一种具有弹奏手感的电子钢琴的制作方法

专利名称：一种具有弹奏手感的电子钢琴的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有弹奏手感，又可随弹奏力度变化的强弱感和音色感的电子钢琴。
本发明是从现有电子钢琴发展而来的。
现市售与使用的电子钢琴，均属单一钢琴音色的电子琴类，它即无传统钢琴的弹奏手感，又无随弹奏力度变化的强弱感和音色感。从现有的电子钢琴和普通钢琴上采用示波器测量出来的波形可明显看出这种差异。传统钢琴有其独特的发音方式，重弹重响、轻弹轻响，音量和音色随着演奏的力度而变化。弹奏时手不松琴键，音头呈快速衰减状态，而余音(音尾)长而不混，自然消失。如弹奏后手快速离开琴键，则音头快速衰减，音尾随松即失，干净利落，利于快速演奏，在踏下脚键控制余音后，当弹奏后手离开琴键时，余音很长，并自然衰减，具有余音缭绕之感。这样，就能用不同的手法演奏出多种不同风格的乐曲韵味来。所以目前广泛使用着的电子钢琴是无法与其比拟的。
本发明的目的就是提供一种具有弹奏手感以及具有普通钢琴弹奏效果的电子钢琴。
本发明的技术解决方案一、结构部分本发明的结构是指琴键键盘总成。
本发明的琴键键盘结构设计采用了配重加弹簧钢片支点移动方法。这样，不但能达到传统钢琴的关键手感指标，还同时能给出力度电路控制所需的时间差开关信号，琴键结构中各部分主要功能如下(见


图1)1－－琴键，为标准钢琴键2－－键架，固定于琴体(11)之上，内部装有琴键开关总成(5)，上部安装琴键。
3－－键关节，为固定琴键的活动关节，使琴键能完成平滑地上下运动，并完成琴键与键架的固定关系。
4－－反弹簧片，通过反弹簧片维持琴键的原状，其一头卡在键架上，一头顶在键的根部，这样可以较小的运动而产生较大的反弹力，并可抵消配重铅锤(6)的下垂作用力。
5－－键开关总成，主要包括键开关上静片(7)、键开关下静片(9)和键开关中动片(8)，中间留有间隔(10)，总成由固定塑料架连接在一起，它是将手弹力度转换成为开关时间间隔脉冲信号的关键部件。工作原理如下常开时开关动片(8)与上静片(7)相接，呈常闭状态，当按下琴键时凸头(12)将动片(8)顶离上静片(7)由于两静片间为隔开状态，使动片向下运动一定距离后脱离上静片，产生一个断开信号，动片继续向下运动时，其间约为2.5毫米，动片与下静片接通，产生一个接通信号。这样，电路就可根据间隔开关信号来测出弹奏时的力度强弱。
采用间隔开关构造有如下优点一、可保证所有的琴键在按动时动片运动距离相等，也就是能保证各键开关起闭时间保持一致。二、可减少各片间的接触电阻，提高工作可靠性。三、一组开关注塑成形后不必要调整，使生产工艺简化。四、可方便、可靠地使按键力度强弱转换成时间信号。
6－－重锤，为琴键配重用。由于钢琴的特殊构造形成了其固有的按键质量感，电子钢琴为了便于生产不可能完全按钢琴的特殊构造来达到这种手感，本发明特别为此设计了配重锤和反弹簧片(4)，经两者巧妙的配合，可产生接近钢琴手感的目的。
7－－键开关上静片，与中动片(8)呈常接状态。
8－－键开关中动片。
9－－键开关下静片。
10－－键开关中间间隔，用于保持上、下静片。
11－－琴体，用于固定和承载琴键键盘总成。
12－－凸头。
二电路部分本发明在原有电子钢琴电路上加上压控开关电路、力度音色电路、力度音量控制电路和力度音色控制电路，电路工作原理如下(参照图2、图3)本电路通过接收上述开关信号，将其转换成为电压控制信号，而达到弹奏力度控制音量和音色的目的。
