一种多功能智能电子乐器的制作方法

[0001]
本实用新型涉及一种电子乐器，特别是一种能够模拟中外各种传统乐器，仿真以吹奏、弹拨、按键、鼓锤、拉弦等手法进行演奏的多功能智能电子乐器。


背景技术：

[0002]
中外传统乐器种类繁多，演奏手法复杂多样，中国民族乐器主要可以分为四大类：一是“吹奏乐器”，如唢呐、竹笛、洞箫、管子、笙、埙等；二是“拉弦乐器”，如二胡、中胡、革胡、低胡、板胡、高胡等；三是“弹拨乐器”，如琵琶、扬琴、三弦、阮、柳琴等；四是“鼓锤乐器”，如锣、鼓、镲、铙、钹、梆子、木鱼等；西洋传统乐器主要可分为五大类：一是“弦乐器”，包括弓弦乐器，如小提琴、中提琴、大提琴、低音提琴，以及弹弦乐器，如竖琴、吉他、曼陀林等；二是“木管乐器”，如长笛、短笛、双簧管、英国管、单簧管、萨克管等，三是“铜管乐器”，如圆号、小号、短号、长号、次中音号、小低音号、大号等；四是“键盘乐器”，如钢琴、风琴、手风琴等；五是“鼓锤乐器”，如定音鼓、大鼓、小军鼓、钹、架子鼓、三角铁、沙槌、钟琴、木琴、排钟等；传统乐器的缺点是每种乐器都只能发出一种独特的声音，如果想要演奏交响音乐就必须组建多人的大型乐队，对于普通个人或小团队而言，想要同时拥有、学习、使用众多乐器进行演奏是十分困难的。
[0003]
近代出现了一些电子乐器，如电子琴、电吉他、电贝斯等，可以通过硬件装置将音频数字化，模拟发出一些乐器的声音，但是也有一些缺点，如电子琴仅能以按键演奏，演奏手法与其它非键盘类传统乐器相差太远，缺乏使用真实乐器的体验，而且不便于携带；电吉他和传统吉他演奏体验也有些差异，而且只能模拟一种乐器的声音。


技术实现要素：

[0004]
有鉴于此，本实用新型提供一种多功能的智能电子乐器，将各种中外传统乐器按照演奏手法综合归集为吹奏、按键和鼓锤、拉弦、弹拨四个大类，在一个乐器上集成提供四种仿真发音装置，能够通过左、右手指的协同，体验吹、拉、弹、按、打等手法，模拟演奏各种中外传统乐器，准确表现出不同乐器各具特点的音色、音调、音准，可对外输出数字音频信号或文件进行播放。
[0005]
根据本实用新型的一个方面，多功能智能电子乐器的特征在于，整体外观近似于简化版的小提琴，其主要结构包括：琴头有开关按键和音量旋钮，琴颈嵌入一块长条型的液晶触摸显示屏，琴身排列四个仿真发音装置模块，包括仿真吹奏装置、仿真键盘和鼓锤装置、仿真拉弦装置、仿真弹拨弦装置，另外单独配有一支独立的仿真弓弦，分别用于模拟各种乐器的音孔、按键、鼓锤、拉弦、弹拨弦等，各个模块装置内的电子传感器将左右手按压、弹拨、拉弦等演奏动作产生的模拟信号转换为数字信号，输送到琴身内置的智能控制器、存储器共同处理，输出数字音频信号，通过通信模块传送给内置喇叭或外接装置进行播放，表现出不同乐器各具特点的音色、音调、音准。
[0006]
优选地，所述液晶触摸显示屏与智能手机或平板电脑所使用的显示屏功能相同，
不同是形状为长条形，可以完全嵌入琴颈面板中，替代功能单一的琴弦，用于显示并以手指触摸选择所要演奏的乐器种类，模拟显示出乐器的琴弦或者按音孔、按键、锣、鼓等，通过左手指触摸显示屏不同位置确定数字音符，输送到智能控制器处理。
[0007]
优选地，所述仿真吹奏装置在琴身面板上共设有五个吹奏孔，孔上各加装一支小管，小管位置根据右手5个手指的长短呈弧形排列、根据每个指头的弧度设置管口倾斜角度，方便手指按压，其中一个大孔模拟乐器吹气口，四个小孔模拟木管乐器的四个发音孔，或者铜管乐器的发音按键，琴身面板下每个孔装有红外线反射式开关，连接红外线模数转换电路板，将手续按压发音孔产生的红外线开关、强弱信号转换为数字信号，输送给智能控制器和存储器处理，输出为吹奏类乐器的声音。
[0008]
