CN111986639A - 一种电子打击旋律乐器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子打击旋律乐器。该乐器包括多个琴键模块和琴体，其中每个所述琴键模块包括：琴键，其配置用于接收来自外部的敲击；一个或多个微电子机械系统模块，其与所述琴键连接，并且配置用于感应对所述琴键敲击所产生的物理响应并且将所述物理响应转换成电信号。所述琴体的腔体内容纳有：存储单元、输出单元和控制单元。并且所述琴体配置用于：接收来自于所述琴键模块输出的电信号；并且根据所述电信号从存储单元获取与所述电信号关联的音源数据；以及控制输出单元输出与所述音源数据对应的琴音信号。本发明的电子打击乐器利用微电子机械系统模块接收来自外部的敲击，从而使得该乐器具有较高灵敏度，并且由此改善了乐器的演奏性能。

Description

一种电子打击旋律乐器

技术领域

本发明一般地涉及音乐器材领域。更具体地，本发明涉及一种电子打击旋律乐器。

背景技术

传统的打击旋律乐器通过敲打由振动材料制成的琴键而发出声音，并且通过共鸣箱体对所述声音进行放大等处理。由于有些振动材料选自于珍贵的木材，因此造成乐器整体价格昂贵。同时，由于存在共鸣箱体，乐器的体积偏大而不方便携带。另外，传统的打击旋律乐器在生产加工的过程中不环保，制作工艺复杂并且受制于自然材料的供给。

在演奏过程中，现有的电子打击旋律乐器通过对琴键的敲击来控制电路开关的导通而产生与琴声相关的电信号，或者通过普通的传感器感应所述敲击来产生电信号。这些方式所产生的电信号通常并不能很好地体现琴键的按压或者敲击力度对于音调和音色的影响，从而影响了电子打击旋律乐器的演奏效果。此外，现有的电子打击旋律乐器灵敏度低、功能比较单一并且对外接口较少，因此不能满足演奏者对电子打击旋律乐器的多种功能需求。

另外，根据演奏需求，通常需要演奏不同类型的电子打击旋律乐器，例如根据演奏场景的不同而选择演奏木琴、颤音琴以及马林巴琴等。以上三种乐器的常规键数通常有37键、49键、52键、56键、61键、66键和69键等，其规格不同且体积和重量较大。如果同时携带这三类乐器，则整体体积庞大，不方便携带。因此只有在特定场合才能练习及演奏这三类乐器，从而不利于木琴、颤音琴以及马林巴琴的推广和普及。

发明内容

为至少解决上述背景技术中的一个或多个问题，本发明提供了一种电子打击旋律乐器。该乐器采用微电子机械系统模块来接收外部的敲击，并将该敲击转换成电信号，以便向琴体输出。由于所述微电子机械系统模块与其他普通传感器或接收器相比具有更高的灵敏性，因此使得本发明的电子打击旋律乐器具有优异的性能。另外，本发明的电子打击乐器通过灵活地设置不同数量的琴键模块，从而方便地实现了多种类型的电子打击旋律乐器。

具体地，本发明公开了一种电子打击旋律乐器。其包括多个琴键模块，其中每个琴键模块包括：琴键，其配置用于接收来自外部的敲击；一个或多个微电子机械系统模块，其与所述琴键连接，并且配置用于感应对所述琴键敲击所产生的物理响应并且将所述物理响应转换成电信号。

所述电子打击旋律乐器还包括琴体。其与所述多个琴键模块连接，并且包括：腔体，所述腔体内容纳有：存储单元，其配置用于存储与所述琴键关联的音源数据；输出单元，其配置用于输出与所述音源数据对应的琴音信号；以及控制单元，其配置用于：接收来自于所述多个琴键模块输出的所述电信号；根据所述电信号从所述存储单元获取与所述电信号关联的音源数据；以及控制所述输出单元输出与所述音源数据对应的所述琴音信号。

在一个实施例中，所述电子打击旋律乐器还包括可弯曲电路板。其包括：琴体接口，其与所述琴体连接，并且用于将所述电信号传送给所述琴体；以及多个琴键模块接口，其用于与所述多个琴键模块连接，以便将所述多个琴键模块固定于所述可弯曲电路板上。

在另一个实施例中，所述多个琴键模块采用机械式连接的方式与所述多个琴键模块接口连接，并且根据连接的所述多个琴键模块的数量的不同来实现木琴、颤音琴和马林巴琴中的一种或多种琴。

在又一个实施例中，所述琴体接口是以下多种类型接口中的一种或多种：近距离无线通信接口；有线通信接口；以及机械式连接接口。

在一个实施例中，所述控制单元包括：微控制单元，其配置用于处理所述琴键模块输出的所述电信号；以及处理单元，其配置用于根据所述电信号从所述存储单元获取与所述电信号关联的音源数据，并且控制所述输出单元输出与所述音源数据对应的所述琴音信号。

