1323877 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明侧於-種可演奏提琴的自動化機械震置，特別 一種可全自動化演奏提琴的機械裝置。 【先前技術】 。。按’提琴屬於擦弦樂器，是現代弦樂器中佔重要地位之 器’包括有小提琴、中提琴、A提琴和低音提琴多種，其中又以 小提琴最受歡迎及注目。小提琴係現代弦樂器令最重要的高 =^於它的旋律優美、音域寬廣，節奏與音色的變換靈活:既 _奏抒情的小曲，也可演奏令人振奮的華顧章使得 可以發揮高度的演奏技巧’又能充分表現音雜感^此，、小 琴不但適合運用於弦樂團或交響樂團中演奏，更可搭配鋼 他伴奏樂器，成為理相的獨奏樂器。 、 小提琴已係習知常見的樂H，其立體圖如第—_示 =量極輕，琴身1G由大約7G多塊不同的木片組成。琴頭U 為旋渦狀，配有四個錐形弦栓12 ’用以調整四根琴弦 度。琴頭11與琴頸14採用同一塊木獅成，琴頸14上方2 一塊弧形指板15。琴弦13—端固定於琴栓12，穿出琴頭11，疋 過指板15上方，跨過琴橋16，再與後弦枕17接合 ， 端較窄’可讓演奏者的左手手指在其上觀琴弦13 ^控: 調。指板15末端變寬，使跨過琴橋16的琴弦13有較 : 再配合琴橋16的弧面設計，方便第二圖所示的琴弓2 斤 18運動，而不致碰觸到其他的琴弦13。琴弦13 _ 、: ^田到粗依次是E弦，A弦，0弦，與〇弦，每根空弦之間相差五 個全音。藉由指板15按塵位置的改變，每根琴弦13都能奏出士 4 的頻率最高，常用來演奏高昂的曲 調或用乂模擬女尚音的聲調 :自=渾厚的嶋， 出單音ϋ配合適咖奏，表現 π =演=任^曲子，音麵錢錄絲糾姐的重要指 2。因此’觀絲13的目的除了要缺變音階 的準確。由於琴弦13上稍許的偏差都會^音 Γϊϊ準者，經過長久的練習，方能達到精準的效 ^虽曰準達成之後’可以進一步運用「揉弦」技巧，使楚 般又稱為顏音或抖音，其方法在於將手指 ，妹上」般按壓琴弦13於指板15上，手指的第—t = 臂的擺盪而有平與曲的交替動作。揉弦促 ^手 產生週期性的變化’可達到美化 : 持續練習之動力^ 木故马间程度决奏者 提琴的發衫式在料料㈣雜琴㈣ 板15尾端到琴橋16之間的部分琴弦13二 弓别的構造如第二圖所示，包含木質弓桿21及弓 ， 21设计成门字形，尾端設有螺旋奴23，可以控 柃 弓手22又稱馬尾，一端固定於弓尖25,另Γ端固定，位置。 使用前，可依演奏者_求_魏她2 、弓止24。 的鬆緊度。琴弓20與琴弦13的摩 藉/弓毛22 運弓的技巧包含基本弓法、頓=動 =定了演奏的品質。 量的大小，靖伽展現。因此 該連桿控制機構則可產生揉弦之動作 昇二設於該琴弓夾具一侧的步進馬達控制轉以ΐ 汁降機構受一步進馬達控制而 ::角度，有- 作；該昇降機構細上下垂直方的:―弓夹具作昇或降的動 體則又供-移動機構橫向穿設過r 行程塊 =連同該_構_夹__==== =據樂譜所訂的指法與弓法，轉為順序控制的指令= 作，以身控财統鱗弓控㈣統各部機構的動 作以進行全自動提琴演奏。 【實施方式】 關於本發明為達成上述目的，所採用之技術手段及可達致 之功效以下較佳可行實施例配合關詳述於后，俾利完 全瞭解。 