電子樂器的踏板裝置的製作方法

2023-06-01 15:26:06 5

專利名稱：電子樂器的踏板裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及電子樂器的踏板裝置，該踏板裝置具有類似於聲學鋼琴(acoustic piano)的踏板的反作用力特性。
背景技術：
對於作為天然樂器(natural musical instrument)的聲學鋼琴，尤其是大鋼琴，當
聲學鋼琴的演奏者壓下制音踏板時，演奏者分辨出由制音踏板施加的反作用力的梯度。 也就是說，演奏者分辨出反作用力的變化率(反作用力的增值除以行程量的增值)根據制 音踏板的下壓的深度(行程)變化。圖5表示大鋼琴的杆(lever)(制音踏板或柔音踏板 (shift pedal))的反作用力特性的概要。垂直軸表示施加到杆的負荷，而水平軸表示杆的 位移量(行程量)。特性曲線61表示負荷施加到其上的制音踏板的行程量。當演奏者壓 下制音踏板時，演奏者覺察到作為反作用力的負荷。制音踏板通過一些連接部分連接到制音器。在演奏者開始壓下制音踏板的初始 狀態中，制音器和連接部分各自的重量有助於產生初始反作用力，造成反作用力的大的 變化率。然後，儘管制音踏板的行程量小，由於連接部分的間隙，演奏者為壓下制音踏 板施加的力不會傳遞到制音器。而制音踏板的行程量落在所示區域AO之內，因此，除了 初始狀態之外，反作用力的變化率小。如果演奏者進一步增加制音踏板的行程量，則行 程量進入所示區域Al中，在所示區域Al中，演奏者為了壓下制音踏板所施加的力通過 連接部分傳遞到制音器，以開始提升與弦線(strings)接觸的制音器。由於各個連接部分 具有的彈性元件和由相鄰制音器的不均勻移動產生的增加的摩擦，在區域Al中，反作用 力的變化率增加。當制音踏板的位移量進一步增加以進入區域A2中時，所有的制音器完 全離開弦線以停止由各個連接部分具有的彈性元件引起的反作用力的增加。結果，在區 域A2中，制音踏板的反作用力的變化率再次下降。然後，當行程量進入區域A3中時， 制音踏板與止擋器形成接觸，造成反作用力的變化率的急劇增加。所示區域AH(從區域Al的後半部到區域Al、A2之間的邊界的鄰近處的區域) 通常稱作半踏板區(half pedal area)。高級演奏者微妙地改變在半踏板區AH中制音踏板 的下壓量以改變要產生的樂音的音質、混響等。通過分辨在區域Al與區域A2之間的邊 界中反作用力的變化的變化率，高級演奏者意識到制音踏板的行程量處於半踏板區中。 根據大鋼琴的類型和製造商，制音踏板、連接部分和制音器各自的結構不同。因此，所 示區域AO、Al、AH、A2的各個起始位置和各個寬度在大鋼琴之間不同。一些大鋼琴 具有如虛線所示的特性線62所示的在區域AO、Al之間反作用力的變化率沒有差別的特 性。大鋼琴也具有柔音踏板。作為對演奏者壓下柔音踏板的響應，用於擊打弦線的 機構在布置鍵盤的鍵的方向上移動。結果，錘將不擊打為每個鍵設置的兩根或三根弦線 中的一根。柔音踏板呈現出與特性曲線61所示的上述制音踏板的反作用力特性相似的反 作用力特性。然而，在區域AO中，柔音踏板呈現出圖中由虛線的特性曲線62所示的特性。特性曲線61表示當壓下制音踏板時呈現的特性。對於制音踏板的相同的位移量， 當釋放制音踏板時所呈現的特性曲線表示釋放的制音踏板的反作用力稍小於壓下的制音 踏板的反作用力。由連接部分的粘滯性和摩擦力產生的滯後引起壓下的制音踏板與釋放 的制音踏板之間的反作用力的差別。柔音踏板呈現出比制音踏板較大的滯後。通常，電子樂器的常規踏板裝置被設計為使得通過一個彈簧推動制音踏板。結 果，不改變反作用力的梯度。然而，存在應用於電子樂器的踏板裝置以便根據制音踏板 的行程量改變制音踏板施加的反作用力的變化率的已知技術(公開號為2004-334008的日 本未經審查的專利)。公開的技術使用兩個彈簧部件，以使彈簧部件能夠逐級地作用於制 音踏板上。該技術呈現出反作用力在制音踏板的行程中的某點開始增加的特性。然而， 公開的技術所呈現的特性為演奏者提供與由圖5中所示的大鋼琴的制音踏板所提供的不 同的觸感。另外，與當演奏者完全壓下大鋼琴的制音踏板時所需的力相比，常規技術的 制音踏板要求演奏者施加較大的力以完全壓下制音踏板。

發明內容
實現本發明以解決上述問題，其目的是提供電子樂器的踏板裝置，所述踏板裝 置用簡單的結構實現與大鋼琴的踏板(制音踏板或者柔音踏板)相似的反作用力特性。為了達到上述目的，本發明的一個特徵是提供電子樂器的踏板裝置，所述踏板 裝置包括杆，通過演奏者壓下杆，該杆在一定行程範圍內樞轉；第一推動器件，其 可在杆的整個行程範圍內移位，以產生隨著第一推動器件的位移的增加而增加的反作用 力，將產生的反作用力施加到杆上；以及第二推動器件，其在杆的行程的起點或某點開 始移位，以產生具有如下特性的反作用力相對於第二推動器件的位移的反作用力的變 化率在位於位移中某點處的區域中下降以將產生的反作用力施加到杆上。在這種情況 下，第一推動器件為例如金屬彈簧。第二推動器件為諸如其材料為例如橡膠的彈性部件 的不同於第一推動器件的彈性部件。