CN1912991A - 电子键盘乐器 - Google Patents

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Abstract

一种电子键盘乐器，其可以实现具有与声学钢琴相同的良好音质的自然音。振动由平板件制成的音板(33)从而产生乐音。第一演奏信号产生器(22)基于键盘(17)的多个键的操作状态产生第一演奏信号。第二演奏信号产生器(23)基于多个键的操作和踏板(18)的操作产生与第一演奏信号不同的第二演奏信号。扬声器(41A～41D)基于由第一演奏信号产生器(22)产生的第一演奏信号产生乐音。安装在音板(33)上的变换器(21A～21C)基于由第二演奏信号产生器(23)产生的第二演奏信号振动音板(33)。

Description

电子键盘乐器
技术领域
本发明涉及一种通过振动音板(sound board)来产生乐音的电子键盘乐器。
背景技术
已经改进了电子键盘乐器使得能够再现像由声学乐器所产生的具有发散感觉的自然乐音，但是在听觉上仍然与由声学乐器产生的自然乐音有差别。
这是因为声学乐器不仅产生由例如弦的振动件的振动所发出的乐音，还产生通过操作例如键的操作器而产生的乐器部件之间的接触音，以及由各部件和音板的共鸣以复杂的相互作用产生的声音，而传统的电子键盘乐器不能充分地表现这些复杂的声音。
已知一种电子键盘乐器，其产生与应当根据演奏操作产生的操作器或者踏板的乐音相当的乐音，并且使产生的乐音作为演奏音从扬声器发出。但是，在再现由状况(键盘和踏板的操作状态，以及它们的操作定时等)所引起的复杂作用环境中的声音时有局限性，导致表现不充分。
另一方面，已知具有扬声器的电子键盘乐器，其给音板安装振动装置，使得除了由扬声器发声之外，还由音板的振动发出乐音(参见日本特开平7-92967号公报)。
然而，根据日本特开平7-92967号公报的电子键盘乐器，基于根据压键信息所产生的相同的演奏信息进行扬声器的发声以及振动装置的驱动。因此，在如下方面有改进的空间，即忠实地再现通过压键发出的象声学钢琴的演奏音和当踩下制音踏板(damper pedal)时由被敲击的弦之外的弦的共鸣等产生的具有发散感觉的制音器音。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种能够实现具有和声学钢琴一样的良好音质的自然音的电子键盘乐器。
为了达到以上目的，根据本发明的一个方面，提供一种电子键盘乐器，包括：音板，其由平板件制成，振动音板以产生乐音；多个键操作器；至少一个踏板操作器；第一演奏信号产生器，用于基于多个键操作器的操作状态产生第一演奏信号；第二演奏信号产生器，用于基于多个键操作器的操作和踏板操作器的操作产生与第一演奏信号不同的第二演奏信号；至少一个扬声器，用于基于由第一演奏信号产生器产生的第一演奏信号来产生乐音；以及至少一个振动装置，将其安装在音板上，基于由第二演奏信号产生器产生的第二演奏信号来振动音板。
使用本发明这方面的配置，可以实现具有像声学钢琴一样良好音质的自然音。
优选地，第一演奏信号是根据所操作的键操作器的音高发出演奏音的信号，第二演奏信号是发出相当于当在声学钢琴中按下(打开)制音踏板时所发出的共鸣音的制音器音的信号。
使用本发明这方面的配置，可以由扬声器发出根据压键操作的演奏音，此外，可以由音板发出制音器音，可以进一步实现自然音。
从以下结合附图的详细说明，本发明的以上和其他目的、特征和优点将更加明显。
附图说明
图1是示出根据本发明优选实施例的电子键盘乐器的整体结构的框图。
图2是图1中的电子键盘乐器的平面图。
图3A是图1中的电子键盘乐器的前视图。
图3B是图1中的电子键盘乐器的音板的框的其中一个安装部的剖视图。
图4是示出图1中的电子键盘乐器的功能的框图。
图5是主处理的流程图。
具体实施方式
下面参考附图说明本发明的优选实施例。
图1是示出根据本发明优选实施例的电子键盘乐器的整体结构的框图。图2是图1中的电子键盘乐器的平面图。图3A是图1中的电子键盘乐器的前视图，图3B是图1中的电子键盘乐器的音板的框的其中一个安装部的剖视图。
如图1所示，电子键盘乐器1包括通过总线16分别连接到CPU5的检测电路3、检测电路4、ROM 6、RAM 7、定时器8、显示装置9、存储装置10、外部接口(外部I/F)11、音源电路13和效果电路14。
