CN103996394B - 拨弦演奏数据产生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及拨弦演奏数据产生装置，包括：用于接收MIDI数据的MIDI输入接口；用于形成红外弦线的若干红外发射器及若干红外接收器，所述红外弦线呈放射状分布形成扇形；用于静音开关的红外发射器及红外接收器；用于从MIDI输入接口取得的和弦数据、红外弦线的中断数据生成MIDI数据的微控制器；与所述微控制器连接的MIDI数据输出接口；安装到对应的红外接收器的上面的触点传感器。该拨弦演奏数据产生装置具有扇形的红外弦线布局，并具有触点传感器布置在红外弦传感器之上，形成双重传感器（红外弦线及触点传感器），使用者可视乎情况需要，使用不同的传感器来控制相同的目标（例如，某一条弦线的弹奏），实现了弦线乐器声音数据的模拟，并方便用户使用。

Description

拨弦演奏数据产生装置
技术领域
本发明涉及音乐领域，更具体地，涉及一种拨弦演奏数据产生装置。
背景技术
音乐器材数字接口（Musical Instrument Digital Interface，简称MIDI）在1982年出现之后，各式各样的键琴电子乐器纷纷出现。这些键琴乐器在功能上十分强大，能迫真地模仿出很多不同乐器的演奏。但是基于键琴乐器的本质，键琴电子乐器很难模仿节奏吉他（Rhythm Guitar）的演奏。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种能够模仿弦线乐器演奏的拨弦演奏数据产生装置。为此，本发明提供一种拨弦演奏数据产生装置，包括：用于接收MIDI输入数据的MIDI输入接口；用于形成红外弦线的若干红外发射器及若干红外接收器，所述红外弦线呈放射状分布形成扇形；用于静音开关的红外发射器及红外接收器；用于从MIDI输入接口取得的和弦数据、红外弦线的中断数据生成MIDI数据的微控制器；与所述微控制器连接的MIDI数据输出接口。
作为一种改进方案，将所述输入数据转化为和弦数据的步骤中，仅将和弦输入检测范围内的输入数据转化为和弦数据，并将和弦输入检测范围外的输入数据与所述MIDI数据合路输出。
作为一种改进方案，还包括与所述微控制器连接的、用于检测按下的力度的触点传感器，所述触点传感器安装到对应的红外接收器的上面。
作为一种改进方案，还包括与所述微控制器连接的静音开关，所述静音开关的红外发射器安装到红外发射器相邻的位置。
作为一种改进方案，还包括与所述微控制器连接的、用于检测按下的力度的低音弦线触点传感器，所述触点传感器安装到静音开关的红外发射器的上面。
作为一种改进方案，还包括与所述微控制器连接的、用于控制音符延音时间的延音旋钮。
作为一种改进方案，还包括与所述微控制器连接的、用于控制弹拨红外线弦线的最大强拍音符弹奏力度的弹拨力度旋钮。
作为一种改进方案，还包括与所述微控制器连接的、用于控制所述触点传感器的最大的音符弹奏力度的触点力度旋钮。
作为一种改进方案，还包括与所述微控制器连接的键琴控制模式选择开关。
作为一种改进方案，相邻的红外发射器之间的距离在0.7厘米至1.7厘米之间，相邻的红外接收器之间的距离在1.5厘米至3.0厘米之间。
作为一种改进方案，每根红外弦线的长度在3.5厘米至7.5厘米之间。
作为一种改进方案，所述触点传感器的外径在0.8厘米至2.0厘米之间。
本发明优选方案提供的拨弦演奏数据产生装置，具有扇形的红外弦线布局，并具有触点传感器布置在红外弦传感器之上，形成双重传感器（红外弦线及触点传感器），使用者可视乎情况需要，使用不同的传感器来控制相同的目标（某一条弦线的弹奏），实现了弦线乐器声音数据的模拟，并方便用户使用。
应该注意的是，本发明需要的外接的MIDI输入设备并不限定为MIDI键琴，也可以是其他任何可输出适当MIDI数据的装置。例如将本发明结合一件适当的MIDI结他音品板模块，再更新微控制器内的软件，便成为一部MIDI结他控制器。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的拨弦演奏数据产生装置的方框示意图；
