(57)【要約】オルゴールを模擬するための、アコースティック音符を発生さするための電子機械。電子機械は、データを記憶するメモリと、前記データに従って制御信号を生じさせるための、メモリに接続された電子コントローラと、を有する。櫛からの歯のような、複数の音発生部材が設けられ、歯が運動状態に置かれたときに、各歯は対応する音符を発生する。コントローラと連絡した一つ又はそれ以上のアクチュエータが、歯とアクチュエータとの間の物理的な接触を必要とすることなく、歯にエネルギーを共振的に加えるための、制御信号に応答して、一時的な磁界を発生させ、対応する音符を生じさせる。
2006522373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
データを収容するメモリと、
前記メモリに接続され、且つ、前記データに従って制御信号を生じさせる電子コントローラと、
隣接して分離した歯の櫛として形成された複数の音発生部材と、を有し、前記各歯は、歯のそれぞれに運動を伝えるときに、対応する音符を発生させ、
前記制御信号に応答して一時的な磁界を発生させるための、前記コントローラと連絡したアクチュエータを有し、前記アクチュエータは、引きつけ又は反発の開始において、前記歯の少なくとも一つと前記アクチュエータとの間に物理的な接触を生じさせることなく、前記歯の少なくとも一つを引きつけ、或いは反発させるように、前記歯の少なくとも一つに十分近く位置決めされ、それによって、振動運動が前記少なくとも一つの音発生部材に生じて、前記対応する音符を生じさせる、アコースティック音符を発生させるための電子機械。
【請求項２】
個々の音符は、音符の全音階からなる、請求項１記載の電子機械。
【請求項３】
前記アクチュエータは、複数のアクチュエータからなり、各アクチュエータは、前記の少なくとも一つに対応する、請求項１記載の電子機械。
【請求項４】
前記データは、前記複数のアクチュエータのうちの特定の前記アクチュエータに賦勢するための情報を有し、前記アクチュエータの賦勢により、情報によって定められた順序に従って前記歯から音符を生じさせ、それによって、前記個々の音符からメロディーを演奏させる、請求項３記載の電子機械。
【請求項５】
前記データは、複数のメロディーを有する、請求項４記載の電子機械。
【請求項６】
各前記歯は共振周波数を有し、前記データは、前記対応する歯の共振周波数に近い周波数を有する一連の作動パルスに従って、前記複数のアクチュエータのうちの特定の前記アクチュエータを作動するためのアドレス信号を有する、請求項３記載の電子機械。
【請求項７】
各アクチュエータのための前記作動パルスは、各対応する歯の共振周波数の５０パーセント以下のデューティーサイクルを有する、請求項６記載の電子機械。
【請求項８】
各歯は自由端を有し、前記複数のアクチュエータは、前記自由端に位置決めされる、請求項３記載の電子機械。
【請求項９】
各歯は自由端を有し、前記アクチュエータは、前記自由端に対して、互い違いの配列で位置決めされる、請求項３記載の電子機械。
【請求項１０】
各歯は、上面及び底面を有し、前記アクチュエータの幾つかは、前記上面に対向して位置決めされ、他の前記アクチュエータは、前記底面に対向して位置決めされる、請求項３記載の電子機械。
【請求項１１】
複数のライトを更に有し、
各ライトは、前記アクチュエータの一つに対応し、前記ライトは、前記制御信号に応答して、選択的に作動される、請求項３記載の電子機械。
【請求項１２】
前記電子コントローラは、モーター、ライト及びソレノイドの一つ又はそれ以上を制御するのに使用される、請求項３記載の電子機械。
【請求項１３】
前記櫛に取り付けられたベースプレートを更に有する、請求項３記載の電子機械。
【請求項１４】
前記ベースプレートに取り付けられたハウジングを更に有する、請求項１３記載の電子機械。
【請求項１５】
鉄を含む材料を含有し、且つ複数の音符に調律された複数の歯を有し、各歯は、選択音符に対応する前記歯の一つに運動を伝えるときに、前記選択音符を生じさせ、
磁化状態と非磁化状態との間で作動する複数のアクチュエータを有し、前記アクチュエータが前記磁化状態のとき、前記アクチュエータと前記歯との間に物理的な接触を必要とすることなく、前記歯に向けられた引力及び反発力の一方を発生させるために、前記アクチュエータは、前記櫛に対して或る位置に位置決めされ、
前記複数のアクチュエータに接続された電子コントローラを有し、前記電子コントローラは、所定の順序に従って、前記アクチュエータの特定のものを賦勢するための制御信号を生じさせ、前記賦勢された特定のアクチュエータが、前記賦勢された特定のアクチュエータの前記磁化状態によって影響される歯に移動を伝え、それによって、前記移動する歯と関連した前記音符を生じさせる、アコースティック音符を生じさせるための電子音楽機械。
【請求項１６】
移動が、前記吸引力によって前記歯に伝えられる、請求項１５記載の電子機械。
【請求項１７】
各歯は共振周波数を有し、前記制御信号は、エネルギーを前記アクチュエータのうちの前記特定のものに共振的に加えることによって、前記アクチュエータのうちの前記特定のものを賦勢する、請求項１７記載の電子機械。
【請求項１８】
前記制御信号は、複数のメロディーに対応するデータを有する、請求項１６記載の電子機械。
【請求項１９】
前記一連の作動パルスの内の作動パルスは、前記影響された歯の共振周波数の５０パーセント以下のデューティーサイクルを有する、請求項１７記載の電子機械。
【請求項２０】
各歯は自由端を有し、前記複数のアクチュエータは、前記自由端に位置決めされる、請求項１６記載の電子機械。
【請求項２１】
各歯は自由端を有し、前記複数のアクチュエータは、前記自由端に対して互い違いに配置される、請求項１７記載の電子機械。
【請求項２２】
各歯は、上面及び底面を有し、幾つかの前記アクチュエータは、前記上面に対向して位置決めされ、他の前記アクチュエータは、前記底面に対向して位置決めされる、請求項１６記載の電子機械。
【請求項２３】
