件实现电容测量，片上系 统121可大大节省空间，而且使用方便，所述片上系统121连接于各金属板11，对所述金属 板11与人手构成的电容器的电容值进行测量。如图3所示为10块金属板11 (金属板0~ 金属板9)分别通过排阻（AR1、AR9及AR10)组成的前端电路连接至作为所述电容测量模块 12的片上系统121的芯片引脚上，即完成了电路的连接，非常方便。在本实施例中，所述片 上系统121具体采用CypressSemiconductor的PSoC系列产品，型号为CY8C4014LQI，该芯 片对电容值进行实时测量。数据处理过程中所花费的时间最长为20ms，因此，在本实施例 中，取20ms的一半，S卩10ms作为采样时间。并通过SDA0及SCL0信号引线输出，与外部装 置通信从而实现电容值传输。由于原始电容值往往是伴随着噪声的，因此，需要采用滤波算 法进行了一定的去噪处理，以得到期望的数据，在本实施例中，所述电容测量模块12通过 卡尔曼（Kalman)滤波法对原始电容值进行滤波处理。滤波算法包括：中位值滤波法、均值 滤波法、中位值平均滤波法，滤波算法的类型较多，现有技术中的滤波算法均适用，在此不 一一赘述。所述电容测量模块12同样可以采用其他可实现电容测量的片上系统，不以本实 施例中的具体芯片型号为限。
[0057] 具体地，所述距离数据转换模块13连接于所述电容测量模块12,根据所述电容测 量模块12测量到的电容值来判断人手与所述金属板11之间的距离。如图2所示，在本实 施例中，所述距离数据转换模块13通过微处理器131实现。在本实施例中，所述微处理器 131具体采用NXPSemiconductor的型号为LPC1768的芯片，该芯片将电容值转换为相应的 距离数值。所述片上系统121与所述微处理器131之间通过数字串行或并行总线连接，常 见的数字串行总线包括I2C、SPI、CAN、USB、IEEE1394 ;常见的数字并行总线包括PCI、ISA、 IEEE1284。在本实施例中，采用I2C(Inter-IntegratedCircuit)总线连接。在本实施例中， I2C总线可以工作于总线时钟400khz的模式，于是理论计算上传输速率为（400khz/8bit) 个字节每秒钟，即50kB/s。去除I2C总线固有的一些协议上的必须传输的数据，保守估计传 输速率能达到40kB/s。所需传输的电容值的数据约为12个字节，则根据40kB/s的计算传 输完12个字节仅需（12BA40kB/s)) = 0. 3ms，远小于20ms这个最大延迟标准，因此，I2C 总线的连接方式可有效降低片上系统121的工作量，提高电容测量的实时性。同时利用微 处理器131的高性能可以更快的对电容值和距离数值进行转换，进一步提高实时性。所述 距离数据转换模块13内设置有最小阈值和最大阈值，所述电容测量模块12输出的电容值 与所述最大阈值和所述最小阈值进行比较，所述最大阈值和所述最小阈值分别设定不同的 值，其检测的结果也不同。所述最大阈值不大于所述演奏工具与所述金属板直接接触时的 电容值。所述最小阈值不小于所述演奏工具慢慢接近所述金属板时刚好能感应到的电容 值。所述最大阈值和所述最小阈值可通过多次实验获取，在本实施例中，所述最大阈值的 获取方法如下：将手直接放置到电子乐器表面，读取有效的电容值并记录，经多次操作获得 的电容均值的95%作为所述最大阈值，在本实施例中，所述最大阈值为1024 ;所述最小阈 值的获取方法如下：将手放置在电子乐器上方较远的距离，慢慢向下接近电子乐器表面，读 取刚好能被感应到的电容值并记录，经多次操作获得的电容均值的120 %作为所述最小阈 值，在本实施例中，所述最小阈值为〇。不同的乐器其最大阈值和最小阈值也不相同，不以本 实施例为限。所述最大阈值和所述最小阈值用于检测人手与电子乐器之间的距离，当电容 值大于所述最大阈值则认为人手与电子乐器之间的距离较远，超出设定测量范围；当电容 值小于所述最小阈值则认为人手与电子乐器零距离接触，人手与电子乐器直接产生物理接 触；当电容值介于所述最大阈值和所述最小阈值之间则认为人手与所述金属板之间的距离 在设定测量范围内，且电容值越大，距离数值越小。所述最大阈值和所述最小阈值的具体值 根据电路结构的不同存在差异，在此不做具体设定。
