激光拾音器
阅读：159发布：2020-05-11
专利汇可以提供激光拾音器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及用于确定 弦 乐器 振动琴弦(1)音高的方法，以及涉及具有至少一根被张紧在琴 马 (2)和上 弦枕 (3)之间的琴弦(1)的 弦乐器 ，其中琴弦(1)可借助物体(4)固定到 琴桥 (2)和上弦枕(3)之间的特定固定点上，以产生相对基音更高的 音调 ，此外，借助于光测量装置(6、7)获得琴桥(2)与固定点之间的距离(D)，并接着由距离(D)确定振动琴弦(1)的音高。，下面是激光拾音器专利的具体信息内容。
1.一种用于确定弦乐器的振动的琴弦(1)的音高的方法，所述琴弦(1)被绷紧在琴桥(2)和上弦枕(3)之间，其中所述琴弦(1)能够借助于物体(4)固定到琴桥(2)和上弦枕(3)之间的特定固定点上以产生相对于基音更高的音调，其特征在于，借助于光测量装置(6、7)获得琴桥(2)与固定点之间的距离(D)，然后由该距离(D)确定振动的琴弦(1)的音高。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，激光源(6)沿与琴弦(1)平行的辐射方向射出经调制的光束(5)，其中光束(5)在上弦枕(3)或能被引入到辐射方向上的物体(4)上被反射，并由至少一个光敏的探测器(7)接收，而所述距离(D)由在光束(5)被射出到反射光束(8)被接收之间的光束传播时间确定。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，激光源(6)被脉冲化，其中光脉冲(5)平行于琴弦(1)射出，在上弦枕(3)或能被引入到辐射方向上的物体(4)上被反射，并由探测器(7)接收。
4.按照上述项权利要求之一所述的方法，其特征在于，只有当所获得的距离(D)大于琴桥(2)与上弦枕(3)之间距离(M)的大约三分之一时，才对音高进行确定。
5.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过为所获得的距离(D)分配特定的音高来实现音高的确定。
6.按照上述权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，以如下方式实现音高的确定，即首先为所获得的距离(D)分配位于弦乐器两根品柱(9)之间的特定的相应的距离区间(10)，然后将特定的音高分配给所述距离区间(10)。
7.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，作用在琴弦(1)上的拉扯力借助于压力传感器(11)测量，其中根据所测得的拉扯力将所述特定的音高往上修正一个数值。
8.按照上述权利要求之一所述的方法，用于确定带有两根或多根琴弦(1)的弦乐器的振动的琴弦的音高，其特征在于，光脉冲(5)以平行于各琴弦(1)的方式依次发射出。
9.一种弦乐器，具有至少一根振动的琴弦(1)，所述琴弦(1)被绷紧在琴桥(2)和上弦枕(3)之间，其中所述琴弦(1)能借助于物体(4)固定到琴桥(2)和上弦枕(3)之间的特定固定点上以产生相对于基音更高的音调，其特征在于用于获得琴桥(2)与固定点之间的距离(D)的光测量装置(6、7)以及由所述距离(D)确定音高的分析单元。