複数のライトを更に有し、各ライトは、前記アクチュエータの一つに対応し、前記ライトは、前記制御信号に応答して選択的に作動される、請求項１６記載の電子機械。
【請求項２４】
運動を装飾部材に伝えるために、前記電子コントローラに応答するモーターを更に有する、請求項１６記載の電子機械。
【請求項２５】
前記櫛に取り付けられたベースプレートを更に有する、請求項１６記載の電子機械。
【請求項２６】
前記ベースプレートに取り付けられたハウジングを更に有する、請求項１６記載の電子機械。
【請求項２７】
データを収容するメモリと、
前記メモリに接続され、且つ、前記データに従って制御信号を生じさせる電子コントローラと、
隣接して分離した歯の櫛からなる複数の音発生部材と、を有し、各歯は、歯に運動を伝えるときに、対応する音符を発生させることができ、
前記制御信号に応答して磁界を発生させる作動手段を有し、前記作動手段により、前記一時的な磁界から吸引力及び反発力の一方を前記音発生部材の一つに差し向けて、前記音発生部材と前記作動部材との間に物理的接触を必要とすることなく、それぞれ、前記音発生部材を引きつけ、或いは反発させ、それによって、前記音発生部材に振動運動を引き起こさせて、前記対応する音符を生じさせる、アコースティック音符を発生させるための電子機械。
【請求項２８】
前記作動手段は、複数の作動コイルからなる、請求項２７記載の電子機械。
【請求項２９】
複数の照明源と、照明源を選択的に賦勢するための照明制御手段と、を更に有する、請求項２７記載の電子機械。
【請求項３０】
前記照明制御手段は、前記制御信号により作動される、請求項２９記載の電子機械。
【請求項３１】
前記制御信号は、前記照明制御手段と前記作動手段とを同期させる、請求項３０記載の電子機械。
【請求項３２】
前記作動手段は、複数の作動コイルからなる、請求項２７記載の電子機械。
【請求項３３】
各音発生部材は、関連した共振周波数を有し、前記制御信号は、エネルギーを前記作動コイルの前記特定のものに共振的に加えることによって、前記作動コイルの前記特定のものに賦勢する、請求項２７記載の電子機械。
【請求項３４】
音楽メロディーを表す制御信号を生じさせるステップと、
複数の音発生部材を設けるステップと、を有し、各前記部材は、前記一つの音発生部材に運動を伝えるときに、対応する音符を発生させ、前記複数の音発生部材の各音発生部材は、櫛歯を有し、
アクチュエータを、前記複数の音発生部材からある距離に位置決めするステップと、
前記アクチュエータに、前記制御信号に応答して、前記少なくとも一つの音発生部材と前記アクチュエータとの間に物理的な接触を必要とすることなく、前記制御信号によって必然的に決められるように、所定の順序に従って、前記音発生部材の少なくとも一つを引きつけ或いは反発させるのに十分な強さの一時的な磁界を発生させるステップと、を有し、それによって、振動運動を前記音発生部材に引き起こさせて、前記対応する音符を生じさせる、アコースティック音符を発生させる方法。
【請求項３５】
前記発生ステップは、前記少なくとも一つの音発生部材を引きつけるのに十分な強さの一時的な磁界を発生させるステップを更に有する、請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
前記一連の作動パルスのうちの作動パルスは、前記少なくとも一つの歯の共振周波数の５０パーセント以下のデューティーサイクルを有する、請求項３５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は、アコースティックオルゴールに関し、より詳細には、磁気作動を利用して、音楽の歯の「弾き（plucking）」を引き起こす電子デジタルアコースティック音楽機械に関する。
【０００２】
（関連技術の説明）
オルゴールが何百年間も存在してきた。適当な囲いの箱又は彫刻品の中で共振する、弾かれた金属の歯の純粋で優しい音は、何百万人にとって暖かく親しみやすい経験である。あらゆる種類の消費者製品及び玩具において音楽又は音を作るのに使用される極めて安価なデジタル集積回路の最近の革命的な発展にも拘わらず、古風なオルゴールが消えずに残っている。その音は、ユニークであり、依然としてつまらなくないので、他の技術を使用して安く複製する。
【０００３】
その間違えようのない音を生じさせるため、何年にもわたって、多くの種類及び世代の機構が作られてきたが、それらは、全て音を発生させるのに同じ機械的な事象に関連して即ち、ピンを通過させ、或いは、同様の構造によって、調律した金属の歯を弾く。
【０００４】
より多くの多様性及び創意が、オルゴールが作り出すことができる曲の数を増やす方向に通用されてきた。異なる音符に調律された多くの歯が、典型的に、通過するピンと接触するように位置決めされた「櫛」に含まれる。多くのオルゴールの機構が、歯櫛に隣接して回転する、金属ピンを植え付けたシリンダーによって作動するが、これは曲を一つのシリンダーに制限すること、並びに、その曲の長さをシリンダーが一回転するのにかかる時間に制限することの著しい欠点を有する。ある機構は、交換可能なシリンダーを採用し、それは、第一の問題を解決するが、第二の問題を解決しない。他のバリエーションは、表面から延び、且つ歯櫛と接触可能に位置決めされた一体に成型されたピンを有する交換可能な金属又はプラスチックのディスクを採用している。しかしながら、かかる装置は、シリンダー交換とまさしく同じ制限を有するが、そのディスクは、生産、挿入又は交換が遙かに安価である。他のバリエーションは、弾く機構を通り過ぎて駆動される折り畳み可能な長さのパンチ紙テープを採用する。このバリエーションは、演奏されるメロディー又は曲の数を大いに増加させるが、パンチ紙の全長が、はじく機構を横切るときに、それらが次々と演奏されることを必要とする。このバリエーションはまた、紙の端をプレーヤーに入れる正確な送り、−−いくらか厄介な仕事−−を必要とし、また、多数のテープの著しい保管場所、例えば、種々のメロディーを入れたパンチテープを積み重ねるための小売りの保管場所や、複数の購入テープを保管するためのユーザー保管場所をも必要とする。異なる方法でこれらの制限と取り組む他のバリエーションもあるが、どれも、たいていより複雑で、信頼できず、高価な機構である。
