專利名稱：音量可控的寬音域小型電子琴的制作方法
專利說明
一、技術(shù)領(lǐng)域涉及電聲樂器中電子琴的12個基本音源和每個基本音源又產(chǎn)生8個衍生音源的方法和電路，其中，利用光電效應(yīng)的音量控制和滑音控制琴鍵的結(jié)構(gòu)簡單實用，具有8度音的小型音級琴鍵13個為1組的雙列直排方式彈奏方便并可減小琴體尺寸。
二背景技術(shù)：
美國專利U.S.Patent 1,956,350(Apr.24.1934)描述了一種電子管電子琴并大量生產(chǎn)而開創(chuàng)了電聲樂器產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)在市場上電子琴從玩具到專業(yè)用琴品種很多，價格懸殊，然而，音量可控，音域?qū)掗?，音色?yōu)美而又攜帶方便價格低廉的電子琴卻難見到。常見的音量調(diào)節(jié)是將所有琴鍵音量同時加強或減弱，這不能滿足旋律強弱變化以表達音樂的激情。新式電子琴有足踏音量控制，手足協(xié)調(diào)不易，小型化也困難。中國專利CN2347238Y采用琴鍵下附擋光板，利用光電效應(yīng)實現(xiàn)音量控制，琴鍵多時制作費工。音域要寬，琴鍵就很多，例如鋼琴有88個琴鍵，琴體難以減小。低檔電子琴常有音調(diào)不準確又無法調(diào)節(jié)，美國專利U.S.Patent6,444,890 B2(Sep.3,2002)等將電腦技術(shù)引入電子琴，產(chǎn)生和存儲樂音，重視多種樂器音色的合成，成本不低。
三
發(fā)明內(nèi)容
在現(xiàn)有技術(shù)中音域?qū)捛袤w做小難，彈奏也難，旋律強弱變化和音調(diào)即頻率也難操縱或調(diào)節(jié)，本電子琴有12個基本音源，1個基本音源用1個廉價的集成電路壓控多諧振蕩器完成，其控制電壓來自穩(wěn)壓電源，因此頻率穩(wěn)定還可調(diào)節(jié)；每1個基本音源又連接1個廉價的集成電路雙4級2進制計數(shù)器，產(chǎn)生8個依次低8度音的衍生音源，因此共有9×12個音級音源，其音調(diào)準確而且音域?qū)掗?；所有音級信號都通過1個結(jié)構(gòu)簡單的音量控制琴鍵，當琴鍵受到壓力，光通量改變，引起光敏電阻值變化，從而控制旋律強弱以充分表達音樂激情；采用約7×7mm輕觸開關(guān)做琴鍵，每8度音共13鍵為1組，按雙列直排方式，這比傳統(tǒng)鍵盤小了很多，彈奏方便又易于攜帶；用1個頻率約為7Hz正弦波送入前述壓控多諧振蕩器進行調(diào)頻，即可方便地獲得優(yōu)美的顫音，多鍵同時使用還可獲得和聲與滑音效果。
四

圖1是音量可控的寬音域小型電子琴電路圖。
圖2是音量控制和滑音控制琴鍵結(jié)構(gòu)圖。
圖3是8度音13鍵為1組的雙列直排方式圖。
五具體實施方式
1.產(chǎn)生音量可控的12個基本音源及依次低8度音的衍生音源的方法和電路頻率合成器和晶體振蕩器做音源，頻率穩(wěn)定但成本不低，多諧振蕩器又比正弦波振蕩器簡單便宜，而壓控多諧振蕩器產(chǎn)生顫音調(diào)制更為方便。用1個壓控多諧振蕩器產(chǎn)生多個頻率是可行的，但是從1個頻率變到另1個頻率需要過渡時間，特別是低頻，滿足不了彈奏速度和音質(zhì)要求。從基本音源獲取低8度音的衍生音源，采用2進制計數(shù)器不僅簡單而且音調(diào)準確。在音樂旋律的進行中不能沒有強弱變化，為達此目的設(shè)計了一個簡單實用的音量控制琴鍵。
音量可控的寬音域小型電子琴電路如圖1，其特征在于由頻率控制電壓Vc和集成電路壓控多諧振蕩器VCO各12個、集成電路雙4級2進制計數(shù)器CT12個、與音源數(shù)目相等的小型音級琴鍵從Co到C8#、音量控制琴鍵如圖2、集成電路功率放大器PA、集成電路穩(wěn)壓器VR、外接揚聲器LS、外接電源VB所組成；其中，第一集成電路壓控多諧振蕩器VCO1的外接頻段控制元件由電阻R1電容C1組成，外接頻率控制電壓VC1由電阻R2、R3，電位器W1所組成的電路提供，R2、W1、R3依次串聯(lián)后跨接在穩(wěn)壓電源+5V與地之間，W1調(diào)節(jié)端輸出頻率控制電壓Vc1連接VCO1輸入