CN117238265A - 弦乐器 - Google Patents

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Abstract

一种弦乐器，包括乐器本体、多个琴弦及声音处理组件。声音处理组件包括：采集模块，用于采集多个琴弦的振动信息，并输出琴弦模拟信号；第一放大滤波模块，用于对琴弦模拟信号进行放大与滤波处理；第一转换模块，用于将琴弦模拟信号转换为琴弦数字信号；处理模块，用于识别琴弦弹奏信息，基于弹奏信息将琴弦数字信号转换为MIDI数据，将MIDI数据转换为音频数据，及对音频数据进行效果处理；第二转换模块，用于将音频数据转换为模拟音频信号；第二放大滤波模块，用于对模拟音频信号进行放大与滤波处理，以传输至扬声器进行播放。本申请的弦乐器可以实现多种演奏形式，有效提升了弦乐器的可玩性，且支持MIDI的功能。

Description

弦乐器
技术领域
本申请涉及音乐器械技术领域，尤其涉及一种弦乐器。
背景技术
在电子化潮流下，将传统乐器与电子系统进行结合的电乐器已得到普及，例如电吉他、电贝司等。但是现有的电乐器在应用场景上仍存在明显缺陷，无法处理乐器数字接口(Musical Instrument Digital Interface、MIDI)信号、演奏效果单一等缺陷，使得电乐器的可玩性及实用性大打折扣。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种弦乐器，以解决现有技术中的问题。
本申请一实施方式提供一种弦乐器，包括乐器本体、多个琴弦及声音处理组件，所述乐器本体与所述多个琴弦及所述声音处理组件连接。所述声音处理组件包括：采集模块，用于采集所述多个琴弦的振动信息，并输出琴弦模拟信号；第一放大滤波模块，电连接于所述采集模块，用于对所述琴弦模拟信号进行放大与滤波处理；第一转换模块，电连接于所述第一放大滤波模块，用于将经过放大与滤波处理的琴弦模拟信号转换为琴弦数字信号；处理模块，电连接于所述第一转换模块，用于识别所述琴弦数字信号的弹奏信息，及基于所述弹奏信息将所述琴弦数字信号转换为乐器数字接口MIDI数据；所述处理模块还用于基于预设音频源库将所述MIDI数据转换为音频数据，及对所述音频数据进行效果处理；第二转换模块，电连接于所述处理模块，用于将经过效果处理的音频数据转换为模拟音频信号；第二放大滤波模块，电连接于所述第二转换模块，用于对所述模拟音频信号进行放大与滤波处理，以传输至扬声器进行播放。
在一些实施例中，所述采集模块包括多个拾音器，所述第一放大滤波模块包括多个放大滤波单元，所述第一转换模块包括多个模数转换通道，所述处理模块还用于对所述多个模数转换通道进行分时复用控制，以对所述多个拾音器的琴弦模拟信号进行模数转换。
在一些实施例中，所述声音处理组件还包括存储器及无线通信模块，所述预设音频源库存储在所述存储器中，或者所述预设音频源库存储在云端服务器。
在一些实施例中，所述处理模块还用于控制所述无线通信模块将所述MIDI数据及与所述MIDI数据对应的音频源信息传输至所述云端服务器。
在一些实施例中，所述声音处理组件还包括可编程放大模块，电连接于所述处理模块及所述第一转换模块，所述处理模块还用于设定所述可编程放大模块的放大参数，所述可编程放大模块用于对经过放大与滤波处理的琴弦模拟信号再次进行放大处理，所述第一转换模块用于将经过所述可编程放大模块放大处理的琴弦模拟信号转换为所述琴弦数字信号。
在一些实施例中，所述声音处理组件还包括触控屏，电连接于所述处理模块，所述触控屏用于接收播放效果设定指令，所述处理模块还用于根据所述播放效果设定指令对所述音频数据进行效果处理。
在一些实施例中，所述处理模块包括数字信号处理器DSP及高级精简指令集机器ARM，所述ARM电连接于所述第一转换模块，用于识别所述琴弦数字信号的弹奏信息，基于所述弹奏信息将所述琴弦数字信号转换为所述MIDI数据，及基于所述预设音频源库将所述MIDI数据转换为所述音频数据，所述DSP电连接于所述ARM，用于对所述音频数据进行效果处理。
在一些实施例中，所述处理模块包括DSP及ARM，所述DSP电连接于所述第一转换模块，用于识别所述琴弦数字信号的弹奏信息，及基于所述弹奏信息将所述琴弦数字信号转换为所述MIDI数据，所述ARM电连接于所述DSP，用于基于所述预设音频源库将所述MIDI数据转换为所述音频数据，所述DSP还用于对所述音频数据进行效果处理。
