專利名稱：存儲式氣、弦控數(shù)字電子樂器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種存儲式氣、弦控數(shù)字電子樂器，屬于電子樂器的技術(shù)領(lǐng)域，它們是利用數(shù)字集成電路芯片的存儲與播放功能并結(jié)合相應(yīng)的器件裝置研制的新型電子樂器。按照系統(tǒng)分為氣控(由氣息控制的吹管樂器)和弦控(由琴弦控制的拉弦與彈弦樂器)兩個大類。均具有演奏各種音樂曲調(diào)和發(fā)展、延伸民族樂器音域以實現(xiàn)民族樂器系列化的功能。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的各種傳統(tǒng)樂器都是歷史上的勞動人民創(chuàng)造的，隨著社會科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，這些樂器也得到了不斷的提高與完善。十八世紀末到十九世紀初，歐洲以機械制造為中心的技術(shù)革命為各種樂器的發(fā)展完善提供了技術(shù)條件，從而實現(xiàn)了各種樂器的系列化，進而形成交響樂團并使交響音樂風(fēng)行于世。我國的民族樂器均沒有進行過西方的那種技術(shù)改造，時至現(xiàn)在基本上還是千年以來的原有結(jié)構(gòu)，所有的弦控和氣控樂器雖然音色優(yōu)美，但音域不夠?qū)拸V，都缺乏低音，因而不能實現(xiàn)各種樂器的系列化。民族樂器合奏時，由于沒有低音，只好借助西洋樂器中的大提琴和倍大提琴(低音樂器)，這種辦法雖然不無可以，但畢竟是沒有辦法的辦法。這就說明，運用現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展民族樂器，實現(xiàn)民族樂器的系列化事在必行，也是發(fā)展我國先進文化的一個重要內(nèi)容。
如何實現(xiàn)民族樂器的系列化(重點解決低音樂器的問題)，十幾年前，樂器市場上曾出現(xiàn)過“低胡”(或稱革胡)，由于形體笨重、音色不美，也不能彈奏，因而不久便銷聲匿跡了；1987年云南曾研制出一種低音“巴烏”(低音豎笛)，當時頗受音樂界的重視，但遺憾的是，只有一種吹管，還不能成龍配套，民族樂器的系列化依然未能解決。從那以后，實現(xiàn)民族樂器系列化的問題一直擱置至今。
如何解決民族樂器的系列化，在音樂界有兩種思路其一，利用機械制造技術(shù)，重走二百年前西歐發(fā)展樂器的道路，例如目前山西懷仁縣王志剛先生以增設(shè)琴弦數(shù)量的方法改造晉劇“梆胡”、以增加“梆胡”低音的研究等。其二，運用當代先進的電子技術(shù)，以現(xiàn)有“電子琴”的模式研制電子民族樂器，例如十幾年前山西太原無線電廠田進勤先生運用電子模擬技術(shù)研制的“弦控電子琴”，當時也頗受音樂界的重視，但由于電子模擬技術(shù)的局限，所模擬的板胡、二胡聲音不夠逼真，并且由于該樂器體積龐大、笨重、演奏不便等原因，致使半途而終。
經(jīng)驗證明，研究制造任何一種新的民族樂器，都不能離開它原有的基礎(chǔ)，必須在技術(shù)上能夠滿足以下要求1，音色必須與原有傳統(tǒng)樂器的音色一致。
2，功能必須不低于原有傳統(tǒng)樂器的表現(xiàn)功能。
3，演奏方式必須與原有傳統(tǒng)樂器的演奏方式相一致，并能充分發(fā)揮演奏者多年來積累的演奏技藝。
達不到以上技術(shù)要求，所研制的新樂器就不可能為演奏家所接受，不為演奏家接受的新樂器，不但不能實現(xiàn)樂器本身的系列化，而且也不具有生命力。
當前已進入了數(shù)字電子技術(shù)的新時代，運用數(shù)字電子技術(shù)的存儲播放功能研制新的民族電子樂器，不但可以解決田進勤等同志所碰到的那些難題，同時也能擴展民族樂器的音域、增加民族樂器的低音，以實現(xiàn)民族樂器的系列化。不僅如此，由于數(shù)字電子技術(shù)的成熟和電子技術(shù)靈活、強大的功能，運用數(shù)字電子技術(shù)和器件研制新的樂器，不但能夠滿足上述三項要求，進而還能實現(xiàn)音量自由控制、一件代替多件、一人代替多人的效果。
傳統(tǒng)的民族樂器乃至交響樂團中的各種樂器，均屬物理器件，樂器的音色、音量，均受其器件本身的材料、形體、大小所決定，因而，它的音色和音量均具有不可改變的特性。由于這個原因，西歐的一個雙管建制的交響樂團，演奏人員多達50～60人，第一和第二小提琴各需20把、中提琴需要4～6把，大提琴需要4～6把、倍大提琴需要2～4把，否則弦樂器的音量就不能與銅、木吹管樂器的音量相匹配。電子樂器之所以能以一件代替多件，便是由于它的音量具有可大可小、可強可弱的隨意性。由此可知，運用先進的數(shù)字電子技術(shù)和器件研制新型民族電子樂器，不但可行，同時也比運用機械制造技術(shù)重走西歐二百年前發(fā)展樂器的道路更為便捷。本實用新型便是基于這種認識和理解研究的。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種存儲式氣、弦控數(shù)字電子樂器，以用于促進解決民族樂器的系列化，從而達到發(fā)展我國民族交響音樂之目的。本實用新型的技術(shù)特點主要體現(xiàn)在存儲式和氣、弦控兩個方面，前者是說它們的聲音是由存儲在聲音數(shù)據(jù)庫中的“原音”發(fā)出的，后者是說它們的演奏方式依然是由演奏者運用氣息或琴弦控制的；前者的目的是為了保持各種民族樂器原有的聲音特色，后者的目的是為了保持各種民族樂器原有的演奏方式與技藝，同時運用電子變頻技術(shù)使“原音”生成音階并擴展它們的音域。這兩個方面的結(jié)合是本實用新型的技術(shù)核心，也是與傳統(tǒng)手工樂器的本質(zhì)區(qū)別。
