CN112133270B - 一种弦乐器的自动演奏方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弦乐器的自动演奏方法及装置，包括根据乐谱图像生成机器可视化乐谱图像，所述机器可视化乐谱图像包括时值区域和音符矩阵区域，音符矩阵区域的各行与待演奏弦乐器的各弦对应；获取音符矩阵区域的各列的音符数值所在行以及与各列对应的音符时值，确定演奏装置的拨弦机构的拨弦规则；获取音符矩阵区域的各列的音符数值、音符数值所在行以及与各列对应的音符时值，确定演奏装置的压弦机构的压弦规则。本发明实现了机器对乐谱的自动识别和自动演奏，免除了人为录入乐谱数据的复杂操作，节省了时间和人力；提高了弦乐器演奏的自动化程度，保障了弦乐器演奏的连贯性和可靠性。

Description

一种弦乐器的自动演奏方法

技术领域

本发明涉及自动化领域，尤其涉及一种弦乐器的自动演奏方法。

背景技术

现有的自动演奏机器人需要人工对乐谱数据进行录入，而后由机器人对人工录入的乐谱数据进行解析和演奏。

在此过程中，乐谱的录入的操作较为复杂，耗费时间和人力。另外，对于需要同时进行拨弦和压弦操作的弦乐器而言，目前尚无较好的自动演奏方法，弦乐器演奏的自动化程度较低。

发明内容

为克服现有技术中无较好的自动演奏方法自动化程度低、同时实现拨弦和压弦操作的问题，本发明实施例一方面提供了一种弦乐器的自动演奏方法，包括：

根据乐谱图像生成机器可视化乐谱图像，所述机器可视化乐谱图像包括时值区域和音符矩阵区域，音符矩阵区域的各行与待演奏弦乐器的各弦对应；

获取音符矩阵区域的各列的音符数值所在行以及与各列对应的音符时值，确定演奏装置的拨弦机构的拨弦规则；

获取音符矩阵区域的各列的音符数值、音符数值所在行以及与各列对应的音符时值，确定演奏装置的压弦机构的压弦规则。

进一步，上述所述获取音符矩阵区域的各列的音符数值所在行以及与各列对应的音符时值，确定演奏装置的拨弦机构的拨弦规则的步骤，包括：

获取音符矩阵区域的各列对应的音符时值n，根据公式：确定音符矩阵区 域的各列的节拍数t；

根据音符矩阵区域的各列的音符数值所在行，确定所述拨弦机构的琴弦拨动顺序；

以所述节拍数t为拨弦间隔，控制所述拨弦机构按照所述拨弦机构拨动顺序拨动琴弦。

进一步，上述所述根据乐谱图像生成机器可视化乐谱图像，所述机器可视化乐谱图像包括时值区域和音符矩阵区域，音符矩阵区域的各行与待演奏弦乐器的各弦对应的步骤，包括：

根据音符矩阵区域的各列的节拍数t将音符矩阵区域划分为多个单节拍区域；

获取各单节拍区域的所有音符数值，将所述压弦机构的压弦模组移动至当前单节拍区域的音符数值对应的品位；

根据音符矩阵区域的各列的音符数值所在行，确定所述压弦机构的琴弦按压顺序；

以当前节拍数t为按压时长，控制对应的压弦组件按压与当前节拍对应的弦的对应品位。

进一步，上述所述根据乐谱图像生成机器可视化乐谱图像，所述机器可视化乐谱图像包括时值区域和音符矩阵区域，音符矩阵区域的各行与待演奏弦乐器的各弦对应的步骤，包括：

将乐谱图像二值化后向y轴投影堆叠，生成乐谱特征图像；

确定所述乐谱特征图像中的第一特征线性图像；

根据所述第一特征线性图像中各线段的粗细、x轴长度和y轴间隔，确定所述乐谱图像中的时值图像区域和音符图像区域

将所述时值图像区域向x轴投影堆叠，确定第二特征线性图像；

根据第二特征线性图像的x轴坐标，对时值图像区域进行x向分割，获取单时值图像；

将各单时值图像向y轴投影，确定第三特征线性图像；

根据第三特征线性图像，确定各单时值图像对应的音符时值，并根据x向顺序生成时值序列；

根据第一特征线性图像，将音符图像区域进行y向分割，获取单谱线的音符图像；

根据第二特征线性图像，将所述各单谱线的音符图像进行x向分割，获取各单谱线的音符数字图像；

采用卷积神经网络对各音符数字图像进行识别，确定音符数值；

确定各音符数值对应的x向和y向坐标；

生成机器可视化乐谱图像模板，所述机器可视化乐谱图像模板包括时值区域和音符矩阵区域，音符矩阵区域的各行与待演奏弦乐器的各弦对应；

在所述时值区域顺序填入所述时值序列；

以所述时值序列的各音符时值为x坐标，以音符矩阵区域的各行为y坐标，填入对应的音符数值，生成机器可视化乐谱图像。

