專利名稱：概念鋼琴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于樂器制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種新式結(jié)構(gòu)的鋼琴，特別涉及到運(yùn)用現(xiàn)代高科技手段對(duì)傳統(tǒng)鋼琴結(jié)構(gòu)的變革與生產(chǎn)制造業(yè)的改造。
背景技術(shù)：
鋼琴在樂器分類學(xué)上屬于“擊奏弦鳴樂器”，之所以被稱為樂器之王，不僅僅因?yàn)樗捏w積碩大，更主要是因?yàn)樗臉?gòu)造十分復(fù)雜；鋼琴是由上萬(wàn)個(gè)零部件來(lái)組成的，僅作為鋼琴心臟的擊弦機(jī)就約有五千多個(gè)零部件，鍵盤與擊弦機(jī)構(gòu)成了一體化鍵盤機(jī)械系統(tǒng)，可將敲擊琴鍵時(shí)的敲擊力通過(guò)鍵桿傳遞給擊弦機(jī)，由擊弦機(jī)中聯(lián)動(dòng)杠桿使弦槌致動(dòng)擊弦而發(fā)出聲音。
回顧現(xiàn)代鋼琴的發(fā)展史，從自意大利人克里斯托福里發(fā)明第一臺(tái)鋼琴至今已有近300年的歷史，現(xiàn)代鋼琴的基本結(jié)構(gòu)也早已在19世紀(jì)就基本確定。近一百年來(lái)，雖然有許許多多關(guān)于鋼琴的設(shè)計(jì)發(fā)明，對(duì)鋼琴提出了種種的改進(jìn)，但這些改進(jìn)都僅僅是圍繞著諸如外觀造型或非關(guān)鍵性部件的材料替代上提出的，在鋼琴的基本結(jié)構(gòu)上特別是在關(guān)鍵的鍵盤機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、方式與原理上并沒有大的改變，因此可以說(shuō)現(xiàn)代鋼琴技術(shù)還是傳統(tǒng)鋼琴技術(shù)的一種延續(xù)。
現(xiàn)代鋼琴在結(jié)構(gòu)上可分為四個(gè)系統(tǒng)1、外殼系統(tǒng)——外殼系統(tǒng)的功能主要是安裝和保護(hù)機(jī)件，起穩(wěn)固連接各系統(tǒng)部件的作用，并具有音箱的功能；在外觀上有造型、裝飾作用。
2、鍵盤機(jī)械系統(tǒng)——由琴鍵、聯(lián)動(dòng)器、轉(zhuǎn)擊器、弦槌、止音器等部件組成的傳動(dòng)系統(tǒng)，這些功能部件以簡(jiǎn)單的杠桿原理構(gòu)成了一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、相互制約、相互影響的并行執(zhí)行機(jī)系統(tǒng)，是鋼琴的動(dòng)力源；它能將手指對(duì)琴鍵的彈奏力迅速傳遞為弦槌對(duì)弦的擊發(fā)力；鍵盤機(jī)械的傳動(dòng)性能決定了觸感和演奏的靈敏度。
3、踏瓣系統(tǒng)——一組由腳來(lái)控制的依附在鍵盤機(jī)械系統(tǒng)上的杠桿系統(tǒng)，2或3個(gè)踏瓣可對(duì)擊弦器上的琴槌位置、擊弦點(diǎn)與擊弦方式進(jìn)行微調(diào)，分別起改變聲音的強(qiáng)弱、共鳴和延音的作用。
4、張弦系統(tǒng)——鋼琴的發(fā)聲體，由木支架、鐵支架、音板、琴弦、弦軸板和調(diào)音釘、別弦釘、弦碼等部件組成；琴弦被琴槌擊發(fā)后產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)波由弦碼與別弦釘傳遞至音板，通過(guò)音板的諧振產(chǎn)生共鳴而發(fā)出洪亮的聲音；琴弦組(弦列)的長(zhǎng)度、粗細(xì)、張力等決定了聲音的振動(dòng)基頻及泛音的產(chǎn)生，設(shè)置準(zhǔn)確、合理的擊弦點(diǎn)更是取得優(yōu)良聲學(xué)品質(zhì)的重要保證，在現(xiàn)代的鋼琴系統(tǒng)中盡管對(duì)擊弦點(diǎn)的選取有著巧妙的設(shè)計(jì)，但是在目標(biāo)實(shí)施上還有著許多不足之處；張弦系統(tǒng)在現(xiàn)代鋼琴的整體結(jié)構(gòu)中相對(duì)其它系統(tǒng)獨(dú)立，有著自主的聲學(xué)設(shè)計(jì)方法，是人們喜愛的鋼琴(鋼琴的音色)的根本所在。