這里所說的“原音”，是各種民族樂器具有代表性的聲音特色，本實用新型利用現(xiàn)代數(shù)字存儲技術(shù)和器件以采集存儲的方法將各種民族樂器的“原音”燒寫在存儲器芯片內(nèi)，結(jié)合其他芯片和元件組成聲音數(shù)據(jù)庫，由于所采集存儲的“原音”只是某一種或某幾種傳統(tǒng)樂器的聲音特色，每個“原音”只有2-4秒鐘的長度，它們是以循環(huán)播放的形式工作的，因而一個10幾秒容量的小規(guī)模存儲器可以存放2-4種“原音”，一個聲音數(shù)據(jù)庫設(shè)置兩個存儲器芯片可存儲4-8種“原音”，演奏時這些“原音”經(jīng)過琴弦與鑲嵌在指板上的碳膜電阻條的配合使芯片的時鐘頻率發(fā)生變化(“原音”的聲音高度亦隨之變化)從而生成相應(yīng)的音階，這時它們就如同4-8種傳統(tǒng)樂器一樣可奏出豐富多彩的曲調(diào)了。
本實用新型的聲音數(shù)據(jù)庫由三個部分所組成其一是音階的生成器和觸發(fā)電平的發(fā)生器，它是由金屬琴弦、鑲嵌在指板上的碳膜電阻條和駐集體話筒所組成，金屬琴弦是一導(dǎo)體，它的一端連接5v電源，另一端與碳膜電阻條的一端相連接，碳膜電阻條的另一端以導(dǎo)線連接在芯片的外部時鐘震蕩電路，它們?nèi)缤粋€可變電阻控制著芯片的時鐘頻率，演奏者按壓琴弦使其在電阻條上變化接觸點，其電阻值便隨之發(fā)生變化(時鐘頻率亦產(chǎn)生相應(yīng)的變化)。金屬琴弦同時又是一個震動體，它與木制弦碼、駐集體話筒構(gòu)成一個觸發(fā)電平的發(fā)生器，演奏者彈撥或推拉琴弦，琴弦便產(chǎn)生震動，經(jīng)過木指弦碼的傳震使駐集體話筒受震從而發(fā)出電平信號，該電平信號經(jīng)三極管放大分為兩路輸出，其中一路連接存儲器芯片的放音管腳，另一路連接音頻功率放大器(LM386)1、8管腳上串聯(lián)的三極管基極以控制輸出音量的大小。其二是聲音數(shù)據(jù)的存儲器，就器件而言，現(xiàn)有具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能的數(shù)字存儲器芯片均可使用，本實用新型選用的是臺灣產(chǎn)API8208，每個聲音數(shù)據(jù)庫設(shè)置兩片以增加它的存儲量。三是音頻功率放大器，本實用新型選用的是LM386小規(guī)模功放芯片，該芯片的特點是在其第1、8管腳之間串聯(lián)相應(yīng)的電阻、電容器可調(diào)節(jié)它的輸出功率的增益值，根據(jù)它的這一特點，本實用新型在它的1、8管腳串聯(lián)了一只三極管和一個10微發(fā)的電容器，三極管相當一個可變電阻，利用輸入基極的不同電平電壓改變集電極與發(fā)射極之間的導(dǎo)通量，從而達到隨演奏者在琴弦上的彈撥或推拉力度同步控制它的輸出音量之目的。這三個部分制成一塊電路板便是本實用新型的一組聲音數(shù)據(jù)庫，配以不同的樂器外形，便構(gòu)成了各種完整的存儲式數(shù)字電子樂器。
所述的碳膜電阻條，是在一寬度為5mm的膠木薄板上涂以電器碳膜而制成，它的長度與電阻值是根據(jù)樂器的音域和所需要的音階數(shù)量而設(shè)定，其音階、頻率與電阻值的關(guān)系由下表示出


上述聲音數(shù)據(jù)庫是本實用新型的發(fā)音與變頻部件，在實際應(yīng)用中需結(jié)合不同的外形器件，外形器件是按照民族樂器的分類系統(tǒng)和傳統(tǒng)的演奏方式與習(xí)慣分為氣息控制、拉弦控制、彈弦控制的三種類型所述的氣息控制者，其特征是由管體、吹口、喇叭頭、金屬絲、碳膜電阻條、駐集體話筒、聲音數(shù)據(jù)庫、內(nèi)置揚聲器以及微型機械開關(guān)、電源插座所組成，組裝時駐集體話筒置于吹口內(nèi)，以導(dǎo)線連接于聲音數(shù)據(jù)庫的放音管腳，碳膜電阻條鑲嵌于管體表面，它的一端以導(dǎo)線連接在聲音數(shù)據(jù)庫中的時鐘震蕩電路，另一端與金屬絲相連接，組裝時該金屬絲懸于碳膜電阻條的上面，二者的距離為2mm，該金屬絲的另一端與電源相連接，三個用于變換音色的微型機械開關(guān)鑲嵌在管體背面，以導(dǎo)線連接于聲音數(shù)據(jù)庫的有關(guān)管腳，聲音數(shù)據(jù)庫與內(nèi)置揚聲器均安裝在管體內(nèi)部，以此構(gòu)成一件吹管式數(shù)字電子樂器；所述的拉弦控制者，其特征是由琴桿、指板、琴筒、臻軸、金屬琴弦、木制弦碼、金屬弦枕、金屬攜弦柱、馬尾琴弓、碳膜電阻條、駐集體話筒、聲音數(shù)據(jù)庫、內(nèi)置揚聲器和微型機械開關(guān)、電源插座所組成，琴桿為空心的形式，臻軸置于琴桿上端，碳膜電阻條鑲嵌在指板的表面，它的一端裝有金屬弦枕，另