[其他]模拟电钢琴

说明书

模拟电钢琴用在电子乐器中，用于模拟钢琴乐音的各种特性的电子钢琴。

目前的电子钢琴只能在音型、音色方面固定地模拟钢琴乐音的特性。手指按键的力度、速度快慢以及丰富的音色变化，是表现不出来的。

模拟电钢琴的目的是模拟机械钢琴乐音的各种特性，使手指按键的力度、速度大小与音强成正比，与乐音中包含的泛音的多少成正比，按键的速度越大，乐音消失的越快，从而代替机械钢琴。

钢琴的音域一般从A₂～C⁵有88个音，从低音到高音按其乐音主频率由低到高排列为f₁～f₈₈的等比数列，f₁＝27.5HZf_n＋1／f_n＝，相距两个频率的音构成半音。钢琴的音色（音质），它决定于该乐音里所包含的泛音的数量及其强度，谐音（泛音）越多，音色越美，参考《钢琴的调律及维修》及《电子乐器》，模拟电钢琴，除按键模拟装置（击弦模拟），音色电路之外，其它都与现在的中高档电子琴相同。

按键模拟装置：对于高档模拟电钢琴采用机械钢琴键盘和其击弦机构，但其击“弦”锤头上嵌上一块长方体磁铁图1（1）锤头（木制）（2）磁铁端面（3）击“弦”方向，在手指按键时，锤头通过击弦机构连断后击“弦”——切割线圈，在线圈两端产生感应电压，磁铁切割线圈的速度，就是锤头击弦的速度，磁铁切割线圈的速度越大，在线圈两端产生的感应电压也就越大，即手指按键速度、力度的大小与线圈两端电压大小成正比。对于中档模拟电钢琴，则采用钢片琴的键盘和其简单的击片机构（塑料制品）锤头形状也如图1，磁铁切割线圈后在线圈两端产生的感应电压大小也表示手指按键的力度与速度大小。

对于普及型低档模拟电钢琴，可采用标准钢琴键盘（木制）或电子琴键盘，没有击弦连断机构，切割线圈的磁铁装在按键的下部。

磁铁形状如图2，a×b×c的长方体，线圈截面形状如图3。a′×b′长方形，a′稍大于a，b′稍大于b，磁铁切割线圈时，磁铁端面与线圈端面平行，相距约1～2mm，磁铁沿击“弦”方向的最大位移状态的位置是磁体端面处于线圈端面之中，磁铁切割线圈，在线圈中的磁通量变化，如图4。在线圈两端感应电压如图5，t₁＝b／v₁，v₁表示磁铁切割线圈速度，线圈共88个，如图6。（1）档块（铝、铜制）（2）击锤缓冲呢，消除击弦噪音，（3）印刷板（4）线圈，相邻的锤头上的磁铁端面极性反向，使之互不影响，那么相邻的线圈也绕成反向或者抽头调换接地，磁铁的尺寸，a尽量小一些，使之互不影响，b尽量大一些，使磁铁切割线圈的时间t₁尽量长，线圈中或周围不含铁质物质，以免在磁铁切割线圈时产生磁力阻抗、线圈两端电压经运放处理，如图7。a点电压如图8。b点电压如图9。改变磁铁形状可改变b点波形。（乐音音形），改变线圈截面形状也可以改变b点波形。在磁铁开始切割线圈时，b点的波形（微分处理后的）使电容C两端短暂快速放电，从而使单键连奏和颤音（在踩下长音踏脚时）使击弦时的乐音强度不积累并瞬时消音。

消音即使振幅突然变为零，长音是让某一乐音自然消失，消音电路如图10。k₁、k₂控制晶体管的饱和与截止，控制C电容快速放电，达到消音的目的。对于高档模拟电钢琴，因其采用机械钢琴的击弦机构，每一按键机构具有止音木的运动，因而止音木上的止音呢控制微动开关k₁，使三极管饱和和截止，长音踏脚控制k₂，强音踏脚机构与机械钢琴一样，对于中低档模拟电钢琴，因没有消音机构运动，消音开关结构k₁，如图11，（1）－琴键、（2）－k₁接点上片（3）k₁接点下片。

音色电路，钢琴乐音是复合音，其频谱图12，各频率分量的时域变化如图13。音色变化丰富，是音色滤波器无法形成的，音色的好坏是指泛音的多少以及各泛音的误差程度，对高档模拟电钢琴为解决高次泛音的误差，要求有丰富的音源，对于每一乐音都应有与之相应的泛音频率2f_n3f_n、 3/2 f_n，4f_n…8f_n等因而音源及音源信号处理电路很多。

对于中档模拟电钢琴每一足够强的乐音由12个幅度变化不同的纯正弦音f_n、2f_n、3f_n、 3/2 f_n、4f_n、 4/3 f_n、5f_n、 5/4 f_n、 5/3 f_n、 5/2 f_n、6f_n、 6/5 f_n、近似由f_n、f_n＋12、f_n＋19、f_n＋7、f_n＋24、f_n＋5、f_n＋28、f_n＋4、f_n＋9、f_n＋16、f_n＋31、f_n＋3表示，对于高音区的音如C⁵（f₈₈）也应含有相应的高次泛音，以适应音色需要，因而音源的高音为6f₈₈≈f_88＋31＝f₁₁₉。对于低档普及型模拟电钢琴，每一足够强的乐音由10个以内的幅度变化不同的纯正弦音f_n、2f_n3f_n、 3/2 f_n、4f_n、 4/3 f_n、5f_n、 5/4 f_n、 5/3 f_n、 5/2 f_n组成如图12，A₂乐音中的泛音2f₁，3f₁， 3/2 f₁、4f₁、 4/3 f₁、5f₁、 5/4 f₁、 5/3 f₁、 5/2 f₁近似由f₁₃、f₂₀、f₈、f₂₅、f₆、f₂₉、f₅、f₁₀、f₁₇等表示，在高音区因其音源或音源处理电路较少，乐音越高，音色越差，C⁵乐音音色最差（因最高源是f₈₈，C⁵乐音不含有泛音）A₂乐音按键速度、力度模拟，音色分布处理电路如图14，运放加法电路中的R为100欧左右（较R₁至R₁₀小得多），R₁：R₂：R₃：R₄：R₅：R₆：R₇：R₈：R₉：R₁₀约等于图12中的A_f1：A_f5：A_f6：A_f8：A_f10：A_f13：A_f17：A_f20：A_f25：A_f29，按键A₂的击锤上的磁铁切割线圈L₁经运放A₁等处理，在电容C上形成变化的音型信号，分别送至A^′₁、A^′₅、A^′₆、A^′₈、A^′₁₀、A^′₁₃、A^′₁₇、A^′₂₀、A^′₂₅、A^′₂₉（运放采用通用四 运放）等运放加法电路，使电容C上的A₂的乐音音型处理成频谱乐音分布音型，送到相应频率的音型形成电路，图14中采用的是三极管音型形成电路也可采用二极管开关音型形成电路等，经音型形成电路处理后的频谱乐音分量分别经88个缓冲放大器放大后进行混合放大，功放等送入扬声器即为低档模拟电钢琴的乐音。