在一些实施例中，所述声音处理组件还包括所述扬声器或者用于连接所述扬声器的音源输出接口。
在一些实施例中，所述声音处理组件还包括通用串行总线USB接口，电连接于所述处理模块，所述处理模块还用于通过所述USB接口将所述MIDI数据及与所述MIDI数据对应的音频源信息传输至与所述USB接口电连接的外部设备。
与现有技术相比，上述弦乐器，突破了传统弦乐器相对单一的演奏形式的限制，有效提升了弦乐器的可玩性及实用性，且可实现弦乐器MIDI的功能。
附图说明
图1是本申请弦乐器的一实施方式的结构示意图。
图2是本申请声音处理组件的一实施方式的功能模块图。
图3是本申请声音处理组件的一实施方式的电路图。
图4是本申请声音处理组件的另一实施方式的电路图。
主要元件符号说明
乐器本体 10
琴弦 20
声音处理组件 30
弦乐器 100
采集模块 301
第一放大滤波模块 302
第一转换模块 303
处理模块 304
第二转换模块 305
第二放大滤波模块 306
音源输出接口 307
存储模块 308
无线通信模块 309
可编程放大模块 310
触控屏 311
USB接口 312
电源模块 313
分弦拾音器件 U1
放大滤波单元 3021
模数转换器 U2
可编程放大器 U3
DSP 3041
ARM 3042
Wi-Fi模块 3091
编码解码器 U4
随机存取存储器 3081
只读存储器 3082
锂电池 3130
电源管理芯片 3131
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。
具体实施方式
以下描述将参考附图以更全面地描述本申请内容。附图中所示为本申请的示例性实施例。然而，本申请可以以许多不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于在此阐述的示例性实施例。提供这些示例性实施例是为了使本申请透彻和完整，并且将本申请的范围充分地传达给本领域技术人员。类似的附图标记表示相同或类似的组件。
本文使用的术语仅用于描述特定示例性实施例的目的，而不意图限制本申请。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一”，“一个”和“该”旨在也包括复数形式。此外，当在本文中使用时，“包括”和/或“包含”和/或“具有”，整数，步骤，操作，组件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征，区域，整数，步骤，操作，组件和/或其群组。
请参阅图1，为本申请一实施方式提供的弦乐器100的结构示意图。
弦乐器100包括乐器本体10、多个琴弦20及声音处理组件30，乐器本体10与多个琴弦20及声音处理组件30连接。琴弦20的数量可以根据实际需求进行设定，本申请对此不作限定，例如，弦乐器100可以包括六根琴弦20。声音处理组件30用于将琴弦20的振动转化为电信号，以驱动扬声器发声。
请参阅图2，为本申请一实施方式提供的声音处理组件30的功能模块图。
声音处理组件30可以包括采集模块301、第一放大滤波模块302、第一转换模块303、处理模块304、第二转换模块305及第二放大滤波模块306。
采集模块301用于采集多个琴弦20的振动信息，并输出琴弦模拟信号。例如采集模块301可以包括多个拾音器，拾音器的数量与琴弦20的数量相同，每个拾音器可以对应采集一个琴弦20的振动信息，拾音器可以拾取琴弦20的振动并将之转化为电信号。采集模块301包含的拾音器可以是磁感式分弦拾音器件或者压感式分弦拾音器件。
第一放大滤波模块302电连接于采集模块301，用于对采集模块301输出的琴弦模拟信号进行放大与滤波处理。第一转换模块303电连接于第一放大滤波模块302，用于将经过放大与滤波处理的琴弦模拟信号转换为琴弦数字信号。
