(57)【要約】【課題】演奏に応じて減衰音系の音を再生する電子楽器において、小型軽量化することができ、かつ、電力消費効率を高めることができる電子楽器を提供すること。【解決手段】電源回路３は、交流電圧を直流電圧に変換する昇圧型ＡＣ／ＤＣ変換回路１３と、その変換された直流電圧をスイッチングしてパルス電圧に変換するスイッチング部４と、その変換されたパルス電圧を変圧するとともに交流電圧に変換するパルストランス５と、その変換された交流電圧を直流電圧に整流する整流部６とを備えており、その整流された直流電圧を駆動電源としてアンプ８，９に供給するように構成されており、さらに、アンプ８，９を駆動するときにパルストランス５の２次側の電圧によってパルストランス５の１次側の電圧を制御しないように構成されている【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
演奏に応じて減衰音系の音を示す電気信号を供給する音源と、
前記音源から供給される前記電気信号を増幅して出力するアンプと、
前記アンプから出力される前記電気信号に応じて駆動するスピーカと、
前記アンプに駆動電源を供給する電源回路と、を備える電子楽器において、
前記電源回路は、
交流電圧を直流電圧に変換する変換部と、
前記変換部により変換された直流電圧をスイッチングしてパルス電圧に変換するスイッチング部と、
前記スイッチング部によって変換された１次側の前記パルス電圧を変圧するとともに２次側の交流電圧に変換するトランスと、
前記トランスが出力する前記交流電圧を直流電圧に整流する整流部と、を備えており、
前記整流部により整流された前記直流電圧を前記駆動電源として前記アンプに供給するように構成されており、さらに、前記アンプを駆動するときに前記トランスの２次側の電圧によって前記トランスの１次側の電圧を制御しないように構成されていることを特徴とする電子楽器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子ピアノなど、演奏に応じて減衰音系の音を再生する電子楽器に関し、電源回路の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電子楽器に備えられた電源回路として、家庭のコンセントなどから供給される交流電圧（商用電源電圧）を直接トランスによって変圧する構成のものと、スイッチング電源回路とが知られている。
図４は、上記前者の構成の電源回路を備えた電子ピアノの主な電気的構成を示す説明図である。図４に示す従来の電子ピアノは、スピーカ１０と、このスピーカ１０を駆動するアンプ８，９と、鍵盤（演奏操作子）１２と、鍵盤の動作を検出するセンサ１１と、このセンサ１１の出力に応じてピアノ音波形（アコースティックピアノの音をサンプリングした音を示す電気信号）を各アンプ８，９へ出力するピアノ音波形発生器７と、各アンプ８，９へ駆動電源を供給する電源回路２０とを備える。電源回路２０は、電源プラグ２から供給される５０Ｈｚないし６０Ｈｚの交流電圧（商用電源電圧）を変圧するトランス２１と、このトランス２１により変圧された交流電圧を直流電圧に整流するダイオードブリッジ２２と、このダイオードブリッジ２２により整流された直流電圧を平滑化するコンデンサＣ３とを備える。この電源回路２０のように、電源プラグから供給される交流電圧を直接トランスによって変圧する構成の電源回路として、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。
【０００３】
図５は、スイッチング電源回路を備えた電子ピアノの主な電気的構成を示す説明図である。図５に示す従来の電子ピアノに備えられたスイッチング電源回路３０は、電源プラグ２から供給される５０Ｈｚないし６０Ｈｚの交流電圧（商用電源電圧）を整流するダイオードブリッジ３１と、このダイオードブリッジ３１により整流された直流電圧を平滑化するコンデンサＣ４と、このコンデンサＣ４により平滑化された直流電圧をスイッチングしてパルス電圧を生成するＭＯＳＦＥＴ(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)３３と、このＭＯＳＦＥＴ３３をスイッチングするためのスイッチング波形を生成するスイッチング波形生成器３２と、ＭＯＳＦＥＴ３３により生成されたパルス電圧を変圧するとともに交流電圧に変換するトランス３４と、このトランス３４の２次側に出力される交流電圧を直流電圧に整流するダイオードブリッジ３５と、このダイオードブリッジ３５により整流された直流電圧を平滑化するコンデンサＣ５と、ダイオードブリッジ３５により整流された直流電圧を検出するための電圧検出器３６と、トランス３４の１次側と２次側とを電気的に絶縁するためのフォトカプラ３７とを備える。