CN117746822A - 一种电卡祖笛 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子乐器，具体是涉及到一种电卡祖笛，包括笛身和发音模块；所述笛身内部中空设置有空腔，所述笛身上设置有连接空腔的笛口，所述发音模块设置在所述空腔内；所述发音模块包括电路板以及与电路板电连接的收音单元、发音单元和电源；所述电路板包括模数转换单元Ⅰ、数字信号处理单元、模数转换单元Ⅱ和功率放大单元；使用本电卡祖笛时，演奏者不需要通过气息共振来驱动传统卡祖笛里面的笛膜来发声，所以可以更加自由的发声。而且本发明的设计是通过收音单元获取演奏者本身的发音，再通过数字信号处理单元进行处理后通过发音单元进行播放，因此即便同一个电卡祖笛被不同的人演奏都会有不同的音色输出。让这个乐器的可玩性大大提高。

Description

一种电卡祖笛

技术领域

本发明属于电子乐器，具体是涉及到一种电卡祖笛。

背景技术

卡祖笛(Kazoo)是一种简单的吹响乐器，由金属或塑料制成，通常是一个小型的管状装置。它的音色独特，类似于嘴唇发出的嗡嗡声。卡祖笛是一种膜鸣乐器，其声音的产生是通过演奏者的声音振动与乐器本身的共振作用。

卡祖笛的背景可以追溯到19世纪末，它起源于美国，并迅速传播到世界各地。这个简单而创造性的乐器很受孩子和成年人的喜爱，也广泛应用于音乐教育、表演和娱乐领域。

卡祖笛通常由一个开口的管状装置和一个小的共振腔体组成。共振腔体可以是金属、塑料或其他材料制成的容器，如纸盒、塑料管或小型蜂鸣器。其工作原理是演奏者将卡祖笛的开口放在嘴唇上，通过发出声音，使共振腔体内的空气振动。共振腔体的共振作用会放大和改变声音的音色，产生卡祖笛独特的嗡嗡声。演奏卡祖笛不需要特殊的吹气技巧或指法，因此非常容易上手。演奏者只需通过发出声音，让共振腔体产生共振即可。卡祖笛常用于音乐教育和早期音乐启蒙。它可以帮助培养孩子们的音乐感知能力和节奏感，以及对音乐的兴趣。此外，卡祖笛也在民间音乐、流行音乐和爵士乐等领域中得到广泛应用。随着时间的推移，人们对卡祖笛进行了改进和创新。有些卡祖笛具有可调节的共振腔体或特殊的声音效果装置，以扩展乐器的音色和表现力。

市场上也有一种电卡祖笛。这种卡祖笛其基本发声原理和普通卡祖笛完全一致。这种卡祖笛会在笛膜的上方固定一个麦克风，从而可以拾取笛膜发出的声音并且转换为电信号。这种电卡祖笛一般都会有一个带插头的电缆。插头一般都会插入一个音箱的输入插孔。该电缆将前述电信号通过插头耦合到音箱并且通过音箱扩声，这种电卡祖笛本质上还是一个传统的卡祖笛，其最大的缺点还是发声单一，能产生的音乐性的声音局限，而且每个人演奏出来的声音都是一样的。

但是不论是普通卡祖笛和现有的电卡祖笛，由于它本身结构和原理的限制，产生的声音比较简单。因此人们希望有一种乐器能够像卡祖笛一样易于上手又可以有很丰富的声音表现效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种易上手且具有丰富的声音表现效果电卡祖笛。

本发明提供一种电卡祖笛，包括笛身和发音模块；

所述笛身内部中空设置有空腔，所述笛身上设置有连接空腔的笛口，所述发音模块设置在所述空腔内；

所述发音模块包括电路板以及与电路板电连接的收音单元、发音单元和电源；

所述电路板包括模数转换单元Ⅰ、数字信号处理单元、模数转换单元Ⅱ和功率放大单元；

所述收音单元拾取笛口处演奏者所发出的人声并转化为电信号，并将该电信号耦合给模数转换单元Ⅰ，模数转换单元Ⅰ将电信号的模拟量转换成数字量，并将数字量耦合给数字信号处理单元，数字信号处理单元对数字量的数字信号通过合成处理模型进行处理，处理后将处理后的数字信号耦合到模数转换单元Ⅱ，模数转换单元Ⅱ将处理后的数字信号转换为模拟信号并耦合至功率放大单元，功率放大单元将该模拟信号放大，驱动所述发音单元进行发音。