10.按照权利要求9所述的弦乐器，其特征在于激光源(6)的光测量装置以及至少一个光敏的探测器(7)，其中，所述激光源(6)用于在与琴弦平行的辐射方向上发射调制后的光束(5)，所述光敏的探测器(7)用于接收在上弦枕(3)或能被引入到辐射方向上的物体(4)处被反射的光束(8)，其中所述光测量装置被设置为根据光束(5)被发出到反射光束(8)被接收之间的光束(5)的传播时间来确定琴桥(2)和固定点之间的距离(D)。
11.按照权利要求9或10所述的弦乐器，其特征在于，激光源(6)为脉冲化的激光二极管，用于发射与琴弦(1)平行的光脉冲(5)。
12.按照权利要求9或10或11所述的弦乐器，其特征在于，激光源(6)被安置在琴桥(2)上琴弦(1)旁。
13.按照上述权利要求9至12中任一项所述的弦乐器，其特征在于，探测器(7)被安置在琴桥(2)上琴弦(1)旁。
14.按照上述权利要求9至13中任一项所述的弦乐器，其特征在于，琴弦(1)在琴桥(2)后面被夹紧在琴弦固定架(12)内，其中为所述琴弦(1)分配压力传感器(11)，所述压力传感器(11)用于获取作用在琴弦(1)上的拉扯力并与琴弦固定架(12)机械连接。
15.按照上述权利要求9至14中任一项所述的弦乐器，具有两根或多根琴弦(1)，其特征在于，为琴桥(2)上的每根琴弦(1)都分配激光源(6)，所述激光源(6)用于以平行于相应琴弦(1)的方式发射光脉冲(5)。
激光拾音器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于确定弦乐器上张紧在琴桥和上弦枕之间的振动弦的音高的方法，其中，琴弦可借助于物体 固定在琴桥和上弦枕之间的某一固定点上，以产生高于基音的音调。此外，本发明还涉及一种可应用本发明所述方法的相应的弦乐器，其带有至少一根张紧在琴桥和上弦枕之间的振动弦，而琴弦可借助于物体固定在琴桥和上弦枕之间的某一固定点上，以产生高于基音的音调。
背景技术
[0002] 在现代流行乐和摇滚乐中非常普遍的是，乐器不再直接用于产生音调和声音，而仅仅用于产生或者分析并转换电信号，该电信号由计算机或其它电路进一步处理。为实现该目的，已存在各种标准化的接口，其中，MIDI接口是最常用的。
[0003] 在键盘乐器上，可相对容易地实现上述形式的信号产生及信号分析过程，因为此时每个按键都精确分配有一个音高，同时音强也可通过按键的碰触速度获得，但对于弦乐器—如吉他，其信号分析就非常困难。尽管在该类弦乐器上，每根弦都分配有一个基音。通过将弦在特定的触头(Abgriffe)或品柱上用物体—特别是手指—压下，则由拨扯、拍击或其它方法触发的弦，其音高可发生改变，或者说，可通过缩短其振动长度而使音调升高。为获得准确的音高，首先必须等待这种音调形成，然后测得至少一个—但优选多个—周期的频率或持续时间，以找出具有所需可靠度的音高。
[0004] US-A-4 823 667示出了作为电子乐器的信号分析装置，它可按吉他的方式操作，并设置有频率分析仪，以确定被触动弦的频率。然而，这种方法会带来时间上的问题。在普通吉他上，最低音调具有的频率为82Hz，其整个振动过程需要的时间大约为12.5ms。保险起见，通常必须测两次振动，从而必须的时间也要累加到25ms。这里，没有考虑弦在被触发—如通过拨或拍—后，进入振动状态还需要的一定时间。因此，原则上同时还需加上不容忽视的一段时间，这段时间可以为周期长度的两倍，从而，所期望的音调信息在50ms后才可使用。但50ms的时间延迟对专业乐手来说已经很明显。它所对应的音箱摆放距离为大约15m。
[0005] EP 0734567 A1描述了一种可明显更快确定音高的方法，它通过对第一组脉冲及其沿琴弦的传播时间的分析利用来取代波形分析。这样，等待时间可被明显缩短。不过，这种方法对干扰脉冲极其敏感，从而需要针对乐器演奏者和乐器作精确校准。此外，需要非常准确和干净的演奏方式，而这不是每个吉他手都能掌握的。
