專利名稱：不需隔音室的八音琴音板調(diào)音方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及八音琴、玩具、小鋼琴、口琴、風(fēng)琴等等音響器件的發(fā)聲振動(dòng)組件-音板的調(diào)音方法及裝置。
傳統(tǒng)的調(diào)音(校音)方法是讓振動(dòng)板上與每個(gè)音階對應(yīng)的音齒(或稱音鍵)一個(gè)一個(gè)被彈撥產(chǎn)生振動(dòng)，令其發(fā)音，將與每一音階對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)頻率的電振蕩作為同步信號(hào)輸入到示波器的一軸，而將由音齒振動(dòng)變換過來的電信號(hào)加入到示波器的另一軸，然后根據(jù)示波器顯像管上信號(hào)的流動(dòng)情況來觀察音齒固有頻率的偏差，判斷結(jié)果后，再對音齒的厚度或者前端的重錘部分進(jìn)行研削，修正固有頻率。還有更原始的方法就是由操作者直接根據(jù)聽音的感覺來確定該音齒的固有頻率過高或者過低，再?zèng)Q定對音齒如何進(jìn)行研削加工，使其固有頻率被調(diào)整到準(zhǔn)確的值上。
這種陳舊的校音方法，其校音質(zhì)量在很大程度上依賴于操作者的判斷能力，而且音齒修正的加工方式也是屬于人工的方法，這樣的方法不僅需要操作者有熟練的技術(shù)，而且還摻入了人為的感覺誤差，即使采用了上述的示波器也不能作定量的檢測，也就是說，對兩個(gè)頻率的頻差不能作定量差別，況且對音齒進(jìn)行研削的過程也不是定量的，因?yàn)椴僮髡邔烤箲?yīng)研削多少量才算恰當(dāng)心中無數(shù)，所以作業(yè)效率很低。
另一方面，這種傳統(tǒng)的調(diào)音方法，其將音齒機(jī)械振動(dòng)所發(fā)出的聲音轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器是采用麥克風(fēng)(話筒)，為了避免讓周圍環(huán)境的雜音進(jìn)入話筒(聲電變換器)就需要有隔音室，這就大大增加了生產(chǎn)設(shè)備的投資。而且為了獲得取好的聲電轉(zhuǎn)換效果，麥克風(fēng)與音板的相對位置必須十分留意地布置。
本發(fā)明的目的是要實(shí)現(xiàn)一系列不需要將音板嚴(yán)格定位的傳感器及其布置方案，使操作時(shí)根本無需顧及周圍雜音對聲電傳感器的干擾，因此可以省去隔音室，從而使設(shè)備的投資大大節(jié)約的音板調(diào)音方法和裝置。
本發(fā)明的另一目的是以先進(jìn)的微處理機(jī)軟、硬件的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)頻率與振動(dòng)音齒發(fā)出的聲音之間的頻差實(shí)現(xiàn)定量的判別，使熟練度低的人和音感低的人也能正確地進(jìn)行調(diào)音工作。
本發(fā)明再一個(gè)目的是為八音琴音板的調(diào)音提供能自動(dòng)定量地對音齒進(jìn)行金屬去除的自動(dòng)執(zhí)行器，它具有較高的金屬去除精度和較高的調(diào)音效率。
本發(fā)明的技術(shù)方案包含有傳感器部分、電子電路、微處理機(jī)程序部分和最后的執(zhí)行機(jī)構(gòu)這幾大部分。
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中在聲電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)需要隔音室來避免外界的雜音干擾，本發(fā)明推出三種不需隔音條件的傳感方式和結(jié)構(gòu)，它們分別是屬于磁、電領(lǐng)域的非接觸式傳感器，它們在安裝時(shí)不需要嚴(yán)格的定位，這類傳感器只對音齒的振動(dòng)作出反應(yīng)，因此對其他的周圍環(huán)境雜音造成的干擾可以忽略不計(jì)。
一種是渦流測振傳感器，另一種是磁阻測振傳感器，還有一種是霍爾測振傳感器，這三種傳感器在安裝時(shí)被非接觸地直接布置在音板音齒的下面或前面，不需要嚴(yán)格的定位。
