CN104575474B - 电子乐器触发感应开关二合一检测的方法及装置 - Google Patents

Abstract

电子乐器触发感应开关二合一检测的方法及装置，方法：步骤1.扫描琴键开关电路，确定琴音选择；步骤2.检测压电陶瓷片电路，确定琴音音量；步骤3.播放琴音。装置：包括若干琴键、薄膜开关和压电陶瓷片，各薄膜开关贴附于一个压电陶瓷片，琴键动作时触发薄膜开关又触动压电陶瓷片：薄膜开关的触发决定琴音选择、压电陶瓷片振动信号大小决定琴音音量大小。本发明可制作于电子拨弦乐器、电子音条琴，具有结构占用空间小不影响外观造型设计、手感动作符合传统乐器的演奏方式、既像电子键盘乐器发音清晰干净不串扰，又具有电子鼓力度音量的线性变化，并且结构简单。

Description

电子乐器触发感应开关二合一检测的方法及装置

技术领域

本发明涉及电子乐器领域，尤其涉及一种电子乐器触发感应开关二合一检测的方法及装置。

背景技术

电子键盘乐器——电子琴、电钢琴在市面上已经普及日久，但至今在市面上却难以找到电子拨弦乐器(电子吉他、电子古筝、电子琵琶等)；电子鼓现在也很流行，但却看不到同样是敲击演奏的电子音条琴(音条琴是木琴、铝板琴、钢片琴、钟琴的总称)。为什么不能参照电子键盘乐器和电子鼓的技术来制作电子拨弦乐器或电子音条琴呢？原因是其困难在于，拨弦乐器的演奏手法是左右两个方向其拨动琴弦或扫弦，制动弦体的有效行程在一毫米左右。电子键盘乐器琴键是单一的向下方制动，且行程有约4、5毫米的双触点时差检测来判断力度实现音量的变化。显然借用电子键盘乐器琴键的方法制作电子拨弦乐器不可行。音条琴的琴键比较密集，间距一般在30-50毫米之间，演奏时用较轻的琴槌，用力较轻，常有刮奏的手法，而电子鼓鼓件通常是独立的，间距大都在300毫米以上，鼓槌较重，用力较大，没有刮奏方式的演奏。若直接采用电子鼓触发键的振动感应方式来做电子音条琴的琴键感应就会出现明显的震动串扰琴键触发指令不清晰的困扰。

设计一种既合乎传统的拨弦乐器或音条琴外观造型，又相似于其演奏手法特点的琴弦或琴键结构技术，可制作更多种类的电子乐器，丰富乐器市场，又不会使用木材而保证了绿色环保。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是：提供电子乐器触发感应开关二合一检测的方法，解决生产制作电子拨弦乐器和电子音条琴的关键技术问题。

本发明所提供的电子乐器触发感应开关二合一检测的方法，包括如下步骤：A.扫描琴键开关电路步骤，根据触发开关位置在预置的发音数据表格中确定指针指向；B.检测震动感应信号步骤，依据信号强弱在预置的音量参数表格中确定指针指向；C.播放琴音。

本发明所提供的电子乐器触发感应开关二合一检测的装置，包括若干琴键、薄膜开关、压电陶瓷片，以及电子电路，所述所述琴键是拨弦乐器的弦体或音条琴的琴键；所述薄膜开关贴附于所述压电陶瓷片；所述电子电路包括但不限于：MCU中央处理器电路、琴键开关电路、压电陶瓷片运放电路、声音播放电路，所述薄膜开关连接到所述琴键开关电路；所述压电陶瓷片连接到所述压电陶瓷片运放电路。

本发明的一种电子乐器触发感应开关二合一检测的装置，所述弦体一端设计有触发感应头；所述压电陶瓷片设置于所述触发感应头的左面和右面或上面和下面或者上下左右面的任一组合；所述薄膜开关贴附于所述压电陶瓷片的金属片一面或陶瓷导电电极层一面，或者贴附于金属片一面和陶瓷导电电极层一面。

本发明的一种电子乐器触发感应开关二合一检测的装置，所述触发感应头下方设计有电路板；所述压电陶瓷片金属片垂直设置于电路板的长槽中；所述电路板上还设置有弹性电极，该弹性电极触点电连接于所述压电陶瓷片陶瓷面上的导电电极层。

