CN100428332C - 在弦乐器中将弦振动转换为良好保真度电信号的拾音单元 - Google Patents

在弦乐器中将弦振动转换为良好保真度电信号的拾音单元 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于将弦(S)的振动转换为电信号以产生良好响度电音调的拾音单元，该拾音单元包括固定到弦乐器壳(B)上的桥组件(10)、以其一端固定到桥组件(10)上的振动响应压电元件(40)和保持与弦(S)接触并给压电元件(40)另一端加力的振动介体(20)；由于振动介体在桥组件(10)弯曲方向上自由移动，所以电信号确切地表示弦(S)的振动。

Description

在弦乐器中将弦振动转换为良好保真度电信号的拾音单元
技术领域
本发明涉及一种弦乐器，尤其涉及一种包括在电声弦乐器中用于将弦振动转换为电信号的拾音单元或者拾音单元(pickup unit)。
背景技术
声(acoustic或非电声)弦乐器都有共振腔(resonator)。小提琴、中提琴、大提琴和低音提琴分在小提琴家族中，在壳内形成有共振腔。当音乐家在非电声(acoustic)弦乐器上拉奏一首乐曲时，乐弓引起弦振动产生音调。振动经桥传播到共振腔，经共振腔放大。振动依次从共振腔传播到空气中成为音调。这样，共振腔是非电声弦乐器不可缺少的部件。
另一方面，在电声弦乐器中振动被电子(放大器)放大。用实例来说明几种大小像小提琴家族成员的电声弦乐器，相应于小提琴、中提琴、大提琴和低音提琴。下文中，相应于小提琴的电声弦乐器称为“电声小提琴”。当音乐家在电声小提琴上演奏曲子时，用乐弓来拉弦，乐弓引起近似于非电声小提琴的声弦乐器的振动。然后，振动转换为电信号，电信号经适当的扩音器产生大的电音调。
设置拾音单元将振动转换为电信号。拾音单元设在桥下面由一个压电元件(piezoelectric element)来实现。从4根弦向桥提供振动，桥给压电元件加脉动压力。压电元件将脉动压力转换为电信号。这样，4根弦共享仅一个压电元件。
4根弦的基频变化取决于要产生的音调(tone)。另一方面，压电元件有固有频率特性。这意味着压电元件不能均匀地(evenly)响应所有弦的振动，结果造成电音调会不平衡。
授予申请人巴巴拉(Barbera)的美国专利No.4,867,027提出了解决方案。该专利讲授了(teach)一种包括在电声弦乐器中共振拾音系统。现有技术的共振拾音系统包括在弦乐器壳上立起的换能器夹头组件。换能器夹头组件包括夹头体，它有上部(或冠部)和下部(或基部)。冠部是振动的，但基部是非振动的。在冠部形成槽和洞。槽从冠部的上缘向下放射状延伸，将冠部分为“振动支持冠区段或段”。在槽的底端附近形成洞，从基部放射状延长到段中。段形成有浅容纳沟，浅容纳沟开放于段的冠缘。浅容纳沟分别与槽的中轴对齐。弦通过浅容纳沟，保持与段的上表面接触。
在该美国专利公开的一个实施例中，压电元件装配在洞中。该专利中推荐双晶(bimorph)压电换能器，巴巴拉这样描述压电元件，“压电元件沿其各自洞的长轴装配，以便一端固定到区段的振动部分上，另一端固定到下非振动静止基部”。
巴巴拉还公开了用于大提琴或低音提琴的另一实施例。在夹头基柱中形成U形凹陷。U形凹陷使夹头基柱的上部成为多个区段，它们合入夹头基柱的固定下部。在U形凹陷中设压电夹头。压电夹头在其下部保持到限定U形凹陷下部的壁上。结果，每个夹头组件“在可对于桥的大部分自由振动且不会与其它任何夹头相互作用和干扰的凹口上提供了单一灵活上端”。在凹口下的压电夹头中形成有洞，压电元件就放在里面。
已有技术的电声弦乐器遇到了一个问题：从压电元件输出的电信号值太小。这导致了多个音乐信息从振动转换为电信号会不准确。结果，电音调与音乐家想要的音调不同。
发明内容
本发明的一个重要目的是提供一种拾音单元，它将振动以良好的保真度转换为电信号。
本发明者考虑了已有技术共振腔拾音单元系统中的固有问题，注意到振动不直接从弦并入非振动基部或下部的段传播到压电元件。这意味着抗挠刚度从冠缘向非振动基部增高。即使振动从弦向段的冠缘传播，振动也会向非振动基部或下部逐渐衰减，因此，只有部分振动能量传播到压电元件或压电夹头(cartridges)。本发明的结论是：诸如振动段的振动介体(mediator)将会从任何非振动部分物理分离出来。
依据本发明的一个方面，提供了一种用于弦乐器的拾音单元，它包括：贴到弦乐器壳上的静止构件且具有多个区(zone)；多个换能器，以其确定部分分别连接到多个区的静止构件上，且分别响应以确定方向加在其上的反复力(repeated force)变形，以产生表示力的电信号；和多个振动介体，连接在弦乐器和多个换能器的其它部分之间，以从弦向多个换能器传输反复力并分别(respectively)在多个区中以至少一个方向自由移动。
