一种带琴颈致动器的弦鸣乐器的制作方法

1.本技术涉及弦鸣乐器技术领域，特别是涉及一种带琴颈致动器的弦鸣乐器。


背景技术：

2.弦鸣乐器是一种通过琴弦振动，并且将琴弦振动产生的能量转换为声能的乐器。如图1所示，所有的弦鸣乐器都有若干琴弦101，琴弦101的一端固定在琴颈201上，另外一端固定在琴体202上。琴颈201靠近末端有一个琴枕102。琴枕102和琴弦101是紧密接触，并且琴弦101对琴枕102具有一定的下压力。琴体202上固定琴弦101的叫琴桥103。同样的，琴桥103和琴弦101也是紧密接触，并且琴弦101对琴桥103具有一定的下压力。当琴弦101振动的时候，振动的一部分能量会通过琴枕102和琴桥103分别传递给琴颈201和琴体202。因此在琴弦101振动的时候，琴颈201和琴体202也都在振动。传播到琴颈201和琴体202内的振动除了一部分会由于材料的声学阻尼被消耗，还有一部分会重新通过琴枕102和琴桥103传送回琴弦101。这个过程会交替往复直到最初施加给琴弦的动能被转换成其它能量，琴弦才会停止振动。因此可以看出，琴弦、琴颈和琴体是组成了一个整体在振动。
3.琴弦最终的振动特性除了琴弦本身特性决定以外，琴颈和琴体对振动的传导以及损耗也起到了很大的影响。因此乐器制造中对琴颈和琴体采用的材料，形状和尺寸会特别设计。甚至琴颈和琴体直接的连接方式，采用胶合材料的特性都会对整个振动的传导有影响，从而进一步决定了一个乐器最终的声音效果，即音色。
4.现有技术中，音色在一个乐器制作完成以后基本上就不会改变。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种带琴颈致动器的弦鸣乐器，能够实现音色的改变。
6.一种带琴颈致动器的弦鸣乐器，包括：琴弦、琴颈、琴体、致动器、驱动器和拾音器；
7.所述琴弦的一端与所述琴颈相连，另一端与所述琴体相连；
8.所述琴颈与所述琴体固定相连，所述致动器、所述驱动器和所述拾音器均固定设在所述琴体上，且所述致动器与所述琴颈抵接；
9.所述拾音器与所述驱动器电连接，以将琴弦的振动信号转换为电信号并发送给所述驱动器；
10.所述致动器与所述驱动器电连接，以在接收到所述驱动器的驱动信号后产生振动并传递给所述琴颈。
11.在一个实施例中，所述致动器包括：外壳、上盖、线圈、伸缩杆以及推动杆；
12.所述上盖固定在所述外壳的顶部开口上，以形成闭合的容纳腔；
13.所述线圈和所述伸缩杆均设在所述容纳腔内，且所述线圈沿周向环绕所述伸缩杆的侧部；所述伸缩杆的一端固定在所述容纳腔的底部，另一端与所述推动杆的一端抵接；
14.所述上盖设有连接孔，所述推动杆的另一端穿过所述连接孔并与所述琴颈抵接。
15.在一个实施例中，所述致动器还包括：弹簧；
16.所述弹簧设在所述伸缩杆与所述上盖之间，且沿周向环绕所述推动杆的一端。
17.在一个实施例中，所述致动器还包括：缓冲板；
18.所述缓冲板设有与所述伸缩杆抵接的第一连接部以及与所述弹簧抵接的第二连接部，所述第一连接部的直径大于所述弹簧的外径，且所述第二连接部的直径小于所述弹簧的内径。
19.在一个实施例中，所述致动器底部设有两个连接件；
20.所述连接件的一个对应端分别与所述线圈的两端电连接，另一个对应端均与所述驱动器的输出端电连接。
21.在一个实施例中，所述伸缩杆采用磁致伸缩材料。
22.在一个实施例中，所述致动器的侧部设有固定件；
23.所述固定件上设有固定孔，所述致动器通过所述固定孔与所述琴体相连。
24.在一个实施例中，所述驱动器包括：依次电连接的模数转换单元、处理单元、数模转换单元以及功率放大单元；所述模数转换单元还与所述拾音器电连接，且所述功率放大单元还与所述致动器电连接；
25.所述模数转换单元用于接收所述拾音器输入的模拟电信号，并转换为数字电信号发送给所述处理单元；
26.所述处理单元用于接收所述数字电信号，并生成数字控制信号发送给所述数模转换单元；