從上述對(duì)現(xiàn)代鋼琴的四個(gè)基本系統(tǒng)的簡(jiǎn)單介紹不難看出由于受結(jié)構(gòu)僵化的鍵盤機(jī)械系統(tǒng)的束縛，使得現(xiàn)代鋼琴無(wú)論是在聲學(xué)品質(zhì)的提高上，還是在操控演奏的靈活性上都很難有進(jìn)一步提高與改進(jìn)，以至于使得藝術(shù)家們?yōu)榱俗非蟾邔哟蔚乃囆g(shù)表現(xiàn)、不斷地向鋼琴制作師提出的要求和鋼琴制作師們?yōu)槟茉O(shè)計(jì)做出的性能更好的鋼琴所作出的各種努力變得徒勞。
此外由于現(xiàn)代鋼琴中的零部件在加個(gè)制造上標(biāo)準(zhǔn)寬泛、不嚴(yán)謹(jǐn)，造成了組裝調(diào)試工藝環(huán)節(jié)上的落后，組裝調(diào)試中還要不斷的對(duì)零部件進(jìn)行修修補(bǔ)補(bǔ)，使得產(chǎn)品在質(zhì)量上很難做到統(tǒng)一、一致，依舊屬于手工制造模式。史坦威鋼琴堪稱世界一流，它之所以能成為世界上最優(yōu)良的品牌鋼琴的主要原因其一是選擇優(yōu)良的木材做為制作零部件的材料；其二是他們擁有許多經(jīng)驗(yàn)豐富的工匠師，雖然在生產(chǎn)加工過(guò)程中采用了現(xiàn)代化的加工機(jī)械與加工工藝，但在許多木工制作和裝配調(diào)試環(huán)節(jié)中仍然要依靠那些富有經(jīng)驗(yàn)的能工巧匠通過(guò)手工方式來(lái)制作完成。
還有在鋼琴零部件結(jié)構(gòu)中，除了鑄鐵鐵骨、琴弦、軸釘以及螺釘?shù)壬贁?shù)是采用金屬材料外，絕大部分的零部件是由木質(zhì)材料制成的，其中魚鱗云杉也稱白松，用來(lái)制作音板、肋木、琴鍵、鍵盤架等；槭木也稱色木，用來(lái)制作擊弦機(jī)零件、琴碼等等，消耗浪費(fèi)了大量的自然資源，不利于環(huán)保。
種種原因表明，由于現(xiàn)代鋼琴一直沿用傳統(tǒng)的一體化鍵盤擊弦機(jī)杠桿結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致了現(xiàn)代鋼琴制造中的產(chǎn)品性能一致性差、產(chǎn)品質(zhì)量不統(tǒng)一，裝配調(diào)試工藝落后、手工為主，產(chǎn)品中科技含量低的落后局面。因此對(duì)已有300多年發(fā)展史的現(xiàn)代鋼琴來(lái)說(shuō)，若不采用新技術(shù)、新工藝進(jìn)行改造就很難有變化創(chuàng)新，滿足不了人們對(duì)鋼琴的藝術(shù)追求與消費(fèi)需求了，這正是本發(fā)明的目的所在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是用高新技術(shù)手段對(duì)現(xiàn)代鋼琴在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化、改造、整合；其核心是將現(xiàn)代鋼琴的一體化鍵盤擊弦機(jī)杠桿結(jié)構(gòu)用以電子、計(jì)算機(jī)控制及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)為手段設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操控靈活、裝配方便的電子擊弦器來(lái)取代，設(shè)計(jì)一種各功能系統(tǒng)相互獨(dú)立的分體化結(jié)構(gòu)的概念鋼琴。
本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)成響板系統(tǒng)、電子擊弦器、主控制器和鍵盤及踏瓣系統(tǒng)四個(gè)部分，技術(shù)方案如下1、響板系統(tǒng)——這是本發(fā)明的發(fā)聲系統(tǒng)。
弦列對(duì)稱分布在兩面或者多面響板上，見附圖2及附圖3。
響板外殼在造型設(shè)計(jì)上可根據(jù)響板結(jié)構(gòu)形式的不同進(jìn)行靈活多樣化的設(shè)計(jì)，如圓形、方形、心形等各種形狀，這樣可以使鋼琴的在外觀上被設(shè)計(jì)成多種形狀，見附圖4(a)(b)中所例的兩款外觀設(shè)計(jì)。
