一种立式钢琴自动演奏系统

1.本发明涉及钢琴自动演奏技术领域，特别是涉及一种立式钢琴自动演奏系统。


背景技术：

2.钢琴作为乐器之王在音乐艺术中的地位不可小觑。然而，演奏钢琴门槛较高，很难满足大众对于钢琴艺术的需求，所以钢琴自动演奏系统的研发迫在眉睫。
3.传统立式钢琴自动演奏装置多数是安装在琴键底部的，代替人工指压琴键，通过推动琴键内端上抬，进而带动钢琴发声系统的联动杠杆上移，最后转化为槌头毡敲击琴弦从而发声。
4.这些立式钢琴自动演奏装置虽然可以完成自动演奏的效果，但是也存在几个共同的问题：1.传统立式钢琴自动演奏系统的驱动结构由于钢琴本身的空间限制没有办法安装，必须采取削掉钢琴原有的结构才能实现驱动结构的安装，这样对于价值不菲的钢琴来说是一种不可挽回的伤害。2.传统立式钢琴自动演奏系统的驱动结构没有办法完美实现钢琴曲的演奏，在演奏的过程中无法准确的表现演奏力度的变化，甚至出现错音等情况，一方面和电磁铁的布置与结构有关，另一方面因为键位太多太密集，空间狭小，驱动结构在安装过于紧密的情况下很容易形成干涉与错位。3.传统立式钢琴的自动演奏系统结构繁琐安装困难，工人在安装调配的过程中往往需要花费大量的时间来完成，同时也要求工人拥有较高的安装技术。4.很多自动演奏装置不具有自动延音功能，或者自动延音装置过于复杂，导致安装起来非常困难，很是不便。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种立式钢琴自动演奏系统，它充分地利用了钢琴内部的空间，不破坏立式钢琴本体结构，无损安装，简单便捷，能够微调以适用大多数的立式钢琴，并且演奏精准流畅。
6.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
7.一种立式钢琴自动演奏系统，它包括调节架体、击弦机驱动装置、延音踏板驱动装置以及控制模块；
8.所述击弦机驱动装置可调节装配在调节架体上，用于驱动钢琴发声系统发声；
9.所述调节架体用于安装在钢琴两侧，且所述调节架体能够调节击弦机驱动装置的位置以适应不同型号的立式钢琴；
10.所述延音踏板驱动装置用于安装在钢琴内部并与钢琴延音系统连接，且所述延音踏板驱动装置能够驱动钢琴延音系统进行延音；
11.所述控制模块与击弦机驱动装置、延音踏板驱动装置电性连接。
12.进一步，所述调节架体包括主框架以及滑动装配于主框架顶部两端的两个夹紧机构；
13.两个所述夹紧机构用于装夹在钢琴两侧板上，所述击弦机驱动装置可调节装配在
主框架上。
14.进一步，所述主框架中部横向设置有上下分布的两个滑轨架，所述主框架底部横向设置有光杆；
15.所述击弦机驱动装置包括八十八个电磁驱动机构，八十八个所述电磁驱动机构顶部上下交错且滑动装配在两个滑轨架上，八十八个所述电磁驱动机构底部均转动副连接在光杆上。
16.进一步，所述电磁驱动机构包括滑动装配在滑轨架上的框座，安装在框座内的第一比例电磁铁，设置在第一比例电磁铁输出轴端的铰链，转动连接在铰链底端的连杆，以及转动连接在连杆底端并转动安装在光杆上的驱动杠杆；
17.所述第一比例电磁铁通电时会带动连杆下压驱动杠杆一端，所述驱动杠杆转动时另一端与钢琴击弦机的联动杠杆形成运动高副接触，从而推动钢琴击弦机的联动杠杆向上运动；
18.所述驱动杠杆的接触端的端面轮廓为曲面并呈适配联动杠杆的弧形状，且驱动杠杆的接触端设置有高分子耐磨条。
19.进一步，所述滑轨架顶部开设有第一t形滑槽，所述框座上安装有第一螺栓件，所述第一螺栓件的底端滑动卡接在第一t形滑槽内，所述框座可通过第一螺栓件的母件进行锁紧。
20.进一步，所述框座一侧还设置有绝磁挡板。
21.进一步，所述光杆上滑动套设有八十九个限位挡块，且八十九个限位挡块与八十八个驱动杠杆交错排列，每个所述限位挡块上还螺纹连接有锁紧螺丝。
22.进一步，所述框座顶部还设置有限位板，所述限位板上设置有静音片。
23.进一步，所述夹紧机构包括滑动装配于主框架顶部的第一l形板以及滑动装配在第一l形板顶部的第二l形板；
24.所述第一l形板上开设有第二t形滑槽，所述第二l形板上开设有条形穿孔，所述条形穿孔内滑动穿接有第二螺栓件，且第二螺栓件的底端滑动卡接在第二t形滑槽内，所述第二l形板可通过第二螺栓件的母件进行锁紧；