进一步，上述所述演奏装置包括与弦乐器本体相对固定的基座，还包括控制系统和由所述控制系统控制的拨弦机构和压弦机构；

所述拨弦机构设置在所述基座上，所述拨弦机构还包括由所述控制系统控制的多个拨弦组件，各拨弦组件横向设置在所述弦乐器本体的音腔处，各所述拨弦组件包括设于所述基座上的舵机、由所述舵机传动的连接臂、与弦乐器本体相对固定的限位器以及设于连接臂端部的拨片，所述连接臂包括位于末段的摆臂，所述限位器与摆臂铰接，所述拨片设于摆臂端部，所述拨片底端靠近对应的琴弦，以使当所述舵机控制所述连接臂摆动时，所述摆臂受所述限位器限制往复摆动，带动所述拨片沿第一轨迹运动以拨动所述琴弦，所述第一轨迹包括钟摆轨迹；

所述压弦机构包括与弦乐器本体相对固定的支架本体，还包括设置于琴弦上方的若干压弦组件，各所述压弦组件包括安装在支架本体上的电机和第一滑轨、可滑动的设置在第一滑轨上的压弦模组以及由电机驱动的皮带组件，所述皮带组件包括皮带和滑轮，所述第一滑轨和皮带平行于琴弦设置，所述压弦模组与皮带连接，所述电机控制所述皮带以调整所述压弦模组在琴弦长度方向上的行程，各所述压弦模组包括驱动装置、模组本体以及设置在模组本体上与琴弦数量对应的压弦单元，所述驱动装置用于驱动压弦单元按压对应的琴弦，所述模组本体于内部形成有供压弦单元设置的竖向空腔，所述竖向空腔于底部形成有供压弦单元伸出的第一开口。

本发明实施例通过由乐谱图像生成机器可视化乐谱图像，免除了人为录入乐谱数据的复杂操作，节省了时间和人力；机器可视化乐谱图像包括时值区域和音符矩阵区域，其中时值区域可便于提取压弦和拨弦的时间数据，音符矩阵区域可便于提取拨弦的弦数、压弦的弦数及对应的品位，机器可视化乐谱数据实现了最初的功能区域划分，便于后续对相应数据的提取，提高了识别效率。同时，本实施例的音符矩阵区域的各列的音符数值所在行与弦乐器的各弦对应，音符矩阵区域的各列的音符数值与弦乐器的各弦的各个品位对应，结合时值区域的节拍长度、音符矩阵区域与时值区域的对应顺序关系，可以方便的确定演奏装置的拨弦规则和压弦规则，提高了弦乐器演奏的自动化程度，保障了弦乐器演奏的连贯性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一实施例的弦乐器的自动演奏方法的流程图;

图2是本发明第二实施例S201对应的乐谱二值化后的图像示例；

图3是S201由图5向y轴投影堆叠后的乐谱特征图像，图中横向线段为S202对应的第一特征线性图像；

图4是S203对应的图2的乐谱图像中的音符图像区域；

图5是S203对应的图2的乐谱图像中的时值图像区域；

图6是S204对应的图5的x轴投影堆叠后的第二特征线性图像；

图7是S205对应的图6的单个时值图像区域进行x向分割的示意图；

图8是S206对应的以图7为基础进行向y轴投影得到的第三特征线性图像；

图9是S208对应的以图4为基础进行y向分割得到的单谱线的音符图像；

图10是本发明第二实施例的机器可视化乐谱图像与乐谱二值化后的图像示例的对比图；

图11是S218对应的根据音符矩阵区域的各列的节拍数t将音符矩阵区域划分为多个单节拍区域的图像，图中仅示出了前4个单节拍区域；

图12是本发明本发明第一实施例的自动演奏装置应用于吉他的立体图；

图13是图12的左视图；

图14是本发明第一实施例的拨弦组件的立体图；

图15是图14的爆炸视图；

图16是图14隐藏其中两个拨弦机构及对应的横向支架后的立体图；

图17是图16的另一个视角的立体图；

图18是本发明第一实施例的限位器的立体图；

图19是本发明第一实施例的舵机安装座的立体图；

图20是本发明第一实施例的压弦机构的立体图；

图21是图20的爆炸视图；

图22是图20隐藏其中两个压弦模组后的立体图；

图23是本发明第一实施例的模组本体的立体图；

图24是本发明第一实施例的第一夹片的正视图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

当本发明实施例提及“第一”、“第二”（若存在）等序数词时，除非根据上下文其确实表达顺序之意，应当理解为仅仅是起区分之用。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”（若存在）应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例：

