一种模块化弦乐器的制造方法
【专利摘要】本实用新型创造了一种新型的弦乐器种类，设计了其基本结构和组成，明确了模块化建造此种弦乐器的方法，实现了通过不同部件模块的配合组装，即能获得不同音色音域的弦乐器，并且在保证弦乐器优美音质的同时，大大简化了其演奏方法，而不失演奏的乐趣。
【专利说明】一种模块化弦乐器
【技术领域】
[0001]弦乐器。
【背景技术】
[0002]弦乐器是乐器家族内的一个重要分支，在古典音乐乃至现代轻音乐中，几乎所有的抒情旋律都由弦乐声部来演奏。弦乐器的音色统一，有多层次的表现力，合奏时澎湃激昂，独奏时温柔婉约；又因为丰富多变的弓法和指法而具有灵动的色彩。
[0003]弦乐器从其发音方式上来说，可分为下列三种:1.击弦乐器，又称打弦乐器，利用槌击打弦而发声，例如钢琴、翼琴、扬琴等；2.拨弦乐器，又称弹拨乐器，透过弹、拨弦而发声，例如竖琴、吉他、电吉他、贝斯、里拉琴、羽管键琴、古筝、琵琶等；3.弓弦乐器，又称擦弦乐器，利用弓摩擦弦而发声，例如小提琴、中提琴、大提琴、低音提琴、二胡等。
[0004]弦乐器的发音方式是依靠机械力量使张紧的弦线振动发音，故发音音量受到一定限制，因而常常需要在琴弦一侧加装共鸣箱以增大音量与改善音质。弦乐器通常用不同的弦演奏不同的音，有时则须运用手指按弦来改变弦长，从而达到改变音高的目的。
[0005]因此，通常弦乐器的演奏皆需要双手配合，演奏难度较大。特别是对于弓弦乐器和吉他类乐器，须一只手控弦(比如按压吉他的和弦)，另一只手拨弦或拉弓。对于初学者和存在肢体障碍的人士，这几乎是不可能完成的。弦乐器的发声原理和音色魅力是显而易见的，但是其太大的演奏难度，阻碍了人们对其美丽声音的追求。
[0006]此外，众多的弦乐器虽然具有相同或相似的发声原理、琴体结构，但它们不同的声音特色吸引人们追求不同的乐器和演奏方法，这本身就是一种不经济不科学的的情形。历史与先贤积淀传承了如此发声优美的弦乐器，但是，也给演奏者们提出了很高的要求。许多弦乐爱好者因此被拒之门外。
[0007]很多弦乐器自诞生后都一点一点地进行了改动，这些改动包括调整琴身尺寸、琴弦数量等，但是皆无突破性的进展，各种弦乐器无论结构、制造、演奏方法依然没能形成统一，对演奏者的要求依然很高。
【发明内容】
[0008]本实用新型所要解决的技术问题为，使弦乐器的演奏简化，使弦乐器本身通用化。
[0009]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:创造一种模块化的弦乐器，其主要结构组成包括琴头、琴轨模块、控弦模块、琴身结构体、琴箱以及琴弦；琴头与琴轨、琴轨与琴身结构体，对接安装，琴头与琴身结构体上分别安装张紧琴弦的弦枕和弦桥；控弦模块与琴箱分别安装在琴轨和琴身结构体上；控弦模块可相对琴轨滑动，由基座部分、锁弦机构和基锁连接件组成，基座部分与琴轨安装配合；锁弦机构由锁弦工作台、锁弦驱动模块和锁弦动作模块组成，锁弦工作台固定在控弦模块的基座上，锁弦动作模块在锁弦驱动模块驱动下可相对于锁弦工作台在一定范围内滑动，锁弦动作模块完成对琴弦的锁紧动作；由于锁弦动作模块可相对控弦模块滑动，而控弦模块可相对琴轨滑动，所以锁弦动作模块可以相对琴轨滑动，因此锁弦动作模块可以在琴弦长度上特定的位置锁紧琴弦，使琴弦振动部分的长度改变进而改变琴弦的音高；此外，通过改变弦枕、弦桥和基锁连接件的结构或形状，则可使琴弦的数目或各琴弦在空间中的相对位置改变，再配合以不同形状或材质的琴箱，则可获得不同的弦乐器种类。
