一种电声二胡的制作方法

一种电声二胡的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种电声二胡，包括结构部件、设置在结构部件上的音调检测装置、音色存储装置、响度检测装置、弓法检测装置、音效处理装置和中央控制器，中央控制器包括音频选取模块、弓法检测模块、响度检测模块和音效处理模块。使用时，由用户通过按键、拉弓输入音调、响度与弓法信息，然后系统根据输入信息从音色存储装置中调出相应的音频，并对音频做相应的音效处理后输出，整个过程完全电子化，系统成本低。
【专利说明】—种电声二胡
【技术领域】
[0001]本发明属于信息检测、音效处理领域，涉及一种具有可采集用户演奏信息和音效处理的电声二胡电子系统。
【背景技术】
[0002]目前市场上主流的前两代的电声二胡。第一代电声二胡仅在原二胡的基础上加上扩音器；第二代由拾音器采集二胡声音信号后传输给效果器，经处理后输出电信号，通过功放播放。前两代的电声二胡的音质都离不开原二胡本身的材质，也就无法摆脱高音质等于高成本这一市场规律。
[0003]本发明使得二胡的音质摆脱材质的束缚，把高音质的二胡标准音文件通过录制存储起来，将电声二胡从操作到发音完全电子化，可以大幅度降低电声二胡的高额成本。

【发明内容】

[0004]技术问题:本发明目的是为用户提供一种电子化程度更高、成本更低的电声二胡。
[0005]技术方案:本发明的电声二胡，包括结构部件、设置在结构部件上的音调检测装置、音色存储装置、响度检测装置、弓法检测装置、音效处理装置和中央控制器，其特征在于，中央控制器包括音频选取模块、弓法检测模块、响度检测模块和音效处理模块；
[0006]音调检测装置由按键和霍尔元件组成，分别采集用户的指法和手的把位，来确认二胡音调信息，并传输给音频选取模块；
[0007]音色存储装置用以存储二胡各个音调的标准音文件；
[0008]响度检测装置通过压力传感器采集用户演奏时琴弦内部拉力大小，并传输给响度检测模块；
[0009]弓法检测装置通过加速度传感器采集用户演奏的琴弓的加速度，并传输给弓法检测模块；
[0010]音频选取模块，根据音调检测装置检测得到的二胡音调信息，从音色存储装置中调取对应的标准音文件传输给音效处理装置；
[0011]弓法检测模块，根据弓法检测装置检测得到的琴弓加速度数据，判断用户是否在拉琴弓，从而确定二胡是否处于演奏状态，并将二胡的演奏状态信息传输给音效处理模块；
[0012]响度检测模块，将响度检测装置检测得到的琴弦内部拉力大小数据转换为二胡演奏响度数据，然后传输给音效处理模块；
[0013]音效处理模块，根据二胡的演奏状态信息和演奏响度数据控制音效处理装置:当二胡处于非演奏状态时，向音效处理装置发送停止工作的命令；当二胡处于演奏状态时，向音效处理装置发送开始工作的命令，并向其传输二胡演奏响度数据；
[0014]音效处理装置，根据音效处理模块发送的停止工作的命令，停止对外输出音频信号；根据音效处理模块发送的开始工作的命令和二胡演奏响度数据，将音色存储装置输出的标准音文件的音频信号根据二胡演奏响度数据进行放大后向外部传输。
[0015]本发明的优选方案中，电声二胡还包括音响装置，音效处理装置将音频信号放大后传输给音响装置对外播放。
[0016]本发明的优选方案中，音色存储装置中，各个音调的标准音文件以编码形式命名存储；音调检测装置按照同样编码规则对二胡音调信息进行确认并赋予编码，然后将编码传输给音频选取模块；音频选取模块根据接收到的编码从音色存储装置中调取标准音文件。
[0017]本发明的优选方案中，弓法检测模块确定二胡是否处于演奏状态的具体方法为:将琴弓的加速度数据积分转换为琴弓的速度数据，若琴弓的速度不为零，则判断二胡处于演奏状态；否则二胡处于非演奏状态。
