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JP6906296B2 - Fret design method and fret stringed instrument - Google Patents
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JP6906296B2 - Fret design method and fret stringed instrument - Google Patents

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Description

本発明は、フレット弦楽器用ネックに設けられる指板上のフレットに関するものであり、特に、厳密な十二平均律音階を得るフレットの設計・製作に関するものである。 The present invention relates to a fret on a fingerboard provided on a neck for a fret stringed instrument, and more particularly to a design and manufacture of a fret for obtaining a strict equal temperament scale.

図1は、フレット弦楽器の例として示したエレキギターの全体斜視図である。このような楽器は大まかには、ボディ1部、ネック2部、ヘッド3部で構成される。アコースティックギターであるクラッシックギターやフォークギターについても、ネック2とヘッド3の基本的考え方、役割は同一である。 FIG. 1 is an overall perspective view of an electric guitar shown as an example of a fret stringed instrument. Such an instrument is roughly composed of one body, two necks, and three heads. The basic idea and role of the neck 2 and the head 3 are the same for the classical guitar and the folk guitar, which are acoustic guitars.

ネック2には指板9が設置され、押弦により半音毎の音程を構成するための金属製のフレット10(101〜1021)が19〜22本設置される。これらは、一般にナット6に平行に直線形状となっている。ヘッド3にはペグ(糸巻き)4(41〜46)が取り付けられ、弦5(51〜56)を巻き取ることにより張力を変化させて調音を行う。 The neck 2 fingerboard 9 is installed, metal frets 10 for constituting the pitch of each semitone (10 1 to 10 21) is installed present 19-22 by string-pressing. These generally have a linear shape parallel to the nut 6. The head 3 is mounted pegs (pincushion) 4 (4 1 to 4 6), by changing the tension by winding the string 5 (5 1 to 5 6) perform articulation.

クラシックギターやフォークギターは、図2に示すようなボディ101に共鳴を意図とした空胴115と表面の共鳴板116にサウンドホール117を有し、独自に生音を響かす機構となっており、総じてアコースティックギターと呼ばれる。また、共鳴板115上にブリッジ107があり、その上にサドル108が設置される。エレクトリックギターは、セミアコースティックギターと呼ばれるボディ1が空胴のものもあるが、多くは硬い木材で構成されソリッドギターと呼ばれる。 Classical guitars and folk guitars have a body 101 as shown in FIG. 2, an empty body 115 intended to resonate, and a sound hole 117 on the surface resonance plate 116, and have a mechanism for independently resonating live sound. Generally called an acoustic guitar. Further, there is a bridge 107 on the resonance plate 115, and a saddle 108 is installed on the bridge 107. Some electric guitars have an empty body 1 called a semi-acoustic guitar, but most of them are made of hard wood and are called solid guitars.

ネック2の最上部に設置されるナット6とボディ1上のブリッジ7(107)に置かれるサドル8(108)間を開放弦長としてギターの場合弦5(51〜56)が張られる。 When a guitar string 5 (5 1 to 5 6) is stretched between the nut 6 and the saddle 8 placed to the bridge 7 (107) on the body 1 to be installed (108) as open string length at the top of the neck 2 ..

ギターでは、第1弦51から第6弦56の開放弦について十二平均律音階(以下、平均律音階と略す)のE4(329.627557Hz)、B3(233.08188Hz)、G3(195.997718Hz)、D3(116.54094Hz)、A2(110.0Hz),E2(82.406889Hz)音に調音される。 The guitar, open strings for twelve equal temperament scale from the first string 5 1 6 string 5 6 (hereinafter, temperament scale abbreviated) of E4 (329.627557Hz), B3 (233.08188Hz ), G3 (195 .997718Hz), D3 (116.54094Hz), A2 (110.0Hz), E2 (82.40689Hz).

音階を決定するのは、各弦の振動周波数である。これは弦の質量と長さ、ペグによる弦の巻き取り量により決まる張力に関係し、弦の剛性及び摩擦を無視した理想状態の場合、数1に示すごとく与えられる。ここで、nはフレット番号を示し、n =0の10nはナット6であり、f0は開放弦の振動周波数である。 It is the vibration frequency of each string that determines the scale. This is related to the tension determined by the mass and length of the string and the amount of winding of the string by the peg, and is given as shown in Equation 1 in the ideal state where the rigidity and friction of the string are ignored. Here, n indicates the fret number, 10 n of n = 0 is the nut 6, and f 0 is the vibration frequency of the open string.

Figure 0006906296
ここで、fn:nフレット10nの振動周波数[Hz]
ln:nフレット10nとサドル8間の弦長[m]
T :弦の張力[N]
σ:弦の線密度[Kg/m]
である。即ち、弦の振動周波数は、重くて長いものほど低音となり、弦を巻き取ることにより張力を強くするほど、また弦長を短くするほど高音になる。
Figure 0006906296
Here, the vibration frequency [Hz] of f n : n fret 10 n
l n : n String length between fret 10 n and saddle 8 [m]
T: String tension [N]
σ: Linear density of strings [Kg / m]
Is. That is, the heavier and longer the vibration frequency of the string, the lower the sound, the stronger the tension by winding the string, and the shorter the string length, the higher the sound.

各弦の振動長は、ナット6とサドル8間の開放弦長l0が最長であり、このときの振動周波数f0が最低音として上述のように設定され、押弦によりサドル8間との弦長lnを狭め、半音毎の振動周波数fnが得られるように指板上に金属製のフレット10nが設置される。 The longest vibration length of each string is the open string length l 0 between the nut 6 and the saddle 8, and the vibration frequency f 0 at this time is set as the lowest note as described above. A metal fret 10 n is installed on the fingerboard so that the length l n is narrowed and the vibration frequency f n for each semitone is obtained.

音階には、他の多くの楽器と同様に平均律音階が用いられる。平均律音階は、周波数440Hzである中央A(ラ)音を基本として、周波数が2倍の関係となる1オクターブを等比的に12分割したものであり、高音側には周波数を2の12分の1乗倍、低音側には2のマイナス12分の1乗倍とする半音の周波数毎に構成される。そこで、フレット弦楽器のnフレット10nの振動周波数fnは、ナット6とサドル8の解放弦長で決まる振動周波数をf0として、数2のごとく定義される。従って、開放弦長をl0とするとき、nフレット10nとサドル8の弦長lnは数3のごとく得られ、nフレット10nとn+1フレット10n+1間の幅は数4のように与えられる。 As for the scale, the equal temperament scale is used like many other musical instruments. The equal temperament scale is based on the central A (la) note, which has a frequency of 440 Hz, and is an equal temperament divided into 12 octaves, which have a double frequency relationship. It is composed of each semitone frequency, which is 1 / 1th power and 2 minus 1/12 times on the bass side. Therefore, the vibration frequency f n of the fret 10 n of the fret stringed instrument is defined as in Equation 2 with the vibration frequency determined by the open string lengths of the nut 6 and the saddle 8 as f 0. Therefore, when the open string length is l 0 , the string length l n of the n fret 10 n and the saddle 8 is obtained as in equation 3, and the width between the n fret 10 n and the n + 1 fret 10 n + 1 is a number. Given as 4.

Figure 0006906296
Figure 0006906296
Figure 0006906296
Figure 0006906296
Figure 0006906296
Figure 0006906296

即ち、第nフレット10nでn=0はナット6を意味するが、数3は、第nフレット10nとサドル8間の弦長lnは、n-1フレット10n-1の弦長ln-1に2のマイナス12分の1乗(0.94387)を乗じて得られることを意味している。このことは、図3に示すがごとく、ナット6と第1フレット間幅l0-l1を高さとし、開放弦長l0を底辺とした直角三角形を考慮して、高さを半径とした円と底辺との交点である第1フレット弦長l1から垂線を斜線に引くとき、その交点により新たに出来る直角三角形は元の三角形と相似であり、この高さを半径とした円と底辺との交点より第1フレット10と第2フレット102間の幅l1-l2が求められる。この操作を繰り返すことによりすべてのフレット位置が求められ、第12フレット1012の弦長が開放弦長の2分の1となる。数4で示した各フレット幅ln-ln+1は、各フレット長lnを18に近い17.8175で除することにより得られることからこのフレット設計方法は18ルールと呼ばれている。一般にフレット楽器のフレット位置はこのようにして決められている。 That is, in the nth fret 10 n , n = 0 means the nut 6, but in the equation 3, the string length l n between the nth fret 10 n and the saddle 8 is the string length of the n-1 fret 10 n-1 . It means that it is obtained by multiplying l n-1 by 2 minus 1/12 (0.94387). This is because, as shown in FIG. 3, the width between the nut 6 and the first fret l 0 -l 1 is taken as the height, and the height is taken as the radius in consideration of the right triangle with the open chord length l 0 as the base. When a perpendicular line is drawn diagonally from the first fret chord length l 1 which is the intersection of the circle and the base, the right triangle newly created by the intersection is similar to the original triangle, and the circle and the base with this height as the radius width l 1 -l 2 intersections than the first fret 10 1 and between the second fret 10 2 of the sought. By repeating this operation, all fret positions are obtained, and the string length of the 12th fret 10 12 becomes half of the open string length. This fret design method is called the 18 rule because each fret width l n -l n + 1 shown in Equation 4 is obtained by dividing each fret length l n by 17.8175, which is close to 18. .. Generally, the fret position of a fret instrument is determined in this way.

