一種電子小提琴及其實現(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、振動檢測裝置、信號分析裝置、主控芯片、播放器、存儲裝置；所述振動檢測裝置包括四個壓電陶瓷、第一濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換芯片；所述信號分析裝置包括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；所述存儲裝置包括FLASH存儲器、SDRAM存儲器。本發(fā)明適用于各種演出場合。
【專利說明】
一種電子小提琴及其實現(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)用于各種演出場合，其發(fā)聲原理是在演奏過程中采集琴弦的振動信號，并將振動信號轉(zhuǎn)換為音頻信號，然后通過音響將音頻信號播放出來。實踐表明，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，需要對大量的音頻信號進行存儲，由此導(dǎo)致電子小提琴消耗的存儲空間大。其三，現(xiàn)有電子小提琴在發(fā)聲過程中，需要對大量的音頻信號進行長距離傳輸，而大量的音頻信號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?；诖?，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現(xiàn)方法。
[0004]本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(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、振動檢測裝置、信號分析裝置、主控芯片、播放器、存儲裝置；
所述振動檢測裝置包括四個壓電陶瓷、第一濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換芯片;所述信號分析裝置包括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;所述存儲裝置包括FLASH存儲器、SDRAM存儲器；
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)面分隔為四個信號采集區(qū)，且四個信號采集區(qū)與四根琴弦的位置一一對應(yīng)；四個壓電陶瓷一一對應(yīng)安裝于四個信號采集區(qū)內(nèi)；四個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存儲器、SDRAM存儲器均與FPGA芯片雙向連接。
[0005]—種電子小提琴的實現(xiàn)方法(該方法是基于本發(fā)明所述的一種電子小提琴實現(xiàn)的)，該方法是采用如下步驟實現(xiàn)的:
1)預(yù)先將小提琴音色庫存儲于FLASH存儲器中；
2)在演奏過程中，四個壓電陶瓷分別采集四根琴弦的振動信號，然后將振動信號傳輸至第一濾波電路;第一濾波電路對振動信號進行濾波，然后將振動信號傳輸至A/D轉(zhuǎn)換芯片;A/D轉(zhuǎn)換芯片將振動信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后將數(shù)字信號傳輸至DSP芯片；
3)DSP芯片對數(shù)字信號進行離散的快速傅里葉變換，由此獲得頻域圖像;然后，DSP芯片對頻域圖像進行分析，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)模型進行對比，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于FLASH存儲器中，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，然后將音頻信號傳輸至第二濾波電路;第二濾波電路對音頻信號進行濾波，然后將音頻信號傳輸至功率放大器;功率放大器對音頻信號進行功率放大，然后將音頻信號傳輸至音響進行播放;在此過程中，SDRAM存儲器為FPGA芯片提供運行內(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: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存儲器中的小提琴音色庫，由此徹底擺脫了音質(zhì)對琴身材料的依賴，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)聲過程中無需對音頻信號進行存儲，而只需對演奏信息進行存儲，由于演奏信息的容量遠小于音頻信號的容量，使得電子小提琴消耗的存儲空間顯著減小。其三，本發(fā)明在發(fā)聲過程中無需對音頻信號進行長距離傳輸，而只需對音頻信號進行短距離傳輸，由此有效防止了音頻信號在傳輸過程中發(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、消耗的存儲空間大、容易發(fā)生音質(zhì)失真的問題，適用于各種演出場合。
【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、振動檢測裝置、信號分析裝置、主控芯片、播放器、存儲裝置；
所述振動檢測裝置包括四個壓電陶瓷、第一濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換芯片;所述信號分析裝置包括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;所述存儲裝置包括FLASH存儲器、SDRAM存儲器；
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)面分隔為四個信號采集區(qū)，且四個信號采集區(qū)與四根琴弦的位置一一對應(yīng)；四個壓電陶瓷一一對應(yīng)安裝于四個信號采集區(qū)內(nèi)；四個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存儲器、SDRAM存儲器均與FPGA芯片雙向連接。
[0011]—種電子小提琴的實現(xiàn)方法(該方法是基于本發(fā)明所述的一種電子小提琴實現(xiàn)的)，該方法是采用如下步驟實現(xiàn)的:
1)預(yù)先將小提琴音色庫存儲于FLASH存儲器中；
2)在演奏過程中，四個壓電陶瓷分別采集四根琴弦的振動信號，然后將振動信號傳輸至第一濾波電路;第一濾波電路對振動信號進行濾波，然后將振動信號傳輸至A/D轉(zhuǎn)換芯片;A/D轉(zhuǎn)換芯片將振動信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后將數(shù)字信號傳輸至DSP芯片；
3)DSP芯片對數(shù)字信號進行離散的快速傅里葉變換，由此獲得頻域圖像;然后，DSP芯片對頻域圖像進行分析，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)模型進行對比，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于FLASH存儲器中，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，然后將音頻信號傳輸至第二濾波電路;第二濾波電路對音頻信號進行濾波，然后將音頻信號傳輸至功率放大器;功率放大器對音頻信號進行功率放大，然后將音頻信號傳輸至音響進行播放;在此過程中，SDRAM存儲器為FPGA芯片提供運行內(nèi)存。
[0012]具體實施時，還包括電源；電源的供電端分別與振動檢測裝置的供電端、信號分析裝置的供電端、主控芯片的供電端、播放器的供電端、存儲裝置的供電端連接。FLASH存儲器中的小提琴音色庫由標準音和非標準音構(gòu)成;標準音為MIDI音色庫里的標準音;非標準音為兩個相鄰標準音之間所有頻率的音。
【主權(quán)項】
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、振動檢測裝置、信號分析裝置、主控芯片、播放器、存儲裝置； 所述振動檢測裝置包括四個壓電陶瓷、第一濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換芯片;所述信號分析裝置包括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;所述存儲裝置包括FLASH存儲器、SDRAM存儲器； 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)面分隔為四個信號采集區(qū)，且四個信號采集區(qū)與四根琴弦的位置一一對應(yīng)；四個壓電陶瓷一一對應(yīng)安裝于四個信號采集區(qū)內(nèi)；四個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存儲器、SDRAM存儲器均與FPGA芯片雙向連接。2.—種電子小提琴的實現(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現(xiàn)的，其特征在于:該方法是采用如下步驟實現(xiàn)的: 1)預(yù)先將小提琴音色庫存儲于FLASH存儲器中； 2)在演奏過程中，四個壓電陶瓷分別采集四根琴弦的振動信號，然后將振動信號傳輸至第一濾波電路;第一濾波電路對振動信號進行濾波，然后將振動信號傳輸至A/D轉(zhuǎn)換芯片;A/D轉(zhuǎn)換芯片將振動信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后將數(shù)字信號傳輸至DSP芯片； 3)DSP芯片對數(shù)字信號進行離散的快速傅里葉變換，由此獲得頻域圖像;然后，DSP芯片對頻域圖像進行分析，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)模型進行對比，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于FLASH存儲器中，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，然后將音頻信號傳輸至第二濾波電路;第二濾波電路對音頻信號進行濾波，然后將音頻信號傳輸至功率放大器;功率放大器對音頻信號進行功率放大，然后將音頻信號傳輸至音響進行播放;在此過程中，SDRAM存儲器為FPGA芯片提供運行內(nèi)存。
【文檔編號】G10H3/18GK106098043SQ201610404201
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月12日
【發(fā)明人】郭柯成, 張增磊, 文志豪, 郝文杰, 曹慧亮, 張思豪, 稅國春
【申請人】中北大學(xué)