結果，作為對壓下踏板的響應，從行程的起點產生 隨著行程的增加而增加的反作用力，而反作用力具有在行程中相對於踏板的行程的反作 用力的變化率下降的區域。因此，電子樂器的踏板裝置用簡單的結構實現了大鋼琴的制 音踏板或者柔音踏板的反作用力特性。本發明的另一特徵是，由第二推動器件產生的反作用力具有反作用力隨著位移 的增加以負變化率變化的區域。結果，踏板裝置能夠顯著地降低在位移中的某點杆的反 作用力的變化率，便於演奏者分辨半踏板區。本發明的又一特徵是，由第二推動器件產生的反作用力隨著位移的增加總是以 正變化率變化。結果，踏板裝置增加了第二推動器件的耐久力，還穩定了第二推動器件 的運動。本發明的另一特徵是，第二推動器件產生具有在第二推動器件的位移中的某點 開始彎曲的特性的反作用力。因此，通過在位移中的某點開始彎曲，相對於踏板的行程 量的增加的反作用力的變化率在行程的區域中下降。本發明的又一特徵是，第二推動器件為形狀像圓頂的彈性部件。因此，通過 簡單的材料、形狀和結構，第二推動器件能夠彎曲以在第二推動器件的位移中的某點變 形。
本發明的另一特徵是，踏板裝置進一步包括第一開關，當由第二推動器件產生 的反作用力的變化率在第二推動器件的位移增加的過程中最大程度地增加時，第一開關 打開。結果，反作用力的變化率在此處最顯著地增加的杆的位置可以限定為半踏板區的 最低位置。本發明的又一特徵是，踏板裝置進一步包括用於檢測第二推動器件的位移的第 二開關，當由第二推動器件產生的反作用力的變化率在第二推動器件的位移增加的過程 中最大程度地降低時，第二開關打開。結果，反作用力的變化率在此處最大程度地降低 的杆的位置可以限定為半踏板區的最高位置。本發明的另一特徵是，第二推動器件在杆的行程中的某點與杆形成接觸，從而 能夠通過進一步壓下杆使第二推動器件移位。因為第二推動器件在杆的行程中的某點 開始移位，與踏板的行程量的增加相對的反作用力的變化率在杆的行程中的某點暫時升 高，然後再次下降。因此，通過簡單的結構，電子樂器的踏板裝置能夠實現反作用力的 變化率在杆的行程中的某點暫時增加的類型的大鋼琴的制音踏板的反作用力特性。上述本發明用簡單的結構實現了大鋼琴的踏板(制音踏板或柔音踏板)的反作用 力特性。因此，根據本發明的電子樂器的踏板裝置便於演奏者在半踏板區操縱踏板，使 得演奏者易於控制在電子樂器上的樂音。


圖1為本發明的實施例的踏板裝置的側視圖；圖2為圓頂形橡膠部件的位移和負荷的示例特性的概要圖；圖3A為由圖1中所示的實施例的杆所施加的反作用力的特性的典型示例的概要 圖；圖3B為圖3A中所示的反作用力的特性的改進示例的概要圖；圖4為表示採用圖1中所示的實施例的示例性電子樂器的硬體構造；以及圖5為由大鋼琴的杆所施加的反作用力的特性的概要圖；圖6為圓頂形橡膠部件的位移和負荷的另一示例性特性的概要圖；圖7為圖3A中所示的反作用力的特性的另一改進示例的概要圖；圖8A為圖1中所示的圓頂形橡膠部件的改進示例的剖面圖；以及圖8B為圖1中所示的圓頂形橡膠部件的另一改進示例的剖面圖。
具體實施例方式圖1為表示本發明的實施例的說明圖。更具體地，圖1表示踏板裝置的側面的 垂直剖面。踏板裝置具有杆1 (制音踏板或柔音踏板)和踏板框架2。踏板框架2不僅支 撐性地固定杆1，而且支撐性地固定盤簧4、圓頂形橡膠部件5、下限止擋器3、上限止擋 器6、第一傳感器8、第二傳感器9等，這些在後面將進行詳細說明。踏板框架2通過未 示出的支腿固定地連接到電子鍵盤樂器的主體，或者用作電子鍵盤樂器的底座。杆1具有杆操作部分la、上表面lb、支點Ic和下表面Id。在踏板框架2的底 板2a的上表面上設置有杆支撐部分2b。杆操作部分Ia從由踏板框架2的底板2a和左、 右側板2c(在此圖中示出演奏者看到的左側板)環繞的前開口 2d突出。杆1被設計為使得由杆支撐部分2b支撐支點lc，使得通過演奏者壓下杆操作部分Ia而使杆1能夠在一 定行程範圍內樞轉。形狀類似於近似長方體方杆的所示杆1具有下表面Id。除了這種設 計，杆1可以被設計為具有上表面Ib和左、右側表面以具有向下打開的凹部。在踏板框架2的底板2a上，下限止擋器3直立以便位於靠近前開口 2d處。由 例如氈製成的下限止擋器3連同後面說明的上限止擋器6 —起限制響應演奏者壓下杆1而 樞轉的杆1的行程範圍。在下限止擋器3與杆支撐部分2b之間，盤簧(第一推動器件)4 和圓頂形橡膠部件(第二推動器件)5沿著杆1直立。可以以相反的順序布置盤簧4和圓 頂形橡膠部件5。盤簧4可以在杆1的整個行程範圍內移位，產生與盤簧4的位移大致成比例的反 作用力。換句話說，由盤簧4施加的反作用力隨著盤簧4的位移的增加而增加。圓頂形 橡膠部件5在杆1的行程中的某點與杆1形成接觸。當進一步壓下杆1時，圓頂形橡膠 部件5開始被移位。在圓頂形橡膠部件5的位移過程中的某點處，圓頂形橡膠部件5開 始彎曲而變形。因此，圓頂形橡膠部件5具有如下特性隨著相對於圓頂形橡膠部件5 的位移的反作用力的變化率在圓頂形橡膠部件5的位移過程中的特定區域中減小，圓頂 形橡膠部件5在杆1的行程中的某點開始移位。圓頂形橡膠部件5具有彎曲部分5a和位於彎曲部分5a的下部周圍的平坦基部 5b。