一種基於電子標籤的半自動鋼琴調音器的製作方法

2023-05-20 10:58:36 1

專利名稱：一種基於電子標籤的半自動鋼琴調音器的製作方法
技術領域：
本發明涉及鋼琴及有弦軸樂器技術領域，基於電子標籤的半自動鋼琴調音器是由 可編程伺服機構、可編程控制器、電子標籤和導軌式鋼琴調音機構所組成的專業調音工具。
背景技術：
傳統的鋼琴調音器採用的是「L」型調音扳手的非同軸扭力設計的缺點開始得到廣 泛關注，並對此進行了大量的改進。但大部分改進還沒有走出手動的限制，特別是鋼琴弦碼 眾多，弦碼對應的頻率記憶起來很費精力，也容易弄錯。因此引入半自動方法甚至自動方法 是未來鋼琴調音的一個主要趨勢，並且通過電子標籤技術，不必推算弦碼的頻率，而把精力 放在高精密的弦碼調音上來，成為鋼琴調音一個迫切解決的問題。

發明內容
本發明的目的是提供一種基於電子標籤的半自動鋼琴調音器，其特點是操作簡 單、省力、半自動、調音精度高、調音後弦軸無變形。在使用中，能夠實現鋼琴調音的半自動 連續微調控制。適合鋼琴調音職業者及調音愛好者都能方便使用鋼琴調音工具。為實現上述目的，設計一種基於電子標籤的半自動鋼琴調音器，其組成包括控制 器、動力傳遞機構、電子標籤和導軌式鋼琴調音機構部件所組成的專業調音工具。控制器由控制器中央處理單元、電子標籤讀取模塊、拾音器、鍵盤及按鈕、反饋信 號、驅動信號、顯示單元、電源模塊及外圍電路構成。中央處理單元由單片機、DSP或者其他 嵌入式晶片構成。電源模塊主要完成對控制器中央處理單元、拾音器、電子標籤讀取模塊、 鍵盤及按鈕、顯示單元及位置傳感器等的電源供給。電子標籤模塊讀取待調節弦碼設定的 頻率，拾音器讀取待調節弦碼的頻率，鍵盤及按鈕主要功能包括電子標籤的頻率設定、電機 步長驅動量的設定和其他的輸入，顯示單元主要是設定頻率、拾音器頻率、電機步長驅動量 及方向等的顯示問題。導軌式鋼琴調音機構的特徵在於是在導軌定軌上，通過內八角鋼琴扳手頭和需 要調音的弦碼相連接，可以對弦軸進行同軸調節。導軌動軌上的半圓式的支撐套筒和另一 弦碼相連，主要起支撐作用。半圓式支撐套筒使得調音器的拆裝更方便簡易。弦碼調節端 採用同軸扭力輸出，可以克服傳統扳手作用於弦軸單邊受力、導致琴弦軸變形及所形成的 氣質性傷害的弊端。動力傳遞機構包括電機、行星齒輪減速箱、主軸、渦輪蝸杆機構所組成並同軸連 接，渦輪蝸杆機構末端與內八角鋼琴扳手頭同軸連接。動力傳遞機構與控制器通過數據線、 電源線相連接，電機上安裝有如編碼器的位置傳感器計算出位置反饋信號，反饋到控制器 中央處理單元做位置閉環控制從而保證一定步長驅動量的準確執行。其中行星齒輪減速箱 可選擇一級或兩級甚至多級，根據電機驅動能力加以計算選擇，渦輪蝸杆機構也是根據要 求取捨，如同軸安裝就不再需要，電機包括步進電機或者其他伺服電機。控制器的電子標籤模塊讀取弦碼上的電子標籤值，並與弦碼對應的實際頻率值對應，解放了鋼琴調音人員對各個弦碼的頻率的反覆推算。通過算法完成可編程伺 服機構的半自動調節，解決了手動調節的體力，同時通過修改步長提高了調節的精度和 靈活性。電子標籤及電子標籤讀取模塊，可以是基於射頻識別RFID(Radic) Frenquency Indentificaiton)或類似的技術。本鋼琴的半自動調節流程如下首先控制器的電子標籤模塊讀取弦碼上的電子標 籤值得到弦碼設定頻率，並與拾音器測得的軟體測量頻率作差，並驅動電機以一定步長緊 弦和松弦，帶編碼器的電機可以把實際的旋轉量反饋到可編程控制器中央處理單元，通過 閉環控制從而實現電機執行的準確性。