因為本發明係運用於可演奏提琴的自動化機械裝置故實 際適用領域會含括小提琴、中提琴、大提琴和低音提琴之提琴 類群族。料方便作說明’故本案實施舰舉運聽小提琴演 奏為例，在相同技術領域及構造組成，以及相同作用原理下， 當然推及於各種提琴同樣適用，謹先陳明。 在說明本發明可演奏提琴的自動化機械裝置之前，謹將演 奏小提琴的技巧先予說明如下。小提琴的演奏技巧可分類為「控 弦控制」與「弓法控制」兩大類。其中，按弦控制必須考慮兩 個重點第個重點為音準的控制，第二個重點則在於音色的 控制。在音準控制方面，小提琴的指板15為—種弧形且前窄後 寬的曲面結構。其俯視圖如第三圖所示，在第三圖中，以G、d、 A、E代表四條弦的名稱，（〇H22)代表每條弦上的音階，㊉代 表按指的位置。在單—條弦上從⑻變化到（22)，—共可包含兩 個八度音階。如第三圖可知，若僅考慮G、D、A等三條弦，且 分別自G⑸、D⑻依序變化到A⑶，則可取得-組標準八度音 的音階（脚 G⑸=Do、D(G)=Re、D(2)=Mi、D(3)=Fa、D(5)=Sd、 A’La、A(2)=Si' A(3)=Do)。其間 ’ G⑹為 Do#(升半音），D⑴ 為Mib(降半音），D(4)* Fa#(升半音），以此類推。 畲真人(即演奏者)演奏小提琴時，係運用左手四個手指在第 (0)至第（7)排位置上按弦，稱為第一把位。此時，左手手腕靠近 琴頭，食指游動於第⑴與第⑵排的位置，中指負責第⑶與第 (4)排’無名指按第⑸排，小指負責第⑹與第⑺排。當音階 改變’廣奏者必須移動左手手腕。當食指變換到第⑶排位置 時’即稱為第二把位的按弦法。音階的位置常隨著樂曲的複雜 度而有所不同…首簡易的曲子，音調起伏平緩，音階的變化 大約落於第-把位的範圍内。但是’較為複雜的演奏用的曲目， 音階的變化往往超越兩個人度音階，高音位置亦超過肋，必 須採用其他把㈣方式按弦。因為人類的手部具有多個自由 度所以手心可以輕易的變換位置。一個技巧熟練提琴家更是 能夠快逮準確的鑛左手手腕，使手指依照樂譜的節奏速度而 ，到正確位置…般*言，節奏的掌握與音準的拿捏，常常是 演奏成功的必要條件。 按弦控制的第二個纽在於控制音色。常用的方法，稱為 揉弦。演奏者首先要以手指緊按琴弦，再靠著手腕的觀帶動 手指’使手指在按錄置上微幅擺動，藉由這種技巧，提琴會 產生快速的抖音’其效果在於柔緩原始的純音，並可使聲音表 現的較為優美。 在弓法控制方面，小提琴的弓法相當繁複，運弓的技巧包 含基本弓法、換弦、頓弓、跳弓、拋弓等。在本發明，係以基 本弓法與換弦的動作做為發明的目標。所謂基本弓法意指弓 在弦上來回地雜’所需考慮的參數必須包含以的力道、速 度與接觸部位。在連續的樂音中，更需考慮上弓與下弓的動作 銜接。依據-般演奏小提琴的霜，演奏者係財手拇指與中 和夾持住；尾，食指、無名指、小細分祕在兩邊。運弓時， 右手肩部用力，手腕要輕。▲單—弦上摩擦時，除了要顧弓 在-條直線上運動外，遇到上、下弓的變換時，必須運用手腕 進行圓週運動，以利弓的運動順暢。食指在運弓的過程中，對 力道的控制相备重要。尤其在弓尖的拉奏時更需注意食指的 運用，方能確保音質的穩定。 當樂曲的音符必須由不同的弦來產生時就必須進行換弦 的動作第四圖所不為琴弓在G、D、A、E等四條弦上運動的角 1323877 度。