本发明的一种电子乐器触发感应开关二合一检测的装置，所述电路板上设计有过线孔；所述薄膜开关的引线从所述过线孔穿过在所述电路板的背面与有关电路连接。

本发明的一种电子乐器触发感应开关二合一检测的装置，所述弦体下方设计有一塑胶座板，所述塑胶座板设计有若干插槽、扣勾、过线孔和金属弹片电极；所述压电陶瓷片插在所述插槽中以所述扣勾稳定防止脱落，所述金属弹片电极分别电连接压电陶瓷片的金属片电极和陶瓷面上的导电层电极；所述薄膜开关的引线穿过所述过线孔在所述塑胶座板背面与有关电路连接。

本发明的一种电子乐器触发感应开关二合一检测的装置，所述音条琴的琴键下方设计有至少一个螺栓柱和至少两个支撑脚；

所述螺栓柱上套有硅胶管；所述支撑脚下设置有弹性软材料的衬垫；所述各个琴键至少有一个支撑脚在其所述衬垫的下面设置有贴附有薄膜开关的压电陶瓷片；所述弹性软材料衬垫可以是硅胶软管或海绵垫。

本发明的一种电子乐器触发感应开关二合一检测的装置，所述音条琴琴键上设计有led指示灯。

本发明的一种电子乐器触发感应开关二合一检测的装置，所述音条琴琴键上方设计有标识音高或音色的字符或图形。

本发明的有益效果是：实现一种电子乐器触发感应开关二合一检测的方法及装置，能制作电子拨弦乐器和电子音条琴，符合传统乐器的演奏模式和手感基本要求，既能丰富发展乐器市场同时又避免了使用木材而维护自然生态环境。

附图说明

下面结合附图、实施例对本发明做进一步详细说明。

图1是本发明的一个琴音发声子程序流程图。

图2是采用本发明技术的电子拨弦乐器弦体感应开关装置的单个单位的立体示意图。

图3是图2所示实施例的多个单位的俯视透视示意图。

图4是采用本发明技术的一个电子音条琴琴键开关装置的侧视剖视示意图。

图5是本发明的一个电子音条琴的电路原理框图。

具体实施方式

如图1所示实施例中可以看出，开电后即开始扫描琴键开关，一旦扫描到琴键开关触发即在预先制作的琴音表格中确定指针指向，即确定琴音的哪一个要发音，同时检测力度振动信号(压电陶瓷片运放电路信号)并根据其信号的信息在原先制作的琴音音量表格中确定指针指向即确定琴音的音量大小，然后发送信息播放琴音，即实施以琴键开关触发信号确定琴音、以压电陶瓷片感应信号决定音量的功能。

如图2、图3所示实施本发明的一个拨弦乐器实施例中，

[1]弦体，通常可采用软硬手感适中的直径在1.0-1.5mm间的不锈钢丝制作，其前端穿过硅胶制作的[2-1]触发感应头，其尾端插入硅胶或海绵制作的[2-4]弦尾定位座的孔位中，弦尾定位座由塑胶结构定位(图中没有示出)；

触发感应头侧面近距离的设置了[3]压电陶瓷片，该[3-1]压电陶瓷片金属片，由硬度较高的铁镍合金片、不锈钢片制作，直接插入[4-3]焊接槽焊接固定在[4]电路板上，既起到固定压电陶瓷片的作用，又有了压电陶瓷片金属片电极的电连接作用；压电陶瓷片电路连接到压电陶瓷片运放电路(图中没有示出)；由于压电陶瓷片金属片采用了较硬的铁镍合金片、不锈钢片制作，所以可以支撑稳固以抵挡富有弹性的钢丝弦体的触压顶撞而不会变形或折弯。

压电陶瓷片上贴附有[5-1]薄膜开关，[5-2]薄膜开关引线穿过[4-1]过线槽在电路板的背面与琴键开关扫描电路(图中没有出示)；该过线槽呈L字形状，有一长槽连接一短槽，长槽的设计便于薄膜开关穿过，薄膜开关穿进后再将薄膜引线顺着短槽处折转约90度平整地将薄膜开关粘贴到压电陶瓷片上，这样设计可以将薄膜开关和压电陶瓷片的占用空间位置最大限度的减小，将影响外观和手感的因素降低到最小程度，同时又保证了薄膜开关粘接的牢固和稳定。