鋼琴的聲音源于琴弦、音色取決于共振板(音板)結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)代鋼琴共有220多根琴弦，平均每根琴弦的張力平均在100Kg左右，這樣琴弦張力的總合約為22,000Kg。為了減少由于琴弦張力的影響，本發(fā)明的張弦系統(tǒng)中弦列被對(duì)稱分布在兩面或多面共振板上，使得張力的向心力相互抵消，極大的減小了由于弦張力導(dǎo)致的共振板的形變，穩(wěn)定了發(fā)聲系統(tǒng)和共振效果。
在分布各弦列時(shí)，充分考慮了弦的振動(dòng)頻率以及弦被激發(fā)后振動(dòng)波通過(guò)弦碼耦合到共振板上的最佳位置，各弦碼放置在共振板的有效諧振區(qū)及泛音豐富區(qū)中；另外在擊弦點(diǎn)設(shè)置上，選取能使弦充分振動(dòng)最佳的波節(jié)點(diǎn)，以此追求優(yōu)良的聲響效果和完美的聲學(xué)品質(zhì)。
2、電子擊弦器——這是本發(fā)明的致動(dòng)系統(tǒng)。
對(duì)應(yīng)于響板系統(tǒng)中的每個(gè)弦列設(shè)置一個(gè)電子擊弦器，電子擊弦器懸掛在弦列最佳擊弦點(diǎn)的前方，安放位置可靈活選擇、互不影響，電子擊弦器原理框圖如附圖5所示。
電子擊弦器由一個(gè)MCU作為控制器，MCU通過(guò)接收系統(tǒng)主控機(jī)發(fā)來(lái)的動(dòng)作命令信息控制電子擊弦器中設(shè)有的弦槌和止音裝置的致動(dòng)，完成音樂表現(xiàn)時(shí)的擊弦行為。弦槌的致動(dòng)是由4個(gè)無(wú)殼螺管式電磁鐵所組成的4聯(lián)并行擊發(fā)裝置實(shí)現(xiàn)的，擊發(fā)力度(電磁力的強(qiáng)弱)的控制由參數(shù)IN(激磁安匝)來(lái)決定，采用單電壓脈寬調(diào)制方式即VPWM調(diào)制方式對(duì)電流進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)十六等級(jí)以上的連續(xù)線性變化的弦槌致動(dòng)力度；VPWM頻率設(shè)計(jì)為25Hz，可實(shí)現(xiàn)最大的擊弦頻率為每秒25次；弦槌的擊弦距離設(shè)計(jì)為4.5mm。
止音裝置的致動(dòng)也采用電磁致動(dòng)方式，平時(shí)止音器靠機(jī)械力(如壓簧)使止音裝置附著在弦列上，需要抬起的時(shí)靠電磁力將其抬起，抬起的時(shí)間由MCU中的定時(shí)計(jì)數(shù)器通過(guò)時(shí)值參數(shù)進(jìn)行控制。
系統(tǒng)中各弦列所對(duì)應(yīng)的電子擊弦器是以互連總線形式機(jī)聯(lián)在一起，構(gòu)成電子擊弦器陣列系統(tǒng)，電子擊弦器陣列和主控制機(jī)聯(lián)構(gòu)成本發(fā)明的系統(tǒng)主體。
3、主控制器——是本發(fā)明的靈魂部件。
由微處理器、點(diǎn)陣液晶顯示器、操作鍵盤和USB接口電路所組成。點(diǎn)陣液晶顯示器與操作鍵盤組成窗口式的管理介面，供人機(jī)對(duì)話使用；內(nèi)置有音頻軟波表播放器，將數(shù)字音頻信號(hào)合成為模擬音頻信號(hào)。
4、鍵盤及踏瓣系統(tǒng)——由踏瓣系統(tǒng)控制機(jī)、12個(gè)不同八度中同名按鍵的信號(hào)采集處理器、鋼琴鍵盤及踏瓣構(gòu)成。踏瓣系統(tǒng)控制機(jī)和12個(gè)不同八度中同名按鍵的信號(hào)采集處理器均由微處理器來(lái)控制，以總線互連形式機(jī)聯(lián)在一起，構(gòu)成鋼琴鍵盤及踏瓣系統(tǒng)。見附圖6。
踏瓣系統(tǒng)控制機(jī)由微處理器、點(diǎn)陣液晶顯示器、操作鍵盤組成；12個(gè)不同八度中同名按鍵的信號(hào)采集處理器通過(guò)每個(gè)琴鍵與踏瓣上設(shè)置的3對(duì)紅外光電傳感器對(duì)鍵盤和踏瓣動(dòng)作過(guò)程進(jìn)行采集。采集的信號(hào)經(jīng)參數(shù)提取轉(zhuǎn)變?yōu)橐舫?、力度、時(shí)值等數(shù)字量。
