(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
打撃を検出して、音源に対して楽音発生制御を行う電子打楽器であって、
演奏者によって打撃される打面、その打面を保持するケース部材、および前記打面とケース部材との間に設けられるクッション材とを有し、前記打面のエッジ部分でその打面とケース部材とが直接接する構成のパッドと、
前記クッション材とケース部材との間に面状に設けられ、打面打撃時に前記打面が受けた圧力に応じた出力値を発生する第１センサと、
その第１センサが設けられた面の反対面となる前記ケース部材の裏面の前記打面中心より前記エッジ部分寄りの位置に設けられ、打面打撃時にその打撃の強さに応じた出力値を発生する第２センサと、
前記第１センサおよび第２センサの出力値からパッド打面上の打点位置を検出する打点位置検出手段と、
その打点位置検出手段により検出された打点位置に応じて音源を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする電子打楽器。
【請求項２】
前記パッドは、前記打面を複数の領域に分けて構成され、各領域について第１センサを互いに独立に設けるよう構成したことを特徴とする請求項１に記載の電子打楽器。
【請求項３】
前記打点位置検出手段は、前記パッド打面の所定位置を打撃した時の前記第１センサの出力値と前記第２センサの出力値とを種々の打撃強度について予め求めた参照テーブルを備え、
前記打面打撃時に前記第１センサの出力値と前記第２センサの出力値とを前記参照テーブルと照合することで前記打面上での打点位置を求めるように構成したことを特徴とする請求項１記載の電子打楽器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パッドの打点位置を検出する機能を搭載した電子打楽器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子打楽器では、パッドの打面がスティック等で打撃された位置（以下、打点位置と称する）を検出し、その打点位置や打撃強さなどに応じて、音源で発生する楽音の各種パラメータ等を制御することが行われている。
【０００３】
打点位置を検出する従来の方法としては以下のようないろいろな方法がある。方法１：打面が打撃されたことを検出する振動センサとして例えばピエゾ素子をパッドケースに１つ配設し、打面打撃時にケースを伝達してきた振動をこのピエゾ素子で検出し、その検出出力信号の周波数特性をプロセッサ（ＣＰＵ）にて解析し、打点位置に応じた伝達経路の相違によりその周波数特性が異なることに基づいて打点位置を決定する方法。
【０００４】
方法２：パッドのケートに２つのピエゾ素子を別々の位置に配設しておき、打撃した打点の位置に応じてその打撃振動が該２つのピエゾ素子に至る経路長が異なることにより２つのピエゾ素子の出力値の大きさがそれぞれ違ってくるので、それら２つのピエゾ素子の出力値を比較することにより打点位置を決定する方法。
【０００５】
方法３：パッドの打面上を仮想的に複数の区域に分割し、各分割区域毎に互いに独立して動作をする感圧素子をそれぞれ設け、打面打撃時に、これら複数の感圧素子のいずれの感圧素子から検出信号が出力されるかによって、その出力された感圧素子の区域を打点の位置と決定する方法。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したいずれの方法を用いても打点位置を決定することは可能であるが、それぞれの方法には以下のような問題がある。
【０００７】
方法１では、打撃があるごとに、ピエゾ素子の出力信号の周波数特性をプロセッサで解析するものであるが、この解析のための複雑な計算を瞬時に行わなくてはならないので、プロセッサに大きな負荷がかかって他の内部処理が遅れる恐れがある。
【０００８】
方法２では、２つ目のピエゾ素子は打点位置を検出する用途だけにしか使用されておらず、１つのパッドにわざわざ同じ種類のセンサデバイス（ピエゾ素子）を２つも設けることはコスト的にかなり無駄が多い。
【０００９】
