CN104299606A - 拾音装置 - Google Patents

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Abstract

一种拾音装置,包括：配置为检测声学乐器的音板的振动速度的速度检测器和配置为从通过速度检测器检测到的速度产生音频信号，且输出该音频信号的信号产生器。

Description

拾音装置
技术领域
本发明涉及一种拾音装置，且更特别地，涉及一种用于将声学乐器(诸如钢琴)的声音转换成电信号的技术。
背景技术
存在由将钢琴的声音转换成电信号的拾音装置。示例性地，在JP-UM-Y-61-034558中已经公开了使用设置在桥接部上的压电元件检测钢琴琴弦振动的技术。此外，在JP-A-7-248760和JP-A-2007-049578中已经公开了其中麦克风设置在钢琴的音板附近、且使用该麦克风从该音板拾取发出的声音的技术。进一步地，在JP-A-2003-186476中已经公开了其中使用振动传感器(诸如安装在钢琴的音板的背面上的加速度传感器)检测钢琴的音板的位移(加速度的二阶积分)、以及进行声音采样的技术。
根据上述的相关领域技术(使用压电元件检测钢琴的琴弦的振动)，仅琴弦的振动可被检测且不将音板的振动信息计入考量，由此声音信息不充分，且难以再现钢琴的声音。此外，压电元件需要安装在对应于每一个琴弦的桥接部上，由此存在钢琴的配线工作和制造工艺变得复杂的问题。
根据上述相关领域技术(使用麦克风拾取来自钢琴的音板的声音)，来自扬声器的部分声音输出被反馈至麦克风，由此存在发生振鸣的担忧。此外，存在拾取不希望的环境音的问题。而且，需要专门技能来设置麦克风，由此拾取高质量的声音是困难的。
根据上述相关领域技术(使用加速度传感器检测钢琴的音板的位移)，仅可检测音板的振幅方向的位移。由于该位于不直接影响声压(声压不和位移成比例)，获取的声音缺乏真实的感觉，且难以完整地再现钢琴的声音。
发明内容
本发明可提供一种拾音装置，其能够抑制振鸣的发生，且再现诸如钢琴的声学乐器的自然声音。
该拾音装置可包括：速度检测器，其配置为检测声学乐器的音板的振动速度；和信号产生器，其配置为从通过速度检测器检测到的速度产生音频信号，且输出该音频信号。
速度检测器可至少包括：加速度传感器，其配置为检测声学乐器的音板的振动的加速度；和积分器，其配置为将加速度传感器的输出信号积分。
加速度传感器可设置在音板上。
加速度传感器可为多向加速度传感器。
该多向加速度传感器被设置为使得该多向加速度传感器检测加速度的一个方向平行于形成该音板的纹理的方向。
该声学乐器可为钢琴，且速度检测器可设置在和桥接部或音拱相对的位置处,其中音板保持在它们之间，或速度检测器可设置在所述音拱附近。
附图说明
图1是示出了根据第一实施例的三角钢琴的外观的透视图；
图2是例示了根据第一实施例的三角钢琴的内部结构的视图；
图3是例示了根据第一实施例的加速度传感器的布置的视图；
图4是示出了根据第一实施例的拾音装置的构造的示例的视图；
图5是示出了根据第二实施例的拾音装置的构造的示例的视图；
图6是例示了根据第二实施例的速度传感器的布置的视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图对根据本发明的实施例进行描述。
在下文所描述的实施例中，将其中使用了根据本发明的拾音装置的情形作为示例，且对其进行了描述。但是，根据本发明的拾音装置能够应用至装备有音板的任意声学乐器，诸如小提琴和吉他。
<第一实施例>
图1是示出了根据第一实施例的三角钢琴1的外观的透视图。
和相关技术的三角钢琴类似，该三角钢琴1在其正面具有键盘(其布置有被乐手的手演奏的多个键2)，且其还具有用于演奏控制的踏板3。
(三角钢琴1的构造)
图2是例示了三角钢琴1的内部结构的视图。在该视图中，关于提供给各个键2的构造，仅关注了一个键2，且提供了对其的描述，且关于提供给其他键2的部分，相关的描述被省略。
