专利名称：配备嵌入琴马的拾音器单元的弦乐器及其使用的琴马的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种弦乐器，尤其涉及一种配备传感器的弦乐器和一种组合在其中的琴马，琴马用于将振动从弦传递到传感器。
背景技术：
乐器分成两类，即原声乐器和电动/电子乐器。电动/电子乐器通常借助0于放大器产生电动/电子声音，因此，动态范围宽。另一方面，演奏者通过原声乐器的振动产生原声，由此动态范围相对窄。当演奏者用原声乐器与其它类原声乐器合奏一段音乐时，演奏者感觉难以平衡这段音乐各部分中的响度。然而，假设演奏者在音乐厅用原声乐器与电动/电子乐器合奏一段音乐。在原声乐器不借助于扩音器系统的情况下，原声乐音淹没在大声的电动/电子乐音中。
已经提出折衷品。折衷品在原声乐器的基础上进行制造，并且是配备传感器的原声乐器。原声乐器的振动通过传感器转换成电信号。类似于电动/电子乐器，电信号通过放大器提供给扬声器，并且以很大的响度从扬声器中辐射乐音。演奏者领域折衷品可以产生大声乐音，为此，对于与电动/电子乐器的合奏，折衷品优于原声乐器。
在下文中折衷品称为“电声乐器”。在美国专利US5945622A和US6018120A中公开了电声弦乐器的典型实例。美国专利US5945622A中公开的电声弦乐器在下文中称为第一现有技术的电声弦乐器，而另一个称为第二现有技术的电声弦乐器。
第一现有技术的电声弦乐器具有类似于原声小提琴的轮廓，并且包含原声小提琴和压电拾音器(pickup)。原声小提琴包括主体、指板、弦钮盒、弦架、弦和琴马。指板从主体的一端伸出，弦钮盒固定到指板的前沿。弦架固定到主体的另一端部，并且弦伸展在弦钮和弦架之间。琴马竖立在主体上，并且给弦提供张力。压电拾音器插在主体顶面和琴马之间。当演奏者用琴弓拉琴时，琴弓引起弦振动，振动通过琴马从弦传递给压电拾音器。压电拾音器将振动转换成电信号，电信号通过过滤器提供给放大器。
琴马分成主体部分和分叉部分，即一对腿。主体部分具有上弧形表面，腿从主体部分的下弧形表面向下伸到主体。槽形成在主体部分的上区域中，并且展现在弧形表面上。弦分别容纳在槽中。在其余主体部分中既不形成空腔也不形成孔。两个腿彼此横向分开。在腿以及主体部分和腿之间的边界中不形成任何裂缝。
压电拾音器插在主体顶面和腿之间。换句话说，琴马竖立在压电拾音器上。为此，压电拾音器产生代表振动的电信号，该振动已经通过琴马从振动弦传递到压电拾音器。
第二现有技术的电声弦乐器也具有类似于小提琴的轮廓，并且包含原声小提琴和压电拾音器。原声小提琴的结构类似于第一现有技术的电声弦乐器的原声小提琴，并且琴马竖立在主体顶面上。压电拾音器设置在琴马的脚之一和主体顶面之间。
如上所述，在这些现有技术的电声弦乐器中，振动传感器设置在琴马和主体之间。然而，现有技术的电声弦乐器在压电拾音器的保真度方面遇到问题。换句话说，由于很差的保真度，压电拾音器不能模拟原声小提琴的振动。例如，当演奏者微妙地变化运弓法时，压电拾音器不能将这种微妙的细微差别转换成电信号。这导致演奏者受挫。
发明内容
因此本实用新型的重要目的是提供一种电声弦乐器，它的保真度得到提高。
本实用新型的另一重要目的是提供一种琴马，它使得拾音器表现出良好的保真度。
本发明人考虑了现有技术的电声弦乐器中固有的问题。本发明人注意到，拾音器在琴马和主体之间动作笨拙。拾音器动作笨拙的原因是拾音器在拾音器和主体之间受到过度抑制。本发明人推断拾音器应该从过度抑制中解放出来。
为了实现目的，本实用新型提出将拾音器嵌入琴马。
根据本实用新型的一个方面，提供一种电声弦乐器，包含原声弦乐器和电气系统。原声弦乐器包括具有上表面的主体；从所述主体一端伸出的颈部；至少一根弦，所述弦在在所述颈部导前端和所述主体另一端之间伸展；以及琴马，所述琴马设置在所述主体上表面和所述至少一根弦之间，以便给所述至少一根弦提供张力，并且当出现从所述至少一根弦传来的振动时可发生变形，并且原声弦乐器具有限定至少一个空腔的内表面。电气系统包括拾音器(pickup)单元和输出端子，拾音器单元容纳在至少一个空腔中，由于所述至少一根弦的振动而给拾音器提供力，用于产生代表振动的电信号；输出端电连接到所述拾音器单元，用于输出信号。
根据本实用新型的另一方面，提供一种琴马，所述琴马设置在所述主体和至少一根弦之间，用于将张力传递到所述至少一根弦，所述主体和至少一根弦都组合在电声弦乐器中；所述琴马包括板状部件，当出现从所述至少一根弦传来的振动时可变形；所述琴马具有用于限定至少一个空腔的内表面，所述拾音器单元按照这种方式容纳在空洞中，以便由于振动通过所述内表面将力施加在所述拾音器单元上。
根据
以下结合附图的描述，将更清楚地理解电声弦乐器和琴马的特征及优点，其中图1是表示依据本实用新型所述的电声弦乐器结构的平面图，图2是表示组合在电声弦乐器中的琴马和弦架结构的透视图，图3是表示琴马结构的正视图，图4是表示琴马的侧视图，图5是沿着图3线A-A’剖开的横剖视图，表示嵌入琴马的双晶压电传感器，图6是表示双晶压电传感器的结构和状态的正视图，图7是表示琴马的正视图，该琴马将振动传送给双晶压电传感器，图8是表示琴马中双晶压电传感器动作状态的正视图，图9是表示双晶压电传感器和连接器之间电连接的电路图，
图10是表示依据本实用新型的另一电声弦乐器的琴马形状的正视图，琴马组合在电声弦乐器中，图11是沿着图10线B-B’剖开的横剖视图，表示嵌入琴马的双晶压电传感器，图12是以放大比例表示图10中虚线CR围绕的部分双晶压电传感器的正视图，图13是沿着图12线C-C’的横剖视图，表示双晶压电传感器，图14是表示依据本实用新型的又一电声弦乐器的琴马形状的正视图，琴马组合在电声弦乐器中，图15是沿着图14线D-D’剖开的横剖视图，表示嵌入琴马的双晶压电传感器，图16是表示另一电气系统电路结构的电路图，电气系统组合在依据本实用新型的再一电声弦乐器中。