[6]弹性触点电极，由镀银细钢丝制作弯成一个C字形以几乎平放于电路板上的状态插入[6-1]焊盘孔焊接在电路板上，[6-2]弹性触点电极电连接到[3-2]压电陶瓷片陶瓷面金属导电电极层，使压电陶瓷片陶瓷面金属导电电极免去了焊接易出问题的工序，同时也避免了引线占用过多空间影响拨弦，有杜绝了在拨弦的反复振动中焊接引线和焊锡焊点容易从压电陶瓷片陶瓷面金属导电电极层上脱落的可能；

从图2、图3中可以看出，弦体[1]前端穿在硅胶制作的触发感应头[2-1]中，后端穿在海绵的弦尾定位座[2-4]中，呈自然的搁置状态，即在拨弦时几乎不会产生多余弦体振动的声音；加上有海绵垫[8]设置于触发感应头下方位置，海绵长条垫[9]设置于弦体的前端和后端的上方，可以防止在较大力拨动或上下扫弦时，弦体在左右上下动作时避免直接触碰到上下盖塑胶壳(图中没有示出)或电路板产生振动和噪音；

每个触发感应头的左右面都有压电陶瓷片[3]贴附着薄膜开关[5-1]，当有拨弦横向左右动作时即会触及薄膜开关并触动到压电陶瓷片，产生薄膜开关电信号时同时还振动了压电陶瓷片，单片机即可根据薄膜开关的触发信号识别拨弦位置、同时又根据压电陶瓷片的信号判断拨弦力度大小而决定音量大小的功能。每个位置的薄膜开关和压电陶瓷片的合二为一是缺一不可的，若只有薄膜开关没有压电陶瓷片就只有开关的电信号仅能产生有声无声的功能而缺失力度信号的感应，若演奏的声音缺失手感力度大小与音量大小的同步控制即会极大丧失乐器的音乐表现力；若只有压电陶瓷片而没有薄膜开关，就只能将力度感应的灵敏度调低很多，否则会引起发音混淆，但这样一来乐器手感力度反应音量大小的幅度会丧失很多，也就会让乐器的音乐表现力大打折扣。

传统拨弦乐器的弦体都是整体裸露于琴体之上或琴身之外，如吉他、柳琴、琵琶等，同样电子拨弦乐器的弦体感应开关结构也应该尽量的外露，只有将相关结构占用的空间尽可能的缩小，才会避免弦体不会太多的下陷到琴体里或不会在弦体上方有多余的结构设计。本发明的有关设计，如：薄膜开关紧贴于压电陶瓷片、弦体抬高位置地设置在触发感应头的上方、薄膜开关的引线设计到电路板的背面与电路连接、弹性触点电极设计为细钢丝的C字形并平放于电路板上，等等，其目的都在于将弦体内部各个部件结构作最小的设计，弦体尽量向上方设计。因为，如果弦体设计太低，不仅会影响到整个乐器外观造型的美观，还可能会影响到乐器的演奏。

图2、3中，还可以将电路板改为一个塑胶座板的结构设计，在所述塑胶座板上设计有插槽、勾扣、过线孔和金属弹片电极；所述压电陶瓷片直接插在所述插槽中有勾扣固定，所述金属弹片电极电连接压电陶瓷片的金属片和陶瓷面上的导电电极层；所述薄膜开关的引线穿过过线孔在所述塑胶座板背面与有关电路连接。

由于塑胶结构的插槽、勾扣、过线孔，以及金属弹片电极等结构是很常用，很普遍的结构形式，样式种类也非常繁多，类似结构的制作对于普通塑胶结构工程技术人员来说都是经常性的工作，所述本说明书中就没有再作图详细描述。

从图2、图3中可以看出，这是一个电子拨弦乐器的拨弦结构设计，可以通用于几乎所有的电子拨弦乐器的拨弦装置，如：电子吉他、电子古筝、电子琵琶，等等，由于各种拨弦乐器的外部造型虽有所区别，但其内部结构装置都是一样的，所以本发明的附图中就没有更多列举拨弦装置的外观造型。

