专利名称：配备传感器的弦乐器和具有内置传感器的琴马的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种弦乐器，更具体地，涉及一种电弦乐器以及一种具有包含在电弦乐器中的内置振动传感器的琴马(bridge)。
背景技术：
乐器分为两类，即原声(acoustic)乐器和电辅助乐器。电辅助乐器通过放大器连接到扬声器系统，从而产生电/电子声音，并且因此，动态范围较容易控制。另一方面，演奏者通过原声乐器的振动来产生声音，因此动态范围不如电声乐器容易控制。
在其它类型的原声乐器的伴奏下，演奏者用原声乐器演奏乐曲时，演奏者感觉不到在这段音乐的各部分中平衡音量的困难。假设在音乐厅中，在电/电子乐器的伴奏下，演奏者用原声乐器演奏乐曲。只要原声乐器不受到麦克风系统辅助，则原声音调会淹没在较大的电/电子音调中。
尽管麦克风系统可以保持与电/电子声音平衡的原声音量，但是麦克风容易拾取噪声。噪声还通过放大器进行放大，这是听众所不原意听到的。
已经提出了一种折衷品。该折衷品是基于原声乐器而制造的。该折衷品基于原声乐器而制造，并且安装了振动-电信号转换器。在演奏者利用折衷品演奏期间，他或她引起原声乐器的振动，并且原声乐器的振动通过转换器转换为电信号。类似于电/电子乐器，电信号通过放大器提供给扬声器，并且音调以较大音量从扬声器发出去。但是，振动-电信号转换器忽略了噪声。因此，演奏者通过折衷品可以产生较大的音调，由于这个原因，折衷品优选用于与电/电子乐器一起伴奏的原声乐器。
因此，以下将折衷品称作“电声(electric acoustic)乐器”。电声弦乐器的典型示例在美国专利编号2,222,057、4,867,027和4,860,625中公开。张力传感器用作现有技术的电声乐器的振动-电信号转换器，并且嵌入在琴马中，所述琴马给琴弦以张力。在演奏者用现有技术的电声乐器演奏时，把振动从振动的琴弦传播到琴马，并且琴马使得现有技术的传感器根据振动而拉紧。因此，现有技术张力传感器将张力转换为表示振动的电信号。
但是，用户感觉到电音调不同于原声音调。换句话说，张力传感器无法完全模拟原声弦乐器的振动。例如，当演奏者微妙地变化琴弓时，现有技术张力传感器无法将细微差别转换成电信号。这令演奏者感到沮丧。
发明内容
因此，本发明的重要目的是提供一种弦乐器，它可以将细微差别体现在电音调中。
此外，本发明的重要目的是提供一种带有内置振动传感器的琴马，优选地，其用在弦乐器中。
本发明者考虑了现有技术电声弦乐器中固有的问题，并注意到张力传感器对于通过琴马传播的振动是各向异性的。详细地，琴马位于原声弦乐器的共鸣板上，并将张力给予在琴弦钮与系琴弦钮之间拉紧的琴弦。张力传感器以对横向分力反应灵敏的方式排列，但对张力方向的分力反应较不灵敏。然而，琴马不仅在横向振动，而且在张力方向振动。这是因为琴弓的变化引起琴弦的伸长并且恢复至原长度。尽管那些分力施加在张力传感器上，现有技术张力传感器仅将横向分力转换为电流。例如，当演奏者从强音到轻音变化琴弓时，或者反之亦然，琴弦比改变前有不同地延长。现有技术张力传感器无法将该变化转换为电流量。然而，本发明人发现张力方向的振动对于细微差别非常重要。本发明人的结论是传感器对于通过琴马传播的振动是各向同性的。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于由电产生音调的电弦乐器，所述电弦乐器包含弦乐器，该弦乐器包括具有纵向和横向的琴身结构；保持与所述琴身结构的主表面(major surface)和至少一个琴弦相接触的琴马，该琴弦在主表面的纵向拉伸并保持与琴马相接触以便把振动传播到琴马；以及包括拾音单元的电系统，其连接到琴马上并且对纵向的振动分力以及横向的另一振动分力反应灵敏，以便将振动转换为表示分力和另一分力的电信号。
根据本发明的另一方面，提供了一种包含在电弦乐器中的琴马，所述电弦乐器包括具有主表面和端表面(end surface)的板(plate)，每一个端表面都比主表面之一更窄，琴马在端表面之一上与电弦乐器的琴身结构相接触，并且通过与另一端表面相接触的至少一个琴弦向琴身结构施加压力，以便通过所述至少一个琴弦传播振动；以及连接到板的拾音单元，其对所述至少一个琴弦的纵向振动分力以及以直角与纵向方向交叉的横向方向的另一振动分力反应灵敏，以便把振动转换为表示分力和所述另一分力的电信号。