鋼琴鍵盤的結(jié)構(gòu)尺寸是按原標(biāo)準(zhǔn)鋼琴鍵盤設(shè)計(jì)，每個(gè)按鍵設(shè)置有20g力的機(jī)械阻尼機(jī)構(gòu)，以體現(xiàn)在彈奏時(shí)的擊鍵感覺。
具體操作如下1.在主控制器的控制下本發(fā)明設(shè)有兩種工作模式①?gòu)椬嗄Ｊ绞褂谜咔脫羟冁I后，琴鍵的運(yùn)動(dòng)過(guò)程及狀態(tài)由鍵盤及踏瓣系統(tǒng)中按鍵信號(hào)采集電路采集并整理成力度、時(shí)值與分屬的八度區(qū)號(hào)三個(gè)參數(shù)的數(shù)字信息，并將該信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)即時(shí)的傳遞給鍵盤及踏瓣系統(tǒng)控制機(jī)，經(jīng)鍵盤及踏瓣系統(tǒng)控制機(jī)整理成音程、力度、時(shí)值參量即時(shí)的發(fā)送到系統(tǒng)主控機(jī)中，由系統(tǒng)主控機(jī)將數(shù)據(jù)發(fā)送到電子擊弦器陣列系統(tǒng)中，地址與音程相匹配的電子擊弦器將會(huì)按照力度、時(shí)值參數(shù)控制琴槌和止音裝置的致動(dòng)，完成一次擊弦動(dòng)作；同時(shí)主控制器按照整體節(jié)奏，給出節(jié)拍參數(shù)，將音程、力度、時(shí)值與節(jié)拍四個(gè)參數(shù)打包成一個(gè)事件(即一次擊弦動(dòng)作)，主控制器可將每次彈奏的全過(guò)程中的所有事件進(jìn)行記錄，形成規(guī)格化樂曲數(shù)據(jù)流文件，該文件可在播放模式進(jìn)行重復(fù)播放，或通過(guò)USB接口電路將該文件保存到外置的USB存儲(chǔ)設(shè)備的曲庫(kù)中，還可將該文件傳遞給鍵盤及踏瓣系統(tǒng)控制機(jī)中進(jìn)行編輯、修改。
②播放模式對(duì)以規(guī)格化形式存儲(chǔ)的樂曲數(shù)據(jù)流文件通過(guò)概念鋼琴進(jìn)行自動(dòng)重復(fù)演奏，在此模式下主控制器將規(guī)格化樂曲數(shù)據(jù)流文件中的每個(gè)事件分解出來(lái)，在主控制器的時(shí)序節(jié)拍控制下按照音程地址將力度與時(shí)值參數(shù)發(fā)送給電子擊弦器陣列中，由相應(yīng)的電子擊弦器完成擊弦動(dòng)作。；在播放節(jié)奏即時(shí)序節(jié)拍上設(shè)有7種選擇模式，分別為正常、1～3級(jí)加快及1～3級(jí)減慢模式；在音程(調(diào)性)調(diào)整上提供7種選擇模式，分別為正常1～3級(jí)升調(diào)及1～3及降調(diào)模式。另外還設(shè)有播放、暫停/繼續(xù)、停止等基本控制功能。
在上述兩種工作模式中對(duì)電子擊弦器的琴錘致動(dòng)力還可進(jìn)行力度等級(jí)選擇控制，力度等級(jí)分為正常力度、1～3級(jí)力度減弱、1～3級(jí)力度增強(qiáng)7級(jí)模式、方便在訓(xùn)練時(shí)與正常演奏時(shí)對(duì)聲音大小進(jìn)行控制的需要。
2.USB接口電路及功能USB接口電路提供了主控制器與外部USB存儲(chǔ)設(shè)備的接入介面，可通過(guò)USB存儲(chǔ)設(shè)備(如U盤、移動(dòng)硬盤等)作為曲庫(kù)存儲(chǔ)器，用來(lái)存放以規(guī)格化形式保存的樂曲數(shù)據(jù)流文件。主控制器可通過(guò)USB接口電路讀取曲庫(kù)中所存儲(chǔ)的樂曲數(shù)據(jù)流文件，將鋼琴音軌上所記錄的音樂控制信息(事件)流解析出來(lái)，作為電子擊弦器的致動(dòng)控制信息，通過(guò)互連總線控制連接在網(wǎng)絡(luò)上的電子擊弦器的致動(dòng)，實(shí)現(xiàn)樂曲數(shù)據(jù)流文件所記錄的鋼琴音樂的再現(xiàn)(參見播放模式)。
