专利名称：用于弦乐器特别是吉他的自动调音的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种按照权利要求1前序部分的用于自动对弦乐器调音的装置。本发明此外还涉及一种按照权利要求8前序部分的用于对弦乐器自动调音的方法。
背景技术：
对乐器的调音通常除了需要娴熟的听觉之外，还需要耗费大量的时间，特别是不熟练的业余乐器爱好者必须花大量时间调音。在传统的手动调音方法中器师利用音叉进行调音，音叉通过拨弦给出音调并且通过改变弦长度或弦张力来改变各根弦的音高。通过多次弦和音叉的多次敲击进行调音，直至达到所要求的弦的校音。从这个校音出发，对其它的弦进行校音。
由于一方面乐器的各根弦因为一始终存在的材料的柔度必须经常调音，而另一方向各根弦也根据气候条件在其长度上是可变的(一吉他弦在一音乐厅的舞台上由于热和湿气与在比较干燥的和冷的练习室的情况相比膨胀)，经常的调音是必需的。在新弦张紧以后也必须调整它们的音调。
为了在这方面达到简化，US 4,803,908建议一种用以自动调整弦乐器的音调的装置，其具有权利要求1的前序部分的全部特征。在该装置中在一吉他上利用一在那里称为“Strummer”的在吉他的琴身中设置的辅助装置同时拨动全部的弦。一电子装置检测各个音调，将其与理想预定音调比较并且控制一作用于各弦上的调整装置以便以符合规定的音调的方式调整各个弦张力。
该系统只在这方面是很受欢迎的，即它能够顺利的和自动的调音并且对不熟练的音乐家尤其如此，但高的费用也降低利益。可是该系统具有显著的缺点。其在整体上是大的和笨重的并且要求吉他的琴身上的显著的改变，其一方面对其音响效果(声调)具有影响而另一方向对其操作具有影响(由于重量的改变)。除此而外，也显著地改变了吉他的外观。
由于整个的吉他构成对于声调特性决定性的共鸣体，当改变吉他时也改变了声调特性。对此上述的系统几乎不能补充配置于现有的乐器中，而其他只很难地结合于新的吉他中。特别在声调方面计划开发两种彼此独立的吉他型式，一种具有上述装置的吉他和一种没有上述装置的吉他。
在WO 03/012774 A1中公开一种用于吉他的自动调音的电子装置，其将各部件分布在吉他的头部和琴身上。在这种装置中或设有将各个彼此相分离的元件相连的电线用于数据传输，其中这对于吉他是很大的干扰。或者设置无线电的、红外的或其它的无线传输装置。由此必须在头部上附加地设置一个相应的发射/接受器，这相应地加大了重量并且影响吉他的外观和声音性能。此外，发射/接受器必须设有自身的电源，即在吉他的头部上附加设置一个电池或电线接头。
发明内容
本发明从所述的问题出发，目的是提供一种在这方面改进的装置，其可以以对声调特性最小的影响和用尽可能少的和小的元件整合于乐器中、特别是吉他中。此外要提供一种用以自动调整弦乐器的音调的方法，其满足预先规定。
为了达到该目的，建议一种具有权利要求1的特征的装置。在权利要求8给出一种达到该目的的方法。
权利要求2至7和9至11包括装置或方法的有利的进一步构成。
本发明的核心思想是，将装置(其也称为系统)的各元件分布在乐器上。在吉他中并不是整个装置都设置在琴身中。头部或琴颈也提供用于(隐蔽)安装其它元件的空间，即使这些空间很小。特别是可以利用业已安装在吉他头部上的机构来调节弦的长度或张力，这会减少特殊部件的应用。总体上必须向乐器或吉他内安装较少的附加元件。
为了在不太影响乐器的外观情况下将控制和驱动装置分离开来，根据本发明控制信号在位于一乐器部件上的控制元件和至少一个驱动装置之间经由吉他的至少一个用作总线的弦引导。
弦乐器的弦大多由导电材料(金属)制成或用由这种材料制成的线卷绕。也可以在音调允许的情况下用这种导电材料涂覆弦。这种解决方案可以省略其它必须布设在乐器体中的电线。除了乐器的声音特征保持不变之外，乐器的外观也保持不变。为了在使用多个弦作为导线的情况下这些弦彼此之间不发生电短路，用于共同引导这些弦的元件(例如板条)构造成使得各弦彼此之间绝缘。为此，这些元件由不导电的材料制成(例如陶瓷)或用这种材料涂覆，或者采取其它的绝缘措施(例如中间设置的绝缘垫片等)。