[0006] 针对该问题的一个备选解决方案在US-A-5 085 119中也作了公开。在该方案中，在吉他颈部设置有开关，这些开关可在相应的弦被压到所期望的品柱上时被触发。但音高的信息，完全如键盘乐器那样，不再通过弦的振动，而是通过压下某个开关得到。这显然会使演奏难度增加。
[0007] EP0 227 906 B1给出了一种吉他形式的电子的弦乐器，它带有用于确定在演奏时吉他的弦产生的音高的分析计算装置。分析计算装置与两个接收器相连。其中一个接收器在这里用于确定弦的振动。只要弦在振动，就发出音调。另一个接收器同时具有发送器的功能，通过它可将超声脉冲发到弦上。超声脉冲的持续时间可被分析利用，以获得整根弦的信息并以此得到音高。
[0008] EP 0 288 062 B1给出了一种相似的带有信号分析装置的乐器，在该信号分析装置中，其中接收器装置同样具有确定琴弦振动的声音接收器以及可将超声脉冲耦合到弦上的超声波装置。超声脉冲在品柱上发生反射，并由接收器接收。超声脉冲从发送到接收的时间差，指示活动状态琴弦的长度。这种类型的声音接收器，昂贵且生产麻烦。信号分析必须具有高品质，以将音高通过低通滤波从由琴弦发出的声波中提取出，其中，这里的声波形成弦的固有振动和谐波振动的叠加以及耦合进的超声脉冲。为了从接收器的测量信号中分离出捕获的超声脉冲，则在为实现信号的进一步处理而将信号数字化时，必须对高频测量信号进行扫描。这种借助超声脉冲的测量方法终究是不可靠和不精确的，因为脉冲在品柱上反射时被大大减弱，从而在到达接收器时已很弱。因此，只有通过昂贵的技术手段才能将它们从测量信号中提取出。
[0009] 欧洲的专利申请EP1 280 134 A1公知了一种电气的吉他合成器，它使用可确定音符开始和结束的光传感器，其中，音符可通过碰触琴弦产生。这里，在琴弦的一端安置有光传感器，而在另一端配备有光探测器。对于这种吉他合成器，被碰触到的琴弦的音高通过电测量方法确定。对指板上的各个品柱进行划分的品丝(Bundstaebchen)通过电阻链连接在一起，其中，外部品丝被连到电源上。当琴弦被压到指板上时，它就与某个品丝实现电连接，从而可在琴弦上获得一个与之相对应的、由电阻链决定的电压，该电压可被测出并用于确定相应的音高。这种方法的弊端在于，必须对指板通电，而这将导致巨大的技术开销，并基于电阻桥产生显著的欧姆损失。
[0010] 另外，美国专利US 5,214,232公开了一种用于确定琴弦振动的光测量方法。在该方法中，采用了由光发送器和安置在它旁边的光探测器组成的结构，而光发送器和光探测器又被布置在弦乐器琴弦下方的琴身上。发光元件将光沿琴弦方向射出，而琴弦使该光发生反射后沿琴身方向射回，反射回的光可由光探测器接收。由光探测器的光电流，发声介质将发出相对应的琴弦音调。这种结构以光的形式实现了传统的拾音器。
[0011] 除此之外，美国专利4,321,463也公开了一种用于以光的形式测定弦乐器振动琴弦音高的方法。乐器的每根琴弦由玻璃纤维束构成，而内聚激光的光通过这些玻璃纤维束传输。探测器将在玻璃纤维另一端出现的光分别理解为干涉图样。干涉图样会因弦的机械振动而改变，而这种改变将在探测器的电信号中得到体现。借助传统的放大器，已改变的探测器电信号可被听到。
[0012] 相对地说，所有前述方法在技术实现上都要很大开销，并造成弦乐器的设计成本高昂。
发明内容
