(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動する弦と，該弦の機械的振動エネルギーを空気の音響振動に変換するサウンドボード（表面板）と，前記弦の持つ機械的振動エネルギーをサウンドボードに伝達するブリッジ（駒）と，前記サウンドボードの外周縁部において該サウンドボードを支持する胴体側板とを備えたギターにおいて，前記表面板の内側にあって前記弦と直交する方向に沿って対向する左右の胴体側板間に固定した高剛性の梁と，一端が該梁に支持され他端が前記表面板を貫通する支持部材と，該支持部材の他端に支持された支点となるピンと，該支点となるピンにより一端が支持され他端により前記弦の振動を受け止め中間部において前記ブリッジにより支持されるレバー機構とを設け，かつ，前記ブリッジを表面板の外側に配設したことを特徴とするギター．
【請求項２】
上記ブリッジを移動可能とする事により，上記レバー機構のレバー比を可変にした事を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のギター．
【請求項３】
上記レバーのレバー比を１．５〜２．５の範囲とする特許請求の範囲第１項記載のギター．
【請求項４】
上記支持部材に対して上記レバーを支持するピンの取付け位置を調節可能としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のギター．
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【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
弦楽器には，弦の振動を音響振動に変換するために電気的増幅装置を用いるタイプと，そうでないタイプがある．本発明は，後者のタイプに属するアコースティックギターに関するものである．
【背景技術】
【０００２】
弦楽器においては「音の良い名器の秘密」を探るべく，歴史的にいろいろな研究が行われてきている．「音の良い」という意味は「音量が豊かである」という事と「音色が美しい」というふたつの側面がある．この内，音色の美しさについては個人の好みが入り客観的な判断基準は明確ではないが，豊かな音量については客観的な判断が可能である．本発明は，後者の豊かな音量を実現するものである．
【０００３】
現在，良い音の出る楽器を製作する為に広く行われている方法は，（１）使用する木材（トーンウッド）の評価/選定，（２）表面板（サウンドボード）および胴体の形状検討，（３）表面板裏面へのブレース（力木）の配置方法検討（例えば特許文献１参照），（４）ブリッジ（駒）の材質/形状検討（例えば特許文献２参照），（５）サウンドホール（音響孔）の形状検討（例えば特許文献３参照）等が挙げられる．
【特許文献１】特許2864013 弦楽器の力木による棹振動と駒振動との同調構造
【特許文献２】特開2002  278542 弦楽器の三層合板駒による弦振動伝達方法
【特許文献３】特許2903041 音響孔を有する弦楽器
【０００４】
しかしながら，これらの方法は理論的に解明できるほど因果関係が明確で無い為，もっぱら試行錯誤に頼っており，同じ高価な材料を使用して同じ手法で製作しても期待した音質が再現できないのが現状である．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在良い楽器と評価されているものでも，弦の振動エネルギーの内，たかだか数%のエネルギーしか音に変換されていない，と言うのが音響物理学における定説である．本発明は，弦の振動エネルギーを表面板に伝える際の伝達効率を大きくして音量を豊かにする，実用的な手段を提供する事が課題である．
【０００６】
以下に振動エネルギー伝達効率についての考察を簡単に述べる．