此外，演奏操作器15连接到检测电路3，演奏操作器15包括键盘17和制音踏板(下文中称为“踏板”)18，键盘17包含用于输入音高信息的多个键，踏板18由脚操作以进行演奏。包括用于输入各种信息的多个开关的面板操作器2连接到检测电路4。显示装置9包括液晶显示器(LCD)等，用于显示例如乐谱、文字等的各种信息。定时器8连接到CPU 5，外部演奏装置100连接到外部I/F 11。发声部20通过声音系统19连接到效果电路14。声音系统19包括DAC(数模转换器)、放大器等。
检测电路3检测演奏操作器15的操作状态，检测电路4检测面板操作器2的操作状态。CPU 5对整个电子键盘乐器1进行控制。ROM 6存储要由CPU 5执行的控制程序和各种表数据等。RAM 7临时存储例如演奏数据、文本数据等的各种输入信息、各种标志、缓冲数据、运算结果等。定时器8测量定时器中断处理中的中断时间和各种时间。存储装置10存储包括上述控制程序的各种应用程序、各种乐曲数据(例如MIDI、音频数据等的演奏数据)、各种数据等。
外部I/F 11具有MIDI(乐器数字化接口，Musical instrumentDigital Interface)I/F和各种通信I/F，用于输入来自例如外部演奏装置100等的外部装置的MIDI信号并向外部装置输出MIDI信号。音源电路13将从演奏操作器15输入的演奏数据及预先设定的演奏数据等转换为乐音信号。效果电路14将各种效果施加到从音源电路13输入的乐音信号。
存储装置10设置有例如硬盘驱动器(HDD)，存储装置10可以从外部存储介质12读数据，或将数据写到外部存储介质12。存储介质12可以是软盘驱动器(FDD)、CD-ROM驱动器、磁光盘(MO)驱动器等。
发声部20包括多个(例如四个)扬声器41(41A、41B、41C和41D)和多个(例如三个)变换器21(变换器21A、21B和21C)。扬声器41基于演奏操作器15的每一个操作或者演奏数据产生乐音。变换器21由踏板18和键盘17的每一个操作或者演奏数据通过振动(激励)图2所示的音板33产生声音。即，在这种电子键盘乐器1中，除了通过扬声器41发声之外，还通过声板33的振动产生声音。
如图3A所示，踏板18设置在腿体30的下前部分，并将框31固定在腿体30的上部。如图2所示，像大钢琴一样在演奏者侧(前侧)设置键盘17。音板33设置在键盘17后方。如图2所示，音板33在平面图上具有与在大钢琴中的弦下面设置的音板相同的形状。音板33由具有约1cm的均匀厚度的木板形成，音板33的深度在高音侧(图2中的右侧)比在低音侧(图2中的左侧)短。应当指出，在设计时可以适当改变音板33的材料或者厚度，只要其适于通过振动来发声即可。
未示出框31的平面图形状，但是其具有基本跟随音板33的边缘部分的框状形状。具体地，框31的外轮廓稍小于音板33的边缘部分，并且具有与音板33相似的形状。如图3B所示，由多个以适当间隔互相独立地排列的螺钉34通过橡胶垫件32在框31的上端固定和保持音板33。作为橡胶垫件32，优选使用具有高缓冲性能的材料，从而不将音板33的振动传送到腿体30。
在音板33上方设置与在声学大钢琴中的开闭盖相同的能够打开/关闭的开闭盖42。在图2和3A中示出开闭盖42的打开状态。在演奏时，通过打开开闭盖42可以有效地放出由扬声器41和音板33发出的声音。
扬声器41A和41D布置在键盘17正后方的左端和右端。将扬声器41B和41C固定在未示出的固定地设置在框31处并布置在音板33下方的支柱上。如图2所示，扬声器41B布置在平面图上中音至低音侧的音板33的后半部分的位置处，而扬声器41C布置在高音侧的音板33的前部分的位置处。
变换器21A、21B和21C互相独立地布置在音板33的上表面上。变换器21A布置在音板33的低音侧，变换器21B布置在音板33的中音侧，变换器21C布置在音板33深度短的区域的高音侧。按照纵向位置，变换器21C位于最前部，变换器21B位于最后部。各变换器21A、21B和21C布置在可由键盘乐器产生的频率范围内能以相对多的固有频率高效地振动音板33的位置。即，各变换器21布置不仅在避开螺钉34和框31，而且当在频率逐渐变化的同时音板33自由振动时，使得对应于各固有频率的切线的密度低的位置。