[0013] 因此，本发明的任务在于，提供一种技术实现上简单的方法，来确定弦乐器上被触发琴弦的音高，以及提供一种相应的弦乐器，其音高可在保征高精度下快速可靠地测出，同时，实现上述方法的技术成本也要较小。
[0015] 按照本发明作如下设定，即，在用于确定弦乐器振动琴弦音高的方法中，将借助光测量装置算出琴桥和固定点之间的距离，并随后由该距离确定振动琴弦的音高，其中，琴弦被张紧在琴桥与上弦枕之间，并可通过某个物体固定到琴桥和上弦枕之间的某一固定点上，以此产生比基音更高的音调。
[0016] 用光测量距离提供精确和快速的结果。在确定音高之前，由测量单个或多个振动周期或者由声学的超声脉冲在琴弦上的传播时间所产生的时间延迟，可被减到最小，因为光学的距离测量方法采用了光束，而众所周知光束以光速传播。
[0017] 原则上，固定点通过将手指放到琴弦上产生，其中，手指被支撑在弦乐器的颈部，而琴弦位于颈部的前面。也可选择使用其它物体—如主品柱，kapodaster)对琴弦进行固定。琴弦在固定后，其为产生音调而被触发的振动部分的长度被缩短，以此产生比琴弦基音更高的音调。
[0018] 在本发明有利的设计形式中，经过调制的激光源可将经调制的光束沿与琴弦平行的辐射方向发射出。光束可被上弦枕或某个可被引入到辐射方向上的物体—尤其是手指—反射。随后，经反射的光束将由至少一个感光探测器接收，这里，可由光束被发出到发射光束被接收之间的光束传播时间计算出距离。基于光束的高内聚性，应用激光光源可确保距离测量的准确可靠。光束可在离弦几毫米—特别是在1到3毫米之间—处传播，以确保该光束可击中物体。通过对光束进行调制，可将某个表征该调制过程的周期性出现的特定事件应用为时间尺度，从而，从特征事件发生到其被接收之间的传播时间或者持续时间可被获知。
[0019] 光束的调制可表现为不同的形式。发出的光束可被优选调制为矩形信号。这使得具有特定持续时间的光脉冲被发射出。矩形调制可例如通过对激光源输入脉冲电流，通过机械手段—例如快门，或者通过光学介质实现。光脉冲平行于琴弦射出，然后在上弦枕或某个可被引入到辐射方向上的物体处发生反射，并随后由探测器接收。因为光速是已知的，因此由脉冲发出到被接收之间的时间差，可计算出距离。只要激光源和探测器在琴桥附近相邻安置，激光光束的传播距离就可被简单地认为是上述距离的两倍。距离D可由公式D≈0.5*2.99*10EXP(8)*t求出，其中，t为测得的光束或光脉冲的传播时间。为使距离的计算更加精确，可将激光源和探测器之间的距离也加入计算。这可按如下所述方式实现。光束走过的路程W，为直角三角形的斜边c和直角边D之和，其中，D对应待算出的距离：W＝c+D。激光源和探测器之间的距离为直角边b。由于斜边的平方为两条直角边的平方之和，因此，路程W等于(D Exp(2)+bExp(2))的平方根+D。由此，可推导出：D＝(W Exp(2)-b Exp(2)/(2W)。
[0020] 弦乐器发出响声，通常是通过借助某个物件—如手指、拨弦片或琴弓—对弦的下三分之一区域进行抚摩、拉扯或拍击实现的。在这里，可能出现物体到达光束路径上的情况，而且光束或光脉冲将在该物体上发生反射。这可能会导致错误的音高检测。因此，可按照本发明作如下规定，即，只有当测得的距离大于琴桥与上弦枕之间距离的大约三分之一时，才能实现对音高的测定。这样，一旦物体出现在激光源光束路径的这个区域，基于光束或脉冲在该物体上的反射接收到的探测器信号就被滤出，以使该信号不被用于确定音高。
[0021] 按照本发明，可通过如下方式实现音高的确定，即，测得的距离将被分配以特定的音高。该分配可例如基于储存的表格或通过计算实现。
