业余自制电子琴(续)

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元件选择

本琴中用的晶体管除图中已注明的,所有的NPN管均用3DG6,β值在 50~100为好。所有的PNP管均为3AX31B(用3CG型的更好),要求穿透电流尽可能小,β为 50~150。所有的非门均用 C003或C033,它的每片上有6个非门,图2和图7各用了一块。频谱合成器及环状分配器中用的触发器都是C013或C043双D触发器,图2和图7中各用了两块,图4中用了6块。图4和图7中用的双向模拟开关为C514或 C544,每一块上有四个开关,图4中用了三块 C514,每块的四个开关都用,图7中只用了一半C514。所有这些CMOS集成电路只要功能不缺就可以,对功耗及工作速度均不必严格计较。

图中未注明的二极管均用2CK或2CP型,要求正向电阻尽可能小,反向电阻尽可能大,反向击穿电压>20伏即可。电源中的两组二极管的反压应分别大于50伏及100伏。

电位器一般用直线型(X型)的,而W\(_{2}\)~W6最好用指数(Z)型的。电路中的电容器一般用涤纶电容、铁电陶瓷介质电容都行,但是音调振荡器中的电容器不要使用铁电陶瓷介质的,用涤纶电容为好。图中电阻要求不严格,一般都可用1/8瓦的普通碳膜电阻,与音调有关的电阻最好用金属膜电阻。

本琴音色滤波器中和打击乐模拟电路中各用了一个电感线圈,它们都用了内径为19mm、外径为31mm、高为10mm的环状磁心,用线径为 0.2~0.3mm的漆包线分别绕1500~3000匝及500~1000匝。读者也可以用手头现有的晶体管收音机输入变压器赏试代用,只要Q值不是很低(Q>2~7)就行。

琴键是用罐头盒铁皮作的。琴键分为两种规格,一种如图11(a)所示的尺寸,需要作31个;另一种宽窄大小与(a)相同,只是矮些,把a图中的20mm换成15mm就行了,这种键需要作33个。制作时,按图11(a)实线剪下两种尺寸的铁皮,然后沿着图示的虚线,参照图b、c、d的顺序折成琴键。有条件时,可在键的面上贴上有机玻璃,使琴健美观。

图1
图1 🔍原图 (840×370)

每个琴键分别焊在每个键身上。各键身大小一样,键身尺寸见图12(a),也是用罐头盒铁皮作的。为了使键身与导电弦线接触良好,健身的下面加了用磷铜片作的触片,触片的尺寸见图,键身与触片是用铆钉固定的。为了使键身随着键按下时,接触平稳,在键身下面还焊上了用磷铜片作的扶键簧片,该簧片的尺寸见图 12(b)。琴键分别焊在键身上,两种琴键与键身的装配见图12中的(c)。

图2
图2 🔍原图 (1101×465)

三组开关(图2中的K\(_{a}\)~Kd、图4中的K\(_{0}\)1~K04、图7中的K\(_{3}\))是自制的四刀组合开关。制作时,把磷铜片按图13样子剪好、弯好。按钮用圆的或方的塑料棍或塑料块粘在磷铜片上。当按下某一个或多个键时,b铜片前端卡在a铜片里被锁定,再按另外的键时,这些键会自动弹起,而a片又将刚刚按下的键锁住。这种开关的安装、组合图13已全部给出。供仿制者参考。虽然开关简陋些,但使用效果还是不错的,另外也非常经济。

图3
图3 🔍原图 (750×840)

手动打击开关也是用磷铜片作的,制作、安装见图14。

图4
图4 🔍原图 (464×340)

导电弦线是用27\(^{#}\)左右的扬琴弦作的。

图15给出了旋律音阶板和导电板,伴奏音阶板和导电板的尺寸。

图5
图5 🔍原图 (1218×722)

安装

琴键的组装需要说明一下,旋律组的琴键规格比较统一,键高只有两种形式,高一些的键焊在键身的中部,低些的焊在键身的靠外端。把键身尾端焊在旋律音阶板的上面时,要使琴键象图16那样分配。按下琴键时要保证琴键外端的小触片正好稳妥地压在导电弦线上。扶键簧片的末端在音阶板上的焊点要焊得比键身末端在该板上的焊点靠前些,并保证给键身一个有力的向上扶的弹力。

图6
图6 🔍原图 (764×366)

