CN104934024B - 一种用于自动演奏钢琴的琴键驱动结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于自动演奏钢琴的琴键驱动结构，包括两条平行间隔地安装在钢琴中盘上所开的安装槽两侧的固定档条，数个可调地跨置固定于两固定档条上端并沿安装槽走向方向排列的连接片，以及安装于连接片上并位于两固定档条间隙间的用于驱动钢琴键盘琴键的螺线管组件，其中，一个连接片上至少安装有一个螺线管组件，螺线管组件的数量与琴键数匹配。本发明通过两固定档条的设计，使得对螺线管的连接支撑稳固，同时由于连接片的设计使得螺线管位置调试更加灵活，有效增强了螺线管工作受力强度和延长螺线管的使用寿命，同时螺线管组件本身可通过可调螺母调节其高度，使之能适应更多不同类型的琴键，而且安装托盘的加固使该结构连接更为稳固。

Description

一种用于自动演奏钢琴的琴键驱动结构

技术领域

本发明涉及自动演奏钢琴技术领域，具体地讲，是涉及一种可以以额外安装的方式加装到已有的正常钢琴上实现自动演奏的琴键驱动结构。

背景技术

19世纪中叶，美国簧风琴制造师完善了真空的用法，将其用于操作风琴中的簧片从而发出声音。许多自动演奏钢琴的早期试验都来自于风琴行业。这可以说是最早的气动演奏钢琴。

1879年，《科学美国人》杂志展示并图解说明了世界上第一架自动演奏钢琴。这是放置于钢琴或脚踏式风琴的键盘前端的一种装置，该装置能够以气动的方式从一个看似纸卷的东西上弹奏。该装置顶多是个奇物，可能从未制造并向公众销售。

第一架成功的商业化自动演奏钢琴是于1897年推出的Pianola自动钢琴。当伊里安公司（Aeolian Company）的首款产品面向的是自动演奏风琴而非钢琴时，这家公司的成败就依赖于Pianola自动钢琴了。伴随这款产品，确立了几件事：其一，将纸卷标准化并用以录制音乐以便播放；其二，Pianola自动钢琴大量出口全球各地。不过，Pianola自动钢琴有一定的缺点。这种钢琴只用了65个琴键（而不是通常的88个琴键），表现力无法控制，即，所有的琴键都是相同的音量；而且，使用者需要给踏板打气以产生操作自动演奏钢琴所需的真空。

1908年，在水牛城会展上确立了自动演奏钢琴的标准。其将一套自动演奏装置可以复制的琴键数扩展至88个。并且纸卷大小设定为11-1/4英寸而纸卷内打孔的间隙设定为每英寸9个孔。

Welte-Mignon公司于1904年推出了一种装置，与早期自动演奏钢琴装置不同的是，它能够展现音量的变化。Welte-Mignon自动钢琴是首款能够不受用户获取表现力的妨碍而重放钢琴家表演的产品。这是首款回放钢琴，并且与普通的自动演奏钢琴相比，得到了极大的改善。

第一次世界大战时，允许伊里安公司（Aeolian Co.）将DuoArt回放钢琴投向市场，而美利坚钢琴贵公司（American Piano Co.）也同样推出一款回放钢琴—Ampico。到了20世纪20年代，生产的所有钢琴中几乎有一半，要么是自动演奏钢琴，要么是回放钢琴。

技术上讲，回放钢琴的最佳时期出现于1926年，当时推出了Ampico–B这款钢琴。由于录音技术和经济大萧条，20世纪30年代已不存在气动化自动演奏装置，进而发展的是电子自动演奏钢琴。

沃立舍（Wurlitzer）公司在20世纪60年代制造了一种家用自动演奏钢琴，这种钢琴使用的是当时已有的自动演奏纸卷，同时用螺线管驱动钢琴中的击弦机。

特立丹（Teledyne）公司于20世纪70年代设计了一种自动演奏装置，该装置从盒式磁带播放音乐，同时使用螺线管弹奏钢琴，此装置名称为马兰士PianoCorder。PianoCorder的一项优势是，它可以以翻新的方式安装于任何标准钢琴中。