每一个音锤4设置用于相应的一个键2。当键2被按压时，施加至其的力被经由动作机构(未示出)传递至音锤4，由此音锤4被移动且击打对应于键2的琴弦(发声主体)5。此外，取决于键2的按压量和制音器踏板的踩踏量，制音器8转至和琴弦5的非接触状态或接触状态，其中制音器踏板是踏板3中的一个(下文中，在其中仅简单地使用术语“踏板3”的情形中，其指的是制音器踏板)。当和琴弦5接触时，制音器8抑制琴弦5的振动。
音板7是木制的板状构件。在音板7的正面上，设置有长度不同的两个桥接部6(6H、6L)，且在其背面上布置有多个音拱75。在普通钢琴演奏的情形中，由音锤4击打的琴弦5的振动经由桥接部6传递至音板7。在两个桥接部6中，长的桥接部6H在琴弦5的高音声侧支撑琴弦，且短的桥接部6L在琴弦5的低音声侧支撑琴弦。在下文的描述中，在其中不特别地需要区别长的桥接部6H和短的桥接部6L的情形中，桥接部简单地称作桥接部6。
构成根据该实施例的拾音装置100(见图4)的加速度传感器50(下文中描述)通过使用安装构件60而被固定至音板7。安装构件60可仅为能够将加速度传感器50安装在音板7上的构件。双面胶带或粘结剂被用作安装构件60的示例。使用加速度传感器50来检测音板7的振动的加速度。在该实施例中，加速度传感器50是三向加速度传感器，且沿水平方向和竖直方向检测音板7的振动的加速度。但是，加速度传感器50并不限制为这样的三向加速度传感器，也可为多向(双向或更多)加速度传感器，或可为单向加速度传感器。
图3是例示了加速度传感器50的布置的视图，且其为仰视三角钢琴时获得的视图。在该示例中，两个加速度传感器50H和50L被设置为加速度传感器50。在下文的描述中，在其中不特别地需要区别加速度传感器50H和50L的情形中，加速度传感器被简单地称作加速度传感器50。
在图3中示出的示例中，每个加速度传感器50H和50L都设置在音板7的背面(下表面)上的两个音拱75之间。在这些加速度传感器中，加速度传感器50H设置在和长的桥接部6H相对的位置处，其中音板7保持在它们之间。在另一方面，加速度传感器50L设置在和短的桥接部6L相对的位置处，其中音板7保持在它们之间。换句话说，音板7保持在两个加速度传感器50和两个桥接部6之间。
此外，加速度传感器50可设置在音板7的正面(上表面)上，且在和音拱75相对的位置处，其中音板7保持在它们之间。在该情形中，音板7保持在两个加速度传感器50和音拱75之间。此外，加速度传感器50可设置在音拱75附近，不论是音板7的正面和背面。
更进一步地，在其中一个或多个加速度传感器50定位在其可检测音板7的振动的加速度的位置处的情形中，音板7不必保持在加速度传感器50和桥接部6之间或在加速度传感器50和音拱75之间，而是可设置在任意位置处。此外，加速度传感器50的数量不限制至2个，而是可更多，或仅一个加速度传感器50可设置在音板7上。
此外，加速度传感器50的位置可基于形成音板7的木料的纹理的方向设置。这是因为音板7的振动取决于作为音板7的材料的木料的纹理的方向。示例性地，加速度传感器50可为两向加速度传感器或三向加速度传感器，且可设置为使得其中加速度传感器50检测加速度的一个方向平行于纹理的方向，且加速度传感器50检测加速度的另一方向垂直于纹理的方向。音板7具有在平行于纹理方向的方向和垂直于纹理的方向的方向之间不同的振动传输特质。因此，在由沿和纹理方向平行的方向的振动产生的音调和在由沿和垂直于纹理方向的方向的振动产生的音调之间的差异是最大的。因此，更接近钢琴声音的音板7的振动加速度可通过如上所述地设置加速度传感器50而被检测。
图4是示出了根据第一实施例的拾音装置100的构造的示例的视图。
拾音装置100设置有速度检测器110和信号产生器120。速度检测器110被用于检测三角钢琴1的音板7的振动速度。速度检测器110设置有加速度传感器50(50H、50L)、预放大器112X、112Y和112Z、加法器113、积分器114、和增益调节放大器115。