27.所述数模转换单元用于接收所述数字控制信号，并转换为模拟控制信号发送给所述功率放大单元；
28.所述功率放大单元用于接收所述模拟控制信号，并生成模拟放大信号发送给所述致动器。
29.在一个实施例中，还包括：调节杆；
30.所述琴颈内设有中空的放置腔，所述调节杆的侧部与所述放置腔抵接；所述调节杆的一端与所述致动器抵接，另一端与所述琴颈抵接。
31.在一个实施例中，所述琴颈与所述琴体的连接方式为：一体成型、榫卯结构、螺丝、螺栓螺母或胶粘。
32.上述带琴颈致动器的弦鸣乐器，提出了一种新型的乐器结构，琴颈与琴体固定相连，在琴体上设置了致动器、驱动器和拾音器，且致动器与琴颈抵接，致动器和拾音器均与驱动器电连接，因此，在拨动琴弦时，振动依次通过拾音器、驱动器、致动器和琴颈传回琴弦。致动器可以被驱动器产生的电信号控制并产生一定的机械振动，进一步将该机械振动传导给琴颈。通过这样的方式可以改变琴颈内振动能量的传导特性，进一步影响到琴弦的振动特性，从而起到改变乐器发声的特性，实现改变音色的效果。
附图说明
33.图1为现有技术中弦鸣乐器的示意图；
34.图2为一个实施例中带琴颈致动器的弦鸣乐器的示意图；
35.图3为一个实施例中带琴颈致动器的弦鸣乐器沿a-a的剖面图；
36.图4为一个实施例中b处的放大图；
37.图5为一个实施例中致动器的爆炸图；
38.图6为一个实施例中致动器的示意图；
39.图7为一个实施例中致动器的原理图；
40.图8为一个实施例中驱动器的组成图；
41.图9为一个实施例中调节杆的示意图。
42.附图编号：
43.琴弦101，琴枕102，琴桥103，琴颈201，琴体202，致动器203，驱动器204，拾音器205，外壳301，上盖302，线圈303，伸缩杆304，推动杆305，弹簧306，缓冲板307，连接件308，固定件309，调节杆401。
具体实施方式
44.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
45.需要说明，本技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
46.另外，在本技术中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多组”的含义是至少两组，例如两组，三组等，除非另有明确具体的限定。
47.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
48.另外，本技术各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本技术要求的保护范围之内。
49.如图2至图4所示，本技术提供的一种带琴颈致动器的弦鸣乐器，在一个实施例中，包括：琴弦101、琴颈201、琴体202、致动器203、驱动器204和拾音器205；
50.琴弦101的一端与琴颈201相连，另一端与琴体202相连；琴颈201与琴体202固定相连，致动器203、驱动器204和拾音器205均固定设在琴体202上，且致动器203与琴颈201抵接；拾音器205与驱动器204电连接，以将琴弦的振动信号转换为电信号并发送给驱动器204；致动器203与驱动器204电连接，以在接收到驱动器204的驱动信号后产生振动并传递给琴颈201。
51.本实施例中，琴颈201与琴体202的固定方式是现有技术，例如：一体成型、榫卯结
构、螺钉、螺栓螺母或胶粘等。
52.致动器203、驱动器204以及拾音器205与琴体202的固定方式也是现有技术，例如：榫卯结构、螺钉、螺栓螺母或胶粘等。
53.优选地，致动器204的侧部设有固定件309；固定件309上设有固定孔，致动器203通过固定孔与琴体202相连。
54.拾音器205与琴弦固定相连，至于具体的连接方式属于现有技术，在此不再赘述。