优选地，所述仿真键盘与鼓锤装置在琴身面板上共设有3排小按键，每排5个按键，对应右手5个手指，按键内装有弹簧，并连接一支金属压力棒，琴身面板下对应装有电阻式薄膜压力传感器，每个传感器分别连接键盘与鼓锤模数转换电路板，手指按压按键后金属压力棒将与压力传感器发生接触，使电阻发生变化，模数转换电路板将电阻大小变化信号转换为数字信号，输送给智能控制器和存储器处理，输出为键盘或鼓锤类乐器的声音。
[0009]
优选地，所述仿真拉弦装置，包括一支独立的弓弦和琴身面板上的四对拉弦，弓弦是由三条平行并且按纵向排列的电阻丝所构成，每对拉弦是由两条平行的铜丝构成，每一条分别连接到面板下的拉弦模数转换电路板，用手指按压弓弦使一条至三条电阻丝接触一对拉弦，接通电路产生电流，由拉弦模数转换电路板将电流开关、大小信号转换为数字信号，输送给智能控制器和存储器处理，输出为拉弦类乐器的声音。
[0010]
优选地，所述仿真弹拨弦装置在琴身面板上共设有8条弹拨琴弦，每条琴弦中间下方正对一对电子拾音器，拾音器连接到弹拨弦模数转换电路板上，将弦被弹拨的震动信号转换为数字信号，输送给智能控制器、存储器处理，输出为弹拨弦类乐器的声音。
[0011]
优选地，多功能智能电子乐器需要开发专用的智能乐器app客户端软件，控制各个电子器件的运行，指令智能控制器处理来自液晶触摸显示屏和四个仿真发音装置模块的数字信号，调用预先录制在存储器中的数字音频数据，通过通信模块输出到内置高、低音喇叭或者外置音箱、耳机、手机等设备播放，或者作为数字音频文件存储或导出，内置可充电的电源模块为各个电子器件供电，所述智能控制器、存储器、通信模块、电源模块的功能与智能手机、平板电脑的相关器件基本相同。
[0012]
可选地，琴身尾部可以加装一个腮托，方便模拟小提琴演奏时夹在肩头使用，琴身侧面可以加装一条肩带，方便将乐器背在身上演奏或随身携带。
附图说明
[0013]
通过参照以下附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
[0014]
图1是本实用新型实施例的整体外观立体示意图；
[0015]
图2是本实用新型实施例的琴体内部面板背面元器件结构示意图；
[0016]
图3是本实用新型实施例的琴体内部底板元器件结构示意图；
[0017]
图4是本实用新型实施例之示例性的仿真吹奏装置原理示意图；
[0018]
图5是本实用新型实施例之示例性的仿真键盘和鼓锤装置原理示意图；
[0019]
图6是本实用新型实施例之示例性的仿真拉弦装置原理示意图；
[0020]
图7是本实用新型实施例之示例性的仿真弹弦拨装置原理示意图；
[0021]
图8是本实用新型实施例的元器件电路逻辑结构示意图。
具体实施方式
[0022]
以下基于实施例对本实用新型进行描述，但是本实用新型并不仅仅限于这些实施例，在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型，为了避免混淆本实用新型的实质，公知的方法、过程、流程没有详细叙述，另外附图不一定是按比例绘制的。
[0023]
多功能智能电子乐器属于乐器的一种，整体外观近似于简化版的小提琴，外观形态、大小在制造时可以根据演奏或携带的实际需要改变或缩放，下面具体介绍多功能智能电子乐器的外部和内部结构。
[0024]
如图1所示，本实施例中的多功能智能电子乐器设有琴头1、琴颈2、琴身3，和一支独立的弓弦32；琴头1左右两侧分别有一个电子开关按键4和一个音量旋钮5；琴颈面板上没有琴弦，而是嵌入一块长条型的液晶触摸显示屏6，用手指触摸显示屏选择一种乐器后，将显示出该种乐器的琴弦、键盘、音孔、锣、鼓等，用左手手指触摸显示屏，可根据所触摸位置确定相应的音符数字信号；琴身3的面板上排列四个仿真发音装置模块，分别是：仿真吹奏装置7、仿真键盘和鼓锤装置8、仿真拉弦装置9、仿真弹拨弦装置10；琴身面板上还有两个与小提琴形态相似的共鸣出声口11；琴身面板尾部加装一个腮托36，用于模拟小提琴演奏时夹在肩头和腮部之间使用；琴身侧面板加装一条可调长短的肩带37，方便随身携带，或者背在肩上演奏。