[0022] 具有品柱的弦乐器，可通过如下方式确定其音高，即，首先将两根品柱间特定的相应距离区间分配给待确定的距离，接着给这段距离区间分配一个特定的音高。这里，距离区间为两根品柱间的间隔。因为琴弦的振动部分在上方被品柱限定，因此，为固定琴弦而放在处于这个品柱和下一品柱之间的琴弦上的手指，其在上述距离区间内的任何位置，都会使琴弦具有相同的振动长度，即相同的音调。
[0023] 在本发明的另一有利设计中，可借助压力传感器测得作用在弦上的拉扯力，这里，根据所测得的拉扯力，特定的音高会被向上调整一个数值。这使弦的音调升高可被识别出，而弦的音调升高可由乐手通过所谓的弯音，也就是朝侧面拉扯琴弦得以实现。
[0024] 在吉他或其它具有两根或多根琴弦的弦乐器上，可依次发射平行于各根弦的光脉冲。发射时优选有先后顺序，以使由一个或多个探测器接收到的反射光脉冲可被对应到某个明确的光源—或某根明确的琴弦。光脉冲的先后发射，可例如通过对激光二极管或对供给它的电流进行倍增来实现。
[0025] 为实施按照本发明的方法，这里建议这样一种弦乐器，它具有至少一根振动的琴弦，该琴弦被张紧在琴桥和上弦枕之间，并可通过某个物体固定在琴桥和上弦枕之间的特定固定点上，以产生相对基音更高的音调，其中，该弦乐器还具有用于确定琴桥和固定点之间的距离的光测量装置，以及用于由该距离确定音高的分析单元。
[0026] 光测量装置可包含一个激光源，其用于沿与琴弦平行延伸的辐射方向发射经调制的光束。它还可以含有至少一个光敏探测器，用于接收在琴桥或在某个可被引入到辐射方向上的物体上产生的反射光束。此外，设立光测量装置的目的还在于，基于光束发出到反射光被接收之间的光束传播时间来确定琴桥和固定点之间的距离。
[0027] 在一个有利的设计中，激光源可以是脉冲触发的激光二极管，用于平行于琴弦发射光脉冲。通过激光源的脉冲，将产生经矩形调制的由各个光脉冲构成的光束。
[0028] 激光源可优选紧挨着琴弦安置在琴桥上。这种布置方式可特别通过在右侧或左侧优选间隔大约1到3mm实现。以此确保用于固定琴弦的物体—优选手指—可被光束或光脉冲击中，从而使距离的确定，或音调的确定成为可能。激光源在琴桥上可特别按如下方式布置，即，光束或光脉冲发生辐射的位置与琴弦振动部分的起点具有相同高度。此外，探测器也可紧挨着琴弦安置在琴桥上。这使距离的计算变得特别简单，因为当激光源和接收器之间的间隔被忽略时，距离正好等于光传播长度的两倍。然而，在一个替代的实施方案中，激光源也可相对琴桥具有一定的间隔。此时，为确定距离，则必须相应地考虑将这段间隔从光传播长度中剔除。
[0029] 可例如选择波长处于不可见光区域—优选红外区域—的激光源。这样，乐手在演奏时不会因此而分散注意力。然而，通过应用可见光区域的有色光束，可产生特别光效，尤其是在舞台上可给人留下深刻印象。因此作为替代地，激光源也可优选具有可见光区域的波长。
[0030] 琴弦通常被夹紧在琴桥后面的琴弦固定架内。本发明一个有利的设计中，琴弦可配有一个压力传感器，其用于获取作用于琴弦上的拉扯力，并与琴弦固定架具有机械连接。通过获取拉扯力，使拉扯力的提高可被识别，其中，拉扯力的提高可由乐手作为音乐效果而将琴弦朝侧面拉开来实现，而这种效果会产生一定的音高提升。
[0031] 对于具有两根或多根琴弦的弦乐器，可按照本发明作如下规定，即，琴桥上的每根弦都分配有一个激光源，其用于发射与对应琴弦平行的光脉冲。此外，在琴桥上的每根弦旁边还可安置一个光敏探测器。附图说明
[0032] 本发明其它的特征和优点，可从后续对实施例的描述以及相关附图中得出。附图所示：
[0033] 图1：吉他指板的图示
