備え、本発明のチューニング手順の間にユーザに対してどの弦を弾くべきかを（好ましくは、弦を弾かなければならない時に当該ＬＥＤが緑になることで）指示し、（好ましくは、弦を無音にしなければならない時に当該ＬＥＤが赤になることで）どの弦を無音にするべきかを指示し、（好ましくは、弦に触ってはならない時に当該ＬＥＤが黄色になることで）弦が弾かれた際に生じる音の周波数を装置が採取しているためにそのときに弦に触ってはならないということを指示するために、各弦に１つずつ関連付けられた６つの三色ＬＥＤ１０２をユーザインターフェイスボード１３１が備える。ユーザインターフェイスはまた、複数の押しボタンを含む。電力がオフの場合、電源／修正（ｐｏｗｅｒ／ｔｏｕｃｈｕｐ）ボタン１１２は、これが押し下げられるとチューニングアセンブリ１０をオンにする。システムの電源がオンで、電源／タッチアップボタン１１２が一瞬押し下げられて、その後に解除されると、以下で説明するように「タッチアップ」チューニング手順が開始される。その後、電源／タッチアップボタン１１２が押し下げられて、短い時間下げられたままにされると、電源はバックオフされる。弦を「締める」インジケータ１０６が点灯すると、ユーザに対して手作業でチューニング中の弦を締めるように指示する。弦を「緩める」インジケータ１１０が点灯すると、ユーザに対して手作業でチューニング中の弦を緩めるように指示する。「チューニング調整済」インジケータ１０８が点灯すると、ユーザに対してさらなる手作業での調整が必要でないことを知らせる。手作業による調整は、弦の張力が自動調整の行われる機能範囲外にある場合のみ必要である。その他の場合、チューニングシステムは自動的にチューニングプロセスを終える。チューニングセレクタボタン１０４によって弦がチューニングされる周波数のセットをユーザが選択することが可能になるが、例えば、標準チューニングに対しては「ＳＴＤ」、降下Ｄのチューニングに対しては「ＤＲＤ」、Ｇの開放弦のチューニングに対しては「ｏｐＧ」、Ｅの開放弦のチューニングに対しては「ｏｐＥ」、Ａの開放弦のチューニングに対しては「ｏｐＡ」、Ｃの開放弦のチューニングに対しては「ｏｐＣ」、Ｄの開放弦のチューニングに対しては「ｏｐＤ」、シタール（ｓｉｔａｒ）のチューニングに対しては「Ｓｉｔ」、ＤＡＤＧＡＤチューニングに対しては「ＧＡＤ」、さらにＤＡＤＤＡＤチューニングに対しては「ＤＡＤ」である。例えば、ＳＴＤ／ＤＲＤボタンを押して解除するたびにＳＴＤとＤＲＤとの間でチューニングが変化し、ＳＴＤ対ＤＲＤの状態にあることを示すために点灯するＬＥＤが各ボタンの下にある。つけたり消したりする操作を行うチューニング選択ボタン１０４は、例えば、ＳＴＤが選択された場合に、ボタンのＳＴＤ部の下にあるＬＥＤがＳＴＤラベルを点灯する一方、ボタンラベルのＤＲＤ部は暗くなる、あるいはその逆になるように作動する。

図４はまた、スロット６３と弦ボール捕捉凹部６２とを示すチューニングアーム６１の拡大図を示す。図４はさらに、（図示されていない）外部充電器からの再充電のための電池パック１６２（図５）に対する電力とデジタルデータ信号と装置内に、あるいはそこから、もしくは、（同様に図示されていない）パソコンといったホストＵＳＢ装置に供給される電源およびＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）入出力ポート１３２を示す。