一端以導(dǎo)線連接在聲音數(shù)據(jù)庫中的時鐘震蕩電路，組裝時琴桿插入琴筒，指板置于琴桿的前面，琴弦的一端插入臻軸的小孔中以調(diào)節(jié)它的松緊，而后架置于金屬弦枕上以便與碳膜電阻條形成電連接，琴弦懸于指板上面與碳膜電阻條相對應(yīng)的位置，二者保持2mm距離，它的另一端架置于安放在琴筒面板上的木制弦碼而后固定于金屬攜弦柱，該攜弦柱以導(dǎo)線連接在電源正極，聲音數(shù)據(jù)庫、內(nèi)置揚聲器、駐集體話筒均安裝在琴筒內(nèi)部，駐集體話筒的氣口通過面板上的小孔與木制弦碼相連接，它的輸出電路通過三極管放大后連接聲音數(shù)據(jù)庫的放音管腳，內(nèi)置揚聲器安裝在琴筒的后部，三個用于變換音色的微型機械開關(guān)分別安裝在琴桿上端的后部并以導(dǎo)線穿入琴桿內(nèi)與聲音數(shù)據(jù)庫的相關(guān)管腳相連接，這種拉弦控制的數(shù)字電子樂器，在應(yīng)用上分為兩弦和四弦的形式，兩弦者設(shè)有兩根琴弦，指板上鑲嵌有兩條碳膜電阻條，琴筒面板上設(shè)有兩個木制弦碼與兩個金屬攜弦柱，電路上設(shè)有兩個柱集體話筒，馬尾琴弓的馬尾置于兩弦之間；四弦者設(shè)有四根琴弦，指板上鑲嵌四條碳膜電阻條，琴筒面板上安放有四個木制弦馬和四個金屬攜弦柱，馬尾琴弓只在琴弦表面摩擦不與琴弦做固定組裝；所述的彈弦控制者，其特征是由琴頭、琴頸、琴身、臻軸、指板、金屬弦枕、木制弦碼、金屬攜弦柱、碳膜電阻條、駐集體話筒、聲音數(shù)據(jù)庫、內(nèi)置揚聲器、微型機械開關(guān)、電源插座所組成。組裝時琴頭、琴頸、琴身依次連接(粘合)，碳膜電阻條鑲嵌于指板表面，需要時可根據(jù)音階距離安裝若干個金屬“音品”與碳膜電阻條構(gòu)成電連接，指板粘合于琴頸表面使二者形成一個整體，指板一端安裝金屬弦枕與碳膜電阻條構(gòu)成電連接，碳膜電阻條的另一端以導(dǎo)線連接在聲音數(shù)據(jù)庫的時鐘電路，琴身為半橢圓形結(jié)構(gòu)，它是安放聲音數(shù)據(jù)庫、內(nèi)置揚聲器、駐集體話筒等電器部件的空腔，其上安置面板，在面板的正中部位根據(jù)內(nèi)置揚聲器的尺寸開孔并設(shè)有度硌環(huán)圈和網(wǎng)罩，面板下部外緣粘貼一塊厚度為3mm的半月型木板或塑料板，其上安放木制弦碼和金屬攜弦柱，面板一側(cè)安裝用于變換音色的三個微型機械開關(guān)，另一側(cè)安裝三個用于顯示音色變換的發(fā)光二極管。這種彈弦式數(shù)字電子樂器，一般為四條琴弦，與此相應(yīng)，琴頸上設(shè)有四個臻軸，面板上設(shè)有四個木制弦碼和四個金屬攜弦柱，四條琴弦的一端固定于臻軸，另一端架置在木制弦碼上而后固定于金屬攜弦柱，金屬攜弦柱以導(dǎo)線連接在電源正極，琴弦與指板的距離為2mm，四個聲音數(shù)據(jù)庫，一個內(nèi)置揚聲器，四個駐集體話筒均安裝在琴身內(nèi)部，四個駐集體話筒的氣口與面板上的四個木制弦碼的位置相對應(yīng)并通過面板上的小孔相連接，演奏者彈撥琴弦使駐集體話筒受震，從而發(fā)出脈沖電壓，經(jīng)三極管放大后用于觸發(fā)聲音數(shù)據(jù)庫放音，以此構(gòu)成一件完整的彈弦式數(shù)字電子樂器。
實現(xiàn)這一目標所采用的技術(shù)方案結(jié)合附圖進一步說明如下
圖1是本實用新型的外部時鐘電阻回路示意圖圖2是本實用新型的基本電路結(jié)構(gòu)圖圖3是本實用新型的第一個實施例(多功能數(shù)字二胡)的外形圖圖4是本實用新型的第一個實施例(多功能數(shù)字二胡)的電路圖圖5是本實用新型的第二個實施例(多功能數(shù)字琵琶)的外形圖圖6是本實用新型的第二個實施例(多功能數(shù)字琵琶)的電路圖圖7是本實用新型的第三個實施例(多功能數(shù)字嗩吶)的外形圖圖8是本實用新型的第三個實施例(多功能數(shù)字嗩吶)的電路圖具體實施方式
圖1，圖中的電阻條(2)是鑲嵌在指板(1)上的，弦枕(3)固定在琴弦與指板之間(即電阻216K處)，它的作用是既能使琴弦(4)與指板(1)連為一體，又能使二者之間保持適合的距離。電阻條(2)的另一端用導(dǎo)線連接芯片API8208(5)的第八腳，琴弦(4)的另一端連接5V電源正極，由此構(gòu)成外部時鐘電阻的回路。
圖2，圖中的指板(1)鑲有電阻條(2)，在電阻條(2)的上端216K處安裝弦枕(3)，它是由導(dǎo)電金屬制成的直徑為3mm的圓柱體、下面帶有兩個用以貫通電阻條(2)和指板(1)的腳，琴弦(4)的上端壓緊弦枕(3)與電阻條(2)構(gòu)成導(dǎo)體，另一端通過攜弦柱(7)連接電源正極，該攜弦駐(7)是一個直徑為7mm、長度為7mm在長度3mm處鉆有一個直徑為2mm的腰圓通孔，它的頂端是一M3×7mm的螺絲通孔，上下配有兩個M3×4mm的小螺絲，安裝時琴弦(4)的一端穿過它的腰圓孔并用上下兩個螺絲壓緊，下邊的螺絲用導(dǎo)線連接電源正極。電阻條(2)的下端以導(dǎo)線連接API8208集成電路塊(6)的第八腳(6A)，琴弦碼子(5)安裝在琴弦(4)的下面靠近攜弦柱(7)的部位，駐集體話筒(8)安裝在琴弦碼子(5)的底端，二者構(gòu)成感應(yīng)性的連接。它們的工作原理是當琴弦(4)振動琴弦碼子(5)使駐集體話筒(8)感應(yīng)受震而輸出電平信號，經(jīng)9014三極管(9)放大后分為兩路輸出，一路連接API8208語音集成電路塊(6)放音管腳(6B)，另一路連接音頻功放電路(10)中的8050三極管(10A)的基極，以便根據(jù)輸入電壓的高低隨時改變它的導(dǎo)通量，從而達到以琴弦震動力度控制輸出音量的強弱。琴弦的震動力度來自于演奏者的演奏力度，因而這套結(jié)構(gòu)的所有聲音效果完全是由演奏者控制的。
