CN104464694B - 一种基于机器视觉的吉他琴弦音色检测装置 - Google Patents

一种基于机器视觉的吉他琴弦音色检测装置 Download PDF

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Abstract

一种基于机器视觉的吉他琴弦音色检测装置属于乐器、机械设备和精密仪器领域；该检测装置包括把持端，弦桥端，弦枕端和拉伸端，所述的把持端，弦桥端，弦枕端和拉伸端四点一线，弦桥端和弦枕端平行设置，与从把持端到拉伸端所在直线方向垂直，所述的弦桥端沿从把持端到拉伸端所在直线方向运动；待测琴弦在把持端固定，依次通过弦桥端，弦枕端至拉伸端；位于弦桥端和弦枕端中部位置，设置有拨片，拾音器和图像传感器，所述的弦桥端、拉伸端、拾音器和图像传感器连接计算机；本发明可以实现通过检测琴弦的振动轨迹来判断琴弦音色的技术目的。

Description

一种基于机器视觉的吉他琴弦音色检测装置
技术领域
一种基于机器视觉的吉他琴弦音色检测装置属于乐器、机械设备和精密仪器领域。
背景技术
吉他，又称为六弦琴，是一种弹拨乐器，在流行音乐、摇滚音乐、蓝调、民歌、佛朗明哥中，常被视为主要乐器。
由于吉他靠琴弦振动发声，因此吉他音色好坏首先取决于琴弦振动轨迹是否标准。基于上述分析，可以通过检测琴弦振动轨迹来判断吉他音色的好坏。
然而遗憾的是，现阶段还没有通过检测吉他琴弦振动轨迹来判断琴弦音色的检测设备和方法。
发明内容
为了实现通过检测琴弦振动来判断吉他音色好坏的目的，本发明公开了一种基于机器视觉的吉他琴弦音色检测装置，该装置可以实现通过检测琴弦的振动轨迹来判断琴弦音色的技术目的。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于机器视觉的吉他琴弦音色检测装置，包括把持端，弦桥端，弦枕端和拉伸端，所述的把持端，弦桥端，弦枕端和拉伸端四点一线，弦桥端和弦枕端平行设置，与从把持端到拉伸端所在直线方向垂直，所述的弦桥端沿从把持端到拉伸端所在直线方向运动；待测琴弦在把持端固定，依次通过弦桥端，弦枕端至拉伸端；位于弦桥端和弦枕端中部位置，设置有拨片，拾音器和图像传感器，所述的弦桥端、拉伸端、拾音器和图像传感器连接计算机，计算机控制弦桥端沿从把持端到拉伸端所在直线方向运动，拉伸端拉伸待测琴弦，拾音器将拨片波动待测琴弦后，待测琴弦发出的声音传递给计算机，图像传感器用于采集待测琴弦被拨动后的振动图像，并将图像传递给计算机。
上述基于机器视觉的吉他琴弦音色检测装置，所述的弦桥端和弦枕端沿与X平面垂直的方向运动，X平面由a直线和b直线所确定，所述的a直线为从把持端到拉伸端的方向，所述的b直线为弦桥端或弦枕端所在方向。
上述基于机器视觉的吉他琴弦音色检测装置，所述的图像传感器的曝光时间设置为待测琴弦振动周期的10倍以上。
上述基于机器视觉的吉他琴弦音色检测装置，所述的拨片为钳子形，将待测琴弦拉伸到固定位置后再松开；所述拨片的拉伸方向与图像传感器的光轴方向垂直。
有益效果：
第一、本发明可以通过检测琴弦的振动轨迹来判断琴弦音色。
