专利名称：手控力度电子钢琴的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种娱乐装置，特别涉及一种手控力度电子钢琴装置。
现在市场上的钢琴价格昂贵，挪动困难，就是不移动每年至少需专门的技术人员调整一次，也必须要付出较高费用，另外市场上的电子琴，或电子钢琴的音域不能完全模拟钢琴，尤其是钢琴的力度包络，音色，上述琴无法达到指标。
本实用新型的目的就是设计出一种价格便宜，移动方便，且不用调整和具有传统式钢琴一切新有的功能(如力度，包络音色等)及符合国际上对钢琴要求的标准的电子钢琴。
本实用新型是这样实现的它除了和电子琴同样具有主机振荡源(1)音名集成电路(2)，开关门控制电路(3)前置放大电路(8)，未级功率放大器(10)以及电源(11)和琴壳(包括琴键和琴架)外，它还增加了包络电路(4)止音电路(12)手控力度控制电路(5)，通过BG2的发射极连接到包络电路(4)和止音电路(12)上，这二个电路又分别通过C5和二极管D4连接到开关门控制电路(3)上，另外电路(3)通过BH501的D1－D3复合输出端连到音色形成电路(7)上，电路(7)由BG3通过C9连至前置放大器(8)上或连至话筒电路(9)上，其中有一个弱音电路直接连到W2输入端，最后电路(8)或(9)均可通过W2连到未级功率放大器(10)上。
本实用新型具有的优点是1)与传统的钢琴比，体轻，移动方便，移动后不必调整，每年不必调琴，价格和维修费便宜(至少，便宜50％)且可以自弹自唱，能连续演奏。
2)与同类电子琴相比，音色纯正、优美、浑厚、透亮、高雅、音名准确。
3)与同类电子钢琴相比，增加了力度控制，包络，止音，音色电路，所以声音，优美，浑厚，透亮。
4)本实用新型的特点，开启琴箱盖即可演奏，指示灯，指示在中央C上，使初学者容易记音名。
5)音域范围宽，符合国际标准可方便教学。
6)力度控制效果好、范围大、表现力强，键盘触感好，能模仿传统钢琴，在行程中力的变化及惯性。
图1为外观结构示意图。
图2为整机方块图。
图3为主机振荡源示意图。
图4为音名集成电路用BH200系列管脚图。
图5为开关门控制电路用BH501管脚图。
图6为包络电路图。
图7为手控力度控制电路图。
图8为延音电路图。
图9为止音电路图。
图10为音色形成电路图。
图11为前置级放大电路和话筒电路图(包括弱音电路)
图12为未级功率放大器电路图。
如
图1所示这是木结构传统式。采用高档树脂油漆平整，光亮、高雅、完全像一架钢琴，另外还有几种型式如简易型即结构简单折叠型，(便携式)三角型，(传统式三角钢琴)舞台演奏。
图1中上盖板(12)可打开、关闭为放音用，键盘盖板(13)开启盖即可弹奏因盖压着暗开关(20)，左右山(14)，键盘箱(15)将键盘(19)放在内固定，变压器，未级功放电路均放其内，主机线路板也在其内，机箱上体(16)与后背板(30)形成音箱内装扬声器，机箱下体(17)装延音，弱音踏板及固定支架，机箱腿(18)，键盘左右档板(19)，普架(20)固定在键盘盖(13)上，在演奏时摆放乐谱用，前键盘档板(21)，键盘盖前档板(22)用合页固定在键盘盖(13)上放下后与前档板(21)合拢保护键盘，上下通套合页(23)固定上盖板(12)和键盘盖板(13)还起装饰作用，上箱盖支架(24)是活动臂支撑上盖用，键盘(25)满度88标准键盘，电源暗开关(26)键盘盖开启后电源可自动启动即可演奏，指示灯(27)电源指示灯并是中央C的指示位置，左踏板(28)弱音踏板，右踏板(29)延音踏板踩下后声音宏亮，后背档板(30)使机箱背面全部封闭、电源插座(31)，220V交流电源插座，话筒插孔(32)插上话筒可自弹自唱。
如图2所示是电子钢琴整机方块图。主机振荡源(1)可用CD4069集成电路块或其它线路是产生，2MHz振荡频率，加至音名集成电路(2)中用BH200系列(或其它组件)共用12块，开关门控制电路(3)用BH501集成电路19块，包络电路(4)用分立元件组成和电路(3)相连，手控力度控制电路(5)连到上述电路上。电路(5)可用LM324集成电路共22块，线圈88个与电路(4)相连，延音电路(6)经BH5013脚(Go)引出外加RC电路和电路(3)相连接的，音色形成电路(7)用分立元件组成纯钢琴音色，前置放大级电路(8)和话筒电路(9)由分立元件组成和电路(7)相连，未级功率放大电路(10)采用TDA2030组成高保真电路和(8、9)电路相接，电源电路(11)提供多路直流电源12V、18V、32V、3V。以上线路(1－3、6、7)为一块印刷线路板，(4、5、12)为另一块线路板与上一块用引线连接每键一条线为88条引线连接，线路(10、11)和(8、9)为一块线路板与主机板一条引线＋12V，给力度控制板＋18V一条引线，右踏板延音电路用屏蔽线接，左踏板与弱音电路一条引线连接。
