專利名稱：一種無源電二胡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及不需要電源供電并可以變換音色的一種無源電二胡。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)二胡是一種民族拉弦樂器，它利用拉奏時(shí)琴弓與琴弦之間摩擦，使琴弦發(fā)生振動，利用琴筒共鳴現(xiàn)象，發(fā)出柔和優(yōu)美的樂音。但是初學(xué)者利用傳統(tǒng)二胡練琴時(shí)，會發(fā)出難聽的聲音，即使練到一定的程度，在夜深人靜等不適宜場合演奏時(shí)也會產(chǎn)生環(huán)境噪音。特別是作為樂器音樂教學(xué)，產(chǎn)生的聲音不僅干擾鄰近教室的教學(xué)，而且也干擾練琴者對自已所拉二胡音高的辨別能力。因此，需要一種靜音電聲二胡，即拉奏二胡時(shí)，機(jī)械振動產(chǎn)生的琴聲很弱，用耳機(jī)可以聽到響亮的演奏琴聲。
中國專利公告號ZL00212889.6名稱為“多功能電聲二胡”，該申請案公開了琴桿上設(shè)有用于七檔變調(diào)的活動千斤組件，多功能電聲二胡其特征在于電聲設(shè)備采用雙合音電路，一路為傳統(tǒng)音色，另一路加效果器。現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷和不足，在于電聲二胡利用傳感器將琴弦的振動轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，其微弱的電信號不足以直接?qū)動耳機(jī)發(fā)聲，還需要放大電路和功率放大器，使電聲二胡成本增加，不如傳統(tǒng)二胡攜帶、使用和維修方便。此外，放大電路和功率放大器都需要電源供電，特別是使用交流電源使演出地點(diǎn)受到限制，失去了傳統(tǒng)二胡便于攜帶和演奏方便的特點(diǎn)，初學(xué)者難于掌握使用。也存在一些不安全因素，特別是少年兒童使用時(shí)，有發(fā)生觸電的危險(xiǎn)；使用電池時(shí)，演奏時(shí)需要消耗電能，更換電池帶來麻煩，廢棄電池也會污染環(huán)境。此外，多功能電聲二胡的成本不利于中小學(xué)樂器音樂教學(xué)和家庭娛樂使用，也難于普及。到目前為止，在市場上還未見到不用電源供電就可以利用耳機(jī)放音的電聲二胡。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)沒有靜音電聲二胡和有源二胡不安全、消耗電能的缺點(diǎn)，提供利用壓電式琴弦振動傳感器，將琴弦的機(jī)械振動轉(zhuǎn)化為音頻電流，直接驅(qū)動耳機(jī)發(fā)聲，成為一種不需要電源供電，并具有靜音功能的一種無源電二胡。本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，電聲二胡不需要電源供電，也就是說必須取消電聲二胡所需的放大電路和功率放大器，因而也就省去了電源供電問題。隨之而產(chǎn)生問題是必須增加傳感器將琴弦的振動轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕膹?qiáng)度，以便有足夠電功率直接驅(qū)動耳機(jī)發(fā)聲。為此，本實(shí)用新型利用輸出電壓可達(dá)300mV的壓電式琴弦振動傳感器，將琴弦的機(jī)械振動轉(zhuǎn)化為音頻電流，通過阻抗匹配器提高電能傳輸效率，并通過音色變換電路中的LC并聯(lián)諧振回路，提高了諧振電流的強(qiáng)度，使耳機(jī)獲得20mW電功率，驅(qū)動耳機(jī)發(fā)出響亮的聲音，成為一種不需要電源供電，并具有變換音色和靜音功能的無源電二胡。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下設(shè)計(jì)方案本實(shí)用新型由二胡琴體和無源電路兩部分組成。二胡琴體主要包括有琴桿、弦軸、琴弦、千斤、琴筒、琴碼和琴弓等組成。無源電路部分由壓電式琴弦振動傳感器、阻抗匹配器、電路輸出組成。壓電式琴弦振動傳感器由壓電陶瓷片、諧振腔、減震膠墊和屏蔽引線組成。阻抗匹配器采用帶有初次級繞組的音頻變壓器。壓電陶瓷片固定在諧振腔上，諧振腔粘結(jié)在減震膠墊上，使之與琴筒不直接接觸，減震膠墊粘結(jié)在琴筒內(nèi)部固定的隔板上，阻抗匹配音頻變壓器以及連接的壓電式琴弦振動傳感器引出隔離線和連接導(dǎo)線。
