一種電子小提琴及其實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電子小提琴，具體是一種電子小提琴及其實(shí)現(xiàn)方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有電子小提琴生產(chǎn)成本高、消耗的存儲(chǔ)空間大、容易發(fā)生音質(zhì)失真的問題。一種電子小提琴，包括琴身、四根琴弦、琴馬；還包括三根隔音棉條、振動(dòng)檢測(cè)裝置、信號(hào)分析裝置、主控芯片、播放器、存儲(chǔ)裝置；所述振動(dòng)檢測(cè)裝置包括四個(gè)壓電陶瓷、第一濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換芯片；所述信號(hào)分析裝置包括DSP芯片；所述主控芯片包括FPGA芯片；所述播放器包括D/A轉(zhuǎn)換芯片、第二濾波電路、功率放大器、音響；所述存儲(chǔ)裝置包括FLASH存儲(chǔ)器、SDRAM存儲(chǔ)器。本發(fā)明適用于各種演出場(chǎng)合。
【專利說明】
一種電子小提琴及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電子小提琴，具體是一種電子小提琴及其實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電子小提琴廣泛應(yīng)用于各種演出場(chǎng)合，其發(fā)聲原理是在演奏過程中采集琴弦的振動(dòng)信號(hào)，并將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為音頻信號(hào)，然后通過音響將音頻信號(hào)播放出來。實(shí)踐表明，現(xiàn)有電子小提琴由于自身結(jié)構(gòu)所限，普遍存在如下問題:其一，現(xiàn)有電子小提琴的音質(zhì)好壞主要取決于琴身的材料，因而為了保證音質(zhì)，需要選用昂貴的材料來制作琴身，由此導(dǎo)致電子小提琴的生產(chǎn)成本高。其二，現(xiàn)有電子小提琴在發(fā)聲過程中，需要對(duì)大量的音頻信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，由此導(dǎo)致電子小提琴消耗的存儲(chǔ)空間大。其三，現(xiàn)有電子小提琴在發(fā)聲過程中，需要對(duì)大量的音頻信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸，而大量的音頻信號(hào)在傳輸過程中極易發(fā)生失真，由此導(dǎo)致電子小提琴容易發(fā)生音質(zhì)失真。基于此，有必要發(fā)明一種全新的電子小提琴，以解決現(xiàn)有電子小提琴存在的上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有電子小提琴生產(chǎn)成本高、消耗的存儲(chǔ)空間大、容易發(fā)生音質(zhì)失真的問題，提供了一種電子小提琴及其實(shí)現(xiàn)方法。
[0004]本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種電子小提琴，包括琴身、四根琴弦、琴馬；還包括三根隔音棉條、振動(dòng)檢測(cè)裝置、信號(hào)分析裝置、主控芯片、播放器、存儲(chǔ)裝置；
所述振動(dòng)檢測(cè)裝置包括四個(gè)壓電陶瓷、第一濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換芯片;所述信號(hào)分析裝置包括DSP芯片；所述主控芯片包括FPGA芯片；所述播放器包括D/A轉(zhuǎn)換芯片、第二濾波電路、功率放大器、音響;所述存儲(chǔ)裝置包括FLASH存儲(chǔ)器、SDRAM存儲(chǔ)器；
其中，三根隔音棉條等距平行固定于琴馬的側(cè)面;三根隔音棉條將琴馬的側(cè)面分隔為四個(gè)信號(hào)采集區(qū)，且四個(gè)信號(hào)采集區(qū)與四根琴弦的位置一一對(duì)應(yīng)；四個(gè)壓電陶瓷一一對(duì)應(yīng)安裝于四個(gè)信號(hào)采集區(qū)內(nèi)；四個(gè)壓電陶瓷的輸出端均與第一濾波電路的輸入端連接;第一濾波電路的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸入端連接;A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸出端與DSP芯片的輸入端連接;DSP芯片的輸出端與FPGA芯片的輸入端連接;FPGA芯片的輸出端與D/A轉(zhuǎn)換芯片的輸入端連接;D/A轉(zhuǎn)換芯片的輸出端與第二濾波電路的輸入端連接;第二濾波電路的輸出端與功率放大器的輸入端連接；功率放大器的輸出端與音響的輸入端連接;FLASH存儲(chǔ)器、SDRAM存儲(chǔ)器均與FPGA芯片雙向連接。
