存储式气、弦控数字电子乐器的制作方法

专利名称：存储式气、弦控数字电子乐器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种存储式气、弦控数字电子乐器，属于电子乐器的技术领域，它们是利用数字集成电路芯片的存储与播放功能并结合相应的器件装置研制的新型电子乐器。按照系统分为气控(由气息控制的吹管乐器)和弦控(由琴弦控制的拉弦与弹弦乐器)两个大类。均具有演奏各种音乐曲调和发展、延伸民族乐器音域以实现民族乐器系列化的功能。
背景技术：
现有的各种传统乐器都是历史上的劳动人民创造的，随着社会科学技术的不断发展，这些乐器也得到了不断的提高与完善。十八世纪末到十九世纪初，欧洲以机械制造为中心的技术革命为各种乐器的发展完善提供了技术条件，从而实现了各种乐器的系列化，进而形成交响乐团并使交响音乐风行于世。我国的民族乐器均没有进行过西方的那种技术改造，时至现在基本上还是千年以来的原有结构，所有的弦控和气控乐器虽然音色优美，但音域不够宽广，都缺乏低音，因而不能实现各种乐器的系列化。民族乐器合奏时，由于没有低音，只好借助西洋乐器中的大提琴和倍大提琴(低音乐器)，这种办法虽然不无可以，但毕竟是没有办法的办法。这就说明，运用现代电子技术发展民族乐器，实现民族乐器的系列化事在必行，也是发展我国先进文化的一个重要内容。
如何实现民族乐器的系列化(重点解决低音乐器的问题)，十几年前，乐器市场上曾出现过“低胡”(或称革胡)，由于形体笨重、音色不美，也不能弹奏，因而不久便销声匿迹了；1987年云南曾研制出一种低音“巴乌”(低音竖笛)，当时颇受音乐界的重视，但遗憾的是，只有一种吹管，还不能成龙配套，民族乐器的系列化依然未能解决。从那以后，实现民族乐器系列化的问题一直搁置至今。
如何解决民族乐器的系列化，在音乐界有两种思路其一，利用机械制造技术，重走二百年前西欧发展乐器的道路，例如目前山西怀仁县王志刚先生以增设琴弦数量的方法改造晋剧“梆胡”、以增加“梆胡”低音的研究等。其二，运用当代先进的电子技术，以现有“电子琴”的模式研制电子民族乐器，例如十几年前山西太原无线电厂田进勤先生运用电子模拟技术研制的“弦控电子琴”，当时也颇受音乐界的重视，但由于电子模拟技术的局限，所模拟的板胡、二胡声音不够逼真，并且由于该乐器体积庞大、笨重、演奏不便等原因，致使半途而终。
经验证明，研究制造任何一种新的民族乐器，都不能离开它原有的基础，必须在技术上能够满足以下要求1，音色必须与原有传统乐器的音色一致。
2，功能必须不低于原有传统乐器的表现功能。
3，演奏方式必须与原有传统乐器的演奏方式相一致，并能充分发挥演奏者多年来积累的演奏技艺。
达不到以上技术要求，所研制的新乐器就不可能为演奏家所接受，不为演奏家接受的新乐器，不但不能实现乐器本身的系列化，而且也不具有生命力。
当前已进入了数字电子技术的新时代，运用数字电子技术的存储播放功能研制新的民族电子乐器，不但可以解决田进勤等同志所碰到的那些难题，同时也能扩展民族乐器的音域、增加民族乐器的低音，以实现民族乐器的系列化。不仅如此，由于数字电子技术的成熟和电子技术灵活、强大的功能，运用数字电子技术和器件研制新的乐器，不但能够满足上述三项要求，进而还能实现音量自由控制、一件代替多件、一人代替多人的效果。
传统的民族乐器乃至交响乐团中的各种乐器，均属物理器件，乐器的音色、音量，均受其器件本身的材料、形体、大小所决定，因而，它的音色和音量均具有不可改变的特性。由于这个原因，西欧的一个双管建制的交响乐团，演奏人员多达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，否则弦乐器的音量就不能与铜、木吹管乐器的音量相匹配。电子乐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、可强可弱的随意性。由此可知，运用先进的数字电子技术和器件研制新型民族电子乐器，不但可行，同时也比运用机械制造技术重走西欧二百年前发展乐器的道路更为便捷。本实用新型便是基于这种认识和理解研究的。

发明内容
