CN101089949B - 电弦乐器和并入其中的用于将振动转换为信号的拾取单元 - Google Patents

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Abstract

一种电大提琴(10)配备有在弦马(3)下方的拾取单元(4)且琴弦(2)通过弦马(3)在乐器主体(1)上方拉伸；拾取单元(4)具有竖立了弦马(3)的弦马座(20)，弦马座(20)下方设置压电换能器(4A)，在粗琴弦(2d)下方的一侧部(20A)处弦马座(20)被栓接到乐器主体(1)上；但在细琴弦(2a)下方的另一侧部(20B)自由振动；当演奏者在琴弦(2)上拉奏时振动的琴弦(2)引发弦马(3)的摆动，弦马(3)的支腿部分(3B1，3B2)交替压在一侧部(20A)和另一侧部(20B)上；只有另一侧部(20B)的振动引发压电转换器(4A)的变形，使压电转换器(4A)不与被栓接的侧部(20A)干涉。

Description

电弦乐器和并入其中的用于将振动转换为信号的拾取单元
技术领域
本发明涉及一种电弦乐器，且更特别地，涉及一种电弦乐器，例如用于从表达琴弦振动的音频信号来产生电乐音的电摩擦弦乐器(electric rubbedstring musical instrument)，以及涉及一种并入电弦乐器中的拾取单元
背景技术
电小提琴和电大提琴都是电弦乐器的例子，且电弦乐器的典型例子显示于图1中。电弦乐器分为乐器主体1、琴弦2、弦马3、压电转换器4和传感器保持器5。乐器主体1具有纵向方向，且琴弦2在乐器主体1的上方拉伸。在这种情况下，四根琴弦2a、2b、2c和2d供演奏者使用。所有琴弦中，琴弦2a是最粗的，而琴弦2d是最细的。换句话说，最高音高部分(highest pitchedpart)中的乐音通过琴弦2d来产生。
浅凹部8形成在乐器主体1的前表面部分中，且传感器保持器5贴靠地容纳在浅凹部8中。压电转换器4放置在传感器保持器5中，且一根线缆6连接至压电转换器4。弦马3竖立在压电转换器4上，并给予琴弦2a、2b、2c和2d张力。当演奏者在琴弦2a、2b、2c和2d上拉奏出音乐乐音时，振动发生在琴弦2a、2b、2c和2d中并通过弦马3从琴弦2a、2b、2c和2d传播至压电转换器4。
弦马3具有冠状部分3A和两个支腿部分3B1和3B2。半圆柱形凹部9形成在冠状部分3A中，且琴弦2a、2b、2c和2d压在冠状部分3A的内表面，该内表面限定了半圆柱形凹部。支腿部分3B1和3B2从冠状部分3A向下伸出，且在压电转换器4上横向地彼此间隔开。
压电转换器4具有压电元件4A，且压电元件4A从传感器保持器7的中心偏移至乐器主体1的右侧，如图2所示。在这种情况下，当弦马3设置在琴弦2a、2b、2c和2d与压电转换器4之间时，右支腿部分3B2位于压电元件4A上方。然而，左支腿部分3B1与压电元件4A间隔开。结果，用于较低音高部分(lower pitched part)的振动转播路径比用于较高音高部分(higherpitched part)的振动传播路径更长。这导致压电转换器4在较高音高部分和较低音高部分的振动-电信号转换特性之间存在差异。由此，图1所示的已有技术的电弦乐器遇到的问题是，琴弦2a、2b、2c和2d的振动不能被准确地转换为从压电转换器4输出的电信号。
上述问题并不能通过一对压电元件来解决。这是因为这样的事实：振动着的琴弦趋于引发支腿部分3B1与3B2中的一个与支腿部分3B1与3B2中的另一个之间的反相位(anti-phase)的运动。详细地说，当一根琴弦或多根琴弦振动时，振动着的一根琴弦或振动着的多根琴弦引发弦马的摇摆，且摇摆着的弦马使两个支腿交替地在压电元件上施加力。当其中一个支腿使相关压电元件上的力增加时，另一个支腿使相关压电元件上的力减少。从一个压电元件输出的输出信号与另一个压电元件中产生的输出信号异相位(outof phase)。为此，输出信号彼此部分地抵消，且在混合之后，音响系统承受小的电信号振幅。
在日本专利No.3180689中提出了一种对策，该已有技术的电弦乐器在后文中称为“第一对策”，日本已公开专利申请No.2003-150164提出了一种对策，该已有技术的电弦乐器在后文中称为“第二对策”。