从以下与附图相结合的描述可以更清晰地理解弦乐器及带有内置传感器的琴马的特点和优点，其中图1是示出了电声乐器和琴弓的平面图，图2是示出了琴马配置和包含在电声弦乐器中的琴弦支架的透视图，图3是示出了针对共鸣板上的琴马中固有的横向分力的张力传感器的正视图，图4是示出了共鸣板上的琴马的侧视图，图5是示出了针对附着在琴马的纵向分力的另一张力传感器的正视图，图6是示出了附着在琴马的张力传感器的侧视图，图7是示出了嵌入在琴马中的双晶压电片压电换能器的结构的正视图，图8是示出了附着在琴马的主表面的张力传感器的结构的侧视图，以及图9是示出了形成电声乐器的部分电系统的拾音单元电路配置的电路图。
具体实施例方式
电弦乐器主要包括弦乐器和电系统。琴弦包含在弦乐器中，并且琴马位于弦乐器的琴身结构的主表面上。琴弦在主表面上拉伸，并且两端固定在琴身结构上。由于琴弦与琴马相接触，琴马向主表面施压。在演奏者用电弦乐器演奏乐曲的同时，他或她选择性地引起琴弦的振动。
在琴弦的附近设置了形成电系统的一部分的拾音单元，并且将其连接到琴马上。振动从振动的琴弦传播到拾音单元，并通过拾音单元被转换为电信号。
拾音单元不仅对琴弦的纵向振动分力反应灵敏，而且还对以直角与纵向交叉的横向振动的分力反应灵敏。因此，电信号包含表示纵向分力的信号分量和表示横向分力的信号分量。
由于音调的音色依赖于纵向分力和横向分力之间的比率而变化，演奏者可以变化音调的音色，并通过增加或减少施加在琴弦上的力量，给予音调艺术表现力。因此，演奏者通过根据本发明的典型乐器，向听众提供具有表现力的演奏。
在配备了琴马的弦乐器的情况下，优选在琴马中设置拾音单元。在演奏者用电弦乐器演奏乐章的同时，振动琴弦不仅引起琴马左右摆动(rolling)，而且上下振动(pitching)。横向分力和纵向分力通过拾音单元被转换为电信号，并且基于电信号产生电音调。假设演奏者增加或减少施加在至少一个琴弦上的压力，就改变了信号分量之比，并且细微地改变了音色。
从上述描述可以理解，根据本发明的电弦乐器使得演奏在艺术表现力方面更加丰富。
在以下描述中，术语“纵向”表示平行于弦乐器的琴弦的方向，并且术语“垂直”表示与弦乐器的上表面正交的方向。术语“横向”是表示与由纵向线和垂直线所定义的平面相正交的方向。
第一实施例电声乐器首先参考附图的图1，体现本发明的电声弦乐器主要包括原声弦乐器80和电系统90。在原声弦乐器80中部分地设置了电系统90。然而，剩余电系统90与原声弦乐器80在物理上是分离的。演奏者引起原声弦乐器80的振动，并且电系统90电产生音调，例如，基于原声弦乐器80的振动的电音调。
在这种情况下，原声弦乐器80包括小提琴100和琴弓190，并且将电系统90的部分170嵌入在小提琴100中。演奏者使用琴弓190引起小提琴100的振动，并且把振动传播到电系统90的部分170。电系统90的部分170不仅对横向分力反应灵敏，而且对纵向分力也反应灵敏，并且产生表示横向分力和纵向分力的电信号。此外，电系统90起着将电信号转换为电音调的作用。换句话说，部分170对于振动是各向同性的。
在演奏者用电声弦乐器演奏乐曲的同时，假设他或她使用琴弓190来减少施加在原声小提琴100上的力。纵向分力立即减小，并且纵向分力使得合力也减小。这产生了微弱的电音调。因此，根据本发明的电声弦乐器立即响应琴弓的变化，并且将细微差别从演奏者传递给电音调。
原声小提琴原声小提琴100包括琴身110、琴颈120、琴弦钮盒122、琴弦130、指板140、琴弦固定器150以及琴马200。共鸣板112、底板(未示出)以及侧板(未示出)相结合形成琴身110，并且在琴身110中限定了音室(sound chamber)。限制共鸣板112和底板(未示出)，并且沿着法线方向将其彼此间隔。侧板沿共鸣板/底板的外围延伸，并且确保在共鸣板/底板的周围，以便在琴身110中形成音室。在共鸣板112中形成音孔112a，并且通过其使得音室向周围开放。腮托(Chin rest)112b安装在共鸣板112上，并且演奏者将他或她的下巴放到用于支撑原声小提琴100的下巴和上胸腔之间的腮托112b上。