図５は、本発明のチューニングシステムの底面図である。ビブラートアーム４０の裏面とビブラートハウジング４２とが示されるとともに、ステッパモータ７４と関連する電源信号線１６０とを備えるモータ／ギアアセンブリと、ギアボックス回転軸７２を通して上部ハウジング１３０内に枢動可能に配設されたギアボックス７０とが示される。ユーザがビブラートアーム４０を押し下げると、モータ／ギアアセンブリがギアボックス回転軸７２上で旋回し、機能的に接続されたチューニングアーム６１が約１５度の弧を通って回転され、これにより、弦の張力を解除し、弦によって生成される音の周波数を下げ、ユーザがビブラートアーム４０を解除すると、ビブラートばねアンカー４７と上部ハウジング１３０とに接続されたビブラート戻りばね４５によって最初の位置に戻され、ばねを当初の位置に戻し、弦が発する周波数を上げ、これによりビブラート効果を生じさせる。

さらに、図５において、（図３および４で示される）ユーザインターフェイスアセンブリ１００とモータドライバボード１４２との構成要素と信号通信を行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）回路基板１４０とともに、オーディオ送信機／無線周波数命令制御送受信機１５０と（図１１で示されている）ユーザインターフェイス基板１３１とが示される。（ここでは「オプションボード」として同様に言及される）オーディオ送信機／無線周波数命令制御送受信機基板１５０は、ユーザインターフェイスパネルアセンブリ１００（図４）上での制御装置を通して同様に制御可能なシステムの種々の機能、さらにソフトウェアをダウンロードする、追加チューニングを管理する、モータ速度を抑える、調整する、チューニングを編集、生成、保存、および復元する、あるいはシステムソフトウェア更新および他の遠隔機能を行うためのデータリンクをプログラムする、または供給することを可能にするような追加機能の一部、あるいはその全てを制御するためのフットスイッチまたはボタンあるいはスイッチのパネルといった遠隔制御パネルを含む任意のシステム構成要素と無線通信を行うためのオーディオ送信機／無線周波数命令制御送受信機を備える。チューニングシステムはまた、（図示されていない）プリント基板の周りの金属筐体を備えるノイズ遮蔽が設けられている場合もある。

図５はさらに、バッテリコネクタ１６４を通してＣＰＵ回路基板と電源接続されたバッテリーパック１６２を示す。モータドライバボード１４２は、次に、ボード間コネクタ１６３を通してＣＰＵ回路基板１４０と電源接続される。

図６は、チューニングシステム１０のモータ／ギアアセンブリギア減速システムの内部斜視図である。内歯車減速システム７０は、モータ７４を備え、各々は、モータ位置歯車７５−１、間歯車７５−２（２つの大きな間歯車と１つの小さな間歯車が示されており、この２つの大きなギアは相互に接続されており、間歯車回転軸７６によって支持されている）に嵌合され、さらに（各弦に対して１つの減速段の）クラスタギア７５−３を備える別個のギア減速段に嵌合され、チューニングアーム６１の（図７で示されている）ドライブギア／弦カム６６のギア歯６５と（図示されていない）歯を通してクラスタギア回転軸７５−４上の各クラスタギアセット７５−３が嵌合する。ギア減速段およびステッパモータはギアボックス７０内に設けられ、ギアボックスはギアボックス回転軸７２上の（図３で示されている）上部ハウジング１３０に枢動可能に取り付けられる。

