一种数字弦乐器的制造方法
【专利摘要】本实用新型的数字弦乐器为模块化结构，由琴头至琴尾主要由琴颈按键交互模块、主琴体模块和琴弦模块单元组成。琴颈按键交互模块具有按键输入、触摸输入或个人智能设备嵌入功能；主琴体模块是电子弦琴的主体结构，按键交互模块通过榫槽与主琴体模块连接，琴弦模块单元也部署于其上；琴弦模块单元由弦弓、琴弦、基座、复位弹簧和位移传感器组成，拨动琴弦能驱动弦弓相对基座偏转使传感器输出改变从而检测出弹奏动作和弹奏力度。
【专利说明】一种数字弦乐器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种基于乐器数字接口的弦乐器。
【背景技术】
[0002]乐器数字接口(MusicalInstrument Digital Interface,简称MIDI)是一个工业标准的电子通信协议，为电子乐器等演奏设备(如合成器)定义各种音符或弹奏码，容许电子乐器、计算机、手机或其它的舞台演出配备彼此连接，调整和同步，得以实时交换演奏数据。
[0003]目前，具备MIDI输出功能的电子乐器多是按键式或击打式的，比如电子钢琴，电子键盘，电子鼓等等。也存在一些拨弦、击弦和弓弦式的电子乐器，具备了 MIDI的输出功能，但它们的原理比较复杂，基于对琴弦速度或振动等物理量的拾取，通过信号处理，识别出弹奏指法，进而生成MIDI输出信号。
[0004]此外，这些电子弦乐器一般都具有和原声弦乐器相仿的体型和结构，比如常见的电子吉他和电子提琴等，都具有和原声吉他和原声提琴相似的长长的琴弦、琴颈等结构，演奏方法也较为相似，演奏难度也比较大。
实用新型内容
[0005]为了克服现有的电子弦乐器体积尺寸较大、演奏难度大同时结构原理复杂的缺点，本实用新型提出了一种数字弦乐器，该数字弦乐器是一种实现捕获演奏者的弹奏动作和弹奏力度，并将其转换成标准乐器数字接口(MIDI)协议的输出，从而通过具备MIDI接口的合成器或个人电脑等其他电子设备产生音乐的一种弦乐器。
[0006]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:发明一种数字弦乐器，主要由琴颈按键交互模块、主琴体模块和琴弦模块单元组成，其特征是:琴颈按键交互模块和主琴体以嵌入式榫槽连接，数个各自独立的琴弦模块单元安装在主琴体上。
[0007]本实用新型的有益效果是:在尺寸外观上，琴弦长度的缩短可使乐器的整体长度大大缩短，从而更便携，在结构原理上，新的结构和原理使该电子弦琴乐器更加简单可靠，可以极大地降低成本，在使用体验上，由于和弦指法操作由一个按钮替代，演奏变得十分简单，同时与传统原声乐器相仿的琴弦的结构则尽可能地继承和保留了乐器的触感和演奏方法，因而增强了演奏的乐趣。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]下面结合附图和实施对本实用新型进一步说明。
[0009]图1是本实用新型的一个实例的整体模块化结构示意图。
[0010]图2是图1中I所示的琴颈按键交互模块的实例示意图。
[0011]图3A是图1中3-8所示的琴弦模块单元的一种实施实例的结构示意图，图3B是其元件组成示意图。
[0012]图4是图3中2所示的弦弓与琴弦的一个实施实例的示意图。
[0013]图5A为采用了应变片传感器的琴弦模块单元的一个实施实例的初始状态示意图，图5B为其因拨弦使弦弓产生偏转的状态示意图。
[0014]图6A为采用了电磁类传感器的琴弦模块单元的一个实施实例的初始状态示意图，图6B为其因拨弦使弦弓产生偏转的状态示意图。
【具体实施方式】
