TWM625674U - 敲擊型樂器之自動伴奏系統 - Google Patents

Abstract

一種敲擊型樂器之自動伴奏系統包含一聲波接收元件、一音訊處理模組及一自動敲擊裝置。聲波接收元件係用以接收一樂器演奏聲波，並將樂器演奏聲波轉換為一樂器演奏音訊。音訊處理模組係用以從樂器演奏音訊分析出一節拍資訊。自動敲擊裝置包含一控制模組及一敲擊模組。控制模組是通訊連結於音訊處理模組，用以依據節拍資訊產生一敲擊控制信號。敲擊模組包含一敲擊組件及一驅動組件。敲擊組件設置於一經過敲擊型樂器之敲擊路徑。驅動組件是電性連結於控制模組，用以接收敲擊控制信號，據以驅動敲擊組件沿敲擊路徑交替性地敲擊與遠離敲擊型樂器。

Description

敲擊型樂器之自動伴奏系統

本創作係關於一種自動伴奏系統，尤其是指一種敲擊型樂器之自動伴奏系統。

一般來說，在大家所熟悉的樂團表演中，通常都是由不同樂器領域的人演奏著各種不同的樂器，例如：爵士鼓、吉他或BASS等等，然而這種樂團表演在練習及排演的時候就容易出現一些問題，比方需事先排定時間或撇除一些外在因素才能聚在一起練習，當有人無法排除萬難時，便無法進行練習或排演。

承上所述，在初學音樂的時候，音樂老師大都會先用手拍的方式來拍出音樂的節拍，以作為認識音樂的第一步，而拍子在一段音樂的呈現上扮演非常重要的角色。在音樂合奏的時候，如果音樂的速度忽快忽慢，很容易會嚴重的影響歌曲的表演，所以在學習音樂的時候，通常老師都會先要求大家節拍要準確，並且同時都會結合節拍器來輔助練習。

由以上敘述可知，音樂的節拍對於音樂的演奏極為重要，在團體練習或排演時尚可藉由其他人演奏音樂的節拍來校正自己演奏的節奏，但當只有個人練習時，除非本身的節奏感很強，不然還是很容易讓演奏的節拍跑掉，進而無法有效的進行練習。

有鑒於在先前技術中，現有的樂器演奏練習大都是多人同時進行，因此對於節奏的掌握也比較容易，但缺點就是需要多個人同時演奏，當自己一個人進行練習時，由於演奏的節拍完全來自於自己的演奏表現，因此很有可能讓演奏的節拍跑掉而不自知；緣此，本創作的主要目的在於提供一種敲擊型樂器之自動伴奏系統，可以依據使用者演奏樂器時所產生的節拍來對敲擊型樂器進行敲擊，藉以達到伴奏的功效。

本創作為解決先前技術之問題，所採用的必要技術手段是提供一種敲擊型樂器之自動伴奏系統，係依據一樂器演奏聲波敲擊一敲擊型樂器以進行伴奏，包含一聲波接收元件、一音訊處理模組以及一自動敲擊裝置。

聲波接收元件係用以接收樂器演奏聲波，並將樂器演奏聲波轉換為一樂器演奏音訊。音訊處理模組係電性連結於聲波接收元件，用以從樂器演奏音訊分析出一節拍資訊。

自動敲擊裝置包含一控制模組以及一敲擊模組。控制模組係通訊連結於音訊處理模組，用以接收節拍資訊，並依據節拍資訊產生一敲擊控制信號。

敲擊模組包含一敲擊組件以及一驅動組件。敲擊組件係設置於一經過敲擊型樂器之敲擊路徑。驅動組件係電性連結於控制模組，用以接收敲擊控制信號，據以驅動敲擊組件沿敲擊路徑交替性地敲擊與遠離敲擊型樂器。

在上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段中，音訊處理模組係以一小波函數（Wavelet Functions）對樂器演奏音訊進行小波轉換（wavelet transform），藉以計算出節拍資訊。較佳者，小波函數為一多貝西小波（Daubechies Wavelet）。

在上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段中，控制模組更包含一傳輸元件以及一管理元件。傳輸元件係通訊連結於音訊處理模組，用以接收節拍資訊，並將節拍資訊發送出。管理元件係通訊連結於傳輸元件，用以接收節拍資訊，並依據節拍資訊產生敲擊控制信號。

在上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段中，敲擊模組更包含一用以固定敲擊組件與驅動組件之支架，且支架係固定於敲擊型樂器之一敲擊側。