处理模块304电连接于第一转换模块303，用于识别琴弦数字信号的弹奏信息，及基于弹奏信息将琴弦数字信号转换为MIDI数据，弹奏信息可以是指与琴弦数字信号对应的弹奏位置信息。例如，采集模块301可以拾取到琴弦20的振动频率，处理模块304可以根据不同琴弦20所对应的振动频率，识别出用户的弹奏位置，确定与琴弦数字信号对应的弹奏位置信息。处理模块304还可基于预设音频源库将MIDI数据转换为音频数据，便于后续驱动扬声器发声。预设音频源库可以存储在乐器本地端，也可以存储在云端服务器。
在一些实施例中，处理模块304还可以对音频数据进行效果处理，以驱动扬声器发出诸如模仿钢琴、二胡、小提琴等乐器的演奏声音，或者带有混响、合唱、低八度、高八度等一系列音效，使得弦乐器100可以实现多种演奏形式，提升弦乐器100的可玩性。
第二转换模块305电连接于处理模块304，用于将经过效果处理的音频数据转换为模拟音频信号。第二放大滤波模块306电连接于第二转换模块305，用于对模拟音频信号进行放大与滤波处理，以传输至扬声器进行播放。
在一实施方式中，弦乐器100可以内置有扬声器进行发声，也可以通过外接扬声器进行发声。当弦乐器100采用外接扬声器的形式进行发声时，声音处理组件30还可以包括音源输出接口307，电连接于第二放大滤波模块306，音源输出接口307可将经过第二放大滤波模块306处理的模拟音频信号传输至扬声器进行播放。
在一实施方式中，声音处理组件30还可以包括存储模块308及无线通信模块309。存储模块308可以存储音效库、预设音频源库及处理模块304运行所需的代码、数据等。当预设音频源库存储在云端服务器时，处理模块304可以通过无线通信模块309调用存储在云端服务器的预设音频源库将MIDI数据转换为音频数据。
在一实施方式中，处理模块304还可控制无线通信模块309将MIDI数据及与MIDI数据对应的音频源信息传输至云端服务器，进而用户可以通过电脑、手机等设备接入云端服务器实现查看、编辑、分享MIDI数据/音频源等操作。
在一实施方式中，声音处理组件30还可以包括可编程放大模块310，可编程放大模块310电连接于处理模块304及第一转换模块303。处理模块304还用于设定可编程放大模块310的放大参数，可编程放大模块310用于对经过放大与滤波处理的琴弦模拟信号再次进行放大处理，实现对拾音器输出的琴弦模拟信号进行二级放大，第一转换模块303用于将经过可编程放大模块310放大处理的琴弦模拟信号转换为琴弦数字信号。
在一实施方式中，声音处理组件30还可以包括触控屏311，电连接于处理模块304。触控屏311可用于接收播放效果设定指令，处理模块304还用于根据播放效果设定指令对音频数据进行效果处理。例如，处理模块304可运行乐器操作系统，乐器操作系统运行有播放效果设置界面，支持多种播放效果的选择或自定义，触控屏311可响应用户的触控指令进行弦乐器100的播放效果设定，使得用户弹奏弦乐器100时可以发出诸如钢琴、二胡、小提琴等乐器的演奏声音，或者带有混响、合唱、低八度、高八度等一系列音效。
在一实施方式中，声音处理组件30还可以包括通用串行总线(Universal SerialBus，USB)接口312，电连接于处理模块304。处理模块304还可通过USB接口312将MIDI数据及与MIDI数据对应的音频源信息传输至与USB接口312电连接的外部设备。外部设备可以是手机、电脑等。
在一些实施例中，声音处理组件30还可以包括电源模块313，以实现对声音处理组件30中的电子器件进行供电。电源模块313可以包括锂电池及电源管理芯片，电源模块313电连接于USB接口312，实现通过USB接口312连接外部电源对锂电池进行充电。
在一些实施例中，弦乐器100通过无线通信模块309可以使拾音器的拾音数据同步至网络，实现云交互的功能，也可以调用并加载云端的音频源实现将MIDI数据转换为音频数据、实现MIDI数据分享等功能。弦乐器100除了利用触控屏311进行人机交互外，还可以通过网络实现云交互，例如可以存储用户弹奏的MIDI数据以及所设定的音效效果数据到云端，还可以通过云端调用云算法处理音频数据，实现为音频数据增加音效效果，甚至可以在其他设备上创建音色、音效或对现有的音色、音效进行编辑并同步至云端，再将云端存储的音色、音效同步至弦乐器100。
请参阅图3，为本申请一实施方式提供的声音处理组件30的电路图。
以弦乐器100包括六根琴弦20为例，采集模块301可以包括分弦拾音器件U1，分弦拾音器件U1可以是磁感式分或者压感式，分弦拾音器件U1可以集成六个拾音器，对应采集六根琴弦20的振动信息。