驱动装置可以是马达或电机，但是也可以液压或气动地工作。
当乐器是一个在电路上与扩音器相连接的乐器时(例如电吉他)，那么可以将一个业已存在的连接于扩音器的拾音器作为检测单元(音调导线)。
当根据权利要求2的进一步构造所述至少一个驱动装置的馈电经由其中一根弦引导时，那么在驱动装置这一侧就无需自身的电源(电池等)，所述自身的电源作为附加的构件会在乐器的外观和平衡方面带来不利的影响，并且也无需单独的输电线，所述单独的输电线也会导致上述的缺点。
通过一如权利要求3中说明的控制装置的实施形式，其可以以简单的方式通过拨动一弦发出声音。
一如可以按照权利要求4设置的接口提供这样的可能性，即从外面，也可事后将一软件存入装置中。此外经由接口可以将不同的基准校音输入存储装置以便乐器可以按不同的模式调音。
一如权利要求5中建议的装置的实施形式允许乐器的一根弦方式的调音。其也可以同样好地采用一个驱动装置，该驱动装置通过相应的传动装置或类似的装置可以接通，以便调整各根弦。
如果如权利要求6中所述那样构成装置，则得到一特别紧凑的结构。如果将各个部件选择得尽可能地小，则它们在乐器的总体感觉上几乎“消失”并且在音乐家演奏时也不受干扰。并且在乐器调音时不需要外部的部件参与，音乐家实际上可以到处和几乎独立地调整其乐器。
按照权利要求7的本发明的一进一步构成得出一过剩的(redundant)系统。即使在一根弦损坏时仍可以使装置继续进行乐器的调音。
权利要求8中分别说明用以结合于一电吉他中的装置的一优选的按照权利要求9的方法如上所述构成一种上述目的关于方法的方案。其可以优选利用一权利要求1至8之一项所述的装置来进行，但并不限于一这样的装置，其中根据本发明可以将乐器的各根弦作为总线应用。由此不必安装单独的电缆或其他的传送装置(无线电，红外线)。
一如在按照权利要求10的方法的一进一步构成中所需要的第一数字信号的预处理是有意义的，以便由该信号可以可靠地确定一音域。
第一数字信号的主频率(音域)的确定优选借助一数字的频率滤波器的帮助实现(权利要求11)。这不同于另外通用的快速傅立叶变换法(FFT)而允许由只一次拨弦就可较快速和较精确地确定频率。这是重要的，因为在只一次拨弦时高音很快速地衰减，为了精确地确定音域(频率)必须检测所述高音。
以下简要借助附图描述本发明。其中图1 一作为本发明的可能的应用实例的电吉他的示意的前视图；图2 图1的电吉他的示意的后视图；图3 包括其他的细部的电吉他另一示意的前视图；图4 按图3中视图的电吉他的琴身的放大图；图5 电吉他的颤音系统块的一滑块的四个不同的视图(a)至(d)；
图6 各根弦在颤音系统块的固定及其与电源线或信号线的接触的示意图；图7 吉他的头部与在其上安装的各叶片和调整弦张力的各伺服电机的四个不同的视图(a)至(d)；图8 安装于吉他头部上的各叶片与各伺服电机的四个不同的视图；图9 一检测电路的示意电路图，用以控制一用于自动调整吉他的音调的装置的音调导线输入。
具体实施例方式
在各图中借助一个在电吉他中的实施例更详细地说明本发明。同样的元件在各图中设有同样的附图标记。借助一电吉他的描述并不限制本发明。其同样可以很好由于音响吉他、电贝斯，或其他的电的或电子音响的或音响的弦乐器如小提琴、竖琴等中。
图1至4中示出一电吉他1的不同的、部分地放大的视图，其设有一本发明的装置。电吉他1可以大致分为琴身2、板条3和头部4。在琴身上在所谓颤音系统块5上固定弦6a-6f的第一端(球状端)并且并排沿板条3直到头部4将各弦张紧，在头部各弦以其第二端绕到弦轴7上并可调地固定。各弦轴7机械地与各叶片8相连接，从而通过旋转叶片8可将该弦端绕到弦轴7上或从其上展开。由此改变弦的张力或长度并调整吉他的音调。