具体实施方式
电声弦乐器主要包含原声弦乐器和电气系统。原声弦乐器包括主体、颈部、单弦或多弦、琴马。主体形成有用于原声乐音共鸣的音室，以及伸出主体的颈部。单弦或多弦伸展在颈部前端和主体之间，并且琴马给单弦或多弦提供张力。
另一方面，电气系统至少包括拾音器单元和作为输出端的连接器。另一电气系统还可以包括音响系统和乐音辐射器，例如扬声器和/或耳机。拾音器单元将振动转换成电信号，并将电信号从输出端输出到音响系统。音响系统用电气系统驱动乐音辐射器，用于辐射电乐音。如果拾音器单元将振动转换成光信号，最后将光信号转换成电信号，并且音响系统用电信号驱动乐音辐射器。
琴马形成有空腔。内表面限定空腔，拾音器单元容纳在空腔中。在用多个传感器实现拾音器单元的情况下，空腔分成多个子空腔，并且多个子空腔分别分配给多个传感器。压电传感器可用于拾音器单元。为了防止压电元件过度限制，空腔足够宽以便宽松地容纳压电元件。然而，力要传递给压电元件。可以用填料填充内表面和压电元件之间的间隙。否则，空腔部分变窄以便内表面直接将力施加在压电元件上。表现为塑性的填料优于表现为弹性或弹力的填料。这是因为事实上具有塑性的填料不是产生叠在电信号上的噪音的原因。具有塑性的填料既不以弹性应变能的形式积聚力，也不释放弹性应变能。任何压力都不施加在压电元件上，以便电信号没有噪音，噪音是产生回音的原因。
双晶压电传感器适合于拾音器单元，因为电信号摆动的电平比单晶压电传感器中产生的电平更宽。如果以这种不消除电荷的方式串联或并联一个以上的双晶压电传感器，电信号摆动的电平比单晶压电传感器的电平更接近弦振动。
嵌入琴马的拾音器单元的主要优点是良好保真度。虽然单弦或多弦在琴马上施加向下分张力，但是拾音器没有向下分力。这意味着拾音器单元将由于振动而施加到其上的力转换成电信号。因此，嵌入琴马的拾音器单元提高了电信号保真度。
嵌入琴马的拾音器单元的另一优点是演奏者能容易将弦高度调节到他或她自己的值，因为拾音器单元不将它的厚度加入琴马高度。换句话说，演奏者已经熟悉琴马以便他或她能容易将单弦或多弦调节到他或她的最佳高度。
下文中将参考附图描述实施本实用新型的电声弦乐器及其改进。然而，图中图解的电声弦乐器/部件的纵横比及其尺度可以与商品不同。在下面描述中，术语“纵向”是指弦伸展的方向，术语“横向”是指与纵向垂直相交的方向。术语“垂直”是指与由纵向和横向定义的虚拟平面垂直的方向。
第一实施例电声乐器首先参考附图中的图1，实施本实用新型的电声弦乐器主要包含原声弦乐器80和电气系统90。电气系统90部分设置在原声弦乐器80中。然而，其余的电气系统90与原声弦乐器80物理隔离。演奏者引起原声弦乐器80的振动，电气系统90根据原声弦乐器80的振动，用电产生乐音即电乐音。
在这个实例中，原声弦乐器80由小提琴100和琴弓190构成，电气系统90的一部分170嵌入小提琴100。演奏者用琴弓190引起小提琴100的振动，振动传递给电气系统90的所述部分170。电气系统90产生代表振动的电信号，并将电信号转换成电乐音。
原声小提琴原声小提琴100包括主体110、颈部120、弦钮盒122、弦130、指板140、弦架150和琴马200。共振板112、底板(未图示)和侧板(未图示)组合形成主体110，音室限定在主体110中。共振板112收缩，并且底板具有与共振板112相同的轮廓。共振板112与底板隔开，并且侧板沿着共振板/底板的外围延伸。侧板固定到共振板/底板的外围以便在主体110中形成音室。音孔112a形成在共振板112中以便音室通过音孔112a对周围环境开放。腮托112b进一步形成在共振板112上，演奏者将他或她的下巴压到腮托112b，用于将原声小提琴100支撑在下巴和上胸之间。
颈部120从主体110的一个端部纵向伸出，弦钮盒122设置在颈部120的前端。弦钮盒122可旋转地支撑四个弦钮124，并且旋转轴横向延伸。指板140粘附到颈部120，并且纵向延伸。弦架150连接到主体110的另一端部，琴马200竖立在指板140和弦架150之间的共振板112上。四根弦130延伸越过琴马200，并伸展在弦钮124和弦架150之间。
手柄192、拉杆193和弓丝194装配在琴弓190中。手柄192固定到拉杆193的一端，弓丝194伸展在拉杆193的另一端和手柄192之间。演奏者用右手握住手柄192，在弦130上横向移动弓丝194以便引起振动。
当演奏者用琴弓拉琴时，弦130振动，振动通过琴马200从弦130传递给主体110，以便通过音室中的共鸣从主体110中发出相对大的原声乐音。当演奏者将弦130压到指板140时，振动弦130变短，原声乐音音调变尖。因此，原声小提琴100和琴弓190类似于标准小提琴和它的琴弓。
电气系统90包括连接器160、拾音器单元170、音响设备180、声音辐射器182和导线202/202a。如下文中详细描述，拾音器单元170嵌入琴马200。拾音器单元170通过导线202连接到连接器160，另一导线202a与连接器160连接或分离。导线202a在其另一端连接到音响设备180，以便通过导线202/202a将电信号从拾音器单元170供给音响设备180。控制放大器和功率放大器与效应器一起组合在音响设备180中。在音响设备180中均衡和放大电信号，当演奏者需要混响、回声等等时，使用效应器。在这个实例中，声音辐射器182由扬声器实现，并且将电信号转换为电乐音。
