专利名称：立式电子钢琴及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种立式电子钢琴，该钢琴带有在键盘上产生模拟机械联动装置负荷的机械联动装置负荷模拟件。
在普通的电子钢琴中，演奏者通过压下或释放琴键，从扬声器中发出电子声音。近来这种电子声响已改善到非常理想的程度。在电子键盘的触键弹性感上，也从各方面进行了改进，以达到声学钢琴上的那种触键弹性感。
具体而言，现在已开发出一种带有机械联动装置负荷模拟件的电子钢琴，其键盘的触键弹性感已接近立式声学钢琴的触键弹性感。如图9所示，这种电子钢琴设有可绕轴P10转动的槌臂P14，以下压琴键P12的后端。如
图10所示，另一种电子钢琴设有可绕轴P16转动的槌臂P20，以将琴键P18向上推，这样琴键P18的头部抬起(参见日本专利申请公开第4-347895号)。图9和图10所示的机械联动装置模拟件是开发用于盖板高度低的立式电子钢琴的，以发出近似于声学钢琴的声音。
以下说明立式声学钢琴的触键感觉。如图11所示，当演奏者按压琴键111时，联动杠杆115向与琴键111转动的方向(图中为逆时针方向)相反的方向转动上升。与联动杠杆115可转动地相联的顶杆117被抬起并上推槌托118。槌托118随着带动槌柄121和槌头123以与琴键相反的方向一起转动(图中为逆时针方向)。顶杆117上升到一预定位置时顶杆尾部117a接触限制块116的下部，然后与槌托118脱离。结果槌托118、槌柄121和槌头123继续惯性转动，从而敲击琴弦。
如前所述，在立式声学钢琴中，联动杠杆115、顶杆117和槌托118分别绕不同的轴转动。此外，在一特定时刻顶杆117脱离槌托118。因此为获得琴键111的弹性所用的结构很复杂。
然而，在图9或图10所示的机械联动装置负荷模拟件中，一个固定的重量绕轴转动。因而与立式声学钢琴的琴键弹性相比，获得这种琴键的弹性所用的结构就较简单。
为解决上述问题，提出了本发明。本发明目的的第一个方面在于提供一种带有立式声学钢琴琴键的弹性的立式电子钢琴。本发明目的的第二个方面在于提供一种大规模生产根据本发明第一方面的立式电子钢琴的方法。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供一种立式电子钢琴，该钢琴设有在键盘上产生模拟机械联动装置负荷的机械联动装置负荷模拟件。
所述机械联动装置负荷模拟件包括一个可转动地联在钢琴主体上的联动杠杆等同件，在琴键被压下转动时该联动杠杆等同件转动；一个可转动地联在联动杠杆等同件上的顶杆等同件，在琴键被压下且联动杠杆等同件转动时，该顶杆等同件上升；一个在顶杆等同件向一预定位置上升时由顶杆等同件上推并转动，而在顶杆等同件达到该预定位置后脱离顶杆等同件并作惯性运动的琴槌等同件；一个用于接触惯性运动的琴槌等同件从而停止该琴槌等同件运动的挡块。
所述琴槌等同件能可转动地连接在钢琴主体上，并设有一个用于接触及脱离顶杆等同件的槌托部，一个连接于槌托部的棒状槌柄部、以及一个连接于槌柄部的琴槌部。
另外，可在挡块和琴槌等同件之间设置减震垫。
该立式电子钢琴可采用与立式声学钢琴相同的外壳包装。
根据本发明的第二方面，提供一种制造根据本发明第一方面的立式电子钢琴的方法，该立式电子钢琴具有一体组合的由联动杠杆等同件、顶杆等同件和琴槌等同件构成的机械联动装置单元。
根据本发明第一实施例的立式电子钢琴设有在琴键上加上模拟机械联动装置负荷的机械联动装置负荷模拟件。该机械联动装置负荷模拟件包括联动杠杆等同件、顶杆等同件、琴槌等同件和挡块。在演奏者按压琴键、琴键转动时，联动杠杆等同件转动，顶杆等同件上升。在顶杆等同件向一预定位置上升时，琴槌等同件被顶杆等同件推动而转动。顶杆等同件达到该顶定位置后，琴槌等同件脱离顶杆等同件并作惯性转动。挡块接触惯性运动的琴槌等同件，从而停止琴槌等同件的惯性运动。
