本发明涉及一种协助用户为鼓调音的方法。本发明进一步涉及一种提供用于执行所述方法的步骤的装置。
背景技术：
鼓具有不同的形状和大小，并且主要用于创作音乐。因此，鼓组通常包括多个鼓，包括小鼓、低音大鼓以及数个所谓的中鼓。因此，鼓组可以被视为成套鼓。在本描述中诸如康加鼓、邦哥鼓及珍贝鼓的打击乐器同样地被视为鼓。班卓琴的音盒也可被视为鼓。鼓是一种具有共振板或膜的乐器。鼓通常被形成为空腔物体，其中空腔的至少一侧具有大体上圆柱形的开口，通过拉紧鼓皮覆盖住开口的边缘来关闭此开口。以此获得一种打击乐器，其中空腔的形状和大小确定声音的重要方面。通常利用介质(诸如身体部位、刷、棒、木槌、桥或梳)打鼓，以便传递膜借此振动或共振的力。声音的另一重要方面是由在开口上拉紧的鼓皮且特别是鼓皮的张力来确定的。在具有两个或更多个鼓皮的鼓中，不同鼓皮各自的张力有助于调音，其中基音及其泛音的位置是由所有鼓皮的张力一起确定的。鼓皮的张力一方面被理解为意指在开口的边缘上以此拉紧鼓皮的平均力，且另一方面意指在鼓皮的表面上力分配的均匀性。鼓的调音在此被界定为优化鼓皮的张力。
us2013/0139672描述了用于为鼓调音的一种设备和方法。此文件描述了用户必须如何重复地敲击鼓的边缘，且其中随后给出关于在此位置张力是否必须被加强或减弱的指示。此是通过测量第一敲击处的第一泛音并在每次进一步敲击时比较其中所测量的泛音与先前测量的第一泛音而发生的。在此比较的基础上，给出张力是否必须被加强或减弱的指示。
此方法的缺点在于：假设第一泛音在每次敲击时能够被正确地检测。然而发现，事实上并非如此，由此用户有时在鼓的调音上有相当大的困难。
本发明的目的是提供一种方法及装置，其中该方法及装置的正确操作较少依赖于正确的第一泛音的精确检测。
技术实现要素：
本发明出于此目的提供一种协助用户为鼓调音的方法，其中所述方法包括以下连续步骤：
考虑用户在鼓上的敲击；
利用振动传感器记录敲击的第一声音片段；
将第一声音片段从时域转换成频域；
分析频域中的第一声音片段，以便检测鼓的基音，此基音具有基音频率；
利用与基音频率相关的预定算法计算鼓的预定泛音的泛音频率范围；
设置具有包括所计算的泛音频率范围的通过频率范围的滤波器，使得在每次进一步敲击鼓时，鼓的预定泛音的频率在通过频率范围内是可检测的；
当频带中检测到的第一泛音的频率高于或低于目标泛音频率时，通过用户界面在每次进一步敲击处指示。
一方面，本发明的方法的特征在于检测基音，另一方面，本发明的方法的特征在于基于基音频率计算预定泛音频率，例如第一泛音的预定泛音频率。在此可以按需要确定预定泛音的阶数。例如，这可以是二阶基音的泛音。然而，可通过举例确定预定泛音，以使得这是基音的第一泛音，其泛音频率范围包括第一泛音，使得第一泛音的频率在基于基音所计算的泛音频率范围内是可检测的。
在以下的正文中，通常由举例方式将第一泛音称为预定泛音。然而，本发明并不限于一阶的预定泛音，而且还包括另一预定泛音。另一预定泛音可被理解为意指二阶或更高阶的泛音。
根据本发明，频带(在此正文中也被称为频率范围)可具有不确定的宽度，且包括至少一个频率。具有更多频率的频带的功率谱可包括与频带中的频率相关联的不同的振幅峰值。
通过频带或通过频率范围是由滤波器界定的范围，其中在确定其基音或泛音的过程中可以考虑属于此范围内的所有的频率。通过频带或通过频率范围的至少一个频率限定此通过频带或此通过频率范围。在正文中，有时提及如下情形，其中，滤波器处于或置于频率范围周围，此被理解为意指滤波器的通过频带至少全部地包括此频率范围。根据此正文，滤波器界定的通过频率范围或通过频带的每一部分也可被视为通过频率范围或通过频带。为方便起见，通过频带在此正文中在某些情况下与术语频带或频率范围一起被提及，特别是在与滤波器或利用分析声音片段来确定基音、泛音，其各自的频率或振幅峰值有关的情景中陈述此时。
在滤波器的设置中，在此正文中，通过举例且出于方便起见，提及其基于基音频率的设置。随后基于预定算法发生此类情况。然而，本发明的上下文中也包含根据基于预定算法的基音频率范围的滤波器的设置。通过频率范围的确定对于本发明的方法的正确操作是重要的，且此范围不一定是基于所确定的基音频率设置的，且根据本发明的方法基于确定的基音频率范围设置滤波器同样是可能的，所述基音频率范围包含基音频率。虽然本发明中也包含基于(例如)频率范围(诸如，基音频率范围)的界定频率确定滤波器的通过频率范围，但滤波器的通过频率范围优选地是基于一个基音频率确定的。
基音包括由至少一个频率组成并至少包括基音频率的频率范围。当基音包括仅由一个频率组成的频率范围时，此频率因此为基音频率。举例而言，基音通常包括多个振幅峰值，所述振幅峰值中的至少一个可被视为与基音频率相关联。在基音的频率范围内与具有最大峰值的振幅峰值关联的频率可被进一步视为基音频率。在功率谱内，基音包括(例如)在基音频率的一定邻近处延伸的频率范围。根据本发明也可以其他方式确定基音频率，如将进一步说明的。
当鼓皮以最低振动模式或以通常为圆对称的振动方式振动时产生鼓皮的基音，且其中节点线与遍布鼓的边缘拉紧的鼓皮的周边重合。举例而言，基音是频谱范围或与峰值有关的频率范围，在典型的中心敲击鼓的声音片段的频谱、幅度谱或功率谱内此峰值包括最大能量，由此所有的鼓皮可自由地共振。
基音频率范围或基音频带至少包括基音频率，因此可在此基音频率范围或此基音频带中检测所述基音频率。因此，基音至少部分地位于基音频率范围内。
基音频率是基音的频率。在此正文中，一方面，基音频率被视为：与位于基音频率范围或基音的振幅峰值相关联的频率。举例而言，在一方面，如上所述的，基音频率可为与基音内的最大振幅峰值相关联的频率。另一方面，基音频率可得自于与基音内的最大振幅峰值相关联的频率，例如，其近似值或四舍五入值。在此正文中基音频率同样可被视为：通过共同地考虑并处理多个频率以便达到基音频率所获得的频率。本文的例子采取基音的多个频率的中位数或可选地加权的平均值，或谱质心，以便确定基音的基音频率。从中优选地获取谱质心的频率范围在此也包括与基音内的最大振幅峰值相关的频率。通常对于技术人员而言此音调确定技术是已知的。除其他目的，使用此技术来基于其频率振幅的加权平均值确定声音片段的特定频率范围的音高。计算已考虑的频带的谱质心是一种计算已考虑的频带的质量中心以确定哪个频率对于感知已考虑的频带的音高是最重要的方式。当基音频带被考虑，或其至少一部分被考虑时，此质量的中心可被视为基音频率。然而，根据本发明被视为基音频率的频率也可从中获得，例如其近似值或四舍五入值，其中基音频率是(例如)基音内频率范围的谱质心的近似值或四舍五入值，这也包括与基音内最大振幅峰值相关的频率。根据本发明，从两个范围中提取两个或更多个谱质心是用于确定基音频率的合适的技术，所述两个范围(例如)高于和低于具有基音内的最大振幅峰值的频率的确定范围，使得基于这些谱质心，通过进一步的处理最终确定基音频率。随后，所得的频率被视为基音频率。以相似方式，可通过相似技术确定泛音的频率，例如第一泛音频率。出于此目的也可适用其他方法。
泛音与基音有关，而不管泛音阶数如何。泛音包括由至少一个频率组成并至少包含泛音频率的频率范围。当泛音包括仅由一个频率组成的频率范围时，因此所述频率是泛音频率。
泛音频率范围或泛音频带至少包括泛音频率，因此可在此泛音频率范围或此泛音频带中检测所述泛音频率。因此，泛音至少部分地位于基音频率范围。
第一泛音包括由至少一个频率组成并至少包含第一泛音频率的频率范围。当第一泛音包括仅由一个频率组成的频率范围时，因此所述频率是第一泛音频率。
随后，第一泛音的泛音频率范围或第一泛音的泛音频带(也被称为第一泛音频率范围或第一泛音频带)至少包括第一泛音频率，因此在此第一泛音频率范围或在此第一泛音频带中检测所述第一泛音频率。因此，第一泛音至少部分地位于第一泛音频率范围内。
第一泛音频率是第一泛音的频率。在此正文中，第一泛音频率被视为：与位于第一泛音频率范围或第一泛音的振幅峰值相关联的频率。举例而言，在一方面，第一泛音频率可为与第一泛音内的最大振幅峰值相关联的频率。另一方面，第一泛音频率可得自于与第一泛音内的最大振幅峰值相关联的频率，例如其近似值或四舍五入值。
在此正文中，第一泛音频率同样可被视为：共同考虑多个频率以便确定第一泛音频率所获得的频率。本文的例子采取第一泛音的多个频率的平均值或频谱系数，以便确定第一泛音的第一泛音频率，其中这些频率优选地还包括与第一泛音内的最大振幅峰值相关联的频率。然而，第一泛音频率可得自于根据上文所述的方法确定的频率，诸如其近似值或四舍五入值。
类似于第一泛音频率，因此也可定义比第一泛音频率更高阶的泛音频率。
目标泛音或目标泛音频率是用作参考的泛音频率，以确定敲击的声音片段中所确定的泛音频率是否与用作参考的泛音频率相同或不同。目标泛音频率可按所需进行确定，或可为先前敲击处所测量的泛音频率，或可基于所确定的基音进行计算。
理想的泛音频率与具有确定的频率和回响持续时间的确定的目标基音有关。理想的泛音频率可为理想的第一泛音频率或可为比基音的第一泛音更高阶的泛音的理想泛音频率。可通过将确定的基音频率乘以预定的乘数因子来确定理想的泛音频率，所述乘数因子可为常数系数。每张鼓皮的常数系数可被单独设置，并且，在鼓具有多个鼓皮的情况下，针对所有的鼓皮要么具有相同的数值要么具有不同的数值。常数之间差异大小(例如)表示此处的回响持续时间的指示。除了其他方式外，通过以确定的基音测量中心敲击鼓的回响持续时间来试验性地确定常数。
当鼓的所有鼓皮被调谐成各自理想的泛音频率时，实现或近似实现目标基音。目标基音或目标基音频率可按所需进行确定，或可为先前敲击处所测量的基音频率，或可基于另一基音进行计算或可基于至少一个泛音进行计算。
基音比第一泛音更相当容易地被检测到。相比现有的方法，根据本发明的方法对错误的敏感性借此被大大降低了。随后，基于基音频率利用预定算法计算鼓的第一泛音。然后，例如，通过将滤波器置于放置所计算的泛音频率范围的频带周围，将滤波器置于包括计算的泛音的通过频率范围内。在每次进一步敲击时，这样使得可以简单且有效的方式检测第一泛音或另一预定泛音。因为滤波器位于可合理地期望第一泛音在每次进一步敲击处的通过频率范围的周围，所以可以简单的方式检测泛音。在高于第一阶的阶数的第一泛音的情况下，检测不需要的阶数的基音或泛音的概率因此被极大地限制或甚至被排除。因此，极大地改善了此方法对错误的敏感性。在每次进一步敲击时，随后将所测量的泛音频率与目标泛音频率相比较，以便指示用户鼓的鼓皮张力是否被调整以及如何调整。以此方式使用本方法将协助用户为鼓调音。目标泛音频率可为计算的频率、用户选择的频率或先前检测的频率。通过在显示器上显示测量的泛音频率而不明确指示所述泛音频率是否高于或低于目标频率，必须如何调整鼓皮张力的指示(例如)可能会简单，然而其中将显而易见的是，用户自身会评估此测量的泛音频率是否高于或低于目标频率，使得通过显示测量的泛音频率实际上间接地指示此。
每次进一步敲击处通过用户界面，对于通过频率范围中检测的第一泛音的频率是否高于或低于目标泛音频率的指示在本发明中被理解为意指任何的差异指示，其中也包括不须明确显示此目标泛音频率或不须明确显示测量泛音频率或不须明确显示目标泛音频率与测量泛音频率的相互差异而可从中推断出与目标泛音频率的差异的泛音频率范围或泛音频率的指示。
根据本发明，显示差异指示的方式并不重要。例如，根据本发明，在此差异指示中是否规定数量，或如果规定数量，所规定的基音或泛音数量是否是以赫兹表示的频率或是以具有偏移量的音乐本位号表示的音高，或张力或压缩性的指示是通过数字、号码、字母、颜色、符号等表示，上述已不太重要。
同样地，差异的指示可以可选地与至少一个目标泛音频率或测量的泛音频率或其近似值一起显示。可替代地，可重现听觉信号(例如，与目标音调频率相对应的音调)，其中与检测的泛音频率相对应的音调也可同时被重现为声音信号，使得用户可以在听觉上推断出两种信号是否是相同的或不同的。
在以下的描述中，通过举例说明将第一泛音选择为预定泛音，尽管显而易见的是，也可以选择较高阶的泛音。
在基音检测期间，进一步优选地确定基音的振幅，且其中利用与基音的振幅相关的另一预定算法来进一步计算第一泛音的泛音振幅，且其中滤波器的设置还包括在包括计算的泛音振幅的振幅范围的周围设置滤波器。以此方式，滤波器不仅被置于期望进一步敲击的第一泛音的频带的周围，而且还置于期望进一步敲击的第一泛音的振幅范围的周围。其结果是，在每次进一步敲击处能检测到第一泛音的确定性显著增加。这是因为，通过将滤波器置于振幅范围的周围，通常振幅低于振幅范围的背景声音，或错误的测量或通常振幅高于振幅范围的背景声音，在第一泛音的检测期间以简单又自动的方式被忽略。因此，可容易地且非常确定无疑地确定出第一泛音。在进一步的描述中，出于方便起见将第一泛音选择为预定泛音，尽管显而易见的是，也可以选择较高阶的泛音。
在正文中，振幅有时被称为幅度。根据此正文，振幅被视为值的量化确定，其(例如)用作表示幅度或强度的测量，而不管其表示的单位如何。