附图说明
结合附图，从下面的描述可以更清楚地理解本拾音单元的特点和优点，其中
图1是显示根据本发明的拾音单元结构的正面图，
图2是沿图1的线A-A的截面图，显示了拾音单元的结构，
图3是显示拾音单元主要部分的部分透视图，
图4是显示形成拾音单元一部分的芯板构成的透视图，
图5是显示包括在拾音单元中的振动介体构成的透视图，
图6是显示包括在拾音单元中的振动响应转换器结构的透视图，
图7是显示包括在拾音单元中的盖板的电路构成的电路图，
图8是显示连接到拾音单元的声音发生电路的电路构成的电路图，
图9是显示根据本发明的另一拾音单元结构的正面图，
图10是显示根据本发明的又一拾音单元结构的正面图，
图11是显示根据本发明的还一拾音单元结构的正面图，
图12是显示根据本发明的又一拾音单元中芯板直接支持的双晶压电元件的透视图，
图13A是显示包括在还一拾音单元中的另一振动介体构成的透视图，
图13B和13C是显示在图13A显示的振动介体基础上改型的振动介体构成的示意图，
图14是显示单晶压电元件结构的正面图，
图15是显示使用根据本发明单晶压电元件的又一拾音单元的正面图，
图16是显示根据本发明的还一拾音单元的正面图，和
图17A到17D是显示成对单晶压电元件振动的示意图。
具体实施方式
第一实施例
参考附图的图1和2，体现本发明的拾音单元包括：桥组件10、振动介体20、振动响应转换器组件30、多块塑性物质42和粘弹体(visco-elastic)50。图1中，从桥组件10卸下盖板。拾音单元形成了电声小提琴的一部分，且从小提琴的共鸣板B立起。弦S以垂直于画有拾音单元的纸的方向拉过共鸣板B。
振动响应转换器组件30由桥组件10固位(retain)。振动介体20从桥组件10物理地分开，且用粘弹体50与桥组件10结合。弦S与振动介体20接触，振动介体20用多块塑性物质42与振动响应转换器组件30结合。这样，振动介体20与桥组件10物理地分开，以便不受大的约束而自由振动。
桥组件10的构成与非电声小提琴的桥结构类似。上缘舒缓弯曲如冠状，桥组件10的前面从底缘到上缘宽度略增。这时，芯板60c夹在盖板60a和60b之间。盖板60a/60b防止转换器组件30振动响应和损坏。
图3更加清楚，一对盖板60a/60b和芯板60c构成了桥组件10。盖板60a形成沿盖板60a的冠缘排布的4个凹口(recesses)61。类似地，另一盖板60b形成沿盖板60b的上冠缘排布的4个凹口61，盖板60a中4个凹口61分别与盖板60b中的4个凹口61对齐。
芯板60c如图4所示像人手状，且有掌部60d和指部60e。指部60e从掌部60d突出，且彼此隔开。这样，相邻指部60e之间出现了空隙11。芯板60c由木头制成。不过，诸如ABS或聚碳酸脂的合成树脂、金属或合金也可用于制作芯板60c。
掌部60d在中间的3个指部60e下形成有凹陷(dent)13。凹陷13减小了芯板60c的质量。掌部60d还形成有沟12，沟12上端开口于空隙11，下端开口于凹陷13。这样，空隙11经沟12与凹陷连接。凹陷13和沟12使掌部60d部分变薄。在掌部60d中还开有通孔14/15和通孔16。通孔14在掌部60d的厚度方向上延伸，且在边界开口于沟12和凹陷13。通孔15垂直延伸且连接在凹陷13和由芯板60c的弧形表面限定的间隙之间。通孔16在厚度方向上延伸且位于凹陷13的两侧之间。
指部60e有各自的底部60f、各自的中间部60g和各自的尖部60h。各指部60e的底部60f、中间部60g和尖部60h分别对着相邻指或多个指部60e的底部或多个底部60f、中间部或多个中间部60g和尖部或多个尖部60h，因此，空隙11分成底部子空间、中间子空间和开口。底部60f有侧面，侧面朝着空隙11的底向下弯曲，使底部子空间似抛物线状。相关的沟12在抛物线子空间的顶点处开口。压缩中间部60g，以便使侧面比底部60f的侧面隔开得大。这样，中间子空间就比底部子空间宽。
中间部60g的侧面和尖部60h的侧面形成突起(projection)60j。指部60e使顶部子空间开口于环境空间。
回到图1到3，振动介体20设在空隙11中，弦S分别与振动介体20接触。振动介体20分别与振动响应转换器组件30联合。振动响应转换器组件30由芯板60c支持并突入振动介体20中。多块塑性物质42振动介体20和振动响应转换器组件30之间的缺隙，振动介体20用粘弹体50连接到芯板60c上。这样，振动从弦S经振动介体20传播到振动响应转换器组件30，弦S、振动介体20和振动响应转换器组件30都与芯板60c物理地分开。