較佳者，驅動組件更包含一馬達、一推動元件以及一感測元件。馬達係固定於支架，並電性連結於控制模組。推動元件係連結於馬達，並受馬達所帶動而沿一循環路徑移動，且循環路徑包含一空轉行程與一推動行程。感測元件係設置於循環路徑上，電性連結於控制模組，用以感測推動元件，並在感測到推動元件時發送一觸發訊號至控制模組，以使控制模組依據觸發訊號計算出一單圈轉動時間，進而使控制模組依據節拍資訊與單圈轉動時間以一敲擊頻率產生敲擊控制信號。

此外，敲擊組件更包含一連動桿、一敲擊棒以及一彈性元件。連動桿係具有相對設置之一樞接端與一自由端，樞接端係樞接於支架，自由端係位於循環路徑，且當推動元件移動至推動行程時，係推抵自由端，使自由端係自一第一位置沿一擺動路徑移動至一第二位置，並在第二位置脫離推動元件。

敲擊棒係設置於樞接端與自由端之間，用以在自由端位於第一位置時，接觸敲擊型樂器，並在自由端自第一位置移動至第二位置的過程中逐漸遠離敲擊型樂器。

彈性元件係連結於支架與連動桿，用以在自由端沿擺動路徑移動的過程中產生變形以產生一彈性恢復力，並在自由端移動至第二位置而脫離推動元件時，利用彈性恢復力使連動桿沿擺動路徑反向擺動以驅使敲擊棒擊打敲擊型樂器。

在上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段中，感測元件更包含一光發射板、一光接收板以及一遮光板。光發射板係固定於支架。光接收板係固定於支架，並與光發射板間隔設置。遮光板係固定於推動元件，並用以在推動元件沿循環路徑移動時，對應地穿過光發射板與光接收板之間，藉以使光接收板產生觸發訊號。

如上所述，本創作主要是利用聲波接收元件接收樂器演奏聲波，然後利用音訊處理模組分析出節拍資訊，之後再依據節拍資訊控制敲擊模組擊打敲擊型樂器，因此可以有效的伴隨著樂器演奏聲波自動擊打敲擊型樂器來產生對應於節拍資訊的敲擊聲，藉此，使用者即使只有一人在演奏樂器，也能透過本創作之敲擊型樂器之自動伴奏系統來為使用者自動伴奏，有效的讓使用者可以單獨一人進行精準的樂器演奏練習。

本創作所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及圖式作進一步之說明。

請參閱第一圖至第五圖，第一圖係顯示本創作較佳實施例所提供之敲擊型樂器之自動伴奏系統之示意圖；第二圖係顯示本創作較佳實施例所提供之敲擊型樂器之自動伴奏系統之系統方塊圖；第三圖係顯示本創作較佳實施例所提供之敲擊型樂器之自動伴奏系統之自動敲擊裝置之立體示意圖；第四A圖係顯示本創作較佳實施例所提供之敲擊型樂器之自動伴奏系統之自動敲擊裝置之平面示意圖；第四B圖為第四A圖之圈A放大示意圖；第五圖係顯示本創作較佳實施例所提供之敲擊型樂器之自動伴奏系統之自動敲擊裝置另一視角之平面示意圖。

如第一圖至第五圖所示，一種敲擊型樂器之自動伴奏系統100包含一聲波接收元件1、一音訊處理模組2以及一自動敲擊裝置3。其中，本創作之敲擊型樂器之自動伴奏系統100是依據一樂器MI所產生之一樂器演奏聲波MS敲擊一敲擊型樂器PC以進行伴奏，且在本實施例中，樂器MI為一吉他，而敲擊型樂器PC為爵士鼓之大鼓，但在其他實施例中則不限於此。

聲波接收元件1是用以接收樂器演奏聲波MS，並將樂器演奏聲波MS轉換為一樂器演奏音訊S1。在本實施例中，聲波接收元件1為一麥克風。

音訊處理模組2是電性連結於聲波接收元件1，用以從樂器演奏音訊S1分析出一節拍資訊BI。在本實施例中，音訊處理模組2為一電腦主機，且音訊處理模組2是以一小波函數（Wavelet Functions）對樂器演奏音訊進行小波轉換（wavelet transform），藉以計算出節拍資訊BI。其中，本實施例所使用之小波函數為一多貝西小波（Daubechies Wavelet）。

在實務運用上，由於音樂的主要架構由旋律、和聲與節奏所組成，而節奏就是歌曲的速度，也稱為節拍，一般定義為每分鐘有多少拍，即BPM（Best Per Minute）；其中，大部分歌曲依據音樂速度可分為廣板（40-60BPM）、小慢板（60-66BPM）、柔板（66-76BPM）、行板（76-108BPM）、中板（108-120BPM）、快板（120-168BPM）、急板（168-200BPM）與最急板（200BPM以上）。