そして、トランス３４の２次側においてダイオードブリッジ３５により整流された直流電圧は電圧検出器３６によって検出され、その検出された直流電圧に応じた信号はフォトカプラ３７を通じてスイッチング波形生成器３２へ出力され、スイッチング波形生成器３２は、入力した信号に応じて生成波形のデユーティ比を変えることにより、ＭＯＳＦＥＴ３３のスイッチング間隔のデユーティ比を変化させ、トランス３４の２次側の電圧が一定になるように制御する。つまり、電源回路３０は、トランス３４の２次側電圧の変化を１次側へフィードバックすることにより、２次側電圧が一定になるように制御する。このようなスイッチング電源回路として、例えば、特許文献２に記載のものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７―２７４３８８号公報（第１９段落、図１）。
【特許文献２】特開平１０―２８４９４８号公報（第１０段落、図１）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、図４に示した電源回路２０のように、電源プラグから供給される交流電圧を直接トランスの１次側に印加する構成の電源回路では、１次側に印加される交流電圧をトランスが磁気飽和を起こさないように２次側に伝えるために、相応の大きさのコアを持つトランスを設ける必要があった。
従って、トランスが大型重量化するため、電子ピアノの小型軽量化が阻害されていた。
【０００６】
図６は、図５に示したスイッチング電源回路３０を備えた電子ピアノにおいて各アンプにそれぞれ供給される駆動電源電圧ＶＨ（ハイサイド）の波形と、スピーカに印加される電圧（以下、スピーカ印加電圧という）ＶＨＬ（ハイサイドとローサイドの差）の波形とを示す説明図である。図示のように、スピーカ印加電圧ＶＨＬの振幅は、スピーカの駆動開始時、つまり、鍵盤１２の打鍵時が最大であり、その後、時間の経過に従って減衰している。一方、各アンプにそれぞれ供給される駆動電源電圧ＶＨは、スピーカの駆動状態に関係無く一定である。
このように、スイッチング電源回路を備えた電子ピアノでは、スピーカ印加電圧が減衰している期間、つまり、音が減衰している期間でも各アンプに一定の駆動電源電圧が供給されるため、各アンプにおける電力損失が大きくなるので電力消費効率が悪いという問題があった。また、各アンプにおける発熱が大きくなるため、各アンプに放熱対策を講じなければならないので、電子ピアノの製造コストが高くなるという問題もあった。さらに、スピーカ端子のショートやピアノ音波形発生器の暴走などが発生して過負荷状態になった場合でも、各アンプに供給される電圧が低下しないため、ヒューズなどの保護回路を設ける必要があるので、電子ピアノの製造コストが高くなるという問題もあった。
【０００７】
そこで、この発明は、上記の諸問題を解決するために提案されたものであって、演奏に応じて減衰音系の音を再生する電子楽器において、小型軽量化することができ、かつ、電力消費効率を高めることができる電子楽器を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した目的を達成するため、この出願に係る発明は、演奏に応じて減衰音系の音を示す電気信号を供給する音源と、音源から供給される電気信号を増幅して出力するアンプと、アンプから出力される電気信号に応じて駆動するスピーカと、アンプに駆動電源を供給する電源回路と、を備える電子楽器において、電源回路は、交流電圧を直流電圧に変換する変換部と、変換部により変換された直流電圧をスイッチングしてパルス電圧に変換するスイッチング部と、スイッチング部によって変換された１次側のパルス電圧を変圧するとともに２次側の交流電圧に変換するトランスと、トランスが出力する交流電圧を直流電圧に整流する整流部と、を備えており、整流部により整流された直流電圧を駆動電源としてアンプに供給するように構成されており、さらに、アンプを駆動するときにトランスの２次側の電圧によってトランスの１次側の電圧を制御しないように構成されているという特徴を備える。