该机械联动装置负荷等同件以与立式声学钢琴的机械联动装置相同的方式动作，只是不敲击琴弦。因此，演奏者在按压琴键时，能感到类似于立式声学钢琴的琴键弹性。
若所述琴槌等同件与立式声学钢琴中的一样包括槌托部、槌柄部和琴槌部、则前述效果更显著。
当在挡块和琴槌等同件之间设置减震垫，则由于挡块和琴槌等同件的接触而产生的震动可由减震垫吸收，因而在按压琴键时不会产生杂音。
当所述立式电子钢琴设置不同于普通电子钢琴的立式声学钢琴的外壳时，该立式电子钢琴可具有同立式声学钢琴几乎一样的外观和琴键弹性。普通电子钢琴上盖高度低，不能给人以强烈的印象，也不能产生好的美学氛围。在这一方面，本发明的立式电子钢琴作出了改进。此外，由于内部不设琴弦，因而不需框架、支承件及其它具有一定重量的元件，与声学钢琴相比，立式电子钢琴的重量减轻了。
在根据本发明第二方面的立式电子钢琴制造方法中，使用一体地包括联动杠杆等同件、顶杆等同件和琴槌等同件的机械联动装置单元。例如，首先在双臂之间安装琴键架，再在键盘架上安装琴键和面板，然后将机械联动装置单元固定到琴键架上。另一种方法为，在装好琴键架后，将键盘和机械联动装置单元组装成一体，然后将该组装件装在两臂之间，最后装上面板件。机械联动装置单元可设置挡块。在根据本发明第二方面的方法中，可以较低的成本大规模生产立式电子钢琴。
图1是表示根据本发明第一实施例立式电子钢琴的示意图；图2是说明第一实施例立式电子钢琴的视图；图3是第一实施例立式电子钢琴的截面图；图4是说明第一实施例机械联动装置负荷模拟件的视图；图5是显示说明第一实施例立式电子钢琴的组装的视图；图6是发声过程流程图；图7是说明改进的琴槌件的视图；图8是说明改进的机械联动装置负荷模拟件的视图；图9是说明一普通机械联动装置负荷模拟件的视图；图10是说明另一普通机械联动装置负荷模拟件的视图；图11是说明声学钢琴中机械联动装置机构的视图；图12是表示根据第二实施例的立式电子钢琴的示意图；图13是第二实施例立式电子钢琴的截面图；图14是第二实施例立式电子钢琴的正面图；图15是说明第二实施例机械联动装置负荷模拟件的视图16是说明第二实施例机械联动装置负荷模拟件的视图；图17是说明第二实施例立式电子钢琴的组装的视图；图18是分别说明第一、第二实施例和先有技术键盘的视图。
以下参考附图对本发明的优选实施例加以说明。
图1是表示根据本发明第一实施例立式电子钢琴的示意图，图2是解释该第一实施例立式电子钢琴的视图，图3是该第一实施例立式电子钢琴的截面图，图4是解释该第一实施例机械联动装置负荷模拟件的示意图。
如图1所示，第一实施例的立式电子钢琴设有机械联动装置负荷模拟件2、琴键11、琴键敏感元件63和65、控制单元10、电子声源5和扬声器6。如图2和图3所示，立式电子钢琴的外壳是由一对相对的端板41、由端板41向前伸出的横脚(toe block)42和臂43、在横脚42和臂43之间竖直延伸的腿44、在端板41之间水平延伸的顶板45、由腿44支承的用于承接琴键11的琴键架46、用于盖住立式电子钢琴1前面的上部盖板47和下部盖板48、盖住立式电子钢琴前部的键盘盖板49以及盖住立式电子钢琴后部的后板40。用黑色亚光漆处理后，其外壳与立式声学钢琴的外壳几乎相同。其后板40由lauan三合板制成，并设有一对提升孔40a。