圖3，圖中的指板(1)電阻條(2)作為一個整體安裝在琴干(11)的一側(cè)，上端貼近琴干(11)，下端與琴干(11)保持10mm間距，弦枕(3)安裝在電阻條(2)上端216k處，琴弦(4)的上端插入調(diào)弦輪(13)并壓緊弦枕(3)，下端插入攜弦柱(7)的腰圓小孔中并用頂絲壓緊。弦軸(12)與調(diào)弦輪(13)是一套簡易蝸干蝸輪結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)弦軸(12)使蝸干推動調(diào)弦輪(13)上的蝸輪旋轉(zhuǎn)，借以使琴弦(4)拉緊或放松。在這里，琴弦(4)的松緊對發(fā)音毫無影響，這套調(diào)整琴弦(4)松緊的裝置，只是為了適應(yīng)演奏者的手感而設(shè)置的。琴弦碼子(5)安放在面板上靠近攜弦柱(7)的部位，它的作用既是琴弦(4)的一個支撐點，又是設(shè)置在琴筒(17)內(nèi)部的駐集體話筒的一個傳震點。琴筒(17)在這里只是一個箱體(無材料與尺寸的嚴格要求)，其內(nèi)安裝全部電子元器件。在琴干(11)是一個空管，上面安裝有三個控制聲音變化的微型開關(guān)(它們的導(dǎo)線裝于琴干內(nèi))，其一(14)，按下時內(nèi)外兩弦的聲音同時降低一個八度(12個半音)，中音二胡變成為低音二胡，其二(15)，按下時內(nèi)外兩弦的聲音由單一的二胡音色轉(zhuǎn)換為多把二胡齊奏的音色，其三(16)，按下時內(nèi)外兩弦轉(zhuǎn)換為民樂合奏的聲音。琴弓(20)使用的是傳統(tǒng)二胡琴弓(馬尾置于內(nèi)外兩弦之間)。電源插孔(19)與線路輸出插孔(18)均使用直徑6mm小型單孔插座(安裝在琴筒(17)一側(cè)的前后兩端)。
圖4，圖中的A、B代表的是內(nèi)外兩弦的兩組結(jié)構(gòu)相同的電路，IC1、2、3、4是四只API8208語音集成電路塊(6)，IC1、2用于內(nèi)弦，IC3、4用于外弦。IC1分為兩個區(qū)段使用，第一區(qū)段存入普通二胡的內(nèi)弦空弦原音(d1、頻率為311.65HZ)，第二區(qū)段存入低八度原音(d、頻率為155.8HZ)，這個音在傳統(tǒng)物理二胡上沒有，它是在原音(d1)的基礎(chǔ)上采取變頻的方法生成的，即IC1第一區(qū)段錄入原音(d1)之后，將控制外部時鐘頻率的電阻更換為330K精調(diào)電位器，而后從220k處向低音區(qū)的方向逐漸加大電阻值，直至找到這個半音，并用頻率儀校準頻率，然后測得它的電阻值，隨即輸入電腦、寫入存儲器的第二區(qū)段。電阻條(2)在這里使用的是電阻值為0330K、長度為250mm的專用品。由于IC1是分為兩個區(qū)段使用的，它需要使用兩個放音管腳，這兩個管腳用單刀雙擲式微型開關(guān)(14)控制。內(nèi)外兩弦的電路(A、B)結(jié)構(gòu)是一樣的，但IC1與IC3存儲的原音高度(頻率)有所不同(后者比前者高一個“純五度”)，它的第一區(qū)段的原音是a1(頻率為440hz)，第二區(qū)段的原音是a(頻率為220HZ)。由于IC1和IC3是配合使用的，它們的區(qū)段轉(zhuǎn)換是同時進行的，因此，使用同一個微型開關(guān)(14)即可控制兩只芯片的區(qū)段轉(zhuǎn)換。IC2與IC4也分為兩個區(qū)段使用，它們的第一個區(qū)段中的原音(d和a)都是傳統(tǒng)多把二胡的齊奏聲，只是二者的聲音高度(頻率)同樣是相差純五度(IC4的原音比IC2的原音高五度)，因此它們的兩個放音管腳也是由同一個微型開關(guān)(15)控制的。它們的第二區(qū)段所存儲的原音是多種傳統(tǒng)民族樂器(例如二胡、板胡、笛子、笙、琵琶、大阮等或者是戲曲文場樂隊的四大件)的齊奏聲，但內(nèi)外兩弦的原音依然相差五度(IC4的原音比IC2的原音高五度)。它們的區(qū)段轉(zhuǎn)換依然是由同一個微型開關(guān)(16)所控制。這四個芯片(6)輸出的聲音信號經(jīng)9014三極管(10A)的節(jié)制進入LM386功放集成電路(10)放大后由內(nèi)置揚聲器(10B)最后輸出。9014三極管(10A)是一個輸出音量大小的自動控制樞紐，輸出音量的大小取決于它的c、e兩極之間的導(dǎo)通量，其導(dǎo)通量的變化又受控于駐集體話筒(8)經(jīng)過8050三極管(9)初放后發(fā)送給該三極管b極上的輸出電壓。駐集體話筒的輸出電壓的高低取決于琴弦(4)經(jīng)過琴弦碼子(5)傳輸給它的不同震動力度。本實用新型所使用的電源電壓為6-7.5v直流，為了確保四只語音芯片(6)正常工作，這里通過一只LM7805穩(wěn)壓集成電路塊(21)給它們提供了專用的5V工作電壓。