从图4中的实施本发明的一个电子音条琴键实施例剖视图中可以看出，同样的薄膜开关[5-1]贴附于压电陶瓷片[3]平放于音条琴面板的一个下陷的位置，同样薄膜开关连接到琴键开关扫描电路；压电陶瓷片连接到压电陶瓷片运放电路(图中没有示出)；

贴有薄膜开关的压电陶瓷片上设置有海绵垫[10-7]，支撑脚[10-1]搁放在海绵垫上，当演奏者用琴槌敲击音条琴键[10]时，向下的力会通过海绵垫触发薄膜开关，同时压电陶瓷片会感应到振动而产生相应的信号，MCU则通过薄膜开关触发信号决定琴音指向而不会与没有琴槌敲击的琴键的琴音产生混淆，MCU再以压电陶瓷片的振动信号在预置的音量表格中调出相应的数据解码为音量级别，再发送信息给声音输出电路放大输出琴声，即在判断琴音位置的基础上加上力度判断的音量变化(这是实现较高档次电子乐器重要的一个基础，却又难度最大——逼真的手感、干净明确的发音和清晰线形的力度变化。而乐器的其它重要因素，如音色音质的纯净优美等，则对于当今已高速发展的电子技术来说已经是很成熟的技术而容易实现了)；

音条琴通常有13音、15音、20音、25音、35音、47音，或更多琴键的设计，由于电子音条琴的琴键是有塑胶制作，是通过触发开关的电子电路来实现发音，所以几乎没有外形设计的限制和数量的限制，所以本发明的附图中没有示出电子音条琴的造型，也没有示出琴键的数量；

贴有薄膜开关的压电陶瓷片上设置有海绵垫的目的在于避免塑胶件的琴键支撑脚直接撞击到薄膜开关和压电陶瓷片，在演奏时产生噪音；

硅胶软管[10-2]套在螺栓柱[10-3]上，插入面板[10-5]的孔位中，在限制琴键左右前后有太大距离的偏离移动的同时避免了琴槌敲击音条琴键振动时螺栓柱与音条琴面板孔位的侧壁发生直接冲撞而产生较大噪音；

垫圈螺栓[10-6]的设置防止音条琴键从面板上脱落，而海绵垫圈[10-7]间隔于金属螺栓与面盖塑胶壳之间，也起到缓冲减震减小噪音的作用；

LED指示灯[10-8]焊接在设置于音条琴面板底面上的LED灯电路板[11]上，通过指示灯孔[10-9]使演奏者可以根据灯光的提示学习音条琴的演奏；

字符设计[12]可以设计为简谱的1、2、3、4、5...，或英文唱名的D、R、M、F、G....，或音名的C、D、E、F、G...，或者架子鼓的各鼓件图案(音条琴是敲击方式演奏，设计为架子鼓音色是比较合适的一种选择)，可以让演奏者在直观的文字符号的提示下更方便快捷地进行演奏。

由于音条琴是一种普及型的主要针对广大没有专业音乐基础的人群群体的乐器，所以琴键上的LED学习功能指示灯和音阶音色字符应该是很有实际作用的功能设计。

图5是实施本发明的一个电子音条琴的电路原理框图，如图中，琴键开关电路中的开关数量一般会根据该电子音条琴琴键的数量设计，即琴键开关一一对应于音条琴琴键，图4中琴键的两个支撑脚下都分别设计有贴附薄膜开关的压电陶瓷片，是因为1.可以将两个薄膜开关并联，不论琴槌敲击时触发哪一个薄膜开关都会有效触发了该琴键开关，这样设计更少有遗漏触发的优点；2.还可以将两个琴键开关各自连接一个琴键电路开关(此时琴键开关电路的开关数量就要大于琴键的数量而需要增加数量)，琴键的两个支撑脚之间也需要加多至少一个支撑脚(图中没有示出)作为中点支撑，使敲击琴键时两个薄膜开关不会同时触发，两个不同电路开关的触发设计为不同琴音的触发，这样有助于使音条琴琴键在数量有限的条件下演奏功能有更大的扩展。

图5中可以看出，主控MCU处理器扫描琴键开关电路，若扫描到琴键开关有触发即根据触发开关的位置信息从音源FLASH ROM存储器中读取预先制作的数据表中的有关数据解码为对应的琴音，同时MCU电路检测压电陶瓷片运放电路的振动信号，根据该振动信号的强弱在预先制作的音量参数表格中将对应的有关数据解码为音量等级的指令，再将琴音和音量等级的信息发送给声音输出电路做相应的放大处理发声；电源电路给上述有关电路供电。