[0025]
如图2所示，琴体内部的琴身面板背面对应正面装置处分别装有四个仿真发音装置模块的电路板，分别包括：红外线模数转换电路板12、键盘和鼓锤模数转换电路板13、拉弦模数转换电路板14、弹拨弦模数转换电路板15，电路板负责将各个发音装置模块电子感应器产生的模拟信号转换为数字信号。
[0026]
如图3所示，琴体内部的琴身底板上正对共鸣出声口11处分别装有一个高音喇叭16、一个低音喇叭17，经过琴身共鸣腔可进一步放大声音；琴身内部底板上还分别装有锂电池电源模块18、智能控制器19、存储器20、通信模块21的元器件；琴身侧面的面板上排列有4个输入输出孔，包括：有线音频输出孔22，用于外接音箱等音频放大器；耳机输出孔23，用于外接耳机并让喇叭处于静音状态；usb数字文件输入输出孔24，用于导入或导出数字音频文件；usb电源输入孔25，用于向内置锂电池电源模块18进行充电。
[0027]
如图4所示，所述仿真吹奏装置7用于模拟各种用口吹气并用手指按孔或按键确定音符方式演奏的乐器，包括中国吹奏乐器（如唢呐、竹笛、洞箫、管子、笙、埙等），西洋的木管乐器（如长笛、短笛、双簧管、英国管、单簧管、萨克管），铜管乐器（圆号、小号、短号、长号、次中音号、小低音号、大号等）；根据这类型乐器的共同特征，仿真吹奏装置在琴身面板上共设有五个吹奏孔26，其中一个大孔4个小孔，每个孔上各加装一支短管，短管根据右手5个手指的长短呈弧形排列，管口根据每个指头的弧度设置倾斜角度，方便每个手指完全无缝按压；大孔用右手拇指按压，模拟乐器的吹气口，小孔用其它四指按压，模拟中国吹奏乐器、木管乐器的四个发音孔，或者铜管乐器的发音按键，结合由左手指按压的触摸显示屏上显示的
其它音孔，双手共同模拟这类乐器的演奏；每个孔内都装有红外线反射式光电感应器27，分别连接到红外线模数转换电路板12，通过检测短管上方是否有手指阻挡红外线来判断手指是否按压，然后将检测到的手指按压动作转换为电流开关、强弱数字信号，与触摸显示屏产生的数字信号一起发送给智能控制器，输出吹奏类乐器的和弦音乐；红外线反射式光电感应器属于红外线控制领域，它由红外线发射单元、红外线接收单元两部分组成，普通的红外线反射式开关可以通过外围电路调节感应距离在0.01～10米范围，手指按压孔后指尖离红外发射电路板大概1～3mm左右，可以完全符合红外开关的工作条件，当手指越接近孔电路板发出的数字信号越强，模拟吹气流或按键力度越大，对应发出的音符音高就越强；为了防止其他光线的干扰，吹奏孔26和红外反射式光电传感器27之间加装可见光截止片28，用于遮挡其他可见光，提高红外检测的准确性，同时阻挡灰尘进入，可见光截止片的特性是可以让400-680nm的可见光具有低通过率(10％以下通过率)，而800-1600nm的光具有高通过率(90％以上通过率)，所选红外线led波长位于940mn，具有良好的通过性。
[0028]
如图5所示，所述仿真键盘和鼓锤装置8，可以用于模拟各种键盘乐器（如钢琴、风琴、手风琴等），中国鼓锤乐器（如锣、鼓、镲、铙、钹、梆子、木鱼等），西洋鼓锤乐器（如定音鼓、大鼓、小军鼓、钹、架子鼓、三角铁、沙槌、钟琴、木琴、排钟等）；根据这类乐器的共同特征，仿真键盘装置在琴身面板上共设有三排小按键29，每排五个按键，分别对应由右手弹奏的15个音符；每个按键下面装有弹簧，并连接一支金属压力棒30，面板背面每个按键下分别装有电阻式薄膜压力传感器31，分别连接到面板下面的键盘和鼓锤模数转换电路板13；当手指按键下压时,金属压力棒30将对电阻式薄膜压力传感器31产生压力，改变电路电阻，压力越大电阻越低，电路的电流越大，键盘模数转换电路板13将电流的开关、强弱信号转化为数字信号，结合由左手指按压触摸显示屏上显示的按键不同位置对应的音符，一起与输送给智能控制器19，输出键盘或鼓锤类乐器的和弦音乐。