彈性體振動(dòng)理論和大量實(shí)驗(yàn)都證明，象八音琴音齒那樣的振動(dòng)發(fā)音是衰減性的音頻正弦波，圖2是該類振動(dòng)波的示意圖，振動(dòng)波可分為激振區(qū)、余音區(qū)和無聲區(qū)三個(gè)階段。激振區(qū)中音齒正受外力作用著，波形亂，無規(guī)律可循，隨激振方式不同，發(fā)音有極大差異。余音區(qū)是音齒自由振動(dòng)階段，振幅的包絡(luò)是條指數(shù)曲線，但其振動(dòng)周期固定不變。無聲區(qū)振幅基本衰減為零，發(fā)聲也難以察覺了。本發(fā)明抓住音齒振動(dòng)的余音區(qū)的振動(dòng)特征，借微處理機(jī)的智能軟件，實(shí)現(xiàn)精確的振頻數(shù)字化測算，繼而進(jìn)行微量定量的修正加工，逐次逼近，完成精確自動(dòng)調(diào)音。余音振動(dòng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為h＝He-t/τ·sin2πft，表示音齒前端某點(diǎn)離靜態(tài)平衡位置的偏移量h隨時(shí)間t推移遵循指數(shù)衰減的正弦振動(dòng)頻率，H為最大起始振幅、τ是衰減時(shí)間常數(shù)、f為振頻率。一般振頻越高時(shí)間常數(shù)越小，即余音越短;反之余音越長。例如小字四組的D音階頻率為2346.94Hz，一般余音僅0.1秒左右，其間約歷234個(gè)周期;小字一組的C音階頻率為261.62Hz一般余音達(dá)1秒左右，約可得261個(gè)周期，以微機(jī)晶振時(shí)標(biāo)計(jì)得△t，歷數(shù)周期N，運(yùn)算出頻率f＝N/△t，本發(fā)明據(jù)此測頻。
本發(fā)明為了克服外界雜音對傳感器的干擾，傳感元件被直接非接觸地布置在被測音板音齒的前方或下方。
由于本發(fā)明的傳感器只對音板的音齒振動(dòng)作出反應(yīng)，所有不足以使音齒產(chǎn)生有效振動(dòng)的環(huán)境雜音均不能對傳感器的工作產(chǎn)生干擾，所以也就無法對本系統(tǒng)的調(diào)音產(chǎn)生干擾而被有效地隔絕了。這樣，只要使用本發(fā)明的傳感器，就可以省去傳統(tǒng)技術(shù)所必需的隔音室，使設(shè)備投資大大被節(jié)約。
以下對本發(fā)明的三種傳感器一一進(jìn)行敘述。
首先要介紹的是一種磁阻測振傳感器，它包含有一個(gè)鐵質(zhì)基臺(tái)，在基臺(tái)的主體上安裝有被測音板，基臺(tái)的下底有一磁軛向前延伸，直到其前端頭在與音板音齒的最前端相對應(yīng)的位置開始上翹，二者相向迎合但保留一定的工作間隙(氣隙)。有一具有恒定磁勢的永磁體將所述的磁軛同所述的基座連接起來，嵌在其中，使磁路通過空氣隙被閉合。磁軛上翹部靠氣隙的端口要做得薄些，磁路工作氣隙應(yīng)是足夠大，則磁吸力對音齒振動(dòng)產(chǎn)生的阻尼可以忽略不計(jì)。工作氣隙的大小沿自低音趨向高音的方向遞減，低音區(qū)間隙大，而高音區(qū)趨小。當(dāng)音板音齒發(fā)生振動(dòng)時(shí)氣隙的尺寸也隨之振變，其振變規(guī)律符合h＝He-t/τ·sin2πft的函數(shù)變化，套在磁軛上的電磁線圈的二個(gè)端頭之間就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交變電勢e＝KHe-t/τ·sin2πft＝Ee-t/τ·sin2πft，K是傳感器比例常數(shù)，與氣隙尺寸、磁勢、線圈匝數(shù)、材料的磁導(dǎo)率有關(guān)，H是氣隙最大時(shí)的起始振幅，τ是振動(dòng)衰減的時(shí)間常數(shù)、E是感應(yīng)電勢最大起始幅值，數(shù)值上E＝KH，f是振動(dòng)頻率，即音齒的樂音頻率。
其次要介紹的是霍爾測振傳感器，它也適用于導(dǎo)磁材料制作的音板，這種傳感方式是與本發(fā)明的電磁激振方式并用的。其方案是將霍元元件布置在音板的前方，傳感器的平板與音齒的縱長方向軸線呈相互垂直的幾何關(guān)系。由于激振方式是采用強(qiáng)電流所產(chǎn)生的強(qiáng)電磁吸引方式，由布置在音板下方的電磁鐵來使，其一音齒激振、發(fā)音，當(dāng)音齒被吸下時(shí)前端頭部與鐵芯相碰，此時(shí)，鐵芯-音板-音齒前端構(gòu)成的磁路處于飽和的強(qiáng)磁通狀態(tài)。當(dāng)快速切斷電磁線圈的電流時(shí)，由于磁勢突然消失，磁路中的磁通衰減為很小的剩磁值，不是以克服音齒的反彈力，即彈起發(fā)聲，激振完成。同時(shí)，音齒前端頭部的剩磁恰能被對磁性有高靈敏度的霍爾元件所感知。這樣，隨音齒的振動(dòng)，磁通也跟著振變，得霍爾電勢e＝Ee-t/τ·sin2πft，E是電勢最大起始幅值(它與剩磁、氣隙、霍爾元件靈敏度等因素有關(guān))，τ是振動(dòng)衰減時(shí)間常數(shù)、f是振動(dòng)頻率，即被測音齒的音頻。一般淬得硬的鋼質(zhì)音板經(jīng)強(qiáng)磁磁化后數(shù)十分鐘內(nèi)其剩磁有幾百高斯，而霍爾元件的靈敏度最高可達(dá)零點(diǎn)幾高斯，體積又小得可同音齒端頭相比擬，只要有微微磁通穿過，即可檢測到霍爾電勢。