図７は、本発明のチューニングアームアセンブリ６０の斜視図である。チューニングアーム６１は、弦１１が内部に配設されるスロット６３と、弦ボール１３が内部に配設される弦ボール捕捉凹部６２とを備える。使用中のチューニングアーム６１は、回転軸枢軸穴６９を通して延伸する（図３で示された）チューニングアーム回転軸８４を通して（同様に図３で示される）上部ハウジング１３０に枢動可能に取り付けられる。上部弦接点面６４を有するドライブギア／弦カム６６は押圧ピン６７によりチューニングアーム６１に、またその内部に固定取り付けされ、その底面は、（図６で示される）当該ギアボックス７０内に包含される電動ギアトレンと勘合するためのドライブギア歯６５を備える。特定の弦に対する当該モータ、ＣＰＵ回路基板１４０からモータドライバ基板１４２への、これにより所望周波数を得る上で必要な適切なドライブギア／弦カム６６の回転をもたらすために、その弦に対する適切なステッパモータ７４への信号によってモータが始動されると、当該ギアが回転し、好ましくは、約１５度の事前設定された機能範囲内で弦接触面６４が事前設定された距離だけ旋回する。回転軸枢軸穴６９から弦カム６４の最上面が弦１１と接触する点までの径方向距離は弦毎に変わる。公知のとおり、弦の変位は次の式によって決まる。
Ｓ＝ｒθ
ここでＳは弦の移動の直線距離であり、ｒは回転軸枢軸穴６９の中心から弦接触面６４の最上縁部までの半径Ｒであり、θは弦接触面６４が回転可能な回転角度である。当業者であれば認められるように、弦接触面６４の配置は各弦の所望周波数範囲を得るために調整可能である。したがって、後で明らかになるように、半径は各弦に対して異なる。

チューニングアームアセンブリはまた、図１１に関して以下で説明されるように、アームの最初の位置を規定する際に用いるためのリミットスイッチフラグ６８を含む。

図８は、本発明のチューニングアームドライブギア／弦カム６６の斜視図であり、弦１１に接触している弦接触面６４と、図７で示される押圧ピン６７と嵌合する押圧ピン穴７７と、（図３で示されている）チューニングアーム回転軸８４を受け入れる枢軸穴６９と、（図６で示される）クラスタギア７５−３と嵌合するためのギア歯６５とを示す。

図９は、本発明のロッカーブリッジアセンブリ５０の斜視図であり、基部５７と最上部キャップ５４とを備えるハウジング内に配設されたロッカー５２を示す。イントネーション調整ねじ５６も示される。

図１０は、本発明のロッカーブリッジアセンブリ５０の単体弦クレードルアセンブリ５５の斜視図である。弦溝５１は（図３に示されるように）弦を受け入れ、Ｖブロック５３のウェッジ状基部５９で左右に揺れるように設計されており、このＶブロックは、ロッカー５２が所定円弧を通って振動できるようにして、これによって、システムに摩擦が加わることなく弦の張力（および周波数）が変化できる。Ｖブロック５３は弦クレードル５８内で支持されるが、この弦クレードルは、弦を長くする、あるいは短くする長さ振動を行うことで弦イントネーション長さを調整するようにクレードル５８内のＶブロック５３とロッカー５２との位置を変化させるためのイントネーション調整ねじ５６を備える。

図１１は、本発明のリミットスイッチアセンブリを示す、モータ／ギアアセンブリを取り除いた本発明のチューニングシステムの底面図である。リミットスイッチアセンブリは、装置の１つの側にある光学エミッタ電源ケーブル１３９により電源供給されるリミットスイッチ光学エミッタ１３６と、他の側で光学受信機信号ケーブル１３８に接続されたリミットスイッチ光学受信機１３４とを含み、ユーザインターフェイスボード１３１（図１１）を経由してＣＰＵ回路基板１４０に接続される。始動したチューニングアーム６１（図７参照）のリミットスイッチフラグ６８が光学エミッタ１３６と光学受信機１３４との間のビームを壊すように回転する場合、信号が光学受信機信号ケーブル１３８を経由して、ユーザインターフェイスボード１３１を経由してＣＰＵ回路基板１４０に送られ、いずれからの方向での全ての相対的モータ移動が参照されるところからのゼロ点としてこの位置が設定される。

さらに図１１で示されているものは、ビブラート取り付け穴４１と、弦クレードルアセンブリ５５の高さ調整を行うために高くしたり、低くしたりすることができ、これにより弦の高さを調整でき、このため、個々の演奏家の好みに応じてネック２６の弦の高さを調整できる弦高さ調整ねじ９２とを示す。上部ハウジング１３０の電源／ＵＳＰ入出力ポート１３２も同様に示されている。