各变换器21直接安装在音板33上。安装在音板33上的方法可以是例如螺钉、粘合剂等的任何方法。如1971年三月的“RadioTechnology”第266页的图1和2所示，变换器21的结构是公开已知的，通过电信号(演奏信号或者驱动信号)来振动变换器21自身以通过音板33自身重量的反作用来振动音板33。变换器21可以是任何结构，只要其能基于电信号通过振动音板33来发出声音即可。
在本优选实施例中，变换器21A和21B使用相同的结构。变换器21A、21B大，可以支持低频带，其中在250Hz的频率附近振动效果尤其好，但是在高于250Hz的频率处，产生的振动变得很小。此外，这样产生的振动的强度大，主要承担低音域的发声。
另一方面，变换器21C具有与变换器21A、21B不同的特性(能力)，即相对于输入信号的振动效率不同。变换器21C的尺寸小于变换器21A、21B，可以支持较高频带，其中1000Hz以上的频率的振动效果仍然好。此外，可以产生的振动强度没有变换器21A、21B产生的振动强度强，主要承担高音域的发声。
图4是示出电子键盘乐器1的功能的框图。在该图中示出的信号处理部40具有：第一和第二演奏信号产生器22、23，第一和第二演奏数据24、25，加法器36、37，效果处理器26，延迟处理器27，SP输出分配器28，TR输出分配器29等作为功能部。通过与图1所示的包括CPU 5、ROM 6、RAM 7、定时器8、存储装置10、外部接口11、音源电路13、效果电路14、声音系统19等的组件的互相配合来实现信号处理部40的各功能部的这些功能。
第一演奏数据24是在声学大钢琴中通过按音高对当操作每一个键而不踩下制音踏板时发出的乐音进行采样而获得的波形数据。另一方面，第二演奏数据25是通过从按音高对当在踩下制音踏板的同时操作每一个键时发出的乐音进行采样所获得的数据中减去第一演奏数据24相对应的数据而获得的波形数据。即，第一演奏数据24是再现正常演奏音的数据。第二演奏数据25是再现具有发散感觉的制音器音的数据，该制音器音是通过当在声学钢琴中操作制音踏板时由被敲击的弦之外的弦的共鸣等所产生的。将这些数据存储在例如ROM 6中。
第一演奏信号产生器22根据对在键盘17上的每一个键的压键/释放操作使用第一演奏数据24产生第一演奏信号，并通过加法器36将其送到效果处理器26。另一方面，第二演奏信号产生器23根据踏板18和键盘17的操作使用第二演奏数据25产生第二演奏信号，并通过缓冲器和加法器37将其送到延迟处理器27。第一演奏信号用于使扬声器41发声，而第二演奏信号用于驱动变换器21，二者的特性不同。
当输入第一和第二音频信号43、44时，将第一音频信号43通过缓冲器和加法器36送到效果处理器26，而将第二音频信号44通过缓冲器和加法器37送到延迟处理器27。
这里，第一和第二音频信号43、44是存储在存储装置10中或者从外部演奏装置100输入的信号，它们是具有有多个(例如2个)音轨的音频数据源的信号。第一音频信号43是再现正常演奏音的信号，在实时演奏时相当于第一演奏信号。第二音频信号44是再现制音器音的信号，在实时演奏时相当于第二演奏信号。预先创建该音频信号作为用于回放正常演奏音和制音器音的数据。
送到效果处理器26的第一音频信号43和第一演奏信号被赋予在效果处理器26设定的效果，将其供给SP输出分配器28，还通过缓冲器和加法器36将其送到延迟处理器27。另一方面，送到延迟处理器27的第二演奏信号、第二音频信号44和从效果处理器26发送的信号在延迟处理器27经过预定的延迟处理，供给TR输出分配器29。
SP输出分配器28基于从效果处理器26供给的信号(第一演奏信号，第一音频信号43)将输出功率分配到扬声器41。即，将该信号分配、放大并输出到扬声器41A～41D中的每一个。同时，根据由该信号指定的音高和速度进行输出，但是设定对各扬声器41实现声场定位的输出功率分配，使得来自扬声器41A～41D的输出中的每一个与所操作的键的音高或者由第一音频信号43所指定的音高匹配。
TR输出分配器29基于供给的信号(第二演奏信号，第二音频信号44等)将输出分配给变换器21。即，对变换器21A、21B和21C中的每一个产生、放大并输出模拟驱动信号。具体地，产生/输出驱动信号，该驱动信号使变换器21A、21B和21C中的每一个以根据由信号所指定的音高的频率和根据速度的强度来振动。
图5是主处理的流程图。当电源打开时，该处理开始。