第三種傳感器稱渦流測振傳感器，適用于導(dǎo)電材料(非鐵質(zhì)的也可)制作的音板，它是一只被布置在音齒下方的高頻電流激勵(lì)線圈，在這個(gè)圈數(shù)少而線徑粗的線圈內(nèi)，通有高頻電流，這樣，從該線圈芯部發(fā)出的交變磁通會(huì)在音板音齒上感應(yīng)出高頻渦電流來。而音板音齒的高頻交變渦電流由于音齒的振動(dòng)反過來也會(huì)對位于其下方的高頻渦流線圈產(chǎn)生影響，使線圈入端阻抗產(chǎn)生振變。由于勵(lì)磁電流是交變恒流源提供的，所以線圈上壓降亦產(chǎn)生與音齒振動(dòng)相一致的振變(包絡(luò)線)，檢波后濾去高頻，就可得到音齒振動(dòng)的音頻信號(hào)(包絡(luò)線部分)。
代表音齒振變的電壓信號(hào)μ＝Ue-t/τ·sin2πft，τ是衰減時(shí)間常數(shù)，U是最大起始電壓幅值，取決于線圈阻抗和恒流幅值與高頻頻率。當(dāng)傳感器與音板之間的距離數(shù)倍于音齒振幅時(shí)，電壓與所述距離關(guān)系有段線性區(qū)，所以音齒的機(jī)械振動(dòng)得到正確傳感。
這類傳感器可以與壓縮空氣激振方式并用，此時(shí)在傳感器高頻線圈中心制成中孔，以便讓壓縮空氣導(dǎo)管穿過，對被校音執(zhí)行吹奏激振。該渦流測振傳感器上可以將其所需的相應(yīng)電子線路也附加上去與線圈做在一起，用樹脂膠封為一體。
關(guān)于調(diào)準(zhǔn)音律，本發(fā)明是采用對被校音齒的前端重錘部進(jìn)行磨削減重的方法來提高其發(fā)音頻率，或采用對音齒的腹部中間下側(cè)面進(jìn)行磨削去除金屬的減厚方法來降低發(fā)音頻率，由此實(shí)現(xiàn)對音齒發(fā)音的校準(zhǔn)。
關(guān)于金屬材料的去除，可以采用傳統(tǒng)的磨削或鏟刮去除法，本發(fā)明還推出電解去除法。
本發(fā)明的機(jī)械金屬去除執(zhí)行器是采用一套由來自控制運(yùn)算單元的脈沖當(dāng)量來確定刀具位移量的復(fù)合聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它由一塊可平移的基板和固定在該基板上的曲柄連桿機(jī)構(gòu)所組成，所述的曲柄連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生鏟刮動(dòng)作，在連桿的端頭上固定有鏟刮刀具，驅(qū)動(dòng)基板使其產(chǎn)生平移的是一個(gè)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，在步進(jìn)電機(jī)與基板之間有一連接機(jī)構(gòu)，借助于所述的連接機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)被轉(zhuǎn)化為基板的平移，而所述的基板是根據(jù)所述的脈沖當(dāng)量數(shù)來產(chǎn)生定量的位移，也就是控制切削加工量。
本發(fā)明的系統(tǒng)中除了用機(jī)加工的方法來實(shí)現(xiàn)音齒的金屬去除之外，還提供一套用電解方法來去除金屬的裝置。所述的電解裝置是直接位于音齒需要去除金屬的特定部位的一個(gè)微型電極，電極一般由紫銅制成空心的以便電解液自電極上部導(dǎo)入后在電極同音齒的間隙中流出。電極寬度應(yīng)大體同音齒寬度相等，電極同音齒的間隙一般保持在0.3～0.6毫米，脈沖電流電壓取24～36V，音板和電極分別接電源正負(fù)極，這樣就由脈沖數(shù)來控制電解去除的金屬數(shù)量，亦即控制音齒的金屬去除加工。
金屬去除量的控制是由自控制運(yùn)算單元送來的當(dāng)量脈沖數(shù)決定的，輸向執(zhí)行器的功率脈沖數(shù)越多，音齒上被去除的金屬量也越多，被去除金屬的部位是每一音齒的近根部下側(cè)腹部，也可以是音齒前端端頭的重錘部。
傳感器從工件(音板)上測到振動(dòng)頻率后必須經(jīng)過以下幾個(gè)步驟去控制調(diào)音(音齒金屬量的去除加工)。其流程如下振動(dòng)的工件(音板音齒)→傳感器→放大器→信號(hào)處理→檢測運(yùn)算→頻率比較→控制運(yùn)算→功率放大→執(zhí)行器→工件。上述流程是適用于自動(dòng)執(zhí)行的調(diào)音過程。對于手動(dòng)執(zhí)行情況，其流程如下振動(dòng)的工件→傳感器→放大器→信號(hào)處理→檢測運(yùn)算→頻率比較→通過顯示器觀察頻差→用手工操作執(zhí)行金屬的去除→激振器→工件(令其再次振動(dòng))。在上述兩個(gè)程序中可以在放大器至信號(hào)處理二單元之間加一個(gè)信號(hào)顯示，其功能就是顯示被傳感器接收到的振動(dòng)波信號(hào)的幅值和持續(xù)時(shí)間，以監(jiān)視信號(hào)是否正常。檢測運(yùn)算單元對被實(shí)測到的音齒的樂音信號(hào)作定量的檢測，實(shí)測到的信號(hào)頻率值是通過對來自傳感器的模擬量的樂音信號(hào)執(zhí)行波形的過零檢測和石英晶振時(shí)標(biāo)來確定的。