基部5b固定地連接到踏板框架2的底板2a。彎曲部分5a和底板2a形成內部空間 5c。形狀像半圓、半橢圓、圓錐的截頭錐體、圓柱等的彎曲部分5a具有中空部分。在 基部5b和/或底板2a的側表面上，設置有未示出的通氣口，以便當彎曲部分5a變形或 恢復到其原始形狀時允許內部空間5c與外部空氣之間的空氣通過通氣口流入和流出。圓頂形橡膠部件5的頭部的頂部用作面向杆1的下表面Id的從動部分。在所示 的示例中，在彎曲部分5a的平坦上部設置有螺絲孔5d。通過將其中裝有襯片(spacer)5f 的螺絲5e緊固到螺絲孔5d中，螺絲5e的頭部用作上述圓頂形橡膠部件5的頭部的頂部。 在杆1的初始狀態中(在沒有壓下杆1的狀態中)，螺絲5e，即圓頂形橡膠部件5的頭部 的頂部被定位為面向杆1的下表面ld，使間距d0插入頭部的頂部與下表面Id之間。圖2表示圓頂形橡膠部件5的位移和負荷的示例特性的概要。在此圖中，垂直 軸表示施加到圓頂形橡膠部件5上的負荷，而水平軸表示由於壓縮圓頂形橡膠部件5引起 的圓頂形橡膠部件5的頭部的頂部的位移量。當杆1按壓圓頂形橡膠部件5時，其大小 等於由杆1施加的負荷的反作用力作為反作用力施加到杆1上。反作用力被傳遞到電子 鍵盤樂器的演奏者。圖2中的特性曲線11表示當壓下圓頂形橡膠部件5時施加的反作用 力的特性，而特性曲線12表示當圓頂形橡膠部件5恢復到其原始形狀時施加的反作用力 的特性。因此，圓頂形橡膠部件5呈現出滯後。如表示當壓下圓頂形橡膠部件5時施加的反作用力的特性曲線11所示，在壓下 的初期負荷(反作用力)為零。儘管之後負荷(反作用力)以大致恆定的正變化率上升， 但變化率逐漸地下降以在轉折點Ila處轉成負，隨後變化率稍微下降。由於圓頂形橡膠 部件5的彎曲部分5a逐漸地彎曲並變形，獲得特性曲線11。然後，彎曲部分5a與底板 2a形成接觸，使得變化率在轉折點lib處急劇上升。在不允許位移到達轉折點lib的位 移範圍內使用圓頂形橡膠部件5。如表示當圓頂形橡膠部件5恢復時施加的負荷(反作 用力)的特性曲線12所示，由於滯後，與特性曲線11所示的相比，相對於位移量的負荷(反作用力)小。然而，最後消除了彎曲變形，使得圓頂形橡膠部件5恢復到其原始形 狀。再次對圖1進行說明。在杆1的上方，第一安裝板2e設置為靠近踏板框架2的 前開口 2d。上限止擋器6向下固定到第一安裝板2e。在杆1的長度方向上第一安裝板 2e的後面設置有第二安裝板2f。在第二安裝板2f上安裝有傳感器安裝電路板7。在傳 感器安裝電路板7的底面上設置有第一傳感器8。第一安裝板2e和第二安裝板2f被設置 為在例如踏板框架2的左、右側板2c之間延伸。在杆1的初始狀態中，上限止擋器6與 杆1的上表面Ib接觸，而第一傳感器8被定位為面向杆1的上表面lb，使第一傳感器8 與上表面Ib之間有間距dl。第一傳感器8輸出踏板的壓下量，即與杆1的行程量相對應的模擬量。第一傳 感器8為例如具有發光部分和光接收部分的反射傳感器。從發光部分發射的光被反射遠 離杆1的上表面lb，使得光接收部分接收到反射光。由於接收到的光的量根據間距dl變 化，所以第一傳感器8可以輸出與杆1的行程量相對應的模擬量。可以用連接到杆1以與杆1同步轉動的可變電阻器來代替用於獲得杆1的行程量 的第一傳感器8。電阻根據杆1的行程變化。作為選擇，可以用如下傳感器來代替第一 傳感器8:通過為杆1或與杆1同步轉動的部件設置磁或光校準板，以使得設置在踏板框 架2上的傳感器能夠讀取校準板來獲得杆1的行程量。此外，可以用包括逐級打開的多 個開關的橡膠開關來代替第一傳感器8。通過根據杆1的行程量依次序使得多個活動觸點 與其各自的固定觸點之間短路，橡膠開關允許逐步檢測行程量。儘管檢測杆1的行程量的上述第一傳感器8足夠，本實施例還使用第二傳感器 9。第二傳感器9在圓頂形橡膠部件5的頭部的頂部(螺絲5e)與杆1接觸之後檢測圓頂 形橡膠部件5的位移量，以獲得圓頂形橡膠部件5的位移量。在所示的示例中，第二傳 感器9位於圓頂形橡膠部件5的內部空間5c中，以使第二傳感器9可以位於底板2a的頂 面上。第二傳感器9為例如具有發光部分和光接收部分的反射傳感器。從發光部分發 射的光被反射遠離圓頂形橡膠部件5的內部空間5c的內壁表面，使得光接收部分接收到 反射光。因為接收到的光的量根據圓頂形橡膠部件5的位移而變化，第二傳感器9在圓 頂形橡膠部件5的頂部(螺絲5e)與杆1接觸之後可以檢測圓頂形橡膠部件5的位移量。 導電橡膠或粘結到頭部的頂部(螺絲5e)的壓電傳感器可以起到第二傳感器9的作用。在 這種情況下，在杆1的下表面Id與頭部的頂部(螺絲5e)形成接觸之後，第二傳感器9 根據導電橡膠的電阻值或者由壓電傳感器產生的電壓來檢測施加到頭部的頂部(螺絲5e) 上的負荷。使用第一傳感器8檢測的杆1的行程量以及由第二傳感器9檢測的圓頂形橡膠部 件5的位移量或者施加到圓頂形橡膠部件5上的負荷，以根據檢測到的行程量和位移量或 者負荷將制音踏板效果或柔音踏板效果添加到由電子樂器產生的樂音中。後面將參考圖 4說明細節。圖3A和圖3B表示由圖1中所示的實施例的杆1所施加的反作用力的特性的概 要。