本实用新型的目的是提供一种存储式气、弦控数字电子乐器，以用于促进解决民族乐器的系列化，从而达到发展我国民族交响音乐之目的。本实用新型的技术特点主要体现在存储式和气、弦控两个方面，前者是说它们的声音是由存储在声音数据库中的“原音”发出的，后者是说它们的演奏方式依然是由演奏者运用气息或琴弦控制的；前者的目的是为了保持各种民族乐器原有的声音特色，后者的目的是为了保持各种民族乐器原有的演奏方式与技艺，同时运用电子变频技术使“原音”生成音阶并扩展它们的音域。这两个方面的结合是本实用新型的技术核心，也是与传统手工乐器的本质区别。
这里所说的“原音”，是各种民族乐器具有代表性的声音特色，本实用新型利用现代数字存储技术和器件以采集存储的方法将各种民族乐器的“原音”烧写在存储器芯片内，结合其他芯片和元件组成声音数据库，由于所采集存储的“原音”只是某一种或某几种传统乐器的声音特色，每个“原音”只有2-4秒钟的长度，它们是以循环播放的形式工作的，因而一个10几秒容量的小规模存储器可以存放2-4种“原音”，一个声音数据库设置两个存储器芯片可存储4-8种“原音”，演奏时这些“原音”经过琴弦与镶嵌在指板上的碳膜电阻条的配合使芯片的时钟频率发生变化(“原音”的声音高度亦随之变化)从而生成相应的音阶，这时它们就如同4-8种传统乐器一样可奏出丰富多彩的曲调了。
本实用新型的声音数据库由三个部分所组成其一是音阶的生成器和触发电平的发生器，它是由金属琴弦、镶嵌在指板上的碳膜电阻条和驻集体话筒所组成，金属琴弦是一导体，它的一端连接5v电源，另一端与碳膜电阻条的一端相连接，碳膜电阻条的另一端以导线连接在芯片的外部时钟震荡电路，它们如同一个可变电阻控制着芯片的时钟频率，演奏者按压琴弦使其在电阻条上变化接触点，其电阻值便随之发生变化(时钟频率亦产生相应的变化)。金属琴弦同时又是一个震动体，它与木制弦码、驻集体话筒构成一个触发电平的发生器，演奏者弹拨或推拉琴弦，琴弦便产生震动，经过木指弦码的传震使驻集体话筒受震从而发出电平信号，该电平信号经三极管放大分为两路输出，其中一路连接存储器芯片的放音管脚，另一路连接音频功率放大器(LM386)1、8管脚上串联的三极管基极以控制输出音量的大小。其二是声音数据的存储器，就器件而言，现有具有A/D、D/A转换功能的数字存储器芯片均可使用，本实用新型选用的是台湾产API8208，每个声音数据库设置两片以增加它的存储量。三是音频功率放大器，本实用新型选用的是LM386小规模功放芯片，该芯片的特点是在其第1、8管脚之间串联相应的电阻、电容器可调节它的输出功率的增益值，根据它的这一特点，本实用新型在它的1、8管脚串联了一只三极管和一个10微发的电容器，三极管相当一个可变电阻，利用输入基极的不同电平电压改变集电极与发射极之间的导通量，从而达到随演奏者在琴弦上的弹拨或推拉力度同步控制它的输出音量之目的。这三个部分制成一块电路板便是本实用新型的一组声音数据库，配以不同的乐器外形，便构成了各种完整的存储式数字电子乐器。
所述的碳膜电阻条，是在一宽度为5mm的胶木薄板上涂以电器碳膜而制成，它的长度与电阻值是根据乐器的音域和所需要的音阶数量而设定，其音阶、频率与电阻值的关系由下表示出


上述声音数据库是本实用新型的发音与变频部件，在实际应用中需结合不同的外形器件，外形器件是按照民族乐器的分类系统和传统的演奏方式与习惯分为气息控制、拉弦控制、弹弦控制的三种类型所述的气息控制者，其特征是由管体、吹口、喇叭头、金属丝、碳膜电阻条、驻集体话筒、声音数据库、内置扬声器以及微型机械开关、电源插座所组成，组装时驻集体话筒置于吹口内，以导线连接于声音数据库的放音管脚，碳膜电阻条镶嵌于管体表面，它的一端以导线连接在声音数据库中的时钟震荡电路，另一端与金属丝相连接，组装时该金属丝悬于碳膜电阻条的上面，二者的距离为2mm，该金属丝的另一端与电源相连接，三个用于变换音色的微型机械开关镶嵌在管体背面，以导线连接于声音数据库的有关管脚，声音数据库与内置扬声器均安装在管体内部，以此构成一件吹管式数字电子乐器；所述的拉弦控制者，其特征是由琴杆、指板、琴筒、臻轴、金属琴弦、木制弦码、金属弦枕、金属携弦柱、马尾琴弓、碳膜电阻条、驻集体话筒、声音数据库、内置扬声器和微型机械开关、电源插座所组成，琴杆为空心的形式，臻轴置于琴杆上端，碳膜电阻条镶嵌在指板的表面，它的一端装有金属弦枕，另一端以导线连接在声音数据库中的时钟震荡电路，组装时琴杆插入琴筒，指板置于琴杆的前面，琴弦的一端插入臻轴的小孔中以调节它的松紧，而后架置于金属弦枕上以便与碳膜电阻条形成电连