CN2168314Y

CN2168314Y - 用乐器数字接口的电子管风琴

Info

Publication number: CN2168314Y
Application number: CN 93241597
Authority: CN
Inventors: 孙心若
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-10-21
Filing date: 1993-10-21
Publication date: 1994-06-08
Anticipated expiration: 2003-10-21

Abstract

本琴是一种利用电子技术发音并激励音管共鸣的电子乐管，特别适用于教堂、音乐厅等演奏古典音乐及音乐院校教学。本琴由电脑控制演奏台及共鸣音管阵列等组成，采用单片微机系统，将三层61键手键盘、两层32键脚键盘及力度踏板所产生的演奏信息转换成MIDI数码，去控制数字音源再现采样音色，并实现任意设定128种音色、存储及八度音连锁等控制功能。本琴具有成本低、保养维修容易，继承传统管风琴演奏技巧音响逼真等优点。

Description

本实用新型涉及一种电子乐器，具体地说是一种用乐器数字接口的电子管风琴。

管风琴是一种具有两千余年历史的古老乐器，至今仍主要应用于教堂、音乐厅演奏古典音乐之用。目前广范使用的是电动管风琴，它是靠电动机带动空气压缩机产生气流，经管路去吹响音管，而琴体键盘实质是一组机械或电气开关，去控制气流阀门开启，使音管发声或止音。管风琴的音高取决于音管的长短，最长十几米，最短几厘米，音色是靠簧管音管（类似笙发声）、笛管音管（类似竖笛发声）自身发声音色及相互组合而成的合成音色，往往需要成千上万支音管，有的大型管风琴竟用三万两千支管子。1990年北京音乐厅安装竣工一台捷克生产的电动管风琴，它属于中型大号琴。它由一台古典式机械台及一台电脑控制的电子演奏台操纵，并有4859个音管阵列，78个音栓。琴高13.8米，宽19米，厚3米，重26吨，本身出厂价15万美元，建筑改建及安装费800万人民币。

本实用新型的目的在于提出一种既保留传统管风琴外观、演奏方法及逼真的音色效果，又能使造价大大降低、体积小、重量轻、便于安装及维修的电子管风琴。

为达到上述目的，本实用新型采用的解决方案是：用乐器数字接口的电子管风琴由电脑控制演奏台和共鸣音管阵列两大部分构成。电脑控制演奏台是该琴的主体部分，主要功能是实施演奏和用电路产生音阶及音色。共鸣音管阵列是该琴的附属部分，主要功能是共鸣发音。用乐器数字接口的电子管风琴保留了传统管风琴的外形及演奏方法。电脑控制演奏台由琴体、键盘和乐器数字接口电脑控制电路组成，作为电脑控制演奏台关键部分的乐器数字接口电脑控制电路，它由乐器数字接口电脑主接电路、键盘电路、电源电路及外围控制按钮电路组成，用以产生音阶及音色。共鸣音管阵列由共鸣音管和安装在其下方的声波激励器组成，按照音管布置形式可分为双列式共鸣音管阵列和蜗旋式共鸣音管阵列，声波激励器装有大功率扬声器、分频器和专业号角式扬声器，它利有高保真功效输送来的音频电流来驱动扬声器发声，做为声源来激励音管阵列共鸣。

本实用新型用乐器数字接口的电子管风琴优点是：

1、用电路产生音阶及音色。本琴完全依靠电路发音，避免了环境温度、压力、湿度等对音管的发音的影响；而且用电路发音音阶准确、音色优美多变，并易于产生各种控制效果，如混响等。由于本琴采用数字采样电路发音，还音逼真，可控性高。

2、采用乐器数字接口（MIDI）技术。本琴用乐器数字接口电脑控制电路（含程序）产生符合国际标准的MIDI数码，并实现电子管风琴演奏所需的各种功能控制。除此以外，本琴通过电脑控制板MIDI输出接口可与进口音序器、音乐电脑等外部设备相联，实现弹奏乐曲数码录放、编辑作曲等功能。

3、利用共鸣音管阵列产生共鸣音，减少互调失真，改进音响效果。由于本琴放音系统采用共鸣音管阵列共鸣发声，不仅仅使长短不同的每一音管对相应的音名频率发生共鸣现象，使这一音名的基波振幅最大，声音最响，而且使在空间排列的各间管发声产生定位性，有声像位置空间感，摸拟出传统管风琴音管发声的音响效果。此外由于各音管独立共鸣发声，相互之间互调作用减到最低限度，因而和弦音层次分明，无互调音，增强乐器表现力与艺术感染力。

4、继承传统管风琴的外形及功能。本琴虽然利用电路发音，但键盘设置，各控制按钮功能都符合管风琴的传统特征以及所实施的弹奏方法与技巧，再加上共鸣音管阵列的应用，使本琴比电子风琴更趋近于传统管风琴。

5、体积小、重量轻、成本低、便于安装、保养及维修。本琴由于利用电路发音，音管减少到64支，使体积和重量缩小了中型大号管风琴的 1／100，成本的1／50。由于电路发音采用大规模及超大规模集成电路芯片，寿命长，耗电省，不需经常保养及维修。

6、实用性强。由于上述优点，易于普及，特别适用于教堂、音乐厅演奏古典音乐、音乐院校教学及文化团体演出、娱乐之用。

下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步的详细描述。

图1是本实用新型用乐器数字接口的电子管风琴电脑控制演奏台的透视图。

图2中的（a）和（b）分别是图1所示电脑控制演奏台的正视图和俯视图。

图3中的（a）和（b）分别是图2（a）所示电脑控制演奏台沿A－A和沿B－B线的剖视图。

图4是本实用新型用乐器数字接口的电子管风琴共鸣音管阵列的透视图，其中（a）和（b）分别是双列式和蜗旋式共鸣音管阵列。

图5中的（a）和（b）和（c）分别是图4（a）所示双列式共鸣音管阵列的正视图、侧视图和俯视图。

图6是图1所示电脑控制演奏台的乐器数字接口电脑控制电路的主控电路图。

图7至图9分别是图6所示主控电路图中框出的左、中、右三部分的放大图。

图10是图1所示电脑控制演奏台的乐器数字接口电脑控制电路的键盘电路图。

图11是图1所示乐器数字接口电脑控制电路的外围控制按钮电路图。

由图1、图2和图3可知，键盘中的手键键盘1由三层61键标准键盘组成，演奏乐曲旋律用，每个键盘通过音栓5可任意设定出128种音色，脚键键盘2有二层32键脚键，其音量由滚筒式脚键键盘音量踏板3控制，总音量感情踏板4对脚键与手键键盘音量配平、调整。在手键键盘左侧控制面板21上分两排安装有8个音栓按钮5，主要用于预置手键键盘及脚键键盘音色。在手键键盘左右两侧控制面板下方的左侧控制面板前档板22及右侧控制面板前档板23上，分段安装有12个存贮控制开关6，用于设定或选定某一组预制音色。在左侧控制面板21上安装有数码显示板7，用于分别显示键盘序号、音色序号、音组序号、八度音连锁升降调音程数码。总电源开关8、工作灯开关9、变调开关10及复位开关11安装在手键键盘右侧控制面板24上，排列成一排，分别用于电源总开关控制，扩音机照明灯20开关控制、预置升降调控制及升降调恢复控制。在总音量感情踏板4左右两侧的左活动档板25及右活动档板26上安装有两组足踏连锁控制开关12，主要用于控制手键键盘八度音连锁。在手键键盘上方的手键档板27安装有MIDI音源13，它接收乐器数字接口电脑主控电路输出的含有控制及演奏信息的MIDI数码指令，受控而产生相应乐音及效果。在总音量感情踏板窗口28上方安装有高保真功放14，其输出的音频电流，用以驱动共鸣音管阵列发声，左、右监听音箱15用于弹奏者监听演奏效果。在用乐器数字接口的电子管风琴电脑控制演奏台中还包括有电脑演奏台底座16、可调节高度的琴凳17、演奏台可折叠盖板18、乐谱架19、左侧板29、右侧板30、顶板31、背板32、脚键复位压簧33、压簧座34、磁控开关支架35及乐器数字接口电脑主控电路板36。

如图4和图5所示，声波激励器38形体酷似音箱结构，内装大功率扬声器、分频器，侧面安装有专业号角式扬声器39等，箱体上有倒相孔40、箱体把手41和箱体包角42。共鸣音箱37安装在声波激励器38上面板上，它由一系列长短、粗细不同的按一定方式排列的圆管组成。本琴所用共鸣音管阵列可选用如图4所示的两种形式的一种，各由相同的一对组成立体声左、右两个声道。蜗旋式共鸣音管阵列借鉴中国民族乐器笙笛管的排列形式，最长最粗的音管在一簇音管中央，该管长的音管在一簇音管中央，该管长3.145米，共鸣基频为54.63赫兹（大字一组A1音）。以上述中央管为中心，其余音管按共鸣音名的顺序以蜗旋线向外扩散排列，直至最短最细第32根音管，长度为0.164米，共鸣频率为2017赫兹，音名小字四组C⁴。双列式外形采用燕尾式，每一声道分成两排按共鸣音名顺序排列。共鸣音管的作用是在声波激励下，使音管内空气柱发生共鸣现象，使某一频率的声波振幅最大，选择适当的管长，即当管长为声波基频的波长1／2时，恰好应某一音名乐音频率。各共鸣音管的序号、音名、频率、管长见附表。

从图6至图9可出，乐器数字接口电脑主控电路由单片机片8751等组成的硬件电路及支持此硬件电路进行的程序组成。用乐器数字接口电脑主控电路的主要功能是：（1）、接收电脑控制演奏台的演奏信息：包括三个手键键盘1、一个脚键键盘2的键盘开关通断情况及滚筒式脚键键盘音量踏板3和总音量感情踏板4力度电平高低情况，经乐器数字接口电路电脑主控电路处理、产生并输出携带有演奏信息的、符合国际电子乐器通用标准的MIDI数码，以传输给MIDI音源，使之受控产生所需音名及力度。（2）、通过乐器数字接口电脑主控电路及外围控制按钮实现本琴所需的各种功能控制。主要控制功能有：利用音栓5、存贮控制开关6的触发情况，经乐器数字接口电脑主控电路处理，选择本琴所需音色音色组合的存贮与读出，并输出符合GS标准－－国际规定电子乐器音色代码的MIDI数码，传输给MIDI音源，使之受控产生所需音色及音响效果；利用变调10及复位11开关的触发情况，产生升降调信息的MIDI数码；利用足踏连锁控制开关12的触发情况，产生三个手键键盘自身及相互之间八度音连锁发音的MIDI数码。（3）、控制及驱动数码显示板7上的四位数码管，以数码形式显示出控制结果一包括键盘号码、音色号码、音色存贮组合号码、键盘八度音连锁号码及升降调音程数码。

图10所示的乐器数字接口电脑控制电路中的键盘电路是用于第一层61键键盘的键盘电路，本键盘电路连线有19条，与乐器数字接口电脑主控电路图6中的P₂20线插座相连。对应的线号是IN11～16，OUT1～12及接地。当IN11通过第一层61键手键键盘大字组的12个开关K₁～K₁₂及相连的隔离二极管D分别与OUT1～OUT12相通时，可产生大字组的12个音名（C、^＃C、D、bE、F、^＃F、G、^bA、A、^bB及B），同样IN12与OUT1～12组合产生小字组12个音名，直至IN16与OUT1组合产生C⁴音名。地线接键盘铁底座。同理，图6中的P₃、P₄及P₅分别与第二、三层61键手键键盘及脚键键盘电路相连。

乐器数字接口电脑控制电路的外围控制按钮电路见图11。它与图6中的P₅有关接线相连。IN45分别与OUT1～12相触发时，开关C₁～C₄是选择所要设置键盘号码的音栓按钮，分别控制第一、二、三层手键键盘及脚键键盘。C₅为升降调控制按钮，开关＋1、－1、＋10及－10是预置号码的音栓按钮，C₇、C₈是八度音连锁控制开关。IN46与OUT1～12组合，开关B₁～B₁₂为12个音色组合存贮控制开关。

Claims

1、一种用乐器数字接口的电子管风琴，其特征在于：它由实施演奏及用电路产生音阶音色的电脑控制演奏台和用于产生共鸣发音的共鸣音管阵列构成，电脑控制演奏台由琴体、键盘和乐器数字接口电脑控制电路组成，乐器数字接口电脑控制电路由乐器数字接口电脑主控电路、键盘电路、电源电路及外围控制按钮电路组成，共鸣音管阵列由共鸣音管和安装在其下方的声波激励器组成，共鸣音管阵列可以是双列式共鸣音管阵列或蜗旋式共鸣音管阵列。

2、按照权利要求所述的用乐器数字接口的电子管风琴，其特征在于：乐器数字接口电脑主控电路由带EPROM51系列单片机片8751及外围元器件组成，采用乐器数字接口技术，每组键盘电路连线有19条，与乐器数字接口电脑主控电路中的P₂至P₅20线插座相连。

3、按照权利要求2所述的用乐器数字接口的电子管风琴，其特征在于：声波激励器内装大功率扬声器、分频器，侧面安有专业号角式扬声器。

4、按照权利要求3所述的用乐器数字接口的电子管风琴，其特征在于：蜗旋式共鸣音管阵列借鉴中国民族乐器笙笛管的排列形式，最长最粗的音管在一簇音管中央，该管长3.145米，共鸣基频为54.63赫兹（大字一组A1音），以上述中央管为中心，其余音管按共鸣音名的顺序以蜗旋线向外扩散排列，直至最短最细第32根音管，长度为0.164米，共鸣频率为2017赫兹，音名小字四组C⁴。