專利名稱：全音色電子鋼琴的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于一種娛樂用品，確切地說它是涉及到電子鋼琴音色控制的一種速度傳感器。
電子鋼琴做為現(xiàn)代電子技術與樂器的結合產(chǎn)物，早已在全世界風靡。它以寬廣的音域，準確的音律，復雜而巧妙的轉換深受廣大音樂家和聽眾的喜愛。目前，電子鋼琴的整體結構大體相同，包括有數(shù)字律音發(fā)生器B，振蕩器D，音形門電路B，琴鍵開關系統(tǒng)A，射極跟隨器E，靜噪電路G，余音控制器M，音量調節(jié)前置放大電路H，功率放大器I，揚聲器J和配套電源L組成。由頻率精確的振蕩器及數(shù)字律音發(fā)生器產(chǎn)生出多階音頻信號組成了電子鋼琴的核心部位，各音階信號受音形門電路的控制。當琴鍵開關系統(tǒng)中某一鍵按下后，相應音形門電路即導通輸出相應的音階信號。該音階信號經(jīng)后極一系列處理放大后(參看


圖1)經(jīng)揚聲器發(fā)出該音階的樂音。這一典型的電子鋼琴結構幾乎為全世界電子鋼琴的生產(chǎn)廠所接受。但是，由于琴鍵開關系統(tǒng)實際上是一個簡單的自復位按鍵開關，所以僅能傳遞導通某一路音形門電路的簡單脈沖信號。至于音樂家根據(jù)樂曲思想內容變化而隨之發(fā)揮的即興表演，如“強烈”“清幽”之類感情則無法傳遞，所演奏的樂曲就顯得平淡、呆板，和普通機械式鋼琴相比則大為遜色?！爸貜棥保拜p彈”之效果很難發(fā)揮出來。這成為電子鋼琴的一個缺陷。為解決這個問題。須要將音樂演奏家手指的力度傳感出來，轉化為電子訊號。日本羅蘭公司所制作的高檔電子鋼琴中設計過這種代有力度傳感器的開關系統(tǒng)。它采用模數(shù)轉換板將擊鍵的速度轉化為脈沖，再根據(jù)計數(shù)脈沖量控制音形門電路，導通后的信號電壓。從而達到將音樂演奏家的感情轉化為音量、音色的變化。這一結構使電子鋼琴的音色大添光彩，簡直超過傳統(tǒng)式鋼琴。然而，由于數(shù)字控制結構電子線路復雜，價格昂貴，維修也顯得十分困難。
本實用新型的目的是提供一種新式的全音色電子鋼琴，不但要克服原電子鋼琴無力度控制，演奏效果缺乏感情變化色彩的缺限，而且據(jù)有結構簡單、性能可靠、價格低廉的特色。
本實用新型的關鍵是琴鍵開關系統(tǒng)A的改進，使其不但可以將演奏家擊鍵的細微變化能夠采集出來，而且還要將這個變化轉化為一個變化電壓控制信號，從而實現(xiàn)對機械式鋼琴的高度模擬效果。實質上要將整個琴鍵開關系統(tǒng)設計成為一個代有力度傳感器的音色控制系統(tǒng)，使其每按下一鍵后不但能決定導通那一個音階的音形門電路，還要傳輸演奏家因感情變化而變化的擊鍵速度信號。因此，本實用新型的關鍵設計是將琴鍵開關系統(tǒng)構思成為力度傳感器，將力度傳感器采集到的信號電壓放大電路，以及力度琴鍵開關機械部件這三大部分。力度傳感器實質上是一個擊鍵速度傳感器，它直接實現(xiàn)速度量與電壓量的轉化，這一變化經(jīng)過放大電路放大處理后形成足以反應演奏家感情變化的控制電壓加在音形門電路上。當然，也可以將此信號單獨引出直接控制輸出音量的大小
以下結合附圖來進一步說明本實用新型的發(fā)明要點以及如何實現(xiàn)其發(fā)明目的的
圖1是本實用新型的結構框圖；圖2是琴鍵開關系統(tǒng)中的力度傳感器和放大電路電原理圖3是力度琴鍵開關組中的一個鍵開關的結構示意圖。
其中A為琴鍵開關系統(tǒng)，A1為琴鍵開關組、A2為力度傳感器、A3為放大電路，B為音形門電路，C為數(shù)字律音發(fā)生器，D為振蕩器，E為射極跟隨器，F(xiàn)為濾波器，G為靜噪電路，H為音量調節(jié)前置放大器，I為功率放大器，J為揚聲器，M為余音控制器，L為電源，K為自復位式的雙觸點鍵開關，K1為常閉觸頭、K2為常開觸頭，其中1為限位塊、2是半音鍵(一黑鍵)的限位塊，3為轉動支撐軸，4為鍵身，5為定位塊，6為配重調節(jié)器，7為護鍵板，8為擊鍵。
從圖2可以看出本實用新型中設計的關鍵力度傳感器是個十分簡單的結構，它實際上是一個阻容耦合式的充放電回路(C1R1)，充發(fā)電回路中C1，R1采用并聯(lián)耦合，一端接地、另一端引出兩個接頭；一接頭接在開關K的常閉觸點組K1上，一接頭接在通過開關K的常開觸點接在運算放大器的輸入端。鍵末被擊中前C1被充電至電源電壓。被鍵擊中后，擊鍵8以一定的速度沖開開關K，當閉觸點K1開啟后，R1、C1回路放電；C1端電壓下降的度與擊打速度有關，當擊鍵將K的常閉觸點組K2閉合后即C1就向放大電路輸出一個信號電壓，當然擊鍵速度越快則放電時間越短、則信號電時間越短、則信號電壓越高，反之則信號電壓越低。如此，則在擊鍵速度值與信號電壓值之間建立了一個有機的轉換關系實驗證明當采取普通電子鋼琴的技術條件下R1取8K－－25kC1取2.2μF－10μF經(jīng)調整可使擊鍵速度與輸出電壓值之間建立良好的線性關系，從而有利于再進一步放大后做信號音色控制。