[0018]本发明的优选方案中，音效处理模块还根据用户的需求对音效处理装置进行滤波降噪控制:当用户需要对音频信号进行滤波降噪处理时，向音效处理装置发送打开滤波降噪功能的命令；当用户不需要对音频信号进行滤波降噪时，向音效处理装置发送关闭滤波降噪功能的命令。
[0019]音效处理装置接收到开启滤波降噪功能的命令时，将音频信号放大后，再进行滤波降噪后向外传输；接收到关闭滤波降噪功能的命令时，则将音频信号放大后直接向外传输。
[0020]音调检测装置、音色存储装置、响度检测装置、弓法检测装置与音效处理装置连接中央控制器；中央处理器输出控制信号给音调检测装置、音色存储装置、响度检测装置、弓法检测装置与音效处理装置。
[0021]首先音调检测装置、响度检测装置和弓法检测装置采集用户的演奏操作信息传输给中央控制器，音色存储装置提供原始标准音的音频信号；然后，中央控制器的软件部分对用户的演奏操作信息进行处理后，和原始音频信号一起传输给音效处理装置；最后，音效处理装置将处理后的音频信号传输给音响，对外播放。该方案使得电声二胡的整个演奏过程电子化，并且降低了电声二胡的成本。
[0022]本发明的电声二胡中，各个音调的音频文件存储在音色存储装置中，使得电声二胡的音效处理前音质得到了保障，从而避免了对二胡材质有高要求，进一步降低了电声二胡的制作成本。
[0023]有益效果:本发明与现有技术相比，具有以下优点:
[0024]本发明对比市场上已有的电声二胡，具有电子化程度高、制作成本低的特点。市场上的现有电声二胡，都是在木质二胡的基础上，增加电声二胡效果器，如国内的敦煌09A电声二胡和Roland EH-10A电声二胡等,所以，市场上的现有电声二胡的音质还是依赖于木质二胡的材质。本发明电子化程度高不仅体现在音效处理上，本发明的演奏信息采集、音色存储也都得以电子化，所以不需要木质二胡作为载体，从而使得本发明对材质要求降低，从而降低成本，为业余的二胡爱好者提供了便利。
【专利附图】

【附图说明】
[0025]图1为本发明电声二胡的原理结构示意图。
[0026]图2为本发明电声二胡的外观示意图。[0027]图3为本发明电声二胡的按键滑块示意图。
[0028]图4为本发明电声二胡的琴弓示意图。
[0029]图5为本发明电声二胡的音效处理装置工作流程图。
[0030]图6为本发明电声二胡的琴弓状态检测模块流程图。
[0031]图7为本发明电声二胡的音效处理模块流程图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合说明书附图和实施例对本发明的做进一步详细说明:
[0033]本实施例中，结构部件为仿原生二胡的音箱和琴杆，控制系统安装在二胡音箱内，控制系统连接并控制音响装置。控制系统由音调检测装置、音色存储装置、响度检测装置、弓法检测装置、音效处理装置和中央控制器构成，原理示意图如图1所示，其中各个装置和中央控制器相连接。
[0034]硬件部分主要分为以下装置:
[0035]1、音调检测装置
[0036]二胡的音调由演奏者的左手的把位和指法确定，如图2所示，在电声二胡的琴杆上有六个霍尔元件A、B、C、D、E、F，用于检测演奏者的把位信息，在二胡琴杆旁有一条和琴杆平行的导轨，导轨上有一个滑块M，图3为滑块M示意图，滑块M用于检测用户的指法。音调检测的具体步骤如下:
[0037](I)如图2所示，霍尔元件A、B之间为第一把位，霍尔元件B、C之间为第二把位，霍尔元件C、D之间为第三把位，霍尔元件D、E之间为第四把位，霍尔元件E、F之间为第五把位；如图3所示，按键P1、P2、P3、P4、P5分别对应所在把位的第一到第五个音。当滑块上的磁铁T经过任意一个霍尔元件时，霍尔元件输出电压产生电平变化；当按下滑块任意一个按键时，滑块上对应按键输出电平变为低电平。