所謂的音樂控制信息流文件是一種類似于MIDI格式的數(shù)字音樂文件，所謂的規(guī)格化是將樂曲中的每個(gè)音作為一個(gè)事件，事件是以音程、力度、時(shí)值、節(jié)拍4個(gè)參數(shù)來(lái)進(jìn)行描述的，這樣每首樂曲的全部記錄點(diǎn)的數(shù)據(jù)集合就形成樂曲數(shù)據(jù)流文件；事件中4個(gè)參數(shù)的具體功能定義如下音程在電子擊弦器陣列所對(duì)應(yīng)的弦組中，每個(gè)弦組都有一個(gè)固定的音高，也就是說(shuō)在電子擊弦器陣列中每個(gè)電子擊弦器都控制一個(gè)音高弦組的擊弦致動(dòng)，從網(wǎng)絡(luò)角度上來(lái)說(shuō)，每個(gè)電子擊弦器都具有唯一的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址就被表示成音程，本發(fā)明中音程的編址是用7位二進(jìn)制表示的，最多可對(duì)應(yīng)128個(gè)弦組。在音程(調(diào)性)調(diào)整上提供7種選擇模式，分別為正常1～3級(jí)升調(diào)及1～3及降調(diào)模式，實(shí)現(xiàn)方法是由主控制器對(duì)電子擊弦器的目標(biāo)地址進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。
力度音樂表現(xiàn)時(shí)的擊弦力度，本發(fā)明同樣也采用了7位二進(jìn)制編碼來(lái)表示電子擊弦器的擊弦力度，其中低4位的編碼表示正常方式下所產(chǎn)生的50g～3000g之間的十六級(jí)的線性擊弦力，各級(jí)間的力度差大約是180g左右。高3位則以補(bǔ)碼的形式表示了在彈奏模式或播放模式中的7級(jí)力度增強(qiáng)與力度減弱的變化；其中000為正常、0xx為力度增強(qiáng)、1xx為力度減弱，力度增強(qiáng)與力度減弱的變化信息是通過(guò)力度選擇，由主控制器在對(duì)電子擊弦器的控制中疊加的(相當(dāng)于音量大小控制)。
時(shí)值在電子擊弦器上的弦槌被致動(dòng)擊弦時(shí)，一直吸附在弦組上的止音器將被抬起，以保證弦組的充分振動(dòng)，時(shí)值是表示弦組被擊發(fā)振動(dòng)后需要保持的時(shí)間，也就是止音器的歸位時(shí)間，在現(xiàn)代鋼琴?gòu)椬鄷r(shí)，時(shí)值表示琴鍵從被按下到返回到回程的二分之一處所需要的時(shí)間，另外它還與增音踏瓣有關(guān)系，在增音踏瓣踏下時(shí)所有的止音器全部被打開。本發(fā)明采用了1位二進(jìn)制編碼來(lái)表示止音器的致動(dòng)關(guān)系，即所謂的時(shí)值控制。
節(jié)拍表示每個(gè)音符出現(xiàn)時(shí)相對(duì)樂曲起始點(diǎn)的時(shí)間，該時(shí)間的單位是拍，即節(jié)拍表示的是每個(gè)音符相對(duì)于樂曲起點(diǎn)的拍子數(shù)。本發(fā)明采用16位二進(jìn)制編碼來(lái)表示節(jié)拍，其中低13位表示正常節(jié)拍，可表示的拍子數(shù)位為8192；高3位用補(bǔ)碼表示的7級(jí)節(jié)奏控制模式。同樣在播放節(jié)奏即時(shí)序節(jié)拍上設(shè)有7種選擇模式，分別為正常、1～3級(jí)加快及1～3級(jí)減慢模式；加快與減慢是將正常模式中時(shí)序節(jié)拍作為當(dāng)量值進(jìn)行縮小(加快)、擴(kuò)大(減慢)的。
3.音頻軟波表播放器的應(yīng)用主控制器中設(shè)有軟波表播放器，將其他樂器的合奏、伴奏等數(shù)字音頻信息以不同的記錄軌跡在統(tǒng)一的節(jié)拍下合成為一個(gè)規(guī)格化的樂曲數(shù)據(jù)流文件，這些表現(xiàn)其它樂器聲音的數(shù)據(jù)與鋼琴音軌上所記錄的音樂控制信息流在節(jié)奏和音量大小上有著密切的相關(guān)性。在聯(lián)合播放時(shí)將數(shù)字音樂文件中的其它記錄軌跡中記錄的由其它樂器演奏的伴奏、合奏等形式的數(shù)字音頻信息經(jīng)軟波表合成為模擬的音頻信號(hào)，經(jīng)外置音頻功率放大器、音響播放出來(lái)，與真實(shí)的鋼琴音色合在一起豐富了音樂的表現(xiàn)形式。另外在此應(yīng)用模式中，還可以一邊用音頻軟波表播放器將其記錄的音樂信息播放出來(lái)，一邊同步的彈奏鋼琴，為演奏訓(xùn)練提供了便捷的形式，達(dá)到了沒有樂隊(duì)也能進(jìn)行合練的目的。