图5显示了一个振动介体20。其它的振动介体20类似于图5显示振动介体20的构成。因此，只详细描述图5所示的振动介体20。振动介体20形成有槽21。槽21在长度方向上延长，使振动介体20分为两部分。这两部分用桥部22互相连接。然而，桥部22比这两部分薄。这样，槽21在振动介体20的下端和前/后(rear)表面开口。
振动介体20有上缘和两对侧面，即，一对下侧面和一对上侧面。下侧面从下端向上侧面振动介体20宽度增大，上侧面从上缘向下侧面宽度减小。这意味着，振动介体20在下侧面和上侧面之间的边界处最宽。下侧面和上侧面形成一对嵴(ridge)20a。
下侧面弯曲，以便使振动介体20的下部成U形。弯曲的下侧面可在指部60e下部的侧面上滑动。如图1所示，下侧面和上侧面之间的振动介体20比相关空隙11的中间子空间和上子空间要窄。突起60j在槽21开口和嵴20a之间以一定距离沿空隙11的中心线与沟12的上端隔开，该距离约等于和相关振动介体20的中心线的距离。当振动介体20下部容纳在空隙11中时，嵴20a分别对着突起60j。然而，突起60j与相关突起以比嵴20a之间距离稍宽的间隔隔开。因此，嵴20a和突起60j之间出现极窄的缺隙。振动介体20的下部不固定到指部60e的下部，以便振动介体20可在下子空间中绕弯曲表面的虚拟中心移动。在振动介体20的上缘中形成凹口20b，弦S分别与凹口20b啮合。
振动响应转换器组件30彼此构成类似，且分别分配给沟12。图6图解说明了一个振动响应转换器组件30，下文中，根据图6所示的振动响应转换器组件30进行描述，为避免重复，不再描述其它振动响应转换器组件30。
振动响应转换器组件30分为止动器30a(retainer)和双晶压电元件40。止动器30a通常构成为长方体，且由合成树脂制成。一片木头、金属或合金都可用于止动器30a。止动器30a与有关沟12一样宽，宽约等于有关沟12的深度。当止动器30a压入相关沟12中时，止动器30a适可地容纳在有关沟12中，且前面与限定沟12周边的掌部60d基本共面。
止动器30a形成有一对沟31a和缝隙31b。一对沟31a垂直延伸，在止动器30a的侧面开口。一对引线43通过沟31a。缝隙31b在止动器30a的上面开口，缝隙31b的宽度约等于双晶压电元件40的厚度。双晶压电元件40用粘附剂粘到止动器30a的内表面上。这样，双晶压电元件40固定到止动器30a上，立在上面。
一对压电晶体片构成双晶压电元件40。压电晶体片彼此相接，极化作用使压电晶体片反向充电。这时，调节晶体取向，使双晶压电元件在厚度方向上40压电晶体片之间的极化相反，因此，从双晶压电元件40正反表面上的电极放出电流。如果调节晶体取向，使厚度方向上的极化一致，从双晶压电元件40的中心部分和端部上的电极放出电流。引线43分别固定到压电晶体片的电极上。引线43通过孔15，从拾音单元引出。
回到图1和2，止动器30a隐蔽地(snugly)容纳在沟12中，振动介体20置于空隙11中。然后，双晶压电元件40突入振动介体20中的槽21。槽21比双晶压电元件40宽得多，因此，双晶压电元件40和限定槽21的振动介体20内表面之间出现缺隙。如上所述，大多数下侧面和上侧面与指部60e的侧面隔开，在指部60e和振动介体20之间也出现缺隙。双晶压电元件40和振动介体20之间的缺隙充有多块塑性物质42，粘弹体50设在指部60e和振动介体20之间。
多块塑性物质42从振动介体20向双晶压电元件40传播由于振动引起的循环力(cyclic force)。当多块塑性物质42传播循环力时，多块塑性物质42将来自振动介体20循环力分散到双晶压电元件40的整个表面上，阻止振动介体20的振动传到相关双晶压电元件40。这样，每个多块塑性物质起滤波器和扩散器的作用。
这时，塑性物质是可塑性粘土(fat clay)。可适当调节可塑性粘土的硬度。如果硬度太高，多块可塑性粘土42就不能实现预期分散特性和预期过滤特性。另一方面，如果硬度太低，多块塑性物质42就不能引起足以流过大电流的弯曲度(bending wide)。
本发明者测量塑性物质的硬度如下。在钢珠下方放一块塑性物质。钢珠直径36mm，重200g。钢珠保持50cm高。释放钢珠，落到那块塑性物质上。钢珠没入那块塑性物质中。当将钢珠从那块塑性物质拿开时，那块塑性物质上留下了凹痕。凹痕的直径与塑性物质的硬度成反比。当凹痕直径为28mm时，硬度标为“3”。如果直径增加0.5mm，硬度减小0.1。反之，如果直径减小0.5mm，硬度增大0.1。本发明者经上述测量确定了最佳硬度范围。最佳硬度范围在4.0和4.5之间。