由圖可知，假若運弓的角度稍有偏差，則可能同時摩擦到 不同的弦’形成不必要的干涉並發出雜音。以自-條弦換到 另-條弦時’亦可能產生碰撞、敲擊等現象^因此，如何確保 換弦時弓的運動順暢，即成為本發明機構設計的重要考量。 上述「按弦控制」與「弓法控制」係演奏小提琴的重要技 巧，所以在本發明中縱採由機械裝置來演奏，但也必須依照執 行。 本發明實_在整體組壯，區分為由三組純所構成， 第-組系統為「琴身控制系統」3Q，第二組系統為「揮弓控制 系統」40 ’第三㈣統為「電腦控制系統」5Q。其巾，琴身控 制系統3G更包含有「按弦機構」與「琴身轉動機構」二部份。 該琴身轉動機構之作用係為了配合換弦的需求而創設，其目的 在於簡化揮弓控制系統4〇的動作。 請配合參閱第五圖所示，琴身控制系統3〇在二側基座31 的一侧外設一步進馬達32,其軸心穿設過該基座31後接設一轉 動台33，該轉動台33的另側係接設一夹具34，再與該側的基 座31樞接支撐’該轉動台33上設有一托架331，在其側邊於該 轉動台33上設有一組支撐桿35,其上方係接設一陣列式氣壓裝 置36，下方則接設一連桿控制機構37。在上述構造組成中該 連桿控制機構37、支撐桿35與陣列式氣壓裝置36即共同組成 為「按弦機構」’而基座31、步進馬達32、轉動台33、托架331 與夾=34則共同組成為「琴身轉動機構」。 則已述及’正確按弦與快逮變換 而在本發明t即由該陣列式窮齡罢疋極為重要的指法。 三圖所示者有所不同。若觀察第三圖，可 1上音階的排列並非等間隔。除了指板15本身上 乍下寬的特性外，音階越高，各排之間的距離越近。因此’適 聽第—她賴構，讀難所有的按錄置，才可運用於 乾门的把位因此本發明即設計出該陣列式氣壓裝置祁，採點 陣式按弦模式’在每—個可能的按弦位置上都設置—個按弦動 作件。當樂曲蚊縣-音符時，雜置上_作件可以立即 按壓琴弦。以如此簡化的機構以適應大幅度音階變化的曲子。 但為了避免音階的排^於接近’致動作件無法--對應設置 的問題，本發明即將按壓點以重複方式使之減少，因此本發明 的按弦位置即如第六圖所示。其中，低音階部分，包括 G(1)D(1) 、 G(2)D(2) 、 G(3)D(3) 、 G(4)D(4) 、 G(5)D(5)、 G(6)D(6) 、 G(7)D(7) 、 A(1)E(1) 、 A(2)E(2) 、 A(3)E(3)、 A(4)E(4)、A(5)E(5)、A(6)E(6)、A(7)E(7)等，均各一個動作 件負責。高音階部分，僅按壓E(8)至E(22)等位置，其餘G、D、 A等弦的高音均不按壓◊如此設計可以大幅簡化整體機構的繁 複，且可完整地表現出提琴的所有音階，故能用於絕大多數的 曲目。惟第六圖的揭露也僅為本發明之實施例表達，非因此拘 限本發明之專利範圍。 有：失第七圖所示’揮弓控制系統40主要係設 有琴弓失具41以失住琴弓20,並由-設於琴弓夾且41後侧 ==42以控制該琴弓夹具41的轉動角度，藉此控制所 對琴弦13的變換(即換弦)動作及使產生適當的壓 純L具41則為—昇降機構43所帶動，並由一步進馬
以上下:吉而可產生升或降之動作;其動作係因該昇降機構43 動該昇降咖蝴_,2=1= 弓20皆帶動作同步昇或降的動作；該行程塊體45上則橫向穿 設—移動機構46 ’再於„馬賴帶動轉動，而該飼