[0038](2)将演奏者把位初始化为第一把位，若检测到霍尔元件B输出发生电平变化，演奏者所在把位为第二把位；演奏者当前把位为第二把位，若检测到霍尔元件C输出发生电平变化，演奏者所在把位为第三把位，若检测到霍尔元件B输出发生电平变化时，演奏者所在把位为第一把位；演奏者当前把位为第三把位，若检测到霍尔元件D输出发生电平变化，演奏者所在把位为第四把位，若检测到霍尔元件C输出发生电平变化时，演奏者所在把位为第二把位；依次类推，则可确认演奏者的把位信息。
[0039](3)若演奏者所按按键为按键P1，如图3所示，则滑块输出电平Q1、Q2、Q3、Q4、Q5分别为低、高、高、高、高；若演奏者所按按键为按键P2，则滑块输出电平Q1、Q2、Q3、Q4、Q5分别为高、低、高、高、高；依此类推，则可确认演奏者的指法信息。
[0040]将检测得到的二胡演奏的音调信息转换成对应编号。若检测得到演奏者所按位置为第m把手的Pn键，则二胡音调信息对应编号为“mn”。将该编号传输给中央控制器的音频选取模块。
[0041]2、音色存储装置
[0042]音色存储装置存储高品质的二胡各个音调的音频文件，对各个音调的音频文件进行编号，若该音频文件对应二胡第m把手,第η个音,则编号为“mn”,将编号传输给中央控制器的音色存储模块。音色存储装置可以选择芯片ISD4004。[0043]3、弓法检测装置
[0044]二胡的弓法由用户推拉琴弓的状态决定，如图4所示，加速度传感器MPU6050安装在琴弓上，在演奏者演奏时加速度传感器实时检测琴弓的加速度大小，并将琴弓的加速度数据传输给中央控制器的弓法检测模块。
[0045]4、响度检测装置
[0046]二胡发声的响度由用户拉弦的力度决定，响度检测装置通过压力传感器检测琴弦内部的拉力，从而确定用户拉弦的力度。如图2所示，电声二胡琴弦固定在压力传感器K上，演奏者在拉琴弓时，琴弓会使二胡的琴弦产生形变，从而使琴弦对压力传感器K产生拉力致使压力传感器K形变，压力传感器K将检测到的数据传输给中央控制器的音效处理模块，该数据反映了琴弦内部的张力大小。压力传感器可以选取以HX711芯片作为AD芯片的电桥式压力传感器。
[0047](5)音效处理装置
[0048]音效处理装置读取中央控制器中的音效处理模块输出的是否工作的命令、二胡演奏响度大小的数据和是否打开滤波降噪功能的命令，以及音色存储装置输出的标准音文件。若读取到音效处理模块发送的停止工作的命令，则停止对外输出音效处理后的音频信号；若没有读取到音效处理模块发送的停止工作的命令，则将音色存储装置输出的标准音文件的音频信号根据二胡演奏响度大小的数据进行放大，如表I所示，若二胡演奏响度大小的数据为3，则将标准音文件的音频信号放大3倍。若读取到音效处理模块发送的打开滤波降噪功能的命令，则将经过放大后的音频信号进行滤波降噪后传输给音响装置；若没有读取到音效处理模块发送的打开滤波降噪功能的命令，则将经过放大后的音频信号传输给音响。具体流程图见图5。音效处理装置可以采用WM8731芯片。
[0049](6)音响装置
[0050]音响装置接收音效处理装置输出的音效处理后的二胡音频信号，并对外播放。
[0051]软件设计部分包括以下模块:
[0052](I)音频选取模块
[0053]音频选取模块根据音调检测装置检测得到二胡音调信息对应的编号，从音色存储装置中调取相应编号的标准音文件，传输给音效处理装置。音频选取模块可以通过Verilog语言在可编程逻辑器件(FPGA)中实现。
[0054](2)响度检测模块