方法３では、複数の感圧素子によりパッド上を複数の区域に分割しているので、どの区域を叩いたのかは分かるが、その区域中のどの辺りを叩いたのかをさらに詳細に知ることはできない。前記区域の分割数を多くして細かな区域になるよう設計すれば、無段階に近く打点位置を検出することが技術的には可能であるが、実際には配線数が多く複雑になり、コストが高くなるので、好ましくない。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、少ないセンサ数で打点位置の検出を可能にし、それに際して、プロセッサに大きな処理負担をかけることなく、また各センサが打点位置検出以外の用途にも有用に利用することができ、またデバイスを複雑化させることのないようにすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段および作用】
この目的を達成するために、請求項１記載の電子打楽器は、打撃を検出して、音源に対して楽音発生制御を行うものであり、演奏者によって打撃される打面、その打面を保持するケース部材、および前記打面とケース部材との間に設けられるクッション材とを有し、前記打面のエッジ部分でその打面とケース部材とが直接接する構成のパッドと、前記クッション材とケース部材との間に面状に設けられ、打面打撃時に前記打面が受けた圧力に応じた出力値を発生する第１センサと、その第１センサが設けられた面の反対面となる前記ケース部材の裏面の前記打面中心より前記エッジ部分寄りの位置に設けられ、打面打撃時にその打撃の強さに応じた出力値を発生する第２センサと、前記第１センサおよび第２センサの出力値からパッド打面上の打点位置を検出する打点位置検出手段と、その打点位置検出手段により検出された打点位置に応じて音源を制御する制御手段とを備えている。
【００１２】
この電子打楽器では、打点位置検出手段で検出した打点位置に応じて楽音の制御を行うことができ、そればかりでなく、パッドの第１センサの出力値と第２センサの出力値とを用いてそれぞれ異なる楽音パラメータを制御することもでき、各センサを有効に利用することができる。
【００１３】
請求項２記載の電子打楽器は、請求項１記載の電子打楽器において、前記パッドは、前記打面を複数の領域に分けて構成され、各領域について第１センサを互いに独立に設けるよう構成している。
また、請求項３記載の電子打楽器は、請求項１記載の電子打楽器において、前記打点位置検出手段は、前記パッド打面の所定位置を打撃した時の前記第１センサの出力値と前記第２センサの出力値とを種々の打撃強度について予め求めた参照テーブルを備え、前記打面打撃時に前記第１センサの出力値と前記第２センサの出力値とを前記参照テーブルと照合することで前記打面上での打点位置を求めるように構成している。なお、この参照テーブルとしては例えば打面上に基準位置を１つ設け、この基準位置に関してのセンサ出力値データから、実際に打撃された打点位置を計算するものであってもよいし、あるいは、打面全体の各箇所について予め打撃に対するセンサ出力値のデータを求めておいてそのデータに一致する箇所を打点位置とするようなものなどであってもよい。
【００１４】
また上記のパッドは、例えば次のような構造とすることができる。剛体からなる打面支持体の上面側に打面を取り付けるとともに打面打撃時に打点直下方向に打面支持体へ伝達する打撃の振動を減衰または遮断する構造を設ける。この構造の例として、打面と打面支持体の間に振動を吸収・減衰するクッション材を挟み込んでもよいし、打面と打面支持体の間に空間ができるように打面を打面支持体の端部に張り渡すような構造などとしてもよい。そして、打面打撃時に該打面が受けた圧力を検出する第１センサを打面の所要領域の下面側に面状に設ける。これととともに、打面打撃時にその打撃の振動を検出する第２センサを、打面の打点位置に応じてその振動伝達経路長が異なるように打面支持体に取り付ける。これにより、それぞれ特性の異なる２種類のセンサ（圧力検出と振動検出）を使用して打点位置を検出することができる。
【００１５】
