一种手感可调的数字键盘的构建方法技术

本发明专利技术公开了一种手感可调的数字键盘的构建方法，用电路系统来模仿钢琴手感

【技术实现步骤摘要】
一种手感可调的数字键盘的构建方法


[0001]本专利技术属于电子键盘乐器
，涉及对电子键盘乐器的键盘的改进，具体涉及一种手感可调的数字键盘的构建方法
。

技术介绍

[0002]近年来，电子键盘乐器在模仿钢琴手感方面取得了一定的进展
。
为了实现更接近钢琴的演奏体验，现有技术采用了机械结构来模仿钢琴的触感
。
现有技术将琴键与一些具有较大转动惯量的重锤进行联动，以模仿钢琴击弦机的惯性，使得琴键在被按下时具有一定的阻力和回弹感，更接近传统钢琴键盘的触感；同时还在特定键程处引入断开联动的机构设计，以模仿钢琴琴键的段落感
。
[0003]但是，由于现有技术中机械结构的固定性和复杂性，演奏者难以根据自己的喜好改变键盘的阻力
、
回弹力及触发力等，影响演奏者的弹奏体验
。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术提供一种手感可调的数字键盘的构建方法，用电路系统来模仿钢琴手感，克服传统键盘乐器因为机械结构难以自行调整而无法让演奏者自行选择手感的缺点
。
[0005]为了实现上述任务，本专利技术采用如下的技术解决方案：
[0006]一种手感可调的数字键盘的构建方法，其特征在于，该方法采用电路系统来模仿钢琴手感；具体实现的步骤包括：
[0007]将多组仅外形不同的单个琴键堆叠组成数字键盘，每个琴键由机械结构
、
位移传感器
、
电路系统和执行机构组成；其中：
[0008]所述机械结构提供琴键外形，并约束琴键外形的运动方式；
[0009]所述位移传感器采集琴键外形的位移，得到代表键程的信号，送至电路系统；
[0010]所述电路系统产生使乐器发声的必要信号，并按照某种力学模型计算触键力度，其中的力学模型参数可根据用户需求调节；
[0011]所述执行机构将来自于电路系统的代表触键力度的信号转换成对应大小的力，并将其作用于机械结构
。
[0012]根据本专利技术，所述电路系统包括前置放大器
、
限位器模块
、
逻辑模块
、
模拟量计算模块
、
采样保持模块和功率放大器，其中：
[0013]所述前置放大器将传感器输出信号整形，调整信号的幅值和直流偏移，并将整形后的信号传递给限位器模块和模拟量计算模块；
[0014]所述限位器模块用于判断琴键外形位置
、
产生触后力度，即判断制音器是否抬起，测量触后力度大小，并将这些信息传递给乐器的其余部分；
[0015]所述逻辑模块为一时序逻辑电路，根据限位器模块输出的位置信号，实现力学模型图中的键程滞回，控制采样保持模块采集触键速度，控制模拟量计算模块的计算；
[0016]所述采样保持模块在逻辑模块的控制下，对模拟量计算模块输出的速度信号进行采样保持，保存触键瞬间的速度，传递给乐器的其余部分；
[0017]所述限位器模块和逻辑模块共同判断琴键外形是否按下，并将其传递给乐器的其余部分；
[0018]所述模拟量计算模块计算速度项和加速度项，在逻辑模块的控制下将需要的项相加，形成触键力度信号，经功率放大器放大后驱动音圈马达使相应的力作用于琴键外形
。
[0019]具体地，所述机械结构包括琴键外形
、
运动约束机构
、
位移传感器安装支架
、
执行机构安装支架和基座，其中：
[0020]所述琴键外形具有钢琴键盘琴键的外形和尺寸，是与用户交互的部件；
[0021]所述运动约束机构由若干构件和运动副组成，将琴键外形
、
位移传感器安装支架
、
执行机构安装支架和基座连接在一起，使机械结构中的所有部件和钢琴一样在垂直平面内运动，同时约束琴键外形的运动方式，在小角度条件近似下，使其和钢琴琴键一样绕一固定支点旋转，并将这个旋转角度线性地转换成位移传感器支架的线性位移，同时将执行机构输出的力线性地转换成一个力矩施加于琴键外形；