第二、由于本发明基于机器视觉的吉他琴弦音色检测装置包括把持端，弦桥端，弦枕端和拉伸端，且把持端，弦桥端，弦枕端和拉伸端四点一线，因此可以直接对应吉他上的固弦锥、弦桥、弦枕和弦钮，琴弦在本发明检测装置上的状态直接对应琴弦在吉他上的状态，即检测状态与使用状态完全对应，使检测结果无需进行转换，直接说明吉他琴弦音色质量。
第三、由于弦桥端和弦枕端平行设置，且弦桥端沿从把持端到拉伸端所在直线方向运动，因此可以调整弦桥端和弦枕端之间的距离，使检测装置的沿弦桥端或弦枕端所在方向的任意位置，都可以适应任意一条弦，而不必像吉他本身那样，每一条弦只能放置在固定位置，因此方便检测。
第四、由于设置有拨片，拾音器，并连接到计算机，因此可以通过拨片拨动琴弦，拾音器采集声音，计算机通过判断声音的高低调整拉伸端，实现自动调音的作用。
第五、由于设置有图像传感器，因此可以观察到吉他琴弦的振动轨迹，通过对比实际振动轨迹与理想振动轨迹，来判断吉他琴弦的音色质量。
说明书附图
图1是把持端，弦桥端，弦枕端和拉伸端组合的结构示意图。
图2是整体检测装置结构示意图。
图3是弦桥端和弦枕端沿与X平面垂直的方向运动时的结构示意图。
图4是基于本发明检测装置的检测方法流程图。
图中：1把持端、2弦桥端、3弦枕端、4拉伸端、5待测琴弦、6拨片、7拾音器、8图像传感器、9计算机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细描述。
具体实施例一
本实施例的基于机器视觉的吉他琴弦音色检测装置，包括把持端1，弦桥端2，弦枕端3和拉伸端4，所述的把持端1，弦桥端2，弦枕端3和拉伸端4四点一线，弦桥端2和弦枕端3平行设置，与从把持端1到拉伸端4所在直线方向垂直，所述的弦桥端2沿从把持端1到拉伸端4所在直线方向运动；待测琴弦5在把持端1固定，依次通过弦桥端2，弦枕端3至拉伸端4；把持端1，弦桥端2，弦枕端3和拉伸端4组合的结构示意图如图1所示，图1中弦桥端2旁边的箭头表示弦桥端2的运动方向，拉伸端4旁边的箭头表示对待测琴弦5的拉伸方向。
位于弦桥端2和弦枕端3中部位置，设置有拨片6，拾音器7和图像传感器8，所述的弦桥端2、拉伸端4、拾音器7和图像传感器8连接计算机9，整体检测装置结构示意图如图2所示。
计算机9控制弦桥端2沿从把持端1到拉伸端4所在直线方向运动，拉伸端4拉伸待测琴弦5，拾音器7将拨片6波动待测琴弦5后，待测琴弦5发出的声音传递给计算机9，图像传感器8用于采集待测琴弦5被拨动后的振动图像，并将图像传递给计算机9。
具体实施例二
本实施例的基于机器视觉的吉他琴弦音色检测装置，在具体实施例一的基础上，进一步限定弦桥端2和弦枕端3沿与X平面垂直的方向运动，X平面由a直线和b直线所确定，所述的a直线为从把持端1到拉伸端4的方向，所述的b直线为弦桥端2或弦枕端3所在方向。如图3所示，在图3中，实线部分表示弦桥端2和弦枕端3接触到待测琴弦5时的情况，虚线表示弦桥端2和弦枕端3离开待测琴弦5时的情况。这种设计，在调整待测琴弦5音高时，可以将弦桥端2和弦枕端3从待测琴弦5上离开，不仅不会损伤待测琴弦5，而且有利于提高待测琴弦5的调整速度。