上述のパッドは、打面を複数の領域に分けて各領域について第１センサを互いに独立に設けた構造とすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図２は本発明の一実施例としての電子打楽器のブロック構成を示す。この電子打楽器は具体的には電子ドラムである。図中、ＣＰＵ１は中央処理装置であり、パッド打面の打点位置検出を含む各種の処理を行う。ＲＯＭ２は制御用のプログラムや後述する基準点センサ出力テーブル等の各種テーブルを記憶するリード・オンリー・メモリであり、ＲＡＭ３はＣＰＵ１の作業エリアなどに利用されるランダム・アクセス・メモリである。パッド４はその打面を打撃して電子ドラムによる演奏を行うもので、その詳細構成は後述する。音源５はＣＰＵ１からの指示にしたがって発生楽音の音色や各種効果などを制御する装置であり、その音色制御には音色ＲＯＭ６に記憶されている音色データを用いる。増幅器７は音源５の発生した楽音信号を増幅して図示しないスピーカシステムに出力する。
【００１７】
図３はパッド４の平面図を示し、図１は図３中のＡＡ断面線に沿ったパッド４の断面図を示す。図示するように、このパッド４はその外形が円盤の形状をしたデバイスであり、剛体からなる円形皿板状のケースの上面側に円形のゴムパッドからなる打面４１を配設してある。この打面４１の下面（裏面）側にはそれぞれ円形板状のクッション材４２と感圧センサ４３が、打面４１とケース４０によって密に挟まれる形で保持されている。
【００１８】
このクッション材４２は、打面４１を打撃した時の打撃の感覚を弾力感のある叩き心地のよいものに調整するとともに、その打撃時の打撃振動が打面直下方向を経由してケース４０に直接に伝わらないようにその振動の大部分を減衰させる作用を持っている。なお、上記のように打撃の振動はこのクッション材４２で減衰されるが、打面打撃時に打面に加わった圧力はこのクッション材４２を介して感圧センサ４３に伝達される。
【００１９】
また、打面４１の端部４１ａはケース４０のエッジ部４０ａとクッション材４２の端部４２ａとで挟み込むようにして固定してある。またケース４０の裏側のややエッジ寄りの箇所には、打撃の振動を検出する振動センサとしてのピエゾセンサ４４が取り付けられている。これにより、打面打撃時に打面４１を伝わってエッジ部４０ａに至った打撃振動はこのエッジ部でケース４０側に伝達され、ピエゾセンサ４４に達するようになっている。
【００２０】
感圧センサ４３は、打面４１が打撃を受けた時に、その打撃により打面４１が受けた圧力を検出するためのものであり、打面４１の裏面側に打面全面にわたり面状に配設されている。ここで面状とは、例えば途切れのない一面状であっても、メッシュ（網）状であっても、あるいは渦巻き状などであってもよく、打面のいずれかの位置が打撃された時にその打撃の圧力を感知して単一の検出出力を発生するものであればよい。
【００２１】
ピエゾセンサ４４は、打面が打撃を受けた時に、その打撃で生じた振動を検出するセンサである。この打撃の振動は、主に、打面４１からエッジ側を通りケース４０を伝達してピエゾセンサ４４に到達する振動であり、前述したように、打撃した打点の直下方向に伝達する振動はクッション材４２にてその振動を吸収・減衰されて大きな成分は伝達されないようにしてある。このピエゾセンサ４４は、打撃時にその打撃振動が打点位置からピエゾセンサ４４に到達する経路の長さが打面４１の種々の打点位置に応じて異なる長さとなるような位置に取り付ける。このように、ピエゾセンサ４４は打撃振動を打面４１とケース４０を介して検出するために、ピエゾセンサ４４の出力値はエッジ側の部分を叩かれた方がパッド中心側を叩かれた場合よりも大きくなる。
【００２２】
次にＲＯＭ２に記憶されている基準点センサ出力テーブルについて図４を参照して説明する。図４はこの基準点センサ出力テーブルの例を示すものであり、パッド４の打面４１の基準点をスティックで打撃した時の感圧センサ４３の出力値とピエゾセンサ４４の出力値の対応表からなるものである。ここでは、基準点としては、打面４１のパッド中心とエッジとの中央付近の中間点を用いる。この基準点センサ出力テーブルは、この基準点（中間点）を１２７段階の強さで打撃してみて各打撃強度に対応する各センサ出力を予め求めて作成する。なお、図４の例では、第１段階目の打撃強度に対する感圧センサ４３の出力値を「１」、ピエゾセンサ４４の出力値を「Ｐ１」、同様に、第１２７段階目の打撃強度に対する感圧センサ４３の出力値を「１２７」、ピエゾセンサ４４の出力値を「Ｐ１２７」と表している。
【００２３】
以下、この実施例装置の動作を図５のフローチャートを参照しつつ説明する。図５はＣＰＵ１によって処理される打面打撃時の処理フローであり、割込み処理で実行される。
