概念钢琴制造技术

本发明专利技术属于乐器制造技术领域；用计算机、微电子及计算机网络等高新技术作为手段实现系统控制、电控击弦功能，给出本发明专利技术的总体结构设计及主要功能部件实现方法。在保持现代钢琴优美音色前提下，用电控击弦方式取代现代钢琴的杠杆致动方式，对整体结构进行变革、综合优化形成全新概念钢琴的设计及其制作方法；响板及张弦机结构灵活多样设置合理，可精确选择弦码位置与击弦点；外观造型根据实际需要能够设计成为多种形状；各功能部件互相独立独成系统，便于现代化批量生产，组装与调试极为方便；自动演奏功能，形成了具有纯正钢琴音色的音响系统、方便欣赏；可净音练习、编辑曲目、多人、多键盘联合弹奏，丰富了演奏形式及音乐表现力。

Concept piano

The invention belongs to the technical field of musical instrument manufacturing; computer, microelectronics and computer network technology as a means to achieve system control, control action function, gives the realization method of the overall structure of the invention and design of the main functional components. In the modern piano beautiful timbre premise, with electronic control action instead of a modern piano lever actuated mode change, the overall structure of the comprehensive optimization design and manufacturing method thereof form a new concept of the piano; and a Xianji castanet structure flexible set reasonable, accurate selection of the chord code position and striking point; according to the appearance of the design into a variety of shapes the actual needs of each functional component; independent independent system, to facilitate the modernization of production, assembly and debugging is convenient; automatic playing function, forming a sound system, with the pure piano timbre can enjoy convenient; net sound practice, editing repertoire, many people, with rich playing keyboard playing. Form and musical expression.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于乐器制造
，具体涉及到一种新式结构的钢琴，特别涉及到运用现代高科技手段对传统钢琴结构的变革与生产制造业的改造。
技术介绍
钢琴在乐器分类学上属于“击奏弦鸣乐器”，之所以被称为乐器之王，不仅仅因为它的体积硕大，更主要是因为它的构造十分复杂；钢琴是由上万个零部件来组成的，仅作为钢琴心脏的击弦机就约有五千多个零部件，键盘与击弦机构成了一体化键盘机械系统，可将敲击琴键时的敲击力通过键杆传递给击弦机，由击弦机中联动杠杆使弦槌致动击弦而发出声音。回顾现代钢琴的发展史，从自意大利人克里斯托福里专利技术第一台钢琴至今已有近300年的历史，现代钢琴的基本结构也早已在19世纪就基本确定。近一百年来，虽然有许许多多关于钢琴的设计专利技术，对钢琴提出了种种的改进，但这些改进都仅仅是围绕着诸如外观造型或非关键性部件的材料替代上提出的，在钢琴的基本结构上特别是在关键的键盘机械系统的结构、方式与原理上并没有大的改变，因此可以说现代钢琴技术还是传统钢琴技术的一种延续。