[0034] 图2：光测量装置在处于使用状态时的示例性图示
[0035] 图3：带有用于识别琴弦拉扯位置的光测量装置的吉他，其琴弦装置的截面图[0036] 图4：琴弦拉扯-测量装置的示意图
[0037] 图5：传感器或处理器单元的构成
具体实施方式
[0038] 随后，本发明的观点将示例性地通过作为弦乐器的电吉他进行阐述。
[0039] 吉他具有信号分析装置，该装置具有至少一根已张紧的琴弦，该琴弦振动长度可通过碰触至少一个品柱而改变，具有接收器、用于测量处于活动态的琴弦长度的光测量装置以及与接收器相连的分析装置。
[0040] 本发明基于如下物理事实，即弦的振动频率与其长度的倒数具有线性相关性。若长度为L的弦以频率f振动，则弦长减半意味着频率加倍，弦长减到三分之一意味着频率变为原先的三倍，弦长减到四分之一意味着频率变为原先的四倍，如是等等。
[0041] 图1示出了吉他的指板，其具有琴桥2和上弦枕3，而在这两者之间张紧有6根弦1。指板由品柱9划分。每根弦1的总长都对应上弦枕3到琴桥2之间被称作音值长度(Mensur)的距离M。琴弦具有不同的基音高度，也就是说，它们以不同的频率振动。频率加倍可由弦的振动长度减半实现。减半正好发生第十二根品柱14处。弦1处于该品柱14与琴桥2之间的以及处于该品柱14与上弦枕3之间的振动部分，都产生比基音高八度音的音调。
[0042] 为产生比基音更高的音调，琴弦1可通过物体4固定到琴桥2和上弦枕3之间的特定固定点上。对此，乐手通常使用手指4。手指4将被压到吉他指板上，以使弦1的振动长度变短。通过这种方式，频率将以乐手希望的方式改变。若琴桥2到手指4的距离被测出，而且振动弦的基音为已知，则可由此精确求得频率，并可由此确定琴弦1一旦被触发进入振动态就会发出的音调。由于在吉他上各琴弦1的基音高度均为已知，因此，不再需要对弦作精确调音。从而，对琴弦1花费大且时间紧张的调音过程可被省去。
[0043] 通过这种方式，音高也可在琴弦1发声之前就被确定，这可消除在分析振动琴弦时的时间延迟问题。
[0044] 数学原理：
[0045] a＝b/(1/c)，其中，a为音值长度之差，用于将音高提升一个半音步，b为基音的音值长度，而c为品柱常数(Bundkonstante)的倒数。由于通过因子c可计算出具有半音间隔的两个音调其各自音值长度间的差值，因此，可得出一个简单的公式。该公式用于确定一个值，以在经过12次跳步(Abzuege)(相比于其余的音值长度，它们总是相同的)后，精确达到音值长度的一半(半个音值长度＝1个八度音＝半个频率)。1/2＝(1-c)Exp(12)，其中，c等于常数0.056125687。由此，可直接推导出等于c的倒数的品柱常数：1/c大约等于17.81715。通过将剩余音值长度的变量b设为相同，则可由已算出的音值长度推导出其它的品柱位置，从而，第一品柱和第二品柱间的距离就可被计算出。因此，还仅仅需要考虑在信号分析中普遍熟知的包络曲线确定方法，以在琴弦频率的基础上增加音强曲线(碰触强度、发声持续时间等等)，作为琴弦被触发后表示音高的参数。为此，可使用市面上常见的多音的(hexafon)磁力或压电式拾音器。