贝森朵夫公司于20世纪70年堆出了首架基于计算机midi的回放钢琴，这款钢琴名叫290SE。“SE”表示的是Stanke Engineering（斯坦科工程）公司，公司创始人是发明家韦恩斯坦科。

在收购了PianoCorder的技术并将其封锁后，雅马哈于20世纪80年代推出了Disklavier。但Disklavier只能在雅马哈钢琴上可用。Disklavier同样一直都是基于计算机midi。

针对PianoCorder退出市场留下的市场空间，PianoDisc公司创造了一款基于计算机midi的自动演奏系统。这款系统是明确地作为一种翻新而设计的，可以将一套PianoDisc系统装入任何标准的钢琴。

QRS公司在历史上曾制造钢琴纸卷，在同一时间范围内也推出了一款基于计算机midi的自动演奏系统。

从根本上说，从PianoCorder起，所有“自动演奏装置”实际上都是回放钢琴，钢琴能够调整表现力并具有重放功能，而不受用户干扰。

现代自动演奏（回放）钢琴严重依赖计算机技术。音高（被选琴键）和速率可以测量演奏者的手指在钢琴琴键上的力度。此信息可以用一串midi（音乐设备数字接口）数据进行表述。然后该数字信号被录制于一个midi文件中。

当加载至自动演奏装置的CPU中时，midi信号让计算机驱动安装在琴键下方的螺线管，以便让弦锤敲击琴弦从而产生音乐。当在另外一架不同的钢琴上重新播放时，非常精确地重现了演奏的音调和效果。螺线管产生磁场从而在任一方向上驱动活塞。当活塞驱动相应的琴键时，钢琴发出相应的声音。

如图1至图3所示的为雅马哈公司采用的现有的琴键驱动结构，尽管有效，但是也还存在固有的限制。由图1中可看出，其一，雅马哈公司采用的螺线管活塞的高度不可以调整。他们采用的调节方式是调节整段模组的高度，如果在中间的琴键与螺线管之间拥有不合适的间隙，是没有办法单独调节个别不合适的间隙的，而琴键也只能将就那样使用。螺线管因受空间的限制，它的冲程是非常有限的；因此合理的布局势必能减少冲程不必要的浪费，如上述这种出现局部间隙不合适情况时将较大地影响钢琴色音以致其不够准确。同时，为使螺线管发挥最大的力量，在活塞顶部和琴键底部之间只允许有很少间隙或者不能有空动。对于雅马哈公司的这种高度固定的螺线管来说，他们仅适用于平尾的键盘，而当用于琴键底部有角度的斜面时，他们没有办法通过调节整段模组来使纵向排列的螺线管与这种斜面很好的贴合，因此他们应用的这种结构具有很大的局限性，无法兼容更多不同型号的钢琴键盘。

其二，结合图2可以看出，雅马哈公司使用的螺线管是采用冲孔板件来固定螺线管的，因此螺线管的安装位置是固定的，其排列间距是以雅马哈钢琴琴键间距作为依照。但是，不同品牌的键盘音区的分叉位置是不同的，所以他们的系统有局限性，仅适用于雅马哈钢琴而并不通用于其它品牌钢琴。

其三，自动演奏装置在钢琴上安装时要求安装人员在中盘上开很大的孔或槽，而所开的槽很可能导致钢琴中盘失去结构完整性。中盘应该是一个平整的钢琴结构部件，其作用是支撑键盘和击弦机组件。如果中盘的结构完整性受到损害，中盘有可能就会弯曲，从而导致让击弦机处于合适的校准变得困难。对于有此问题的钢琴来说，安装人员通常会在槽的周边加装角铁件以帮助中盘保持平整和结构可靠。图1中所示，雅马哈公司采用的自动演奏装置尤其是驱动键盘用的螺线管结构部分安装于角铁件上，但它自身是可上下活动调节，对中盘开槽后的结构没有起到加固的作用。他们需要额外的部件（如槽钢等）对中盘来进行加固。由此带来的影响便是雅马哈的螺线管结构部分增加了其整体高度，进而使其下端较为明显地突出于钢琴的经典轮廓，这种影响首先从视觉上就有损钢琴的经典轮廓，较大地影响钢琴外观的美观性，其次这种明显突出的结构设计恰巧会与钢琴正常的踏板杠杆设计发生冲突（干涉现象），因而为避免这种冲突，踏板杠杆的设计需要避开这里的突出部分，从而很可能设计为多次弯折的异形状，如图3所示，这种踏板机构的设计更改对其功能是不利的。

