專利名稱：用于弦樂器的靜電拾音的方法和裝置的制作方法
用于弦樂器的靜電拾音的方法和裝置本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域和工業(yè)應(yīng)用本發(fā)明涉及弦樂器及其制造的聲音的靜電拾音的方法和裝置。本發(fā)明使用便攜 式、可拆卸、操作安全、易于使用、低噪音的靜電拾音器來處理聲學(xué)弦樂器的獨(dú)特要求，靜電 拾音器捕獲樂器的音調(diào)，可與普通音樂音響系統(tǒng)一起使用，防止與現(xiàn)場環(huán)境中的空氣麥克 風(fēng)相關(guān)的聲反饋問題，且易于使用當(dāng)前的普通材料和操作規(guī)程來制造。本發(fā)明的背景本領(lǐng)域技術(shù)人員知道麥克風(fēng)和樂器的拾音器的發(fā)展的漫長歷史。但是沒有人完 全處理對聲學(xué)弦樂器例如吉他、洋琴、豎琴、奇特琴、大鍵琴、鋼琴以及其他弦樂器的獨(dú)特要 求。拾取樂器聲音的一個(gè)方法是通過使用麥克風(fēng)，例如置于樂器附近或內(nèi)部的空氣麥 克風(fēng)或固定到樂器上的接觸麥克風(fēng)。在使用麥克風(fēng)以放大聲學(xué)弦樂器中的困難，特別是在 現(xiàn)場舞臺(tái)布置中，很長時(shí)間以來就被本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到。在麥克風(fēng)選擇和相對于樂器 的放置中必須非常小心，以便如實(shí)地捕獲樂器的音調(diào)。另外，特別是對于現(xiàn)場表演，在放大 器調(diào)整中和在揚(yáng)聲器的放置中時(shí)必須特別小心，以便避免當(dāng)由揚(yáng)聲器產(chǎn)生的一些共振聲音 在一個(gè)或多個(gè)共振頻率處反饋回麥克風(fēng)時(shí)導(dǎo)致的聲反饋，每當(dāng)該聲音被麥克風(fēng)拾取并且在 其返回到揚(yáng)聲器的途中被再次放大時(shí)本身極大地增強(qiáng)，導(dǎo)致可能損壞設(shè)備且聽起來厭煩的 極為熟悉的反饋長尖叫聲。本領(lǐng)域技術(shù)人員很長時(shí)間以來已認(rèn)識(shí)到，用于振動(dòng)調(diào)諧音叉(例如，美國專利 1，906，985，May 2,1933, W. A. Marrison, Vibratory FrequencyStandard)以及用于弦樂 器的靜電拾音器例如在電吉他(例如美國專利2，175，325，OctlO, 1939, H. S. Sunshine, Magnetic Pick-Up Device for StringedMusical Instruments ；2,455, 575, Dec 7, 1948, C.L. Fender, et. al. , PickupUnit For Instruments ；2,573,254, Oct 30,1951, C.L.Fender, CombinationBridge and Pickup Assembly for String Instruments ； 2, 896,491, July 28,1959, S. E. Lover, Magnetic Pickup for Stringed Musical Instrument ；3，090，274，May21,1963，C. L. Fender, Electric Piano ；4，220，069，Sep 2， 1980, L. C. Fender, Electromagnetic Pickup For Stringed Musical Instruments)上的 當(dāng)前操作不捕獲樂器的全部音調(diào)。實(shí)際上，通常慣例是，電吉他具有位于橋和音柱板之間 的不同距離處的多組拾音器，以便捕獲變化的音調(diào)特征。通常由磁體和線圈組件組成的電 磁拾音器感測在其磁線圈附近的鐵金屬弦的振動(dòng)，磁線圈通常只圍繞總弦長的很小的一部 分。當(dāng)不同的電磁拾音器沿著振動(dòng)弦的長度都感測弦的基本振動(dòng)(或音符)時(shí)，每個(gè)拾音 器加重出現(xiàn)在弦上的那個(gè)點(diǎn)處的弦的諧振，使得每個(gè)拾音器沿著弦產(chǎn)生不同的、通常是截 然不同的音色或音調(diào)。電磁拾音器的使用使由鐵或鐵類合金(例如鎳或磷青銅)制成的弦 的使用成為必要，以使弦振動(dòng)能夠引起拾音器線圈中的電流，使電磁拾音器不適合于使用 非鐵弦例如銀或尼龍的聲學(xué)樂器。電磁拾音器的可選方案是壓電元件，其通常嵌入到橋組件中且與樂器弦相接 觸(例如，2，222，057， Nov 19，1940， Hugo Benioff， Stringed MusicalInstrument ；