本實(shí)用新型的壓電式琴弦振動傳感器安裝在琴筒內(nèi)側(cè)隔板上，固定在琴筒內(nèi)靠近琴碼的一端。所述壓電式琴弦振動傳感器拾取琴弦的振動，利用壓電陶瓷片的壓電效應(yīng)產(chǎn)生音頻電流；它不僅將琴弦的振動轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的音頻電流，而且產(chǎn)生可以直接驅(qū)動耳機(jī)發(fā)聲所需的電能，因而不再需要放大器及供電裝置，是本實(shí)用新型發(fā)明最主要的特征所在。
阻抗匹配器利用帶有初、次級線圈繞組的音頻變壓器進(jìn)行阻抗變換，音頻變壓器的初級線圈兩端與壓電陶瓷片相連，音頻變壓器的次級線圈與耳機(jī)兩端相連。由于壓電陶瓷片阻抗10kΩ，當(dāng)它利用壓電效應(yīng)作為音頻電流源時(shí)，呈現(xiàn)出高阻抗，也就是說電源內(nèi)阻高，而耳機(jī)為低阻抗32Ω，若壓電陶瓷片直接與耳機(jī)并聯(lián)，阻抗不匹配，使得電能傳輸效率低。也就是說，壓電陶瓷片輸出的電能大部分消耗在壓電陶瓷片內(nèi)部所呈現(xiàn)的高阻抗上，耳機(jī)所得到的電能減少，不能產(chǎn)生出足夠的放音音量。本實(shí)用新型利用音頻變壓器實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，能使低阻抗的耳機(jī)從高阻抗的壓電陶瓷片發(fā)電器件上得到足夠的驅(qū)動耳機(jī)發(fā)聲的電流，因此不再需要額外的放大器以及放大器所需的供電裝置，成為一種不需要電源的電二胡，這是本實(shí)用新型發(fā)明的另一個(gè)特征。此外，無源電二胡保留了電聲二胡利用耳機(jī)進(jìn)行監(jiān)聽的靜音功能，卻可以像傳統(tǒng)二胡一樣，不用電源，具有使用方便的特點(diǎn)。
本實(shí)用新型在電路中增加音色變換器，音色變換器由音頻變壓器初級線圈、音色變換開關(guān)和電容器組成，利用音色變換開關(guān)選擇不同的電容器選擇音色。音色變換器利用作為阻抗匹配器的音頻變壓器的初級線圈與音色變換的電容器組成并聯(lián)諧振回路，具有音色帶通濾波功能。利用音色變換開關(guān)分別接通電容器，由于電容器數(shù)值不同，音色帶通濾波效果也不同，可以分別產(chǎn)生音色對比鮮明的深沉、圓潤和明亮音色。音色變換器利用阻抗匹配器線圈和電容器并聯(lián)，兼有阻抗匹配和音色變換功能，特別是LC諧振回路產(chǎn)生電流諧振，這種阻抗與音色變換合一的電路增加了輸出電流的強(qiáng)度，推動耳機(jī)發(fā)聲可以得到滿意的音量，是本實(shí)用新型發(fā)明特征之一。本實(shí)用新型由于阻抗匹配與音色變化電路一體化，簡化了電路，降低了成本。
本實(shí)用新型無源電二胡利用耳機(jī)放音時(shí)，既可以滿足演奏者監(jiān)聽，又不對外發(fā)出聲音，具有靜音功能。此外，所述耳機(jī)插口也可以作為線路信號輸出口，輸入到擴(kuò)音機(jī)，具有擴(kuò)音功能。
本無源電二胡之所以不用電源供電，其原因有如下三個(gè)方面1.壓電式琴弦振動傳感器采用靈敏度高、線性好的機(jī)械能-電能換能器件壓電陶瓷片，拾取琴弦的機(jī)械振動輸出300mV的音頻電流，為直接驅(qū)動耳機(jī)發(fā)聲創(chuàng)造了內(nèi)在的條件。壓電陶瓷片固定在注塑的諧振腔上，能夠使其自由振動，不會減弱壓電式琴弦振動傳感器輸出的音頻電流。
2.采用阻抗匹配音頻變壓器，進(jìn)行阻抗匹配，使作為高內(nèi)阻抗的電流源壓電陶瓷片輸出與低阻抗的耳機(jī)負(fù)載相匹配，提高音頻電流傳輸效率，使耳機(jī)獲得20mW電功率，產(chǎn)生出滿意的音量。