振幅带(在此正文中也被称为振幅范围)包括大量的振幅且根据本发明可具有不确定的宽度，因此包括许多不确定的振幅，并且由至少一个振幅组成。
通过振幅带或通过振幅范围是由滤波器界定的范围，其中可以考虑到属于此范围的所有振幅，以便确定基音或泛音，或基音频率或泛音频率。
在通过振幅带或通过振幅范围的情况下，限定此范围的两个极限振幅中的至少一个是已知的。
随后，基音振幅范围至少包括基音频率振幅，所述基音频率振幅可在基音振幅范围中被检测到。随后，泛音振幅范围至少包括泛音频率振幅，所述泛音频率振幅可在泛音振幅范围中检测到。随后，第一泛音的第一泛音振幅范围至少包括所确定频率的基音的第一泛音频率的振幅，其中第一泛音振幅可在第一泛音振幅范围中检测到。
该方法优选地包括：确定每次进一步敲击处通过频带中第一泛音的频率并将此频率与目标泛音频率比较。被用户视为理想泛音频率的目标泛音频率允许对鼓皮的均匀调音，结果是，立即获得或近似获得预定的目标基音。利用针对各个鼓皮的不同的理想泛音频率，允许将鼓调到目标基音，其中会影响并缩短共振持续时间。利用理想目标泛音进一步允许为不同的鼓调音，使得可选地在受影响的共振持续时间内可获得或接近不同鼓的基音之间充分确定的音程。
基音是通过敲击鼓产生的主要音调。可基于预定算法计算泛音。例如，当计算的第一泛音频率是理想泛音且被设置为目标泛音频率时，每次进一步敲击时可将第一泛音与计算的泛音比较，且鼓将被调谐为理想泛音。
使用不同于理想泛音频率的目标泛音频率，确定无疑地允许对鼓皮的均匀调音，虽然不一定具有此结果：确定无疑地获得预定目标基音。这是因为，当第一次测量泛音时，随后将进一步的泛音调谐成第一测量泛音，所以第一测量泛音有可能偏离理想泛音。可替代地，可基于预定算法并基于自由选择或预定的基音来计算理想泛音。作为另一可替代的方案，用户可手动设置目标泛音频率。作为另一可替代的方案，先前检测的泛音可被设置为目标泛音。目标泛音频率允许对鼓皮的均匀调音，但不一定具有如此结果：立即获得预定目标基音。试验已显示出，鼓以此可被调谐成相当良好，以致鼓在被打击时较好地发挥其性能。
出于执行根据本发明的方法的步骤的目的，基于目标基音及其用作目标泛音的理想第一泛音的计算致使相当省时。省时是因为，用户基于其自身确定的目标基音能够将鼓皮调谐到此目标基音的关联的理想泛音，使得鼓将被调谐成使得在调谐到理想泛音之后获得的最终基音接近上述的目标基音或对应于上述的目标基音。
在鼓的所有鼓皮具有均匀且相等的鼓皮张力的情况下，在用于计算所述鼓的目标基音的理想泛音的算法中，利用鼓所测量的基音与其测量的泛音之间的比率。在鼓具有两个鼓皮的情况下，通过将其各个鼓皮调谐到不同的理想的第一泛音，可获得或近似获得预定目标基音，其在敲击的共振持续时间上设有音调带且其中也会缩短在鼓上敲击的回响持续时间。因此，通过各个鼓皮的各自调音确定回响持续时间或共振，其中(例如)各个鼓皮的第一泛音之间的音程大小影响鼓的回响持续时间。为了音乐上最理想的声音，两张鼓皮的理想泛音随后根据与全音音符上的曲调音程相关联的曲调音程分开放置。
试验已显示出，在具有均匀鼓皮张力的情况下，鼓被显著较好地调谐，借此鼓在被打击时较好地发挥其性能。进一步的试验已显示出，成套鼓具有均匀的单独的调音，且其中套组中的各个鼓同样被调谐，使得在其相对的基音之间获得曲调音程，当与其他曲调上调谐的乐器组合演奏时显著较好地充分发挥其性能。
方法优选地还包括：通过用户界面指示用户在记录第一声音片段的步骤之前要求中心敲击鼓，以及指示用户在记录第一声音片段的步骤之后要求边缘敲击鼓。当经过为鼓调音的方法步骤时，用户借此得到良好的引导。此特征是基于这样的了解：基音在中心敲击的情况比在边缘敲击的情况更易于被显著地检测。在此，中心敲击被定义为在鼓皮的中心区域敲击鼓皮，其中鼓皮可优选地自由振动。在此情况下，其与具有多于一个鼓皮的鼓相关，所有鼓皮必须能够自由振动，使得在中心敲击期间，可以主导方式产生鼓的基音。出于此目的，所有鼓皮的上侧和下侧两者上存在的空气也必须能够自由移动。在带空腔的鼓具有两个或更多个开口的情况下，其中不是所有开口都是通过鼓皮闭合的，空腔中及广泛地围绕开口的空气必须也能够自由振动，使得可以通过中心敲击鼓皮以清晰发音的方式产生基音。
在调谐鼓皮期间，其张力必须得到调整。出于此目的，通常提供了机械式、气动式、液压式调音控制构件，诸如装备有调音弦轴、固紧螺钉、绳索、缆绳、夹紧点、钩、环、圈等等的拉紧构件或凸缘，其允许调整鼓皮上的张力或压力。它们通常靠近鼓皮的边缘，围绕鼓皮的周边。在此正文中，鼓皮的靠近这些调音控制构件的区域有时也被称为调音控制位置。调音控制构件下方还包含意图在一个操作中调整围绕鼓皮的整个周边的鼓皮张力的系统或机构，于是，此处调音控制位置便是整张鼓皮。此类调音控制构件的例子为：通过脚踏板操作的定音鼓的机构或通过拉紧环的旋转操作的所谓的“轮鼓”。
在鼓皮振动期间，产生泛音，所述泛音具有与(除其他因素外)鼓皮张力有关的音高。在鼓皮振动期间，大多数的泛音靠近鼓皮的边缘而不是其中心发生。边缘敲击激活了其中泛音具有强烈特色的振动模式或振动形式。当靠近外边缘敲击鼓皮时，激活具有波节圆及波节直径线的确定的振动形式，借此基音的泛音通常比在鼓皮的中心敲击的情况下在频谱中具有更大的发音。
当必须为鼓调音时，通常在边缘处调整鼓皮的张力。因此，针对每次进一步的敲击将请求边缘敲击。随后将在此边缘敲击的声音片段中检测到第一泛音并将其与目标泛音进行比较，使得用户基于泛音是否高于或低于目标泛音的指示，优选地在边缘敲击的位置处能够拉紧或松弛鼓皮。出于此目的，靠近用户希望调整的调音控制构件的调音控制位置，优选地进行边缘敲击并利用振动传感器记录声音片段。
频带中第一泛音的频率的检测优选地包括以下步骤：
考虑在鼓上的进一步敲击；
利用振动传感器记录敲击的另一声音片段；
将另一声音片段从时域转换成频域；
设置滤波器；
分析另一声音片段，以便在频带内检测振幅峰值，所述振幅峰值被视为进一步敲击的第一泛音；
通过用户界面指示第一泛音的频率是否高于或低于目标泛音频率。
通过执行以上步骤，在每次进一步敲击处可记录新的声音片段，随后(例如)基于频带中存在的振幅峰值分析所述声音片段，以便确定第一泛音，且特别是第一泛音的频率。
出于检测频带内的振幅峰值，另一声音片段的分析优选地还包括：当在频带内检测到多个振幅峰值时，选择具有最低频率的振幅峰值作为第一泛音。此步骤可选地通过如下来补充：在相邻的随后和/或先前的频率范围中查找频带内具有较高振幅的峰值，其位于具有最低频率的此峰值的一定临近处，其中所查找的相邻的频率范围通常小于频带本身。取决于频带的宽度，另一泛音(例如，第二泛音)有可能也落入所述频带内。在此更为可能的是，第二泛音的振幅大于第一泛音的振幅。对于特定的调音，通常在频谱中第二泛音位于距第一泛音的确定的最小频率音程处，而不管所述的两种泛音相对于彼此的振幅如何。因为如上所述的可选的另外步骤中，频带内具有最低频率的第一检测的峰值附近中，在确定的频率音程内，仅查找合适的振幅峰值，所述合适的振幅峰值被认为与第一泛音对应，直到在其临近处发现可替代的合适的峰值为止，通过可能存在于频带内的较高的振幅避免较高阶的泛音，其仍被检测为第一泛音。因为在其内进行查找的第一泛音的受限的频率音程优选地小于第一泛音与第二泛音之间存在的最小音程，以稳健的方式避免与仍被错误地视为第一泛音的较高阶的泛音相关联的振幅峰值。优选地选择滤波器的频带(有时也被称为通过频带或简单地为频带)，以使得较高阶的泛音的振幅峰值落在此频带之外。
更优选地选择频带，以使得具有最低频率的振幅峰值一直是第一泛音。如此正文中进一步所述地，分析第一声音片段的第二部分的步骤适用于以稳健且适应的方式确定频带的选择。因此，进一步加强了根据本发明的方法的操作确定性。
滤波器优选地是允许通过所述泛音频率范围的带通滤波器类型。可替代地，也可使用高通滤波器和低通滤波器的组合。可替代地，也可能仅通过使用高通或低通滤波器来掩饰或允许通过范围。在预处理步骤中，在时域和/或频域中以模拟和/或数字的方式去除不需要的光谱信号内容，借此获得适于分析针对音调确定的剩余的泛音频率范围的信号功能。例如，在从时域转换成频域之前，滤波器可以形成信号采集电路中的信号调节步骤的部分，或在信号处理期间以模拟或数字的方式设置。另一方面，在从时域转换成频域之后，例如通过fft、dft、stft或适于此目的的其他方法所获得的确定的频谱范围、指数范围、频谱的区间范围、功率谱、幅度谱、功率谱密度、能量分布表、频谱幅度表或其变体内查找合适的值，同样可以针对基音或泛音确定仅考虑确定的泛音频率范围。因此，这样考虑用于确定泛音的频率范围至少部分是滤波器的通过频率范围。
同样地，可以通过在确定中心敲击中的基音之后使用至少一个频带阻塞滤波器获得通过频率范围，所述阻塞滤波器(例如)被设置为包括基音频率范围，使得获得包括至少一个预定泛音的通过频率范围，借此其在阻塞滤波器的通过频率范围内是可检测的。
本发明还涉及包含指令的数字存储介质，所述指令在执行时使得数据处理设备执行根据本发明的方法的步骤。本发明还涉及具有数据处理设备的装置，所述数据处理设备可操作耦合至数字存储介质，以便执行根据本发明的方法的步骤，所述装置还包括记录声音片段的扩音器。可替代地，所述装置可操作耦合至用于记录声音片段的振动传感器。振动传感器优选地是扩音器。所述装置还包括用户界面或被进一步可操作耦合至用户界面。
使用此装置，用户可根据本发明以简单的方式使用此方法为鼓调音。
根据本发明，装置可形成有夹具或其他安装构件，用于将装置安装于鼓的边缘或鼓的其他部分或其他乐器上。在此装置可以机械式、通过黏合剂、磁性地或以其他方式附着至乐器。这样便于装置的使用。仅将装置的一部分(例如仅数据处理部分或仅包含振动传感器的部分)安装在鼓的边缘或其他部分或乐器的一部分上也是可能的。可替代地，装置可整体形成在调音键中，使得为鼓调音的设备包括调音键且也可执行指示用户必须如何为鼓调音的方法。调音键还可包括基于靠近调音控制位置的泛音和/或基音的检测值自动化执行调音操作的设备。
作为另一可替代的方案，装置整体形成于机械的、模拟或数字的鼓皮张力计中，所述张力计包括鼓皮张力传感器，例如测距计、硬度计、电阻计或压力计。借此，整体形成的装置一方面配有鼓皮张力传感器，所述鼓皮张力传感器出于此目的需要在不振动鼓皮的情况获得鼓皮物理张力的指示，且另一方面装置也配有用于执行根据本发明方法的步骤的振动传感器。鼓皮张力传感器测量鼓皮特性，诸如整张鼓皮或其部分的压缩性或韧性。出于此目的，鼓皮张力传感器测量(例如)在确定力的影响下由鼓皮在确定距离上的变形引起的移动，或(例如)鼓皮在对抗其变形时施加的力，借此基于测量的移动距离或测量力，获得与鼓皮的压缩性或韧性相关的鼓皮物理张力。另一方面，装置配有振动传感器，所述振动传感器适合于基于声音片段的分析确定基音和泛音，所述声音片段来源于敲击鼓皮时的振动传感器信号。借此，通过用户界面显示鼓皮物理张力的指示，且在特定的鼓皮物理张力下确定鼓皮的基音和泛音，借此所获得的信息是相关联的。这样提供如下的优势：将鼓均匀调谐到确定的目标泛音或调谐至确定目标基音可以安静地部分进行，其中仅在音高验证步骤中基音和泛音的频率不得不基于敲击鼓皮根据本发明方法进行确定。可替代地，装置被形成为振动传感器，所述振动传感器集成到乐器或其部分中，且所述振动传感器可操作耦合至外部数据处理设备，所述数据处理设备适于执行根据本发明的方法的步骤。上述的可替代的装置在此优选地配备成通过有线或无线通信技术将来自一个或更多个振动传感器的可选预处理传感器信号传递到外部数据处理设备，软件应用程序安装在此数据处理设备上，出于执行根据本发明方法的步骤提供所述软件应用程序，且其处理传递的传感器信号。
在另一可替代的实施例中，出于向用户传递音调确定的至少一个结果的目的，另一外部数据处理设备(诸如平板电脑或智能设备)用作界面。使用此界面，用户也可能控制方法的设置，诸如(除了其他之外)算法的变量及参数的调整，同时根据本发明由数据处理设备执行声音片段的分析。
作为另一可替代的方案，装置形成有振动传感器，所述振动传感器适于执行根据本发明的方法的步骤，其中基于分析源自于敲击鼓皮时振动传感器信号的声音片段，此信息是围绕以下敲击特性的至少一个进行传递：敲击硬度、敲击碰撞位置、随着时间的敲击碰撞力矩。此信息(例如)被传递到智能设备或数据处理设备，诸如触发界面、鼓电脑或计算机。在此类智能设备或数据处理设备上可安装软件应用程序，所述软件应用程序被装配成处理上述装置的信息输入，且其中通过用户界面传递与其相关联的结果。因此，软件应用程序(例如)是鼓仿真程序软件，所述软件输出与所接收到的敲击特性中的至少一个相关的声音，或软件应用程序可以是练习软件，所述软件(例如)将接收的敲击特性的时序或敲击连贯性与目标值相比较并在此向用户显示差值是多少或可以如何改善时序等等。软件应用程序包括在(例如)服务器或网站上执行的代码或程式，执行为独立的计算机程序的程序、应用程序(app)、微件、小应用程序、软件代码、固件代码、软件、用于另一计算机程序(诸如vst、vsti、vamp等)的插件。可替代地，出于执行根据本发明方法的步骤的目的提供此类软件应用程序，且所述软件应用程序也可被操作性地连接到振动传感器23或至少适用于根据本发明方法的步骤处理源自于振动传感器23的声音片段。