自動敲擊裝置3包含一控制模組31以及一敲擊模組32。控制模組31更包含一傳輸元件311以及一管理元件312。傳輸元件311是通訊連結於音訊處理模組2，用以接收節拍資訊BI，並將節拍資訊BI發送出。管理元件312是通訊連結於傳輸元件311，用以接收節拍資訊BI，並依據節拍資訊BI產生一敲擊控制信號S2。

敲擊模組32包含一支架321、一敲擊組件322以及一驅動組件323。支架321是固定地設置於敲擊型樂器PC之一敲擊側（圖未標示），且支架321包含一基座3211、一支柱3212、一彈性元件設置架3213、一馬達固定座3214以及一感測器設置架3215。

基座3211是設置於敲擊型樂器PC之側邊，而支柱3212是固定於基座3211，並由基座3211向上延伸。彈性元件設置架3213是固定於支柱3212鄰近於敲擊型樂器PC之一側。馬達固定座3214是固定於支柱3212之頂端。感測器設置架3215是固定於馬達固定座3214。其中，本實施例之基座3211、支柱3212、彈性元件設置架3213、馬達固定座3214以及感測器設置架3215彼此之件可以是透過螺絲進行鎖固，但不限於此，亦可是透過焊接等方式進行固接。

敲擊組件322包含一連動桿3221、一敲擊棒3222以及一彈性元件3223。連動桿3221具有相對設置之一樞接端32211與一自由端32212，樞接端32211是樞接於支柱3212鄰近於基座3211之一端。

敲擊棒3222是固接於連動桿3221，並位於樞接端32211與自由端32212之間，且敲擊棒3222是設置於一經過敲擊型樂器PC之敲擊路徑（圖未標示）。其中，敲擊棒3222鄰近於敲擊型樂器PC之一端在本實施例中為一包覆有軟性或彈性材質之鼓槌頭。彈性元件3223是連結於支架321與連動桿3221，用以在自由端32212遠離敲擊型樂器PC時產生變形以產生一彈性恢復力。

驅動組件323包含一馬達驅動件3231、一馬達3232、一推動元件3233以及一感測元件3234。馬達驅動件3231是電性連結於控制模組31之管理元件312，用以接收敲擊控制信號S2。馬達3232是嵌設地固定於馬達固定座3214，並電性連結於馬達驅動件3231，以藉由馬達驅動件3231電性連結於控制模組31，且馬達3232還設有一轉盤32321；其中，轉盤32321是連結於馬達3232之轉軸，且馬達驅動件3231是依據敲擊控制信號S2驅動馬達3232帶動轉盤32321轉動。

推動元件3233是連結於馬達3232之轉盤32321，藉以受馬達3232所帶動而沿一循環路徑（圖未標示，相當於第五圖之推動行程PP與第六圖之空轉行程IP的結合）移動，而循環路徑包含一空轉行程IP（標示於第六圖）與一推動行程PP（標示於第五圖）。推動元件3233在本實施例中為一柱體結構。

感測元件3234是設置於循環路徑上，並電性連結於控制模組31之管理元件312，用以感測推動元件3233，並在感測到推動元件3233時發送一觸發訊號S3至管理元件312，以使管理元件312依據觸發訊號S3計算出一單圈轉動時間，進而依據節拍資訊BI與單圈轉動時間以一敲擊頻率產生敲擊控制信號S2。

在本實施例中，感測元件3234包含一光發射板32341、一光接收板32342以及一遮光板32343，光發射板32341與光接收板32342是彼此相間隔設置地固設於感測器設置架3215，而遮光板32343是固定於推動元件3233，且當推動元件3233受轉盤32321之帶動而沿循環路徑移動時，遮光板32343是對應地穿過光發射板32341與光接收板32342之間，而當遮光板32343穿過光發射板32341與光接收板32342之間時，遮光板32343會遮擋住光發射板32341所發出的光線，進而使光接收板32342因為停止接收到光線而產生觸發訊號S3至管理元件312。

此外，管理元件312也可以透過接收到多個觸發訊號S3的時間來計算出敲擊棒3222之實際敲擊頻率是否符合節拍資訊BI之節拍，進而校正馬達3232之轉速，使敲擊棒3222擊打敲擊型樂器PC時的節拍更為精準。