[0055]响度检测模块接收响度检测装置测得的琴弦内部的拉力信息，并将拉力信息转换为演奏者演奏的响度信息传输给音效处理模块。如果压力传感器选取以HX711芯片作为AD芯片的电桥式压力传感器，则拉力数据和演奏的响度大小数据对应关系如表I所示。响度检测模块可以通过Verilog语言在可编程逻辑器件(FPGA)中实现。
[0056]表I拉力数据和演奏的响度数据对应表
[0057]
传感器AD芯片HX711输出数据(十六进制)I响度数据 000000 ?400000O
【权利要求】
1.一种电声二胡，包括结构部件、设置在所述结构部件上的音调检测装置、音色存储装置、响度检测装置、弓法检测装置、音效处理装置和中央控制器，其特征在于，所述中央控制器包括音频选取模块、弓法检测模块、响度检测模块和音效处理模块； 所述音调检测装置由按键和霍尔元件组成，分别采集用户的指法和手的把位，来确认二胡音调信息，并传输给音频选取模块； 所述音色存储装置用以存储二胡各个音调的标准音文件； 所述响度检测装置通过压力传感器采集用户演奏时琴弦内部拉力大小，并传输给响度检测模块； 所述弓法检测装置通过加速度传感器采集用户演奏的琴弓的加速度，并传输给弓法检测模块； 所述音频选取模块，根据音调检测装置检测得到的二胡音调信息，从音色存储装置中调取对应的标准音文件传输给音效处理装置； 所述弓法检测模块，根据弓法检测装置检测得到的琴弓加速度数据，判断用户是否在拉琴弓，从而确定二胡是否处于演奏状态，并将二胡的演奏状态信息传输给音效处理模块； 所述响度检测模块，将响度检测装置检测得到的琴弦内部拉力大小数据转换为二胡演奏响度数据，然后传输给音效处理模块； 所述音效处理模块，根据二胡的演奏状态信息和演奏响度数据控制音效处理装置:当二胡处于非演奏状态时，向音效处理装置发送停止工作的命令；当二胡处于演奏状态时，向音效处理装置发送开始工作的命令，并向其传输二胡演奏响度数据； 所述的音效处理装置，根据音效处理模块发送的停止工作的命令，停止对外输出音频信号；根据音效处理模块发送的开始工作的命令和二胡演奏响度数据，将音色存储装置输出的标准音文件的音频信号根据二胡演奏响度数据进行放大后向外部传输。
2.根据权利要求1所述的电声二胡，其特征在于，该二胡还包括音响装置，所述音效处理装置将音频信号放大后传输给音响装置对外播放。
3.根据权利要求1所述的电声二胡，其特征在于，所述音色存储装置中，各个音调的标准音文件以编码形式存储；所述音调检测装置按照同样编码规则对二胡音调信息进行确认并赋予编码，然后将编码传输给音频选取模块；所述音频选取模块根据接收到的编码从音色存储装置中调取标准音文件。
4.根据权利要求1、2或3所述的电声二胡，其特征在于，所述弓法检测模块确定二胡是否处于演奏状态的具体方法为:将琴弓的加速度数据积分转换为琴弓的速度数据，若琴弓的速度不为零，则判断二胡处于演奏状态；否则二胡处于非演奏状态。
5.根据权利要求1、2或3所述的电声二胡，其特征在于，所述音效处理模块还根据用户的需求对音效处理装置进行滤波降噪控制:当用户需要对音频信号进行滤波降噪处理时，向音效处理装置发送打开滤波降噪功能的命令；当用户不需要对音频信号进行滤波降噪时，向音效处理装置发送关闭滤波降噪功能的命令； 所述音效处理装置接收到开启滤波降噪功能的命令时，将音频信号放大后，再进行滤波降噪后向外传输；接收到关闭滤波降噪功能的命令时，则将音频信号放大后直接向外传输。
【文档编号】G10H3/18GK103928021SQ201410176082
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月28日 优先权日:2014年4月28日
【发明者】顾星煜, 郑姚生, 赵玉豪, 汤勇明 申请人:东南大学