数据处理设备被视为智能设备，诸如智能手机、智能手表、平板电脑、数字化工作台、控制台、计算机、笔记本、膝上型计算机；且同样地数据处理设备被集成到(除了其他之外)移动电子设备、配件、可佩戴设备(wearable)等等。它们的后继者也被视为智能设备。
作为另一可替代的方案，装置形成为智能设备(诸如智能手机)，在所述智能设备上安装软件应用程序(也被称为app)，出于执行根据本发明的方法步骤的目的提供所述软件应用程序。软件应用程序优选地向用户提供单独的调音控制位置或其附近的调音概要。各个位置的泛音或基音的检测值在此被优选地显示在一起，以使得用户对其具有清晰的直观概述。另一优选的显示形式包括鼓皮或乐器及单独的调音控制位置的直观表示，或其抽象性。以清晰的直观概述的显示具有如下优点：可相关于彼此或相关于目标频率(诸如，所计算的理想泛音)清晰地区分调音控制位置之间的不同调音值或相对的调音差值。在此借由具有指导的软件应用程序进一步协助用户，所述指导是关于如何调整调音控制构件以及调整哪个调音控制构件。当调音改变时，也可以指示彼此相邻处及上方的调音控制构件之间的泛音关系。
软件应用程序优选地还包括：用于根据用户偏好修改算法的变量和参数的配置(provision)；以及用于基于检测到的基音、选择的目标基音或计算的基音计算鼓的各个鼓皮的理想泛音的配置，其中根据本发明的方法将所计算的理想泛音用作调谐鼓皮的目标泛音。要由用户预先确定的阶数的理想泛音(诸如第一泛音)可以此方式被计算并用作目标泛音，以根据本发明的方法调谐鼓皮。基于与基音所相乘的预定系数，通过举例方式计算理想泛音。可替代地，也有可能基于存储泛音和基音的列表或表格确定基音的理想泛音。上述例子是非限制的，且本发明也包括其他的确定方法。
软件应用程序更优选地包括：在明确定义的音程或选择的相互音程处，从相关系列的目标基音中计算理想泛音或确定理想泛音的选项。优选地，可由用户根据需要确定该音程的大小，其中通过软件应用程序计算或确定目标基音相对于彼此的位置。可基于与基音所相乘的预定系数，通过举例来计算各个目标基音的位置。可替代地，也有可能基于存储相互的音程和基音的列表或表格确定目标基音的位置。上述例子是非限制的，且本发明也包括其他的确定方法。
基于每个单独的目标基音，可基于预定参数或基于用户要确定的参数计算或确定每张鼓皮的理想泛音。这样具有以下优点：指导用户确定目标音调，以便相对于彼此调谐不同的乐器，使得可通过根据本发明的调音在不同鼓的不同基音之间获得(例如)和声音程或曲调音程。
软件应用程序优选地基于确定全音阶内的目标基音的各自位置的目标基音之间的曲调音程来计算或确定各个鼓(形成成套鼓的部分)的各个目标基音，其中更优选地基于计算的或确定的目标基音来计算或确定各个鼓的各自鼓皮的理想泛音。在优选实施例中，用户自己确定此类曲调音程的幅度，其中套组内鼓的目标基音之间的每个音程(这样的每个中等距离)的幅度(也被称为音程步长或音程距离)可自由调整且对应于以下至少一个音程距离：一度音程、二度音程、三度音程、四度音程、五度音程、六度音程、七度音程、八度音程、九度音程、十度音程、十一度音程、十二度音程、十三度音程、十四度音程或十五度音程，其中可能以半音阶方式选择增加或减少这些距离，不管他们是小调还是大调。
在优选实施例中，用户可自由确定套组内鼓的顺序。举例而言，用户可基于各个鼓的直径规定鼓的顺序(例如，从小到大)，其中计算或确定的曲调音程遵守鼓的顺序。结果是，使用下降的(从高到低的)音高确定鼓组内排序的鼓的各自基音。然而，无需基于直径进行排序。用户可自由地确定鼓的顺序，其中甚至可能的是，用户希望针对两个单独的鼓确定相同的基音。
在另一优选实施例中，用户在成套鼓内指定‘确定性的鼓’，可计算或确定所述鼓的基音。优选地，用户自己确定确定性鼓的基音，且所述基音是鼓的目标基音。相关于确定的音程幅度，确定性鼓的基音用作参考基音，通过软件应用程序计算或确定套组中其他鼓的目标基音。因此，确定性鼓根据确定的曲调音程确定形成套组一部分的其他鼓的目标调音。软件应用程序在此也基于其各自的、计算的或确定的目标基音优选地计算或确定形成套组一部分的鼓的各个鼓皮的理想第一泛音。借此，在其他鼓的理想第一泛音与用作参考基音的确定性鼓的确定基音之间存在一种直接关系。因此，根据本发明的方法，套组内鼓的每张鼓皮的由此计算或确定的理想第一泛音用作调谐各个鼓皮的理想目标泛音。
用户按需要指定套鼓内的‘确定性鼓’，其中其基音和音程内确定性鼓的顺序可同样地由用户自由确定，其具有以下优点：用户本身可以根据个人偏好或音乐需要确定确定性鼓的目标基音，且可以同时指定哪个鼓具有较高调音以及哪个鼓具有较低的调音。相对于其各自的顺序和选取的确定性鼓的选择的基音以及基于所选的音程设置，软件应用程序以简单的方式计算或确定套组内其他鼓的较高和/或较低的目标基音，及其相应的关联的理想第一泛音。确定性鼓(例如)可选取套组内直径最大的鼓，其中这种鼓随后分配曲调音程中音调最低的基音，借此所有其他鼓可根据鼓之间确定的曲调音程分配较高的目标基音。至少考虑如下：套组中鼓的顺序、鼓相对于确定性鼓的位置、鼓皮数量、鼓之间确定的音程，出于此目的，基于预定算法或基于表中的数值，特定基音可以被优选地建议为是用户可能的选择。优选地，进一步确定套组内每张鼓的直径并给出哪些基音适于鼓直径的指示。
这种整体的计算或确定方法节省用户相当多的时间，而不需要用户自己计算鼓的目标基音与其关联的理想第一泛音之间的音程。因此，在调音期间这给用户带来最佳的指导，其中成套鼓根据本发明的方法被调谐成曲调音程内计算的或确定的目标基音的理想目标泛音。形成包含‘确定性鼓’的成套鼓的一部分且不是确定性鼓的鼓可被称为其他鼓。基于预定的优选设置，或用户要确定的参数，针对另一鼓的各个鼓皮计算或确定目标基音的理想第一泛音，其中利用预定算法或预定数值，可选地基于可调整的回响持续时间及基于两个鼓皮的第一泛音之间所需的音程，将鼓皮的理想泛音位置表示为是这种鼓的目标基音的倍数，其中另一鼓的目标基音与确定性鼓的参考目标基音有关。当在调音期间根据方法的步骤利用装置上的软件应用程序指导用户以便相对于彼此调谐曲调音程中的成套鼓时，他/她以最佳且最具时效性的方式调谐成套鼓会是可能的。
因此，根据本发明的方法调谐到由此计算或确定的理想泛音会导致：当鼓被同时打击时产生和声音程，或者当鼓被单独打击时在形成套组部分的不同的鼓的不同基音之间产生曲调音程。当通过本方法调谐的成套鼓在与其他协调调音类型的乐器一起演奏时借此将发出更悦耳的声音。当乐器以排成一行用乐器演奏方式(诸如乐团、管弦乐队或形成部分鼓组的团体)演奏时，这会提高常规音效和合奏品质。
软件应用程序还优选地包括存储设置、测量结果和目标音色、计算结果和与第三方共享的结果。出于此目的，其上执行指令的装置可设有通信构件，所述通信构件适于数字或模拟的无线数据交换或转换，或适于通过导线(诸如射频、蓝牙、wifi、usb、雷电接口、midi、乙太网及其后继者)进行数据交换或转换。软件应用程序同样优选地被配备成检索另外的使用设置、测量结果、目标音调、存储或与第三方共享的计算结果等等。更优选地，软件应用程序使用如下的附加的功能扩展或可扩展：诸如(除其他之外)节拍器，提供有练习曲、评分、辅助训练、声音资料库、仿真软件、提供购买、信息提供、信息导入或功能性，诸如优选调音设置、用户社区访问、论坛、链接到社交媒体、外部指导下跟随课程等等。
在优选实施例中，本发明涉及配备有一个或更多个扩音器的装置或系统，所述扩音器被用户设置在与鼓的膜或共振结构有关的可选地变化的位置。
使用位于不同位置处器的至少两个扩音器将(例如)允许获得立体声输入信号，所述立体声输入信号由两个不同的扩音器信号通道组成，每个通道具有其自身的信号内容。基于比较和处理两个不同的扩音器信号通道的信号内容，可(例如)借此确定敲击的位置。基于比较和处理两个不同的扩音器信号通道的信号内容，可(例如)借此较好确定敲击的振幅。
在具有多于一个的扩音器信号通道的装置或系统中，以下特性的至少一个的分析可因此对敲击的位置确定或振幅确定更加了解：在频域中来自不同的扩音器信号通道的信号的谱内容的差异(例如，正在进行的信号缓冲器的分析和在整个检测频谱上或其多个部件上的幅度和幅度分布的进程)，时域中信号的振幅峰值的抵达时间的差异，在不同的扩音器信号通道中确定的时间进程期间频域中信号的幅度峰值的抵达时间的差异，不同的扩音器信号通道的幅度的差异，不同的扩音器信号通道的信号内容的振幅的差异。
所需的至少一个或更多个扩音器的位置的可变设置的可能性具有如下优点：用户可将一个或更多个扩音器向周围空间中所期望的位置或几个位置引导，以便因此(例如)增强、阻碍或阻止确定的输入信号的接收或记录。
用户可因此将扩音器对准敲击鼓皮的碰撞位置处或薄膜上的关键位置处或乐器的共振结构处，例如靠近确定的调音控制机构或确定的拉紧弦钮，以便增强输入信号中振动频率的记录。
同样地用户可将扩音器远离鼓皮敲击的碰撞位置引导，或将其远离乐器的膜或共振结构的位置引导(例如，远离确定的调音控制机构或确定的拉紧弦钮)，以便阻碍或阻止记录输入信号中的振动频率。
将扩音器对准鼓皮的确定位置具有如下优点：靠近鼓皮上的其他位置产生的频率在扩音器信号中强度较弱或发音较低，以及靠近扩音器对准的位置产生的频率相反地在扩音器信号中将具有较强、较大的发音。
因此，用户可将扩音器对准(例如)他或她希望调整所述调音弦钮以便为鼓调音的鼓皮上调音弦钮附近的位置。靠近这种调音弦钮产生的频率和泛音借此在扩音器信号中被更大声地或更大音地记录，并且鼓皮其他位置处产生的频率在扩音器信号中将会被较不大声地或较不音地记录且远离这些位置所处的扩音器记录范围。
附图说明
本发明将基于附图中所示的示范性实施例进行进一步的描述。
在附图中：
图1示出通过应用本发明能被调音的鼓；
图2示出敲击鼓的声音片段；
图3示出转换成频域的不同类型敲击的声音片段的不同曲线图；
图4示出根据本发明的实施例的方法的图；
图5示出用于为鼓调音的装置；
图6示出具有包含适用于本发明中的传感器的鼓皮的鼓；
图7示出第一敲击缓冲器的信号内容；
图8示出后续敲击的信号内容；
图9示出相同后续敲击的功率谱；以及
图10示出相同后续敲击的功率谱。
附图中使用相同的附图标记指示相同或类似的部件。
具体实施方式
在本描述的上下文中，将使用以下定义：
敲击的共振包括由于物体或物体结构的摇动导致的所有的振动，所述摇动导致此物体或物体结构产生人类听觉可以辨别或无法辨别的机械式振动和/或伸长。敲击的共振持续时间是这些振动存在的持续时间。
敲击共振的声学特性包括所有的与由于物体或物体结构的摇动导致的振动有关的频谱信息，所述摇动导致此物体或物体结构产生人类听觉可以辨别或无法辨别的机械式振动和/或伸长。这些特性可在(除了其他方式之外)时域、频域或其组合中检测，且是确定的物体或确定的物体结构由于确定的摇动导致的确定共振的典型特性。
物体或物体结构的摇动被理解为意指：对此物体或物体结构添加能量或从此物体或物体结构去除能量，可选地通过与此物体或物体结构直接机械式接触，诸如用身体部位或物体的敲击，与身体部位或物体的摩擦或与身体部位或物体的减震；或可选地通过间接的机械式接触，所述接触是借由控制此物体或物体结构所定位的介质中的移动，诸如周围空气、大气层或液体。每种类型的摇动会使此物体或物体结构产生具有其自身声学特性的特定类型的共振，其可通过分析频域和/或时域中此类敲击的共振信号来区分彼此的声学特性。
考虑敲击被理解为意指：从一个或更多个扩音器信号输入通道接收(以及分析？)至少一个或更多个输入信号的信号内容，所述信号内容包括与记录敲击的共振或敲击的共振持续时间的至少一部分有关的信号内容信息，以便通过分析这种信号内容获得以下数据、见解或结果的至少一个或更多个：
·检测对打击表面、鼓或其部件、打击乐器，鼓皮上的敲击
·在发生敲击的时候确定力矩
·在发生敲击的共振持续时间的确定部分处的时候确定力矩
·在发生敲击的共振持续时间的确定部分处的时候，特别是在发生敲击的振幅峰值的部分处的时候确定力矩
·在发生敲击的振幅峰值的时候确定力矩
·确定与敲击或其共振持续时间的确定部件相关的振动频率
·确定与其共振持续时间的确定部分(诸如可部分包括或可完全不包括振幅峰值的部分)相关的振动频率
·确定敲击的碰撞位置
·确定敲击的碰撞位置，基于敲击共振的声学特性识别物体或物体结构
·穿过检测的频谱或其部分确定敲击共振的幅度分布，以便得到确定敲击的碰撞位置，基于频域中敲击共振的声学特性识别物体或物体结构
·根据至少两个扩音器信号输入通道确定敲击的共振持续时间的至少一部分的振幅或幅度。
这样做的目的是调谐乐器，出于电子演奏或混合演奏的目的而触发乐器，放大或记录乐器。