25.所述第一l形板上还开设有条形沉孔，所述主框架顶部两端均开设有条形通孔，所述条形沉孔内滑动穿接有第三螺栓件，且第三螺栓件穿过条形通孔，所述主框架可通过第三螺栓件的母件进行锁紧。
26.进一步，所述延音踏板驱动装置包括铰链支座，转动安装于铰链支座上的踏板杠杆，设置于踏板杠杆一端底部的延音踏板，设置于踏板杠杆底部并位于延音踏板与铰链支座之间的复位弹簧，设置于踏板杠杆另一端顶部的第二比例电磁铁，以及设置在第二比例电磁铁输出轴端的抬档顶杆；
27.所述抬档顶杆用于装配在钢琴延音系统的制音器抬档上，所述第二比例电磁铁通电时会带动抬档顶杆上升以驱动制音器抬档完成延音。
28.采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：
29.1.本发明整体击弦机驱动装置结构排列紧凑，充分利用了钢琴内部的空间，相对传统的自动演奏系统不用对钢琴内部结构进行破坏，进一步延长了钢琴的使用寿命。
30.2.本发明将击弦机驱动装置装配在了主框架上，通过两端的夹紧机构装夹在钢琴
两侧即可轻松完成系统的安装，安装简单便捷，对技术要求低，并且主框架的位置可以调整，使击弦机驱动装置更容易快速地调整到位。
31.3.本发明的击弦机驱动装置采用八十八个上下交错排列的电磁驱动机构，充分节省了内部空间，排列井然有序，不易出现错位、干涉的问题；并且每个电磁驱动机构都能微调位置以精准适配钢琴的发声系统，使演奏更加准确流畅，还能适应更多款式规格钢琴的内部结构。
32.4.本发明的击弦机驱动装置利用钢琴击弦机本体的阻力及重力复位。优选的驱动杠杆在初始状态下力矩平衡。击弦机驱动装置既高效利用了电磁力，又精确模拟了钢琴琴键本身的复位方式，从而使得自动演奏系统更加贴近真实的演奏。
33.5.本发明的电磁驱动机构采用比例电磁铁作为原动件，并配有绝磁挡板来隔绝电磁铁之间的相互影响，使整体自动演奏时控制起来更为精确一致，确保演奏更加准确流畅，整个演奏过程更加贴近真实的钢琴演奏。
34.6.本发明的延音踏板驱动装置只是在现有的延音装置上增设了一个比例电磁铁，整体安装便捷快速，不会占用太多空间，并且与电磁驱动机构一起演奏配合时更加精确协调，一致性更高。
附图说明
35.图1为本发明的结构示意图；
36.图2为本发明的安装状态图；
37.图3为本发明击弦机驱动装置与调节架体的装配图；
38.图4为图3中a部的结构放大示意图；
39.图5为本发明局部结构的背侧示意图；
40.图6为图5中b部的结构放大示意图；
41.图7为本发明电磁驱动机构的驱动原理图；
42.图8为本发明夹紧机构的装配示意图；
43.图9为图8中结构的剖面示意图；
44.图10为本发明延音踏板驱动装置的结构示意图；
45.图11为图10中c部的结构放大示意图；
46.图12为图7中d部的结构放大力矩图；
47.图13为本发明驱动杠杆的剖视图；
48.其中，1.调节架体；10.主框架；100.滑轨架；1000.第一t形滑槽；101.光杆；102.限位挡块；1020.锁紧螺丝；103.条形通孔；11.夹紧机构；110.第一l形板；1100.第二t形滑槽；1101.条形沉孔；111.第二l形板；1110.条形穿孔；2.击弦机驱动装置；20.电磁驱动机构；200.框座；201.第一比例电磁铁；202.铰链；203.连杆；204.驱动杠杆；2041.高密度金属材料镍铬合金；2042.连接螺钉；2043.低密度金属材料铝合金；205.高分子耐磨条；206.绝磁挡板；207.限位板；208.静音片；3.延音踏板驱动装置；30.铰链支座；31.踏板杠杆；32.延音踏板；33.复位弹簧；34.第二比例电磁铁；35.抬档顶杆；91.第一螺栓件；92.第二螺栓件；93.第三螺栓件；104.第三l形板；5.钢琴本体；6.琴弦；70.琴键；71.卡钉；72.联动杠杆；73.顶杆弹簧；74.顶杆；75.槌托；76.琴槌；77.槌头毡；78.档接木；80.制音器抬档；81.抬杆；
82.转击器轴架；83.制音器轴架；84.制音杆；85.制音毡；86.延音器抬档转轴。
具体实施方式
49.为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