【０００５】
より一般的には、ほとんどのかかる機械的な装置は、それらの音楽的機敏さ、即ち、正しいテンポで同時に、連続に、且つ正確に、多音符を生じさせる能力が制限される。機構が、一度にあまりにも多い歯をはじこうとすれば、機械的に負荷がかかり、そして止まることがあり、一方、急速な「アルペッジオ（arpeggios）」及び音階連奏法のための正しいテンポでの音符の配置の正確さは、ディスク又は紙テープのピン又は孔の機械的精度によって制限される。さらに、かかる先行技術の機械式オルゴールは、選択された音符の音量の変化、又は、他の特別な調音効果及びアクセント効果をもたらさない。特に、ピンとそれに対応する歯との間の相対的な位置のために、ピンは、起こる毎に、歯に正確に同じ方法で係合し、それによって、一貫した音符音量を生じさせる。ほとんどの場合、これは望ましいが、或る状況では、はじかれた音符の音量を変えるための技術を有することが望ましい。
【０００６】
オルゴール装置を、櫛歯を打つ回転ドラムについて、ソレノイド駆動ピン変更技術を使用して、容易に開発することができることも認識されるであろう。かかる装置は、ピン形態によって必然的に決められるように、多メロディーの演奏を可能にするであろう。しかしながら、かかる装置は、先行技術の多くの欠点を持ち、並びに、更なる欠点を持つ。例えば、かかる装置は、比較的大きな量の電力を必要とし、消費者にとってより高価であり、回転するドラム及びモーターの著しい機械的な滑耗をもたらし、低い信頼性を有し、且つ、選択されたメロディーを演奏するために、過度の精度を必要とする。
【０００７】
（発明の概要）
本発明は、歯と、歯の近くに位置決めされ、メロディーを演奏する複数のピンを有する所定の順序で歯を打つために、ドラムのような機械式アクチュエータとを有する在来の機械式オルゴールから発生した音を効果的に複製し且つ精巧に作り上げる、アコースティック音符を発生させるための電子機械に関する。一つの実施形態によれば、電子機械は、演奏されるべきメロディーに対応するメロディーを入れたデータと、メモリ機構データを検索し、且つ、制御信号を生じさせるための電子コントローラと、少なくとも一つの音発生部材と、を有する。音発生部材は、移動させるときに、対応する音符を生じさせる。制御信号に応答して、一時的な磁界を発生させるためのアクチュエータが、コントローラと連絡して設けられる。アクチュエータは、音発生部材に十分近くに位置決めされ、引きつけ又は反発の開始時に、音発生部材とアクチュエータとの間に物理的な接触を必要とすることなく、音発生部材を引きつけ、或いは反発させる。アクチュエータによる磁界の生成および停止により、音発生部材を振動させて、対応する音符を生じさせる。複数のシーケンスのいずれか一つで、複数の音発生部材を作動することによって、多数のメロディーを演奏することができる。
【０００８】
好ましい実施形態では、磁界が、音発生部材とアクチュエータとの間の吸引力を発生させる。
【０００９】
本発明の別の実施形態では、複数の音発生部材は、隣接した歯櫛で形成され、各歯は、共振周波数を有し、運動を歯に伝えるのに使用された一時的な磁界は、「ターゲット（target）」の歯の共振周波数に近い周波数で一連のパルスをアクチュエータに加えることによって形成される。
【００１０】
更に別の実施形態では、電子機械は、在来の機械式オルゴールに似ている箱又は他のハウジングに組み込まれるものである。
【００１１】
更に別の実施形態では、本発明は、複数の光源、特にＬＥＤを有し、ＬＥＤは、制御信号によって作動されて、特定のＬＥＤを特定のアクチュエータと同期させて、電子機械の使用者の楽しみを高める。
【００１２】
更に別の実施形態では、アコースティック音符を発生させる方法を説明する。その方法は、音楽のメロディーを表す制御信号を生じさせ、各々運動を伝えるときに、対応する音符を発生させる複数の音生成部材を設け、アクチュエータを複数の音発生部材からある距離に位置決めし、かつ、制御信号に応答して、アクチュエータに一時的な磁界を発生させる、ことによって実行される。発生した磁界は、所望の音を生じさせるのに、選択された、又は「ターゲット（target）」の音発生部材とアクチュエータとの間に物理的な接触を必要とすることなく、音発生部材の少なくとも一つを引きつけ、或いは反発させるのに十分な強さのものである。
【００１３】
本発明の他の目的及び特徴は、添付図面と共に考慮された以下の詳細な説明より明らかになるであろう。しかしながら、図面は、発明の限定の定義としてではなく、専ら説明の目的のためにデザインされ、定義のためには、添付の特許請求の範囲を参照すべきことを理解しなければならない。図面は同一縮尺で描かれる必要はなく、図面は、単に、構造及び手順を概念的に示すものであることを更に理解すべきである。
【００１４】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
図１〜図３を参照すると、ベースプレート１２と、複数の歯１５を有する櫛１４と、複数の磁気アクチュエータ１６、即ち「コイル」と、磁気アクチュエータ１６の一つ又はそれ以上をアドレス指定し、且つ、賦勢するためのデジタル制御回路を収容する回路基板１９を有する電子コントローラ１８と、を有する、アコースティック音符を発生させるための電子機械１０が示されている。装置１０は、コントローラ１８のユーザーの操作を可能にする、押しボタン、ノブ、スイッチ、センサ等のような、（図１０ａにＳＷ１，ＳＷ２及びＳＷ３としても示される）一つ又はそれ以上のユーザーインタフェースコントロール２２を有する。コントローラ１８はまた、聴覚効果装置並びに視覚効果装置を提供することによって、装置１０のユーザーの楽しみを高めるＬＥＤ２８のような一つ又はそれ以上の視覚効果装置を作動させるためにも使用される。磁気アクチュエータ１６は、取り付けプレート１７に固定された取り付けブラケット２６に取り付けられ、特定の歯１５と向かい合った関係に位置決めされるが、その歯から隔てられる。装置１０はまた、種々の内容物を保護する、好ましくは、成形プラスチックの内カバー２０を有する。その内カバーは、最も好ましくは、作動中、装置の目視観察を可能にし、且つ、ＬＥＤ２８から発生した光の散乱に寄与する透明材料で形成される。機械１０は、好ましくは、一対の電線２３により回路基板１９に接続された一つ以上の電池２２によって提供される電池電力で作動される。電池２２は、電池カバー２４によって隠される区画内に収容される。