输入信号，例如扩音器信号、振动传感器信号、传感器信号等，在此正文中也被称为信号，是在物体或物体结构共振的影响下或由物体或物体结构共振引起的源自于扩音器或其他振动传感器或由其产生或受影响的模拟或数字或以其他方式的信号。输入信号经过信号输入、通道、信号输入通道或经过信号通道(诸如扩音器信号通道)。输入信号的信号内容因此包括与物体或物体结构的共振有关的信息。输入信号的信号内容可利用过滤、均衡化、放大、窗口化或其他处理技术以模拟或数字的方式被影响。
敲击检测缓冲器以及敲击缓冲器包括(例如)至少部分源自输入信号的信号内容，并且可基于可或不可受到模拟或数字的方式的影响的信号内容至少部分地产生。
为了更好地理解与先前技术有关的本发明，以下阐述先前技术的缺点及本发明与先前技术之间的差别。
us8,759,655b2中描述一种装置，所述装置设有用于将该装置附着到鼓的夹具，且只有一个扩音器。这种内置式扩音器位于装置的下侧，并远离装置的底面且在这种装置安装在鼓上时被引导朝向鼓皮。
然而，在没有转动或移动整个装置以及借此也会影响装置显示器的观看角度的情况下，这种装置的扩音器的位置不能以易变的可调节或期望的方式被引导朝向鼓皮的确定位置。
装置具有以下缺点：其借此较不适于记录扩音器的方向场内的频率，例如鼓皮的确定位置处产生的鼓皮的第一泛音，所述第一泛音以相当充分的高声或充足的发音方式定位于内置式扩音器的方向场或记录场之外，而不需移动或提起装置本身以便将扩音器更容易地对准碰撞位置。方向场或记录场的记录敏感性在场的整个范围内是不相同的。事实同样强化了这样的结果：(例如)远离装置定位的调音弦钮附近产生的(且在内置式扩音器的方向场之外更远处)泛音在扩音器信号中以相当较小的声音或发音较弱的方式检测到。
在本发明装置的优选实施例中，提供至少一个扩音器，出于此目的可以在无须移动整个装置的情况下对准所述扩音器。
通过对准扩音器，也可以可变的方式间接地确定扩音器与鼓皮之间的距离，尽管在优选的实施例中也可提供控制机构，使用所述控制机构可设置或调整扩音器和鼓皮的高度距离。
一方面，这具有如下优点：屏幕的观看角度可保持不变，同时扩音器仍被引导朝向用户确定的优选位置。另一方面，这具有如下优点：可提高来自扩音器的方向场的方向的信号的敏感性，因为扩音器可被引导朝向鼓皮上的希望充分大声或以相对更高发音方式记录频率的位置。
在如本发明所述的装置的另一优选实施例中，所述装置被设计成可手握此装置，借此可以使至少一个扩音器易于向确定的位置引导。
向其引导扩音器的位置处产生的频率，如上所阐述的，在扩音器信号中被辨别为更大声。借此在扩音器信号内更易于检测这些频率。
为了将鼓调谐到确定的调音弦钮附近在鼓皮上产生的泛音，实际上将扩音器朝向鼓皮上的位置引导可能是有用的，在所述位置中关于与泛音相关联的振动模式的移动(且因此排气量)是最高的，因为在此位置处，泛音在扩音器信号中呈现出最大的发音且因此将更易于被检测。
为了将鼓调谐到基音，将扩音器朝向鼓皮中心位置引导可能是有用的，因为鼓皮的关于与基音相关联的振动模式的移动在此处是最大的。在此位置处，由基音导致的排气量也因此是最大的，且产生的声音(也就是，基音)在扩音器被引导朝向鼓皮上的这个位置时将在扩音器信号中具有最大的发音。这种音调借此可更易于被检测为信号的功率谱中的幅度峰值。
将扩音器引导朝向确定的位置因此可(如所示范的)增强泛音或基音的检测。
在这一方面(虽然不是必需的)，对于在除了装置下侧之外的位置处提供扩音器也是有用的，借此可选地增加方向性范围或提高扩音器对准方向的可见度，或简化待引导的扩音器的可及性。也可提供(若需要)高度控制，通过此控制可独立于扩音器的方向确定扩音器与鼓皮之间的距离。
在不需要免提应用程序的优选实施例中，所述装置具有夹具，所述夹具被设计成将装置安装在鼓的拉紧边缘或圈上，或利用夹爪安装在其另一部件上。更优选地，这种夹具适于与最常用尺寸的低音大鼓、中鼓、落地鼓或小鼓中的木制的、塑料的和金属的拉力圈一起使用。出于此目的，夹爪之间夹具的拉紧宽度更优选地具有相当大的范围，且优选地包括至少20mm至50mm。夹具(例如)可包括至少一个部件，其中夹爪可相对于彼此更加灵活地移动，尽管夹具同样地可以是包括若干个部件的部件结构。
本发明中的装置的夹具可被具体化，以使得所述夹具是不同部件或不同的部件结构，其可以按需要被连接至装置的其他部分，借此可去除夹具。在装置或夹具上对方向性机构设有确定的移动自由度也是有用的，诸如(但并非仅限于此)杆机构或球接头，或者提供对装置的连接也是有用的，其允许整个装置根据相对于夹具或其部分的位置确定的移动自由度被单独地定向。
当在具有至少两个扩音器的装置的优选实施例中，至少一个扩音器位于装置的下侧，夹具的两个夹爪然后优选地被单独移动，且也被间接连接到调音装置的外壳的下壳体，以便最小化或防止夹具与扩音器之间的破坏性的振动传递。
在优选实施例中，如本发明所描述的装置或系统配备有调音方式或调音方法，所述调音方式或调音方法允许实施一种简单的聚焦模式，所述模式具有简化鼓的诸如基音的确定的音调或诸如第一泛音的确定的泛音的检测的目的。
在此调音方式或调音方法或聚焦模式方法中，执行以下步骤：
首先，利用在至少一个扩音器信号上执行的敲击检测分析，检测鼓上的第一次敲击。
例如，可通过观察时域中的振幅进程发生至少一个扩音器信号的此敲击检测分析，但更优选地是在频域中通过观察一个频带或多个频带中的扩音器信号的幅度进程而发生这种分析，其中所述频带可选地全部包含辨别的频谱的整个带宽。
出于此目的，在一段时间内通过以下方式在频域中(例如)分析敲击检测缓冲器：检查所述敲击检测缓冲器的功率谱，及检查此是否遵循确定的条件和/或检查其是否具有与发生敲击有关的声频特性。
如us8642874b2中描述的，在时域中的敲击检测具有如下缺点：在没有对输入信号进行进一步频率滤波的情况下，存在这样的风险，周围声音中具有声频特性(除了鼓敲击的声频特性之外)的高音调可被错误地解读为鼓的敲击。
在本发明中，另一方面，在优选实施例中，在频域中检测敲击。频域中检测敲击允许分析信号中的频率内容，以便因此辨别敲击鼓和/或经受特色信号内容的确定乐器的声学特性，借此一方面可能会降低周围声音被错误解读为鼓的敲击的风险，以及借此在另一方面可能会区分确定型乐器或确定鼓或(例如)鼓组或其部分的打击乐器的彼此的敲击或摇动。通过频域中的敲击检测缓冲器的敲击检测分析的‘触发’或‘敲击检测’允许在很短的时间内以此方式识别缓冲长度短于500ms(且优选地短于25ms)的敲击类型，碰撞部分识别和/或乐器识别。通过关注碰撞部分识别的敲击检测分析，可发现乐器上的碰撞位置，例如通过在确定的时间段期间查找功率谱(可选地仅在频谱的确定的频带内)中各个频率区间的幅度的分布和进程，可因此将边缘敲击与中心敲击相区分，且边缘敲击与箍敲击相区分。可通过将所有区间或仅其部分内所检测到的总幅度相加在一起(例如)确定敲击的敲击硬度(strikehardness)(例如出于演奏目的或为了确定敲击连贯性)。当存在不同的输入信号时，可通过相对于彼此处理各个通道的信号内容获得更准确的敲击硬度的图像。
在本发明装置的优选实施例中，所述方法还包括另外的步骤，或所述装置还包括通过用户界面给出与检测敲击的敲击硬度有关的指示的选项。借此可能(例如)通过声音向用户指示与检测敲击硬度有关的响度或音量，或通过与检测敲击硬度有关的视觉效果向用户指示检测敲击硬度的硬度是多少，或随后敲击与先前敲击或与判定的目标敲击硬度之间相差到什么程度。
在此敲击检测分析中，当信号内容满足至少一个特定条件(诸如对于确定时间音程超过幅度极限值，在整个检测频谱或其部分中的确定时间音程上处理确定声学特性或频率内容或幅度的突增或幅度的突降)时，在扩音器信号中检测敲击的共振。可(例如)借此识别敲击类型，而且还检测出(诸如)用另一物体或身体部位敲击物体或物体结构的摇动以及(诸如)用另一物体或身体部位减震物体或物体结构的振动的摇动。因此，将可能检测出以下情况的信号：当敲击铜钹时或当手动减震产生共振的铜钹时，当用脚踏板关闭或打开具有钹的铜钹时，当用手指、棒或手敲击或减震产生共振的鼓时，等等。这种信息可用于调音目的和演奏目的两者。出于演奏目的，可使敲击检测、敲击类型识别或碰撞部分识别相关联，可能涉及分离适于(例如)电气打击乐器、电子打击乐器或混合打击乐器的midi文件夹。因此，在确定的时间段期间的信号的频率内容的幅度进程通过受此幅度进程的影响的特定输出信号或声音被可适应性地链接到用户，借此发生打击乐器的准实时回应，其中具有音调特性和/或敲击音调，所述敲击音调在输入信号中检测或与敲击缓冲器的内容有关。
出于调音目的或为鼓调音，当检测到敲击或可选地检测到其减震时，在另一步骤中，记录或编写敲击缓冲器，所述敲击缓冲器包括敲击或减震的总的共振持续时间或其至少一部分。
随后在频域中优选地分析此敲击缓冲器，以便确定以下敲击特性的至少一个：敲击或减震的振幅，敲击或减震的碰撞位置，初始时刻的力矩(诸如敲击碰撞或减震开始的力矩)，与基音或其泛音(诸如用于为鼓调音的第一泛音)相关联的敲击的适当频率峰值，或敲击的频率分布或敲击的频率进程。
为了确定与用于为鼓调音的基音或其泛音(诸如，第一泛音)相关联的敲击的适当频率峰值，确定了功率谱中与确定的频带带宽有关的适当幅度峰值的频率，所述频率随后被视为此敲击缓冲器中存在的最大的主导频率，所述敲击缓冲器包括敲击或减震的总的共振持续时间或其至少一部分。
通过用户界面，用户接着可以激活聚焦模式，其中检测有助于确定的幅度峰值，所述峰值与至少一个频带宽度中的确定的频率或频带相关联，所述频带宽度可选地包含整个辨别频谱。
这种聚焦模式可被视为简单的聚焦模式。可通过经由用户界面的用户输入的命令激活这种简单聚焦模式，例如通过按下按钮，或通过触摸装置的用户界面上的特定区域。在优选实施例中，装置具有按钮或触摸区域，其可用于接通或断开装置，而且还用于激活或去激活聚焦模式。
当确定的输入或检索的频率或频带(其可以是目标频率，或检测频率或检测幅度峰值或与前述有关的值)通过用户界面被显示为第一次敲击的结果时，优选地激活简单聚焦模式。上述所示的值随后可以被装置存储为目标音调，其中当激活聚焦模式时，该目标音调可被用于计算随后敲击处检测到的音调的差值。
简单聚焦模式涉及围绕频带的确定频率定义的聚焦区域，所述频带被视为目标音调，所述目标音调可在第一次敲击或先前敲击处被输入或检索或检测为频率或检测的幅度峰值，或所述目标音调可具有与上述有关的值，针对功率谱内至少一个频率区间测量该区域内侧或外侧的幅度。
这种测量幅度将被用作参考幅度，其中在附加步骤中，在至少部分敲击缓冲器的频率内容上执行幅度操纵操作，其中幅度操纵具有以下结果：在敲击缓冲器或其部分的功率谱的至少部分处改变频率或频率区间中的相对幅度比率。
us8502060b2描述基于带通滤波器的滤波器方法，所述带通滤波器在敲击的记录信号内以及假设此峰值对应于与第一泛音关联的频率处被对称放置于被检测为最大峰值的频率周围，其中滤波器防止显示落在通过频率范围之外的频率。
根据本发明确定的聚焦区域不同于带通滤波器，因为没有频率从来自敲击缓冲器的信号当中被滤掉。聚焦模式中聚焦区域的设置也没有防止显示落在聚焦区域之外的频率的可能性。出于此目的，聚焦模式利用幅度操纵操作，可选地辅以被设置成幅度操纵敲击缓冲器或幅度操纵功率谱的幅度滤波器，只改变频率内容的相互比率，然而其中针对出于调音目的的音调分析、音调选择或频率区间选择，频率没有被去除。被修改成特定幅度操纵操作的频率区间选择算法包括特定条件，所述条件被调整为这种特定的幅度操纵操作，借此可检测适于调音目的的音调。
当被确定时，当然不需要使用截止频率来对称设置聚焦区域，所述截止频率相对于检测的幅度峰值或其关联的频率具有相同频率音程。
优选地，很有可能相对于确定的输入或检索频率或频带或检测的幅度峰值或其关联的频率来确定非对称的聚焦区域，一方面这在最大的上限频率与检测的幅度峰值或其相关频率之间具有全部不同的频率音程，另一反面在最小的下限频率与检测的幅度峰值或其相关频率之间具有全部不同的频率音程。
在这种简单聚焦模式中，以此方式首次定义聚焦区域，所述聚焦区域具有频带范围，所述频带范围至少部分包括以下至少一个：输入频率或频带、检索频率或频带或与频带或其关联的频率有关的检测幅度峰值，所述频率(例如)与其基音或泛音(诸如第一泛音)相关联。当简单聚焦模式激活时，聚焦区域将被设置在每个后续敲击处。
在每个后续敲击处，当简单聚焦模式激活时，随后计算此后续敲击的敲击缓冲器的功率谱，以及在这种聚焦区域的带宽内查找具有最低幅度的功率谱内的频带或频率区间。随后存储与功率谱的频率区间相关联的幅度，并可选地将其与系数相乘。
在这种后续敲击的敲击缓冲器的功率谱内，与不形成聚焦区域的部分的频率范围关联的所有频率或频率区间的幅度接着被按比例标准化成作为最大值的存储幅度或被限于这种值，存储的幅度值可选地与系数相乘。
us8502060b2描述了基于限定频率范围内的最大幅度峰值的选择的音调选择方法，其中所述限定频率范围的带宽小于整个辨别频谱且具有频率上限和频率下限。在可能的实施例中，这种频率范围或频带与用带通滤波器设置的频率相同。