另外，由檢測運(yùn)算、頻率比較和控制運(yùn)算三個(gè)單元構(gòu)成的微處理機(jī)有一個(gè)輸入鍵盤和一個(gè)設(shè)定顯示，用以輸入待調(diào)音齒的音名或標(biāo)準(zhǔn)頻率，允許頻差值、控制命令等和顯示鍵盤輸入的情況，從頻率比較單元引出通向效果單元的Yes通路，當(dāng)實(shí)測頻率落入頻偏允限范圍內(nèi)時(shí)，該通路的Yes口有輸出，顯示該音齒的調(diào)音告成。在頻率比較單元和控制運(yùn)算單元之間可接有一個(gè)顯示器，用于顯示頻差值，在同樣的位置還引出一條通往激振器的通路，當(dāng)金屬去除加工執(zhí)行完畢后，頻率比較單元延遲結(jié)束，指令激振器再次工作，讓音齒產(chǎn)生又一次振動(dòng)，再一輪自動(dòng)調(diào)音開始。
以下結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作詳細(xì)敘述。
附圖簡要說明

圖1為本發(fā)明的總操作流程方框圖。
圖2為被校音齒受激后所發(fā)出的波形圖。
圖3為磁阻式測振傳感器的結(jié)構(gòu)圖。
圖4為霍爾測振傳感器與電解執(zhí)行器的布局圖。
圖5為渦流測振傳感器的結(jié)構(gòu)布置圖。
圖6為渦流傳感器原理波形圖。
圖7為自動(dòng)調(diào)音工作示意圖。
圖8為手動(dòng)調(diào)音工作示意圖。
實(shí)施例1的傳感器是磁阻式測振傳感器(2a)，適用于導(dǎo)磁材料制作的音板，圖3顯示了其基本的結(jié)構(gòu)。音板(1)參與磁路，因此每一音齒(1a)上流過磁通，固定音板(1)的基座(17)下部有一向前延伸的磁軛(18)，磁軛延伸到與音板(1)前端頭相對應(yīng)的位置開始上翹，二者相互迎合但保留一定間隙，磁軛(18)與基座(17)之間嵌有一塊具有恒定磁勢的永磁體(19)，電磁線圈(20)套在磁軛(18)、永磁體(19)和基座(17)的連接部位上。因低音音齒的振幅比高音音齒的振幅要大，故工作氣隙(21)的大小沿磁軛(18)端口切斜向高音音齒方向遞減，一般高音端氣隙為1.5～3.5mm，低音端氣隙3～5mm。磁軛(18)靠近氣隙(21)的端口要做得薄些，約1～3mm。磁路工作氣隙足夠大的話，則磁吸力對音齒的振動(dòng)的阻尼可以略去。當(dāng)音齒振動(dòng)時(shí)，氣隙高度在發(fā)生變化，其振變規(guī)律符合公式h＝He-t/τ·sin2πft，磁通亦隨氣隙高度的變化發(fā)生相應(yīng)的變化，線圈(20)上即感應(yīng)出正比于磁通的交變電勢e＝KHe-t/τ·sin2πft，在此，K是傳感比例常數(shù)，與氣隙高、磁勢、線圈匝數(shù)、材料的磁導(dǎo)率有關(guān)，H是氣隙最大起始振幅，τ是振動(dòng)衰減的時(shí)間常數(shù)，E是感應(yīng)電勢最大起始幅值，數(shù)值上E＝KH，f是振動(dòng)頻率，即被測音齒的發(fā)振音頻。
實(shí)施例2的傳感器是霍爾測振傳感器(2b)，圖4是電磁激振時(shí)霍爾測振傳感器及其使用布置圖，在該實(shí)施例中采用的金屬去除方法為電解方法。它適用于具有導(dǎo)磁性能的音板(1)?；魻栐?2b)被非接觸地布置在音板音齒(1a)的前方，霍爾元件(2b)的平面與音齒的縱長方向相垂直布置，在本實(shí)施例中音齒的激振方式為電磁激振。作為激振器的電磁鐵的鐵芯(22)和電磁線圈(23)被在校音齒的下方，當(dāng)需要令音齒(1a)振動(dòng)時(shí)，強(qiáng)電流通入電磁線圈(23)，鐵芯(22)即產(chǎn)生較強(qiáng)磁通吸引音齒，當(dāng)音齒(1a)下彎至音齒頭部與鐵芯(22)相碰時(shí)構(gòu)成封閉的磁路處于磁飽和的強(qiáng)磁通狀態(tài)?？焖偾芯€圈(23)的電流，由于磁勢突然消失，磁路中的磁通衰減為很小的剩磁值，不以克服音板音齒(1a)的反彈力，音齒(1a)即彈起發(fā)音，激振完成。同時(shí)音齒的頭部的剩磁恰能被霍爾元件(連前置放大器)(2b)所感知，隨著音齒(1a)的振動(dòng)、霍爾元件(2b)的磁通也跟著振變，得霍爾電勢e＝Ee-t/τ·sin2πft，E是電勢最大起始幅值，與剩磁、氣隙、霍爾元件的靈敏度有關(guān)，τ是振動(dòng)衰減時(shí)間常數(shù)，f是振動(dòng)頻率，即被測音齒的音頻。一般淬得硬的碳鋼經(jīng)強(qiáng)磁磁化后幾十分鐘內(nèi)其剩磁有幾百高斯，而霍爾元件的靈敏度最高，可達(dá)零點(diǎn)幾高斯，體積又小得可同音齒端頭相比擬，只要有微微磁通穿過即可檢測到霍爾電勢。本實(shí)施例所采用的金屬去除執(zhí)行器(11a)的方案是實(shí)樣的采用一個(gè)微形的電極(24)，它上下二端貫通，電解液自上口引進(jìn)從下口流出，電極下口對準(zhǔn)音齒(1a)需要去除金屬的部位，其長方形的寬度尺寸與音齒(1a)的寬度大致相等，該電極(24)是一個(gè)空心銅電極。在進(jìn)行電解去除金屬時(shí)，音板(1)的音齒接電源正極而被酸根負(fù)離子蝕除，電極接電源負(fù)極不斷供給負(fù)電荷使過程平衡。電蝕金屬去除量是由來自微機(jī)控制部分(16)的當(dāng)量脈沖信號(hào)數(shù)目來確定的，這在下文中將作進(jìn)一步介紹。
