CN109285531A - 一种弦槌速度传感器 - Google Patents
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Abstract
一种弦槌速度传感器，它包括弦槌机结构，弦槌机结构包括弦槌，弦槌上设有磁铁，包括拾波线圈，弦槌上设有磁铁的部位可在拾波线圈中做穿过拾波线圈内部平面以及远离拾波线圈内部平面的运动，拾波线圈与信号处理模块的输入端连接，信号处理模块包括微处理器，信号处理模块的输出端与发音系统的输入端连接，拾波线圈与信号放大器、滤波器、信号处理模块连接。本发明所提供的一种弦槌速度传感器，它能在不需要过多的对琴本体进行结构上的改动的基础上赋予电钢琴真实的演奏手感以及更优秀的发音质量。
Description
技术领域
本发明属于演奏乐器领域，具体涉及一种用于琴类中弦槌速度测量的传感装置。
背景技术
传统跨界钢琴击弦机弦槌,不是敲击琴弦而是采用传感器以机械原理或光学原理为基础,通过测量弦槌运动轨迹中两点之间的时间差和距离等间接计算出弦槌的运动速度,从而判断弹奏的力量大小,调取相应力量真实钢琴弹奏的音源播放出来。这种方法面临着两个重要的难题。第一，两个测量点的距离必须达到一定距离，测出的速度是由行程计算出的平均速度，而不是弦槌移动到终端接近击弦点位置时的线速度。第二，随着弹奏力量的增大,弦槌的速度越大测量的两点间的时间差就越来越小,精确度就会降低，于是速度的分辨率就越来越低。这样声音的表现就不够精准。本发明提供的弦槌速度传感器能直接测出弦槌运行到击弦点（拾波线圈位置）的瞬时速度，测量准确度较高，可以准确获取不同力度和方式的弹奏下所对应的真实钢琴发声，为实现与传统机械钢琴一样层次丰富细腻的弹奏效果提供必不可少的条件。
发明内容
本发明所提供的一种弦槌速度传感器，它能在不需要过多的对琴本体进行结构上的改动的基础上赋予电钢琴真实的演奏手感以及更优秀的发音质量。
发明的目的是这样实现的：
一种弦槌速度传感器，它包括弦槌机结构，弦槌机结构包括弦槌，弦槌上设有磁铁，包括拾波线圈，弦槌上设有磁铁的部位可在拾波线圈中做穿过拾波线圈内部平面以及远离拾波线圈内部平面的运动，拾波线圈与信号处理模块的输入端连接，信号处理模块包括微处理器，信号处理模块的输出端与发音系统的输入端连接，拾波线圈与信号放大器、滤波器、信号处理模块连接。
上述若干拾波线圈组成一组拾波线圈组，多个拾波线圈组与信号放大器、滤波器连接后再与多选一模拟开关的输入端连接，多选一模拟开关的输出端与信号处理模块的输入端连接，信号处理模块包括A/D转换模块、微处理器，多选一模拟开关的使能端与信号处理模块的数据端连接，每组拾波线圈组对应一个多选一模拟开关。
包括条形电路板，若干拾波线圈排列设置在条形电路板上。
上述八个拾波线圈组成一组拾波线圈组，十组拾波线圈组中的每个拾波线圈所检测到的电信号经过信号放大器、滤波器后输入给八选一模拟开关，八选一模拟开关的输出端与信号处理模块的输入端连接，八选一模拟开关的使能端与信号处理模块的数据端连接，每组拾波线圈组对应一个八选一模拟开关。
上述滤波器为带通滤波器。
包括琴键扫描装置，琴键扫描装置的输出端与微处理器的输入端连接，琴键扫描装置用于检测琴键的按键信息并输入给微处理器。
一种弦槌速度传感器，包括以下操作步骤：
1）弹奏时，敲击一个琴键使对应的弦槌运动，从而使弦槌上设有磁铁的部位在拾波线圈中做穿过拾波线圈内部平面以及远离拾波线圈内部平面的运动；
2）弦槌设有磁铁的部位穿过拾波线圈时的速度信息被拾波线圈转换成电压信号并传给信号处理模块；
3）信号处理模块对电压信号进行处理后转成数字信号，并将该信号传给微控制器，微控制器通过所述电压信号调取音色库中对应的音色，再通过发音系统发声；
在步骤2）中，对应琴键的敲击速度经过拾波线圈的配合转换成电压信号后经过信号放大器的信号放大和/或滤波器的信号滤波后进入多选一模拟开关，同时微处理器控制对应多选一模拟开关的使能端使相应的模拟开关通道开启，使对应的电信号通过。