在另一个实施例中，所述琴键模块还包括传导结构，其包括支撑所述琴键的应力面板和位于所述可弯曲电路板一侧的承压底板，所述承压底板采用机械式连接的方式与所述多个琴键模块接口连接，并且所述微电子机械系统模块布置于所述应力面板和承压底板之间。

在又一个实施例中，所述多个琴键布置成至少两排，其中第一排为半音区而第二排为全音区。并且通过以下方式之一来进一步布置所述琴键：所述应力面板上布置有支撑件，以用于支撑和固定所述琴键；或者所述琴键包括与所述应力面板贴合的底面和两个侧部，其中所述两个侧部的内表面与所述应力面板和承压底板的端面形成面接触，并且部分地插入到所述可弯曲电路板内，以支撑和固定所述琴键。

在一个实施例中，所述琴键模块还包括防振材料。其填充于所述应力面板和承压底板之间，以便用于防止所述琴键模块产生振动。

在另一个实施例中，所述多个微电子机械系统模块包括微电子机械系统加速度传感器、微电子机械系统陀螺仪、微电子机械系统压力传感器和微电子机械系统振动传感器中的一种或多种。

在又一个实施例中，所述音源数据包括与所述木琴、颤音琴和马林巴琴中的一种或多种琴的音色和/或声效相关的数据。

本发明的电子打击旋律乐器可以将不同数量的琴键模块，通过接插件的形式布置于可弯曲电路板上，并且通过卷曲所述可弯曲电路板，使得所述电子打击旋律乐器的体积减小，从而方便运输和携带。此外，本发明的电子打击旋律乐器采用价格较低的金属材料或者复合材料等制成，因此较好地解决了传统打击乐器选材受限且价格昂贵的问题。同时，本发明的电子打击旋律乐器还可以采用蓝牙等无线模块与外部设备进行通信，并且还设置有多功能面板，从而使得本发明的电子打击旋律乐器体积进一步减小并且方便演奏者演奏。另外，本发明的电子打击旋律乐器还具有音色好、演奏手感好、抗干扰能力强以及外部接口多等优点，以便满足不同的演奏者对乐器的多种使用需求。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，可以更好地理解本发明的上述特征，并且其众多目的、特征和优点对于本领域技术人员而言是显而易见的。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，还可根据这些附图获得其他的附图，其中:

图1是示出根据本发明实施例的电子打击旋律乐器的组成示意框图；

图2是示出根据本发明实施例的电子打击旋律乐器的琴键模块的一种示例性结构图；

图3是示出根据本发明实施例的电子打击旋律乐器的琴键模块的另一种示例性结构图；

图4是示出根据本发明实施例的电子打击旋律乐器的琴键的布置示意图；

图5是示出根据本发明实施例的电子打击旋律乐器的组成原理框图；以及

图6是示出根据本发明实施例的IC音源存储器的内部结构。

具体实施方式

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，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

图1是示出根据本发明实施例的电子打击旋律乐器100的组成示意框图。如图1所示，本发明的电子打击旋律乐器100可以包括多个琴键模块110和琴体120。其中，所述多个琴键模块中的每一个可以包括琴键1101和微电子机械系统模块1102，所述琴键用于接收来自外部的敲击。虽然在图1中，每个琴键模块仅包括一个所述微电子机械系统模块，但是可以理解的是，每个琴键模块可以包括一个或多个所述微电子机械系统模块。进一步，每个所述微电子机械系统模块与所述琴键连接，并且配置用于感应对所述琴键敲击所产生的物理响应并且将所述物理响应转换成电信号。在一个实施例中，所述物理响应可以包括但不限于振动、单向位移、加速度以及压力等。

所述微电子机械系统(Micro Electromechanical System，简写为“MEMS”)可以包括微传感器和微执行器。其是指可以集微型传感器、执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。其中，所述微传感器可以是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。与传统的传感器相比，其具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、响应快、灵敏度高、易于集成和实现智能化等特点。所述微传感器可以测量各种物理量、化学量和生物量，例如位移、速度、加速度、压力、应力、声、光、电、磁、热等。同时，在微米量级的特征尺寸使其可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。

所述微执行器用于提供各种运动和控制，其是MEMS中的关键部分。在一个实施例中，所述微执行器例如可以是微型马达、微型镊子、微型泵、微型阀、微型光学器件、打印机喷头和硬盘磁头等。进一步，将所述微型传感器、微型执行器以及相关的信号处理和控制电路集成在一个芯片上，以便完成一定功能，从而构成了所述微电子机械系统模块。

