专利名称：智能化钢琴键盘质量检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型是为钢琴生产提供一种键盘质量的科学检测手段，属于乐器行业检测仪器。
如何提高钢琴的制作质量，特别是通过琴键表现出的主要性能，并用科学方法进行检测是世界钢琴界共同关注的课题。表示钢琴质量有三项主要指标琴键载荷(用多大的力弹出声音)、琴键音准(实际声音基频与理论频率的差值)和琴键震奏漏击(一秒钟可连击琴弦次数)。长期以来，国内外的检测方法多是依靠操作人员和演奏家的主观鉴定，虽然也有过一些客观检测方法，但不理想。如我国曾用一个一个加砝码的办法来观察琴键下垂到位载荷大小，这种方法不仅有误差，而且效率很低，只适宜偶然抽检，不能普遍用在产品检验上。有些性能如震奏等还没有办法客观检测，只能靠耳朵听，直接感觉，这种因人而异的办法显然是不能满足工业生产要求的。
本实用新型的目的是利用微型计算机技术，为检测钢琴键盘琴键质量的三项指标提供一套仪器。
全套装置如
图1所示。〔1〕是测量头，〔2〕是控制箱，〔3〕是电源，〔4〕是导轨，〔5〕是移动台车架，〔6〕是键盘，〔7〕是微型计算机主机，〔8〕是显示器，〔9〕是打印机。
测量头有两种一种是模拟手指测量头(如
图1)，一组12个，与控制箱上的按钮一一相对应，一架钢琴88个琴键可分几次测出琴键载荷和琴键音准，图2是单个测量头剖视图；另一种是震奏测量头，图3是其剖视图，用来完成琴键震奏漏击测试。为了能检测钢琴全部88个琴键，测量头可沿轨道移动，每次移动距离可通过定位手柄确定，控制箱除完成检测动作外，还具有完成信号接收、放大、转换、测试功能选择等功能，并具有稳压及过载保护的电源供电系统。数据采集处理系统是配有彩色显示器、DP－100打印机的SUPER－Ⅱ级微型计算机主机，还配有DDSP－10通用信号处理系统，以及为钢琴测试专门编制的信号谱及载荷分析软件系统，经本系统处理后，可自动打印输出。
检测三种钢琴琴键质量数据是通过以下原理来实现的(一).琴键载荷模拟手指测量头如图2所示。解剖图标明有10力传感器，11座板，12电磁线圈，13连接杆，14衔铁，15支柱，16隔板，17拉簧，18支柱，19弹簧圈固定杆，20弹簧调节螺钉，21衔铁接头。
当按动开关时，模拟手指往下运动，受到琴键阻力作用，使力传感器的压力环发生变形，相应贴在压力环内外侧面成桥式连接的四个电阻片因变形而失去原来的平衡，输出不平衡电压信号，电压信号与变形(即阻力)为线性关系，所以测量不平衡电压值即可知琴键阻力。图4表示出力传感器产生信号的原理。图5表示其中的测力放大电路，图5为图4的进一步公开。
传感器的性能参数是量程＜10N(牛顿)，线性误差＜1％，力传感器输出的信号仅2～3毫伏，必须经过放大后才能送计算机处理。输入电信号是先由高性能的自动整零运算放大器F7650放大后，由双运放器件LF353的一半作阻抗变换，经过低通滤波加到LF353的另一半放大后输出。测力放大器的总放大倍数约1500倍左右(可调)，当测力传感器受载荷10N时，放大器输出5伏。A／D转换选用PC－1216C型12位模数转换板，它可把测力放大器送来的电压(模拟量)信号转换成数字量。然后进入数据处理系统，显示并打印出各个琴键的载荷大小。
(二).琴键音准音准的检测框图如图6所示。通过话筒把击键一次产生的振荡信号进行实时采集，经放大、滤波后送A／D转换器，将转换结果存储于高速数据存储器以便进行频谱分析。为了得到钢琴检测所需要的音准，必须在信号的频谱中查找到基频f0′(实测基频)，然后将f0′与该键理论值f0比较，进行对数运算，算出以音分为单位的偏差值，舴諧＝1200log2f0′／f0，最后打印输出。