在步骤3）中，微控制器通过所述电压信号调取音色库中对应的音色时，同时将该调取的音色另行存储，并将存储的音色数据还原成演奏乐曲。
一种弦槌速度传感器，包括以下操作步骤：
1）弹奏时，敲击一个琴键使对应的弦槌运动，从而使弦槌上设有磁铁的部位在拾波线圈中做穿过拾波线圈内部平面以及远离拾波线圈内部平面的运动，同时，信号处理模块还包括琴键扫描装置，琴键扫描装置用于检测弹奏时琴键的敲击动作；
2）弦槌设有磁铁的部位穿过拾波线圈时的速度信息被拾波线圈转换成电压信号并传给信号处理模块；
3）信号处理模块对电压信号进行处理后转成数字信号，并将该信号传给微控制器，微控制器通过所述电压信号调取音色库中对应的音色，再通过发音系统发声。
一种弦槌速度传感器，其特征在于，在步骤3）中，微控制器通过所述电压信号调取音色库中对应的音色时，同时将该调取的音色另行存储，并将存储的音色数据还原成演奏乐曲。
在步骤1）中，弹奏琴键时，引起弦槌运动，同时，琴键扫描装置感应演奏者对琴键的按键信息，并将按键信息输送给微控制器进行数据存储，以实现弹奏的录制。
当弦槌上设有磁铁的部位在拾波线圈内部平面穿梭运动时，拾波线圈上产生感应电流，微处理器获得弦槌达到最大速度时拾波线圈上所产生的感应电流。
采用上述技术方案，能带来以下技术效果：
1）本发明中弦槌机构是真实存在且能够带来很好的功能的，因此钢琴安装本发明后具有机械钢琴真实、扎实、舒服的手感；
2）本发明由拾波线圈、微处理器、发音系统等组件配合发音，能输出高质量、准确的音调，而且通过设置微处理器中存放音律的存储模块，能很方便、高效的实现音调的调节、修正、更换等操作，而在机械钢琴中，需要更换机械零部件，避免了使用、维护成本过高；
3）本发明测试的是从磁铁切割开始到停止段的平均速度，更加接近真实钢琴的弦槌敲击瞬间的线速度，相比于传统琴键按键速度和力度的测量更加精准；
4）磁铁切割线圈是通过产生的电流大小来判断力量，不只是判断是哪个按键按下，还需测量按下的力量，从而调取相应力量弹奏的音频文件发声不光是对应音色还对应力量，能更进一步达到机械钢琴的演奏手感和高质量的发音效果。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的结构框图；
图3和图4是本发明实施例的电路图。
具体实施方式
如图1和图2所示，一种弦槌速度传感器，它包括弦槌机结构，弦槌机结构包括弦槌1，弦槌1上设有磁铁2，包括拾波线圈3，弦槌1上设有磁铁的部位可在拾波线圈3中做穿过拾波线圈3内部平面以及远离拾波线圈内部平面的运动，拾波线圈3与信号处理模块的输入端连接，信号处理模块包括微处理器4，信号处理模块的输出端与发音系统5的输入端连接，拾波线圈3与信号放大器6、滤波器7、信号处理模块连接。在现有技术中，有的电钢琴为了增加弹奏的手感，会用配重结构代替弦槌结构，但这样或多或少会损失掉一些具有弦槌机结构的机械钢琴所带来的真实感，而对演奏者来说，真实、舒适的弹奏感能使弹奏者更好的进入弹奏的状态、更好的发挥弹奏的技艺和水平，采用以上结构，弦槌机结构是真实存在的，使用者不会损失一丝一毫的弹奏手感，一切弹奏的赶紧都是真实的；本发明测试的是从磁铁切割线圈到停止的过程，能记载每个时刻弦槌的线速度，因此能很好的得到真实弦槌击弦瞬间的线速度，传统琴键按键速度和力度的只能测量运动整个过程的平均速度。
其中，发音系统包括功放和扬声器。
通过拾波线圈3和磁铁2的配合，弦槌移动时带动磁铁移动，磁铁穿过拾波线圈时，线圈切割磁感线，产生感应电动势，从而产生感应电流，此感应电流大小和磁铁移动时线圈切割磁感线的速度成比例，上述信号经过信号放大器、滤波器后获得放大且特定频率的电信号，能很好的被信号处理模块识别、处理成所需的信号，从而输入给微处理器，使得微处理器控制发音系统发出高质量的音符信号。采用该结构，能使本发明具有高于电子类琴具精准的音符，而且本发明由拾波线圈、微处理器、发音系统等组件配合发音，能输出高质量、准确的音调，而且通过设置微处理器中存放音律的存储模块，能很方便、高效的实现音调的调节、修正、更换等操作，而在机械钢琴中，需要更换机械零部件，避免了使用、维护成本过高。