接，琴弦悬于指板上面与碳膜电阻条相对应的位置，二者保持2mm距离，它的另一端架置于安放在琴筒面板上的木制弦码而后固定于金属携弦柱，该携弦柱以导线连接在电源正极，声音数据库、内置扬声器、驻集体话筒均安装在琴筒内部，驻集体话筒的气口通过面板上的小孔与木制弦码相连接，它的输出电路通过三极管放大后连接声音数据库的放音管脚，内置扬声器安装在琴筒的后部，三个用于变换音色的微型机械开关分别安装在琴杆上端的后部并以导线穿入琴杆内与声音数据库的相关管脚相连接，这种拉弦控制的数字电子乐器，在应用上分为两弦和四弦的形式，两弦者设有两根琴弦，指板上镶嵌有两条碳膜电阻条，琴筒面板上设有两个木制弦码与两个金属携弦柱，电路上设有两个柱集体话筒，马尾琴弓的马尾置于两弦之间；四弦者设有四根琴弦，指板上镶嵌四条碳膜电阻条，琴筒面板上安放有四个木制弦马和四个金属携弦柱，马尾琴弓只在琴弦表面摩擦不与琴弦做固定组装；所述的弹弦控制者，其特征是由琴头、琴颈、琴身、臻轴、指板、金属弦枕、木制弦码、金属携弦柱、碳膜电阻条、驻集体话筒、声音数据库、内置扬声器、微型机械开关、电源插座所组成。组装时琴头、琴颈、琴身依次连接(粘合)，碳膜电阻条镶嵌于指板表面，需要时可根据音阶距离安装若干个金属“音品”与碳膜电阻条构成电连接，指板粘合于琴颈表面使二者形成一个整体，指板一端安装金属弦枕与碳膜电阻条构成电连接，碳膜电阻条的另一端以导线连接在声音数据库的时钟电路，琴身为半椭圆形结构，它是安放声音数据库、内置扬声器、驻集体话筒等电器部件的空腔，其上安置面板，在面板的正中部位根据内置扬声器的尺寸开孔并设有度硌环圈和网罩，面板下部外缘粘贴一块厚度为3mm的半月型木板或塑料板，其上安放木制弦码和金属携弦柱，面板一侧安装用于变换音色的三个微型机械开关，另一侧安装三个用于显示音色变换的发光二极管。这种弹弦式数字电子乐器，一般为四条琴弦，与此相应，琴颈上设有四个臻轴，面板上设有四个木制弦码和四个金属携弦柱，四条琴弦的一端固定于臻轴，另一端架置在木制弦码上而后固定于金属携弦柱，金属携弦柱以导线连接在电源正极，琴弦与指板的距离为2mm，四个声音数据库，一个内置扬声器，四个驻集体话筒均安装在琴身内部，四个驻集体话筒的气口与面板上的四个木制弦码的位置相对应并通过面板上的小孔相连接，演奏者弹拨琴弦使驻集体话筒受震，从而发出脉冲电压，经三极管放大后用于触发声音数据库放音，以此构成一件完整的弹弦式数字电子乐器。
实现这一目标所采用的技术方案结合附图进一步说明如下
图1是本实用新型的外部时钟电阻回路示意图图2是本实用新型的基本电路结构图图3是本实用新型的第一个实施例(多功能数字二胡)的外形图图4是本实用新型的第一个实施例(多功能数字二胡)的电路图图5是本实用新型的第二个实施例(多功能数字琵琶)的外形图图6是本实用新型的第二个实施例(多功能数字琵琶)的电路图图7是本实用新型的第三个实施例(多功能数字唢呐)的外形图图8是本实用新型的第三个实施例(多功能数字唢呐)的电路图具体实施方式
图1，图中的电阻条(2)是镶嵌在指板(1)上的，弦枕(3)固定在琴弦与指板之间(即电阻216K处)，它的作用是既能使琴弦(4)与指板(1)连为一体，又能使二者之间保持适合的距离。电阻条(2)的另一端用导线连接芯片API8208(5)的第八脚，琴弦(4)的另一端连接5V电源正极，由此构成外部时钟电阻的回路。
图2，图中的指板(1)镶有电阻条(2)，在电阻条(2)的上端216K处安装弦枕(3)，它是由导电金属制成的直径为3mm的圆柱体、下面带有两个用以贯通电阻条(2)和指板(1)的脚，琴弦(4)的上端压紧弦枕(3)与电阻条(2)构成导体，另一端通过携弦柱(7)连接电源正极，该携弦驻(7)是一个直径为7mm、长度为7mm在长度3mm处钻有一个直径为2mm的腰圆通孔，它的顶端是一M3×7mm的螺丝通孔，上下配有两个M3×4mm的小螺丝，安装时琴弦(4)的一端穿过它的腰圆孔并用上下两个螺丝压紧，下边的螺丝用导线连接电源正极。电阻条(2)的下端以导线连接API8208集成电路块(6)的第八脚(6A)，琴弦码子(5)安装在琴弦(4)的下面靠近携弦柱(7)的部位，驻集体话筒(8)安装在琴弦码子(5)的底端，二者构成感应性的连接。它们的工作原理是当琴弦(4)振动琴弦码子(5)使驻集体话筒(8)感应受震而输出电平信号，经9014三极管(9)放大后分为两路输出，一路连接API8208语音集成电路块(6)放音管脚(6B)，另一路连接音频功放电路(10)中的8050三极管(10A)的基极，以便根据输入电压的高低随时改变它的导通量，从而达到以琴弦震动力度控制输出音量的强弱。琴弦的震动力度来自于演奏者的演奏力度，因而这套结构的所有声音效果完全是由演奏者控制的。