振动介体20与指部60e隔开，所述缺隙允许振动介体20在空隙11中振动。粘弹体50设在指部60e和振动介体20之间的缺隙中以及振动介体20和盖板60a/60b之间的浅凹口61中。粘弹体50给振动施加一适当阻力，防止振动介体20在微弱振动时却猛烈摇动。这致使双晶压电元件40线性变化输出信号。这样，粘弹体50有助于输出信号的最佳动态范围。从这一点看，期望粘弹体50有弹性且硬度像橡胶。使用JIS(JapaneseIndustrial Standards日本工业标准)定义的A型硬度计的尺度，硬度最好在11和30之间。由Toshiba Silicone公司制造的硅酮密封剂TSE397或TSE399可用于粘弹体50。粘弹体50可以用多块橡胶，使橡胶硬度落在该范围内。
振动介体20和各指部60e之间的缺隙最好为0.1mm到0.25mm宽。如果缺隙小于0.1mm，振动介体20会与指部60e的侧面碰撞。振动介体20意外地(undesirably)由侧面来限制，振动会不准确地传入到相关双晶压电元件40中。另一方面，如果缺隙比0.25mm大，粘弹体50只对振动提供微弱阻力，振动介体20因振动而过度驱动(excessively driven)，而过度振动会使双晶压电元件40损坏。
振动介体20和指部60e之间的缺隙是充分刚度(substantiallyrigid)的芯板60c所要求的。然而，芯板60c可以由弹性材料制成。这时，因为芯板本质上弹性形变，所有振动介体20可以无缺隙地容纳在空隙11中。
芯板60c夹在盖板60a和60b之间。这时，盖板60a/60b由合成树脂制成。然而，木头、金属或合金也可用于制作盖板60a/60b。
在盖板60a中形成一对突起(projection)63(见图7)，突起63位于盖板60a的下部侧区上。突起62形成有孔62。类似地，在另一盖板60b中形成一对突起63(见图3)，在突起63中形成孔62。突起63也位于盖板60b的下部侧区上，盖板60a/60b中的突起63可插入在芯板60c下部侧区的通孔16内(见图4)。通孔16和突起63整体构成定位器。当盖板60a/60b与芯板60c组合时，突起63插入通孔16中。
如上所述，沿盖板60a/60b的冠缘形成浅凹口61，盖板60a中的浅凹口61分别与盖板60b中的浅凹口61成对。浅凹口对与振动介体20联合。当盖板60a/60b通过定位器16/63与芯板60c组合时，盖板60a中的浅凹口61分别位于相关振动介体20前面，另一盖板60b中的浅凹口61分别位于振动介体20的后面。
粘弹体50穿入(penetrate)浅凹口对61中。这样，振动介体20分别由粘弹体50包绕(wrap)，盖板60a/60b通过粘弹体50固定到芯板60c上。
粘弹体50限制振动介体20的幅度。如上所述，振动介体20保持与指部60e下部的侧面滑动(sliding)接触。如果粘弹体50不设在振动介体20和芯板60c之间，由于弦S的大幅振动，振动介体20就会破坏双晶压电元件40。粘弹体50限制振动介体20的振动幅度，防止双晶压电元件40损坏。这样，由于多块塑性物质42和粘弹体50的功效，双晶压电元件40对小幅振动敏感却不会因大幅振动损坏。
再见附图的图8，振动响应转换器组件30包括在声音发生电路中，且标有参考符号1a、1b、1c和1d。振动响应转换器组件1a/1b/1c/1d并行连接到音量控制器2a/2b/2c/2d上，它们顺序并行连接到缓冲放大器3a/3b/3c/3d上。从电池5供应电压，缓冲放大器3a/3b/3c/3d独立地放大表示相关弦S中振动的电信号。缓冲放大器3a/3b/3c/3d有各自的信号输出端口，经连接器4连接到主放大器6上。主放大器6增大电信号的幅度，将音频信号供应给扬声器系统7。虽然，振动响应转换器组件1a/1b/1c/1d包括在拾音单元中，其它电路构件2a到2d、3a到3d、4、5、6和7装在与拾音单元和小提琴物理分开的适当外壳中。因此，引线43经电缆连接到音量控制器2a/2b/2c/2d上。
演奏者经音量控制器2a/2b/2c/2d单独调节电音调的响度(loudness)，和平衡各弦S振动产生的电音调的响度和其它弦S振动产生的其它电音调的响度。这样，即使振动响应转换器组件1a/1b/1c/1d彼此振动特性不同，演奏者也可以消除振动响应转换器组件1a/1b/1c/1d的差异。
在振动响应转换器组件1a/1b/1c/1d中振动特性的差异可忽略的情况下，可以从声音发生电路省略音量控制器2a/2b/2c/2d。这可以简化电路构成。
当音乐家将非电声小提琴改成电声小提琴时，他或她根据本发明用拾音单元代替桥(bridge)。桥通常在共鸣板上立在f形音孔之间，因此，拾音单元位于桥所占据的区域中。弦S拉过共鸣板B，且分别与凹口20b啮合。弦S将拾音单元压到共鸣板B上，使拾音单元静止在共鸣板B上。引线43经终端(未显示)连接到音量控制器2a/2b/2c/2d上。
