CN105702120A - 钢琴采播装置及琴键校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钢琴采播装置及琴键校准方法，包括：架设于钢琴琴键上的测试杆，内设有通信相连的多个琴键检测单元；其中，各所述钢琴琴键分为多个部分，每个琴键检测单元对应其中一部分，用于检测各琴键在弹奏时的位移生成对应按键采样信号；本发明所提供钢琴采播装置，通过设置于传统钢琴即可实现教学，克服现有技术中电钢琴存在的种种缺陷。

Description

钢琴采播装置及琴键校准方法

技术领域

本发明涉及音乐教学技术领域，特别是涉及一种钢琴采播装置及琴键校准方法。

背景技术

现在提倡万物皆联网，网络技术更多的深入我们生活的每一个角落，而传统钢琴缺乏一个与网络连接的桥梁。而目前市面上的电钢琴虽然在连接网络方面有了一定的方式，但电钢琴是纯粹的电声发生，所以在手感和音质的保真性上和传统钢琴还是有着很大的差距。另外针对钢琴，目前外置的力度评分产品还没有，对内置于钢琴检测力度产品使用的光电传感器，但安装时，必须将现有钢琴系统拆开，而需要测量好检测距离和螺丝固定，安装相对复杂，对钢琴有一定的结构损坏，很多用户无法接受。若放在外面传感器由于检测的环境不一致，且多变、不稳定，易受太阳光线的干扰，最终导致采集的力度不准确或采集不到力度。另外，由于安装连线比较复杂，脚踏板信号的检测往往被忽略，这样导致用户弹琴的信息无法完整的采集保留。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种钢琴采播装置及琴键校准方法，设置于传统钢琴即可实现教学，克服现有技术中电钢琴存在的种种缺陷。

为实现上述目的或其它目的，本发明提供一种钢琴采播装置，其特征在于，包括：架设于钢琴琴键上的测试杆，内设有通信相连的多个琴键检测单元；其中，各所述钢琴琴键分为多个部分，每个琴键检测单元对应其中一部分，用于检测各琴键在弹奏时的位移生成对应按键采样信号。

于本发明的一实施例中，所述钢琴采播装置还包括：主控单元，通信连接于其中至少一琴键检测单元。

于本发明的一实施例中，所述主控单元，通信连接有网络终端。

于本发明的一实施例中，每个所述琴键检测单元包括：多个第一传感器，一一对应地贴合设置于所在的琴键检测单元所对应琴键部分中的各琴键上，用于检测各琴键在弹奏时的位移生成对应的按键采样信号；琴键信号处理器，通信连接各第一传感器。

于本发明的一实施例中，所述传感器为非接触式传感器。

于本发明的一实施例中，所述传感器包括发射端及接收端，用于通过发射端发射信号至对应琴键，经琴键反射后送至接收端接收，根据距离产生所述按键采样信号。

于本发明的一实施例中，所述第一传感器包括：光电传感器及磁电传感器中的一种。

于本发明的一实施例中，每个所述琴键检测单元包括：多个指示灯，一一对应于各所述琴键所设置。

于本发明的一实施例中，所述指示灯为LED指示灯。

于本发明的一实施例中，所述指示灯为双色LED指示灯，两种颜色分别用于指示左及右手弹奏。

于本发明的一实施例中，所述钢琴采播装置还包括：设于钢琴踏脚的第二传感器，与所述主控单元通信连接以传输所采集传感信号。

于本发明的一实施例中，所述第二传感器包括：角度传感器、加速度传感器和行程开关中的一种。

为实现上述目的或其它目的，本发明提供一种琴键校准方法，应用于所述钢琴采播装置；所述琴键校准方法包括：通过琴键检测单元分别对其所包含的第一传感器进行校准。

于本发明的一实施例中，每个琴键检测单元所包含的多个第一传感器分成多组，各组中的第一传感器的校准是并行的。

综上所述，本发明提供一种钢琴采播装置及琴键校准方法，包括：架设于钢琴琴键上的测试杆，内设有通信相连的多个琴键检测单元；其中，各所述钢琴琴键分为多个部分，每个琴键检测单元对应其中一部分，用于检测各琴键在弹奏时的位移生成对应按键采样信号；本发明所提供钢琴采播装置，通过设置于传统钢琴即可实现教学，克服现有技术中电钢琴存在的种种缺陷。