需特別說明的是，在實務運用上，傳輸元件311例如為一樹莓派（Raspberry Pi）之微型單板電腦，而管理元件312例如為一Arduino UNO之微控制器開發板，藉以使音訊處理模組2（電腦主機）可以透過傳輸元件311與管理元件312作為通訊連結感測元件3234與馬達驅動件3231之溝通橋梁。此外，在本實施例中，音訊處理模組2、傳輸元件311與管理元件312之間是以一種機器人作業系統（Robot Operating System）作為基礎進行通訊。

請繼續參閱第六圖，第六圖係第五圖之連動桿受推動元件推動而遠離樂器移動之平面示意圖。如第一圖至第六圖所示，本實施例之敲擊型樂器之自動伴奏系統100在實際運用時，是先利用聲波接收元件1接收使用者演奏樂器MI所產生之樂器演奏聲波MS，然後依據樂器演奏聲波MS發送樂器演奏音訊S1至音訊處理模組2，而音訊處理模組2會從樂器演奏音訊S1中分析出節拍資訊BI，之後控制模組31再依據節拍資訊BI控制驅動組件323帶動敲擊組件322擊打敲擊型樂器PC。

承上所述，更詳細的說，馬達驅動件3231會依據敲擊控制信號S2驅使馬達3232透過轉盤32321帶動推動元件3233沿循環路徑轉動，其中由於自由端32212是位於循環路徑上，因此當推動元件3233移動至推動行程PP時，會先推抵自由端32212，並在推動元件3233沿推動行程PP移動並切換空轉行程IP時，自由端32212會受推抵而自第一位置（如第五圖所示之連動桿3221的位置）沿擺動路徑（圖未標示）移動至第二位置（如第六圖所示之連動桿3221a的位置），此時敲擊棒3222會受到推動元件3233所帶動而在自由端32212自第一位置移動至第二位置的過程中逐漸遠離敲擊型樂器PC，然後當推動元件3233進入空轉行程IP時，自由端32212便會在第二位置處脫離推動元件3233，進而利用彈性元件3223受推動元件3233之帶動所產生的彈性恢復力，使連動桿3221沿擺動路徑反向擺動以驅使敲擊棒3222擊打敲擊型樂器PC。

此外，管理元件312可以藉由感測元件3234所感測到的推動元件3233每圈轉動時間來判斷出敲擊棒3222擊打敲擊型樂器PC的敲擊頻率是否符合節拍資訊BI，例如當音訊處理模組2分析出之節拍資訊BI為100BPM（beats per minute）時，管理元件312會透過感測元件3234所感測到的推動元件3233每圈轉動時間是否為0.6秒來判斷馬達3232之轉速是否提高或降低。

綜上所述，由於本創作是利用聲波接收元件接收樂器演奏聲波，然後利用音訊處理模組分析出節拍資訊，之後再依據節拍資訊控制敲擊模組擊打敲擊型樂器，因此可以有效的伴隨著樂器演奏聲波自動擊打敲擊型樂器來產生對應於節拍資訊的敲擊聲，藉此，使用者即使只有一人在演奏樂器，也能透過本創作之敲擊型樂器之自動伴奏系統來為使用者自動伴奏，有效的讓使用者可以單獨一人進行精準的樂器演奏練習。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本創作之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本創作之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本創作所欲申請之專利範圍的範疇內。

100:敲擊型樂器之自動伴奏系統 1:聲波接收元件 2:音訊處理模組 3:自動敲擊裝置 31:控制模組 311:傳輸元件 312:管理元件 32:敲擊模組 321:支架 3211:基座 3212:支柱 3213:彈性元件設置架 3214:馬達固定座 3215:感測器設置架 322:敲擊組件 3221,3221a:連動桿 32211:樞接端 32212:自由端 3222:敲擊棒 3223:彈性元件 323:驅動組件 3231:馬達驅動件 3232:馬達 32321:轉盤 3233:推動元件 3234:感測元件 32341:光發射板 32342:光接收板 32343:遮光板 MI:樂器 MS:樂器演奏聲波 PC:敲擊型樂器 S1:樂器演奏音訊 S2:敲擊控制信號 S3:觸發訊號 BI:節拍資訊 IP:空轉行程 PP:推動行程

第一圖係顯示本創作較佳實施例所提供之敲擊型樂器之自動伴奏系統之示意圖； 第二圖係顯示本創作較佳實施例所提供之敲擊型樂器之自動伴奏系統之系統方塊圖； 第三圖係顯示本創作較佳實施例所提供之敲擊型樂器之自動伴奏系統之自動敲擊裝置之立體示意圖； 第四A圖係顯示本創作較佳實施例所提供之敲擊型樂器之自動伴奏系統之自動敲擊裝置之平面示意圖； 第四B圖為第四A圖之圈A放大示意圖； 第五圖係顯示本創作較佳實施例所提供之敲擊型樂器之自動伴奏系統之自動敲擊裝置另一視角之平面示意圖；以及 第六圖係第五圖之連動桿受推動元件推動而遠離樂器移動之平面示意圖。