如图3所示是2MHz的主机振荡源由CD4069或CO33时基电路块与2MHz晶体振荡器，电容器C1、C2和R1组成主信号源(信号发生器)该发生器新产生的2MHz方波信号输入到BH201～212的CP输入端使音名电路依次分频。
如图4所示主机电路用BH200系列音名集成电路十二块该电路采用CMOS工艺制作它具有功耗低，性能较稳定，一致性好音名准等特点，每块电路含有一个特殊的分频器，输出频率准误差小，输出频率共有109个输入信号，共用一个2MHz振荡源，使用方便，调试简单，根据国际协议，以钢琴中央C上的A键440Hz定为标准音高，推出相邻十二个律音的频率值，并以C、C＃、D、D3、E、F、F＃、G、G＃、A、A＃、B十二音名表示，即201202～212其频率为A2组的A继27.501Hz起至C5组的C键41481Hz计88键为七组(每组十二音名)半(A2组A、A＃、B)即以大字二组(A2)至小字五组C、A2组(三键)A1十二音名，A十二音名，C1十二音名，C2十二音名，C3十二音名C4十二音名C5一音名，计为88键。
如图5所示，是开关门控制电路BH501集成电路共用19块，此电路是BH200系列配套专用的开关门电路各管脚作用为S1～S6琴键控制端G0延音控制，D0接地，D116′低音输出端D28′本音(中音)输出端，D34′为高音输出端Q1～Q8音名输入端，B电源，Q1～Q8接由音源电路(BH200)输出的依次二分频的方波信号S1～S6为音型开关门控制端各接一只电解电容器，D1、D2和D3分别为16′、8′、4′信号输出端，当按下某琴键时都能够产生三个经过包络的八度音输出，其中D3端输出4′(英尺)信号一即比到按键音名高出八度音信号，D2输出的是所按键的同音名的频率，D1则是输出低八度音名的信号，如果同时按下数键时输出的是这三个尺度音的不失真的复合信号。Go为延音控制端，当踩下右踏板时，琴音延长响亮，Do为接地端，B为电源端接＋12V直流电源。
如图6所示为包络电路，在传统琴机械式的是以锤击弦发声，当手指击键时锤即打在弦上发声音，手不抬起音经一定时间即止，必须再二次击，而电子琴则是开关闭合即发声，因电流总是通过，只要手不抬起音永不止，这样就不成为钢琴了，无钢琴效果，作到传统式钢琴就必须模拟出这一包络，因此加上包络电路即可有此效果。
如图6中当开关闭合后电流对C5充电至一定时间，电容C5径电阻R2，二极管D4放电，包络长短决定R2，C5的大小，需根据各音名组来决定，高音C4、C5组短，低音A2、A1组长，R2可用1K－10K，C5＝10Nf／16V－33Nf／16V、D4、D5可为1N4148，或其它型号，其线路组成为C5一端接R2开关K、C5另端接D4负端和D5正端，R2与D4正端相接并接地。
如图7所示，为手控力度控制电路图，这个电路是电子钢琴的关键电路，它要模拟出传统式的钢琴击锤效果，轻击则轻，重击则重，不用电位器控制，这是一般电子技术的不易解决的问题，本电路用了指法控制音量的大小，不用电位器和多触点法，而用了无触点办法，随心所欲双手同时击键亦可分出轻重高低，使演奏者节奏分明，当键击下时磁钢在线卷L1内、上下运动，作切割磁力线的快慢(轻则慢，重则快)这样产生一个可变电压，以电压的大小决定磁钢的运动速度，这个输出电压给F1运算放大集成电路(可用LM324等组件)经二极管D6(可用1N4148)输出再经复合三极管BG1BG2联接放大后，控制包络门电路BH501，L，连到F1上而，输出端和D6正端，R4相接，D6负端和BG，基极C6相接，BG2发射极接R5并输出，R5和C6，R4另端接地，该电路控制每个键，故互相不干扰，可同时二人弹奏不受影响，该电路一致性好，节奏感强，调整范围宽可在0V～12V间调整但不击键，轻轻下压时则无声，与传统琴相符合。