伴奏部分的琴键组装方式与此完全相同,只是因为各键要分别控制第一、第二和第三个振荡器,所以它们的触片位置不会都在键身的顶端,而是相应于表1的音名关系分别装在键身的顶端、中部和靠里些的位置上,并且要使各触片分别准确地对准三根导电弦线,弦线用小弹簧拉紧。装弦线时,应将它上面的油污彻底清除干净,否则会使发音含混和音调不稳。

在音阶板上,除了焊着有琴键和扶键簧片的末端外,还要焊接调音电阻(音阶电阻)。最理想的方法是用一些体积很小的短形螺旋电位器(470Ω~4.7 K)串联起来调音,这样虽然费用高一些,但音准指标要高得多,而且会大大减轻调音难度。当然为了简单和取材方便,也可以用电阻(以串、并联的方法达到标准取值)来实现音阶调整。或者用片状微调电阻与固定电阻相串联,来担任调音电阻。

印制电路板装在基座下面。相对位置如图17所示。

图7
图7 🔍原图 (833×234)

整个琴的安装见封二。

图8
图8 🔍原图 (1952×2765)

琴键的排音方式

如果单从音阶电路板或“内键”(键身)上看,该琴的排音规律与一般键盘琴的内部音位并无区别,都是半音递增的,但从“外键”(按片)上看,排音规律就不同了。我们知道,在普通键盘上相邻白键的音程一般是大二度(全音),但E和F、B和C音之间却是小二度(半音)。这样演奏C调时固然十分方便,但在演奏C调以外的其余11个调高的乐曲时,就必须借助于使用不同的黑键(半音键)来达到,而且12种调就有12种演奏方法,这对非职业演奏的乐器爱好者来说很难完全和熟练地掌握。本琴试用等音程排键法,使琴键分为前、后两排,每排的相邻两键的音程都是一个全音,而前、后相邻的任意两键之间的音程都是半音。(参看图16的音名标注)。这样如果 do(1)、 re( 2)、mi( 3)在前排键按出, fa( 4)、 so( 5)、 la( 6)、si( 7)就要在后排键上按出。反之,当 do、 re、 mi在后排按出时,fa、so、la、si就要在前排按出,这就是使用这种键盘的全部手法。当需要转调演奏时,你不必有任何为难,只要把手移高或移低几个琴键,照着原来的办法继续演奏就是了。这样只要学会一种演奏手法,12种调高便都可以同样灵活地演奏了。

当然,已有较好的键盘琴演奏基础的爱好者可不必采用这种键盘方式,只要不在健身上焊接这种按片,而直接作一个大小合适的普通键盘(外键),使它们的黑白键正好能压动本琴的电气键片(内键),就可以照一般方法演奏了。

使用等音程排键方法后,和声伴奏的手法也统一了:对于任何调高,凡是大三度的两个音肯定是在同一排的,凡是小三度则在隔一键的不同排,所以和声手法也同样容易掌握。

调试

旋律演奏部分的调试

1.音型门:检查安装无误后,先用电压表量弦线AB的对地电压,应为+9V。这时测量音型门管BG\(_{3}\)的集电极电压UC3应接近+9V。然后按下一个琴键,并稍用力,使弦线AB和导电板MN接触,此时BG\(_{3}\)的UC3应下降到4.5~6伏左右;当稍稍放松按键时,可以看到U\(_{C3}\)很快地回到原来电压;如果UC3电压下跌甚少,说明BG\(_{3}\)管的β值过小或R19过大,可更换或调整,反之也相应调整。

2.音调振荡器和分频电路:这部分最难调试,应先检查电路焊接是否准确,再作精确调整。调整时,先用两个电位器(47K+4.7K)串起来代替音阶电阻R\(_{0}\)接在BG1的基极与+9V之间,4.7K电位器最好是用指数型的,将第一分频器的输出电位器W\(_{2}\)及输出音量电位器W6都旋至最大,合上任意一个滤波器开关,同时将MN板临时接+9V使音型门持续开放并接上功放级,从大到小旋动47K电位器到某一点时扬声器中将有音频声响,表示音调振荡器开始工作。接着旋动47K电位器,按do、re、mi……的关系听音调的变化,47K电位器旋至最小后再旅小4.7K,继续听音调变化,如果能包括大约4个倍频程(相对音域为1:-1.-1-1.-1:)即证明工作良好,可以开始调音。否则应检查电路元件,直到排除故障为止。如果没声,检查分频器是否工作,可将振荡管BG1的发射极经一个 5~10μf电容直接送至BG\(_{3}\)基极或功放级输入端去试听。如果这时有声,则应怀疑分频器有故障,并排除。替换着依次旋大W3、W\(_{4}\)和W5,应能听到递减八度的声音,证明分频器工作完好能够进行频谱合成。