现代钢琴在结构上可分为四个系统1、外壳系统——外壳系统的功能主要是安装和保护机件，起稳固连接各系统部件的作用，并具有音箱的功能；在外观上有造型、装饰作用。2、键盘机械系统——由琴键、联动器、转击器、弦槌、止音器等部件组成的传动系统，这些功能部件以简单的杠杆原理构成了一个结构复杂、相互制约、相互影响的并行执行机系统，是钢琴的动力源；它能将手指对琴键的弹奏力迅速传递为弦槌对弦的击发力；键盘机械的传动性能决定了触感和演奏的灵敏度。3、踏瓣系统——一组由脚来控制的依附在键盘机械系统上的杠杆系统，2或3个踏瓣可对击弦器上的琴槌位置、击弦点与击弦方式进行微调，分别起改变声音的强弱、共鸣和延音的作用。4、张弦系统——钢琴的发声体，由木支架、铁支架、音板、琴弦、弦轴板和调音钉、别弦钉、弦码等部件组成；琴弦被琴槌击发后产生振动，振动波由弦码与别弦钉传递至音板，通过音板的谐振产生共鸣而发出洪亮的声音；琴弦组(弦列)的长度、粗细、张力等决定了声音的振动基频及泛音的产生，设置准确、合理的击弦点更是取得优良声学品质的重要保证，在现代的钢琴系统中尽管对击弦点的选取有着巧妙的设计，但是在目标实施上还有着许多不足之处；张弦系统在现代钢琴的整体结构中相对其它系统独立，有着自主的声学设计方法，是人们喜爱的钢琴(钢琴的音色)的根本所在。从上述对现代钢琴的四个基本系统的简单介绍不难看出由于受结构僵化的键盘机械系统的束缚，使得现代钢琴无论是在声学品质的提高上，还是在操控演奏的灵活性上都很难有进一步提高与改进，以至于使得艺术家们为了追求更高层次的艺术表现、不断地向钢琴制作师提出的要求和钢琴制作师们为能设计做出的性能更好的钢琴所作出的各种努力变得徒劳。此外由于现代钢琴中的零部件在加个制造上标准宽泛、不严谨，造成了组装调试工艺环节上的落后，组装调试中还要不断的对零部件进行修修补补，使得产品在质量上很难做到统一、一致，依旧属于手工制造模式。史坦威钢琴堪称世界一流，它之所以能成为世界上最优良的品牌钢琴的主要原因其一是选择优良的木材做为制作零部件的材料；其二是他们拥有许多经验丰富的工匠师，虽然在生产加工过程中采用了现代化的加工机械与加工工艺，但在许多木工制作和装配调试环节中仍然要依靠那些富有经验的能工巧匠通过手工方式来制作完成。还有在钢琴零部件结构中，除了铸铁铁骨、琴弦、轴钉以及螺钉等少数是采用金属材料外，绝大部分的零部件是由木质材料制成的，其中鱼鳞云杉也称白松，用来制作音板、肋木、琴键、键盘架等；槭木也称色木，用来制作击弦机零件、琴码等等，消耗浪费了大量的自然资源，不利于环保。种种原因表明，由于现代钢琴一直沿用传统的一体化键盘击弦机杠杆结构，导致了现代钢琴制造中的产品性能一致性差、产品质量不统一，装配调试工艺落后、手工为主，产品中科技含量低的落后局面。因此对已有300多年发展史的现代钢琴来说，若不采用新技术、新工艺进行改造就很难有变化创新，满足不了人们对钢琴的艺术追求与消费需求了，这正是本专利技术的目的所在。
技术实现思路
本专利技术的目的是用高新技术手段对现代钢琴在结构上进行优化、改造、整合；其核心是将现代钢琴的一体化键盘击弦机杠杆结构用以电子、计算机控制及计算机网络等高新技术为手段设计的结构简单、操控灵活、装配方便的电子击弦器来取代，设计一种各功能系统相互独立的分体化结构的概念钢琴。本专利技术在结构上设计成响板系统、电子击弦器、主控制器和键盘及踏瓣系统四个部分，技术方案如下1、响板系统——这是本专利技术的发声系统。弦列对称分布在两面或者多面响板上，见附图2及附图3。响板外壳在造型设计上可根据响板结构形式的不同进行灵活多样化的设计，如圆形、方形、心形等各种形状，这样可以使钢琴的在外观上被设计成多种形状，见附图4(a)(b)中所例的两款外观设计。钢琴的声音源于琴弦、音色取决于共振板(音板)结构。现代钢琴共有220多根琴弦，平均每根琴弦的张力平均在100Kg左右，这样琴弦张力的总合约为22,000Kg。为了减少由于琴弦张力的影响，本专利技术的张弦系统中弦列被对称分布在两面或多面共振板上，使得张力的向心力相互抵消，极大的减小了由于弦张力导致的共振板的形变，稳定了发声系统和共振效果。在分布各弦列时，充分考虑了弦的振动频率以及弦被激发后振动波通过弦码耦合到共振板上的最佳位置，各弦码放置在共振板的有效谐振区及泛音丰富区中；另外在击弦点设置上，选取能使弦充分振动最佳的波节点，以此追求优良的声响效果和完美的声学品质。2、电子击弦器——这是本专利技术的致动系统。