4.鍵盤及踏瓣系統(tǒng)功能鍵盤及踏瓣系統(tǒng)可獨(dú)立工作，鍵盤及踏瓣系統(tǒng)的管理機(jī)中設(shè)有編、作曲的功能模式，在此模式中設(shè)有記錄、修改與回放功能，即對(duì)彈奏模式下的彈奏全過(guò)程進(jìn)行記錄，整理形成數(shù)字流文件暫存在內(nèi)部存儲(chǔ)器中，通過(guò)點(diǎn)陣液晶顯示器以線譜或簡(jiǎn)譜的格式將所記錄的樂譜顯示出來(lái)，可對(duì)其中的部分小節(jié)進(jìn)行修改、替換，確認(rèn)要永久保存時(shí)可傳到系統(tǒng)主控機(jī)中，由系統(tǒng)主控機(jī)轉(zhuǎn)存到外部存儲(chǔ)器中。
鍵盤及踏瓣系統(tǒng)中設(shè)有鋼琴音頻波表播放器，通過(guò)耳機(jī)或音響設(shè)備將編輯的曲目播放出來(lái)，為練習(xí)、編曲提供了靈活方便的模式。
本發(fā)明的效果和益處是1、本發(fā)明利用了計(jì)算機(jī)、微電子及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)手段，在保持現(xiàn)代鋼琴所具有的聲音特色，豐富的音樂表現(xiàn)力、高深的演奏技巧的前提下從整體構(gòu)造上進(jìn)行變革、綜合優(yōu)化形成全新概念鋼琴的設(shè)計(jì)及其制作方法。
2、本發(fā)明在響板尺寸及張弦機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)上靈活多樣，不受尺寸的約制，可以追求更加完美的音色，在外觀造型上更加現(xiàn)代化、美觀化，可以個(gè)性設(shè)計(jì)，使得鋼琴不再局限在現(xiàn)代鋼琴的只有立式、臥式兩種主流結(jié)構(gòu)上。
3、本發(fā)明的各功能部件相對(duì)獨(dú)立、相互影響小，便于現(xiàn)代化批量生產(chǎn)，組裝與調(diào)試極為方便，各部件功能擴(kuò)充極為方便，相互制約性小。
4、由于采用了電子擊弦器陣列系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在擊弦點(diǎn)的選擇上更加準(zhǔn)確、合理，擊弦力度設(shè)置可以多樣化，使得在以音量大小作為功能指標(biāo)的應(yīng)用上更靈活多樣。
5、在主控器的控制、不用鍵盤系統(tǒng)控制的狀態(tài)下，可依據(jù)提供的曲庫(kù)進(jìn)行自動(dòng)演奏，形成了一套純正鋼琴音色的音響系統(tǒng)，并且通過(guò)軟波表播放器將其他樂器的合奏、伴奏等聲音效果疊加到自動(dòng)演奏的效果里面。由于形成了規(guī)格化的樂曲數(shù)據(jù)流文件，各種樂器的聲音數(shù)據(jù)在節(jié)奏和音量大小上有密切的相關(guān)性，所以在調(diào)性、節(jié)奏和力度(音量大小)上可以調(diào)整，方便欣賞。
6、采用了獨(dú)立的鍵盤及踏瓣系統(tǒng)，除了具有進(jìn)行正常的彈奏功能之外，還具有獨(dú)立練習(xí)、編輯曲目的功能，更重要的是由于可以自由放置和多鍵盤及踏瓣系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)串接，使得彈奏的位置和姿態(tài)方便靈活，可以進(jìn)行多人并行彈奏。
7、大部分的功能部件是電子元件，其它的元件在材料的選用上可用非木質(zhì)材料，因此對(duì)材料的選擇和加工都極為方便，和以木材為主要零部件選材的現(xiàn)代鋼琴相比，更加環(huán)保、屬綠色產(chǎn)品。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為雙面響板和張弦分布的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為橢圓型響板和張弦分布的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4(a)、圖4(b)為主體外觀造型示意圖。