放大電路A3在圖2中具體給出了一個結構設計，它由運算放大器IC電阻R2、R3及電容C2組成。當琴鍵按下至開關K的常開觸點K2閉合后，C1放電后的剩余電壓做為輸入信號加至運算放大器IC的輸入端(腳3)，其結果由IC的輸出端(腳1)輸出一個放大的電壓信號。這一信號加至與所按鍵相對應音階的音形門電路使該音階的律音導通，并且根據(jù)信號電壓值的大小直接調控音量實現(xiàn)重彈重響的音色控制。由于R1值較小(8－25K)，C1值也較小(2.2μ－10μ)，因此放電前期的放電曲線陡峭，使開關K的切換速度即使差別很微小，但反應到IC輸出端時信號差別已經(jīng)是夠大，從而實現(xiàn)明顯的音色控制。C1放電結束后，或K自變位后，輸出信號立即消失，故使得除去重彈響、輕彈輕響對本新型還具長彈長響、短彈短響的音色差異。圖2中的C2除整形外還為短彈長響之功能提供足夠的維持信號電壓。
本實用新型中采用力度琴鍵開關組A1來實現(xiàn)力度的傳感，其中一組開關的結構示意圖可參看圖3。限位塊1主要是用來限制鍵身4的下沉深度，限位塊2是用來限制半音鍵(黑鍵)的。定位塊5用在靜止態(tài)時定位鍵身4，配重調節(jié)器6用來調節(jié)鍵的回復力達到演奏標準。至于轉動支撐軸3的位置應保證琴鍵身下沉0.5cm時K1斷開而下沉到限位塊時K2閉合，這當然和雙觸點開關K的位置也十分有關。
為了保證電路的可靠性和穩(wěn)定性，可以將圖2所示的電路全部集成化在一個芯片之上，不但體積小、安裝方便、而且會大大提高電路抗干擾能力和傳感器的精確度。
綜上所公開的內容可以看出，由于本實用新型采用了最簡單、但線性傳感又十分準確的力度傳感器及相應的琴鍵開關系統(tǒng)，使得全音色電子鋼琴能以更加完善的功能與機械式鋼琴相比美，而且其結構簡單、價格便宜、安裝方便、操作調整容易和余音控制器相配合可以出色地實現(xiàn)重彈重響，輕彈輕響，短彈短響，長彈長響，及短彈長響的特殊功能，從而更加準確與維妙地表達音樂作曲家與演奏家的思想感情，增加樂曲的感染力與優(yōu)美感。因此，本實用新型所涉及到的這一發(fā)明創(chuàng)造將會在電子鋼琴的生產(chǎn)與普及上起到重要的作用
權利要求1.一種全音色電子鋼琴，由琴鍵開關系統(tǒng)A，音形門電路B，數(shù)字律音發(fā)生器C，振蕩器D，余音控制器M，射極跟隨器E，濾波器F，靜噪電路G，音量調節(jié)前置放大器H，功率放大器1揚聲器J和電源L組成，其特征在于琴鍵開關系統(tǒng)是一個代有力度傳感器A2的音色控制系統(tǒng)，具體由力度傳感器A2，放大電路A3和力度琴鍵開關組A1所組成。
2.根據(jù)權利要求1所說的全音色電子鋼琴，其特征在于力度傳感器A1是一個阻容耦合充放電回路(C1、R1)，其充電端通過琴鍵開關的常閉觸點K1與穩(wěn)壓電源的正極輸出相連，同時通過常開觸點K2與放大電路的輸入端相連。
3.根據(jù)權利要求1所說的全音色電子鋼琴，其特征在于放大電路A3由運算放大器IC及電阻R2、R3、電容C2組成代有力度信息的開關量信號經(jīng)放大后加至音形門電路B中相應的一路。
4.根據(jù)權利要求1所說的全音色電子鋼琴，其特征在于力度琴鍵開關A1由限位塊1(黑鍵為2)，定位塊5，轉動支撐軸3，鍵身4，配重調節(jié)器6，護鍵板7，擊鍵8和雙觸點自復位開關K所組成。
5.根據(jù)權利要求1或2所說的全音色電子鋼琴，其特征在于力度傳感器中的電阻R1阻值為8k－25k，其電容C1的容量為2.2μF－10μF。
專利摘要本實用新型所涉及的是一種新式全音色電子鋼琴的設計構思。關鍵在于解決普通電子鋼琴無法傳感演奏者擊鍵力度的變化而表現(xiàn)的音色變化，本設計采用了新的琴鍵開關系統(tǒng)，它由力度傳感器，放大電路及力度琴鍵開關三部分組成。由于力度傳感器的設計簡單、可靠，線性變化明顯可以精確地反應出重彈、輕彈、長彈、短彈等不同的音色變化，從而使得本產(chǎn)品可以與普通機械式鋼琴相比擬，有推廣應用的前景。
文檔編號G10H1/34GK2042619SQ8820828
公開日1989年8月9日 申請日期1988年7月6日 優(yōu)先權日1988年7月6日
發(fā)明者董健 申請人:董健