図１２は、本発明のチューニングシステムの構成要素で、種々の電気回路基板上に置かれたものを示す電気システムブロック図である。ブロックＴは、図１の項目２８として示される既存のギターピックアップを表す。このピックアップは、弦が弾かれた際に生成される音を低帯域フィルタとゲイン段とに、さらに、チューニング可能帯域フィルタに伝送し、これが各弦の有効範囲外の周波数を篩い分ける。帯域フィルタの中心周波数は、各弦と関連付けられた周波数だけが次に通過できるようにするための移動式ウィンドウを生成するようにＣＰＵで調整できる。この信号は次に、コンパレータによってアナログからデジタル信号に変換され、（図５で示されている）ＣＰＵ回路基板１４０への伝送のために方形波に変えられる。ＣＰＵ回路基板１４０は方形波信号の周波数を測定し、その後、（図５で示されている）モータドライブボード１４２を通して（図５で示されており、図１２においてＭ１からＭ６の記号の付けられている）各弦の関連付けられている別個のステッパモータ７４に信号を送る。ＣＰＵ回路基板１４０はまた、バッテリーパック１６２に接続された充電器と信号連通しており、さらにバッテリーの現時点の充電状態を中継するために用いることのできる「ガスゲージ」を提供する。ＣＰＵ回路基板１４０はまた、ユーザインターフェイスボード１３１（図１１）と（さらにここでは、「オプションボード」としても言及される）オーディオ送信機／無線周波数命令制御送受信機１５０（図５）と信号連通しているが、これにより、上で説明するように、追加特性がシステムに対して無線接続できる。

システムを作動させるために、適切なチューニングアーム６１の弦ボール捕捉凹部６２の従来型弦１１の弦ボール１３を置き、チューニングアームスロット６３を通して弦を走らせることでギターが弾かれる。次に、適切な弦ガイドローラの下で、適切なロッカー５２の適切な弦溝５１（図１０）に弦を置き、ギターネック２６に沿って弦を通過させ、適切なチューニングペグ１８に取り付ける。ローラ８０の目的は、回転によって各弦から発する周波数を変化させることができるように、弦がドライブギア／弦カム６６の弦接触面６４（図７）と常に確実に接触させることである。

本発明の修正チューニング手順が次に開始できる。「修正」という用語は本発明のチューニング補正プロセスを指す。

図１３は、チューニング手順を示すフロー図である。ユーザが瞬間的に（「ＴＣＨ／ＰＷＲ」）電源／タッチアップボタン１１２（図４）を押し下げて、これを解除し、システムが既に電源オンにされている場合、弦６に割り当てられた最低周波数範囲の弦に対応するＬＥＤ１０２（図４）が始動されて緑の点灯を行い、最低から最高までそれぞれ５−１が割り当てられている弦に対応する他のＬＥＤが始動されて赤の点灯を行う。緑の点灯によって、ユーザに対して弦６を弾くよう指示がなされ、赤の点灯によってユーザに対して、弦６を弾いている間に他の全て弦を無音にするように指示がなされる。ユーザが一度弦６を弾くと、対応するＬＥＤは黄色になり、ユーザに対して、振動中システムが周波数信号を採取している間に弦に触らないように指示がなされる。

ギターピックアップは弦６からの音を捕捉し、対応する周波数信号をＣＰＵ回路基板１４０に送り、ここでその周波数が、その弦に対する所望周波数と比較される。弦が適切にチューニングされ、実際の周波数と所望周波数との間に差がない場合、弦番号が弦５に設定され、プロセスが繰り返される。