圖5，圖的上半部分保留的是傳統(tǒng)物理琵琶的原有結(jié)構(gòu)，指板(1)、琴頭(20)、弦軸(13)及四根琴弦(4)的形狀與尺寸一律不變，鑲嵌在指板(1)上的四根電阻條(2)的上端與弦枕(3)相連接，鋼絲琴弦(4)緊壓在弦枕(3)的上面，使三者構(gòu)成電連接關(guān)系以作為時鐘電阻回路的一個連接點，琴弦(4)的下端通過攜弦駐(7)連接5v電源。琴弦(4)的震動信號通過琴弦碼子(5)傳送給駐集體話筒使之發(fā)出控制芯片放音的電壓；四根電阻條(2)的下端用導(dǎo)線連接芯片第八腳由此構(gòu)成時鐘電阻的回路(詳見圖6)。圖的下半部分是琴箱(12)，傳統(tǒng)琵琶的琴箱是一共鳴體，它的形狀、尺寸、材料都與琵琶的音色、音量直接有關(guān)，本實用新型的這個實施例中的琴箱(12)不需要這種功能，它僅僅是一個連接指板(1)和安放電路器件的箱體，因而它的形狀、尺寸、制作材料均無嚴格的要求。在它的面板上的中間部位開一園孔(10B)作為內(nèi)置揚聲器的出音口，微型開關(guān)(14、15、16)安裝在便于演奏者隨時轉(zhuǎn)換的邊角部位，線路輸出插座(18)和電源輸入插座(19)安裝在琴箱(12)的底部。
圖6，圖中的A、d、e、a是對應(yīng)四根琴弦(4)的四組電路，它們的基本結(jié)構(gòu)完全相同，但八只IC存儲器(6)所寫入的原音各不相同IC1(API8208)分為兩個區(qū)段，第一區(qū)段寫入傳統(tǒng)琵琶纏弦(第四弦)的空弦音A(頻率為220HZ)，第二區(qū)段寫入降低八度的A1(頻率為110HZ)，這個音在傳統(tǒng)琵琶上沒有，采集方法如同附圖4所述，是在第一區(qū)段的原音A的基礎(chǔ)上利用降低時鐘頻率的方法取得的。IC3(API8208)也分為兩個區(qū)段，第一區(qū)段寫入傳統(tǒng)琵琶的老弦(第三弦)的空弦音D(頻率為187.3HZ)，它的第二區(qū)段寫入降低八度的D1，在傳統(tǒng)琵琶上也沒有這個音，同樣需要在第一區(qū)段的原音D的基礎(chǔ)上采用降低時鐘頻率的方法取得。IC5(API8208)也分為兩個區(qū)段，第一區(qū)段寫入傳統(tǒng)琵琶的二弦空弦音E(頻率為257HZ)，第二區(qū)段寫入降低八度的E1，這個因音在傳統(tǒng)琵琶上也沒有，同樣需要在第一區(qū)段的原音E的基礎(chǔ)上，采取降低時鐘頻率的方法取得。IC7(API8208)也分為兩個區(qū)段，第一區(qū)段寫入傳統(tǒng)琵琶的子弦(第一弦)的空閑音a(頻率為440HZ)，第二區(qū)段寫入降低八度的A(即IC1第一區(qū)段的原音)。IC2(API8028)也分為兩個區(qū)段，其第一區(qū)段，寫入的是多把琵琶齊奏纏弦的空弦音A，IC4(API8208)也分為兩個區(qū)段，其第一區(qū)段，寫入的是多把琵琶齊奏老弦的空弦音D，IC6也分為兩個區(qū)段，它的第一區(qū)段寫入的是多把琵琶齊奏二弦的空弦音E，IC8也分為兩個區(qū)段，它的第一區(qū)段寫入的多把琵琶齊奏子弦的空弦音a。IC2、4、6、8四個芯片的第二區(qū)段存儲的是多種彈鈸樂器(例如琵琶、月琴、柳琴、楊琴、中阮、大阮、三弦等)的齊奏聲，但四個芯片第二區(qū)段所存儲的彈鈸樂器齊奏聲的聲音高度有所不同，IC2的音高是A，IC4的音高是D，IC6的音高是E，IC8的音高是a。如前所述，本實用新型的彈撥樂器采用的是脈沖觸發(fā)的放音形式，在API8208上，這種放音形式是在燒寫芯片時一并寫入的，因此，芯片的放音管腳沒有另外的設(shè)置。由于A、d、e、a四根琴弦(4)是相互配套的組合關(guān)系，各個芯片在區(qū)段轉(zhuǎn)換時是同時進行的。因而，本實施例區(qū)段的轉(zhuǎn)換是由三只微型開關(guān)完成的。第一個開關(guān)(14)使用的是單刀雙擲式微型開關(guān)，撥向a點，控制四個芯片的第一區(qū)段放音，撥向b點控制的是第二區(qū)段放音。第二個開關(guān)(15)使用的是普通按壓開關(guān)，壓下接通電路，控制IC2、4、6、8四個芯片的第一區(qū)段放音，抬起電路切斷，放音解除。第三個開關(guān)(16)使用的也是普通按壓式開關(guān)，壓下接通電路，IC2、4、6、8的第二區(qū)段放音，抬起電路切斷，放音解除。鑲嵌在指板上的四根電阻條(2)，不但阻值各不相同，而且是按照傳統(tǒng)琵琶的品位(圖5中的(11))距離和相應(yīng)的電阻值安裝的。對應(yīng)第四弦(纏弦)的電阻條(2)的電阻值為0-200k，弦枕(3)置于190k處；對應(yīng)第三弦(老弦)的電阻條(2)的電阻值為0-140k，弦枕(3)置于133k處；對應(yīng)第二弦的電阻條(2)的電阻值為0-114k，弦枕(3)置于103k處；對應(yīng)第一弦(子弦)的電阻條(2)的電阻值為0-80k，弦枕(3)置于75k處。由于傳統(tǒng)琵琶的演奏者使用“掃弦”(四根弦同時發(fā)音并且力度較強)的技法很多，為能充分表現(xiàn)出這種技法特征，本實施例使用了兩只LM386功放集成電路塊(10)及9014三極管(10A)，目的是為了加強“掃弦”的力度感。電路上的其余元器件與附圖4相同，此不贅敘。