36, 078, 006,June 20,2000, H. Raisaen,et. al. ,Stringed MusicalInstrument Transducer and Procedure for Its Fabrication ；6,515,214, Feb 4,2003, Yojiro Takabayashi, Pickup Unit Incorporated in Stringed Instrument forConverting Vibrations of String to Electric Signal in Good Fidelity)。盡管單個(gè)壓電元件可用在樂器之上、之 內(nèi)或附近，例如接觸拾音器、尾部拾音器或橋拾音器，通常做法是當(dāng)每個(gè)弦穿過橋組件時(shí)在 每個(gè)弦下方使用一個(gè)(或多個(gè))壓電元件。一般地，這種布置是優(yōu)選的，以便更好地捕獲樂 器的音調(diào)。由于弦、壓電元件和樂器橋的復(fù)雜關(guān)系，壓電元件通常在制造的時(shí)候被嵌入樂器 內(nèi)。壓電元件的電輸出被組合以由放大器使用。 電磁拾音器的另一可選方案是具有簧風(fēng)琴的漫長歷史的靜電拾音器(例如，GB 434, 421, Aug 27,1935, Α. H. Midgley, Apparatus for ProducingSounds of a Musical Character ；2，015，014,Sept 17,1935,F. A. Hoschke,Musical Instrument ；2，318，936,May 11，1943，R. C. Fisher,MultifrequencyOscillator ；2，462，531，F(xiàn)eb 22，1949，B. Minshall, Musical VibrationTranslating Unit ；2,542,611, Feb 20,1951, V. I. Zuck, Pickup for ElectricOrgans ；2,911, 870, Nov 10,1959, H. G. Bauer, Organ Reed SupportAssembly)、 帶有轉(zhuǎn)盤的風(fēng)琴(例如，1,785，915，Dec 23，1930，F(xiàn). Μ. Robb, Sound Reproducing Instrument ；BE 451，466,Aug 31，1943,N. V. Philips,Gloeilampenfabrieken ；1，996，669， April 2,1935, L. E.A. Bourn, ElectricalMusical Instrument ；2, 001, 708, May 21,1935， W. F. Curtis,Production ofMusic ；GB 454, 783,Oct 6,1936,A.H.Midgley,Apparatus for ProducingSounds of a Musical Character ；2,176,525, Oct 6,1936, F. A. Firestone, Electrical Musical Instrument ；2,214,764, Sept 17,1940, L. Hammond, Electrical Musical Instrument ；2,770,995, Nov 20,1956, G. R. Stibitz, WaveForm Generator ； 2,921,494, Sept 13,1960, D.J.Leslie, Electrostatic MusicalTone Generator System ；2,952, 179, Sept 13，1960, C. W. Andersen, ElectronicPiano ；ES 291/473, Nov 16,1963, J.A. Dereux, Dispositif de Silence pourOrgue Electro-Statique ； 3,621，106，Nov 16,1971, J. M. Irastorzo, ElectronicTone Generator ；FR 2，187，170， Jan 11,1974, Rameau(SA), Piano Electronique ；3,259,683, July 5,1966, D.J. Tomcik, Electric Organ)、帶有振動(dòng)棒、桿或弦的鋼琴(例如1，915，859，June 27，1933， B.F.Miessner, et. al. , Method andApparatus for the Production of Music ； 1，952，630，March 27，1934，N. A. Palmgren, Musical