首先，进行初始化。即，开始执行预定程序，对例如RAM 7的各种寄存器设定初始值来进行初始设置(步骤S101)。然后，检查面板操作器2的输入(步骤S102)，对对应于输入(音量、音色、效果设置、可否进行自动演奏等)的设备进行设置(步骤S103)。判断演奏操作器15是否有输入(步骤S104)，如果没有，则程序进行到步骤S105，如果有输入，则判断该输入是否为压键指令(压下键盘17的键)(步骤S106)。
基于判断结果，如果不是压键指令，则判断是否为键释放指令(步骤S110)。如果也不是键释放指令，则判断是否为踏板18的打开操作(步骤S113)，如果也不是踏板18的打开操作，则为踏板18的停止操作，程序进行到步骤S115。因此，如果演奏操作器15的输入为压键指令，则执行步骤S107～S109，如果输入为键释放指令，则执行步骤S111、S112。如果输入为踏板18的打开操作，则执行步骤S114，如果输入为踏板18的停止操作，则执行步骤S115，在各种情况下，程序进行到步骤S105。
首先，在上述步骤S107，判断踏板18当前是否为打开状态。如果踏板18不在打开状态，则程序进行到步骤S109，其中从ROM6读出根据压下的键(已经被压下的键)的音高的第一演奏数据24，基于第一演奏数据24产生具有根据压下的键的速度的包络的第一演奏信号。另一方面，如果踏板18在打开状态，则程序进行到步骤S108，其中读出根据压下的键的音高的第二演奏数据25，产生具有根据压下的键的速度的包络的第二演奏信号，然后执行上述步骤S109。
在上述步骤S111，判断踏板18是否在打开状态。如果踏板没打开，则程序进行到步骤S112，其中停止产生释放的键(已经被释放的键)的演奏信号。即，产生用于正在发出的相应乐音的制音处理的信号。在该处理中，读出第一演奏数据24，产生具有根据键释放操作的包络的用于制音的第一演奏信号。另一方面，如果踏板18在打开状态，则不停止产生演奏信号，程序进行到上述步骤S105。
在上述步骤S114，当处于压键状态并且正在发声时，根据踏板18的打开操作产生对应于处于压键状态的键的第二演奏信号。即，读出根据处于压键状态的键的音高的第二演奏数据25，并且产生具有与发声处理中的声音的制音状态相匹配的包络的第二演奏信号。
在上述步骤S115，如果有与处于压下状态的键之外的键的各音高相对应的音调正在发声，则停止对应于其的演奏信号。即，产生用于制音的信号用于正在发声的相应乐音的制音处理。在该处理中，读出与处于压下状态的键之外的键的音高相对应并根据正在发声的音高的第一演奏数据24和第二演奏数据25，产生具有根据踏板18的关闭操作的包络的第一演奏信号和第二演奏信号。
在上述步骤S105，基于如上产生的第一演奏信号和第二演奏信号，将信号输出到各扬声器41和各变换器21。此外，如果允许进行自动演奏，并且已经输入了第一和第二音频信号43、44，则基于这些信号进行输出。有同时进行基于第一和第二演奏信号的输出和基于第一和第二音频信号43和44的输出的情况。
即，在上述步骤S105，首先，基于如上产生的第一演奏信号，以根据第一演奏信号的输出电平将信号分配并输出到各扬声器41，因此可以获得根据音高的定位。如果已经输入了第一音频信号43，则进行相同的处理。这样，根据压下的键和/或音频数据从扬声器41发出正常演奏音。
此外，在上述步骤S105，基于如上产生的第二演奏信号，考虑各变换器21的特性和布置，独立地产生并输出驱动信号，因此可以获得根据音高的定位。如果已经输入了第二音频信号44，则进行相同的处理。这样，根据压下的键和/或音频数据产生制音器演奏乐音。之后，程序回到上述步骤S102。
与由扬声器41发出的乐音相比，由音板33的振动产生的乐音与在例如键盘17和踏板18的操作状态和其操作定时等的复杂作用环境中再现的声音相似，它们都是具有良好音质的自然音。尤其是，由于音板33具有与大钢琴的音板相似的形状，因此其声音与声学钢琴的声音相似。尤其是，由于框31在平面图上的形状是跟随音板33的边缘部分的框状，因此音板33可以在框31的内部区中进行大的振动(以足够低的频率)，可以良好地再现低音区的制音器音。此外，由于在可以有效地振动音板33的位置布置变换器21，因此可以获得足够的发声量。
这里，假设预先以固定的方法确定由第一演奏信号产生的演奏音的输出级(音量)和由第二演奏信号产生的制音器音的输出级之间的平衡。然而，不限于此，二者之间的平衡可以根据设定的输出级而不同。例如，可以设定二者使得设定的输出级越高，演奏信号的输出级比制音器音的输出级越高。