进一步的，如图3和图4所示，所述若干拾波线圈3组成一组拾波线圈组8，多个拾波线圈组8与信号放大器6、滤波器7连接后再与多选一模拟开关9的输入端连接，多选一模拟开关9的输出端与信号处理模块的输入端连接，信号处理模块包括A/D转换模块、微处理器4，多选一模拟开关9的使能端与信号处理模块的数据端连接，每组拾波线圈组8对应一个多选一模拟开关9，采用上述结构，每次敲击目标音符的琴键时，对应拾波线圈与磁铁能检测并对应输出一个电信号至多选一模拟开关9的输入端，微处理器通过控制对应的多选一模拟开关的使能端使该电信号通过并输入微处理器，这样能在若干个音符中迅速准确的识别对应的所敲击的音符，一般钢琴共有88个琴键少数钢琴有85个键或其它数目的键，该结构能降低对微处理器上数据口引脚数量的要求，简化电路结构，提高引脚的利用率。
更具体的，以具有88个琴键的钢琴为例，八个拾波线圈3组成一组拾波线圈组8，十组拾波线圈组8中的每个拾波线圈所检测到的电信号经过信号放大器6、滤波器7后输入给八选一模拟开关，八选一模拟开关的输出端与信号处理模块的输入端连接，八选一模拟开关的使能端与信号处理模块的数据端连接，每组拾波线圈组8对应一个八选一模拟开关9，这样能在快速准确的识别对应的所敲击的音符的基础上，降低对微处理器上数据口引脚数量的要求，简化电路结构，提高引脚的利用率。
包括琴键扫描装置10，琴键扫描装置的输出端与微处理器4的输入端连接，琴键扫描装置用于检测琴键的按键信息并输入给微处理器。
一种弦槌速度传感器，包括以下操作步骤：
1）弹奏时，敲击一个琴键使对应的弦槌1运动，从而使弦槌1上设有磁铁的部位在拾波线圈3中做穿过拾波线圈3内部平面以及远离拾波线圈内部平面的运动；
2）弦槌1设有磁铁2的部位穿过拾波线圈3时的速度信息被拾波线圈3转换成电压信号并传给信号处理模块；
3）信号处理模块对电压信号进行处理后转成数字信号，并将该信号传给微控制器，微控制器通过所述电压信号调取音色库中对应的音色，再通过发音系统5发声；
在步骤2）中，对应琴键的敲击速度经过拾波线圈3的配合转换成电压信号后经过信号放大器6的信号放大和/或滤波器7的信号滤波后进入多选一模拟开关9，同时微处理器4控制对应多选一模拟开关9的使能端使相应的模拟开关通道开启，使对应的电信号通过。
在步骤3）中，微控制器8通过所述电压信号调取音色库中对应的音色时，同时将该调取的音色另行存储，并将存储的音色数据还原成演奏乐曲。
一种弦槌速度传感器，包括以下操作步骤：
1）弹奏时，敲击一个琴键使对应的弦槌1运动，从而使弦槌1上设有磁铁的部位在拾波线圈3中做穿过拾波线圈3内部平面以及远离拾波线圈内部平面的运动，同时，信号处理模块还包括琴键扫描装置10，琴键扫描装置10用于检测弹奏时琴键的敲击动作；
2）弦槌1设有磁铁2的部位穿过拾波线圈3时的速度信息被拾波线圈3转换成电压信号并传给信号处理模块；
3）信号处理模块对电压信号进行处理后转成数字信号，并将该信号传给微控制器，微控制器通过所述电压信号调取音色库中对应的音色，再通过发音系统5发声。
在步骤1）中，弹奏琴键1时，引起弦槌2运动，同时，琴键扫描装置9感应演奏者对琴键的按键信息，并将按键信息输送给微控制器8进行数据存储，以实现弹奏的录制。
当弦槌1上设有磁铁的部位在拾波线圈内部平面穿梭运动时，拾波线圈上产生感应电流，微处理器获得弦槌1达到最大速度时拾波线圈上所产生的感应电流。
所述滤波器7为带通滤波器。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种弦槌速度传感器，它包括弦槌机结构，其特征在于：所述弦槌机结构包括弦槌（1），弦槌（1）上设有磁铁（2），包括拾波线圈（3），弦槌（1）上设有磁铁的部位可在拾波线圈（3）中做穿过拾波线圈（3）内部平面以及远离拾波线圈内部平面的运动，拾波线圈（3）与信号处理模块的输入端连接，信号处理模块包括微处理器（4），信号处理模块的输出端与发音系统（5）的输入端连接，拾波线圈（3）与信号放大器（6）、滤波器（7）、信号处理模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种弦槌速度传感器，其特征在于：所述若干拾波线圈（3）组成一组拾波线圈组（8），多个拾波线圈组（8）与信号放大器（6）、滤波器（7）连接后再与多选一模拟开关（9）的输入端连接，多选一模拟开关（9）的输出端与信号处理模块的输入端连接，信号处理模块包括A/D转换模块、微处理器（4），多选一模拟开关（9）的使能端与信号处理模块的数据端连接，每组拾波线圈组（8）对应一个多选一模拟开关（9）。