相反地本发明中描述的聚焦模式利用音调选择方法，所述方法适于聚焦模式的特定幅度操纵操作。
在优选实施例中，针对调音目的，应用音调分析或音调选择方法，其中在幅度操纵功率谱的整个带宽上，在敲击缓冲器的整个辨别频谱内或敲击缓冲器的部分内查找适当的频率区间。接着选择此区间且可添加进一步处理至少适当频率区间作为另一步骤。另一步骤的例子可以是：对这样的值进行四舍五入或计算谱质心频率，所述谱质心频率更优选地被四舍五入至0.1hz的倍数。与其相关的值接着被视为检测的音调，且可通过用户界面被显示或被存储或被用于进一步的处理。
在根据本发明的方法或装置的优选实施例中，在敲击缓冲器内的辨别频谱的整个带宽范围内查找幅度峰值，计算所述幅度峰值的频率并被视为检测的频率。此举不同于us8502060b2中描述的方法或装置，其中仅在其限定部分内查找峰值。
通过进一步的扩展方法，更高级的聚焦模式包括进一步限定幅度阈值内的聚焦区域并查找这些峰值内或之外的幅度峰值，并且不是查找最大峰值，而是查找落入阈值内或阈值外且与最大峰值不对应的峰值。
在简单的聚焦模式中，优选地在下限值和/或上限值内定义幅度带宽。因此，在选择适当幅度峰值的期间，可避免选择或显示幅度带宽之外的频率或频率范围。也有可能只使用一个阈值或使用恰好两个阈值或多于两个阈值，以便(按需要)界定幅度范围，例如根据信号内容和/或根据音调分析或峰值选择要求。
在进一步的优选实施例中，基于鼓的基音的假设、已知、输入或检测的位置来确定聚焦区域。因此，聚焦区域与鼓的基音有关。当鼓的基音改变时，可在此以适应的方式重新定义这种聚焦区域。基音可落在聚焦区域内，但不需要如此做。
以与上述聚焦方法相似的方式，聚焦模式变体也是可行的，其中将幅度反转且其中查找最小峰值或其中符号是不重要的，然而其中以相对于确定值的确定偏差查找峰值或其中只在敲击缓冲器的整个辨别频谱的确定范围内查找适当峰值，所述峰值位于(例如)距离检测基音的确定的音程处，如在此正文中充分描述的。
也可能增加聚焦区域内频率或频率区间的幅度，使得它们超过幅度阈值，设置此阈值以使得其位于聚焦区域外的功率谱中测量的最大幅度值之上，使得在幅度峰值检测期间，将聚焦区域内的最大值检测为最大峰值。同样地，也可能降低聚焦区域内频率或频率区间的幅度，使它们低于幅度阈值，(例如)设置此阈值以使得其位于聚焦区域外的功率谱中的频率区间的最小幅度值之下，使得在低于确定的最大幅度阈值的幅度峰值检测期间，将聚焦区域内的最大幅度值检测为最大幅度峰值。
本发明中涵盖所有幅度操纵技术，所述技术具有如下目的：改变相应频率的响度和/或敲击缓冲器的功率谱中频率区间的幅度的相互比率。
这些频率或频率区间可包括整个辨别的频谱或只包括其部分，而不管这些频率或频率区间是否落在确定的带宽或确定的聚焦区域内或恰好在其之外。本发明当然涵盖了幅度操纵技术，借由幅度操纵技术，在位于聚焦区域内的频率区间和位于聚焦区域外的频率区间之间产生或引起幅度偏差或幅度比率差值，使得通过用于调音目的算法(诸如音调分析法或音高检测法)使确定的频率区间变得更易于检测。
许多代替组合及幅度操纵技术当然也是可行，此正文中没有被穷举。
如本发明所论述的，在调音方法内包含频域中的所有处理，所述处理为出于调音目的，用于音调分析的扩音器或振动传感器信号或信号缓冲器的频率内容的操纵，或其功率谱中频率区间的幅度的操纵，借此改变它们的相对幅度比率，且不会从信号中全部去除频率。这些操纵优选地在频域中进行。然而它们也可在时域中进行。
当聚焦模式被激活时，装置优选地通过用户界面针对每次后续敲击显示出与检测音调，以及这种检测音调和目标音调之间的差值有关的值。
本发明也包括变体，其中不同的功能部分被分到不同的设备。
在这方面，也可能具有不同的第一设备的实施例，所述第一设备(例如)设有用于从振动传感器或扩音器部分接收信号的信号输入和/或其中所述振动传感器或扩音器部分被直接集成到设备中，其中第一设备记录输入信号和/或敲击缓冲器并且(例如)可配备有夹具，所述夹具用于安装在乐器或其部件上或可选地在其附近的支架上。这种第一设备接着根据本发明所述的方法步骤将记录的信号传送到用于其处理的第二设备，或者这种第一设备本身根据本发明所述的方法步骤处理信号并将处理的结果发送到第二设备，所述第二设备通过用户界面显示与此处理有关的值。其例子可以是智能外设上的应用程序，安装在计算机、膝上型计算机、笔记本、pda、平板电脑、平板计算机、平板装置上的软件程序或代码块；智能手机或智能手表或其后继者用作第二设备，其接收至少一个第一设备的数据并通过用户界面处理和/或显示数据。
在进一步的优选实施例中，装置也可出于目的被装配在鼓组内，所述鼓组是用户通过创建一组确定数目的单独的鼓而组装成的，基于用户定义的并在这种鼓组的至少两个单独的鼓之间单独设置的音程，针对其所有的单独的鼓计算目标基音，其中在这种鼓组内确定参考鼓，所述参考鼓具有目标音调或指定所述参考鼓并针对所述参考鼓来表述这样的音程。
以此方式，基于将计算、检测、输入或选择的基音乘以确定的系数，更优选地确定鼓的各个鼓皮的频率以用于理想第一泛音，所述系数(例如)是由经验上确定的，且一方面所述系数是用户基于通过用户界面指示优选设置而选择的或另一方面可通过预定的‘目标音调、系数或优选设置预设’或上述至少两个的组合进行加载的，(例如)可购买或下载所述系数。
不同类型的系数(例如)可与不同类型的鼓皮相关且可以‘预设’存储，用户可(例如)通过装置的用户界面检索所述系数，以用于进一步处理。
用户可以此方式指示调谐哪个特定类型的鼓皮，借此计算目标音调，或基于系数计算目标音调，所述系数(例如)与鼓皮的特定类型有关或与其确定的物理特性有关。
每个鼓的计算的目标音调被更优选地存储，并用于计算检测音调的差值。
以下数据的至少一个通过用户界面在此随后被显示为对用户的反馈：检测音调、检测音调与目标音调之间的差值、目标音调。
以下数据的两个中的最大值通过用户界面被更优选地显示为对用户的反馈：检测音调、检测音调与目标音调之间的差值、目标音调。
在另一优选设置中，调音装置或调音应用程序与销售设备结合，所述销售设备设有商店部件，所述商店部件被配备成显示和/或销售数字产品或服务和/或实体产品或服务，用户通过调音装置或调音应用程序的用户界面订购或购买所述产品或服务，其中这些产品或服务优选地与乐器、声音效果、声音数据库、附件以及制作音乐、创建、记录、存储或处理声音的必备条件或维修乐器的必备条件有关。
在进一步的优选实施例中，用户可通过界面指示每张鼓的以下数据的一个：乐器的品牌和/或类型，一个或更多个鼓皮(已安装的或按需要待安装的鼓皮)中至少一个的品牌和/或类型，减震(已安装的或按需要待安装的)的品牌和/或类型，使用拉紧环等的哪个部件，其中通过用户界面优选地显示可视化，诸如指示数据的图像。这允许乐器有至少部分虚拟的配置，其中发生至少部分可视化。此类可视化或配置以其内容被优选地链接到调音装置或调音应用程序中提供的销售设备和/或外部销售设备，诸如网络商店。
用户可使用链接到他/她的个体的配置文件更优选地登录到调音装置或调音应用程序中。个人优选设置及优选调音及目标音调可借此被保存及被外部加载，且不同用户可具有他们自己的账户，以链接到他们的配置文件，其中相同的调音装置或调音应用程序可取决于谁登录了来加载和/或显示不同的个人优选设置和优选调音。
在调音装置或调音应用程序中或之外优选地存储和管理配置数据和/或优选设置。可能通过以有线或无线方式进行的数据传送来传送配置数据，
在根据本发明的装置或调音方法的优选实施例中，没有显示基于一个或多个系数计算的各个鼓皮的目标音调。在鼓皮调音期间，随后通过用户界面显示两个数据以作为反馈，这些数据一方面优选地是检测音调，另一方面是此检测音调与计算的目标音调之间的差值。
图1示出鼓1的例子。鼓1被定义为打击乐器，其具有至少部分空心的主体2。主体2具有带至少一个开口的空腔，开口具有边缘3，且其中鼓皮4在边缘3上拉紧。鼓皮4是一种天然成分或人造形态的膜，例如纺织品、皮革或塑料，尽管在一些情况下它也可以是硬的材料，诸如木材或金属。在打击乐器的开口上拉紧的这种鼓皮是已知的，因此在此描述中没有被进一步阐述。图1的鼓1具有带空腔的圆柱形主体2，所述空腔被两个彼此相对的且具有相应边缘3、5的开口限定。鼓皮通常也在边缘5上拉紧，以便闭合下开口。可替代地，下开口可保持敞开。其附加例子是廷巴鼓、邦哥鼓、演奏鼓、管形中鼓、珍贝鼓、康加鼓等等。然而，鼓也可被形成为具有空腔的碗状主体，所述空腔仅具有一个开口。这种空腔不一定通过膜闭合的。在此正文的上下文中，体鸣乐器也被视为膜鸣乐器，因为本发明适于以相似方式分析基音及其泛音。调音控制构件接着包括碗状主体自身的一部分的物理变形。其例子为牛铃和高音木琴条。其特殊例子是所谓的定音鼓，所述定音鼓包含可利用其几何变形调谐的单独调谐区域，且这种调谐检测和调音方法是适合的，但所述调谐区域不包括膜。然而，只有一个开口的其他碗状主体包括膜。其例子是定音鼓和对鼓。
实质上如同所有的乐器，可以调谐设有拉紧系统的鼓1。可通过调音来调整声音，包括音色、音高、回响持续时间等等。通过改变鼓皮4的张力来为鼓1调音。鼓皮4的张力与在边缘3上拉紧鼓皮4的力以及与沿着边缘3的外围张力分布的均匀性有关。虽然边缘3上鼓皮4的绝对张力实质上决定鼓的音高，但是均匀性主要由鼓的音色和共振决定的。为了获得最佳声音而调谐鼓1是困难的，特别是对于没有经验的用户而言。通常在鼓1的边缘3上拉紧鼓皮4，使得边缘3包括多个片段且其中在每个片段中用户能拉紧或松弛鼓皮4。当在每个片段中边缘3附近的张力分布是相同或几乎相同时，获得均匀的调音或均匀的张力。张力的均匀性与其围绕鼓皮的周边的分布的均匀性有关。均匀的张力在敲击鼓的回响持续时间或共振期间提供均衡的音色。
均匀的张力被视为在鼓皮的所有不同振动频率处的鼓皮张力，所述不同振动频率(诸如)被呈现为(例如)第一泛音，在各个调音控制构件8附近的每次相应边缘敲击处不同振动频率彼此相同或彼此基本相同。
图1的例子中，鼓1具有多个凸缘8，所述凸缘8被连接到在边缘3上拉紧的环。凸缘8也设有调音弦钮。凸缘8的每个调音弦钮可拉紧或松弛，以使得在凸缘8的位置处在鼓皮4上用力拉环或较不用力拉紧。可在定位相关凸缘的边缘3的片段位置处增加或减少鼓皮4的张力。本发明出于其目的提供一种方法和装置，所述方法和装置指示用户在何处拉紧或松弛鼓皮，以使得没有经验的用户也可以以最佳又均匀的方式为鼓调音。
当敲击鼓皮时，鼓皮振动。可通过振动传感器检测鼓皮的振动，并由此产生或影响由适用于此目的的信号获取设置记录的传感器信号，且所述信号可被视为声音片段，其(例如)是诸如模拟波形的信号。
此类波形信号内容的分析允许(除其他事情之外)检查用于调音目的存在于其中的频谱部件。出于此目的，信号内容必须从时域转换到频域。出于此目的，存在对于有经验的技术人员已知的不同适当方法和算法。合适的转换方法或算法的例子有(除其他事情之外)：傅里叶变换族的算法，例如快速傅里叶变换(fft)；离散傅立叶变换(dft)；稀疏傅立叶变换(sft)；或短时傅立叶变换(stft)；离散余弦变换(dct)或离散正弦变换(dst)，此外，形成hartley族的一部分的快速和离散变换方法(例如fht或dht)属于可能性；诸如拉普拉斯变换之类的快速和离散变换方法或者形成小波变换系列族的一部分的变换同样可以是合适的，包括例如fwt和dwt。然而，本发明并不限于这些方法。多分辨率分析(mra)以及多尺度近似法(msa)，mcaulay-quatieri分析(mq)；karhunen-loeve转换(klt)；以及自动回归频谱分析(ar)等等同样是能够将信号内容从时域转换成频域的方法或音调分析的例子。上述列表并不是限制的。
在将信号内容从时域转换成频域之后，通常(可选地)在时域或频域中调节信号、滤波、窗口化之后可能获得(例如)能量频谱、功率谱或幅度谱，可从中获得与(尤其是)信号的频率、幅度、相位以及能量通量、谱内容的分布、谱质心的位置、分音相对位置及其相对幅度比率等等相关的信息。因此，当在确定的时间段中考虑多个声音片段时，可在这个时期的过程中考虑并比较所述信息类型中的变化。可以此方式获得能够表示(例如)敲击音调或乐器的频谱包络，借此图像可(例如)由其动态进程形成。因此，所获得的数据可用于指导用户为他/她的乐器进行调音以及如何最好地调整乐器。
一方面在敲击开始的时间段上以及另一方面在敲击结束的时间段上声音片段的谱内容分析指示了其分音随着时间的幅度分布，其中第一分音是基音且第二分音对应于其第一泛音。
比较两个片段中获得的信息指示基音和其第一泛音所处的频带。
如技术人员已知的，短时傅立叶变换(stft)(除其他之外)通常适于确定出于时间分辨率的目的在考虑的时间段上谱内容的动态进程，且诸如dct、fst、dft或fft的方法通常适于分析时间分辨率不如频率分辨率重要的原因，尽管如上所述，许多其他方法也是合适的。
