电子琴自问世以来，经历了多次更新换代。第一代为电子管式，第二代为晶体管式，第三代为小规模集成电路式，第四代为大规模集成电路式，第五代为超大规模集成电路式。
前四代琴音乐信号的形成，都是利用了所谓频谱合成、滤波电路、包络调制等方法。然而特别是滤波电路的设计遇到了难以克服的困难，因为确定的滤波器参数，不可能在电子琴全部音域内给出相同的音色波形。结果，在整个键盘音域内，从低音区到高音区的音色很难协调。另外频谱合成、滤波电路、包络调制等电路多由分离元件组成，因而批量生产中的工艺、成本、可靠性都不同程度的存在一定问题。但是从第五代电子琴起，由超大规模集成电路组成的电脑式电子琴，由于它采用了微型电子计算机的原理与程式，因此在性能、工艺、造价、可靠性等方面都有很多的优点，可以说在目前它代表了电子琴发展的新潮流。本文将通过对KD—49型电脑式电子琴的介绍，使读者了解在电子琴技术领域中的这一新进展。
下面首先对电脑式电子琴中涉及到的数字技术与计算机原理的若干基础概念加以说明，再对整机电路原理进行分析。
一、任意波形的数字化
假如有三种乐器同时演奏同一曲子，我们凭听觉判断，就会分辨出是笛子、二胡或其它种乐器。这是因为每一种乐器都有其特有的音色，所谓音色，在物理学方面则表现为每种乐器都有其特定的振动波形。图1为钢琴小字一组c\(^{1}\)音的波形。取其一个周期，并将它在时间轴上16等分，则每一时间段的中心点对应有一个确定幅值。把这16个表示幅值的十进制数换算成二进制数，再把这些二进制数据存到计算机的存储器中，共占有字长8位的存储单元16个，其示意图见图2。例如第5号地址的二进制数为01010000，相当于十进制的80，对应波形中第5号时段中心点所对应的波形幅值。我们把连续波形的上述处理过程称做任意波形的数字化。
在实际组成电子琴时，为了模拟多种音色的声响，可以使用地址较多的存储器，把多种音色波形的数据，分在若干地址区域存储。演奏时所谓选择钢琴、小提琴等等音色的操作，实质上就是选读一定地址区域的数据。
在电子琴的键盘上，每一个键子可以控制发出一个固定频率的声频信号，在音乐声学上称为“音高”。所谓键盘演奏，就是由手指弹奏键子，把反应“音高”的信息送至CPU，再由CPU发出指令，按照所按键子的音高的周期，作为循环周期去读存储器中的数据，其输出通过数—模转换电路，复现被存储的音色波形。例如按下小字一组c\(^{1}\)音键（相当简谱中的C调的“1”音），该键对应的声频频率为261.6Hz，其周期为3.823毫秒。读存储器时每拍时间为0.239毫秒，16拍总时间为3.823毫秒。同理若按下小字二组的c2音（相当简谱中的“i”音），则循环周期将为前者的一半，也就是说，频率高一倍。
从上述过程可知，按键位置不同，仅引起读存储器的循环周期变化，不会改变波形的音色特征。
在实际设计中，为了得到足够的精度，每种音色波形所需的地址数可取32或64（图2取16个地址是为了叙述方便）。在产品生产中，存储器一般采用ROM，在半导体生产厂家已把波形数据固化在存储器中。
二、音乐自动程序存储器
在音乐中，节奏可看作按一定形式的拍节去打击某些打击乐器。例如一种三拍子的节奏，需要用到低音鼓、高音鼓、大钹和小钹，其打击方式见附表，以“1”表示打击，以“0”表示不打，则由相应电路发出与打击乐器同样效果的电信号，再经音频放大由扬声器发出声音。
