CN111599330A - 一种数码口琴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数码口琴，包括：本体，本体上设置有若干音孔；音孔内设置有传感器，传感器与微处理器连接；所述微处理器分别与传感器和音频处理器连接；所述音频处理器与扬声器连接；所述传感器数量若干，一个音孔里有至少一个传感器；微处理器用于接收和识别传感器传输的信息，音频处理利器用于将接收到的信息转换为音频信号输出；本发明通过在所有音孔中均设置传感器，使微处理器得到的吹奏信息更加精准，使扬声器播放出的音乐音准更加准确；通过传感器来直接感知吹奏行为产生的气流、气压、震动等数据判断口琴是否被吹奏，可以使口琴能在各种环境下进行使用，使其使用环境更丰富。

Description

一种数码口琴

技术领域

本发明涉及音乐器具领域，尤其是一种数码口琴。

背景技术

口琴是一种小巧，简单易上手，并且音色独特的乐器。因为这些原因，口琴和口琴音 乐在世界范围内都有着广泛的传播。但口琴发展至今还少有将之数码化，智能化的改造， 这使得口琴的学习，演奏都存在一定限制的。例如，在家练习口琴可能会影响到家里其他 人，在课堂上学习口琴一起吹奏难以区分每个人的具体情况，吹奏出来的口琴音乐不方便 录制，录制则需要较为严苛的录音环境否则将受到外界环境噪音的干扰，大型演奏表演现 场只能通过麦克风收音再进行放大播放也会受到其他环境噪音的干扰。

现有技术中，有通过光敏电阻判断口琴是否开始吹奏，再通过一个气压传感器检测吹 奏的音阶；而该方案在黑暗的地方没法使用，其使用光敏电阻被遮挡的信号来判断用户嘴 是否放在口琴上。可是口琴放包里，或者用手遮住了口琴音孔，或者晚上无灯光的地方光 敏电阻的信号都是一样的，统统都是无光的信号，口琴将乱响，或者无法工作。并且只有 一个气压传感器，根本无法得到正确的值。当吹奏其中几个音孔时，因为所有音孔是联通 的，所吹或吸产生的气体将会从别的没有被嘴覆盖的音孔中逃逸，导致气压传感器处根本 无气压变化或者只有极小的气压变化，无法达得到正确的吹奏信息。并且不能通过口琴直 接播放吹奏的音乐而必须要外接音频处理设备，这极大限制了已有数码口琴的使用场景。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种数码口琴；本发明解决了数 码口琴没法直接吹奏出音乐，必修要配合外接设备才能发出声音的问题；解决了数码口琴 对吹奏信息检测不准确的问题；解决了数码口琴在黑暗环境不能正常工作的问题；还解决 了口琴使用环境单一以及易受外界环境音干扰的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种数码口琴，包括：本体，本体上设置有若干音孔；音孔内设置有传感器，传感器与微处理器连接；所述微处理器分别与传感器和音频处理器连接；微处理器和音频处理器位于本体内；所述音频处理器与扬声器连接，扬声器位于本体上；所述传感器数量若干， 一个音孔里有至少一个传感器；微处理器用于接收和识别传感器传输的信息，音频处理器 用于将接收到的信息转换为音频信号输出。

进一步的，所述传感器设置于音孔的底部或侧壁或底部和侧壁均设置。

进一步的，所述传感器包括气压传感器、气流传感器和震动传感器；气压传感器用于 通过检测音孔内的气压值检测口琴吹奏力度，气流传感器用于通过检测吹奏时的气流速度 检测吹奏力度，震动传感器用于通过检测吹奏气流导致的震动检测吹奏力度。

进一步的，还包括数据输出接口；数据输出接口与微处理器连接，用于将音频信息、 吹奏信息或传感器数据传输至外部设备；所述外部设备为电脑、手机、平板。

进一步的，所述数据输出接口包括USB接口、光纤接口、蓝牙接口和无线网络接口。

进一步的，本体内还设置有存储器，所述存储器和微处理器连接，用于存储吹奏产生 的音频信息数据、吹奏信息数据或传感器数据。

进一步的，本体内还设置有震动器，震动器与微处理器连接，用于根据微处理器中的 信息发出反馈信号。

进一步的，所述本体上设置有按键和至少一个显示屏；所述按键和显示屏均与微处理 器连接；所述按键数量若干，用于向微处理器发送命令信息；显示屏用于显示口琴信息。

进一步的，还包括音频输出接口；音频输出接口与音频处理器连接，用于将音频信息 输出至外部设备；所述音频输出接口包括同心连接器耳机接口、USB接口、蓝牙无线接口和 2.4GHz无线音频接口。