在一个实施例中，当敲击或按压所述琴键时，所述琴键将其受到的压力传递给所述微电子机械系统的微执行器，使得所述微执行器产生微动作。所述微传感器感应所述微动作，并且根据所述微动作的大小，输出具有一定规律的电信号或其他所需形式的信息。进一步，所述电信号或信息通过信号处理和控制电路进行处理，最终通过接口电路向所述琴体进行输出。

在一个实施例中，所述微电子机械系统模块可以包括微电子机械系统加速度传感器、微电子机械系统陀螺仪、微电子机械系统压力传感器和微电子机械系统振动传感器中的一种或多种。其中，所述微电子机械系统陀螺仪主要利用振动来诱导和探测科里奥利力(旋转物体在有径向运动时所受到的切向力)进行工作。MEMS陀螺仪的核心是一个微加工机械单元，其按照一个音叉机制共振运动，并且通过科里奥利力原理把角速率转换成一个特定感测结构的位移。该位移大小与所施加的角速率大小成正比。由于传感器感测部分的动电极(转子)位于固定电极(定子)的侧边，因此所述位移将会在定子和转子之间引起电容变化。于是，在陀螺仪输入部分施加的角速率被转化成一个专用电路可以检测的电子参数-电容量。进一步，通过检测该电容量进而产生与其对应的电信号，以便向所述琴体输出。

在另一个实施例中，所述微电子机械系统压力传感器可以为MEMS硅压阻式压力传感器。其包括周边固定的圆形应力杯硅薄膜内壁，并且利用MEMS技术直接将四个高精密半导体电阻应变片刻制在其表面应力最大处，从而组成惠斯顿测量电桥。当外面的压力经引压腔进入应力杯中时，应力硅薄膜因受外力作用而微微向上鼓起，从而发生弹性变形。这将导致四个电阻应变片因此而发生阻值变化。进一步，该阻值变化破坏原先的惠斯顿电桥的电路平衡，从而使得所述惠斯顿电桥输出与压力成正比的电压信号。

在又一个实施例中，所述微电子机械系统压力传感器还可以为MEMS电容式压力传感器。其利用MEMS技术在硅片上制造出横隔栅状，并且上下二根横隔栅组成一组电容式压力传感器。在工作过程中，上横隔栅受压力作用向下位移，从而改变了上下二根横隔栅的间距，因此改变了板间电容量的大小，即△压力＝△电容量。最终将压力转变为电信号，以便向所述琴体输出。

在一个实施例中，本发明的电子打击旋律乐器还可以包括琴体120。所述琴体可以是一个空腔结构，其可以由金属或者复合材料制成，并且与所述多个琴键模块中的一部分连接，以便组成不同种类的打击乐器。所述琴体可以包括腔体，其内可以容纳有存储单元1210、控制单元1220和输出单元1230。

进一步，所述存储单元配置用于存储与所述琴键关联的音源数据。所述输出单元配置用于输出与音源数据对应的琴音信号。所述控制单元配置用于：首先，接收来自于所述多个琴键模块输出的所述电信号。然后，根据所述电信号从所述存储单元获取与所述电信号关联的音源数据。最后，控制所述输出单元输出与所述音源数据对应的所述琴音信号。

在一个实施例中，所述控制单元可以包括微控制单元1221和处理单元1222，其中所述微控制单元配置用于处理所述琴键模块输出的所述电信号。所述处理单元配置用于根据所述电信号从所述存储单元获取与所述电信号关联的音源数据，并且控制所述输出单元输出与所述音源数据对应的所述琴音信号。

在一个应用场景中，所述腔体还可以容纳有电源模块以及其他附属电路板件或模块。在所述琴体的外表面还可以设置有控制面板和各种对外传输接口，以方便演奏者进行操控和演奏。

在一个实施例中，上述的存储单元可以配置用于存储与所述多个琴键关联的音源数据。在一个应用场景中，所述音源数据例如可以包括与至少一种琴的音色和/或声效相关的数据。根据本发明的方案，所述至少一种琴可以包括但不限于木琴、颤音琴和马林巴琴中的一种或多种琴。进一步，本发明的电子打击旋律乐器可以根据所述音源数据的不同和琴键模块数量的不同设置而呈现出与现有的多种打击旋律乐器相同的演奏效果。

在一个实施例中，上述的输出单元可以配置用于输出与所述音源数据对应的琴音信号。在一个应用场景中，所述输出单元可以是包括功率放大器的扬声器，以便将所述琴音信号经过放大并通过声音的形式进行播放。

在一个实施例中，前述的控制单元可以配置用于执行以下的操作：首先，控制单元接收来自于所述微电子机械系统模块的所述电信号。然后，控制单元可以根据所述电信号从所述存储单元中获取与所述电信号关联的音源数据。最后，控制单元可以将所述音源数据发送给输出单元，进而控制所述输出单元输出与所述音源数据对应的所述琴音信号。