加速度传感器50检测三角钢琴1的音板7的振动加速度，且输出分别表示加速度的x、y和z分量的加速度信号Sax、Say和Saz。在该实施例中，音板7的振动加速度的x和y分量是音板7的振动加速度沿水平方向(双向方向)的分量，且其z分量是音板7的振动加速度沿竖直方向的分量。这些x、y和z分量是不在同一平面上的分量。但是，加速度的x、y和z分量的定义不限制于该示例，而是可任意地设置。
预放大器112X、112Y和112Z分别用于放大加速度传感器50输出的加速度信号Sax、Say和Saz。预放大器112X、112Y和112Z各自的振幅可任意地设置，从而基于例如加速度传感器50的安装位置而从拾音装置100输出从音频信号SAU再现希望的声音。由于在该实施例中加速度信号Sax、Say和Saz的特质分别反映在预放大器112X、112Y和112Z的输出信号上，预放大器112X、112Y和112Z的输出信号被用作加速度信号Sax、Say和Saz。
加法器113被用于累加由预放大器112X、112Y和112Z分别放大的加速度信号Sax、Say和Saz，且输出表示该累加的结果的累加信号Sa。
积分器114将从加法器113输入、作为累加信号Sa的加速度信号Sax、Say和Saz的累加结果积分，且输出表示积分结果的信号Sv。由于表示音板7的振动加速度的加速度信号Sax、Say和Saz的累加信号Sa的积分结果的信号Sv表示音板7的振动速度，信号Sv在下文中被称作速度信号Sv。
增益调节放大器115被用于调节用于音板7的振动的速度检测器110的增益。
信号产生器120被用于从表示由速度检测器110检测到的速度的速度信号Sv产生音频信号SAU，且输出该信号。在该实施例中，信号产生器120将速度信号Sv输出为音频信号SAU。
在例如不必调节加速度传感器50的输出信号的情形中，可省略预放大器112X、112Y和112Z。此外，预放大器112X、112Y和112Z可与加速度传感器50或加法器113集成。在不必调节速度检测器110的情形中，可省略增益调节放大器115。此外，增益调节放大器115可与积分器114集成。换句话说，预放大器112X、112Y和112Z以及增益调节放大器115可仅在必需时设置，且可省略。
下一步，将在下文中描述根据第一实施例的拾音装置100的操作。
当乐手在演奏中按压三角钢琴1的键2时，音锤4撞击琴弦5，由此使琴弦5振动。琴弦5的振动经由桥接部6传递至音板7。由此，音板7振动且产生声音。
加速度传感器50检测音板7的振动，且输出表示振动的加速度的三向分量的加速度信号Sax、Say和Saz。加速度信号Sax、Say和Saz分别被预放大器112X、112Y和112Z放大，且供应至加法器113。加法器113累加分别由预放大器112X、112Y和112Z放大的加速度信号Sax、Say和Saz，且输出累加信号Sa。积分器114将累加信号Sa时间积分，且输出表示音板7的振动速度的速度信号Sv。速度信号Sv被增益调节放大器115放大，且继而从速度检测器110输出至信号产生器120。
基于从速度检测器110输入的速度信号Sv，信号产生器120产生音频信号SAU，用于再现具有通过下列公式(1)表达的声压p的声音，且输出该信号。
p＝Zau
＝ZaSv
＝ZaS∫adt  ...(1)
其中Za是声阻抗并且是具有音板7的位置以及听众的位置作为参数的静态数值。u是音板7的振动的音量速度。S是音板7的振动平面的面积。v是音板7的振动速度。a是音板7的振动加速度。
如从公式(1)可理解的，声压p和速度v成比列。此外，通过将音板7的振动加速度a积分而获得速度v。在根据本发明的速度检测器110中，表示音板7的振动速度v的速度信号Sv通过使用积分器将表示加速度信号Sax、Say和Saz的累加结果的累加信号Sa积分而获得，其中加速度信号Sax、Say和Saz表示音板7的振动加速度a。且在信号产生器120中，用于再现具有和音板7的振动速度v成比例的声压p的声音的音频信号SAU从速度信号Sv产生。
