CN104217707A - 智能弦乐器及系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种智能弦乐器，包括：第一数据通信模块、数据处理模块、指示灯模块和电源模块，其中，所述数据通信模块从外部接收音符数据，并将所述音符数据发送至所述数据处理模块，所述数据处理模块对接收到的音符数据进行处理以生成指示信号，并将指示信号发送至所述指示灯模块；所述指示灯模块包括排列成阵列的多个指示灯单元，并且根据指示信号点亮或熄灭相应的指示灯单元，所述电源模块为所述数据通信模块、数据处理模块、指示灯模块供电。该智能弦乐器有利于快速查询和指示和弦、音阶等音符数据，并且由于不必在智能弦乐器上存储音符数据而降低产品成本。

Description

智能弦乐器及系统
技术领域
本发明属于乐器领域，具体地涉及一种智能弦乐器及系统。
背景技术
弦乐器是乐器家族内的一个重要分支，在古典音乐乃至现代轻音乐中，几乎所有的抒情旋律都由弦乐声部来演奏。弦乐器的音色统一，有多层次的表现力：合奏时澎湃激昂，独奏时温柔婉约；又因为丰富多变的弓法(颤、碎、拨、跳，等)而具有灵动的色彩。弦乐器包括大提琴、小提琴、吉他等。
吉他演奏的本质行为是按下品位，然后同时拨动相应的琴弦，不同的品位组合成不同的声音。如图1中101标注了AM和弦的品位组合，102标注了C大调音阶的品位组合。
和弦和音阶都是按一定音程关系组合的序列，它们的组合关系千变万化。由人民音乐出版社出版，作者为〔德国〕诺伯特·欧根努特和杰若米·贝斯勒共同编著的《吉他和弦大全》一书中就列出了常用和弦4000余种。由吉林出版集团有限责任公司出版，作者为〔英国〕布拉德利《Blues吉他音阶指板图解》一书中就列出了常用吉他音阶40余种，而每种又衍生出十二种调性的品位组合。应对如此繁多与复杂的知识，如何记忆和学习是一个需要迫切解决的问题。
传统的学习吉他方式主要通过专业书籍，但是书籍厚重且使用不便，如上文提及的《吉他和弦大全》，书籍厚达144页，查找过程过于繁琐，学习效率不高。随着科技的发展，计算机的应用普及，开始出现了各类吉他应用软件，如由AROBAS公司开发的知名吉他软件Guitar Pro，通过预设好的数据库，实现了快速查询和弦、音阶，电子吉他谱等的功能，极大地方便了学习者的学习。
无论软件还是书籍，最终的呈现方式都是把品位呈现在纸上或者屏幕上(如图2a-图2b所示)，学习者的学习方式没有产生本质的变化，仍然是先学习教材中品位的所在位置，然后再在吉他琴颈上寻找对应的品位进行弹奏，这种需要记忆并查找品位位置的过程使得学习效率低下。例如学习者去学习图1中102所示的C大调音阶，且不说最后能否熟练弹奏此音阶，一开始的背诵就是个很大的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能弦乐器及系统。
根据本发明的一方面，提供一种智能弦乐器，包括：第一数据通信模块、数据处理模块、指示灯模块和电源模块，其中，所述数据通信模块从外部接收音符数据，并将所述音符数据发送至所述数据处理模块，所述数据处理模块对接收到的音符数据进行处理以生成指示信号，并将指示信号发送至所述指示灯模块；所述指示灯模块包括排列成阵列的多个指示灯单元，并且根据指示信号点亮或熄灭相应的指示灯单元，所述电源模块为所述数据通信模块、数据处理模块、指示灯模块供电。
优选地，所述音符数据包括和弦数据、音阶数据中的至少一种。
优选地，所述多个指示灯单元按行列排列成阵列。
优选地，所述多个指示灯单元的阵列行与品位相对应，列与弦位对应。
优选地，所述指示信号指示与一个音符数据相对应的至少一个指示灯单元的行列位置。
优选地，所述数据通信模块从外部连续接收乐谱的多个音符数据，并且依次指示与每一个音符数据相对应的至少一个指示灯单元的行列位置。
优选地，所述指示灯单元为LED单元。
优选地，所述LED指示灯显示不同的颜色和/或不同的亮度指示对应位置的琴弦当前是否被按下以及下一时刻是否被按下。
优选地，所述指示灯单元为LED数码管，并且该LED数码管在点亮时显示数字以指示所使用的手指。
优选地，所述数码管包括第一组数码管和第二组数码管，其中第一组数码管在点亮时指示弦位和品位，并且显示数字以指示摁弦时所使用的手指，第二组数码管在点亮时指示弦位，并且显示数字以指示拔弦时所使用的手指。