琴颈120沿着纵向从琴身110的一端突出，并且琴弦钮盒122安装在琴颈120的前端。琴弦钮盒122可转动地支撑四个琴弦钮124，并且其旋转轴沿着横向延伸。指板140附着在琴颈120上，并且沿纵向延伸。琴弦固定器150连接到琴身110的另一端部分，并且琴马200垂直地位于指板140和琴弦固定器150之间的共鸣板112上。四根琴弦130在琴马200上延伸，并且在琴弦钮124和琴弦固定器150之间拉伸。琴弦130由导电材料制成，例如，钢。琴弦130将琴马200压向共鸣板112。琴马200将与电系统90一起详细描述。
手柄192、弓杆(stick)和弓毛(hair)193组成琴弓190。手柄192固定在棍193的一端，并且弓毛194在弓杆193的另一端和手柄192之间拉伸。演奏者用右手握住手柄192，并且在琴弦130上横向移动弓毛194，从而产生振动。
在演奏者拉动琴弓的同时，琴弦130振动，并且振动从琴弦130通过琴马200传播到琴身110。振动的琴弦130向琴马200施加纵向分力和横向分力，并且琴马200将纵向分力和横向分力都传递给琴身110。合力引起琴身110的振动，并且此外振动的琴身110引起空气的振动，即原声音调。原声音调通过音室(未示出)中共鸣而被放大，从而从琴身110发出了相对较大的原声音调。当演奏者朝向琴弦固定器150改变指板140上的手指位置时，振动琴弦130缩短，并且原声音调较尖锐。因此，原声小提琴100和琴弓190与标准小提琴及其琴弓是相似的。
电系统电系统90包括连接器160、传感器系统170、声音单元180、音调辐射器182以及导电引线202/202a。正如以下所要进行的详细描述，在上文中称作“电系统的部分”的传感器系统170被嵌入在琴马200中。
传感器系统170通过导电引线202连接到连接器160，并且另一个导电引线202a连接到连接器160和从连接器160断开。导电引线202a从其另一端连接到声音单元180，从而电信号从传感器系统170通过导电引线202/202a提供给声音单元180。
控制放大器和功率放大器与效果器一起包含在声音单元180中。电信号在声音单元180中均衡和放大，并且当演奏者要求电系统90将其通知给电音调时，效果器用于混响、回音等。在这种情况下，音调辐射器182通过扬声器实现，并且将电信号转换成电音调。
当演奏这希望用电声弦乐器演奏乐曲时，他或她通过连接器160将导电引线202a连接到导电引线202，并且适当调整声音单元180。当演奏者准备演奏时，他或她将原声小提琴100在下巴和上胸腔之间保持稳定，并且准备使用弓毛194拉动琴弦130。在演奏者拉动琴弓的同时，他或她在指板140上滑动手指，用于随乐章而改变振动的琴弦130的长度。琴弦130振动，并且振动通过琴马200从琴弦130传播到传感器系统170。
传感器系统170对纵向分力和横向分力反应灵敏，从而立即响应琴弓的变化。传感器系统170将振动转换为电信号，并且电信号通过导电引线202/202a从传感器系统170提供给声音单元180。电信号混合、均衡频率特性并且放大。在声音单元180中如此均衡和放大的电信号提供给音调辐射器182，并转换为电音调。
转向附图的图2，详细示出了琴弦固定器150和琴马200。将琴弦固定器150和琴马200进行了翻转，从而在图2中可见琴弦固定器150的反面。导电金属薄片156附着在琴弦固定器150的反面，并且琴弦固定器150的叠片和导电金属薄片156与四个琴弦孔152一起形成，其分别分配给四根琴弦130。在这种情况下，导电金属薄片156由铜制成。然而，另一类导电金属或合金可用作导电金属薄片156，例如铝或铝合金。琴弦孔152具有等高线(contour)状的键孔，并且为琴弦孔152之一准备了导电调节器154。琴弦130分别具有导电柱132。三根琴弦130通过柱13连接到琴弦固定器150，其直接与限定琴弦孔152的导电金属薄片的周围相接触。剩余的琴弦130通过导电调节器154连接到导电金属薄片156。因此，琴弦130通过导电柱132和导电调节器154电连接到导电金属薄片156。由于演奏者将他或她的手指与琴弦130相接触，导电金属薄片156的电势与演奏者相等，并且将地势提供给琴弦130。尽管演奏者通过琴弦130向琴弦固定器150的叠片施加张力，琴弦固定器150足够坚韧以承受张力。
琴马200垂直地位于共鸣板112上，将琴弦130从共鸣板112向上隔开。琴马200的作用是从琴弦130向共鸣板112和电系统90传播振动。第一功能，即从琴弦130向共鸣板112传播振动，与包含在标准原声小提琴中的琴马的功能相似。在演奏者拉动琴弓的同时，琴马200从振动的琴弦130向共鸣板112传播振动，并且引起琴身110的振动。振动通过音室中的共振而放大，如以上所述，从琴身110发出较大的原声音调。另一个功能将与电系统90相结合在以下详细描述。