音频信号通过话筒送入计算机，在CRT上还可看到88个键的音频信号波形图，以后可作为进一步辨认音质好坏的参考。目前主要还是检测每个琴键的基频。钢琴88个键音域范围甚广，A2频率为27.5HZ，C5为4186.0HZ，可以逐个进行检测，一般都要求保证在±12音分误差范围内。
(三).琴键震奏漏击震奏测量头如图3所示。解剖图标明有22测量头盖，23缓冲垫，24衔铁，25压缩弹簧，26线圈骨架上挡板，27测量头外壳，28线圈，29线圈骨架芯，30衔铁接头，31线圈骨架下挡板，32测量头支架，33橡皮罩。
由震奏测量头测出连击的波形，震奏时的波形可以认为是一个调幅波，载频部分是该琴弦的自振频率，而包络波是震奏波形。图7是震奏计数电路图。为检测震奏击弦次数就要测出震奏的包络线波形数目，所以先要把信号放大，然后经D1、D2检波，二段有源低通滤波，再放大后输出。
震奏检测的难点是低音区，如A2，其基频f0＝27.5HZ，当震奏12次／秒时，两音频比不足1.5倍。为准确检测，采用高性能低通滤波器，将琴音f0滤掉，使输出信号只包含击弦动作次数，再经脉冲整形电路送到二位显示的计数器显示实际击弦次数，检测出漏击次数。测试范围6～8次／秒。
总起来说，通过上述微型计算机技术与检测仪器相结合，可以迅速而准确地完成钢琴键盘上琴键三种功能的客观测试，再也不是只用人的耳朵进行主观鉴定，也不是在键盘上加砝码等陈旧的检测方法。这三项测试数据是表示钢琴质量好坏的重要标志。这种检测仪器不仅检测精度高，范围广，而且自动化程度高，有很强的数据处理能力，可以直接显示和自动打印输出测试结果，从而满足工业生产的需要。
下面再对附图作进一步注明。
图1钢琴键盘质量检测仪总图图2模拟手指测量头解剖图图3震奏测量头解剖图图4信号输出至计算机接线图图5测力放大器电路图图6音准检测框图图7震奏计数电路图
权利要求1.一种检测钢琴键盘质量的仪器，包括测量头[1]、控制箱[2]、电源[3]、导轨[4]、移动台车架[5]、键盘[6]、微型计算机主机[7]显示器[8]、打印机[9]，其特征是测量头上装有传感器，输入电信号进行计算机处理，并将结果打印出来。
2.如权利要求1所述的检测仪其特征是测量头有两种，一种是模拟手指测量头，一组12个，与琴键相对应，每个上面都装有传感器，输出的信号用以检验每个琴键的载荷大小，同时，可加话筒收集声音，分析基频音准；另一种震奏测量头，随手指快速敲击的次数，输出信号测出每秒击弦次数。
3.如权利要求1所述的检测仪其特征是，模拟手指测量头上的传感器由4个电阻应变片组成桥式电路，由于受力变形而产生电压信号，经过放大，送入计算机处理，测力范围是0～10N(牛顿)。
4.如权利要求1所述的检测仪其特征是，琴键测量击弦时，用话筒收集音频，通过计算机处理得到实际频率值，与理论频率相比较，求出误差值，测量范围为A2～C588个键，频率范围是27.5HZ～4186.0HZ。
5.如权利要求1所述的检测仪其特征是，震奏测量头根据计算机程序控制作频率准确振动，连续击键，检测出漏击次数，测量范围是6～8次／秒。
专利摘要本实用新型是一种检测钢琴键盘质量的仪器。通过传感器将琴键弹奏用力大小和声音信号变成电信号，输入微型计算机进行处理，测出琴键载荷、琴键音准和琴键震奏三项代表钢琴质量的重要数据。它可以通过屏幕显示，也可将结果自动打印出来，从而又快又好地客观检测出钢琴质量。
文档编号G10C9/00GK2050649SQ8920388
公开日1990年1月3日 申请日期1989年4月7日 优先权日1989年4月7日
发明者曹祥康, 张英吉, 阎滨, 宋慧贞, 蔡菁, 刘学智 申请人:北京乐器研究所