[0005]—種電子小提琴的實(shí)現(xiàn)方法(該方法是基于本發(fā)明所述的一種電子小提琴實(shí)現(xiàn)的)，該方法是采用如下步驟實(shí)現(xiàn)的:
1)預(yù)先將小提琴音色庫存儲(chǔ)于FLASH存儲(chǔ)器中；
2)在演奏過程中，四個(gè)壓電陶瓷分別采集四根琴弦的振動(dòng)信號(hào)，然后將振動(dòng)信號(hào)傳輸至第一濾波電路;第一濾波電路對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行濾波，然后將振動(dòng)信號(hào)傳輸至A/D轉(zhuǎn)換芯片;A/D轉(zhuǎn)換芯片將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后將數(shù)字信號(hào)傳輸至DSP芯片；
3)DSP芯片對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行離散的快速傅里葉變換，由此獲得頻域圖像;然后，DSP芯片對(duì)頻域圖像進(jìn)行分析，由此分別獲得頻域圖像的基頻、幅值、幅頻變化規(guī)律;然后，DSP芯片將頻域圖像的基頻、幅值、幅頻變化規(guī)律分別與數(shù)學(xué)模型進(jìn)行對(duì)比，由此分別確定如下演奏信息:演奏音高、演奏力度、演奏方式;然后，DSP芯片將演奏信息傳輸至FPGA芯片；
4)FPGA芯片一方面將演奏信息存儲(chǔ)于FLASH存儲(chǔ)器中，另一方面根據(jù)演奏信息從小提琴音色庫中調(diào)取音色序列，然后將音色序列傳輸至D/A轉(zhuǎn)換芯片;D/A轉(zhuǎn)換芯片將音色序列轉(zhuǎn)換為音頻信號(hào)，然后將音頻信號(hào)傳輸至第二濾波電路;第二濾波電路對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行濾波，然后將音頻信號(hào)傳輸至功率放大器;功率放大器對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行功率放大，然后將音頻信號(hào)傳輸至音響進(jìn)行播放;在此過程中，SDRAM存儲(chǔ)器為FPGA芯片提供運(yùn)行內(nèi)存。
[0006]與現(xiàn)有電子小提琴相比，本發(fā)明所述的一種電子小提琴及其實(shí)現(xiàn)方法通過采用全新的發(fā)聲結(jié)構(gòu)和原理，具備了如下優(yōu)點(diǎn):其一，本發(fā)明的音質(zhì)好壞不再取決于琴身的材料，而是取決于FLASH存儲(chǔ)器中的小提琴音色庫，由此徹底擺脫了音質(zhì)對(duì)琴身材料的依賴，從而顯著降低了電子小提琴的生產(chǎn)成本。其二，本發(fā)明在發(fā)聲過程中無需對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，而只需對(duì)演奏信息進(jìn)行存儲(chǔ)，由于演奏信息的容量遠(yuǎn)小于音頻信號(hào)的容量，使得電子小提琴消耗的存儲(chǔ)空間顯著減小。其三，本發(fā)明在發(fā)聲過程中無需對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸，而只需對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行短距離傳輸，由此有效防止了音頻信號(hào)在傳輸過程中發(fā)生失真，從而有效防止了電子小提琴發(fā)生音質(zhì)失真。
[0007]本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理、設(shè)計(jì)巧妙，有效解決了現(xiàn)有電子小提琴生產(chǎn)成本高、消耗的存儲(chǔ)空間大、容易發(fā)生音質(zhì)失真的問題，適用于各種演出場(chǎng)合。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明中一種電子小提琴的部分結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2是本發(fā)明中一種電子小提琴的另一部分結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]一種電子小提琴，包括琴身、四根琴弦、琴馬；還包括三根隔音棉條、振動(dòng)檢測(cè)裝置、信號(hào)分析裝置、主控芯片、播放器、存儲(chǔ)裝置；