附图说明

图1显示为本发明一实施例中钢琴采播装置的模块示意图，

图2显示为本发明一实施例中琴键检测单元的模块示意图。

图3显示为本发明一实施例中测试杆的结构示意图。

图4显示为本发明一实施例中琴键检测单元的部分电路原理示意图。

图5显示为本发明一实施例中主控单元的模块示意图。

图6显示为本发明一实施例中主控单元的结构示意图。

图7显示为本发明一实施例中应用于钢琴采播装置的琴键校准方法的流程示意图。

图8显示为本发明一实施例中应用于钢琴采播装置的琴键信号采样方法的流程示意图。

元件标号说明

1琴键

2测试杆

21琴键检测单元

211第一传感器

212琴键信号处理器

22LED指示灯

3主控单元

31主处理器

32音源模块

33数模转换器

34显示屏

35触摸按键模块

36电源适配器

37无线通讯模块

38蓝牙音频发射模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明所提供的钢琴采播装置，可应用于传统钢琴，在尽量不影响传统钢琴原有结构的情况下使用，具有广泛应用的市场价值，且跳出在以往观念中只能通过电钢琴这一类替代产品实现通信传输的思维。

如图1所示，本发明所提供的钢琴采播装置，包括：架设于钢琴琴键1上的测试杆2、及主控单元3等，所述测试杆2内设有通信相连的多个琴键检测单元21。

如图2所示，各所述琴键检测单元21，包括：多个第一传感器211、琴键信号处理器212及LED指示灯22；在一实施例中，钢琴琴键包括黑白两种按键共计88个，则对应的第一传感器211也一一对应有88个，各所述第一传感器211用于检测各琴键在弹奏时的位移(按下及抬起动作产生的)生成对应按键采样信号；优选的，所述第一传感器211包括信号发射端和接收端，各所述第一传感器211可设置为一一对应地贴合设置于各琴键1上，这样保证信号不会被外界干扰，若为光电传感器，则可大大减少外部光线干扰。

请一并参阅图3，所述第一传感器211可嵌设于测试杆2内并朝向琴键设置，其发射端发射信号至对应琴键，经琴键反射后送至接收端接收，根据距离产生传感信号即按键采样信号；如图所示，为区分黑、白琴键，对应黑、白键的第一传感器211的位置可不同，所有对应黑键的第一传感器211位于同一平面，所有对应白键的第一传感器211位于同一平面，两个平面(例如图2所示的A、B平面)间有距离差，则按键采样信号值亦有较大差异，可用于区分黑键还是白键；如图3所示，优选的，测试杆2对应黑键的可形成有凹部，其形状与黑键配合，而该对应黑键的第一传感器则设于该凹部的上部内表面，贴合黑键设置。

在一实施例中，优选的，所述第一传感器211为非接触式传感器，包括：光电传感器及磁电传感器中的一种，非接触式传感器的设计可以最大限度地保留传统钢琴的手感；或者，所述第一传感器211为接触式传感器，通过与设于导电胶琴键表面设置的接触导电胶获得所述按键采样信号。

所述琴键信号处理器212，通信连接各第一传感器211，其可为单片机MCU，其可实现包括：控制第一传感器211扫描琴键(即按键信号采样)、及所述LED指示灯22的显示等。

再如图3所示，所述LED指示灯22有一一对应于各所述琴键位置所设置的多个，并外露于所述测试杆2壳体，各所述LED指示灯22通信连接至所述琴键信号处理器212；优选的，各所述LED指示灯22可为双色，用于指示对应琴键应当采用例如左手或右手弹奏等，此会在后续说明。