给声音发生电路通电，音乐家开始拉乐弓。音乐家通过拉乐弓来演奏一首音乐，引起弦S振动。拉动的弦S驱动相应振动介体20振动。振动介体20因与弦S垂直的虚拟平面上(virtual plane)振动的水平分量而摇动。振动介体20在指部60e下部的弯曲侧面上来回滑动。换句话说，振动介体20往复在各自的小角范围内绕弯曲侧面的虚拟中心来回旋转。振动介体20和指部60e之间的缺隙允许振动介体20重复角度运动(angular motion)。
双晶压电元件40下端固定到止动器30a上，上端由多块塑性物质42限定。这种情况下，振动介体20通过重复不断的旋转(repeatedlyreciprocal rotation)引起双晶压电元件40的挠性运动(bendingmotion)。然后，双晶压电元件40产生电流，电流从双晶压电元件40流出，作为表示弦S振动的电信号。电流大小与振动幅度一起变化。这样，弦S的振动相应地转换为电信号。
电信号到达扬声器系统7之前被处理和放大。电信号引起扬声器系统7中的振动，并从其发出电音调。
从上述描述可以理解，振动介体20与桥组件10物理地分开，保持与芯板60c滑动接触。振动介体20的振动不受大的限制，引起双晶压电元件40中广泛的挠性运动(bending motion)。即使弦S微妙地改变振动，振动介体20也将改变传递给双晶压电元件40，双晶压电元件40响应该微妙变化。因此，演奏者可以通过电音调表达他或她的微妙情感。这样，根据本发明的拾音单元比美国专利中公开的已有技术拾音单元更敏感。
此外，粘弹体50限制了振动介体20的幅度，以便不损坏双晶压电元件40。
第二实施例
见附图的图9，电声小提琴的共鸣板B附加了另一拾音单元。除了振动介体20B和振动响应转换器组件30B，实现第二实施例的拾音单元类似于第一实施例。因此，为了简便，其它标有第一实施例相应构件部分参考符号的构件不再赘述。
虽然振动介体20B形成有槽21B，但是槽21B比槽21浅，在振动介体20B中形成缝隙21a。缝隙21a分别与形成在止动器30a中的缝隙31b对齐，和双晶压电元件40一样窄。每个双晶压电元件40两端部插到缝隙21a/31b中。槽21B不充添有任何塑性物质。
当振动介体20B在小角范围中再三旋转时，在双晶压电元件40的上端加力，振动介体20B引起双晶压电元件40中的挠性运动(bendingmotion)。双晶压电元件40产生表示弦振动的电信号。由于振动介体20B不受限制，所以振动从弦S传播到双晶压电元件40，改善了电信号的保真度。
实现第二实施例的拾音单元获得了第一实施例的全部优点。
第三实施例
见附图的图10，电声小提琴的共鸣板B附加了又一拾音单元。除了振动介体20C之外，实现第三实施例的拾音单元类似于第一实施例。因此，为了简便，其它标有第一实施例相应构件部分参考符号的构件不再赘述。
振动介体20C形成有缝隙21C，它们与双晶压电元件40一样窄细，双晶压电元件40隐蔽地(snugly)容纳在缝隙21C中。在振动介体20C和双晶压电元件40之间不需要任何塑性物质，以便拾音单元比第一实施例简化。
当音乐家拉乐弓时，弦S引起振动介体20振动，振动介体20在小角范围内不断地反复旋转。结果，双晶压电元件40反复弯曲(bend)，产生良好保真度的表示弦S振动的电信号。
这样，实现第三实施例的拾音单元获得了第一实施例的优点。
第四实施例
见附图的图11，电声小提琴的共鸣板B附加了另一拾音单元。除了多块塑性物质42a之外，实现第四实施例的拾音单元类似于第一实施例。因此，为了简便，其它标有第一实施例相应构件部分参考符号的构件不再赘述。
止动器30a隐蔽地(snugly)容纳在沟12中，类似第一实施例，双晶压电元件40立在止动器30a上。振动介体20形成有槽21，槽21的宽度比双晶压电元件40的厚度大得多。双晶压电元件40伸入槽21，且与由槽21限定的内表面隔开距离。多块塑性物质42a设在双晶压电元件40的引出端部和振动介体20之间，双晶压电元件40暴露于多块塑性物质42a和止动器30a之间的槽21。
当弦S振动时，通过多块塑性物质42a向双晶压电元件40的引出端部上加力，双晶压电元件40反复弯曲，以便产生良好保真度的电信号。由于多块塑性物质42a只限制双晶压电元件的引出端部，所以双晶压电元件40的中间部位可以不受任何限制地弯曲，从而产生电信号。甚至在弦S微弱振动时，振动介体20也引起双晶压电元件40弯曲，产生小幅电信号。这样，实现第四实施例的拾音单元比第一实施例的拾音单元敏感度更高。
虽然双晶压电元件40的引出端部嵌在多块塑性物质42a中，但是多块塑性物质42a不是那么硬，允许引出端部轻轻移动。当弦S使振动介体20强烈振动时，多块塑性物质42a轻度变形，用去部分能量。这样，多块塑性物质42a防止双晶压电元件40因强烈振动而受损。
第五实施例