琴键开关K的信号通常将C1短路，按下琴键时，K的中心点离开上静片(07)，开始对C1充电。C1的充电时间由D1、R1决定，由于D1采用的是稳压二极管，对于C1来说就具有在稳压值以上电阻小、充电速度快；稳压值以下电阻大，形成对数特性，稳压值以上对C1充电的内阻可认为等于R1，稳压值以下对C1的充电内阻等于DR＋R1的内阻，这样可形成与弹奏手感力度变化相一致的变化特性。
开关K中点接触下静片09时，C1对D1R1在单位时间内放电的电位就会在接通的一瞬间被场效应管的栅极接受。由于按键的间隔时间很短(快弹只有1ns左右，慢弹只有0.3S左右)，变化又很快，所以要在这个时间内反映出力度电压，就需要用BG1、BG2来产生一个大的电流信号将电位同时寄存在C2上。由于压控放大器内阻一定，所以在C2电压形成后经D4放电的RC曲线还是典型的放电曲线，这样还是不能形成钢琴特有的音头迅速衰减，而尾音长的效果，为此在C2的放电回路上并联了D3、R6。由于稳压二极管的击穿特性，造成C2放电电流的指数变化，就可达到这种目的。这个具有钢琴力度特性和衰减性的电压，经D4、R7、BG4组成的电路，可减小C2的容量，改善BG2对C2的充电特性，改善音头的力度响应，使控制特性平滑，信噪比好，动态范围大，一致性好，BG3的作用是控制余音的切断，使本琴具有与钢琴一样的击键特性(即制音效果)。
钢琴具有的击键特性是击键时音头强，迅速衰减后音尾长，这个过程约为3－5秒，高音区短、低音区长，在击键强度由强到弱时余音效果基本保持不变。在延音踏板踩下时和手弹键后不离键时延音特性一样，均为长余音。在不踩延音踏板时或手弹键后迅速抬起即制音状态，余音马上停止。该功能的实现是由BG3来完成的，在弹奏中按下琴键时，电压经R3使BG3从导通变成截击状态，C2对控制点的放电为长余音状态，松开琴键时，经R3给BG3加入一个导通电压，C2中的电压经BG3、R5马上放掉，形成制音状态，在需要手离键后仍有长余音效果时，由脚踏开关将一6V的电压经D2给BG3加入一个使其截止的负偏值，这样还是C2的自然放电特性。即长余音状态，88个琴键同时控制，只要将所有的D2负端并连在一起经一个脚踏开关即可实现。
钢琴的另一特点是音色随力度强弱而变化，强弹谐波非常丰富，弱弹则谐波减少，这是普通电子钢琴达不到的。本电路巧妙地运用了稳压二极管的特性，由D5、D6构成了谐波叠加系统，将D5、D6串连在两个压控放大器的偏置输入端，这样就能在单个键控电压达到一定值后(稳压管为3V，二极管为0.7V)，马上使其高八度压控开关导通，使其在基波上叠加上高一个八度的谐波。这样我们在每七个八度间设计有六套二极管，就能使每一个基频可望加上三个八度谐波，在弱击键时，压控电压在3.7V以下，为单一基频f1，在中强击键时，压控电压超过3.7V，稳压二极管导通，形成基频f1＋f／2。在击键强度再加大时，压控电压超过7.4V，又能加入第二次倍频，即f1＋f／2＋f／4，形成非常丰富的谐波，这样就会产生钢琴那种轻弹谐波小，重弹谐波多的音色特点。