所述振動(dòng)檢測(cè)裝置包括四個(gè)壓電陶瓷、第一濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換芯片;所述信號(hào)分析裝置包括DSP芯片；所述主控芯片包括FPGA芯片；所述播放器包括D/A轉(zhuǎn)換芯片、第二濾波電路、功率放大器、音響;所述存儲(chǔ)裝置包括FLASH存儲(chǔ)器、SDRAM存儲(chǔ)器；
其中，三根隔音棉條等距平行固定于琴馬的側(cè)面;三根隔音棉條將琴馬的側(cè)面分隔為四個(gè)信號(hào)采集區(qū)，且四個(gè)信號(hào)采集區(qū)與四根琴弦的位置一一對(duì)應(yīng)；四個(gè)壓電陶瓷一一對(duì)應(yīng)安裝于四個(gè)信號(hào)采集區(qū)內(nèi)；四個(gè)壓電陶瓷的輸出端均與第一濾波電路的輸入端連接;第一濾波電路的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸入端連接;A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸出端與DSP芯片的輸入端連接;DSP芯片的輸出端與FPGA芯片的輸入端連接;FPGA芯片的輸出端與D/A轉(zhuǎn)換芯片的輸入端連接;D/A轉(zhuǎn)換芯片的輸出端與第二濾波電路的輸入端連接;第二濾波電路的輸出端與功率放大器的輸入端連接；功率放大器的輸出端與音響的輸入端連接;FLASH存儲(chǔ)器、SDRAM存儲(chǔ)器均與FPGA芯片雙向連接。
[0011]—種電子小提琴的實(shí)現(xiàn)方法(該方法是基于本發(fā)明所述的一種電子小提琴實(shí)現(xiàn)的)，該方法是采用如下步驟實(shí)現(xiàn)的:
1)預(yù)先將小提琴音色庫存儲(chǔ)于FLASH存儲(chǔ)器中；
2)在演奏過程中，四個(gè)壓電陶瓷分別采集四根琴弦的振動(dòng)信號(hào)，然后將振動(dòng)信號(hào)傳輸至第一濾波電路;第一濾波電路對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行濾波，然后將振動(dòng)信號(hào)傳輸至A/D轉(zhuǎn)換芯片;A/D轉(zhuǎn)換芯片將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后將數(shù)字信號(hào)傳輸至DSP芯片；
3)DSP芯片對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行離散的快速傅里葉變換，由此獲得頻域圖像;然后，DSP芯片對(duì)頻域圖像進(jìn)行分析，由此分別獲得頻域圖像的基頻、幅值、幅頻變化規(guī)律;然后，DSP芯片將頻域圖像的基頻、幅值、幅頻變化規(guī)律分別與數(shù)學(xué)模型進(jìn)行對(duì)比，由此分別確定如下演奏信息:演奏音高、演奏力度、演奏方式;然后，DSP芯片將演奏信息傳輸至FPGA芯片；
4)FPGA芯片一方面將演奏信息存儲(chǔ)于FLASH存儲(chǔ)器中，另一方面根據(jù)演奏信息從小提琴音色庫中調(diào)取音色序列，然后將音色序列傳輸至D/A轉(zhuǎn)換芯片;D/A轉(zhuǎn)換芯片將音色序列轉(zhuǎn)換為音頻信號(hào)，然后將音頻信號(hào)傳輸至第二濾波電路;第二濾波電路對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行濾波，然后將音頻信號(hào)傳輸至功率放大器;功率放大器對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行功率放大，然后將音頻信號(hào)傳輸至音響進(jìn)行播放;在此過程中，SDRAM存儲(chǔ)器為FPGA芯片提供運(yùn)行內(nèi)存。