并入第一对策中的压电转换器包括分别设置在弦马的两个支腿下方的两个转换器。然而，其中一个压电元件是虚设(dummy)的。表达琴弦振动的电信号从另一个压电元件中取出。虚设压电元件使其中一个支腿下方的状况与另一个支腿下方的状况相同，以便使从另一个压电元件以对于琴弦振动的高保真度来输出的电信号。
在第二对策中并入两个压电转换器。每个压电转换器具有夹在两个压电元件之间的绝缘层。两个压电转换器分别设置在弦马的两个支腿的下方，并平行地连接。每个压电转换器都相当于电容，以使得平行连接的压电转换器相当于平行连接的电容。结果，压电转换器系统的输出阻抗降低，且截止频率降低。为此，低频分量易于被转换为电信号，且噪声-信号比改善。
然而，第一对策和第二对策遇到的问题是制造成本高。详细地说，在第一对策中弦马的支腿直接压在压电转换器上，且为此，压电转换器容易损坏。为了能使压电转换器能很好地承受力的反复施加，制造者在压电转换器中采用定制的特征(custom feature)，且该定制的特征使制造成本增加。在第二对策中，需要两对压电元件用于压电转换器，这是图1和2所示的已有技术的压电元件的4倍，且这也导致制造成本增加。
发明内容
因此，本发明的重要目的是提供一种电弦乐器，其能以高保真度产生电乐音。
本发明的又一重要目的是提供一种并入电弦乐器中的拾取单元，用于将琴弦的振动转换为电信号。
为了实现该目的，本发明提出将弦马的一侧部约束在乐器主体上。
根据本发明的一个方面，提供一种用于产生电乐音的电弦乐器，包括：乐器主体，具有纵向方向和横向方向；多根琴弦，在乐器主体的上方以纵向方向拉伸，并选择性地振动以指定要产生的电乐音；弦马，设置在多根琴弦与乐器主体之间，振动着的琴弦引发弦马的摇摆；且电弦乐器进一步包括拾取单元，该拾取单元设置在弦马与乐器主体之间，用于将弦马的摇摆转换为代表所指定的电乐音的电信号，且该拾取单元包括弦马座、固定装置和振动-电信号转换器，前述弦马座具有侧部、另外一侧部和表面，弦马竖立在该表面上，前述固定装置将侧部约束在乐器主体上并允许前述另外一侧部自由地振动，而前述振动-电信号转换器被保持为与前述另外一侧部接触并将前述另外一侧部的振动转换为电信号。
根据本发明的另外一个方面，提供一种用于电弦乐器的拾取单元，该电弦乐器具有纵向方向和横向方向，该拾取单元包括：弦马座、固定装置和振动-电信号转换器，前述弦马座具有侧部、另外一侧部和表面，电弦乐器的弦马竖立在该表面上，前述固定装置将侧部约束在电弦乐器的乐器主体上并允许前述另外一侧部自由地振动，而前述振动-电信号转换器被保持为与前述另外一侧部接触并将由于弦马的摇摆而产生的前述另外一侧部的振动转换为电信号，该电信号表达通过电弦乐器的琴弦的振动而指定的电乐音。
附图说明
从结合所附附图的以下描述中可更加清楚地理解电弦乐器和拾取单元的特征和优点，其中
图1为竖立在乐器主体上的弦马和并入已有技术电弦乐器中的振动-电信号转换器的截面视图，
图2为弦马下方的振动-电信号转换器的平面图，
图3为根据本发明的电大提琴的平面图，
图4为沿图3的IV-IV线取出的截面图，显示了弦马下方的拾取单元，
图5为容置在腔室中的压电换能器平面图，该腔室形成在电大提琴的乐器主体中，
图6为设置在压电换能器上的弦马座的平面图，
图7为本发明的拾取单元的频率响应特性曲线图，
图8为已有技术的拾取单元的频率响应特性曲线图，
图9为对横向振动的频率响应特性曲线图，
图10为对纵向振动的频率响应特性曲线图，
图11为根据本发明的另外一电大提琴的平面图。
具体实施方式
在下面的描述中，平行于在乐器主体上方拉伸的琴弦的方向改称“纵向”，而与该纵向方向相交的方向称为“横向”。垂至于由纵向方向和横向方向所限定的平面的方向改称为“垂直”，且该垂直方向平行于乐器主体的厚度方向。
实施本发明的电弦乐器主要包括乐器主体、多个根琴弦、弦马和拾取单元。琴弦在乐器主体的上方以纵向方向拉伸，且在横向方向上彼此间隔开。弦马竖立在乐器主体的表面上，且在垂直方向上伸出。张力施加在琴弦上。琴弦经过弦马，且张力的分力使弦马压在乐器主体的表面上。由此，弦马被设置在乐器主体和琴弦之间。
当演奏者在电弦乐器上演奏音乐乐音时，演奏者引发琴弦的振动，且振动着的琴弦主要引发弦马的摇摆。当弦马摇摆时，弦马在横向方向上振动，并在垂直方向上反复地在拾取单元上施加力。由于弦马在横向方向上振动，所以被应用了力的区域在拾取单元的侧部之间交替地改变。弦马的振动通过拾取单元被转换为电信号，且该电信号通过诸如音响系统这样的适当转换器而被转换为电乐音。