当演奏者希望在电声弦乐器上演奏一段音乐时，他或她通过连接器160将导线202a连接到导线202，并适当调节音响设备180。当演奏者准备好演奏时，他或她在下巴和上胸之间保持原声小提琴稳定，开始用弓丝194拉弦130。当演奏者拉琴弓时，他或她在指板140上滑动手指，用于沿着音节改变振动弦130的长度。弦130振动，振动通过琴马200从弦130传递给拾音器单元170。拾音器单元170将振动转换成电信号，电信号通过导线202/202a从拾音器单元170供给音响设备180。按照频率特性均衡电信号并进行放大。因此在音响设备180中均衡和放大的电信号提供给乐音辐射器182，并转换成电乐音。
转向附图的图2，详细图解弦架150和琴马200。翻转弦架150和琴马200以便在图2中看见弦架150的背面。导电金属箔156粘附到弦架150的背面，弦架150和导电金属箔156的叠层形成有四个弦孔152，它们分别分配给四根弦130。在这个实例中，导电金属箔156由铜构成。然而，另一类导电金属或合金可以用于导电金属箔156，例如铝或铝合金。弦孔152具有像钥匙孔一样的外形，为其中一个弦孔152配备导电调节器154。弦130具有各自的导电簧片132。三根弦130依靠簧片132连接到弦架150，簧片132直接与限定弦孔152的导电金属箔156外围保持接触。其余的弦130依靠导电调节器154连接到导电金属箔156。因此，弦130通过导电簧片132和导电调节器154电连接到导电金属箔156。导电金属箔156给弦130提供接地电平。虽然演奏者通过弦130将张力施加到弦架150和导电金属箔156的叠层，但是弦架150足够坚韧而能承受张力。
琴马200竖立在共振板112上，并且向上将弦130与共振板112分开。琴马200用来将振动从弦130传递给共振板112和电气系统90。第一功能类似于嵌入标准原声小提琴的琴马，即将振动从弦130传递给共振板112。当演奏者拉琴弓时，琴马200将振动从弦130传递给共振板112，并且引起主体110振动。通过音室中的共振放大振动，从主体110中发出大的原声乐音。将在下文中结合电气系统90详细描述其它功能。
转向图3和4，琴马200竖立在共振板112上。琴马200基本上垂直于共振板112的上表面，并具有主表面210S，所述主表面平行于横向“X”延伸。在图3和4中，横向用箭头“X”表示，垂直方向用“Y”标注。琴马200由木头构成，例如类似于标准原声小提琴琴马的枫木。琴马200是薄板，具有弧形顶表面200a。形成四个凹槽，并且露出弧形顶表面200a。四根弦130容纳在凹槽中。从薄木板中切掉成片木头，用于形成三个空腔220a、220b和220c，而且空腔220a和220b将琴马200分成三部分，即拱形部分210a、收缩部分210b和分叉部分210c。左空腔220a和右空腔220b使琴马200收缩，琴马200从收缩部分210b向下分叉。分叉部分210c具有右脚和左脚212，如图所示，它们位于共振板112上。因此，弦130的振动输入到弧形表面200a，通过拱形部分210a、收缩部分210b和分叉部分210c传递，从脚212输出到共振板112。
左空腔220a和右空腔220b具有像港湾一样的外形，使分叉部分210c与拱形部分210a的斜臂210d分开。中间空腔220c形成在拱形部分210a中，并且关于琴马200的中心线O-O’大致对称。中心线O-O’基本上垂直于共振板112，并且等分地分割琴马200的宽度。分叉部分210c确定右脚212和左脚212之间的间隙210e。槽230形成在琴马200中。槽230具有主干部分230c和分支部分230a/230b。主干部分230c在其底端对间隙210e开放，并且穿过分叉部分210c向上延伸。主干部分230c的中心线基本上与琴马200的中心线O-O’一致。主干部分230c在分叉部分210c和收缩部分210b之间的分界线上分叉成分支部分230a和230b，分支部分230a和230b向上倾斜伸出，穿过收缩部分210b，进入拱形部分210a。分支部分230a和230b分别在左空腔220a和中间空腔220c之间以及右空腔220b和中间空腔220c之间的拱形部分210a中延伸，并且关于主干部分230c和中心线O-O’对称排列。
分支部分230a和230b分配给拾音器单元170，它们形成部分电气系统90。在这个实例中，拾音器单元170由一对双晶压电传感器250实现，双晶压电传感器250分别容纳在分支部分230a和230b中。双晶压电传感器250具有各自的传感器支架240a/240b，作为实例，它们可以由合成树脂构成，支架240a和240b在槽230的分叉附近粘附到收缩部分210b。双晶压电传感器250的厚度小于分支部分230a和230b的宽度，以便压电元件在分支部分230a和230b中延伸，而无需与内表面230s进行任何物理接触(参见图5)。换句话说，压电元件与限定分支部分230a/230b的内表面230s分开，并且压电元件和内表面之间的间隙用填料260填充。填料260形成部分琴马200。为此，振动通过拱形部分210a/收缩部分210b传递给填料260，填料260依次将振动传递给双晶压电传感器250。
填料260由一种物质构成，由于振动弦130而引起的琴马200变形期间，在所述物质中无应变能或很少量应变能得到积累。换句话说，填料260不显示出弹性。为此，虽然琴马200反复改变施加到填料260上的力的方向，但是填料260如实地跟随琴马200，以便填料260将琴马200的变形准确地传递给压电元件252a/252b。在这个实例中，填料260由油粘土构成，即油和粘土的混合物。从弦130传递给琴马200的振动使油粘土塑性变形。为此，振动传递给压电元件252a/252b而无严重失真，压电元件252a/252b免于由弹性应变能引起的后效。