发明内容

为克服现有技术存在的问题，本发明提供一种结构相对简单、使用稳定便捷、可独立调节每个螺线管驱动位置、能够大幅度减小外凸部分高度从而较好地改善钢琴外观的用于自动演奏钢琴的琴键驱动结构。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于自动演奏钢琴的琴键驱动结构，包括两条平行间隔地安装在钢琴中盘上所开的安装槽两侧的固定档条，数个可调地跨置固定于两固定档条上端并沿安装槽走向方向排列的连接片，以及安装于连接片上并位于两固定档条间隙间的用于驱动钢琴键盘琴键的螺线管组件，其中，一个连接片上至少安装有一个螺线管组件，螺线管组件的数量与琴键数匹配。

作为优选，为了便于驱动螺线管的空间排布，相邻的所述螺线管组件在水平方向错位并排排布，从而更好地使螺线管组件与各个琴键对齐。

具体地，为了实现螺线管的驱动和连接，所述螺线管组件包括与连接片连接的通过电力驱动的螺线管体，设置于螺线管体内的可沿螺线管磁极方向动作的活塞体，设置于活塞体上端的活塞螺纹杆，以及与活塞螺纹杆螺纹连接的用于驱动琴键的可调螺母，其中驱动螺线管的电力输入可由计算机控制，从而实现将不同的曲调通过不同大小的驱动力输出，进而模拟人的手指对琴键按键作用，演奏出真实的钢琴音乐。

进一步地，为了使该组件更好地与琴键底部接触，所述可调螺母接触琴键的一端设有橡胶软垫。相似地，该橡胶软垫还可以采用硅胶材质或其他软质材料代替。

为了降低螺线管的驱动负载，所述可调螺母由尼龙材料制成。由尼龙材料制成的可调螺母具有质轻、牢固、易成型的特点，不仅便于调节，而且便于生产制造，还有助于降低成本。

更具体地，为了便于安装连接，所述螺线管体通过螺线管基座安装于连接片上，连接片和螺线管基座将螺线管体很好地夹持固定住。并且，当同一所述连接片上安装的螺线管组件超过一个时，这些螺线管组件共用一个螺线管基座。同样为了便于安装和活塞体的被驱动动作，在螺线管体上下对应的连接片部位和基座部位上均设有便于活塞体移动的通孔。

为了更好地实现连接片与固定档条的可调式连接，所述固定档条包括作为主体的支撑部，位于支撑部上部的连接部，以及设置在连接部上用于连接固定档条的连接槽。该连接槽位于连接部的上端中部，沿固定档条走向方向而贯穿其两端，因此连接片通过螺钉可以安置在连接槽上任意方便的位置，实现局部螺线管组件的位置可调，大大增强了本结构安装调试的灵活性。进一步地，根据实际需求，在支撑部的下部也可设置与上部的连接部和连接槽对称的结构，以便于和安装托盘或其他位于下部的连接结构相连接，以保本结构整体的稳固性。

为了使本结构的整体外形美观，该用于自动演奏钢琴的琴键驱动结构还包括将固定档条和螺线管组件包覆在内的并与钢琴中盘固定连接的安装托盘。同时该安装托盘还能够对中盘产生加固作用，因此该安装托盘优选地使用金属材料制作，并优选为高规格钢板，从而使该安装托盘代替以往的角铁件来对中盘进行稳固，达到减少安装部件的种类数量和降低安装难度的目的。