ところで、クラシックギターではナイロン弦が多く用いられるが、フォークギターやエレクトリックギター、特にエレクトリックギターではその発音原理から必然的にスチール弦が用いられる。ナイロン弦も含め、どのような弦も完全に柔軟ではなく少なからず剛性を有しており、その影響により基本振動周波数fは、弦長をlとするとき数5のように与えられる(非特許文献1)。 By the way, although nylon strings are often used in classical guitars, steel strings are inevitably used in folk guitars and electric guitars, especially electric guitars because of their sounding principle. All strings, including nylon strings, are not completely flexible and have considerable rigidity, and due to this effect, the fundamental vibration frequency f is given as the number 5 when the string length is l (non-patented). Document 1).

Figure 0006906296
ここで、Bは曲げ剛性による影響を表し、数6のように示される。
Figure 0006906296
ここで、π:円周率
E :ヤング率[N/m2
d :弦径[m]
である。
Figure 0006906296
Here, B represents the effect of flexural rigidity and is shown as in Equation 6.
Figure 0006906296
Where π: pi
E: Young's modulus [N / m 2 ]
d: String diameter [m]
Is.

したがって、例え開放弦については張力Tを調整して正しい振動周波数が与えられたとしても、剛性の影響は数5に示すように弦長により異なることから、数1より求められる振動周波数を想定して18ルールで設計されたフレット10ではいずれの振動周波数も平均律音階の周波数よりも高くなる。 Therefore, even if the tension T is adjusted for the open string and the correct vibration frequency is given, the effect of rigidity differs depending on the string length as shown in Equation 5, so the vibration frequency obtained from Equation 1 is assumed. In the fret 10 designed according to the 18 rules, all vibration frequencies are higher than the frequency of the average rhythm scale.

音楽分野では、周波数のズレを細かく表すにはセント値が用いられる。1オクターブは周波数の比率が2倍であり、半音は1オクターブを等比的に12分割したものである。周波数f0に対するfのセント値は、1200×log2(f/f0)と定義されるが、先の半音及び1オクターブの周波数比を考慮すると、半音は100セント、1オクターブは1200セントとなる。 In the music field, cents are used to express frequency deviations in detail. One octave has twice the frequency ratio, and a semitone is a geometric progression of one octave divided into twelve. The cent value of f with respect to the frequency f 0 is defined as 1200 x log 2 (f / f 0 ), but considering the frequency ratio of the previous semitone and one octave, the semitone is 100 cents and one octave is 1200 cents. Become.

図4は、エレクトリックギターでは最も細い弦に属するエクストラ・ライトゲージと呼ばれる弦を対象として、18ルールで設計されたフレット10について数5で表される剛性の影響をl→lnとして各フレットの数1に対する振動周波数のズレをセント値で計算したものである。太い弦ほど、また、高域のフレットほど振動周波数のズレが平均律音階に対して大きくなることが確認される。表1に弦の諸元を示しているが、スチール弦の場合,第3弦53,あるいは第4弦54から6弦56は,線密度を増やす目的で芯線にニッケルやステンレスの細い線を密に巻いた巻弦が用いられる。ここで用いた弦5では,第4弦54から6弦56が巻弦となっており、剛性の影響は芯線について考慮したことから、第3弦53より第4弦54の方が小さい値を示している。細い弦を対象にしたことから、それほど甚大な影響を与えるとは言えないが、開放弦以外のすべてのフレット10において平均律音階からのズレを与える要因となっていることを確認することが出来る。

Figure 0006906296
In Fig. 4, for the string called the extra light gauge, which belongs to the thinnest string in the electric guitar, the effect of the rigidity represented by the equation 5 for the fret 10 designed by the 18 rule is defined as l → l n for each fret. The deviation of the vibration frequency with respect to the number 1 is calculated by the cent value. It is confirmed that the thicker the string and the higher the fret, the larger the deviation of the vibration frequency with respect to the equal temperament scale. While indicating chord of specifications in Table 1, in the case of steel strings, third string 5 3 6 string 5 6 or the fourth string 5 4, is narrow with nickel and stainless steel core wire in order to increase the linear density A wound string with tightly wound wires is used. In the string 5 was used here, the fourth string 5 4-6 string 5 6 has become a Makitsuru, since the influence of the stiffness considering the core, who from the third string 3 of the fourth string 5 4 Indicates a small value. Since the target is a thin string, it cannot be said that it has a great influence, but it can be confirmed that it is a factor that causes a deviation from the equal temperament scale at all frets 10 except for the open string. ..
Figure 0006906296

次に、フレット10間で押弦することにより発生する現象について考慮する。図5は、ギターやエレクトリックギターの弦5の架設、フレット10における押弦による弦長の考え方を示したモデル図である。弦5は、開放弦において左側支持端に位置するペグ4により巻き取られることにより張力が発生する。このとき、弦5は、ナット6とサドル8間の開放弦長l以外の部分le = l1 + l2も引き延ばされ、弦径は減少し、これに伴い弦の断面積、線密度も若干小さくなる。指板9は押弦により振動部の弦5とフレット10との接触が無いように若干傾斜を持たせて設置されており、フレットを押さえたときに振動周波数を決定する弦長lnは、水平状態で数1により決定される値とは、微小な差ではあるものの、明らかに異なるものとなる。 Next, the phenomenon generated by pressing the strings between the frets 10 will be considered. FIG. 5 is a model diagram showing the concept of string length by erection of strings 5 of a guitar or an electric guitar and pressing strings at frets 10. Tension is generated by winding the string 5 by a peg 4 located at the left support end of the open string. At this time, in the string 5, the portion l e = l 1 + l 2 other than the open string length l between the nut 6 and the saddle 8 is also stretched, the string diameter is reduced, and the cross-sectional area and line of the string are reduced accordingly. The density is also slightly lower. The fingerboard 9 is installed with a slight inclination so that the string 5 of the vibrating part does not come into contact with the fret 10 due to the string pressing, and the string length l n that determines the vibration frequency when the fret is pressed is horizontal. Although it is a slight difference, it is clearly different from the value determined by Equation 1 in the state.

図6は、開放弦においてペグ4で張力を調整後、18ルールで決定された各フレット位置で押弦した場合に、数5より求められる振動周波数の平均律音階からのズレをセント値で求めたものであり、弦径が大きい弦ほど、高域フレットになるほど大きくなることが確認される。なお、弦高は、市販のエレクトリックギターの実測値を参考として、図7のように設定している。 In FIG. 6, after adjusting the tension with the peg 4 on the open string, when the string is pressed at each fret position determined by the 18 rule, the deviation of the vibration frequency obtained from Equation 5 from the equal temperament scale is obtained by the cent value. It is confirmed that the larger the string diameter, the larger the high frequency fret. The string height is set as shown in FIG. 7 with reference to the actually measured value of a commercially available electric guitar.

このような18ルールがもたらす不具合は、楽器業界では既知のことであり、アコースティックギターでは図2に示すようにサドル108を斜めに設置して、弦径が大きい低音弦ほど弦長が長くなるように工夫されている。また、エレクトリックギターでは、図8のブリッジの拡大図に示すように弦5毎にサドル8の位置が調整できるように考慮されている。これらサドル8の位置は、第12フレット1012での音階が開放弦の振動周波数より1オクターブ高くなることを根拠に決定される。即ち、数5、図6で示したように、弦5の長さが短く弦径が太いほど剛性の影響が強いために高くなってしまう振動周波数を、第12フレット1012押弦時の弦長を伸ばすことにより補正している。 The problems caused by these 18 rules are known in the musical instrument industry, and in acoustic guitars, the saddle 108 is installed diagonally as shown in Fig. 2, so that the bass string with a larger string diameter has a longer string length. Is devised. Further, in the electric guitar, the position of the saddle 8 can be adjusted for each string 5 as shown in the enlarged view of the bridge in FIG. The positions of these saddles 8 are determined on the basis that the scale at the 12th fret 10 12 is one octave higher than the vibration frequency of the open string. That is, as shown in Equation 5 and FIG. 6, the vibration frequency that increases as the length of the string 5 is shorter and the string diameter is larger because the influence of rigidity is stronger is set to the string length when the 12th fret 10 12 is pressed. Is corrected by stretching.

