專利名稱：智能化鋼琴鍵盤質量檢測儀的制作方法
技術領域：
本實用新型是為鋼琴生產提供一種鍵盤質量的科學檢測手段，屬于樂器行業(yè)檢測儀器。
如何提高鋼琴的制作質量，特別是通過琴鍵表現出的主要性能，并用科學方法進行檢測是世界鋼琴界共同關注的課題。表示鋼琴質量有三項主要指標琴鍵載荷(用多大的力彈出聲音)、琴鍵音準(實際聲音基頻與理論頻率的差值)和琴鍵震奏漏擊(一秒鐘可連擊琴弦次數)。長期以來，國內外的檢測方法多是依靠操作人員和演奏家的主觀鑒定，雖然也有過一些客觀檢測方法，但不理想。如我國曾用一個一個加砝碼的辦法來觀察琴鍵下垂到位載荷大小，這種方法不僅有誤差，而且效率很低，只適宜偶然抽檢，不能普遍用在產品檢驗上。有些性能如震奏等還沒有辦法客觀檢測，只能靠耳朵聽，直接感覺，這種因人而異的辦法顯然是不能滿足工業(yè)生產要求的。
本實用新型的目的是利用微型計算機技術，為檢測鋼琴鍵盤琴鍵質量的三項指標提供一套儀器。
全套裝置如


圖1所示。〔1〕是測量頭，〔2〕是控制箱，〔3〕是電源，〔4〕是導軌，〔5〕是移動臺車架，〔6〕是鍵盤，〔7〕是微型計算機主機，〔8〕是顯示器，〔9〕是打印機。
測量頭有兩種一種是模擬手指測量頭(如
圖1)，一組12個，與控制箱上的按鈕一一相對應，一架鋼琴88個琴鍵可分幾次測出琴鍵載荷和琴鍵音準，圖2是單個測量頭剖視圖；另一種是震奏測量頭，圖3是其剖視圖，用來完成琴鍵震奏漏擊測試。為了能檢測鋼琴全部88個琴鍵，測量頭可沿軌道移動，每次移動距離可通過定位手柄確定，控制箱除完成檢測動作外，還具有完成信號接收、放大、轉換、測試功能選擇等功能，并具有穩(wěn)壓及過載保護的電源供電系統(tǒng)。數據采集處理系統(tǒng)是配有彩色顯示器、DP－100打印機的SUPER－Ⅱ級微型計算機主機，還配有DDSP－10通用信號處理系統(tǒng)，以及為鋼琴測試專門編制的信號譜及載荷分析軟件系統(tǒng)，經本系統(tǒng)處理后，可自動打印輸出。
檢測三種鋼琴琴鍵質量數據是通過以下原理來實現的(一).琴鍵載荷模擬手指測量頭如圖2所示。解剖圖標明有10力傳感器，11座板，12電磁線圈，13連接桿，14銜鐵，15支柱，16隔板，17拉簧，18支柱，19彈簧圈固定桿，20彈簧調節(jié)螺釘，21銜鐵接頭。
當按動開關時，模擬手指往下運動，受到琴鍵阻力作用，使力傳感器的壓力環(huán)發(fā)生變形，相應貼在壓力環(huán)內外側面成橋式連接的四個電阻片因變形而失去原來的平衡，輸出不平衡電壓信號，電壓信號與變形(即阻力)為線性關系，所以測量不平衡電壓值即可知琴鍵阻力。圖4表示出力傳感器產生信號的原理。圖5表示其中的測力放大電路，圖5為圖4的進一步公開。
傳感器的性能參數是量程＜10N(牛頓)，線性誤差＜1％，力傳感器輸出的信號僅2～3毫伏，必須經過放大后才能送計算機處理。輸入電信號是先由高性能的自動整零運算放大器F7650放大后，由雙運放器件LF353的一半作阻抗變換，經過低通濾波加到LF353的另一半放大后輸出。測力放大器的總放大倍數約1500倍左右(可調)，當測力傳感器受載荷10N時，放大器輸出5伏。A／D轉換選用PC－1216C型12位模數轉換板，它可把測力放大器送來的電壓(模擬量)信號轉換成數字量。然后進入數據處理系統(tǒng)，顯示并打印出各個琴鍵的載荷大小。
(二).琴鍵音準音準的檢測框圖如圖6所示。通過話筒把擊鍵一次產生的振蕩信號進行實時采集，經放大、濾波后送A／D轉換器，將轉換結果存儲于高速數據存儲器以便進行頻譜分析。為了得到鋼琴檢測所需要的音準，必須在信號的頻譜中查找到基頻f0′(實測基頻)，然后將f0′與該鍵理論值f0比較，進行對數運算，算出以音分為單位的偏差值，舴諧＝1200log2f0′／f0，最后打印輸出。