进一步的，还包括电源，用于给各个设备供电。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明通过在所有音孔中均设置传感器，使微处理器得到的吹奏信息更加精准，使 扬声器播放出的音乐音准更加准确；同时还方便录制演奏的音乐方便进行音乐后期处理。

2、本发明通过每个音孔内的传感器来判断口琴是否被吹奏以及吹奏的具体力度，可以 使口琴能在各种环境下进行使用，使其使用环境更丰富。

3、本发明通过扬声器可以直接将吹奏出的音乐播放，无需通过其他设备进行播放。

4、本发明通过按键可以：方便动态的更改口琴发音效果模拟各种口琴吹奏技法；同时 能够动态更改口琴音阶音色，一个口琴可以当多种不同音色不同音阶的口琴用；也可以根 据用户按键操作录制指定吹奏的音乐方便后期回放处理。

5、本发明通过音频输出口可以在吹奏时插入耳机，使演奏者只有自己能听到吹奏的音 乐，不影响他人也方便在嘈杂环境中能屏蔽环境干扰听到自己演奏的清晰的音乐。

6、本发明通过数据输出口，使口琴可以更加方便的使用能专业的设备对吹奏的音乐进 行各种记录、处理以及播放。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是数码口琴外观结构图。

图2是数码口琴内部图。

图3是音孔中包括2个压力传感器结构图。

图4是音孔中包括3个压力传感器结构图。

图5是音孔中包括1个压力传感器结构图.

图6是气流传感器结构图。

图7是震动传感器结构图。

图8是实施例2的音孔结构图。

其中，1-本体；2-音孔；3-传感器；4-微处理器；5-音频处理器；6-存储器；7-震动器；8-扬声器；9-音频输出接口；10-数据输出接口；11-电源；12-按键；13-显示屏

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征 和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被 其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列 等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

一种数码口琴，如图1和图2所示，包括：本体1，本体1上设置有若干音孔2；音孔 2内设置有传感器3，传感器3与微处理器4连接；所述微处理器4分别与传感器3和音频 处理器5连接；微处理器4和音频处理器5位于本体1内；所述音频处理器5与扬声器8 连接，扬声器8位于本体1上；所述传感器3数量若干，一个音孔2里有至少一个传感器3； 微处理器4用于接收和识别传感器3传输的信息，音频处理器5用于将接收到的信息转换 为音频信号输出；本实施例中，微处理器4可以为基于ARM Cortex-M架构的微处理器，音 频处理器为数字音频处理器，例如的CS48L10超低功耗音频处理芯片，在其他实施例中也 可以选用微处理器和音频处理器一体封装的处理器，例如MT8502。

所述传感器3包括气压传感器、气流传感器和震动传感器，本实施例中，以气压传感器 为例进行说明。

在一个音孔2中会设置至少一个气压传感器，当所有音孔中所有气压传感器的气压值都 相同，则认为当前无人吹奏，当开始吹奏时，演奏者的气息通过音孔2导致音孔2内气压 变化，微处理器4通过读取气压传感器的实时值并根据预设算法计算出吹奏特征并结合不 同气压传感器的编号获得口琴孔位信息，以此计算出具体的吹奏信息。此吹奏信息通过微 处理器4和音频处理器5转换为对应的口琴音频信号通过扬声器8进行播放出。

在一个实施例中，一个音孔2中有两个气压传感器，如图3所示，一个气压传感器设置 于音孔2底部，另一气压传感器设置于音孔2侧壁上，在音孔2侧壁安装气压传感器，根据伯努利原理，气流速度越大，气体压力越小，通过检测气压值就能得知吹奏的力度(飞 机的空速器，机翼的结构；足球的香蕉球等都是利用了伯努利原理)，当口琴处于静止状态时，气压传感器的值为当前的大气压值。当用户吹气或者吸气时，音孔2内的气体产生流 动对音孔侧壁的压力减小，气压传感器检测到的压力值降低；用户吹气吸气力量越大，音 孔2内气流速度越大，对音孔侧壁的压力也就越低；据此根据气压的变化量，知道气流速 度大小，以此推断出用户吹奏的力度。由于侧面气压传感器无法分辨出是吹气还是吸气， 所以在音孔2底部增加另一个气压传感器；当用户吹气时，由于底部气压传感器直面气流 吹来的方向导致压力增加；当用户吸气时，底部压力传感器没有收到压迫，压力不增加； 以此，可以知道用户是吹气还是吸气。