转向图3和图4，琴马200位于共鸣板112上。琴马200实质上垂直于共鸣板112的上表面，并且具有主表面210S，其平行于横向方向“X”延伸。在图3和图4中，横向方向由箭头“X”指示，并且垂直方向用“Y”标记。
琴马200由木头制造，例如枫木，并且以薄板的形式给出。琴马200具有拱顶表面220a，并且按照在拱顶表面200a上出现的方式形成四个间隙。在间隙中分别容纳四根琴弦130。从薄木板中裁掉木片，以便形成三个中空的空间220a、220b和220c，并且中空的空间220a和220b将琴马分为三部分，即拱形部分210a、狭窄部分210b和分支部分210c。左面中空的空间220a和右面中空的空间220b使得琴马200变窄，并且琴马200从狭窄部分210b向下分支。分支部分210c具有右底座212和左底座，如图所示，其在共鸣板上。因此，琴弦130的振动输入到拱表面200a，使得琴马200变形，以便通过拱形、狭窄的和分支区域210a、210b和210c传播，并从底座212向共鸣板112输出。
左面中空的空间220a和右面中空的空间220b具有等高线状的入口，并且使得狭窄部分210c与拱形部分210a的斜臂(slant-arms)210b分隔。中心中空的空间220c在拱形部分210a中形成，并且实质上关于琴马200的中心线O-O’对称。中心线O-O’实质上垂直于共鸣板112，并且平均地划分了琴马200的宽度。分支部分210c在右底座212和左底座212之间限定了间隙210e。
凹槽230在琴马200中形成。凹槽230具有主干部分230c和分叉部分230a/230b。主干部分230c在其低端向间隙210e开放，并且通过分支部分210c向上延伸。主干部分230c的中心线与琴马200的中心线O-O’实质上一致。主干部分230c在分支部分210c和狭窄部分210b之间的边界，向分叉部分230a和230b分叉，并且分叉部分230a和230b通过狭窄部分210b斜向上延伸至拱形部分210a中。分叉部分230a和230b在左中空的空间220a和中心中空的空间220c之间以及左右中空的空间220b和中心中空的空间220c之间的拱形区域210a中延伸，并且分别关于主干部分230c和中心线O-O’对称排列。
传感器系统传感器系统170包括用于横向分力的张力传感器250和用于纵向分力的张力传感器300(见图5和图6)。当琴马200在共鸣板112上左右摆动，即横向振动时，张力传感器250变形，并且变化电信号的幅度。换句话说，张力传感器250将横向分力转换为电信号。另一方面，当琴马200上下振动时，另一个张力传感器300变形，并且变化电信号的幅度。换句话说，张力传感器300将纵向分力转换为电信号。
将凹槽230分配给张力传感器250。在这种情况下，张力传感器250由一对双晶压电换能器250实现，并且在分叉部分230a和230b中分别容纳双晶压电换能器250。双晶压电换能器250具有各自的传感器固定器240a/240b，例如，由合成树脂制成，并且固定器240a和240b附着在凹槽230的叠片附近的狭窄区域210b。此外，双晶压电换能器250具有压电元件252a/252b和基板254(见图7)，并且压电元件252a/252b由压电单晶、压电半导体、压电陶瓷或者压电聚合物组成。基板254由金属制作，并且压电元件254a/254b按照以下方式附着于基板254的两个表面压电元件252a的极化方向P与另一个压电元件252b的极化方向P相反。在这种情况下，极化方向P是从附着于基板254的内表面朝向外表面。
当压电元件252a/252b从实线所示的位置到点折线所示的位置变形时，张力和压力分别施加在压电元件252a和压电元件252b，在相对于压电元件252a的外表面的压电元件252b的外表面上产生正电荷。电荷的极性依赖于形变的方向，并且电动势正比于形变量。