=:係帶動該移動機構46轉動，進而驅使該行程 或右的移動，並即帶動該昇降機構43、步進馬達 44琴弓夾具4卜琴弓2〇及步進馬達42皆同步左右移動其 亦係配合控制該琴弓20完成換弦動作用。 、 本發明整體的裝配使用如第八圖所示，該揮弓控制系統仙 與該琴雜⑽、統3G二者間係作某角度之固定，且小提灵的焚 身10即置於該托架331與夾具34之間，並被該夹具把所夫置， 使該小提琴受到穩固之夾掣定位；該琴弓20則被琴弓夾具41 所夾置’琴3 20並斜向越過小提琴上方。然後該琴身控制系統 3〇與揮弓控制系統40二者的動作都由電腦控制系統5〇所控 12 1J23877
角度（亦可作微調動作），如此即可配合該琴弓2〇揮弓動作的進 退位置’而達成在E、A、D、G四條琴弦13上触的作用功效進 由以上說明可知，本發明由連桿㈣機構37、支撐桿^ 與陣列式氣顧置36即共同域「按賴構」，其除具按弦作5 用外’更具有揉弦之作用；而由基座3卜步進馬達32，轉動台 33，托架331與夾具34則共同組成「琴身轉動機構」，主要; 以轉動琴身的鱗角度，㈣合換弦動作的進行順遂。而由「按 弦機構」與「琴身轉動機構」則共同組成了「琴身控制系統」 3〇，專司負責琴身部份的動作進行，含按弦、揉弦及轉動琴身（配 合換弦）。另由該琴弓夾具41配合步進馬達42的動作，與昇降 機構43配合步進馬達44及行程塊體45的動作，以及行程塊體 45和移動機構46配合飼服馬達47的動作，即共同組成「揮弓 控制系統」40 ’專司負責琴弓2〇的揮弓及換弦動作。而該琴身 控制系統30與該揮弓控制系統4〇即接受該電腦控制系統5〇的 程式控制’錢行全自動演奏小提琴的演奏動作。 綜上所述，本發明以似機械人的機械裝置而完全達成所預 期自動化演奏小提琴的發明目的。而在相同技術領域及作用原 理下’本發_自動化機械裝置當朗樣可對提琴(例 如：中提琴、大提琴及低音提琴等）進行自動化演奏，所以本發 明=作用應肢於提琴類之㈣，實為毋庸置疑。本發明可演 奏提琴的自動化機械裝置的構造組成完全不曾見諸昔時且深 丄/ 具實用價值及產業_性，所以完全符合成树明專利之要 件’爰請依法准予發明專利，實為德便。 【圖式簡單說明】
第圖所示係小提琴之構造示意圖 第二圖所示係琴弓之構造示意圖 圖所示係小提琴指板的音階位置示意圖 圖所不係小提琴揮弓時琴弓與琴弦的關係示意圖 第丄圖所不係本發明實施例琴身控制系統的構造示意圖 第、圖所不係本發明實施例之音階位置示意圖 第七圖所不係本發明實施例揮弓控制系統的構造示意圖 圖所不係本發明實施例整體組成構造示意圖
15 【主要元件符號說明】 1 Ο -琴身 11—琴頭 12— -弦栓 Ι 3- -琴弦 14---琴頸 15— _指板 16- -琴橋 17---弦枕 18— -拉奏區 20- -琴弓 21——弓桿 22— -弓毛 23- -螺旋鈕 24—弓止 25— -弓尖 30- -琴身控制系統31 ---基座 32— -步進馬達 33- -轉動台 331—托架 34— -夾具 1323877 35---支撐桿 36---陣列式氣壓裝置 37---連桿控制機構40---揮弓控制系統 41—琴弓夾具 42—步進馬達43—昇降機構 44—步進馬達 45—行程塊體46—移動機構 47---伺服馬達