优选地，所述数据通信模块至少包括信号线、蓝牙模块和无线网络(Wi-Fi)模块中的一种。
优选地，所述弦乐器为选自大提琴、小提琴、吉他中的一种。
根据本发明的另一方面，提供一种智能弦乐器系统，包括智能终端和上述权利要求1-12中任一项所述的智能弦乐器，所述智能终端包括所述智能终端包括数据存储模块、数据查找模块和第二数据通信模块，其中，所述第一数据通信模块与第二数据通信模块双向通信，所述数据存储模块用于存储弦乐器的音符数据，所述数据查找模块用于接收智能弦乐器发送的音符数据查找信号，并根据所述查找信号从数据存储模块中查找相应的音符数据，并发送至所述第二数据通信模块，所述第二数据通信模块接收查找到的音符数据，并将该音符数据发送至智能终端。
优选地，所述第二数据通信模块至少包括信号线、蓝牙模块和无线网络(Wi-Fi)模块中的一种。
根据本发明的智能弦乐器从外部设备获取音符数据，并且利用指示灯指示与音符数据相对应的弦位和/或品位。该智能弦乐器将音符数据(和弦、音阶等)的查询与指示相结合。用户在外部的智能终端上查询的音符数据，可以立即传送到智能弦乐器上指示实际的演奏位置。通过依次传送乐谱的各个音符数据，可以指示整个乐谱的演奏位置。
该智能弦乐器本身不需要包含存储器等存储乐谱、和弦以及音阶数据，因此可以减小处理电路的复杂度，使得产品成本降低。
附图说明
图1示出了弦乐器和弦与音阶示意图；
图2a-图2b示出了现有技术的弦乐器的和弦与音阶显示示意图；
图3示出了根据本发明的实施例的智能弦乐器的结构示意图；
图4示出了根据本发明的实施例的智能弦乐器吉他的立体示意图；
图5示出了根据本发明的实施例的智能弦乐器吉他的背面示意图；
图6示出了根据本发明的实施例的智能弦乐器的LED阵列的电路图；
图7示出了根据本发明的实施例的手指指法的示意图；
图8示出了根据本发明的实施例的智能弦乐器系统的结构示意图；
图9示出了根据本发明的实施例的和弦矩阵的示意图。
具体实施方式
以下公开为实施本申请的不同特征提供了许多不同的实施方式或实例。下面描述了部件或者布置的具体实施例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例并不旨在限制本发明。
此外，在说明书和权利要求书中，术语“第一”、“第二”等用于在类似元素之间进行区分，而未必描述时间顺序、空间顺序、等级顺序或者任何其他方式的顺序、应当理解，如果使用的这些术语在适当的环境下可互换，并且此处描述的本发明的实施例能够以本文描述或示出以外的其他顺序来操作。
应当注意，在权利要求书中使用的术语“包括”不应被解释为限于下文所列出的手段，它并不排除其他元件或步骤。由此，它应当被解释为指定如涉及的所述特征、数字、步骤或部件的存在，但是并不排除一个或多个其他特征、数字、步骤或部件、或者其组合的存在或添加。
在本说明书通篇中对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。由此，在说明书的各处出现的短语“在一个实施例中”或者“在实施例中”不一定都指同一实施例，但是可能如此。此外，根据本发明公开对本领域技术人员而言显而易见的是，在一个或多个实施例中，特定特征、结构或特性可以任何合适的方式组合。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
吉他属于弦乐器的一种，下面以吉他为例具体介绍智能弦乐器的结构，该结构也适用于其他类型的弦乐器，比如小提琴、大提琴等等。吉他包括设有琴弦的琴身1、琴颈2、指板3。
图3示出根据本发明实施例的智能弦乐器的结构框图，图4示出了根据本发明实施例的智能弦乐器的立体示意图，图5示出了根据本发明的实施例的智能弦乐器的背面示意图，所述智能弦乐器300包括第一数据通信模块31、数据处理模块32和指示灯模块33，
其中，所述第一数据通信模块31从外部接收音符数据，并将所述音符数据发送至数据处理模块32进行处理。
在本实施例中，第一数据通信模块作为一个通信模块，可以通过信号线、蓝牙模块和无线网络(Wi-Fi)模块其中的一种，可以接收智能终端发送的音符数据，该音符数据至少包括和弦数据和/或音阶数据。第一数据通信模块还通过串口与所述数据处理模块32连接。
所述数据处理模块32对接收到的音符数据进行处理以生成指示信号，并将指示信号发送至所述指示灯模块。