具体实施例三
本实施例的基于机器视觉的吉他琴弦音色检测装置，在具体实施例一的基础上，进一步限定图像传感器8的曝光时间设置为待测琴弦5振动周期的10倍以上。这种设计，使图像传感器8曝光时间内，待测琴弦5完成10个以上全振动，振动函数更接近曝光时间内完成多个整数倍全振动的高频简谐振动的函数，使检测结果更加精确。
具体实施例四
本实施例的基于机器视觉的吉他琴弦音色检测装置，在以上具体实施例的基础上，进一步限定拨片6为钳子形，将待测琴弦5拉伸到固定位置后再松开；所述拨片6的拉伸方向与图像传感器8的光轴方向垂直。这种设计，可以确保无论被检测的是几弦，琴弦都被拉伸到同一位置，便于统一检测标准。
以上实施例的基于机器视觉的吉他琴弦音色检测装置，按照图4所示的流程进行吉他琴弦音色检测：
步骤a、调整弦桥端2的位置
具体方法为根据待测琴弦5的编号，调整弦桥端2沿从把持端1到拉伸端4所在直线方向运动，使弦桥端2与弦枕端3之间的距离等于该编号琴弦在吉他位置上的弦桥到弦枕之间的距离；
步骤b、调整待测琴弦5的音高
具体方法为将待测琴弦5一端固定在把持端1，另一端固定在拉伸端4，并使弦桥端2和弦枕端3与待测琴弦5接触，用拨片6拨动待测琴弦5，拾音器7将待测琴弦5发出的声音传递给计算机9，计算机将待测琴弦5的音高与标准音高进行对比，如果：
第一、待测琴弦5的音高高于标准音高，使弦桥端2和弦枕端3与待测琴弦5非接触，拉伸端4向靠近把持端1方向移动，重复判断步骤，直到待测琴弦5的音高等于标准音高；
第二、待测琴弦5的音高等于标准音高，判断结束；
第三、待测琴弦5的音高低于标准音高，使弦桥端2和弦枕端3与待测琴弦5非接触，拉伸端4向远离把持端1方向移动，重复判断步骤，直到待测琴弦5的音高等于标准音高；
步骤c、采集振动图像
利用拨片6拨动待测琴弦5，图像传感器8采集振动中的待测琴弦5，并将图像传递给图像传感器8；
步骤d、获得振动函数
将步骤c所获得的图像，待测琴弦5振幅最大位置处、振动方向的全部像素提取出来，进行傅里叶变换并取模，得到振动函数；
步骤e、获得评价函数
方法一、根据待测琴弦5振幅最大位置处的振幅，将其代入到以下公式得到评价函数：
式中，t e 为图像传感器8的曝光时长，f为空间频率，D为待测琴弦5振幅最大位置处的振幅，ω为振动频率，且t e 为ω的10以上整数倍；
方法二、根据待测琴弦5振幅最大位置处的振幅，将其代入到以下公式得到评价函数：
式中，J 0为第一类0阶贝塞尔函数，f为空间频率，D为待测琴弦5振幅最大位置处的振幅；
其中，待测琴弦5振幅最大位置处的振幅的获得方法为：将步骤c所获得的图像，待测琴弦5振幅最大位置处、振动方向的全部像素提取出来，进行梯度运算，梯度绝对值最大的两个点之间的距离的二分之一即为待测琴弦5振幅最大位置处的振幅D；
步骤f、获得音色检测结果
将步骤d得到的振动函数与步骤e得到的评价函数进行对比，如果：
振动函数与评价函数之间的误差不大于10%，说明待测琴弦5的音色完美；
振动函数与评价函数之间的误差在10%至25%之间，说明待测琴弦5的音色不完美；
振动函数与评价函数之间的误差大于25%，说明待测琴弦5为劣质琴弦。