见附图的图12，双晶压电元件40B由芯板60m直接支持。芯板60m与盖板60a/60b一起组合到10B中。虽然图12未显示，但是引线连接到每个双晶压电元件40B，引线和双晶压电元件40B一起构成振动响应转换器组件30B。振动响应转换器组件30B和桥组件10B与振动介体、多块塑性物质和粘弹体一起形成又一拾音单元。振动介体、多块塑性物质和粘弹体类似于第一实施例，为避免重复，下文中不再描述。
芯板60m形成有空隙11，缝隙形成为开口与空隙。双晶压电元件40B插入缝隙中并由芯板60m直接支持。因此，振动响应转换器组件30B不需要止动器。这样，振动响应转换器组件30B比第一实施例简化。实现第五实施例拾音单元获得了第一实施例的优点。
第六实施例
图13A显示了包括在实现本发明的又一拾音单元中的振动介体20D。实现第六实施例的拾音单元类似于第一实施例的构件，下文中不再描述。
振动介体20D与下部20d压缩的振动介体20不同。在第一实施例中，振动介体20的下部面对面与指部60e的侧面接触。另一方面，压缩部分20d保持在其尖端与指部60e的侧面接触。接触面积因压缩部分20d的功效而急剧减小。结果，振动介体20D很易于在指部60e的侧面上滑动，迅速响应极小幅度的振动。这样，压缩部分20d使拾音单元对S的振动更敏感。
振动介体20D的设计观点是：允许下部20d的曲率半径与指部60e的侧面不同。从这一观点出发，可改进振动介体20d，如图13B和13C所示。
第七实施例
见附图的图14，体现本发明的另一拾音单元包括：桥组件10E、振动介体20E、振动响应转换器组件30E、多块塑性物质42E和粘弹体50E。虽然只显示了一个振动响应转换器组件30E，但是，桥组件10E有掌部和5个指部，每个空隙11分配给振动响应转换器组件30E。桥组件10E、振动介体20E、多块塑性物质42E、粘弹体50E结构与桥组件10、振动介体20、多块塑性物质42、粘弹体50相类似，只有振动响应转换器组件30E与振动响应转换器组件30不同。因此，集中描述振动响应转换器组件30E。
振动响应转换器组件30E包括：止动器30a、引线43和单晶压电元件70。单晶压电元件70粘到止动器30a上。单晶压电元件70是压电板71和填隙片72的叠片。填隙片72不是由压电晶体制成，而是由金属、合金、碳、陶瓷或合成树脂制成。用于填隙片72的材料取决于要加到压电板71上的挠矩(bending moment)。单晶压电元件70比双晶压电元件40便宜得多。这样，单晶压电元件70减少了拾音单元的生产成本，而且单晶压电元件70可在市场上买到，可以从TFT公司制造的L-13系列中选择。
实现第七实施例的拾音单元获得了第一实施例的优点，且比使用双晶压电元件的拾音单元生产成本低。
第八实施例
图16显示了体现本发明的又一拾音单元。该拾音单元包括：桥组件10F、振动介体20F、振动响应转换器组件30F、多块塑性物质42F和粘弹体50F。虽然只显示了一个振动响应转换器组件30F，但是，桥组件10F有掌部和5个指部，每个空隙11分配给振动响应转换器组件30F。桥组件10F、振动介体20F、多块塑性物质42F、粘弹体50F结构与桥组件10、振动介体20、多块塑性物质42、粘弹体50相类似，只有振动响应转换器组件30F与振动响应转换器组件30不同。因此，集中描述振动响应转换器组件30F。
与第七实施例类似，振动用单晶压电元件70转换为电信号。虽然只有一个单晶压电元件70包括在各振动响应转换器组件30E中，但是，振动响应转换器组件30F包括一对单晶压电元件70。在止动器30f中形成两条缝隙，单晶压电元件70用粘附剂粘到止动器30f上。
假定振动介体20F以箭头F指示的方向向单晶压电元件70上加力。单晶压电元件70以与箭头P指示相同或相反的方向极化。如图17A、17B、17C和17D所示，有单晶压电元件70的4种组合。
当力F加到单晶压电元件70上时，单晶压电元件70以与垂直箭头所示相反的方向(见图17A和17C)或相同方向(见图17B和17D)延长。为了允许电流流过单晶压电元件70，正输电线(+)和负输电线(-)或地线连接如图。
单晶压电元件70彼此独立，因此，形变不同。换句话说，一个单晶压电元件70中弯曲应力(bending stress)的大小与另一单晶压电元件70中弯曲应力大小不同。这导致了单晶压电元件70之间电动势不同。当力的值或力的方向改变时，可清楚地观察到这一趋势。换句话说，有单晶压电元件70的拾音单元微妙地变化着电信号，有双晶压电元件40的拾音单元表现出相同的振动-电流特性。这样，高级演奏者喜欢在优美地(delicately)拉动弦S时，有多个压电元件的拾音单元。
如上所述可以明了，本发明的拾音单元包括固定件即芯板和振动件，即不限于振动响应换能器形变方向的振动介体。振动响应换能器连接到固定件和相关振动介体。当弦驱动振动介体振动时，振动介体引起相应振动响应换能器形变，从振动响应换能器输出表示振动的电信号。振动介体相对于固定件自由振动，介体的振动等同于弦的振动。结果，振动响应换能器产生良好保真度的电信号。