弦の振動エネルギーがブリッジ（駒）を介して表面板に伝わるメカニズムを，等価回路で表すと図４(a)の様になる．図中 Fs[N] は弦の振動による力，Z1[Ns/m] はブリッジから弦側の機械インピーダンス，また Z2[Ns/m] はブリッジから表面板側の機械インピーダンスである．ここで，機械インピーダンスとは力を加えた結果得られた速度と，加えた力の比を意味する．（以下，機械インピーダンスを単にインピーダンスと呼ぶ．）一般的には，インピーダンスは複素数となり，さらに周波数によって変化するが，説明を簡単にする為に実数で且つ周波数によって変化しないと仮定した場合，この等価回路において振動源 Fs から表面板に伝わる瞬時エネルギー E2[W] は 数式１ で表される．
【０００７】
【数１】
0003553059.tif 000002
【０００８】
式中のR(Z2/Z1)は Z1 が一定の場合における，インピーダンス比 Z2/Z1 の変化による伝達効率の変化を表しており，図４(b)にこのR(Z2/Z1)の概略図を示す．この式を検討すれば，弦から表面板に伝わる瞬時エネルギーが最大になるのはZ2/Z1 = 1 の時である事が解る．つまり，弦側と（ブリッジ＋表面板）側のインピーダンスを整合させた時に瞬時エネルギー伝達効率が最大になる訳である．
Z1 は弦の材質と張力で定まる．また Z2 は表面板の材質やブレース（力木）の配置等で変わるが，一般的には Z2 は Z1 に比べてかなり大きな値であり，Z2/Z1 = 1 を実現するのは困難である．
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は，古くから知られているレバー機構を，弦の張力が高々10[kg]程度と小さく，且つ最高音周波数が1000[Hz]程度と比較的低いギターに適用する事により，上記瞬時エネルギー伝達効率の向上を実現しようとするものである．
【００１０】
具体的には，図１，図２に示す様に，ギターの胴体16 に軽量で剛性の高い材料（例えばアルミ系合金）からなる梁10 を取り付け，この上部に設けたピン11 を振動しない固定支点とし，弦12 とブリッジ（駒）14 の間にレバー機構13 を設けて，前述のインピーダンス整合を行うものである．
この固定支点用梁10 は楽器の構造および外見等を考慮して，胴体16 の外部（図１(a)）または内部（図１(b)）のどちらに取り付けても良いが，いずれにしても表面板15 の振動を妨げないように胴体両側の側板(図７(a)16a) から支持する事が必要である．
梁10 を胴体内部に取り付ける場合は表面板15 に小さな穴を開けて，ピン11 を取り付けるためのピンプレート10b を表面板の上部にスタッドボルト10a にて固定する．
【００１１】
また，効果は若干低下するが，別の方法として，裏板の剛性を高くし梁10 を裏板にて代用しても良い．
ブリッジ（駒）14 は一般的なギターの様に表面板に固定する方式でも，ヴァイオリンの様な可動式でもよい．可動式とすればレバー比を可変とする事ができ，後述の（発明の効果）にて説明するように，演奏者の好みに合わせて音質の調整が行える．
【００１２】
以下に本レバー機構のインピーダンス整合機能の説明を行う．
図５(a)，(b)はレバー比が N：1 のレバーを挿入した場合の等価回路である．図３に示すテコの原理から明らかなように，弦からこのレバーに加えられた力はブリッジにおいて N 倍に拡大され，同時に変位および速度は 1/N に縮小される．つまりレバーの１次側（弦側）での 力/速度 の値は，レバーの２次側（表面板側）では N^2（=N×N）倍の値と等価である．逆に，２次側（表面板側）のインピーダンス Z2 を１次側（弦側）に換算すると 1/N^2 に減少する事になる．
したがって，理想的には Z2/Z1 = N^2 となるようにレバー比を選定すれば完全なインピーダンス整合が行われる訳である．
【００１３】
さて上記の議論は，レバーの質量が零で且つ剛性が無限大という理想的な条件のもとでの考察であり，その原理自体は古くから知られているものである．（例えば，耳の鼓膜と蝸牛を連結する耳小骨の機能はこのレバーと同一原理である．）しかしながら，現実に使用可能な材料ではこの理想的な条件を満たす事が不可能な為，その適用範囲や効果は限られる．
【００１４】
例えば，この公知のレバー要素を消音ピアノに適用しようとした例はある（特許文献：特公昭56-28271号公報 ピアノ）が，内容は原理的な説明にとどまっており，その実現可能な具体的実施形態や実験結果は示されていない．また本出願者の知る範囲においてそのようなピアノは市場に見当たらないが，その理由は以下の通りである．