【００２４】
ＣＰＵ１は常にパッド４の感圧センサ４３およびピエゾセンサ４４の各出力値を監視している。そして、これらのセンサ４３、４４の出力値に変化があった場合に、打面４１が「打撃された」と認識するようになっており、打面打撃の発生を検出すると、図５の処理フローを割込み処理にて起動する。
【００２５】
ここで、この図５の処理フローで用いるＲＡＭ２上の各種レジスタ等について説明すると以下のようになる。
Ｐｒｓ：打撃時の感圧センサ４３の出力値を記憶するレジスタ
Ｐｉｚ：打撃時のピエゾセンサ４４の出力値を記憶するレジスタ
バッファＡ：ＲＯＭ２の基準点センサ出力テーブルを参照し、打撃時の感圧センサ４３の出力値（１〜１２７）に対応する基準点センサ出力テーブルのピエゾセンサ４４の出力値（Ｐ１〜Ｐ１２７）を記憶するバッファメモリ。
【００２６】
パッド４が打撃されると、ＣＰＵ１はその打撃を検出して図５の処理フローを起動する。この処理フローにおいて、ＣＰＵ１はその打撃時の感圧センサ４３の出力値をレジスタＰｒｓに記憶し（ステップＳ１）、同じくその打撃時のピエゾセンサ４４の出力値をレジスタＰｉｚに記億する（ステップＳ２）。
【００２７】
さらに、ＲＯＭ２に記憶してある基準点センサ出力テーブルを参照して、この基準点センサ出力テーブルにおける上記打撃時の感圧センサ４３の出力値に対応するピエゾセンサ４４の出力値を読み出して、バッファＡに記憶する（ステップＳ３）。
【００２８】
次に、「（バッファＡの値）−（Ｐｉｚの値）」の演算により差分データを計算し（ステップＳ４）、この差分データを打点位置データとする。ここでいう打点位置データ（＝差分データ）とは、基準点（この例では中間点）を基準の位置として、打撃がその中間点よりもどれだけエッジ側を叩いたのか、あるいはどれだけパッド中心側を叩いたのかを示すデータであり、この打点位置データが負の値ならエッジ側寄りを、正の値ならパッド中心側よりを叩いたものと判定することができる。
【００２９】
次にはこの打点位置データに基づいて音色処理を行う（ステップＳ５）。この音色処理は、打撃の打点位置に応じて音色を変化させる処理であり、打点位置がエッジ部よりであればそれに相応した音色処理を、またパッド中心寄りであればそれに相応した音色処理を行って対応する楽音を発音する。したがって、打点位置に応じて無段階に音色を変化させて発音させることができる。
【００３０】
なお、音源５で発生する楽音の音量（ボリューム）は、レジスタＰｒｓの値（感圧センサ４３の出力値）とレジスタＰｉｚの値（ピエゾセンサ４４の出力値）の和の値に応じてコントロールする。
【００３１】
本発明の実施にあたっては種々の変形形態が可能である。例えば、上述の実施例では、感圧センサ４３とピエゾセンサ４４の各出力値の和の値に応じて楽音の音量を制御しているが、感圧センサ４３またはピエゾセンサ４４のうちどちらか一方の出力値だけで、音量（ボリューム）などのパラメータを制御してもよいし、感圧センサ４３の出力値とピエゾセンサ４４の出力値でそれぞれ別々のパラメータ（楽音制御に関わるパラメータ）を制御するようにしてもよい。
【００３２】
例えば、感圧センサ４３とピエゾセンサ４４の両出力値を用いて検出した「打点位置」に応じては「音色」を制御し、感圧センサ４３単独の出力値を用いては「音量（ボリューム）」を制御し、またピエゾセンサ４４単独の出力値を用いては楽音に効果等を与える「フィルタ」の特性を制御するなどである。
【００３３】
なお、感圧センサの出力値はその打撃の強度だけに依存するものではなく、打撃（あるいは押圧）した面積にも依存して変化する。つまり、打撃（あるいは押圧）した面積が広ければ広いほどそれに応じて出力値も大きくなるという特性がある。また、打面の打撃時のみに出力値が発生するのではなく、打面を押しつけている間はその出力値の発生が維持されるという特性もある。よって、これらの感圧センサの特有の特性を活かして、その特性にあった楽音制御の用途に感圧センサの出力を用いるとよい。
【００３４】