所述合成处理模型用于将人声中的设定信息进行解析，解析的设定信息作为合成处理模型的控制变量对人声进行声音合成处理，获得处理后的声音信号驱动所述发音单元进行发音；

所述设定信息包括人声中的共振峰信息。

更进一步地，所述设定信息还包括高音信息和/或音量信息。

更进一步地，所述声音合成处理采用减法合成器、FM合成器或波表合成器对处理后的声音信号进行合成处理。

更进一步地，所述笛身包括本体和盖体，所述本体上设置有安装槽，所述笛口连通所述安装槽，所述盖板可拆卸覆盖在所述安装槽上，且所述盖板与所述安装槽围合形成所述空腔。

更进一步地，所述盖板上设置有透音通孔，所述发音单元贴合设置在所述盖板的位于空腔的一侧。

更进一步地，所述电路板通过支撑杆设置在所述空腔中间，并将所述空腔分割为上空腔和下空腔；

所述发音单元设置在所述上空腔内；

所述电源为蓄电池，所述蓄电池设置在所述下空腔内。

更进一步地，所述收音单元设置在所述电路板上。

更进一步地，所述发音单元包括振动膜、音圈和永磁铁。

本发明的有益效果是，使用本电卡祖笛时，演奏者不需要通过气息共振来驱动传统卡祖笛里面的笛膜来发声，所以可以更加自由的发声。相对于传统卡祖笛的发声完全取决于笛膜和腔体的物理参数，因此如果需要发出不同的声音，演奏者实际上是需要使用多个不同的卡祖笛的。但是本申请的电卡祖笛的发声是靠内部的电路板来实现声音的生成，因此可以在不改变物理构件的情况下发出不同的声音。而且传统卡祖笛的音色完全由笛膜和腔体决定。同一个卡祖笛不同人演奏出来声音基本相同。但是本发明的设计是通过收音单元获取演奏者本身的发音，再通过数字信号处理单元进行处理后通过发音单元进行播放，因此即便同一个电卡祖笛被不同的人演奏都会有不同的音色输出。让这个乐器的可玩性大大提高。

附图说明

附图1为本发明的主视图；

附图2为本发明的爆炸示意图；

附图3为本发明中信号流示意图；

附图4为本发明中信号处理的逻辑框图；

附图5为本发明中高音信息声音合成处理的流程示意图；

附图6为本发明中共振峰信息声音合成处理的流程示意图。

在图中，1-笛身；11-空腔；12-笛口；13-本体；14-盖体；141-透音通孔；2-电路板；21-模数转换单元Ⅰ；22-数字信号处理单元；23-模数转换单元Ⅱ；24-功率放大单元；3-收音单元；4-发音单元；5-电源。

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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一设定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该设定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如附图1-附图5所示，本发明提供一种电卡祖笛，包括笛身1和发音模块，发音模块用于获取演奏者发出的人声并对人声进行处理后进行发音；

所述笛身1内部中空设置有空腔11，所述笛身1上设置有连接空腔11的笛口12，所述发音模块设置在所述空腔11内，以此便于发明模块获取演奏者口腔发出的人声；

所述发音模块包括电路板2以及与电路板2电连接的收音单元3、发音单元4和电源5；

所述电路板2包括模数转换单元Ⅰ21、数字信号处理单元22、模数转换单元Ⅱ23和功率放大单元23；

所述收音单元3拾取笛口12处演奏者所发出的人声并转化为电信号，并将该电信号耦合给模数转换单元Ⅰ21，模数转换单元Ⅰ21将电信号的模拟量转换成数字量，并将数字量耦合给数字信号处理单元22，数字信号处理单元22对数字量的数字信号通过合成处理模型进行处理，处理后将处理后的数字信号耦合到模数转换单元Ⅱ23，模数转换单元Ⅱ23将处理后的数字信号转换为模拟信号并耦合至功率放大单元23，功率放大单元23将该模拟信号放大，驱动所述发音单元4进行发音。

所述合成处理模型用于将人声中的设定信息进行解析，例如音高信息，音量信息和共振峰信息等，提取设定信息有很多种方式，且均为现有技术，具体可根据需要进行选择，解析出的设定信息作为合成处理模型的控制变量对人声进行声音合成处理，同样地，合成处理模型也可以采用现有的各种合成处理模型，具体可根据需要进行选择，获得处理后的声音信号驱动所述发音单元4进行发音。