虽然已经显示并描述了本发明的特殊实施例，很明显，本领域的技术人员可以进行不同的变化和修改而不背离本发明的精神和范围。
首先，根据本发明的拾音单元不仅可用于小提琴族的其它弦乐器，而且可用于其它种类的弦乐器，例如，吉他。
桥组件10可以省略盖板60a/60b，这样，只有芯板60c立在弦乐器壳上。没有任何盖板的拾音单元简单、且生产成本低。
电声弦乐器可以有固体壳(solid body)。固体壳没有共振腔。弦拉过固体壳，与振动介体啮合。弦振动通过适当的声音发生电路转换为电音调。
粘弹体50可由弹簧代替。这时，弦S插在指部60e和振动介体20的侧面之间。盖板60a/60b用适当的结合装置固定到芯板60c上，例如螺钉和螺母。
在声音发生电路中可以包括有另一电路元件，例如滤波器电路。音量控制器2a/2b/2c/2d可装在电声小提琴中。这时，音量控制器2a/2b/2c/2d经电缆连接到缓冲放大器3a/3b/3c/3d上，缓冲放大器3a/3b/3c/3d与连接器4、电池5主放大器6和扬声器系统7一起装在外壳中。
声音发生电路可以包括在电声弦乐器中。电路构件2a-2d、3a-3d、4和6可以经电缆集成在连接到电池5、振动响应转换器1a到1d和扬声器7的小电路板上，电路板、电池5和扬声器7装在壳内或嵌在其中，以提高电声弦乐器的便携性。
虽然在振动介体21B中形成缝隙21a，但是在槽21B中不易形成缝隙21a，可代之以将双晶压电元件40用粘附剂粘到振动介体21B上。
振动介体只可在一个或多个确定方向上移动。一个或多个确定方向取决于振动响应换能器的方向敏感性。双晶压电元件响应平行于其厚度方向施加的力，产生电信号。这时，振动介体沿指部60e侧面不受限制。然而，即使振动介体受限于与振动介体移动的虚拟平面垂直的方向，该限制也对振动响应换能器没有任何影响。
振动介体可以锚定在相关指部的侧面上。例如，振动介体的下部可用粘附剂粘到相关指部的侧面上。当弦S引起振动介体振动时，粘附剂弹性形变，以便允许振动介体弯曲压电元件。这样锚定的振动介体在本发明的技术范围内。
振动介体本质上有弹性。尺寸和弹性材料可用以下方式选择：尽管其中产生振动，弹性振动介体可以在可检测的范围内改变相应振动响应换能器上的压力。这时，即使弹性振动介体固定到指部的侧面上，振动弦S也引起弹性振动介体振动，振动响应换能器将振动转换为电信号。
每个振动介体都可与一个以上的双晶压电元件关联。在多个双晶压电元件中产生大量电流，信号在很宽的范围内变动。
任何种类的振动响应换能器都可用于拾音单元，以便其将振动介体和芯板间相对位置的差值转换为电信号。其它振动响应换能器的实例是例如，应变计和磁致伸缩换能器。
振动介体可给以振动响应换能器组件共享力或扭转。

Claims (32)

1.一种用于弦乐器的拾音单元，包括：
固定件(10；10B；10E；10F)，附加到所述弦乐器的壳(B)上，有多个区(11)；和
多个换能器(30；30B；30E；30F)，在其确定部分分别连接到所述多个区中的所述固定件上，可分别响应以确定方向(F)加到其上的反复力而变形，以产生表示所述反复力的电信号；其特征在于，还包括
多个振动介体(20；20B；20C；20D；20E；20F)，连接在所述弦乐器的弦(S)和所述多个换能器(30；30 B；30E；30F)的其它部分之间，以从所述弦(S)向所述多个换能器(30；30 B；30E；30F)传输所述反复力，且至少能分别以所述多个区(11)中的所述确定方向(F)自由移动。
2.如权利要求1中所述的拾音单元，其特征在于，所述多个换能器(30；30B；30E；30F)分别有压电元件(40；40B；70)，以便在所述多个换能器(30；30B；30E；30F)形变时产生所述电信号。
3.如权利要求2中所述的拾音单元，其特征在于，所述压电元件(40；40B；70)响应所述反复力，以便通过重复弯曲产生所述电信号。
4.如权利要求3中所述的拾音单元，其特征在于，所述压电元件由有两个压电晶体片的双晶类型(40；40B)制成。
5.如权利要求4中所述的拾音单元，其特征在于，每个所述压电元件(40；40B)有一对双晶类型压电晶体片。
6.如权利要求4中所述的拾音单元，其特征在于，每个所述压电元件有多对双晶类型压电晶体片。
7.如权利要求3中所述的拾音单元，其特征在于，还包括设在所述多个振动介体和所述压电元件之间的多块塑性物质(42；42a)，以将所述反复力传播到所述多个换能器(40)。
8.如权利要求3中所述的拾音单元，其特征在于，还包括设在所述固定件(10；10B；10E；10F)和所述多个振动介体之间的粘弹体(50)，以限制所述多个振动介体(20；20B；20C；20D；20E；20F)。