Instrument ；2，986，963， June 6, 1961, Ε. M. Jones, Electropiano ；3,139,476, June 30,1964, 0.J.Alvarez, Elecrical Musical StringInstrument ；3,334,174, Aug 1,1967, T.Shiga, et.al., Electronic Musical Instrument)、鐘琴(例如，2，261，346，Nov 4，1941，G. W. Demuth, ElectricCarillon；2, 284, 911, June 2,1941, L. A. Maas, MusicalInstrument ；2,582, 441, Jan 15,1952, J. Τ. Kunz, Electric Bell Tone Generator Mechanism)、手風(fēng)琴(例如， 2，368，842，F(xiàn)eb6,1945，Y. K. Kealoha, Musical Instrument)、音樂盒(例如，2，018，924，Oct 29,1935, R. H. Ranger, Apparatus for ProducingMusical Tones)、口琴(例如，3，322，875， May 30,1967, J. B. Roll, et. al. ， Harmonica Electronic Amplification) 部麥克風(fēng)(例如，2，228，881，Jan 14，1941，Μ. F. Le Clair, Music Producing Apparatus ； 4，230，013，March 21，1979，F(xiàn). L. ffellings, Electro-Acoustic Transducer ；4，495，641，Julyll, 1983, R. Vernino,Microphone Pickup for Musical Instruments ;4，995，293，F(xiàn)eb 26，1991，P· N· Anderson，Acoustic Instrument with Internally PositionedMicrophone Means for Receiving Acoustical Vibrations)、以及留聲機(jī)拾音器(例如，GB 524，619， Aug 12，1940， Steatit-Magnesia AG， Improvements in andRelating to Electrostatic Recorders and Pick-Ups ；2,623,996,Dec 30,1952,J. W. Gray,Capacity Motion Respons ive Device)。但是，靜電拾音器的發(fā)展在很大程度上忽略了對聲學(xué)弦樂器的獨(dú)特要求并在 最近幾年得到很少的注意。在1949年，Julius W. Gebhardt (在紐約的Poukeespie附近；現(xiàn)已故；個(gè)人通信) 使用聲學(xué)弦樂器的靜電拾音器做實(shí)驗(yàn)?；谒趯υ阡撉俸突娠L(fēng)琴中的電容式拾音器的一 些前面提到的早期專利時(shí)的讀物，他發(fā)明了克服很多前述限制的新穎的方法。不是使用簧 片或轉(zhuǎn)盤，Gebhardt使用一個(gè)或多個(gè)樂器弦作為電容式靜電拾音器的一側(cè)并使用帶電的金 屬板作為另一側(cè)來做實(shí)驗(yàn)。他使用來自通?？捎迷谡婵展芊糯笃髦械母唠妷褐绷麟娫吹碾?以240伏直流電(DC)對金屬板充電，隔DC電容器恢復(fù)由弦振動(dòng)產(chǎn)生的信號。在隨后的幾 年期間，他將他的系統(tǒng)安裝到音樂會(huì)奇特琴上用于自己使用，而沒有對他的拾音系統(tǒng)申請 專利。Gebhardt先生安裝他的拾音器的音樂會(huì)奇特琴具有5個(gè)音柱板弦和30個(gè)或更多 個(gè)伴奏弦，每組弦下方有一個(gè)拾音板；兩個(gè)拾音板都連接到帶有拉線釘和螺釘?shù)臉菲魃?。?了防止與板的不需要的接觸，護(hù)板被置于音柱板拾音板和弦的上方；伴奏弦的拾音板被置 于遠(yuǎn)離被撥弦的區(qū)域的弦的下方。音柱板弦上方的護(hù)板限制了可使用撥片的區(qū)域，稍微改 變演奏者手的位置。盡管有護(hù)板和覆蓋板的涂料，演奏者手指或撥片與拾音板的偶然的意外接觸將 給演奏者帶來不愉快的電擊(類似于在低濕度冬季天氣期間在地毯上行走之后接觸門把 手)。另外，突然失控的靜電放電在隔DC電容器的輸出信號上產(chǎn)生突然的強(qiáng)烈噼啪聲噪音， 將可能破壞性的噪音脈沖發(fā)送到所連接的設(shè)備和揚(yáng)聲器，聽者將其感受為大聲的、尖銳的 劈啪聲噪音。