【００１５】
一般には、装置１０が作動中であるときに、磁気アクチュエータ１６の選択したものが、コントローラ１８によって賦勢されて、選択されたアクチュエータに磁気引力を発生させ、それによって、選択されたアクチュエータと近い関係に配置された対応する歯１５に運動を与える。歯は、特定の音符に調律される。運動により、歯に、それらの関連した音に対応する音符を発生させる。運動を個々の歯又は多く歯に特定の順序で与えることによって、種々のメロディー又は曲を演奏することができる。
【００１６】
現在好ましい実施形態で使用された櫛１４は、鉄を含む材料で構成され、且つ、縁３２を有し、ここに、ねじのような、留め具によるベースプレート１２への櫛の取り付けを容易にするために一つ以上の取り付け孔３４が形成される。ベースプレート１２は、好ましくは、木、射出成形プラスチック又は音の共鳴に特に適した他の材料で構成された外側ハウジング、箱、又は他の囲い内に、適当な留め具３７を使用して、取り付けられる。箱は、ベース４０と、ベースにヒンジ４４によって連結され、且つ、作動中、使用者に装置の観察を可能にさせる蓋４２と、を有する。ベースプレート１２は、開口１３と、歯がそれらの意図した仕方で振動するように作動されるときに、個々の歯のためにハウジングの床より上に隙間を作る厚さと、を有する。
【００１７】
好ましい櫛１４は、図４に示され、全音階の音程に配列された、並んでいる状態、２０個の狭い間隔の歯を有する。歯の全てがメロディー又は曲を演奏するのに使用される必要はなく、事実、２０個の利用可能な歯のうちの、低から高へ、ソ（Ｇ）、ラ（Ａ）、シ（Ｂ）、ド（Ｃ）、レ（Ｄ）、ミ（Ｅ）、ファ（Ｆ）、ソ（Ｇ）、ラ（Ａ）、シ（Ｂ）、ド（Ｃ）、レ（Ｄ）、ミ（Ｅ）、ファ（Ｆ）の音の調律を有する１４個だけの使用が、適当な結果を生むことが決定されている。櫛全体は、２．３４２インチの長さ（ｌ）及び１．５３インチの幅（ｗ）を有する。最も幅広い歯の幅（ｘ）は、０．０９６インチであり、最も薄い歯の幅は０．０４５インチである。図示するように、低い「ソ（Ｇ）」の音符のための歯の長さが１．０３４インチであり、高い「レ（Ｄ）」の音符のための歯の長さが０．６８２インチであるように、歯の長さは変化する。同様に、歯は、意図した所望の音符を作り出すために、様々な厚さで形成される。例えば、最も狭い歯の厚さは、０．０２１インチである。各歯の厚さは、歯の長さ中、首尾一貫している必要はなく、事実、好ましい櫛１４の歯１５は、図３に示すように、歯の自由端近くに最も厚い寸法形状を有することが認識されるであろう。個々の歯は、所望の音符（即ち、旋律）を発生するように、任意の寸法形状（長さ、厚さ、幅）で、任意の方法で構成することができることも認識されるであろう。
【００１８】
しかし、本発明は、任意の特別な櫛の形態に限定されず、櫛が、本発明によるアクチュエータ１６によって発生される磁力により運動を可能にする鉄を含む材料で構成されるならば、種々の種類の市販のオルゴールの櫛を採用してもよい。かかる市販の櫛は、全て、歯の幅、長さ及び厚さの一つ以上を変えることによって特定の音符に調律される複数の間隔を隔てた歯を有する。歯は、典型的には、音の高くなる順（又は、低くなる順）に配列されるが、他の櫛の形態及び音符配列の使用は、当業者に容易に認識されるであろう。
【００１９】
磁気アクチュエータ１６は、歯１５の近くに空間的に配置され、上述したように、任意の所定時間に歯の一つ又は二つ以上を賦勢する（即ち、歯に運動を与える）のに使用される。アクチュエータ１６は、実際には、多数の巻線４９によって囲まれた金属心４８を有する電磁石である。（「アクチュエータ」及び「コイル」の用語は、互換性的に使用される。）当該技術分野において知られているように、電流を巻線４９に印加することによって、磁力を金属心４８に発生させる。磁力は、鉄を含む材料で形成された磁気的に中性の物体を引き付け、或いは、帯磁した物体を反発させる。したがって、一般的に、賦勢したコイル１６が、磁気的に中性の鉄を含む材料で形成された歯１５の近くに位置決めされているとき、発生した磁力は歯をコイルの方向に引きつけるであろう。次いで、磁力は、コイルに印加される電流を停止することによって消滅させることができる。これにより、歯を解放させ、それによって、歯の調律した音符と一致して音を発生させる振動運動を歯に与える。
【００２０】
所望のオルゴールの音を生じさせるために、或る配慮と取り組まなければならない。特に、コイルと歯の間の相対的な位置が、歯を移動させて音を発生させるために印加された磁力の強度であるとして重要である。当該技術分野において知られているように、二つの物体間の磁力は、それら物体間の距離の三乗に反比例する。かくして、コイルと歯の間の間隙の僅かな増大が、磁力の著しい増大を必要とし、それ故、歯を意図した方法で移動させるためにコイルに印加されるより大きな電流を必要とする。勿論、これは、より大きな電力を必要とし、特に、電池が利用されるならば、望ましくない結果である。増大した磁界は、「目標（target）」の歯に隣接した歯の不用意な移動をも生じさせ、その移動により、目標の歯に隣接した歯からの不必要な音の発生、又は「クロストーク（cross-talk）」を引き起こす。逆に、コイルと歯の間の間隙が小さ過ぎれば、電流は少なくて済む。しかしながら、歯が所望の音量に十分に大いに変位するには、不十分な間隙であるかもしれない。磁界はまた、歯と賦勢されたコイルとの直接接触を引き起こし、それによって、「カチッ（clicking）」という不愉快な可聴音を発生させる。