在另一个实施例中，一个音孔2中设置有三个气压传感器，如图4所示，其中两个传感 器对称设置于音孔2侧壁，另一传感器设置于音孔2底部；此方案能够更精细的监控音孔2 内的气压变化，能感知更高阶的口琴的吹奏技法。比如口琴的“压音”技法；所谓压音是相对于基本的口琴吹奏的，在基本口琴吹奏中，用户吹出的气流，或者吸入的气流在音孔2内的流动可以认为是平行的，均匀的，但“压音”技法通过用户特殊的口型，一定程度上 改变音孔2内气流的流动方向。用户可以让气流吹向音孔2的某个特定面，这样虽然整体 上音孔2内气流方向都是向外吹的，但是由于气流是略微偏向图中音孔2右壁的，图中音 孔2右壁的气压会大于左壁的气压。在一些传统口琴中，由于音孔内有两个不同音高的震 动簧片，通过气流方向的改变可以改变簧片的震动模式来改变口琴的发音。在此实施例中， 通过多个气压传感器感知到的压力以及压力差，就可以感知高阶的口琴吹奏技巧，通过微 处理器4和音频处理器5处理后还原出更真实的声音。

在另一个实施例中，一个音孔2中设置有一个气压传感器，如图5所示，其设置在音孔 2侧壁上，在该气压传感器上设置有两个感应气压的结构，可以检测到不同位置的气压，其 原理与音孔2中设置两个传感器的结构原理类似。

所述本体1上还设置有按键12和显示屏13；按键12数量若干且与微处理器4连接，可以给微处理器4发送不同的命令信息，在本实施例中，当用户按下按键12，相应的信号 将传输至微处理器4和音频处理器5，微处理器4及音频处理器5根据此按键12信号对处 理逻辑进行改变，比如改变口琴音孔对应的音阶，改变音色，增大减小音频输出口的音量， 增加颤音、延音等音效，改变音频混响效果、播放背景音乐等；显示屏13位于本体1表面， 且至少有一个，显示屏13与微处理器4连接，可以显示当前口琴的各项信息，包括但不限 于音调、音色、孔位对应的音阶以及吹吸关系、每个按钮对应的功能，输出接口使用情况 等信息；在本实施例中，通过采用带触控操作的显示器还能替代物理按键12的功能；在其 他实施例中，显示屏13还可以为若干个，可以分别显示不同的内容。

本实施例中，本体内还设置有音频输出接口9，所述音频输出接口9与音频处理器5连 接，通过微处理和音频处理芯片生成的口琴音乐信号可以通过音频信号输出口输出至外部 播放设备进行播放或者记录保存。输出接口形式可以是有线接口如3.5mm耳机口或usb接 口，也可以是无线接口如蓝牙无线接口或2.4GHz无线音频接口。

所述数码口琴还包括数据输出接口10，数据输出接口10与微处理器4连接；经过微处 理器4读取的传感器信息、根据传感器信息生成的吹奏信息以及通过音频处理器5生成的 音频信息可以通过数据输出接口10传输至外部处理设备如电脑，智能手机。外部设备可以 根据原始传感器信息、吹奏信息重新演算出对应的演奏音频，以此来替代口琴终端内置的 微处理器4和音频处理器5的处理，也可以直接记录或播放通过数据输出接口10输出的音 频。输出接口形式可以是有线接口如usb接口、光纤接口，也可以是无线接口如蓝牙无线接口、wifi接口。

所述本体1内还设置有存储器6，所述存储器6和微处理器4连接，存储器6可以存储原始的吹奏信息，以及根据吹奏信息生成的音频，并通过数据输出接口10传输内部存储的数据。

所述本体1内还设置有震动器7；所述震动器7与微处理器4连接，本实施例中，震动器7为震动马达，用来提供给用户各种反馈。包括按键12后的震动反馈，吹奏到特定音时 的震动反馈等，同时也能通过固定节拍的轻微震动来实现节拍器的功能。

