專利名稱：鍵盤樂器琴鍵狀態(tài)的無改裝非接觸檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對鍵盤類樂器在演奏中的琴鍵運動狀態(tài)，進行無改裝、非接觸方式檢測的裝置。在鍵盤樂器上配置及使用該裝置，不需與樂器琴鍵及聯(lián)動部件接觸，不需在樂器內(nèi)外固定安裝任何輔助器件，不需要對樂器進行拆卸或改裝。本裝置結(jié)合配套軟件，可用于對樂器演奏者的演奏準(zhǔn)確性進行精準(zhǔn)的量化評估或打分，對學(xué)習(xí)者彈奏指法進行指導(dǎo)和監(jiān)督，幫助練習(xí)者糾正錯音和錯誤指法，將演奏者演奏的音符序列進行準(zhǔn)確記錄，或錄制為MIDI音樂，通過電腦或MIDI設(shè)備進行回放，還可用于測試鍵盤樂器琴鍵的極限振奏頻率。
背景技術(shù)：
目前，鍵盤樂器琴鍵狀態(tài)的檢測有多種方式。專利ZL200620123965. 0公開了一種 “電子鍵盤樂器的鍵操作檢測裝置”，該裝置在琴鍵聯(lián)動部件上安裝彈性突起，利用琴鍵運動產(chǎn)生的壓力來感應(yīng)琴鍵狀態(tài)的變化；公開號為CN1457036A的專利公開了一種“鋼琴鍵盤動作的檢測裝置”，在琴鍵聯(lián)動部件上安裝了光柵，在鋼琴內(nèi)部固定安裝了光發(fā)射器和接收器，利用光柵脈沖數(shù)的變化來感應(yīng)琴鍵狀態(tài)的變化。另有電磁感應(yīng)式、彈性接觸式等檢測方法或裝置。這些裝置所用方法的共同特點是，必須對原始樂器進行拆解，并在樂器內(nèi)部加裝輔助感應(yīng)器件，對原始樂器進行不同程度的改裝，缺點是其一，對樂器進行改裝，必須專業(yè)人員才能進行，樂器使用者不能根據(jù)自身需要進行方便快捷的安裝或去除。其二，在樂器內(nèi)部空間內(nèi)或聯(lián)動部件上加裝任何裝置或改裝任何部位，都無法保證貴重精美的樂器絲毫無損，并且可能因此破壞樂器原有的物理完整性。其三，因為樂器內(nèi)部空間一般是樂器的共鳴腔，所以也可能影響樂器原有的聲音品質(zhì)。其四，采用的技術(shù)與方法比較復(fù)雜，調(diào)校也相對復(fù)雜，不易校準(zhǔn)。其五，由于在樂器內(nèi)分散加裝輔助器件，裝置不能獨立于樂器而自成體系， 不易安裝，不易維修，因此不易普及推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前已有琴鍵動作或狀態(tài)檢測技術(shù)及方法中存在的缺點，本發(fā)明實現(xiàn)了一種對琴鍵狀態(tài)進行無改裝、非接觸檢測的裝置。本裝置利用反射式紅外線光耦合器作為檢測單元，利用光耦合器投射到鍵體光滑表面的紅外線反射光作為信號源，檢測單元被垂直懸空置于琴鍵根部上方，與琴鍵上表面有明顯可見的垂直距離，琴鍵按下或彈起都不會與檢測單元發(fā)生接觸，實現(xiàn)了非接觸目標(biāo)。本裝置利用琴鍵根部約1厘米的縱向空間，靠自身重力，以兩端為支承，立靠在鍵盤兩端的琴體外殼上，實現(xiàn)了無改裝目標(biāo)。本裝置重量僅約2公斤，且無固定安裝，所以方便使用者隨時安放或移除。用紅外線反射式光耦合器作為檢測單元，其反應(yīng)迅速精確，反應(yīng)時間為微妙級，實現(xiàn)了快速、準(zhǔn)確、實時檢測琴鍵狀態(tài)的目標(biāo)。


圖1 琴鍵狀態(tài)無改裝非接觸檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2 琴鍵彈起與按下狀態(tài)反射光角度變化示意圖。圖3 光耦合器響應(yīng)特性曲線。圖4 電路板模塊連接方式示意圖。