试验已显示，可用分音的振幅之间的比率(诸如基音的振幅与第一泛音的振幅之间的比率)在声音片段的开始处不同于其结束处的比率，所述声音片段包含整个敲击共振的持续时间。在鼓具有两个鼓皮的情况下，相比于第一泛音的振幅，基音通常在敲击的开始处比敲击的结束处更具主导地位。这是因为当鼓皮振动时，基音的振动模式比第一泛音的振动模式保留能量的时间更短，因为基音的振动模式以更高效的方式产生声音。此外，进一步的试验已在此指示出在鼓敲击的扩音器声音片段中，相比于基音及其第一泛音，呈现在频率范围中的位于基音及其第一泛音之间的振幅峰值通常发音显著低于第一泛音之后的区域中呈现的振幅峰值，因此定位具有较高阶的泛音的范围。这是因为，频谱中泛音越高，其就会越接近。
这种认识允许进一步改进本发明的调音方法，以使得能够以甚至更稳健的方式确定滤波器。
在中心敲击的情况下，可通过随时间对最终片段及其部分的频域中的分析来优选地获得第一泛音频率范围的位置指示，同时通过随时间对最终片段及其部分的频域中的分析来确定基音频率范围。时域中对特定鼓上敲击的声音片段的频率内容的分析能够使得基于预定算法调整滤波器，所述预定算法也考虑了这样确定的基音频率范围，而不需要已知的这样确定的基音频率范围内确切的基音频率。
以此方式基于预定算法以适应的方式调整滤波器，在此同样考虑到中心敲击的谱内容，借此对于相同鼓上的每次进一步敲击，以增强的操作确定性来应用所述滤波器。因此，滤波器被适应地调整到具有确定调音的特定鼓。
通过验证进一步敲击的声音片段中确定的基音频带内基音的位置，其中这样的进一步敲击的基音位置与第一次敲击期间如先前所确定的基音位置相比较，当基音的位置由于重新调谐鼓皮而发生转移时，可适应性地修改滤波器的通过频率，而不再出于此目的需要另一次中心敲击。这种验证及滤波器校准步骤被优选地应用在每次进一步敲击处且具有滤波器调整适应于调音操作的优势。此举改善了滤波器的稳健性，因为其调整是在调音处理过程期间根据本发明方法的步骤被校准的。
可替代地，可选地在信号的调节、滤波、平滑化等等之后，也可能分析时域中的声音片段，以便获得确定的频率信息。通过测量时域中波形的第一循环持续时间，例如，可以估算声音片段中最主导频率的周期，以便因此获得关于其频率的指示。虽然所述方法在中心敲击的情况下没有产生基音频率的精确确定，且因此不能使用于精确调音的目的，但所述方法确实提供了确定基音可能所处的频率范围的选择。随后将这种知识使用于声音片段中的基音频率的检测。或者，可能在确定的时间期间内在时域中计算检测敲击的声音片段内波形的峰值数目或计算波形的零点交叉，以便在考虑中的时间段内获得特定声音片段中存在最主导频率的近似指示。
以此方式获得的基音频率范围可定位在从分析时域中的中心敲击的第一片段获得的频率周围。在确定基音频率范围的宽度中允许一定程度的不准确性，所述不准确性是在应用于敲击鼓的时域中的频率确定方法的特性。在无阻尼中心敲击的声音片段中，然而基音频率通常是频谱中的最主导频率。特别在中心敲击的情况下，所述方法可产生十分精确的基音频率范围的指示，在所述基音频率范围内可能设有基音，以便(例如)基于由此发现的基音频率范围或由此确定的基音频率确定滤波器设置。概括而言，在如上所述的方式中，时域中声音片段的分析允许基音的近似频率是已知的，且由此在基音可能所处的基音频率范围内获得基音频率范围的至少一个指示，因此至少基于此针对泛音确定滤波器设置。根据本发明的方法，针对其内发生基音确定的步骤，时间信号到频域的转换在此方面可被解释成在时域中可确定至少一个基音频率范围的步骤。因此，在此基于分析时域中敲击的声音片段能够确定基音频率范围或基音频率，且可根据本发明的方法使用这样的范围以将确定泛音的泛音频率范围确定为滤波器的通过频率范围，在所述通过频率范围内能够检测确定的泛音。
出于此目的，优选地执行对信号内容的修改的预处理步骤或调节步骤，其中信号中(例如)较高的或其他多余的频率内容被滤掉和/或其中平滑化信号，以便获得更可靠的基音频率范围的指示。举例来说，通过应用基于卷积的滤波器(诸如savitszky-golay滤波器)函数进行平滑化，因为所述技术出于其确定目的基于平滑化信号不会以破坏方式使泛音和基音失真。随后，可根据本发明基于时域中确定的基音频率范围或时域确定的基音频率，以相同方式确定泛音滤波器设置，借此在每次进一步敲击处，预定泛音在由此确定的滤波器的通过范围内是可检测的。
对于敲击鼓的基音频率的更精确的确定，可(例如)查找频域的适当的频谱峰值，以便确定基音频率，尽管出于此目的，其他音调确定方法也是适当的。不管在时域或频域中是否在声音片段中确定基音，可根据本发明方法基于确定的基音频率或基音频率范围设置通过频率范围。
本发明是基于以下认知：(除其他之外)鼓1的鼓皮4上中心敲击和边缘敲击包含不同信息，如下将进一步阐述的，其中不同信息在调音期间彼此相互关联影响。中心敲击或边缘敲击的信息内容在其回响持续时间上也是不同，以此提供进一步相关联的选择。鼓1的鼓皮4上的中心敲击被定义为在鼓皮的中心区域的敲击，在附图中指定为附图标记6。中心区域6在此可被指定为鼓皮4的中心作为中心点的圆形区域，其中圆形区域的半径是具有边缘3的开口的平均半径的一半，在所述边缘上拉紧鼓皮4。边缘敲击被定义为在边缘3附近的敲击。边缘3附近的敲击可被进一步指定为如上述定义的中心区域6外部的敲击。边缘敲击优选地被指定为区域11内的敲击，其中半径约5cm，小于具有边缘3的开口的平均半径。典型的边缘敲击是在每个情况下可被指定的最靠近的边缘敲击的边缘3的区段。在附图中，标号7a、7b、7h表示图1的例子中的与对应的凸缘8相邻的边缘敲击的区域，所述凸缘8具有调音弦钮，如上所述使用所述调音弦钮调整鼓皮4的张力。
在鼓1具有多个鼓皮的情况下，在中心敲击期间在下边缘5的位置处，优选地不减震下鼓皮，同时在边缘敲击处在第二边缘5的位置处减震下鼓皮。边缘5的位置处下鼓皮的减震在此被定义为机械地防止下鼓皮的振动和/或第二边缘5的位置处下方的气团。这可能通过用户的手按压鼓皮，将乐器置于借此阻止鼓皮附近处气团的自由移动的表面上或通过当在边缘5的位置处必须减震第二鼓皮时，将鼓1放置在软物体(诸如靠垫)上。通过在中心敲击期间不减震第二鼓皮以及在边缘敲击期间减震第二鼓皮，中心敲击和边缘敲击各自的信息将较不复杂且更易于使用在下述的方法中。尽管，边缘敲击期间鼓皮的减震将更易于使用的目的，但特定而言，在此正文中描述的调音方法适用于成功分析边缘敲击期间的第一泛音，而不会减震第二鼓皮，因为基于中心敲击的第一声音片段确定的滤波器使得可能成功确定第二边缘敲击期间鼓皮的第一泛音，而无需出于此目的减震鼓皮。
在无减震的中心敲击的声音片段中，最主导频率通常是基音频率。如上所述，时域中声音片段的分析允许基音的频率是近似已知的，以便因此获得频率范围的指示，基音可能处于所述频率范围内。
当在时域内通过分析声音片段获得的信息与频域内通过分析相同的声音片段获得的信息结合时，能够以稳健的方式限定区域，在所述区域内很可能需要查找确定的基音或确定的泛音，诸如第一泛音。
相同鼓的鼓皮上敲击的相同声音片段内或不同声音片段内的基音及其第一泛音的精确位置可借此以较大的确定性被确定，而不会使它们在已考虑的片段内成为最主导频率。这允许精确检测第一泛音和基音，而不会使他们在幅度谱内成为最大峰值。
根据本发明的方法和设备或装置优选地包括用户界面，所述用户界面在执行所述方法期间请求中心敲击和边缘敲击时，向用户给出相应地有关中心敲击和边缘敲击的指令。当所述方法要求输入中心敲击时，用户界面可因此给出用户执行中心敲击的指令，其中所述指令可以与用户必须在鼓皮4上敲击的位置有关，以及与在第二边缘5的位置处鼓皮下方不减震有关。当所述方法要求边缘敲击时，所述方法也可包括通过用户界面指示用户有关用户必须在鼓皮4敲击的位置，以及有关在第二边缘5的位置处减震鼓皮下方。通过用户界面向用户发出这些指令，甚至是毫无经验的用户也将能够最佳地调谐鼓，并最小化对下述方法的误差的敏感性。在优选实施例中，较后的指令在此并非是最重要的。尽管事实是，操作的稳健性可通过减震被进一步优化，但由有经验的用户感知到的鼓皮的减震通常是不方便又不切实际的，因为这种操作需要更多努力并且调音过程更耗时。在可替代的优选实施例中，针对更有经验的用户，显示这种较后的指令因此是不重要的。因此，不必减震鼓皮使用户在调音期间越来越方便。
如上所述，向使用者提供指令并且还可能提供其他信息和反馈的用户界面的部分被视为用户界面的信息输出部分。显然，此处可能以不同方式告知用户。例如，通过显示器，利用(除其他之外)数字、号码、字母、单词、符号、图画文字、颜色变化等等进一步告知用户鼓皮的张力和/或敲击硬度。可替代地，例如，以多种颜色或在多个位置处可使用led来告知用户鼓皮的张力和/或敲击硬度。作为另一可替代的方案，可使用声音信号给出有关(例如)检测的音高和/或检测敲击的硬度的用户信息。根据本发明，告知用户的方式并不受限于上述例子。
根据本发明，用户界面优选地还包括信息输入部分，所述信息输入部分配有如下规定：用户可在此规定下操作设备或装置(诸如控制器、下层、触摸屏、开关、控制件等等)的设置。通过用户界面的信息输入部分，作为上述其中界面自动指示给用户的替代，用户自己可以指示需要哪种类型的敲击，他或她是否希望边缘敲击或中心敲击鼓皮，其中可正确地执行所述方法的相关步骤。通过界面的信息输入部分，用户还可以(例如)进一步地指示(除其他事情之外)是否需要目标泛音、选择或输入音调，指示是否需要确定的显示模式、设置变量、检索确定的用户设置、检索或禁用根据本发明的装置的确定功能、操作工作、通过菜单进行导航等等。
测试已显示，在鼓上敲击的谱内容取决于敲击的硬度，其中(例如)基音的频率随敲击硬度而变化。相同的测试还显示了，敲击硬度可影响基音或泛音的最大振幅峰值位置。在此发现，当所有已考虑的声音片段具有相似的敲击硬度时，鼓可被更好均匀地调音。根据本发明的方法，在执行步骤期间，因此对于用户接收关于执行敲击硬度的反馈以便获得均匀张力是有用的。
为达此目的，(例如)在触发敲击期间，基于敲击的已考虑的声音片段或其部分，告知用户有关检测敲击的敲击硬度，其中通过用户界面优选地给出敲击硬度的指示。
另外，更优选地告知用户每次检测敲击的有关测量敲击硬度或(例如)有关测量敲击硬度与确定目标敲击硬度之间的差值，所述确定目标敲击硬度(例如)对应于理想的敲击硬度。此举具有如下优点：用户自己可以修改每次进一步敲击处的敲击硬度，使得在鼓皮上能够得到不同敲击的更恒定的敲击硬度，以便有效又连贯地进行调音。能够以任何随机方式显示敲击硬度，诸如db值、号码、刻度值上的标号等等。在此数量已不在重要。
如midi协议中常见的，速度值的使用是一个以简单方式重现和传递敲击硬度的适当方法的例子。例如，可基于midi协议表示并传递碰撞位置。在此可通过用户界面的信息输出部分重放与midi信息有关的声音文件。例如，能够以类似方式基于所获得的至少有关检测敲击硬度的midi信息，控制鼓仿真软件或其他声音输出功能。
图2示出在敲击鼓1的鼓皮4的情况下声音片段9的例子。相比于大多数的乐器(诸如弦乐器和吹奏乐器)，在敲击的情况下鼓显示了以相对较高的振幅开始并随后振幅基本上成指数地下降的声音进程，借此可收集有关敲击的相关信息的时间段是有限的。事实上，约1.5秒的声音记录将更足以记录敲击的相关声音信息。在约1.5秒之后，敲击的音量在振幅上将会严重下降，以致在进一步的声音记录中周围声音将成为主导。在此技术人员将显而易见的是，敲击的声音片段9的长度也取决于鼓1的性质。相比于如果鼓是具有相对较小直径的小鼓且其中鼓皮具有较高平均张力的情况，通常具有平均张力相对低的相对较大鼓皮4的定音鼓(例如)产生将会在显著较长的时间段上扩展的声音。图2示出了时域中的声音片段，即，横轴上显示时间而纵轴上显示振幅。
图3示出了与图2的声音片段类似的声音片段，但是被显示于频域中。也就是说，横轴上显示频率而不是时间，而纵轴上显示振幅。图3被视为是功率谱的表示，其中如已考虑的声音片段中呈现的，显示每个频率的能量的指示。可选地，这可以是标准化的表示。借此图3以相对简单方式显示声音片段中作为主导的频率。声音片段从时域到频域的转换是已知的，且在本描述中因此不再详细讨论这样的转换。从时域到频域的转换的例子是快速傅立叶变换(fft)。图3a和图3b中显示的声音片段已被从时域转换成频域，其中这些图是功率谱的表示，尽管所述功率谱有时可被称为频谱、光谱、功率谱密度(psd)、幅度谱等等。例如，这可以利用离散型傅立叶变换(dft)获得，尽管其他技术(例如，包括反卷积算法，所述反卷积算法诸如是最大熵方法)。通常这些技术对技术人员而言是已知的，且其发生的方式并不重要。
图3图示中心敲击和边缘敲击的情况下信息的差异。在此图3a显示中心敲击10的声音片段而图3b显示边缘敲击11的声音片段。中心敲击10的声音片段的特征是基音12基本上总是占主导地位。也就是说，基音12在频域中具有显著大于泛音13的振幅峰值15。因此，基音12和相关联的基音频率14易于从声音片段10进行检测。当检测基音12时，基音频率14和基音振幅15都也将被确定。