如图4所示，机械联动装置模拟件2包括支柱件(capstan)12，当琴键11绕平衡销7转动时(如图中所示)，该支柱件12上升；联动杠杆15，该联动杠杆15通过凸缘13可转动地支承在总木(center rail)14上，在支柱件12上升时向与琴键相反的方向转动；与联动杠杆15可转动地连接的顶杆17，与联动杠杆15一起上升，直至顶杆尾块与限制块16接触为止；槌托18，由固定在总木14上的托凸缘18a的中央销18b可转动地支承，以接触和离开顶杆17；连接到槌托18的槌柄21，在槌托18由顶杆17上推时以与琴键11相反的方向转动；从槌托延伸出并垂直于槌柄21的锄头柄19；附在锄头柄19头部的锄头20；附在槌柄21头部的琴槌23；用于接触琴槌头部的琴槌挡块32；琴槌挡板28，该挡板设有减震垫材料，用于在琴槌敲击琴槌挡块32后接触槌柄的侧面，并吸收琴槌的振动。
总木14通过支承件46a固定在琴键架46内端的上方(如图3所示)。
与声学钢琴不同，琴槌23上不设槌毡，但是决定琴槌重心时考虑槌毡的重量。
琴槌挡块32附设在后板40的预定位置上，以使琴槌挡块32能接触琴槌23的头部。在槌托18被顶杆17上推时，琴槌开始逆时针转动，如图4所示。即使顶杆17离开槌托18，琴槌23仍惯性地逆时针转动。琴槌挡块32定位到能接触惯性转动的琴槌23头部的位置，以阻止琴槌23的运动。琴槌挡块32上设有减震垫材料32a，以吸收与琴槌23接触产生的震动。减震垫材料由橡胶、树脂、布料、棉花、纸等类似物制成。
一个带有二级底部表面的分线快门61附设在琴键11的底部表面上，在琴键11绕平衡销7转动时快门61垂直摆动。
琴键敏感元件63和65设在琴键11下方，以感测琴键的下压和释放。敏感元件63和65由一对光发射和接收元件组成，光路在该元件之间延伸。琴键敏感元件63和65是光中断器，在光路被分级的快门61中断时输出ON信号。具体地说，当琴键11被压下时，琴键敏感元件63的光路被中断，从而输出ON信号。然后，在一定时间隔之后，琴键敏感元件65中的光路中断，从而输出ON信号。如图1所示，琴键敏感元件63和65与控制单元10相连。
如图1所示，控制单元10是一个算术逻辑电路，包括输入/输出端口71、CPU72、ROM73、RAM74、后备RAM75、时钟76等。这些元件通过总线77相互联接。控制单元10通过输入/输出端口71与琴键敏感元件63和65连接，并通过输入/输出端口71与电子声源5连接。琴键敏感元件63和65光路中断时的计时及其计时之间的时间差在CPU72中进行检测，检测到的计时和时间差暂存在RAM74中。根据存贮在ROM73中的控制程序，向电子声源5传送信号。另外，一个踏板敏感元件(未示出)与控制单元10连接，用于感测包括制音器踏板和柔音踏板等在内的踏板机构的运动。在向电子声源5传送信号时，还附带考虑所感测到的踏板装置的运动。
电子声源5设置有存贮声学钢琴或击弦声音的存贮部分(未示出)和用于从存贮部分读出声音的再现部分(未示出)。该电子声源5固定到钢琴的下表面内部，通过扬声器向外部发出声音。如图3所示，扬声器6设置在后板上，面朝演奏者。
在组装立式电子钢琴1时，如图5所示，先分别将横脚42、臂43和腿44连接到相对的端板41上。将顶板45也装到端板41上后，则组装成了琴箱体C。另一方面，通过支承件46a将支持联动杠杆15、顶杆17、槌托18及相关元件的总木14装到键盘架46上。再将琴键11装在键盘架46上，则组装好了一个完整的键盘架单元U1(对应于本发明的机械装置单元)。将琴槌挡块32和扬声器附装到后板40上，则完成了后板单元U2的组装。然后，将键盘架单元U1和后板单元U2组装到箱体C上。后板单元U2先通过安装块50安装到箱体C的端板41上。最后，将上部盖板47，键盘盖板49及下部盖板48安装到箱体C上，从而完成了第一实施例立式电子钢琴的组装。
