技术领域
[0001] 本实用新型属于乐器领域，具体地涉及一种按弦检测装置、弦乐器及弦乐器系统。
背景技术
[0002] 弦乐器是以弦振动而发出声音的乐器。弦乐器是乐器家族内的一个重要分支。在古典音乐乃至现代轻音乐中，几乎所有的抒情旋律都由弦乐声部来演奏。弦乐器的音色统一，有多层次的表现
力：合奏时澎湃激昂，独奏时温柔婉约；又因为丰富多变的弓法(颤、碎、拨、跳，等)而具有灵动的色彩。弦乐器包括大提琴、小提琴、
吉他等。
[0003] 弦乐器包括弦线和指板。在演奏时一只手在指板上按弦，另一只手直接或采用琴弓拨弦。弦乐器演奏的本质就是按弦动作和拨弦动作的组合，不同的按弦
位置产生不同的声音。
[0004] 在某些弦乐器(例如吉他)的指板上还设置品丝。品丝是指板上与弦线大致垂直的金属丝，用于分隔不同的品位。不同品位的按弦动作和拨弦合成不同的声音。如图1中101标注了AM和弦的品位组合，102标注了C大调音阶的品位组合。
[0005] 弦乐器演奏的正确按弦位置对于初学者来说非常重要，也非常困难。学习者只有在弹奏过程中了解到是否弹奏正确，何处弹奏错误，才能纠正错误，以提高演奏
水平。实用新型内容
[0006] 本实用新型的目的在于提供一种按弦检测装置、弦乐器及弦乐器系统。
[0007] 根据本实用新型的一方面，提供一种按弦检测装置，包括：由多个弦线和多个品丝组成的
开关阵列，其中所述多个弦线和所述多个品丝的 每个交叉点对应于所述开关阵列的多个开关中的相应一个开关；与所述开关阵列的所述多个开关电连接的
信号处理模
块；以及与
信号处理模块电连接的第一数据通信模块，其中，所述信号处理模块扫描开关阵列的开关状态，从而获得所述多个弦线的按弦位置，并且生成与按弦位置相对应的按弦信号，所述第一数据通信模块发送按弦信号。
[0008] 优选地，所述多个开关中的每个开关的闭合状态为在相应的交叉点处，所述多个弦线中的相应一个弦线与所述多个品丝中的相应一个品丝的
接触状态，所述多个开关中的每个开关的断开状态为相应的交叉点处，所述多个弦线中的相应一个弦线与所述多个品丝中的相应一个品丝的分离状态。
[0009] 优选地，在一个扫描周期中，所述信号处理
电路逐弦线置低电平，并且在每个弦线置低电平期间逐品丝检测信号电平，如果信号电平为低电平，则表示相应的弦线和品丝对应的开关闭合，如果信号电平为高电平，则表示相应的弦线和品丝对应的开关断开。
[0010] 优选地，在一个扫描周期中，所述信号处理电路逐品丝置低电平，并且在每个品丝置低电平期间逐弦线检测信号电平，如果信号电平为低电平，则表示相应的弦线和品丝对应的开关闭合，如果信号电平为高电平，则表示相应的弦线和品丝对应的开关断开。
[0011] 优选地，所述信号处理电路生成的按弦信号为表示所述开关阵列的多个开关的开关状态的串行数据或并行数据。
[0012] 优选地，所述第一数据通信模块包括信号线、蓝牙模块和无线网络(Wi-Fi)模块中的至少一种。
[0013] 优选地，所述按弦检测装置还包括电源模块，为所述信号处理模块和第一数据通信模块供电。
[0014] 根据本实用新型的第二方面，提供一种弦乐器，包括：多个弦线；多个品丝；上述的按弦检测装置。
[0015] 优选地，所述弦乐器为选自大提琴、小提琴、吉他、古筝、二胡、三弦琴中的一种。
[0016] 优选地，所述多个弦线和所述多个品丝分别由金属或
合金组成。
[0017] 根据本实用新型的第三方面，提供一种弦乐器系统，包括：上述的 弦乐器；以及智能终端，所述智能终端包括第二数据通信模块、信号处理模块和显示屏，所述第二数据通信模块接收所述弦乐器的第一数据通信模块发送的按弦信号，所述信号处理模块对按弦信号进行解码以获得按弦位置，以及在显示屏上显示按弦位置。