在一实施例中，优选的，各所述钢琴琴键分为多个部分，每个琴键检测单元21对应其中一部分，这样可以大大提高扫描的精准程度；举例来说，钢琴有88键，优选的琴键检测单元21可设置4个，其中3个各自控制24个琴键的信号采集或指令收发，而另外1个则对应控制剩下16个琴键的信号采集或指令收发，相比于用一个琴键检测单元21控制；同时，各个琴键检测单元21间通过例如USB3.0等高速串口通信连接，也解决各琴键检测单元21间的传感器一致性问题和高速传输需求的问题；需说明的是，钢琴琴键划分多个部分的数量并非以上述为限。

如图4所示，举例说明各个琴键检测单元21的电路实现，在本实施例中，第一传感器211以4个为一组，图中仅展示了两组，但可以此类推至包含16个或24个第一传感器211的琴键检测单元21的电路结构。

在本实施例中，U6是含2个2-4译码器的芯片，用于第一传感器发射端的控制；U24是含2个4选1的模拟开关，用于第一传感器211接收端信号的切换；第一传感器4个一组，U15～U18一组，对应AIN6；U19～U22一组，对应AIN7；U6控制端A和U24控制端2A接于ROW0，U6控制端B和U24控制端2B接于ROW1。

具体的，2组中对应位置的第一传感器同时切换，使AIN6、AIN7同时输出信号；假设，RPOUT_EN＝0，ROW0＝0，ROW1＝0，那么传感器U18，U22发射端有效，传感器开始工作，接收端有对应的信号；当RPIN_EN＝0时，AIN6，AIN7信号分别对应U18，U22接收端电阻上的信号；在本实施例中，U24采用4选1模拟开关，在U6芯片内可采用2路独立AD控制器，这样可以尽量避免AD控制器转换时间的延时对整个扫描时间的影响。

所述主控单元3，通信连接于其中至少一琴键检测单元21且通信连接于网络终端。在一实施例中，所述网络终端包括：接入互联网的手机、平板电脑、笔记本电脑、及台式机中的一种或多种组合，所述主控处理器根据来自所述网络终端的教学指令以控制所述LED指示灯22的指示，举例说明，所述网络终端可以运行钢琴教学软件，并给主控单元3发送教学指令，主控单元3则可对应生成教学指令至琴键检测单元21，以控制LED指示灯22对应亮起来指示键位及左或右手弹奏，供参考学习，这样就可以通过网络获取海量的钢琴教学资源，且较传统学习方式获得巨大的效率提升，并为枯燥的钢琴学习增加了趣味性。

所述主控单元3和琴键检测单元21间的通信连接为有线连接，包括：MIDI接口连接、及MIDI接口连接中的一种；或者，所述主控单元3和琴键检测单元21间的通信连接为无线连接，包括：蓝牙连接、WIFI、Zigbee或其他连接等，若为无线连接，则所述琴键检测单元21还需包括电连接所述琴键信号处理器212的无线模块，优选工作于433Mhz频段。

在一实施例中，如图5所示，所述主控单元3包括：

主处理器31，通过例如通信模块等而通信连接于其中一琴键检测单元21，根据各所述琴键检测单元21发送来的按键采样信号生成MIDI信号。

音源模块32，连接所述主处理器31并连接有数模转换器33(DAC)，根据所述MIDI信号生成I2S音源信号并经所述数模转换器33转成模拟音频信号输出，供扬声器播放或耳机收听，可采用高品质的数字音频处理器，能够逼真的还原声音，通过这个音频处理，可以在用户弹奏的过程中，提供一个高品质的伴奏，以提高用户弹奏乐曲的兴趣。

