CN210322119U - 一种琴锤力度检测装置及其钢琴 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种琴锤力度检测装置及其钢琴，解决了现有技术中电钢琴或跨界钢琴难以贴近真实钢琴手感和演奏响应效果的问题，其技术方案要点是：包括设置在琴锤前端的止位挡板，所述止位挡板上设置有检测槽以及触发检测组件，所述触发检测组件电性连接于信号处理组件，所述检测槽朝向所述琴锤方向设置，所述触发检测组件设置在所述检测槽内且对应设置在所述琴锤的敲击位置；本实用新型通过在琴锤的前端设置触发检测组件，通过信号处理组件实时检测触发检测组件的信号数据，从而实时分析琴锤的敲击力度，达到准确还原琴锤真实的敲击力度以及速度的目的。

Description

一种琴锤力度检测装置及其钢琴

技术领域

本实用新型涉及一种钢琴，更具体地说，它涉及一种琴锤力度检测装置及其钢琴。

背景技术

传统的立式钢琴，尤其是三角钢琴是严肃音乐表演的标准乐器配备，对于学习乐器和专业的音乐演奏者，在学习和练习的过程中，都希望能使用真正的三角钢琴或立式钢琴作为配备乐器，从而实现通过练习所获得的技术积累能够在真实的演奏场合的到一致的音乐表现。但是，由于三角钢琴的占地面积大、价格高，成为了很多钢琴用户的门槛。

电钢琴及跨界钢琴的出现，其实是为了降低传统钢琴门槛应运而生的产品。其中，电钢琴数据采样部分是还原真实演奏响应效果的关键。但是，受制于采样数据位点失真大、传感器技术误差大以及传感器安装对击弦机产生力学影响等因素，生产商很难制造出贴近真实钢琴手感和演奏响应效果的电钢琴或者跨界钢琴。

因此，现有技术还有待改进与发展。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中的不足，提供一种琴锤力度检测装置及其钢琴，达到准确还原琴锤真实的敲击力度以及速度的目的。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种琴锤力度检测装置，包括设置在琴锤前端的止位挡板，其中，所述止位挡板上设置有检测槽以及触发检测组件，所述触发检测组件电性连接于信号处理组件，所述检测槽朝向所述琴锤方向设置，所述触发检测组件设置在所述检测槽内且对应设置在所述琴锤的敲击位置。

所述的琴锤力度检测装置，其中，所述触发检测单元包括固定设置在所述检测槽一端的静单元以及设置在所述检测槽另一端的动单元，所述动单元具有复位弹性性能且与所述静单元电接触，所述琴锤敲击所述动单元以使所述动单元与所述静单元分离从而产生电信号。

所述的琴锤力度检测装置，其中，所述静单元包括基准静检测件以及止位静检测件，所述静单元设置在所述检测槽的外侧，所述动单元包括基准动检测件以及止位动检测件，所述动单元设置在所述检测槽对应所述静单元设置位置的另一侧。

所述的琴锤力度检测装置，其中，所述信号处理组件通过引线与所述触发检测组件电性连接，信号处理组件用于接收所述动单元与所述静单元的电信号变化，并将电信号变化转化为模拟信号或数字信号后输出。

所述的琴锤力度检测装置，其中，所述信号处理组件包括电性连接于所述触发检测单元的信号接收单元、电性连接于所述信号接收单元的模数转换单元、电性连接于所述模数转换单元的存储器以及电性连接于所述存储器的处理器。

所述的琴锤力度检测装置，其中，所述触发检测组件还包括与所述基准静检测件电性连接的基准静检测引线、与所述止位静检测件电性连接的止位静检测引线、与所述基准动检测件电性连接的基准动检测引线以及与所述止位动检测件电性连接的止位动检测引线。

所述的琴锤力度检测装置，其中，所述基准静检测件设置在所述检测槽的外侧，所述基准动检测件贴合设置于所述基准静检测件的内侧，止位动检测件贴合设置于所述止位静检测件的内侧；所述基准动检测件在静止状态时外侧面与所述止位挡板的端面齐平。