上記の補正はオクターブ調整と呼ばれ、サドル8の移動による第12フレット1012での振動周波数の調整と、その結果生じる開放弦の振動周波数の変化を補正するためのペグ4による張力の調整とを繰り返し行う必要がある。図9は18ルールで設計されたエレクトリックギターの第1,3,5弦51、53、55について1回のオクターブ調整を行ったときの振動周波数を測定し、平均律音階とのズレを求めた例である。未だ第12フレット1012で完全に0セントにならず調整の甘さはあるが、図6と比較するとき、低域、特に1〜7フレット101〜107では殆ど改善されておらずむしろ想定以上のズレを生じており、高域フレットでは周波数が低くなるズレを発生している。開放弦と第12フレット1012においては所望の平均律音階に調音されたとしても、それ以外のフレット10において、音楽的にも看過できないほどのズレを見せていることが確認される。 The above correction is called octave adjustment, which is the adjustment of the vibration frequency at the 12th fret 10 12 due to the movement of the saddle 8 and the adjustment of the tension by the peg 4 to correct the change in the vibration frequency of the open string that occurs as a result. Need to be repeated. Fig. 9 measures the vibration frequency of the electric guitar designed according to the 18 rules when the first , third , and fifth strings 5 1, 5, 3, and 5 are adjusted once, and deviates from the equal temperament scale. This is an example of finding. The 12th fret 10 12 is still not completely 0 cents and there is a sweetness of adjustment, but when compared with FIG. 6, there is almost no improvement in the low frequency range, especially in the 1st to 7th frets 10 1 to 10 7. The deviation is larger than expected, and the frequency becomes lower at the high frets. It is confirmed that even if the open strings and the 12th fret 10 12 are tuned to the desired equal temperament scale, the other frets 10 show a musical deviation that cannot be overlooked.

結果として、18ルールで設計されたフレット10では、オクターブ調整を行った場合でも、特に低域フレット、また第20フレット1020以上の高域フレットにおける振動周波数は、平均律音階との相当なズレを残したままである。このような事実に関係して、米国特許5,404,783号明細書(特許文献1)では、アコースティックギターについてサドルの位置を弦毎に調整できるブリッジを提案しており、また、18ルールで設計した第1フレット101とナット6の幅を3.3%狭くすることにより改善できることを提唱している。また、米国特許5,814,745号明細書(特許文献2)では、アコースティックギターのナイロン弦については3.3%、エレクトリックギターや第3弦が巻弦でないライトゲージの弦では2.1%、アコースティックのスチール弦やベースギター、ヘビーゲージの弦については1.4%の補正が適するとしている。但し、フレット10は直線形状のものが用いられており、特質の異なる各弦がフレット10の平行移動により一様に補正されるとは考え難い。 As a result, with the frets 10 designed according to the 18 rules, the vibration frequencies at the low frets and the high frets above the 20th fret 10 20 are considerably different from the equal temperament scale, even when the octave is adjusted. It remains. In connection with this fact, U.S. Pat. No. 5,404,783 (Patent Document 1) proposes a bridge that can adjust the saddle position for each string in an acoustic guitar, and has 18 rules. advocates can be improved by 3.3% the width of the first fret 10 1 and the nut 6 narrowed designed. Further, in US Pat. No. 5,814,745 (Patent Document 2), 3.3% is used for nylon strings of acoustic guitars, and 2.1% is used for electric guitars and light gauge strings whose third strings are not wound strings. , 1.4% correction is suitable for acoustic steel strings, bass guitars, and heavy gauge strings. However, since the fret 10 has a linear shape, it is unlikely that each string having different characteristics is uniformly corrected by the translation of the fret 10.

米国特許6,156,962号明細書(特許文献3)及び米国特許6,433,264号明細書(特許文献4)では、ナット6と第1フレット101を狭くする補正を各弦に施すためのナットを提案している。また特開2005−275340号明細書(特許文献5)では、剛性と押弦による弦5の伸びを考慮し、各弦の補正を行う補助具を提案している。これらの案件も、第1フレット101に対する補正が主体であり、全弦5、全フレット10に対して改善されるものではない。 Subjecting the U.S. Patent 6,156,962 Pat (Patent Document 3) and U.S. Patent 6,433,264 Pat (Patent Document 4), a correction to narrow the nut 6 a first fret 10 1 to each string We are proposing a nut for this. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-275340 (Patent Document 5) proposes an auxiliary tool for correcting each string in consideration of rigidity and elongation of the string 5 due to string pressing. These matters also have correction for first fret 10 1 are mainly whole string 5, not to be improved for all fret 10.

既述のように、ギターに使用される弦は、第1弦51から第6弦56に向かって太くなり、第3弦53、もしくは第4弦54から第6弦56では巻弦が用いられているが、数5、6に示す特質を考慮して設計されているわけではない。そこで、弦毎にサドル8を調整してオクターブ調整を実施し、開放弦と12フレット1012の振動周波数を平均律音階に一致させることが出来たとしても、図9に示したように弦5の特質により振動周波数のズレは異なり、一様な直線形状のフレット10による正確な調音の実現は不可能である。従って、特許文献1〜5の主張は、主に低音弦の低次フレットの音程のズレを補正することは確かと思われるが、いずれの提案も18ルールに基づいて設計されたフレット10を基本に置いており、各弦5、各フレット10の細かな音程については未だ誤差が存在していることは明白である。 As described above, the string used in the guitar is made thicker toward the first string 5 1 to the sixth string 5 6, in the third string 3 or the fourth string 5 4, 6 string 5 6 Although wound strings are used, they are not designed in consideration of the characteristics shown in Equations 5 and 6. Therefore, even if the saddle 8 is adjusted for each string and the octave is adjusted so that the vibration frequencies of the open string and the 12th fret 10 12 can be matched to the equal temperament scale, the string 5 is as shown in FIG. The deviation of the vibration frequency differs depending on the characteristics of the above, and it is impossible to realize accurate tuning by the fret 10 having a uniform linear shape. Therefore, it seems certain that the claims of Patent Documents 1 to 5 mainly correct the pitch deviation of the lower frets of the bass strings, but all the proposals are based on the frets 10 designed based on the 18 rules. It is clear that there is still an error in the fine pitch of each string 5 and each fret 10.

以上の考察に基づけば、フレット弦楽器のフレット10は曲線形状にならざるを得ないが、特表2009−532737号公報(特許文献6)では、各弦、各フレットの位置を個別に決定しそれらを繋ぎ合わせた階段状の曲線のフレットを開発している。弦の直下では弦と垂直に接触するように考慮されており正しい調音が期待されるが、理論的に求められているものではなく、押弦位置が開放弦直下から大きくずれるチョーキングやヴィブラート演奏には大きな弊害となる。 Based on the above considerations, the fret 10 of a fret stringed instrument must have a curved shape, but in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-532737 (Patent Document 6), the positions of each string and each fret are individually determined and they are used. We are developing a stepped curved fret that connects the two. Correct tuning is expected because it is considered to be in vertical contact with the strings directly under the strings, but this is not theoretically required, and for choking and vibrato performances where the pressed string position deviates significantly from directly below the open strings. It will be a big detriment.

剛性と押弦の影響に加え、エレクトリックギターではピックアップ11の磁気吸引力の動的成分の係数である負スチフネスSn[N/m]の影響も存在する。弦長をl [m]、張力をT[N]、線密度をσ [Kg/m]としてc=(T/σ)1/2 [m/sec]とすると、サドル8より位置a[m]に負スチフネスSnが作用するときの振動周波数f[Hz]は、角振動周波数をω=2πf [rad/sec]として、数7を満たすものとなる(非特許文献2)。 In addition to the effects of rigidity and string pressing, there is also the effect of negative stiffness S n [N / m], which is a coefficient of the dynamic component of the magnetic attraction of the pickup 11 in electric guitars. Assuming that the chord length is l [m], the tension is T [N], the linear density is σ [Kg / m], and c = (T / σ) 1/2 [m / sec], the position a [m] from the saddle 8. ], The vibration frequency f [Hz] when the negative stiffness S n acts satisfies the equation 7 with the angular vibration frequency ω = 2πf [rad / sec] (Non-Patent Document 2).