第一放大滤波模块302可以包括多个放大滤波单元3021，放大滤波单元3021的数量与琴弦20的数量相同。一个拾音器可以对应一个放大滤波单元3021，每个放大滤波单元3021可以包括运算放大器及电容，实现对拾音器输出的琴弦模拟信号进行放大与滤波处理。
第一转换模块303可以包括模数转换器U2，模数转换器U2可以具备六个模数转换通道，用于对应电连接六个放大滤波单元3021，实现对经过放大滤波单元3021处理的琴弦模拟信号进行模数转换。处理模块304可控制模数转换器U2的六个模数转换通道分时复用，即处理模块304每次仅处理一路的琴弦数字信号，便于识别琴弦数字信号的弹奏信息，及将琴弦数字信号转换为MIDI数据。
可编程放大模块310可以包括可编程放大器U3，可编程放大器U3电连接于处理模块304及模数转换器U2。处理模块304可设定可编程放大器U3的放大参数，可编程放大器U3可对经过放大与滤波处理的琴弦模拟信号再次进行放大处理，实现对拾音器输出的琴弦模拟信号进行二级放大。例如，当启用可编程放大器U3进行二次放大时，模数转换器U2从放大滤波单元3021接收的信号输入至可编程放大器U3进行放大，再进入模数转换器U2进行模数转换。
处理模块304可以包括DSP 3041及ARM 3042。ARM 3042电连接于模数转换器U2，ARM 3042可调用预设识别算法识别琴弦数字信号的弹奏信息，及基于弹奏信息将琴弦数字信号转换为MIDI数据。例如，ARM 3042可以根据不同琴弦的振动频率，识别出弹奏位置，实现将接收到的琴弦数字信号转换为MIDI数据。ARM 3042还可调用本地存储的预设音频源库或者云端存储的预设音频源库将MIDI数据转换为音频数据，便于后续驱动扬声器发声。ARM3042还可与时钟电路电连接，以为ARM 3042提供工作时序。
无线通信模块309可以包括Wi-Fi模块和/或5G模块等，图3以无线通信模块309包括Wi-Fi模块3091为例，MIDI数据和调用的音频源信息可以通过Wi-Fi模块3091被同步到云端，进而用户可以通过电脑、手机、或者其他电乐器接入云端服务器实现查看、编辑、分享、同步MIDI数据/音频源等操作。
DSP 3041电连接于ARM 3042，DSP 3041可对音频数据进行效果处理，为音频数据增加一系列播放效果，使得用户弹奏弦乐器100时可以发出诸如钢琴、二胡、小提琴等乐器的演奏声音，或者带有混响、合唱、低八度、高八度等一系列音效。
第二转换模块305可以包括编码解码器U4，编码解码器U4可将经过效果处理的音频数据转换为模拟音频信号。编码解码器U4可以集成有模数转换功能与数模转换功能，便于实现对音源输入接口(麦克风接口)的模拟信号进行模数转换传输至DSP 3041进行处理，或者对DSP 3041输出的数字信号进行数模转换经由音源输出接口输出。第二放大滤波模块306可以包括放大滤波单元3021，实现对第二转换模块305输出的模拟音频信号进行放大与滤波处理，经过第二放大滤波模块306处理的模拟音频信号可以通过音源输出接口307传输至外部扬声器进行播放。当弦乐器100内置有扬声器时，经过第二放大滤波模块306处理的模拟音频信号可以直接传输至内置扬声器进行播放。
存储模块308可以包括随机存取存储器3081与只读存储器3082。存储模块308可以存储音效库、预设音频源库及ARM 3042运行所需的代码、数据等。电源模块313可以包括锂电池3130及电源管理芯片3131，电源模块313电连接于USB接口312，可实现通过USB接口312连接外部电源对锂电池3130进行充电，电源管理芯片3131可对锂电池3130进行充放电管理。
在一些实施例中，如图4所示，DSP 3041还可电连接于模数转换器U2及编码解码器U4，DSP 3041识别琴弦数字信号的弹奏信息，及基于弹奏信息将琴弦数字信号转换为MIDI数据。ARM 3042电连接于DSP 3041，ARM 3042用于基于本地端存储的预设音频源库或者云端存储的预设音频源库将MIDI数据转换为音频数据，DSP 3041还用于对音频数据进行效果处理，为音频数据增加一系列指定的效果。