所述的琴锤力度检测装置，其中，所述基准动检测件与所述止位动检测件间隔预定距离设置。

所述的琴锤力度检测装置，其中，所述检测槽的槽底设置有用于容纳形变后的动单元的容纳槽，所述容纳槽设置在所述动单元在移动时所经过的轨迹空间位置。

一种钢琴，包括如上任一项所述的琴锤力度检测装置，其中，所述钢琴包括电钢琴或跨界钢琴，所述电钢琴或跨界钢琴包括设置有所述琴锤的钢琴击弦机结构。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型通过在琴锤的前端设置触发检测组件，通过信号处理组件实时检测触发检测组件的信号数据，从而实时分析琴锤的敲击力度，达到准确还原琴锤真实的敲击力度以及速度的目的。

附图说明

图1是本实施例中琴锤与止位挡板的侧面原理结构示意图。

图2是本实施例中止位挡板的俯视图。

图3是本实施例中信号处理组件的结构原理示意图。

图4是本实施例中信号处理组件数据获取原理图。

图5是本实施例中三角钢琴的击弦机与力度检测装置的安装结构示意图。

图6是本实施例中立式钢琴的击弦机与力度检测装置的安装结构示意图。

图中：100、止位挡板；110、检测槽；120、容纳槽；200、触发检测组件；210、静单元；211、基准静检测件；212、止位静检测件；213、基准静检测引线；214、止位静检测引线；220、动单元；221、基准动检测件；222、止位动检测件；223、基准动检测引线；224、止位动检测引线；300、信号处理组件；310、信号接收单元；320、模数转换单元； 330、存储器；340、处理器；400、琴锤；500、击弦机。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例：一种琴锤力度检测装置，如图1至图3所示，包括设置在琴锤400前端的止位挡板100，所述止位挡板100上设置有检测槽110以及触发检测组件200，所述触发检测组件200电性连接于信号处理组件300，所述检测槽110朝向所述琴锤400方向设置，所述触发检测组件200设置在所述检测槽110内且对应设置在所述琴锤400的敲击位置。

本申请通过在琴锤400的前端设置触发检测组件200，通过信号处理组件300实时检测触发检测组件200的信号数据，从而实时分析琴锤400的敲击力度，达到准确还原琴锤400真实的敲击力度以及速度的目的。

具体的，钢琴的琴锤400还可以为配重锤，在钢琴中的每个琴锤400或者配重锤击弦行程的回弹末端区域设置所述力度检测装置。

所述触发检测单元包括静单元210以及动单元220，所述静单元210设置在所述检测槽110的一端，所述动单元220设置在所述检测槽110的另一端。当然，动单元220及静单元210位置对调等改变均在本申请保护范围内。所述动单元220具有复位弹性性能，所述动单元220与所述静单元210电接触。在钢琴琴键接收到触键动作后，钢琴击弦机500的连接结构带动琴锤400向前敲击所述动单元220，以使所述动单元220随琴锤400同步运动，以使所述动单元220与所述静单元210分离，进而产生电信号。当时所述琴锤400退回时，由于所述动单元220具有复位弹性性能，因此所述动单元220随所述琴锤400同步复位，再次接触静单元210。信号处理单元通过检测触发检测单元电信号变化，从而得到钢琴的钢琴响应数据。

具体的，本申请通过琴锤400或者配重锤带动所述力度检测装置的动单元220同步位移，从而获得琴锤400或配重锤的运动位移数据，以此获得演奏者在该触键弹奏手法、力度等状态下真实弹奏状态的钢琴响应数据。为钢琴、电钢琴或者跨界钢琴产品的最终弹奏响应模拟还原提供精准的原始数据。

在三角钢琴和立式钢琴中，具有与琴键适配的等效位点，具体包括击弦机500的连接结构、琴锤400以及琴弦的敲击点，在本申请中，琴弦的敲击点即检测槽110的位置。

在传统钢琴的琴键触键动作发生后，通过击弦机的连接结构带动，导致琴锤及锤杆朝向琴弦方向运动，通过琴锤敲击琴弦，使得钢琴发出响应的声音。

在本实施例中，所述止位挡板100位置即琴弦位置，通过信号处理组件300检测触发检测组件200的电学状态，从而模拟出传统钢琴的声音。

在琴锤400敲击琴弦之前，琴锤400与锤杆会与击弦机500的其他全部动力部件力学分离，因此琴锤400处于自由运动状态，不在受触键以及触键所导致的击弦机500的其他部件的力学影响关联，也就是说，钢琴弹奏技术所有复杂的技术最终的力学表现，都体现为琴锤400离开击弦机500的连接结构后的角速度，也即脱机后角速度，这个时点以后到完成击弦动作的阶段，琴锤400的角速度数据是最理想和精准的演奏信息源。但是，现有技术的电钢琴与跨界钢琴检测装置都无法获知准确的琴锤400敲击力度和速度。