3.由阻抗匹配音頻變壓器初級線圈與電容器C1～C3等組成帶通濾波音色變換電路，由于其并聯(lián)諧振特性，能夠提高諧振電流的振幅，也是使耳機(jī)獲得滿意音量的原因之一。
此外，電路設(shè)計(jì)簡潔，一些元器件公用，并采用介質(zhì)損耗小的滌綸電容器，以便減少音頻電流輸出損耗。
本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)1.無源電二胡采用在通常演奏力度下輸出電壓可達(dá)300mV的壓電式琴弦振動傳感器，利用阻抗匹配器提高電能傳輸效率，并通過音色變換的并聯(lián)諧振回路，提高諧振電流的強(qiáng)度，使耳機(jī)獲得20mW電功率，驅(qū)動耳機(jī)發(fā)出清晰可辨的聲音，成為一種不需要電源供電的電二胡。
2.無源電二胡沒有放大電路和放大器，不用電源供電，具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，便于制造，攜帶使用、維修方便，有利于中小學(xué)音樂教學(xué)和民族樂器的普及。
3.無源電二胡具有靜音功能，練琴時(shí)幾乎不發(fā)出聲音，避免練琴者相互干擾或者打擾鄰人，適用于音樂電化教室器樂教學(xué)、家庭娛樂使用，也可用于專業(yè)演出使用。
4.無源電二胡具有音色變換功能，可以根據(jù)演奏者愛好或者樂曲表現(xiàn)需要，選擇所需明亮、圓潤和深沉音色，還可以產(chǎn)生模擬立體聲效果。
5.無源電二胡不使用交流電源或電池，安全和環(huán)保。
6.無源電二胡中壓電式琴弦振動傳感器、阻抗匹配器、音色變換器技術(shù)可用于胡琴類拉弦樂器，用在高胡、中胡、大胡和低胡上。
7.無源電二胡利用線路信號輸出可以進(jìn)行無聲的演奏電信號傳輸，老師進(jìn)行監(jiān)聽、互動交流、錄音和放音，特別適于中小學(xué)音樂電化教室使用。


圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖圖2為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖圖3為電路原理圖圖4為電路原理圖圖中減震膠墊1 壓電陶瓷片2 琴碼3 諧振腔4 琴托5 弦軸6 千斤7 琴弦8 琴桿9 琴弓10 琴筒11 音色變換開關(guān)旋鈕12附加耳機(jī)插口頭13 附加耳機(jī)14 壓電式琴弦振動傳感器引出隔離線15琴筒蒙皮16 琴弦固定螺絲17 隔板18 電路板19 電路板固定螺絲20 電容器21 阻抗匹配音頻變壓器22 音色變換開關(guān)23 耳機(jī)插口座24 琴筒花窗隔板25 連接導(dǎo)線26 琴筒裝飾圓筒2具體實(shí)施方式
實(shí)施例1如圖1、4所示，本實(shí)用新型由二胡琴體和無源電路兩部分組成。二胡琴體主要包括有琴桿9、弦軸6、琴弦5、千斤7、琴筒11、琴筒裝飾圓筒27、琴筒蒙皮16、琴托5、琴碼3和琴弓10組成。無源電路部分由壓電式琴弦振動傳感器BZ、阻抗匹配器、電路輸出組成。壓電式琴弦振動傳感器BZ由壓電陶瓷片2、諧振腔4、減震膠墊1和屏蔽引線組成。阻抗匹配器采用帶有初次級繞組的音頻變壓器B。壓電陶瓷片2固定在諧振腔4上，諧振腔4粘結(jié)在減震膠墊1上，使之與琴筒11不直接接觸，減震膠墊1粘結(jié)在琴筒11內(nèi)部固定的隔板18上，阻抗匹配音頻變壓器B以及連接的壓電式琴弦振動傳感器BZ引出隔離線和連接導(dǎo)線。
實(shí)施例2如圖1所示，本實(shí)用新型由二胡琴體和無源電路兩部分組成。二胡琴體主要包括有琴桿9、弦軸6、琴弦5、千斤7、琴筒11、琴筒裝飾圓筒27、琴筒蒙皮16、琴托5、琴碼3和琴弓10。如圖3所示，無源電路部分由壓電式琴弦振動傳感器BZ、阻抗匹配器、音色變換器、電路輸出和附加耳機(jī)組成。壓電式琴弦振動傳感器BZ由壓電陶瓷片2、諧振腔4、減震膠墊1和屏蔽引線組成。阻抗匹配器采用帶有初次級繞組的音頻變壓器B。音色變換器由阻抗匹配器的初級線圈和并聯(lián)電容器或至少2個(gè)電容器以及音色變換開關(guān)組成。此實(shí)施例并聯(lián)3個(gè)電容器C1、C2、C3，所述的連接導(dǎo)線接入耳機(jī)插口座CZ，音色變換開關(guān)為單刀三擲開關(guān)S。