弦６に対する実際の周波数と所望周波数との間に差がある場合、ＣＰＵ回路基板１４０は、その差が所定の差よりも大きいかどうかを判断するが、ここで差が大きい場合にはユーザが粗補正を行う必要があり、差が小さい場合にはシステムが自動的にファイン補正を行って、弦に対して適切なチューニングを実施することができる。ファイン補正が自動的に実行される所定の差は、弦の長さと重さ、チューニングアーム６１の動きの自由度、弦カム６６の半径、さらに以下で示すようにチューニングシステムによりその弦に対して行われた前のチューニング調整についてＣＰＵに保存されたメモリを含むシステムパラメータによって設定される。

粗補正が必要な場合、粗補正フラグがソフトウェアメモリ内に設定され、適切な弦調整インジケータ（図４）が始動される。実際の周波数が低すぎる場合、弦を「締める」インジケータ１０６が始動される。実際の周波数が高すぎる場合、弦を「緩める」インジケータ１１０が始動される。次にユーザはチューニングペグを用いて弦を締めるか、緩める。一方、弦６に対するＬＥＤが始動されて緑になり、他の弦に対するＬＥＤが始動されて赤になり、ユーザが再び弦６を弾き、他の弦を無音にする必要があることを示す。このプロセスは実際の弦周波数が、システムがファイン補正を行うことのできる範囲内になるまで繰り返される。この時点で「チューニング済」インジケータ１０８が始動されて、ユーザがさらにその弦の調整を手作業で行う必要がないことを示す。粗補正がどの弦に対しても必要でないという情報はメモリに保持され、この手順の最終時点で用いられる。

実際の弦周波数が、システムがファイン補正を実行することのできる範囲内にある場合、ＣＰＵ回路基板１４０はその弦に対する周波数誤差を保存し、次の弦に移る。

ファイン補正誤差が弦６に対して決まれば、その誤差はメモリに保存され、次に、弦番号が次の少ない弦番号に移る。このプロセスは弦番号がゼロになるまで繰り返される。弦６について上で説明したとおり、各弦がチューニングされると、その弦に対応するＬＥＤが始動される。

弦番号が０の場合、システムは粗補正がその弦に対してなされたことを確認する。その場合、この手順は最初から弦番号が再び０になるまで繰り返され、粗補正フラグは設定されない。これは、１つの弦の粗チューニングが他の全ての弦に与える影響を考慮するためである。全手順が、粗補正の必要なしに行われると、全ての弦に対する所望周波数に対するモータ位置が計算され、ＣＰＵ回路基板１４０がモータドライバボード１４２を通して信号を送り、各弦に関連するモータ７４を始動させて関連するギアを回転させ、関連するドライブギア／弦カム６６を適切な方向の適切な距離だけ動かし、これにより各弦の弦張力に必要な変化を引き起こして、所望周波数を得て、全ての弦に対して同時にファインチューニングを行う。

各弦に対する周波数における所望の変化を得るために必要なモータの動きの変化は各弦のメモリに保存され、これにより、このデータは次のチューニング補正で必要なモータ位置における変化を計算するために用いることができる。各弦に対するモータの正しい移動については、以前必要とされた周波数の変化を得る上で以前必要であったモータの移動量とともに、上で説明された他のシステムパラメータや公知のものを考慮したアルゴリズムによって計算される。本発明のチューニング補正手順が最初に適用される場合、あるいは、例えば、弦が取り替えられた場合といったシステムがリセットされる状況において、このアルゴリズムは各弦、さらに各チューニングに対する一般的なモータ移動指示のセットを参照し、選択されたチューニングで必要な各弦の周波数変化を得るが、これらの指示はここでは「一般的所定較正」と呼ばれる。これらの一般的較正は、目標周波数に対してアクチュエータ位置を決めるための米国特許第５，８２４，９２９号（本件と不整合にならない程度まで、参照することにより援用されている）で示されている原理に従う。好ましくは、所定のモータ移動量に対する（弦の延伸によって生じる）弦の張力の変化は、楽器のネックの特性、弦の重さ、断面積、長さ、弾性率、所望周波数といったできるだけ少ないパラメータを用いて決められる。これらのパラメータの値は、チューニングシステムが設置される楽器のクラス、あるいは好ましくは、楽器のクラスの中で代表的な楽器が異なるゲージ弦を用いて試験がなされたものに対する平均値として設定され、モータ位置および周波数のマトリクス、さらに米国特許第５，８２４，９２９号で定義される多変数式の組に対して係数を得るために対角化されたマトリクスを求める。これは、各弦を締める、あるいは緩めることで他の弦に与える影響を考慮する上で有用である。各楽器のクラスに対する所定の一般的較正は次にこれらの楽器に対して設計されたチューニングシステムのプロセッサ内に保存され、ファインチューニング補正を行うアルゴリズムで用いられる。