圖7，圖中的A是本實施例的正面圖，管體(1)為橢圓型空管(用木料或塑料制作均可)，電阻條(2)鑲嵌在管體的正中，上攜弦柱(3)是用導(dǎo)電金屬制成的圓柱體，直徑為7mm、高度為7mm、在高度為3mm處鉆有一個直徑2mm的腰圓通孔，頂端為M3×4mm螺孔，它的下端是一直徑為3mm的細圓柱(可插入電阻條(2)的圓孔中)。琴弦(4)由上攜弦柱(3)的腰原孔中穿入，用頂絲壓緊，使三者構(gòu)成一個導(dǎo)電體，琴弦(4)的下端插入下攜弦柱(5)(結(jié)構(gòu)與上攜弦柱相同)的腰圓孔中，用頂絲壓緊，下攜弦柱(5)連接電源。電阻條(2)的下端用導(dǎo)線連接在IC1、2的第八腳，由此構(gòu)成芯片的外部時鐘回路。內(nèi)置橢圓形喇叭安裝在管體(1)底部的喇叭頭(10B)內(nèi)，該喇叭頭(包括內(nèi)置喇叭)與管體的下端為卡子連接，可以隨時取下，以便更換蜂鳴器(10C)。吹口(13)與管體(1)的上端用卡子連接，以便根據(jù)需要更換不同的吹口，吹口(13、13A、13B)的內(nèi)部均裝有一只駐集體話筒，用插頭與管體(1)內(nèi)的電路器件相連接。吹口(13)為直吹式，用以演奏洞簫一類吹管樂器；吹口(13A)為哨簧式，用以演奏嗩吶一類吹管樂器；吹口(13B)為橫吹式，用于演奏橫笛一類吹管樂器。使用吹口(13B)演奏時，喇叭頭(10B)同時更換為蜂鳴器(10C)。圖中的B是本實施例的背面圖，出氣孔(20)位于吹口(13)的下端，開關(guān)(14、15、16)用于變音，線路輸出插座(18)，電源輸入插座(19)安裝于管體(1)的下端。
圖8，圖中的IC1、2(6)均為API8208語音集成電路，兩個芯片均分為兩個區(qū)段使用，IC1的第一區(qū)段存入傳統(tǒng)中音嗩吶的筒音e1(頻率為257hz)，它的第二區(qū)段寫入降低八度的e(頻率為73.6hz)，傳統(tǒng)的嗩吶沒有這個音，依然需要運用降低外部時鐘頻率的方法取得。IC2的第一區(qū)段存入上升八度的e2(頻率為696.6hz)，它的第二區(qū)段存入的是多種吹管樂器(例如笙、蕭、笛、管、嗩吶)齊奏的音色e1(頻率為257hz)。開關(guān)(14)使用單刀雙擲式微型撥動開關(guān)，撥向a位播放IC1第一區(qū)段的原音；撥向b位播放IC1第二區(qū)段的低八度原音，此時中音嗩吶轉(zhuǎn)換為低音嗩吶的音響效果。開關(guān)(15)使用按壓式紐子開關(guān)，按下播放IC2第一區(qū)段的升高八度的原音，放開回到ICI第一區(qū)段的原音。開關(guān)(16)使用單刀雙擲式微型撥動開關(guān)，撥向a位播放IC2第二區(qū)段的多種吹管樂器的齊奏聲，b位懸空不用。本實施例就電器元器件的運用而言，與圖4、圖6沒有什么區(qū)別，但線路的結(jié)構(gòu)有所不同，最主要的不同之點在于放音的控制系統(tǒng)，由于這一實施例是吹管樂器，放音的控制不再是利用琴弦的震動感應(yīng)駐集體話筒(8)，而是由吹奏者不同的氣息(長短、輕重)直接控制住集體話筒(8)，因而駐集體話筒(8)、8050三極管(9)均與琴弦(4)成為分離的結(jié)構(gòu)。也就是說，在本實施例中，琴弦(4)只是演奏者用以取得音階(頻率變化)的一種設(shè)施，它與放音沒有關(guān)系。本實施例的駐集體話筒(8)是密封在吹口內(nèi)的，利用插接件與密封在管體內(nèi)的8050三極管(9)相連接，該三極管(9)是駐集體話筒(8)輸出電壓的放大器，它的輸出分為兩路，其中一路送至9014三極管(10A)的基極(b)用以導(dǎo)通該三極管c、e兩極，導(dǎo)通量的變化取決于演奏者氣息輕重的變化。該三極管(10A)的c、e兩極是IC1、2(6)輸出的聲音信號進入IC5音頻功率放大器(10)的樞紐，流過的聲音大小(強弱)取決于導(dǎo)通量的大小。8050三極管(9)的另一路輸出經(jīng)三個開關(guān)(14、15、16)的分配送至IC1、2的放音管腳使之與前一路同步工作。內(nèi)置揚聲器(10B)為8歐0.5W橢圓形喇叭。6-7.5V直流電源經(jīng)插座(19)輸入后分為兩路，其中一路經(jīng)IC6-LM7805穩(wěn)壓集成塊(21)供給IC1、2，另一路供給IC5-LM386功放(10)、8050及9014三極管(9)與駐集體話筒(8)。音頻線路輸出插座(18)由9014三極管(10A)發(fā)射極引出。
有益效果通過上述拉弦、彈弦、吹管三個實施例可以說明本實用新型具有如下有益效果1，能有效地保持和發(fā)展各類民族樂器的固有聲音特色和功能，進一步提高民族樂器的科技含量，從而使民族樂器的制造走向了規(guī)范化、形體輕便化、材料普通化。這種變革是在傳統(tǒng)民族樂器的基礎(chǔ)上的發(fā)展與提高，對各類民族樂器的生產(chǎn)、普及具有積極意義。