圖3A示出了反作用力的特性的典型示例，而後面將說明的圖3B示出了反作用力的 特性的改進示例。在這些圖中，水平軸表示杆1的行程量，而垂直軸表示由杆1施加到演奏者上的反作用力。特性曲線21表示杆1的特性。在圖3A中，特性曲線21被分成 四個區，使得四個區分別對應於圖5中所示的大鋼琴的特性曲線的區域AO至A3。在杆 1的行程小的區域AO中，僅通過盤簧4的彈力獲得的反作用力起作用。當演奏者壓下處 於圖1中所示的初始狀態(在不壓下杆1的狀態下)的杆1時，杆1開始關於支點Ic轉 動。在轉動開始時，儘管反作用力的變化率(反作用力的增值除以行程量的增值)由於 初始反作用力暫時上升，由於盤簧4的彈力，反作用力以大致恆定的變化率增加。當演奏者在行程量增加的過程中進一步壓下杆1的操作部分Ia以允許杆1的下表 面Id與頭部的頂部(螺絲5e)形成接觸時，特性曲線進入圖3A中的區域Al中。在區域 Al中，圓頂形橡膠部件5的彎曲部分5a開始變形，由於盤簧4的 彈力和圓頂形橡膠部件 5的彈力的合力被施加到杆1，使得由特性曲線21所表示的反作用力的變化率增大。在 圖3A中，虛線22為表示在區域Al及其後中由盤簧4施加的反作用力的特性曲線。根 據圖1中所示的間距d0來確定允許進入區域Al的行程量。通過改變例如安裝到螺絲5e 中的襯片5f的厚度可以調整間距d0。當進一步壓下杆1的操作部分Ia時，表示圓頂形橡膠部件5的位移和負荷的圖 2中的特性曲線11的傾斜度逐漸減小。因此，如圖3A中的特性曲線21所示，反作用力 的變化率逐漸下降以進入區域A2中。當演奏者進一步壓下杆1的操作部分Ia時，由特 性曲線21所示的變化率進一步下降。當杆1的下表面Id與下限止擋器3形成接觸時， 變化率在正向急劇增大以進入區域A3。對於參考圖5說明的大鋼琴，從區域Al的後半部到區域A2的區域AH為半踏板 區。同樣對於電子樂器，實現圖3A中所示的半踏板區AH，以允許通過微妙地控制杆1 的下壓來控制樂音。當表示圖3A中所示的反作用力的特性曲線21與表示圖5中所示的 大鋼琴的反作用力的特性曲線61相比較時，特性曲線21證明從區域Al到區域A2減小 反作用力的變化率的趨勢，但是減小不明確。結果，本實施例不一定能夠實現與圖5中 所示的大鋼琴相同的觸感。然而，與由於僅通過一個彈簧推動不能改變反作用力的變化 率的常規制音踏板相比，本實施例使演奏者易於分辨出半踏板區AH。參考圖3B，說明反作用力的特性的改進示例。表示杆1的反作用力的特性曲 線23被分成四個區，使得四個區分別對應於圖5中所示的大鋼琴的特性曲線的區域AO 至A3。虛線24為表示由盤簧4施加的反作用力的特性曲線。改進圖1所示的構造例 如，使得圓頂形橡膠部件5較大，從而杆1的下表面Id總是與圓頂形橡膠部件5的頭部 的頂部(螺絲5e)接觸(d0 = 0)。結果，圓頂形橡膠部件5從杆1的行程的起點開始移 位。如下設計改進示例圖1所示且為圓頂形橡膠部件5設置的彎曲部分5a在杆1的行 程的整個範圍內不與底板2a形成接觸。在本改進示例中，從演奏者下壓杆1開始，通過盤簧4和圓頂形橡膠部件5兩者 產生杆1的反作用力。本改進示例被設計為與在圖5中的區域AO與區域Al之間的邊界 處沒有反作用力的變化率的波動的特性曲線62相似。改進示例也具有從區域Al到區域 A2的半踏板區AH，以允許演奏者使用踏板控制樂音。圖4為表示使用圖1中所示的實施例的示例性電子樂器的硬體構造。總線31將 例如CPU(中央處理單元)32的多個硬體塊彼此連接，以允許在CPU32的控制下傳遞數 據和程序。作為例如快擦寫ROM (flash ROM)(電可擦除可編程ROM)的ROM (只讀存儲器)33存儲程序、轉換表、參數的設定數據、音樂數據文件、伴奏數據文件等，甚至 在電子鍵盤樂器的主電源已經關閉之後保存這些。CPU32為這樣的計算機控制整個樂 器以利用設置在RAM(隨機存取存儲器)34中的工作區通過執行程序來允許硬體塊的集 成功能和各個硬體塊之間的集成傳遞。在定時器35所指示的中斷時刻執行時間中斷。設在RAM 34中的工作區包括鍵緩衝區、踏板緩衝區、標記區等。鍵緩衝區存 儲鍵碼、按鍵的速度、鍵事件(鍵接通/鍵切斷)等，以使它們與音調產生通道相關聯。 踏板緩衝區存儲行程量、踏板事件(踏板接通/踏板切斷)等，以使它們與制音踏板、柔 音踏板等相關聯。時鐘電路36甚至在電源關閉的狀態下保持當前的日期和時間。作為HDD(硬磁 盤驅動器)、USB (通用串行總線)存儲器等的外部存儲設備37，代替上述ROM33存儲 程序和數據。存儲在ROM 33或外部存儲設備37中的程序和數據可以存儲在伺服器裝置 40中，使得通過通信網絡41和網絡接口 42可以更新存儲的程序和數據。此外，可以通過 MIDI接口 39輸入從MIDI裝置38傳 遞的MIDI信號，使得電子鍵盤樂器可以基於MIDI 信號演奏音樂。另外，當電子鍵盤樂器演奏音樂時輸出的MIDI信號可以傳遞到MIDI裝 置38中。作為性能操作元件，在圖中示出踏板裝置43和鍵盤45。分別通過檢測電路44、 46來檢測踏板裝置43和鍵盤45的操縱，使得檢測的結果輸出到總線31。踏板裝置43 為圖1中所示的杆1 (制音踏板或柔音踏板)。