在圖1中，蒙在琴筒上的琴筒蒙皮16已被揭去，可以看到無源電路部分元器件減震膠墊1、壓電陶瓷片2、諧振腔4以及音色變換開關(guān)旋鈕12和附加耳機(jī)14。
圖2為圖1的剖面圖，是無源電路元器件安裝示意圖。在圖2中，琴弦8經(jīng)過琴碼3后，其終端套在琴托5上的琴弦固定螺絲17上，當(dāng)琴弦被弦軸6拉緊后，琴碼3便被緊壓在琴筒蒙皮16上。琴筒蒙皮16下面緊挨著的是壓電陶瓷片2，因此在拉奏無源電二胡時(shí)，琴弦8的振動通過琴碼3和琴筒蒙皮16傳到壓電陶瓷片2上，引起壓電陶瓷片2的機(jī)械振動。壓電陶瓷片2固定在塑料諧振腔4上，由于諧振腔4是空心的，使固定在上面的壓電陶瓷片2的振動不受影響。諧振腔4粘結(jié)在柔性的減震膠墊1上，使之與與琴筒11不直接接觸，由于減震膠墊1對振動的吸收和阻斷作用，防止琴筒11發(fā)生共鳴作用，才有可能保持無源電二胡拉奏時(shí)的靜音功能。減震膠墊1粘結(jié)在琴筒11內(nèi)部固定的隔板18上，以防止減震膠墊1的滑脫。電路板19通過電路板固定螺絲20固定在隔板18上，板上有電容器21、阻抗匹配音頻變壓器22以及連接的壓電式琴弦振動傳感器引出隔離線15和連接導(dǎo)線26。連接導(dǎo)線26把電路板19與音色變換開關(guān)23、耳機(jī)插口座24連接起來。在圖2中，琴桿9下半截插在琴筒11的固定孔上，琴托5利用琴弦固定螺絲17擰固在琴筒11上面。琴筒裝飾圓筒27是琴筒11的延伸部分，琴筒花窗隔板25固定在琴筒裝飾圓筒27上。琴筒花窗隔板25上固定有音色變換開關(guān)23、耳機(jī)插口座24，音色變換開關(guān)旋鈕12固定在音色變換開關(guān)23的圓軸上，附加耳機(jī)14的附加耳機(jī)插口頭13插接在耳機(jī)插口座24上。耳機(jī)插口座24兼有線路信號輸出口的作用，必要時(shí)可以對輸出的線路信號進(jìn)行放大，連接擴(kuò)大器放音。
壓電式琴弦振動傳感器，即圖3中的壓電式琴弦振動傳感器BZ，由圖2中的壓電陶瓷片2、諧振腔4、減震膠墊1和壓電式琴弦振動傳感器引出隔離線15組成。壓電式琴弦振動傳感器BZ的功能是拾取琴弦8的機(jī)械振動，把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，產(chǎn)生出相應(yīng)的音頻電流變化，并得到一定的電功率能夠直接驅(qū)動耳機(jī)發(fā)聲。
阻抗匹配器由圖3中的阻抗匹配音頻變壓器B承擔(dān)，其初級線圈L1兩端與阻抗為10kΩ的壓電式琴弦振動傳感器BZ相連，其次級線圈L2為雙繞組，分別與阻抗為2×32Ω的附加耳機(jī)14的耳機(jī)插口座24相連。阻抗匹配器的作用是把高阻抗的壓電式琴弦振動傳感器BZ音頻電流輸出與低阻抗的附加耳機(jī)14負(fù)載相匹配，提高電流傳輸效率，使壓電式琴弦振動傳感器BZ輸出驅(qū)動耳機(jī)發(fā)聲的功率盡可能得到充分利用，使耳機(jī)得到20mW驅(qū)動功率，可以得到滿意的耳機(jī)放音音量。
音色變換器由圖3中的阻抗匹配音頻變壓器B初級線圈L1、電容器C1、C2、C3、單刀三擲開關(guān)S組成。當(dāng)單刀三擲開關(guān)S擲在觸點(diǎn)S1時(shí)，阻抗匹配音頻變壓器B初級線圈L1與電容器C1相并聯(lián)，組成并聯(lián)諧振，形成帶通濾波。由于電容器C1的電容量較小，并聯(lián)諧振頻率較高，因而濾波后的音色明亮。同理，當(dāng)單刀三擲開關(guān)S擲在觸點(diǎn)S2時(shí)，產(chǎn)生圓潤音色；當(dāng)單刀三擲開關(guān)S擲在觸點(diǎn)S3時(shí)，由于電容器C3電容量較大，生深沉音色。當(dāng)然，該音色變換器電路除與阻抗匹配音頻變壓器B初級線圈L1、電容器C1、C2、C3參數(shù)有關(guān)外，還與壓電式琴弦振動傳感器BZ輸出的容抗、匹配音頻變壓器B初次級線圈的反射阻抗有關(guān)。顯然，該音色濾波電路無需電源供電，是無源音色濾波電路。