【００１５】
ピアノの様に弦の張力が極端に高い（約300[kg]＝100[kg]×３本）場合は，それに合わせてレバーの剛性を高める必要があり，この結果必然的にレバーの質量が大きくなる．このレバー質量は高周波数になるほどブレーキとして働き，レバーの追従性を阻害する事になる．ピアノの様に音域の広い楽器では高音域（最高音周波数：4186[Hz]×高次倍音）においてテコとしての実質的な効果が低下し，場合によってはブレーキ効果がインピーダンス整合効果を上回り，結果的にマイナス効果となる．
つまり，原理的には可能であっても，楽器によっては実際には適用不可能という事である．
【００１６】
以下に，現実のレバー機構では，レバー比を大きくしても，ある程度以上のレバー比以上では，総合的な効率は向上しない事を説明する．
まず，図３に示す固定支点とブリッジ間の長さは，いくらでも小さく出来るという訳ではなく，最低限界がある事を理解しておく必要がある．極端に言えば零に出来ない事は自明であるが，ブリッジの最大振動振幅におけるレバーの回転角をある程度の小さな値に抑える必要があり，ギターの例では10[mm]程度が限度と考えられる．従って，レバー比を大きくすればこれに比例してレバーの長さ，つまり質量が増加する事になる．
【００１７】
図６(a)，(b)はレバー比に対する伝達損失（伝達効率の低下分）の変化を示したものである．レバー比 N を１から徐々に増加していくと，インピーダンス整合効果により伝達損失は低下していくが（曲線Ａ），一方でこれに伴うレバー質量の増加による損失は増加する（曲線Ｂ）．従って全体の損失は曲線Ｃの様に最小値が存在する事になる．
【００１８】
また図６(b)に示すように，高周波数領域になるほど曲線Ｂの損失が大きくなるので，全体としての損失は低周波数領域より増加する．これと共に曲線Ｃの全損失が最小値になるレバー比は小さい方に移動し，同時に曲線Ｃがレバーの無い場合と同一レベルになるレバー比も小さい方に移動する．この実質的効果が無くなるレバー比は計算では求められないので，実験によって確認する必要がある．
【００１９】
高周波数領域がクリチカルである為，ギターの第１弦開放弦（約330[Hz]）を用いて，レバーが無い場合（レバー比 N=1 に相当），レバー比 N=2 とN=3 と N=4 の場合について実験を行ったが，N=3 以下の結果を図１１〜図１５と表１〜２に示す．
この実験結果より，N=1 から N=2 へ増加した場合の効果は，ほぼ全周波数領域において有効である事が解る（図１１，１２，１４）．N=3 に増加した場合，基本周波数および低次倍音（表１）では N=2 と同等か若干大きい程度の効果にとどまっており，レバー比を増加した程の効果は無く，高次倍音になると逆に N=2 の場合より効果が低下し（表２の１２点の内１０点），レバー無しの場合とほとんど差が無い事が読み取れる（図１１，１３，１５）．
これ以上レバー比を上げても効果が無い事は，図６(b)の説明から明らかであるが N=4 における実験結果においても確認済である．
これらの実験結果より，高周波数領域における実質的効果が消滅するレバー比は N=2 と N=3 の間にあると言えるが，個々の楽器のインピーダンスにバラツキがある為，具体的な値にはある程度の幅がある．
【００２０】
【表１】
0003553059.tif 000003
【００２１】
【表２】
0003553059.tif 000004
【００２２】
また，低周波数領域においてはレバー質量に起因する問題はクリチカルでは無いが，確認のため第６弦開放弦（約82[Hz]）を用いて，レバー比 N=2 とした実験結果を図１６〜図１８と表３〜４に示す．これらより音量改善効果があることは明確に読み取れる．
【００２３】
【表３】
0003553059.tif 000005
【００２４】
【表４】
0003553059.tif 000006
【００２５】