图2是示出根据本发明实施例的电子打击旋律乐器的琴键模块200的一种示例性结构图。为了更好地理解本发明的琴键模块与琴体的连接关系，图2中还绘出了可弯曲电路板206、琴键模块接口207以及琴体接口208。

如图2所示，本发明的电子打击旋律乐器的琴键模块200可以包括：琴键201、由靠近所述琴键的应力面板202和承压底板203组成的传导结构、微电子机械系统模块204、支撑件205和防振材料206。下面将结合图2对所述琴键模块的示例性各组成部分进行详细地描述。

在一个实施例中，本发明的所述传导结构可以布置于所述琴键的下方，其可以由金属或复合材料制成，并且配置用于将敲击琴键所产生的压力进行传导。当本发明的所述传导结构由应力面板和承压底板构成时，所述微电子机械系统模块可以布置于所述应力面板和承压底板之间。在一个应用场景中，所述应力面板上可以布置有用于支撑所述琴键的支撑件(或称支撑部)，而所述应力面板和承压底板之间可以填充有防振材料。

在一个实施例中，所述支撑件例如可以是包括杠杆或者弹簧所构成的部件，其配置用于对所述琴键进行支撑和限位，并且用于每次敲击琴键后将所述琴键恢复到敲击前所处的位置。在另一个实施例中，所述防振材料可以是由一种或多种复合材料构成。例如，防振材料可以是一种高密度海绵，其用于吸收敲击琴键所产生的振动，使得所述琴键在被敲击后迅速停止振动，从而使得演奏者敲击琴键的感觉不至于过于生硬，由此使得演奏过程具有更接近敲击传统打击乐器时的手感。

由于所述微电子机械系统模块可以根据所受压力的不同而产生不同大小的电流。因此本发明的电子打击旋律乐器还可以根据演奏者敲击琴键的力度的不同而发出不同音量大小的琴音，从而使得在演奏过程中具有更接近打击传统乐器时的音效。另外，还可以通过增加微电子机械系统模块的灵敏度来增大演奏者敲击琴键的力度的范围。这里，所述灵敏度是指输出的微小电流增量与相应的输入微小压力增量的比值。该比值越大，则微电子机械系统模块的灵敏度越高，从而可以满足不同敲击力度的演奏者进行演奏。

在一个实施例中，本发明的电子打击旋律乐器还可以包括可弯曲电路板207。优选地，所述可弯曲电路板例如可以是柔性电路板或者薄膜电路板，其具有配线密度高、重量轻、可靠性高以及弯折性能好等优点。进一步，所述可弯曲电路板可以包括多个琴键模块接口208和琴体接口209。其中，所述多个琴键模块接口中的每一个用于与所述琴键模块配合，以便将所述琴键模块固定于所述可弯曲电路板上。在一些应用场景中，所述多个琴键模块可以采用机械式连接的方式，例如卡接或者插拔的方式，与所述多个琴键模块接口连接。并且根据连接的所述多个琴键模块的数量的不同来实现木琴、颤音琴和马林巴琴中的一种或多种琴。

在另一个实施例中，所述琴体接口与所述琴体连接，并且用于将所述琴键模块输出的电信号传送给所述琴体。所述琴体接口可以是以下多种类型接口中的一种或多种：近距离无线通信接口；有线通信接口；以及机械式连接接口。在一些应用场景中，所述近距离无线通信接口例如可以是利用蓝牙或红外技术进行通信的接口。所述有线通信接口例如可以是通过电缆或光缆的形式进行通信的接口。所述机械式连接接口可以有多种实现方式，例如可以是但不限于：插座和插头组成的接口、滑动连接杆和槽位组成的接口以及凸起部和槽孔组成的接口等。

在又一个实施例中，所述琴键模块接口与所述琴体接口之间可以通过布置于所述可弯曲电路板内部的总线进行连接。具体地，所述多个琴键模块中的每一个通过所述琴键模块接口与所述总线连接，所述总线的输出端与所述琴体接口连接，以便将所述多个琴键模块输出的所述电信号通过所述总线传送给所述琴体。可选地，所述琴键模块接口与所述琴体接口之间还可以通过布置于所述可弯曲电路板内部的走线直接连接，以便将所述多个琴键模块输出的所述电信号通过所述走线传送给所述琴体。

图3是示出根据本发明实施例的电子打击旋律乐器的琴键模块300的另一种示例性结构图。为了更好地理解本发明的琴键模块与琴体的连接关系，图2中还绘出了可弯曲电路板306、琴键模块接口307以及琴体接口308。可以理解的是，虽然图2中仅绘出了一个琴键模块，但是所述可弯曲电路板上可以布置有多个所述琴键模块。

如图3所示，本发明的电子打击旋律乐器的琴键模块300可以包括琴键301、由应力面板302和承压底板303组成的传导结构、一个或多个微电子机械系统模块304和防振材料305。与图2中的琴键模块的结构不同的是，图3中的琴键模块的琴键、可弯曲电路板和传导结构可以是紧密结合的一体结构。