图3，图中的指板(1)电阻条(2)作为一个整体安装在琴干(11)的一侧，上端贴近琴干(11)，下端与琴干(11)保持10mm间距，弦枕(3)安装在电阻条(2)上端216k处，琴弦(4)的上端插入调弦轮(13)并压紧弦枕(3)，下端插入携弦柱(7)的腰圆小孔中并用顶丝压紧。弦轴(12)与调弦轮(13)是一套简易蜗干蜗轮结构，旋转弦轴(12)使蜗干推动调弦轮(13)上的蜗轮旋转，借以使琴弦(4)拉紧或放松。在这里，琴弦(4)的松紧对发音毫无影响，这套调整琴弦(4)松紧的装置，只是为了适应演奏者的手感而设置的。琴弦码子(5)安放在面板上靠近携弦柱(7)的部位，它的作用既是琴弦(4)的一个支撑点，又是设置在琴筒(17)内部的驻集体话筒的一个传震点。琴筒(17)在这里只是一个箱体(无材料与尺寸的严格要求)，其内安装全部电子元器件。在琴干(11)是一个空管，上面安装有三个控制声音变化的微型开关(它们的导线装于琴干内)，其一(14)，按下时内外两弦的声音同时降低一个八度(12个半音)，中音二胡变成为低音二胡，其二(15)，按下时内外两弦的声音由单一的二胡音色转换为多把二胡齐奏的音色，其三(16)，按下时内外两弦转换为民乐合奏的声音。琴弓(20)使用的是传统二胡琴弓(马尾置于内外两弦之间)。电源插孔(19)与线路输出插孔(18)均使用直径6mm小型单孔插座(安装在琴筒(17)一侧的前后两端)。
图4，图中的A、B代表的是内外两弦的两组结构相同的电路，IC1、2、3、4是四只API8208语音集成电路块(6)，IC1、2用于内弦，IC3、4用于外弦。IC1分为两个区段使用，第一区段存入普通二胡的内弦空弦原音(d1、频率为311.65HZ)，第二区段存入低八度原音(d、频率为155.8HZ)，这个音在传统物理二胡上没有，它是在原音(d1)的基础上采取变频的方法生成的，即IC1第一区段录入原音(d1)之后，将控制外部时钟频率的电阻更换为330K精调电位器，而后从220k处向低音区的方向逐渐加大电阻值，直至找到这个半音，并用频率仪校准频率，然后测得它的电阻值，随即输入电脑、写入存储器的第二区段。电阻条(2)在这里使用的是电阻值为0330K、长度为250mm的专用品。由于IC1是分为两个区段使用的，它需要使用两个放音管脚，这两个管脚用单刀双掷式微型开关(14)控制。内外两弦的电路(A、B)结构是一样的，但IC1与IC3存储的原音高度(频率)有所不同(后者比前者高一个“纯五度”)，它的第一区段的原音是a1(频率为440hz)，第二区段的原音是a(频率为220HZ)。由于IC1和IC3是配合使用的，它们的区段转换是同时进行的，因此，使用同一个微型开关(14)即可控制两只芯片的区段转换。IC2与IC4也分为两个区段使用，它们的第一个区段中的原音(d和a)都是传统多把二胡的齐奏声，只是二者的声音高度(频率)同样是相差纯五度(IC4的原音比IC2的原音高五度)，因此它们的两个放音管脚也是由同一个微型开关(15)控制的。它们的第二区段所存储的原音是多种传统民族乐器(例如二胡、板胡、笛子、笙、琵琶、大阮等或者是戏曲文场乐队的四大件)的齐奏声，但内外两弦的原音依然相差五度(IC4的原音比IC2的原音高五度)。它们的区段转换依然是由同一个微型开关(16)所控制。这四个芯片(6)输出的声音信号经9014三极管(10A)的节制进入LM386功放集成电路(10)放大后由内置扬声器(10B)最后输出。9014三极管(10A)是一个输出音量大小的自动控制枢纽，输出音量的大小取决于它的c、e两极之间的导通量，其导通量的变化又受控于驻集体话筒(8)经过8050三极管(9)初放后发送给该三极管b极上的输出电压。驻集体话筒的输出电压的高低取决于琴弦(4)经过琴弦码子(5)传输给它的不同震动力度。本实用新型所使用的电源电压为6-7.5v直流，为了确保四只语音芯片(6)正常工作，这里通过一只LM7805稳压集成电路块(21)给它们提供了专用的5V工作电压。