Figure 0006906296
この解は、正弦関数が周期関数であることから、無限の周波数モードが存在する結果となる。剛性の無い柔軟な理想的な弦5では高次の振動周波数は倍音関係にあるが、剛性が存在することにより高次の成分は非調和性を生じる。このような高次成分は部分音と呼ばれ、楽音としての大きな特質となる。数7で示した負スチフネスの影響も、同様に非調和性を発生させ、楽音としての特徴を形成するが、調音の対象である基本振動周波数は、ピックアップ11の位置や弦5の特質に応じて低下する。
Figure 0006906296
This solution results in the existence of infinite frequency modes because the sine function is a periodic function. In an ideal string 5 that is flexible and has no rigidity, the higher-order vibration frequencies have a harmonic relationship, but the presence of rigidity causes anharmonicity in the higher-order components. Such higher-order components are called partial sounds, and are a major characteristic of musical sounds. The effect of negative stiffness shown in Equation 7 also causes anharmonicity and forms a characteristic as a musical tone, but the basic vibration frequency to be tuned depends on the position of the pickup 11 and the characteristics of the string 5. Decreases.

図10は、表1に示した弦5を対象として、負スチフネス2 [N/m]がサドル8から弦長の4分の1の位置aに作用した場合の各フレット10の基本振動周波数の変化を求めたものである。振動弦長が長く、負スチフネスの作用点が振動弦長に対して中心に近いほど振動周波数の低下が大きく、また弦径や張力等に関係するが、ここでは第2弦への影響が最も強いことが確認される。複数の負スチフネスが存在する場合、振動周波数のズレをセント値で考慮する時、近似的に各ズレのセント値を加え合わせた値として得られることが調べられている(非特許文献3)。従って、複数のピックアップ11(111〜113)が存在する場合、振動周波数の低下は看過できない大きさとなる。 FIG. 10 shows the fundamental vibration frequencies of the fret 10 when the negative stiffness 2 [N / m] acts on the position a, which is a quarter of the chord length, from the saddle 8 for the chord 5 shown in Table 1. It seeks change. The longer the vibrating string length and the closer the point of action of negative stiffness to the center of the vibrating string length, the greater the decrease in the vibration frequency, and it is related to the chord diameter and tension, but here the effect on the second string is the greatest. Confirmed to be strong. It has been investigated that when a plurality of negative stiffnesses are present, when the deviation of the vibration frequency is considered by the cent value, it is obtained as a value obtained by approximately adding the cent values of each deviation (Non-Patent Document 3). Therefore, when a plurality of pick-up 11 (11 1 to 11 3) are present, reduction of the vibration frequency is too large to be overlooked.

以上のように現状のフレット10の設計では、各フレット10での周波数誤差が必然的に生じることから、平均律音階に基づく厳密な楽音を得るためには、剛性や押弦、複数の負スチフネスの影響を理論的かつ総合的に考慮した設計が必要である。 As described above, in the current fret 10 design, a frequency error in each fret 10 is inevitably generated. Therefore, in order to obtain a strict musical tone based on the equal temperament scale, rigidity, string pressing, and multiple negative stiffnesses are required. A design that considers the effects theoretically and comprehensively is required.

米国特許5,404,783号明細書U.S. Pat. No. 5,404,783 米国特許5,814,745号明細書U.S. Pat. No. 5,814,745 米国特許6,156,962号明細書U.S. Pat. No. 6,156,962 米国特許6,433,264号明細書U.S. Pat. No. 6,433,264 特開2005−275340号明細書JP-A-2005-275340 特表2009−532737号公報Special Table 2009-532737 Gazette

H. Fletcher、米国音響学会論文誌36巻1号、p.203〜209H. Fletcher, Journal of the Acoustical Society of Japan, Vol. 36, No. 1, p. 203-209 原囿正博、他、日本音響学会論文誌36巻12号、p.615〜623Masahiro Hara, et al., Journal of Acoustical Society of Japan, Vol. 36, No. 12, p. 615-623 原囿正博、日本音響学会論文誌44巻3号、p.187〜193Masahiro Hara, Journal of the Acoustical Society of Japan, Vol. 44, No. 3, p. 187-193

現状のフレット弦楽器において平均律音階とのズレが発生する原因である弦の剛性や押弦の影響、さらにエレクトリックギターでは電磁型ピックアップの負スチフネスの影響について、弦径や線密度等の弦の諸元にも変化が発生することを加味した上で、理論的かつ総合的に考慮してサドルとフレット間の弦長を変数として定式化し、十二平均律音階に調音されるフレット位置を決定する数値計算プログラムの作成と数値計算によりフレット楽器の指板上のすべてのフレット位置、形状の設計・製作を行う。 String specifications such as string diameter and wire density regarding the effects of string rigidity and string pressing, which are the causes of deviations from the average rhythm scale in current fret string instruments, and the effects of negative stiffness of electromagnetic pickups on electric guitars. A numerical value that determines the fret position to be tuned to the twelve average rhythm scale by formulating the string length between the saddle and the fret as a variable, taking into account that changes will also occur. Design and manufacture all fret positions and shapes on the fingerboard of fret instruments by creating a calculation program and performing numerical calculations.

課題解決のフローを図11に示している。まず、ナット6とサドル8間に架設した開放弦長に加え、図5に示したヘッド3部のペグ4間とナット6及びブリッジ7部のサドル8から弦の固定部間の弦長も加えて全弦長とした調音を理論的に考慮する。即ち、全弦長に対して、ペグ4により弦が巻き取られ、弦5には、その弾性係数に応じて張力が発生する。このとき、微小ながら弦5の直径、従って断面積、線密度も変化するが、これらを考慮した上で、弦の巻き取りにより与えられた張力と剛性の影響を受けた弦5の振動周波数を満たす張力とを等しくおくことにより、巻き取り長を変数とした方程式を構築、巻き取り長を算出する。次に、諸元を新たにして、各フレット10で押弦された場合、弦に伸びが発生しさらに諸元に変化が生じることを加味した上で、対象フレットの振動周波数が平均律音階のものと等しくなる条件の下に、サドル8から各フレット間長を変数とした方程式を構築する。方程式は、数値計算プログラムを作成して解法する。さらに、エレクトリックギターなど、電磁型ピックアップが存在する楽器では、その負スチフネスは弦の振動周波数をその作用点に応じて低下させることから、予め張力を強めて振動周波数の低下分を高めておくことにより補償するものとし、同時に発生する諸元の変化を考慮して各弦のサドル8からの各フレット間長を変数とした方程式を数値計算により再度解法して各フレット位置を算出する。 The flow of problem solving is shown in FIG. First, in addition to the open string length erected between the nut 6 and the saddle 8, the string length between the pegs 4 of the head 3 and the saddle 8 of the nut 6 and the bridge 7 and the fixed part of the string shown in FIG. 5 is also added. The tuning with all string lengths is theoretically considered. That is, the peg 4 winds the string with respect to the total string length, and tension is generated in the string 5 according to its elastic modulus. At this time, the diameter of the string 5, therefore the cross-sectional area and the linear density, change, albeit minutely, but taking these into consideration, the vibration frequency of the string 5 affected by the tension and rigidity given by the winding of the string By making the tension to be satisfied equal, an equation with the take-up length as a variable is constructed and the take-up length is calculated. Next, when the specifications are renewed and the strings are pressed on each fret 10, the vibration frequency of the target fret is equal temperament scale, taking into account that the strings are stretched and the specifications are further changed. Under the condition that is equal to, an equation is constructed from the saddle 8 with the length between each fret as a variable. The equation is solved by creating a numerical calculation program. Furthermore, in an instrument such as an electric guitar that has an electromagnetic pickup, its negative stiffness reduces the vibration frequency of the strings according to the point of action, so the tension should be increased in advance to increase the decrease in the vibration frequency. The position of each fret is calculated by resolving the equation with the length between the frets from the saddle 8 of each string as a variable by numerical calculation in consideration of the changes in the specifications that occur at the same time.

即ち、ナット6とサドル8の開放弦長l0[m]に対して外部弦長の合計をle[m]、弦径をd[m]、弦の断面積をS[m2]とすると、巻き取り長dl[m]による張力T[N]の発生は次の関係で与えられる。 That is, for the open string length l 0 [m] of the nut 6 and saddle 8, the total external string length is l e [m], the string diameter is d [m], and the cross-sectional area of the string is S [m 2 ]. Then, the generation of tension T [N] due to the winding length dl [m] is given by the following relationship.