具体地，所述传导结构可以包括支撑琴键的应力面板和位于琴体一侧的承压底板，所述微电子机械系统模块布置于所述应力面板和承压底板之间。所述琴键包括与所述应力面板贴合的底面和两个侧部，其可以由一种或多种复合材料或者天然材料制成，优选地，可以是由橡胶制成。所述琴键可以通过以下方式进行布置：所述两个侧部的内表面与所述应力面板和承压底板的端面形成面接触，并且部分地插入到所述可弯曲电路板内，以便将所述传导结构和琴键与所述可弯曲电路板进行连接。所述可弯曲电路板、所述琴键接口以及所述防振材料的描述，详见上述关于图2中所述琴体模块的相应描述，此处不再赘述。下面简要描述图3中所示琴体模块的工作原理。

在敲击琴键进行演奏时，琴键受到压力产生微小的形变。由于所述琴键、微电子机械系统模块和可弯曲电路板之间的紧密结合，使得该微小的形变所产生的压力通过传导结构传递给微电子机械系统模块，并且引起所述微电子机械系统模块内部的微小机械运动。然后，微电子机械系统模块将所述微小机械运动按照一定规律转换为电信号，并将其输出给所述乐器的控制单元。在一个实施例中，为了增加所述微电子机械系统模块的感应灵敏度，对应于一个琴键还可以设置如图3所示的一个或多个微电子机械系统模块。本发明的电子打击旋律乐器利用图3中所示的琴键模块的方案，使得所述琴键模块安全可靠，并且使得所述电子打击旋律乐器的体积进一步减小。

图4是示出根据本发明实施例的电子打击旋律乐器的琴键400的布置示意图。可以理解的是，图4所示的琴键布置可以应用于图2或图3所示的琴键模块中，并且其中每一个琴键对应于图2或图3中的一个琴键模块。如图4所示，在一个实施例中，所述多个琴键可以是由复合材料制成并且可以布置成两排，其中第一排可以设置为半音区，如图4所示的由音符编号#C、#D、#F、#G和#A…所组成的上排；而第二排可以设置为全音区，如图4所示的由音符编号C、D、E、F、G、A和B…所组成的下排。

可以理解的是，虽然图4中仅绘出了有限数量的琴键，但是在实际应用中，可以根据所需要的琴的种类的不同而布置不同数量的琴键，从而可以至少构成木琴、颤音琴和马林巴琴中的一种或多种。在一个应用场景中，所述电子打击旋律乐器作为37键的颤音琴使用时，需要从起始键开始将琴键调高一个八度，而作为37键的木琴使用时无需调整音调。在另一个应用场景中，所述电子打击旋律乐器作为49键的马林巴琴使用时，无需调整音调。在又一个应用场景中，所述电子打击旋律乐器作为61键的马林巴琴时，无需调整音调。

在一个实施例中，所述多个琴键模块通过琴键模块接口布置于所述可弯曲电路板401上，例如所述琴键模块可以通过插拔的方式方便快捷地插接到所述可弯曲电路板上。进一步，所述可弯曲电路板可以通过琴体接口402与所述琴体连接，例如可以通过插拔的方式方便快捷地与所述琴体连接。当本发明的所述电子打击旋律乐器需要搬运时，可以将所述可弯曲电路板从所述琴体上拔出，并且折叠所述可弯曲电路板使其卷曲，从而减小了体积，方便运输和携带。

图5是示出根据本发明实施例的电子打击旋律乐器500的组成框图。可以理解的是，图5所示的电子打击旋律乐器500可以是将多个琴键模块布置于所述可弯曲电路板上之后所组成的电子打击旋律乐器。并且，图5所示的电子打击旋律乐器500是图1所示的电子打击旋律乐器100的一种示例性实施方式，其包括更多的实施细节。因此，上文中关于电子打击旋律乐器100的描述同样也适用于电子打击旋律乐器500的方案，并且相同的内容不再赘述。

如图5所示，本发明的电子打击旋律乐器500可以包括琴键501、微电子机械系统模块502、A/D转换模块503、滤波模块504、主控单元505、IC音源存储器506、数据存储器507、功率放大器508、扬声器509、蓝牙模块510、光纤模块511和MIDI接口512。

在一个实施例中，所述A/D转换模块可以包括A/D转换芯片及其附属电路，其配置用于将所述微电子机械系统模块输出的模拟电信号转换为数字电信号并且向所述控制单元输入。具体来说，A/D转换的作用是将时间和幅值连续的模拟信号转换为时间和幅值均离散的数字信号。通常A/D转换需要经过取样、保持、量化及编码4个过程。在实际电路中，前述过程中的某些过程可以合并进行，例如量化和编码往往都是在转换过程中同时实现的。