自信号产生器120输出的音频信号SAU例如被功率放大器(未示出)功率放大，且供应至发声装置(未示出)，诸如扬声器。发声装置被经功率放大的音频信号SAU驱动，且将音频信号SAU转换成声音。结果，从三角钢琴1的音板7产生的声音由拾音装置100拾取，且从发声装置发出。
通过该实施例，由于具有和音板7的振动速度v成比例的声压p的声音被音频信号SAU再现，可再现自然的钢琴声音。
此外，通过该实施例，由于加速度传感器50很难检测由于自发声装置发出的声音造成的振动，很难产生振鸣。
此外，通过该实施例，由于其上安装有加速度传感器50的音板7具有多个曝露部分，传感器的安装工作是容易的。
更进一步地，通过该实施例，由于三向加速度传感器被用作加速度传感器50，音板7的振动加速度可在三向的方向上被检测到，由此可检测到例如并非通过使用压电元件或麦克风获得的音板7的振动分量。更具体地，三向加速度传感器不仅能够检测音板7的振动的竖直加速度分量，而且也检测包括多个谐波分量的水平加速度分量。由于音频信号SAU基于通过积分加速度分量获得的速度产生，声压可被充分地再现，且可真实地再现钢琴的声音。
更进一步地，由于加速度传感器较诸如压电传感器的其他传感器更廉价，拾音装置100可被廉价地实现。
<第二实施例>
下一步，将在下文中描述根据本发明的第二实施例。
图5是示出了根据第二实施例的拾音装置200的构造的示例的视图。
图6为例示了根据第二实施例的速度传感器505的布置的视图。
总体而言，拾音装置200的构造不同于上文中根据图4中示出的第一实施例的拾音装置100的构造，其不同之处在于加速度传感器50被速度传感器505替代，且未采用积分器114。
更具体地，拾音装置200设置有速度检测器210和信号产生器220。速度检测器210被用于检测三角钢琴1的音板7的振动速度，且设置有速度传感器505、预放大器212X、212Y和212Z、加法器213和增益调节放大器215。
速度传感器505是三向速度传感器，检测三角钢琴1的音板7的振动速度，且输出分别表示速度的x、y和z分量的加速度信号Svx、Svy和Svz。速度传感器505例如如图6所示，通过将速度传感器保持件550设置在钢琴的支架上，且通过固定构件将速度传感器505固定在速度传感器固定件550上和音板7相对的位置处而被安装在音板7上。螺钉、粘合剂等被用作固定构件的示例。在该实施例中，音板7的振动速度的x和y分量是音板7的振动速度沿水平方向(双向方向)的分量，且其z分量是音板7的振动速度沿竖直方向的分量。x、y和z分量的定义和第一实施例中的那些类似。
速度传感器505不限制为诸如三向速度传感器，而是可为多向(双向或更多)速度传感器，或可为单向速度传感器。
预放大器212X、212Y和212Z被用于分别放大从速度传感器505输出的加速度信号Svx、Svy和Svz。预放大器212X、212Y和212Z和上文中设置用于根据图4中示出的第一实施例的拾音装置100的预放大器112X、112Y和112Z类似。在该实施例中，预放大器212X、212Y和212Z的输出信号分别被称作速度信号Svx、Svy和Svz。
加法器213被用于累加由预放大器212X、212Y和212Z放大的加速度信号Svx、Svy和Svz，且输出表示该累加结果的速度信号Sv。加法器213和上文中设置用于根据图4中示出的第一实施例的拾音装置100的加法器113类似。
增益调节放大器215被用于调节用于音板7的振动的速度检测器210的增益。增益调节放大器215和上文中设置用于根据图4中示出的第一实施例的拾音装置100的增益调节放大器215类似。
信号产生器220被用于从表示由速度检测器210检测到的速度的速度信号Sv产生音频信号SAU且输出该信号，且其和上文中设置用于根据图4中示出的第一实施例的拾音装置的信号产生器120类似。