Figure 0006906296
また、振動周波数を与える数5、6より、開放弦において張力は次の数9を満たさねばならない。
Figure 0006906296
Figure 0006906296
Further, from the numbers 5 and 6 that give the vibration frequency, the tension of the open string must satisfy the following number 9.
Figure 0006906296

初期弦径をd0[m]、初期断面積をS0[m2]、線密度を芯線分σ0[Kg/m]と巻弦分σe[Kg/m]とに分けて考慮するとき、開放弦長における弦の伸び(巻き取り長) dl [m]は、弦径及び断面積、線密度の変化を考慮した数8及び数9を等しく置いて得られる次の数10を解くことにより算出される。 The initial chord diameter is d 0 [m], the initial cross-sectional area is S 0 [m 2 ], and the linear density is divided into the core wire σ 0 [Kg / m] and the wound chord σ e [Kg / m]. When, the extension of the string at the open string length (winding length) dl [M] is calculated by solving the following equation 10 obtained by placing the equations 8 and 9 in consideration of the changes in the chord diameter, the cross-sectional area, and the linear density.

Figure 0006906296
但し、lt =l0 +leとした。
Figure 0006906296
However, l t = l 0 + l e .

各弦5、各フレット10の設計にあたり、開放弦の振動周波数及びフレット10からの弦高hn[m]が設定された後、押弦による張力の増加を考慮してサドル8とフレット10間の振動弦長ln[m]を決定する。nフレット10nとナット6間の長さld[m]は、数11のごとく与えられ、lnは、数12を満たす値として数値計算により算出する。 In designing each string 5 and each fret 10, after the vibration frequency of the open string and the string height h n [m] from the fret 10 are set, the tension between the saddle 8 and the fret 10 is taken into consideration in consideration of the increase in tension due to the string pressing. Determine the vibrating string length l n [m]. The length l d [m] between the n fret 10 n and the nut 6 is given as in equation 11, and l n is calculated numerically as a value satisfying equation 12.

Figure 0006906296
Figure 0006906296
ここでla[m]は、先に求めた弦の巻き取り長をdlとして、次式で与えられる押弦時の全弦長を示す。
Figure 0006906296
Figure 0006906296
Figure 0006906296
Here l a [m] is the winding length of the string previously obtained as dl, indicating the total chord length at the depressed given by the following equation.
Figure 0006906296

電磁型ピックアップを有するギターについては、その負スチフネスによる影響を補償する。なお、数7で示した負スチフネスの影響は、通常使用されるピックアップ11では、2πσc2>>sn(l−a)と考えられ、基本1次モードの振動周波数の低下分Δfは、次式で近似できる。

Figure 0006906296
まず、開放弦において数7、あるいは数14より負スチフネスによる周波数の低下を求め、平均律音階の周波数に合わせるための張力、これに基づき変化する諸元も新たに設定する。次に、先に求められたフレット位置について、作用点aに応じて各弦5、フレット10毎に負スチフネスの影響により低下する周波数を算出する。そして、複数の負スチフネスによる変化分を求め、それを補償するように振動周波数を予め高めに設定し、押弦の影響を考慮して改めて数12を解法することによりフレット位置を算出する。このとき、厳密に言及すれば、負スチフネスの影響を考慮する前後でフレット位置は若干異なるが、その差は各フレット10での振動長lに対しては極めて微小であり、数7、14及び図10等を考慮する時、負スチフネスの影響による周波数の変化Δfは、殆ど同一であると考えることができる。 For guitars with electromagnetic pickups, the effect of their negative stiffness is compensated. Incidentally, the influence of the negative stiffness indicated by the number 7, the pickup 11 is normally used, considered 2πσc 2 >> s n (l- a), the decrease amount Δf of the oscillation frequency of the fundamental first-order mode, the following It can be approximated by an equation.
Figure 0006906296
First, the frequency drop due to negative stiffness is obtained from the number 7 or number 14 in the open string, and the tension for adjusting to the frequency of the equal temperament scale and the specifications that change based on this are newly set. Next, with respect to the previously obtained fret position, the frequency that decreases due to the influence of negative stiffness is calculated for each string 5 and fret 10 according to the point of action a. Then, the fret position is calculated by obtaining the change due to a plurality of negative stiffness, setting the vibration frequency higher in advance to compensate for it, and solving the equation 12 again in consideration of the influence of the string pressing. At this time, strictly speaking, the fret positions are slightly different before and after considering the influence of negative stiffness, but the difference is extremely small with respect to the vibration length l at each fret 10, and the numbers 7, 14 and When considering FIG. 10 and the like, it can be considered that the frequency changes Δf due to the influence of negative stiffness are almost the same.

図12に本発明の実施例の一つを示している。求められる各弦5の各フレット位置ln は、あくまでもサドル208からの弦長を与えるものであるが、本例はナット206及びサドル208をあえて直線形状に設定したものであり、任意フレット210の第1弦から6弦のフレット位置l1〜l6を結ぶ線分は必ずしも滑らかな曲線とはならない。その場合、演奏の簡便さを考慮し、各弦のフレット210を図12に示すように、滑らかな曲線に近似する。結果として、曲線に沿わない弦では、若干の誤差を発生することになるが、任意のフレット210を直線形状に設定することなどによりこの問題は改善される。 FIG. 12 shows one of the examples of the present invention. The required fret position l n of each string 5 gives the chord length from the saddle 208 to the last, but in this example, the nut 206 and the saddle 208 are intentionally set in a linear shape, and the arbitrary fret 210 line connecting the fret position l 1 to l 6 6-string from the first string is not always smooth curve. In that case, in consideration of the convenience of playing, the frets 210 of each string are approximated to a smooth curve as shown in FIG. As a result, a string that does not follow the curve will cause a slight error, but this problem can be improved by setting an arbitrary fret 210 to a linear shape.

図13に実施例2として、第7フレット3107を直線形状に設定した場合のナット306、サドル308を含む各フレット310の設計例を示している。第7フレット3107近辺のフレットも殆ど直線形状に近いが、各弦のナット位置及びサドル308の位置は直線上にはなく、第1フレット3101など低域及び高域のフレットほど曲率が大きい曲線形状となっている。これらナット306やサドル308、各フレット310の微妙な変化を確認するために、指板を中心とした拡大図を図14に示している。なお、ナット306は、窪みを付けて架設される弦を支持する振動端であり、機構上の必要性から階段状としている。 FIG. 13 shows a design example of each fret 310 including the nut 306 and the saddle 308 when the seventh fret 310 7 is set to a linear shape as the second embodiment. The fret near the 7th fret 310 7 is almost straight, but the nut position and saddle 308 position of each string are not on a straight line, and the lower and higher frets such as the 1st fret 310 1 have a larger curvature. It has a curved shape. In order to confirm subtle changes in the nuts 306, saddle 308, and frets 310, an enlarged view centering on the fingerboard is shown in FIG. The nut 306 is a vibrating end that supports a string erected with a recess, and has a stepped shape due to mechanical necessity.

本発明により設計された指板上の各弦のフレット310は、いずれも平均律音階に限りなく等しい音程を構成することができる。フレット310は曲率の小さい曲線形状となるが、任意のnフレット310nを直線形状に設定した設計も可能である。その場合近辺の数フレットも殆ど直線形状に近い形状となり、演奏上の不都合も発生しない。何より、低域フレット及び高域フレットで聴感上も感知できるような周波数のズレを完全になくすことが出来る。また、平均律音階に一致する完全な調音が可能であることから、これを基準として、例えばピアノで望まれる調律曲線(Sカーブ)のような高域周波数は高めに、低域周波数は低めに設定するというようなアレンジを加えたフレット310等も容易に設計することが可能である。 The frets 310 of each string on the fingerboard designed by the present invention can all form a pitch that is infinitely equal to the equal temperament scale. The fret 310 has a curved shape with a small curvature, but an arbitrary n fret 310 n can be set to a linear shape. In that case, the number of frets in the vicinity also becomes a shape close to a linear shape, and no inconvenience in performance occurs. Above all, it is possible to completely eliminate the frequency deviation that can be perceived by the low frequency fret and the high frequency fret. In addition, since it is possible to perform perfect tuning that matches the equal temperament scale, the high frequency such as the tuning curve (S curve) desired for a piano is set higher, and the low frequency is set lower, based on this. It is possible to easily design a fret 310 or the like with an arrangement such as setting.