本发明与现有的电子钢琴相比，增加了力度控制手感和音色，基本上体现出了传统钢琴的固有特点，力度反应灵敏，音色清晰、真实，手感合适。因此，该琴具有广泛的用途教学、练习、文艺演出中均可使用，还可弥补传统钢琴的不足之处。如可以克服少年儿童从小练琴易产生的手型不好和关节痛等，本琴装有耳机插孔，这样可用于音乐院校的电化教学，还可免去传统钢琴每年调琴之难，本琴还装有外接扩音输出插口，有利于演奏员的感情表达和水平的发挥。另外该琴还具有体积小，便于携带的优点。
该琴全部可由国产元器件组装，取材容易、调试简单、制作工艺简单、可靠性高、成本低、有利于大批量商品化生产。
下列附图描述了本发明的一个实施例。
图1为电子钢琴琴键侧视结构图。
图2为电子钢琴电路方框图。
图3为压控开关，力度音色、力度音量、音色控制电路图。
图1描述了本琴琴键、键开关以及配重锤的结构，键盘技术指标如下键盘长度1230mm单白键宽度22.5mm
键盘排列十二平均律白键按下距离(前沿)11mm白键长52mm黑键长96mm白键单键静压力110g±10白键动压力80g±10白键静回弹力(底端)100g±10白键回弹力50g±10琴键由ABS塑料注塑而成。
键开关总成由固定塑料架组成。
工作原理见附图及前述。
图2描述了本发明电路在电子钢琴总电路中的连接关系。
图3描述了本发明压控开关、力度音色、力度音量、音色控制电路原理，接线，元器件指标、规格等。本实施例均采用国产元器件，技术指标如下电源AC220V±15％功率＞60W输出功率＜2×20W信噪比60dB±5dB音准小字一组为A＝440HZC－B衰减小于±3音分音域A2——C5手弹力度(小字一组A测)＜35dB击键反映＜8次／秒余音长度(小字一组A测)5.5秒±0.5秒发音键数88键同时发音音色四种以上，本琴为钢琴、三角琴、爵士钢琴、古钢琴。
按图3所示电路图制作，然后将此电路按图2所示电子钢琴电路方框图连接，再接至
图1所示键开关上即可。
权利要求1.一种具有弹奏手感的电子钢琴，由安装于琴体上的键架和琴键，以及音源电路、混合电路、功放电路、电源电路组成，其特征在于琴键(1)前沿下部装有配重重锤(6)，固定于键架(2)和琴键(1)根部的反弹簧片(4)，安装在键架(2)内部的键开关总成(5)，电路中增加了压控开关电路，力度音色电路，力度音量控制开关电路、力度音色控制开关电路。
2.根据权利要求1所述具有弹奏手感的电子钢琴，其特征在于键开关总成(5)由上静片(7)、中动片(8)、下静片(9)和装于上下静片中间的中间间隔(10)、以及与琴键(1)为一体的凸头(12)构成。
3.根据权利要求1所述具有弹奏手感的电子钢琴，其特征在于配重重锤(6)为金属铅制成。
4.根据权利要求1所述具有弹奏手感的电子钢琴，其特征在于音源首先进入压控开关电路，压控开关出口有两条，一条进入混合电路，一条与力度音色电路相连，并与力度音量电路和力度音色控制电路连接，力度音色电路另一端接上一个压控电路C点，力度音量电路、力度音色电路一B点与脚踏余音开关相接。
专利摘要一种具有弹奏手感的电子钢琴，现有的电子钢琴均为单一钢琴音色的电子琴。它即无传统钢琴的弹奏手感，又无随弹奏力度变化的强弱感和音色感。通过在琴键上增设一个键开关总成，配重重锤以及电路中增设一个压控开关、力度音量、音色控制电路解决了这个问题。本琴基本体现出了传统钢琴的固有特点，具有力度反应灵敏，音色清晰、真实、手感合适等优点。可广泛应用于教学、练习、文艺演出等。
文档编号G10H5/00GK2036302SQ8820964
公开日1989年4月19日 申请日期1988年8月12日 优先权日1988年8月12日
发明者焦跃进 申请人:焦跃进