现有技术中的电钢琴或跨界钢琴所采用的检测方式大多是通过在琴键下方或其他位置设置光电传感器、压力传感器、开关触发等感应器件来检测琴键的运动状态。这些采样位置获得的数据和真实的琴锤400敲击琴弦的最终数据信息有较大的误差，因为演奏触键的整个过程是一个受演奏者手法、习惯、个人技巧等复杂因素影响的动作完成过程，所有这些复杂因素在击弦机联动过程中，在不同的数据采样点都有不同的“时间/位移”表现。

但是，无论这个过程有多复杂，在锤杆离开击弦机对锤杆的施力点位511后，锤杆和琴锤在铰链510的限制下以一定的初速度自由运动撞击琴弦位，此时演奏者所有的动作都不会在对琴锤以及锤杆产生影响，此时琴锤的运动状态数据是能最真实的反映实际弹奏效果的。本申请通过在代替琴弦的止位挡板处进行采样，能最大程度的获得弹奏的真实动作结果信息。

所述静单元210包括基准静检测件211以及止位静检测件212，所述静单元210设置在所述检测槽110的外侧，所述动单元220包括基准动检测件221以及止位动检测件222，所述动单元220设置在检测槽110对应所述静单元210设置位置的另一侧，所述基准动检测件221与所述基准静检测件211对应设置，所述止位动检测件222与所述止位静检测件212 对应设置。

具体的，所述基准动检测件221以及止位动检测件222为具有弹性的非绝缘材料，优选金属弹簧片，还可以为金属弹簧丝线、金属弹簧、非金属导体或者半导体材料等。当然，所述基准动检测件221以及止位动检测件222不局限于上述举例，任何能够提供具有导电性能，而且具有复位弹性性能的结构件均可应用于本申请。

所述基准静检测件211以及止位静检测件212为具有机械强度的非绝缘材料，优选金属铜件，还可以为金属和非金属导体或者半导体材料，例如硬质金属件、导电硅胶、带铜箔接触面的印刷电路等。当然，所述基准静检测件211以及止位静检测件212不局限与上述举例，任何能够具有导电性能，并且具有机械强度的结构件均可应用于本申请。

所述止位挡板100选用能够提供限制琴锤400运动轨迹，并且具有机械强度的结构件均可。且为实现本申请上述功能，任何形状、尺寸。安装角度的改变均在本申请保护范围内。

在数据采集方式上，还可以在止位挡板100上设置光电传感器、霍尔传感器或电磁线圈等方式进行数据采集。

当采用光电传感器或超声波传感器时，由于琴锤的尺寸比较大，而琴锤的实际检测位移量程只有1-3毫米，光电传感器在检测光源和接收器距离比较大的情况下，在检测精度上会受到很大的影响，而且在这么短的检测量程下，光电传感器的响应时间、响应时延等因素会对检测数据的精确度产生很大的误差影响，如果使用高性能指标的传感器件，产品的成本会极大的上升，导致产品市场竞争力极大下降。超声波传感器在实际应用的场合也存在类似问题。

当采用霍尔传感器时，需要在琴锤或者相关的运动部件上安装带磁性的部件，这对于运动结构会带来力学上的改变，对演奏者的手感产生影响，对产品的体验产生负面影响。另外，要保证不同琴锤数据获取的精准，不同琴锤上磁性部件的一致性要求很高，也势必会提高产品的成本，并且装配工艺难度大。

当采用电磁线圈或者其他传感器件代替琴锤时，需要通过完全模拟琴锤的运动实现数据收集的目的。这种方案的缺点是忽略了真钢琴每个琴键对应的琴锤是大小和质量不同的，加上真实琴锤的密度、气动外形等参数和替换后的传感器完全不同，如果把真实的琴锤换掉，会必然对弹奏者的手感产生误差影响。