図15は、プロトタイプのネック302を作成し、第3弦についての各フレット310の振動周波数の測定値を市販ギターのものと比較して示したものである。プロトタイプは、手作りによるため製作精度には未だ問題があるが、全フレット310にわたり周波数偏差が大きく改善されており本発明の効果を確認することができる。 FIG. 15 shows a prototype neck 302 created and the measured vibration frequency of each fret 310 for the third string compared to that of a commercial guitar. Since the prototype is handmade, there is still a problem in manufacturing accuracy, but the frequency deviation is greatly improved over all frets 310, and the effect of the present invention can be confirmed.

図1は、市販されている一般的なエレクトリックギターの斜視図であり、構造の概略と各部の構成要素を示すものである。FIG. 1 is a perspective view of a general electric guitar on the market, showing an outline of the structure and components of each part. 図2は、アコースティックギターのボディ101部を示した例である。響板116やサウンドホール115、特に剛性の影響や押弦による振動周波数のズレの補正を考慮したサドル108のソリッドギターとの差異を示している。FIG. 2 is an example showing 101 parts of the body of an acoustic guitar. It shows the difference from the sound board 116 and the sound hole 115, especially the solid guitar of the saddle 108 in consideration of the influence of rigidity and the correction of the deviation of the vibration frequency due to the string pressing. 図3は、18ルールと呼ばれるフレット位置を図式的に設計する考え方を示したものである。FIG. 3 shows the concept of graphically designing the fret position called the 18 rule. 図4は、18ルールに基づいて設計されたフレット10の場合、剛性の影響により高域フレットになるほど振動周波数が平均律音階に対して高い方にずれることをセント値で示した図である。FIG. 4 is a diagram showing in cents that in the case of the fret 10 designed based on the 18 rule, the vibration frequency shifts higher with respect to the equal temperament scale as the fret becomes higher in frequency due to the influence of rigidity. 図5は、総弦長や指板9の配置関係を示したフレット弦楽器の解析用のモデル図である。ナット6とサドル8間の開放弦長下に置かれたフレット10で刻まれた指板9は、弦5とフレット10が接触しないように弦5に対して斜めになっている。エレクトリックギターでは、サドル8に近い側に複数の電磁型ピックアップ11が置かれる。弦5の巻き取りによる延びを考える場合、ナット6とサドル8間の開放弦長に加え、ブリッジ7側及びナット6側の余分長も考慮する必要がある。FIG. 5 is a model diagram for analysis of a fret stringed instrument showing the total string length and the arrangement relationship of the fingerboard 9. The fingerboard 9 carved with the frets 10 placed under the open string length between the nut 6 and the saddle 8 is slanted with respect to the strings 5 so that the strings 5 and the frets 10 do not come into contact with each other. In an electric guitar, a plurality of electromagnetic pickups 11 are placed on the side close to the saddle 8. When considering the extension due to the winding of the string 5, it is necessary to consider the extra lengths on the bridge 7 side and the nut 6 side in addition to the open string length between the nut 6 and the saddle 8. 図6は、18ルールにより配置されたフレット10のままで各弦5、フレット10で押弦した場合の振動周波数の平均律音階に対してのズレをセント値で示したものである。第12フレット1012におけるオクターブ調整が行われない場合、高域フレットにおける周波数のズレは低音弦ほど顕著に生じることが理解される。弦長を初期値のままで計算しているがオクターブ調整が行われた場合、サドル8により振動部の弦長を伸ばし、第12フレット1012で0セントと置くことにより周波数のズレは改善されるが、以下の図9に示すように、開放弦音及び第12フレット1012音以外では、完全に改善されるわけではない。FIG. 6 shows the deviation of the vibration frequency with respect to the equal temperament scale when the fret 10 arranged according to the 18 rule is pressed on each string 5 and the fret 10 as a cent value. It is understood that if the octave adjustment at the 12th fret 10 12 is not performed, the frequency shift at the high fret becomes more remarkable in the bass string. If the chord length is calculated with the initial value, but the octave is adjusted, the frequency shift is improved by extending the chord length of the vibrating part with the saddle 8 and setting it to 0 cents at the 12th fret 10 12. However, as shown in FIG. 9 below, it is not completely improved except for the open string sound and the 12th fret 10 12 sound. 図7は、市販のエレクトリックの弦高を測定して回帰曲線として与えた弦高である。FIG. 7 is a string height obtained by measuring the string height of a commercially available electric guitar and giving it as a regression curve. 図8は、エレクトリックギター等で用いられるサドル8の例である。各弦5のオクターブ調整において、剛性の影響や押弦による振動周波数のズレを補正するために弦長が調整される。FIG. 8 is an example of a saddle 8 used in an electric guitar or the like. In the octave adjustment of each string 5, the string length is adjusted in order to correct the influence of rigidity and the deviation of the vibration frequency due to the pressing of the string. 図9は、市販のギターを対象として、第2弦52及び5弦55についてオクターブ調整を行った時の平均律音階からの振動周波数のズレをセント値で示したものである。9, as a target commercial guitar, in which the deviation of the oscillation frequency from the equal temperament scale when performing the octave adjustment for the second string 5 2 and 5-string 5 5 shown in cent value. 図10は、2[N/m]の値の負スチフネスがサドル8から弦長の4分の一の位置に作用した場合に各弦に発生する基本周波数の変化をセント値で示したものである。高域フレットにおいては、フレット10とサドル8間の弦長が短くなると共に、負スチフネスの作用位置が支持点に近くなることから、その影響が少なくなることを示している。FIG. 10 shows the change in the fundamental frequency that occurs in each string when the negative stiffness of the value of 2 [N / m] acts from the saddle 8 to the position of a quarter of the string length in cents. be. In the high frequency fret, the chord length between the fret 10 and the saddle 8 is shortened, and the action position of the negative stiffness is close to the support point, which indicates that the influence is reduced. 図11は、本発明の課題を解決する過程及びプログラムのフローチャートを示している。FIG. 11 shows a flowchart of a process and a program for solving the problems of the present invention. 図12は、本発明の実施例の一つであり、ナット206とサドル208を直線形状に設定した場合の各フレット形状を示している。FIG. 12 is one of the embodiments of the present invention, and shows each fret shape when the nut 206 and the saddle 208 are set to a linear shape. 図13は、本発明の実施例の一つであり、第7フレット3107を直線形状に設定した場合の各フレット形状を示している。FIG. 13 is one of the embodiments of the present invention, and shows each fret shape when the seventh fret 310 7 is set to a linear shape. 図14は、本発明の実施例の一つである図13の、ナットから第7フレット3107、第15〜21フレット31015〜31021、サドル308部分を拡大して示したものである。 FIG. 14 is an enlarged view of the 7th fret 310 7 , the 15th to 21st frets 310 15 to 310 21, and the saddle 308 portion of FIG. 13, which is one of the embodiments of the present invention. 図15は、本発明の効果を確認するためにプロトタイプを作成し、第3弦53について18ルールで設計されたフレット10と本発明によるフレット310の周波数偏差を測定したものである。手作りのため、製作精度には未だ問題があるようであるが、全フレット310にわたり、周波数偏差が大きく改善されたことが確認できる。Figure 15 is a prototype in order to confirm the effect of the present invention is obtained by measuring the frequency deviation of the frets 310 according to the invention the frets 10 designed by the third string 3 for 18 rules. Since it is handmade, it seems that there is still a problem with the manufacturing accuracy, but it can be confirmed that the frequency deviation has been greatly improved over all frets 310.

