专利名称:气控式吹奏电子琴的制作方法
一种气控式吹奏电子琴。
目前，一般电子琴的最大弱点在于不能象常规乐器那样随心所欲地控制“感情力度”。虽然在一些较高档电子琴中也采取了一些技术来解决这一问题，如增加光电控制的“感情踏板”，在键盘下安装各种力度的感受装置等。这些方法对力度的控制仍不如常规乐器那样自然，并且结构较复杂。也有人将气控方法用于键盘电子琴，但是在演奏上既不方便，又不雅观，电路结构也较复杂。
本设计的目的在于采用最简单的结构和电路达到自如地控制感情力度，并且较认真地模拟多种乐器音色的效果。其主要特点是采用一般吹奏乐器的运气方法来控制电子琴的发音强弱(即采用气控方式进行包络调制)，并且在演奏指法、持琴姿式、外形结构、琴键排列上基本与一般吹奏乐器相同。因而在演奏时具有一般吹奏乐器的演奏和发音特点。演奏者可以发挥个人的各种运气技巧和指法技巧。此外，本琴音域宽广(达四个八度音程)，不改变指法便可以任意转调，还具有临时升降半音的功能。
图1为电路原理图图2为吹嘴的结构图，图3为样琴结构及外形图。［(a)为外形结构图，(b)为外形全图］本实用新型的电路由下述部份组成(图1所示)主音阶振荡电路(1)，三角波变换电路(2)，矩形波变换电路(3)，气控包络调制电路(4)，双T网络有源滤波电路(5)，颤音调制电路(6)，稳压电路(7)。(图1以虚线分割的范围)主音阶振荡电路(1)由三极管BG1，单晶管BG2组成。其中R1～R7为音阶电阻，由常闭按钮开关K1～K6来控制它们的变化。而产生由5～4一组七个音阶。C1、C2、C3为音阶振荡电容，由K7～K8来控制它们的变化，以转换高、中、低三个八度音区。平时C1与C2并联，振荡频率为中音区，当按下K7时又降C3并联上，使电容量加倍，振荡频率降低八度。按下K6时将C2与C1的并联断开，使电容量减半振荡频率升高八度，用这种方法转换八度较分频法简单，且过渡平滑自然，无断音。BG1的发射极电阻W1为转调电位器，调节它可以使BG2的振荡频率在十度范围内连续改变，但并不影响音阶之间音准关系。K6为降半音按钮，按下它时R7与R9的并联断开，振荡频率降低半度。
主音阶振荡器产生的锯齿波经过由BG4、BG5、D1、D2组成的三角波变换电路(2)和由BG7、BG8组成的矩形波变换电路(3)(图1)分别变换为三角波和矩形波。这三种波形的音源经三档琴键开关K10的选择组合后送入气控包络调制部分。
以上音阶振荡电路和波形变换电路亦可采用集成电路或专用音乐集成块来设计。
包络调制电路(4)主要由压电陶瓷片HTD(亦是图2中的(2))，BG11、BG12、BG13、D3、D4、BG14等组成。其工作原理是从嘴里吹出的气流直接冲击压电陶瓷片HTD，使其两端产生随气流大小而变化的噪声电压，此电压经BG11，BG12两级放大，由射随级BG13输出。值得提出的是BG12的发射极旁路电容取值较小，这样可以加强低频噪音的负反馈，使输出以高频噪声为主。此高频噪声经D3，D4整流，再经C12，W3，R42，C14滤波时，滤波网络的时间常数可以取较小的值，既可将噪声绝大部份滤除而得到平滑的直流包络调制电压，又不至于使包络线的上升时间和下降时间(即音头和音尾)过于延迟而造成发音迟钝。滤波后的包络调制电压直接加到调制管BG14的基极，控制其集电极与发射极之间等效导通电阻的变化。使从集电极送入的音源信号按调制电压的大小而变化，从而获得“感情力度”的控制。调制后的音源信号由发射极输出送入由BG15、BG16组成的双T网络可调有源滤波电路(5)。
有源滤波器的双T反馈网络电路(5)中接有两档按键开关K11。当两键均按下时为带通，单按下K11a时为高通，单按下K11b时为低通，两键均释放时为全通。当此开关处于带通或低通状态时，通过脚踏板开关K12(它插入CK3从R31，C20给BG16的基极加上渐变的正电压，其异效电阻减小，使有源滤波器的频谱向高频端移动而获得″哇哇″音。如果用一只电位器来插入CK2，还可调节带通或低通滤波的中心频率或截止频率。这样一个滤波器便可获得多种滤波效果。再加上三种波形音源的选择组合，使本琴的音色变化更加丰富。
颤音调制电路(6)由BG9，BG10组成，它产生5－8Hz的正弦波去调制主振器。BG18、BG19、D5、LED1、LED2组成稳压器将6V输入电压稳定为4V，以保持本琴印准及特性稳定。