第１のチューニング補正手順が一般的所定較正を用いて行われた場合、さらなる周波数補正（オフセット較正）を得るために必要なモータ調整が保存され、次にチューニング補正手順が実施される際に、このアルゴリズムはまた、米国特許第５，８２４，９２９号でも説明されている弦周波数を調整するためのこれらのオフセット較正を用いる。保存された一般的較正および／または呼び出されたオフセット較正をこのように参照することは、ここでは「開ループフィードバック」として言及されるが、これは、前に保存されたモータ移動指示を参照することなく実際の周波数および所望周波数だけを参照する「閉ループフィードバック」と対照的なものである。開ループフィードバックを用いることで、手順がなされる毎に、チューニングシステムが自動的にそのチューニング補正の効率と精度を向上させることができる。

全ての弦がシステムによってファインチューニングされた後、全てのＬＥＤ１０２がオフになり、ギターの演奏準備が完了していることを示す。この時点で、ユーザは、オプション弦ロックが位置２２（図１）に設けられていれば、それを締めてチューニングの安定性および再現性を維持したいと考えるかもしれない。

ＣＰＵ回路基板はまた、弦が最後に設定されたチューニング、例えば、Ａの開放弦、Ｅの開放弦、等を記憶するように設計され、これにより、電源がオフにされても、電源を再びオンにした場合にそのチューニングにシステムが同様に設定されたままになる。

本発明のチューニング補正手順が全ての所望チューニングの全ての弦に対して初めて実施された後に、ユーザは、所望する別のチューニングに対する適切なチューニング選択ボタンを単に押下するだけで楽器を弾きながらチューニングを変化させることができ、チューニングシステムは、記憶されたモータ移動指示を用いて新たなチューニングに対して必要な各弦から生じた周波数を自動的に変化させる。

本発明の一実施形態において、ロッカーブリッジアセンブリ５０は、２００３年９月２５日に発行されたＳｋｉｎｎの米国特許公開第２００３／０１７７８９４号で説明された圧電ロッカーブリッジアセンブリであるが、これはここでは、本件と不整合にならない程度で、参照することによって援用されている。ロッカーブリッジは、適切なチューニングに対する弦の長さの設定、ユーザの好みに応じた弦の高さの設定において、ブリッジの通常の機能を実施する。チューニング補正手順での干渉から従来型ブリッジが用いられる場合に弦の長さと張力を自動的に変化させることに関して摩擦を維持するために、ロッカーブリッジはさらに実質的に無摩擦の移動可能サドルをもたらす。別個のトランスデューサが各弦に対して用いられる場合、前述の特許公開で説明したとおり、全６本の弦の周波数は、１回弾くだけで同時に集めることができる。

本発明は特定の構成要素および方法に関して説明されたが、しかしながら、当業者によって認められるように、ここで説明されたものと等価の追加的なおよび／または代替的な方法および構成要素についても用いられる場合があり、これについても添付の請求の範囲の適用範囲に含まれる。