在一个实施例中，所述滤波模块可以包括滤波器及其附属电路，其配置用于对所述数字电信号进行滤波，并且将滤波后的数字电信号发送到所述控制单元。在演奏电子打击旋律乐器的过程中，由于电子元器件的电气特性，在电路中可能会产生低频或高频的干扰信号，这些干扰信号可能会影响与敲击琴键有关的有用信号的接收。因此，可以将A/D转换模块输出的数字电信号经过例如由电阻和电容组成的滤波器进行处理，以便对其中的干扰信号进行滤除，确保有用信号的正常接收。

在一个实施例中，本发明的存储器可以包括IC音源存储器和数据存储器。其中所述IC音源存储器配置用于存储与所述多个琴键关联的音源数据，所述音源数据包括但不限于与木琴、颤音琴和马林巴琴中的一种或多种琴的音色和/或声效相关的数据。下面结合图6简要描述IC音源存储器的内部结构。

图6是示出根据本发明实施例的IC音源存储器600的内部结构。如图6所示，所述IC音源存储器存储有音源数据[0]～音源数据[n]的波形数据，其中音源数据[0]是最低音的波形数据，音源数据[n]是最高音的波形数据，其中n值的大小取决于琴键数量的多少。在以相同波长数的量存储音源数据时，由于低音的波长更长，因此相比于与较高的音符编号对应的音源数据，与较低的音符编号对应的音源数据的数据更长，因此其在IC音源存储器中占用的存储空间更大。在一个实施例中，所述音源数据与图4所示的琴键一一对应，例如音源数据[0]可以对应于图4中所示的琴键的音符编号C，音源数据[1]可以对应于例如图4中所示的琴键的音符编号D等。

在一个实施例中，所述数据存储器配置用于存储与控制所述乐器相关模块和单元的运行相关的程序和数据，还可以用于存储与演奏相关的其他音乐数据。所述数据存储器件与所述主控单元通过总线连接，其可以包括多组存储单元，每一组所述存储单元与所述主控单元通过总线连接。

在一个实施例中，本发明的所述主控单元可以包括微控制单元(“MCU”)和处理单元，其中所述MCU用于接收并处理所述微电子机械系统模块发送来的电信号，以便区分和定位所述琴键模块。所述处理单元例如可以采用数字信号处理器(“DSP”)来实现。DSP是适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。对于本发明来说，采用DSP作为处理单元，可以实时快速地处理音频信号。具体地，首先，所述DSP接收来自于所述微电子机械系统模块输出并经过A/D转换、滤波和MCU处理之后的数字电信号。接着，DSP根据所述数字电信号从所述IC音源存储器中获取与所述数字电信号关联的音源数据。最后，DSP将所述音源数据发送给输出单元以便输出与所述音源数据相对应的琴音信号。

在一个实施例中，所述功率放大器可以由三部分组成：前置放大电路、驱动放大电路以及末级功率放大电路。所述前置放大电路配置用于阻抗匹配，其具有输入阻抗高和输出阻抗低的优点，因此可以以尽量小的数据损失来接收并发送所述音源数据的电流信号。所述驱动放大电路配置用于将前置放大电路送来的电流信号进一步放大成中等功率的信号，以便驱动末级功率放大电路正常工作。所述末级功率放大电路在功率放大器中起到关键作用，其技术指标决定了整个功率放大器的技术指标，所述末级功率放大电路配置用于将驱动放大电路送来的电流信号放大成大功率信号，以便带动扬声器进行声音的播放。

在一个实施例中，所述扬声器可以包括磁铁、框架、定心支片、振模折环锥型纸盆等部件。替代地，所述扬声器还可以包括上述的功率放大器。扬声器俗称“喇叭”，其是一种把电信号转变为声音信号的换能器件。具体地，音频电能信号通过电磁、压电或静电效应，引起扬声器的纸盆或膜片产生振动并与周围的空气产生共振(共鸣)而发出声音。可选地，所述扬声器还可以布置于本发明的电子打击旋律乐器的外部，其可以通过蓝牙等无线通信技术与本发明的电子打击旋律乐器进行无线连接。

在一个实施例中，本发明的电子打击旋律乐器还可以包括传输接口。其配置用于使得所述电子打击旋律乐器与外部设备交互，以提供所述电子打击旋律乐器的扩展功能，其中所述传输接口包括有线传输接口和/或无线传输接口，以便提供与所述外部设备的有线和/或无线连接。作为一个具体的实施式，所述有线传输接口根据需要例如可以是音乐设备数字接口(“Musical Instrument Digital Interface，简称MIDI”)、通用I/O(“General-purpose input/output，简称GPIO”)接口、高速串行计算机扩展总线(“PeripheralComponent Interconnect Express，简称PCIE”)接口、串行外设接口(“Serial PeripheralInterface，简称SPI”)和光纤接口等接口的一个或者多个。