转回图3和图4，换能器250的压电元件具有的厚度小于分叉部分230a和230b的宽度，从而压电元件252a/252b在分叉部分230a和230b中延伸，而无需与琴马200的内表面有任何实际接触。换句话说，压电元件252a/252b从内表面隔开，其限定了分叉部分230a/230b，并且在压电元件252a/252b和内表面之间的间隙填满了填充物(filler)260。由于该原因，振动通过拱形/狭窄部分210a/210b向填充物260传播，其反过来向双晶压电换能器250的压电元件252a/252b传播振动。
由具有以下特点的物质构成填充物260在琴马200由于振动琴弦130而形变期间，没有积累张力能或者仅积累了微弱张力能。换句话说，填充物260不表现出弹性。由于该原因，尽管琴马200重复改变施加在填充物260上的力的方向，填充物260微弱地跟随琴马200，以便填充物260正确地向压电元件252a/252b传播琴马200的形变。在这种情况下，填充物260由油粘土(oil clay)构成，即油和粘土的混合物。从琴弦130传播到琴马200的振动引起油粘土弹性形变。由于该原因，振动传到压电元件252a/252b而没有严重失真，并且压电元件252a/252b不受由于弹性张力能引起的影响。
优选地，嵌入在琴马200中的张力传感器250是设置在琴身和琴马腿之间的现有技术的拾音单元。首先，尽管琴弦130向下压琴马200，向下的分力不施加在压电元件252a/252b上。由于该原因，拾音单元170精确地将振动转换为电信号。
嵌入在琴马200中的拾音单元170的另一个优点在于用户可以利用与标准原声小提琴类似的方式将琴马200装配到原声小提琴中，并从原声小提琴中拆除琴马。拾音单元170不改变共鸣板112上的琴马的高度。这可以像通常一样调整琴弦130。
转向附图的图5和图6，张力传感器300附着在琴马200的主表面210s上。张力传感器300以薄膜的形式构成，并且将施加在纵向的张力传感器上的力FL转换为电荷。电荷的量正比于力FL的幅度，从而力FL可以像电势电平一样测量。
张力传感器300具有类似银杏树叶的轮廓，并且在拱形和狭窄部分210a和210b的大部分中的主表面210s覆盖着张力传感器300。尽管在分支部分210c中张力传感器300稍微地进入主表面210s，分支部分210c的大部分在张力传感器300的可检测区域的外部。孔径300a在张力传感器300中形成，以便中空的空间220c不受张力传感器300的覆盖。但是，张力传感器300在凹槽230的大部分之上延伸。因此，压电换能器250覆盖着张力传感器300。
张力传感器300被琴马盖(bridge cover)400覆盖，并且琴马盖400是柔性的，以使琴马200和张力传感器300可以变形。琴马盖400延伸到略微超过张力传感器300的外围，并且保护张力传感器300不受不希望的损坏。琴马盖400深入分支部分210c，并且到达边缘部分限定的间隙210e。还在琴马盖400中形成了孔径400a，并且孔径300a在孔径400a中嵌套。结果，中空的空间220c暴露于外部。
图8演示了张力传感器300的结构，张力传感器300具有多层结构。由例如压电单晶、压电半导体、压电陶瓷或者压电聚合物的压电材料制成的压电膜301具有主表面，其整个覆盖有银电极板302a和302b，并且具有电动势。利用银电极板302a/302b来填塞(caulk)导电针304a/304b，从导电针304a/302b之间得到电势电平。将压电膜301、银电极板302a/302b和部分导电针304a/304b插入到保护层303a和303b之间。张力传感器300的总厚度是0.1毫米数量级，以便张力传感器300在力FL施加到张力传感器300上的同时，较好地变形。
电系统90包括拾音单元170，其通过如上所述的张力传感器250和300、导电引线202/202a、连接器160、声音单元180和音调辐射器182的结合而实现。在以下详细介绍那些系统部件之间的电连接。
转向附图的图9，双晶压电换能器250和张力传感器300对通过导电引线202连接到连接器160。压电元件252a通过导线256a相互连接，并且另一压电元件252b通过其它导线256b相互连接。导线256a保持与压电元件252a的表面相接触，并且另一个导线256b也保持与压电元件252b的表面相接触。换句话说，将双晶压电换能器250并联到导电引线256a/256b。导线256a/256b连接到导电引线202(见图3)。
导电针304a/304b连接到导电引线256c和256d，并且导线256c和256d连接到导电引线202(见图5)。