显示屏34，通信连接于所述主处理器31，优选为8bit传输线路，所述显示屏34优选为彩色LCD或LED屏。

触摸按键模块35，通过例如I/O接口等通信连接于所述主处理器31；所述触摸按键模块35所连接的按键可邻近所述显示屏34而设置于主控单元3的外壳。

电源适配器36，连接至外部电源而转化例如12V对主控单元3供电。

无线通讯模块37，同所述网络终端无线连接；所述无线通讯模块37例如为蓝牙、WiFi或其他无线模块，优选为蓝牙BLE4.0模块。

在一实施例中，所述主控单元3还包括：连接于所述音源模块并连接有天线的蓝牙音频发射模块38，方便用户用蓝牙耳机收听音频，而不仅限于有线连接。结合图5的实施例中提供的主控单元3，如图6所示，为图3的俯视示意图，主控单元3可以做成面板形式而固定于测试杆2的一侧，且面朝上设置，供用户进行功能参数的设定。

在其它实施例中，所述主控单元亦可简化为简单的处理器(MCU等)和存储器(ROM或RAM等)等基本处理单元结构，而集成在测试杆内，未必要形成如图3所示的供用户操作的面板结构。

在一实施例中，所述的钢琴采播装置，还包括：设于钢琴踏脚的第二传感器，所述第二传感器采集的信号无线传输至所述主控单元3。在一实施例中，所述第二传感器为角度传感器；所述第二传感器位于钢琴踏脚上与脚踏部位互为杠杆支点两侧地设置，具体来说，钢琴踏脚为杠杆实现，踏下后若脚离开则会回弹，故可在相对钢琴踏脚的脚踏端为杠杆两侧的另一侧设置角度传感器，用以采集踏脚当前相对参考平面的角度，从而判定踏脚是否踏下，并且同时亦可将同所述角度传感器电连接的无线模块设置于踏脚，通过无线模块发送传感信号给主控单元3。

为了更加精准的进行使用，可在用户第一次使用的时候，进行键盘校准，以便之后的信号采集会更加精准。

如图7所示，本发明提供一种应用于所述钢琴采播装置的琴键校准方法，包括：通过琴键检测单元分别对其所包含的第一传感器进行校准，在一实施例中，所述校准可以通过主控单元发送启动指令而由琴键检测单元执行完成，所述校准包括：

步骤S11：判断是否达到执行所述琴键校准方法的预定次数；若否，则进至步骤S12；若是，则进至步骤S17.

在一实施例中，将琴键数量作为执行以下校准内容的循环次数，也就是说，循环完毕则所有琴键对应的第一传感器校准完毕；举例来说，如前所述，88个琴键，按24个、24个、24个及16个四部分划分，其中控制24个琴键采样的琴键检测单元则含有24个第一传感器，若按前述图4中4个第一传感器为一组的划分，则共有6组，所述琴键检测单元可同时对6组4个第一传感器进行校准，则仅需循环4次即可校准完毕；当然此为优选的并行检测方法，在其他实施例中，也可采用逐个对第一传感器进行校准的方式，故所述预定次数可与琴键数量、琴键检测单元所控制部分琴键的数量、或琴键检测单元所控制部分琴键划分成多个小组内的琴键数量等相关联，但是并非以此为限；并且，各个琴键检测单元各自对所包含的第一传感器校准的作业亦可并行执行，举例来说，对应扫描24个琴键的3个琴键检测单元可同时校准完毕72个第一传感器。

且为了区分各个琴键，每个琴键均对应具有标识其唯一性的“键值”。

步骤S12：若未达到，在按动各琴键的情况下，使能各第一传感器的发射端并按预设方式调节发射端的PWM值，调节完毕后获取所述第一传感器的接收端的当前按键采样信号值。

在一实施例中，所述调节可以是例如按预设数量值档位逐级调节PWM值(电流值)，并每次检测接收端调节后的当前按键采样信号值，优选的，可在获取的黑键和白键的按键采样信号值之间达到一个足够大预定值的时候认为调节完毕，还可将预设的用于标识PWM是否标识完成的PWM标识位置为真值(1)；所述按键采样信号值可为AD值，即模数转换，通过数字量来表示对应模拟电路的电流值或电压值的大小。