请参照图1所示，本发明实施例提供了一种弦乐器的自动演奏方法，具体的为一种吉他乐谱的自动演奏方法，包括：

S11, 根据乐谱图像生成机器可视化乐谱图像，所述机器可视化乐谱图像包括时值区域和音符矩阵区域，音符矩阵区域的各行与待演奏弦乐器的各弦对应。

在本实施例中，音符矩阵区域的各列的音符数值所在行与弦乐器的各弦对应，音符矩阵区域的各列的音符数值与弦乐器的各弦的各个品位对应。

S12, 获取音符矩阵区域的各列的音符数值所在行以及与各列对应的音符时值，确定演奏装置的拨弦机构的拨弦规则。

S13, 获取音符矩阵区域的各列的音符数值、音符数值所在行以及与各列对应的音符时值，确定演奏装置的压弦机构的压弦规则。

本发明实施例通过由乐谱图像生成机器可视化乐谱图像，免除了人为录入乐谱数据的复杂操作，节省了时间和人力；机器可视化乐谱图像包括时值区域和音符矩阵区域，其中时值区域可便于提取压弦和拨弦的时间数据，音符矩阵区域可便于提取拨弦的弦数、压弦的弦数及对应的品位，机器可视化乐谱数据实现了最初的功能区域划分，便于后续对相应数据的提取，提高了识别效率。同时，本实施例的音符矩阵区域的各列的音符数值所在行与弦乐器的各弦对应，音符矩阵区域的各列的音符数值与弦乐器的各弦的各个品位对应，结合时值区域的节拍长度、音符矩阵区域与时值区域的对应顺序关系，可以方便的确定演奏装置的拨弦规则和压弦规则，提高了弦乐器演奏的自动化程度，保障了弦乐器演奏的连贯性和可靠性。

第二实施例：

请参照图2至图11所示，是本发明实施例提供了另一种弦乐器的自动演奏方法：所述演奏方法包括：

S201,将乐谱图像二值化后向y轴投影堆叠，生成乐谱特征图像；

S202,确定所述乐谱特征图像中的第一特征线性图像；

S203,根据所述第一特征线性图像中各线段的粗细、x轴长度和y轴间隔，确定所述乐谱图像中的时值图像区域和音符图像区域；

示例性的，在本步骤中，可以首先通过各横向线段的y轴方向间隔，确定谱线区域，而后根据线段的粗细和x轴长度确定减时线/增时线（本实施例为减时线）。通常情况下，谱线区域被划分为音符图像区域；减时线/增时线被划分为时值图像区域。

S204,将所述时值图像区域向x轴投影堆叠，确定第二特征线性图像；

进行x轴投影堆叠后得到的第二特征线性图像具有多个竖向线段；该多个竖向线段可用于辅助S142步骤中对时值图像区域的x向分割。

S205,根据第二特征线性图像的x轴坐标，对时值图像区域进行x向分割，获取单时值图像；

S206,将各单时值图像向y轴投影，确定第三特征线性图像；

S207,根据第三特征线性图像，确定各单时值图像对应的音符时值，并根据x向顺序生成时值序列；

第三特征线性图像中的横线（减时线）数量可用于判断音符时值，减时线数目为0的音符为四分音符，时值为1拍；减时线数目为1的音符为八分音符，时值为1/2拍；减时线数目为2的音符为十六分音符，时值为1/4拍，以此类推。