图2显示了本发明一个实施例提供的拨弦演奏数据产生装置的正面和侧面；
图3和图4显示了图2所示拨弦演奏数据产生装置的正面；
图5和图6是本发明拨弦演奏数据产生装置的不同实现方式；
图7是本发明的拨弦演奏数据产生方法的流程图；
图8根据红外弦线的中断情况的示意图；
图9是本发明一个实施例提供的拨弦演奏数据产生装置的流程图。
具体实施方式
下面附图对本发明的优选实施例进行阐述。
参考图1至图3，本实施例提供的拨弦演奏数据产生装置20包括：微控制器21以及与微控制器21连接的MIDI输入接口22、MIDI输出接口23、红外弦线感应装置25、触点传感器26以及控制模块如控制开关27和控制旋钮28等。
MIDI输入接口22用于连接外部设备，例如连接MIDI键琴，以接收和弦数据及其他演奏数据的输入。
红外弦线感应装置25包括若干红外发射器、若干红外接收器，主要用于产生红外弦线、并检测红外弦线的开/关状态，根据各条红外线光束开/关时间值计算弹奏时间和速度。
触点传感器26用于检测按下的力度。当乐手需要弹奏一条独立弦线时，弹奏独立红外线弦线会比较困难，所以设有触点传感器（Touch pads）以作独立弦线的弹奏。
控制模块如控制开关27、控制旋钮28与微控制器21连接，用于对拨弦演奏数据产生装置20进行更多的设置与控制。例如，控制模块可以向整合模块或微控制器21输入以下至少一种参数：和弦输入检测范围、是否混合、是否由MIDI键琴控制强/弱拍、是否由MIDI键琴控制静音、延音时间、弦线强拍时的力度范围、弦线弱拍时的力度范围、触点力度范围、音量。
图2显示了本实施例提供的拨弦演奏数据产生装置的正面和侧面，图3显示了其正面。本实施例中，红外弦线感应装置25包括6个红外发射器25a和6个红外接收器25b，红外发射器25a发出的红外线25c可被对应的红外接收器25b接收与检测。该6根红外弦线25c以扇形发散的方式布置。与传统的平行弦线结构相比，本实施例提供的扇形分布的弦线结构更方便用户弹奏。
触点传感器26安装到对应的红外接收器25b的上面，形成双重传感器（红外弦线及触点传感器），使用者可视乎情况需要，使用不同的传感器来控制相同的目标（某一条弦线的弹奏），实现了弦线乐器声音数据的模拟，并方便用户使用。
该拨弦演奏数据产生装置的正面，还设有由红外发射器27a和红外接收器27f组成的静音开关，红外发射器27a安装到与对应红外发射器25a相邻的位置。红外接收器26b的附近，还设置有MIDI音量旋钮28a、延音旋钮28b、弹拨力度旋钮28c、触点力度旋钮28d。其中，MIDI音量旋钮28a用于控制MIDI的音量，延音旋钮28b用于控制红外线弦线的延音时间，弹拨力度旋钮28c用于控制弹拨红外线弦线的最大强拍音符弹奏力度，触点力度旋钮28d用于控制所述触点传感器的最大的音符弹奏力度。装置在静音红外发射器27a上面的触点传感器为额外的低音弦线触点传感器(图4中的触点传感器1)，作用是方便用户弹奏输入和弦的最低音(注:结他和弦使用的弦线数量并不固定，有些结他和弦会使用所有6条弦线，亦有些结他和弦只使用5条、甚至4条弦线。所以低音弦并不是固定的)。
优选地，该拨弦演奏数据产生装置的正面设有电源开关指示灯，在其上方还设有键琴控制模式（Hold）指示灯及混音（Mix）指示灯。
该拨弦演奏数据产生装置的侧面，设置有电源开关27b、和弦范围（Chord Range）选择27c、混音开关27d、键琴控制模式（Hold）选择开关27e等。其中，电源开关27b用于控制电源的通断；和弦范围开关27c用于选择和弦输入范围，更具体地，和弦范围选择27c对应不同琴键数目的MIDI键琴，可选择不同的和弦输入检测范围；混音（Mix）开关27d，用于控制是否将MIDI键琴的和弦输入部份当作演奏，经MIDI数据输出接口输出；键琴控制模式（Hold）选择开关27e，用于选择由MIDI键琴控制强/弱拍、或是由MIDI键琴控制静音。
本实施例中，通过控制模块包括如下控制开关和控制旋钮以设定不同的参数：
（1）、和弦范围开关
即，对应不同琴键数目的MIDI键琴，可选择不同的和弦输入检测范围。（例如49键的MIDI键琴可选F1-E3为和弦检测范围。）