踏板裝置43的檢測電路44將從圖1中所 示的第一傳感器8和第二傳感器9或者代替第一和第二傳感器設置的傳感器輸出的模擬信 號轉換成數字值。CPU 32將數字值通過總線31傳遞到RAM 34以便臨時存儲在踏板緩 衝器中。數字值可以存儲在踏板緩衝器中作為與行程量或負荷直接相對應的數據。作為 選擇，在數字值存儲在踏板緩衝器中之前，通過參考將傳感器輸出轉換成行程量的表或 者將傳感器輸出轉換成負荷的表，可以將數字值轉換成行程量或負荷。接下來，說明使用第一傳感器8的輸出(行程)和第二傳感器9的輸出(位移、 負荷)的具體示例。在任何情況下，如下控制樂音在踏板被壓下比半踏板區AH深的 行程範圍內，認為無需區分行程量制音踏板處於「接通」狀態。在踏板被壓下比半踏板 區AH淺的範圍內，認為無需區分行程量制音踏板處於「切斷」狀態。(1)通過第一傳感器8檢測杆1的行程量以判定檢測的行程量是否落在半踏板區 AH內，以根據在半踏板區AH中杆1的行程量控制樂音。將不使用第二傳感器9。即 使圓頂形橡膠部件5的反作用力的特性已隨著時間劣化，這一具體示例實現了在半踏板 中控制樂音，在杆1的特定行程量處開始控制。(2)通過第二傳感器9檢測圓頂形橡膠部件5的位移或負荷以判定檢測的位移或 負荷是否落在半踏板區AH內，以根據在半踏板區AH中圓頂形橡膠部件5的位移或負荷 控制樂音的音質。將不使用第一傳感器8。在這一具體示例中，由於從圓頂形橡膠部件 5與杆1形成接觸的時刻起根據圓頂形橡膠部件5的位移或負荷控制樂音，所以不考慮圓 頂形橡膠部件5的個體差異，反作用力的特性與樂音的控制的特性總是一致。(3)第一傳感器8檢測杆1的行程量。第二傳感器9檢測圓頂形橡膠部件5的 位移或負荷以檢測圓頂形橡膠部件5與杆1形成接觸的時刻。在圓頂形橡膠部件5與杆 1形成接觸的時刻杆1的行程量被看作半踏板區AH的起始位置(下限位置)，而根據杆1的行程量來確定半踏板區AH的結束位置(上限位置)。在這一具體示例中，根據半踏 板區AH中的行程量來控制樂音。考慮到圓頂形橡膠部件5的個體差別和圓頂形橡膠部 件5的老化，通過這一具體示例可以控制樂音。面板操作元件47包括允許演奏者選擇模式並設定控制參數的開關以及允許演奏 者可變地控制音量級的設定值等的旋鈕。通過檢測電路48檢測面板操作元件47的操縱 以將其輸出到總線31 。顯示電路49控制由液晶顯示器、LED、指示器等構成的顯示單 元50，傳遞顯示圖像數據和亮度控制數據以允許演奏者輸入各種設定。通常作為音調發生LSI (大規模集成電路)的音調發生器(tone generator) 51輸入 性能數據或者基於性能數據產生的音調發生參數，根據輸入的數據和參數產生樂音波形 信號，然後將產生的信號輸出到效果電路52。效果電路52將諸如餘響等效果添加到樂音 波形信號中，然後將信號輸出到音響系統53。音響系統53調節樂音信號的音量，放大樂 音信號，然後將放大的信號輸出到揚聲器、耳機等。CPU 32實現了通過執行電腦程式控制樂音的能力。CPU 32將基於利用面板操 作元件47指定的音質等產生的音調發生參數輸出到音調發生器51中。CPU32將產生樂 音的指示、停止樂音產生的指示、按鍵的速度和杆1的行程量傳遞到音調發生器51中。 音調發生器51輸入鍵的鍵接通事件(產生樂音的指示)，開始產生賦予鍵的音調(tone pitch)的樂音信號，輸入鍵的鍵切斷事件(停止產生樂音的指示)，然後開始停止產生樂 音的處理。音調發生器51和效果電路52根據來自圖1中所示的第一傳感器8、第二傳感 器9或者代替第一和第二傳感器設置的傳感器的輸出將制音效果添加到樂音中，並且控 制產生的樂音的混響(聲學效果)。在半踏板區AH中，音調發生器和效果電路根據演奏 者對踏板的操縱微妙地改變產生的樂音的諸如音質、混響(聲學效果)等樂音元素。已知多種在制音踏板處於「接通」狀態且處於半踏板區AH中的狀態下控制音 質的方法。現在簡要地說明這些方法的具體示例。音調發生器51以為各個音調提供兩 種音調發生波形數據的方式在樂音波形數據存儲器(例如，包括在音調發生器51中)存 儲制音踏板處於「切斷」狀態(正常按下鍵)的狀態的音調發生波形數據以及共振音調 的音調發生波形數據。通過允許由於制音器能夠自由振動的弦線遠離與正產生的樂音同 時振動的弦線，共振音調與由大鋼琴產生的樂音等效。在制音踏板的「接通」狀態中，如果正在產生音調的樂音，則控制樂音使得樂 音的音量級的衰減率比在制音踏板的「切斷」狀態中產生的樂音的音量級較緩和。在控 制衰減率的同時，產生要添加到正在產生的樂音中的共振音調。在半踏板區中，根據行 程量控制正在產生的音調的樂音的各自的衰減率和共振音調。音量級的衰減量隨著行程 量的增加而減少。在上述說明中，在半踏板區中，根據行程量控制樂音的衰減量，無需改變樂音 波形數據。然而，代替上述說明，可以根據半踏板區中的行程量改變樂音波形數據。上 述說明是關於通過制音踏板控制樂音的。然而，為了通過柔音踏板控制樂音，使用多種 音調發生波形數據以產生音調的樂音。在柔音踏板的「接通」狀態中，更具體地，使用 柔音踏板的「接通」狀態(柔和的音調)的音調發生波形數據控制樂音。