図１は、本発明のチューニングシステムを取り付けた従来型エレキギターの上面図である。 図２は、本発明のチューニングシステムを取り付けた従来型エレキギターの底面図である。 図３は、本発明のチューニングシステムの斜視上面図である（コンピュータあるいはオプションボードなし）。 図４は、図３のチューニングシステムの一部を拡大した図である。 図５は、本発明のチューニングシステムの底面図である。 図６は、本発明で用いる内歯車減速システムを示すチューニングアームアセンブリとモータ／ギアアセンブリとの斜視上面図である。 図７は、本発明の単体チューニングアームの斜視図である。 図８は、本発明のチューニングアームドライブギア／弦カム６６の斜視図である。 図９は、本発明のロッカーブリッジアセンブリの斜視図である。 図１０は、本発明のロッカーブリッジアセンブリの単体弦クレードルアセンブリの斜視図である。 図１１は、本発明のリミットスイッチアセンブリを示す、モータ／ギアアセンブリを取り除いた本発明のチューニングシステムの底面図である。 図１２は、本発明のチューニングシステムの構成要素を示す電気システムブロック図である。 図１３は、本発明の修正チューニング手順を示すフロー図である。

Claims (20)

1. 弦楽器に対して自動ファインチューニング補正を行うための自動チューニングシステムであって、該チューニングシステムが、
   活性化させた弦によって生成される第１の楽音を検出して該音に対応する単一値を生成するための検出器と、
   該信号を、所望の周波数と関連付けられた基準周波数値と比較して電気制御信号を生成するための該検出器に結合されたプロセッサであって、該電気制御信号が、該信号値と該基準周波数値との間の差の関数である、プロセッサと、
   該電気制御信号とは独立して、該所望の周波数に達する際に必要な周波数変化を引き起こすための弦の張力を調整するために該プロセッサと該弦とに結合される弦調整アセンブリであって、該自動チューニングシステムに対するハウジングに枢動可能なように取付けされたモータ／ギアアセンブリを備える、該弦調整アセンブリと
   を備える、自動チューニングシステム。
2. 前記モータ／ギアアセンブリに対して機能的に接触するビブラートアームを備えるビブラートアセンブリと、
   該モータ／ギアアセンブリと前記楽器との両方に対して機能的に接触するビブラート戻しばねと
   をさらに備え、該ビブラートアセンブリが該ばねに対して弦接触面の位置を可逆的に変化させ、これによって該弦のピッチを下げ、次にこのピッチをその元々のピッチまで上げることのできる、請求項１に記載の自動チューニングシステム。
3. 前記弦調整アセンブリが、
   前記弦が固定されるチューニングアームと、
   該チューニングアーム内に包含されるドライブギア／弦カムの弦接触面であって、該弦接触面は、該弦と調整可能なように接線方向に接触している、弦接触面と、
   該ドライブギア／弦カムと回転可能なように接触する前記モータ／ギアアセンブリのギアと、
   該ギアと回転可能なように接触して前記電気信号に応答する該モータ／ギアアセンブリのモータと
   をさらに備え、
   これにより、該弦が該所望の周波数を生成するように活性化されると、該弦に対する該弦接触面の位置の変化によって該弦により生成される該周波数を変化させる、請求項１に記載の自動チューニングシステム。
4. 前記楽器はギターである、請求項１に記載の自動チューニングシステム。
5. 前記構成要素の全ては前記楽器に内蔵される、請求項１に記載の自動チューニングシステム。
6. ユーザに対してそれぞれ個別の弦を順番に弾くよう指示するための信号成分を含むユーザインターフェイスをさらに備える、請求項１に記載の自動チューニングシステム。
7. 前記ユーザインターフェイスが、少なくとも１つの個々の弦の前記張力を手動で調整することを含む粗チューニングルーチンを実行するように前記ユーザに対して指示し、前記弦を手動で締める必要がある場合、緩める必要がある場合、あるいは手動でさらに締めたり緩めたりする必要がない場合に、それを前記ユーザに知らせる信号成分をさらに備え、該弦の自動ファインチューニング補正が可能な値よりも、前記音によって生成される前記信号値と前記基準周波数値との間の前記差が大きい場合に前記信号が活性化される、請求項６に記載の自動チューニングシステム。