また、上述の実施例では、打撃があれば常にその打点位置を検出するようになっている装置について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば本体装置にモード切換えスイッチを搭載し、打点位置を検出するモードと検出しないモードを切り換えることができるようにしてもよい。そして、打点位置を検出しないモードにおいては、感圧センサ４３やピエゾセンサー４４を別々のパラメータを制御するために使用するようにしてもよい。
【００３５】
また、上述の実施例では打点位置に応じて音色を変化させるようにしたが、本発明はこれに限られるものではなく、打点位置に応じて、楽音に各種効果を付与するフィルタを制御したり、パンポット、ピッチなど、音源５の楽音を制御する全ての種類のパラメータを制御するように、本発明を応用することが可能である。
【００３６】
また、上述の実施例では、中間点を基準点と定め、この基準点を打撃した時の感圧センサ４３とピエゾセンサ４４の各出力値を各打撃強度について予め求めてセンサ出力テーブルとし、打点位置は実際のピエゾセンサ４４の出力値と感圧センサ４３の出力値をインデックスにセンサ出力テーブルから索引したピエゾセンサ４４の出力値との差分値に基づいて決定したが、本発明はこれに限られるものではなく、基準点のみならず打面全面にわたる所要の各打点位置について感圧センサ４３の出力値とピエゾセンサ４４の出力値の対応関係をセンサ出力テーブルとして予め求めて、打撃時の感圧センサ４３とピエゾセンサ４４の各出力をこのセンサ出力テーブルに照合させることで、打点位置を決定するものであってもよい。
【００３７】
また上述の実施例においては、打撃振動を検出するセンサとしてピエゾセンサ４４を用いたが、これに限らず、打撃振動を検出できるセンサであれば種々の方式のセンサをピエゾセンサの代わりに用いることができる。同様に、感圧センサ４３についても、加えられた圧力を検出できる各種方式のセンサが利用可能である。
【００３８】
また、上述の実施例では、打撃時の打撃振動をその打点直下方向では減衰させる構造としてクッション材４２を用いたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば打面をケースエッジ部に張り渡すようにして、感圧センサ４３はこの打面裏側に直接に貼り付けるようにするとともに、クッション材４２の部分を空間にするような構造であってもよい。
【００３９】
また、打面としても実施例のゴムパッドに限られるものではなく、種々の材料のものが利用可能である。
【００４０】
また、上述の実施例では、パッドの打面の全面に対応して１つの面状の感圧センサ４３をその打面裏側にクッション材４２を挟んで取り付けるようにしたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば図６に示すように、パッド４の打面４１を扇形に４分割し、各分割打面４１丸１〜４１丸４ごとにその裏面側に各々独立した面状の感圧センサを配設するようにしてもよい。つまり都合４つの感圧センサを取り付けるものであり、各感圧センサは自身に対応する分割打面が打撃された時のみ出力値を発生する。また、打撃振動を検出するピエゾセンサについても好ましくは各分割打面４１丸１〜４１丸４ごとに配設すると良いが、例えば１つのピエゾセンサをケース４０のパッド中心点に対応する位置に配設することで、その配設数を削減することもできる。
【００４１】
このように打面を複数に分割した場合の、打撃時センサ出力による各種の楽音制御の具体例について以下に説明する。
【００４２】
図７は検出した打点位置に応じて３段階（パッド中心寄り側、中間点付近、エッジ寄り側）に音色制御を切り換えるようにした例である。この場合には、パッドを叩いた強さを感圧センサ４３の出力値あるいはピエゾセンサ４４の出力値により求めて、音色制御時の所要のパラメータを制御するようにする。例えば、楽音の音量（ボリューム量）を制御する場合には、強く叩いた時には大きな音で発音し、弱く叩いた時には小さな音で発音する。
【００４３】
図８は検出した打点位置に応じてバンポット（音像定位）を制御する例である。検出した打点位置に応じてパンポット制御のパラメータを連続的に変化するようにしており、一方、パッドを叩く強さはパンポット制御のパラメータ変化には反映させないようにしている。例えば、パンポットのパラメータを制御する場合、パッド中心側を叩けば音像を右側に定位させ、エッジ側を叩けば音像を左側に定位させ、中間点付近を叩けば音像をセンター位置に定位させるものである。また、上記のようにこの例では打面を叩いた強さは楽音のパンポット制御には使用していないが、この打撃強さ情報を他のパラメータや音色コントロールに利用するものであってもよい。