拾取单元包括弦马座、固定装置和振动-电信号转换器。弦马座具有一表面，弦马就竖立在该表面上，且在弦马的摆动运动期间力交替地施加在该表面的两个侧部上。固定装置将其中一个侧部约束在乐器主体上，并允许另外一侧部自由地振动。振动-电信号转换器与前述另外一侧部连接。需要这样的特征，因为振动-电信号转换器对前述另外一侧部的振动更加敏感，而不是对被约束侧部的振动更加敏感。换句话说，被约束侧部的振动不会对振动-电信号转换器具有影响。为此，拾取单元产生电信号，该电信号表达由于琴弦振动而带来的弦马的振动，且在一侧部的振动和另外一侧部的振动之间不存在干涉。换句话说，拾取单元以对琴弦振动的高保真度来产生电信号。
第一实施例
参见附图的图3，实施本发明的电大提琴其整体由附图标记10来指代。电大提琴10包括乐器主体1、琴弦2、弦马3和拾取单元4。琴弦2在乐器主体1的上方拉伸，且琴弦2在其两端处被系缚在乐器主体1上。因此，纵向方向由箭头AR1指示，而箭头AR2指示横向方向。垂直方向垂至于由纵向方向AR1和横向方向AR2所限定平面，且在图2中由箭头AR3指示。
弦马3竖立在拾取单元4上。琴弦2被保持为与弦马3的上表面接触，且弦马3给予琴弦2张力。为此，振动从琴弦2传播至弦马3，并引发拾取单元4上的弦马3的摇摆。拾取单元4在弦马3的下方嵌入乐器主体1中，且摇摆从弦马3传播至拾取单元4。弦马3的摇摆使拾取单元4反复地变形，且变形被转换为音频电信号。
拾取单元4通过线缆41连接至音响系统42。音响系统42包括扩音器单元43，即预扩音器(pre-amplifier)和主扩音器(main-amplifier)，扬声器44和耳机45。音频电信号在扩音器单元43中被均衡(equalize)并被增加量值，且此后，通过扬声器44和/或耳机45被转换为电信号。由于电信号通过音响系统42而被转换为电乐音，所以不需要用于电大提琴10的任何共鸣器(resonator)。
拾取单元4在一侧部处被固定到乐器主体1a上，以便在该侧部处被约束而不会由于振动而变形。然而，拾取单元4的另一侧部被简单地放置在乐器主体1上，而没有任何约束。为此，拾取单元4的另一侧部由于弦马3的摇摆而在乐器主体1上反复地变形。换句话说，琴弦2的振动反复地引发拾取单元4的另一侧部的变形。尽管弦马3在拾取单元4的一侧部上摇摆，但该侧部——被固定在乐器主体1a上——并不变形且不会对拾取单元4有影响。
后文对电大提琴10的组成部件进行详细描述。
乐器主体1分为躯干(trunk)1a、框架11、弦轴(peg)12、弦轴箱(pegbox)12a、系弦板(tailpiece)13、弦枕(nut)14和指板15。躯干1a在纵向方向AR1上延伸，并形成有如图4所示的腔室22。该腔室22位于弦马3的下方，且足够宽以能容置拾取单元4。
框架11具有侧板(side frame)11a、肋板11b和另外的侧板11c。侧板11a从躯干1a的其中一个侧表面上伸出，并在该侧板11a的一端处连接至躯干1a的该侧表面的中部区域上，并在该侧板11a的另一端处连接至躯干1a的该侧表面的尾部区域。侧板11a在中部部分收缩，以使得侧板11a使使用者能想象出原声大提琴(acoustic cello)的半个音板的轮廓。肋板11b在其一端连接至侧板11a并在其另一端连接至躯干1a，以便加强侧板11a。另外的侧板11c从躯干1a的另一侧表面上与侧板11a成反向地伸出，且该另外的侧板11c在其一端处连接至另一侧表面的中部区域，而在其另一端处连接至该另一侧表面的尾部区域。尽管一侧表面的尾部区域对应于另一侧表面的尾部区域，但与另一侧表面的中部区域相比，一侧表面的中部区域距离尾部区域更近，以使得另一侧板11c比一侧板11a更短。另一侧板11c对称于肋板11c与一侧板11a后部的相结合部分。
弦轴箱12a固定在躯干1a的前部，并从躯干1a的前端伸出。弦轴12跨过弦轴箱12a、平行于横向方向AR2延伸，并可旋转地被弦轴箱12a支承。在这种情况下，两个弦轴12从弦轴箱12a的其中一个侧表面上伸出，而其余的两个弦轴12从弦轴箱12a的另一侧表面上伸出。
