CN111854810A - 一种钢琴击键力度的检测装置、方法及钢琴 - Google Patents

一种钢琴击键力度的检测装置、方法及钢琴 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种钢琴击键力度的检测装置、方法及钢琴，包括安装在琴键底部的触点开关A和触点开关B；琴键底部具有支点，支点一端为按键端，一端为击槌；触点开关B位于按键端底部，按键端按下后与触点开关B接触；触点开关A位于击槌底部，击槌下落后与触点开关A接触。本发明结构简单、便于钢琴的改造和维护，采用速度的检测方法来反应击键力度能够保证对于击键力度检测的准确性要求。

Description

一种钢琴击键力度的检测装置、方法及钢琴
技术领域
本发明属于钢琴智能化检测技术领域，涉及一种钢琴击键力度的检测装置、方法及钢琴。
背景技术
钢琴弹奏动作检测装置可以通过通过检测使用者在弹奏时的击键力度反映出钢琴弹奏的水准，以起到辅助练习、和智能教学的目的，以及为制作电子钢琴键盘或多媒体数字键盘、检验钢琴质量等诸多场合给人们提供依据。钢琴的节奏分快慢和轻重，快慢即在乐谱要求的时间击发正确的键位，而轻重则是在正确的时间用正确的力度击发键位，以保证钢琴发出正确的响度，所以检测击键力度可以有效的辅助练习者提高练习效率，并且可以将练习者的练习过程完全数字化，教学者可以通过数字化的数据提供精准教学和远程教学。
现有技术中，智能钢琴常见的检测方法为击发检测，只能适用于入门级的辅助教学，少有的力度检测基本都是采用电子传感器检测按键的压力值或光学传感器检测按键的位移量。
采用压力值去判定击键力度有以下几个技术问题：
1、传感器性能的一致性很难保障，造成数据误差较大；
2、安装的一致性也会导致数据的一致性偏差传感器成本高，配套电路要
求也高，综和成本更高；
3、安装结构要求高，专业调试要求高，无法做传统钢琴的智能化改造；
4、数据采集处理有延时，无法做到实时判定，会造成结果误差较高；
5、钢琴的发音是与琴键的运动速度相关联并成正比的，虽然弹奏时琴键产生的压力值和速度也有一定的正比关系，但非绝对(如果慢慢大力按压琴键，压力值会大，但击发声音会小)所以通过压力值去判定击键力度，得到的结果与钢琴的实际发音在某些特定情况下是不准确的。
采用光学传感器检测按键位移有以下几技术问题：
1、成本高，光学传感器属高精度传感器，本身成本高；
2、光学传感器的数据处理对计算机的性能要求高，即配套成本也高；
3、光学传感器对安装条件有严格的要求，不能做传统钢琴的改造；
4、光学传感器日常的维护要求高，需周期性清理保洁；
5、数据处理同样有延时，无法做到实时判定，在高级别的练习中判定结果存在误差。
因此，提供一种能够提高钢琴击键力度检测准确性的装置、方法及智能钢琴是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
为了实现上述的发明目的，本发明提供一种钢琴击键力度的检测装置、方法及钢琴，结构简单、便于钢琴的改造和维护，钢琴击键力度检测准确度高。为实现上述目的其具体方案如下：
一种钢琴击键力度的检测装置，包括安装在琴键底部的触点开关A和触点开关B；
所述琴键底部具有支点，所述支点一端为按键端，一端为击槌；
所述触点开关B位于所述按键端底部，按键端按下后与所述触点开关B接触；
所述触点开关A位于所述击槌底部，击槌下落后与所述触点开关A接触。
本发明还提供了一种钢琴击键力度检测装置的检测方法，按键端常规状态下，触点开关A是常闭状态，触点开关B是常开状态；将按键端按下后，触点开关A为断开状态，触点开关B变为闭合状态；包括如下步骤：
通过检测触点开关A断开信号，获得按键击发时间的步骤；
通过检测触点开关A断开信号至触点开关B闭合信号的时间间隔，计算击发速度的步骤；
通过检测触点开关A断开信号至触点开关B闭合信号后，再检测到触点开关B断开信号的时间间隔，获得按键时长的步骤。
优选的，通过检测触点开关A断开信号至触点开关B闭合信号的时间间隔，计算击发速度的步骤具体包括：
计算公式为：
Figure BDA0002579375660000031
其中，s为按键端由常规状态至按下状态的位移量，t为触点开关A断开信号至触点开关B闭合信号的时间间隔。
优选的，还包括通过检测触点开关A断开信号后一定时间内，仅检测到触点开关A闭合信号，获得空键时间的步骤。
本发明还提供了一种智能钢琴，包括权利要求1所述的钢琴击键力度的检测装置。
本发明相较现有技术具有以下有益效果：
本发明采用的是检测琴键的运动速度来判定击键力度，通过检测琴键单次运动的时间来判定击键力度，将常规的力度判定，改成为对速度的判定。判定力度的目的是为了保证使用者可以让钢琴发出弹奏所需要的响度，而钢琴的响度取决于击槌的运动速度，所以本发明采用速度的检测方法来反应击键力度能够保证对于击键力度检测的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明安装有钢琴击键力度检测装置的琴键常规状态示意图；
图2为本发明安装有钢琴击键力度检测装置的琴键击发状态示意图。
图中：
1为琴键；2为击槌；3为支架；4为触点开关A；5为触点开关B；6为按键端。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本实施例公开了一种钢琴击键力度的检测装置，包括安装在琴键1底部的触点开关A4和触点开关B5；琴键底部具有支点，支点由支架3支撑，支点一端为按键端6，一端为击槌2；
参见附图1，触点开关A4位于击槌2底部，击槌2下落后与触点开关A4接触；
参见附图2，触点开关B5位于按键端6底部，按键端6按下后与触点开关B5接触。
本实施例采用了最简单(只需要两个触点开关)并且最直接的方式(开关量判定)，解决了上钢琴击发力度的检测，其优越性在于结构简单，成本低廉，安装维护简单
实施例二
本实施例公开了一种钢琴击键力度检测装置的检测方法，按键端6常规状态下，触点开关A4是常闭状态，触点开关B5是常开状态；将按键端6按下后，触点开关A4为断开状态，触点开关B5变为闭合状态；包括如下步骤：
通过检测触点开关A4断开信号，获得按键1击发时间的步骤，可在钢琴教学及辅助练习中用于判定击键时间是否正确。
通过检测触点开关A4断开信号至触点开关B5闭合信号的时间间隔，计算击发速度的步骤，可在钢琴教学及辅助练习中用于判定击发力度是否正确。
本实施例根据击发速度判定击发力度基于牛顿第一定律：
力＝质量×加速度。
钢琴的原理是，人力作用于琴键，琴键将力传递给击槌，击槌敲击琴弦从而发出声音，琴键和击槌的质量是固定的，所以可以得出：造成琴弦发音变化的变量就是加速度，加速度通过速度即可获得。
计算击发速度的步骤具体包括：
计算公式为：
Figure BDA0002579375660000051
其中，s为按键端6由常规状态至按下状态的位移量，t为触点开关A4断开信号至触点开关B5闭合信号的时间间隔。
通过检测触点开关A4断开信号至触点开关B5闭合信号后，再检测到触点开关B5断开信号的时间间隔，获得按键时长的步骤。
存在一种钢琴击发情况：钢琴谱有要求某个键需要常按，让钢琴发出延音。因此，通过检测该时间间隔的长短，用于判断是否满足延音要求。
通过检测触点开关A4断开信号后一定时间内，仅检测到触点开关A4闭合信号，获得空键时间的步骤。
本实施例采用了开关量信号做为判定条件，其数据响应速度可<10微秒,其实检测结果与实际数据几乎无偏差。
实施例三
本实施例公开了一种智能钢琴，包括实施例一中的钢琴击键力度的检测装置，用于执行实施例二所述的钢琴击键力度检测方法。本实施例除了可以用于智能钢琴的生产以外还适用于传统钢琴的智能化改造。
实施例一、二、三中的触点开关包括接触式触点开关及非接触式触点开关；其中，
接触式触点开关可以采用金属端子+导体的触点方式，导体设置在按键端6和击槌2的底部，与触点开关的金属端子相接触后导通电路。
非接触式开关包括：光电开关如YAMITIKE；光电开关传感器如EE-SX671-1\WR；磁感应传感开关如霍尔元件、A3144E传感器，若采用磁感应传感开关，在按键端6和击槌2的底部设置有磁片，与磁感应传感开关发生磁感应后导通电路。
以上对本发明所提供的一种钢琴击键力度的检测装置、方法及钢琴进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (5)