実験とは別に，レバー比 N=2 における改善効果を，数式１ から調べてみると以下の様になる．Z2/Z1の値は周波数によって変化するが，例えば，Z2/Z1 = 10 の場合は数式１の伝達効率を表す R(Z2/Z1)の値が 0.083 から 0.204 と 2.5倍程度に向上する．同様に Z2/Z1 = 20 の場合は R(Z2/Z1)の値が 0.045 から 0.139 と3.1倍程度に向上する．また，Z2/Z1 = 30 の場合は R(Z2/Z1)の値が 0.031 から 0.104 と 3.3倍程度に向上する．
【００２６】
上記の実験結果と数値計算結果から，レバー比の選定範囲としては，１より大きく且つ３以下，好ましくは１．５〜２．５とすれば，レバーの質量を抑えながら，総合的な改善効果が得られ，本発明で追加したレバー，梁等の部材を除けば，同じ材質，形状，構造のギターに比較して豊かな音量が得られると言える．
【００２７】
以上をまとめると，現在使用可能な材料で音量増加が実現可能なのは，弦が低張力（ギターは高々10[kg]程度）で最高音周波数の低い楽器（ギターは1000[Hz]程度）に，レバー比の小さい小型のレバー機構を適用する場合に限られる事になる．
【発明の効果】
【００２８】
本発明では，弦12 とブリッジ（駒）14 の間に，小さなレバー比（1~3）のレバー機構13 を設ける事により，従来の方法で製作した同じ材質，形状，構造のギターに比較して，「豊かな音量」を持ったギターを実現する事が可能になる．さらに，本発明による方法は理論的な裏付けが成されているため，従来型の試行錯誤による方法にありがちな「再現性に乏しい」という問題は無い．
【００２９】
また，指から弦に加えられた全振動エネルギーが同一とすれば，音量が増加した分だけ持続時間が減少する事になる（図１９）ので，ブリッジ14 を移動可能とする事により，レバー機構のレバー比を変える事ができ，演奏者の好みに合わせて音量と持続時間，すなわち音質の調整が行える利点がある．例えば，レバー比を大きくすれば音量は大きくなるが，短時間で減衰する，いわゆる切れの良い音になり，逆にレバー比を小さくすれば，減衰しにくい，柔らかい音になる．
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下，ギターにおける本発明の実施形態を説明するが，本発明の要旨を逸脱しない範囲での変更は全て本発明の適用範囲である．例えばマンドリン，ウクレレ等の楽器には本発明が適用可能である．
ギター族を大きく分類すれば，表面板が平らなフラットトップギターと表面板が凸に膨らんだアーチトップギター（ヴァイオリン族の外観に類似）に分けられるが，まずより一般的なフラットトップギターの場合を取り上げる．
【実施例１】
【００３１】
フラットトップギターは弦12 と表面板15 の間隔が狭いので，振動しない固定支点形成用の梁10 を胴体16 の内部に収納する図１(b)のスタイルを取るのが自然である．梁10 には高い剛性が求められるが，楽器の持ち運びを考慮すれば重量が軽い事が望ましい為，材質はアルミニウムに代表される軽合金を主体としたもので，チャンネルまたはボックスの形状をした物を用いる．実験装置での経験からは，厚み 2[mm]で30×20[mm]のアルミボックス材を用いて，剛性の高い方向を上下にして取り付ければ十分と言える．梁10 の両端は，図７(a)に示すように，胴体側板16a に接着した強固な木材ブロック18 に固定する．梁10 と表面板15 の隙間は，弦12 の力を受けて表面板15 が沈む事を考慮して決めるが，通常は10[mm]程度あれば十分である．
【００３２】
この梁10 に直径5[mm]のスタッドボルト10a を約100[mm]間隔（６本の弦の幅＋余裕）で２本取り付け，このスタッドボルト10a を通すため表面板15 に直径8[mm]程度の穴を２ヶ所あける．表面板上に突き出たスタッドボルトに厚み5[mm]で120×15[mm]のアルミ製ピンプレート10b を取り付ける．このプレート上にレバー13 のピン支え（図２ 11a）を固定する．尚，できるだけ表面板15 からの高さを低くする必要がある場合は，アルミ材に代えて剛性の高いステンレス材等を用いる事によりピンプレート10b の厚みを薄くできる．
【００３３】