如图8所示为延音电路，在演奏时，需大的气氛混响效果时即踩下右踏板开关K闭合，电源经R6(4.7K)限流电阻，供电给BH501包络门电路3脚(Go)端与电路内部延音接通，延音加长，延音的长短取决于包络电容和BH501控制端电容容量的大小，故踩下延音踏板后音宏亮，琴音延长，气氛增加，其构成R6与开关K串联而成，电流通过K、R6，控制包络门电路。
如图9所示为止音电路，模拟传统式钢琴的靠克，抬键后靠住琴弦立即止音，该电路即起此作用，琴键下击时有一定时间的包络音，当键抬起后则立即止音，防止混响连音，致使音名听不准也不清脆，故设止音电路。当开关K闭合时，电路不工作，晶体管BG3处于截止状态，因基极电位高于射极电位(PVP管)琴键抬起后，开关K打开此时基极电位为零，射极由于电容C8放电，使BG3射极电位升高，BG3饱和导通形成对地，通过R15放电因此音即止，当踩下延音踏板时，因眨音是＋12V二极管D9给晶体管BG3的基极，此基极电位升高管子仍截止不工作延音延长不受影响声音宏亮。R15为1－10K，R16为30－100KC8为1－10μf(其构成为BG3基极接R16D8D9的负端，BG3发射极和C8、D7的负端相接集电极连R15到地。
如
图10所示为音色形成电路图，由BH501输出端D2D3电阻R7·8(1～30K)输出给BG4经放大后与D1输出端经R9(1－10K)W1全成后波形见图即形成了钢琴的音色，调W1，可使音色更为优美，输出给前置级。R12为100－160ΩR10为10～51KR11为3.9～10KC7＝2200Pf，R13＝51～100K，R14＝5.1～20K(其构成为BG4基极和R10、R7、R8相连，发射极和R12相连，集电极和R10、R11、C3相连W1一端连R14、R13与输出端另端连R9)。
如
图11所示为前置级放大电路和话筒电路，由音色形成电路输出的音色信号径B1端至电容C9(1～10μf)耦合至BG5经放大并经射随器管BG6耦合电容C11(1～10μf)至内部音量控制器W2(1～51K)调整合适的音量给未级功率放大电路。
本实用新型可自弹自唱，可外接话筒插入B2端(话筒插孔)即可可自弹自唱，互不干扰，此插孔连至耦合电容C15至BG7放大再经射随器管BG8至W2用音色一起送至未级功放(和前置放大器并列排列)BG7基极和C15R29连集电极连R28、R29、C16发射极接地，BG8基极连C16R7，集电极接＋12V发射极连C17并经R24接W2和弱音电路R23相接。在
图11中还有一个弱音电路(由R23(1－30K)连C20(0、1μf)C20另端连开关K(左踏板)及R25(1～5MΩ)组成。
弱音电路控制在左踏板上，当弹奏时需轻音则踩下，左踏板，演奏音很轻，使人感到轻松愉快，可衰减10db。
如
图12所示为普通功放电路，采用TDA2030高保真电子＝分频功率放大器，输出最大功率，低音14W高音8W，此电路功耗低，输出功率大，不失真声音宏亮，浑厚，C21＝0.22μf R36＝10～30K，R37＝10～30K R30＝1～100Ω，R32＝1～30K C22＝1000～8200Pf R31＝1～1.5k C23＝1000～5100Pf C24＝1～100μf R33，R40＝1～10K R10＝1～10K R34＝10～100K C25＝0.01～0.1uf D10～D13为1N4148 C27＝100～200μf R35R42＝1～16Ω，C26C33＝0.1～0.47uf C28＝0.01～0.1 C29＝1000～3300P5 R38＝1～10K R39＝30～68K C30C31＝10～47μf R41＝10～30K。
另外电源电路采用一般的电路220V经变压器，整流稳压用三端电源7812输出t12V，7818输出＋18V整流泸波后输出32V分别至主振，功放，力度控制等电路中的电源供电。
本实用新型的主要技术指标为1)88标准满度键，由A2组的A键(27.501Hz)起至C5组的C键频率为4184.1Hz。
2)标准音，根据国际标准协议以钢琴中央C上面的A键为标准，440Hz，音准＜5音分纯钢琴音色，音域F1＝f53)信噪比＞60db～70db高于国家标准钢琴的55db。