[0012]具體實(shí)施時(shí)，還包括電源；電源的供電端分別與振動(dòng)檢測(cè)裝置的供電端、信號(hào)分析裝置的供電端、主控芯片的供電端、播放器的供電端、存儲(chǔ)裝置的供電端連接。FLASH存儲(chǔ)器中的小提琴音色庫由標(biāo)準(zhǔn)音和非標(biāo)準(zhǔn)音構(gòu)成;標(biāo)準(zhǔn)音為MIDI音色庫里的標(biāo)準(zhǔn)音;非標(biāo)準(zhǔn)音為兩個(gè)相鄰標(biāo)準(zhǔn)音之間所有頻率的音。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電子小提琴，包括琴身、四根琴弦、琴馬；其特征在于:還包括三根隔音棉條、振動(dòng)檢測(cè)裝置、信號(hào)分析裝置、主控芯片、播放器、存儲(chǔ)裝置； 所述振動(dòng)檢測(cè)裝置包括四個(gè)壓電陶瓷、第一濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換芯片;所述信號(hào)分析裝置包括DSP芯片；所述主控芯片包括FPGA芯片；所述播放器包括D/A轉(zhuǎn)換芯片、第二濾波電路、功率放大器、音響;所述存儲(chǔ)裝置包括FLASH存儲(chǔ)器、SDRAM存儲(chǔ)器； 其中，三根隔音棉條等距平行固定于琴馬的側(cè)面;三根隔音棉條將琴馬的側(cè)面分隔為四個(gè)信號(hào)采集區(qū)，且四個(gè)信號(hào)采集區(qū)與四根琴弦的位置一一對(duì)應(yīng)；四個(gè)壓電陶瓷一一對(duì)應(yīng)安裝于四個(gè)信號(hào)采集區(qū)內(nèi)；四個(gè)壓電陶瓷的輸出端均與第一濾波電路的輸入端連接;第一濾波電路的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸入端連接;A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸出端與DSP芯片的輸入端連接;DSP芯片的輸出端與FPGA芯片的輸入端連接;FPGA芯片的輸出端與D/A轉(zhuǎn)換芯片的輸入端連接;D/A轉(zhuǎn)換芯片的輸出端與第二濾波電路的輸入端連接;第二濾波電路的輸出端與功率放大器的輸入端連接；功率放大器的輸出端與音響的輸入端連接;FLASH存儲(chǔ)器、SDRAM存儲(chǔ)器均與FPGA芯片雙向連接。2.—種電子小提琴的實(shí)現(xiàn)方法，該方法是基于如權(quán)利要求1所述的一種電子小提琴實(shí)現(xiàn)的，其特征在于:該方法是采用如下步驟實(shí)現(xiàn)的: 1)預(yù)先將小提琴音色庫存儲(chǔ)于FLASH存儲(chǔ)器中； 2)在演奏過程中，四個(gè)壓電陶瓷分別采集四根琴弦的振動(dòng)信號(hào)，然后將振動(dòng)信號(hào)傳輸至第一濾波電路;第一濾波電路對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行濾波，然后將振動(dòng)信號(hào)傳輸至A/D轉(zhuǎn)換芯片;A/D轉(zhuǎn)換芯片將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后將數(shù)字信號(hào)傳輸至DSP芯片； 3)DSP芯片對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行離散的快速傅里葉變換，由此獲得頻域圖像;然后，DSP芯片對(duì)頻域圖像進(jìn)行分析，由此分別獲得頻域圖像的基頻、幅值、幅頻變化規(guī)律;然后，DSP芯片將頻域圖像的基頻、幅值、幅頻變化規(guī)律分別與數(shù)學(xué)模型進(jìn)行對(duì)比，由此分別確定如下演奏信息:演奏音高、演奏力度、演奏方式;然后，DSP芯片將演奏信息傳輸至FPGA芯片； 4)FPGA芯片一方面將演奏信息存儲(chǔ)于FLASH存儲(chǔ)器中，另一方面根據(jù)演奏信息從小提琴音色庫中調(diào)取音色序列，然后將音色序列傳輸至D/A轉(zhuǎn)換芯片;D/A轉(zhuǎn)換芯片將音色序列轉(zhuǎn)換為音頻信號(hào)，然后將音頻信號(hào)傳輸至第二濾波電路;第二濾波電路對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行濾波，然后將音頻信號(hào)傳輸至功率放大器;功率放大器對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行功率放大，然后將音頻信號(hào)傳輸至音響進(jìn)行播放;在此過程中，SDRAM存儲(chǔ)器為FPGA芯片提供運(yùn)行內(nèi)存。
【文檔編號(hào)】G10H3/18GK106098043SQ201610404201
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月12日
【發(fā)明人】郭柯成, 張?jiān)隼? 文志豪, 郝文杰, 曹慧亮, 張思豪, 稅國春
【申請(qǐng)人】中北大學(xué)