【０００９】
上述したように、この出願に係る発明の電子楽器が備える電源回路は、変換部が交流電圧から変換した直流電圧をスイッチングしてパルス電圧に変換するスイッチング部と、スイッチング部によって変換されたパルス電圧を変圧するとともに交流電圧に変換するトランスとを備えるため、トランスを小型軽量化することができる。
従って、トランスが小型軽量化される分、電子楽器を小型軽量化することができる。
また、アンプを駆動して減衰系の音を発生するためにトランスの２次側の電圧によってトランスの１次側の電圧を制御しないように構成することができるため、アンプに供給される駆動電圧は、音の発生の経過に従い、スピーカ印加電圧の低下に応じて低下してゆき、電力消費効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００１０】
この出願に係る発明の電子楽器を実施すれば、小型軽量化することができ、かつ、電力消費効率を高めることができる電子楽器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施形態に係る電子ピアノの主な電気的構成を示す説明図である。
【図２】ピアノが発音する音の波形と管楽器が発音する音の波形とを示す説明図である。
【図３】図１に示す電源回路がアンプに供給する駆動電源電圧の波形と、スピーカ印加電圧の波形とを示す説明図である。
【図４】従来の電子ピアノの主な電気的構成を示す説明図である。
【図５】スイッチング電源回路を備えた従来の電子ピアノの主な電気的構成を示す説明図である。
【図６】図５に示した電子ピアノにおいてアンプに供給される駆動電源電圧の波形と、スピーカ印加電圧の波形とを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
この発明に係る電子楽器の一実施形態について図を参照しつつ説明する。
この実施形態では、この発明に係る電子楽器の一例として電子ピアノについて説明する。図１は、この実施形態に係る電子ピアノの主な電気的構成を示す説明図である。図２は、ピアノが発音する音の波形と管楽器が発音する音の波形とを示す説明図である。図３は、図１に示す電源回路がアンプに供給する駆動電源電圧の波形と、スピーカ印加電圧の波形とを示す説明図である。なお、以下では、図４および図５に示した従来の電子ピアノと同じ構成については同じ符号を用いて説明する。
【００１３】
楽器の種類には、ピアノやギターなどのように、発音された音が時間の経過とともに減衰して行く減衰音系の音を発音する減衰楽器と、管楽器やバイオリンなどのように、発音された音が減衰しないで持続する持続音系の音を発音する持続楽器とがある。図２に示すように、ピアノが発音する音の振幅は、発音直後が最大であり、その後、時間の経過とともに減衰して行く。つまり、ピアノが発音する音のエネルギーは、打鍵の瞬間に集中しており、その後減衰する。一方、管楽器が発音する音の振幅は、発音直後から時間が経過しても減衰しないで持続している。そこで、この出願の発明者は、減衰楽器であるピアノの音を電気的に再現する電子ピアノの特徴に着目し、打鍵瞬間の音をスピーカから放音するために必要な駆動電源電圧をアンプに供給した後は、音の減衰に合わせて駆動電源電圧が低下しても、音を充分再生できると考えた。つまり、電子ピアノでは、音の減衰とは関係無く常時一定の駆動電源電圧をアンプに供給する必要はないと考えた。
【００１４】
そして、この出願の発明者は、図１に示す電源回路を備えた電子ピアノの構成を創出した。図１に示すように、電子ピアノ１は、スピーカ１０と、このスピーカ１０を駆動するアンプ８，９と、鍵盤１２と、鍵盤の動作を検出するセンサ１１と、このセンサ１１の出力に応じてピアノ音波形を各アンプ８，９へ出力するピアノ音波形発生器７と、各アンプ８，９へ駆動電源を供給する電源回路３とを備える。各アンプ８，９は、スピーカ１０とＢＴＬ(Balanced Transformer LessまたはBridged Transformer Less)接続されている。ここで、ＢＴＬ接続とは、ステレオアンプの２つの出力をブリッジ接続してモノラルアンプとして使用する方法で、理論的に２倍の出力電圧を得られるようにしたものである。