S208,根据第一特征线性图像，将音符图像区域进行y向分割，获取单谱线的音符图像；

S209,根据第二特征线性图像，将所述各单谱线的音符图像进行x向分割，获取各单谱线的音符数字图像；

S210,采用卷积神经网络对各音符数字图像进行识别，确定音符数值；

S211,确定各音符数值对应的x向和y向坐标；

S212,生成机器可视化乐谱图像模板，所述机器可视化乐谱图像模板包括时值区域和音符矩阵区域，音符矩阵区域的各行与待演奏弦乐器的各弦对应；

S213,在所述时值区域顺序填入所述时值序列；

在本实施例中，时值区域位于图10的最下面一行，音符矩阵区域为图11的上面8行区域。

S214,以所述时值序列的各音符时值为x坐标，以音符矩阵区域的各行为y坐标，填入对应的音符数值，生成机器可视化乐谱图像。

上述步骤通过提供一种乐谱识别方法，对乐谱图像进行二值化后向y轴投影堆叠生成乐谱特征图像，并根据乐谱特征图像获取乐谱图像中的时值序列以及各时值对应的音符数值，最终根据时值序列及各时值对应音符数值，生成机器可视化乐谱图像，实现了机器对乐谱的自动识别，免除了人为录入乐谱数据的复杂操作，节省了时间和人力；同时，本实施例通过先将乐谱图像二值化后再向y轴投影堆叠的方式生成乐谱特征图像，一方面提高了乐谱图像识别的准确率，提高了识别可靠性，另一方面由投影堆叠方式生成的乐谱特征图像使得乐谱图像的谱线和减时线/增时线等特征可以从乐谱中更加凸显出来，其y轴方向特征也更加明显，利于对谱线和减时线/增时线等定位，便于后续辅助获取乐谱图像的时值序列和各时值对应的音符数值，进一步保障了乐谱图像识别的准确率，提高了识别可靠性。

S215, 获取音符矩阵区域的各列对应的音符时值n，根据公式：确定音符 矩阵区域的各列的节拍数t。

在本实施例中，各列的节拍数包括1节拍、1/2节拍、1/4节拍、1/8节拍等。

S216, 根据音符矩阵区域的各列的音符数值所在行，确定所述拨弦机构的琴弦拨动顺序。

S217, 以所述节拍数t为拨弦间隔，控制所述拨弦机构按照所述拨弦机构拨动顺序拨动琴弦。

示例性的，以图10为例，第一列的音符数值所在行包括第一行和第四行，该列对应的节拍数为1/2节拍,第二列的音符数值所在行包括第三行，该列对应的节拍数为1/4节拍，则拨弦机构在初始时拨动第一弦和第四弦，在1/2节拍后拨动第三弦，而后1/4节拍后继续拨动第三列音符数值对应的琴弦，依次类推。

S218, 根据音符矩阵区域的各列的节拍数t将音符矩阵区域划分为多个单节拍区域。

S219, 获取各单节拍区域的所有音符数值，将所述压弦机构的压弦模组移动至当前单节拍区域的音符数值对应的品位。

S220, 根据音符矩阵区域的各列的音符数值所在行，确定所述压弦机构的琴弦按压顺序。

S221, 以当前节拍数t为按压时长，控制对应的压弦组件按压与当前节拍对应的弦的对应品位。

示例性的，以图11为例，第一个单节拍区域包括音符数值1、2、3，则在演奏该单节拍区域时，控制压弦模组移动到第一品、第二品和第三品上，第一列的音符数值包括位于第一行的1、第四行的3，该列对应的节拍数为1/2节拍,第二列的音符数值包括第三行的2，该列对应的节拍数为1/4节拍，第三列的音符数值包括第二行的1，则压弦机构在初始时按压第一弦的第一品、第四弦的第三品1/2节拍，而后按压第三弦的第二品1/4节拍后，最后按压第二弦的第一品1/4节拍；完成第一个单节拍区域后，读取第二个单节拍区域继续执行压弦操作，以此类推。

本实施例的机器可视化乐谱图像采用6*i的音符矩阵区域和1*i时值区域，6行分别对应吉他的6根琴弦，当任一行出现音符数值y时，拨弦组件拨动该行对应的琴弦，同时压弦机构按压该琴弦对应的y品位。执行简单、高效快捷。

需要说明的是，当单节拍区域的某一列出现的音符数值为0时，当前压弦机构不对该音符数值为0的琴弦执行压弦操作。

请参照图12至图24所示，在本实施例中，所述演奏装置包括与乐器本体3相对固定的基座4，还包括控制系统和由所述控制系统控制的压弦机构1和拨弦机构2，所述拨弦机构2设置在所述基座4上，所述拨弦机构2还包括由所述控制系统控制的多个拨弦组件，各拨弦组件横向设置在所述乐器本体3的音腔处，各所述拨弦组件2包括设于所述基座4上的舵机21、由所述舵机21传动的连接臂22、与乐器本体3相对固定的限位器23以及设于连接臂22端部的拨片24，所述连接臂22包括顺次枢接的前连杆221、后连杆222和所述摆臂223，所述限位器23与摆臂223铰接，所述拨片24设于摆臂223端部，所述拨片24底端靠近对应的琴弦，以使当所述舵机21控制所述连接臂22摆动时，所述摆臂223受所述限位器23限制往复摆动，带动所述拨片24沿第一轨迹运动以拨动所述琴弦，所述第一轨迹包括钟摆轨迹。