接着将颤音调制电阻R\(_{4}\)断开以便调准音阶电阻,这时需要用一只手风琴或一盒(12只)定音哨,先让标准乐器发出 G音(5.),再调 4.7 K电位器(将47K电位器短路或不用),使振荡器产生的音高与之成同名音(可以比标准音高八度),然后用电表欧姆档测记这个阻值,如为136Ω(尾数是估读出来的),则可用100Ω串联36Ω去代替,先搭焊在音阶板上,按下5.键听音后再校,如果感到略偏低,则可试着在总电阻(或 100Ω上)并一大电阻(如 1K、10K、47K等)或在36Ω上并联一小电阻(如100Ω、200Ω等)去细调;如果感到略略偏高,则可将串联的小电阻(36Ω)换得大些,再用上法并联调试,直到两音几乎没有差拍为止。特别应该提醒的是,细调音阶前,必须用断锯条或细砂纸将弦线、琴键的触片及导电板打磨,以免有接触电阻影响音准,这点在高音区尤为重要。

5.音调好后,将与它对应的电阻焊妥,然后把标准音换为\(^{#}\)F(#4.),再在5.音电阻的基础上串入4.7 K电位器,接到音阶电路板\(^{#}\)4.音的位置,按下#4.健,比较音高,同时调节4.7K电位器使音高同名,然后用同样的方法测记下这个阻值,并以适当的电阻值搭配精确调试、校准直至合格。用同样的方法可以将所有的37个音阶电阻调准。

音阶电阻的调试一定要认真、仔细、准确。调音时,如果自己的耳音能力较差,可请别的人帮助,以便调准。调试后就可以试奏旋律了。

3.颤音:先用电压表的直流10伏档接在图2的C\(_{3}\)上端(a点),电表指针应有均匀的抖动,说明颤音电路起振,然后转动W1,抖动频率应相应变化,说明此电路工作正常。这时可以接上刚才断开的颤音调制电阻R\(_{4}\),同时试奏旋律键盘,看是否有适当强度的颤音,加感到不足,可减小R4;反之则加大R\(_{4}\)。然后再旋动颤音频率电位器W1,试听最高速率是否合适,如过快,则应加大R\(_{2}\)调整之。反之可减小R2。

4.音色滤波器:这部分的调试要配合频谱合成器进行,目的是搭配出较满意的音色对比。原则上都用变动电容数值的方法来进行,但对第3滤波器可以用变换电感线圈抽头的方法有效地选择音色,建议读者在绕制时多留几个抽头,以便取得更好的滤波效果。电感线圈L也可用现成的输入变压器初级代替,但一般Q偏低,效果欠佳。滤波器的调试过程也是演奏试听和琢磨音色合成方法及改善音色的过程,图中只给出了几种滤波电路,一般不用调试,建议读者自己通过实践去试验改进,得到更好的滤波效果。

至此,旋律演奏部分已基本调好,读者可以实践一下新键盘的用法,演奏些简单的乐曲。同时还能从使用中发现结构、制作中某些部分制作的不仔细、不合适,如碰键、键不能弹起、弦线勾拉不紧造成接触音差或音调不稳定等现象,都应找出原因,排除故障或进行改进,直到能够圆滑流利地发出悦耳的音响为止。

和声伴奏部分的调试

有了前面的调试经验,这部分的调试就不很困难了。下面以第一振荡器为例说明调试方法。

先在+E\(_{C}\)与\(^{#}\)4.音焊点之间接一个4.7K电位器,按下#4.音键,调节此电位器阻值,使该音与标准定音器(或手风琴)的\(^{#}\)4.等高或成同音名,测记电位器阻值并换为同值固定电阻。再用一个470欧电位器接在4.~#4.音焊点之间,按下4.音键,用同法校准4.音,并焊好4.音电阻。然后以同样方法校好3.~4.之间的电阻。该振荡器的下一个音跨过了\(^{#}\)2.、2.、#1.、1.、7、\(^{#}\)6、6等7个半音,直接跨进到#5音,所以要用一个阻值大些的电位器(4.7~10K)接在\(^{#}\)5~3.焊点之间直接调出这个“跨距音”#5,测记电位器阻值,换为同值电阻后,再用1K电位器照上述方法依次校好其余各相邻音(4·\(^{#}\)4、5、#5)及跨距音(6.~4)之间的电阻。