（2）、混音开关
即，是否将MIDI键琴的和弦输入部份当作演奏，经MIDI数据输出接口输出。
（3）、键琴控制模式（Hold）选择开关
即，使用MIDI键琴来控制弦线静音（Palm Mute）效果或使用MIDI键琴来控制强拍（Down beat）/弱拍（Up beat）的音量。键琴控制模式开关在不同状态会出不同的弹奏效果。更具体地：
a：键琴控制模式选择开关=Off时，弹拨力度旋钮28c控制弹奏力度，延音旋钮控制弦线的延音时间，但使用者左手离开MIDI琴键(即是不输入和弦数据)时，延音时间会比按下MIDI琴键时的延音时间短得多，从而造成弦线静音（Palm Mute）效果；
b：键琴控制模式选择开关=On时，延音旋钮控制的弦线延音时间，不会因使用者左手离开MIDI琴键而更改。当用户左手按下MIDI琴键输入和弦数据时，弹奏力度范围由弹拨力度旋钮28c控制。但当使用者左手离开MIDI琴键时，弹奏力度范围则改由触点力度旋钮28d控制。在此模式下，用户便可以用MIDI琴键来控制强拍（Down beat）及弱拍（Up beat）时的音量。
（4）、净音（Mute）红外线感应开关
该红外线静音开关用来控制弦线静音（Palm Mute）效果，以更好地模拟结他手随时将弦线静音（Palm Muting）的效果。
（5）、延音（Sustain）旋钮
该旋钮用来控制弦线的延音时间。
（6）、弹拨力度及弦线强拍（Down beat）力度（String Velocity）旋钮
该旋钮除了控制弹拨红外线弦线的最大音符弹奏力度（Maximun MIDI NoteVelocity）外，又控制了当键琴控制模式选择开关=On时，左手按着MIDI键琴时的弹奏力度。
（7）、触点力度（Pad Velocity）及弦线弱拍（Up beat）力度旋钮
这旋钮除了控制触点传感器的最大的音符弹奏力度（Maximun MIDI NoteVelocity）外，又控制了当键琴控制模式选择开关=On时，左手没有按着MIDI键琴时的弹奏力度。
（8）、音量（Volume）旋钮
该音量旋钮用于控制输出的MIDI音量。
参考图4，为了让用户方便地、准确地使用，相邻的红外发射器之间的距离D1在0.7厘米至1.7厘米之间，相邻的红外接收器之间的距离D2在1.5厘米至3.0厘米之间。每根红外弦线的长度D3在3.5厘米至7.5厘米之间。所述触点传感器的外径OD1在0.8厘米至2.0厘米之间。
如图5所示，拨弦演奏数据产生装置20可以独立存在，可由用户随身携带。并通过MIDI输入线缆42、MIDI输出线缆43与MIDI合成装置40连接。
进一步地，如图6所示，拨弦演奏数据产生装置20可以安装或者集成到MIDI键琴设备中。
上述各种控制开关、控制旋钮用于向拨弦演奏数据产生装置输入各种设定参数。该拨弦演奏数据产生装置的的拨弦演奏数据产生过程如图7所示：
步骤S101中，接收各种设定参数。该参数包括和弦输入检测范围、是否混合、是否弱拍、是否强拍、是否静音、延音时间、弦线强拍范围、弦线弱拍范围、触点力度范围、音量之中的一种或者多种。
步骤S102中，接收MIDI的输入数据。
步骤S104中，将输入数据转化为和弦数据，例如吉他和弦数据。更具体地，如果在MIDI键琴的和弦输入范围内按下G、C、E三个琴键，微控制器21将其转换为C和弦。如果使用者只按下一个琴键，微控制器21便会将这琴键数据转换为对应的强力和弦（Power Chord）。如果使用者没有按下琴键或用户输入无效的数据，微控制器21会将对上一次输入的吉他和弦（非Power Chord），作为现时的吉他和弦来使用。应当意识到，本发明可包括但不局限于转化为吉他和弦数据。
步骤S106中，检测红外弦线的被中断情况，根据中断时间计算红外弦线的弹奏时间和速度等。下面会结合图6阐述具体的检测方法。
步骤S108中，根据和弦数据、弹奏时间和速度等整合出MIDI数据。
参考图8，微控制器21检测各红外线弦线的开/关状态，根据各条红外线光束开/关时间值，经运算后，便可以得出各条弦线的弹奏时间及速度，如图8所示：
（1）、弦线没有弹拨时，红外线接收器因红外线光束照射，处于开启（On）状态。弹拨弦线时，红外线接收器变成关闭（Off）状态。