图5，图的上半部分保留的是传统物理琵琶的原有结构，指板(1)、琴头(20)、弦轴(13)及四根琴弦(4)的形状与尺寸一律不变，镶嵌在指板(1)上的四根电阻条(2)的上端与弦枕(3)相连接，钢丝琴弦(4)紧压在弦枕(3)的上面，使三者构成电连接关系以作为时钟电阻回路的一个连接点，琴弦(4)的下端通过携弦驻(7)连接5v电源。琴弦(4)的震动信号通过琴弦码子(5)传送给驻集体话筒使之发出控制芯片放音的电压；四根电阻条(2)的下端用导线连接芯片第八脚由此构成时钟电阻的回路(详见图6)。图的下半部分是琴箱(12)，传统琵琶的琴箱是一共鸣体，它的形状、尺寸、材料都与琵琶的音色、音量直接有关，本实用新型的这个实施例中的琴箱(12)不需要这种功能，它仅仅是一个连接指板(1)和安放电路器件的箱体，因而它的形状、尺寸、制作材料均无严格的要求。在它的面板上的中间部位开一园孔(10B)作为内置扬声器的出音口，微型开关(14、15、16)安装在便于演奏者随时转换的边角部位，线路输出插座(18)和电源输入插座(19)安装在琴箱(12)的底部。
图6，图中的A、d、e、a是对应四根琴弦(4)的四组电路，它们的基本结构完全相同，但八只IC存储器(6)所写入的原音各不相同IC1(API8208)分为两个区段，第一区段写入传统琵琶缠弦(第四弦)的空弦音A(频率为220HZ)，第二区段写入降低八度的A1(频率为110HZ)，这个音在传统琵琶上没有，采集方法如同附图4所述，是在第一区段的原音A的基础上利用降低时钟频率的方法取得的。IC3(API8208)也分为两个区段，第一区段写入传统琵琶的老弦(第三弦)的空弦音D(频率为187.3HZ)，它的第二区段写入降低八度的D1，在传统琵琶上也没有这个音，同样需要在第一区段的原音D的基础上采用降低时钟频率的方法取得。IC5(API8208)也分为两个区段，第一区段写入传统琵琶的二弦空弦音E(频率为257HZ)，第二区段写入降低八度的E1，这个因音在传统琵琶上也没有，同样需要在第一区段的原音E的基础上，采取降低时钟频率的方法取得。IC7(API8208)也分为两个区段，第一区段写入传统琵琶的子弦(第一弦)的空闲音a(频率为440HZ)，第二区段写入降低八度的A(即IC1第一区段的原音)。IC2(API8028)也分为两个区段，其第一区段，写入的是多把琵琶齐奏缠弦的空弦音A，IC4(API8208)也分为两个区段，其第一区段，写入的是多把琵琶齐奏老弦的空弦音D，IC6也分为两个区段，它的第一区段写入的是多把琵琶齐奏二弦的空弦音E，IC8也分为两个区段，它的第一区段写入的多把琵琶齐奏子弦的空弦音a。IC2、4、6、8四个芯片的第二区段存储的是多种弹钹乐器(例如琵琶、月琴、柳琴、杨琴、中阮、大阮、三弦等)的齐奏声，但四个芯片第二区段所存储的弹钹乐器齐奏声的声音高度有所不同，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，本实用新型的弹拨乐器采用的是脉冲触发的放音形式，在API8208上，这种放音形式是在烧写芯片时一并写入的，因此，芯片的放音管脚没有另外的设置。由于A、d、e、a四根琴弦(4)是相互配套的组合关系，各个芯片在区段转换时是同时进行的。因而，本实施例区段的转换是由三只微型开关完成的。第一个开关(14)使用的是单刀双掷式微型开关，拨向a点，控制四个芯片的第一区段放音，拨向b点控制的是第二区段放音。第二个开关(15)使用的是普通按压开关，压下接通电路，控制IC2、4、6、8四个芯片的第一区段放音，抬起电路切断，放音解除。第三个开关(16)使用的也是普通按压式开关，压下接通电路，IC2、4、6、8的第二区段放音，抬起电路切断，放音解除。镶嵌在指板上的四根电阻条(2)，不但阻值各不相同，而且是按照传统琵琶的品位(图5中的(11))距离和相应的电阻值安装的。对应第四弦(缠弦)的电阻条(2)的电阻值为0-200k，弦枕(3)置于190k处；对应第三弦(老弦)的电阻条(2)的电阻值为0-140k，弦枕(3)置于133k处；对应第二弦的电阻条(2)的电阻值为0-114k，弦枕(3)置于103k处；对应第一弦(子弦)的电阻条(2)的电阻值为0-80k，弦枕(3)置于75k处。由于传统琵琶的演奏者使用“扫弦”(四根弦同时发音并且力度较强)的技法很多，为能充分表现出这种技法特征，本实施例使用了两只LM386功放集成电路块(10)及9014三极管(10A)，目的是为了加强“扫弦”的力度感。电路上的其余元器件与附图4相同，此不赘叙。
