低噪聲振動弦變換器的製作方法

2024-03-03 06:06:15

專利名稱：低噪聲振動弦變換器的製作方法
技術領域：
本發明涉》、變4灸器(transducer );更具體地講，本發明涉及在吉它 或其它弦樂器中用於使弦振動的變換器。通過使用 一個或多個雙極磁體、 高精度的差分放、大器(differential amplifier)及電源，本發明可以 使源自金屬弦樂器的低幅振動得以高質量地放大。
背景技術：
在弦樂器(stringed instrument )中，通常利用樂器弦下方的線繞 磁體的排列來進行低幅弦振動的放大處理。線繞》茲體電》茲感應到弦的振 動後，通過信號電纜將電信號發送給放大器和揚聲器，這樣就可以發出 聲音了 。通常使用條形,茲體促使吉它弦下的磁性拾音器(magnetic pickup)產生感應。振動弦切割通過拾音器條形^茲體的》茲場後，拾音器的 線圈就會產生一個信號。拾音器由纏繞7000圈精細電線的條形磁體所組 成。對於電吉它，振動鋼弦會在磁體的磁場中產生相應的振動，從而在 線圈中產生振動電流。
拾音器有很多種。例如，有一些拾音器在全部六根弦下只有一個磁 片，其它一些拾音器則是每根弦下有單獨的磁片。有些拾音器使用螺絲 來調節每個磁片的高度。越靠近弦的磁片所產生信號也越強。
大部分吉它的拾音器線圈都通過一個非常簡單的無源元件電路發送 感應信號。通過電位計(potentiometer )調整音調，並通過僅、通濾波器 來消除高頻。調節電位計可以控制所發出聲音的頻率。通過附加電阻器 (常用的最大值為500千歐姆)來控制到達插孔(jack)的信號的振幅。 從插孔出來的信號經過信號電纜到達放大器，放大器將帶動揚聲器工作。
本發明是一種裝置，該裝置釆用一種綜合系統，該綜合系統包括電 子部分和至少一個被安裝在薄而緊湊的塑料託盤上的雙極磁體，該託盤 可以在吉它弦與吉它之間滑動。使用該裝置不要求在吉它上鑿洞。該裝 置在託盤上具有音量控制、輸出插孔和電池開關。該裝置通常使用提供
直流電的電池。如果吉它手想純聲(acoustically)演,、可將整個裝 置拔出取走。雙極磁體可被安裝在託盤的任何位置，只要其位于吉它弦 附近、優選位于吉它弦下方即可。磁體可移動至吉它弦附近的不同位置， 磁體位置的改變會產生吉它手所需要的不同音調。如果》茲體被快速移動， 就可以產生顫音。磁體基本上可以是任何形狀，儘管磁體的尺寸最好是 小而緊密。
上述的弦連接到^字化處理器上，以便》文大從雙扭J茲體感應產生的 弦電流並消除惱人的聲噪，該聲噪主要為高斯和60赫茲的嗡嗡聲。通過 利用數位化處理，吉它手可選擇性的提取或消除某些頻率，並進一步減 少來自弦信號的噪音，而上述的模擬濾波器則不可能完成這種功能。
在優選的實施方式中，放大器是高精度的差分放大器。此類差分放 大器有高通用模式，可抑制大約90分貝或大約10那伏或更低的輸出噪 音。通過對差分放大器集成電路的內部電阻進行雷射微調，可獲得完美 調和率，以達到高共態抑制率(CMR)。
使用至少ND40級的高》茲場強度釹磁體也是一個理想的選4奪。通過使 用高磁場強度磁體，可以感應到高弦電流，還可以抑制傳統吉它弦產生 的大多數常見噪音。本發明還可使用各種不同形狀和尺寸的釹磁體。通 常，使用這些類型的磁體是很經濟的，因為製造時只需要將釹粉填充到 模具中並壓製成不同的模具形狀。
有關現有技術
在本領域，大家所熟知的是能夠探測弦樂器低幅振動的變換器。許 多使用電磁石的變換器主要局限性在於，大多數放大器無法消除來自信
號的噪音。