弦樂器的靜電電容式拾音器的現(xiàn)有技術(shù)包括Gebhardt的實(shí)施方式有兩個(gè)其他問 題。第一，用穿透樂器的主體或結(jié)構(gòu)的至少三個(gè)螺釘安裝連接每個(gè)板所需的拾音板。嵌入 樂器的主體內(nèi)的螺釘?shù)那秩胄再|(zhì)以及金屬板的剛性連接提供了改變它們所連接到的聲學(xué) 樂器的音調(diào)屬性的不同的可能性。在至少一種情況下，一些演奏者感覺到在伴奏弦下方的 奇特琴上的長拾音板物理地消弱樂器的聲音，減弱其音調(diào)。拾音板安裝的永久特性使得其 移除很難，阻礙樂器的未被損害的使用，而不管演奏者決定使用拾音器還是不使用拾音器。另一個(gè)問題是對拾音板的高電壓電荷的需要，通常超過240伏DC。Gebhardt使用 到真空管放大器的板電源的導(dǎo)線。雖然簡單且有效，它需要管放大器和合格的服務(wù)人員對 放大器的更改。為了與未更改的放大器一起的便攜使用，特別對便攜式管無線電裝置制造 的240伏電池可被使用。但是當(dāng)晶體管無線電裝置變得普遍時(shí)，便攜式管無線電裝置及其 高電壓電池變得較難得到，最終變得過時(shí)。下文中描述的本發(fā)明目的在于改進(jìn)弦樂器的靜電拾音系統(tǒng)的如上所述由 Gebhardt例示的現(xiàn)有技術(shù)；具體地，本發(fā)明操作安全，防止對演奏者和所連接的電子設(shè)備 的電擊危險(xiǎn)，允許拾音組件在沒有對樂器的侵入性改變的情況下容易被連接和移除，阻擋雜散電嗡嗡聲和噪音，從小的便攜式電池供電的或插入式電源操作，可與現(xiàn)有的音樂聲音 系統(tǒng)一起使用，捕獲樂器的音調(diào)，且易于使用普通材料和操作規(guī)程制造。發(fā)明概述本發(fā)明涉及用于弦樂器的靜電拾音系統(tǒng)，克服了用于弦樂器的前述拾音方法的限 制并改進(jìn)了用于弦樂器的靜電拾音器的現(xiàn)有技術(shù)。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，靜電拾音系統(tǒng)(i)防止在拾音組件被演奏者手指、撥片、琴撥、音錘、琴弓或其他物體意外地接觸 時(shí)的突然的靜電放電；(ii)通過使用內(nèi)部接地板屏蔽不期望有的電噪音；(iii)避免機(jī)械侵入式拾音器安裝機(jī)構(gòu)，因此不需要對樂器的更改，從而保護(hù)了樂 器的聲學(xué)特性且還便于拾音器的連接和從樂器的移除；但是如果需要，尤其是對于嵌入式 拾音器，不排除永久性連接。(iv)捕獲通過使用非侵入式拾音器支架而增強(qiáng)的聲學(xué)弦樂器的音調(diào)；(ν)可與傳統(tǒng)電樂器例如電吉他上的電磁拾音器一起使用或取代該電磁拾音器；(vi)由普通電池或普通家庭電源供電，而不需要改變?nèi)魏芜B接的附屬電子設(shè)備例 如放大器；(vii)容易使用可用的零件且可用通常做法被構(gòu)造。這些優(yōu)點(diǎn)是除了在Gebhardt的用于弦樂器的靜電拾音器的現(xiàn)有技術(shù)中所體現(xiàn)的 優(yōu)點(diǎn)之外的優(yōu)點(diǎn)，包括(i)與以傳統(tǒng)材料制造的弦一起使用，包括鐵和非鐵金屬，例如，鋼、黃銅、銀、尼 龍、腸線等；(ii)將多個(gè)弦例如一組高音弦、低音弦、音柱板弦或伴奏弦組合在一起；(iii)提供一個(gè)或多個(gè)電信號輸出；(iv)捕獲弦樂器的音調(diào)；本發(fā)明的靜電拾音器使用置于樂器的弦附近的金屬板。板形成電容器的一側(cè)且 弦作為電容器的另一側(cè)起作用。見上面的引用，靜電拾音器的現(xiàn)有技術(shù)的絕大部分除了 Gebhardt實(shí)施方式外，依靠振動(dòng)的簧片、棒或桿或轉(zhuǎn)盤作為音調(diào)發(fā)生器，而在Gebhardt實(shí) 施方式上構(gòu)造的本發(fā)明使用現(xiàn)有聲學(xué)樂器的振動(dòng)弦作為音調(diào)源。在本發(fā)明的靜電拾音器中，在拾音板上放置并維持電勢電荷。弦維持在地電勢處， 使得它們可被演奏者(或其他機(jī)械裝置)撥動(dòng)并可例如通過將手指放在音柱板或指板上方 的弦上而被停止(縮短)。當(dāng)一個(gè)或多個(gè)弦振動(dòng)時(shí)，由板和弦形成的電容器的兩側(cè)之間的距 離改變，依照電容的公知原理產(chǎn)生板的電勢的改變(對于更多內(nèi)容見以下關(guān)于弦樂器的靜 電拾音器的操作的電子理論)。連接到拾音板的耦合電容器阻擋板上的直流電荷但傳遞由 弦振動(dòng)產(chǎn)生的交流信號。因而得到的電信號可接著被傳遞到放大器以用于使用。本發(fā)明的靜電拾音組件的革新是第二板，該第二板置于拾音板遠(yuǎn)離弦的一側(cè)的后 面的拾音組件內(nèi)部。