所述拨弦组件包括位于音腔右侧的第一拨弦组件5、第二拨弦组件6和第三拨弦组件7，以及位于音腔左侧的第四拨弦组件8、第五拨弦组件9和第六拨弦组件10；所述第一拨弦组件5和第六拨弦组件10相对设置，所述第二拨弦组件6和第四拨弦组件8相对设置，所述第三拨弦组件7和第五拨弦组件9相对设置，所述限位器23为“曰”字形，限位器23包括两个竖向支架231以及三个横向支架232，所述三个横向支架232设于所述两个竖向支架231之间，各横向支架232设于每两个相对设置的拨弦组件之间并横跨琴弦，且各横向支架232上至少开设有两个铰接位233，各拨弦组件的摆臂223上设有与所述铰接位233配合的限位块（图中未示出），每两个相对设置的拨弦组件的限位块与同一横向支架上的对应的铰接位233配合。

在本实施例中，通过将拨弦组件相对设置于琴弦两侧，节省了拨弦机构的整体体积，减小了拨弦机构的长度，利于拨弦机构的拆装，同时，本实施例通过提供“曰”字形的限位器，限位器23包括两个竖向支架231以及三个横向支架232，使得每相对设置的两个拨弦组件的摆臂可以连接于同一横向支架上的对应铰接位233处，使得一个体型相对较大的限位器可同时满足所有拨弦组件摆臂的限位需求，同时，较大体型的限位器体重也相对较重，其两个竖向支架231与乐器本体3或基座4具有更大的接触面积，利于提升拨弦机构整体的结构稳固性，避免因舵机21摆动时引起的多余振动，也利于抑制结构上的该多余振动产生的噪音，提升本实施例的拨弦乐器的演奏效果。

作为一种示例而非限定，限位块可以采用枢轴结构，铰接位233可以放置轴承，以最大程度减少限位块与铰接位233之间的摩擦力，利于拨片24沿钟摆轨迹运动。

作为一种具体方案而非限定，上述所述乐器本体3包括位于音腔右侧的右琴弦组，以及位于音腔左侧的左琴弦组；音腔右侧的拨弦组件的拨片靠近右琴弦组对应琴弦的左侧，音腔左侧的拨弦组件的拨片靠近左琴弦组对应琴弦的右侧。具体的，以本实施例的吉他为例，第一拨弦组件5位于第一弦的左侧，第二拨弦组件6位于第二弦的左侧，第三拨弦组件7位于第三弦的左侧，第四拨弦组件8位于第四弦的右侧，第五拨弦组件9位于第五弦的右侧，第六拨弦组件10位于第六弦的右侧。本实施例相对设置的拨弦组件之间至少间隔两弦的距离，使得两相对设置的拨弦组件的摆臂和拨片之间不会因运动而碰撞，同时，将音腔右侧的拨弦组件的拨片靠近琴弦左侧设置，音腔左侧的拨弦组件的拨片靠近琴弦右侧设置，使得拨片的运动轨迹为向两侧运动，进一步提升了拨弦组件的可靠性，避免零件干涉和碰撞。

作为一种具体方案而非限定，上述所述基座4包括固定于乐器本体3靠近音腔处的固定架41，以及设于固定架41上的若干舵机安装座42，所述舵机安装座42的数量与舵机21的数量对应。

进一步的，上述所述固定架41为“工”形固定架，所述舵机安装座设于所述“工”形固定架的上表面，所述舵机安装座42包括底板421以及竖直设置于所述底板421前方的两个前臂板422、以及设于底板421后方的背板423，所述舵机包括底面和位于舵机两侧的定位凸耳，所述底面设置在所述底板421上，所述定位凸耳设置在所述前臂板423上，所述舵机安装座42于两个前臂板423之间形成至少供舵机转轴伸出的缺口424。本实施例通过在面积相对宽阔的“工”形固定架上设置舵机安装座42，可进一步增强拨弦机构的结构稳固性，同时，舵机安装座42通过设置供舵机底面放置的底板，并在相对舵机转轴处形成的缺口424两侧形成用于固定舵机的定位凸耳，进一步增加了舵机安装的结构稳固性，可有效抑制多余振动产生的噪音，提升本实施例的拨弦乐器的演奏效果。