因此，要实现电钢琴和跨界钢琴完全真实的真钢琴手感以及响应模拟，是本行业的难点，各种方案均存在难以调和的取舍问题。

所述基准静检测件211和止位静检测件212设置在所述检测槽110的一侧，所述基准动检测件221和止位动检测件222设置在所述检测槽110相应的另一侧。所述基准静检测件 211设置在所述检测槽110的外侧，所述基准动检测件221贴合设置于所述基准静检测件211的内侧，止位动检测件222贴合设置于所述止位静检测件212的内侧。

在本实施例中，所述基准动检测件221与所述止位动检测件222间隔预定距离设置，其间隔距离为2至4毫米。所述基准动检测件221在静止状态时外侧面与所述止位挡板100的端面齐平。所述检测槽110的槽底设置有用于容纳形变后的动单元220的容纳槽 120，所述容纳槽120设置在所述动单元220在移动时所经过的轨迹空间位置。其中，基准动检测件221在工作过程中产生位移时所通过的轨迹空间与所述止位静检测件212没有物理上的接触或相交。

也即，所述触发检测组件200包括两组检测组，分别为基准检测组以及止位检测组，所述基准检测组包括基准静检测件211以及基准动检测件221，所述止位检测组包括止位静检测件212以及止位动检测件222，所述基准检测组与所述止位检测组分别将电信号传输至信号处理组件300。

由上可知，本申请通过将设计的量程在代替琴弦的止位挡板100的水平面上，检测的采样量程区间选择在与弹奏者没有任何的力学关联的范围内，安装方法上完全不对击弦机 500的结构造成任何力学改变，使得弹奏者在演奏过程中能获得真钢琴的手感和响应体验。

由于本申请是通过机械部件进行感应，通过琴锤400带着动单元220同步移动，通过电导通的方式获取检测信息，因此在获取电信号时没有时间误差，因此响应速度快。能够实现没有时延地获得琴锤400的通过时间信息，为后续的信号处理组件300提供琴锤400的真实“速度/力度”源数据。

所述信号处理组件300通过引线与所述触发检测组件200电性连接，信号处理组件300用于接收所述动单元220与所述静单元210的电信号变化，并将电信号变化转化为模拟信号或数字信号后输出。

所述信号处理组件300包括信号接收单元310、模数转换单元320、存储器330以及处理器340。所述信号接收单元310电性连接于所述触发检测单元，所述模数转换单元320电性连接于所述信号接收单元310，所述存储器330电性连接于所述模数转换单元320，所述处理器340电性连接于所述存储器330。具体的，所述处理器340电性连接于上述各单元，用于控制上述各单元的工作状态。

所述触发检测组件200还包括与所述基准静检测件211电性连接的基准静检测引线 213、与所述止位静检测件212电性连接的止位静检测引线214、与所述基准动检测件221电性连接的基准动检测引线223以及与所述止位动检测件222电性连接的止位动检测引线224。

其中，上述导线的连接方式，以保证实现所述动单元220以及所述静单元210的电导通连接即可，具体的焊接和布线方式变化，均在本申请的保护范围内。

如图4所示，本申请中，信号处理过程具体如下，通过琴锤400运动，分别带动所述基准动检测件221以及所述止位动检测件222完成测量量程范围内的运动过程，在此过程中，所述动单元220与所述静单元210的初始电导通状态变为开路状态。然后分别通过各自引线将所述基准检测组和止位检测组的电导通和开路状态变化传输到信号接收单元310，从而获得琴锤400完成量程运动过程中的时间长度源数据，然后通过模数转换单元320将时间长度源数据转换成模拟或数字信号，并存储在存储器330中，上述过程均通过处理器340进行控制以及处理。

在本实施例中，所述信号接收单元310为任何能够接收电信号的信号接收器，所述模数转换单元320为任何能够实现本申请模数转换功能的模数转换器(ADC)，所述存储器330可选用硬盘等任何具有存储功能的存储设备，所述处理器340可选用PLC等任何能够控制上述各单元工作的处理设备。