端，VCO1輸出端產(chǎn)生連續(xù)穩(wěn)定的基本音源頻率f1；其中，第一集成電路雙4級2進制計數(shù)器CT1由前4級輸入端連接VCO1輸出端，后4級輸入端連接前4級輸出端所組成，共輸出8個依次低8度音，即頻率依次降低到1/2的衍生音源頻率f1/1到f1/8，f下角標分母代表被二分頻次數(shù)，其余的壓控多諧振蕩器和雙4級2進制計數(shù)器各11個的連接方式與VCO1和CT1完全相同；其中，小型音級琴鍵即受壓力才接通長寬約7×7mm的開關(guān)，每個音級琴鍵的一端分別與限流電阻R0、R4串聯(lián)后連接相關(guān)的音源頻率，另一端彼此連接成為音級琴鍵公共端，小型音級琴鍵Co到C8——C0#到C8#共108鍵，超過鋼琴88個鍵，實際使用的鍵數(shù)可根據(jù)需要適當減少；隔直流電容C3，受音量控制琴鍵控制的光敏電阻RA，與濾波電容C4并聯(lián)的電位器W13依次串聯(lián)后跨接在琴鍵公共端與地之間，W13調(diào)節(jié)端連接集成電路功率放大器PA輸入端；其中，音量控制琴鍵，如圖2，由可滑動鍵體V、彈簧墊P、固定殼套S、光敏電阻RA、發(fā)光二級管LED、遮光罩L、電路板PCB所組成，將可滑動鍵體V在不受壓力下，或者用力壓到底，鉆一個通孔貫穿殼套和鍵體，形成可以閘控的光路，通孔一端緊貼光敏電阻RA，另一端緊靠發(fā)光二極管LED，其正端經(jīng)限流電阻R6接+5V，其負端接地，當鍵體V不受壓，RA受光照最強，RA電阻值很小，音量大增；當鍵體V受壓，光路被閘斷，RA電阻值很大，音量幾乎為零；其中，集成電路功率放大器PA輸出端接隔直流電解電容C5正端，C5負端經(jīng)插座SK外接揚聲器LS；其中，外接電源VB，即全波整流器或電池，經(jīng)插座與濾波電阻R7串聯(lián)后連接電解電容C6正端，C6負端接地，R7與C6的接點連接集成電路穩(wěn)壓器VR輸入端和集成電路功率放大器PA的電源正端，濾波電解電容C7正端連接VR輸出端，C7負端接地，VR輸出端+5V穩(wěn)壓電源供應(yīng)除PA以外所需的電源，以保證音源頻率準確度不受音量變化影響。
2.8度音13鍵為1組的雙列直排方式為了減小鍵盤寬度和便于4個手指彈奏，采取小型琴鍵雙列直排方式，其特征在于一種具有8度音的小型音級琴鍵13個為1組的雙列直排方式，如圖3，其中基本音級琴鍵即白鍵分成上下兩列直排，從左到右上列是gabe1，下列是cdef.其中C1比C高8度音即一個倍頻程，相鄰白鍵中心距離為20.32mm，以便與相鄰兩手指間距離和集成電路尺寸相配黑鍵從左到右上列是f#g#a#，下列是c#d#，安置在相應(yīng)的白鍵之間，但位置比白鍵略高，琴鍵長寬約7×7mm的13個琴鍵形成8度音為一組，由若干組按照音的高低順序排列構(gòu)成完整的音級琴鍵陣列。
3.顫音產(chǎn)生的方法和裝置顫音產(chǎn)生的方法和裝置，其特征在于產(chǎn)生顫音的電路由集成電路單電源運算放大器構(gòu)成的文氏電橋振蕩器OSC和電位器W14組成，OSC輸出端與電位器W14串聯(lián)后接地，W14調(diào)節(jié)端輸出頻率fs約為7Hz的正弦波，W14調(diào)節(jié)端與各自的隔直流電容C2串聯(lián)后分別連按壓控多諧振蕩器VCO1-VCO13的輸入端，使每個音級信號產(chǎn)生調(diào)頻即顫音而獲得優(yōu)美的音色。
4.滑音產(chǎn)生的方法和裝置滑音產(chǎn)生的方法和裝置，其特征在于產(chǎn)生滑音的振蕩器是由集成電路壓控多諧振蕩器VCO13及其外接頻段控制電阻R1電容C1、電阻R5、受可滑動鍵體W控制的光敏電阻RF所組成，其中，RF與R5串聯(lián)后跨接在+5V電源與地之間，RF與R5的接點連接VC013輸入端，VCO13輸出端與限流電阻RO串聯(lián)后連接琴鍵開關(guān)K，開關(guān)K另一端與音級琴鍵公共端連接；滑音控制琴鍵的結(jié)構(gòu)與前述音量控制琴鍵完全相同，如圖2，并共用一個發(fā)光二極管LED的光源，當同時使用滑音控制和音量控制兩個琴鍵和多個音級琴鍵，便能模擬出某些動物的發(fā)聲，獲得和聲效果。