对应于响板系统中的每个弦列设置一个电子击弦器，电子击弦器悬挂在弦列最佳击弦点的前方，安放位置可灵活选择、互不影响，电子击弦器原理框图如附图5所示。电子击弦器由一个MCU作为控制器，MCU通过接收系统主控机发来的动作命令信息控制电子击弦器中设有的弦槌和止音装置的致动，完成音乐表现时的击弦行为。弦槌的致动是由4个无壳螺管式电磁铁所组成的4联并行击发装置实现的，击发力度(电磁力的强弱)的控制由参数IN(激磁安匝)来决定，采用单电压脉宽调制方式即VPWM调制方式对电流进行控制，实现十六等级以上的连续线性变化的弦槌致动力度；VPWM频率设计为25Hz，可实现最大的击弦频率为每秒25次；弦槌的击弦距离设计为4.5mm。止音装置的致动也采用电磁致动方式，平时止音器靠机械力(如压簧)使止音装置附着在弦列上，需要抬起的时靠电磁力将其抬起，抬起的时间由MCU中的定时计数器通过时值参数进行控制。系统中各弦列所对应的电子击弦器是以互连总线形式机联在一起，构成电子击弦器阵列系统，电子击弦器阵列和主控制机联构成本专利技术的系统主体。3、主控制器——是本专利技术的灵魂部件。由微处理器、点阵液晶显示器、操作键盘和USB接口电路所组成。点阵液晶显示器与操作键盘组成窗口式的管理介面，供人机对话使用；内置有音频软波表播放器，将数字音频信号合成为模拟音频信号。4、键盘及踏瓣系统——由踏瓣系统控制机、12个不同八度中同名按键的信号采集处理器、钢琴键盘及踏瓣构成。踏瓣系统控制机和12个不同八度中同名按键的信号采集处理器均由微处理器来控制，以总线互连形式机联在一起，构成钢琴键盘及踏瓣系统。见附图6。踏瓣系统控制机由微处理器、点阵液晶显本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种概念钢琴，由响板系统、电子击弦器、主控制器和键盘及踏瓣系统四个部分组成，其特征是：（１）响板系统：弦列对称分布在两面或多面响板上，按被激发后的弦振动频率和通过弦码将弦振动波耦合到共振板上的最佳位置来排布弦列，击弦点设置在使弦最佳 振动的波节点上；（２）电子击弦器：对应前述响板系统中的每个弦列设置一个电子击弦器，每个电子击弦器由一个微处理器做控制器；各弦列所对应的电子击弦器是以互连总线形式机联在一起，构成电子击弦器阵列系统，电子击弦器阵列和主控制机联构成本专利技术 的系统主体；微处理器受主控制器发出的致动命令控制电子击弦器中的弦槌和止音装置的致动；弦槌致动由４个无壳螺管式电磁铁组成的４联并行击发装置实现；止音装置致动采用电磁吸附装置实现；（３）主控制器：由微处理器、点阵液晶显示器、操作键盘和Ｕ ＳＢ接口构成，主控制器可以总线互连形式与钢琴键盘及踏瓣系统控制机级联在一起，形成全系统的网络控制；（４）钢琴键盘及踏瓣系统：由钢琴键盘及踏瓣系统控制机、１２个不同八度中同名按键的信号采集处理器、钢琴键盘及传感装置、踏瓣及传感装置构成 。踏瓣系统控制机和１２个不同八度中同名按键的信号采集处理器均由微处理器来控制，以总线互连形式级联在一起，钢琴键盘及踏瓣系统控制机可以总线互连形式与主控制器级联在一起，形成全系统的网络控制；踏瓣系统控制机设有微处理器、点阵液晶显示器和操作键盘；１２个同名按键的信号采集处理器设有３对红外光电传感装置，通过传感装置实现对键盘和踏瓣动作过程的实时采集。...

【技术特征摘要】
1.一种概念钢琴，由响板系统、电子击弦器、主控制器和键盘及踏瓣系统四个部分组成，其特征是(1)响板系统弦列对称分布在两面或多面响板上，按被激发后的弦振动频率和通过弦码将弦振动波耦合到共振板上的最佳位置来排布弦列，击弦点设置在使弦最佳振动的波节点上；(2)电子击弦器对应前述响板系统中的每个弦列设置一个电子击弦器，每个电子击弦器由一个微处理器做控制器；各弦列所对应的电子击弦器是以互连总线形式机联在一起，构成电子击弦器阵列系统，电子击弦器阵列和主控制机联构成本发明的系统主体；微处理器受主控制器发出的致动命令控制电子击弦器中的弦槌和止音装置的致动；弦槌致动由4个无壳螺管式电磁铁组成的4联并行击发装置实现；止音装置致动采用电磁吸附装置实现；(3)主控制器由微处理器、点阵液晶显示器、操作键盘和USB接口构成，主控制器可以总线互连形式与钢琴键盘及踏瓣系统控制机级联在一起，形成全系统的网络控制；(4)钢琴键盘及踏瓣系统由钢琴键盘及踏瓣系统控制机、12个不同八度中同名按键的信号采集处理器、钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]