系弦板13固定在躯干1a的尾部，并具有与躯干1a尾部的上表面间隔开的尾部。另一方面，弦枕14固定在躯干1a的最前部，并在横向方向AR2上延伸。
指板15固定在躯干1a前部的上表面上，且指板15的前端保持与弦枕14接触。与指板15的上表面相比，弦枕14具有距躯干1a的上表面更远的上表面。
四根琴弦2a、2b、2c和2d分别缠绕在弦轴12上，并在这些琴弦的另一端部处系缚在系弦板13上。琴弦2d在所有琴弦中是最粗的，且演奏者在琴弦2d上拉奏以产生最低音高部分中的电乐音。另一方面，琴弦2a是所有琴弦中最细的，且演奏者在琴弦2a上拉奏以产生最高音高部分中的电乐音。
弦马3为薄板，且由硬木制成。如在图4中可更好地看到，弦马3具有冠状部分3A、两个支腿部分3B1和3B2、以及在冠状部分3A与支腿部分3B1和3B2之间的中部部分3C。琴弦2a、2b、2c和2d跨过弦马3而延伸，并被保持为与冠状部分3A的上表面接触。张力的向下分力施加在冠状部分3A的上表面上，并使弦马3竖立在拾取单元4上。中部部分3C收缩，且两个支腿部分3B1和3B2从该中部部分3C向下方并向侧方伸出。弦马3将两个支腿部分3B1和3B2设置在拾取单元4上。然而，两个支腿部分3B1和3B2并没有固定到拾取单元4上。弦马3在两个支腿部分3B1和3B2处被压在拾取单元4上。由此，向下的分力将弦马3保持为直立在拾取单元4上。
拾取单元4具有弦马座20、双晶压电换能器(bimorph piezoelectrictransducer)4A(见图5)、连接器21、弹性板24和固定装置26。弦马3放置在弦马座20上，并由于琴弦2a、2b、2c和2d的张力而被压在弦马座20上。弦马座20在侧部20A处通过固定装置26而被固定到乐器主体1a上。侧部20A被直接地保持为与乐器主体1a接触，且乐器主体1a——其与侧部20A保持接触——很有刚度使得摆动着的弦马3不会使乐器主体1a变形。然而，另一侧部20B可在乐器主体1a上移动。双晶压电换能器4A设置在另一侧部20B的下方，且弹性板24被插入另一侧部20B与双晶压电换能器4A之间。双晶压电换能器4A连接至连接器21，并通过连接器21而被电连接至信号输出线缆6。
当演奏者在琴弦2a、2b、2c和2d上拉奏时，振动着的琴弦2a、2b、2c和2d引发弦马3的摆动，且弦马3交替地在支腿部分3B1和3B2上“踩踏”。结果，力Z交替地施加在侧部20A和20B上。支腿部分3B2使双晶压电换能器4A与弦马座20和弹性板24一起变形。然而，支腿部分3B1不会使弦马座20变形。结果，在没有侧部20A的任何影响的情况下，双晶压电换能器4A将侧部20B的变形进行转换。
更详细地，浅凹部8形成在乐器主体1a中，并在横向方向上延伸。限定了浅凹部8的底表面8a从外周表面7上缩进，该外周表面7形成乐器主体1a的上表面的一部分。腔室22比浅凹部8更深，且开放至底表面8a。孔23开放至腔室22，且信号输出线缆6穿过孔23。信号输出线缆6端接在乐器主体1a的背表面上的插座(未示出)处，且连接至线缆41的塞孔(未示出)插入插座内，以便将音响系统42电连接至拾取单元4。
浅凹部8具有矩形外周，且矩形外周对应于弦马座20的外周。为此，弦马座20贴靠地容纳在浅凹部8中，如图6所示。弦马座20由合成树脂制成，且因而，能变形。弦马3的支腿3B1和3B2在弦马座20上沿横向方向互相间隔开。由于弦马座20的外周如壁垒状地高出，支腿3B1和3B2不会移动至弦马座20之外。尽管弦马座20具有平坦的上表面，但是侧部20B比侧部20A更薄，且侧部20B的背表面从侧部20A的背表面上向上缩进。
在本例中，固定装置26由螺栓26和形成在乐器主体1a中的螺纹孔26a来实施(见图5)，且该固定装置26开放至浅凹部8。一通孔形成在弦马座20的侧部20A中并与螺纹孔26a对准，所处状态是弦马座20贴靠地容纳在浅凹部8中。螺栓26穿过通孔而被旋入沉头孔(headed hole)26b，以使得侧部20A被压在底表面8a的位于腔室22左侧的区域上。