本实用新型还提供一种钢琴，如图5与图6所示，图5是三角钢琴中击弦机与力度检测装置的安装结构示意图，图6是立式钢琴中击弦机与力度检测装置的安装结构示意图。

包括如上所述的琴锤400力度检测装置，其中，所述钢琴包括电钢琴或跨界钢琴，所述电钢琴或跨界钢琴包括设置有所述琴锤400的钢琴击弦机结构500。

本申请的琴锤400力度检测装置还适用于传统钢琴的数据采样，具体的，适用于设置有击弦琴锤400的传统钢琴、跨界钢琴的数据采样，或者设置有配重锤的电钢琴中，其中，传统钢琴包括三角钢琴以及立式钢琴。

综上所述，本实用新型通过在琴锤的前端设置触发检测组件，即通过在代替琴弦的止位挡板处进行采样，能最大程度的获得弹奏的真实动作信息。并通过信号处理组件实时检测触发检测组件的信号数据，从而实时分析琴锤的敲击力度，达到准确还原琴锤真实的敲击力度以及速度的目的。突出的优点在于，通过将设计的量程在代替琴弦的止位挡板的水平面上，检测过程与弹奏者没有任何的力学关联，安装方法上完全不对击弦机的结构造成任何力学改变，使得弹奏者在演奏过程中能获得真钢琴的手感和响应体验。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种琴锤力度检测装置，包括设置在琴锤前端的止位挡板，其特征是：所述止位挡板上设置有检测槽以及触发检测组件，所述触发检测组件电性连接于信号处理组件，所述检测槽朝向所述琴锤方向设置，所述触发检测组件设置在所述检测槽内且对应设置在所述琴锤的敲击位置。

2.根据权利要求1所述的琴锤力度检测装置，其特征是：所述触发检测单元包括固定设置在所述检测槽一端的静单元以及设置在所述检测槽另一端的动单元，所述动单元具有复位弹性性能且与所述静单元电接触，所述琴锤敲击所述动单元以使所述动单元与所述静单元分离从而产生电信号。

3.根据权利要求2所述的琴锤力度检测装置，其特征是：所述静单元包括基准静检测件以及止位静检测件，所述静单元设置在所述检测槽的外侧，所述动单元包括基准动检测件以及止位动检测件，所述动单元设置在所述检测槽对应所述静单元设置位置的另一侧。

4.根据权利要求3所述的琴锤力度检测装置，其特征是：所述信号处理组件通过引线与所述触发检测组件电性连接，信号处理组件用于接收所述动单元与所述静单元的电信号变化，并将电信号变化转化为模拟信号或数字信号后输出。

5.根据权利要求4所述的琴锤力度检测装置，其特征是：所述信号处理组件包括电性连接于所述触发检测单元的信号接收单元、电性连接于所述信号接收单元的模数转换单元、电性连接于所述模数转换单元的存储器以及电性连接于所述存储器的处理器。

6.根据权利要求4所述的琴锤力度检测装置，其特征是：所述触发检测组件还包括与所述基准静检测件电性连接的基准静检测引线、与所述止位静检测件电性连接的止位静检测引线、与所述基准动检测件电性连接的基准动检测引线以及与所述止位动检测件电性连接的止位动检测引线。

7.根据权利要求3所述的琴锤力度检测装置，其特征是：所述基准静检测件设置在所述检测槽的外侧，所述基准动检测件贴合设置于所述基准静检测件的内侧，止位动检测件贴合设置于所述止位静检测件的内侧；所述基准动检测件在静止状态时外侧面与所述止位挡板的端面齐平。

8.根据权利要求3所述的琴锤力度检测装置，其特征是：所述基准动检测件与所述止位动检测件间隔预定距离设置。

9.根据权利要求2所述的琴锤力度检测装置，其特征是：所述检测槽的槽底设置有用于容纳形变后的动单元的容纳槽，所述容纳槽设置在所述动单元在移动时所经过的轨迹空间位置。

10.一种钢琴，包括如权利要求1-9任一项所述的琴锤力度检测装置，其特征是：所述钢琴包括电钢琴或跨界钢琴，所述电钢琴或跨界钢琴包括设置有所述琴锤的钢琴击弦机结构。

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