傳統(tǒng)物理樂器分門別類品種繁多，它們之所以各不相同，歸根結(jié)底是由于聲音各具特色。傳統(tǒng)民族樂器聲音特色的形成，取決于制造材料、樂器形狀和形體的大小。因而，有的樂器選材困難不易制造；有的樂器形體龐大攜帶不便，有的樂器則在制造工藝方面又存在某種偶然性。在樂器制造領(lǐng)域常常存在這種現(xiàn)象采用同樣的材料、同樣的形狀、同樣的大小、同樣的工藝制造出來的同一種樂器，有的聲音異常優(yōu)美，成為價格昂貴的上等品，有的則音色音量較差，不入等次，這種現(xiàn)象使經(jīng)驗豐富的工匠也迷茫不解，故曰黃金有價音無價。本實用新型運用數(shù)字技術(shù)和器件優(yōu)選各種傳統(tǒng)樂器的上品音色加以采集、儲存，不但有效地保持了傳統(tǒng)樂器最為上乘的音色，使聲音脫離了物理器材和工藝上的局限性，從而克服了這種制造工藝上的困惑。聲音轉(zhuǎn)化為電能，同時也增強了樂器表現(xiàn)功能的隨意性，例如音量的強弱、形體的大小、外觀形狀的設(shè)計均可隨意調(diào)節(jié)變化。
2，能有效地擴展民族樂器的音域，解決民族樂器音域不寬、特別是缺乏低音的困難，從而為實現(xiàn)民族樂器的系列化拓寬了道路。傳統(tǒng)樂器之所以音域不寬、缺乏低音，主要是由于樂器的型制決定的，本實用新型運用改變時鐘頻率的方法使存儲器中的原音頻率隨之改變，從而獲得傳統(tǒng)樂器原本不具有的低音或高音，這種方法看起來雖然簡單，但它確能解決民族樂器存在的實際問題。民族樂器實現(xiàn)了系列化，它的表現(xiàn)功能便隨之提高，在此基礎(chǔ)，發(fā)展具有中國特色的民族交響音樂便有望實現(xiàn)。
3，本實用新型充分發(fā)揮電的功能，運用數(shù)字存儲技術(shù)使一件樂器產(chǎn)生多件或多種樂器齊奏的音響，從而實現(xiàn)了一件代替多件、一人代替多人的效果。在保證藝術(shù)質(zhì)量與效果的前提下，減少演奏人員、精干演奏隊伍，在市場經(jīng)濟的社會條件下，不僅專業(yè)藝術(shù)團體(特別是省市級地方專業(yè)藝術(shù)團體)為了求得經(jīng)濟收支平衡需要這樣做，就是群眾的業(yè)余文化活動也需要以少量的人員求得豐富的藝術(shù)效果。因此，本實用新型在樂器領(lǐng)域的這種變革，不僅是適應(yīng)社會文化發(fā)展的需要，同時也是對樂器本身的藝術(shù)組合潛力的挖掘。
4，本實用新型所包括的各種樂器，不僅原音來自傳統(tǒng)樂器，演奏方式也嚴格遵守傳統(tǒng)樂器的演奏習(xí)慣，因而具有易推廣、易普及、易于為專業(yè)和業(yè)余樂器演奏者所接受的優(yōu)勢。專家和群眾能否接受，是任何一種新樂器生命力的所在，當然也是本實用新型生命力的所在。
5，由于本實用新型采用數(shù)字技術(shù)與器件以存儲傳統(tǒng)樂器原音的方法制造樂器，從而使聲音脫離了物理器材與器件的制約，因而各種樂器的制造工藝走向了規(guī)范化和簡單化，這種變革，將使各種樂器的生產(chǎn)由作坊式手工制造轉(zhuǎn)化為工廠批量生產(chǎn)，從而將大大提高樂器的生產(chǎn)效率并降低制造成本，既有利于生產(chǎn)者，也有利于消費者。
6，本實用新型的研究目的首先是為了解決民族樂器久已存在的各種問題，但本實用新型所采取的技術(shù)方案實際上不限于中國的民族樂器，其他國家的民族樂器乃至西方成熟的交響樂團中的各種樂器的進一步改革發(fā)展依然適用。當前已進入數(shù)字電子技術(shù)的新時代，這種新技術(shù)也應(yīng)該在整個樂器領(lǐng)域發(fā)揮它應(yīng)有的作用。
權(quán)利要求1，一種存儲式氣、弦控數(shù)字電子樂器，由琴體外殼和聲音電路所構(gòu)成，根據(jù)傳統(tǒng)的演奏方式和習(xí)慣分為氣息控制的、拉弦控制的和彈弦控制的三種類型；所述的拉弦控制者，是由演奏者通過琴弦和琴弓控制的數(shù)字電子樂器，其特征是由琴桿、指板、琴筒、臻軸、金屬琴弦、木制弦碼、金屬弦枕、金屬攜弦柱、馬尾琴弓、碳膜電阻條、駐集體話筒、聲音數(shù)據(jù)庫、內(nèi)置揚聲器和微型機械開關(guān)、電源插座所組成，琴桿為空心的形式，臻軸置于琴桿上端，碳膜電阻條鑲嵌在指板的表面，它的一端裝有金屬弦枕，另一端以導(dǎo)線連接在聲音數(shù)據(jù)庫中的時鐘震蕩電路，組裝時琴桿插入琴筒，指板置于琴桿的前面，琴弦的一端插入臻軸的小孔中以調(diào)節(jié)它的松緊，而后架置于金屬弦枕上以便與碳膜電阻條形成電連接，琴弦懸于指板上面與碳膜電阻條相對應(yīng)的位置，二者保持2mm距離，它的另一端架置于安放在琴筒面板上的木制弦碼而后固定于金屬攜弦柱，該攜弦柱以導(dǎo)線連接在電源正極，聲音數(shù)據(jù)庫、內(nèi)置揚聲器、駐集體話筒均安裝在琴筒內(nèi)部，駐集體話筒的氣口通過面板上的小孔與木制弦碼相連接，它的輸出電路通過三極管放大后連接聲音數(shù)據(jù)庫的放音管腳，內(nèi)置揚聲器安裝在琴筒的后部，三個用于變換音色的微型機械開關(guān)分別安裝在琴桿上端的后部并以導(dǎo)線穿入琴桿內(nèi)與聲音數(shù)據(jù)庫的相關(guān)管腳相連接，這種拉弦控制的數(shù)字電子樂器，在應(yīng)用上分為兩弦和四弦的形式，兩弦者設(shè)有兩根琴弦，指板上鑲嵌有兩條碳膜電阻條，琴筒面板上設(shè)有兩個木制弦碼與兩個金屬攜弦柱，電路上設(shè)有兩個柱集體話筒，馬尾琴弓的馬尾置于兩弦之間；四弦者設(shè)有四根琴弦，指板上鑲嵌四條碳膜電阻條，琴筒面板上安放有四個木制弦碼和四個金屬攜弦柱，馬尾琴弓只在琴弦表面摩擦不與琴弦做固定組裝。