100:敲擊型樂器之自動伴奏系統

1:聲波接收元件

2:音訊處理模組

3:自動敲擊裝置

31:控制模組

32:敲擊模組

MI:樂器

MS:樂器演奏聲波

PC:敲擊型樂器

S1:樂器演奏音訊

BI:節拍資訊

Claims (8)

1. 一種敲擊型樂器之自動伴奏系統，係依據一樂器演奏聲波敲擊一敲擊型樂器以進行伴奏，包含： 一聲波接收元件，係用以接收該樂器演奏聲波，並將該樂器演奏聲波轉換為一樂器演奏音訊； 一音訊處理模組，係電性連結於該聲波接收元件，用以從該樂器演奏音訊分析出一節拍資訊；以及 一自動敲擊裝置，包含； 一控制模組，係通訊連結於該音訊處理模組，用以接收該節拍資訊，並依據該節拍資訊產生一敲擊控制信號；以及 一敲擊模組，包含： 一敲擊組件，係設置於一經過該敲擊型樂器之敲擊路徑；以及 一驅動組件，係電性連結於該控制模組，用以接收該敲擊控制信號，據以驅動該敲擊組件沿該敲擊路徑交替性地敲擊與遠離該敲擊型樂器。
2. 如請求項1所述之敲擊型樂器之自動伴奏系統，其中，該音訊處理模組係以一小波函數（Wavelet Functions）對該樂器演奏音訊進行小波轉換（wavelet transform），藉以計算出該節拍資訊。
3. 如請求項2所述之敲擊型樂器之自動伴奏系統，其中，該小波函數為一多貝西小波（Daubechies Wavelet）。
4. 如請求項1所述之敲擊型樂器之自動伴奏系統，其中，該控制模組更包含： 一傳輸元件，係通訊連結於該音訊處理模組，用以接收該節拍資訊，並將該節拍資訊發送出；以及 一控制器，係通訊連結於該傳輸元件，用以接收該節拍資訊，並依據該節拍資訊產生該敲擊控制信號。
5. 如請求項1所述之敲擊型樂器之自動伴奏系統，其中，該敲擊模組更包含一用以固定該敲擊組件與該驅動組件之支架，且該支架係固定於該敲擊型樂器之一敲擊側。
6. 如請求項5所述之敲擊型樂器之自動伴奏系統，其中，該驅動組件更包含： 一馬達，係固定於該支架，並電性連結於該控制模組； 一推動元件，係連結於該馬達，並受該馬達所帶動而沿一循環路徑移動，且該循環路徑包含一空轉行程與一推動行程；以及 一感測元件，係設置於該循環路徑上，電性連結於該控制模組，用以感測該推動元件，並在感測到該推動元件時發送一觸發訊號至該控制模組，以使該控制模組依據該觸發訊號計算出一單圈轉動時間，進而使該控制模組依據該節拍資訊與該單圈轉動時間以一敲擊頻率產生該敲擊控制信號。
7. 如請求項6所述之敲擊型樂器之自動伴奏系統，其中，該敲擊組件更包含： 一連動桿，係具有相對設置之一樞接端與一自由端，該樞接端係樞接於該支架，該自由端係位於該循環路徑，且當該推動元件移動至該推動行程時，係推抵該自由端，使該自由端係自一第一位置沿一擺動路徑移動至一第二位置，並在該第二位置脫離該推動元件； 一敲擊棒，係設置於該樞接端與該自由端之間，用以在該自由端位於該第一位置時，接觸該敲擊型樂器，並在該自由端自該第一位置移動至該第二位置的過程中逐漸遠離該敲擊型樂器；以及 一彈性元件，係連結於該支架與該連動桿，用以在該自由端沿該擺動路徑移動的過程中產生變形以產生一彈性恢復力，並在該自由端移動至該第二位置而脫離該推動元件時，利用該彈性恢復力使該連動桿沿該擺動路徑反向擺動以驅使該敲擊棒敲擊該敲擊型樂器。
8. 如請求項6所述之敲擊型樂器之自動伴奏系統，其中，該感測元件更包含： 一光發射板，係固定於該支架； 一光接收板，係固定於該支架，並與該光發射板間隔設置；以及 一遮光板，係固定於該推動元件，並用以在該推動元件沿該循環路徑移動時，對應地穿過該光發射板與該光接收板之間，藉以使該光接收板產生該觸發訊號。

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