上述弦乐器，突破了传统弦乐器相对单一的演奏形式的限制，有效提升了弦乐器的可玩性及实用性，且可实现弦乐器MIDI的功能。
在申请各个实施例中的各功能单元可以集成在相同处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在相同单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。对本领域的技术人员来说，可以根据本申请的申请方案和申请构思结合生产的实际需要做出其他相应的改变或调整，而这些改变和调整都应属于本申请所公开的范围。

Claims (10)

1.一种弦乐器，包括乐器本体、多个琴弦及声音处理组件，所述乐器本体与所述多个琴弦及所述声音处理组件连接，其特征在于，所述声音处理组件包括：
采集模块，用于采集所述多个琴弦的振动信息，并输出琴弦模拟信号；
第一放大滤波模块，电连接于所述采集模块，用于对所述琴弦模拟信号进行放大与滤波处理；
第一转换模块，电连接于所述第一放大滤波模块，用于将经过放大与滤波处理的琴弦模拟信号转换为琴弦数字信号；
处理模块，电连接于所述第一转换模块，用于识别所述琴弦数字信号的弹奏信息，及基于所述弹奏信息将所述琴弦数字信号转换为乐器数字接口MIDI数据；
所述处理模块还用于基于预设音频源库将所述MIDI数据转换为音频数据，及对所述音频数据进行效果处理；
第二转换模块，电连接于所述处理模块，用于将经过效果处理的音频数据转换为模拟音频信号；
第二放大滤波模块，电连接于所述第二转换模块，用于对所述模拟音频信号进行放大与滤波处理，以传输至扬声器进行播放。
2.如权利要求1所述的弦乐器，其特征在于，所述采集模块包括多个拾音器，所述第一放大滤波模块包括多个放大滤波单元，所述第一转换模块包括多个模数转换通道，所述处理模块还用于对所述多个模数转换通道进行分时复用控制，以对所述多个拾音器的琴弦模拟信号进行模数转换。
3.如权利要求1所述的弦乐器，其特征在于，所述声音处理组件还包括存储器及无线通信模块，所述预设音频源库存储在所述存储器中，或者所述预设音频源库存储在云端服务器。
4.如权利要求3所述的弦乐器，其特征在于，所述处理模块还用于控制所述无线通信模块将所述MIDI数据及与所述MIDI数据对应的音频源信息传输至所述云端服务器。
5.如权利要求1所述的弦乐器，其特征在于，所述声音处理组件还包括可编程放大模块，电连接于所述处理模块及所述第一转换模块，所述处理模块还用于设定所述可编程放大模块的放大参数，所述可编程放大模块用于对经过放大与滤波处理的琴弦模拟信号再次进行放大处理，所述第一转换模块用于将经过所述可编程放大模块放大处理的琴弦模拟信号转换为所述琴弦数字信号。
6.如权利要求1所述的弦乐器，其特征在于，所述声音处理组件还包括触控屏，电连接于所述处理模块，所述触控屏用于接收播放效果设定指令，所述处理模块还用于根据所述播放效果设定指令对所述音频数据进行效果处理。
7.如权利要求1所述的弦乐器，其特征在于，所述处理模块包括数字信号处理器DSP及高级精简指令集机器ARM，所述ARM电连接于所述第一转换模块，用于识别所述琴弦数字信号的弹奏信息，基于所述弹奏信息将所述琴弦数字信号转换为所述MIDI数据，及基于所述预设音频源库将所述MIDI数据转换为所述音频数据，所述DSP电连接于所述ARM，用于对所述音频数据进行效果处理。
8.如权利要求1所述的弦乐器，其特征在于，所述处理模块包括DSP及ARM，所述DSP电连接于所述第一转换模块，用于识别所述琴弦数字信号的弹奏信息，及基于所述弹奏信息将所述琴弦数字信号转换为所述MIDI数据，所述ARM电连接于所述DSP，用于基于所述预设音频源库将所述MIDI数据转换为所述音频数据，所述DSP还用于对所述音频数据进行效果处理。
9.如权利要求1所述的弦乐器，其特征在于，所述声音处理组件还包括所述扬声器或者用于连接所述扬声器的音源输出接口。
10.如权利要求1所述的弦乐器，其特征在于，所述声音处理组件还包括通用串行总线USB接口，电连接于所述处理模块，所述处理模块还用于通过所述USB接口将所述MIDI数据及与所述MIDI数据对应的音频源信息传输至与所述USB接口电连接的外部设备。
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