50.如图1-13所示，在本实施例中，提供一种立式钢琴自动演奏系统，它包含调节架体1、击弦机驱动装置2、延音踏板驱动装置3以及控制模块。其中击弦机驱动装置2可调节装配在调节架体1上，用于驱动钢琴发声系统发声即驱动钢琴击弦机工作发声；调节架体1可直接安装在钢琴两侧，且调节架体1能够调节击弦机驱动装置2的位置以适应不同型号的立式钢琴的发声系统；延音踏板驱动装置3可以替换立式钢琴的原踏板及抬档结构，直接将其安装在钢琴内部并与钢琴延音系统连接，就能够驱动钢琴延音系统进行延音；控制模块与击弦机驱动装置2、延音踏板驱动装置3电性连接，能够控制整个系统实现自动演奏。
51.具体本实施例中的调节架体1又包含主框架10以及滑动装配于主框架10顶部两端的两个夹紧机构11，击弦机驱动装置2可调节装配在主框架10上，安装时只需要通过两个夹紧机构11装夹在钢琴本体5的两侧板上即可轻松完成系统的安装，安装简单便捷，对技术要求低，并且主框架10的位置可以调整，使击弦机驱动装置2更容易快速地调整到位。
52.为了使击弦机驱动装置2也能够微调位置，本实施例中的主框架10中部横向设置有上下分布的两个滑轨架100，主框架10底部横向设置有一根光杆101，击弦机驱动装置2具体包含八十八个电磁驱动机构20，八十八个电磁驱动机构20上下交错排列成两排，且顶部滑动装配在两个滑轨架100上，而八十八个电磁驱动机构20底部均转动副连接在光杆101上。八十八个电磁驱动机构20位于八十八个琴键70上方，与钢琴本身的八十八个击弦机构所对应，实际安装调配时，可以微调每个电磁驱动机构20的位置以精准适配钢琴的击弦机，进而使演奏更加准确流畅。同时，八十八个电磁驱动机构20排列紧凑有序，充分利用了钢琴内部的空间，不易出现错位、干涉的问题。
53.具体地，本实施例中的电磁驱动机构20包含框座200、第一比例电磁铁201、铰链202、连杆203和驱动杠杆204。其中框座200滑动装配在滑轨架100上，第一比例电磁铁201安装在框座200内，比例电磁铁是将输入电信号线性的转化为输出电磁力的结构，通电时中间的输出轴杆是可以伸缩运动的，铰链202设置在第一比例电磁铁201的输出轴端，连杆203转动连接在铰链202底端，驱动杠杆204一端转动连接在连杆203底端，且驱动杠杆204底部转动安装在光杆101上，以光杆101作为一个支点。自动演奏时，控制模块中的芯片(芯片型号：stm32f407)控制驱动器完成电信号放大来驱动对应的第一比例电磁铁201，通电时长以及电流大小可在控制程序中设定，第一比例电磁铁201通电时中间轴会带动连杆203下压驱动杠杆204一端，驱动杠杆204转动时另一端会触碰推动钢琴击弦机的联动杠杆72。立式钢琴的击弦机也是由八十八个击弦机构所组成的，每个击弦机构包含琴键70、卡钉71、联动杠杆72、顶杆弹簧73、顶杆74、槌托75、琴槌76、槌头毡77和档接木78，人工弹奏时靠按压琴键70最后带动槌头毡77敲击琴弦6，而一般的自动演奏装置基本上都是将驱动结构安装在琴键70下方，本实施例不一样，是靠驱动杠杆204触碰推动联动杠杆72的端部完成驱动发声的，驱动杠杆204的设计保持了力矩平衡，参考图13中驱动杠杆204具体由高密度金属材料镍铬合金2041、连接螺钉2042以及低密度金属材料铝合金2043所组成，参考图12中驱动杠杆204
以光杆101中轴线o作为支点，保证力矩平衡f1
×
l1＝f2
×
l2(其中：f2＝第一比例电磁铁中的铁芯+铰链+连杆+铝合金的重力的合力，f1＝镍铬合金的重力)，以此能够模拟琴键70按压的驱动力，使得自动演奏能够更贴近真实演奏效果，断电时驱动杠杆204受击弦机本体的阻力及重力复位，使整个结构运动更加合理。另外，驱动杠杆204的接触端端面轮廓为曲面并设计呈适配联动杠杆72的弧形状，使撞击点更加合理，且驱动杠杆204的接触端设置有高分子耐磨条205，保证了耐磨性能的同时又不会因为硬度过高而损坏击弦机，能够在运动时保持高副接触，保证演奏质量。
54.为了隔绝电磁铁之间的相互影响，本实施例中的框座200一侧还设置有绝磁挡板206，以此确保演奏质量。