[0010]本实用新型的有益效果是:以机械结构的锁紧动作代替演奏者以手指按压琴弦，来改变琴弦的音高，使演奏简化，同时，通过模块化地组合即可创造或模拟出不同的弦乐器，使弦乐器通用化。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本实用新型发明的一种模块化弦乐器的总体结构组成示意图。
[0012]图2是琴头的示意图。
[0013]图3中A、B、C分别是琴轨的3个实施实例示意图。
[0014]图4中A、B分别是琴轨模块与控弦模块的一个实施实例的的正视图、俯视图。
[0015]图5是锁弦机构的一个实施实例的示意图。
[0016]图6中A、B分别是锁弦动作模块的一个实施实例的空弦、锁弦工作原理示意图。
[0017]图1中101为琴头，102为琴轨，103为控弦模块，104为琴身结构体，105为琴箱，106为琴弦。
[0018]图4中A图为琴轨模块与控弦模块的一个实施实例的基本结构的正视图，其中411为琴轨，412为控弦模块基座，413为控弦模块基锁连接件，414为琴弦，415为锁弦机构的锁弦工作台，416为锁弦机构的锁弦驱动模块，417为锁弦驱动模块驱动轴，418为锁弦动作模块；图4中B图为琴轨模块与控弦模块的一个实施实例的基本结构的俯视图，421-426为6个独立的锁弦机构。
[0019]图5中，501为锁弦工作台，502为锁弦驱动模块，503为锁弦动作模块，504为琴弦。
[0020]图6中A图与B图为锁弦动作模块的两种不同工作状态，两图中编号一致的部分为同一部件，601为移动滑台，602为锁紧电机,603为内动环,604为锁弦柄,605为琴弦。
【具体实施方式】
[0021]本发明设计的一种模块化弦乐器，为作简洁地说明，简称为弦琴。
[0022]弦琴为模块化结构，从琴头至琴尾由琴头、琴轨模块、控弦模块、琴身结构体、琴箱以及琴弦组成。其中，琴头、琴轨、琴身结构体为弦琴的主体；控弦模块、琴箱为功能模块。如说明书附图1所示，其中101为琴头，102为琴轨，103为控弦模块，104为琴身结构体，105为琴箱，106为琴弦。
[0023]弦琴的各组成部分的功能特征简述如下。
[0024]琴头为调节琴弦张紧力的装置。琴弦末端固定在琴身结构体的尾柱上，横悬于琴头上的弦枕和琴身上的弦桥之间，通过琴头的紧弦装置张紧。
[0025]琴头与琴轨之间，琴轨与琴身结构体之间，各自具有对接安装孔，可以螺钉连接。琴头与琴身结构体上各安装张紧琴弦的弦枕和弦桥。受制于人体，传统弦乐器弦桥处弦间距大于弦枕处弦间距，与之不同的是，弦琴的弦枕弦间距与弦桥弦间距是相等的。此外，弦琴的弦枕和弦桥是可以更换的，使用不同形状的弦枕和弦桥，可以得到不同数目的琴弦和琴弦在空间中的不同分布，从而可以创造出具有不同琴弦数目的以及可弹拨或弓拉的多种弦乐器。
[0026]琴轨模块之上，安装有可滑动的控弦模块，控弦模块在琴轨上的位置控制可由琴轨模块搭配丝杆、直线电机、齿轮齿条等实现。控弦模块由可在琴轨上滑动的平台及安装在该平台上的锁弦机构组成。锁弦机构与琴弦一一对应，琴弦悉数贯穿于其中，各琴弦所对应的锁弦机构在与弦枕不同距离的位置上锁紧琴弦，从而实现调节各弦的弦长以改变弦音的功能。本发明颠覆传统多数弦乐器的音品板与琴颈的结构，对琴弦的振动部分的长度的控制以机械结构实现。
[0027]琴箱固定于琴身结构体一侧，可放大琴音改善音色。
[0028]在具备以上说明的结构、组成和原理的弦乐器上，可以实现:通过选用不同的模块，而获得不同大小、形状、音色和演奏方法的弦乐器；通过设计琴体结构加入控弦模块，实现琴弦控制的自动化，降低演奏难度；通过与不同外围设备的互动，增加演奏的乐趣和演奏方法的多样性。
[0029]以下对弦琴的结构组成、功能特征和可能的变形改进作详细说明。