重新通過拾音器測量頻率，重新驅動電機進行緊弦 和松弦，當出現緊弦和松弦反覆時，減小步長繼續調節直到允許的精度範圍之內，從而實現 鋼琴調音的漸進式調節。該方法解放了鋼琴調音人員對各個弦碼的頻率的反覆推算，其可編程的半自動調 節，解決了手動調節的體力，同時通過修改步長提高了調節的精度和靈活性。該鋼琴調音器 具有省力、方便靈活、精度高、調音後弦軸無變形優點，是一種適於專業調音師、調音愛好者 進步提高調音精度的專用工具。


圖1.是本發明半自動調音器的構造圖。圖2.是本發明的控制器模塊組成。圖3.是本發明半自動調音器的控制系統框圖。指定圖1為摘要附圖。參見圖1. 1內八角鋼琴扳手頭、2渦輪蝸杆減速器、3主軸、4電機、Bl行星減速器、 B2行星減速器、Al導軌動軌、A2導軌定軌、5半圓式支撐套筒、6位置傳感器、7電子標籤、 Cl弦碼、C2弦碼、D控制器。4電機、6位置傳感器與D控制器通過電源線、數據線相連接，通過D控制器控制4 電機運動並傳送6位置傳感器的反饋信號做位置閉環控制。參見圖2. 21電子標籤讀取模塊、22拾音器、23鍵盤及按鈕、24控制器中央處理單 元、25反饋信號、26驅動信號、27顯示單元、28電源模塊。控制器模塊分四部分輸入部分、24控制器中央處理單元、輸出部分和28電源模 塊。輸入部分包括21電子標籤讀取模塊、22拾音器、23鍵盤及按鈕。輸出部分包括25反 饋信號、26驅動信號、27顯示單元，其中25反饋信號為通過6位置傳感器得到的位置25反 饋信號，26驅動信號為通過24控制器中央處理單元的算法計算的一定步長驅動量。參見圖3. 31弦碼設定頻率、32軟體測量頻率、33電子標籤讀取模塊、34待調節弦 碼電子標籤、35減速機構、36控制器中央處理單元、37電機、38拾音器、39信號反饋。D控制器中的38拾音器得到32軟體測量頻率，D控制器中的33電子標籤讀取模 塊讀取待調節弦碼的31弦碼設定頻率。32軟體測量頻率與31弦碼設定頻率輸入到36控 制器中央處理單元，通過算法把頻率差轉換為37電機的驅動信號，37電機傳送39反饋信號 到36控制器中央處理單元，從而完成37電機的準確的驅動。
具體實施例方式某位有過調音經驗的鋼琴調音愛好者，運用基於電子標籤的半自動鋼琴調音器， 對自用的KAWAI K-3鋼琴進行調音。拾音、檢測部分採用的是電腦軟體系統。電子標籤採 用的是抗金屬電子標籤。本次調整內容是對中央C音進行調整(其標準音高值440hz)，首 先手持讀卡器接近弦碼，隨著位置不同，手持讀卡機顯示不同弦碼對應的琴鍵編號及標準 音頻數值，接近中央位置讀卡器顯示「C4440hz」、此弦碼即是預備調整的C4中央C音，1內 八角鋼琴扳手頭套入上方第一弦碼上。通過聽音及檢測，1#琴弦實測437. 7hz、2#琴弦實 測439. 5hz、3#琴弦實測436. 30hz。首先2和3琴弦止音，滑動Al導軌動軌，半圓式支撐套 筒連接弦碼作為支點。控制器設定脈衝數24000個、方向、轉速取系統默認值，正向、250轉 /分，按下「執行按鍵」，此時、D控制器顯示屏顯示AD反饋信號曲線、和實際轉動角度「2. 25 度」。再次擊琴弦測量，實測339. 20hz,因為在Ihz誤差下，按下「分音調整鍵」 4次，重新擊 琴弦測量，實測1號琴弦440hz，取下扳手。同樣步驟，調準第2#、第3#琴弦。經過調整後， C按鍵為一個純音(440hz)，共用時1分50秒，本次調音結束。以上實施例僅供說明本發明之用，而非對本發明的限制，有關技術領域的技術人 員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的 技術方案也應該屬於本發明的範疇，應由各權利要求所限定。