本發(fā)明實(shí)施例3使用的傳感器是渦流測振傳感器(1c)，它是一個(gè)高頻恒流源激勵(lì)的線圈(如圖5所示)，其線徑粗、圈數(shù)少，該線圈(25)和高頻恒流源及信號(hào)檢出的相應(yīng)電子電路可以組合在一塊板子上用樹脂封成一體，它被非接觸地置于被校音齒的下方，線圈(25)的平面與音板的平面(16)大體相平行。本實(shí)施例選用的令音齒激振的裝置是壓縮空氣吹動(dòng)式激振器(12b)，所述的激振器(12b)包含有電磁閥(27)和導(dǎo)氣管(28)，當(dāng)電磁閥(27)的電磁線圈(26)通電時(shí)壓縮空氣由導(dǎo)氣管(28)噴出去吹振工件(被校音齒)(1a)、使其發(fā)出響聲。在所述的渦流線圈(25)內(nèi)通以高頻激勵(lì)電流(高頻恒流波)如圖6a所示，當(dāng)通以高頻電流的線圈(25)靠近(但不接觸)被校音齒(1a)的下側(cè)時(shí)，會(huì)在被校音齒(1a)的導(dǎo)體內(nèi)感應(yīng)出渦電流，渦電流使線圈(25)入端阻抗發(fā)生變化，而渦電流強(qiáng)弱又取決于線圈(25)和工件(被校音齒)(1a)之間的距離，如果參數(shù)配合得當(dāng)，距離變化同阻抗變化將呈現(xiàn)一段線性比例關(guān)系，線圈(25)上的高頻壓降就同工件(音齒)振動(dòng)相一致，得如圖6b所示波形，經(jīng)檢波后得如圖6c所示的波形。所述線圈(25)的電壓輸出符合公式μ＝Ue-t/τ·sin2πft，在此，τ是衰減時(shí)間常數(shù)、U是最大起始電壓幅值，取決于線圈阻抗和恒流幅值與高頻頻率，f是振動(dòng)頻率，即音齒的樂音頻率。渦流傳感器(1c)中包含了傳感所需的相應(yīng)電子電路(未顯示)和線圈(25)，并在線圈(25)部分制成中孔，以便需要時(shí)供壓縮空氣管(28)穿過，對音齒(1a)執(zhí)行激振。
本實(shí)施例采用的金屬去除方法是采用機(jī)械鏟刮的方法，執(zhí)行器(11b)包含有按控制運(yùn)算單元(8)送來的當(dāng)量脈沖數(shù)來確定轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍的驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)(29)和由步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角來確定平移移距的滑板(30)，步進(jìn)電機(jī)(29)的動(dòng)力輸出軸(31)為一螺桿，它與固定在所述滑板(30)上的一個(gè)螺母(32)構(gòu)成螺接。所述的滑板(30)二側(cè)邊卡入二條固定槽內(nèi)，可在槽內(nèi)上下移動(dòng)。在所述的滑板(30)上還固定有一個(gè)執(zhí)行鏟刮動(dòng)作的曲柄連桿機(jī)構(gòu)，它由一個(gè)曲柄盤(33)、曲柄銷(34)、連桿(35)所組成。鏟刮動(dòng)作是這樣產(chǎn)生的當(dāng)電動(dòng)機(jī)(未顯示)驅(qū)動(dòng)曲柄盤(33)旋轉(zhuǎn)，曲柄銷(34)也跟著旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)連桿(35)動(dòng)作，由于連桿(35)柄端尾部受后支銷(36)的約束，裝在連桿(35)頭部的合金刀頭(37)就按虛線所示的軌跡運(yùn)動(dòng);另外還有一組運(yùn)動(dòng)，是由所述的步進(jìn)電機(jī)(29)的旋轉(zhuǎn)通過螺母(32)使滑板(30)產(chǎn)生上下移動(dòng)。上述兩組運(yùn)動(dòng)復(fù)合后，合金刀(37)的刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡也隨之上下可作進(jìn)刀或退刀運(yùn)動(dòng)。進(jìn)刀量就決定了音齒(1a)的金屬去除量。在鏟刮時(shí)應(yīng)在音齒(1a)下面布置有砧鐵(38)，曲柄盤(33)每轉(zhuǎn)一周，就可對音齒(1a)作一次鏟刮，滑板(30)下移的距離大體上也就是鏟刮加工的吃刀深度，直接反映出音齒(1a)上金屬去除量的多少。
上述三個(gè)實(shí)施例雖然其傳感器部分和執(zhí)行器部各不相同，但是其控制信號(hào)的傳送和對執(zhí)行器的控制過程是同一的。下文將具體敘述這個(gè)控制過程。