作为一种优选方案而非限定，上述所述拨片24呈扁平状且与所述琴弦平行设置，所述拨片24的形状为心形、水滴形或三角形。

本发明实施例通过在琴弦上方设置若干压弦组件，各压弦组件包括与琴弦平行设置的第一滑轨和皮带组件，还包括可滑动设置在第一滑轨上并与皮带组件连接的压弦模组，皮带组件由电机控制，使得压弦模组可以在电机的作用下随皮带组件的皮带平行于琴弦移动，使得同一压弦组件的压弦模组可以移动至琴弦的任意长度行程处，单一压弦组件具备按压多个位置（如吉他的多个品）的条件，实验证明，当压弦机构采用二至三个压弦组件时，即可满足乐器演奏需要，压弦单元如气缸的数量可以减少至12或18个，极大的节省了压弦机构的生产材料成本，也降低了压弦机构的组装难度，同时，本实施例的压弦机构的重量较小，乐器可以根据需要倾斜或竖直设置，更贴近人物演奏乐器时的乐器放置和发声角度，最后，采用较少压弦单元降低了故障率，也利于后续的保养和维修。

作为本发明的又一发明目的，为克服现有的自动演奏装置的压弦组件成本高、组装难度大，保养维护不便的问题，本实施例也同时对压弦机构进行了改进，该压弦机构1包括与乐器本体3相对固定的支架本体（图中未示出），还包括设置于琴弦上方的若干压弦组件，各所述压弦组件包括安装在支架本体上的电机11和第一滑轨12、可滑动的设置在第一滑轨12上的压弦模组13以及由电机11驱动的皮带组件14，所述皮带组件14包括皮带141和滑轮142，所述第一滑轨12和皮带141平行于琴弦设置，所述压弦模组13与皮带141连接，所述电机11控制所述皮带141以调整所述压弦模组13在琴弦长度方向上的行程，各所述压弦模组13包括驱动装置（图中未示出）、模组本体131以及设置在模组本体132上与琴弦数量对应的压弦单元（图中未示出），所述驱动装置用于驱动压弦单元按压对应的琴弦。

本发明实施例通过在琴弦上方设置若干压弦组件，各压弦组件包括与琴弦平行设置的第一滑轨和皮带组件，还包括可滑动设置在第一滑轨上并与皮带组件连接的压弦模组，皮带组件由电机控制，使得压弦模组可以在电机的作用下随皮带组件的皮带平行于琴弦移动，使得同一压弦组件的压弦模组可以移动至琴弦的任意长度行程处，单一压弦组件具备按压多个位置（如吉他的多个品）的条件，实验证明，当压弦机构采用二至三个压弦组件时，即可满足乐器演奏需要，压弦单元如气缸的数量可以减少至12或18个，极大的节省了压弦机构的生产材料成本，也降低了压弦机构的组装难度，同时，本实施例的压弦机构的重量较小，乐器可以根据需要倾斜或竖直设置，更贴近人物演奏乐器时的乐器放置和发声角度，最后，采用较少压弦单元降低了故障率，也利于后续的保养和维修。

作为一种示例而非限定，本实施例的支架本体可以采用框架式支架本体，电机11和第一滑轨12可以通过该框架式支架本体固定连接，框架式支架本体可以固定安装在乐器背面或中轴线上，本实施例的支架本体的具体结构本发明不作为对保护范围的限制。

作为一种具体实现方案而非限定，上述所述模组本体131于内部形成有供压弦单元设置的竖向空腔1311，所述竖向空腔1311于底部形成有供压弦单元伸出的第一开口1312。

进一步的，上述所述压弦单元包括气缸以及设于气缸气杆末端的橡胶头，所述气缸设于所述竖向空腔1311内，所述橡胶头伸出所述第一开口1312并用于按压所述琴弦，所述驱动装置为气泵，所述模组本体131还包括连通所述竖向空腔与模组本体侧面的贯通槽1313，所述贯通槽1313于所述模组本体131侧面形成第二开口1314，所述贯通槽1313用于放置与气泵连通的气压管。

本实施例通过在模组本体131内形成限制气压管的贯通槽1313，并在竖向空腔1311内设置气缸，竖向空腔1311底部形成模组本体131的第一开口1312，一方面竖向空腔1311的包围结构利于增加气压管内的压力，提高气缸的末段橡胶头压弦的响应速度，另一方面预设的竖向空腔1311和第一开口1312也保障了压弦动作的精度，提升了压弦机构1的可靠性。

上述所述模组本体131包括相对设置的第一夹片131a和第二夹片131b，所述第一夹片131a和第二夹片131b之间形成所述竖向空腔1311和贯通槽1313，所述第一夹片131a和第二夹片131b通过可拆卸的锁扣连接。采用可拆卸的锁扣连接第一夹片131a和第二夹片131b，使得模组本体131的组装更加牢靠，提升了结构稳固性，同时，也便于后期对气压管和气缸的维护和检修，在本实施例中，第一夹片131a和第二夹片131b至少为镜像对称结构。