本領域內的其它發明已經嘗試解決這個問題。例如，Lacombe在美 國的第5， 723， 805號專利發明是一種能夠感應弦樂器產生低幅振動的變 換器。但是，Lacombe的發明並不能過濾掉噪音，而且還要求對吉它做 很大的改動，包括在吉它上鑽洞、可能要重新製做吉它頸和使用昂貴的 銅螺帽等。Lacombe還使用了單終端放大器，這种放大器會帶來大量令 人很不快的噪音。此外，Laconibe並沒有^^露電路和電纜的屏蔽，以減 少噪音，也沒有披露使用電路接地層。
0gawa在美國的第5， 484， 958號專利發明是一種能夠放大在弦樂器 弦中流動壓電電流的裝置。但是，這個裝備並沒有使用雙極磁體做變換 器。Dodge在美國的第5,637,823號專利也是如此，他將一連串變換器 固定在吉它上。而且，拾音器被固定在塑料託盤上，這就要求在吉它上 鑽一個大洞來承載託盤。這種結構說明只能將Dodge的該項發明應用於 實心體吉它。
Benioff (美國專利第2,239,985號)、Miessner (美國專利第 1， 915， 858號)和Vasilach (美國專利第2， 293， 372號)的等幾項專利發 明都存在局限性，包括發明的組成元件過於龐大、在音質上沒有改進、 通常增加了輸出噪音，還有要求對傳統弦樂器特別是吉它的製造進行較 大的且不經濟的改造。

發明內容
從廣義上講，本發明的目的是提供一種裝置，該裝置可以放大弦樂 器的低幅振動；
本發明的另 一 目的是提供一個能在各種類型的弦樂器特別是吉它上 使用的放大器。
本發明的再一目的是提供一個裝置，該裝置可以與吉它結合，而不 要求對吉它的生產和加工進行額外的改動。
本發明的又一 目的是提供一個不使用音調控制就能得到很寬音幅的 放大器。
本發明的又一目的是提供一個可提供高通用抑制模式的放大器，其 可以減少包含在放大的聲信號中的噪音。
本發明的又一 目的是利用高強度雙極-茲體，以在弦樂器的弦中產生 感應電流。
本發明的又一目的是利用高精度的差分放大器，以;改大來自弦樂器 弦的信號。
本發明的再一目的還包括提供放大處理中的數位訊號處理器，該處 理器可以從弦樂器弦產生的電信號中有選擇地提取或去除某些頻率，通 過數位化的取樣信號來進一 步減少噪音。
下面結合附圖對本發明的描述不應理解為，本發明僅限於所顯示和
描述的實施例，因為對於那些本領域的普通技術人員來il，完全能夠在 本發明的啟示下，設計出本發明權利要求保護範圍之內的其它類似形式
的裝置。


圖1是一個標準吉它的正面圖，該吉它包括底座(base plate)和 位於弦下面的雙相」磁體拾音器；
圖2是底座的後視圖，其顯示了底座的基本線路配置；
圖3是吉它頸和調音旋鈕的後視圖，其顯示了直接連接到調音旋鈕 上的弦的配線連接關係；
圖4A是連接塞繩的詳細正面圖，連接塞繩被安置在吉它弦下方，與 插頭連接。
圖4B是配線的細節圖，配線有15種方式與圖4A中的插頭相連接； 圖5A是吉它前面板的透視圖，其顯示了位於底座較低位置時雙極磁 體的垂直狀態；
圖5B是吉它前面板的透視圖，其顯示了位於底座較低位置時雙極磁
體的水平狀態；
圖5C是吉它前面板的透視圖，其顯示了位於底座中部位置時雙極磁 體的傾斜狀態；
圖5D是吉它前面板的透視圖，其顯示了位於底座上部位置時雙極磁 體的水平狀態；
圖6A是差分放大器電路的細節圖6B是為吉它電路^是供電力的電池和開關所組成的電路細節圖；
具體實施例方式
作為理解本發明的基礎，選用許多吉它中的一種來進行說明，圖1 就顯示了一個標準的電吉它100。電吉它IOO有6根弦110。這六根弦穿 越指板(或叫拉弦板，fret board) 105和吉它主體115,從調音旋鈕 120的一端連接到弦定位裝置170的另一端。弦110可以是典型的金屬 吉它弦，扭緊調音旋鈕315就可以使彈奏時弦110合調。弦U0架在橋 150上。橋150位於定位裝置170稍上方。