步骤S13：判断琴键是否按下至底部；若是，则进至步骤S14；若否，则回到步骤S11

在一实施例中，当琴键按下时会产生相对第一传感器的位移变化，则第一传感器接收端输出的按键采样信号值同样发生变化，当位移达到最大时即所采集的按键采样信号值达到一个极限值(最大或最小值)时，则可认为按键已到底部。

步骤S14：将当前按键采样信号值保存为按至底部标准值；

步骤S15：判断所述当前按键采样信号值是否大于一设定值；若是，则执行步骤S16；若否则，则回到步骤S11；

步骤S16：将所调节的PWM值保存为PWM标准值并跳转步骤S11。优选的，在一实施例中，此时，还可将预设的用于标识PWM是否标识完成的PWM标识位置为真值(1)。

步骤17：若步骤S11判断达到预设次数，则表示各所述第一传感器皆保存了按至底部标准值及PWM标准值，则将延时预设时间后所获取的按键采样信号值保存为对应琴键抬起的抬起标准值。

在一实施例中，所述预设时间例如为2秒；并且优选的，在步骤S11～S17中保存的各个标准值皆可仅写于缓存中，在所有琴键对应的标准值均保存于缓存的情况下，再存储至Flash中，以供下一次系统校准(即相当于初始化)使用。

另外优选的，在没有接收到跳出循环信号(break)的情况下，步骤S11～S17一直处于循环中，直至接收到跳出循环信号，则跳出循环结束校准过程。

如图8所示，本发明还提供一种应用于所述钢琴采播装置的琴键信号采样方法，即应用于钢琴正常使用情况下的按键信号采样，需特别说明的是，优选的，图7实施例中的信号采集方法可接续图6的实施例的信号琴键校准方法使用，当然，在其他实施例中，所述信号采集方法亦可单独应用，仅需预先设定好各个标准值即可，并非以此为限。

所述琴键信号采样方法包括：

步骤S21：获取所述琴键检测单元的当前按键采样信号；

步骤S22：在设有对应琴键按下的第一标识值和按下标准值的情况下，判断当前按键采样信号值是否大于所述按下标准值以判断琴键是否按下；若是，则进至步骤S23；若否，则进至步骤S25

步骤S23：若大于，则判断为按下琴键，将第一标识值赋真值(1)，并在设定有对应琴键按下至底部的第二标识值和按下至底部标准值的情况下，判断当前是否满足预设的琴键按下至底部条件，其中，所述琴键按下至底部条件包括：当前的按键采样信号值大于所述按下至底部标准值且第一标识值为真；若满足，则进至步骤S24；若不满足，则进至步骤S25；

步骤S24：通过琴键检测单元发送琴键按下信号至所述主控单元，并将所述第二标识值赋真值，其中，所述琴键按下信号包括：琴键的键值、及琴键从按下至到达底部的时间的表示值。

在一实施例中，所述表示值可通过计数值来代替，此为常用手段；举例来说，在所述采样方法开始时即进行预定时间间隔的计数，在所述步骤S22中判断为按下琴键的情况下，记录第一计数值Count1，而在步骤S23判断为按下琴键到底的情况下，记录第二计数值Count2，根据第二计数值和第一计数值的差值(Count＝Count2-Count1)即可表示出按键按下的时间，并且进一步的，若时间越短，说明按键力度越强，因此，在其他实施例中，本专利申请所提供的琴键信号采样方法还可接续有判断或计算按键力度的步骤。

步骤S25：在设定有对应琴键抬起的抬起标准值的情况下，判断当前是否满足预设的琴键抬起条件，其中，所述琴键抬起条件包括：所述第一标识值和第二标识值为真且当前按键采样信号值小于所述抬起标准值；若满足，则进至步骤S26；若不满足，则结束本次采样。