为了限定螺线管组件的活塞体的下移位置，所述安装托盘内对应螺线管组件的部位上还设有支撑垫，用以对活塞体的底部进行支撑。

还需要说明的是，由于本发明上述构造的设计，使得安装托盘只是以最低限度凸出于钢琴下方。如果不到钢琴下方查看，大多数人都不会意识到钢琴拥有安装了此系统的自动演奏装置。

对于采用了本发明结构的自动演奏钢琴，可以是对以往未安装自动演奏装置的钢琴进行改造，也可以是在新钢琴制造时即加装自动演奏装置。对于现有钢琴的改造，是在钢琴中盘上开设与琴键位置对应的安装槽，并将该琴键驱动结构进行相应安装，以及将该自动演奏装置的其他部分安设于钢琴的相应位置，对已有钢琴结构要做的改动仅仅是开槽，相比其他的未采用本发明设计结构的自动演奏装置，对已有钢琴结构的改动减少了对踏板杠杆部分的改动。即是说，以往要对钢琴加装自动演奏装置，由于其过于突出，不得不将踏板杠杆部分改动为异形曲杆形式，而采用本发明设计结构驱动的自动演奏装置因为改进降低了在中盘下部的突出程度，不必对踏板杠杆部分改动也可正常实现功能。对于新制造的钢琴，在制造时在中盘位置预留安装槽即可实现该琴键驱动结构的安装。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明通过两固定档条的设计，使得对螺线管的连接支撑更为稳固，同时由于连接片的设计使得螺线管位置调试更加灵活，有效增强了螺线管工作受力强度和延长螺线管的使用寿命，具有突出的实质性特点和显著的进步，并且其结构简单，改造简易，使用便捷，利用效率高，具有广泛的应用前景，适合推广应用。

（2）本发明通过对活塞体的改进，使其能够便捷地调节高度，独立地调节单个间隙，从而最大程度地使螺线管驱动力直接作用于琴键，实现最好的音色还原。

（3）本发明利用安装托盘对中盘的开槽部分进行加固，保证了中盘的稳定性，并减少了部件使用，降低了成本，同时大大降低了该结构安装后在中盘下部突出的程度，不仅有效地避免了钢琴外观受到破坏，而且避免踏板杠杆的改动。

附图说明

图1为现有技术中螺线管组件在自动演奏钢琴中的整体示意图。

图2为现有技术中螺线管组件部分的分布示意图。

图3为现有技术中踏板杠杆部分为异形结构的示意图。

图4为本发明中螺线管安装部分的结构示意图。

图5为本发明中驱动结构的示意图。

图6为本发明中螺线管组件的结构示意图。

图7为本发明中活塞部分的结构示意图。

图8为本发明中踏板杠杆处的结构示意图。

上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：

1-钢琴中盘，2-琴键， 3-安装槽，4-踏板杠杆，5-罩壳，10-槽钢，11-支撑架，12-连接侧翼，13-螺线管，14-活塞杆；

20-固定档条，21-连接片，22-支撑部，23-连接部，24-连接槽；30-螺线管组件，31-螺线管体，32-活塞体，33-活塞螺纹杆，34-可调螺母，35-橡胶软垫，36-螺线管基座，37-通孔；40-安装托盘，41-支撑垫。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

如图1至图3所示的现有技术中的自动演奏钢琴的结构，其在钢琴中盘1上开设与琴键2尾部位置对应的安装槽3，并在安装槽两侧加装槽钢10对中盘结构进行加固，支撑架11的连接侧翼12通过螺钉连接在槽钢底部，螺线管13固定在支撑架上并且其位置与琴键位置对应，螺线管的活塞杆14对准琴键底部与之接触。当电力驱动螺线管使活塞杆上下运动时，其触动琴键使钢琴发声，如同人为弹奏一般。但是如此方式须使得每个螺线管和活塞杆的位置和高度都要与琴键对应，如果某一位置或某一区域的螺线管出现位置和高度有误差的情况，将影响乐曲的正常演奏，那么需要将其进行调节校正，这种构造恰恰很难调节，十分不便。尤其是自动演奏系统使用一段时期后，出现局部部件错位或损坏，就必须整体性地更换，不仅麻烦，而且导致维护成本高。同时，这种槽钢加支撑架的形式会使其较多地突出于中盘下部，影响钢琴外观，并且与钢琴踏板杠杆4发生干涉情况，对此，一般的解决方案是增加罩壳5将其遮蔽，并更改踏板杠杆的形状成异形状以避开突出部分，但是这仅仅是遮挡了槽钢和支撑架不美观的样子，并不能解决其突出导致的外观破坏，而且还增加了更改钢琴部件的麻烦。对此，我们设计了如下所述的新的结构。