參考圖6和圖7，現在說明由杆1施加的反作用力的特性的另一改進示例。圖6 為圓頂形橡膠部件5的位移和負荷的特性的另一示例的概要圖。在此圖中，特性曲線11與圖2中所示的特性曲線為相同的曲線。特性曲線13表示按壓圓頂形橡膠部件5的過程 中所施加的反作用力的特性。沒有示出當圓頂形橡膠部件5恢復時所施加的反作用力的 特性。負荷(反作用力)在按壓的初期為零。儘管之後負荷(反作用力)以大致恆定的 正變化率(=負荷的增值除以位移的增值)上升，變化率逐漸下降，隨後負荷以大致恆定 的小的正變化率增加。然後，當彎曲部分5a與底板2a形成接觸時，變化率急劇上升。 由於圓頂形橡膠部件5的彎曲部分5a變形而下陷來獲得特性曲線13。在不允許彎曲部分 5a與底板2a形成接觸的位移範圍內使用圓頂形橡膠部件5。在圓頂形橡膠部件5的恢復 過程中，與在按壓圓頂形橡膠部件5的過程中所施加的反作用力相比，由於滯後與位移 量相對的負荷(反作用力)小。然而，最後消除了彎曲變形，使得圓頂形橡膠部件5恢 復到其原始形狀。

圖7為表示在使用具有由圖6中的特性曲線13所表示的特性的圓頂形橡膠部件 5的情況下所呈現的杆1的反作用力的特性的概要圖。在圖7中，杆1的特性曲線21、 表示由盤簧4所施加的反作用力的特性曲線22以及區域AO、Al、A2、A3與圖3A中所 示的相同。特性曲線25為表示在壓下杆1的過程中所施加的反作用力的曲線。在壓下 杆1時，儘管杆1的反作用力的變化率(反作用力的增值除以行程量的增值)由於初始反 作用力暫時上升，由於盤簧4，反作用力在區域AO中以大致恆定的變化率增加。在區域 AO中，特性曲線25與特性曲線21 —致。然後，杆1的反作用力的變化率在行程中的某 點(在作為區域AO與區域Al之間的邊界的行程si處)暫時上升。通過與杆1形成接 觸以連接到杆1的圓頂形橡膠部件5來獲得暫時上升。在餘下的行程的某點，杆1的反作用力的變化率開始減小，隨後是大致恆定的 小的正值的變化率。通過杆1與下限止擋器3的接觸(在作為區域A2與區域A3之間的 邊界的行程S3處)，杆1的反作用力的變化率急劇上升。具有由特性曲線25所示的特性的杆1的踏板裝置實現了由演奏者覺察到的逐級 變化杆的反作用力的變化率在杆1的行程中的某點增加的第一級，以及杆1的反作用力 的變化率在第一級之後減小的第二級。儘管有兩級，進入第二級的點不明確。點可以被 限定為由特性曲線25所示的反作用力的變化率最大程度地減小(換句話說，反作用力的 二階微分為最小值)的行程s2。優選的是，從第一級到第二級的反作用力的逐級變化的 量與在下壓杆1開始時所施加的初始反作用力大致相同。更具體地，優選的是逐級變化 的量在一半初始反作用力和雙倍初始反作用力之間或與其相等。圖6所示的點p2表示與 行程值s2相對應的圓頂形橡膠部件5的位移量。因為杆1的反作用力的變化率在第二級 中減小，踏板裝置能夠減少當杆1最終與下限止擋器3形成接觸時所施加的反作用力(在 最大行程處施加的反作用力)的增加。在杆1的特性曲線落在由假設線26 (hypothetical line)所限定的區域(不包括假設 線26)內的情況下，兩級變化相對明確。假設線26表示，如果杆1的特性曲線落在由假 設線26所限定的區域內，則特性曲線保持行程Sl處所示的變化率以便以恆定的正變化率 增加反作用力。圓頂形橡膠部件5的相應特性曲線落在由圖6中所示的假設線14所限定 的區域(不包括假設線14)內。假設線14呈現出保持在由特性曲線11所示的下壓的初 期之後獲得的變化率以便以恆定的正變化率增加負荷的特性。在圖7中，如果反作用力的變化率的下降少，則對於演奏者來說很難覺察到轉移到第二級。因此，優選的是，在反作用力的變化率在行程中的某點下降之後，反作用 力的變化率小於或者等於由假設線26所示的變化率和由假設線27所示的變化率的和的一 半。假設線27呈現出反作用力的變化率下降為等於由特性曲線22 (表示由盤簧4所施加 的反作用力的特性曲線)所示的變化率的特性。圓頂形橡膠部件5的相應特性曲線的變化率小於或者等於由假設線14所示的變 化率的一半，並且大於或者等於由假設線15所示的變化率。假設線15呈現出如下特性 儘管在按壓的初期起始於「0」的負荷(反作用力)在初期增加之後保持由特性曲線13 所示的正變化率，但變化率逐漸下降到「0」。如果圓頂形橡膠部件5被設 計為，例如，使得從彎曲部分5a的肩部向下延伸的 管部分的壁厚隨著遞增地接近基部5b而增加，則發生於圓頂形橡膠部件5的位移中某點 的負荷的變化率的下降少，導致靠近假設線14的特性。另一方面，如果圓頂形橡膠部件 5被設計為使得從彎曲部分5a的肩部向下延伸的管部分的壁厚與管的均勻直徑一致，則 發生於位移中某點的變化率的下降多。如上所述，圓頂形橡膠部件5不限於圖1所示的 形狀，而是形狀可以像半圓、半橢圓、圓錐的截頭錐體或者圓柱。現在說明使用具有穿過沒到達圖6中的假設線14(不包括假設線14)且大於或等 於假設線15(包括假設線15)的陰影區16的特性的圓頂形橡膠部件5的優點。通過這一 特性，相對於圓頂形橡膠部件5的位移的反作用力的變化率下降，而不在位移中的任一 點轉為負。具有這一特性的圓頂形橡膠部件5增強了耐用性，也穩定了圓頂形橡膠部件 5的變形。