底座130位於弦110正下方和指板105的下方。該底座130由薄、 硬、抗磨損的塑料製成，設計可以安置在大多數吉它弦下方，不需要對 吉它進行改造。與底座相連的是音量旋扭140、電源開關135和輸出插 孔210。可以看到，底座130上方的塑料^^體盤180位於指板105和橋 150之間的弦的正下方。這個塑料磁體盤可用於安置至少一個但最好是 一系列的強雙極磁體190。在優選的實施方式中，將雙極磁體190放在 弦110的下方。
圖2是對底座130底部的詳細說明。底座130底部是一塊與底座130 形狀大致相同的薄金屬板205。電子電路板200帶有包含電子電路的接 地層，其又包括圖6A和圖6B中所示的電池220與電子電3各。弦110的 屏蔽電纜197與連接器插孔210a相連，連接器插孔210a與弦電纜連接
器插頭335相配。可以將底座130從吉它主體115移走。如果吉它手想 移走底座130，他/她拔下連接器插孔210a後就可以了。因為金屬板205 位於底座130的下方，高電流的f茲體190在萬茲體盤180上^f呆j寺在安全與 穩定狀態，磁體盤180位於底座130的正上方。金屬板205還可以作為 進一 步降低噪音的電子電路的接地層。
如圖3所示，包含六根導線310的屏蔽電纜300必須在吉它標樁頭 120上方的金屬調音旋扭315處與六根弦IIO進行電相連。屏蔽電纜300 必須足夠長，以便可以穿越吉它100的整體長度。大多數吉它都有一個 與標樁頭120粘合的後板和頭板。粘合後板和頭板之前，金屬調音旋扭 315必須先接電才能對其進行包裹覆蓋。現在的大多數吉它都有一個與 嵌入吉它頸的狹槽，在將螺母106和指板105粘合之前，將一個鋼製的 轉矩條放置在吉它頸處。屏蔽電纜300可以將這個狹槽與吉它主體100 屏蔽至連接器插頭335處。位於橋150處的幾根弦110必須分開接電， 如圖4A中155所示。
圖4A展示了幾根弦110在橋15 0處分開接電至吉它主體100底部的 定位裝置170處。圖4B展示了每根弦100在定位吊鉤340處接電終止的 情況。第二且導線330與定位吊鉤340電相連，定位吊鉤340又與弦110 電相連。導線33(M皮屏蔽並在連^l姿器插頭335處終止通電。
圖5A至5D是對磁體190被定位於磁體盤180的吉它的各個方位的 透視圖。圖5A展示了位於底座130較低位置的磁體190的垂直結構。圖 5B展示了位於底座130較低位置的磁體190的水平結構。圖5C展示了 位於底座130中間位置的磁體190的傾斜結構。圖5D展示了位於底座 130上部的f茲體190的水平結構。任何形狀或尺寸的可以與金屬弦110 相互感應的磁體都可以使用。使用至少ND40級的釹磁體190是首選.這 類磁體是用被壓成很多形狀(如圓環圖、圓柱體、條形、球形、三角形 等)的粉末如製成的。即使在吉它弦被移開後，將這些不同形狀的磁體 放置在底座130上後就可以產生許多不同尋常的音調。來回快速移動這
些磁體還可以產生顫音效果。移開弦110產生的電流會穿過金屬振動弦
110,》茲體190可以感應到該電流。
如圖6A和圖6B所示，弦HO中的信號隨即被吸入電子電路。從圖 6A和圖6B還可以看到，通過屏蔽電纜300和330,吉它100的每根弦 110都與連接器插頭335電相連，連接器插頭335與連接器插孔210a相 配，連接器插孔210a又與差分放大器500電相連。差分放大器500具有 高通用抑制模式、低耗能、低噪音、以及可在經濟集成電路獲得較好的 增益等許多優點。理想的設計形式是為每一根弦110配置一個差分放大 器。低噪聲放大器510集中對這些差分放大器的輸出量進行求和。配置 電阻器513是很有必要的，因為較低的弦110在較低頻率下會振動，而 電阻器513可以穩定每根弦110的音量，使較低的弦110產生的信號減 弱。最佳設計形式要求電阻器513的平均值為100歐姆。求和放大器510 的電阻器511可以為弦110提供更多的信號增益。電阻器511的一般值 為1000歐姆。