具體實施例方式鍵盤樂器琴鍵狀態(tài)的無改裝非接觸檢測裝置的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。主結(jié)構(gòu)(1)為長約130厘米，厚約1厘米，高約5厘米的長條形薄板。主結(jié)構(gòu)內(nèi)部均勻分布7個集成電路模塊，每個電路模塊的結(jié)構(gòu)和功能相同，圖1所示為其中一個模塊的完整結(jié)構(gòu)示意圖。在每個電路模塊下方，均勻分布了 12個反射式光耦合器( 作為檢測單元，12個光耦合器的檢測方向分別正對12個琴鍵上表的光滑面。在12個光耦合器上方分布了 12個LED七段數(shù)碼顯示器( 。每個七段碼顯示器可以顯示012345或者0. 1. 2. 3. 4. 5.。0表示指法待定或演奏者自定，其余數(shù)字表示手指編號以表示彈奏指法，小數(shù)點被點亮表示左手，不點亮表示右手。在結(jié)構(gòu)外殼正面，用7個白色矩形塊和5個黑色矩形塊，將LED數(shù)碼器與正下方的黑白琴鍵對應(yīng)。在裝置兩端，設(shè)置有支承塊(6，7)，支承塊下端與樂器鍵盤兩端的琴體表面接觸， 上端放置主結(jié)構(gòu)(1)。支撐塊(6，7)與主結(jié)構(gòu)(1)的結(jié)合處設(shè)置有距離微調(diào)裝置G，5)，用來調(diào)節(jié)主結(jié)構(gòu)與琴鍵的垂直距離，以使反射式光耦合器達最佳感應(yīng)距離。為增強黑鍵反射效果，可在黑鍵位置(8)貼白色反射膜，以使黑鍵和白鍵具有相似的響應(yīng)特性。從反射式光耦合器射出的紅外線發(fā)射光，射入琴鍵光滑表面后，產(chǎn)生反射，紅外線反射光強度信號為原始信號源，反射光強度隨著琴鍵與光耦合器的距離變化而變化。當(dāng)琴鍵被按下后，琴鍵會以樂器長度方向為軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)，如圖2所示。如果旋轉(zhuǎn)角度為α，根據(jù)光反射原理，反射光與入射光之間會形成一個2 α的夾角，從而造成反射光在光耦合器接收單元的水平方向產(chǎn)生偏移X，偏移Χ加大了反射光信號的變化，有利于狀態(tài)檢測。如果琴鍵的彈起與按下狀態(tài)發(fā)生變化，光耦合器會收到變化的電流信號，經(jīng)過集成電路放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換等數(shù)字化處理過程，并通過通訊端口發(fā)送給計算機，可得到電流強度與琴鍵抬起與按下狀態(tài)的特性曲線，如圖3所示。圖4所示為電路板模塊之間的連接方式示意圖。模塊Ml與Μ2之間用串行總線進行邏輯連接，用四針管腳插接方式進行物理連接，針腳(1)長度約8毫米，調(diào)節(jié)管腳插入深度，以調(diào)節(jié)電路板之間的距離，從而確保檢測單元與琴鍵上表中軸對準(zhǔn)。在實施方式中，以下變化也落在本專利要求保護的范圍1.不同廠家生產(chǎn)的、不同型號的反射式光耦合器的距離響應(yīng)特性不同，所以主結(jié)構(gòu)與琴鍵的垂直距離也不同，可以有比較大的變化。2.可以根據(jù)具體需要，不檢測鍵盤兩端很少被彈到的鍵，比如減少4個、8個、12個等，從而主結(jié)構(gòu)(1)的長度可發(fā)生較大變化。3.模塊劃分方法可以靈活，可以分為10個鍵一組、8個鍵一組或者M個鍵一組等。4.用LED七段數(shù)碼器表示指法，也可以在相同位置用圖案或顏色變化表示指法。5.電路板之間可用扁平線或印刷電路線進行柔性連接以達到調(diào)節(jié)模塊距離的目的。6.固定支承部位可以選擇地面或樂器外表其它部位。7.支承方式可以選擇倚靠、粘貼或使用夾具。
權(quán)利要求