[0046] 图2给出了针对六弦吉他的用于确定琴弦1振动部分的音高的光测量方法的简化示图。光测量装置具有六个激光源6，其中每根琴弦1都对应有一个用于沿与各琴弦1平行的辐射方向发射光脉冲5的激光源6。辐射方向在各弦1的右侧大约1mm处延展。激光二极管6安置在琴桥2上。从左边起的第二、第四和第五根弦1分别被一根手指4压在吉他的颈部。从而，手指4将出现在光脉冲5的传播路径上。以左起第二根琴弦1为例，在相应的手指4上将产生反射光8，这些反射光呈扇形朝琴桥2方向延伸，并在琴桥上由安置于琴弦之间的光电元件7接收，该光电元件7可被例如设计成光电晶体管。若简单假定探测器7紧挨激光源6布置，则脉冲5的传播长度等于琴桥2与手指4所构成固定点之间的距离D的两倍，而基于这一点，可由D≈0.5*2.99*10EXP(8)*t求出距离D，其中，t为所测得的光脉冲5的传播时间。若考虑激光源之间的距离b，则激光源6的位置、手指4的位置和探测器7的位置将构成一个直角三角形。激光光束经过的路程W为斜边c与直角边D—也就是待确定的距离—之和，W＝c+D。激光源6和探测器7之间的距离为直角边b。由于斜边的平方等于两条直角边的平方之和，因此，可得出W＝(D Exp(2)+b Exp(2))的平方根+D。由此可以推导出：D＝(W Exp(2)-b Exp(2))/(2W)。
[0047] 由距离D可首先获得一段特定的距离区间10，手指4放在这段区间内，而且，该区间位于两根品柱9之间，而品柱到琴桥的距离均为已知。在图2中，为自上起的第二和第三根品柱9。由于琴弦1放在第三根品柱9上，因此该品柱9对弦1的振动部分起限制作用。接着，可通过与距离D的对应关系确定音高，而对应关系可储存在表格中。
[0048] 随后，将示例性地给出针对左起第一根具有基音高度E的琴弦的分配表，。在以十二平均律调音的前提下，当作为琴桥2与上弦枕3之间距离的音值长度M为65cm时，弦长和音高之间将具有如下关系：
[0049]编号 距离 距离cm(范例) 音调(范例)
0(空的弦) 65 E
1 61.3518 F
2 57.9084 F#
3 54.6583 G
4 51.5906 G#
5 48.6947 A
6 45.9617 A#
7 43.3821 H
8 40.9473 c
9 38.6491 c#
10 36.4799 d
11 34.4324 d#
12 32.5(1/2音值长度) e(八度音)
13 30.6759 f
14 28.9542 f#
15 27.3291 g
16 25.7952 g#
17 24.3475 a
18 22.9810 a#
19 21.6912 h
20 20.4738 c′
21 19.3247 c#
22 18.2401 d′
0(空的弦) 65 E
1 61.3518 F
2 57.9084 F#
3 54.6583 G
4 51.5906 G#
5 48.6947 A
6 45.9617 A#
7 43.3821 H
8 40.9473 c
9 38.6491 c#
10 36.4799 d
11 34.4324 d#
12 32.5(1/2音值长度) e(八度音)
13 30.6759 f
14 28.9542 f#
15 27.3291 g
16 25.7952 g#
17 24.3475 a
18 22.9810 a#
19 21.6912 h
20 20.4738 c′
21 19.3247 c#
22 18.2401 d′
[0050] 总的来说，本发明为如下所述：
[0051] 本发明包括一套激光二极管6，它们被安装在各个乐器的琴桥2上。按照本发明，每根琴弦1都配备有一个激光二极管6，在普通吉他上为6个，在标准的低音提琴上为4个，在通常的弦乐器上也为4个等等。对于具有12根弦的吉他，也同样只需6个激光二极管6，因为此时两根琴弦的音高总是由同一手指4改变。这些激光二极管6靠近琴弦1的紧固点，而激光5以平行于琴弦的方式朝上弦枕3方向射出。激光5具有高平行度或内聚性，从而，可产生尽可能小的反射点。在激光二极管6所在的同一平面内，还安置有一个或多个用于接收反射光8的感光元件7—例如光电晶体管或光电二极管)。由激光5的传播时间可求得手指4在弦1上的位置。