（2）、当手指扫过六条模拟弦线，便可得出类似上图的开关讯号。
（3）、图中，S1的阔度代表第一条红外线弦线因手指扫过，而处于关闭状态的时间值。这时间值便可代表第一条红外线弦线的弹拨力度，弹拨力度越大，手指移动的速度越快，S1便越小。（S2至S6余此类推）。
（4）、C1代表由第一条弦线扫至第二条弦线的时间值。（C2至C5余此类推）。
作为一种改进，上述步骤S104中，仅将和弦输入检测范围内的输入数据转化为和弦数据，将和弦输入检测范围外的输入数据与MIDI数据合路输出（步骤S108）。
作为另一种改进，还可以检测各触点传感器是否有按下及按下的力度，然后将数据传送到微控制器处理，并在步骤S108中结合该力度数据进行MIDI数据整合。
图9是实施例提供的拨弦演奏数据产生方法的流程图。与图7所示的方法流程图相比，图9所示的方案主要是在步骤S108后面，增加了步骤S109：将MIDI数据输出到电子合成器以发出声音。该电子合成器可以是个人计算机，或者专门的MIDI合成器。
应当意识到，本发明的上述原理、方案可应用到几乎所有弹奏弦线（PluckStrings）的乐器，例如五弦琴（Banjo）、筝、琵琶等。因为这些乐器的最主要区别是：
（1）、弦线的数量（例如五弦琴=4-6条、琵琶=4条、筝=16条或更多）；
（2）、每条弦线的音高。例如结他6条弦线的标准调谐（Standard Tuning）是E2（82Hz）、A2（110Hz）、D3（147Hz）、G3（196Hz）、B3（247Hz）及E4（330Hz）。
（3）、输入的和弦（音符）数据对每条弦线的音高的影响。如输入G和弦时，可将结他6条弦线的音高转变为G2、B2、D3、G3、B3、G4。
因此，只需改变弦线的数量（传感器的数量），每条弦线的基础音高及输入的和弦（音符）数据对每条弦线的音高的影响，便可以模拟绝大部份的弹奏弦线（Pluck Strings）乐器。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种拨弦演奏数据产生装置，其特征在于，包括：
用于接收MIDI数据的MIDI输入接口；
用于形成红外弦线的若干红外发射器及若干红外接收器，所述红外弦线呈放射状分布形成扇形；
用于从MIDI输入接口取得的和弦数据、红外弦线的中断数据生成MIDI数据的微控制器；
与所述微控制器连接的MIDI数据输出接口。
2.如权利要求1所述的拨弦演奏数据产生装置，其特征在于，还包括与所述微控制器连接的、用于检测按下的力度的触点传感器，所述触点传感器安装到对应的红外接收器的上面。
3.如权利要求1所述的拨弦演奏数据产生装置，其特征在于，还包括与所述微控制器连接的静音开关，所述静音开关安装到与红外发射器相邻的位置。
4.如权利要求3所述的拨弦演奏数据产生装置，其特征在于，还包括与所述微控制器连接的、用于检测按下的力度的低音弦线触点传感器，所述触点传感器安装到静音开关的红外发射器的上面。
5.如权利要求1所述的拨弦演奏数据产生装置，其特征在于，还包括与所述微控制器连接的、用于控制音符延音时间的延音旋钮。
6.如权利要求1所述的拨弦演奏数据产生装置，其特征在于，还包括与所述微控制器连接的、用于控制弹拨红外线弦线的最大强拍音符弹奏力度的弹拨力度旋钮。
7.如权利要求2所述的拨弦演奏数据产生装置，其特征在于，还包括与所述微控制器连接的、用于控制所述触点传感器的最大的音符弹奏力度的触点力度旋钮。
8.如权利要求1所述的拨弦演奏数据产生装置，其特征在于，还包括与所述微控制器连接的键琴控制模式选择开关。
9.如权利要求1所述的拨弦演奏数据产生装置，其特征在于，相邻的红外发射器之间的距离在0.7厘米至1.7厘米之间，相邻的红外接收器之间的距离在1.5厘米至3.0厘米之间拨弦演奏，每根红外弦线的长度在3.5厘米至7.5厘米之间。
10.如权利要求2所述的拨弦演奏数据产生装置，其特征在于，所述触点传感器的外径在0.8厘米至2.0厘米之间。
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