为避免长期使用中出现接触不良，其中的K1～K6、K7、K8、K9可用小型磁控干簧管代替(干簧管用常闭或转换触点型的)这样按键仅控制小磁铁的上下移动，从而间接控制干簧管的开闭。
吹嘴的结构(图2)和安装方法先将泡沫垫圈(3)放入塑料或用其它绝缘材料制成的外壳(4)内，再将焊好的引线(6)的压电陶瓷片(2)安放在泡沫垫圈上，其四周必须密封，且其上下两面空间及外壳上的出气孔(7)的位置大小应尽可能以陶瓷片平面为中心对称。再将卡簧(1)卡在压电陶瓷片四周以固定压电陶瓷片。对称目的在于使外界声音或音箱反馈音到达其两个面的强度和相位尽可能相同而互相抵消，从而避免干绕引起发音失控。而吹气时只作用在一面，所以它只受吹气的控制。演奏时将双线插头(5)插入CK1(图1)中。
样琴结构及外形(图3)。其中(1)为线路板，(2)为固定圈，(3)为电池仓，虚线(4)为内壁的电池负极引线条，(5)为滑动电源开关，(6)为电池后盖，(7)为吹嘴，(8)为变调旋钮，(9)为音阶微调孔。图中各开关的号序与(图1)相同。实际应用时，在结构和外观上可以设计得更加合理和美观，也可以将琴体下端设计成喇叭口状，自带扬声器发音。
演奏时持琴姿势如同吹黑管。指法与竹笛完全相同；双手食指、中指、无名指分别按在K1～K6上控制5～4七个音阶，右手小食指按在K9上控制降半音。左手大姆指按在K7、K8的位置控制高、中低八度音区转换。右手姆指控K10进行音色变换。CK1插入吹嘴，CK2接音箱，CK3接脚踏板开关或电位器。将嘴象吹小号那样对准吹嘴吹气并变换指法便可进行演奏。
实际使用证明，本琴可以比一般键盘电子琴更逼真地模拟多种木管、铜管以及弦乐的音色。加上滑音效果还可以模拟多种民乐音色。其“感情力度”的控制有如歌唱一样得心应手。而且本琴的演奏的方法也特别简单。初学者不必在练习运气上下功夫便可奏出优美的音色。只须熟练指法便可演奏。本琴携带方便，成本低，可以广泛地应用于中小学音乐教学，家庭娱乐，也可以在乐队中代替一些传统乐器演奏，更适用于在电声乐队中担任一个声部的演奏。
权利要求
1.一种气控式吹奏电子琴它是由主音阶振荡电路，颤音调制电路，三角波变换电路，矩形波变换电路，包络调制电路，双T网络音色滤波电路，稳压器组成其特征在于它有一个吹嘴一套采用气控方法进行包络调制的气控包络调整电路，并用可调双T网络电路进行音色滤波以取得自如地控制“感情力度”和模拟各种乐器音色的效果。
2.如权利要求
1所说的气控式吹奏电子琴其特征在于所说的吹嘴主要用塑料或其它绝缘材料制成的外壳，压电陶瓷片等部件组成。
3.如权利要求
1、2所说的气控式吹奏电子琴其特征在于所说的压电陶瓷片在吹嘴外壳内安装时，其上下面两个空间要求对称，吹嘴外壳上的出气孔必须以陶瓷片平面为中心上下对称。
4.如权利要求
1所说的气控式吹奏电子琴其特征在于所说的气控包络调制电路是由压电陶瓷片、放大器、整流滤波器、包络调制管组成。
5.如权利要求
1、4所说的气控式吹奏电子琴其特征在于所说的气控包络调制电路是采用负反馈的方法，在放大的同时切除低频噪音，以使得滤波器部份R0的时间常数取值较小。
6.如权利要求
1所说的气控式吹奏电子琴其特征在于所说的可调双T网络电路中加有开关K11a和开关K11b以实现用一个滤波器完成高通、低通、带通、全通的滤波效果。
7.如权利要求
1、6所说的气控式吹奏电子琴其特征在于所说的可调双T网络电路在电容滤波网络中加有晶体三极管BG16和脚踏板开关以改变带通滤波的中心频率从而获得“哇哇”音的效果。
专利摘要
一种气控式吹奏电子琴。它是由音阶振荡器，颤音调制器，三角波变换器，矩形变换器，包络调制电路，双T网络音色滤波电路，稳压器，吹嘴组成。其主要特点是用气控方式来自如地控制“感情力度”。同时采用了可调双T网络电路进行音色滤波以取得比一般键盘电子琴更逼真地模拟各种乐器音色的效果。其结构简单，演奏操作方便，携带方便。制作成本低，可广泛用于中、小学音乐教学，家庭娱乐，乐队演奏更适用于电声乐队。
文档编号G10H5/02GK87209441SQ87209441
公开日1988年2月3日 申请日期1987年6月25日
发明者王兰迪 申请人:王兰迪导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan