CN2715291Y - 敲击式数字电子打击乐器 - Google Patents

Abstract

一种敲击式数字电子打击乐器，属电子乐器领域，其结构由箱体、敲击传感器、声音数据库、音频功放电路等器件构成。置于面板上供演奏者演奏的敲击传感器，能将演奏者的敲击力度转换为不同强度的电脉冲信号，以用于提取各种声音数据，同时又控制功放电路输出音量的大小，实现了轻敲轻响、重敲重响的演奏效果。声音数据库是由多组具有A/D、D/A转换功能的数据存储器与烧写在存储器中的多种传统打击乐器的声音数据所构成，之中的声音数据均采集自传统手工打击乐器的原音，因而它具有音色纯正，声音逼真的特点，由此构成集多种打击乐器声音于一体的敲击式数字电子打击乐器，它由一个人演奏，可代替传统多人多件乐器组合的打击乐队。

Description

敲击式数字电子打击乐器

所属技术领域

本实用新型涉及一种敲击式数字电子打击乐器，属于电子乐器的技术领域，是应用数字电子存储技术、采集现有各种物理打击乐器的声音结构成一种多音色、多功能的综合电子打击乐器，由一个人演奏，可代替传统多人组成的打击乐队。由于它是将原有物理打击乐器的声音转换成了电声信号，因而其音色不但可以修饰，更能根据需要控制音量的大小，以适合现代剧场或室内演奏的需要。

背景技术

古今中外的音乐活动中，打击乐器的演奏是一不可缺少的重要环节，但由于传统的物理打击乐器形体笨重，音量太大，因而大都运用于广场的演奏，在现代剧场或室内音乐活动中，由于它的音量难以控制，音乐界迫切希望能解决这一问题，尤其在市场经济的社会条件下，艺术也将成为一种商品，各种艺术活动也需要讲求成本和效益，以往那种一人一件、多人多件的组合方式也需要改变。随着电子技术的不断发展，我国从20世纪80年代便有人试图运用电子模拟技术解决这一难题，已知的研究成果主要有两种：

其一，电子打击乐音响模拟设备(专利号87212220.4)，这一成果便是运用电子模拟技术研制的一种综合电子打击乐器，它有梆、鼓、锣、镲等十几种中国传统打击乐器的声音和国外现代电子鼓的声音，由一个人利用键盘(钢琴键盘)演奏，可代替5～6人组成的传统打击乐队。这一成果曾经引起戏曲界高度重视，山西省亦曾运用这种电子乐器排演过几个传统剧目在北京演出，但由于电子模拟技术本身存在的局限性，所模拟的传统打击乐器的声音不够逼真，同时也由于演奏者必须学会使用钢琴键盘才能演奏，而现有的打击乐器演奏者均不具有这种技能，学会演奏也不是朝夕可为之事，因而使这一成果未能得到如期的推广应用。

其二，京剧打击乐伴奏器(由中国戏曲学院研制)，这一成果与上述电子打击乐音响模拟设备的情况完全一样，只是在声音的设置方面只有京剧传统武场乐队的几件乐器的音色，演奏方式依然使用的是钢琴键盘，因此，这一研究成果也没有得到推广应用。

发明内容

本实用新型目的是提供一种敲击式数字电子打击乐器，它是针对上述现有“电子打击乐音响模拟设备”和“京剧打击乐伴奏器”存在的声音不够逼真及鼓师们使用钢琴键盘演奏困难、不能充分发挥他们多年积累的演奏技艺等缺陷而设计的。本实用新型的主要特点体现在如下两个方面：

一、它是用传统鼓师使用的鼓键、以敲击的方式演奏的，采用这种方式是为了适应鼓师的演奏习惯并能充分发挥他们多年来积累的演奏技艺。

二、它是运用现有先进的数字存储技术建立的多种打击乐器的声音数据库，在声音数据库中存储的各种打击乐器的声音数据是采集自各种传统手工打击乐器的原音、经过电脑统一编辑后烧写在数据存储器中的，因而这种声音数据还原、释放后，具有同传统打击乐器相同的音色特征和表现功能。

实现这一设计目标的技术方案主要在于两种关键性的部件：

一、敲击传感器，它是安置在同一面板上的多个供演奏者敲击的电器部件，它的外形如同鼓师敲击的传统单皮鼓芯一样，具有一定的反弹力，能取得轻敲轻响，重敲重响的手感和演奏效果，但同时它又是一个电脉冲发生器，能随着演奏者的敲击力度发出不同的脉冲电压，以用于触发声音数据库相应芯片的放音管脚、提取各种乐器的不同声音数据。由于本实用新型是一种具有多种打击乐器声音的综合电子乐器，因而在同一面板上需要安装多个敲击传感器，这种敲击传感器必须具有既灵敏又不互相干扰的特性。

二、声音数据库，它是由多组具有A/D、D/A转换功能的数据存储器与烧写在存储器中的多种传统打击乐器的声音数据所构成。该声音数据库的设置与所存储的声音数据是根据某一剧种或某一艺术团体的需要设置的，因而它具有结构上的灵活性和可变性，既能满足不同剧种或艺术团体的需要，又能在电路结构上保持相对的一致，以便于批量生产。

围绕这两种部件还需要设置相应的琴箱、机械开关、音频功放电路以及其他辅助性部件，以此构成集多种打击乐器声音于一体的综合性敲击式数字电子打击乐器，从而达到由一件乐器代替多件传统乐器，由一人演奏代替传统多人组合的打击乐队的效果。

本实用新型的有益效果是，本实用新型是一种多音色、多功能的综合性敲击式数字电子打击乐器，由于采用当前先进的数字集成技术将传统打击乐器的声音采集、存储在集成芯片之内，因而这些声音不仅保持了传统打击乐器原有的声音特色，而且经过电脑修饰，声音的频谱更为纯正，音头、余音的长短更能适合不同音色的组合。加之设有短音踏板和记忆器(演奏者的替手)，这就完全满足了演奏者的需要，从而提高了它在各类艺术活动中的实用性。此外它还具有以下特点：

1、在演奏方面，由于它具有一人代替多人的特点，演奏效果也与原有多人乐队的演奏效果基本一样，因而它具有促进艺术团体进行体制改革的作用。体制改革的最终目的是为了降低成本、提高效益，以戏曲团体为例，原有的打击乐武场乐队一般是由5～6人组成，每人每月工资平均800元左右，6个人一个月的工资需开销4800元(一年需开销5万多元)，使用本实用新型只需一个人演奏，每年的工资不超过1万元。

2、由于本实用新型的演奏方式仍然尊重了鼓师们以两只鼓键敲击演奏的方式，因而，不仅便于推广普及，而且更能保持和发挥鼓师们多年积累的演奏技艺。

3、本实用新型是将物理乐器的声音转换成了电声信号，因而它的音量完全可以由人控制，更能适应现代剧场和室内轻音乐演奏的需要。

4、它具有美观大方、携带方便的特点，原有的传统打击乐器多是金属和木、革制品，形体比较笨重，携带不便。本实用新型的所有设备可全部装入一只手提箱，演奏者可随身携带。

5、由于本实用新型的设计是从实用出发，所选用的集成电路及其它电子元器件价格均较低廉，因而，它的制造成本同样很低，经测算，本实施例的造价约500～1000元左右，仅相当一面晋剧马锣的售价。物美、实用、价廉是推广普及的基础，因而，本实用新型具有易制造、易推广的优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型实施例的外观结构图

图2是本实用新型的敲击传感器结构图

图3是本实用新型各种声音的存储器及电路连接框图

图4是本实用新型的电源线路框图

图中1.琴箱，2.敲击传感器，3.工作指示灯，4.内置扬声器，5.记忆器的录、放开关，6.音量调节器，7.琴箱上部，8.琴箱中部，9.琴箱下部，10.记忆器电源开关，11.线路输出单孔插座，12.接线插孔，13.总电源开关，14.短音脚踏器，15.敲击板，16.驻集体话筒，17.传感器腔体，18.第一层泡沫塑料，19.第二层泡沫塑料，20.触发信号，21.声音数据库，22.插接器，23.音频功放电路，24.记忆器，25.线路输出端，26.开关三极管，27.蓄电池V1，28.蓄电池V2，29.蓄电池V3，30.稳压集成块，31.充电插口。

具体实施方式

在图1中，琴箱(1)即该打击乐器的壳体，它是由上(7)、中(8)、下(9)三个部分所组成，上部(7)是琴盖与面板合二为一的结构，用工程塑料制造，其上根据需要装有若干个敲击传感器(2)、三个工作指示灯(3)、两只内置扬声器(4)、一组记忆器的录、放开关(5)和一只音量调节器(6)。中部(8)是一个用于连接上(7)下(9)两个部分的框架，以工程塑料或木料制成，其上装有记忆器电源开关(10)、线路输出单孔插座(11)、短音脚踏器的接线插孔(12)和总电源开关(13)，所有电路板全部安装其内。下部(9)是一个用工程塑料制造的底板，该底板铸造时设有存放电池的盒体和活门，其中心位置将一个M8的螺母铸造其内(以便安装三脚架)。上、中、下三个部分用螺钉叠装一起，便构成本实用新型的完整琴箱。

短音脚踏器(14)是在一个80mm×100mm的方形盒子里装有一只常开式机械开关，该开关的一极连接5V电源，另一极用导线通过接线插孔(12)连接在声音数据库(21)中各相应数据存储器的复位管脚。使用时，踩下踏板、开关通电芯片复位，抬起踏板、开关断电复位解除。在演奏过程中需要短促的声音时，只要适时踩下踏板引起芯片复位，乐器声的余音即被切断，原来的长音随即变成了短促的声音。

在图2中，传感器腔体(17)是用工程塑料铸造而成，表面镀铬。敲击板(15)用0.3mm厚度的圆形胶木板制作并在它的上面粘以柔软皮革。驻集体话筒(16)置于传感器腔体(17)的中心位置，极头(气口)向上，距敲击板(15)约2～3mm，它的两极用导线引出腔外与其他外围元件相连接。为了防止传感器之间发生干扰，驻集体话筒(16)必须用两层泡沫塑料封闭隔离，第一层泡沫塑料(18)包裹在驻集体话筒(16)的周围，第二层泡沫塑料(19)用以填充腔内所有空间，以此形成本实用新型的敲击传感器(2)。

在图3中，声音数据库(21)是由多组具有A/D、D/A转换功能的数据存储器与烧写在存储器中的多种传统打击乐器的声音数据所构成，该声音数据库是根据需要存储声音种类的多少决定数据存储器的使用数量的。当前数据存储器的种类很多，例如M2732系列+UM5100的组合或存储器与A/D、D/A转换器集成一体的ISD1101和APR8208语音集成电路系列均可，但为了制造简便并降低成本，本实用新型实施例的数据存储器采用的是现有语音集成电路芯片APR8208，这种芯片具有内置EEPROM存储器，其内存容量均在15～20秒钟左右并可分为1～8个区段存储声音，芯片本身有四个脉冲触发式放音管脚，利用这四个管脚的组合可存取最多八个不同区段的八种打击乐器的声音。本实用新型提供实施例的声音数据库(21)共使用了4只APR8208语音芯片IC1、IC2、IC3、IC4，它们共存储了14种传统打击乐器的声音数据，其中IC1分为六段，分别存入鼓板、挎板、梆子、木鱼、战鼓、大鼓的声音；IC2分为四段，分别存入小锣和鼓板的合奏声、小镲和鼓板的合奏声、京锣和鼓板的合奏声以及小镲和鼓板的碎敲合奏声；IC3分为两段，分别存入大锣和鼓板合奏声、铙钹和鼓板的合奏声；IC4分为两段，分别存入仓(大锣、铙钹、小锣、鼓板的合奏声)和且(铙钹、小锣、鼓板的合奏声)。声音数据库(21)中存储的声音数据是采集自各种传统手工打击乐器的原音经电脑统一编辑和修整后烧写在存储器中的，因而它音色纯正、声音逼真。

由于戏曲艺术剧种繁多，不同剧种所使用的打击乐器的声音特色不尽相同，为了能满足所有剧种的需要，声音数据库(21)应当能方便地更换存储内容不同的数据存储器，故声音数据库(21)的所有数据存储器一律采用管座或插接器(22)与其它电路相连接。

在图3电路中，敲击传感器(2)发出的触发信号(20)经过外围元件是分为两路输出的，其中一路与声音数据库(21)中相应数据存储器上的放音管脚相连接；其中另一路与开关三极管(26)基极b相连接，声音数据库(21)中相应数据存储器输出的声音就经该开关三极管(26)的c、e两极导通后送入音频功放电路(23)放大，再由内置扬声器最后输出声音。因此放音就可以由演奏者利用敲击传感器的方式进行控制，同时又象敲击传统打击乐器那样，由敲击传感器(2)根据所敲力度轻重，转化为大小不同的触发电信号用以控制音频功放电路(23)输出音量的大小。

在图3中，插接器(22)是一个连接敲击传感器(2)和声音数据库(21)的电路枢纽，来自敲击传感器(2)的触发信号(20)根据事先分配好的线路焊接在插接器(22)的各个端子上，声音数据库(21)中的各个数据存储器管座及其输入输出线路统一制成一块电路板，装配时将电路板插入插接器(22)即可。

由于本实用新型主要是为了适应演奏者监听以及室内环境的演奏，因而它的放音功率无需太大，本实用新型提供的实施例中音频功放电路(23)选用的是一只LM386-N，在工作电压12V时，输出功率为0.5W，足够监听或室内演奏使用。用导线将声音信号由线路输出端(25)连接到线路输出单孔插座(11)上，可用于外接大功率音频放大器，以便在剧场演出中，需更大音量时使用。

在图3中，记忆器(24)即IC5是由一种具有即录即放功能的语音芯片及其外围元件所组成，它实际是声音数据库(21)的一个辅助性的部件。本实用新型提供的实施例选用的是一只APR9301语音集成块，该芯片由琴箱上部(7)的录放开关(5)控制，在电路板上采用话筒输入和线路输入两种连接方式，它可以即录即放，循环播放；本实用新型利用它作为演奏者的替手，在演奏的过程中，用以记录演奏者演奏的锣鼓经片断并适时播放出去，以便使演奏者腾出双手演奏其他乐器的声音。这种记忆器(24)可以设置一个，也可以设置多个，设置较多的记忆器(24)可取得更加丰富多彩的演奏效果。

在图4中，微型免维修蓄电池V1(27)、V2(28)、V3(29)是本实施例的随机供电设施。由于本实用新型所使用的集成电路芯片的功耗和电压有所不同；语音集成电路属于低电压、低功耗芯片，5V单电源即可正常工作，而LM386-N虽然也是低功耗芯片，但它所使用的工作电压为12V单电源，根据实际需要和携带方便，本实施例采用的是三个微型免维修蓄电池供电的方式，蓄电池V1(27)、V2(28)是两只相同的6V、3A/时蓄电池，以串联的方式输出12V直流电，供给LM386-N音频功放集成电路使用；蓄电池V3(29)也是一只6V、3A/时蓄电池，它的输出经过一只STR2105稳压集成块(30)稳压为5V直流，供给语音集成芯片及相关电路使用。这种微型蓄电池本身带有220V交流降压为6V并能整流为直流电的装置，因而利用充电插口(31)可以使用220V交流市电直接给它们充电。使用微型蓄电池供电，既可避免交流声的干扰，也能简化电路结构，同时也比较经济适用。

Claims (3)

1.一种敲击式数字电子打击乐器，其构造特征是由琴箱(1)、敲击传感器(2)、声音数据库(21)、音频功放电路(23)、记忆器(24)六种主要部件所组成；所述的琴箱(1)是由上、中、下三个部分所组成，琴箱上部(7)是琴盖与面板合二为一的结构，其上根据需要安装有多个用于演奏的敲击传感器(2)及内置扬声器(4)、记忆器录、放开关(5)和音量调节器(6)；琴箱中部(8)是一连接上下两个部分的框架，所有电路板安装其内；琴箱下部(9)是一底板，制造时留有安放和更换蓄电池的盒体及其活门，在该底板的中心位置铸有一个M8的螺母，以便在使用时安装琴架，上中下三个部分用螺丝钉叠装一起便构成一台完整的敲击式数字电子打击乐器的外观结构；所述的敲击传感器(2)是由封闭在传感器腔体(17)内的电感应器件所构成，之中的驻集体话筒(16)能将演奏者敲击在传感器上所产生的不同震动和声音转换为不同强度的电脉冲信号，以用于触发声音数据库(21)中相应数据存储器放音及控制音频功放电路(23)播放音量的大小；所述的声音数据库(21)是由多组带有A/D、D/A转换功能的数据存储器与烧写在存储器中的多种传统打击乐器的声音数据所构成；所述的音频功放电路(23)是由一只LM386音频功放集成块及其外围元件所组成，该电路中设有一组能随演奏者在敲击传感器(2)上所施敲击力度的轻重自动控制播放音量大小的专门电路，它是由一只开关三极管(26)及外围元件构成的放音电路中的一个控制枢纽。

2.根据权利要求1所述的敲击式数字电子打击乐器，其特征是所有的敲击传感器(2)都是由封闭在腔体内的电感应器件所构成；其具体结构是传感器腔体(17)是用工程塑料铸造而成，表面镀铬，敲击板(15)用0.3mm厚度的圆形胶木板制作并在它的上面粘以柔软皮革，驻集体话筒(16)置于传感器腔体(17)的中心位置，极头(气口)向上，距敲击板(15)约2～3mm，它的两极用导线引出腔外与其外围元件相连接，为了防止传感器间干扰，驻集体话筒(16)用两层泡沫塑料封闭隔离，第一层泡沫塑料(18)包裹在驻集体话筒(16)的周围，第二层泡沫塑料(19)用以填充腔内所有空间，以此形成本实用新型的敲击传感器(2)；敲击传感器(2)发出的触发信号(20)经过外围元件是分为两路输出的，其中一路与声音数据库(21)中相应数据存储器上的放音管脚相连接，用于触发放音，其中另一路与开关三极管(26)基极b相连接，声音数据库中相应数据存储器输出的声音就经该开关三极管(26)的c、e两极导通后送入音频功放电路(23)放大，再由内置扬声器最后输出声音。

3.根据权利要求1所述的敲击式数字电子打击乐器，其特征是声音数据库(21)是由多组具有A/D、D/A转换功能的数据存储器与烧写在存储器中的多种传统打击乐器的声音数据所构成；本实用新型提供的实施例中选用的数据存储器，是现有语音集成电路芯片APR8208，声音数据是采集自各种传统手工打击乐器的原音经电脑统一编辑和修整后，根据需要存储声音的种类和长短以分区分段的方式存入各个数据存储器中，由此构成本实施例的声音数据库；来自敲击传感器(2)的触发信号(20)根据事先分配好的线路焊接在插接器(22)的各个端子上，声音数据库(21)的所有数据存储器及其输入输出线路制成的电路板经插接器(22)与其它电路相连接，由此构成本实用新型的一套完整的电路。

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