55.拾音器属于现有技术，不同的弦鸣乐器使用的拾音器原理和形式也不相同。原声乐器一般采用的是压电陶瓷传感器作为拾音器来采集乐器本体机械振动并转换成电信号；电鸣乐器一般是采用电磁感应式传感器作为拾音器来将弦的机械振动转换为电信号输出；也有的乐器同时存在多个拾音器，而且这多个拾音器也可以包含多种拾音器。
56.本实施例的工作过程为：手指或拨片弹拨琴弦，琴弦产生机械振动，琴弦的两端分别固定在琴颈和琴体上，因此琴弦振动的一部分能量传递给琴颈和琴体，另外一部分被拾音器收集；拾音器将琴弦的振动信号转换为电信号并发送给驱动器，驱动器接收拾音器发送的电信号后根据需求生成驱动信号并发送给致动器，致动器接收驱动器发送的驱动信号后产生振动并传递给琴颈，同时琴体也在振动；传播到琴颈和琴体的振动，一部分由于材料的声学阻尼被消耗，另外一部分重新通过琴颈和琴体传送回琴弦，从而形成一个闭环，直到施加在琴弦的动能全部被转换成其他能量。这样原本一个纯机械振动装置就可以通过致动器的输出而改变原有的振动特性，从而实现音色改变的效果。
57.需要说明，这里所提及的音色改变包含以下方面：
58.一种应用是改变乐器的延音。延音是指一个乐器在受到初始激励(比如用户对琴弦的拨动)持续振动而产生的声音。对于传统乐器来说其延音的特性是由整个乐器的机械结构和材质决定，并且是固定不变的。而本技术可以实现更长的延音或者无限延音。其实现方法是：驱动器对拾音器耦合过来的原始物理振动信号转换成数字信号以后，首先对数字信号进行一次高通滤波，将低频的毛刺信号削弱。然后并将滤波器的输出信号通过数模转换生成模拟驱动信号并且做功率放大，并作为驱动信号给致动器；致动器在耦合了该驱动信号以后通过振动琴颈将机械振动传递到琴弦上，这样就可以形成一个正向反馈，让琴弦在用户停止拨弦以后长时间的继续维持振动。这就是一种无限延音的效果。另外一种方案也可以是驱动器对拾音器耦合过来的原始振动信号进行一次高通滤波，然后输入到一个包络控制器，然后在包络控制器的控制下生成一个时变的信号。当该时变的信号最终变成琴弦的震动以后就可以实现一种可控延长的延音。
59.另一种应用是改变乐器的输出音频的谐波成分。一般来说我们评判一个乐器的音色会分别考量基频部分和谐波部分。其中，基频部分是由演奏者决定的，而谐波部分是由乐器本身的特性决定的。本技术可以实现对谐波部分的滤波，补偿或者增加任意谐波含量，从而让一个乐器的音色可以可控的产生变化。驱动器将拾音器耦合过来的原始物理振动信号转换成数字信号以后，首先进行快速傅里叶变换，从信号中提取出基频和谐波分量；然后驱动器针对谐波分量进行一定的处理，比如可以通过滤波器去除特定的频段；然后根据音色取向的需求将某部分的频段进行幅度上的增强，也可以是针对某个频段的信号的偶次倍频进行增强；然后将处理过的谐波分量进行数模转换并作为驱动信号给致动器；最终达到改变琴弦振动的效果。
60.上述带琴颈致动器的弦鸣乐器，提出了一种新型的乐器结构，琴颈与琴体固定相连，在琴体上设置了致动器、驱动器和拾音器，且致动器与琴颈抵接，致动器和拾音器均与驱动器电连接，因此，在拨动琴弦时，振动依次通过拾音器、驱动器、致动器和琴颈传回琴弦。致动器可以被驱动器产生的电信号控制并产生一定的机械振动，进一步将该机械振动传导给琴颈。通过这样的方式可以改变琴颈内振动能量的传导特性，进一步影响到琴弦的振动特性，从而起到改变乐器发声的特性，实现改变音色的效果。
61.如图5至图6所示，在一个实施例中，致动器包括：外壳301、上盖302、线圈303、伸缩杆304以及推动杆305；
62.上盖302固定在外壳301的顶部开口上，以形成闭合的容纳腔；线圈303和伸缩杆304均设在容纳腔内，且线圈303沿周向环绕伸缩杆304的侧部；伸缩杆304的一端固定在容纳腔的底部，另一端与推动杆305的一端抵接；上盖302设有连接孔，推动杆305的另一端穿过连接孔并与琴颈201抵接。
63.本实施例中，外壳301呈顶部开口底部封闭的筒状结构；伸缩杆304与容纳腔的连接方式属于现有技术；伸缩杆304与推动杆305均可以设置为圆柱形的结构。
64.伸缩杆采用磁致伸缩材料，具体可以是超磁致伸缩材料，比如稀土大磁致伸缩材料铽镝铁合金(即terfenol-d)，是一种分子结构为tb