這個(gè)第二板處于地電勢且從任何雜散電場屏蔽拾音板的背部，包括可 由充當(dāng)天線的演奏者身體感受到的任何電場。也處于地電勢的弦屏蔽拾音板的前側(cè)或弦 側(cè)。這種布置將拾音板置于接地的弦和接地的背板之間。這在電嘈雜環(huán)境中消除不需要的 嗡嗡聲和噪音時(shí)是很有效的，所述電嘈雜環(huán)境例如是在電子數(shù)字設(shè)備如電子鍵盤、電樂器、 音頻設(shè)備、個(gè)人計(jì)算機(jī)、顯示器、打印機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、電源等的附近。另外，所有的導(dǎo)線和連接器是電屏蔽的，這是樂器拾音器的通常慣例。另一個(gè)革新是被具有高介電常數(shù)的材料例如木材或塑料包圍并分離的拾音器和 接地板。介電覆蓋層必須足夠厚以當(dāng)演奏者或物體以任何方式意外地或有意地接觸拾音板 組件時(shí)防止突然的靜電放電。由于演奏者接觸未被保護(hù)的拾音板而導(dǎo)致的任何突然失控的 放電可能給演奏者帶來不愉快的電擊(類似于在低濕度冬季天氣期間在地毯上行走之后 接觸門把手)。另外，失控的靜電放電可對耦合電容器的輸出信號強(qiáng)加不需要的噼啪聲噪 音，將可能破壞性的噪音信號發(fā)送到所連接的音頻設(shè)備和揚(yáng)聲器，噪音信號可能是聽起來 最不愉快的。如果拾音板被接觸，簡單地油漆拾音板不足以停止噼啪聲噪音；但是，用一薄 層適當(dāng)?shù)慕殡姴牧习鼑迨怯行铱煽康念A(yù)防方法。介電覆蓋層增加在拾音板和弦之間的 總有效氣隙(與材料的介電常數(shù)和厚度成比例)，這可有助于減小相對于拾音板的弦高度 中的任何變化。類似地，在拾音板和背部上的接地板之間的高介電材料等效于在拾音板和 接地板之間的大得多的氣隙，這可大大地減小在拾音板上由振動(dòng)弦產(chǎn)生的信號的衰減。一個(gè)靜電拾音組件可與一個(gè)或多個(gè)弦一起使用，且一個(gè)或多個(gè)拾音組件可被電連 接，因此弦樂器可具有多于一個(gè)的拾音器。一個(gè)優(yōu)選的布置是對高音板弦或音柱板弦使用 一個(gè)拾音器，并對伴奏弦或低音弦使用第二拾音器。從每個(gè)拾音組件的耦合電容器輸出的 信號可被發(fā)送到其自己的放大器，用于單獨(dú)控制和放大。根據(jù)樂器上的弦的結(jié)構(gòu)，對于多于 一個(gè)的拾音板使用單個(gè)背向接地板可能是可能的。對于靜電拾音器的另一個(gè)布置模仿電吉 他上的多個(gè)拾音器的放置，以強(qiáng)調(diào)在弦上的不同位置處的不同的音調(diào)特征。但是，通過使用 寬板(通常在自由弦長的5%到10%的范圍內(nèi))，來自弦的較寬部分的振動(dòng)可被獲得，保證 了對輸出信號中的較寬范圍的弦諧音的捕獲。因此對于聲學(xué)弦樂器，樂器的聲調(diào)可被每個(gè) 期望組的弦的寬靜電拾音板捕獲。靜電拾音組件安裝在弦的附近，僅僅足夠遠(yuǎn)以避免與振 動(dòng)弦接觸，通常在3到10個(gè)弦直徑的范圍內(nèi)。本發(fā)明中所描述的用于弦樂器的靜電拾音組件的優(yōu)選實(shí)施方式的另一革新集中 在它們的使用和安裝機(jī)構(gòu)上；靜電拾音器可被用在樂器上而不需要對樂器的任何結(jié)構(gòu)更 改。靜電拾音器可擱在具有軟保護(hù)腳的樂器上，并使用軟泡沫配件、加襯墊的托架、軟帶或 彈性帶等保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。尤其是對于聲學(xué)弦樂器，使用拾音器而不物理地改變樂器的 能力保護(hù)樂器的有價(jià)值和獨(dú)特的聲學(xué)特性和特征；另外，樂器可按需要在有拾音器或沒有 拾音器的情況下被演奏。也就是說，拾音板可置于樂器上而不需要對樂器的任何物理的或 結(jié)構(gòu)的改變，因此樂器的聲學(xué)質(zhì)量保持不變。不需要侵入性的孔、螺栓、螺釘、釘子、托架、配 件、連接物、膠水等。如在以下的例子中所討論的，本發(fā)明的用于靜電拾音器的安裝方法相當(dāng)靈活。對 于演奏者撥弦的樂器例如吉他、曼陀林琴、洋琴和奇特琴，拾音組件可安裝在弦的下方，即， 在被撥的弦的一側(cè)的下方；在吉他上，拾音器可越過音孔安裝且可通過音孔的邊緣保持在 適當(dāng)?shù)奈恢茫辉趦蓚?cè)上的弦都被撥的豎琴上，拾音器可遠(yuǎn)離演奏者手指、在弦的振動(dòng)部分的 一端附近安裝；在鍵激活弦振動(dòng)的大鍵琴、古鋼琴或鋼琴上，拾音器可安裝在弦的下方(理 想地對于嵌入式拾音器)或弦的上方(理想地對于便攜式可移動(dòng)的拾音器)。樂器的聲音和振動(dòng)弦的物理性質(zhì)對本發(fā)明中所描述的靜電拾音器的心理聲學(xué)響 應(yīng)度積極地起作用。這個(gè)效果在以下的事件鏈中被描述(i)低音高音符需要較重的、較大直徑的弦；