[0052] 六个激光二极管6是倍增的，因为不然它们发出的光不能由探测器7对应到各根琴弦1或光发射源6。反射光8将有意义地由多个压电元件7接收，而由此获得的数据将由处理器单元进行分析利用。每根琴弦的各个拾音器—如多音的压电拾音器—的信号将被用于评估碰触时刻、碰触强度及琴弦1的发声持续时间。此外，可通过合适的已熟知的信号分析形式，简单地对各琴弦的固有振动以及由此产生的乐器音调进行检验。同样有意义的是，该分析过程用于对由激光测量获得的频率进行校正，以对不同乐器受结构决定的差别或者对独特演奏方式的特征进行补偿并重新调整。此外，通过上述检验可获得位置偏差，该偏差必须被激光拾音器这个辅助设备考虑在内，这里，激光拾音器也就是由安置于琴桥前的激光源6和探测器7所构成的装置。
[0053] 除了获得音调信息，还可获得正在拨弹的手指或拨弦片13的位置，因为它们同样会使激光15发生短时间的反射，而且，反射光8将被探测器7接收。这在图3中作了描述。由于对琴弦1的扯或拨动作，发生在琴弦位于琴桥之前的第一个三分之一区域，因此，可通过测得的距离D获知，发射光8由用于固定琴弦1的手指4产生还是由正在扯或拨的手指或拨弦片13产生。在这种情况下，获得的距离D没有被分配音高。
[0054] 典型的吉他弹奏技巧，如推弦—即拉扯琴弦，可通过前述技术并通过用于琴弦拉扯的附加接收器11—尤其是通过压力传感器—来获知。图4对这种实施方案作了描述。对每个在其上张紧有琴弦1的琴弦固定架12，可分配一个与琴弦具有机械连接的压力传感器11，以使作用于琴弦1上的拉扯力可被获知。
[0055] 这里，可将压电晶体作为测量接收器11嵌入到琴桥2的琴弦固定架12中。按照公式k＝M/L*(f*2L)Exp(2)，振动弦1的频率变化与拉扯力的变化成比例关系，其中：k＝力，M＝质量，L＝长度，f＝频率。由于可简单假设M和L的值为常量，因此，可由此得出频率和拉扯力之间的指数级关系。这里，频率f与k的平方根成比例。从而，被拉扯琴弦1的音调信息，同样可通过确定振动弦长及之后发生的琴弦拉扯力变化而精确得出。
[0056] 图5为示例性的传感器与处理器单元15的示意性的构造示意图，其中，传感器与处理器单元15可表现为按照本发明的弦乐器。该单元15包括一个光测量单元，而光测量单元又由一组激光二极管6，用于对激光二极管交替供电的倍增器，光电元件7及距离计算单元构成。单元15还包括分析单元，它用于将相应的音高分配给已确定的距离D，还用于在因为求得的距离D小于琴弦1长度的三分之一而无法分配的情况下，确定碰触的位置。传感器与处理器单元15还可具有常用的多音琴桥拾音器，其模拟的测量信号可借助AD转换器数字化，再经低通滤波器滤波，接着确定包络曲线。按照本发明，传感器与处理器单元15还可包括压力传感器7，该压力传感器模拟的测量信号同样可借助AD转换器数字化，并可由此确定其音高—也就是所说的弯音。由全部三种信息源，也就是，借助探测器7所进行的激光距离测量、常用多音拾音器及压力传感器11，可获得完整的数据记录，这记录已足够描述由弦1产生的音调，并且对电子形式的进一步加工也已完备，其中，探测器7用于确定音高，拾音器用于确定碰触时刻和包络曲线，压力传感器11用于确定由弯音引起的音高与基音高度之间的偏差。
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