在下面描述中，术语“塑性材料”指的是当出现从弦130传来的力时所述材料表现为塑性形变。另一方面，术语“弹性材料”指的是当出现从弦130传来的力时所述材料表现为弹性形变。术语“弹力材料”也指的是当出现从弦130传来的力时所述材料表现为弹性。油粘土是塑性材料的实例，橡胶是弹性材料的实例。
本发明人评价了塑性材料和弹性/弹力材料。本发明人准备了琴马200和双晶压电传感器250的样品。双晶压电传感器插入每个琴马200样品的分叉槽230中。一个样品的间隙用油粘土即塑性材料填充，另一样品的间隙用橡胶即弹性材料填充。琴马200的样品选择性地连接到小提琴100，并且演奏者在弦130上演奏音节。拾音器单元170输出电信号，并且从保真度的观点来分析电信号波形。
本发明人注意到，大量回声分量重叠在根据通过橡胶传递的振动而产生的电信号上。另一方面，只有很少量回声分量重叠在根据通过油粘土传递的振动而产生的电信号上。回声分量来自橡胶的弹性。当力施加到橡胶上时，力部分地积累在橡胶中作为弹性应变能。力的方向被改变，然后从橡胶中释放出弹性应变能。弹性应变能对压电元件252a/252b有影响，并且是引起回声分量的原因。本发明人推断出塑性材料优于弹性/弹力材料。
虽然图中未图示，保护板连接在琴马200的主表面210s上，以便双晶压电传感器250和填料260插在琴马200和保护板之间，并且防止它们受到不良损害。
嵌入琴马200的拾音器单元170优于现有技术中设置在主体和琴马腿之间的拾音器单元。首先，虽然在弦钮124和弦架150之间伸展的弦130向下推琴马200，但是向下分力没有施加在压电元件252a/252b上。为此，拾音器单元170将振动准确地转换成电信号。
嵌入琴马200的拾音器单元170的另一优点是用户可以按照类似于标准原声小提琴的方式，将琴马200装配在原声小提琴100中和从其中拆除琴马200。拾音器单元170不改变共振板112上的琴马高度。这可以照常调节弦130。
电气系统如上所述，电气系统90包括拾音器单元170、导线202/202a、连接器160、音响设备180和乐音辐射器182，拾音器单元170通过一对双晶压电传感器250来实现。将在下文中详细描述这些系统部件。
双晶压电传感器250是机械能转换成电能类型的传感器。假设力施加在压电元件上，力在压电元件中引起应变。然后，偏振出现在压电元件中，并出现电荷。电荷量与应变成正比，因此，与施加在压电元件上的力成正比。因此，力转换成电流。在这个实例中，力通过填料260从内表面230s施加在压电元件上，内表面230s限定分支部分230a/230b。
如图6中所示，每个双晶压电传感器250包括一对压电元件252a/252b和底板254。底板254由金属构成，并可以弹性变形。底板254插在压电元件252a和252b之间。换句话说，压电元件252a和252b粘附在底板254的两个主表面上，如箭头P所示，压电元件252a从底板254向外进行偏振。换句话说，压电元件的偏振方向P与另一压电元件的偏振方向P相反。偏振方向P平行于主表面210S(参见图3)。底板254和压电元件252a/252b的叠层插入传感器支架240a/240b，并且压电元件252a/252b连接到导线202。当双晶压电传感器250安装在琴马200中时，关于中心线O-O’对称排列双晶压电传感器250。
现在假设力在偏振方向P之一上施加到双晶压电传感器250，双晶压电传感器250在箭头AR1所示的方向上变形，并且如点划线所示进行变形。张力施加在压电元件252a上，并且拉长了压电元件252a。另一方面，压力施加在压电元件252b上，并且压缩了压电元件252b。结果，压电元件252b相对于其它压电元件252a具有正电平。相反，如果双晶压电传感器250在相反方向上变形，压电元件252a相对于其它压电元件252b具有正电平。应变越大，电动势越大。因此，双晶压电传感器250可以将振动准确地转换成电信号。
当演奏者用琴弓拉原声小提琴100时，弦130振动，振动引起琴马200的振动。假设振动弦130引起箭头E所表示的运动(参见图7)。琴马200如实线所示进行变形，并且将力施加在双晶压电传感器250的压电元件252a/252b上。如图8中所示，拉长两个压电元件252a，而压缩两个压电元件252b。在下一时刻，振动弦130使琴马200在箭头E的相反方向上进行相反变形，以便分别压缩和拉长两个压电元件252a和两个压电元件252b。虽然成对的压电元件252a/252b形成对称排列在琴马200中的不同双晶压电传感器250，在一个方向偏振压电元件252a，而在相反方向偏振其它压电元件252b。这样产生大量电荷。换句话说，电信号在宽范围内摆动电平。
转向附图的图9，双晶压电传感器250通过导线202连接到连接器160。压电元件252a通过导线256a彼此连接，其它压电元件252b通过另一导线256b彼此连接。导线256a保持与压电元件252a表面接触，而另一导线256b也保持与压电元件252b表面接触。导线256a和256b形成部分导线202(参见图7和8)。
导线202还包括外导电条2020和导线2021。导线256b与导线2021融合在一起，而导线256a连接到外导电条2020。外导电条2020在其另一端连接到导电金属箔156，以便巨大电势通过外导电条2020和导线256a施加到压电元件252a。另一方面，导线2021终止在触点203a，触点203a电连接到连接器160的导电插座164a。导电插座164a通过连接器160和电缆202a连接到音响设备180。因此，压电元件252b电连接到音响设备180。