根据优选实施例，由于扬声器41通过根据键盘17的操作产生的第一演奏信号来发出演奏音，音板33通过基于根据踏板18和键盘17的操作产生的第二演奏信号驱动变换器21来发出制音器音，因此可以实现具有与声学钢琴相同的良好音质的自然音。
此外，由于音板33具有与大钢琴的音板相似的形状，因此可以实现与大钢琴相似的自然音。尤其是，当通过振动音板发出低音时，需要比发出高音所需的区更宽的区，对于再现钢琴音，音板33的形状是理想的。
可以构成为在第一演奏信号产生器22产生第一演奏信号的阶段确定对扬声器41A～41D的分配。例如，在第一演奏信号中，从第一演奏数据24读出左/右声道的波形，并且产生该波形作为左/右声道的立体声信号。可以由扬声器41A、41B发出左声道的信号，而由扬声器41C、41D发出右声道的信号。在这种情况下，使扬声器41A和扬声器41B之间的特性不同，而且扬声器41C和扬声器41D之间的特性也不同，使得通过滤波器将左声道(或者右声道)的信号发出为正确的信号。扬声器41数量的规定可以是2而不是4(例如，仅有扬声器41A和扬声器41D)。
此外，如上所述，可以构成为在第二演奏信号产生器23产生第二演奏数据25的阶段确定对变换器21A～21C的分配。变换器21的数量可以是2而不是3，可以仅设置变换器21A和21B。在这种情况下，与图2中的例子相反，在深度侧布置左变换器21A，而在前侧布置右变换器21B。如上所述，在第二演奏信号中，可以构成为使得从第二演奏数据25读出左/右声道的波形，并且产生该波形作为左/右声道的立体声信号，使得由左声道的信号驱动变换器21A，而由右声道的信号驱动变换器21B。
在本优选实施例中，以钢琴的音板的形状制作音板33，从而更适合再现钢琴的音，但是根据简单发声，音板33的形状可以是任何形状，可以根据要发出的声音的类型选择合适的形状以更适当地发声。例如，为了再现小提琴的声音，期望从小提琴形状的结构发出理想的声音。
在本优选实施例中，由第二演奏信号产生器23(参见图4)产生的第二演奏信号是发出制音器音的信号，但是不限于此，可以针对可通过振动音板33进行发声而实现的各种效果音来产生该信号。在这种情况下，可以根据制音踏板18之外的踏板的操作产生用于控制这些效果的信号。
此外，使用第二演奏数据25产生第二演奏信号，但是不限于此，可以使用第一演奏数据24。在这种情况下，可以通过读出第一演奏数据24并且处理第一演奏数据24的波形来产生与第一演奏信号不同的假制音器音的波形，作为第二演奏信号。
当第二演奏信号处理器23根据踏板18的操作产生第二演奏信号时，可以不仅考虑踏板18的打开/关闭而且还考虑踏板18的操作的转换(制音器和弦在完全接触状态和完全分离状态之间的半接触状态)的发声，来产生第二演奏信号。
在本优选实施例中，变换器21安装在音板33的上表面上，但是它们可以安装在音板33的下表面上。变换器21A和21B可以具有彼此不同的特性。此外，如果只发出制音器音，则变换器21的数量至少为一个，但是从追求良好音质的观点，变换器21的数量优选为2个或者更多，甚至4个或者更多。

Claims (2)

1.一种电子键盘乐器，其特征在于，包括：
音板，其由平板件制成，振动所述音板以产生乐音；
多个键操作器；
至少一个踏板操作器；
第一演奏信号产生器，用于基于所述多个键操作器的操作状态产生第一演奏信号；
第二演奏信号产生器，用于基于所述多个键操作器的操作和所述踏板操作器的操作产生与所述第一演奏信号不同的第二演奏信号；
至少一个扬声器，用于基于由所述第一演奏信号产生器产生的所述第一演奏信号来产生乐音；以及
至少一个振动装置，将其安装在所述音板上，基于由所述第二演奏信号产生器产生的所述第二演奏信号来振动所述音板。
2.根据权利要求1所述的电子键盘乐器，其特征在于，所述第一演奏信号是根据所操作的键操作器的音高发出演奏音的信号，所述第二演奏信号是发出相当于当在声学钢琴中按下制音踏板时所发出的共鸣音的制音器音的信号。
CN2006101093085A 2005-08-08 2006-08-08 电子键盘乐器 Active CN1912991B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

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