[0030]琴头部分。传统的紧弦装置成熟可靠有效，在此不作说明。可更换的弦枕在琴头上的安装固定方法有多种，比如可由螺栓紧固，或在琴头上开槽，弦枕横置其中等等。图2为琴头的示意图，其中201为琴头主体，其上的弦柱202用来固定和张紧琴弦(弦柱数目与琴弦数目一致)，203为弦枕，其上开有小凹槽，用来固定琴弦的位置。
[0031]弦琴的琴弦变音原理。传统的弦乐器改变弦音的方法是将琴弦压在音品板或琴颈上，由于弦琴摒弃了音品板和琴颈的结构，而采用将琴弦在与弦枕不同距离的位置上锁紧，从而实现调节各弦的弦长以改变弦音的功能。另外，由于锁紧机构彼此独立，且对控弦模块本身在琴弦方向上还具有一定的行程，所以通过调整紧弦机构的相对位置和开合状态，就可以在数根琴弦上实现类似和弦的功能。而且，得益于琴弦数目可变等优势，演奏者可通过选配不同的琴弦，获得不同的空弦音，进而通过控弦装置定义自己的和弦，极大地扩展弦琴的功能。
[0032]琴轨模块和控弦模块是实现弦琴琴弦变音的核心部件。
[0033]琴轨模块。图1中102为琴轨模块，它完成支撑琴体的功能、承载控弦模块的功能和定位控弦模块的功能。在实现以上三种功能前提下，琴轨模块的结构形式可以千变万化。可以设计成一根主梁，也可以设计成多根梁组合；形状可直可弯甚至不规则；轨道形式也可千变万化；可以通过凹槽、丝杆、齿轮齿条、同步带、直线电机等等原理实现对控弦模块的定位。图3为琴轨模块的3种实施实例，A图所示为单梁两侧凹槽直线电机驱动的琴轨模块，B图所示为双柱梁丝杆驱动式琴轨模块，其中321、322为两根支撑梁，同时作为滑动导轨，323为丝杆，C图所示为双柱梁齿轮齿条式琴轨模块，其中331、332为两根支撑梁，同时作为滑动导轨，333为齿条(与齿条配合的驱动齿轮和驱动结构安装在控弦模块上)。
[0034]控弦模块。图1中103为控弦模块，它安装在琴轨模块之上，实现模块滑动、定位，独立锁紧各琴弦的功能。由基座部分、锁弦机构和二者之间的基锁连接件组成。1.基座部分实现控弦模块在琴轨上滑动，根据琴轨形式的不同，采用不同的配合方式，如滑动式，滚动式和轴承式等等；同时，基座部分还可以增加驱动机构，实现控弦模块的自动移动和准确定位；另外，控弦模块的控制电路、通讯模块、动力源等相关部件也部置在基座上。2.锁弦机构也是模块化结构，与琴弦一一对应。锁弦机构由锁弦工作台、锁弦驱动器和锁弦动作模块组成。(I)同样的，锁弦动作模块可相对于锁弦工作台在一定范围内滑动，因而实现该往复动作的锁弦驱动器也有多种形式，如丝杆、齿轮齿条、直线电机等等。(2)锁弦动作模块的机构形式也有多种，可根据对琴弦振动的限制程度分为完全锁紧和准完全锁紧，从而设计出多种结构形式与驱动方式。3.基锁连接件将基座部分和锁弦机构连接在一起。根据弦枕和弦桥的形式，选择不同形状的基锁连接件，可以使锁弦机构与琴弦始终同轴，以适应不同的琴弦数目和琴弦空间相对位置。
[0035]琴轨模块与控弦模块彻底实现了弦乐器琴弦变音的自动化，极大地满足了演奏者的自定义琴弦弦音的要求，同时，它可以随意扩展、自由选用模块，并能与外围设备通讯，可大大增加演奏的趣味性。
[0036]为清楚地说明琴轨模块与控弦模块的结构功能，本说明只列举有限的结构形式。但是，在本发明之原理基础上衍伸出的任何类似结构，均应视作本发明之可能情形，而包括在本发明的范围之中。
[0037]图4中A、B所示为一种琴轨模块与控弦模块的基本结构的正视图与俯视图。图A中琴轨411为单根主梁结构，两侧开槽，控弦模块基座412嵌于其中，可沿其滑动。基锁连接件413将锁弦机构的锁弦工作台415固定在基座上。基座中有直线驱动机构，可控制控弦模块在琴轨模块上的位置。图示结构有6根琴弦414，相互平行，处于同一平面，故图中基锁连接件413为普通形式，以保证锁弦机构上的锁弦动作模块418的滑动方向与各弦同向。锁弦驱动模块416通过锁弦驱动轴417控制锁弦动作模块418相对于锁弦工作台415的位置。图B中421-426为6个独立的锁弦机构。