[0015]该数字弦乐器的基本原理是，通过将传统弦乐器的各琴弦大大缩短，并舍弃传统的琴枕弦桥结构的思路，将每根琴弦独立成为一个琴弦模块单元，该琴弦模块单元具有一个凹形(或U形)弦弓，该凹型弦弓上部开口两端之间装张紧的琴弦，该琴弦模块单元还包括一个基座，上述弦弓安装在基座上，当琴弦被拨动时带动该凹型弦弓整体摆动，相对于基座产生一个偏转位移，应用电阻应变片、压力传感器、位移传感器等偏转位移传感器的电气特性随该偏转位移变化的特性，捕获该位移和其大小，采用模拟-数字转换电路将此位移转换成数字信号，并以标准MIDI指令的方式实时输出，该琴弦模块单元还包括数个复位弹簧，连接在弦弓和基座间，可在弦弓偏转后使其恢复初始位置；此外，标准的MIDI协议所规定的指令应该包括最基本的声音属性的参数，这些参数包括:音符和速度(力度)，对此，设计了琴颈按键交互模块，该琴颈按键交互模块具有多个按键和一个智能设备嵌入槽，通过引入辅助按键，并采用与传统原声吉他一致的和弦编排方法定义这些辅助按键，实现在按下对应指定和弦的辅助按键时，拨动各琴弦，其发出的MIDI信号是其在指定和弦下的对应音符，同时，拨动琴弦的力度和以上叙述的位移成正比，即力度越大，位移也越大，从而输出的MIDI信息中速度(力度)的参数也越大。
[0016]以下结合实施实例加以说明。
[0017]该数字弦乐器为模块化结构，其一种实施实例如说明书附图1所示，其中I为琴颈按键交互模块，2为主琴体模块，3、4、5、6、7、8为琴弦模块单元。琴颈按键交互模块具有按键输入、和个人智能设备嵌入的功能；主琴体模块是电子弦琴的主体结构，琴颈按键交互模块通过榫槽与主琴体连接，以增加便携性，琴弦模块单元也部署于其上；琴弦模块单元是与演奏者交互的接收拨弦、按弦或擦弦指令的模块是本实用新型的核心模块。
[0018]如说明书附图2所示的一个按键交互模块的实例，它具有12行6列输入按键，如图中I所示区域；和内藏式触摸输入界面或个人智能设备嵌入接口，如图中2所示区域。按键的功能可以通过编程自定义，比如，将某个按键定义为吉他的C和弦，那么，在按住该按键的同时，依次拨动琴弦，则产生的MIDI指令所包括的音符不是传统原声吉他的空弦音，而是对应C和弦下的各音符。对于图中2所示区域，如选择内藏式触摸输入界面，它可通过触摸操控，完成对乐曲和音色等的详细配置；如果选择个人智能设备嵌入接口，则可以将演奏者的个人智能设备嵌入其中，以作显示屏幕和触摸界面使用，同样地，可以实现功能配置等相关功能。需要说明的是，对于按键的排布方式，一般采用6列的方式，以与传统的原声吉他对应，进而实现在需要时沿袭同样的和弦把位和指法。
[0019]主琴体模块是电子弦琴的主体结构，琴弦模块单元布置在其上。需要说明的是，主琴体上安装的琴弦模块单元的数量以及琴弦间距等可以由使用者自由定制。
[0020]琴弦模块单元是与演奏者交互的接收拨弦、按弦或擦弦指令的模块，是本实用新型的核心模块，它主要由基座、弦弓与琴弦、复位弹簧和传感器构成。图3中A是基座、弦弓与琴弦和复位弹簧的一种实施实例的示意图，B是其分解示意图。图3A中I为基座，2为弦弓与琴弦，3、4为复位弹簧，图3B中1-4与图3A中1_4 一致，图3B中5、6所指示的是基座上的轴承座。图4为该弦弓和琴弦实例的独立示意图，图4中I为弦弓，2为琴弦，3和4所指示的是弦弓下部的转轴。在该实例中，弦弓主体为凹形(或者说U形)，上部开口两端之间固定有张紧的琴弦，下部两端有突出的转轴，并通过基座上的轴承座与基座连接，由于基座固定在主琴体上，弦弓与琴弦只剩下一个摆转自由度。两个复位弹簧一端连接弦弓，一端连接基座，并具有一定的预紧力，以使弦弓被拨动产生偏转后自动复位。需要说明的是，图3所示的基座、弦弓与琴弦、复位弹簧的结构形状等有多种可能的实现形式，比如，复位弹簧以弹性复位片代替，基座取消两端的两个立壁的形式，弦弓以较高强度的棒材折弯制作，等等，但是，使用本实用新型中提出的弦弓结构、短琴弦形式的类似结构，包括在本实用新型范围之内。