双晶压电换能器4A由压电共聚物制成。另外一类压电换能器也可用于拾取单元4。例如，压电换能器可具有绝缘合成树脂层和压电材料层的多层结构。双晶压电换能器4A位于底表面8a的在腔室22右侧的区域上，如图5所示。最细的琴弦2a经过位于腔室22右侧区域的上方。当弦马座20贴靠地容纳在浅凹部8中时，弦马座20的侧部20B的背表面与双晶压电换能器4A接触。由此，双晶压电换能器4A被夹在弦马座20的侧部20B与弹性板24之间。如前文所述，侧部20B的背表面从侧部20A的背表面向上缩进，以使得，在图5中，弹性板24和双晶压电换能器4A被放置在侧部20B和底表面8a在腔室22右侧的区域之间，而不承受很大的应力(stress)。双晶压电换能器4A将机械应力转换为电荷，且电荷流出并进入信号输出线缆6，作为代表弦马3摆动频率的电信号。
弹性板24由橡胶制成，且在存在力Z时能弹性变形。在图5中，弹性板24放置底表面8a在腔室22右侧的区域上，且覆盖双晶压电换能器4A上。弹性板24允许双晶压电换能器4A在存在力Z时变形。而且，弹性板24不允许双晶压电换能器4A过度地变形，并放置双晶压电换能器4A损坏。
假定演奏者在向弦马3应用了向下分力的情况下拉奏琴弦2a、2b、2c和2d。振动着的琴弦2a、2b、2c和2d引发弦马3在横向方向上的摆动，如图4中箭头30所示，且力Z反复地施加在侧部20A和20B上。换句话说，支腿部分3B1和3B2在侧部20A和20B上振动。尽管支腿部分3B2引发侧部20B的振动，但固定装置26防止侧部20A振动。为此，只有侧部20B引发双晶压电换能器4A的反复变形，而侧部20A不会干涉双晶压电换能器4A的变形。结果，以高保真度表达琴弦2a、2b、2c和2d振动的电信号可从拾取单元4中取出。这就是在电大提琴10上演奏期间弦马3和拾取单元4的大致工作情况。
对双晶压电换能器4A设置在侧部20B下方的原因以及弦马3的工作情况一起作更详细的描述。尽管如前文所述，弦马3基本上在存在琴弦2a、2b、2c和2d振动的情况下工作，但琴弦2的振动还引发弦马3的其他类型的振动，这类振动与由箭头30所指的振动相混合。
其他类型振动中的一种可认为是，在用于产生较高音高部分中乐音的琴弦2的振动期间，弦马3的扭转运动。另外一类振动发生在颤音(vibratos)期间以及演奏者改变在琴弦2上的拉奏压力的情况下，并可认为是沿纵向方向AR1的振动。期望拾取单元4将这些类型振动转换为电信号。
通过琴弦2a的振动而产生较高音高部分的乐音存在最大的可能性。振动激发力(exciting force)在琴弦2a与冠状部分3A之间的接触区域处施加在弦马3上，以使得支腿3B2比支腿3B1更大范围地移动。为此，需要使侧部20B自由地振动。尽管为防止干涉需要将侧部20A或侧部20B设置为处于约束状态下，但从另外一种较高保真度的观点来看，需要使侧部20B自由地振动。为此，侧部20A被固定装置26所约束。
如从前面的描述中可理解，侧部20A和20B中的一个被约束，而侧部20A和20B中的另一个自由地振动。结果，弦马座20能防止压电换能器4A受到支腿3B1的振动和支腿3B2的振动之间相干涉的影响，支腿3B1和3B2的振动是由于箭头30所指的振动而产生的。这就能以高保真度产生电乐音。
而且，对位于粗琴弦2d下方的侧部20A进行约束。使细琴弦2a下方的未约束侧部20A能很好地对其他振动作出响应。为此，能增强电乐音的保真度。
弹性板24允许压电换能器4A在没有任何损坏的情况下反复地变形。为此，弹性板24使拾取单元4持久耐用。
压电换能器4A的结构——即绝缘薄膜和压电材料层的多层结构——能对侧部20B的振动迅速地作出响应，且比其他的结构更合乎需要。
本发明人通过实验将拾取单元4与图1所示的已有技术的拾取单元进行比较。实验如下地执行。电大提琴10配备有拾取单元4，且在对拾取单元4进行实验之后，拾取单元4被已有技术的拾取单元替换。准备好电大提琴10。
最粗的琴弦和最细的琴弦用于以66Hz和221Hz发出乐音。尽管在普通演奏中最高音高的乐音具有400Hz的等级，但大提琴能通过谐音(harmonicstone)或泛音(flageolet tone)来以极高的音高产生乐音。大提琴的乐音含有谐音和超过约20kHz可听范围的高次谐音。
本发明人通过用冲击锤(impulse hammer)敲击弦马3而引发振动。弦马的振动传播至拾取单元4，且拾取单元4产生表达振动的电信号。该电信号可通过适当的系统来监测，并针对频率响应特性进行分析。还针对已有技术的拾取单元执行实验。在对已有技术的拾取单元的实验中，电信号以这样的方式被调整：使声压与针对本发明的拾取等于4的所作实验中的声压相均衡。