实施例

如图4至图8所示，该用于自动演奏钢琴的琴键驱动结构，包括两条平行间隔地安装在钢琴中盘1上所开的安装槽3两侧的固定档条20，数个可调地跨置固定于两固定档条上端并沿安装槽走向方向排列的连接片21，以及安装于连接片上并位于两固定档条间隙间的用于驱动钢琴键盘琴键的螺线管组件30，其中，一个连接片上优选地安装两个螺线管组件，螺线管组件的数量与琴键数匹配。作为优选，为了便于驱动螺线管的空间排布，相邻的所述螺线管组件在水平方向错位并排排布，从而更好地使螺线管组件与各个琴键对齐。整体来看，所有螺线管组件呈前后两排错位分布，恰好与钢琴的黑白键排布相匹配。

具体地，为了实现螺线管的驱动和连接，所述螺线管组件30包括与连接片连接的通过电力驱动的螺线管体31，设置于螺线管体内的可沿螺线管磁极方向动作的活塞体32，设置于活塞体上端的活塞螺纹杆33，以及与活塞螺纹杆螺纹连接的用于驱动琴键的可调螺母34，其中驱动螺线管的电力输入可由计算机控制，从而实现将不同的曲调通过不同大小的驱动力输出，进而模拟人的手指对琴键按键作用，演奏出真实的钢琴音乐。进一步地，为了使该组件更好地与琴键底部接触，所述可调螺母接触琴键的一端设有橡胶软垫35。相似地，该橡胶软垫还可以采用硅胶材质或其他软质材料代替。

为了降低螺线管的驱动负载，所述可调螺母由尼龙材料制成。由尼龙材料制成的可调螺母具有质轻、牢固、易成型的特点，不仅便于调节，而且便于生产制造，还有助于降低成本。

更具体地，为了便于安装连接，所述螺线管体通过螺线管基座36安装于连接片上，连接片和螺线管基座将螺线管体很好地夹持固定住。并且，当同一所述连接片上安装的螺线管组件超过一个时，这些螺线管组件共用一个螺线管基座，即是本实施例中两个螺线管组件共用一个螺线管基座安装在同一连接片上。同样为了便于安装和活塞体的被驱动动作，在螺线管体上下对应的连接片部位和基座部位上均设有便于活塞体移动的通孔37。为了使同一连接片上的两个螺线管组件能够保持错位排布的位置，连接片通常是水平斜向地跨置在两固定档条上。在安装是相邻的连接片之间可以保留适当的间隙，在当局部的螺线管组件与琴键位置对应不够准确时能够方便地调节相应连接片的位置，从而可靠地保证了安装的准确性和调节的灵活性。

为了更好地实现连接片与固定档条的可调式连接，所述固定档条包括作为主体的支撑部22，位于支撑部上部的连接部23，以及设置在连接部上用于连接固定档条的连接槽24。该连接槽位于连接部的上端中部，沿固定档条走向方向而贯穿其两端，因此连接片通过螺钉可以安置在连接槽上任意方便的位置，实现局部螺线管组件的位置可调，大大增强了本结构安装调试的灵活性。进一步地，根据实际需求，在支撑部的下部也可设置与上部的连接部和连接槽对称的结构，以便于和安装托盘或其他位于下部的连接结构相连接，以保本结构整体的稳固性。