图1中还可看出一所谓弹拨防护装置9，其为一盖板的形式并且在其下面在琴身中提供一空间，在该空间中设置电吉他1的电子装置。在该弹拨防护装置9的下方设置一属于本发明装置的控制芯片，其在图2中以10示意地表示。
图2中还可看出，在电吉他1的头部4上在叶片8的机械装置上设置例如经由一传动装置作用的伺服电机11。各伺服电机属于本发明的装置并且以后还要描述的方式连接于控制芯片10以便控制。利用各电机可以代替手操作经由各叶片8旋转各弦轴7并从而调整弦6a-6f的张力。
图3和4中以另一视图示出电吉他1.在这里除图1和2中可看出的元件之外示出电吉他1的其他的细节。这样例如可看出在琴身2上的弦6a至6f的下方安装的拾音器(pickups)12，它们将弦的振动(并从而将通过拨弦产生的音调)转变为一电信号，这些拾音器12同时以随后还要说明的方式用作为本发明的装置的构件。
此外在这些视图中示出一电位计13。通常电吉他具有多个这样的电位计以便调整高音、低音和音量。图中所示的电位计13是音量调整器。为了本发明的装置在电吉他1中的整合，该专用调整器不构成为传统的电位计，而构成为所谓推挽电位计，该推挽电位计具有一附加的转换作用。
最后在这两图中还可看出从控制芯片向颤音系统块5，更准确地说向弦6a至6f引导的导线14。
图5和6中示出颤音系统块5或在其上设置的各滑块15用以引导在颤音系统5中固定的各弦端。在图6中可看出，弦6a至6f如何通过各孔17引入颤音系统块5中并且以在其末端设置的粗块(球状端)支承在孔17的下边缘上。在各孔17的下端分别嵌入一绝缘的套筒19，该套筒19在其从孔17凸出的边缘上设有一指向外面的凸缘。在套筒19的凸缘与粗块(球状端)18之间定位导电的薄片20，它们接触弦6a至6f的粗块(球状端)18。这些薄片又连接于在控制芯片10上连接的导线14(图中表示为14a至14f)。
按这种方式将由导电的金属构成的或用导电的金属线缠绕的电吉他的弦6a至6f电连接于控制芯片10。
在颤音系统块5上固定图5(a)至5(d)中所示的滑块15。经由它们各弦在用16标记的滑块嵌件的范围内延伸。图5(d)中放大示出的滑块嵌件在图5(d)中所示的滑块中嵌入图5(a)中右边所示的凹槽中。由于滑块15和滑块嵌件16在一电吉他1中通常必须由金属并从而由导电的材料构成，为了避免在经由各导线电接触的各弦之间的短路，各滑决嵌件16是相互绝缘的，经由所述滑块嵌件弦6a至6f延伸。为此图5(a)中用21标记的各表面是绝缘的。
图7(a)至7(d)可再次看出电吉他的头部4与在其上设置的本发明的装置的部件，其中图7(d)中示出图7(c)中用D标记的区域的细部放大图。
图8(a)至8(d)再次与头部4分开示出用于调整弦张力的机械装置，该机械装置包括弦轴7、叶片8和伺服电机11。可看出全部这些装置安装在一共同的薄板22上，该薄板包括用以控制伺服电机11的其他的控制元件。经由金属的并从而经由导电的弦轴7各弦电连接于在薄板22上的相应的线路。
本发明的用于电吉他1的自动调音的装置如下操作通过牵引推挽电位计13启动系统。为此动用一图9中所示的电路，以下还要对其说明。
现在通过拨动一弦可以给控制芯片10发出指令。通过拨弦产生的音调借助于拾音器12转变为一电信号，其在控制装置中换算成一频率。在控制装置中存放各规定的预编程序的指令，其调用一位于一规定的公差内的频率。按这种方式可以例如调用用于一弦例如e弦6f的调音的程序。如果程序启动，则控制芯片从一存储器中加载一用于该弦的基准频率，其用作为额定频率。现在必要时重新拨动该弦，在控制芯片10内从由拾音器12转换的信号中算出实际频率并经由用作为总线的弦将一信号发送给薄板22或经由薄板发送给用于调整弦张力的相应的伺服电机11以达到额定频率。同时控制芯片10检测频率的变化并在达到额定频率时给伺服电机11一停止信号。按这种方式全部弦可以依次调音。将一数学的频率滤波器用作为程序用来从拾音器的电信号中算出实际频率，因为它可以特别快而可靠地算出频率。