在本实施例中，所述音符数据以串行信号的方式进行传输，该数据以矩阵的形式存储。处理模块选用ALTERA公司Cyclone I的EP1C3T100C8N FPGA芯片作为处理芯片，其优点为采购成本低，引脚则多达110个，不需要添加其他外围芯片就可以直接通过添加引脚驱动指示灯模块33。
所述指示灯模块33包括排列成阵列的多个指示灯单元，并且根据指示信号点亮或熄灭相应的指示灯单元。
在本实施例中，指示灯模块33，位于吉他指板2与琴颈颈木部分3之间。该模块上每根弦所对应的音品下方都焊接有一片贴片LED。多个LED按行列排列成阵列，并且行与品位相对应，列与弦位对应。所述多个LED根据指示信号点亮或熄灭，从而指示与特定和弦和/或音阶相对应的至少一个指示灯单元的行列位置。
电吉他有品位24品，加上空弦共25品，所以焊接有25×6共144片LED。LED选用3014规格贴片，该LED尺寸为3.0*1.4*0.8mm(长宽高)，吉他最窄的品位位于23品至24品之间，宽度为9.63mm。选用上述的LED可以保证光源在所有品位之间都有足够的透光空间。LED模块采用共阳极连接，使用行扫描方式来显示，电路连接原理图如图6所示。图4中2所示的吉他指板采用半透明的塑料材质，保证LED琴颈模块的透光性。
所述电源模块34为所述数据通信模块31、数据处理模块32、指示灯模块33供电。
在本实施例中，电源模块使用两节3.7V锂电池并联为上述模块供电。
优选地，所述多个指示灯单元按行列排列成阵列，并且多个指示灯单元的阵列行与品位相对应，列与弦位对应。
优选地，指示信号指示与一个音符数据相对应的至少一个指示灯单元的行列位置。
优选地，所述数据通信模块从外部连续接收乐谱的多个音符数据，并且依次指示与每一个音符数据相对应的至少一个指示灯单元的行列位置。
在本实施例中，LED指示灯由多个发光管组成，分别与多个音品一一对应，当某个发光管点亮，则按下对应的品位，并且弹对应的琴弦，给学习弦乐器的人们直观上的提示。优选地，所述LED指示灯显示不同的颜色和/或不同的亮度指示对应位置的品位当前是否被按下以及下一时刻是否被按下。
优选地，所述指示灯单元为LED数码管，并且该LED数码管在点亮时显示数字以指示所使用的手指。
在本实施例中，LED指示灯还可以是LED数码管，可以根据显示的数字表示使用不同的手指摁下对应的品位以及拨动对应的琴弦。LED数码管包括第一组数码管和第二组数码管，其中第一组数码管在点亮时指示弦位和品位，并且显示数字以指示摁弦时所使用的手指，第二组数码管在点亮时指示弦位，并且显示数字以指示拔弦时所使用的手指。
例如，如图7所示，第一组数码管的数字“1”代表左手的拇指，“2”代表左手的食指，“3”代表左手的中指，“4”代表左手的无名指，“5”代表左手的小指。第二组数码管的数字“1”代表右手的拇指，“2”代表右手的食指，“3”代表右手的中指，“4”代表右手的无名指，“5”代表右手的小指。在图4所示的吉他中，第一组数码管例如包括位于吉他指板2与琴颈颈木部分3之间的25×6数码管阵列，用于在点亮时指示左手摁弦的弦位、品位和使用的左手手指。第二组数码管例如包括位于琴身1的面板一行6个数码管，用于在点亮时指示右手拔弦的弦位和使用的右手手指。
根据本发明实施例的智能弦乐器，通过第一数据通信模块接收音符数据，并将上述音符数据转换成LED阵列信号，控制LED指示模块提示要弹奏的琴弦。智能弦乐器根据和弦数据转换LED指示，直观地提示用户要弹奏的琴弦，解决用户不识和弦的问题。
图8示出根据本发明实施例的智能弦乐器系统的结构框图，所述智能弦乐器系统包括上述实施例中的智能弦乐器300和智能终端400，其中，所述智能弦乐器300包括第一数据通信模块31、数据处理模块32和指示灯模块33，本实施例中的智能弦乐器与上述实施例中的智能弦乐器一样，在此不再具体赘述。
所述智能终端400包括数据存储模块41、数据查找模块42和第二数据通信模块43，
所述数据存储模块41用于存储弦乐器的音符数据，所述数据查找模块42用于接收智能弦乐器发送的音符数据查找信号，并根据所述查找信号从数据存储模块41中查找相应的音符数据，并发送至所述第二数据通信模块42，
所述第二数据通信模块42接收查找到的音符数据，并将该音符数据发送至智能终端。