图7，图中的A是本实施例的正面图，管体(1)为椭圆型空管(用木料或塑料制作均可)，电阻条(2)镶嵌在管体的正中，上携弦柱(3)是用导电金属制成的圆柱体，直径为7mm、高度为7mm、在高度为3mm处钻有一个直径2mm的腰圆通孔，顶端为M3×4mm螺孔，它的下端是一直径为3mm的细圆柱(可插入电阻条(2)的圆孔中)。琴弦(4)由上携弦柱(3)的腰原孔中穿入，用顶丝压紧，使三者构成一个导电体，琴弦(4)的下端插入下携弦柱(5)(结构与上携弦柱相同)的腰圆孔中，用顶丝压紧，下携弦柱(5)连接电源。电阻条(2)的下端用导线连接在IC1、2的第八脚，由此构成芯片的外部时钟回路。内置椭圆形喇叭安装在管体(1)底部的喇叭头(10B)内，该喇叭头(包括内置喇叭)与管体的下端为卡子连接，可以随时取下，以便更换蜂鸣器(10C)。吹口(13)与管体(1)的上端用卡子连接，以便根据需要更换不同的吹口，吹口(13、13A、13B)的内部均装有一只驻集体话筒，用插头与管体(1)内的电路器件相连接。吹口(13)为直吹式，用以演奏洞箫一类吹管乐器；吹口(13A)为哨簧式，用以演奏唢呐一类吹管乐器；吹口(13B)为横吹式，用于演奏横笛一类吹管乐器。使用吹口(13B)演奏时，喇叭头(10B)同时更换为蜂鸣器(10C)。图中的B是本实施例的背面图，出气孔(20)位于吹口(13)的下端，开关(14、15、16)用于变音，线路输出插座(18)，电源输入插座(19)安装于管体(1)的下端。
图8，图中的IC1、2(6)均为API8208语音集成电路，两个芯片均分为两个区段使用，IC1的第一区段存入传统中音唢呐的筒音e1(频率为257hz)，它的第二区段写入降低八度的e(频率为73.6hz)，传统的唢呐没有这个音，依然需要运用降低外部时钟频率的方法取得。IC2的第一区段存入上升八度的e2(频率为696.6hz)，它的第二区段存入的是多种吹管乐器(例如笙、萧、笛、管、唢呐)齐奏的音色e1(频率为257hz)。开关(14)使用单刀双掷式微型拨动开关，拨向a位播放IC1第一区段的原音；拨向b位播放IC1第二区段的低八度原音，此时中音唢呐转换为低音唢呐的音响效果。开关(15)使用按压式纽子开关，按下播放IC2第一区段的升高八度的原音，放开回到ICI第一区段的原音。开关(16)使用单刀双掷式微型拨动开关，拨向a位播放IC2第二区段的多种吹管乐器的齐奏声，b位悬空不用。本实施例就电器元器件的运用而言，与图4、图6没有什么区别，但线路的结构有所不同，最主要的不同之点在于放音的控制系统，由于这一实施例是吹管乐器，放音的控制不再是利用琴弦的震动感应驻集体话筒(8)，而是由吹奏者不同的气息(长短、轻重)直接控制住集体话筒(8)，因而驻集体话筒(8)、8050三极管(9)均与琴弦(4)成为分离的结构。也就是说，在本实施例中，琴弦(4)只是演奏者用以取得音阶(频率变化)的一种设施，它与放音没有关系。本实施例的驻集体话筒(8)是密封在吹口内的，利用插接件与密封在管体内的8050三极管(9)相连接，该三极管(9)是驻集体话筒(8)输出电压的放大器，它的输出分为两路，其中一路送至9014三极管(10A)的基极(b)用以导通该三极管c、e两极，导通量的变化取决于演奏者气息轻重的变化。该三极管(10A)的c、e两极是IC1、2(6)输出的声音信号进入IC5音频功率放大器(10)的枢纽，流过的声音大小(强弱)取决于导通量的大小。8050三极管(9)的另一路输出经三个开关(14、15、16)的分配送至IC1、2的放音管脚使之与前一路同步工作。内置扬声器(10B)为8欧0.5W椭圆形喇叭。6-7.5V直流电源经插座(19)输入后分为两路，其中一路经IC6-LM7805稳压集成块(21)供给IC1、2，另一路供给IC5-LM386功放(10)、8050及9014三极管(9)与驻集体话筒(8)。音频线路输出插座(18)由9014三极管(10A)发射极引出。