5.音級琴鍵為7組每組8鍵的電子琴經(jīng)過長期實踐，國際普遍采用12平均律，即所有的相鄰音級的頻率比為212=1.059463,]]>作為樂音，通常選取第4組也稱中央組的a鍵頻率為440Hz，由此算得所有音級琴鍵的頻率，它涵蓋了幾乎全部可聞音域，這要低音和高音揚聲器組合才能全頻響應(yīng)。實驗表明，如圖1電子琴電路，頻率穩(wěn)定度在沒有顫音下為3520Hz±0.4Hz/10分鐘，110Hz±0.005Hz/10分鐘，由無聲到強音3520Hz降低了0.5Hz，110Hz降低了0.2Hz，性能穩(wěn)定，此外，電位器W1-W12可對頻率進行微調(diào)。
7組每組8鍵的電子琴，其特征在于將原有音級琴鍵數(shù)由9組每組13鍵減為7組每組8鍵，即去掉最高音和最低音各1組每組只有8個白鍵，相應(yīng)的壓控多諧振蕩器和雙4級2進制計數(shù)器也由各12個減少到各7個，其余部分不變，所得音域?qū)挾热匀慌c鋼琴相當，在需要使用并不常用的黑鍵時，只能升或降半音后用白鍵代替，除外功率放大器PA和穩(wěn)壓器VR，都采用貼片集成電路組成薄的琴體寬長約為90×180mm，但不含外接的揚聲器LS和電源VB，便于彈奏和攜帶并降低了成本。
6.產(chǎn)生基本和衍生音源的集成電路的整體封裝用于產(chǎn)生基本和衍生音源的集成電路VCO1～VCO12，CT1-CT12及其限流電阻R0，R4×8大量使用，可將其中適量數(shù)目封裝成一大塊集成電路，其特征在于將集成電路壓控多諧振蕩器VCO1和雙4級2進制計數(shù)器CT1，限流電阻RO和R4×8作為一個單元，它有1個控制電壓Vc輸入端，9個頻率輸出端，3個外接電阻R1電容C1端，將4個這樣的單元封裝成-塊雙列56腳的集成電路，以減少安裝電子琴的工作量。
7.音級琴鍵陣列一次壓鑄成形音級琴鍵大量使用，可以整體壓鑄成形，其特征在于將音級琴鍵陣列用富有彈性的橡膠一次壓鑄成形，然后粘貼上導(dǎo)電橡膠鍵體，當鍵體受到壓力便將電路板上予置的兩條覆銅導(dǎo)線連通而成為琴鍵開關(guān)。
權(quán)利要求1.一種音量可控的寬音域小型電子琴，包括琴鍵、揚聲器、音源和功率放大電路，其特征在于由頻率控制電壓Vc和集成電路壓控多諧振蕩器VCO各12個、集成電路雙4級2進制計數(shù)器CT12個、與音源數(shù)目相等的小型音級琴鍵從CO到C8#、音量控制琴鍵、集成電路功率放大器PA、集成電路穩(wěn)壓器VR、外接揚聲器LS、外接電源VB所組成；其中，第一集成電路壓控多諧振蕩器VCO1的外接頻段控制元件由電阻R1電容C1組成，外接頻率控制電壓VC1由電阻R2、R3，電位器W1所組成的電路提供，R2、W1、R3依次串聯(lián)后跨接在穩(wěn)壓電源+5V與地之間，W1調(diào)節(jié)端輸出頻率控制電壓VC1連接VCO1輸入端，VCO1輸出端產(chǎn)生基本音源頻率f1；其中，第一集成電路雙4級2進制計數(shù)器CT1由前4級輸入端連接VCO1輸出端，后4級輸入端連接前4級輸出端所組成，共輸出8個衍生音源頻率，其余的壓控多諧振蕩器和雙4級2進制計數(shù)器各11個的連接方式與VCO1和CT1完全相同；其中，小型音級琴鍵即受壓力才接通的開關(guān)，每個音級琴鍵的一端分別與限流電阻RO、R4串聯(lián)后連接相關(guān)的音源頻率，另一端彼此連接成為音級琴鍵公共端；隔直流電容C3，受音量控制琴鍵控制的光敏電阻RA，與濾波電容C4并聯(lián)的電位器W13依次串聯(lián)后跨接在音級琴鍵公共端與地之間，W13調(diào)節(jié)端連接集成電路功率放大器PA輸入端；其中，音量控制琴鍵由可滑動鍵體V、彈簧墊P、固定殼套S、光敏電阻RA、發(fā)光二級管LED、遮光罩L、電路板PCB所組成，將可滑動鍵體V在不受壓力下，或者用力壓到底，鉆一個通孔貫穿殼套和鍵體，形成可以閘控的光路，通孔一端緊貼光敏電阻RA，另一端緊靠發(fā)光二極管LED，其正端經(jīng)限流電阻R6接+5V，其負端接地；其中，集成電路功率放大器PA輸出端接隔直流電解電容C5正端，C5負端經(jīng)插座SK外接揚聲器LS；其中，外接電源VB經(jīng)插座與濾波電阻R7串聯(lián)后連接電解電容C6正端，C6負端接地，R7與C6的接點連接集成電路穩(wěn)壓器VR輸入端和