所述有线传输接口与所述主控单元电连接，进而实现所述乐器与外部设备(例如服务器、计算机或者其他乐器)之间的数据传输。在一个实施例中，所述有线传输接口例如可以为标准PCIE接口。待处理的数据由主控单元通过标准PCIE接口传递至计算机，进而实现通过计算机对本发明的乐器输出的音频信号进行控制和编辑等操作。

在另一个实施例中，所述有线传输接口还可以是MIDI接口。其中MIDI是一种数字音乐的标准，其为电子乐器等演奏装置定义各种音符或弹奏码，并且容许电子乐器、电脑或其它的演奏设备彼此连接、调节和同步，以便实现各乐器之间实时交换演奏资料。在一个实施例中，所述MIDI接口配置用于本发明的电子打击旋律乐器与具有MIDI接口的乐器之间进行数据通信，进而实现多种乐器之间的联合演奏。

在又一个实施例中，所述有线传输接口还可以是包括光模块的光纤接口，其配置用于本发明的乐器与外部设备之间的数据传输。具体地，所述光模块可以包括光发射模块和光接收模块。在一个应用场景中，一方面，本发明的乐器的主控单元发送来的数据的电信号经过所述光发射模块内部的驱动芯片处理，从而驱动半导体激光器(LD)或发光二极管(LED)发射出相应速率的调制光信号，并且将所述光信号耦合进光纤中，以便通过光纤传输给外部设备。另一方面，外部设备发送来的数据的光信号经过所述光接收模块内部的光探测二极管及放大器处理，从而输出相应码率的电信号，并且将所述电信号传送给主控单元。本发明的乐器与外部设备之间通过光信号进行数据传输，不但能有效克服电信号传输的衰减大的缺点，而且数据传输速度更快、抗干扰能力更强，从而提高了信号传输的质量。

在另一个实施例中，所述无线传输接口根据需要例如可以是蓝牙接口、红外接口、WIFI接口等接口中的一个或者多个。所述无线传输接口通过无线的方式与所述主控单元连接，进而实现所述乐器与外部设备(例如服务器、计算机或者其他乐器)之间的数据传输。在一个实施例中，所述无线传输接口例如可以是包括蓝牙模块的蓝牙接口，所述蓝牙接口可以用于连接本发明的乐器与外置扬声器，其中在所述乐器与扬声器内均设置有蓝牙模块，以便实现根据现场演奏的需要，方便灵活地摆放外置扬声器的位置。

在一个实施例中，本发明的电子打击旋律乐器还可以包括控制面板，所述控制面板通过线位接口与所述控制单元连接，并且配置用于对所述电子打击旋律乐器进行功能设置。在一个实施例中，所述控制面板例如可以包括显示屏幕、不同种琴的切换按键、音量按键等功能模块。所述显示屏幕配置用于显示当前打击旋律乐器的演奏状态。所述不同种琴的切换按键可以用于选择木琴、马林巴琴或颤音琴等不同种类打击旋律乐器的演奏模式。所述音量按键与所述功率放大器连接，其配置用于控制所述琴音信号的大小。

在一个实施例中，本发明的电子打击旋律乐器还可以包括电源模块，所述电源模块可以通过多种方式实现对所述电子打击旋律乐器进行供电。例如可以是但不限于通过外接市电并且电源模块内部设置变压单元的方式对所述乐器进行供电。还可以是通过设置电源适配器对所述乐器进行供电。另外，还可以是通过在琴体上设置电池盒，并且通过干电池对所述乐器进行供电。

下面结合附图1～6对本发明的电子打击旋律乐器的工作原理进行详细地描述。

当演奏者需要利用本发明的电子打击旋律乐器作为马林巴琴使用时，首先，可以在桌面上打开并平铺所述可弯曲电路板。然后，将一定数量的琴键模块通过琴键模块接口插入可弯曲电路板上，以便组成61键的马林巴琴。接着，将所述可弯曲电路板通过琴体接口插入琴体上。在硬件连接完成后，演奏者需要在控制面板上通过按键的方式将本发明的电子打击旋律乐器设置为马林巴琴。

演奏开始，演奏者用琴槌敲击琴键，例如敲击音符编号C所代表的琴键。该敲击所产生的压力通过传导机构传递给微电子机械系统模块，从而导致微电子机械系统模块内部产生物理响应。进一步，微电子机械系统模块将该物理响应转换为模拟电信号。于此同时，被敲击的音符编号C的琴键在传导结构内的防振复合材料和支撑件的共同作用下迅速停止振动，并且被快速地弹起恢复到被敲击前的状态，以便等待下次敲击。