電源回路３は、電源プラグ２から供給される５０Ｈｚないし６０Ｈｚの交流電圧（商用電源電圧）を直流電圧に変換する昇圧型ＡＣ／ＤＣ変換回路１３と、この昇圧型ＡＣ／ＤＣ変換回路１３により変換された直流電圧を平滑化するコンデンサＣ１と、このコンデンサＣ１により平滑化された直流電圧をスイッチングしてパルス電圧に変換するスイッチング部４と、このスイッチング部４によって変換されたパルス電圧を変圧するとともに交流電圧に変換するパルストランス５と、このパルストランス５が出力する交流電圧を整流する整流部６とを備える。
【００１５】
この実施形態では、昇圧型ＡＣ／ＤＣ変換回路１３は、力率改善のためのＰＦＣ(Power Factor Correction)回路（図示せず）を備えている。また、パルストランス５の２次側のコイルは、相互に逆極性のパルス電圧を出力する２つのコイルにより構成されており、パルストランス５の１次側に印加されたパルス電圧は、パルストランス５によって交流電圧に変換される。また、パルストランス５は、２次側のコイルにセンタータップを設け、交流電圧を出力する構成でも良い。スイッチング部４は、コンデンサＣ１により平滑化された直流電圧をスイッチングしてパルス電圧を生成するＭＯＳＦＥＴ４ｂと、このＭＯＳＦＥＴ４ｂをスイッチングするための連続波形を生成する連続波形生成器４ａとを備える。また、整流部６は、パルストランス５の２次側に出力される交流電圧を整流するダイオードブリッジ６ａと、このダイオードブリッジ６ａにより整流された直流電圧を平滑化するコンデンサＣ２とを備える。コンデンサＣ２により平滑化された直流電圧は、駆動電源電圧として各アンプ８，９に供給される。また、電源回路３には、図５に示したスイッチング電源回路３０が備える電圧検出器３６およびフォトカプラ３７が存在せず、ＭＯＳＦＥＴ４ｂは、連続波形生成器４ａから出力される一定の周波数かつ一定のデユーティ比の連続波形（パルス信号）によってスイッチングされ、パルストランス５の２次側の電圧によっては変化しない。
つまり、電源回路３は、アンプ８，９を駆動するときにパルストランス５の２次側の電圧によってパルストランス５の１次側の電圧を制御しないように構成されている。
【００１６】
電源プラグ２を図示しない商用電源用のコンセントに差し込むと、５０Ｈｚないし６０Ｈｚの交流電圧が昇圧型ＡＣ／ＤＣ変換回路１３に供給され、昇圧型ＡＣ／ＤＣ変換回路１３は、供給された交流電圧を直流電圧に変換する。昇圧型ＡＣ／ＤＣ変換回路１３が出力する直流電圧値は、電源プラグ２から供給される交流電圧の変動を考慮し、交流電圧の最大値に対して、いくらかの変動分（マージン）を加算した値に設定される。例えば、電源プラグ２から供給される交流電圧が２４０Ｖであり、その変動分として１５％を見込む場合は、２４０Ｖの交流電圧は、その最大値が約３４０Ｖ（≒２４０Ｖ×１．４１）であるから、それに１５％の変動分を加算すると約４００Ｖ（≒３４０Ｖ×１．１５）になる。つまり、昇圧型ＡＣ／ＤＣ変換回路１３は、２４０Ｖの交流電圧を約４００Ｖの直流電圧に変換する。
【００１７】
連続波形生成器４ａは、一定の周波数かつ一定のデユーティ比の連続波形（パルス信号）を生成し、その生成した連続波形をＭＯＳＦＥＴ４ｂのゲートに印加し、ＭＯＳＦＥＴ４ｂをスイッチングする。コンデンサＣ１により平滑化された直流電圧は、スイッチング動作するＭＯＳＦＥＴ４ｂにより、所定の周波数のパルス電圧に変換され、パルストランス５の１次側に印加される。例えば、連続波形生成器４ａは、７０ＫＨｚの周波数でデユーティ比５０％の連続波形を発生する場合、ＭＯＳＦＥＴ４ｂは、７０ＫＨｚの周波数でスイッチングされ、パルストランス５の１次側には、７０ＫＨｚの周波数のパルス電圧が印加される。パルストランス５は、１次側に印加されたパルス電圧を降圧するとともに交流電圧に変換する。例えば、パルストランス５は、１次側に印加される４００Ｖのパルス電圧を２４Ｖの交流電圧に変換する。なお、連続波形生成器４ａが発生する連続波形の周波数は、数十〜数百ＫＨｚの範囲で決定することができる。
【００１８】
パルストランス５の２次側に発生した交流電圧はダイオードブリッジ６ａによって直流電圧に変換され、ダイオードブリッジ６ａにより変換された直流電圧はコンデンサＣ２により平滑化される。コンデンサＣ２により平滑化された直流電圧は、駆動電源電圧としてアンプ８，９に供給される。