如在第一实施例中的情形一样，在第二实施例中，预放大器212X、212Y和212Z可根据需要省略，或放大器212X、212Y和212Z可与速度传感器505或加法器213集成。此外，增益调节放大器215可被略去或增益调节放大器215可与加法器213集成。
下一步，将在下文中描述根据第二实施例的拾音装置200的操作。
在第二实施例中，速度传感器505检测音板7的振动，且输出表示振动的速度的三向分量的速度信号Svx、Svy和Svz。速度信号Svx、Svy和Svz分别被预放大器212X、212Y和212Z放大，且供应至加法器213。加法器213累加由预放大器212X、212Y和212Z放大的速度信号Svx、Svy和Svz，且输出速度信号Sv。速度信号Sv被增益调节放大器215放大，继而从速度检测器210输出至信号产生器220。
基于从速度检测器210输入的速度信号Sv，信号产生器220产生音频信号SAU，用于再现具有通过下列公式(2)表达的声压p的声音，且输出该信号。
p＝Zau
＝ZaSv  ...(2)
其中Za是声阻抗并且是具有音板7的位置以及听众的位置作为参数的静态数值。u是音板7的振动的音量速度。S是音板7的振动平面的面积。v是音板7的振动速度。
如从公式(2)可理解的，声压p和速度v成比列。在根据本实施例的速度检测器210中，用于再现具有和速度v成比例的声压p的声音的音频信号SAU从速度信号Sv产生，该速度信号用作表示音板7的振动速度v的速度信号Svx、Svy和Svz的累加结果。如在第一实施例中的情形一样,音频信号SAU被例如功率放大器(未示出)功率放大，且供应至发声装置(未示出)，诸如扬声器。
和第一实施例比较，第二实施例不需要设置积分器114，由此可使得装置的构造简单。
此外，也是在第二实施例中，可获得和第一实施例类似的效果。换句话说,通过第二实施例，由于具有和音板7的振动速度v成比例的声压p的声音被音频信号SAU再现，可再现自然的钢琴声音。此外，由于速度传感器505很难检测由于自发声装置发出的声音造成的振动，振鸣很难产生。此外，将拾音装置200安装在三角钢琴1上的安装工作是容易的。更进一步地，由于三向速度传感器被用作速度传感器505，钢琴的声音可被真实地再现。
尽管上文中已经描述了根据本发明的实施例，本发明不限于上文中的实施例，而是可对其进行各种改动、替换、添加等。
例如，尽管在第一实施例中积分器114设置在加法器113的在后阶段中，积分器可设置在每个预放大器112X、112Y和112Z的在后阶段中。
此外，尽管在第一实施例中由预放大器112X、112Y和112Z放大的加速度信号Sax、Say和Saz被加法器113累加，示例性地，也可使用一种构造，其中加速度信号Saz被累加至加速度信号Sax和Say的累加结果。这同样适用于第二实施例。
根据本发明的方面，可抑制振鸣的产生，且可再现声学乐器的自然声音。

Claims (6)

1.一种拾音装置，其包括：
速度检测器，其配置为检测声学乐器的音板的振动速度；和
信号产生器，其配置为从由所述速度检测器检测到的速度产生音频信号，且输出该音频信号。
2.如权利要求1所述的拾音装置，其中
所述速度检测器至少包括：
加速度传感器，其配置为检测所述声学乐器的音板的振动的加速度；和
积分器，其配置为将所述加速度传感器的输出信号积分。
3.如权利要求2所述的拾音装置，其中所述加速度传感器设置在音板上。
4.如权利要求2所述的拾音装置，其中所述加速度传感器是多向加速度传感器。
5.如权利要求4所述的拾音装置，其中设置所述多向加速度传感器，从而该多向加速度传感器检测所述加速度的一个方向平行于形成该音板的纹理的方向。
6.如权利要求1至5中任意一项所述的拾音装置，其中
所述声学乐器是钢琴，且
所述速度检测器设置在与桥接部或音拱相对的位置处，其中所述音板保持在其间，或所述速度检测器设置在所述音拱附近。
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