JPS604479B2 - 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の相対振中レベル差を無くした
電磁ピックアップに関する。

従釆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談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磁ピックアップを用いるも
のとスタテツ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の中心軸に鉄挿され、該ボビン４の上端部に穿つた
座ぐり部５に図示のタ如く着磁されたマグネットＳを隊
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０振動片の
機械的振中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１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、周波数〆の正弦波振動をすると
磁気抵抗ＲはＲ＝ｋ｛１２十（ｂ＋Ａ・ｃｏｓ２竹〆ｔ
）２｝となり磁束Ｊは永久磁石５による蓮磁力をＦとす
るとＪ＝蔓となる。

巻線８の誘起電圧ごは巻線の巻線数をｎとするとｅ＝−
ｎ等よ風式の信号電圧を譲超する。この信号電圧は第３
図に示すように周期Ｔ（＝÷）の周期関数であるがＴ／
２を中′Ｄ‘こ点対称な波形となり、Ｔｏは【２’式で
与えられる。偏差ｂが零に近ずくとＴ。＝壬となり周期
がＴ／２即ち、基本周波数ナの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は機軸に高調波次数ｎを縦軸に
相対振中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ｂが大きい時のスペクトル
分布を、第４図Ｂは偏差ｂの小さい時のスペクトル分布
を、第４図Ｃは偏差ｂ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（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いて
も倍音の差音として基音に相当するものを感じる。従来
の電磁型ピ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・…・・・・・の奇数次成分が隅数
次成分に比較してその相対し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
音に相等する音の高さ）より偶数次成分間の差音（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
く闇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、音程感の
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復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
図示の如く着滋されて基板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・・・・・・・・・次高調
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、３／４Ｔ〜Ｔ間の半サイクルは電
圧が発生しないため、非常に検出能力がなくなり、第４
図に示す如く磁極３と振動片２間の偏差ｂ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を第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なピッ
クアップ方式であり、電磁方式のピックアップによる第
７図のスべクトル分布と同様に高次にいくにしたがって
なだらかに減衰するスペクトル分布を示し単純な音とな
る欠点を生ずる。本発明は上述の欠点を除去するために
電磁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
対振中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の綾磁極に磁極形状を変え
たものである。片緒振動片２の振動振中を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くＡ………【３１ 今第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（周波数ナ）に入るとｔｏから磁極
２の先端ち迄の期間は‘４１式に示す電圧が巻線８に誘
起される。

※次にｔ，から振動振中が零にな
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。（ｅｔ，〜ら＝０）次にｔ２から逆方向に振
動し最大振中Ａになるｔ８の期間は式‘５１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化が逆に
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。第１皿こおし、てｔ。
＝ｏ、ｔ．＝豪Ｃ聡−・〈鼻）、ｔ２＝害、ｔ３＝音で
あり、Ｔ／２を中′じに点対称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。比の場合
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幅は波形が奇関数であるため次の
側式に示すフーリエ係数ｂｎより求められる。ーｂｎ，
＝，雫′音ｅ（ｔ）●Ｓｉｎ（ｎ‐２中〆ｔ）ｄｔｌ…
……｛６’第４図に示したスペクトル分布では‘６）式
の積分区間を〔０−Ｔ。

〕と〔Ｔ。−壱〕に分けて考えると±・ｌｂｎｌ＝羊１
でｅ（ｔ）Ｓｉｎ（ｎ‐２汀ハ）ｄｔ＋・ノでｅ（ｔ）
‐Ｓｉｎ（ｎ●２叶ｔ）ｄｔｌｅ（ｔ）は第３図より〔
０−Ｔ。

〕と〔Ｔ。−芸〕間は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ｌｂ，ｌ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ｌｂ２ｌは最大の振幅ベルを生じ以下同様に第４図
の様なスペクトル分布となる。又第７図に示した従釆の
スペクトル分布は積分区間が〔事−亨〕である為に第６
式は次の第８式で求められる。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【６１式は次の‘９’式のよ
うな積分区間に分けることができる。

Ｓｉｎ（ｎ・２汀プｔ）ｄｔｌ・・・・・・・・・・・
・・・・（９１この場合の出力電圧はｅｔ。

〜ｔ，（ｔ）は‘４’式・ｅｔ２〜８（ｔ）は｛５’式
ｔ，は豪ＯＳ‐１食で与えら珊瑚の第側ま【８｝式と同
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図のようになる。

第１項の積分値は‘４）式で示される電圧艮０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
かつェンベロープ全体が山谷を伴う特性をもたすことが
できる。以上により奇数次、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ェ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
布を得ることができる。

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復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ナを定める重
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に沿って配談し、ビス１
２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７Ｍこ螺合したビス１３によってピック
アップの左右調整を行うように成す。又磁極３は振動片
２の振動に対して空隙１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が各鍵盤で約一定なる関係に
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ぜず前述の構成と
同様の効果を得ることができる。また、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
わるが本発明の電気ピアノ（７強健）の最大振幅値Ａと
磁極３の長さａの関係は第１７図に示す如きものである
。

第１７図の機軸は低音階かけ風こ鍵番号を縦軸は振幅を
取ったもので曲線１４は各鍵盤の最大振幅Ａを表わし、
階段状の曲線１５は各鍵毎に付加した磁極３の長さａを
表わしている。特に鍵番号の若いつまり低音階鍵による
振動片の最大振幅Ａは低音階にいくにしたがい増大して
いて磁極の長さａは低音階にいくにしたがい階段状に増
大する。

ａ／Ａの値も低音階にいくにしたがい約一定な割合で増
加する関係にあることがわかる。従釆のピックアップ装
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、低音階にいくに従ってａ／Ａを約一定の割合
で増加するように対向する磁極の寸法を設定することに
よりその調節が必要なく、音階のそれぞれの音が音階の
順に約一定な関係で変わるので隣接する鍵ごとの音色が
なじみ、より均一な音色を得ることができる。

又発音源のスペクトル分布において磁極寸法ａを振動振
中Ａより小さい範囲で適宜選定することにより寄数次と
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ブ装置
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
のピックアップ菱直の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中の関係を
示す曲線図である。 １は基台、２は振動片、３は磁極、８はコイルである。 第、図第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 第１３図 第１４図 第１６図 第１５図 第１７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 振動片を基台に取付けてハンマーで打撃することに
   よつて生ずる機械的振動を該振動片と適宜空隙を設けて
   ピツクアツプする電磁ピツクアツプによつて取り出す様
   にして成るピツクアツプ装置に於て、振動片を打撃する
   時に生ずる最大振幅Ａに対し振動片の振動の半周期の一
   部で磁極と対向する磁極の寸法ａを設け０．１Ａ＜ａ＜
   Ａに成すことを特徴とする電磁ピツクアツプ装置。 ２ 振動片の最大振幅Ａに対し、磁極と対向する磁極の
   寸法ａの比ａ／Ａを低音階部において低音階にいくに従
   つて約一定な関係で増加して成る特許請求の範囲第１項
   記載の電磁ピツクアツプ装置。