接着，A/D转换模块接收到微电子机械系统模块发送来的模拟电信号，在经过取样、量化和编码等一系列处理之后，将所述模拟电信号转变为数字电信号。然后，该数字电信号经过滤波模块处理，以便对其中的高频和低频干扰信号进行有效地滤除。接着，经过滤波模块处理之后的与音符编号C的琴键相关的数字电信号被传送给主控单元。然后，主控单元在IC音源存储器中进行查表以便获取与音源编号C的琴键相关联的音源数据[0]。然后，主控单元将该音源数据[0]向功率放大器输出。

随后，功率放大器将其所接收到的音源数据[0]信号经过前置放大电路、驱动放大电路以及末级功率放大电路分别依次处理，最终将音源数据[0]的信号进行放大。经过放大之后的音源数据[0]的信号可以通过有线或无线的方式传送给扬声器进行播放，于是收听者便收听到敲击音源编号C的琴键所发出的声音。如果演奏者需要将本发明的电子打击旋律乐器连接电脑或其他的电子乐器，从而通过APP软件进行音乐学习或者联合演奏时，则可以通过蓝牙模块或者MIDI接口与上述设备进行连接。

应当理解，本发明的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而并不意在限定本发明。如在本发明说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本发明说明书和权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本说明书和权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

虽然本发明的实施方式如上，但所述内容只是为便于理解本发明而采用的实施例，并非用以限定本发明的范围和应用场景。任何本发明所述技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种电子打击旋律乐器，包括：

多个琴键模块，其中每个琴键模块包括：

琴键，其配置用于接收来自外部的敲击；

一个或多个微电子机械系统模块，其与所述琴键连接，并且配置用于感应对所述琴键敲击所产生的物理响应并且将所述物理响应转换成电信号；以及

琴体，其与所述多个琴键模块连接，并且包括：

腔体，所述腔体内容纳有：

存储单元，其配置用于存储与所述琴键关联的音源数据；

输出单元，其配置用于输出与所述音源数据对应的琴音信号；以及

控制单元，其配置用于：

接收来自于所述多个琴键模块输出的所述电信号；

根据所述电信号从所述存储单元获取与所述电信号关联的音源数据；以及

控制所述输出单元输出与所述音源数据对应的所述琴音信号。

2.根据权利要求1所述的电子打击旋律乐器，还包括可弯曲电路板，其包括：

琴体接口，其与所述琴体连接，并且用于将所述电信号传送给所述琴体；以及

多个琴键模块接口，其用于与所述多个琴键模块连接，以便将所述多个琴键模块固定于所述可弯曲电路板上。

3.根据权利要求2所述的电子打击旋律乐器，其中所述多个琴键模块采用机械式连接的方式与所述多个琴键模块接口连接，并且根据连接的所述多个琴键模块的数量的不同来实现木琴、颤音琴和马林巴琴中的一种或多种琴。

4.根据权利要求2或3所述的电子打击旋律乐器，其中所述琴体接口是以下多种类型接口中的一种或多种：

近距离无线通信接口；

有线通信接口；以及

机械式连接接口。

5.根据权利要求4所述的电子打击旋律乐器，其中所述控制单元包括：

微控制单元，其配置用于处理所述琴键模块输出的所述电信号；以及

处理单元，其配置用于根据所述电信号从所述存储单元获取与所述电信号关联的音源数据，并且控制所述输出单元输出与所述音源数据对应的所述琴音信号。

6.根据权利要求1所述的电子打击旋律乐器，其中所述琴键模块还包括传导结构，其包括支撑所述琴键的应力面板和位于所述可弯曲电路板一侧的承压底板，所述承压底板采用机械式连接的方式与所述多个琴键模块接口连接，并且所述微电子机械系统模块布置于所述应力面板和承压底板之间。

7.根据权利要求6所述的电子打击旋律乐器，其中所述多个琴键布置成至少两排，其中第一排为半音区而第二排为全音区，并且通过以下方式之一来进一步布置所述琴键：

所述应力面板上布置有支撑件，以用于支撑和固定所述琴键；或者

所述琴键包括与所述应力面板贴合的底面和两个侧部，其中所述两个侧部的内表面与所述应力面板和承压底板的端面形成面接触，并且部分地插入到所述可弯曲电路板内，以支撑和固定所述琴键。

8.根据权利要求6所述的电子打击旋律乐器，其中所述琴键模块还包括防振材料，其填充于所述应力面板和承压底板之间，以便用于防止所述琴键模块产生振动。

9.根据权利要求1所述的电子打击旋律乐器，其中所述多个微电子机械系统模块包括微电子机械系统加速度传感器、微电子机械系统陀螺仪、微电子机械系统压力传感器和微电子机械系统振动传感器中的一种或多种。

10.根据权利要求1所述的电子打击旋律乐器，其中所述音源数据包括与所述木琴、颤音琴和马林巴琴中的一种或多种琴的音色和/或声效相关的数据。

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