レバー本体13 の形状は図２に示した単純なものでも良いが，製作技術の許す限り出来るだけ軽くて剛性が高くなる形状を採用する事により，高周波領域における特性を改善できる．図２の形状の場合，厚み1[mm]，幅5[mm]，高さ8[mm]のアルミチャンネル材を用いて，長さは20[mm]とする．この丁度中間の位置にブリッジを配置し，レバー比を２に設定する．
弦を受け止める部分13a の高さはフレットボード（指板）との兼ね合いで調整する．ピン11 は自由に回転できるようにするのは当然であるが，隙間を最小限にしてビビリを排除し高周波領域での伝達効率低下を抑制する．
【００３４】
レバー13 が弦を受ける位置（図２(a) 13a）は，従来の方式ではブリッジ14 の位置が担っていたところの音程を決定する重要な意味がある．逆に本発明におけるブリッジ14 の位置は音程の決定には関係しない事を認識しておく必要がある．この意味で音程を微調整するために，レバー13 のピン部分の位置を調整可能な構造にするのが好ましい．最も簡単な方法としては，図２(b)に示すように，ピン支え11a の取り付け用ビス穴を楕円とすれば十分である．
また，図１(a)，(b)の構成では，ブリッジ14 の位置がレバー13 の弦受部（図２ 13a） よりサウンドホール16b 側に寄る事になるが，表面板15 の振動設計上これを避けたい場合は，図８に示したような構成を採用する．
ブリッジ14 は表面板に固定するタイプの方が弦の張り替え等の保守作業が容易になるが，機能上は可動式でも問題は無い．
【００３５】
弦12 を引き止めるテールピース（図１(c)17）はアーチトップギター等で一般的に使用されているもので良い．但し，表面板15 に対するレバー13 の高さが低く，弦12 がレバー13 を表面板15 に押しつける力が不足する場合は，通常のギターブリッジと同様な弦止め（図９(a)19）で直接表面板に引き止めても良い．
また，図９(b)のようにテールピース17 を併用して，表面板15 に加わる水平方向の力を軽減する方法でも良い．
【実施例２】
【００３６】
次に本発明をアーチトップ形ギターに適用する場合を説明する．
アーチトップ形ギターのブリッジはヴァイオリン族のブリッジに似て，比較的背が高く，表面板に平行な弦振動を表面板に垂直な方向に変換する機能を備えている．従って弦とブリッジの間にレバー機構を挿入する事も可能であるが，ブリッジの脚（図１０(b) 14c）と表面板15 の間にレバー機構を挿入する方法がより簡単である．
図１０(a)，(b)はこの方法を説明している．主ブリッジ14a は従来のブリッジ部分を表し，補助ブリッジ14b はレバー機構の挿入に伴う追加のブリッジ部分である．その他の部分はフラットトップギターの項で説明した内容と重複するので，説明は割愛する．
この方法は「主ブリッジ 14a ＋ レバー 13 」を大きな意味でレバーとして捉えれば，「弦＋レバー＋ブリッジ」の組合せと考えても良い．
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】弦とブリッジ(駒)間のレバー機構取り付け図  (a) 固定支点形成用梁をギター本体の外部に取り付けた場合（側面図）  (b) 固定支点形成用梁をギター本体の内部に取り付けた場合（側面図）  (c) 梁およびレバー機構の全体的な配置例
【図２】インピーダンス整合用レバー機構  (a) 全体斜視図  図１(a)の様に取り付けた梁10 の上にレバー13 を直接取り付ける場合で，図中の黒い点は同様のレバーが並んでいる事を意味する．  (b) レバー取り付け平面図
【図３】インピーダンス整合用レバー比説明図
【図４】弦と表面板の瞬時エネルギー伝達等価回路（レバー無し）  (a) 回路図  (b) 伝達効率概略図
【図５】弦と表面板の瞬時エネルギー伝達等価回路（レバー有り）  (a) レバー機構の２次側を１次側に換算する前の回路  (b) レバー機構の２次側を１次側に換算した後の回路
【図６】レバー比に対する伝達損失説明図  (a) 低周波数領域  (b) 高周波数領域：低周波数領域より損失が大きい．
【図７】固定支点形成用梁概略図  (a) 梁を胴体側板に取り付ける方法説明図  (b) 梁，ピンプレートおよび表面板の相対関係説明図