本發(fā)明的電子電路部分中有一部分是被布置在傳感器上的，但檢測運(yùn)算單元(6)、頻率比較單元(7)和控制運(yùn)算單元(8)這三大塊被包容在一個(gè)微機(jī)內(nèi)，由微處理機(jī)來構(gòu)成一個(gè)控制器(如圖1中的方框16所示)。該控制器(16)帶有輸入鍵盤(14)和設(shè)定顯示器(15)，輸入鍵盤(14)供打入被校音齒的音名或標(biāo)準(zhǔn)頻率，允許頻差、各種控制命令等等，設(shè)定顯示器(15)顯示輸入鍵盤(14)輸入的情況。另有一顯示器(9)是顯示來自控制器(16)頻率比較單元(7)的輸出信號(hào)，顯示音齒(1a)的實(shí)際樂音頻率相對于標(biāo)準(zhǔn)頻率的頻差值。所述控制器(16)的主要功能是將頻差值轉(zhuǎn)換成當(dāng)量脈沖，通過功率放大單元(10)直接定量地作用于執(zhí)行器(11)的工作。
以下結(jié)合圖1介紹來自傳感器的測振信號(hào)是怎么轉(zhuǎn)換為脈沖來控制加工量。
首先，由各種形式的激振器使音板上的某一被測音齒激振發(fā)音，傳感器(2)檢測到振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)放大器(3)放大后送到信號(hào)處理(5)和信號(hào)顯示單元(4)。信號(hào)顯示單元(4)的作用是顯示被測信號(hào)的幅值和持續(xù)時(shí)間，以監(jiān)視信號(hào)是否正常。信號(hào)處理單元(5)將信號(hào)按時(shí)序進(jìn)行提升來抑制衰減，隨后將信號(hào)波整形送入微機(jī)。微處理機(jī)有三大功能塊檢測運(yùn)算(6)、頻率比較(7)、控制運(yùn)算(8)。
檢測運(yùn)算(6)被信號(hào)處理單元(5)送來的信號(hào)所觸發(fā)、延時(shí)，將信號(hào)處于激振區(qū)的頭上一段波形去掉，延時(shí)結(jié)束開始計(jì)數(shù)余音區(qū)內(nèi)的信號(hào)周期和所歷時(shí)間，運(yùn)算出信號(hào)頻率，這種“計(jì)數(shù)”和“運(yùn)算”可進(jìn)行幾次，比較結(jié)果，認(rèn)定一致后，將結(jié)果輸給頻率比較單元(7)，同時(shí)將信號(hào)太弱或多余的部分，即無聲區(qū)的信號(hào)舍棄(如圖2所示)，這種“去頭”和“棄尾”隨音名或頻率不同而自動(dòng)決定其時(shí)刻。再者檢測運(yùn)算單元(6)還定時(shí)發(fā)出信號(hào)，使信號(hào)顯示單元(4)清零。頻率比較單元(7)首先檢出由鍵盤(14)所指定的音名的標(biāo)準(zhǔn)頻率值和允許誤差，在接到檢測運(yùn)算單元(6)送來的實(shí)測頻率后進(jìn)行頻差運(yùn)算和誤差允限比較;若頻差超過允限就執(zhí)行三種操作開通一條延時(shí)指令，同時(shí)將頻差值(可正可負(fù))輸給顯示器(9)顯示，又同時(shí)將頻差值輸給控制運(yùn)算單元(8)，控制運(yùn)算單元(8)依據(jù)頻差值運(yùn)算出控制當(dāng)量-脈沖數(shù)。當(dāng)量脈沖經(jīng)功率放大單元(10)后就是前述實(shí)施例中各執(zhí)行器(11)的控制信號(hào)，以此完成對工件(音齒或音簧)的定量微量加工。當(dāng)加工結(jié)束時(shí)延時(shí)也到，頻率比較單元(7)即指令前述實(shí)施例中各激振器使工件振動(dòng)發(fā)音-又一輪調(diào)音循環(huán)開始，……。當(dāng)頻差落入誤差允限時(shí)，頻率比較單元僅在Yes口有輸出，指令效果單元(13)發(fā)出聲光信號(hào)，宣告這一音階調(diào)音完成，同時(shí)微處理機(jī)的循環(huán)程序終止，發(fā)其它控制信號(hào)以便整個(gè)自動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)執(zhí)行別的控制操作。一般每一輪調(diào)音循環(huán)時(shí)間2秒左右，循環(huán)2～3次就能完成一個(gè)音齒(1a)或音簧(1b)的調(diào)音。如人工執(zhí)行對工作調(diào)音加工的話，省去功率放大(10)和執(zhí)行器(11)，控制運(yùn)算由操作工根據(jù)所顯示的頻差依據(jù)經(jīng)驗(yàn)和手法去進(jìn)行加工。激振器(12)可以人工操動(dòng)工具代替，也可人工操動(dòng)開關(guān)由原設(shè)激振器去進(jìn)行激振。