特别的，人声中的设定信息为共振峰信息，人声的共振峰是指人的喉咙和咽喉部位的空气柱共振的频率。共振峰的出现与喉腔的大小有关，具有演唱技巧的人还可以控制和改变自己的共振峰，这也意味着每一个人的共振峰都是不同的，这也是决定了不同的人说话的声音是完全不同的。在以人声的共振峰作为设定信息，并利用该共振峰信息来产生声音时。可以使得每个人使用本电祖卡笛后发音单元4所发出的声音完全不同。

本发明提出的电卡祖笛，通过收音单元3拾取演奏者口腔内声音，并且通过音电路板2上的数字信号处理单元22获取演奏者口腔内的声音，并且解析出音高，音量和共振峰等相关信号。然后数字信号处理单元22根据这些信号控制内部的合成器生成具有音乐性的声音，并且通过发音单元4发出而实现声音的播放。

因此，使用本电卡祖笛时，演奏者不需要通过气息共振来驱动传统卡祖笛里面的笛膜来发声，所以可以更加自由的发声。相对于传统卡祖笛的发声完全取决于笛膜和腔体的物理参数，因此如果需要发出不同的声音，比如不同的八度音程，演奏者实际上是需要使用多个不同的卡祖笛的。但是本申请的电卡祖笛的发声是靠内部的电路板2来实现声音的生成，因此可以在不改变物理构件的情况下发出不同的声音。而且传统卡祖笛的音色完全由笛膜和腔体决定。同一个卡祖笛不同人演奏出来声音基本相同。但是本发明的设计是通过收音单元3获取演奏者本身的发音中的共振峰信息，再通过数字信号处理单元22进行处理后通过发音单元4进行播放，因此即便同一个电卡祖笛被不同的人演奏都会有不同的音色输出。让这个乐器的可玩性大大提高。

所述设定信息还包括高音信息和/或音量信息。当然，设定信息还可以采用其它具有音频属性的信息，具体为现有的技术，在此不在赘述。

本发明介绍高音信息和共振峰信息这两种实施例。

具体地，参考附图5，以高音信息为设定信息时，声音合成处理包括如下步骤：

1)预处理：将原始人声信号进行预处理，包括降噪、均衡化和标准化等。这可以减少噪声的干扰，并使信号更易处理。

2)短时傅里叶变换(Short-Time Fourier Transform,STFT)：将预处理后的人声信号分成小的时间窗口，通常使用窗长约为20-50毫秒的窗口，并进行傅里叶变换。这样可以将时域信号转换为频域信号，得到每个时间窗口的频谱表示。

3)频谱分析：在频域中，人声信号的音高信息主要体现在频谱的谱峰上，因为每个谱峰对应于声音的基频或谐波。可以使用各种算法来检测和提取频谱中的主要谱峰。

4)频率跟踪：基于谱峰信息，可以通过跟踪频率轨迹来提取音高信息。一种常用的方法是使用自动相关函数(Autocorrelation Function)或互相关函数(Cross-correlation Function)来估计频率的周期性。这样可以获得音高的基频或周期。

5)后处理：得到音高信息后，可以进行一些后处理操作，如平滑、插值或音高修正等，以提高分离效果和准确性。

参考附图6，以共振峰为设定信息时，声音合成处理包括如下步骤：

1)预处理：将原始人声信号进行预处理，包括降噪、均衡化和标准化等。这样可以减少噪声的影响并使信号更易处理。

2)短时傅里叶变换(Short-Time Fourier Transform,STFT)：将预处理后的人声信号分成小的时间窗口，通常使用窗长约为20-50毫秒的窗口，并进行傅里叶变换。这样可以将时域信号转换为频域信号，得到每个时间窗口的频谱表示。

3)声道估计：通过估计人声信号的声道特性，可以推测出共振峰的位置。一种常用的方法是线性预测编码(Linear Predictive Coding,LPC)，它基于线性预测模型来估计声道参数。LPC可以用来分解信号，并计算出滤波器的系数，从而获得声道频率响应。

4)共振峰提取：在频域中，共振峰通常体现为频谱的明显峰值，对应于声道的共振频率。可以使用峰值检测算法，如峰值提取或谱峰搜索方法，来检测并提取频谱中的共振峰。

5)后处理：得到共振峰信息后，可以进行一些后处理操作，如平滑、插值或共振峰修正等，以提高分离效果和准确性。

在其中一个实施例中，所述声音合成处理采用减法合成器、FM合成器或波表合成器对处理后的声音信号进行合成处理，同样地，声音合成处理的合成算法可以采用现有的各种算法，具体可根据需要进行选择，优选采用减法合成器，以对声音进行处理。