导电引线202包括内部导线202a/202b以及外部导电带(conductive strip)202O。导线256b与内部导线202a合并，并且导线256c与内部导线256c合并。外部导电带202O连接到两个导线256a/256d。
外部导电带202O的另一端连接到导电金属薄片156，以便将地电势通过外部导电带202O施加到压电元件252a和导电针256d。因此，外部导电带202O有效抑制了导线202a/202b上的噪声。
另一方面，导线202a/202b分别在触点202a/203b处终止，所述触点电连接到端子164a/164c。导电金属薄片156通过地线158连接到触点159b，并且触点159b电连接到端子164b。触点203a/203b/159b连接到端子164a/164c/164b和从端子164a/164c/164b断开，并且端子164a/164c/164b连接到插座165的触点165a/165c/165b。安装在导电电缆202a一端的插孔连接到插座165和从插座165断开。插座165和插孔共同形成连接器160。
回到图2，连接器160用作接口和连接装置。连接器160具有夹子(clamp)162，其进一步具有松紧螺旋扣161。此外，夹子162还具有一对护垫(pad)163，并且护垫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，他或她将护垫163与共鸣板112和背板相接触，并且在护垫163之间收缩琴身110。然后，连接器160和导电电缆202a的一端物理地连接到琴身110。随后，导电电缆202和地线158电连接到端子164a/164b/164c。
如前文所述，端子164a/164c通过触点203a/203b电连接到导线202a和202b，并且触点164b通过触点159b和地线158电连接到导电金属薄片156。由于该原因，表示振动的电信号通过连接器160和导电电缆202a连接到声音单元180。
导电电缆202是同轴电缆，并且利用外部导电带202O屏蔽了导线202a和202b。外部导电带202O通过一块焊锡157将其另一端固定在导电金属薄片156，并且地线158也通过一块焊锡159将其另一端固定在导电金属薄片156。
如前文所述，声音单元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平衡，并且通过控制放大器，将效果选择性地传给电音调。音调辐射器182利用针对辐射电音调的功率放大器进行驱动。本领域技术人员公知控制放大器、功率放大器以及扬声器，并且由于简化的原因，下文不包括进一步的描述。
现在假设演奏者希望用电声弦乐器演奏乐曲。在演奏者拉动琴弓的同时，琴弦130振动，并且振动或者横向分力引起琴马200的左右摆动。张力传感器250将左右摆动转换为电信号，并且电信号通过连接器160和导电电缆202a提供给声音单元180。另一方面，演奏者将琴弓190压向琴弦130，并且纵向分力FL施加在琴弦130上。纵向分力FL在琴弓的拉动中变化，并使得琴弦130伸长和收缩。琴弦130的伸长和收缩引起琴马200的上下振动，并且将琴马200的张力通过张力传感器300转换为电信号。还将电信号通过连接器160从张力传感器300提供给声音单元180。
电信号利用声音单元180中的混频器互相混合。由于纵向分力FL对音色有影响，电音调的音色依赖于表示横向分力的电信号的幅度与表示纵向分力FL的电信号的幅度之间的比率而变化。
当演奏者针对艺术表现力而变化琴弦130上的压力时，纵向分力FL减小，并且拾音单元170将艺术表现力转换为电信号。由于该原因，艺术表达力传给电音调，并且听众感觉电音调接近于原声音调。
尽管已经示出和描述了本发明的具体实施例，对于本领域的那些技术人员显而易见，在不偏离本发明的实质和范围的情况下，可以进行各种变化和修改。
压电转换器250和压电薄膜301不对本发明的技术范围设置任何限制。只要可选用的材料具有电动势或者根据力和振动的张力一阻抗(strain-to-resistance)特征，任何类型的张力传感器都可以用于拾音单元170。压电转换器250可以用张力测量计代替。压电薄膜可以使用压感薄膜或者双晶压电薄膜代替。
可以使用单晶压电换能器替代压电换能器250。双晶压电转换器对250对于本发明的技术范围不设置任何限制。在拾音单元170中可以仅包含一个压电换能器，用于将横向分力转换为电信号。