为了使本结构的整体外形美观，该用于自动演奏钢琴的琴键驱动结构还包括将固定档条和螺线管组件包覆在内的并与钢琴中盘固定连接的安装托盘40。同时该安装托盘还能够对中盘产生加固作用，因此该安装托盘优选地使用金属材料制作，并优选为高规格钢板，通常是由钢板经多次折弯制成，从侧面看呈槽状，其安装后端部呈现的开口可用胶塞等部件填塞，从而使该安装托盘代替以往的角铁件来对中盘进行稳固，达到减少安装部件的种类数量和降低安装难度的目的。

为了限定螺线管组件的活塞体的下移位置，所述安装托盘内对应螺线管组件的部位上还设有支撑垫41，用以对活塞体的底部进行支撑。

还需要说明的是，由于本发明上述构造的设计，使得安装托盘只是以最低限度凸出于钢琴下方。如果不到钢琴下方查看，大多数人都不会意识到钢琴拥有安装了此系统的自动演奏装置。

对于采用了本发明结构的自动演奏钢琴，可以是对以往未安装自动演奏装置的钢琴进行改造，也可以是在新钢琴制造时即加装自动演奏装置。对于现有钢琴的改造，是在钢琴中盘上开设与琴键位置对应的安装槽，并将该琴键驱动结构进行相应安装，以及将该自动演奏装置的其他部分安设于钢琴的相应位置，对已有钢琴结构要做的改动仅仅是开槽，相比其他的未采用本发明设计结构的自动演奏装置，对已有钢琴结构的改动减少了对踏板杠杆部分的改动。即是说，以往要对钢琴加装自动演奏装置，由于其过于突出，不得不将踏板杠杆部分改动为异形曲杆形式，而采用本发明设计结构驱动的自动演奏装置因为改进降低了在中盘下部的突出程度，不必对踏板杠杆部分改动也可正常实现功能。对于新制造的钢琴，在制造时在中盘位置预留安装槽即可实现该琴键驱动结构的安装。

上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于自动演奏钢琴的琴键驱动结构，其特征在于，包括两条平行间隔地安装在钢琴中盘上所开的安装槽两侧的固定档条，数个可调地跨置固定于两固定档条上端并沿安装槽走向方向排列的连接片，以及安装于连接片上并位于两固定档条间隙间的用于驱动钢琴键盘琴键的螺线管组件，其中，一个连接片上至少安装有一个螺线管组件，螺线管组件的数量与琴键数匹配，相邻的所述螺线管组件在水平方向错位并排排布；

所述螺线管组件包括与连接片连接的通过电力驱动的螺线管体，设置于螺线管体内的可沿螺线管磁极方向动作的活塞体，设置于活塞体上端的活塞螺纹杆，以及与活塞螺纹杆螺纹连接的用于驱动琴键的可调螺母。

2.根据权利要求1所述的一种用于自动演奏钢琴的琴键驱动结构，其特征在于，所述可调螺母接触琴键的一端设有橡胶软垫。

3.根据权利要求1所述的一种用于自动演奏钢琴的琴键驱动结构，其特征在于，所述可调螺母由尼龙材料制成。

4.根据权利要求1所述的一种用于自动演奏钢琴的琴键驱动结构，其特征在于，所述螺线管体通过螺线管基座安装于连接片上。

5.根据权利要求4所述的一种用于自动演奏钢琴的琴键驱动结构，其特征在于，当同一所述连接片上安装的螺线管组件超过一个时，这些螺线管组件共用一个螺线管基座。

6.根据权利要求1～5任一项所述的一种用于自动演奏钢琴的琴键驱动结构，其特征在于，所述固定档条包括作为主体的支撑部，位于支撑部上部的连接部，以及设置在连接部上用于连接固定档条的连接槽。

7.根据权利要求1～5任一项所述的一种用于自动演奏钢琴的琴键驱动结构，其特征在于，还包括将固定档条和螺线管组件包覆在内的并与钢琴中盘固定连接的安装托盘。

8.根据权利要求7所述的一种用于自动演奏钢琴的琴键驱动结构，其特征在于，所述安装托盘内对应螺线管组件的部位上还设有支撑垫。