其它两个振荡器也用类似方法定音。

全部调完后试奏几遍音阶,如果发觉由某一振荡器承担的所有各音都偏低或偏高,可稍稍减少或增加其第一振荡管的发射极电阻(R\(_{5}\)、R5-2或R\(_{5}\)-3)来微调。

和声伴奏虽然有三个独立的部分,但输出音色必须一致,因而使用了同步联动控制的电子开关方法。如果集成块开关性能完好,这部分不经任何调整就能满意工作。但有些处理品的C514电路可能有个别门断态电阻偏小,以致造成频谱合成的半失控或全失控,甚至无法切换音色。这时应仔细察看分析,必要时可将可疑的插脚焊脱,试听和判断漏音是否确是由于C514质量不佳所造成,并更换片子。

这部分还有一个需要调试的是它和旋律部分的音量对比。这可通过变动R\(_{2}\)0来完成,希望伴奏音量略低于旋律音量,以免产生“喧宾夺主”之感。

自动节奏部分调整

时序脉冲分配器部分只要元件完好,焊接无误(特别注意集成电路插脚间不易发现的连焊、虚焊、漏焊或滚进焊锡珠子等),不需任何调整即能工作。然后启动开关,用电压表查看各二极管的负极端有否脉冲输出;旋动节奏速率电位器W\(_{1}\)时,节奏器是否随之变化;W1旋到最小阻值时,节奏是否停止等。

然后接上放大器就可以试听打击效果了。如果听到的鼓声只是持续的低频振荡声,说明R\(_{26}\)或R35的阻值太小;若不振荡或只有“噗噗”声,说明R\(_{26}\)、R35太大,均应予以调整。最好的办法是用一只47K电位器代替R\(_{26}\)和R35去细调,然后再换上固定电阻,使用C\(_{15}\)可以使鼓音柔润。

实心梆子和小竹片的音色要靠改变 C\(_{16}\)和C10及C\(_{17}\)的容量来调整。梆子音响不够脆亮时,可减小C16的容量,小竹片不够“薄”时,可减小C\(_{1}\)0的容量来调整,而竹片的“啧啧”声不像时,可调整C17来解决。最后,如感到各打击乐的音量对比不合适,可以调整R\(_{28}\)、R31和R\(_{37}\)去解决。

演奏方法简述

(一)音色选配方法

旋律部分的音色要靠频谱合成器与音色滤波器的配合来实现,虽说这种组合的可能性是很多的,但并非每一种组合都有音乐价值。下面仅举几种有代表性的“配器”例子列成下表,表中同时注明了供参考的伴奏配器示例,供读者参考。

图9
图9 🔍原图 (1118×863)

配器方法不是固定不变的,大家在试用中多加实践,一定会发现许多特殊音色。

(二)自动打击节奏加旋律曲调的演奏方法

将打击方式开关置于“持续打击”位置,并转动节奏速率电位器,使速度合适,右手就可以跟着节拍演奏旋律。打击乐伴奏的音量大小可用图7的电位器W\(_{2}\)来控制。此法可供初学时熟悉键盘的使用,待比较熟悉后,可以将方式开关置于“随键打击”位置,将会演奏得更有风趣。

(三) 旋津+节奏+自动和声伴奏

将打击方式开关置于“持续打击”档,这时左手在伴奏键盘上选好三个和弦音(例如do、mi、so)按下,即可听到节奏清晰的和声伴奏效果,接着右手再演奏同一调高的旋律曲调,就可听到婉如小乐队的合奏效果。

(四)旋律+节奏+手动和声伴奏

将打击方式开关置于“随键打击”档,此时左手就可像右手一样地在伴奏键盘上演奏和声或副旋律。但初学者不宜急于作这种练习,而应先作和右手完全一样的八度演奏法练习(即右手按什么音,左手也同时按什么音),到熟悉之后再练左手手法。

(五)旋律+节奏+“花打”

演奏方法同上述(一),但左手可随时在自动打击节奏的固定响点中触按“手动打击”钮,任意加入“花打”,使节奏类型更加新颖多变。

除此之外,此琴还可进行“轻声演奏”(轻按旋律琴键即可,但要把频谱合成电位器开得大些),中途变音,间歇伴奏,单音,双音伴奏,主副双旋律演奏等多种操作,限于篇幅,本文就不一一叙述了。(全文完)(田进勤)