[0018] 优选地，所述显示屏显示所述弦乐器的示意图和按弦图标，所述按弦图标显示在该示意图中与弦乐器的按弦位置相对应的位置。优选地，所述显示屏显示乐谱和按弦图标，所述按弦图标显示在该乐谱中与弦乐器的按弦位置相对应的位置。
[0019] 优选地，所述显示屏显示视频和按弦图标，所述按弦图标在该视频中指示按弦位置。
[0020] 优选地，所述弦乐器系统还包括：麦克
风，用于获取拨弦的
音频信号，其中，所述智能终端的信号处理模块对音频信号进行处理以获得拨弦信号，以及在显示屏上显示拨弦信号。
[0021] 优选地，所述按弦图标的图案、尺寸和
颜色中的至少一个指示拨弦信号。
[0022] 本实用新型提供的按弦检测装置以及弦乐器利用开关阵列扫描方式对弦乐器的按弦位置进行识别，且弦乐器系统利用高音识别方式对弦乐器的拨弦位置进行识别，弦乐器系统的智能终端还可以根据按弦位置以及拨弦位置转换成乐谱数据，与智能终端中原有的乐谱数据进行比较，检测演奏者
手指是否按在正确的位置上以及是否正确演奏。
附图说明
[0023] 图1示出了弦乐器和弦与音阶示意图；
[0024] 图2示出了根据本实用新型的
实施例的按弦检测装置的结构示意图；
[0025] 图3示出了根据本实用新型的实施例的按弦检测装置的开关阵列的电路图；
[0026] 图4示出了根据本实用新型的实施例的开关阵列数据的示意图；
[0027] 图5示出了根据本实用新型的实施例的弦乐器吉他的立体示意图；
[0028] 图6示出了根据本实用新型的实施例的弦乐器吉他的结构示意图；
[0029] 图7a-图7b分别示出了根据本实用新型实施例的弦乐器吉他按弦前、后的示意图；
[0030] 图8示出了根据本实用新型的实施例的弦乐器系统的结构示意图；
[0031] 图9a-9b分别示出了根据本实用新型的实施例的智能终端上显示的按弦位置及拨弦位置的示意图。
具体实施方式
[0032] 以下公开为实施本
申请的不同特征提供了许多不同的实施方式或实例。下面描述了部件或者布置的具体实施例以简化本实用新型。当然，这些仅仅是实例并不旨在限制本实用新型。
[0033] 此外，在
说明书和
权利要求书中，术语“第一”、“第二”等用于在类似元素之间进行区分，而未必描述时间顺序、空间顺序、等级顺序或者任何其他方式的顺序、应当理解，如果使用的这些术语在适当的环境下可互换，并且此处描述的本实用新型的实施例能够以本文描述或示出以外的其他顺序来操作。
[0034] 应当注意，在权利要求书中使用的术语“包括”不应被解释为限于下文所列出的手段，它并不排除其他元件或步骤。由此，它应当被解释为
指定如涉及的所述特征、数字、步骤或部件的存在，但是并不排除一个或多个其他特征、数字、步骤或部件、或者其组合的存在或添加。
[0035] 在本说明书通篇中对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本实用新型的至少一个实施例中。由此，在说明书的各处出现的短语“在一个实施例中”或者“在实施例中”不一定都指同一实施例，但是可能如此。此外，根据本实用新型公开对本领域技术人员而言显而易见的是，在一个或多个实施例中，特定特征、结构或特性可以任何合适的方式组合。
[0036] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0037] 图2示出了根据本实用新型的实施例的按弦检测装置的结构示意图；所述按弦检测装置200包括：开关阵列21、信号处理模块22和第一数据通信模块23。
[0038] 所述开关阵列21包括由多个弦线和多个品丝构成的开关阵列，通过扫描开关阵列的开关状态获得所述多个弦线的按弦位置。
[0039] 所述信号处理模块22包括第一处理芯片221(图2中未示出)和第二处理芯片222(图2中未示出)。位于同行的开关阵列的一端与第一处理芯片221电连接，位于同列的开关阵列的一端与第二处理芯片222电连接；第一处理芯片输出与行对应的位置信号，第二处理芯片输出与列对应的位置信号，该信号处理模块22将与按弦位置对应的行列位置输出至所述数据通信模块。