所谓琶音，是指在琵琶、钢琴、竖琴等乐器演奏时，按先后顺序弹奏一个和弦内的几个音。弹奏的顺序可以由低向高，也可以由高向低。例如一种最简单的三和弦琶音伴奏，它是由三个按三度音程分布的音组成。最低的音叫根音（例如简谱中的“1”音），第二个音叫三音（例如“3”），第五个音叫五音（例如“5”）。这三个音按三拍子节奏，顺序触发发声，就构成了三和弦琶音伴奏（又称分解和弦伴奏）。在电脑式电子琴中，是把节奏的花样（不同节奏类型中各打击乐器的触发规律）和琶音伴奏的花样用ROM存储器存储，每一拍占一个地址。在组成电子琴时，需要很多种节奏和琶音伴奏花样，因而需要把存储器分为若干个地址区域，以增大信息容量。演奏时花样的选择，实际上就是选择某一地址区域，按拍节读出各打击乐器及和弦音的触发脉冲，从数据输出端取出。
在一些电子琴中，还存储了多首名曲，启动后可自动控乐谱要求选择所需的打击乐器和演奏乐器，以及节奏类型进行自动演奏。集成电路生产厂家为实现上述功能，生产的电子琴专用ROM已把节奏、琶音、自动演奏等程序固化在芯片之中。
三、变调
所谓变调，就是可以用键盘上C调的指法，通过变调控制（以半音程为步距，可以连续控制），演奏任一个调号的曲子。这一功能对于本文所述的前四代电子琴，无论从技术或成本方面，都难以实现。然而在电脑式电子琴中，由于采用了CPU控制，只用一个按钮开关，就可以实现任意调子的演奏。
四、KD—49型电子琴电路原理
图3为KD—49型琴电路原理图。为了便于读者安装调试，在图中的主要测试点上，给出了工作电压及信号波形。整个电路由四部分组成。
1．CPU及矩阵电路：具有CPU功能的芯片型号为TMP4740，采用42腿双列直插塑封，其引脚功能如下：（括号内数字为引脚号）。
①V\(_{DD}\)（42）和VHH（34）接+5V。
②GND（21）、TS（30）和R32（37）接0V。
③时钟振荡器：X\(_{IN}\)（31）和XOUT（32）与外电路R\(_{19}\)及C3组成CPU的时钟振荡器，其频率为4MHz。
④复位端：RST（33）与外电路R\(_{2}\)0及C2组成自复位电路。利用开机供电时电阻R\(_{2}\)0和电容C2的过渡过程，产生的低电平脉冲，使CPU复位。
⑤矩阵控制端口：由R\(_{6}\)0～R63（9～12）、R\(_{7}\)0～R73（13～16）和KD\(_{0}\)～KD3（26～29）12条引出线和P\(_{1}\)0～P13（17～20）、P\(_{14}\)（22）5条线组成演奏键盘开关矩阵。例如由P10和R\(_{6}\)0相交的开关点“1”作最低音C（相当于简谱C调的“1：”音）的控制，当按下这一音键时， P10线通过二极管和R\(_{6}\)0接通，控制CPU发出C音指令。又如P12和R\(_{6}\)0相交的开关点“25”作第二个八度C音（小字组）的控制（相当于控制发出简谱C调的“1”音）。在图3中，矩阵的相交处的开关接点，分别配置在琴体49个音键的下部。按下任一音键，即接通对应的矩阵开关，就把这个键子要选通的音名信息送至CPU，由CPU再发送读出指令，从音色存储器中按要求的音高频率去读出音色数据。
R\(_{6}\)0至KD312条引出线与P\(_{15}\)～P17（23～25）3条线组成功能控制矩阵，实现自动节奏花样、和弦模式、音色类型等等控制功能选择信息向CPU的传送。
⑥发光二极管显示矩阵：R\(_{5}\)0～R53（5～8）4条引出线和P\(_{1}\)0～P156条线组成23种功能的发光二极管显示矩阵。因CPU输出负载能力有限，矩阵的行与列需分别经三极管Q\(_{1}\)～Q6进行隔离放大。
⑦自动节奏触发脉冲输出端：R\(_{12}\)（2）驱动钹振荡电路。R42（3）驱动鼓振荡电路。
⑧演奏音色地址及音高数据输出端：P\(_{1}\)0～P178根输出线，把要选择的音色地址和演奏时音高控制数据送至U\(_{2}\)（YM2163）的8位数据输入端。