以下说明具有前述结构的立式电子钢琴1的工作情况。
如图4所示，当演奏者压下琴键11时，联动杠杆15以与琴键11相反的方向转动(图中所示为逆时针方向)。这时顶杆17上升，向上推动槌托18，然后槌托18与槌柄21和琴槌23一起向与琴键11相反的方向转动(图中为逆时针方向)。当顶杆到达一预定位置时，顶杆尾部17a接触限制块16，顶杆17转动方向与琴键11基本相同(图中为顺时针方向)，离开槌托18。这时，槌托18可与槌柄21和琴槌23一起作惯性运动，然后琴槌23的头部敲击琴槌挡块32并停止运动。
在机械联动装置模拟件2如上述工作时，琴键敏感元件63和65中的光路被分级快门61中断。由控制单元10的CPU72执行存贮在ROM73中的一个控制程序一发声过程。以下将参考图6的流程图说明发声过程。
在该过程开始后，先确定琴键敏感元件63和65是否感测到琴键被压下。在琴键敏感元件63向控制单元10传送一个ON信号后，如果琴键敏感元件65向控制单元65传送另一个ON信号，则确定感测到琴键被下压。如果在S10步骤没有感测到琴键被压下(即S10步骤为否)，则该过程返回到S10。如果在S10步骤感测到琴键被压下(即S10步骤为是)，则通过琴键敏感元件63传送ON信号的时刻与琴键敏感元件65传送ON信号的时刻之间的时间差ΔT来计算琴键下压速度V(S12)，该运算可采用诸如以下的算式V←K/ΔT(K为常数)然后，通过琴键下压速度V计算琴键下压力度P(S14)，该运算可采用诸如以下的算式P←K′·V(K′为常数)然后，通过琴键号和琴键下压力度P得到一个特定波形信号，该波形信号传送至电子声源5，从扬声器6发出声音(S16)。
之后，确定琴键敏感元件63和65是否感测到琴键释放(S18)。在琴键敏感元件63向控制单元10传送OFF信号后，如果琴键敏感元件65向控制单元10传送另一个OFF信号后，则确定感测到了琴键释放。如果在步骤S18没有检测到琴键释放(即步骤S18为否)，该过程返回到S18。另一方面，如果在步骤S18感测到了琴键释放(即步骤18为是)，则电子声源的发声停止(S20)，该过程返回到步骤S10。
根据本发明第一实施例的立式钢琴具有如下优点(1)同立式声学钢琴一样，其联动杠杆15，顶杆17和槌托18绕各自的轴转动。另外，当槌托18被顶杆17向上推动时，琴槌23开始转动。在顶杆17离开槌托18后，琴键23惯性地转动，其惯性运动由琴槌挡块32停止，其使琴槌自由运动的时间过程(此时顶杆17与槌托18分离)与立式声学钢琴的相同。因此，虽然它是电子钢琴，立式钢琴1也能给演奏者一种演奏立式声学钢琴时所有的复杂的琴键弹性。
(2)由于减震垫材料32a置于琴槌和琴槌挡块之间，即使是在压下琴键时琴槌23敲击琴槌挡块32，也不会发出杂音。
(3)该立式电子钢琴具有与立式声学钢琴相同的厚重内部装饰环境。
(4)与立式声学钢琴不同，该电子立式钢琴没有琴弦及承重元件(如支承弦的金属框架或柱)，因而减轻了重量，降低了成本。
(5)该立式电子钢琴只需如图5所示将键盘架单元U1和后板单元U2安装到箱体C中即可容易地制作成，因此该立式电子钢琴适于以较少的成本大规模地生产。
以下说明本发明的第二实例。图12是根据第二实施例的立式电子钢琴的示意图，图13是其剖面图，图14是其正面图，图15和16是说明第二实施例机械联动装置模拟件的示意图。在第二实施例中，标号与第一实施例相同的组成元件功能上与第一实施例的相应元件相同，为简化起见不对其再作说明。