圖8顯示了手工調(diào)音的情況，它顯示的是用本發(fā)明的方法對其他發(fā)聲組件(如玩具小鋼琴鋼簧)進(jìn)行調(diào)音的情況。調(diào)音工用手工打擊的方法使鋼簧(1c)發(fā)音振動(dòng)，然后樂音信號(hào)經(jīng)上述的處理過程到達(dá)頻率比較單元(7)時(shí)，調(diào)音工通過觀察顯示器(9)顯示的頻差值來確定金屬去除量操作，并用槌子(12c)再次打擊鋼簧(1c)令其激振發(fā)音，進(jìn)行下一輪調(diào)音循環(huán)。當(dāng)顯示器(9)顯示的頻差值落入允限時(shí)，頻率比較單元(7)輸出Yes信號(hào)，效果單元(13)作出反應(yīng)，調(diào)音工便知道調(diào)音已告結(jié)束。在此，傳感器采用的是磁阻式測振傳感器(2a)，它包含有鐵質(zhì)基架(17)、電磁線圈(20)、磁軛(18)、用于金屬去除加工的工具是砂輪(39)。
綜上所述，本發(fā)明不僅適用于對八音琴的調(diào)音，還適用于導(dǎo)磁或?qū)щ姴牧现谱鞯钠渌麡菲鞯陌l(fā)音簧鍵集組的調(diào)音。其特點(diǎn)是對工件定位要求不高，不需要隔音室、也不怕雜聲干擾，大大地節(jié)約了設(shè)備投資成本，而且不需要高素質(zhì)的調(diào)音技工，具有普通操作水平的調(diào)音工就可以勝任，即可手工操作，又可自動(dòng)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了微量和定量加工、顯示直觀、運(yùn)算快速而準(zhǔn)確，調(diào)音精度高，是一種應(yīng)用范圍廣、實(shí)用性好的調(diào)音方法和專用裝置。
本發(fā)明在不同的實(shí)施例中所顯示的不同的傳感器和不同的金屬去除加工方案在相當(dāng)范圍是可以互換的，這就大大方便了不同的使用者。
權(quán)利要求
1.一種八音琴音板的調(diào)音方法，它包含有以下幾個(gè)操作步驟①令八音琴音板的某一被校音齒激振發(fā)音并將音齒發(fā)出的音響轉(zhuǎn)變?yōu)殡姎庑盘?hào)，再作放大；②將音齒振動(dòng)發(fā)出的樂音信號(hào)的頻率與標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)行比較、判斷出頻偏狀態(tài)；③根據(jù)頻差對被校音齒進(jìn)行特定部位的金屬去除，改變其固有頻率，使樂音信號(hào)的頻率逼近到與標(biāo)準(zhǔn)頻率相一致的程度，其特征在于a.用激振器來摧動(dòng)被校音齒，使之發(fā)音；b.用僅對音齒的振動(dòng)作出響應(yīng)從而不怕雜音干擾和不需昂貴隔音室就能工作的非接觸式傳感器將音齒發(fā)出的樂音信號(hào)作“聲-電”轉(zhuǎn)換，并對信號(hào)波形作截頭去尾處理再根據(jù)樂音頻率的歷時(shí)長短和所歷周期數(shù)用晶振時(shí)標(biāo)定量檢測并運(yùn)算得樂音頻率；c.將b步驟所算得的樂音頻率與該音齒音程的標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)行頻率比較，算出頻差，判別其是否超出允限，若頻差在允限范圍內(nèi)調(diào)音設(shè)備自動(dòng)作出合格的告示調(diào)音自動(dòng)停止；d.頻差未入允限時(shí)將頻差值輸給控制運(yùn)算單元，算出當(dāng)量脈沖數(shù)，并將當(dāng)量脈沖輸給功率放大單元進(jìn)行功率放大后再去控制執(zhí)行器，對音齒的特定部位進(jìn)行定量微量金屬去除加工；e.一次加工結(jié)束后頻率單元發(fā)出指令，激振器又將該音齒再次摧動(dòng)激振，再一輪的自動(dòng)調(diào)音開始，上述循環(huán)又被重復(fù)，直至頻差落入允限時(shí)頻率比較單元在Yes口有輸出，指令效果單元發(fā)出聲光信號(hào)宣告調(diào)音告成。
2.如權(quán)利要求1所述八音琴音板的調(diào)音方法，其特征在于當(dāng)以人工方式利用本發(fā)明對音板進(jìn)行調(diào)音時(shí)所述的操作步驟是先進(jìn)行所述的a、b、c三個(gè)工序，當(dāng)頻差未入允限時(shí)調(diào)音工根據(jù)頻差值的大小，憑經(jīng)驗(yàn)以手工操作的方式對音齒的特定部位進(jìn)行金屬的定量去除，如此循環(huán)可重復(fù)多次，直至頻差值落入允限為止。
3.如權(quán)利要求1所述八音琴音板的調(diào)音方法，其特征在于完成所述b步驟的檢測運(yùn)算單元，完成所述c步驟的頻率比較單元和完成所述d步驟的控制運(yùn)算單元所構(gòu)成的一個(gè)控制器是由微處理機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，與各被校音齒相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)頻率及其頻偏允限經(jīng)鍵盤輸入被儲(chǔ)存在微處理機(jī)的記憶單元里。被用微機(jī)的鍵盤輸入的內(nèi)容，如與被校音齒對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)頻率或音名、頻偏允限、各種操作命令均被顯示于設(shè)定顯示單元。