⑨地址和数据传送控制线：P\(_{18}\)（35）和U2的WR-、CS-相连，通过分时控制使P\(_{1}\)0～P178条线不但可以传送地址信息，也可以传送数据。
2．音色形成电路：音色形成电路由YM2163及其外围电路组成，YM2163引脚及与外部联系如下：（括号内数字为引脚数）。
①V\(_{DD}\)（23）与RD（19）接+5V。
②V\(_{SS}\)（1）接0V。
③数据母线：D\(_{0}\)～D7（8～15）8条线与U1的P\(_{1}\)0～P17对应相连。通过分时控制接收U\(_{1}\)输出的地址与数据信息。
④时钟输入端：CL（24）接由晶体管Q\(_{11}\)和标称频率为1MHz的石英晶体Y1组成的时钟脉冲振荡器，保证了音准的精度。
⑤复位端：IC（5）与U\(_{1}\)的RST相连，在开机时由自复位电路使之实现初始化复位。
⑥主旋律乐音信号输出端：OK\(_{4}\)（5）输出10种音色主旋律演奏的乐音信号。
⑦和弦音输出端：RH（21～22）和DR\(_{1}\)～DR3（2～4）为和弦音乐音输出端。与之相接的电阻网络是用于混合相加的。
3．支援电路：除了两块大规模集成电路外，尚有少量的分离元件及放大器等支援电路。
①钹音振荡器由U\(_{1}\)的R12端输出的负脉冲触发。Q\(_{14}\)～Q207只三极管组成触发放大器、白噪音发生器及钹音形成电路。其中Q\(_{2}\)0的集电极开路，发射极与基极按反偏二极管连接，作为白噪音音源。 Q19、Q\(_{18}\)、Q16成三级RC放大器，使Q\(_{2}\)0输出的白噪音信号得到足够的放大。Q14对触发信号进行反向放大。Q\(_{15}\)组成钹音包络形成电路。Q17在Q\(_{15}\)输出的包络信号和Q16输出的白噪音共同作用下，从集电极输出钹音声响信号。
②鼓音振荡器由U\(_{1}\)的R42端输出的负脉冲触发。Q\(_{22}\)和Q23两只三极管分别组成触发放大器和鼓音振荡器。
③音频放大与音量控制电路。Q\(_{12}\)对自动和弦音进行预先放大；Q21对自动节奏的打击乐器音进行预先放大。Q\(_{12}\)与Q21的输出信号加至电位器VR\(_{2}\)，用来调整自动伴奏乐音（包括自动节奏和和弦输出）音量，经Q13放大，再和旋律乐音混合后加到总音量电位器VR\(_{1}\)，最后经功率放大器U3驱动扬声器。
④稳压电路。Q\(_{24}\)与稳压二极管Z1组成第一级稳压，输出+9V供给音频放大器及白噪音发生器。Q\(_{25}\)与稳压管Z2组成第二级稳压，输出+5V供给U\(_{1}\)、U2和自动伴奏电路。
KD—49型琴的工作过程大体是这样的：通过控制面板的功能控制矩阵开关，选择好音色、自动节奏、自动和弦等功能。由发光二极管显示出被选出的应答结果，通过公共通道P\(_{1}\)0～P178条控制线，在U\(_{2}\)内选取音色存储器的地址及和弦音地址。演奏时，通过键盘控制矩阵使U2按指令读出音色波形数据，并经数—模转换电路送出乐音的模拟量信号。其自动节奏中鼓与钹的触发脉冲由U\(_{1}\)给出。在此脉冲作用下，使鼓与钹的振荡器按节奏要求触发振荡。U2输出的主旋律音频信号和和弦音信号经过平滑电路后，和自动节奏的打击乐器信号等混合，再经总音量控制电位器进入音频功率放大器。
显然，对于有10种音色、10种节奏及丰富的自动和弦伴奏，以及多首乐曲自动演奏、在一个八度内12个半音可任意变调等等丰富功能的KD—49型电子琴，由于采用了一块超大规模集成电路U\(_{1}\)和一块大规模集成电路U2，外部仅用了很简单的支援电路就构成了整机。
有关邮购事宜见本期第48页。(刘彦茂)