图3b示出边缘敲击11的声音片段。相比于中心敲击10的情况，边缘敲击11的声音片段的典型特性是基音12明显地较不占主导地位。相反，泛音13(包括第一泛音21和第二泛音22)将具有很大的地位。
除了通常泛音在声音片段中处于劣势地位的中心敲击之外，然而在边缘敲击的情况下可能的是，基音12在边缘敲击的声音片段中有很大的地位。边缘敲击的声音片段的特征在于：泛音通常相对于基音具有更重要的地位。然而，在此可能的是第一泛音不具有这样的主导地位以使其在频谱中具有最大的振幅峰值。事实上，第一泛音21或更高阶的泛音22，或甚至基音12在边缘敲击的声音片段的频谱中具有主导地位，其中没有一个鼓皮是被减震的。
试验已显示，最好基于第一泛音21进行鼓的调音。近来关于鼓的中心敲击10和边缘敲击11的声音片段的频率的研究已明确指出，可基于基音12的频率计算理想第一泛音的频率。
因此，根据本发明的方法包括在中心敲击之后，首先确定基音频率14和基音振幅15。基于基音频率14和基音振幅15，随后利用第一泛音21的频率范围和泛音振幅范围的预定算法进行计算，所述泛音振幅范围具有此第一泛音21的振幅42处于其内的确定的振幅范围18、19。同样地，所述方法包括以下步骤：放置具有频率16,17之间的通过频带的滤波器，所述通过频带16、17包括计算的第一泛音频率范围，所述一泛音频率范围最可能包括第一泛音21。在图3b中，通过频带位于频率16和频率17之间。如所示，第一泛音21不一定居中地位于通过频带16,17中。通过频带经选择以使得在进一步敲击处第一泛音有最大机率地落在通过频带16,17内。这使得在进一步敲击处，更易于检测第一泛音21并更易于确定第一泛音频率41。优选地基于基音振幅50计算振幅范围。图3b中，振幅范围被指定为振幅18和振幅19之间的范围。优选地，振幅18和振幅19之间的振幅范围在进一步敲击处被适应性地缩放以与这次的进一步敲击处的基音频率14的测量振幅43成比例。定义振幅范围进一步提高了检测进一步敲击处的第一泛音21的准确性。
例如，基音频率14是基于受限频带的谱质心确定的，所述频带包括基音12的最大振幅峰值。
中心敲击之后，滤波器将被放置在每一次边缘敲击处，以便检测其通过频带内的第一泛音21。优选地，滤波器包括通过频带滤波器和限定振幅范围的滤波器。图3b将滤波器显示为区域20。如图3b所示，可能的是，在滤波器区域20中可见多个泛音13。在图3b中，第一泛音21和第二泛音22因此都落在区域20内。因为在根据本发明的方法中，针对第一泛音21进行特定的查找，所以所述方法设有逻辑，以便在区域20内选择具有最低频率的振幅峰值21。这进一步提高了根据本发明的方法和装置的正确操作。
在边缘敲击11之后区域20内检测的第一泛音频率41与计算的泛音频率相比较，所述泛音频率是基于中心敲击20期间检测的基音频率14。当检测的第一泛音频率41低于计算的第一泛音频率时，将通过用户界面告知用户必须在关联的边缘敲击的位置处拉紧鼓皮4。当检测的第一泛音频率41高于计算的第一泛音频率时，将通过用户界面告知用户必须在边缘敲击的位置处松弛鼓皮4。当检测的第一泛音频率41与计算的第一泛音频率大约相同时，用户被告知边缘敲击的位置处的鼓皮张力是最佳的。通过显示器，可以利用单词和/或象形图告知用户有关鼓皮的张力。可替代地，可以使用led(例如以多种颜色或多个位置处的led)来告知用户有关鼓皮的张力。作为另一可替代的方案，可使用声音信号来告知用户。优选地，基于受限频带的谱质心确定第一泛音频率41，所述受限频带包括第一泛音21的最大振幅峰值。其他方法也可适用于此目的。
图4以框图示出根据本发明的方法的不同步骤。所述方法开始于记录声音片段。出于此目的所用的是触发方法24，所述方法具有声音记录设备23作为输入。触发方法的例子是设置振幅阈值。振幅阈值的结果是，当来自声音传感器23的传入信号的振幅高于阈值时，触发记录。声音片段的记录在图4中以框25表示。触发方法24被设置为，使得在(例如)时域或频域，或甚至时域和频域两者的组合中在传感器信号内检测敲击，以便实现稳健的敲击检测。在触发方法24内，通常在超过至少一个阈值时检测事件和/或时间点或时间段，所述至少一个阈值被设定成声音片段、传感器信号或其部分的信号特性，其中(例如)考虑缓冲器或缓冲器衍生物中收集的单个或多个采样。接着，这样的检测事件是开始事件并相关于敲击检测。大体上来说，选择信号内的峰值以便确定开始事件是一种熟知的技术。作为代替峰值选择，超过阈值通常是一种用于检测与敲击有关的开始事件的熟知技术。可在时域或频域中或甚至在复数域中设置阈值。通常，在超过确定的时间段上检测变体是一种已知的技术，所述变体超过在频域中的传感器信号的至少一个频带的高能通量或谱通量中的阈值。其他技术涉及时域内被超过的振幅阈值的检测。考虑相位偏差也是一种用于检测频域中的敲击的已知技术。检测的敲击可被视为是触发后续步骤的开始事件。在频域中检测敲击的优点是，可具体修改触发方法24以便能够从可能的周围声音或甚至可能的其他鼓敲击中辨别出已考虑的鼓上敲击的声学特性，由此稳健的敲击检测是可能的。出于此稳健性，通过触发方法24优选地在频域中进行敲击检测。显然，也可应用其他触发方法24。
触发方法24具有在来自声音传感器23的传感器信号内检测敲击的目的。可替代地，可应用多个振幅阈值以基于触发方法24检测敲击，所述振幅阈值(例如)相关于谱通量、高能通量或多个频率范围或频带内的信号硬度。优选地缩放振幅阈值以与已考虑的周围声级成比例。例如，在调音过程的开始处，以校准步骤进行缩放或调整。调整振幅阈值或与已考虑的声级有关的值的优点具有大大降低或排除除了源自于敲击声音之外(诸如，周围声音)的声音被视为触发方法24的敲击的几率，其中，其中设定的一个或多个阈值通常高于环境声音在一时间段内的平均振幅值或其峰值。
如框25中执行的记录的持续时间(例如)一方面基于定义选择的时间段的持续时间设置可被提前确定，或另一方面可以取决于触发方法24辨别的敲击的回响持续时间上的振幅进程。例如，触发方法24出于此目的确定，在一时间段内，当时域中的振幅级别或频域的能量级别升高在阈值之上时，开始框25中的声音片段的记录。触发方法24随后可以确定，当振幅级别或能量级别下降到低于阈值时，结束框25中的声音片段的记录。借此存在可将敲击的整个持续时间记录在声音片段中的最大可能性，且声音片段的谱内容尽可能接近地相关于已考虑的敲击。当应用预定持续设置时，可能是定义的时间段太短而不能记录敲击的整个回响持续时间，使得如果时间段太长则可能记录不充足的信息，并且可能的是周围声音引起了声音片段的谱内容的严重失真。
触发方法24的优选实施例可还包括：确定敲击硬度的步骤。举例而言，这可基于时域中或在其确定频率范围内检测到的最大振幅峰值产生的。可以其他方式测量谱能量的量，以便确定频域中的敲击硬度。可替代地，可基于在时域或频域中在步骤25中记录的声音片段或其部分中可用的信息来确定敲击硬度。此外，根据本发明的方法这已经是不太重要了，本发明的技术或方法用于确定敲击的硬度。
在另一优选实施例中，同样地，触发方法24可包括用于确定敲击的碰撞位置的步骤。在确定的时间段内，举例而言，这可基于频域中检测到的谱内容的分布和进程产生的。可在整个谱或其确定的频率范围内考虑谱内容。也可在频域和/或时域中使用声学包络，所述声学包络定义与确定的碰撞位置有关的敲击的声学特性。例如，可使用一个或更多个声学包络，所述声学包络的每一个相关于其自身的频率范围，以便从其内容中获得声学特征，所述声学特征包括确定的敲击的声学特性，所述声学特性(例如)相关于确定的鼓上的碰撞位置。优选地存储每个碰撞位置和每个鼓的这些声学特征。在步骤24的触发期间，检测到的敲击的谱信息和声学特性借此可相较于这些存储的声学特征，以便检查存储的声学特征，检测到的敲击的声学特性足以对应以能够决定敲击的碰撞位置在何处。可以在校准步骤中基于不同的碰撞位置处的校准敲击来确定这些声学包络，使得获得每一碰撞位置处的声学特征，所述声学特征可被存储在具有确定调音的确定鼓上并定义(例如)边缘敲击、中心敲击、壶敲击、铁环敲击等等的相关谱内容、声学包络及其他声学特性。通过将进一步检测到的敲击的声学特性与由校准敲击获得的存储包络相比较，借此可能确定在确定的鼓上进一步的敲击是否是边缘敲击、中心敲击、壶敲击、铁环敲击等等。可通过用户界面，将确定的信息输出(诸如，在鼓皮或鼓的符号表示上碰撞位置的直观指示、与其相关的声音的重放等等)耦合到检测的敲击位置。出于实际目的或调音目的等等，可告知用户有关鼓皮上不同敲击位置的连贯性。
当振动传感器23包括多个传感器(诸如至少一个扩音器和压电换能器)时，可能利用各个传感器信号到达的时间差异确定触发方法24中哪个是检测敲击的碰撞位置，可选地结合声学特征的检测。例如，在考虑来自一个或多个扩音器的传感器信号以便确定碰撞位置和/或敲击硬度之前，也可以使用压电换能器的传感器信号以检测开始事件和/或敲击硬度。此外，根据本发明的方法这已经是不太重要了，本发明的技术或方法用于确定敲击的碰撞位置。
如midi协议中常见的，通道值的使用是以简单方式重现和传达敲击的碰撞位置的适当方式的例子。随后，每个碰撞位置其自身分配有midi通道。与midi通道值有关的声音文件在此通过用户界面的信息输出部分能够被重放。例如，可以相似方式基于所获得的至少关于检测敲击的硬度的midi信息来控制鼓仿真软件或其他声音输出功能。
作为另一可替代的方案，可使用来自扩音器23的传感器信号以通过谱模拟技术使声音失真。
作为声音记录设备23，一方面，可使用扩音器，尽管另一方面也可使用其他类型的振动传感器(诸如在鼓1的鼓皮4上按物理方式排列的振动传感器)，并当演奏鼓4时产生或影响电子信号。在此方面，在本发明内，以下的传感器类型可被视为振动传感器23，而不受限于如下：光机械传感器，光学传感器，机械测距仪，加速度传感器，电感式传感器，换能器，电容式传感器等。同样地，在此包括的振动传感器23是通过介质间接地与鼓皮4机械式接触的传感器，诸如压电换能器，所述传感器通过吸振材料(诸如泡沫、弹性体、橡胶或毡制品)与鼓皮或乐器机械式连接，或与鼓皮4或乐器直接机械式接触的传感器，所述传感器诸如压电换能器，驻极体换能器，pvf膜，加速度计，mems传感器，接触式扩音器。根据本发明的方法，没有机械式连接至鼓皮4的无触点记录设备(诸如，光学传感器(诸如激光测振仪、红外传感器、近红外传感器))也被视为是声音记录设备23。光学传感器类型用作振动传感器23具有如下优点：基于敲击的触发不会受周围声音的影响，或甚至更少，以及同样地在来自这种振动传感器23的传感器信号中获得的声音片段中不存在周围声音，或甚至更少。本发明同样包括霍尔传感器或电容传感器的应用，其中传感器仅有一部分是与鼓皮4接触的。更具体来说，其中一个或多个传感器的仅一部分直接接触或设置在鼓皮4上的应用被涵盖在本发明内并在本发明的上下文内被视为振动传感器23，借此当鼓皮4例如移动导电层时一个或多个相关传感器部分静态或动态地影响传感器信号，所述导电层用作电容器板，所述电容器板设在鼓皮上并相对于别处设有的另一电容器板或线圈振动。同样地，根据本发明在此包括的振动传感器23是鼓皮4上物理性设置的传感器，诸如层压传感器、传输传感器、黏附传感器、焊接传感器等等。
此外，视为振动传感器23(有时也被称为声音记录设备23)的传感器直接设置在鼓皮4的层上，诸如层压的、涂覆的或压印传感器，所述传感器包括感应传感器、磁传感器、压电传感器、压阻传感器、电阻式传感器、电容传感器、应变传感器(诸如应变计)、交叉指行电容器或平板电容器等等。图6示出了wo2012/122608al中描述的这些类型的传感器的例子，其中以附图标记54a-54h指定所述传感器。然而，本发明并不排除其他传感器类型用作声音记录设备23。因此，在本发明的范围内，应用不一定将振动传感器23限制为单一传感器。可考虑来自多个振动传感器23的独特的传感器信号，其中这些独特的传感器信号可以源自或可以不全部源自相同鼓皮4上的敲击。在此类应用中，根据本发明的方法，可以一起、同时或分别地处理多个传感器的已考虑的声音片段。优选地，声音记录设备23包括一或多个声音传感器，诸如扩音器或多个扩音器。例如，振动传感器23也可包括多个不同类型的传感器的组合，诸如压电换能器和扩音器的组合。例如，来自压电换能器的传感器信号在此用于敲击检测，其中至少及时确定敲击碰撞的力矩，且来自扩音器的信号传感器用于记录声音片段以根据本发明方法进行进一步的调音分析。接着，当在触发方法24的步骤中在来自压电换能器的传感器信号中检测敲击时，声音片段可被记录以便在步骤25中形成来自扩音器的传感器信号，使得可根据本发明方法的步骤考虑源自扩音器的传感器信号的声音片段。当用于具有多个鼓的套组中时，且当压电换能器被直接或间接地机械式连接到已考虑的鼓时，此类振动传感器23提供一种可以有效方式检测在已考虑的鼓上进行的敲击的信号，因为在其传感器信号中，可有效检测与鼓上的敲击有关的机械式振动且这种机械式振动可区别于源自另一鼓上的敲击的声音，压电换能器不会直接或间接地机械式连接到另一鼓。借此有可能越来越确定地避免周围声音或除了已考虑的鼓之外在鼓上无意产生于步骤25中声音片段记录的敲击，其中仅基于来自扩音器的传感器信号更难以辨别检测敲击是否是经考虑鼓上的敲击或另一鼓上的敲击，或甚至是否只是无意被检测为敲击的周围声音。已考虑的鼓被理解为是指它希望调音的鼓。术语多个振动传感器23、一个振动传感器23以及声音记录设备23还包括进一步的相同传感器类型或不同传感器类型的组合的不明确数量的传感器。因此，有时在此正文中，使用术语‘扩音器’提及到多个振动传感器23、一个振动传感器23以及声音记录设备23。来自这些振动传感器23的信号有时被称为术语‘扩音器信号’，或有时也被称为‘声音’。