银电极板302a/302b对于本发明的技术范围不设置任何限制。任何导电金属、合金或者合成树脂都可以用于张力传感器300。
如果张力传感器不仅对纵向分力，而且对横行分力也各向同性地反应灵敏，张力传感器250和300可以使用各向同性传感器代替，并且拾音单元仅具有一个张力传感器。
根据本发明的电声弦乐器可以具有选择器。在这种情况下，当演奏者通过选择器给电系统命令时，表示纵向分力的电信号混合到表示横向分力的电信号中。如果演奏者命令电系统不对表示纵向分力的信号分量进行混合，则电音调从仅表达横向分力的电信号产生。
电信号可以独立地放大。在这种情况下，演奏者向电系统给出增益值，其所述增益值表示用于表示横向分力的电信号的增益以及用于表示纵向分力的另一电信号的增益。因此，演奏者可以有意地变化电音调的音色。
另一个电声弦乐器可以根据另一种原声弦乐器而制作，例如中提琴、大提琴或者低提琴。拨琴弦的拨弦乐器(plucked stringed musicalinstrument)可以代替带琴弓的弦乐器，例如吉他。本发明应用于电弦乐器，其琴身不具有共鸣器。因此，原声弦乐器对于本发明的技术范围不设置任何限制。
可以在原声弦乐器中仅内置声音单元180或者声音单元180和扬声器182。具有内置拾音单元的电弦乐器易于携带并且便于演奏者。
相反地，制造商可以出售不带声音单元180和扬声器182的电弦乐器。在这种情况下，电系统仅包括拾音单元170、插座165和在其之间连接的导线。
可以使用原声弦乐器的标准琴马来代替琴马200。在这种情况下，用户根据要产生的音调改变琴马。
在图中所示的电声弦乐器的部件部分与以下的权利要求相关联。
琴身110、琴颈120、琴弦钮盒122、指板140以及琴弦固定器150作为整体组成了“琴身结构”，并且上表面112对应于琴身结构的“主表面”。四根琴弦130之一作为“至少一根琴弦”。两个电信号作为整体组成“电信号”，并且每一个电信号作为“信号分量”。
压电换能器250作为“至少一个压电换能器”，并且压电元件252a/252b作为整体组成电动势部分。插座164a和164b作为“信号输出端子”。来自声音单元180电信号输出作为“音频信号”，并且扬声器182作为“信号-声转换器”。
琴马200充当“板”，并且拾音单元170对应于“拾音单元”。地电平对应于“恒定电势电平”。
权利要求
1.一种用于由电产生音调的电弦乐器，包括弦乐器(80)，包括具有纵向和横向的琴身结构(110，120，122，150)，保持与所述琴身结构(110，120，122，150)的主表面(112)相接触的琴马(200)，以及在所述主表面(112)上沿着所述纵向拉伸并且保持与所述琴马(200)相接触的至少一根琴弦(130)，以便将其振动传播给所述琴马(200)；以及电系统(90)，包括连接到所述琴马(200)拾音单元(170)，用于将所述振动转换为电信号，其特征在于所述拾音单元(170)对所述振动沿着所述纵向的分力(FL)和所述振动沿着所述横向的另一分力反应灵敏，从而所述电信号表示所述分力(FL)和所述另一分力。
2.根据权利要求1所述的电弦乐器，其特征在于，所述拾音单元(170)包括张力传感(300)，其对所述分力(FL)反应灵敏，并且将所述分力(FL)转换为表示所述分力(FL)的信号分量，以及另一张力传感器(250)，其对所述另一分力反应灵敏，并且将所述另一分力转换为表示所述另一分力的另一信号分量。
3.根据权利要求2所述的电弦乐器，其特征在于，所述另一张力传感器(250)具有由压电材料制成的电动势部分(252a，252b)。
4.根据权利要求2所述的电弦乐器，其特征在于，所述电动势部分(252a，252b)具有被交替施加张力和压力的压电元件(252a)以及被交替施加张力和压力的另一压电元件(252b)，以使所述电动势部分用作双晶压电换能器。
5.根据权利要求4所述的电弦乐器，其特征在于，所述双晶压电换能器(250)连接到信号输出端子(164a，164c)，与按照与所述双晶压电换能器(250)相反方向极化的另一双晶压电换能器(250)并联。
6.根据权利要求4所述的电弦乐器，其特征在于，所述电动势部分(252a，252b)被放置于在形成在所述琴马(200)中的凹槽中。
7.根据权利要求6所述的电弦乐器，其特征在于，一块塑性材料(260)填充了所述电动势部分(252a，252b)和限定所述凹槽(230)的内表面之间的间隙。