经由一图中未示出的接口可以供给控制芯片10用于各弦的不同的频率规定值，根据情况，可以直接选择哪种调音的方式(例如开发调音等)。
为了传送控制信号只需要两根弦。经两根其他的弦，在这里为弦6f(低音e弦)和6e(a弦)将用于薄板22和伺服电机11的电源引入头部4，从而在那里不需要一自身的电源。为了传送电压选择弦6f和6e，因为低音e弦和a弦是电吉他1的最粗的弦并从而极少拉断。剩下的四根弦6a至6d中可以各两个任意的作为总线由控制芯片自由控制。按这种方式系统是过剩的并且即使在弦6a至6d的一根或甚至两弦拉断时仍可工作。
在琴身2上或在拾音器12的区域内在弦6a至6f下方的发光二极管指示控制芯片10或程序流程的状态并由此简化装置的操作。在这里也可以设置一“简要指南”，例如包括指示，通过拨动弦6a至6f的哪一根在哪个音调中调用哪些指令。为各指令配置的频率可以由控制芯片10这样掌控，即使其匹配于电吉他的当前的校音，亦即使用者用自己的手柄始终拨动同一弦，以便调用一指令，同样，例如直接调整吉他并从而调整弦的音调。
在该实施例中系统的电源在外部而且经由放大器电缆实现，吉他本来在一扩音器上电连接于放大器电缆。图9中所示的音调导线电路持续地检测电吉他1的内部电阻。该内部电阻在正常演奏准备好的电吉他1时是高的。如果现在音乐家牵引推挽电位计13，则该电位计从用于放大器电缆的塞孔套筒脱离拾音器12并从而脱离扩音器并且接通控制芯片10。则此电吉他1的内阻至少降低一因子20。这确认电路和放大器电缆首先与扩音器断开，由此电吉他1可以被“哑地”校音。此外电路连接一电源电压，它在放大器电缆上可以例如由扩音器的电源部分、但也可由一外部的电源部分获得该电源电压。然后将该电压供给控制装置10并经由弦6e和6f转送入头部4。现在本发明的装置可以工作。在调音结束或例如电路建立或新的数据输入以后音乐家转换推挽电位计13返回正常位置。电吉他1的内部电阻由于现在重新在放大器电缆上连接的拾音器12重新升高。这可以看出按图9的音调导线电路并且信号由放大器电缆再次供给扩音器，音乐家可以继续演奏。
附图标记清单1 电吉他2 琴身3 板条4 头部5 颤音系统块6a-f 弦7 弦轴8 叶片9 弹拨防护装置10控制芯片11伺服电机12拾音器13电位计14导线15滑块16滑块嵌件17孔18粗块19套筒20薄片21表面22薄板
权利要求
1.一种用于弦乐器(1)特别是吉他的自动调音的装置，具有a)检测装置(12)，用于检测通过拨动一弦(6a-6f)所产生的音调以及输出与所检测的音调相对应的数字信号；b)存储装置，用于存储规定的对应于所要求的音调的数字信号；c)一个比较装置，用于将检测装置输出的数字信号与在存储装置中存储的与所要求的音调对应的数字信号相比较；d)调节装置(7)，用于改变弦(6a-6f)的张力；e)至少一个驱动装置(11)，用于驱动调节装置(7)；f)与比较装置连接的控制装置(10)，该控制装置利用一总线借助于在比较装置中确定的、在代表所产生的音调和所要求的音调的各信号之间的偏差控制至少一个驱动装置(11)；其中，控制装置(10)和所述至少一个驱动装置(11)在弦(6a-6f)的纵向方向上看设置在(6a-6f)的彼此对置的各侧，其特征在于，在控制装置(10)和所述至少一个驱动装置之间的总线由各弦(6a-6d)其中至少一个构成，该至少一个弦由一种导电材料制成或者用这种导电材料卷绕和/或涂覆。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个驱动装置(11)的馈电通过各弦(6a，6e)其中至少一个引导，该至少一个弦由一种导电材料制成或者用这种导电材料卷绕和/或涂覆。
3.按上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，控制装置(10)设立成使其可以通过接收检测装置的一表示位于公差范围内的音调的数字信号被接通。