図12は、各弦の開放弦長を等しくl0=0.6477mと置き、ナット206とサドル208を直線形状としたときの各フレット形状を示した実施例である。各フレット210はすべて曲線形状となり、特に5,6弦55,56の低域弦での曲率が大きくなっている。表2に本例で求められた各弦5の各フレット幅を示す。ナット206と第1フレット2101の幅は、18ルールでは36.353mmであるが、本発明では第1弦51で35.64mm、第6弦56では33.895mmであり第6弦56の方が1.745mm狭い結果となっている。このように弦の特質により補正は異なり、18ルールに対する補正比率は、第6弦56の第1フレット2101では6.761%と最も大きく、次に第5弦55の第1フレット2101、第6弦56の第2フレット2102、第4弦54の第1フレット2101の順となっており、4.967%、4.372%、3.589%、3.28%となっている。また、第2フレット2102までは全弦について、第3フレット2103では第3弦53から6弦56、第4フレット2104では第6弦56のみが補正比率1%以上となっている。第5フレット2105以上では、逆にフレット幅を広げている所も存在し、いくつかのフレット210で1%強の値の補正値を示すがそれ以外ではフレット幅1%以下の増減となっている。

Figure 0006906296
FIG. 12 is an example showing each fret shape when the open string length of each string is set to be equal to l 0 = 0.6477 m and the nut 206 and the saddle 208 are linearly shaped. Each fret 210 has a curved shape, and the curvature of the low-frequency strings of the 5th , 6th , 5th, and 5th strings is particularly large. Table 2 shows each fret width of each string 5 obtained in this example. Nut 206 and the first fret 210 first width, in the 18 rules are 36.353Mm, in the present invention 35.64mm in the first string 5 1 a the sixth string 5 6 33.895Mm sixth string 5 The result of 6 is 1.745 mm narrower. Thus corrected by characteristics of the strings are different, the correction ratio 18 rules, sixth string 5 6 first fret 210 largest and 1, 6.761% of the next fifth string 5 5 first fret 210 1, second fret 210 2 of the sixth string 5 6, has a fourth string 5 4 of the first fret 210 1 forward, 4.967%, 4.372%, 3.589%, 3.28 It is%. Also, until the second fret 210 2 for all the strings, a third fret in 210 3 third string 3 from 6-string 5 6, fourth fret 210, 4 only the sixth string 5 6 correction ratio of 1% or more ing. On the 5th fret 210 5 and above, on the contrary, there are places where the fret width is widened, and some frets 210 show a correction value of a little over 1%, but in other cases, the fret width increases or decreases by 1% or less. ing.
Figure 0006906296

ナット206及びサドル208を直線形状とした実施例1では、すべてのフレット210が曲線形状をなしていることが明確に分かるが、調音は完全であったとしても、演奏上好ましいとは限らない。そこで、図13に実施例2として、実施例1で求めたナット及び各フレット間の幅を変えること無く、第7フレット3107を直線形状としてナット306及びサドル308を含めて各フレット310を設定し直したものである。従って、各フレット間幅は実施例1と同一である。本例は第7フレット3107を直線形状としているが、いずれのフレット310を直線形状とすることが可能である。また、理論的な解析を基に進めることから、弦5の種類や弦毎の開放弦長の変更等など様々な選択が可能であり、設計上の制限や演奏上の有益性等を適宜判断しながら設計内容を固めることが出来る。なお、ナット306と第1〜7フレット3101〜3107、高域フレット部、サドル308部を拡大して図14に示している。ナット306と第7フレット3107間長は低域弦ほど短くなり、逆に第7フレット3107とサドル308間長は長くなっている。第7フレット3107近辺のフレットはほぼ直線形状に近いが、第1フレット3101の曲率は大きく、高域フレットでは曲率の小さい円弧の形状をなしていることが確認される。 In the first embodiment in which the nut 206 and the saddle 208 have a linear shape, it can be clearly seen that all the frets 210 have a curved shape, but even if the tuning is perfect, it is not always preferable in terms of performance. Therefore, as the second embodiment in FIG. 13, each fret 310 including the nut 306 and the saddle 308 is set with the seventh fret 310 7 as a linear shape without changing the width between the nut and each fret obtained in the first embodiment. It has been redone. Therefore, the width between the frets is the same as that of the first embodiment. In this example, the 7th fret 310 7 has a linear shape, but any fret 310 can have a linear shape. In addition, since the process is based on theoretical analysis, various selections such as changing the type of string 5 and the open string length for each string are possible, and design restrictions and performance benefits can be judged as appropriate. At the same time, the design contents can be solidified. The nuts 306, the first to seventh frets 310 1 to 310 7, the high frequency frets, and the saddle 308 are enlarged and shown in FIG. The length between the nut 306 and the 7th fret 310 7 is shorter for the lower strings, and conversely the length between the 7th fret 310 7 and the saddle 308 is longer. The fret near the 7th fret 310 7 is almost linear, but the curvature of the 1st fret 310 1 is large, and it is confirmed that the high fret has an arc shape with a small curvature.

本発明による実施形態によると、設計段階においてすべての弦5とフレット310について振動周波数が平均律音階のものと一致するように調整されることから、オクターブ調整等は不要である。但し、設計初期段階での諸元を基本とすることから、使用する弦5に対して指板309は特定化される。異なる弦に対しても厳格な調音を求めるならば、別の設計による指板を用いる必要がある。なお、本発明の基本は、各弦設定周波数を確定した上で理論解析に基づき最適なフレット位置、形状を提供することであるが、例えばピアノの調律曲線(Sカーブ)のような調音にアレンジしたフレット310の設計も可能である。 According to the embodiment of the present invention, since the vibration frequencies of all the strings 5 and the frets 310 are adjusted to match those of the equal temperament scale at the design stage, octave adjustment or the like is not necessary. However, since the specifications at the initial stage of design are the basis, the fingerboard 309 is specified with respect to the string 5 to be used. If you want strict tuning for different strings, you need to use a differently designed fingerboard. The basis of the present invention is to determine the set frequency of each string and then provide the optimum fret position and shape based on theoretical analysis. For example, the tuning curve (S curve) of a piano is arranged. It is also possible to design the fret 310.

楽器業界の世界市場規模は約1兆円強と言われる。そのシェアは楽器総合メーカーであるヤマハが最も大きく20%程度、これにギブソン、ハーマン、ローランド、ゼンハイザー、フェンダー、河合、シュアー、スティンウェイの2%程度と続いている。ギター及びエレキギターに目を向けると、市場規模は3千億円であり、ヤマハのシェアは10%にも満たない。これにはフェンダー社のストラトキャスターとテレキャスター、ギブソン社のレスポールが神話的にスタンダードなモデルとして息づいていることが大きく作用している。もちろん新興メーカーによるギターや、調音に関する新たな試みも見られるものの、旧来からのスタンダードな設計法は根強く支持されている。 The global market size of the musical instrument industry is said to be over 1 trillion yen. Yamaha, a comprehensive manufacturer of musical instruments, has the largest share of about 20%, followed by Gibson, Harman, Roland, Sennheiser, Fender, Kawai, Shure, and Stinway with about 2%. Looking at guitars and electric guitars, the market size is 300 billion yen, and Yamaha's market share is less than 10%. This is largely due to the fact that Fender's Stratocaster and Telecaster and Gibson's Les Paul are alive as mythically standard models. Of course, there are new attempts by emerging manufacturers for guitars and tones, but the old standard design method is firmly supported.

しかしながら、音楽というジャンルはファッション的要素が強いところがあるとしても、調音という音楽的に絶対的要素が軽んじられて良い訳もなく、多くのギタリストは現状のギターの調音に関して不完全さを感じていることは確かである。楽器の精度の向上、楽曲の完成度を高める上でも本発明を活かすことの価値は大である。問題は、その事実を理論的に演奏者に理解させると共に体感してもらい、伝統的な感性、ファッション性とをいかに融合させるかが肝要である。 However, even if the genre of music has a strong fashion element, there is no reason why the absolute element of music, such as tone, can be disregarded, and many guitarists feel imperfections regarding the tone of the current guitar. It is certain that it is. The value of utilizing the present invention is great in improving the accuracy of musical instruments and improving the completeness of musical music. The problem is how to make the performer understand and experience the fact theoretically and how to combine the traditional sensibility and fashionability.

1 ボディ
2 ネック
3 ヘッド
4 ペグ(糸巻き)
1 1弦ペグ


6 6弦ペグ
5 弦
1 第1弦


6 第6弦
6 ナット
7 ブリッジ
8 サドル
9 フィンガーボード(指板)
10 フレット
101 第1フレット


1021 第21フレット
11 電磁型ピックアップ
111 電磁型ピックアップ1
112 電磁型ピックアップ2
113 電磁型ピックアップ3
12 ピック・ガード
13 オクターブ・スクリュー
101 アコースティックギター・ボディ
102 アコースティックギター・ネック
105 アコースティックギター・弦
1051 アコースティックギター・第1弦


1056 アコースティックギター・第6弦
107 アコースティックギター・ブリッジ
108 アコースティックギター・サドル
109 アコースティックギター・フィンガーボード
110 アコースティックギター・フレット
11012 アコースティックギター・第12フレット


11020 アコースティックギター・第20フレット
112 アコースティックギター・ピックガード
114 ストリングス・ピン
115 空胴
116 表面板(響板)
117 サウンドホール
202 本発明実施例1・ネック
206 本発明実施例1・ナット
208 本発明実施例1・サドル
209 本発明実施例1・フィンガーボード
210 本発明実施例1・フレット
2101 本発明実施例1・第1フレット