有益效果通过上述拉弦、弹弦、吹管三个实施例可以说明本实用新型具有如下有益效果1，能有效地保持和发展各类民族乐器的固有声音特色和功能，进一步提高民族乐器的科技含量，从而使民族乐器的制造走向了规范化、形体轻便化、材料普通化。这种变革是在传统民族乐器的基础上的发展与提高，对各类民族乐器的生产、普及具有积极意义。
传统物理乐器分门别类品种繁多，它们之所以各不相同，归根结底是由于声音各具特色。传统民族乐器声音特色的形成，取决于制造材料、乐器形状和形体的大小。因而，有的乐器选材困难不易制造；有的乐器形体庞大携带不便，有的乐器则在制造工艺方面又存在某种偶然性。在乐器制造领域常常存在这种现象采用同样的材料、同样的形状、同样的大小、同样的工艺制造出来的同一种乐器，有的声音异常优美，成为价格昂贵的上等品，有的则音色音量较差，不入等次，这种现象使经验丰富的工匠也迷茫不解，故曰黄金有价音无价。本实用新型运用数字技术和器件优选各种传统乐器的上品音色加以采集、储存，不但有效地保持了传统乐器最为上乘的音色，使声音脱离了物理器材和工艺上的局限性，从而克服了这种制造工艺上的困惑。声音转化为电能，同时也增强了乐器表现功能的随意性，例如音量的强弱、形体的大小、外观形状的设计均可随意调节变化。
2，能有效地扩展民族乐器的音域，解决民族乐器音域不宽、特别是缺乏低音的困难，从而为实现民族乐器的系列化拓宽了道路。传统乐器之所以音域不宽、缺乏低音，主要是由于乐器的型制决定的，本实用新型运用改变时钟频率的方法使存储器中的原音频率随之改变，从而获得传统乐器原本不具有的低音或高音，这种方法看起来虽然简单，但它确能解决民族乐器存在的实际问题。民族乐器实现了系列化，它的表现功能便随之提高，在此基础，发展具有中国特色的民族交响音乐便有望实现。
3，本实用新型充分发挥电的功能，运用数字存储技术使一件乐器产生多件或多种乐器齐奏的音响，从而实现了一件代替多件、一人代替多人的效果。在保证艺术质量与效果的前提下，减少演奏人员、精干演奏队伍，在市场经济的社会条件下，不仅专业艺术团体(特别是省市级地方专业艺术团体)为了求得经济收支平衡需要这样做，就是群众的业余文化活动也需要以少量的人员求得丰富的艺术效果。因此，本实用新型在乐器领域的这种变革，不仅是适应社会文化发展的需要，同时也是对乐器本身的艺术组合潜力的挖掘。
4，本实用新型所包括的各种乐器，不仅原音来自传统乐器，演奏方式也严格遵守传统乐器的演奏习惯，因而具有易推广、易普及、易于为专业和业余乐器演奏者所接受的优势。专家和群众能否接受，是任何一种新乐器生命力的所在，当然也是本实用新型生命力的所在。
5，由于本实用新型采用数字技术与器件以存储传统乐器原音的方法制造乐器，从而使声音脱离了物理器材与器件的制约，因而各种乐器的制造工艺走向了规范化和简单化，这种变革，将使各种乐器的生产由作坊式手工制造转化为工厂批量生产，从而将大大提高乐器的生产效率并降低制造成本，既有利于生产者，也有利于消费者。
6，本实用新型的研究目的首先是为了解决民族乐器久已存在的各种问题，但本实用新型所采取的技术方案实际上不限于中国的民族乐器，其他国家的民族乐器乃至西方成熟的交响乐团中的各种乐器的进一步改革发展依然适用。当前已进入数字电子技术的新时代，这种新技术也应该在整个乐器领域发挥它应有的作用。
权利要求1，一种存储式气、弦控数字电子乐器，由琴体外壳和声音电路所构成，根据传统的演奏方式和习惯分为气息控制的、拉弦控制的和弹弦控制的三种类型；所述的拉弦控制者，是由演奏者通过琴弦和琴弓控制的数字电子乐器，其特征是由琴杆、指板、琴筒、臻轴、金属琴弦、木制弦码、金属弦枕、金属携弦柱、马尾琴弓、碳膜电阻条、驻集体话筒、声音数据库、内置扬声器和微型机械开关、电源插座所组成，琴杆为空心的形式，臻轴置于琴杆上端，碳膜电阻条镶嵌在指板的表面，它的一端装有金属弦枕，另一端以导线连接在声音数据库中的时钟震荡电路，组装时琴杆插入琴筒，指板置于琴杆的前面，琴弦的一端插入臻轴的小孔中以调节它的松紧，而后架置于金属弦枕上以便与碳膜电阻条形成电连接，琴弦悬于指板上面与碳膜电阻条相对应的位置，二者保持2mm距离，它的另一端架置于安放在琴筒面板上的木制弦码而后固定于金属携弦柱，该携弦柱以导线连接在电源正极，声音数据库、内置扬声器、驻集体话筒均安装在琴筒内部，驻集体话筒的气口通过面板上的小孔与木制弦码相连接，它的输出电路通过三极管放大后连接声音数据库的放音管脚，内置扬声器安装在琴筒的后部，三个用于变换音色的微型机械开关分别安装在琴杆上端的后部并以导线穿入琴杆内与声音数据库的相关管脚相连接，这种拉弦控制的数字电子乐器，在应用上分为两弦和四弦的形式，两弦者设有两根琴弦，指板上镶嵌有两条碳膜电阻条，琴筒面板上设有两个木制弦码与两个金属携弦柱，电路上设有两个柱集体话筒，马尾琴弓的马尾置于两弦之间；四弦者设有四根琴弦，指板上镶嵌四条碳膜电阻条，琴筒面板上安放有四个木制弦码和四个金属携弦柱，马尾琴弓只在琴弦表面摩擦不与琴弦做固定组装。