x
dy
1-x
fe2(x≈0.3)的合金，一般选取饱和磁致伸缩系数为1000ppm。
65.本实施例的工作过程为：线圈通电产生磁场，变化的磁场使伸缩杆产生形变，形变传递给推动杆使推动杆产生位移，从而起到致动的效果。
66.在一个实施例中，致动器203还包括：弹簧306；弹簧306设在伸缩杆304与上盖302之间，且沿周向环绕推动杆305的一端。
67.本实施例中，弹簧的设置避免了伸缩杆在形变比较大时接触到上盖，从而避免了推动杆脱出上盖以外，保证了致动器的稳定性和可靠性。
68.在一个实施例中，致动器203还包括：缓冲板307；缓冲板307设有与伸缩杆304抵接的第一连接部以及与弹簧306抵接的第二连接部，第一连接部的直径大于弹簧306的外径，且第二连接部的直径小于弹簧306的内径。
69.本实施例中，缓冲板的第一连接部与第二连接部均为圆盘形的结构，且彼此叠放构成一个整体；弹簧螺旋缠绕出一个空心圆柱形的结构，弹簧的外径是指该圆柱形结构的外部直径，弹簧的内径是指该圆柱形结构的内部直径，弹簧的外径与弹簧的内径之差为弹簧的线径(即弹簧的材料直径)。
70.上述缓冲板的设置使得弹簧由于缓冲板和推动杆的束缚而被限制了径向行程，避免了弹簧与伸缩杆之间产生偏移，从而更好的保证致动效果，有利于声音的传导。
71.在一个实施例中，致动器203底部设有两个连接件308；连接件308的一个对应端分别与线圈303的两端电连接，另一个对应端均与驱动器204的输出端电连接。
72.本实施例中，两个连接件的结构完全相同；一个连接件的一端与线圈的一端相连，该连接件的另一端与驱动器的输出端(正极/负极)相连；另一个连接件的一端与线圈的另一端相连，该连接件的另一端与驱动器的输出端(负极/正极)相连。
73.如图7所示，本实施例的工作原理为：致动器通过底部的两个连接件与驱动器相连，以接收交变驱动电信号，并且耦合到线圈，线圈因此产生变化的磁场，磁致伸缩材料制
成的伸缩杆在变化的磁场的作用下产生轴向和径向的形变，形变通过预应力弹簧传递给推动杆，使推动杆产生位移，从而起到致动的效果。
74.如图8所示，在一个实施例中，驱动器204包括：依次电连接的模数转换单元、处理单元、数模转换单元以及功率放大单元；模数转换单元还与拾音器电连接，且功率放大单元还与致动器电连接；
75.模数转换单元用于接收拾音器输入的模拟电信号，并转换为数字电信号发送给处理单元；处理单元用于接收数字电信号，并生成数字控制信号发送给数模转换单元；数模转换单元用于接收数字控制信号，并转换为模拟控制信号发送给功率放大单元；功率放大单元用于接收模拟控制信号，并生成模拟放大信号发送给致动器。
76.本实施例中，模数转换单元的作用是将模拟信号转换为数字信号以使处理单元可以识别，处理单元的作用是对接收的数字信号进行分析并生成数字驱动信号，数模转换单元的作用是将数字信号转换为模拟信号以使功率放大单元可以识别，功率放大单元的作用是将小信号的模拟控制信号转换为具有一定功率的大电压大电流信号(即模拟放大信号)并耦合给致动器。
77.驱动器204还包括电源，电源分别与模数转换单元、处理单元、数模转换单元以及功率放大单元相连，以提供电力供应。电源可以包含电池，也可以是包含一个电源接口用于耦合外部的电源供应。
78.如图9所示，在一个实施例中，还包括：调节杆401；琴颈201内设有中空的放置腔，调节杆401的侧部与放置腔抵接；调节杆401的一端与致动器203抵接，另一端与琴颈201抵接。
79.本实施例中，调节杆一般以具有良好弹性的金属制成。
80.调节杆可以调节琴颈的弯曲度，有利于声波的传导，使得传导过程中的信号失真少、能量损失少。
81.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
82.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。