1.一种钢琴击键力度的检测装置，其特征在于，包括安装在琴键底部的触点开关A和触点开关B；
所述琴键底部具有支点，所述支点一端为按键端，一端为击槌；
所述触点开关B位于所述按键端底部，按键端按下后与所述触点开关B接触；
所述触点开关A位于所述击槌底部，击槌下落后与所述触点开关A接触。
2.一种根据权利要求1所述的钢琴击键力度检测装置的检测方法，其特征在于，按键端常规状态下，触点开关A是常闭状态，触点开关B是常开状态；将按键端按下后，触点开关A为断开状态，触点开关B变为闭合状态；包括如下步骤：
通过检测触点开关A断开信号，获得按键击发时间的步骤；
通过检测触点开关A断开信号至触点开关B闭合信号的时间间隔，计算击发速度的步骤；
通过检测触点开关A断开信号至触点开关B闭合信号后，再检测到触点开关B断开信号的时间间隔，获得按键时长的步骤。
3.根据权利要求2所述的一种钢琴击键力度的检测方法，其特征在于，通过检测触点开关A断开信号至触点开关B闭合信号的时间间隔，计算击发速度的步骤具体包括：
计算公式为：
Figure FDA0002579375650000011
其中，s为按键端由常规状态至按下状态的位移量，t为触点开关A断开信号至触点开关B闭合信号的时间间隔。
4.根据权利要求2所述的一种钢琴击键力度的检测方法，其特征在于，还包括，通过检测触点开关A断开信号后一定时间内，仅检测到触点开关A闭合信号，获得空键时间的步骤。
5.一种智能钢琴，其特征在于，包括权利要求1所述的钢琴击键力度的检测装置。
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