[0022]所述位移传感器安装支架中安装位移传感器，位移传感器测量琴键外形的位移，送至电路系统；
[0023]所述执行机构安装支架中安装执行机构，执行机构按照电路系统输出的触键力度，将相应大小的力作用于琴键外形
。
[0024]本专利技术的手感可调的数字键盘的构建方法，与现有技术相比，带来的有益积极效果有：
[0025](1)
构建的数字键盘对手感的模仿完全依赖电路系统实现，因此机械结构所实现的琴键支点可以自由调整，既可以模仿立式钢琴较短的支点距离，也可以模仿三角钢琴较长的支点距离
。
[0026](2)
电路系统所实现的力学模型参数可根据用户需求调节，因此琴键的硬度和触发力度等手感参数都可以轻松由用户设定
。
[0027](3)
对手感的仿真完全依赖电路系统，因此可以简单地通过修改替换电路模块轻松修改其实现的整个力学模型，或为键盘增加新的功能如震动反馈或测量琴键抬起速度
。
[0028](4)
电路系统可以测量出琴键速度，在触发击弦事件时对该速度进行采样保持便可得到击键速度
。
[0029](5)
电路系统对琴键状态完全知晓，因此可以轻松实现制音器传感，模仿钢琴的制音器功能，判断制音器是否抬起
。
[0030](6)
力的作用是相互的，根据电路系统控制下执行机构输出的力的大小即可判断触键力度，因此也能轻松实现每个键都互相独立的触后控制功能
。
附图说明
[0031]图1为所构建的数字键盘机械结构单体
(
左
)
和一个八度堆叠
(
右
)
示意图
。
[0032]图2是霍尔传感器
(
左
)
和音圈马达
(
右
)
的结构示意图
。
[0033]图3为数字键盘机械结构机械结构示意图
。
[0034]图4为数字键盘机械结构单体的机械运动简图
。
[0035]图5为数字键盘采用的力学模型示意图
。
[0036]图6为电路设计框架图
。
[0037]图7与图8共同构成的电路图
。
[0038]图9为数字键盘机械结构的静态响应测试结果图
。
[0039]图
10
为数字键盘机械结构的动态响应测试结果图
。
[0040]图中的标记分别表示：
A、
上排支点孔，
B、
下排支点孔，
1、
琴键外形，
2、
磁铁固定架，
3、
音圈马达支架，...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种手感可调的数字键盘的构建方法，其特征在于，该方法采用电路系统来模仿钢琴手感；具体实现步骤包括：将多组仅外形不同的单个琴键堆叠组成数字键盘，每个琴键由机械结构
、
位移传感器
、
电路系统和执行机构组成；其中：所述机械结构提供琴键外形，并约束琴键外形的运动方式；所述位移传感器采集琴键外形的位移，得到代表键程的信号，送至电路系统；所述电路系统产生使乐器发声的必要信号，并按照某种力学模型计算触键力度，其中的力学模型参数可根据用户需求调节；所述执行机构将来自于电路系统的代表触键力度的信号转换成对应大小的力，并将其作用于机械结构
。2.
如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电路系统包括前置放大器
、
限位器模块
、
逻辑模块
、
模拟量计算模块
、
采样保持模块和功率放大器，其中：所述前置放大器将传感器输出信号整形，调整信号的幅值和直流偏移，并将整形后的信号传递给限位器模块和模拟量计算模块；所述限位器模块用于判断琴键外形位置
、
产生触后力度，即判断制音器是否抬起，测量触后力度大小，并将这些信息传递给乐器的其余部分；所述逻辑模块为一时序逻辑电路，根据限位器模块输出的位置信号，实现力学模型图中的键程滞回，控制采样保持模块采集触键速度，控制模拟量计算模块的计...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄禄轩，
申请(专利权)人：黄禄轩，
类型：发明
国别省市：