所述数码口琴还包括电源11，本实施例中为电池，以此来提供吹奏过程中各传感器3 和处理器所需要的电力供应。

以实际使用举例说明，假设数码口琴是16孔口琴，有16个有音孔2，音孔2从左至右编号1-16号，每个音孔2的气压传感器使用和音孔2相同的编号，并且我们把没有吹奏时 音孔2内的气压值设为0，把最大力吹气时的音孔2内的气压值设为100，把最大力吸气时 的气压值设为-100；同时口琴设置的基准音调为A调，音色为复音口琴音色，扬声器8音 量为最大。

数码口琴开始运行后，微处理器4持续读取所有气压传感器的气压值；如果所有气压值 都相同，则认为当前无人吹奏；当用户吹奏开始后，第一瞬间微处理器4读取到第七气压 传感器气压值变为了15，其他气压传感器的值无变化，这就代表了用户在第七音孔2轻轻 的吹气，微处理器4读取预设的孔位和音阶对照信息，并且根据当前口琴的基准音调，音色，知道当前第7音孔2吹气时对应A调的“咪”，因为气压值为15，代表吹气力度不大， 所以微处理器4配合音频处理器5生成微弱的复音口琴A调"咪"音的音频信号，并通过扬 声器8用最大音量播放出来。

在下一时刻，微处理器4读取到第七气压传感器气压值变为了50，代表用户用了更大 的力气在吹第七音孔2，所以微处理器4配合音频处理器5生成中等强度复音口琴A调"咪" 音的音频信号。

在下一时刻，微处理器4读取到第七气压传感器气压值变为了0，第八气压传感器的值 变为了-50，于是微处理器4将输出的“咪”音逐渐减弱到无声(逐渐减弱是因为传统口琴 在吹奏时由簧片震动发音，当吹奏停止后簧片并不会骤然停止震动，而是在较短的时间内 震动逐渐减弱至静止，这是一个过程，所以对应的声音也不会骤然消失，微处理生成的声 音也需要模拟这种减弱的趋势而不是瞬间停止，这里的逐渐是毫秒量级的)，并配合音频处 理器5生成中等强度复音口琴A调“发”音的音频信号并通过扬声器8用最大音量播放出 来。

在下一时刻，微处理器4读取到的第八气压传感器依旧为-50，代表用户依然在第八音 孔2吸气，但是用户按了口琴上一个按键12，微处理收到按键12信号，并根据用户自己设 定的按键12功能将所有音孔2的音升高半音，所以微处理配合音频处理器5将正在输出的 “发”音升高半音，变为升“发”。

在下一时刻，微处理器4读取到的第八气压传感器依旧为-50，代表用户依然在第八音 孔2用同等力度吸气，但是用户按了口琴上一个另一个按键12，微处理收到按键12信号， 并根据用户自己设定这个按键12功能，口琴更改了基准音阶设置，将吸第八音孔2时对应 的音阶由“发”改为了“拉”；于是微处理将正在输出的“发”音逐渐减弱到无声，并通过音频处理器5生成中等强度复音口琴A调“拉”音的音频，并通过扬声器8播放。

如此，不断根据用户吹奏行为引起的的传感器数据变化及口琴设置生成声音信号并通过 扬声器8播放出来，就完整的演奏了一首口琴音乐。

实施例2

实施例2和实施例1结构相似，其不同在于，所述音孔2上端的进气口和下端的出气口 大小不相等，如图8所示。

所述音孔2下端的出气口小于上端进气口，所述上端即为吹奏时嘴唇含住的一端；音孔 2侧壁上设置有气压传感器，在吹奏时，由于出气口小于进气口，整个音孔2内气压会升高； 当吸气时同样因为下端的进气口小于上端的出气口，音孔2内整气压会降低。这样微处理 器4通过读取音孔内气压传感器的气压值就能判断是在吹气还是在吸气以及吹气或者吸气 的力度大小

实施例3

实施例3和实施例1与实施例2结构相似，其不同在于，所述传感器3为气流传感器，如图6所示。

所述气流传感器设置于音孔2底部，本实施例中，可以为扇叶状；气流传感器通过测量 通过的气流速度来感应演奏者吹奏气流的大小，通过和螺旋桨似的叶轮在气流作用下旋转 来感知气流速度；流速越大，转动越快；当吹气时，叶片顺时针旋转，当吸气时逆时针旋 转。