连接器160还包括触点164b，它与导电插座164a电隔离，并且触点164b保持与接线端159b接触。接线端159b固定到导线158，导线158依次连接到导电金属箔156。如上所述，弦130电连接到导电金属箔156。人类演奏者用他或她的手指将弦130选择性地按到指板140。这意味着弦130和导电金属箔156的电平等于人类演奏者，即接地电平。因此，接地电平通过外导电条2020和导线256a应用到压电元件252a，并且通过导线158、连接器160和电缆202a应用到音响设备180。由于接地电平是稳定的，因此通过导电金属箔156接地的外导电条2020有效地抵制叠加在电信号上的噪声。
转向附图的图2，图解了双晶压电传感器250和连接器160之间的电连接。连接器160用作接口和连接装置。连接器160具有夹钳162，它依次具有松紧螺旋扣161。夹钳162还具有一对垫板163，垫板163之间的距离是可变的。当演奏者为他或她的演奏准备电声弦乐器时，他或她使垫板163与共振板112和背板接触，并且夹紧垫板163之间的主体110。然后，连接器160和电缆202a的一端物理连接到主体110。连接器160还具有一对接线端165，连接器160电连接到电缆202a。接线端165进一步分别连接到导电插座164a和触点164b。触点203a和接线端159b可连接到导电插座164a和接线端159b，并且可以与导电插座164a和接线端159b分开。为此，连接器160首先连接到主体110，此后，电缆202、粗线(grandline)158电连接到连接器160。
如上所述，导电插座164a通过触点203a电连接到导线2021，触点164b通过接线端159b和导线158电连接到导电金属箔156。为此，代表振动的电信号通过连接器160和电缆202a供给音响设备180。
电缆202是同轴电缆以便用外导电条2020屏蔽导线2021。外导电条2020在其另一端利用焊条157固定到导电金属箔156，导线158也在其另一端利用焊条159固定到导电金属箔156。
音响设备180包括控制放大器和功率放大器。通过控制放大器调节音量和均衡，并且通过控制放大器将效果选择性地分给电乐音。利用功率放大器驱动乐音辐射器182用于辐射电乐音。在这个实例中，乐音辐射器182由扬声器实现。对于本领域技术人员来说，控制放大器、功率放大器和扬声器是公知的，为了简化，下文中没有加入进一步说明。
下文中对电声弦乐器的行为进行描述。假设演奏者希望在电声弦乐器上演奏一段音乐。演奏者将连接器160连到主体110，并且通过连接器160将拾音器单元170连接到音响设备180。演奏者通过控制放大器调节音量和均衡。
演奏者开始用琴弓拉弦130，并且引起弦130以某种频率振动，所述频率与要产生的电乐音的音调相对应。在某一时刻，振动弦130在方向E上将力施加到琴马200上(参见图7)。然后，琴马200如实线所示进行变形，并且压力使双晶压电传感器250如图8中实线所示进行弯曲。拉长压电元件252a，并且压缩其它压电元件252b。结果，在压电元件252a/252b的表面上产生电荷。分支部分230a中的压电元件252a表面上的电荷极性与其它分支部分230b中的压电元件252a表面上的电荷极性相同，但是与压电元件252b表面上的电荷极性相反。当琴马200在方向E上变形时，电荷使压电元件252b表面上的电平相对于其它压电元件252a表面上的电平是正的。由于压电元件252b并联到导线256b，电信号在宽范围内将电平摆动到正侧而无任何抵消，并且电信号通过连接器160供给音响设备180。
当力从琴马200移开时，琴马200返回到初始形状，并且双晶压电传感器250返回到中性状态。然后，电势差缩小到零。另一方面，当力在与箭头E相反的方向上施加在琴马200上时，琴马200向相反侧进行变形，电荷使压电元件252b表面上的电平相对于其它压电元件252a表面上的电平是负的。结果，电信号将电平摆动到负侧。因此，拾音器单元170将弦130的振动转换成电信号，并且通过音响设备180和乐音辐射器182根据电信号产生电乐音。
根据前面的说明将会理解，压电元件252a/252b松散地容纳在分叉槽230中，分叉槽230形成在琴马200中，并且琴马200和压电元件252a/252b之间的间隙用填料260填充。下面的优点由这些主要特征产生。
首先，双晶压电传感器250不受通过弦130施加在琴马200上的张力的向下分力。只有由于琴马200的变形而产生的力力施加在双晶压电传感器250上，以便双晶压电传感器250准确地产生代表弦130振动的电信号。
第二，双晶压电传感器250不改变琴马200的高度。弦130直接与弧形表面200a接触，脚212保持与共振板112接触。类似于标准小提琴，琴马200连接到主体110。为此，演奏者照常很容易最优化弦130的高度。
图1-9中所示的电声弦乐器还具有次要特征。次要特征之一是双晶压电传感器250的对称排列。为了对称排列双晶压电传感器250，分支部分230a和230b关于中心线O-O’对称地形成在琴马200中。对于弦130来说对称排列是理想的，因为拾音器单元170将四根弦130的振动平等地转换成电信号。
另一次要特征是填料260的塑性。当演奏者拉琴弓时，弦130通过琴马200将力施加在填料260上，力使填料260塑性变形。这意味着弹性应变能可以忽略。为此，当力从填料260移开时，填料260既不释放弹性应变能，也不在压电元件252a/252b上施加任何压力。因此，在力从琴马200到压电元件252a/252b的传递中，填料260是可靠的，并且不作为电信号上的噪声源。
再一次要特征是双晶压电传感器250嵌入琴马200的位置。如果压电传感器分别提供在弦130之下，与应用到琴马200相比，振动将更准确地转换成电信号。然而，这些压电传感器离共振板太远以至于不能检测主体的谐振。为此，电乐音更少地类似于原声乐音。另一方面，双晶压电传感器250不如此地远离共振板112以便谐振可以到达双晶压电传感器250。不但弦130的初始振动而且主体110的振动都传递给双晶压电传感器250，并且都转换成电信号。电信号代表初始振动和谐振以便电乐音接近原声乐音。