【００２１】
これらの配慮を心に留めて、ハードウエア、例えば、アクチュエータの寸法、ドライバー等の機器、及び電源容量の要求を、各歯の共振周波数の知識を用いて、最小にすることができる、ことが発見された。そのうえ、装置の精度要求を、相対的に減じる。特に、対応するコイルは、歯に比較的近く位置決めされ、且つ、正確な周波数且つデューティーサイクルで間欠的に賦勢して歯を動かし、在来のオルゴール音を発生させる。図３に示すように、コイルとそのコイルの対応する歯との間のこの好ましい距離は、およそ０．０４０インチである。各歯の共振周波数は、いずれもよく知られ、櫛の製造業者によって提供されてもよいし、容易に測定してもよい。この情報で、歯との物理的な接触を必要とすることなく歯が振動するので、対応する歯にエネルギーを徐々に加える周期的な一連のパルス電流の与えることによって、コイル１６に効率的な方法で電流を印加することができ、それによって、そうではなく実際に単一の比較的大きいパルス電流をコイルに印加することによるものよりも、一層大きい最終変位を引き起こす。以下に説明する理由のために、少数の作動パルスは、機械的に作動される歯（即ち、アクチュエータピンによって物理的に打たれる歯）の音に近づく最もよい結果をもたらす。
【００２２】
今、図５を参照すると、本発明の好ましい実施形態により、歯が賦勢されて音符を生じさせるときの、歯の移動を表すグラフを示す。図５の縦軸は、作動コイルに対する歯の変位を表す。水平軸は、特に歯が振動している時間を示す。歯の振動の初めの５周期は、アクチュエータの賦勢発生を示す「太線」でカーブの部分を示す。換言すると、歯が位置（Ｂ）からアクチュエータの方へ移動するとき、アクチュエータに賦勢され、アクチュエータの位置では、アクチュエータには最早、賦勢されない。かくして、図５の描写では、エネルギーが、励起される歯の各共振周期の初めの２５％の間だけ加えられる。
【００２３】
引き続き図５を参照すると、歯の作動が開始するとき、歯は、その休止位置（位置（Ｂ））で始まり、次いで、磁気的に作動されたとき、歯の共振周波数の周期の最初の２５％の間、アクチュエータの方へ変位される。その後、歯は、歯の自然な共振の振る舞いの部分として、アクチュエータから離れるように移動し始める。歯がアクチュエータに再び接近するとき、磁界は、歯とアクチュエータの間の距離の三乗の逆数に比例する速度で増加する。歯が中立な位置（位置（Ｂ））から更に遠ざかっているときに、アクチュエータを賦勢することは、電力の効率の悪い使用である。なぜならば、逆三乗法則、即ち、歯に及ぶ磁気的な影響は、歯とアクチュエータの間の相対的な位置に応じて、多少顕著である。
【００２４】
一旦、歯を動き出させると、歯のエネルギーを増分的に増加させるために、全２５％の周期の間中、コイルを賦勢する必要はない。例えば、歯がコイルに向かって位置（Ｂ）に到達するや否やコイルを賦勢するのとは全く異なって、歯がコイルに向かって位置（Ｂ）を通過した後に、コイルを賦勢してもよい。所望の在来のオルゴール音を生じさせるために、歯がコイルから離れる方向（即ち（Ｃ）から（Ｂ）に）に移動し始める時点で、コイルを止めるべきである。最初に、歯が位置（Ｂ）にあるときに、勿論、コイルの作動が起こる。なぜならば、位置（Ｂ）が、歯の最初の休止位置であるからである。一旦、歯が動き出すと、歯がアクチュエータに近づくたびに、逆三乗法則は、エネルギー伝達のより高い効率をもたらす。
【００２５】
移動している歯にエネルギーを比較的少ない周期（例えば、五周期など）にわって増分的に加えることによって、所望の音量を有する音又は音符を発生させる。発生した音符の音量を、より多くの期間、又はより少ない期間に亘って賦勢することによって、増加させてり、減少させたりすることができ、かくして、メロディーが、発生した音符の連続により演奏されるときに、「アクセント（accent）」を発生させることができる。換言すれば、発生した音符の音量は、対応する歯に対する賦勢時間の量によって決定される。１ｋＨｚの周波数を有する歯について、五つの周期的に送出される励起パルスは、人間の耳には一瞬の時間である５ｍｓ未満かかるであろう。したがって、係る急速な応答時間の結果、追加のパルスを、いかなる可聴遅延時間もなく、加えることができる。また、歯がコイルから遠ざかるときに、コイルを消勢し、次いで、歯が、（例えば、図５に示す２５％のデューティーサイクルに従って、）コイルと歯の間の磁気引力を最大にする程、コイルに近いときに、コイルを賦勢することによって、在来の機械式オルゴール音を発生させ、その場合、歯１５とその関連した、或いは対応するアクチュエータコイル１６との間の物理的接触を必要とすることなく、物理的に「弾かれた（plucked）」歯の音を発生させる。
【００２６】
パルスの数及びコイルのデューティーサイクルは、歯の寸法及び共振周波数によって、並びに、アクチュエータコイルのパラメータ、及びコイルと歯との間の距離によって決定されたように、容易に変えることができることが認識されるであろう。歯の共振周波数に対するコイル作動パルスのタイミング及び持続時間を変えることによって、種々の音響効果を作り出すことができることも認識されるであろう。例えば、歯が位置（Ａ）から位置（Ｃ）まで移動するときに起こるように同期させた５０％デューティーサイクルまでの間、コイルを賦勢してもよい。他の同期させたデューティーサイクルは、コイルから歯の遠ざかる移動に対応し、且つ、歯の振動運動に逆効果を招く。
【００２７】
大量の励起パルスではなく小量の励起パルスを使用する理由は、各パルスの追加を伴い、エネルギーが蓄積すると、時間が経過するからである。もし、可能ならば、多くの低エネルギーパルスが付与されるならば（例えば、１２．５％デューティーサイクルで２０パルスなど）、励起時間を、音符の発出がソフトになり、且つ、特徴的なオルゴールのさわやかさ（crispness）に欠ける時点まで延す。発生した音は、オルゴールの「ポロン（plink）」ではなく、バイオリンのソフトなボーイングに近づく。この効果は、ある用途では魅力的であり、また、この発明の更に別の特徴と考えられる。