图5是一个简易的电子音条琴的电路原理框图，其中没有功能操作按键，即通电就可敲击演奏，很接近于普通传统的木琴或铝板琴，不需要有多余的按键操作，当然也可以设计更多的功能按键和视频显示(图中没有示出)，增加音色、节奏、移调、示范曲目等相关功能。

本发明的技术除可用作制作电子拨弦类乐器和电子音条琴外，还可以应用于其它一些电子乐器或电子乐器的配件上，如：便携式集成电子鼓，可以调高力度判断的灵敏度而不会串扰；橡胶折叠式电子琴(现有类似电子琴都没有触键力度判断)，使之增加力度感应控制音量的功能；电子鼓的脚踏板，增加力度轻重控制音量大小的功能；等等。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细的说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.电子乐器触发感应开关二合一检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：

扫描琴键开关电路，检测薄膜开关电信号；

根据所述薄膜开关电信号识别拨弦位置，在预置的琴音表格中确定指针指向，以确定要发音的琴音；

检测压电陶瓷片运放电路的振动信号；

依据所述振动信号的强弱在预置的琴音音量表格中确定指针指向，以确定琴音的音量大小；

接收所述琴音和所述音量大小的信息，并将所述信息发送给声音播放电路。

2.电子乐器触发感应开关二合一检测的装置，其特征在于，包括若干琴键、薄膜开关、压电陶瓷片，以及电子电路，其中，所述琴键是拨弦乐器的弦体或音条琴的琴键；所述薄膜开关贴附于所述压电陶瓷片；所述电子电路包括：MCU中央处理器电路、琴键开关电路、压电陶瓷片运放电路及声音播放电路，所述薄膜开关连接到所述琴键开关电路；所述压电陶瓷片连接到所述压电陶瓷片运放电路。

3.根据权利要求2所述的电子乐器触发感应开关二合一检测的装置，其特征在于，所述弦体的前端穿过触发感应头；所述触发感应头侧面近距离的设置了压电陶瓷片；所述薄膜开关贴附于所述压电陶瓷片的金属片一面或陶瓷导电电极层一面，或者贴附于金属片一面和陶瓷导电电极层一面。

4.根据权利要求3所述的电子乐器触发感应开关二合一检测的装置，其特征在于，所述触发感应头下方设计有电路板；所述压电陶瓷片金属片垂直设置于所述电路板的长槽中；所述电路板上还设置有弹性触点电极，所述弹性触点电极电连接于所述压电陶瓷片陶瓷面上的金属导电电极层。

5.根据权利要求4所述的电子乐器触发感应开关二合一检测的装置，其特征在于，所述电路板上设计有过线槽；所述薄膜开关的引线从所述过线槽穿过在所述电路板的背面与所述琴键开关电路连接。

6.根据权利要求2所述的电子乐器触发感应开关二合一检测的装置，其特征在于，所述弦体下方设计有一塑胶座板，所述塑胶座板设计有若干插槽、勾扣、过线孔和金属弹片电极；所述压电陶瓷片插在所述插槽中以所述勾扣稳定防止脱落，所述金属弹片电极分别电连接压电陶瓷片的金属片电极和陶瓷面上的导电电极层；所述薄膜开关的引线穿过所述过线孔在所述塑胶座板背面与所述琴键开关电路连接。

7.根据权利要求2所述的电子乐器触发感应开关二合一检测的装置，其特征在于，所述音条琴的琴键下方设计有至少一个螺栓柱和至少两个支撑脚；所述螺栓柱上套有硅胶软管；所述支撑脚下设置有弹性软材料的衬垫；所述琴键各有至少一个支撑脚，在所述琴键的支撑脚下设置有贴附有薄膜开关的压电陶瓷片；所述弹性软材料衬垫可以是海绵垫或硅胶软管。

8.根据权利要求2所述的电子乐器触发感应开关二合一检测的装置，其特征在于，所述音条琴的琴键上设计有LED指示灯孔。

9.根据权利要求2所述的电子乐器触发感应开关二合一检测的装置，其特征在于，所述音条琴的琴键上方设计有标识音高或音色的字符或图形。