已參考圖3說明了半踏板區AH。然而，將參考圖7再次說明半踏板區AH。在 參考圖3A和圖3B的說明中，在圖3A和圖3B中所示的區域AH被限定為考慮到圖5中 所示的聲學鋼琴的反作用力特性的半踏板區。然而，可以自由地限定半踏板區AH(最低 行程值和最高行程值)。通過用戶的選擇，半踏板區AH可以為用戶可編程的。在杆1被設計為使得半踏板區AH的最低值位於或接近上述行程Sl而最高值位 於或接近上述行程s2的情況下，杆1使能實現杆1的反作用力的變化率的兩級變化的半 踏板控制。更具體地，通過使用如上設計的杆1，杆1的反作用力的變化率的逐級變化與 由杆1控制的樂音的變化一致。在這種情況下，由於反作用力的變化率的下降率在行程 s2的附近不會大幅度變化，所以最高值能夠落入其中的可能區域寬。通過設計為使得杆1總是與圓頂形橡膠部件5接觸以連接到圓頂形橡膠部件5的 圖1中的杆1來獲得圖3B中所示的杆1的反作用力的特性的改進示例。在這一改進示例 以及相對於圓頂形橡膠部件5的位移的負荷的變化率下降而不在位移中的任一點轉為負 的情況下，演奏者能夠在壓下杆1的過程中覺察到逐級變化。另外，由於改進示例的杆 1被設計為使得反作用力的變化率在杆1與下限止擋器3形成接觸之前下降，能夠減少最 大行程處反作用力的增加。此外，因為負荷的變化率不會轉為負，圓頂形橡膠部件5增 強了耐用性，也穩定了圓頂形橡膠部件5的變形。在圖1中所示的實施例中，第二傳感器9為反射傳感器。然而，第二傳感器9 可以為根據圓頂形橡膠部件5的位移而打開/關閉的開關。在這種情況下，如圖8A所 示，可以用具有根據位移打開/關閉的兩個開關的圓頂形橡膠部件20來代替圓頂形橡膠 部件5。圓頂形橡膠部件20具有用於檢測第一位移的第一開關SWa(第一活動觸點22，第一固定觸點對24a、24b)以及用於檢測第二位移的第二開關SWb(第二活動觸點23，第 二固定觸點對25a、25b)。圓頂形橡膠部件20由彈性橡膠部件21、具有導電性的第一活動觸點22和第二 活動觸點23、以及具有第一固定觸點對24a、24b和第二固定觸點對25a、25b的印製線路 板26形成。橡膠部件21具有安裝在印製線路板26上的基部21a。橡膠部件21還具有 從基部21a向上延伸以膨脹為像環的使其肩部朝向環的中心彎曲的第一外圓頂21b。橡膠 部件21還具有整體連接到第一外圓頂21b的頂端的中心側以向上延伸而膨脹為像環的使 其肩部朝向中心彎曲的第二外圓頂21c。第二外圓頂21c的邊緣從第二外圓頂21c連接到 第一外圓頂21b的部分朝向第一外圓頂21b的下部延伸，使得第二外圓頂21c的下端用作 第一移動部分21d。在第一移動部分21d的底表面上設置有導電第一活動觸點22。第一 活動觸點22面向第一固定觸點對24a、24b，間隔第一特定距離。橡膠部件21具有連接到第二外圓頂21c的頂端的中心側以向上垂直延伸的圓柱 從動部分21e。用作圓頂形橡膠部件20的頭部的從動部分21e面向杆1的下表面Id。從 動部分21e不一定是類似於空心圓柱的形狀，而是 可以是類似於實心圓柱或矩形平板的形 狀。橡膠部件21還具有整體連接到第二外圓頂21c的頂端的中心側以向下延伸而膨脹的 內圓頂21f。內圓頂21f的底部用作第二移動部分21g。在第二移動部分21g的底表面上 設置有第二活動觸點23。第二活動觸點23面向設置在印製線路板26上的第二固定觸點 對25a、25b，間隔第二一定距離。成形為矩形平面狀的基部21a具有位於基部21a的頂面上的四個外周位置處的孔 21h。從基部21a的底表面分別通過孔21h的各個中心，支腿部21i分別突出。支腿部 21i被裝配到設置在印製線路板26和踏板框架的底板2a上的貫穿孔(未示出)中，以使 基部21a安裝在印製線路板26上。在橡膠部件21和印製線路板26之間有間隔。在所 示的基部21a的底面的部分上(在所示的示例中，在與杆1的縱向垂直的方向上)，設置 凹槽2Ij用作通氣口。設置在印製線路板26上的第一固定觸點對24a、24b和第二固定觸點對25a、25b 的導電模式不限於圖中所示的環形模式和圓形模式。沒有示出固定觸點對和其他電路元 件連接的布線圖。布線圖設置在印製線路板26的頂面上或通過在層之間連接的導體設置 在印製線路板的底面或內層上。圓頂形橡膠部件20的位移和負荷的特性類似於圓頂形橡膠部件5。當杆1按壓 圓頂形橡膠部件20時，圓頂形橡膠部件20開始變形。圓頂形橡膠部件20被設計為在 開始變形的區域中，壓縮第一外圓頂21b以通過第一活動觸點22使第一固定觸點對24a、 24b導通以打開第一開關SWa。通過第一開關SWa能夠檢測反作用力的變化率最大程度 地增加的位移。圓頂形橡膠部件20還被設計為當圓頂形橡膠部件20開始彎曲而變形 時，通過第二活動觸點23使第二固定觸點對25a、25b導通以打開第二開關SWb。通過 第二開關SWb能夠檢測反作用力的變化率最大程度地下降的位移。還可以用具有根據如圖8B中所示的位移而打開/關閉的開關的圓頂形橡膠部件 30來代替圓頂形橡膠部件5。圓頂形橡膠部件30還具有類似於圓頂形橡膠部件5的反作 用力特性。