音頻信號通過話筒送入計算機，在CRT上還可看到88個鍵的音頻信號波形圖，以后可作為進一步辨認音質好壞的參考。目前主要還是檢測每個琴鍵的基頻。鋼琴88個鍵音域范圍甚廣，A2頻率為27.5HZ，C5為4186.0HZ，可以逐個進行檢測，一般都要求保證在±12音分誤差范圍內。
(三).琴鍵震奏漏擊震奏測量頭如圖3所示。解剖圖標明有22測量頭蓋，23緩沖墊，24銜鐵，25壓縮彈簧，26線圈骨架上擋板，27測量頭外殼，28線圈，29線圈骨架芯，30銜鐵接頭，31線圈骨架下擋板，32測量頭支架，33橡皮罩。
由震奏測量頭測出連擊的波形，震奏時的波形可以認為是一個調幅波，載頻部分是該琴弦的自振頻率，而包絡波是震奏波形。圖7是震奏計數電路圖。為檢測震奏擊弦次數就要測出震奏的包絡線波形數目，所以先要把信號放大，然后經D1、D2檢波，二段有源低通濾波，再放大后輸出。
震奏檢測的難點是低音區(qū)，如A2，其基頻f0＝27.5HZ，當震奏12次／秒時，兩音頻比不足1.5倍。為準確檢測，采用高性能低通濾波器，將琴音f0濾掉，使輸出信號只包含擊弦動作次數，再經脈沖整形電路送到二位顯示的計數器顯示實際擊弦次數，檢測出漏擊次數。測試范圍6～8次／秒。
總起來說，通過上述微型計算機技術與檢測儀器相結合，可以迅速而準確地完成鋼琴鍵盤上琴鍵三種功能的客觀測試，再也不是只用人的耳朵進行主觀鑒定，也不是在鍵盤上加砝碼等陳舊的檢測方法。這三項測試數據是表示鋼琴質量好壞的重要標志。這種檢測儀器不僅檢測精度高，范圍廣，而且自動化程度高，有很強的數據處理能力，可以直接顯示和自動打印輸出測試結果，從而滿足工業(yè)生產的需要。
下面再對附圖作進一步注明。
圖1鋼琴鍵盤質量檢測儀總圖圖2模擬手指測量頭解剖圖圖3震奏測量頭解剖圖圖4信號輸出至計算機接線圖圖5測力放大器電路圖圖6音準檢測框圖圖7震奏計數電路圖
權利要求1.一種檢測鋼琴鍵盤質量的儀器，包括測量頭[1]、控制箱[2]、電源[3]、導軌[4]、移動臺車架[5]、鍵盤[6]、微型計算機主機[7]顯示器[8]、打印機[9]，其特征是測量頭上裝有傳感器，輸入電信號進行計算機處理，并將結果打印出來。
2.如權利要求1所述的檢測儀其特征是測量頭有兩種，一種是模擬手指測量頭，一組12個，與琴鍵相對應，每個上面都裝有傳感器，輸出的信號用以檢驗每個琴鍵的載荷大小，同時，可加話筒收集聲音，分析基頻音準；另一種震奏測量頭，隨手指快速敲擊的次數，輸出信號測出每秒擊弦次數。
3.如權利要求1所述的檢測儀其特征是，模擬手指測量頭上的傳感器由4個電阻應變片組成橋式電路，由于受力變形而產生電壓信號，經過放大，送入計算機處理，測力范圍是0～10N(牛頓)。
4.如權利要求1所述的檢測儀其特征是，琴鍵測量擊弦時，用話筒收集音頻，通過計算機處理得到實際頻率值，與理論頻率相比較，求出誤差值，測量范圍為A2～C588個鍵，頻率范圍是27.5HZ～4186.0HZ。
5.如權利要求1所述的檢測儀其特征是，震奏測量頭根據計算機程序控制作頻率準確振動，連續(xù)擊鍵，檢測出漏擊次數，測量范圍是6～8次／秒。
專利摘要本實用新型是一種檢測鋼琴鍵盤質量的儀器。通過傳感器將琴鍵彈奏用力大小和聲音信號變成電信號，輸入微型計算機進行處理，測出琴鍵載荷、琴鍵音準和琴鍵震奏三項代表鋼琴質量的重要數據。它可以通過屏幕顯示，也可將結果自動打印出來，從而又快又好地客觀檢測出鋼琴質量。
文檔編號G10C9/00GK2050649SQ8920388
公開日1990年1月3日 申請日期1989年4月7日 優(yōu)先權日1989年4月7日
發(fā)明者曹祥康, 張英吉, 閻濱, 宋慧貞, 蔡菁, 劉學智 申請人:北京樂器研究所