【００２８】
コイルに対する最小量の励起パルスを採用する別の理由は、たとえ僅かであっても、コイルを賦勢するのに使用される励起パルスの周波数と、歯の共振周波数との間の不可避な調律不同に関係がある。一例として、励起パルスと歯の共振周波数との周期の差がたった１％ならば、一連の５０励起パルスの間、５０％の誤差が累積する。この点、歯を励起させ続ける代わりに、位相打ち消しの結果として、エネルギーが除去される。しかしながら、僅かなパルスだけを使用すれば、エネルギーの共振追加の利点を依然として維持している間、精度は限界未満である。また、歯の周波数とコイル作動パルスとの間の周期差の知識について、かかる情報をコントローラ１８にプログラムして、歯のより正確な刺激を与え、「トレモロ（tremolo）」効果のような種々の効果を作り出すことができる。
【００２９】
図９を参照すると、電子楽器１０の構成要素のブロック図は、どのアクチュエータ１６をアドレス指定すべきかについて、及び、どのようにアクチュエータ１６をアドレス指定するかについて、データ又は指示を、すなわち、パルスの順序、周期及び数等をメモリ５０から受けるコントローラ１８を含む。アクチュエータ１６は、上述したように、櫛１４の個々の歯１５を賦勢するのに、使用される。コントローラからの出力信号はまた、選択ＬＥＤ２８をアドレス指定して、これを点灯させるのに使用される。出力信号はまた、ある機械式オルゴールと共通であるように、例えば、回転するバレリーナを真似た小立像又は他の可動部材１１４を駆動するためのモーター１１２を作動することができる。かくして、これらの機能物の全てが共通クロック信号により作動するため、以下に説明するように、種々の機能物が、発生させた音楽と同期して視覚的及び聴覚的に愉快な装置を作る。
【００３０】
また、図１０ａ及び図１０ｂを参照すると、コントローラ１８、及び、特に、回路基板１９は、複数のメロディー又は曲の一つを演奏するための、メモリ５０に記憶されたデータにアクセスするプロセッサＵ１を有する回路１００を含む。メモリ５０は、プロセッサＵ１と一体であってもよいし、プロセッサＵ１から分離されてもよいことが認識されるであろう。特に、データは、一つ又はそれ以上のコイル１６を任意の所定の時間に、各コイル１６と関連した各歯１５の共振周波数近くの速度で、賦勢する（例えば、パルス電流を加える）のに使用される。以下の表は、歯の共振周波数、コイル賦勢周波数、及び対応する音符を示す。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
プロセッサＵ１は、「前の曲」、「演奏／停止」及び「曲の早送り」の選択をそれぞれ提供するユーザーコントロールＳＷ１、ＳＷ２及びＳＷ３によって作動される。クロックステージ１０４は、当業者に周知の方法で、回路の構成要素を基準クロックに同期させ、パワーステージ１２０は、電源からの作動電力を発生させる。好ましいアクチュエータについて、３５Ｖと５０Ｖとの間の駆動電圧が要求される。この電圧を発生させるために、パワーステージ１２０は、プロセッサＵ１によって電算処理的に制御される切換電圧電源として形成される。アクチュエータパルス非発生期間中、電圧パルスは、プロセッサＵ１によってパワーステージ１２０に供給されて、キャパシタＣ３を駆動電圧範囲内に充電する。プロセッサＵ１の高電圧フィードバック入力（「ＨＶ−ＳＥＮＳＥ」：high voltage feedback input）は、駆動電圧がいつ達成され、そして、パワーステージへの供給電圧パルスをパルスが引き続き要求されるまでいつ停止するかを検知する。電源は、単一の、又は多バッテリからなり、三つのＡＡバッテリが、この好ましい実施形態で４．５Ｖを発生させるのに使用される。ライト又はモーターが加われば、追加の電流が必要とされるかもしれず、より大きな容量のバッテリか、プラグ接続式使用のためのＡＣアダプタのいずれかを提案する。同様に、４．５ボルトバッテリのための平均電流消費は、ほぼ５ミリアンペアになりそうである。これは、１００ｍＡ又はそれ以上を使用するはずの既知のモーター駆動オルゴールと比べて非常に低い電力である。
【００３３】
演奏／停止スイッチＳＷ２を選択することによって、選択されたメロディーに対応するデータが、プロセッサＵ１内のメモリ、又は、プロセッサＵ１によってアクセス可能なメモリから受け取られ、且つ、ジャンパーコネクタＪ２のピン１−１３の一つ又はそれ以上に出力される。ジャンパーコネクタＪ１が、コネクタＪ２からデータを受け取り、そのデータを複数のコイル１６又はＬＥＤ２８に与える。データは、一つの曲、又は複数の曲のうちの一つを有する対応する音符を演奏するために、特定のコイルを選択的に賦勢するアドレス信号を含む。図示するように、１４のコイルＬ２〜Ｌ１５が設けられ、各コイルは１４の別々の音符のいずれかを演奏するための、櫛１４の歯１５に対応する。１４のＬＥＤも設けられ（Ｄ１９〜Ｄ３２）、各ＬＥＤ２８は、コイル１６の単一の一つと関連する。
【００３４】