集成電路功率放大器PA的電源正端，濾波電解電容C7正端連接VR輸出端，C7負端接地，VR輸出端+5V穩(wěn)壓電源供應(yīng)除PA以外所需的電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述音量可控的寬音域小型電子琴，其特征在于小型音級琴鍵13個為1組的雙列直排方式，其中基本音級琴鍵即白鍵分成上下兩列直排，從左到右上列是gabc1，下列是cdef，其中C1比C高8度音即一個倍頻程，相鄰白鍵中心距離與相鄰兩手指間距離相配；黑鍵從左到右上列是f#g#a#，下列是c#d#，安置在相應(yīng)的白鍵之間，但位置比白鍵略高，13個琴鍵形成8度音為一組，由若干組按照音的高低順序排列構(gòu)成完整的音級琴鍵陣列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述音量可控的寬音域小型電子琴，其特征在于產(chǎn)生顫音的電路由集成電路單電源運算放大器構(gòu)成的文氏電橋振蕩器OSC和電位器W14組成，OSC輸出端與電位器W14串聯(lián)后接地，W14調(diào)節(jié)端輸出頻率fs約為7Hz的正弦波，W14調(diào)節(jié)端與各自的隔直流電容C2串聯(lián)后分別連接壓控多諧振蕩器VCO1-VCO13的輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的音量可控的寬音域小型電子琴，其特征在于產(chǎn)生滑音的振蕩器是由集成電路壓控多諧振蕩器VCO13及其外接頻段控制電阻R1電容C1、電阻R5、受可滑動鍵體W控制的光敏電阻RF所組成，其中，RF與R5串聯(lián)后跨接在+5V電源與地之間，RF與R5的接點連接VCO13輸入端，VCO13輸出端與限流電阻RO串聯(lián)后連接琴鍵開關(guān)K，開關(guān)K另一端與音級琴鍵公共端連接；滑音控制琴鍵的結(jié)構(gòu)與前述音量控制琴鍵完全相同，并共用一個發(fā)光二極管LED的光源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述音量可控的寬音域小型電子琴，其特征在于將原有音級琴鍵數(shù)由9組每組13鍵減為7組每組8鍵，即去掉最高音和最低音各1組每組只有8個白鍵，相應(yīng)的壓控多諧振蕩器和雙4級2進制計數(shù)器也由各12個減少到各7個，其余部分不變。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述音量可控的寬音域小型電子琴，其特征在于將集成電路壓控多諧振蕩器VCO1和雙4級2進制計數(shù)器CT1，限流電阻RO和R4×8作為一個單元，它有1個控制電壓Vc輸入端，9個頻率輸出端，3個外接電阻R1和電容C1端，將4個這樣的單元封裝成一塊雙列56腳的集成電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述音量可控的寬音域小型電子琴，其特征在于將音級琴鍵陣列用富有彈性的橡膠一次壓鑄成形，然后粘貼上導(dǎo)電橡膠鍵體，當鍵體受到壓力便將電路板上予置的兩條覆銅導(dǎo)線連通而成為琴鍵開關(guān)。
專利摘要一種音量可控的寬音域小型電子琴，其中，利用光電效應(yīng)的音量控制琴鍵的結(jié)構(gòu)簡單實用，可充分表達旋律強弱變化；采用廉價的貼片集成電路產(chǎn)生12個基本音源和依次低8度的衍生音源共108個音級，涵蓋了可聞音域；采用7×7mm小型琴鍵每8度音13鍵為1組的雙列直排方式，使琴體做到薄而小，但不包括外接的揚聲器和電源；此外，設(shè)置了利用光電效應(yīng)的滑音控制琴鍵和利用壓控振蕩器產(chǎn)生音色優(yōu)美的顫音。本電子琴表現(xiàn)潛力豐富，便于攜帶，成本較低，解決了旋律強弱由琴鍵控制難，音域?qū)捛袤w做小難彈奏問題，適合家庭和休閑等多種用途。
文檔編號G10H1/18GK2630999SQ0326149
公開日2004年8月4日 申請日期2003年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月26日
發(fā)明者向明 申請人:向明