用语“横向振动”意义是由于弦马3的摆动而产生的振动，而用语“纵向振动”意义是由于弦马3在纵向方向上的运动而产生的振动。
在图7至10中绘制了频率响应特性。曲线PL1代表本发明的拾取单元4对横向振动的频率响应特性，且曲线PL2代表本发明的拾取单元4对纵向振动的频率响应特性。曲线PL3代表已有技术的拾取单元对横向振动的频率响应特性，而曲线PL4代表已有技术的拾取单元对纵向振动的频率响应特性。
将曲线PL1与曲线PL3进行对比，可知在大提琴乐音的基本频率范围内——即66Hz至400Hz，以及在700Hz附近的频率范围内，本发明的拾取单元4呈现的响应特性优于已有技术拾取单元的响应特性。为此，演奏者感受到，通过配备了拾取单元4的电大提琴10所产生的电乐音比配备了已有技术弦马的电大提琴所产生的乐音更加丰富。
当在配备了本发明的拾取单元4的电大提琴10与配备了已有技术的拾取单元的电大提琴之间对从1kHz至4kHz的频率响应特性进行均衡时，可从图9中清楚地看到趋势。
将曲线PL2与曲线PL4进行对比，可知在较高音高部分方面，本发明的拾取单元4呈现的响应特性比已有技术的拾取单元呈现的响应特性差，如图10所示。详细地说，演奏者知道，对于人为的表现力(artificial expression)来说，颤音和音色(timbre)在较高音高部分方面很重要。颤音引发纵向方向上的振动，而琴弓压力的改变也引发弦马在纵向方向上的运动。颤音和琴弓压力的改变使谐音改变，且这种现象使演奏者和观众能感受这些表演风格。拾取单元4在较高音高部分呈现出对弦马3纵向振动的较好的响应特性，以使得演奏者能容易地通过配备了本发明的拾取单元4的电大提琴10将人为的表现力赋予乐音。
然而，在基本频率范围内，方面拾取单元4的响应特性比已有技术的拾取单元的响应特性差。对于电大提琴来说，这种频率响应特性是所需要的，因为横向振动比较不会与纵向振动相干涉。这就是为什么通过配备了拾取单元4的电大提琴能产生丰富电乐音的另外一个原因。
由此，在高音高部分和低音高部分的频率响应特性方面，本发明的拾取单元4优于已有技术的拾取单元。
第二实施例
转到附图的图11，实施本发明的另外一种电摩擦弦乐器10A主要包括乐器主体1A、琴弦2A、弦马3A和拾取单元4，类似于电大提琴10。电摩擦弦乐器10A进一步包括音响系统42A。由于音响系统42A具有输出插座(未示出)，所以可以通过该输出插座向诸如音响系统42这样的外部音响系统提供电信号。该乐器主体1A、琴弦2A、弦马3A和拾取单元4A在结构上类似于乐器主体1、琴弦2、弦马3和拾取单元4，且为此，其组成部件标记以指代乐器主体1、琴弦2、弦马3和拾取单元4的相应组成部件的标记，不做详细描述。
内置音响系统42A比音响系统42更简单。在本例中，仅通过耳机45A将电信号转换为电乐音。然而，小尺寸的扬声器可以进一步并入内置音响系统42A中。电力直接从本地插座(home socket)供应至内置音响系统42A。然而，可以在乐器主体1A的内部设置适当的电池。
电摩擦弦乐器10A能实现电大提琴10的所有优点。而且，内置音响系统42使电摩擦弦乐器10A增强便携性。
尽管已经对本发明的具体实施例作出了显示和描述，但本领域技术人员应知，在不脱离本发明精神和范围内可做各种改变和修改。
电大提琴10并不对本发明的技术范围构成任何限制。电小提琴、电中提琴和电倍低音提琴(electric double bass)可以配备本发明的拾取单元4。混合小提琴(hybrid violin)、混合中提琴(hybrid viola)、混合大提琴(hybridcello)和混合低音提琴(hybrid double bass)可具有共鸣腔(resonatingchamber)和拾取单元4。可以对从拾取单元4或4A输出的电信号取样并将其转换为数字信号，以便分析用于以电子方式产生乐音的数字信号。
摩擦弦乐器并不对本发明的技术范围构成任何限制。本发明可以与任何种类的弦乐器相关，只要琴弦的振动通过诸如弦马这样的可振动介质传播至振动-电信号转换器即可。
双晶压电换能器并不对本发明的技术范围构成任何限制。单晶(mono-morph)压电换能器可用在本发明的拾取单元中。