如图12所示，在第二实施例中，立式电子钢琴201设有机械联动装置模拟件202、琴键11、按键开关260、控制单元10、电子声源5及扬声器206a和206b。
如图15所示，机械联动装置模拟件202设有联动杠杆15、限制块216、顶杆17、槌托18及带有琴槌223的槌柄221、带有锄头20的锄柄19。如图16所示，机械联动装置模拟件202由一对支承件209(图16中只示出了其中一个)支承，支承件209支承，支承件209用螺栓在钢琴201的两端固定在键盘架46上。挡块横木232在支承件209上延伸，中央横木214、限制横木216和琴槌横木228在支承件之间延伸。如图15所示，联动杠杆15和槌托18分别通过凸缘13和托凸缘18a可转动地联在中央横木214上，顶杆17可转动地联在联动杠杆15上，槌柄221和锄柄19固定在槌托18上。限制横木216对应于限制按键，在横木216下方设有毡材料。与第一实施例的琴槌挡块32相同，挡块横木232在敲击弦的位置使琴槌停止，并在它对着琴槌223的面上设有毡材料232a。琴槌223由丙烯酸树脂材料制作成几乎为平行六面体形状，其比重比木制琴槌大。虽然这种琴槌重量与相应木制琴槌相同，但其包括槌柄221的结构相对更紧凑。
如图15所示，按键开关对着琴键11的下方，其内部设有两个开关。当琴键11被压下时，内部开关之一导通，传送一个ON信号。之后，如果另一琴键11被压下，则另一内部开关导通，传送一个ON信号。按键开关260用于取代第一实施例中的琴键敏感元件63和65，它也与控制单元10相连。
如图14所示， 电子声源5固定在立式电子钢琴的内部下表面上。带有电源开关5a和音量开关5b的电子声源5的控制盒5c固定在键盘架46的下方，控制盒5c还设有耳机端口5d。将耳机插头插入耳机端口5d，声音由耳机发出，扬声器不发声。中音和高音扬声器206a设在上部框架247的两端并分别罩有上部网罩207，低音扬声器206b设在底部框架248两端上方，并罩有下部网罩208。
如图17所示，在组装立式电子钢琴时，先将横脚42、臂43、腿44及后板240分别组装到相对的两个端板41上。扬声器206a和206b也装到预定的位置上。这样即组装如箱体C21。另一方面，将带有按键开关260及其它与之相联的相关元件的琴键框(未示出)、琴键11和键盘框46组装起来形成键盘架单元U21。键盘架单元U21固定到固定在相对的两条臂43上的L形紧固件(未示出)上，并装上面板(cheek block)(未示出)。然后，将机械单元(支承在支承件209上的机械联动装置模拟件202的元件的组装件)设置在键盘架单元U21的后边。在支承件209固定到琴键板46上后，组装上部框架247、上部网罩207、下部网罩208等，从而制成如图13所示的第二实施例的立式电子钢琴201。
第二实施例立式电子钢琴201的操作与第一实施例立式电子钢琴1的操作基本相同，其差别仅在于琴键11的压下和释放是由按键开关260感测的，而在第一实施例中是由琴键敏感元件63和65感测的。因此，在此省略对第二实施例操作的说明。该立式电子钢琴201具有第一实施例除前述第(5)外的所有优点，并且还另有一优点。一般而言，机械联动装置是将各分离元件组装而成的，使机械联动装置的结构被加固，组装这样的机械联动装置需要大量人力劳动。但是，在第二实施例中，因为不需发出击弦的声音，机械联动装置模拟件202(机械机构)不必非常牢固地固定。因此可以使用机械单元U22而不需组装分离元件。所以第二实施例中不需进行复杂的组装工作以产生立式声学钢琴的触键感觉，因此可进行大规模生产并减少了生产成本。