輸出電路由圖3中的阻抗匹配音頻變壓器B雙繞組次級線圈L2、耳機(jī)插口座CZ和圖1中的附加耳機(jī)14的附加耳機(jī)插口頭13插在圖2中的耳機(jī)插口座24，也就是圖3中的耳機(jī)插口座CZ。耳機(jī)插口座CZ為立體聲耳機(jī)插座，其兩個(gè)觸點(diǎn)J1和J2分別與阻抗匹配音頻變壓器B雙繞組次級線圈L2兩端相連，其中心頭與耳機(jī)插口座24公用地端相連。當(dāng)外接立體聲附加耳機(jī)14時(shí)，由于左右耳機(jī)所獲得的音頻電流相位相反，可以得到模擬立體聲的效果，特別是通過耳機(jī)插口座24輸出的信號接到立體聲擴(kuò)音器時(shí)，由于左右兩只立體聲音箱放音相位相反，由于放音頻率不同聲波在空氣中產(chǎn)生疊加效果也不同，會產(chǎn)生音源定位飄渺不定，模擬出立體聲的效果。
本無源電二胡通過音色變換器中的單刀三擲開關(guān)S可以預(yù)制或變換音色，包括有明亮，圓潤和深沉三種二胡音色，再加上由于左右耳機(jī)所獲得的音頻電流相位相反，產(chǎn)生模擬立體聲的效果，可以改善傳統(tǒng)二胡音色單調(diào)和音響效果。
權(quán)利要求1.一種無源電二胡由二胡琴體和無源電路兩部分組成，其特征在于無源電路部分由壓電式琴弦振動傳感器、阻抗匹配器組成，壓電式琴弦振動傳感器由壓電陶瓷片、諧振腔、減震膠墊和屏蔽引線組成，阻抗匹配器采用帶有初次級繞組的音頻變壓器，壓電陶瓷片固定在諧振腔上，諧振腔粘結(jié)在減震膠墊上，使之與琴筒不直接接觸，減震膠墊粘結(jié)在琴筒內(nèi)部固定的隔板上，阻抗匹配音頻變壓器以及連接的壓電式琴弦振動傳感器引出隔離線和連接導(dǎo)線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無源電二胡，其特征在于無源電路部分有音色變換器，音色變換器由音頻變壓器初級線圈連接電容器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種無源電二胡，其特征在于無源電路部分有音色變換器，音色變換器由阻抗匹配器的初級線圈并聯(lián)至少2個(gè)電容器以及音色變換開關(guān)連接，阻抗匹配音頻變壓器的初級線圈兩端與壓電式琴弦振動傳感器相連，阻抗匹配音頻變壓器初級線圈與電容器相并聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種無源電二胡，其特征在于所述的連接導(dǎo)線與固定在琴筒上的耳機(jī)插口座連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種無源電二胡，其特征在于所述的連接導(dǎo)線與固定在琴筒上的耳機(jī)插口座連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種無源電二胡由二胡琴體和無源電路兩部分組成。有壓電式琴弦振動傳感器、阻抗匹配器、音色變換器和附加耳機(jī)，有壓電陶瓷片、諧振腔、減震膠墊和屏蔽引線，利用壓電式琴弦振動傳感器拾取琴弦的振動產(chǎn)生音頻電流；將琴弦的振動轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的音頻電流，產(chǎn)生直接驅(qū)動耳機(jī)發(fā)聲所需的電能，不再需要放大器及供電裝置，利用阻抗匹配器線圈和電容器并聯(lián)，兼有阻抗匹配和音色變換功能，推動耳機(jī)發(fā)聲可以得到滿意的音色，無源電二胡具有靜音功能，避免練琴者打擾鄰人，無源電路可用于胡琴類拉弦樂器，可以進(jìn)行無聲的演奏電信號傳輸，監(jiān)聽、互動交流，適用于音樂電化教室器樂教學(xué)、家庭娛樂使用，也可用于專業(yè)演出使用。
文檔編號G10H3/18GK2676351SQ20032013077
公開日2005年2月2日 申請日期2003年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月29日
發(fā)明者孫心若, 王文龍 申請人:孫心若, 王文龍