[0029]
如图6所示，所述仿真拉弦装置9，可以用于模拟各种拉弦类乐器（如中国的二胡、中胡、革胡、低胡、板胡、高胡等，西洋的小提琴、中提琴、大提琴、低音提琴等）；根据这类乐器的共同特征，仿真拉弦装置包括一支独立的弓弦32，和琴身面板上的一组拉弦33；所述弓弦32与小提琴弓弦形态近似，所不同的是其弦是由三条平行并且按纵向排列的电阻丝组成，电阻丝可以用铁铬镍合金制作；所述拉弦33由4对拉弦组成，每一对代表1条传统拉弦，不同的是每对拉弦是由两条平行且不相连的铜丝组成，分别连接到面板下的拉弦模数转换电路板14，构成一个断开式电路；当弓弦上的一条电阻丝接触到一对拉弦，将接通电路，如果将弓弦用力下压，使2条或3条电阻丝同时接触到拉弦，则接通的电路电阻越小而通过的电流更大，拉弦模数转换电路板14将电流的开关、大小信号转换为数字信号，与从触摸显示屏采集的左手按压模拟琴弦产生的音符数字信号，一起与输送给智能控制器19，输出拉弦类乐器的音乐；如果模拟演奏二胡等双弦乐器或三弦乐器，可以只使用其中的2条或3条拉弦。
[0030]
如图7所示，所述仿真弹拨弦装置10可用于模拟各种弹拨弦类乐器（如中国的琵琶、扬琴、三弦、阮、柳琴等，西洋的竖琴、吉他、电吉他、曼陀林等）。根据这类乐器的共同特征，弹拨弦装置在琴身面板上共设有8条用软磁性材料制作的弹拨琴弦34，每条琴弦中间下方的面板上正对一对电子拾音器35，拾音器连接到面板背面的弹拨弦模数转换电路板15上；琴弦34和电子拾音器35可以使用电吉他的通用磁性琴弦和拾音器，用于检测右手指弹
拨琴弦产生的电磁震动信号，由弹拨弦模数转换电路板15转换为数字信号，与左手指按压触摸显示屏上显示的模拟琴弦产生的音符信号，一起输送给智能控制器19，输出弹拨类乐器的和弦音乐；模拟吉他等乐器可以只使用其中的6条或若干条弦。
[0031]
如图8所示，在本实施例中，液晶触摸显示屏6、仿真吹奏装置7、仿真键盘和鼓锤装置8、仿真拉弦装置9、仿真弹拨弦装置10、分别连接到智能控制器19，调用存储器20数据、产生数字音频信号后再输出到通信模块电路板21，再输送到内置喇叭，或者通过有线接口连接到外置音箱、耳机，或者以无线方式输出到手机等无线智能设备播放或存储，电源模块18为以上各个电子器件供电，所述智能控制器、存储器和通信模块功能与智能平板电脑或智能手机的元器件功能基本相同，可以使用成熟元器件改造后使用。
[0032]
在本实施例中，需要开发专用的智能电子乐器app客户端软件，下载安装到存储器20内，通过程序指令让智能控制器19处理来自于长条形液晶示触摸显示器6，以及四个仿真发音装置模块的数字信号，调用已录制并存储在存储器20中的各种乐器的数字音符和音效，输出仿真的音频数字信号，通过通信模块21对外输出播放，包括内置高音喇叭16和低音喇叭17，外接音箱、耳机，还可以通过wifi、蓝牙、4g、5g信号输入输出到外部的无线智能手机、平板等接收器；app客户端软件应当可以更新、下载，可以存储或调用演奏过的音乐，可以输入更多新型乐器的音符、音效以模仿其它国家的各种乐器，也可以导入伴奏音乐文件，以便在个人独奏时作为伴奏音乐。
[0033]
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域技术人员而言，本实用新型可以有各种改动和变化，比如大小、外观，以及用其它电子感应器采集仿真发音装置的信号，凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。