螺栓26并不对本发明的技术范围构成任何限制。另外种类的机械固定装置，如键或夹钳，也可用于弦马座20。当然，机械固定装置并不对本发明的技术范围构成任何限制。一对磁性元件可起到固定装置的作用。在本例中，其中一个磁性元件嵌入乐器主体1a中，而另一个磁性元件嵌入弦马座20中。
压电换能器4A并不对本发明的技术范围构成任何限制。弦马的摇摆运动可以电磁方式转换为电信号。另外，应变计或半导体应变传感器也可以用作拾取单元。
拾取单元4可以与自动演奏乐器的控制器连接，或与用于演出的光盘或DVD盘的适当回放系统连接。
从拾取单元4防止干涉的观点来看，侧部20A上的约束并不对本发明的技术范围构成任何限制。
弹性板24不是本发明不可缺少的元件。在压电换能器4A粘接在侧部20B的背表面上的情况下，可以从底表面8a和压电换能器4A之间去掉弹性板24。
用于弦马3的材料并不对本发明的技术范围构成任何限制。例如，弦马3可以由合成树脂制成。弦马3的轮廓并不对本发明的技术范围构成任何限制。即使弦马的下部并不分叉，侧部上的约束也能使拾取单元4不会受到干涉。
电弦乐器10/10A的组成部件与权利要求用语的关联情况如下。乐器主体1/1A，琴弦2/2A、弦马3/3A和拾取单元4/4A在权利要求中称为“乐器主体”、“琴弦”、“弦马”和“拾取单元”。单晶压电转换器4A起到“振动-电信号转换器”的作用。弹性板24对应于“弹性变形板”。螺纹孔26a和螺栓26分别起到“阴螺纹”和“阳螺纹”的作用。

Claims (20)

1.一种用于产生电乐音的电弦乐器(10；10A)，包括：
乐器主体(1；1A)，具有纵向方向(AR1)和横向方向(AR2)且包括上表面；
多根琴弦(2；2A)，在所述乐器主体(1；1A)的所述上表面的上方以所述纵向方向(AR1)拉伸，并选择性地振动以指定要产生的电乐音；
弦马(3；3A)，设置在所述多根琴弦(2；2A)与所述乐器主体(1；1A)的所述上表面之间，振动着的琴弦引发所述弦马(3；3A)的摇摆；和
拾取单元(4；4A)，设置在所述弦马(3；3A)与所述乐器主体(1；1A)的所述上表面之间，用于将所述弦马(3；3A)的所述摇摆转换为代表所指定的电乐音的电信号，且包括
弦马座(20)，具有侧部(20A)、另外一侧部(20B)和表面，所述弦马(3；3A)竖立在该表面上，和
振动-电信号转换器(4A)，被保持为与所述另外一侧部(20B)接触并将所述另外一侧部(20B)的所述振动转换为所述电信号，
其特征是
所述拾取单元(4；4A)进一步包括固定装置(26；26a)，该固定装置(26；26a)将所述弦马座(20)的所述侧部(20A)约束在所述乐器主体(1；1A)的所述上表面上，并允许所述另外一侧部(20B)自由地振动。
2.如权利要求1所述的电弦乐器，其中所述振动-电信号转换器(4A)具有一块压电材料，该块压电材料将由于所述另外一侧部(20B)的所述振动而施加于其上的应力转换为所述电信号。
3.如权利要求2所述的电弦乐器，其中所述拾取单元(4；4A)进一步包括在所述乐器主体(1；1A)的所述上表面与所述一块压电材料之间的弹性变形板(24)，以使得所述一块压电材料夹在所述弦马座(20)的所述另外一侧部(20B)与所述弹性变形板(24)之间。
4.如权利要求3所述的电弦乐器，其中所述一块压电材料由压电共聚物制成，以使得所述另外一侧部(20B)的所述振动引发所述压电共聚物的变形以及所述弹性变形板(24)的弹性变形。
5.如权利要求3所述的电弦乐器，其中所述振动-电信号转换器(4A) 和所述弹性变形板(24)容装在形成于所述乐器主体(1；1A)中并由所述上表面的一部分限定的中空空间(22)中，且所述中空空间(22)由所述弦马座(20)封闭。
6.如权利要求1所述的电弦乐器，其中通过在所述多根琴弦(2)上以所述横向方向(AR2)进行拉奏，使所述多根琴弦(2)被选择性地摩擦，以便引发所述弦马(3；3A)的摇摆，且施加在所述多根琴弦(2)中被选择的一根或被选择的多根琴弦上的张力在所述拉奏期间变化，以使得所述多根琴弦(2)中所述被选择的一根或被选择的多根琴弦反复地使所述弦马(3；3A)在所述纵向方向(AR1)上倾斜。
7.如权利要求6所述的电弦乐器，其中与所述多根琴弦中用于较低音高部分的另外一根琴弦(2d)相比，所述多根琴弦(2)中用于较高音高部分的一根琴弦(2a)距离所述另外一侧部(20B)更近，由此所述振动-电信号转换器(4A)以高保真度产生表达所述弦马的所述摇摆和反复倾斜的所述电信号。