4.按上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，该装置具有用于数据交换的接口。
5.按上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，每个弦(6a-6f)配备一个具有自身的驱动装置(11)的调节装置(7)。
6.按上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，该装置的元件如检测装置、存储装置、比较装置、调节装置(7)、驱动装置(11)和控制装置(10)完全整合在弦乐器中。
7.按上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，用作总线和/或馈电线的弦(6a-6f)可由控制装置(10)自由选择，从而当一个弦(6a-6f)损坏时(导线断裂或断路时)可由控制装置(10)选择另一弦(6a-6f)作为总线或馈电线。
8.按上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，该装置整合在一个吉他(1)、优选电吉他中，其中控制装置(10)设置在吉他(1)的琴身(2)上并且调节装置(7)和所述至少一个驱动装置(11)设置在琴颈的上端上，所述至少一个驱动装置(11)经由一个沿着琴颈延伸的总线、优选经由用作总线的弦(6a-6d)连接到控制装置(10)上。
9.一种用于对弦乐器自动调音的方法，其中1.拨动一待调音的弦；2.由一检测装置检测由弦产生的音调并且换算成一相应的第一数字信号；3.将所述第一数字信号与一预先给定的与所要求的音调相对应的第二数字信号相比较，并且由这个比较结果在一个控制装置中计算出所需要的弦张力的变化；其特征在于，经由弦乐器的一个或多个用作总线的由一种导电材料制成或者用导电材料卷绕和/或涂覆的弦，由从在弦的纵向方向上看设置在第一侧面的控制装置向一连接于用于调节弦张力的调节装置的、从在弦的纵向方向上看位于对置侧面上的驱动装置发送一控制信号。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于，预处理第一数字信号以便进一步处理。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于，由第一数字信号借助于一个数学的频率滤波器确定被弹拔的音调的频率并且第二数字信号对应于一个预先给定的频率。
全文摘要
本发明提供一种用于弦乐器(1)、特别是吉他的自动调音的装置，包括一用以检测一通过拨动一弦(6a－6f)产生的音调和输出一相应于检测的音调的数字信号的检测装置(12)；一用以存储预定的数字信号的存储装置，该数字信号相应于一要求的音调；一用以比较由检测装置(12)输出的数字信号与一存储装置中存放的与要求的音调相应的数字信号的比较装置；一用以改变弦(6a－6f)的张力的调整装置；至少一个用以驱动调整装置(7)的驱动装置(11)；一连接于比较装置的控制装置(10)，其借助在比较装置中确定的、在表示产生的音调与要求的音调的信号之间的偏差经由一总线控制至少一个驱动装置(11)；该装置相对于现有技术在这方面进行了改进，即其可以以对声调特性影响最小和用尽可能少的和小的元件结合于乐器中，特别吉他中。为此控制装置(10)和至少一个驱动装置(11)在弦乐器(1)中朝弦(6a－6f)的纵向方向设置在弦(6a－6f)的相互对置的侧面上并且总线跨接各弦的长度地在控制装置与至少驱动装置之间引导。此外提供一种用于弦乐器(1)的自动调音的方法。
文档编号G10G7/02GK1954360SQ200580015239
公开日2007年4月25日 申请日期2005年1月19日 优先权日2004年5月13日
发明者克里斯托弗·亚当斯 申请人:克里斯托弗·亚当斯