又一次要特征是在弦130中共享的双晶压电传感器250。换句话说，双晶压电传感器250的数量小于弦130的数量。这导致生产成本降低。
又一次要特征是槽230，槽230露出琴马200的主表面210s。如果压力传感器设置在琴马200的侧面上，例如限定空腔220a和220b的曲面，压力传感器将可靠地与侧面分离。这是因为事实上侧面猛烈振动。另一方面，双晶压电传感器250容纳在分支部分230a和230b，并且支架240a/240b粘接到琴马200。为此，双晶压电传感器250能经受琴马200的振动，并且是很耐用。
第二实施例另一电声弦乐器也包含原声弦乐器和电气系统，并且原声弦乐器配备有琴马200A。原声弦乐器和电气系统的其它组成部件类似于第一实施例，为避免重复，下文中不再描述。
琴马200A具有类似于琴马200的轮廓，琴马200和200A的区别集中在分叉槽330。原声弦乐器的一部分和其它组成部件用指定图1-9中所示的相应部分和组成部件的附图标记进行标注，而不进行详细说明。
分叉槽330具有一对分支部分330a/330b和主干部分330c。主干部分330c从间隙210e向上延伸穿过分叉部分210c，并且在分叉部分210c和收缩部分210b之间的分界线上分支。分支部分330a和330b向上倾斜伸出，穿过收缩部分210b，进入拱形部分210a，并且关于琴马200A的中心线对称排列。大部分分支部分330a/330b与传感器支架240a/240b一样宽，传感器支架240a/240b隐蔽地容纳在分支部分330a/330b中。传感器支架240a/240b粘接在琴马200A的内表面。如图12所示，分支部分330a/330b的上区330d宽度缩小，上区330d的宽度值稍大于双晶压电传感器250的厚度。为此，当双晶压电传感器250容纳在分支部分330a/330b中时，在内表面330s和压电元件252a/252b之间出现极窄的间隙。然而，所述间隙不用任何填料填充。为此，大部分压电元件252a/252b与内表面330s大大分开，位于上区中的其余压电元件252a/252b尽可能地靠近内表面330s。为此，当琴马200A变形时，内表面330s推动压电元件252a/252b的上部，并弯曲压电元件252a/252b。交替拉长和压缩压电元件252a和压电元件252b，以便在压电元件252a/252b中产生电荷。
实施第二实施例的电声弦乐器实现了第一实施例的所有优点。而且，第二实施例的电声弦乐器的优点在于琴马200A不受填料260老化变质的影响。
第三实施例又一电声弦乐器也主要包含原声弦乐器和电气系统。电气系统与电气系统90相同，除了琴马200B之外，原声弦乐器类似于原声弦乐器80。为此，下文中的描述集中在琴马200B上。
琴马200B表示在图14和15中。琴马200和200B的区别集中在一对凸角420，双晶压电传感器250分别嵌入凸角420。凸角420朝前伸出琴马200B的主表面210s，并且对称排列。然而，凸角420相互独立。
槽430a/430b分别形成在凸角420中，双晶压电传感器250分别容纳在槽430a/430b中。槽430a/430b关于琴马200B的中心线对称排列，因此，双晶压电传感器250也对称排列。槽430a/430b的宽度恒定并且不变窄。传感器支架240a/240b隐蔽地容纳在槽430a/430b中，并且这对压电元件252a/252b分别伸出传感器支架240a/240b。在内表面430s和压电元件252a/252b之间出现间隙，并且用填料260填充。在本实例中，填料260由塑性材料构成。压电元件252a/252b中的偏振方向用图14中的“P”标注。
实施第三实施例的电声弦乐器也实现了第一实施例的所有优点。
第四实施例实施本实用新型的又一电声弦乐器也主要包含原声弦乐器和电气系统90A。原声弦乐器类似于第一、第二或第三实施例的原声弦乐器。为了简化不再描述。
电气系统90和电气系统90A的区别集中在双晶压电传感器250之间的串联，因此参考图16对拾音器单元170A和连接器160A之间的连接进行描述。
电气系统90A的电路部件类似于电气系统90的电路部件，为此，用指定电气系统90的相应电路部件的附图标记进行标注。然而，与左双晶压电传感器250的压电元件不同，右双晶压电传感器250的压电元件用附图标记“252c”和“252d”标注。压电元件252a/252c的极性彼此相同，并且与压电元件252b/252d的极性相反。
双晶压电传感器250串联在外导电条2020和导线2021之间，它们两个形成部分电缆202。外导电条2020通过导线256e连接到左双晶压电传感器250的压电元件252a，导线2021通过导线256f连接到压电元件252d。导线256h连接在压电元件252b和压电元件252c之间，以便双晶压电传感器250串联在外导电条2020和导线2021之间。为此，用右双晶压电传感器250的电动势不抵销左双晶压电传感器250的电动势。获取压电元件252a和252d之间的电势差作为电信号。
实施第四实施例的电声弦乐器实现了第一实施例的所有优点。
其它实施例电气系统90的另一改进还包括扩音器。其它特征类似于上述实施例，为了简化下文中不再包含进一步描述。
在本实例中，扩音器与拾音器单元170并联到音响设备180。从主体110中辐射的原声乐音转换成另一种电信号，并把该电信号提供给音响设备180。演奏者选择一种电信号，并且根据所选的电信号产生电乐音。依靠扩音器获取的原声乐音包含环境例如音乐厅中的回声和混响。另一方面，琴马200的振动不受那些环境影响，为此，各种效果人工地传递给电乐音。在电声弦乐器配备有电气系统的改进的情况下，演奏者可以在扩音器和拾音器单元170之间进行选择。因此，电气系统的第一改进使通过电声弦乐器的人工表现变得丰富。