4.如權(quán)利要求1所述八音琴板的調(diào)音方法，其特征在于所述的b步驟中的定量樂音頻率檢測是采用對來自傳感器的模擬量的樂音信號(hào)執(zhí)行波形的過零檢測和石英晶振時(shí)標(biāo)來確定的。
5.一種八音琴音板的調(diào)音裝置，它包含有傳感器、電子電路、音齒金屬去除加工執(zhí)行機(jī)構(gòu)這三大部分，其特征在于a.所述的傳感器是僅對被調(diào)音齒的機(jī)械振動(dòng)作出響應(yīng)而不怕雜音干擾的非接觸式傳感器;b.所述的電子電路包含有放大器、信號(hào)處理、檢測運(yùn)算、頻率比較、控制運(yùn)算、當(dāng)量脈沖功率放大等電路單元;c.所述的音齒金屬去除加工執(zhí)行機(jī)構(gòu)是按照來自控制運(yùn)算單元經(jīng)過功率放大的當(dāng)量脈沖對被調(diào)音齒的特定部位進(jìn)行定量金屬去除的執(zhí)行器;d.使被調(diào)音齒產(chǎn)生振動(dòng)的激振器。
6.如權(quán)利要求5所述的八音琴音板調(diào)音裝置，其特征在于所述的傳感器是磁阻式傳感器，它包含有鐵質(zhì)基臺(tái)，在其上固定有一片被校音的音板，在基臺(tái)的下底有一向前延伸的磁軛，磁軛延伸到與音板前端頭相對應(yīng)的位置開始上翹，二者相互迎合但保留一定的間隙，在所述的磁軛與所述的基座之間夾有一塊具有恒定磁勢的永磁體，所述的被校音齒參與磁路，磁路通過空氣隙被閉合，在所述的磁軛上套有電磁線圈。
7.如權(quán)利要求5所述的八音琴音板調(diào)音裝置，其特征在于所述的傳感器是霍爾測振傳感器，它被布置在音齒前端的前方，傳感器的平板與音齒的縱長方向軸線呈相互垂直的幾何關(guān)系。
8.如權(quán)利要求5所述的八音琴音板調(diào)音裝置，其特征在于所述的傳感器是渦流傳感器，它是一個(gè)圈數(shù)少而線徑粗的線圈，所述的線圈內(nèi)通有高頻交變恒幅電流，它被布置在位于被校音齒下方的相應(yīng)位置上。
9.如權(quán)利要求5所述的八音琴音板調(diào)音裝置，其特征在于所述的金屬去除加工的執(zhí)行器是一個(gè)微型的流通著電解液的空心電極，其空心截面的寬度尺寸與被校音齒的寬度大體相等。
10.如權(quán)利要求5所述的八音琴音板調(diào)音裝置，其特征在于所述的金屬去除加工的執(zhí)行器是一個(gè)復(fù)合聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它包含有按控制運(yùn)算單元送來的當(dāng)量脈沖數(shù)來確定轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍的驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)和由步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角來確定平移移距的滑板，在所述的滑板上固定有帶鏟刮刀具的曲柄連桿機(jī)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求5所述的八音琴音板調(diào)音裝置，其特征在于所述的激振器包含有電磁閥和壓縮空氣導(dǎo)氣管，所述的導(dǎo)氣管的噴口對準(zhǔn)被校音齒。
12.如權(quán)利要求5所述的八音琴音板調(diào)音裝置，其特征在于所述的激振器是一個(gè)電磁鐵吸引裝置，它包含有鐵芯和電磁線圈。
全文摘要
本發(fā)明涉及八音琴音板的調(diào)音方法及專用裝置，它不怕雜音干擾、不需專用隔音室，其檢測運(yùn)算(6)、頻率比較(7)和控制運(yùn)算(8)單元被包容在一個(gè)微機(jī)里，傳感器檢測到實(shí)測頻率后對其作出定量檢測，然后與標(biāo)準(zhǔn)頻率比較，運(yùn)算出頻差，調(diào)音是借助于自動(dòng)控制的金屬去除執(zhí)行器按來自于控制運(yùn)算單元的當(dāng)量脈沖數(shù)，對被調(diào)音齒進(jìn)行特定部位的金屬去除以改變被校音齒的固有頻率，使之逼近達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)頻率。本發(fā)明的方案成本低、生產(chǎn)率高，對工人的素質(zhì)要求不高，最大的優(yōu)點(diǎn)就是不怕雜音干擾。
文檔編號(hào)G01G1/06GK1088337SQ9311504
公開日1994年6月22日 申請日期1993年11月29日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月29日
發(fā)明者竺韻德, 周治梅, 康海龍 申請人:竺韻德, 周治梅, 康海龍