そして、鍵盤１２が打鍵されると、打鍵の行われたことがセンサ１１によって検出され、その検出信号がピアノ音波形発生器７へ出力される。続いて、ピアノ音波形発生器７は、入力された検出信号に対応するピアノ音波形（電気信号）をアンプ８，９へ出力し、アンプ８，９は、入力されたピアノ音波形を増幅し、この増幅した信号によりスピーカ１０を駆動する。
図３に示すように、アンプ８，９のそれぞれに供給される駆動電源電圧（ハイサイド）ＶＨは、スピーカ印加電圧（ハイサイドとローサイドとの差）ＶＨＬが最大になったとき、つまり打鍵の瞬間に最大になり、その後、スピーカ印加電圧ＶＨＬの減衰とともに減衰し、その後上昇している。
【００１９】
電源回路３のコンデンサＣ２は、各アンプ８，９に駆動電源を供給する役割をしており、鍵盤１２が打鍵された瞬間に、コンデンサＣ２が放電され、その放電電流が駆動電源として各アンプ８，９に供給される。つまり、図３に示す駆動電源電圧ＶＨの減衰特性は、コンデンサＣ２の放電特性に対応している。コンデンサＣ２の放電開始時の放電電流が、打鍵による減衰音をスピーカ１０から放音するために必要な駆動電源としてアンプ８，９に供給される。スピーカ印加電圧ＶＨＬは時間の経過とともに減衰し、駆動電源電圧ＶＨもコンデンサＣ２の放電に伴って減少するが、スピーカ印加電圧ＶＨＬが減衰する間、駆動電源電圧ＶＨがスピーカ印加電圧ＶＨＬを下回ることはない。つまり、コンデンサＣ２は、１回の放電で、打鍵により発生する減衰音をスピーカ１０から放音することができる静電容量を有する。また、図３に示すように、コンデンサＣ２の充電が開始されると、駆動電源電圧ＶＨが放電前の電圧まで上昇し、次に発生する減衰音に対するスピーカ駆動が可能になる。
上述したように、電源回路３は、アンプ８，９に駆動電源電圧を供給するコンデンサＣ２の１回の放電のみで、打鍵により発生する減衰音をスピーカ１０から放音することができるように構成されている。
また、電源回路３は、スピーカ１０のスピーカ端子の短絡やピアノ音波形発生器７の暴走などの異常状態が発生すると、パルストランス５の漏れ磁束が大きくなったり鉄損が大きくなったりするため、２次側の電圧が低下し、電源回路３が保護される。
【００２０】
［実施形態の効果］
（１）上述した実施形態の電子ピアノ１を実施すれば、電源回路３が備えるトランスはパルストランスであり、商用電源を直接１次側に接続するトランスではないため、トランスを小型軽量化することができるので、電子ピアノを小型軽量化することができる。
（２）しかも、電子ピアノ１は、電源回路３が減衰音の特性に合わせて駆動電源電圧をアンプ８，９に供給する構成であり、音の減衰に関係無く常時一定の駆動電源電圧をアンプ８，９に供給する構成ではないため、アンプ８，９の電力消費効率を高めることができるし、アンプ８，９の発熱量を低減することもできる。
（３）さらに、電源回路３は、スピーカ１０のスピーカ端子の短絡やピアノ音波形発生器７の暴走などの異常状態が発生すると、パルストランス５の２次側の電圧が低下し、それが保護回路の機能となるので、ヒューズなどの保護回路を設ける必要がない。
【００２１】
［他の実施形態］
前述した実施形態では、この発明の電子楽器として電子ピアノを例に挙げて説明したが、エレキギターや電子ドラムなど、演奏に応じて減衰音を再生する他の電子楽器にも、この発明を適用することができる。
【００２２】
［特許請求の範囲との対応関係］
ピアノ音波形発生器７請求項１に記載の音源に対応し、ピアノ音波形発生器７が出力するピアノ音波形が電気信号にそれぞれ対応する。昇圧型ＡＣ／ＤＣ変換回路１３が請求項１に記載の変換部に対応し、スイッチング部４がスイッチング部に対応する。パルストランス５が請求項１に記載のトランスに対応し、整流部６が整流部に対応する。
【符号の説明】
【００２３】
１    電子ピアノ
３    電源回路
４    スイッチング部
５    パルストランス
６    整流部
７    ピアノ音波形発生器
８，９    アンプ
１０    スピーカ
１１    センサ
１２    鍵盤
１３    昇圧型ＡＣ／ＤＣ変換回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2018151497.tif 000007
【図６】
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