2，根据权利要求1所述的存储式气、弦控数字电子乐器，之中的声音电路也可用于制造由演奏者的气息控制的吹管乐器，该吹管乐器的特征是由管体、吹口、喇叭头、金属丝、碳膜电阻条、驻集体话筒、声音数据库、内置扬声器以及微型机械开关、电源插座所组成，组装时驻集体话筒置于吹口内，以导线连接于声音数据库的放音管脚，碳膜电阻条镶嵌于管体表面，它的一端以导线连接在声音数据库中的时钟震荡电路，另一端与金属丝相连接，组装时该金属丝悬于碳膜电阻条的上面，二者的距离为2mm，该金属丝的另一端与电源相连接，三个用于变换音色的微型机械开关镶嵌在管体背面，以导线连接于声音数据库的有关管脚，声音数据库与内置扬声器均安装在管体内部，以此构成一件吹管式数字电子乐器。
3，根据权利要求1所述的存储式气、弦控数字电子乐器，之中的声音数据库，其特征是由音阶频率生成器与电平信号发生器、声音数据存储器、音频功率放大器三个部分所组成，所述的音阶频率生成器与电平信号发生器是由琴弦、木制弦码、驻集体话筒三者的配合构成一个震动体系，琴弦是震动主体，木制弦码为传震体，根据琴弦的震动力度使驻集体话筒受震从而发出相应的电平信号，经三极管1放大后分为两路输出，其中一路连接声音数据存储器的放音管脚使之触发放音，另一路连接音频功率放大器(LM386)第1、8管脚上串联的三极管2的基极以控制输出音量的大小；由气息控制的吹管式数字电子乐器则是由演奏者的气息直接作用于驻集体话筒，从而根据气息的强弱发出相应的电平信号的；所述的声音数据存储器是利用现有的具有A/D D/A转换功能的数字存储芯片及其外围元件所构成，本实用新型选用的芯片为API8208小规模集成电路，为能存储较多的声音数据，每一个声音数据库使用两个同型号芯片，每一个芯片分为四段存储四种传统乐器的音色，这种芯片具有分段触发管脚，变换音色的机械开关可与相应管脚直接连线；所述的音频功率放大器，本实用新型选用的是LM386小规模功放集成电路，该芯片利用在第1、8管脚上串联电阻、电容器的方法可调节它的放音增益量，本实用新型利用它的这一特点在其第1、8管脚上串联了一只10微发电容器和一只1407三极管，在这里该三极管相当一个可变电阻，利用驻集体话筒发送给基极的不同电平电压调节它的集电极与发射极之间的导通量，从而达到随琴弦或气息的震动力度同步控制芯片增益量之效果；以上三个部分制做成一块电路板，构成一组单独的声音数据库，在实际应用中，每一组声音数据库对应一条琴弦和碳膜电阻条，每个声音数据库存储的声音数据有所不同，但它们的结构是完全相同的。
4，根据权利要求1所述的存储式气、弦控数字电子乐器，之中的碳膜电阻条，其特征是在一条宽度为5mm的胶木薄板上涂以电器碳膜而制成，它与琴弦相配合连接于声音数据存储器的外部时钟电路输入管脚和电源之间，构成一个可变的电阻回路，从而改变时钟的震荡频率使存储器中的“原音”发生音调的相应变化；该碳膜电阻条的长度与电阻值是根据存储式气、弦控数字电子乐器的种类与音频变化范围具体设定的。
专利摘要一种存储式气、弦控数字电子乐器，属电子乐器的技术领域，分为吹管、拉弦、弹弦三种类型，均是由琴体和发音电路板所构成，置于琴体内的声音数据经琴弦与镶嵌在指板上的碳膜电阻条变频处理形成音阶以供演奏，为了保持传统的演奏技艺与效果，外形与演奏方式的设计，均保持民族传统乐器的原有特点吹管类由管体、吹口、喇叭头构成；拉弦类由琴杆、指板、琴筒、臻轴、琴弦、琴弓构成；弹弦类由琴头、琴颈、指板、琴身、琴弦构成。声音数据库所存储的“原音”均采集自各种民族乐器原有的代表性音色，具有声音逼真的特点。由于音阶是利用改变芯片时钟频率的方法生成的，因而还具有扩展音域、一件代替多件的特点。
文档编号G10H1/02GK2777697SQ20042005949
公开日2006年5月3日 申请日期2004年5月17日 优先权日2004年5月17日
发明者武艺民 申请人:武艺民