圖5為電子擊弦器及其陣列系統(tǒng)原理框圖。
圖6為鍵盤及踏瓣系統(tǒng)原理框圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
實(shí)施例1在主控制器的控制下彈奏模式使用者敲擊琴鍵后，琴鍵的運(yùn)動(dòng)過(guò)程及狀態(tài)由鍵盤及踏瓣系統(tǒng)中按鍵信號(hào)采集電路采集并整理成力度、時(shí)值與分屬的八度區(qū)號(hào)三個(gè)參數(shù)的數(shù)字信息，并將該信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)即時(shí)的傳遞給鍵盤及踏瓣系統(tǒng)控制機(jī)，經(jīng)鍵盤及踏瓣系統(tǒng)控制機(jī)整理成音程、力度、時(shí)值參量即時(shí)的發(fā)送到系統(tǒng)主控機(jī)中，由系統(tǒng)主控機(jī)將數(shù)據(jù)發(fā)送到電子擊弦器陣列系統(tǒng)中，地址與音程相匹配的電子擊弦器將會(huì)按照力度、時(shí)值參數(shù)控制琴槌和止音裝置的致動(dòng)，完成一次擊弦動(dòng)作；同時(shí)主控制器按照整體節(jié)奏，給出節(jié)拍參數(shù)，將音程、力度、時(shí)值與節(jié)拍四個(gè)參數(shù)打包成一個(gè)事件(即一次擊弦動(dòng)作)，主控制器可將每次彈奏的全過(guò)程中的所有事件進(jìn)行記錄，形成規(guī)格化樂曲數(shù)據(jù)流文件，該文件可在播放模式進(jìn)行重復(fù)播放，或通過(guò)USB接口電路將該文件保存到外置的USB存儲(chǔ)設(shè)備的曲庫(kù)中，還可將該文件傳遞給鍵盤及踏瓣系統(tǒng)控制機(jī)中進(jìn)行編輯、修改。
實(shí)施例2鍵盤及踏瓣系統(tǒng)功能鍵盤及踏瓣系統(tǒng)可獨(dú)立工作，鍵盤及踏瓣系統(tǒng)的管理機(jī)中設(shè)有編、作曲的功能模式，在此模式中設(shè)有記錄、修改與回放功能，即對(duì)彈奏模式下的彈奏全過(guò)程進(jìn)行記錄，整理形成數(shù)字流文件暫存在內(nèi)部存儲(chǔ)器中，通過(guò)點(diǎn)陣液晶顯示器以線譜或簡(jiǎn)譜的格式將所記錄的樂譜顯示出來(lái)，可對(duì)其中的部分小節(jié)進(jìn)行修改、替換，確認(rèn)要永久保存時(shí)可傳到系統(tǒng)主控機(jī)中，由系統(tǒng)主控機(jī)轉(zhuǎn)存到外部存儲(chǔ)器中。
鍵盤及踏瓣系統(tǒng)中設(shè)有鋼琴音頻波表播放器，通過(guò)耳機(jī)或音響設(shè)備將編輯的曲目播放出來(lái)，為練習(xí)、編曲提供了靈活方便的模式。
權(quán)利要求
1.一種概念鋼琴，由響板系統(tǒng)、電子擊弦器、主控制器和鍵盤及踏瓣系統(tǒng)四個(gè)部分組成，其特征是(1)響板系統(tǒng)弦列對(duì)稱分布在兩面或多面響板上，按被激發(fā)后的弦振動(dòng)頻率和通過(guò)弦碼將弦振動(dòng)波耦合到共振板上的最佳位置來(lái)排布弦列，擊弦點(diǎn)設(shè)置在使弦最佳振動(dòng)的波節(jié)點(diǎn)上；(2)電子擊弦器對(duì)應(yīng)前述響板系統(tǒng)中的每個(gè)弦列設(shè)置一個(gè)電子擊弦器，每個(gè)電子擊弦器由一個(gè)微處理器做控制器；各弦列所對(duì)應(yīng)的電子擊弦器是以互連總線形式機(jī)聯(lián)在一起，構(gòu)成電子擊弦器陣列系統(tǒng)，電子擊弦器陣列和主控制機(jī)聯(lián)構(gòu)成本發(fā)明的系統(tǒng)主體；微處理器受主控制器發(fā)出的致動(dòng)命令控制電子擊弦器中的弦槌和止音裝置的致動(dòng)；弦槌致動(dòng)由4個(gè)無(wú)殼螺管式電磁鐵組成的4聯(lián)并行擊發(fā)裝置實(shí)現(xiàn)；止音裝置致動(dòng)采用電磁吸附裝置實(shí)現(xiàn)；(3)主控制器由微處理器、點(diǎn)陣液晶顯示器、操作鍵盤和USB接口構(gòu)成，主控制器可以總線互連形式與鋼琴鍵盤及踏瓣系統(tǒng)控制機(jī)級(jí)聯(lián)在一起，形成全系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)控制；(4)鋼琴鍵盤及踏瓣系統(tǒng)由鋼琴鍵盤及踏瓣系統(tǒng)控制機(jī)、12個(gè)不同八度中同名按鍵的信號(hào)采集處理器、鋼琴鍵盤及傳感裝置、踏瓣及傳感裝置構(gòu)成。