9.如权利要求3中所述的拾音单元，其特征在于，所述压电元件(70)是有单个压电晶体片的单晶类型。
10.如权利要求9中所述的拾音单元，其特征在于，每个所述压电元件(70)有一个单晶类型压电晶体片。
11.如权利要求9中所述的拾音单元，其特征在于，每个所述压电元件(70)有多个单晶类型压电晶体片。
12.如权利要求1中所述的拾音单元，其特征在于，多个振动介体在接触面上分别有其第一端关闭第二端开放的槽(21；21B；21C)，以便所述多个换能器(30；30B；30E；30F)通过所述第二端分别突入所述槽。
13.如权利要求12中所述的拾音单元，其特征在于，所述槽(21B)宽度比所述多个换能器厚度大，以便所述多个换能器有与限定所述槽的内表面隔开的中间部。
14.如权利要求12中所述的拾音单元，其特征在于，所述多个换能器(30B)有分别固定到所述多个振动介体(20B)上的尖部。
15.如权利要求13中所述的拾音单元，其特征在于，所述多个换能器(30B)有与所述内表面隔开的尖部，所述尖部用多块塑性物质(42；42a)连接到所述槽的内表面上。
16.如权利要求13中所述的拾音单元，其特征在于，多块塑性物质填充在所述槽的所述内表面和与所述内表面相对的所述多个换能器(30)的整个表面之间的空间中。
17.如权利要求12中所述的拾音单元，其特征在于，所述多个振动介体(20；20D)还有各自的连杆，以加强所述第二端(22)。
18.如权利要求1中所述的拾音单元，其特征在于，所述多个换能器(30；30B；30E；30F)分别有适可容纳在形成于所述固定件(10；10E；10F)中的止动器(30a；30f)和从相关止动器突出的力-电电流转换部分。
19.如权利要求18中所述的拾音单元，其特征在于，所述力-电电流转换部分(40；70)突入分别形成在所述多个振动介体中的槽(11)，并连接到相关多个振动介体(20；20B；20C；20D；20E；20F)。
20.如权利要求19中所述的拾音单元，其特征在于，还包括设在所述力-电电流转换部分和限定所述槽的所述多个振动介体内表面之间的多块塑性物质(42；42a；72)。
21.如权利要求1中所述的拾音单元，其特征在于，所述多个换能器分别有间隔一定距离直接固定到所述固定件(10B)上的力-电电流转换部分(B)，并连接到相关多个振动介体上。
22.如权利要求19中所述的拾音单元，其特征在于，还包括设在所述力-电电流转换部分和限定所述槽的所述多个振动介体内表面之间的多块塑性物质。
23.如权利要求1中所述的拾音单元，其特征在于，所述固定件有限定所述多个区(11)边界部分的弯曲表面，所述多个振动介体(20；20B；20C；20D；20E；20F)分别有保持与所述固定件(10；10B；10E；10F)的所述弯曲表面面对面接触的弯曲接触表面，以便所述弯曲接触表面在所述反复力加在所述多个振动介体(20；20B；20C；20E；20F)上时在所述弯曲表面上滑动。
24.如权利要求23中所述的拾音单元，其特征在于，所述弯曲表面有从其虚拟中心测量的曲率半径，以便驱动所述多个振动介体(20；20B；20C；20E；20F)以绕虚拟中心往复角动。
25.如权利要求1中所述的拾音单元，其特征在于，所述固定件(10)有限定所述多个区边界部分的弯曲表面，所述多个振动介体(20d)分别有基本保持与所叫弯曲表面点对面接触的各自的突起(20d)，以便所述突起在所述反复力加在所述多个振动介体上时在所述弯曲表面上滑动。
26.如权利要求1中所述的拾音单元，其特征在于，还包括分别设在所述多个振动介体和所述多个换能器之间的多块塑性物质(42；42a)。
27.如权利要求26中所述的拾音单元，其特征在于，多块塑性物质(42a)保持与所述多个换能器的尖部接触，所述多个换能器的其余部分不充有所述多块塑性物质。
28.如权利要求26中所述的拾音单元，其特征在于，所述多块塑性物质(42a)保持与所述换能器的力-电电流转换部分接触。
29.如权利要求26中所述的拾音单元，其特征在于，所述多块塑性物质在以下条件下硬度范围从4.0到4.5：让直径36mm、重200g的钢珠从50cm高处落下，在所述多块塑性物质中形成凹痕，所述凹痕直径从28mm变化0.5mm时，所述硬度从3变化0.1。
30.如权利要求29中所述的拾音单元，其特征在于，所述多块塑性物质是可塑性粘土。
31.如权利要求1中所述的拾音单元，其特征在于，还包括设在所述固定件和所述多个振动介体之间的粘弹体(50)，以便在所述反复力加到所述多个振动介体上时限制所述振动介体的运动。
32.如权利要求29中所述的拾音单元，其特征在于，所述多块塑性物质由硅酮封闭剂形成。
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