在本实施例中，智能终端可以是平板电脑或手机的一种，第二数据通信模块与第一数据通信模块一样，都至少包括信号线、蓝牙模块和无线网络(Wi-Fi)模块中的一种。
在本实施例中，和弦数据使用矩阵存储方式，如图9所示。矩阵中每一位数据都对应一片LED，所以矩阵采取25×6格式存储。矩阵中1表示LED处于点亮的状态，0表示LED处于熄灭的状态。智能终端通过第二数据通信模块发送矩阵数据到第一数据通信模块，第一数据通信模块接收数据后传输给数据处理模块，最后数据处理模块按照矩阵数据来调整引脚上的电压变化，达到控制LED的点亮与熄灭的目的，完成一次资料的传输。如果需要传输歌曲，只需要通过重复以上步骤的重复，即可以实现和弦的显示切换，达到传输歌谱的目的，而吉他音阶则可以通过使用不同的矩阵组合即可完成音阶的显示。
根据本发明的智能弦乐器系统，通过信号线、蓝牙、无线网络中的一种通信方式将智能终端的音符数据以串行信号的形式传输给智能弦乐器的第一数据通信模块，并将上述音符数据转换成LED阵列信号，控制LED指示模块提示要弹奏的琴弦。智能弦乐器根据和弦数据转换LED指示，直观地提示用户要弹奏的琴弦，解决用户不识和弦的问题。
上述实施例只是本发明的举例，尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (14)

1.一种智能弦乐器，包括：第一数据通信模块、数据处理模块、指示灯模块和电源模块，
其中，所述数据通信模块从外部接收音符数据，并将所述音符数据发送至所述数据处理模块，
所述数据处理模块对接收到的音符数据进行处理以生成指示信号，并将指示信号发送至所述指示灯模块；
所述指示灯模块包括排列成阵列的多个指示灯单元，并且根据指示信号点亮或熄灭相应的指示灯单元，
所述电源模块为所述数据通信模块、数据处理模块、指示灯模块供电。
2.根据权利要求1所述的智能弦乐器，其中，所述音符数据包括和弦数据、音阶数据中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的智能弦乐器，其中，所述多个指示灯单元按行列排列成阵列。
4.根据权利要求3所述的智能弦乐器，其中，所述多个指示灯单元的阵列行与品位相对应，列与弦位对应。
5.根据权利要求3所述的智能弦乐器，其中，所述指示信号指示与一个音符数据相对应的至少一个指示灯单元的行列位置。
6.根据权利要求3所述的智能弦乐器，其中，所述数据通信模块从外部连续接收乐谱的多个音符数据，并且依次指示与每一个音符数据相对应的至少一个指示灯单元的行列位置。
7.根据权利要求1所述的智能弦乐器，其中，所述指示灯单元为LED单元。
8.根据权利要求7所述的智能弦乐器，其中，所述LED指示灯显示不同的颜色和/或不同的亮度指示对应位置的琴弦当前是否被按下以及下一时刻是否被按下。
9.根据权利要求1所述的智能弦乐器，其中，所述指示灯单元为LED数码管，并且该LED数码管在点亮时显示数字以指示所使用的手指。
10.根据权利要求9所述的智能弦乐器，其中，所述数码管包括第一组数码管和第二组数码管，其中第一组数码管在点亮时指示弦位和品位，并且显示数字以指示摁弦时所使用的手指，第二组数码管在点亮时指示弦位，并且显示数字以指示拔弦时所使用的手指。
11.根据权利要求1所述的智能弦乐器，其中，所述数据通信模块至少包括信号线、蓝牙模块和无线网络(Wi-Fi)模块中的一种。
12.根据权利要求1所述的智能弦乐器，所述弦乐器为选自大提琴、小提琴、吉他中的一种。
13.一种智能弦乐器系统，包括智能终端和上述权利要求1-12中任一项所述的智能弦乐器，所述智能终端包括所述智能终端包括数据存储模块、数据查找模块和第二数据通信模块，其中，所述第一数据通信模块与第二数据通信模块双向通信，
所述数据存储模块用于存储弦乐器的音符数据，所述数据查找模块用于接收智能弦乐器发送的音符数据查找信号，并根据所述查找信号从数据存储模块中查找相应的音符数据，并发送至所述第二数据通信模块，
所述第二数据通信模块接收查找到的音符数据，并将该音符数据发送至智能终端。
14.根据权利要求13所述的智能弦乐器系统，其中，所述第二数据通信模块至少包括信号线、蓝牙模块和无线网络(Wi-Fi)模块中的一种。
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