圓頂形橡膠部件30具有用於檢測第一位移的第一開關SWc (第一活動觸點32 和第一固定觸點對33a、33b)。圓頂形橡膠部件30由彈性橡膠部件31、導電活動觸點32以及具有第一固定觸點對33a、33b的印製線路板36形成。橡膠部件31具有安裝在印製 線路板36上的基部31a。橡膠部件31具有從基部31a向上延伸以膨脹為像環的其肩部朝 向環的中心彎曲的外圓頂31b。橡膠部件31還具有位於外圓頂31b的上端部31d的圓柱 從動部分31c，使得從動部分31c可以朝向外邊緣稍微離開上端部31d的內邊緣連接到上 端部31d以向上垂直延伸。用作圓頂形橡膠部件30的頭部的從動部分31c面向杆1的底 面。橡膠部件31還具有整體連接到上端部31d的中心側以向下延伸膨脹的內圓頂31e。 內圓頂31e的底部用作移動部分31f。在移動部分31f的底面上設置有導電活動觸點32。類似於圖8A中所示的基部21a，基部31a的形狀類似於矩形平面，並且具有位 於基部31a的頂面上的孔31g，支腿31h設置在底表面上。在印製線路板36的頂面上， 環形和圓形固定觸點對33a、33b被設置為以一定距離間隔地面向上述活 動觸點32。固定 觸點對的導電模式不限於圖中所示的環形和圓形。基部31a安裝在印製線路板36上以提 供內部空間，凹槽31i設置為通氣口。圓頂形橡膠部件30的位移和負荷的特性也類似於圓頂形橡膠部件5。當杆1按 壓圓頂形橡膠部件30時，圓頂形橡膠部件30開始變形。圓頂形橡膠部件30被設計為 在開始變形的區域中，壓縮外圓頂31b，內圓頂31e向下移動，以使得在圓頂形橡膠部件 30的位移開始之後緊接著通過活動觸點32能夠使固定觸點對33a、33b導通以打開開關 SWc。通過開關SWc，能夠檢測反作用力的變化率最大程度地增加的位移。圖8A中所示的第一外圓頂21b、第二外圓頂21c和內圓頂21f以及圖8B中所示 的外圓頂31b和內圓頂31d關於各自的中心軸具有旋轉對稱性。然而，這些圓頂不一定 必須具有旋轉對稱性。更具體地，這些圓頂可以設計為只要這些圓頂的形狀類似於彎 曲而變形的圓頂，在平面圖上將這些圓頂繪製為橢圓形、矩形等。
權利要求
1.一種電子樂器的踏板裝置，所述踏板裝置包括杆，通過演奏者壓下所述杆，所述杆在一定行程範圍內樞轉； 第一推動器件，其能夠在所述杆的整個行程範圍內移位，以產生隨著所述第一推動 器件的位移增加而增加的反作用力以將產生的反作用力施加到所述杆上；以及第二推動器件，其在所述杆的所述行程的起點或某點開始移位以產生具有如下特性 的反作用力與所述第二推動器件的位移相對的所述反作用力的變化率在位於所述位移 中的某點的區域中下降以將產生的反作用力施加到所述杆上。
2.根據權利要求1所述的電子樂器的踏板裝置，其中由所述第二推動器件產生的所述反作用力具有所述反作用力隨著所述位移的增加以 負變化率變化的區域。
3.根據權利要求1所述的電子樂器的踏板裝置，其中由所述第二推動器件產生的所述反作用力總是隨著所述位移的增加以正變化率變化。
4.根據權利要求1所述的電子樂器的踏板裝置，其中 所述第一推動器件為金屬彈簧。
5.根據權利要求1所述的電子樂器的踏板裝置，其中 所述第二推動器件為其材料為橡膠的彈性部件。
6.根據權利要求1所述的電子樂器的踏板裝置，其中所述第二推動器件產生所述反作用力，所述反作用力具有在所述第二推動器件的所 述位移中的某點開始彎曲的特性。
7.根據權利要求6所述的電子樂器的踏板裝置，其中 所述第二推動器件為形狀類似於圓頂的彈性部件。
8.根據權利要求1所述的電子樂器的踏板裝置，所述踏板裝置還包括第一開關，當由所述第二推動器件產生的所述反作用力的所述變化率在所述第二推 動器件的增加位移的過程中最大程度地增加時，所述第一開關打開。
9.根據權利要求8所述的電子樂器的踏板裝置，所述踏板裝置還包括第二開關，當由所述第二推動器件產生的所述反作用力的所述變化率在所述第二推 動器件的增加位移的過程中最大程度地下降時，所述第二開關打開。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的電子樂器的踏板裝置，其中所述第二推動器件在所述杆的所述行程的某點與所述杆形成接觸，從而能夠通過進 一步下壓所述杆使所述第二推動器件移位。
全文摘要
本發明公開了一種電子樂器的踏板裝置。通過演奏者壓下杆1，杆1在一定行程範圍內樞轉。盤簧4可在所述杆1的整個行程範圍內移位，以產生具有反作用力隨著位移的增加而增加的特性的反作用力。圓頂形橡膠部件5在所述杆1的行程中的某點開始移位，以產生具有與位移相對的反作用力的變化率在位於位移中的區域中下降的特性的反作用力。通過在所述杆1的行程中的某點所述圓頂形橡膠部件5與所述杆1形成接觸以通過進一步下壓所述杆1使其在圓頂形橡膠部件5的位移中的某點彎曲而開始移位來獲得該特性。
文檔編號G10H1/34GK102024450SQ20101028632
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月15日 優先權日2009年9月15日
發明者巖本俊幸, 西田賢一 申請人:山葉株式會社