(ii)與具有較高頻率的較細(xì)的弦比較，較大直徑的振動(dòng)弦在板_弦電容器的一側(cè) 有效地在拾音器板上產(chǎn)生較大的信號；(iii)尤其在較低的聽力水平，人的聽力和揚(yáng)聲器都需要增加的低音放大，以便低 音高(音符)相對于較高的音高在不變的平穩(wěn)頻率響應(yīng)處被感覺到(因此是音頻設(shè)備中的 低音放大或響度控制的通常慣例)在用于弦樂器的靜電拾音器中，基于控制樂器的聲學(xué)特征的振動(dòng)弦的物理特性， 低音放大固有地由較大直徑的低音弦提供。另外，弦的末端與樂器結(jié)構(gòu)和主體的緊密接觸 以及樂器和弦的空中聲學(xué)耦合保證弦諧音音調(diào)被發(fā)送到樂器以及由樂器增強(qiáng)(或減弱)的 諧音又反饋給弦，增強(qiáng)(或減弱)不同的弦力度強(qiáng)弱，這有助于由靜電拾音器獲得的音調(diào)。弦樂器的靜電拾音器的操作的電理論精密地類似于電容式麥克風(fēng)的電原理(見 美國專利 1，758, 777，F(xiàn)rederick C. Barton, May 13，1930，CondenserMicrophone)，其也被 稱為電容器麥克風(fēng)。根據(jù)操作原理，電容式麥克風(fēng)的振動(dòng)隔膜在用于弦樂器的靜電拾音器 的設(shè)計(jì)中被振動(dòng)弦替換。在這兩種情況下，操作原理由公知的電容方程規(guī)定Q = OV其中Q是以庫倫為單位測量的電荷，C是以法拉為單位的電容，而V是在板間的以 伏特為單位的電勢。對于給定的被保持在恒定電荷處的一組板，板電容與板間的距離成反 比地變化。將板間的距離減半因而使電容加倍，而使板間的距離加倍使電容減半。當(dāng)板間 的距離改變時(shí)，板上的電荷保持幾乎不變，但是板間的有效電壓與板的移動(dòng)成比例地改變。 對于弦樂器的靜電拾音器，振動(dòng)弦形成電容的移動(dòng)的振動(dòng)側(cè)。對上述電容式麥克風(fēng)的變形是較新的駐極體麥克風(fēng)，其也被稱為駐極體電容式麥 克風(fēng)(美國專利號 3，118，022，G. M. Sessler 和 J. E. West, Jan 14，1964，Electroacoustic Transducer)，其還可被用作接觸麥克風(fēng)(例如，6，689，948，F(xiàn)eb 8，2004，H. Ε. Raisanen， Transducer and Method for Forming aTransducer ；6, 852, 402, Feb 8,2005, Kirjavainen, et. al. , Dielectric CellularElectret Film and Procedure for Its Manufacture)。駐極體麥克風(fēng)包含由薄聚合物膜組成的隔膜，在極接近于金屬板的一側(cè)上 被給予永久性電荷，形成永久充電的電容器。隔膜移動(dòng)在隔膜和板之間產(chǎn)生小的電信號；通 常，嵌入式前置放大器例如低功率FET在小的電信號被饋送到放大器之前放大該小的電信 號。因?yàn)榫酆衔锬ど系碾姾墒怯谰眯缘?，不需要將任何電壓電荷提供到駐極體麥克風(fēng)的電 容器的一側(cè)。但是，對任何嵌入式前置放大器都需要一些電功率。附圖的簡要說明通過以下的如

圖1、2和3中示出的依照本發(fā)明的用于弦樂器的靜電拾音器的裝置 的優(yōu)選實(shí)施方式的示例性描述，本發(fā)明的主要特點(diǎn)將變得更明顯且變得更易于理解。圖1是本發(fā)明的靜電拾音組件的三維圖示，其不按比例示出了靜電拾音組件的內(nèi) 部部件。圖2提供了本發(fā)明的靜電拾音系統(tǒng)的電子原理圖的優(yōu)選實(shí)施方式；該原理圖包括 以A到B到C的順序連接的三個(gè)部分。圖2A :9VDC電源是可由普通9伏電池(或較長持續(xù)時(shí)間的6AA電池的電池組)或 由帶有9伏直流輸出的普通插入式壁式變壓器供電的電源部分的低電壓部分。圖2B :9VDC到400VDC變換器由圖2A的低電壓電源的輸出在左側(cè)供電；電流將