踏瓣系統(tǒng)控制機(jī)和12個(gè)不同八度中同名按鍵的信號(hào)采集處理器均由微處理器來(lái)控制，以總線互連形式級(jí)聯(lián)在一起，鋼琴鍵盤及踏瓣系統(tǒng)控制機(jī)可以總線互連形式與主控制器級(jí)聯(lián)在一起，形成全系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)控制；踏瓣系統(tǒng)控制機(jī)設(shè)有微處理器、點(diǎn)陣液晶顯示器和操作鍵盤；12個(gè)同名按鍵的信號(hào)采集處理器設(shè)有3對(duì)紅外光電傳感裝置，通過(guò)傳感裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤和踏瓣動(dòng)作過(guò)程的實(shí)時(shí)采集。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種概念鋼琴，其特征在于所述響板的外觀造型根據(jù)實(shí)際需要能夠設(shè)計(jì)成為多種形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種概念鋼琴，其特征在于所述主控制器與電子擊弦器組成播放系統(tǒng)，儲(chǔ)存在外部存儲(chǔ)器中的規(guī)格化信息通過(guò)主控制器設(shè)置的USB接口讀入主控制器，主控制器以致動(dòng)命令形式控制電子擊弦器中的弦槌和止音裝置的致動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種概念鋼琴，其特征在于通過(guò)主控制器內(nèi)置的音頻軟波表播放器，將由其它樂器演奏的規(guī)格化音頻信息合成為模擬的音頻信號(hào)，經(jīng)外置音頻功率放大器與電子擊弦器的致動(dòng)同步播放。
全文摘要
本發(fā)明屬于樂器制造技術(shù)領(lǐng)域；用計(jì)算機(jī)、微電子及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)作為手段實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制、電控?fù)粝夜δ?，給出本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及主要功能部件實(shí)現(xiàn)方法。在保持現(xiàn)代鋼琴優(yōu)美音色前提下，用電控?fù)粝曳绞饺〈F(xiàn)代鋼琴的杠桿致動(dòng)方式，對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行變革、綜合優(yōu)化形成全新概念鋼琴的設(shè)計(jì)及其制作方法；響板及張弦機(jī)結(jié)構(gòu)靈活多樣設(shè)置合理，可精確選擇弦碼位置與擊弦點(diǎn)；外觀造型根據(jù)實(shí)際需要能夠設(shè)計(jì)成為多種形狀；各功能部件互相獨(dú)立獨(dú)成系統(tǒng)，便于現(xiàn)代化批量生產(chǎn)，組裝與調(diào)試極為方便；自動(dòng)演奏功能，形成了具有純正鋼琴音色的音響系統(tǒng)、方便欣賞；可凈音練習(xí)、編輯曲目、多人、多鍵盤聯(lián)合彈奏，豐富了演奏形式及音樂表現(xiàn)力。
文檔編號(hào)G10F3/00GK1881408SQ20061007699
公開日2006年12月20日 申請(qǐng)日期2006年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月14日
發(fā)明者劉軍 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)