55.为了防止驱动杠杆204在光杆101上滑动，在本实施例的光杆101上滑动套设有八十九个限位挡块102，且八十九个限位挡块102与八十八个驱动杠杆204交错排列，每个限位挡块102上还螺纹连接有锁紧螺丝1020，方便拧松后微调驱动杠杆204的位置。
56.为了给第一比例电磁铁201的中间轴杆进行限位，在本实施例的框座200顶部还设置有限位板207，限位板207底部设置有静音片208，防止限位时出现的杂音，断电后驱动杠杆204受钢琴击弦机阻力及重力复位，第一比例电磁铁201的输出轴杆会被顶起，由于惯性作用，若没有限位，驱动杠杆204将会来回摆动，可能会再次触碰到联动杠杆72造成影响，因此限位板207可以很好地控制第一比例电磁铁201的中轴杆运动范围，使整个运动结构更加合理。
57.具体地，电磁驱动机构20是这样实现滑动装配在滑轨架100上的，本实施例中的滑轨架100顶部开设有第一t形滑槽1000，框座200上安装有第一螺栓件91，第一螺栓件91包含螺丝和螺母，第一螺栓件91的底端滑动卡接在第一t形滑槽1000内，即把螺丝倒过来大头滑动卡接在第一t形滑槽1000内，而框座200可通过第一螺栓件91的螺母从上方进行锁紧。
58.具体地，本实施例中的夹紧机构11包含第一l形板110和第二l形板111，其中第一l形板110滑动装配于主框架10顶部一端，第二l形板111滑动装配在第一l形板110顶部。更具体地，第一l形板110上开设有第二t形滑槽1100，第二l形板111上开设有条形穿孔1110，条形穿孔1110内滑动穿接有第二螺栓件92，且第二螺栓件92的底端滑动卡接在第二t形滑槽1100内，第二螺栓件92也包含螺丝和螺母，把螺丝倒过来大头滑动卡接在第二t形滑槽1100内即可，松开第二螺栓件92，调节第二l形板111和第一l形板110之间的距离即可完成装夹，最后通过第二螺栓件92的螺母从上方进行锁紧。当然，为了使安装更加稳固，在主框架10两侧还设置有多个第三l形板104，与钢琴本体5两侧板固定即可。更具体地，第一l形板110上开设有条形沉孔1101，主框架10顶部两端均开设有对应的条形通孔103，条形沉孔1101内滑动穿接有第三螺栓件93，且第三螺栓件93穿过条形通孔103，主框架10可通过第三螺栓件93的母件从下方进行锁紧。
59.具体地，本实施例中的延音踏板驱动装置3包含铰链支座30、踏板杠杆31、延音踏板32、复位弹簧33、第二比例电磁铁34以及抬档顶杆35。其中踏板杠杆31转动安装于铰链支座30上，延音踏板32设置于踏板杠杆31一端底部，复位弹簧33设置于踏板杠杆31底部并位于延音踏板32与铰链支座30之间，第二比例电磁铁34设置于踏板杠杆31另一端顶部，抬档顶杆35设置在第二比例电磁铁34输出中轴上端。具体安装时，为了方便起见，直接将立式钢琴的原踏板及抬档结构替换即可，本实施例的延音踏板驱动装置3将铰链支座30、延音踏板
32以及复位弹簧33都安装在钢琴底部，将第二比例电磁铁34安装在钢琴侧板上，而抬档顶杆35连接安装到延音系统的制音器抬档80上即可。传统立式钢琴的延音系统包含制音器抬档80、抬杆81、转击器轴架82、制音器轴架83、制音杆84、制音毡85以及延音器抬档转轴86，当配合自动演奏需要自动进行延音时，由控制模块控制给第二比例电磁铁34通电，第二比例电磁铁34的中间轴会带动抬档顶杆35上升，推动延音器抬档80的一端向上运动并绕延音器抬档转轴86旋转，延音器抬档80的另一端带动抬杆81顺时针转动，抬杆81与延音杆84的底端线接触，因此抬杆81的顺时针转动会使制音杆84转动，进而带动上端的制音毡85脱离琴弦6，从而实现自动延音效果。当然，本实施例的延音踏板驱动装置3也具有脚踏延音功能，具体和现有脚踏延音一样，只不过延音踏板驱动装置3既可以实现自动延音又能保留原有的脚踏延音，具体通过第二比例电磁铁34实现，由于比例电磁铁的中间轴杆是可以自由活动的，因此能够很好地实现自动和脚踏两种功能。本实施例的延音踏板驱动装置3整体安装便捷快速，不会占用太多空间，并且与电磁驱动机构20一起演奏配合时更加精确协调，一致性更高。
60.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
61.以上的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。