89VDC提高到400VDC以用于輸出。圖2B中的LED 2指示高電壓何時(shí)存在。圖2C 靜電拾音器電路連接到圖2B的高電壓輸出的左側(cè)。圖2C示出了靜電拾音 組件的拾音板和接地板如何連接到高電壓電源以及由振動(dòng)弦產(chǎn)生的交流輸出信號如何從 拾音板獲得并饋送到放大器以用于后續(xù)使用。圖3 帶有公共接地板的兩個(gè)靜電拾音板示出了拾音組件，該拾音組件包含使用 公共組件中的一個(gè)單個(gè)接地板工作的兩個(gè)拾音板。該圖示顯示連接到立體聲輸出插孔的兩 個(gè)信號引線的兩個(gè)拾音板，接地板連接到插孔的接地引腳；接地引腳還連接到接地線，接地 線夾到弦的電橋標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線以為弦提供靜電接地。如所示出的，一個(gè)拾音板收集來自樂器的 音柱板弦的信號，而另一拾音板收集來自伴奏弦的信號。每個(gè)拾音板連接到其自己的靜電 拾音器電路(圖2C)，其可連接到由單個(gè)低電壓電源(圖2A)驅(qū)動(dòng)的公共高電壓電源(圖 2B)。優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述參考附圖，其中數(shù)字指所示出的元件，且電子部件使用帶有被規(guī)定的部件值的標(biāo) 準(zhǔn)電子符號被描述。所有電阻值都以歐姆為單位。圖1示出了由數(shù)字2指示的靜電拾音組件。該圖示并不按比例，但示出了各種部件 的相對位置。拾音組件2的外表面由高介電材料例如木材或塑料組成。拾音器被置于串聯(lián) 在橋1之上的一個(gè)或多個(gè)樂器弦3的附近。在這個(gè)圖示中橋1合并接觸弦3的金屬導(dǎo)線， 其用于保持弦處于靜電地電勢。在實(shí)踐中，其它裝置也可用于提供與地進(jìn)行電接觸的弦。 在拾音組件2的內(nèi)部有兩個(gè)金屬板，拾音板4和接地板6，其被具有高介電常數(shù)的金屬5分 開。導(dǎo)線9向拾音板4提供高電壓DC電荷；另一條導(dǎo)線8連接接地板6。在拾音組件2的 末端有擱在樂器上的軟腳或防撞墊7。圖2在三個(gè)部分中示出了低電壓電源(圖2A)、高電壓電源(圖2B)以及靜電拾音 器電路(圖2C)。部件值對優(yōu)選的實(shí)施方式示出。圖2A示出了低電壓電源可從普通的9伏電池或帶有9伏直流輸出的普通插入式 (對于標(biāo)準(zhǔn)家庭電源插座)壁式變壓器供應(yīng)?？捎杀谑诫娫吹牡碗妷哼B接器的插入啟動(dòng)的 開關(guān)Sl確定電池或壁式電源是否在使用中。開關(guān)2作為接通/關(guān)斷電源開關(guān)起作用。四 個(gè)二極管的橋避免電池或壁式電源的反極性連接。電容器和50歐姆電阻器過濾直流電流 并提供限流，而9伏齊納二極管提供電壓調(diào)節(jié)。由IK歐姆限流電阻器保護(hù)的LED 1指示低 電壓電源的存在。圖2B示出了將圖2A的9VDC提高到400VDC以用在圖3C中的電路中的變換器，其 連接到靜電拾音組件。在圖2B中，555集成電路定時(shí)器芯片被設(shè)置成通過IOK歐姆和IK歐 姆定時(shí)電阻器和2200皮法定時(shí)電容器在大約30KHz處運(yùn)行。超聲波頻率的使用有助于避 免可聽得到的噪音。555定時(shí)器的輸出被饋送到OFET晶體管，其通過限流3歐姆電阻器為 470毫亨電感器充電。每當(dāng)555定時(shí)器輸出降到零時(shí)電感器放電；電感器的迅速衰減的磁 場產(chǎn)生由1000伏1安培快速恢復(fù)二極管整流、由1000伏0. 05微法電容器過濾的高電壓尖 峰信號。100K歐姆電阻器將電流限制到調(diào)整輸出電壓的400伏齊納二極管。由限流2. 2兆 歐姆電阻器保護(hù)的LED 2指示高電壓輸出的存在。圖2C示出了圖2B的高電壓輸出如何連接到由拾音板和接地板組成的靜電拾音組 件。圖2C還示出了信號如何脫離拾音板并被饋送到放大器(未示出)以用于后續(xù)使用。在圖2C中高電壓輸入用于通過5兆歐姆電阻器給1. 0微法存儲(chǔ)電容器充電。20兆歐姆電阻 器從存儲(chǔ)電容器移動(dòng)以為拾音板充電并保持拾音板電荷恒定。0. 05微法1000伏電容器阻 擋直流電，同時(shí)傳遞由振動(dòng)弦在拾音板上產(chǎn)生的交流信號；因而得到的信號可接著被傳遞 到放大器上以用于后續(xù)使用。注意，圖2A、圖2B和圖2C還共享公共地線，該地線連接到靜電拾音組件中的接地 板并連接到接收輸出信號的放大器的地線。圖3示出了在公共接地板33上方具有兩個(gè)拾音板32和42的靜電拾音組件31。 實(shí)際上，單個(gè)接地板可按需要與多個(gè)拾音板一起使用。多個(gè)拾音板還可能電連接到一起并 共享一個(gè)或多個(gè)電連接的接地板。盡管圖3中的兩個(gè)拾音板32和42在一個(gè)組件31中，它 們可由導(dǎo)線40和41獨(dú)立地連接到輸出插孔39的各個(gè)接觸點(diǎn)以提供兩個(gè)輸出信號，例如用 于立體聲輸出。一個(gè)拾音板42位于一個(gè)通道的高音或音柱板43弦36下方，而另一拾音板 32位于另一通道的剩余的弦35包括低音弦的下方。每個(gè)拾音板連接其自己的靜電拾音器 電路，以便將其自己的信號傳遞到其自己的放大器通道。