参考附图1-附图2，在其中一个实施例中，所述笛身1包括本体13和盖体14，所述本体13上设置有安装槽，所述笛口12连通所述安装槽，所述盖板13可拆卸覆盖在所述安装槽上，且所述盖板13与所述安装槽围合形成所述空腔11，如此设置，便于发音模块的安装和维护，笛身1一方面作为演奏者进行吹奏的对象，另一方面还用于承载发音模块，并对发音模块进行物理防护。

在其中一个实施例中，所述盖板13上设置有透音通孔141，所述发音单元4贴合设置在所述盖板13的位于空腔11的一侧，以使发音单元4发出的音乐可以有效从空腔11内传递至空腔外。

在其中一个实施例中，所述电路板2通过支撑杆设置在所述空腔11中间，并将所述空腔11分割为上空腔和下空腔；

所述发音单元4设置在所述上空腔内，上空腔的其中一个侧板为所述盖体14；

所述电源5为蓄电池，所述蓄电池设置在所述下空腔内，以此可以对空腔11内的进行合理的布局排布，电源5通过导线连接到电路板2上。

在其中一个实施例中，所述收音单元3设置在所述电路板2上，提高集成度，可选地，收音单元3可以通过导线连接到电路板2上。

在其中一个实施例中，所述发音单元4包括振动膜、音圈和永磁铁，当音频模拟信号通过音圈时，音圈会在磁场中产生电流，这个电流会与永磁铁的磁场相互作用，从而产生一个力，使得音圈开始振动。振动的音圈会带动振动膜，从而产生声波，本实施例中，发音单元4采用动圈使驱动发音单元。在其他实施例中，发音单元4也可以采用压电式发音单元，具体可以根据实际需要进行选择。

以上所述，仅是本实施例，并非对本发明做任何限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动、修饰或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种电卡祖笛，其特征是，包括笛身(1)和发音模块；

所述笛身(1)内部中空设置有空腔(11)，所述笛身(1)上设置有连接空腔(11)的笛口(12)，所述发音模块设置在所述空腔(11)内；

所述发音模块包括电路板(2)以及与电路板(2)电连接的收音单元(3)、发音单元(4)和电源(5)；

所述电路板(2)包括模数转换单元Ⅰ(21)、数字信号处理单元(22)、模数转换单元Ⅱ(23)和功率放大单元(24)；

所述收音单元(3)拾取笛口(12)处演奏者所发出的人声并转化为电信号，并将该电信号耦合给模数转换单元Ⅰ(21)，模数转换单元Ⅰ(21)将电信号的模拟量转换成数字量，并将数字量耦合给数字信号处理单元(22)，数字信号处理单元(22)对数字量的数字信号通过合成处理模型进行处理，处理后将处理后的数字信号耦合到模数转换单元Ⅱ(23)，模数转换单元Ⅱ(23)将处理后的数字信号转换为模拟信号并耦合至功率放大单元(24)，功率放大单元(24)将该模拟信号放大，驱动所述发音单元(4)进行发音；

所述合成处理模型用于将人声中的设定信息进行解析，解析的设定信息作为合成处理模型的控制变量对人声进行声音合成处理，获得处理后的声音信号驱动所述发音单元(4)进行发音；

所述设定信息包括人声中的共振峰信息。

2.如权利要求1所述的电卡祖笛，其特征是，所述设定信息还包括高音信息和/或音量信息。

3.如权利要求2所述的电卡祖笛，其特征是，所述声音合成处理采用减法合成器、FM合成器或波表合成器对处理后的声音信号进行合成处理。

4.如权利要求1-3任一项所述的电卡祖笛，其特征是，所述笛身(1)包括本体(13)和盖体(14)，所述本体(13)上设置有安装槽，所述笛口(12)连通所述安装槽，所述盖板(13)可拆卸覆盖在所述安装槽上，且所述盖板(13)与所述安装槽围合形成所述空腔(11)。

5.如权利要求4所述的电卡祖笛，其特征是，所述盖板(13)上设置有透音通孔(141)，所述发音单元(4)贴合设置在所述盖板(13)的位于空腔(11)的一侧。

6.如权利要求5所述的电卡祖笛，其特征是，所述电路板(2)通过支撑杆设置在所述空腔(11)中间，并将所述空腔(11)分割为上空腔和下空腔；

所述发音单元(4)设置在所述上空腔内；

所述电源(5)为蓄电池，所述蓄电池设置在所述下空腔内。

7.如权利要求1-3任一项所述的电卡祖笛，其特征是，所述收音单元(3)设置在所述电路板(2)上。

8.如权利要求1-3任一项所述的电卡祖笛，其特征是，所述发音单元(4)包括振动膜、音圈和永磁铁。