4)音量输出，最大不失真功率15W直接用220V交流电源，5)踏板，左踏板弱音，右踏板延音。
6)手控力度，10db控制范围大，手感好。
权利要求1.一种手控力度电子钢琴，它包括主机振荡源(1)音名集成电路(2)开关控制电路(3)前置放大电路(8)未级功放(10)及电源(11)和琴壳(包括琴键和琴架)，其特征在于它还包括包络电路(4)止音电路(12)手控力度控制电路(5)音色形成电路(7)及话筒电路(9)延音电路(6)，另外前置放大电路中还有一个弱音电路，手控力度控制电路(5)通过BG2的发射极连接到包络电路(4)和止音电路(12)上，这二个电路又分别通过电容C5和二极管D7连到开关控制电路(3)上同时延音电路(6)也可通过R6连到电路(3)上，电路(3)通过BH501的D1D2D3连到音色形成电路(7)上，此电路(7)由BG3通过C9连至前置放大器(8)上(同时弱音电路直接连到W2的输入端)或者电路(7)通过C15连到话筒电路(9)上，最后电路(8)或(9)均可通过W2连到未级功放(10)中。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，包络电路是由R2的上端与C5及K一端相接D4的正端与R2的另一端相接到地，D4负端与C5的另一端相接和D5的正端相接，其值R2＝1－10K C5＝1～33μf
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，手控力度控制电路由L1直接连到F1的输入端，F1的输出端和D6正端相连，D6负端接BG1的基极，BG1BG2为复合联接组成复合放大级R4，C6分别接于D6的正负端。由BG2发射极输出并接R5、R5、C6、R4另端接地。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的延音电路由R6与开关K串联而成电源通过K，R6直接控制包络门电路。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的止音电路的BG3基极接有电阻R16，D9，D8的负极，发射极和C8和D7的负极相接集电极和R15相接并到地。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的音色形成电路的BG4的基极和R10，R7，R8，相连，发射极和R12连，集电极和R10，R11，C7，R13，相接，W1一端和R9相接，另一端和R14，R13及输出端相接。
7.根据权利要求1所述的装置其特征在于所述的话筒电路和前置放大器并行排列，BG7的基极和C15，R29相接，集电极和R28，R29C16相接，发射极接地，BG8的基极接C16，R27；集电极接电源＋12V而发射极接C17并经R24接W2和弱音电路的R23一端相接，弱音电路由C20一端接R23另一端接R25和开关K组成。
8.根据权利要求1所述的装置其特征在于，其技术指标为a、八十八标准满度键A2组的A键(27.501Hz)起至C5组的C键频率为4104Hzb、标准音，以钢琴中央C上面的A键为标准440Hz音准＜5音分纯钢琴音色，音域F1＝f5，c、信噪比＜60db～70db，d、音量、输出最大不失真功率15W直接用220V交流电源，f、踏板，左踏板弱音，右踏板延音，g、手控力度10db控制范围。
专利摘要一种手控力度电子钢琴，包括主机振荡源(1)、音名集成电路(2)、开关控制电路(3)、前置放大电路(8)、功放电路(10)、电源(11)及琴壳，还包括连接到电路(3)的包络，止音电路，并且此电路还与手控力度电路(5)相连，电路(3)还和音色形成电路(7)、延音电路(6)相连，电路(7)可以和前置电路(8)或者话筒电路(9)相接，弱音电路连接在电路(8)、(9)之后。这是一个比钢琴成本低，移动方便，且不需调整，并具有传统钢琴一切功能(如力度，包络，音色)，符合国际标准的电子钢琴，能自弹自唱，连续演奏，同时还可两个人以上演奏，适合单位和个人购买，弹奏。
文档编号G10H1/00GK2144848SQ9223637
公开日1993年10月27日 申请日期1992年10月17日 优先权日1992年10月17日
发明者刘锦堂 申请人:北京市永辰电子技术开发研究所