2，根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲式氣、弦控數(shù)字電子樂器，之中的聲音電路也可用于制造由演奏者的氣息控制的吹管樂器，該吹管樂器的特征是由管體、吹口、喇叭頭、金屬絲、碳膜電阻條、駐集體話筒、聲音數(shù)據(jù)庫、內(nèi)置揚聲器以及微型機械開關(guān)、電源插座所組成，組裝時駐集體話筒置于吹口內(nèi)，以導(dǎo)線連接于聲音數(shù)據(jù)庫的放音管腳，碳膜電阻條鑲嵌于管體表面，它的一端以導(dǎo)線連接在聲音數(shù)據(jù)庫中的時鐘震蕩電路，另一端與金屬絲相連接，組裝時該金屬絲懸于碳膜電阻條的上面，二者的距離為2mm，該金屬絲的另一端與電源相連接，三個用于變換音色的微型機械開關(guān)鑲嵌在管體背面，以導(dǎo)線連接于聲音數(shù)據(jù)庫的有關(guān)管腳，聲音數(shù)據(jù)庫與內(nèi)置揚聲器均安裝在管體內(nèi)部，以此構(gòu)成一件吹管式數(shù)字電子樂器。
3，根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲式氣、弦控數(shù)字電子樂器，之中的聲音數(shù)據(jù)庫，其特征是由音階頻率生成器與電平信號發(fā)生器、聲音數(shù)據(jù)存儲器、音頻功率放大器三個部分所組成，所述的音階頻率生成器與電平信號發(fā)生器是由琴弦、木制弦碼、駐集體話筒三者的配合構(gòu)成一個震動體系，琴弦是震動主體，木制弦碼為傳震體，根據(jù)琴弦的震動力度使駐集體話筒受震從而發(fā)出相應(yīng)的電平信號，經(jīng)三極管1放大后分為兩路輸出，其中一路連接聲音數(shù)據(jù)存儲器的放音管腳使之觸發(fā)放音，另一路連接音頻功率放大器(LM386)第1、8管腳上串聯(lián)的三極管2的基極以控制輸出音量的大??；由氣息控制的吹管式數(shù)字電子樂器則是由演奏者的氣息直接作用于駐集體話筒，從而根據(jù)氣息的強弱發(fā)出相應(yīng)的電平信號的；所述的聲音數(shù)據(jù)存儲器是利用現(xiàn)有的具有A/D D/A轉(zhuǎn)換功能的數(shù)字存儲芯片及其外圍元件所構(gòu)成，本實用新型選用的芯片為API8208小規(guī)模集成電路，為能存儲較多的聲音數(shù)據(jù)，每一個聲音數(shù)據(jù)庫使用兩個同型號芯片，每一個芯片分為四段存儲四種傳統(tǒng)樂器的音色，這種芯片具有分段觸發(fā)管腳，變換音色的機械開關(guān)可與相應(yīng)管腳直接連線；所述的音頻功率放大器，本實用新型選用的是LM386小規(guī)模功放集成電路，該芯片利用在第1、8管腳上串聯(lián)電阻、電容器的方法可調(diào)節(jié)它的放音增益量，本實用新型利用它的這一特點在其第1、8管腳上串聯(lián)了一只10微發(fā)電容器和一只1407三極管，在這里該三極管相當一個可變電阻，利用駐集體話筒發(fā)送給基極的不同電平電壓調(diào)節(jié)它的集電極與發(fā)射極之間的導(dǎo)通量，從而達到隨琴弦或氣息的震動力度同步控制芯片增益量之效果；以上三個部分制做成一塊電路板，構(gòu)成一組單獨的聲音數(shù)據(jù)庫，在實際應(yīng)用中，每一組聲音數(shù)據(jù)庫對應(yīng)一條琴弦和碳膜電阻條，每個聲音數(shù)據(jù)庫存儲的聲音數(shù)據(jù)有所不同，但它們的結(jié)構(gòu)是完全相同的。
4，根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲式氣、弦控數(shù)字電子樂器，之中的碳膜電阻條，其特征是在一條寬度為5mm的膠木薄板上涂以電器碳膜而制成，它與琴弦相配合連接于聲音數(shù)據(jù)存儲器的外部時鐘電路輸入管腳和電源之間，構(gòu)成一個可變的電阻回路，從而改變時鐘的震蕩頻率使存儲器中的“原音”發(fā)生音調(diào)的相應(yīng)變化；該碳膜電阻條的長度與電阻值是根據(jù)存儲式氣、弦控數(shù)字電子樂器的種類與音頻變化范圍具體設(shè)定的。
專利摘要一種存儲式氣、弦控數(shù)字電子樂器，屬電子樂器的技術(shù)領(lǐng)域，分為吹管、拉弦、彈弦三種類型，均是由琴體和發(fā)音電路板所構(gòu)成，置于琴體內(nèi)的聲音數(shù)據(jù)經(jīng)琴弦與鑲嵌在指板上的碳膜電阻條變頻處理形成音階以供演奏，為了保持傳統(tǒng)的演奏技藝與效果，外形與演奏方式的設(shè)計，均保持民族傳統(tǒng)樂器的原有特點吹管類由管體、吹口、喇叭頭構(gòu)成；拉弦類由琴桿、指板、琴筒、臻軸、琴弦、琴弓構(gòu)成；彈弦類由琴頭、琴頸、指板、琴身、琴弦構(gòu)成。聲音數(shù)據(jù)庫所存儲的“原音”均采集自各種民族樂器原有的代表性音色，具有聲音逼真的特點。由于音階是利用改變芯片時鐘頻率的方法生成的，因而還具有擴展音域、一件代替多件的特點。
文檔編號G10H1/02GK2777697SQ20042005949
公開日2006年5月3日 申請日期2004年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月17日
發(fā)明者武藝民 申請人:武藝民