輸出連接器39的接地環(huán)通過導(dǎo)線 38連接到接地板33并通過導(dǎo)線和夾37連接到電橋標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線34。接地板33通過高介電材 料例如木材或塑料與拾音板32和42分離開。整個(gè)靜電拾音組件31被高介電材料例如木 材或塑料包住或覆蓋。盡管對于本發(fā)明顯示并描述了優(yōu)選實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可在其中 作出形式和細(xì)節(jié)上的各種修改而不偏離本發(fā)明的范圍和精神。因此，對優(yōu)選的實(shí)施方式的 修改對本領(lǐng)域技術(shù)人員將是容易明顯的，且此處所限定的一般原理可被應(yīng)用到其他實(shí)施方 式、樂器或應(yīng)用中而不偏離本發(fā)明的范圍和精神。
權(quán)利要求
一種用于弦樂器的靜電拾音器，包括(i)拾音組件，其具有(a)包住其他拾音部件包括拾音板和接地板的介電材料；(b)金屬拾音板，其位于樂器的弦附近；(c)金屬接地板，其位于所述金屬拾音板遠(yuǎn)離所述弦的一側(cè)的后面，使得所述拾音板位于所述弦和所述接地板之間；(d)高介電材料，其分離拾音板和接地板；(e)導(dǎo)線，其連接到所述板和電連接器；以及(g)軟保護(hù)腳和/或其他配件，其用于非侵入性(臨時(shí)的)連接或永久(可能是侵入性的)連接；(ii)電子組件，其具有(a)電池電源或適當(dāng)?shù)木€路供電電池消除器，其帶有可選的保護(hù)和過濾；(b)將低電壓提高到低電流過濾的高電壓的裝置；以及(c)電路，其將高電壓施加到拾音板并隔離由振動(dòng)弦產(chǎn)生的交流信號用于連接到放大器或其他電子設(shè)備；(iii)被屏蔽的導(dǎo)線連接的拾音組件、靜電拾音器電路以及放大器或其他電子設(shè)備。
2.如權(quán)利要求1所述的用于弦樂器的靜電拾音系統(tǒng)，其中包住拾音組件的所述介電材 料足以在被任何接地物體例如演奏者的手指、撥片、琴撥、音錘、琴弓或其他物體接觸時(shí)防 止靜電放電。
3.如權(quán)利要求1所述的用于弦樂器的靜電拾音系統(tǒng)，其中所述拾音組件包含位于遠(yuǎn)離 所述弦的所述拾音板后面的接地板，將所述拾音板置于所述接地弦和所述接地板之間，從 而將所述拾音板從雜散電場屏蔽，減少嗡嗡聲和噪音。
4.如權(quán)利要求1所述的用于弦樂器的靜電拾音系統(tǒng)，其中所述拾音板和接地板被高介 電材料分離以最小化前述板之間的電容耦合，從而最小化所述接地板對由振動(dòng)弦產(chǎn)生的所 述信號的任何阻尼效應(yīng)。
5.如權(quán)利要求1所述的用于弦樂器的靜電拾音系統(tǒng)，其中所述拾音組件能夠容易以非 侵入的方式被連接而不需要螺釘、螺栓、膠水或嵌入所述樂器中的配件，從而保護(hù)所述樂器 的聲學(xué)特性且不損壞所述樂器；但是這不排除所述拾音器使用螺釘、螺栓、膠水或配件的連 接，如果這么需要，例如作為樂器的嵌入式靜電拾音器。
6.如權(quán)利要求1所述的用于弦樂器的靜電拾音系統(tǒng)，其中所述靜電拾音器電路和拾音 板的操作所需的所述低電流過濾的高電壓通過提高低電壓電池功率或適當(dāng)?shù)木€路供電設(shè) 備來提供，從而使得所述靜電拾音器系統(tǒng)是獨(dú)立的，而不依賴于外部高電壓電源。
7.如權(quán)利要求1所述的用于弦樂器的靜電拾音系統(tǒng)，其中所述拾音系統(tǒng)能夠被連接到 現(xiàn)有聲學(xué)弦樂器、與現(xiàn)有聲學(xué)弦樂器一起使用以及從現(xiàn)有聲學(xué)弦樂器中移除，能夠嵌入到 新的或現(xiàn)有聲學(xué)弦樂器中，且能夠與現(xiàn)有音樂聲音放大系統(tǒng)一起使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于來自弦樂器的聲音的靜電拾音的方法和裝置，以使用便攜式、可拆卸、操作安全、易于使用、低噪音的靜電拾音器來處理聲學(xué)弦樂器的獨(dú)特要求，靜電拾音器捕獲樂器的音調(diào)，可與普通樂音系統(tǒng)一起使用，避免與現(xiàn)場環(huán)境中的空氣麥克風(fēng)相關(guān)的聲反饋問題，且易于使用當(dāng)前的普通材料和操作規(guī)程來制造。
文檔編號G01D3/10GK101896793SQ200880120562
公開日2010年11月24日 申請日期2008年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者約翰·杰羅姆·斯奈德 申請人:約翰·杰羅姆·斯奈德