8.如权利要求1所述的电弦乐器，其中所述固定装置(26，26a)使所述侧部(20A)不相对于所述乐器主体(1；1A)的所述上表面移动。
9.如权利要求8所述的电弦乐器，其中所述固定装置包括阳螺纹(26)和形成在所述乐器主体(1；1A)中的阴螺纹(26a)，所述阳螺纹(26)保持与所述阴螺纹(26a)螺纹啮合，用于将所述侧部(20A)压在所述乐器主体(1；1A)上，以便使所述侧部(20A)不相对于所述乐器主体(1；1A)的所述上表面移动。
10.如权利要求1所述的电弦乐器，其中所述电信号从所述拾取单元(4；4A)提供至音响系统(42；42A)，以使得所述电信号被转换为电乐音。
11.如权利要求10所述的电弦乐器，其中所述音响系统(42)与所述乐器主体(1)、所述琴弦(2)、所述弦马(3)和所述拾取单元(4)实体上分离开，以使得所述拾取单元(4)通过外部线缆(41)与所述音响系统(42)电连接。
12.一种用于电弦乐器(10；10A)的拾取单元(4；4A)，该电弦乐器(10；10A)具有纵向方向(AR1)和横向方向(AR2)且包括上表面，所述拾取单元包括：
弦马座(20)，设置在所述弦乐器的所述上表面上且具有侧部(20A)、 另外一侧部(20B)和表面，所述电弦乐器(10；10A)的弦马(3；3A)竖立在该表面上，和
振动-电信号转换器，被保持为与所述另外一侧部接触，并将由于所述弦马的摇摆而产生的所述另外一侧部的振动转换为电信号，该电信号表达通过所述电弦乐器的琴弦的振动而指定的电乐音，
其特征是进一步包括
固定装置(26；26a)，将所述侧部(20A)约束在用于形成所述电弦乐器(10；10A)的乐器主体(1；1A)一部分的所述上表面上，并允许所述另外一侧部(20B)自由地振动。
13.如权利要求12所述的拾取单元，其中所述振动-电信号转换器(4A)具有一块压电材料，该块压电材料将由于所述另外一侧部(20B)的所述振动而施加于其上的应力转换为所述电信号。
14.如权利要求13所述的拾取单元，其中所述拾取单元(4；4A)进一步包括在所述乐器主体(1；1A)的所述上表面与所述一块压电材料之间的弹性变形板(24)，以使得所述一块压电材料夹在所述弦马座(20)的所述另外一侧部(20B)与所述弹性变形板(24)之间。
15.如权利要求14的拾取单元，其中所述一块压电材料由压电共聚物制成，以使得所述另外一侧部(20B)的所述振动引发所述压电共聚物的变形以及所述弹性变形板(24)的弹性变形。
16.如权利要求14的拾取单元，其中所述振动-电信号转换器(4A)和所述弹性变形板(24)容装在形成于所述乐器主体(1；1A)中并由所述上表面的一部分限定的中空空间(22)中，且所述中空空间(22)由所述弦马座(20)封闭。
17.如权利要求12所述的拾取单元，其中通过在所述琴弦(2；2A)上以所述横向方向(AR2)进行拉奏，使所述琴弦(2；2A)被选择性地摩擦，以便引发所述弦马(3；3A)的摇摆，且施加在所述琴弦(2；2A)中被选择的一根或被选择的多根琴弦上的张力在所述拉奏期间变化，以使得所述琴弦(2；2A)中所述被选择的一根或被选择的多根琴弦反复地使所述弦马(3；3A)在所述纵向方向(AR1)上倾斜。
18.如权利要求17的拾取单元，其中与所述琴弦(2；2A)中用于较低音高部分的另外一根琴弦(2d)相比，所述琴弦(2；2A)中用于较高音高 部分的一根琴弦(2a)距离所述另外一侧部(20B)更近，由此所述振动-电信号转换器(4A)以高保真度产生表达所述弦马(3；3A)的所述摇摆和反复倾斜的所述电信号。
19.如权利要求12所述的拾取单元，其中所述固定装置(26，26a)使所述侧部(20A)不相对于所述乐器主体(1；1A)的所述上表面移动。
20.如权利要求19的拾取单元，其中所述固定装置包括阳螺纹(26)和形成在所述乐器主体(1；1A)中的阴螺纹(26a)，所述阳螺纹(26)保持与所述阴螺纹(26a)螺纹啮合，用于将所述侧部(20A)压在所述乐器主体(1；1A)上，以便使所述侧部(20A)不相对于所述乐器主体(1；1A)的所述上表面移动。 
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