[0040] 在本实施例中，图3示出了根据本实用新型的实施例的按弦检测装置的开关阵列的电路图，开关阵列包括m个弦和n个品构成的开关阵列(S11-Smn)，同一行的开关阵列(Sm1-Smn)的输出端Pm0与第一处理芯片221电连接，同一列的开关阵列(S1n-Smn)的输出端P0n与第二处理芯片222电连接。该开关阵列还包括多个
电阻R1-Rn，其中，Rn的一端与同一列的开关阵列(S1n-Smn)的输出端P0n连接，另一端接电源
电压Vcc。
[0041] 开关阵列21通过开关阵列扫描的方法一个一个的查找输出与所述多个弦线的按弦位置对应的开关信号。比如：先第一行输出0，检查列线是否非全高；否则第二行输出0，检查列线是否非全高；否则第三行输出0，检查列线是否非全高；如果某行输出0时，查到列线非全高，则该行有弦按下；根据第几行线输出0与第几列线读入为0,即可判断在具体什么位置的按下弦。
[0042] 所述第一数据通信模块23将接收到的与按弦位置对应的行列位置发送至智能终端。
[0043] 在本实施例中，该信号处理模块22将与按弦位置对应的行列位置通过第一数据通信模块23发送至智能终端，这里我们采用一个开关阵列数据(如图4所示)来表示二弦三品按下时候的状态，1表示电路连同，即按下的状态，我们把该数据发送到智能终端。智能终端即可知道当前用户的指位按压情况。
[0044] 在上述实施例的
基础上，所述按弦检测装置还包括电源模块24，为信号处理模块、数据通信模块供电。
[0045] 本实用新型实施例提供的按弦检测装置，结构简单，可以通过开关阵列扫描方式对乐器的按弦位置进行扫描。
[0046] 吉他属于弦乐器的一种，下面以吉他为例具体介绍弦乐器的结构，该结构也适用于其他类型的弦乐器，比如小提琴、大提琴等等。
[0047] 吉他的指板上设置有品丝，用于分隔不同的品位。在另一些弦乐器中，传统的结构不包括指板上的品丝。然而，为了应用本实用新型的弦检测方法，可以对传统的结构进行改造，在指板上设置附加的品丝。在任意类型的弦乐器中，附加品丝可以方便初学者的练习。因此，以下结合吉他说明的实施例可以应用于任意类型的弦乐器中。
[0048] 图5示出了根据本实用新型实施例的弦乐器吉他的立体示意图，吉他包括吉他主体1，该吉他主体由
琴身部2和
琴颈3构成。该吉他主体1还包括跨及琴身部2及琴颈3地拉紧架设有多个弦线4。指板11设置在琴身部2与琴颈3之间，该指板11是木制或者
合成树脂的带状板，沿着多个弦线4的拉紧架设方向、换句话说琴颈3的长边方向，以规定间隔设置有多个品丝12。这些多个品丝12分别由
铜或锌白铜等电气阻抗小的金属来形成。
[0049] 图6示出了根据本实用新型实施例的弦乐器吉他的结构示意图，所述弦乐器600包括：
导电性的多个弦线4和多个品丝12。所述多个弦线4和多个品丝12例如分别由金属或合金组成。上述实施例中所述的按弦检测装置200，与多个弦线4以及多个品丝12电连接。
[0050] 所述按弦检测装置200包括：开关阵列21、信号处理模块22和第一数据通信模块23。
[0051] 其中，所述开关阵列21包括由多个弦线和多个品丝构成的开关阵列，通过扫描开关阵列的开关状态获得所述多个弦线的按弦位置；
[0052] 所述信号处理模块22包括第一处理芯片221(图2中未示出)和第二处理芯片222(图2中未示出)，其中，位于同行的开关阵列的一端与第一处理芯片221电连接，位于同列的开关阵列的一端与第二处理芯片222电连接；第一处理芯片输出与行对应的位置信号，第二处理芯片输出与 列对应的位置信号，该信号处理模块22将与按弦位置对应的行列位置输出至所述数据通信模块；