[0021]演奏者在弹奏弦乐器时，拨动琴弦，于是驱动弦弓绕其转轴发生偏转，演奏力度和偏转量之间存在正比关系，所以，通过检测偏转量可以确定弹奏的力度。多种传感器可以实现这样的需求，以下分别以采用了应变片和电磁效应两种传感器的实施实例加以说明。
[0022]一种采用了应变片传感器的琴弦模块单元的实例如图5A和图5B所示，图5A为弦弓在初始位置时的示意图，图5B为琴弦被拨动弦弓发生偏转时的示意图。图5A和图5B中指示编号一一对应，其中I为基座，2为弦弓与琴弦，3、4为复位弹簧，5、6为应变片。如图所示，应变片一端固定在基座上，一端与弦弓连接，这样，当琴弦被拨动时，弦弓2产生了偏转，于是应变片5和6产生变形，其阻抗特性就会改变，从而使电路中的检测值发生改变。而且，弹奏力度越大，弦弓的偏转越大，应变片的变形也越大，检测值的变化也越大，从而可以获得弹奏动作以及弹奏力度。
[0023]另一种采用了基于电磁效应原理的传感器的琴弦模块单元的实例如图6A和图6B所示。图6A为弦弓在初始位置时的示意图，图6B为琴弦被拨动弦弓发生偏转时的示意图。图6A和图6B中指示编号一一对应，其中I为基座，2为弦弓与琴弦，3、4为复位弹簧，5、6为电磁传感器，7、8为顺磁体或电介质体。电磁传感器5、6固定在基座上，顺磁体或电介质体7、8固定在弦弓上。当琴弦被拨动时，弦弓2产生了偏转，7、8相对初始位置位置发生了改变，于是5、6的磁场或电场环境发生改变，进而输出值也发生改变。同样，可以检测出弹奏动作和弹奏力度。
[0024]琴弦模块单元是重要的人琴交互模块单元，它接收演奏者的拨弦操作，并将其转换成电气信号的变化。以上描述的只是琴弦模块单元的几种可能的实施实例，其基本原理在于，拨动琴弦驱动弦弓偏转使传感器输出值发生改变从而检测出弹奏动作和弹奏力度。其他可选的实施实例为:使用旋转可变电阻、压电原件、位移传感器等代替上述实例中的传感器；或者将上述实例中所述的弦弓整体固定在基座上，使其失去自由度，而在其侧面粘贴电阻应变片等传感器，在演奏时，拨动琴弦驱动弦弓整体在左右侧面方向上产生变形，进而使传感器输出发生变化从而感知琴弦的动作。
[0025]以上对本实用新型所提出的一种数字弦乐器结构、原理和实施实例做了详细说明，指明了其有益之处，并明确了技术实现方案。涉及本实用新型中提出的基本原理和技术方案的可能变形可能实例包括在本实用新型保护范围之中。
【权利要求】
1.一种数字弦乐器，主要由琴颈按键交互模块、主琴体模块和琴弦模块单元组成，其特征是:琴颈按键交互模块和主琴体以嵌入式榫槽连接，数个各自独立的琴弦模块单元安装在主琴体上。
2.根据权利要求1所述的数字弦乐器，其特征是:琴颈按键交互模块具有多个按键和一个智能设备嵌入槽。
3.根据权利要求1所述的数字弦乐器，其特征是:琴弦模块单元具有基座、弦弓、琴弦、偏转位移传感器和复位弹簧，弦弓安装在基座上并可相对基座偏转。
4.根据权利要求3所述的数字弦乐器，其特征是:琴弦模块单元的弦弓呈凹型，上部开口两端之间固定张紧的琴弦。
5.根据权利要求3所述的数字弦乐器，其特征是:复位弹簧连接弦弓与基座，并在弦弓产生偏转后恢复其至初始位置。
6.根据权利要求3所述的数字弦乐器，其特征是:弦弓相对基座偏转使偏转位移传感器的电气特性改变。
【文档编号】G10H3/18GK204087780SQ201420307154
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年6月11日 优先权日:2014年6月11日
【发明者】徐杰 申请人:徐杰