21021 本発明実施例1・第21フレット
302 本発明実施例2・ネック
306 本発明実施例2・ナット
308 本発明実施例2・サドル
309 本発明実施例2・フィンガーボード
310 本発明実施例2・フレット
3101 本発明実施例2・第1フレット


31021 本発明実施例2・第21フレット
1 body 2 neck 3 head 4 pegs (pincushion)
4 1 1 string peg ・

4 6 6 string peg 5 string 5 1 1st string ・

5 6 6th string 6 nut 7 bridge 8 saddle 9 fingerboard
10 frets 10 1 1st fret ・

10 21 21st fret 11 Electromagnetic pickup 11 1 Electromagnetic pickup 1
11 2 Electromagnetic pickup 2
11 3 Electromagnetic pickup 3
12 Pick Guard 13 Octave Screw 101 Acoustic Guitar Body 102 Acoustic Guitar Neck 105 Acoustic Guitar String 105 1 Acoustic Guitar 1st String

105 6 Acoustic Guitar 6th String 107 Acoustic Guitar Bridge 108 Acoustic Guitar Saddle 109 Acoustic Guitar Fingerboard 110 Acoustic Guitar Fret 110 12 Acoustic Guitar 12th Fret

110 20 Acoustic Guitar 20th Fret 112 Acoustic Guitar Pickguard 114 Strings Pin 115 Empty Body 116 Surface Plate (Soundboard)
117 Sound hole 202 Example 1 of the present invention ・ Neck 206 Example 1 of the present invention 1 ・ Nut 208 Example 1 of the present invention 1 ・ Saddle 209 Example 1 of the present invention 1 ・ Fingerboard 210 Example of the present invention 1 ・ Fret 210 1 Example of the present invention 1. 1st fret ・

210 21 Example 1 of the present invention ・ 21st fret 302 Example 2 of the present invention 2 ・ Neck 306 Example 2 of the present invention 2 ・ Nut 308 Example 2 of the present invention 2 ・ Saddle 309 Example 2 of the present invention 2 ・ Fingerboard 310 Example 2 of the present invention -Fret 310 1 Example 2 of the present invention-First fret-

310 21 Example 2 of the present invention, 21st fret

Claims (4)

ボディ部とネック部及びヘッド部で構成されるギター等のフレット弦楽器における、前記ネック部の最上部に位置するナットと前記ボディ部上のブリッジに設置されるサドル間を開放振動弦長として最低音程を発するように架設される複数の弦を、前記ネック部の表面の指板上に押さえ付けて半音毎の音程を発するように設置されるフレットであって、
ペグからブリッジ間の全弦長について、調弦において、弦の巻き取りによって生じる弦径及び線密度の変化を伴う弦長の延び考慮した張力による、開放振動弦長における剛性の影響を受けた振動周波数が平均律音階のものと等しくなる条件の下、弦の巻き取り長を変数とした方程式を構築して、弦の巻き取り長を算出し、
求めた弦の巻き取り長に加え、対象フレットでの押弦によって生じる弦径及び線密度の変化を伴う弦長の延びも考慮した上で、フレットとサドル間の振動弦長における剛性の影響を受けた振動周波数が平均律音階のものと等しくなる条件の下、振動弦長を変数とした方程式を構築して、振動弦長を数値計算により算出し、
電磁型ピックアップが存在する弦楽器については、負スチフネスにより生じる振動周波数の低下分を予め張力を強めて補償するものとし、それに伴う弦長の延びによる弦径及び線密度の変化を考慮して、振動弦長を変数とした前記方程式を再度解法して振動弦長を再算出し、
全弦について算出された前記振動弦長に基づき、ナット、サドル又は任意のフレットの何れかを直線形状とした上で、前記任意のフレット以外のフレットを滑らかに曲線近似して設置し、すべての音階について平均律音階とのズレを発生しないという特徴を有するフレット、
を設置した弦楽器のネック。
In a fret stringed instrument such as a guitar composed of a body part, a neck part and a head part, the lowest pitch is set as the open vibration string length between the nut located at the uppermost part of the neck part and the saddle installed on the bridge on the body part. It is a fret that is installed so as to emit a pitch every half note by pressing a plurality of strings erected so as to emit a string on a fingerboard on the surface of the neck portion.
The total string length between the peg and the bridge was affected by the rigidity of the open vibrating string length due to the tension that takes into account the extension of the string length that accompanies the change in string diameter and linear density caused by the winding of the string. Under the condition that the vibration frequency is equal to that of the average rhythm scale, the winding length of the string is calculated by constructing an equation with the winding length of the string as a variable.
In addition to the obtained winding length of the string, the extension of the string length due to the change in string diameter and linear density caused by pressing the string at the target fret is also taken into consideration, and it is affected by the rigidity of the vibrating string length between the fret and the saddle. Under the condition that the vibrating frequency is equal to that of the average rhythmic scale, an equation with the vibrating string length as a variable is constructed, and the vibrating string length is calculated numerically.
For stringed instruments with electromagnetic pickups, the decrease in vibration frequency caused by negative stiffness shall be compensated in advance by increasing tension , and vibration shall be taken into consideration for changes in string diameter and linear density due to the accompanying extension of string length. The vibrating string length is recalculated by resolving the above equation with the string length as a variable.
Based on the vibrating string length calculated for all strings, any of the nuts, saddles, or arbitrary frets is made into a linear shape, and the frets other than the arbitrary frets are smoothly curved and installed, and all the frets are installed. Frets with the characteristic that the scale does not deviate from the equal temperament scale,
The neck of the stringed instrument that installed.
請求項1に記載のフレット及びネックを備えたフレット弦楽器。 A fret stringed instrument having the fret and neck according to claim 1. 請求項1に記載のフレット及びネックの設計段階において、平均律音階を含む特定の調律曲線に沿うように設計されたフレット及びネックを備えたフレット弦楽器。 A fret stringed instrument having a fret and a neck designed to follow a specific tuning curve including an equal temperament scale in the fret and neck design stage according to claim 1. ボディ部とネック部及びヘッド部で構成されるギター等のフレット弦楽器における、前記ネック部のナットと、指板上のフレット及び前記ボディ部のサドルの位置と形状の設計手法であって、
ペグからブリッジ間の全弦長について、調弦において、弦の巻き取りによって生じる弦径及び線密度の変化を伴う弦長の延び考慮した張力による、開放振動弦長における剛性の影響を受けた振動周波数が所望の音階のものと等しくなる条件の下、弦の巻き取り長を変数とした方程式を構築して、弦の巻き取り長を算出し、
求めた弦の巻き取り長に加え、対象フレットでの押弦によって生じる弦径及び線密度の変化を伴う弦長の延びも考慮した上で、フレットとサドル間の振動弦長における剛性の影響を受けた振動周波数が所望の音階のものと等しくなる条件の下、振動弦長を変数とした方程式を構築して、振動弦長を数値計算により算出し、
電磁型ピックアップが存在する弦楽器については、負スチフネスにより生じる振動周波数の低下分を予め張力を強めて補償するものとし、それに伴う弦長の延びによる弦径及び線密度の変化を考慮して、振動弦長を変数とした前記方程式を再度解法して振動弦長を再算出すること、
を含むナットとフレット及びサドルの位置と形状の設計手法。
In fret stringed instrument such as a guitar consisting of a body portion and a neck portion and a head portion, and the nut of the neck portion, a fret and design method of the position and shape of the saddle of the body portion of the fingerboard,
The total string length between the peg and the bridge was affected by the rigidity of the open vibrating string length due to the tension that takes into account the extension of the string length that accompanies the change in string diameter and linear density caused by the winding of the string. Under the condition that the vibration frequency is equal to that of the desired tone scale, the winding length of the string is calculated by constructing an equation with the winding length of the string as a variable, and the winding length of the string is calculated.
In addition to the obtained winding length of the string, the extension of the string length due to the change in string diameter and linear density caused by pressing the string at the target fret is also taken into consideration, and it is affected by the rigidity of the vibrating string length between the fret and the saddle. Under the condition that the vibrating frequency is equal to that of the desired tone, construct an equation with the vibrating string length as a variable, and calculate the vibrating string length by numerical calculation.
For stringed instruments with electromagnetic pickups, the decrease in vibration frequency caused by negative stiffness shall be compensated in advance by increasing tension, and vibration shall be taken into consideration for changes in string diameter and linear density due to the accompanying extension of string length. Recalculating the vibrating string length by resolving the above equation with the string length as a variable,
Design method for the position and shape of nuts, frets and saddles, including.
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