3.根据权利要求2所述的一种弦槌速度传感器，其特征在于：所述八个拾波线圈（3）组成一组拾波线圈组（8），十组拾波线圈组（8）中的每个拾波线圈所检测到的电信号经过信号放大器（6）、滤波器（7）后输入给八选一模拟开关，八选一模拟开关的输出端与信号处理模块的输入端连接，八选一模拟开关的使能端与信号处理模块的数据端连接，每组拾波线圈组（8）对应一个八选一模拟开关（9）。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种弦槌速度传感器，其特征在于：包括琴键扫描装置（10），琴键扫描装置的输出端与微处理器（4）的输入端连接，琴键扫描装置用于检测琴键的按键信息并输入给微处理器。
5.根据权利要求2或3所述的一种弦槌速度传感器，其特征在于，包括以下操作步骤：
1）弹奏时，敲击一个琴键使对应的弦槌（1）运动，从而使弦槌（1）上设有磁铁的部位在拾波线圈（3）中做穿过拾波线圈（3）内部平面以及远离拾波线圈内部平面的运动；
2）弦槌（1）设有磁铁（2）的部位穿过拾波线圈（3）时的速度信息被拾波线圈（3）转换成电压信号并传给信号处理模块；
3）信号处理模块对电压信号进行处理后转成数字信号，并将该信号传给微控制器，微控制器通过所述电压信号调取音色库中对应的音色，再通过发音系统（5）发声；
在步骤2）中，对应琴键的敲击速度经过拾波线圈（3）的配合转换成电压信号后经过信号放大器（6）的信号放大和/或滤波器（7）的信号滤波后进入多选一模拟开关（9），同时微处理器（4）控制对应多选一模拟开关（9）的使能端使相应的模拟开关通道开启，使对应的电信号通过。
6.根据权利要求5所述的一种弦槌速度传感器，其特征在于，在步骤3）中，微控制器（8）通过所述电压信号调取音色库中对应的音色时，同时将该调取的音色另行存储，并将存储的音色数据还原成演奏乐曲。
7.根据权利要求4所述的一种弦槌速度传感器，其特征在于，包括以下操作步骤：
1）弹奏时，敲击一个琴键使对应的弦槌（1）运动，从而使弦槌（1）上设有磁铁的部位在拾波线圈（3）中做穿过拾波线圈（3）内部平面以及远离拾波线圈内部平面的运动，同时，信号处理模块还包括琴键扫描装置（10），琴键扫描装置（10）用于检测弹奏时琴键的敲击动作；
2）弦槌（1）设有磁铁（2）的部位穿过拾波线圈（3）时的速度信息被拾波线圈（3）转换成电压信号并传给信号处理模块；
3）信号处理模块对电压信号进行处理后转成数字信号，并将该信号传给微控制器，微控制器通过所述电压信号调取音色库中对应的音色，再通过发音系统（5）发声。
8.根据权利要求7所述的一种弦槌速度传感器，其特征在于，在步骤1）中，弹奏琴键（1）时，引起弦槌（2）运动，同时，琴键扫描装置（9）感应演奏者对琴键的按键信息，并将按键信息输送给微控制器（8）进行数据存储，以实现弹奏的录制。
9.根据权利要求1至3其中之一所述的一种弦槌速度传感器，其特征在于，当弦槌（1）上设有磁铁的部位在拾波线圈内部平面穿梭运动时，拾波线圈上产生感应电流，微处理器获得弦槌（1）达到最大速度时拾波线圈上所产生的感应电流。
10.根据权利要求1至3其中之一所述的一种弦槌速度传感器，其特征在于：所述滤波器（7）为带通滤波器。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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