音頻多媒體數位訊號編解碼器520與求和放大器510的輸出口相連。 音頻多媒體數位訊號編解碼器520的功能是弦信號抗混疊、弦信號聯樣 並將弦信號從模擬信號轉變為數位訊號。音頻多媒體數位訊號編解碼器 520將數位訊號傳送到數位訊號處理器550。最佳設計形式要求音頻多媒 體數位訊號編解碼器520的信號噪音比例至少為與至少83分貝的，83 分貝為低噪音。抽樣比例為至少44. 1千赫茲，較從任何振動弦所獲頻率 都要快。每個模擬信號抽樣必須有至少16比特的模擬信號到數位訊號的 轉換。音頻多媒體數位訊號編解碼器520必須有至少多於兩倍的模擬信 號抽樣。
通常數位訊號處理器550可以用於調整所選頻率。通過調整，可以 產生許多不同尋常的悅耳音調。音頻多媒體數位訊號編解碼器520傳輸 20赫茲到20000赫茲的弦頻率，吉它頻率被這些頻率充分環繞。信號噪 音比為大約80分貝時，編制數位訊號處理器550可以加強這些頻率，放
大這些頻率還可以聽到非常悅耳的音調。數位訊號處理器550被編碼後，
編碼即被存入固定存儲器530。數位訊號處理器55G接收音頻多媒體數 字信號編解碼器520傳輸的信號。接收信號後，數位訊號處理器對數字 信號進行處理後再傳輸給音頻多媒體數位訊號編解碼器520。音頻多媒 體數位訊號編解碼器520將數位訊號轉換為模擬信號後傳輸至音量控制 放大器560。音量控制放大器560是單孔遙控過濾器，可以過濾音頻多 媒體數位訊號編解碼器520產生的任何10000赫茲、-3分貝的數字轉換 信號。音量控制放大器560將信號傳入可變電阻514,可變電阻514的 功能同音量控制旋扭140。音量控制放大器560與單增益信號放大器570 相連，單增益信號放大器570可以為位於底座l30的輸出插孔提供非常 低的電阻輸出。這種低電阻輸出可最小化吉它塞繩處的噪音，吉它塞繩 將音頻信號從輸出插孔通常傳輸至吉它電源放大器。圖6B是對裝配電源 過濾電容器220a的電源開關135的說明。電源電壓通常在1. 5伏特至5 伏特。
儘管此處詳細描述和顯示的本發明的裝置以及調低周圍空氣電流的 方法可以充分實現前面所述的發明目的以及優點，^旦可以理解，這仍然 只不過是本發明的一些優選實施方式，其並非將本發明權利要求只限制 在這些具體的製造或設計方式上。
雖然本發明的詳細描述是參照一個或多個特定的優選實施方式進行 的，但本領域的普通技術人員在不偏離本發明權利要求的保護範圍和本 發明精神的前提下，可以對本發明進行多種的調整與改進。
權利要求
1、一種低噪聲振動弦變換器，其包括a.帶弦器具；i.所述帶弦器具可進一步包括(1)音量控制旋鈕；(2)底座，該底座與金屬板相連；(3)定位夾具，該定位夾具與所述底座相連；b.雙極磁體c.導電弦進一步包括第一終端和第二終端；i.所述導電弦在所述第一終端與調音旋鈕相連，在所述第二終端與所述定位夾具相連，使得能夠通過旋轉所述調音旋鈕而拉緊所述導電弦；所述導電弦位於所述底座上，該底座在一橋上，其中所述的橋與所述底座相連，使得所述的橋能夠將所述導電弦與一第二導電弦進行電隔離；d.放大器電路i.所述放大器電路與電源相連；ii.所述音量控制旋鈕電相連到所述放大器電路；iii.所述導電弦的第二終端電相連到所述放大器電路；e.所述雙極磁體與所述金屬板相連，使得所述雙極磁體的至少一部分直接位於所述導電弦之下。