作为一种优选方案而非限定，上述所述压弦模组13还包括设于模组本体131上方的连接件132和第一滑块133，所述连接件132通过插销可选的固定在所述模组本体131顶部横向排列的多个插接口1315内，所述第一滑块133设置在所述第一滑轨12上，各所述压弦组件的连接件132固定于所述模组本体131的对应插接口1315处，以使所有压弦组件的模组本体131在水平方向上对齐设置。

本实施例通过并排设置三条第一滑轨12，并在第一滑轨12上设置第一滑块133，由第一滑块133通过连接件插接固定在模组本体131顶部横向排列的多个对应插接口1315内，使得分别固定在三条第一滑轨12上的模组本体131在水平方向上可对齐设置，三个模组本体131可独立滑动而互不影响，提升了压弦机构的灵活度。

作为一种具体方案，上述所述连接件132于与第一滑块133的连接处形成有供所述皮带141正向穿过的第一避让孔1321，所述连接件132中部形成有供所述皮带反向穿过的第二避让孔1322，所述压弦模组13于连接件的第一避让孔1321或第二避让孔1322处与皮带141固定连接。本实施例通过在连接件132上设置一避让孔1321或第二避让孔1322，压弦模组13于连接件的第一避让孔1321或第二避让孔1322处与皮带141固定连接，一方面有效控制了压弦模组13的体积，另一方面使得皮带不必穿过模组本体131，利于模组本体131的独立拆卸，也便于对模组本体131内气压管和气缸的维护和检修。

上述所述压弦机构1还包括设于模组本体131两侧的第二滑轨15，所述模组本体131还包括对应设于所述第二滑轨15上方的支撑臂1316，所述支撑臂1316通过第二滑块134支撑在所述第二滑轨15上方。第二滑轨15一方面可以为压弦模组13提供向上的支撑力，另一方面也可辅助第一滑轨12对压弦模组13的移动提供准确定位，提升了本实施例压弦机构1的结构稳固性和可靠性。

作为电机11和第一滑轨12的一种具体固定方案，上述所述压弦机构1还包括用于固定滑轮的相对设置的”U”形支架16，各所述“U”形支架16包括位于上方的连接臂161以及位于下方的安装梁162，所述连接臂161与支架本体连接，所述相对设置的”U”形支架的安装梁162之间用于安装所述滑轮142，所述相对设置的”U”形支架16的连接臂161之间用于固定所述第一滑轨12。本实施例在”U”形支架的安装梁162之间安装滑轮142，在连接臂161之间固定所述第一滑轨12，有效控制了压弦机构1的整体体积，也使得电机11和第一滑轨12的固定更加方便准确。

本发明实施例通过采用横向设置在乐器本体音腔处的拨弦组件实现拨弦操作，使得拨弦操作可以在同一竖直平面内完成，一组拨弦组件对应一根琴弦，简化了拨弦组件的结构，也利于控制拨弦精度，同时，本发明实施例的拨弦组件包括舵机、由舵机传动的连接臂、以及设于连接臂端部的拨片，连接臂末段的摆臂与固定在乐器本体上的限位器铰接，使得当所述舵机控制连接臂摆动时，摆臂受限位器限制往复摆动，带动拨片沿第一轨迹运动以拨动琴弦，本实施例拨片的高度和位置受限位器限制，使得拨片的运动轨迹和拨动方向可以由连接臂长度、限位器高度和位置、铰接方式共同调整，连接臂的结构简单，降低了连接臂的安装难度，限位器靠近拨片，使得限位器对拨片的控制更加简单直接，便于操作人员随时对拨片的运动轨迹和拨动方向进行调试；其次，本实施例采用舵机代替气缸，使得舵机对拨片的摆动控制更加直接迅速，在舵机摆动的一个周期内，拨片拨动琴弦可达两次以上，响应速度快、间隔短，极大的提升了乐器弹奏时音调的准确；另外，拨片拨弦时的第一轨迹由与限位器的铰接方式限定，采用不同的铰接方式，可以实现不同的拨弦效果，产生轻音、重音、长音或短音，使得本实施例的自动演奏装置弹奏的音律更加逼真灵动