电气系统90的又一改进具有频率补偿能力。当学员在电声弦乐器上练习运弓法时，他或她有时将弱音器连接到电声弦乐器，降低原声乐音的音量以便不干扰邻居。然而，弱音器改变了频谱。如果根据电信号产生电乐音而无任何频率补偿，听众感觉电乐音很奇怪。
通过实验确定不用弱音器时测量的频谱和用弱音器时测量的频谱之差，并且在音响设备180中提供频率补偿电路。当演奏者不用弱音器在弦130上拉琴弓时，电信号绕过频率补偿电路，并且不执行任何频率补偿。然而，当演奏者将弱音器连接到电声弦乐器之后拉琴弓时，电信号穿过频率补偿电路，并且缺少的频率成分加入电信号。电信号可以通向耳机，并且通过耳机转换成电乐音。因此，演奏者可以练习运弓法而不打扰邻居。
虽然已经表示和描述了本实用新型的具体实施例，但是对于本领域技术人员来说，很显然可以进行各种修改和改进而不脱离本实用新型的本质和范围。
音响设备180和乐音辐射器182可以构造在原声弦乐器中。在这种情况下，提高了轻便性。然而，与从独立式音响设备180/扬声器182中辐射的电乐音相比，电乐音的质量可能更差。扬声器182对本实用新型的技术范围不进行任何限定。可以直接驱动共振板112进行振动。
双晶压电传感器250对本实用新型的技术范围不进行任何限定。单晶单晶压电传感器可用于拾音器单元90a。
单晶/双晶压电传感器对本实用新型的技术范围不进行任何限定。在可以将力/压力/位移转换成电信号或光信号的传感器范围内，任何类型的传感器可用于电声弦乐器。应变仪是可用于依据本实用新型的电声弦乐器的其它类型传感器的实例。
分叉槽230对本实用新型的技术范围不进行任何限定。两个空腔可以彼此独立地形成在琴马200中。在这种情况下，双晶压电传感器分别嵌入这些空腔中，并且用填料填充间隙。另外，这些空腔部分收缩以便内表面直接推动双晶压电传感器。
单槽或多槽结构对本实用新型的技术范围不进行任何限定。在上述实施例中，平坦的内表面面对压电元件252a/252b。然而，领域曲面可以部分地确定单槽或多槽。虽然分叉槽230/330和这对槽430a/430b具有底部，但是单分叉槽或多分叉槽可以露出两个主表面。
这对压电传感器对本实用新型的技术范围不进行任何限定。仅仅一个压电传感器可以嵌入琴马200，或多于两个的压电传感器可以嵌入琴马200。
琴马的形状对本实用新型的技术范围不进行任何限定。对于本领域技术人员来说，琴马的各种形状是公知的，并且琴马200/200A/200B可以用那些琴马中的任何一个进行替代。
原声小提琴对本实用新型的技术范围不进行任何限定。可以用小提琴家族的主体成员例如中提琴、大提琴或低音提琴来替代原声小提琴。本实用新型可以应用到弹拨弦乐器例如吉他。
可以从依据本实用新型的电声弦乐器中消除音响设备180和乐音辐射器182。在这种情况下，拾音器单元和连接器构成电气系统，电声弦乐器与音响设备180和乐音辐射器182分开销售。
油粘土对本实用新型的技术范围不进行任何限定。油粘土可以用主体类型的塑性粘土代替，塑性粘土是粘土和粘性物质之间的混合物。
四根弦130对本实用新型的技术范围不进行任何限定。仅仅一根弦130可以伸展在主体上。多于四根的弦可以伸展在主体主体上。
权利要求的术语与上述实施例的组成部件关联如下。部件“主体”、“上表面”、“颈部”、“至少一根弦”、“琴马”、“限定空腔的内表面”、“拾音器单元”和“输出端”分别对应主体110、共振板112的上表面、颈部120和指板140的组合、弦130、琴马200/200A/200B、限定分叉槽230/330和一对槽430a/430b的内表面230s/330s/430s、拾音器单元170/170A 和连接器160/160A。压电元件252a/252b和252a/252b/252c/252d用作元件“传感部分”。分支部分230a/230b、330a/330b和一对槽430a/430b对应“子空腔”。单槽或多槽是“至少一个空腔”的实例。
权利要求1.一种配备嵌入琴马的拾音器单元的弦乐器，包含原声弦乐器(80)，该原声弦乐器包括具有上表面(112)的主体(110)，从所述主体(110)的一端伸出的颈部(120/140)，至少一根弦(130)，所述弦在所述颈部(120/140)的导前端和所述主体(110)的另一端之间伸展，琴马(200，200A，200B)，所述琴马设置在所述主体(110)的所述上表面(112)和所述至少一根弦(130)之间，以便给所述至少一根弦(130)提供张力、并且当出现从所述至少一根弦(130)传递的振动时可发生变形；电气系统(90，90A)，所述电气系统包括拾音器单元(170，170A)，由于所述至少一根弦(130)的所述振动而给所述拾音器单元提供力，用于产生代表所述振动的电信号，输出端子(160，160A)，所述输出端子电连接到所述拾音器单元(170，170A)，用于输出所述信号，其特征在于所述琴马(200，200A，200B)具有用于限定至少一个空腔(230，330，430a/430b)的内表面，所述拾音器单元(170，170A)容纳在所述空腔中，从而通过所述内表面(230s，330s，430s)把所述力作用在所述拾音器单元(170，170A)上。
2.如权利要求1所述的弦乐器，其中所述拾音器单元(170，170A)具有传感部分，所述传感部感应所述振动并且松散地容纳在所述空腔(230，430a/430b)中，所述传感部分和所述内表面(230s，430s)之间的间隙用填料(260)填充，以便所述振动通过所述填料(260)从所述内表面(230s，430s)传递给所述传感部分。
3.如权利要求2所述的弦乐器，其中所述填料(260)由当所述力施加到其上时表现为塑性的材料构成。