步骤S26：通过琴键检测单元发送琴键对应琴键的键值发送至所述主控单元，并将所述第一标识值及第二标识值清零。

在一实施例中，优选的，此时还可将Count值清零发送至主控单元。

优选的，所述步骤S21～S26同样可循环执行，直至接收到循环停止信号后停止。

综上所述，本发明提供一种钢琴采播装置及琴键校准方法，包括：架设在钢琴琴键上方的测试杆，内设有通信相连的多个琴键检测单元，其中，各所述钢琴琴键分为多个部分，每个琴键检测单元对应其中一部分；所述琴键检测单元，其包括：一一对应地贴合设置于各琴键上的第一传感器，用于检测各琴键在弹奏时的位移生成对应按键采样信号；通信连接各第一传感器的琴键信号处理器；外露于所述测试杆壳体设置的多个LED指示灯，分别对应于各所述琴键位置而设置，且通信连接至所述琴键检测单元；且通信连接于网络终端；本发明能够准确的识别弹琴者的弹键位置，且通过尽量不改变现有的钢琴的结构的外置装置实现，并且可连接至网络，整个系统显得比较简洁；并可采用高品质的数字音频处理器，能够逼真的还原声音，以在用户弹奏的过程中，提供一个高品质的伴奏，以提高用户弹奏乐曲的兴趣。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (14)

1.一种钢琴采播装置，其特征在于，包括：

架设于钢琴琴键上的测试杆，内设有通信相连的多个琴键检测单元；其中，各所述钢琴琴键分为多个部分，每个琴键检测单元对应其中一部分，用于检测各琴键在弹奏时的位移生成对应按键采样信号。

2.根据权利要求1所述的钢琴采播装置，其特征在于，还包括：主控单元，通信连接于其中至少一琴键检测单元。

3.根据权利要求2所述的钢琴采播装置，其特征在于，所述主控单元，通信连接有网络终端。

4.根据权利要求1或2所述的钢琴采播装置，其特征在于，每个所述琴键检测单元包括：

多个第一传感器，一一对应地贴合设置于所在的琴键检测单元所对应琴键部分中的各琴键上，用于检测各琴键在弹奏时的位移生成对应的按键采样信号；

琴键信号处理器，通信连接各第一传感器。

5.根据权利要求4所述的钢琴采播装置，其特征在于，所述第一传感器为非接触式传感器。

6.根据权利要求5所述的钢琴采播装置，其特征在于，所述第一传感器包括发射端及接收端，用于通过发射端发射信号至对应琴键，经琴键反射后送至接收端接收，根据距离产生所述按键采样信号。

7.根据权利要求4或5所述的钢琴采播装置，其特征在于，所述第一传感器包括：光电传感器及磁电传感器中的一种。

8.根据权利要求1或2所述的钢琴采播装置，其特征在于，每个所述琴键检测单元包括：多个指示灯，一一对应于各所述琴键所设置。

9.根据权利要求8所述的钢琴采播装置，其特征在于，所述指示灯为LED指示灯。

10.根据权利要求9所述的钢琴采播装置，其特征在于，所述指示灯为双色LED指示灯，两种颜色分别用于指示左及右手弹奏。

11.根据权利要求2所述的钢琴采播装置，还包括：设于钢琴踏脚的第二传感器，与所述主控单元通信连接以传输所采集传感信号。

12.根据权利要求11所述的钢琴采播装置，所述第二传感器包括：角度传感器、加速度传感器和行程开关中的一种。

13.一种琴键校准方法，其特征在于，应用于如权利要求4所述的钢琴采播装置；所述琴键校准方法包括：通过琴键检测单元分别对其所包含的第一传感器进行校准。

14.根据权利要求13所述的琴键校准方法，其特征在于，每个琴键检测单元所包含的多个第一传感器分成多组，各组中的第一传感器的校准是并行的。