【００４４】
図９は検出した打点位置に応じて楽音制御の内容（つまり制御するパラメータの種類）を変える例である。この例では、パッドを叩いた強さの情報（感圧センサまたはピエゾセンサの出力値）により音色コントロール時の所定のパラメータを制御するようにする。例えば叩いた強さにより、発音する楽音の音量を強く叩いた時には大きな音量で、弱く叩いた時には小さな音量で発音するように制御する。そして、打面のパッド中心側を叩いた場合にはパンポッドを叩かれた強さに応じて変えるよう制御し、打面のエッジ側を叩いた場合には楽音に各種効果を付与するフィルタ等の特性を叩いた強さに応じて変えるようにし、また、打面の中間点付近を叩いた場合には楽音のピッチを叩いた強さに応じて変えるようにする。
【００４５】
図１０は所定の１つの分割打面上の打点位置に応じて、制御対象とする分割打面（分割パッド）を切り換える制御をする例である。ここでは分割打面４１丸１を切換え指示用の打面とし、残りの分割打面４１丸２〜４１丸４には制御されるパラメータとしてそれぞれ別の種類のものが予め設定されており、分割打面４１丸１で切換え指示された分割打面のみがパラメータ制御可能となる。例えば、分割打面４１丸２では楽音のピッチを、分割打面４１丸３では楽音のモジュレーションを、分割打面４１丸４では楽音のレゾナンスを、それぞれの打面を叩いた強さに応じて制御する。切換え指示用の分割打面４１丸１は、そのエッジ側を叩いた時には分割打面４１丸２を、中間付近を叩いた時には分割打面４１丸３を、パッド中心側を叩いた時には分割打面４１丸４を選択するよう切換え指示したものとなる。
【００４６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、少ないセンサ数で打点位置の検出が可能になる。そして、プロセッサに大きな処理負担をかけることがない。また、各センサが打点検出以外の用途にも有用に利用することができる。また、デバイスを複雑化させず、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例としての電子打楽器のパッドの側断面図である。
【図２】本発明の一実施例としての電子打楽器（電子ドラム）のブロック構成を示す図である。
【図３】実施例の電子打楽器用パッドの平面図である。
【図４】実施例の電子打楽器のＲＯＭに格納される基準点センサ出力テーブルを示す図である。
【図５】実施例の電子打楽器の打面打撃時の処理フローを示すフローチャートである。
【図６】本発明の他の実施例としての打面分割形の電子打楽器用パッドの平面図である。
【図７】実施例装置のセンサ出力によるパラメータ制御（打点位置による音色コントロール）の例を示す図である。
【図８】実施例装置のセンサ出力によるパラメータ制御（打点位置によるパッポット制御）の例を示す図である。
【図９】実施例装置のセンサ出力によるパラメータ制御（打点位置によるパラメータ種別の切換え制御）の例を示す図である。
【図１０】実施例装置のセンサ出力によるパラメータ制御（打点位置によるパッド分割打面の切換え制御）の例を示す図である。
【符号の説明】
１      ＣＰＵ（中央処理装置）
２      ＲＯＭ（リード・オンリー・メモリ）
３      ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）
４      電子ドラム用のパッド（パッド）
５      音源
６      音色ＲＯＭ
７      増幅器
４０    ケース（ケース部材）
４１    ゴムパッドからなる打面（打面）
４２    クッション材
４３    感圧センサ（第１センサ）
４４    ピエゾセンサ（第２センサ）
Ｓ４    フローチャート（打点位置検出手段）
Ｓ５    フローチャート（制御手段）
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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