[0058] 基于所述基于电容值测量距离的装置1的功能，本发明提供一种电子乐器，如图4 所示，所述电子乐器至少包括：
[0059] 所述基于电容值测量距离的装置1，所述基于电容值测量距离的装置1通过对人 手与金属板之间的电容值来判断人手与电子乐器之间的距离。在本实施例中，所述基于电 容值测量距离的装置1位于电子乐器2的下方，用于检测人手与电子乐器2之间的距离，其 工作原理及结构如上所述，在此不一一赘述。
[0060] 以及音频控制器，在本实施例中，所述音频控制器为MIDI控制器3,所述MIDI控 制器3连接于所述基于电容值测量距离的装置1的输出端，接收所述基于电容值测量距离 的装置1输出的距离数值，根据该距离数值来调节声音特征，包括但不仅限于音量、高频分 量、低频分量，任何声音特征均包括在内。
[0061] 调节音量的原理如下：
[0062] 当人手与电子乐器2的距离较近时，所述基于电容值测量距离的装置1输出的距 离数值较小，（在本实施例中，距离数值为2)，所述MIDI控制器3接收到输入信号（距离数 值2)，并根据距离数值2将音量调节至2所对应的音量。人手与电子乐器2的距离越近， 所对应的音量越小。当人手与电子乐器2的距离较远时，所述基于电容值测量距离的装置 1输出的距离数值较大，（在本实施例中，距离数值为120)，所述MIDI控制器3接收到输入 信号（距离数值120)，并根据距离数值120将音量调节至120所对应的音量。人手与电子 乐器2的距离越远，所对应的音量越大，当超出设定测量范围时，音量与设定测量范围内的 最远距离对应的音量一致。
[0063] 合声的原理如下：
[0064] 当人手与电子乐器2的距离较近时，所述基于电容值测量距离的装置1输出的距 离数值较小，（在本实施例中，距离数值为2)，所述MIDI控制器3接收到输入信号（距离数 值2)，并根据距离数值2将高频分量和低频分量调节至2所对应的比例。人手与电子乐器 的距离越近，低频分量越多。当人手与电子乐器2的距离较远时，所述基于电容值测量距离 的装置1输出的距离数值较大，（在本实施例中，距离数值为120)，所述MIDI控制器3接收 到输入信号（距离数值120)，并根据距离数值120将高频分量和低频分量调节至120所对 应的比例。人手与电子乐器的距离越远，高频分量越多，当超出设定测量范围时，高频分量 的比例与设定测量范围内的最远距离对应的高频分量的比例一致。
[0065] 任何电子乐器、演奏工具均适用于本发明，不以某一具体电子乐器和演奏工具为 限。
[0066] 将基于电容值测量距离的装置1应用于电子乐器，可根据演奏工具与电子乐器的 距离来调节声音特征，进而丰富乐器的可控性及乐手的表现力。
[0067] 如图5所示，本发明提供一种基于电容值测量距离的方法，所述基于电容值测量 距离的方法至少包括：
[0068] 步骤S1 :实时获取电容接触的电容值。
[0069] 具体地，藉由所述电容测量模块12实时对所述金属板11与演奏工具构成的电容 器的电容值进行测量，在本实施例中，每l〇ms采样一次，采样频率可根据实际应用进行设 定，不以本实施例为限。所述金属板11与演奏工具构成的电容器的电容值通过滤波算法 去噪后获得，更具体地，在本实施例中，所述滤波算法优选为卡尔曼滤波算法，包括以下步 骤：
[0070] 步骤11 :给定变量p，q，r，kGain，prevData并初始化数值。
[0071] p为用于计算的中间变量，初始化为10 ;q用于调整滤波后数据序列的平滑度，q的 取值越小数据序列越平滑，初始化为〇. 〇〇〇1 ;r用于调整滤波后数据序列与滤波前的数据 序列的近似程度，初始化为0. 05 ;kGain为卡尔曼增益，即滤波器的动态增益，初始化为0 ; prevData用于存储滤波器输出的上一数据，初始化为0。其中，p、q、r的初始值可根据具体 的滤波要求进行设定，不以本实施例为限。
[0072] 步骤12 :获取电容值，并对各变量进行计算更新。
[0073] 获取当前电容值，记为inData，顺序执行以下计算：
[0074] p = p+q
[0075] kGain=p/ (p+r)
[0076] inData=prevData+(kGain^(inData-prevData))
[0077] p = (1-kGain