コイル１６は、Ｌ２−Ｌ３（ソ（Ｇ）−ラ（Ａ）の音符）、Ｌ４−Ｌ５（シ（Ｂ）−ド（Ｃ）の音符）、Ｌ６−Ｌ７（レ（Ｄ）−ミ（Ｅ）の音符）、Ｌ８−Ｌ９（ファ（Ｆ）−ソ（Ｇ）の音符）、Ｌ１０−Ｌ１１（ラ（Ａ）−シ（Ｂ）の音符）、Ｌ１２−Ｌ１３（ド（Ｃ）−レ（Ｄ）の音符）、Ｌ１４−Ｌ１５（ミ（Ｅ）−ファ（Ｆ）の音符）のように、対に配列される。オープンコレクタ電流駆動ＩＣ（Ｕ２）が、ジャンパーピン６〜１２から制御信号を受け、アドレス端子Ｎ１〜Ｎ７に、及び、ＩＣ（Ｕ２）の出力ピン１０〜１６を介して各コイル対に出力する。各コイル１６の他の端子は、それぞれ、分離ダイオードＤ５〜Ｄ１８に接続され、分離ダイオードは、高電圧ドライバーステージ１３０の二つの多重高電圧線Ｍ１、Ｍ２の一つに接続される。高電圧線の一つ（Ｍ１）は、ＰＮＰ−ＮＰＮトランジスタ対Ｑ３、Ｑ４から、及び、特に、トランジスタＱ３のコレクタ端子から信号を出力する。トランジスタＱ３のベース端子は、トランジスタＱ４のコレクタ端子に接続され、トランジスタＱ４のベース端子は、プロセッサＵ１からジャンパーコネクタＪ１のピン１を介して、制御信号を受け。同様に、第二の高電圧線（Ｍ２）は、トランジスタ対Ｑ３、Ｑ４と全く同じように互いに接続されるが、ジャンパーコネクタＪ１のピン２にある信号により作動される第二のＰＮＰ−ＮＰＮトランジスタ対Ｑ５、Ｑ６から信号を出力する。ＬＥＤも、Ｄ１９−Ｄ２０、Ｄ２１−Ｄ２２、Ｄ２３−Ｄ２４、Ｄ２５−Ｄ２６、Ｄ２７−Ｄ２８、Ｄ２９−Ｄ３０、及びＤ３１−Ｄ３２のように、対にグループ分けされている。各ＬＥＤの一つの端子が、ジャンパーコネクタＪ１のピン２、３で、それぞれ、二つのＬＥＤ線Ｖ１、Ｖ２の一つに接続される。他方、各ＬＥＤ対の端子が、それぞれ、ジャンパーコネクタＪ１のジャンパーピン６〜１２に接続した対応するアドレス線Ｗ１〜Ｗ７に接続される。
【００３５】
作動されたとき、回路は、以下のように作動する。即ち、選択した予め記憶されたメロディーが低い「ソ（Ｇ）」の音符の発生を要求するならば、コイルＬ２を賦勢する必要がある。これは、ジャンパーピン１に、論理「１（one）」又は「高（high）」信号を発生させるプロセッサＵ１によって達成される。この信号により、トランジスタＱ３及びＱ４を作動させ、電圧線Ｍ１を各ダイオードＤ５，Ｄ７，Ｄ９，Ｄ１１，Ｄ１３及びＤ１５の端子の一つに現れた高電圧まで引き上げる。同時に、プロセッサＵ１によって、出力端子６に低信号を発生させる。この信号はＩＣＵ２に加えられ、ＩＣＵ２は、コイル対Ｌ２，Ｌ３のアドレス線Ｎ１をアドレス指定し、且つ、コイルＬ２の両端間に電位差を発生させるための、低信号をＵ２のピン１６に出力する。音符作動がそのように急速に（例えば、１ｋＨｚ種は数に対して４．２ｍｓ）起こるので、音符が同時に演奏される知覚を人間の耳にもたらす、一続きの音符を発生させることができる。これにより、装置は、「和音（chords）」又は他の多重音符を演奏するのに使用される。
【００３６】
上述したように、コイルＬ２を流れる電流は、「ソ（Ｇ）」の音符を発生させるために、コイルＬ２に近接している歯を引き寄せるための磁界を発生させる。Ｕ２のピン１６の低信号を、好ましくは、選択された歯の共振周波数に近い周波数を有する、一連の短いパルス（例えば、２５％デューティーサイクルで５パルス）として発生させて、運動を効率的に与え、且つ、ピン又は他の構造体との物理的な接触により「弾かれた（plucked）」歯の音と似ている「弾かれた（plucked）」歯の音を作り出す。好ましい実施形態では、一連のパルス列を、アドレス線Ｎ１〜Ｎ７の一つ又は二つ以上に与え、所要の高電圧線Ｍ１及び／又はＭ２は、パルス列の全継続時間中、「高」値のままである。
【００３７】
音の発生に加えて、コントローラ１０２、及び、特に、回路１００は、ＬＥＤ線Ｖ１，Ｖ２及びＬＥＤアドレス線Ｗ１−Ｗ７に適当なアドレス信号を発生させることによって、ＬＥＤＤ１９−Ｄ３２の点灯を制御する。好ましい実施形態では、別々のＬＥＤが、１４コイルの各々に対応し、コイルは、今度は、１４の選択可能な音符の各々に対応する。かくして、特定のコイルが作動されて、対応する音符を発生させるとき、そのコイルと関連したＬＥＤが点灯されて、装置の使用者に対する愉快な視覚的効果を発生させる。これを達成するために、「高（high）」信号が、高電圧線Ｍ１を作動するジャンパーコネクタＪ１のピン１にあるとき、「高（high）」信号は、ＬＥＤ線Ｖ１を作動するジャンパーコネクタＪ１のピン２にもある。図１０ｂに示すように、ジャンパーコネクタＪ１のピン５−１２にある信号は、ＬＥＤアドレス線Ｗ１−Ｗ７に、及び、アドレスＩＣＵ２の入力ピン１−７にも加えられる。アドレスＩＣＵＳは、コイル対のアドレス指定を制御し、また同時に、一つ又は二つ以上の対応するＬＥＤを作動する。例えば、線Ｍ１及びＶ１が「高（high）」のとき、ジャンパーコネクタＪ１のピン５の「低（low）」値が、コイルＬ２に賦勢するためのコイルアドレス線Ｎ１に加えられ、且つ、ＬＥＤＤ１９を点灯させるためのＬＥＤアドレス線Ｗ１にも加えられる。
【００３８】
今、説明したように、制御回路１００は、複数のメロディーの演奏のために、マイクロプロセッサＵ１によって生成された制御信号により、コイル及びＬＥＤの連続の、及び／又は、同時の作動を可能にする。制御回路１００は、追加のコイル１６及び／又は追加のＬＥＤ２８を含むように、容易に調整できることも容易に認識されるであろう。例えば、高電圧駆動ステージ（１３０）に、第三のＰＮＰ−ＮＰＮトランジスタ対を、追加のアドレス線（Ｎ）と共に加えることによって、コイルの数を１４を超えて増やすことができ、その結果、追加の歯に賦勢することができ、且つ、追加の音符を演奏することができる。マイクロプロセッサＵ１は、望通りに、曲データを増やし或いは置き換えるために、ユーザープログラマブル（user-programmable）でもよいし、補助メモリ又はデータ源と接続するように形成されてもよい。例えば、利用可能な曲選択を拡げ、或いは入れ替えるために、マイクロプロセッサＵ１内のメモリにアップロードするように、追加の曲を使用者が使えるようにするのがよい。かかる追加の曲データを、消費者に販売され、或いは提供される、拡張メモリチップ又はモジュールの使用により、及び／又は、マイクロプロセッサメモリ内に、又はマイクロプロセッサによってアクセス可能なメモリ内に記憶するために、例えば、インターネットにより曲データにアクセスすることによって、使えるようにしてもよい。かかる変更は、本発明の特徴として考えられる。
【００３９】