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种弦乐器的自动演奏方法，其特征在于，包括：

根据乐谱图像生成机器可视化乐谱图像，所述机器可视化乐谱图像包括时值区域和音符矩阵区域，音符矩阵区域的各行与待演奏弦乐器的各弦对应；

获取音符矩阵区域的各列的音符数值所在行以及与各列对应的音符时值，确定演奏装置的拨弦机构的拨弦规则；

获取音符矩阵区域的各列的音符数值、音符数值所在行以及与各列对应的音符时值，确定演奏装置的压弦机构的压弦规则；

所述获取音符矩阵区域的各列的音符数值所在行以及与各列对应的音符时值，确定演奏装置的拨弦机构的拨弦规则的步骤，包括：

获取音符矩阵区域的各列对应的音符时值n，根据公式：确定音符矩阵区域的各列的节拍数t；

根据音符矩阵区域的各列的音符数值所在行，确定所述拨弦机构的琴弦拨动顺序；

以所述节拍数t为拨弦间隔，控制所述拨弦机构按照所述琴弦拨动顺序拨动琴弦；

所述获取音符矩阵区域的各列的音符数值、音符数值所在行以及与各列对应的音符时值，确定演奏装置的压弦机构的压弦规则的步骤，包括：

根据音符矩阵区域的各列的节拍数t将音符矩阵区域划分为多个单节拍区域；

获取各单节拍区域的所有音符数值，将所述压弦机构的压弦模组移动至当前单节拍区域的音符数值对应的品位；

根据音符矩阵区域的各列的音符数值所在行，确定所述压弦机构的琴弦按压顺序；

以当前节拍数t为按压时长，控制对应的压弦组件按压与当前节拍对应的弦的对应品位。

2.如权利要求1所述的弦乐器的自动演奏方法，其特征在于，所述根据乐谱图像生成机器可视化乐谱图像，所述机器可视化乐谱图像包括时值区域和音符矩阵区域，音符矩阵区域的各行与待演奏弦乐器的各弦对应的步骤，包括：

将乐谱图像二值化后向y轴投影堆叠，生成乐谱特征图像；

确定所述乐谱特征图像中的第一特征线性图像；

根据所述第一特征线性图像中各线段的粗细、x轴长度和y轴间隔，确定所述乐谱图像中的时值图像区域和音符图像区域

将所述时值图像区域向x轴投影堆叠，确定第二特征线性图像；

根据第二特征线性图像的x轴坐标，对时值图像区域进行x向分割，获取单时值图像；

将各单时值图像向y轴投影，确定第三特征线性图像；

根据第三特征线性图像，确定各单时值图像对应的音符时值，并根据x向顺序生成时值序列；

根据第一特征线性图像，将音符图像区域进行y向分割，获取单谱线的音符图像；

根据第二特征线性图像，将所述各单谱线的音符图像进行x向分割，获取各单谱线的音符数字图像；

采用卷积神经网络对各音符数字图像进行识别，确定音符数值；

确定各音符数值对应的x向和y向坐标；

生成机器可视化乐谱图像模板，所述机器可视化乐谱图像模板包括时值区域和音符矩阵区域，音符矩阵区域的各行与待演奏弦乐器的各弦对应；

在所述时值区域顺序填入所述时值序列；

以所述时值序列的各音符时值为x坐标，以音符矩阵区域的各行为y坐标，填入对应的音符数值，生成机器可视化乐谱图像。

3.如权利要求1或2任一项所述的弦乐器的自动演奏方法，其特征在于，所述演奏装置包括与弦乐器本体相对固定的基座，还包括控制系统和由所述控制系统控制的所述拨弦机构和所述压弦机构；

所述拨弦机构设置在所述基座上，所述拨弦机构还包括由所述控制系统控制的多个拨弦组件，各拨弦组件横向设置在所述弦乐器本体的音腔处，各所述拨弦组件包括设于所述基座上的舵机、由所述舵机传动的连接臂、与弦乐器本体相对固定的限位器以及设于连接臂端部的拨片，所述连接臂包括位于末段的摆臂，所述限位器与摆臂铰接，所述拨片设于摆臂端部，所述拨片底端靠近对应的琴弦，以使当所述舵机控制所述连接臂摆动时，所述摆臂受所述限位器限制往复摆动，带动所述拨片沿第一轨迹运动以拨动所述琴弦，所述第一轨迹包括钟摆轨迹；

所述压弦机构包括与弦乐器本体相对固定的支架本体，还包括设置于琴弦上方的若干压弦组件，各所述压弦组件包括安装在支架本体上的电机和第一滑轨、可滑动的设置在第一滑轨上的压弦模组以及由电机驱动的皮带组件，所述皮带组件包括皮带和滑轮，所述第一滑轨和皮带平行于琴弦设置，所述压弦模组与皮带连接，所述电机控制所述皮带以调整所述压弦模组在琴弦长度方向上的行程，各所述压弦模组包括驱动装置、模组本体以及设置在模组本体上与琴弦数量对应的压弦单元，所述驱动装置用于驱动压弦单元按压对应的琴弦，所述模组本体于内部形成有供压弦单元设置的竖向空腔，所述竖向空腔于底部形成有供压弦单元伸出的第一开口。