權利要求
一種基於電子標籤、可編程控制、半自動、導軌式鋼琴調音器，該調音器包括動力傳遞機構、控制器、電子標籤和導軌式鋼琴調音機構所組成。
2.根據權利要求1所述的鋼琴調音器，其導軌式鋼琴調音機構的特點是在導軌定軌 (A2)上，通過內八角鋼琴扳手頭(1)和需要調音的弦碼(Cl)相連接，可以對弦軸進行同軸 調節，導軌動軌(Al)上的半圓式支撐套筒(5)和另一弦碼(C2)相連。
3.根據權利要求1所述的鋼琴調音器，其控制器由控制器中央處理單元(24)、拾音器 (22)、電子標籤讀取模塊(21)、電源模塊(28)、鍵盤及按鈕(23)、顯示單元(27)、驅動信號 (26)和反饋信號(25)模塊構成，控制器中央處理單元(24)由單片機、DSP或其他嵌入式芯 片所構成，電子標籤模塊(21)讀取待調節弦碼設定的頻率，拾音器(22)讀取待調節弦碼的 基準頻率得到軟體測量頻率，把弦碼設定的頻率和軟體測量頻率做差並轉換為一定步長的 電機驅動量發送驅動信號(26)動力傳遞機構中的的電機。
4.根據權利要求3所述的鋼琴調音器的可編程控制器，以一定步長的電機驅動量發送 指令到動力傳遞機構中的電機(37)，反饋信號(39)模塊通過安裝在電機上的位置傳感器， 把位置反饋信號到控制器中央控制單元(36)，實現位置閉環控制，保證給定步長的電機驅 動量準確的執行。
5.根據權利要求1所述的鋼琴調音器，其動力傳遞機構包括電機(4)、行星齒輪減速箱 (B2)、主軸(3)、渦輪蝸杆機構⑵所組成並同軸連接，渦輪蝸杆機構末端(2)與內八角鋼琴 扳手頭(1)同軸連接從而實現扭矩的放大。
6.根據權利要求1所述的鋼琴調音器，其電子標籤(7)以環型模式套裝在鋼琴弦碼 (Cl)上，通過權利要求3的控制器對弦碼的電子標籤(7)進行讀取，並轉換為弦碼設定頻 率。
7.根據權利要求1所述的鋼琴調音器，其半自動調節流程如下，首先通過權利要求3的 控制器對待調節弦碼電子標籤(34)進行讀取，並轉換為弦碼設定頻率(31)；再通過權利要 求3的控制器中的拾音器(32)讀取待調節弦碼頻率得到軟體測量頻率(32)，把弦碼設定 頻率(31)和軟體測量頻率(32)做差並轉換為一定步長的電機驅動量發送到動力傳遞機構 中的的電機(37)，從而完成該弦碼的半自動調節；調節完畢後繼續重複上述步驟並減小步 長，直到調節精度在允許範圍之內。
全文摘要
本發明公開了一種基於電子標籤、可編程控制、半自動、導軌式鋼琴調音器。該發明包括電機、行星減速器及蝸輪蝸杆機構的動力傳遞機構、控制器、電子標籤和導軌式鋼琴調音機構。其中動力傳遞機構固定在導軌式鋼琴調音機構上，電子標籤以環套形式粘貼在鋼琴的弦碼上。本發明的調音方法是控制器的電子標籤模塊讀取待調節弦碼設定的頻率，通過拾音器讀取待調節弦碼得到軟體測量頻率，通過控制器中央處理單元的算法把頻率差值轉換為一定步長驅動量發送指令到動力傳遞機構，從而完成該弦碼的半自動調節，步長可根據精度和經驗靈活調整，從而實現對鋼琴弦碼的漸進式調節。解放了手動調節的體力，是適於專業調音師、調音愛好者的高精度的專用調音工具。
文檔編號G10G7/02GK101958115SQ20101024818
公開日2011年1月26日 申請日期2010年8月9日 優先權日2010年8月9日
發明者許文輝, 譚福生 申請人:譚福生;許文輝