【図８】インピーダンス整合用レバー機構配置の変形例
【図９】弦の引き止め方法の例  (a) テールピースを用いない場合  (b) テールピースを併用する場合
【図１０】ブリッジと表面板の間にレバー機構を挿入した例  (a) 側面図  (b) 斜視図
【図１１】ギター第１弦(330[Hz])のパワースペクトル実験結果  インピーダンス整合用レバーが無い場合
【図１２】ギター第１弦(330[Hz])のパワースペクトル実験結果  インピーダンス整合用レバー比 N=2 の場合
【図１３】ギター第１弦(330[Hz])のパワースペクトル実験結果  インピーダンス整合用レバー比 N=3 の場合
【図１４】ギター第１弦(330[Hz])のパワースペクトル実験結果  比較を容易にする為，図１１と図１２を1枚に描いたグラフ
【図１５】ギター第１弦(330[Hz])のパワースペクトル実験結果  比較を容易にする為，図１１と図１３を1枚に描いたグラフ
【図１６】ギター第６弦(82[Hz])のパワースペクトル実験結果  インピーダンス整合用レバーが無い場合
【図１７】ギター第６弦(82[Hz])のパワースペクトル実験結果  インピーダンス整合用レバー比 N=2 の場合
【図１８】ギター第６弦(82[Hz])のパワースペクトル実験結果  比較を容易にする為，図１６と図１７を1枚に描いたグラフ
【図１９】伝達効率に対する音量の時間変化
【符号の説明】
【００３８】
10   梁                    Fs 弦振動の力
10a  スタッドボルト        Z1 弦の機械インピーダンス
10b  ピンプレート          Z2 ブリッジ+表面板の機械インピーダンス
10c  ナット                R  伝達効率を表す関数
10d  ピンプレート          N  レバー比
11   ピン
11a  ピン支え
12   弦
13   レバー
13a  弦受溝
14   ブリッジ
14a  主ブリッジ
14b  補助ブリッジ
14c  脚
15   表面板
16   胴体
16a  胴体側板
16b  サウンドホール
17   テールピース
18   木材ブロック
19   弦止め
20   支柱
21   固定支点
【要約】
【課題】    現在良い楽器と評価されているものでも，弦の振動エネルギーの内，たかだか数%のエネルギーしか音に変換されていない，と言うのが音響物理学における定説である．本発明は，弦の振動エネルギーを表面板に伝える際の伝達効率を大きくして音量を豊かにする，実用的な手段を提供する事が課題である． 
【解決手段】    本発明は図１に示す様に，弦12 とブリッジ14 の間にレバー比が１〜３と小さなレバー機構13を設け，弦12 と表面板15 の機械インピーダンスを整合させる事により，弦12 の振動エネルギーを効率良く表面板15 に伝達する事によって，豊かな音量を得るものである．
【選択図】    図１
【図１】
0003553059.tif 000007
【図２】
0003553059.tif 000008
【図３】
0003553059.tif 000009
【図４】
0003553059.tif 000010
【図５】
0003553059.tif 000011
【図６】
0003553059.tif 000012
【図７】
0003553059.tif 000013
【図８】
0003553059.tif 000014
【図９】
0003553059.tif 000015
【図１０】
0003553059.tif 000016
【図１１】
0003553059.tif 000017
【図１２】
0003553059.tif 000018
【図１３】
0003553059.tif 000019
【図１４】
0003553059.tif 000020
【図１５】
0003553059.tif 000021
【図１６】
0003553059.tif 000022
【図１７】
0003553059.tif 000023
【図１８】
0003553059.tif 000024
【図１９】
0003553059.tif 000025