实施例4

实施例4和实施例3结构相似，其不同在于，所述传感器3为震动传感器，如图7所示。

所述震动传感器为2个，对称设置在音孔2壁上，其包括簧片；在吹吸气时簧片的震动 频率均超出或低于人耳可感知的声音频率，使得不管是吹气还是吸气，簧片的震动都不会 发出人能感知的声音，即无法直接通过簧片震动吹奏出任何音乐。在此基础上，通过震动 传感器来感知簧片的震动，将震动的特征值(振幅，频率)传输给微处理，微处理根据震动特征这个原始吹奏信息来结合音频处理器5生成对应的吹奏音乐。

本发明通过在所有音孔2中均设置传感器3，使微处理器4得到的吹奏信息更加精准， 使扬声器8播放出的音乐音准更加准确；同时还方便录制演奏的音乐方便依靠处理器进行 音乐后期处理；通过传感器3来直接感知吹奏行为产生的气流、气压、震动等数据判断口 琴是否被吹奏，可以使口琴能在各种环境下进行使用，使其使用环境更丰富；通过扬声器 可以直接将吹奏出的音乐播放，无需通过其他设备进行播放,让数码口琴更加便携随时随地 都可以进行演奏；通过按键可以：方便动态的更改口琴发音效果模拟各种口琴吹奏技法； 同时能够动态更改口琴音阶音色，一个口琴可以当多种不同音色不同音阶的口琴用；也可 以根据用户按键操作录制指定吹奏的音乐方便后期回放处理；通过音频输出口可以在吹奏 时插入耳机，使演奏者只有自己能听到吹奏的音乐，不影响他人也方便在嘈杂环境中能屏 蔽环境干扰听到自己演奏的清晰的音乐；通过数据输出口，使口琴可以更加方便的使用专 业的设备对吹奏的音乐进行各种记录、处理以及播放。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征 或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种数码口琴，其特征在于，包括：本体(1)，本体(1)上设置有若干音孔(2)；音孔(2)内设置有传感器(3)，传感器(3)与微处理器(4)连接；所述微处理器(4)分别与传感器(3)和音频处理器(5)连接；微处理器(4)和音频处理器(5)位于本体(1)内；所述音频处理器(5)与扬声器(8)连接，扬声器(8)位于本体(1)上；所述传感器(3)数量若干，一个音孔(2)里有至少一个传感器(3)；微处理器(4)用于接收和识别传感器(3)传输的信息，音频处理器(5)用于将接收到的信息转换为音频信号输出。

2.如权利要求1所述的数码口琴，其特征在于，所述传感器(3)设置于音孔(2)的底部或侧壁或底部和侧壁均设置。

3.如权利要求2所述的数码口琴，其特征在于，所述传感器(3)包括气压传感器、气流传感器和震动传感器；气压传感器用于通过检测音孔内的气压值检测口琴吹奏力度，气流传感器用于通过检测吹奏时的气流速度检测吹奏力度，震动传感器用于通过检测吹奏气流导致的震动检测吹奏力度。

4.如权利要求1所述的数码口琴，其特征在于，还包括数据输出接口(10)；数据输出接口(10)与微处理器(4)连接，用于将音频信息、吹奏信息或传感器数据传输至外部设备；所述外部设备为电脑、手机、平板。

5.如权利要求4所述的数码口琴，其特征在于，所述数据输出接口(10)包括USB接口、光纤接口、蓝牙接口和无线网络接口。

6.如权利要求1所述的数码口琴，其特征在于，本体内还设置有存储器(6)，所述存储器(6)和微处理器(4)连接，用于存储吹奏产生的音频信息数据、吹奏信息数据或传感器数据。

7.如权利要求1所述的数码口琴，其特征在于，本体内还设置有震动器(7)，震动器(7)与微处理器(4)连接，用于根据微处理器(4)中的信息发出反馈信号。

8.如权利要求1所述的数码口琴，其特征在于，所述本体(1)上设置有按键(12)和至少一个显示屏(13)；所述按键(12)和显示屏(13)均与微处理器(4)连接；所述按键(12)数量若干，用于向微处理器(4)发送命令信息；显示屏(13)用于显示口琴信息。

9.如权利要求1所述的数码口琴，其特征在于，还包括音频输出接口(9)；音频输出接口(9)与音频处理器(5)连接，用于将音频信息输出至外部设备；所述音频输出接口(9)包括同心连接器耳机接口、USB接口、蓝牙无线接口和2.4GHz无线音频接口。

10.如权利要求1所述的数码口琴，其特征在于，还包括电源(11)，用于给各个设备供电。

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