1.一種鍵盤樂器琴鍵狀態(tài)的非接觸無改裝檢測裝置，由一組反射式光耦合器和信號處理集成電路構(gòu)成，反射式光耦合器作為傳感器，感應(yīng)鍵體上表面反射光強度的變化，光耦合器輸出的電流信號經(jīng)過集成電路的放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換等處理過程，將信號數(shù)字化，并判斷琴鍵的按下或彈起狀態(tài)。本裝置通過集成在一起的通訊模塊，與計算機以有線或無線方式連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍵盤樂器琴鍵狀態(tài)檢測裝置，其特征在于采用了非接觸、無改裝的方法，該裝置被懸空放置在鍵體外表根部上方，以兩端托架為支承點，靠本身重力， 立放在鍵盤兩端琴體表面，與琴鍵上表面有明顯可見的垂直距離，與鍵體及聯(lián)動部件無任何形式的交錯或接觸，在樂器外部或內(nèi)部，不固定安裝任何輔助器件，不需要拆解或改裝樂器的任何部位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍵盤樂器琴鍵狀態(tài)檢測裝置，其特征在于以反射式光耦合器為傳感器檢測單元，每個光耦合器對應(yīng)一個琴鍵，垂直于鍵體上表面，檢測方向正對琴鍵上表根部中央，利用琴鍵按下時的距離變化和微小轉(zhuǎn)角，將鍵體表面的紅外線反射光強度變化信號轉(zhuǎn)換為變化的電流信號，并通過集成電路將此信號數(shù)字化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍵盤樂器琴鍵狀態(tài)檢測裝置，其特征在于整體呈長薄條形結(jié)構(gòu)布局，長100 130厘米，厚約1厘米，高約5厘米，沿長度方向均勻分布與琴鍵相對應(yīng)的反射式光耦合器、LED七段數(shù)碼顯示器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍵盤樂器琴鍵狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，在檢測單元上方布置LED七段碼數(shù)字指法指示器，用七段碼0表示指法未定或自定，七段碼12345表示手的 12345指，七段碼上的小數(shù)點不亮表示右手，亮表示左手，用LED七段碼顏色區(qū)分黑白鍵，并在裝置外部正面以黑白色塊對應(yīng)正下方的黑白琴鍵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍵盤樂器琴鍵狀態(tài)檢測裝置，其特征在于集成電路由結(jié)構(gòu)與功能相同的4-8個模塊化集成電路板構(gòu)成，電路板模塊之間用串行總線方式進行邏輯連接，用管腳插接方式進行物理連接，通過調(diào)節(jié)插接管腳的深度來調(diào)節(jié)電路板之間的距離，從而確保檢測單元與琴鍵的精確對應(yīng)，以消除樂器個體在琴鍵距離上的細(xì)微差異，或用扁平線或印刷電路線等柔性連接方式來消除琴鍵距離的個體差異。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述鍵盤樂器琴鍵狀態(tài)檢測裝置，其特征在于該裝置所采用的技術(shù)及方法適應(yīng)的鍵盤樂器種類，含各種傳統(tǒng)聲學(xué)鋼琴、電鋼琴、電子琴、腳踏式風(fēng)琴等與鋼琴有類似鍵盤構(gòu)造及布局的鍵盤樂器，也適用在自制專用鍵盤上采用本發(fā)明所涉及的非接觸無改裝檢測方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鍵盤樂器琴鍵狀態(tài)的無改裝非接觸檢測裝置。本裝置包括一組作為檢測單元的反射式光耦合器(2)及信號處理集成電路。該裝置特征在于主體結(jié)構(gòu)(1)呈薄長條形，以兩端托架(6，7)為支點，垂直懸空放置于琴鍵外表根部上方，檢測單元(2)與鍵體及聯(lián)動部件無任何形式的交錯與接觸，在樂器上配置該裝置，無需在樂器內(nèi)外固定安裝任何輔助器件，不需要拆卸改裝樂器，不影響樂器原有物理品質(zhì)和聲音品質(zhì)，可以根據(jù)需要隨時放置或移除。本裝置結(jié)合配套計算機軟件，可實時準(zhǔn)確記錄用鍵盤樂器彈奏的音符序列。
文檔編號G10H1/34GK102479501SQ20101055861
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者趙洪云 申請人:趙洪云