[0038]图5为一种锁弦机构的机构示意图，它具有锁弦工作台501、锁弦驱动器502和锁弦动作模块503。504为琴弦，从锁弦动作模块的中心孔穿过。锁弦机构也是模块化的结构，而图4中所示6个锁弦动作模块相对于控弦模块基座的位置可分别独立控制，且锁弦动作模块的锁紧、放开的动作状态亦可分别独立控制；而控弦模块基座相对于弦枕的位置亦可控制改变，从而可以得到各弦不同弦音的组合。
[0039]图6所示为一种锁弦动作模块机构工作原理，该模块由移动滑台601，锁紧电机602，内动环603、和锁弦柄604构成。移动滑台601底部有螺纹孔，可与驱动器丝杆配合，实现滑动控制。其上部为圆环结构，内置一个与其配合的内动环603，该内环在锁紧电机602驱动下可相对外环旋转。内环与外环的端面上，各有四个与锁弦柄604配合的安装柱，锁弦柄一侧开有长槽，内动环上的安装柱可在其中滑动，从而驱动锁弦柄的开合，实现锁弦和空弦的控制。图6中A图为锁弦柄604远离琴弦605，即空弦的状态，B图为锁弦柄604压紧琴弦605，即控制了琴弦振动部分长度的状态。
[0040]琴身结构体和琴箱。琴身结构体满足了张紧琴弦和固定琴箱的要求，为中空结构，与琴箱的音孔对应，通过连接件与琴轨模块连接，尾部安装有弦柱和可跟换的琴桥。琴身结构体与琴箱也可设计成一个整体式的模块。另外，琴身结构体和琴箱的材料不仅仅局限于金属或木质，所有可成型的材料均可用，通过设计形状声道等，可以获得别具一格的音色。
[0041]以上为本发明所设计的弦琴的基本说明。
[0042]使用了本发明的设计原理和思想的相似装置，应在本发明的保护范围内。比如，通过在吉他、贝斯、提琴等乐器琴颈处加装导轨，而后在导轨上布置类似本发明中的控弦模块，以实现自动按弦等。
【权利要求】
1.一种模块化弦乐器，由琴头、琴轨模块、控弦模块、琴身结构体、琴箱以及琴弦组成，其特征是:琴头与琴轨、琴轨与琴身结构体，对接安装，琴头与琴身结构体上分别安装张紧琴弦的弦枕和弦桥，控弦模块与琴箱分别安装在琴轨和琴身结构体上。
2.根据权利要求1所述的模块化弦乐器，其特征是:琴轨模块实现支撑琴体的功能、承载控弦模块的功能和定位控弦模块的功能，通过机械标记、丝杆、齿轮齿条、同步带或直线电机实现对控弦模块的定位。
3.根据权利要求1所述的模块化弦乐器，其特征是:控弦模块由基座部分、锁弦机构和二者之间的基锁连接件组成，安装在琴轨模块之上且可相对琴轨滑动，以使各独立的锁弦机构在相对弦枕或弦桥的特定位置独立锁紧各琴弦。
4.根据权利要求3所述的模块化弦乐器，其特征是:基座部分安装在琴轨上且可在琴轨上滑动，且可通过增加驱动机构，实现控弦模块的自动移动和准确定位。
5.根据权利要求3所述的模块化弦乐器，其特征是:锁弦机构为模块化结构，与琴弦一一对应，由锁弦工作台、锁弦驱动模块和锁弦动作模块组成，锁弦工作台固定在控弦模块的基座上，锁弦动作模块在锁弦驱动模块驱动下可相对于锁弦工作台在一定范围内滑动，锁弦动作模块完成对琴弦的锁紧动作以改变振动弦的长度改变弦音。
6.根据权利要求3所述的模块化弦乐器，其特征是:基锁连接件将基座部分和锁弦机构连接在一起，根据不同的琴弦数目或不同的琴弦空间相对位置，选择不同形状的弦枕、弦桥和基锁连接件，以使锁弦机构与琴弦始终同轴。
【文档编号】G10D1/00GK204130149SQ201420511393
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月7日 优先权日:2014年9月7日
【发明者】徐杰 申请人:徐杰