2、 如權利要求1所述的低噪聲振動弦變換器，其中 a.所述放大器電路進一步包括i.差分放大器；(1)所述差分放大器包括第一輸入口 、第二輸入口和輸出口 ； ii.求和放大器； (l)所述求和放大器包括第一輸入口、第二輸入口和輸出iii. 模數轉換器，其包括一個輸入口與至少一個輸出口；(1 ) 所述求和放大器的輸出口與所述模數轉換器的輸入口相連；(2 )至少一個所述模數轉換器的輸出口與所述差分放大器的第 一輸入口相連；iv. 數位訊號處理器；(1 )所述數位訊號處理器進一步包括a. 存儲電路；b. 編制所述數位訊號處理器的接口；(2)所述數位訊號處理器與模數轉換器相連；v. 可變電阻；(1 ) 所述差分放大器的輸出口與所述可變電阻相連； (2) 所述可變電阻與低電阻放大器相連；該低電阻放大器又包 括輸出插孔。
3、 如權利要求2所述的低噪聲振動弦變換器，其中a. 所述差分放大器包括至少兩個輸入口和一個輸出口 ，其 中所述至少兩個輸入口與所述導電弦的每個末端分別相連；b. 所述差分放大器的輸出口與所述求和放大器的第一輸 入口相連；
4、 如權利要求1所述的低噪聲振動弦變換器，其中a. 所述帶弦器具包括 i.標樁頭； ii.有第一終端和第二終端的指板，所述標樁頭與所述指板 的第 一終端相連，所述底座與所述指板的第二終端相連； i i i.所述帶弦器具的調音旋鈕固定於所述標樁頭上。
5、 如權利要求1所述的低噪聲振動弦變換器，其中，所述的雙極磁體包 括釹化合物(NdFeB )。
6、 如權利要求1所述的低噪聲振動弦變換器，其進一步包括a. 第一傳導線；b. 第二傳導線；i.所述第一傳導線與所述調音旋鈕在第一終端電連接，並與所述差 分放大器的第 一輸入口在第二終端相連；ii.所述第二傳導線又包括第一終端和第二終端，其中所述第一終端 與所述導電弦的第二終端電連接，使得所述導電弦的第二終端與所述差 分放大器的第二輸入口電連接。
7、 如權利要求6所述的低噪聲振動弦變換器，其中，所述的第一傳導線 和第二傳導線被屏蔽電纜所環繞。
8、 一種製造低噪聲振動弦變換器的方法，其包括如下步驟a. 將導電弦與調音旋扭在所述導電弦的第一終端相連，將導電弦與定 位夾具在所述導電弦的第二終端相連，使得所述導電弦與橋直接接觸並 與底座相連，所述橋與所述導電線電隔離；b. 將所述定位夾具固定在所述底座上；c. 裝配一個與所述底座形狀相同的不導電的底座；d. 裝配一個與所述不導電底座形狀相同的金屬扭、並將該金屬板定位 在所述非導電底座上；e.將雙極磁體定位在所述非導電底座上，使得所述雙極磁體的至少一部分直接位於所述導電弦之下。
9、 如權利要求8所述的方法，其進一步包括如下步驟a. 將所述調音it4醜與標糸主頭相連；b. 將指板與所述標樁頭在所述指板的第 一終端相連；c. 將所述指板與所述底座在所述指板的第二終端相連；
10、 如權利^t-求8所述的方法，其進一步包括如下步驟a. 編制數位訊號處理器，傳輸頻率在20赫茲至20千赫茲的電信號；b. 將所述數字信處理器與模數轉換器相連；c. 將求和放大器與所述模數轉換器相連；d. 將所述模數轉換器與音量控制放大器相連；e. 將所述音量控制放大器與可變電阻相連，其中，所述可變電阻與低 電阻放大器相連，該低電阻放大器又包括一個輸出插孔。
11、 如權利要求10所述的方法，其進一步包括如下步驟a. 將傳導線在該傳導線的第一終端處連接到所述調音旋扭；b. 將所述傳導線與所述差分放大器相連；c. 用屏蔽電纜環繞所述傳導線。
全文摘要
本發明公開了一種裝置和方法，其在放大弦樂器尤其是吉它的低振幅振動的同時，可減少高斯磁場強度及60赫茲的交流信號噪聲。特別地，本發明涉及使用了一個或多個雙極磁體以及高精度差分放大器與電源。雙極磁體可放置于吉它的不同部位，以感應吉它彈奏時弦的電信號。該電信號隨即被送入放大器電路內，在此消除噪聲，並通過標準揚聲器演奏。
文檔編號G10C3/10GK101171623SQ200680015032
公開日2008年4月30日 申請日期2006年5月2日 優先權日2005年5月2日
發明者詹姆士·裡德爾 申請人:詹姆士·裡德爾