来自振动传感器23的信号(‘扩音器信号’)的片段在此正文中有时被称为‘声音片段’。对于技术人员而言显而易见的是，存在各种振动传感器23，所述振动传感器23可产生和/或影响与鼓皮4的移动有关或与鼓皮4的振动有关的信号，且因而所述振动传感器23适用于记录声音片段。因此，所影响或产生的传感器信号不一定受限于由于鼓皮4振动实际产生的或我们可辨别的声音，也不一定受限于其完全可靠的声音再现。已知扩音器能够在明显较大的频率范围内正确记录声音片段。
通过用户的用户界面，优选地请求中心敲击，或者，可替代地，用户表明他/她希望执行中心敲击，且因此假设步骤24中检测的敲击是中心敲击。在步骤25中记录第一声音片段之后，出于确定基音频率14的基音振幅15的目的，优选地在步骤27中分析整个声音片段。
取决于步骤24中的触发设置和步骤25中的记录设置，声音片段可能包括敲击的整个共振或回响持续时间。出于此目的，也可以只分析声音片段的一部分，在这种情况下优选地，及时分析其第一部分，以便在此确定基音频率范围或基音的位置和振幅，且其中在敲击之后可能的最短时间内在步骤27中执行准确的确定。也可能在声音片段的第二时间片段(例如当信号的振幅已下降到低于测量的最大振幅的确定级别之下时)中，确定基音14及特定泛音的位置。这是基于以下认知，在敲击的整个共振或回响持续时间内，在敲击频谱中相对于基音14，泛音在敲击的结束处比敲击的开始处更具主导地位。
第一泛音相对于基音14的位置通常是不和谐的，且因此通常除了在具有谐音音程结构的乐器(诸如弦乐器)的情况之外。频谱的泛音越高，泛音的振动数之间的比率，或泛音之间的音程越小。相比于和声乐器，振动数之间的比率在鼓的情况下不是整数。而且，具有多个鼓皮的鼓的振动数之间的比率，也被称为基音和泛音之间的音程，取决于各个鼓皮的张力。因为具有多个鼓皮的鼓是声学上耦合的系统，而且上述比率并不是恒定的，但取决于各个鼓皮张力和与鼓皮关联的空气体积的体积特性。这样的振动空气柱减少了泛音之间的音程，从而降低其音高，其中鼓的内部空气体积被包封在具有多个鼓皮的鼓的鼓皮之间，且因此被声学耦合到其上。具有两个鼓皮4的鼓1的泛音和基音14之间的音程通常取决于各个鼓皮4的调音。各个鼓皮4的调音确定其第一泛音频率范围相对于鼓1的基音14的位置。基于在步骤25中记录的鼓1的鼓皮4上的第一次敲击的声音片段的在步骤27中测量的基音频率14，预定算法允许确定针对鼓1的各个鼓皮4的不同的第一泛音频率范围，各个鼓皮4的第一泛音最可能位于鼓1内。借此可在步骤28中调整滤波器，由此在考虑鼓1的鼓皮4上每此进一步边缘敲击期间，可在步骤32中极其肯定地确定第一泛音。在计算期间，预定算法考虑了泛音的振动数之间非恒定的比率。
当在步骤25中已记录了声音片段时，在步骤26中这种声音片段从时域转换成频域。在中心敲击的情况下，所述方法将在步骤26之后继续进行至步骤27，此处中心敲击的情况在附图中以箭头29表示。在步骤27中，检测基音。针对基音的检测，考虑了被记录的声音片段的一部分，可选地所述记录的声音片段包括整个声音片段。特别地，将确定基音频率14且可选地也确定基音振幅15。在步骤28中，随后可基于基音频率，且优选地基于基音振幅，确定滤波器。步骤28中确定的滤波器至少包括通过频带，且优选地也包括通过振幅范围。当在步骤28中已确定滤波器时，所述方法将在此从头开始，不同之处是，在步骤28中已确定滤波器之后，用户请求边缘敲击。这些是图1中区域7上的敲击。
可期望分析第一声音片段的第二部分，在此情况下优选地声音片段的后面部分(其可选地全部或部分地包括其上述第一部分)优选地适于进一步确定基音的各种第一泛音的区域，所述第一泛音产生于各个不同的调音控制位置(例如，张力弦钮)附近。以此方式，在敲击的第一声音片段的分析期间可获得有关基音的信息以及有关每个调音控制位置的第一泛音的期望位置的信息。这种分析提供以下优点，在先前没有掌握基音和每个调音控制位置的第一泛音之间音程的情况下，可使用算法，以更稳健且更准确地确定一个区域，所述区域包括不同调音控制位置附近产生的各个泛音的可能位置。这使得可能使用针对第一泛音的适应的分析算法，所述算法考虑到各个第一声音片段中存在的变量。可因此在每个情况中，第一泛音区域的确定可被适应性调整到每个第一声音片段存在的条件，例如用于不同鼓上和/或不同调音的鼓上的不同的敲击。
一旦步骤24至26已经完成边缘敲击，所述方法将继续进行到步骤31。这是由箭头30图示的，箭头30表示所述敲击是边缘敲击。通过用户的用户界面优选地请求边缘敲击，且因此假设检测的敲击是边缘敲击。可替代地，用户通过用户界面指示他/她希望执行边缘敲击。
在步骤31中，放置滤波器，使得在步骤32中可从边缘敲击的声音片段检测第一泛音。在步骤33中，步骤32中检测的泛音频率接着与步骤28所计算的泛音频率相比较。基于比较33，在步骤34中用户界面指示用户鼓皮4是否必须拉紧、松弛或是否在边缘敲击的位置处是最理想的。以此方式，通过沿着鼓皮的周边分析多个边缘敲击，用户可以简单的方式调谐鼓皮4。
在此例子中，计算的泛音频率也可以是预定的目标泛音频率，所述目标泛音频率可以是或可以不是理想的泛音频率。当在步骤34中给出调音的指示，同样地，可能在此显示基音频率或泛音频率或第一泛音频率，并且其中可选地明确显示如步骤33所获得的差异。在可替代的实施例中甚至可能跳过步骤33，且步骤34涉及直接显示目标音调、基音频率或如步骤32中确定的泛音频率。
图5示出装置的示意表示，所述装置适于执行图4的方法。所示装置包括外壳35，外壳35具有扩音器37。在图5中，扩音器37被显示在外壳35内部，尽管扩音器可形成在外壳35外部且可操作耦合至外壳35。装置还包括用户界面36，用户界面36在图5中显示为显示器。然而，如以上所述的，led或扬声器也可被提供为用户界面，作为显示器的替代物。图5中的用户界面36包括信息输出部分和信息输入部分两者，可使用这两者来调整所述方法的设置，或者，可激活或去激活功能，并且，其他方法(除了其他之外，诸如按钮、控制件或控制器)同样也是适用作为显示器的替代物。因此，用户可在图4的各个步骤中或根据所述方法操纵变量的调整，向装置传达是否将要执行中心敲击29或边缘敲击30。装置还包括存储器38和处理器39。处理器39在此结合存储器38被设置以执行图4中显示的步骤，且上述已参考图4解释所述步骤。
所述装置还可以包括元件40。图5显示夹具的例子，可使用夹具将装置夹持到物体上。可替代地，装置可设有调音键以作为另一元件40，用户可用另一元件40操纵凸缘8的调音弦钮。对于技术人员而言将显而易见的是，可设想更多的实施例用于根据本发明集成所述装置。
作为另一可替代的方案，如图4中所示的方法可被集成到软件应用程序以用于数据处理设备，诸如智能设备(诸如智能手机或笔记本计算机)。这样的集成将允许通过智能手机为鼓调音。
根据本发明的装置可被进一步用于以下情形：预先确定基音，例如用户手动选择基音或在套组内有关其他基音的计算，以及因此不根据第一声音记录进行测量。基于这种预定的基音，随后可设置滤波器以使得泛音更易于被检测到，如上面详细讨论的。
图6显示振动传感器23或扩音器的实施例的例子。在此，振动传感器23包括设置在鼓皮4上的多个传感器，其中各个传感器用附图标记54a-54h表示。在此例子中，通过技术(除其他之外，诸如印制和涂覆)来设置这些传感器54a-54h。在图6中，当在鼓的边缘拉紧鼓皮时，振动传感器23的各个传感器54a-54h被定位在鼓皮4的不同调音控制位置附近，借此振动传感器23具有多个不同的传感器信号，以对应于振动传感器23所包含的传感器的数目。
当同时处理多个传感器54a-54h中的各个传感器信号时，尽管出于执行触发方法24和记录步骤25的目的，同时分别考虑多个传感器54a-54h中的不同信号内容，以执行根据本发明方法的进一步步骤。
仅基于鼓皮4上的单次敲击，借此针对每个传感器54a-54h获得如下信息：如步骤27中执行的鼓的基音，如步骤32中执行的不同调音控制位置附近的泛音，以及有关步骤24和25中执行的敲击的硬度及其碰撞位置。
在此例子中，基于具有不同设置的不同滤波器，针对传感器54a-54h可分别地进行步骤28中的确定滤波器以及步骤31中的设置滤波器，或者，可替代地，基于具有共同调整的不同滤波器，对于多个传感器54a-54h共同地进行步骤28中的确定滤波器以及步骤31中的设置滤波器。根据本发明的方法，其允许，针对传感器54a-54h及因此针对调音位置，在步骤32中，在来自鼓皮4的相同敲击的每个传感器54a-54h的各个声音片段的通过频率范围中确定第一泛音。
随后可结合或分组针对传感器54a-54h获得的信息，以便(例如)获得鼓皮4的基音频率的总体图像，或使得(例如)可考虑相对于彼此(诸如调音控制构件位于彼此相邻处或彼此上方处)的调音控制构件的调音控制位置的第一泛音的相关图像，以用于其进一步处理。在鼓的相同敲击期间，也可以以相似方式同时考虑来自相同鼓的多个鼓皮的传感器54a-54h的传感器信号。
图7显示进一步实施例的第一步骤，其中考虑第一敲击缓冲器，所述第一次敲击缓冲例如包括边缘敲击或中心敲击的信号内容。通过适用于目的的检测算法，在这第一敲击缓冲器或这第一敲击缓冲器的部分的功率谱内查找适当的幅度峰值55，所述幅度峰值55可以是最大幅度峰值。检测到的峰值55被选择并且与其相关的频率被确定。这种检测的峰值或其相关的频率被视为检测的音调55a。
为了确定与选择的峰值有关的频率，在优选实施例中，例如可能进行四舍五入，或例如计算围绕选择峰值的谱质心，并且，在通过用户界面可选显示为检测音调55a或与其相关的指示之前，所见的谱质心可选地被进一步四舍五入至0.1hz的倍数。
通过用户界面，由此显示与选择峰值55或检测音调55a有关的值或指示，且用户接着通过用户界面激活聚焦模式，借此在每个后续敲击期间出于设置聚焦区域的目的，选择峰值55的位置、检测音调55a或其关联的位置被存储为参考r。检测音调55a、或选择峰值55或参考r在此也被存储为目标音调。
图8示出进一步实施例的第二步骤，其中在每次后续敲击(其可能是边缘敲击或是中心敲击)期间，当聚焦模式激活时，在此后续敲击的功率谱中确定聚焦区域56，所述聚焦区域的带宽(从56a到56b)与第一次敲击存储的参考r有关。在此情况下，相对于参考r不对称地确定聚焦区域，尽管同样可能对称地确定这样的聚焦区域56，其中r与56a之间的距离等于r与56b之间的距离。
图9示出进一步实施例的第三步骤，其中在相同后续敲击的功率谱中，接着在其功率谱或其一部分内执行幅度操纵。在此例子中，在优选实施例中，聚焦区域之外的所有幅度优选地乘以确定值∑a，其中∑a例如是敲击缓冲器中所辨别的总频率范围上功率谱的所有的各个频率区间的所有幅度的总和57。可替代地，可使用不同值，或将聚焦区域之外的所有幅度乘以确定系数等等。图10示出进一步实施例的第四步骤，其中接着在相同后续敲击的功率谱中确定幅度范围m，这例如是通过设置最小和最大幅度阈值∑b进行的，其中∑b例如是聚焦区域内功率谱的所有各个频率区间的所有幅度的总和，且最小幅度阈值m例如对应于在聚焦区域内功率谱的频率区间中测量的最小幅度，这对应于最小幅度峰值58。同样地针对m可能使用另一值，或者可能不使用阈值m来确定范围m。
在相同后续敲击的整个辨别的频谱上，因此在敲击缓冲器，或此类敲击缓冲器的一部分的功率谱的所有频区间上，随后在确定的幅度范围m内查找适当的幅度峰值59，这可能是此确定的幅度范围m内的最大幅度峰值。接着，通过适于此目的的算法检测这种适当的幅度峰值59。选择检测的峰值并确定与其相关的频率。这种检测的峰值或与其相关的频率被视为检测音调60。
为了确定与选择的峰值有关的频率，在优选实施例中，例如可能进行四舍五入，或例如可能计算围绕选择峰值的谱质心，并且，在通过用户界面可选显示为检测音调60或与其相关的指示之前，所见的谱质心可选地被进一步四舍五入至0.1hz的倍数。
在又一优选实施例中，在此通过用户界面给出与检测音调60和目标音调之间的差值有关的指示，目标音调例如是来自步骤1的参考r或检测音调55a。
注意到，在进一步敲击处检测到峰值之后，可以每次执行精炼步骤以便更精确地测量峰值的特性。例如参照图7-10所描述的聚焦模式可以用作精炼步骤。
以上描述和示出的附图显示本发明的示例性实施例。然而，本发明并不限于这些例子且仅被定义于权利要求中。