8.根据权利要求2所述的电弦乐器，其特征在于，所述张力传感器以薄膜的形式制成，并且保持与在端表面之间延伸的所述琴马(200)的主表面(210s)相接触，所述端表面分别保持与所述琴身结构(110，120，122，150)的所述主表面(112)以及所述至少一根琴弦(130)相接触。
9.根据权利要求8所述的电弦乐器，其特征在于，所述张力传感器具有电动势层(301)，并且附着于所述琴马(200)的所述主表面(210s)上。
10，根据权利要求9所述的电弦乐器，其特征在于，电动势层(301)由压电材料制成。
11.根据权利要求1所述的电弦乐器，其特征在于，还包括电连接到所述拾音单元(170)的声音单元(180)，从而从所述电信号产生音频信号，并且所述音频信号包括两个信号分量。
12.根据权利要求11所述的电弦乐器，其特征在于，还包括连接到所述声音单元(180)的信号一声音转换器(182)，从而从所述音频信号产生电音调。
13.一种合并在电弦乐器中的琴马，包括板(200)，具有主表面(210s)和每一个都较所述主表面之一窄的端表面，在所述端表面之一上保持与所述电弦乐器的琴身结构(110，120，122，150)相接触，并且通过至少一根琴弦(130)向所述琴身结构(110，120，122，150)施加压力，该至少一根琴弦(130)保持与所述端表面的另一个(200a)相接触，以便振动从所述至少一根琴弦(130)通过所述板进行传播；以及连接到所述板(200)的拾音单元(170)，用于将所述振动转换为电信号，其特征在于所述拾音单元对所述振动沿着所述至少一根琴弦(130)的纵向的分力(FL)以及所述振动沿着以直角与所述纵向交叉的横向的另一分力反应灵敏，以便把所述振动转换为表示所述分力和所述另一分力的所述电信号。
14.根据权利要求13所述的琴马，其特征在于，所述拾音单元包括张力传感器(300)，其对所述分力(FL)反应灵敏，并且将所述分力转换为表示所述分力(FL)的信号分量，以及另一张力传感器(250)，其对所述另一分力反应灵敏，并且将所述另一分力转换为表示所述另一分力的另一信号分量。
15.根据权利要求14所述的琴马，其特征在于，所述板(200)形成有容纳了所述另一张力传感器(250)的凹槽(230)。
16.根据权利要求15所述的琴马，其特征在于，在所述另一张力传感器(250)与限定所述凹槽的内表面之间有间隙，并且该间隙由塑性材料制成的一块填充物(260)填充。
17.根据权利要求15所述的琴马，其特征在于，所述凹槽(230)具有沿着正交于由所述纵向和横向所定义的平面的垂直方向延伸的垂直部分(230c)，以及从所述垂直部分(230c)分支的分叉部分(230a，230b)，并且所述另一张力传感器具有分别容纳在所述分叉部分(230a，230b)中的压电换能器(250)。
18.根据权利要求14所述的琴马，其特征在于，所述张力传感器(300)以薄膜的形式制成，并且保持与所述板(200)的所述主表面(210s)之一相接触。
19.根据权利要求8所述的琴马，其特征在于，所述张力传感器(300)具有由压电材料制成的电动势层(301)。
20.根据权利要求14所述的琴马，其特征在于，所述张力传感器(300)和所述另一张力传感器(250)通过导线(202a，202b)与信号输出端子(164a，164b，164c)并联，并且所述导线(202a，202b)被连接到恒定电势电平的导电带(202O)电磁屏蔽。
全文摘要
一种电弦乐器，它是原声弦乐器(80)和电系统(90)之间的结合；在演奏者用琴弓拉琴弦(130)的同时，琴弦不仅横向振动，而且重复地拉长和颤动，从而引起琴马(200)的左右摆动和上下振动运动；对振动的横向分力反应灵敏的张力传感器(250)以及对纵向分力(FL)反应灵敏的另一张力传感器(300)设置在琴马(200)之中和之上，用于产生电信号；由于音调的音色根据横向分力和纵向分力(FL)之间的比率而变化，演奏者可以在电音调中通过强烈或者轻微地向琴弦(130)下压琴弓(190)以表达其艺术表现力。
文档编号G10H3/18GK1722228SQ20051008228
公开日2006年1月18日 申请日期2005年7月6日 优先权日2004年7月13日
发明者高林洋次郎 申请人:雅马哈株式会社