[0053] 开关阵列21通过开关阵列扫描的方法一个一个的查找输出与所述多个弦线的按弦位置对应的开关信号。比如：先第一行输出0，检查列线是否非全高；否则第二行输出0，检查列线是否非全高；否则第三行输出0，检查列线是否非全高；如果某行输出0时，查到列线非全高，则该行有弦按下；根据第几行线输出0与第几列线读入为0,即可判断在具体什么位置的按下弦。当手指按下时，弦和品丝进行接触后会进行电路导通，如乐器按弦前、后的示意图分别如图7a-7b所示。
[0054] 所述第一数据通信模块23将接收到的与按弦位置对应的行列位置发送至智能终端。
[0055] 该信号处理模块22将与按弦位置对应的行列位置通过第一数据通信模块23发送至智能终端，这里我们采用一个开关阵列数据(如图4所示)来表示二弦三品按下时候的状态，1表示电路连通，即按下的状态，我们把该数据发送到智能终端。智能终端即可知道当前用户的指位按压情况。
[0056] 本实用新型实施例提供的弦乐器通过开关阵列扫描方法，可以识别出左手按压时的位置，可以判断左手的指位正确与否。然而演奏分为两个部分，一部分是左手按压，另一部分是右手弹奏，下面依然以吉他为例，介绍可以识别右手弹奏的弦乐器系统。
[0057] 图8示出了根据本实用新型的实施例的弦乐器系统的结构示意图。弦乐器系统包括智能终端700和上述实施例所述的弦乐器600，所述智能终端700包括麦克风71、第二数据通信模块72、信号处理模块73和显示屏74。
[0058] 所述麦克风71用于获取弦乐器600弹奏时的音频数据，并发送至信号处理模块73。
[0059] 所述第二数据通信模块72接收所述弦乐器600的第一数据通信模块23发送的按弦信号。
[0060] 所述信号处理模块73用于接收所述按弦位置对应的按弦位置以及识别所述音频数据对应的拨弦动作，并将所述按弦位置对应的按弦位置 以及所述音频数据对应的拨弦动作发送至显示屏74。
[0061] 所述显示屏用于显示所述按弦位置对应的按弦位置以及所述音频数据对应的拨弦动作。
[0062] 本实施例中，智能终端采用基频检测来识别拨弦动作。基频检测的方法有很多，如基于时域信号的并联处理法；削波的修正自相关法(AUTOC)；平均幅度差函数法(AMDF)；基于动窗
傅立叶变换的对数谐波积法。我们在确定按弦位置的基础上，再进行音高识别。
[0063] 音高识别应用上已经有很多成熟的
软件，如guitar tuner等手机软件，我们具体实现过程采用一个开源的音高识别
算法，名为TarsosDSP，官网(http://0110.be/tags/TarsosDSP)，该音高识别算法可以直接运行于android手机。该算法单音识别率高达90％以上，智能终端我们选择一个Android智能手机，吉他在弹奏的时候手机麦克风(mic)进行收音，并对收到的音频做音高识别，最后对现有的指位进行匹配。
[0064] 在识别出拨弦动作后，将按弦位置数据和拨弦动作发送至显示屏进行显示。所述述显示屏显示所述弦乐器的示意图和按弦图标，所述按弦图标显示在该示意图中与弦乐器的按弦位置相对应的位置。所述按弦图标的图案、尺寸和颜色中的至少一个指示拨弦信号。
[0065] 在一个实例中，显示结果如图9a-9b所示。在屏幕上示出了6个弦线以及一部分品位。按弦图标为圆形。如果未拨弦，则按弦图标的颜色为暗红，如果已拨弦，则按弦图标的颜色为黄色。
[0066] 本实用新型实施例提供的弦乐器系统，通过按弦检测装置识别按弦位置数据，在确定按弦位置数据即限定了一个音高查找范围的基础上，再采用音频的基频检测识别拨弦动作，极大的提高音高识别的准确率。
[0067] 上述实施例只是本实用新型的举例，尽管为说明目的公开了本实用新型的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和
修改都是可能的。因此，本实用新型不应局限于实施例和附图所公开的内容。