如图18所示，因为要设置支承框架和支承柱，普通立式钢琴的琴键111(图18(b))不能制作成直的，而必须在中间进行弯折。而在第一和第二实施例中，由于支承框架和支承柱并不必要，因此琴键11(图18(a))可制作成直条状，省去了普通方法中将琴键制成弯折形状的步骤。琴键11可由木材、丙烯酸树脂或其它塑料材料制成。
本发明并不局限于上述实施例，而应包括属于本发明技术范围内的所有改变和变形。
例如，在第一实施例中，琴槌挡块32可由接触并停止槌柄21的槌柄阻挡横木代替，或由接触并停止锄头20的锄头挡块代替。
如图7(a)所示，琴槌的头部可以是曲线形的(具有一半径)，因而其接触区更大，加强了减震垫材料32a的减震效果并增强了减震垫材料32a的耐久性。如图7(b)所示，可在琴槌23头部装上减震垫材料，以取代琴槌挡块32上的减震垫材料。
另外，如图8所示，L型件35可装到总木14上，匙状件36(推力件)可装在联动杠杆15上，以通过凸缘13与顶杆17相对。L型件具有可弹性弯曲部分35a。元件35和36对应于一个阻尼件。当琴键11被下压时，联动杠杆转动，匙状件接触L型件35。之后，在联动杠杆进一步转动时，由于匙状件36持续推元件35，加在琴键11上的负荷稍有增加。因此，元件35和36能产生立式声学钢琴中的阻尼效果，并能产生声学钢琴的琴键弹性感。
在第二实施例中，键盘架单元U21和机械联动装置单元U22可事先装配，然后将装好的单元21、22的组件固定到箱体C21的臂43上。在装配完面板(未示出)之后，安装上部框架247、上部网罩207、下部网罩208等，从而制作成如图13所示的立式电子钢琴。
权利要求
1.一种立式电子钢琴，具有在键盘上施加模拟机械联动装置负荷的机械联动装置负荷模拟件，其中所述机械联动装置负荷模拟件包括一个联动杠杆等同件，它可转动地装在钢琴的主体上，在演奏员压下琴键且琴键转动时，该联动杠杆等同件转动；一个可转动地联接在所述联动杠杆等同件上的顶杆等同件，在所述联动杠杆等同件响应于琴键下压转动时，该顶杆等同件上升；一个琴槌等同件，在所述顶杆等同件上升到一预定位置时被所述顶杆等同件向上推并转动，且在所述顶杆等同件达到所述预定位置后脱离所述顶杆等同件并作惯性运动；一个和作惯性运动的琴槌等同件接触，从而停止所述琴槌等同件惯性运动的挡块。
2.如权利要求1所述的立式电子钢琴，其中所述琴槌等同件包括一个可转动地装在钢琴主体上以接触或脱离所述顶杆等同件的槌托部；一个连接到所述槌托部上的棒状槌柄部；一个装在所述槌柄部上的琴槌部。
3.如权利要求1或2所述的立式电子钢琴，其中所述挡块通过一块减震垫材料与所述琴槌等同件相接触。
4.如权利要求1至3中任一项所述的立式电子钢琴，该钢琴具有立式声学钢琴的外壳。
5.一种制作如权利要求1至4中任一项所述的立式电子钢琴的方法，其中使用由所述联动杠杆等同件、所述顶杆等同件和所述琴槌等同件一体地组装成的机械联动装置单元。
全文摘要
一种具有立式声学钢琴琴键弹性的立式电子钢琴，其机械联动装置负荷模拟件2包括在下压的琴键11转动时转动上升的联动杠杆15；随同联动杠杆一起上升、直至其尾部17a触及限制挡块16时停止的顶杆17；由中央销18b可转动地支承并接触或脱离顶杆17的槌托18；与槌托18相连并设有琴槌23的槌柄21；接触琴槌23头部的琴槌挡块32。联动杠杆15、顶杆17和槌托18各自绕分立的轴转动。该立式电子钢琴的琴槌自由运动时间与立式声学钢琴相同。
文档编号G10C3/16GK1148437SQ96190179
公开日1997年4月23日 申请日期1996年4月25日 优先权日1995年4月26日
发明者北岛理一, 石田宗雄, 木村雅次, 三轮真一郎 申请人:株式会社河合乐器制作所