8. 前記プロセッサが、各弦に対して前記周波数変化を達成するためのモータ移動指示に対し保存された所定の一般的較正値をさらに備える、請求項１に記載の自動チューニングシステム。
9. 前記プロセッサが、複数の所望のチューニングに対して前記保存された所定の一般的較正値を各弦について備える、請求項８に記載の自動チューニングシステム。
10. 前記プロセッサが、前記弦に対して行ったチューニング補正を用いて計算した各弦に対するオフセット較正値を保存し、該保存されたオフセット較正値と前記所定の一般的較正値とを用いて次の自動チューニング補正を行う上で必要な前記モータの移動量を再計算するためのアルゴリズムをさらに備える、請求項９に記載の自動チューニングシステム。
11. 異なるチューニングに対して、前記保存された適当な所定の一般的較正値とオフセット較正値とを用いて、前記弦の前記張力を変化させるアルゴリズムを活性化させることで、音を生成させることなく、該異なるチューニングにユーザが変化を与えることを可能にする制御装置をさらに備える、請求項１０に記載の自動チューニングシステム。
12. 遠隔装置と無線通信を行うことが可能なオプションボードをさらに備える、請求項１に記載の自動チューニングシステム。
13. 前記オプションボードは、
    検出器と、
    プロセッサと、
    電源立ち上げ、チューニング補正手順の開始、音の検出、および所望のチューニングの選択からなる群から選択される機能を備える前記チューニングシステムのチューニング補正機能を制御するためのフットスイッチまたは手動制御装置の形態の遠隔制御盤と、
    システム機能を実行する、あるいは追加チューニングに前記楽器をチューニングする際に用いるためにデータまたはソフトウェアがアップロードまたはダウンロードもしくは更新できるようにする遠隔電子保存装置と、
    モータ速度を調整するための装置と、
    以前用いたチューニングを編集、生成、保存、および／または復元するための装置と、
    他の楽器と、
    音を受け入れるためのオーディオ装置と
    からなる群から選択される遠隔装置と無線通信する、請求項１２に記載の自動チューニングシステム。
14. 前記プロセッサが前記楽器から離れており、前記オプションボードが該離れたプロセッサと無線通信する、請求項１２に記載の自動チューニングシステム。
15. ロッカーブリッジをさらに備える、請求項１に記載の自動チューニングシステム。
16. チューニングを行うよう選択された前記楽器の個々の弦をユーザが活性化させるよう指示するためのユーザインターフェイスをさらに備える、請求項１に記載の自動チューニングシステム。
17. 請求項１に記載の自動チューニングシステムを備えるギター。
18. 弦楽器をチューニングする方法であって、
    請求項１に記載の自動チューニングシステムを準備することと、
    該楽器の弦を弾くことと、
    該チューニングシステムが、補正を必要とする該楽器の任意の弦に対してファインチューニング補正を自動的に実施できるようにすることと
    を含む、方法。
19. 前記楽器のそれぞれ個々の弦を弾いた後に、自動的に前記ファインチューニング補正を前記チューニングシステムに行わせる前に粗チューニングの必要な各弦の粗チューニングを手作業で行うことをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記楽器の任意の弦を再び弾くことなく前記楽器を演奏しながら前記楽器の前記チューニングを異なるチューニングに変更することをさらに備え、
    前記方法が、保存された所定の一般的較正またはオフセット較正値を用いて、前記異なるチューニングを前記チューニングに対して必要とされるように前記楽器の全ての弦を自動的に調整するアルゴリズムを活性化させることを含む、請求項１８に記載の方法。

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