4.如权利要求3所述的弦乐器，其中所述材料是油粘土。
5.如权利要求2所述的电声弦乐器，其中所述拾音器单元(170，170A)具有多个传感器，而且所述空腔(230，430a/430b)具有多个子空腔(230a/230b，430a/430b)，所述多个传感器分别容纳在多个子空腔中。
6.如权利要求5所述的弦乐器，其中所述多个子空腔(230a/230b，430a/430b)关于所述琴马(200，200B)的中心线(O-O’)对称排列，以便所述多个传感器也对称排列在所述琴马(200，200B)中。
7.如权利要求5所述的弦乐器，其中以这种方式连接所述多个传感器、以便所述多个传感器的输出信号从所述输出端子(160，160A)输出，而在所述输出信号之间没有任何抵消。
8.如权利要求2所述的电声弦乐器，其中所述传感部分由至少一个双晶压电元件(250)构成。
9.如权利要求8所述的弦乐器，其中所述至少一个双晶压电元件(250)具有一对压电元件(252a/252b，252a/252b/252c/252d)。
10.如权利要求1所述的电声弦乐器，其中所述拾音器单元(170)具有传感部分，所述传感部分感应所述振动，而且所述内表面(330s)部分地变窄，以便将所述力直接施加在所述传感部分上。
11.如权利要求10所述的弦乐器，其中所述内表面(330s)形成台阶，用于将所述空腔(330a/330b)分成宽部分和窄部分(330d)，所述传感部分延伸穿过所述宽部分进入所述窄部分(330d)，以便所述台阶将力施加在所述传感部分的导前端上。
12.如权利要求10所述的弦乐器，其中所述拾音器单元(170)具有多个传感器，而且所述空腔(330)具有多个子空腔(330a/330b)，所述多个传感器分别容纳在多个子空腔中。
13.如权利要求12所述的电声弦乐器，其中所述多个子空腔(330a/330b)关于所述琴马(200A)的中心线对称排列，以便所述多个传感器也对称排列在所述琴马(200A)中。
14.如权利要求12所述的弦乐器，其中以这种方式连接所述多个传感器、以便所述多个传感器的输出信号从所述输出端子输出，而在所述输出信号之间没有任何抵消。
15.如权利要求10所述的电声弦乐器，其中所述传感部分由至少一个双晶压电元件(250)构成。
16.如权利要求15所述的弦乐器，其中所述至少一个双晶压电元件(250)具有一对压电元件(252a/252b)。
17.如权利要求1所述的弦乐器，其中所述电气系统(90，90A)进一步包括乐音辐射器(182)，用于将所述信号转换成电乐音，音响设备(180)，用于利用所述信号驱动所述乐音辐射器(182)。
18.如权利要求1所述的弦乐器，其中所述原声弦乐器还具有琴弓(190)，以便演奏者通过拉琴弓引起所述弦的振动。
19.如权利要求18所述的弦乐器，其中所述主体(110)具有类似于原声小提琴的轮廓。
20.一种琴马(200，200A，200B)，所述琴马设置于主体(110)和至少一根弦(130)之间，用于将张力传递到所述至少一根弦(130)，所述主体(110)和至少一根弦(130)组合在电声弦乐器(80)中，所述琴马(200，200A，200B)包含在出现从所述至少一根弦(130)传递的振动时可发生变形的板状部件，其特征在于所述琴马(200，200A，200B)具有用于限定至少一个空腔(230，330，430a/430b)的内表面(230s，330s，430s)，所述拾音器单元(170，170A)按照这种方式容纳在空腔中，以便由于所述振动、通过通过内表面(230s，330s，430s)将力作用在所述拾音器单元(170，170A)上。
21.如权利要求20所述的琴马，进一步包含填料(260)，用于将所述力传递给所述拾音器单元，所述填料插在所述内表面(230，430a/430b)和所述拾音器单元(170，170A)之间的间隙中。
22.如权利要求21所述的琴马，其中所述填料(260)由当所述力施加到其上时表现为塑性的材料构成。
23.如权利要求20所述的琴马，其中所述内表面(330s)使所述空腔部分地变窄，以便将所述力从所述内表面直接施加在所述拾音器单元(170)上。
24.如权利要求20所述的琴马，其中所述空腔(230，330，430a/430b)具有多个子空腔(230a/230b，330a/330b，430a/430b)，它们分别分配给形成部分所述拾音器单元(170)的多个传感器。
25.如权利要求24所述的琴马，其中所述子空腔(230a/230b；330a/330b，430a/430b)关于所述琴马(200，200A，200B)的中心线对称排列。
专利摘要一种配备嵌入琴马的拾音器单元的弦乐器，其中电声小提琴是原声小提琴(80)和电气系统(90)的组合，原声小提琴主体(110)、颈部(120/140)、以及在所述颈部(120/140)的导前端和所述主体(110)的另一端之间伸展的至少一根弦(130)，而且电气系统(90)包括与输出端子连接的拾音器单元(170)，用于将弦(130)的振动转换成电信号；琴马(200，200A，200B)具有用于限定至少一个空腔(230，330，430a/430b)的内表面，所述拾音器单元(170，170A)容纳在所述空腔中，从而通过所述内表面(230s，330s，430s)把所述力作用在所述拾音器单元(170，170A)上，由此拾音器单元(170)将振动精确地转换成电信号，而不受弦(130)施加在琴马(200)上的张力影响。
文档编号G10H3/18GK2742528SQ20042006538
公开日2005年11月23日 申请日期2004年6月17日 优先权日2003年6月19日
发明者高林, 洋次郎 申请人:雅马哈株式会社