制御回路１００によって行なわれる機能を同期させるためにクロックステージ１１０を使用することによって、コイル及びＬＥＤによって行なわれる音発生機能及び点灯機能は、実質的に同時に起こる。これは、装置の、使用者の楽しみを高める。そのうえ、クロックステージ１１０からのクロック信号は、例えば、小立像の「ダンス（dancing）」等を真似するための回転運動を導入するために、オルゴールと一般に関連したように、ハウジングに取り付けられた小立像又は他の部材を駆動するためのモーター又はソレノイドの同期作動に使用することもできる。クロック信号はまた、外側ハウジング３８その他に取り付けられる追加のライト（図示せず）の作動を同期させるのに使用することができる。
【００４０】
今、図６ａ及び図６ｂを参照すると、歯２１５に対するコイル２１６の交互の配置が示されている。比較的小さいにもかかわらず、コイルの寸法制約は、より小さい櫛には並んだコイル配置を妨げる。特に、隣接した歯の間のピッチが、より小さい寸法の櫛では減らされるので、物理的制限が、個々の歯を賦勢する単一列のコイルの使用を妨げる。したがって、図６ａに示すように、コイル２１６は、空間の制約に適応するために、歯２１５の挙通の面（例えば上面、又は下面）に沿って、互い違いに配列することができる。変形例として、図７ａ及び図７ｂに描いたように、第１コイルが、対応する歯の上面に位置決めされ、第２コイルが、隣接したコイルの下面に位置決めされ、次のコイルが、隣接した歯の上面に位置決めされる等のように、コイル２１６を歯の両側面に互い違いに配列することができる。この「重ねた（stacked）」コイルの形態は、上及び下取り付けプレート３１７を必要とし、より小さい櫛が採用されるときに、空間の制約を緩和する。
【００４１】
上述したように、コイルと歯の間の一対一比が好ましい。しかしながら、図８ａ及び図８ｂに示すように、コイルを、多くの歯を賦勢するのに使用することができるように、コイル及び歯の別の配置を採用することができる。しかしながら、かかる実施形態では、櫛の音符は、音階から外れた順序で配置され、そのため、高度に不協和な音符が、好ましくは、グループ内で、互いに隣接して配置される。各々不協和な音符の三つの歯４１５を有する歯の３つのグループが示される。グループの歯の一つを励起するためのコイル励起信号の周波数は、異なる共振点の結果として、そのグループの他の歯に影響を及ぼさないので、この配置により、単一のコイル４１６を各グループについて使用することができる。換言すれば、各グループの歯は、クロストークの可能性を制限するために、互いに周波数が分離されている。
【００４２】
前述のものから容易に認識されるように、本発明は、高い特徴及び操作をも備えながら、現実的な「機械式」オルゴール効果を提供する。例えば、曲の長さは、ピンシリンダー又はディスクの機械的な制約によって最早指図されない。かくして、曲は、任意の長さになり、マイクロプロセッサＵ１の制約によってのみ制限され得る。曲を任意の所要の時間停止させ、そしてその曲をほとんど瞬時に初めから開始する能力を伴って、種々の曲を提供することもできる。音楽のアクセント又は「ダイナミクス（dynamics）」をも、特定のコイルに加えられる励起パルスの数、及び、パルスパターンの周波数及びデューティーサイクルを単に増加させることによって、種々の曲の演奏中に採用することができる。例えば、コイル作動のデューティーサイクルを減少させ、かつ、周波数サイクルエラーを挿入することによって、又は、コイルに加えられる励起パルスの数を増加させることによって、トレモロ効果を生じさせるような異なる音響効果をも、容易に発生させることができる。
【００４３】
かくして、本発明の好ましい実施形態に適用したように、本発明の原理的な新規な特徴を図示し、説明し、指摘してきたが、装置の形状及び詳細において、及び、装置の動作において、種々の省略、置換、変更が、本発明の精神から逸脱することなく、当業者によって行うことができることが理解されるであろう。例えば、同一の結果を達成する実質的に同一の方法で実質的に同一の機能を果たし、これらの要素及び／又は方法ステップの全ての組み合わせは、本発明の範囲内にあることが明らかにされる。そのうえ、本発明のあらゆる開示した形状又は実施形態に関連して図示し及び／又は説明した構造及び／又は要素及び／又は方法ステップは、設計選択の一般的な事項として、他のあらゆる開示し又は記載し又は示唆した形態又は実施形態に組み込まれることが認識されるべきである。特に、回路１００は、本発明に採用され得る作動回路の単なる一例である。したがって、添付の特許請求の範囲によって指示されるようにのみ限定されるべきである
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】電子アコースティック音楽機械の分解図を示す。
【図２】外側ハウジング内の組み立てた音楽機械を示す。
【図３】外側ハウジングを除去した図２の音楽機械の断面右側面図を示す。
【図４】本発明に使用するための好ましい櫛歯を示す。
【図５】本発明により賦勢された歯の運動曲線を示す。
【図６ａ】櫛歯及び磁気アクチュエータの一つの別の構成の平面図を示す。
【図６ｂ】櫛歯及び磁気アクチュエータの一つの別の構成の断面図を示す。
【図７ａ】櫛歯及び磁気アクチュエータのもう一つの別の構成の平面図を示す。
【図７ｂ】櫛歯及び磁気アクチュエータのもう一つの別の構成の断面図を示す。
【図８ａ】櫛歯及び磁気アクチュエータの別の構成の平面図を示す。
【図８ｂ】櫛歯及び磁気アクチュエータの一つの別の構成の断面図を示す。
【図９】本発明の基本構成のブロック図を示す。
【図１０ａ】装置の好ましい制御回路の概略図を示す。
【図１０ｂ】装置の好ましい制御回路の概略図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図９】
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【図１０ｂ】
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【国際調査報告】
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