Claims (1)

1.一种基于机器视觉的吉他琴弦音色检测装置，包括把持端(1)，弦桥端(2)，弦枕端(3)和拉伸端(4)，所述的把持端(1)，弦桥端(2)，弦枕端(3)和拉伸端(4)四点一线，弦桥端(2)和弦枕端(3)平行设置，与从把持端(1)到拉伸端(4)所在直线方向垂直，所述的弦桥端(2)沿从把持端(1)到拉伸端(4)所在直线方向运动；待测琴弦(5)在把持端(1)固定，依次通过弦桥端(2)，弦枕端(3)至拉伸端(4)；位于弦桥端(2)和弦枕端(3)中部位置，设置有拨片(6)，拾音器(7)和图像传感器(8)，所述的弦桥端(2)、拉伸端(4)、拾音器(7)和图像传感器(8)连接计算机(9)，计算机(9)控制弦桥端(2)沿从把持端(1)到拉伸端(4)所在直线方向运动，拉伸端(4)拉伸待测琴弦(5)，拾音器(7)将拨片(6)波动待测琴弦(5)后，待测琴弦(5)发出的声音传递给计算机(9)，图像传感器(8)用于采集待测琴弦(5)被拨动后的振动图像，并将图像传递给计算机(9)；
所述的弦桥端(2)和弦枕端(3)沿与X平面垂直的方向运动，X平面由a直线和b直线所确定，所述的a直线为从把持端(1)到拉伸端(4)的方向，所述的b直线为弦桥端(2)或弦枕端(3)所在方向；
所述的拨片(6)为钳子形，将待测琴弦(5)拉伸到固定位置后再松开；所述拨片(6)的拉伸方向与图像传感器(8)的光轴方向垂直；
其特征在于，
按照以下的流程进行吉他琴弦音色检测：
步骤a、调整弦桥端(2)的位置
具体方法为根据待测琴弦(5)的编号，调整弦桥端(2)沿从把持端(1)到拉伸端(4)所在直线方向运动，使弦桥端(2)与弦枕端(3)之间的距离等于该编号琴弦在吉他位置上的弦桥到弦枕之间的距离；
步骤b、调整待测琴弦(5)的音高
具体方法为将待测琴弦(5)一端固定在把持端(1)，另一端固定在拉伸端(4)，并使弦桥端(2)和弦枕端(3)与待测琴弦(5)接触，用拨片(6)拨动待测琴弦(5)，拾音器(7)将待测琴弦(5)发出的声音传递给计算机(9)，计算机将待测琴弦(5)的音高与标准音高进行对比，如果：
第一、待测琴弦(5)的音高高于标准音高，使弦桥端(2)和弦枕端(3)与待测琴弦(5)非接触，拉伸端(4)向靠近把持端(1)方向移动，重复判断步骤，直到待测琴弦(5)的音高等于标准音高；
第二、待测琴弦(5)的音高等于标准音高，判断结束；
第三、待测琴弦(5)的音高低于标准音高，使弦桥端(2)和弦枕端(3)与待测琴弦(5)非接触，拉伸端(4)向远离把持端(1)方向移动，重复判断步骤，直到待测琴弦(5)的音高等于标准音高；
步骤c、采集振动图像
利用拨片(6)拨动待测琴弦(5)，图像传感器(8)采集振动中的待测琴弦(5)，并将图像传递给图像传感器(8)；
步骤d、获得振动函数
将步骤c所获得的图像，待测琴弦(5)振幅最大位置处、振动方向的全部像素提取出来，进行傅里叶变换并取模，得到振动函数；
步骤e、获得评价函数
方法一、根据待测琴弦(5)振幅最大位置处的振幅，将其代入到以下公式得到评价函数：
式中，te为图像传感器(8)的曝光时长，f为空间频率，D为待测琴弦(5)振幅最大位置处的振幅，ω为振动频率，且te为ω的10以上整数倍；
方法二、根据待测琴弦(5)振幅最大位置处的振幅，将其代入到以下公式得到评价函数：
|J0(2πfD)|
式中，J0为第一类0阶贝塞尔函数，f为空间频率，D为待测琴弦(5)振幅最大位置处的振幅；
其中，待测琴弦(5)振幅最大位置处的振幅的获得方法为：将步骤c所获得的图像，待测琴弦(5)振幅最大位置处、振动方向的全部像素提取出来，进行梯度运算，梯度绝对值最大的两个点之间的距离的二分之一即为待测琴弦(5)振幅最大位置处的振幅D；
步骤f、获得音色检测结果
将步骤d得到的振动函数与步骤e得到的评价函数进行对比，如果：
振动函数与评价函数之间的误差不大于10％，说明待测琴弦(5)的音色完美；
振动函数与评价函数之间的误差在10％至25％之间，说明待测琴弦(5)的音色不完美；
振动函数与评价函数之间的误差大于25％，说明待测琴弦(5)为劣质琴弦。
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