一种具有人工智能算法的电子筝的制作方法

本发明涉及一种电子乐器制造领域，具有智能算法且支持数据交互演奏的电子筝。

背景技术：

电子乐器是一种利用电子计算技术产生数据并转换成声音的乐器。以古筝为代表的筝乐器，通过手指或佩戴在手指上的指甲弹拨筝上的琴弦发出震动，并由支撑琴弦的琴码传递震动至琴码下的底板，通过底板下的空腔发出声音。普通的古筝具有21根弦，一弦一音，受限于物理发声原理，在弹奏超出21个音以外的音，需通过按压琴码左边的弦获得原弦音高的向上半音或全音，或者通过左右挪动琴码进行调音。目前市面的电子古筝，只是通过在琴弦下安装拾音器的方式，将古筝琴弦上弹奏的音拾取并通过电子放大器放大，达到扩音的目的，以及通过模拟信号驱动外置效果器，达到触发失真效果在内的各种效果声音，但并没有使古筝原始所触发的声音数字化，无法实时改变21根琴弦的音高，达到快速变调的演奏目的，且电声原理如同西洋电子吉他，无法通过数据控制调节电子古筝的各项参数。另外，具有人工智能算法的电子乐器是指融合了人工智能计算机编程方式的电子乐器，而设计具有人工智能算法的电子筝，是通过计算机算法学习并分析人类的演奏指法和动作，使得在实际实时演奏中，能快速分析演奏员的演奏指法及指法组合，且做出相对应的数据指令反馈。演奏员通过学习模式调校智能筝的学习方法，使演奏更具多样化、降低学习难度、增强实时交互表演效果。为此，本人发明设计出了一种具有人工智能算法的电子筝。

技术实现要素：

针对现有的电子筝制造技术所存在的不足，本发明提供一种采用多个传感器并具有人工智能算法的电子筝，使其具有多样性弹奏技巧、辅助演奏、降低学习难度、增加人机交互表演的效果。

本发明为实现上述目的所采用的技术步骤是：

步骤一：全新设计的电子筝本体；琴头部分的面板采用一块全贴合液晶电容触摸显示屏，用于功能设置以及虚拟控制器的操作；在琴头与琴弦的交接处，有一排液晶显示条，用于显示每根琴弦目前所演奏的音高；每个固定琴弦的琴钉处安装有震动振幅传感器，以及每根琴弦都有连接琴弦信号接口模块；琴码为固定琴码，琴码脚与底板固定；琴尾与琴弦的固定处安装有琴弦姿态传感器；取消传统古筝用于发音的空腔，底板背面内安装有中央处理器、音色效果模块、数模音频模块、无线wifi和蓝牙传输模块和锂电池模块；在底板背面的中央安装有两组高低双单元扬声器；琴头侧面安装有触摸式开关按键、usbtypec型数据口、xlr输出端口以及3.5英寸音频口。

步骤二：琴弦采用内嵌式金属导体以及导电式外皮包裹，内嵌式金属导体可用于接收来自电子指甲的无线电射频接触信号，导电式外皮可用于接收来自手指触碰的信号。琴弦连接的琴弦信号接口模块包括无线电射频信号感应器和电容式触摸感应器。

步骤三：电子指甲安装有无线电射频芯片，当电子指甲接触到琴弦时，琴弦所连接的琴弦信号接口模块中的无线电射频信号感应器将收到触发信号。

步骤四：电子筝的所有声音将由触发震动振幅传感器而产生电子数据，并传送至中央处理器进行数据整理，通过音色效果模块处理，由数模音频模块转换成模拟信号将声音发送至扬声器、外部蓝牙装置、xlr输出端口或3.5英寸音频口。

步骤五：通过琴头的液晶触摸显示屏，手动设置21根琴弦的音高，通过自定义音高选项，来预设变调中使用的其他音高，在演奏中直接点击自定义的预设音高，立即将21根琴弦的音高根据自定义预设重新排列。

步骤六：通过人工智能学习功能，对于演奏过程中的各种演奏指法进行学习和调整，包括刮奏、泛音、遥指、揉弦、颤音等；使电子筝根据节奏、章节或速度来分析和判断指法并做出相对应的指法指令。配合多媒体数据交互功能，通过无线wifi传输模块或usbtype-c数据端口，输出osc、midi等数据信号，或接收外部midi信号。

本发明的有益效果：

本发明具有人工智能算法的电子筝是国内外首次以纯数字化模式并具有智能算法而设计的电子筝。利用计算机数据算法，可随意实时改变21根弦的音高，利用人工智能的技术，学习人类演奏的指法，并做出相对应的触发指令，大幅降低了学习门槛，增强演奏技巧的多样化，增加先进的人机交互表演；使得古筝这个中国传统乐器的进行更深度的数字化，吸引更多年轻人对中国民族乐器的热爱。

附图说明

图1是本智能电子筝的结构示意图；

图2是图1琴头结构示意图；

图3是图1琴尾结构示意图；

图4是图1琴头侧边结构示意图；

图5是图1琴弦结构示意图；

图6是电子指甲结构示意图；

图7是电子筝背面结构示意图

图8是电子筝信号处理示意图；

具体实施方式

以下结合附图实施对本发明作进一步详细描述。

如图1至图7所示的实施例，

图标号说明：(1)电子筝本体、(2)琴头、(3)琴尾、(4)全贴合液晶电容触摸屏、(5)琴弦音高液晶显示条、(6)底板、(7)琴码、(8)琴弦、(9)震动振幅传感器、(10)琴钉、(11)琴弦信号接口模块、(12)锂电池组、(13)中央处理器、(14)数模音频模块、(15)音色效果模块、(16)琴弦姿态传感器、(17)电源线接口、(18)电源开关、(19)usb-typec数据接口、(20)midi接口、(21)xlr音频接口、(22)3.5英寸音频接口、(23)导电式琴弦外皮、(24)金属导体芯线、(25)电子指甲本体、(26)无线电射频处理芯片、(27)无线电射频接触贴片、(28)无线wifi和蓝牙传输模块、(29)贴片式天线、(30)内置式双单元扬声器

如图1至图7所示，

本发明一种具有人工智能算法的电子筝，按下图4所示(2)琴头侧面的(18)电源开关开启电源，由(17)电源线接口或(12)锂电池组进行供电，(4)全贴合液晶电容触摸屏和(5)琴弦音高液晶显示条显示系统自检并准备就绪。演奏员通过(4)全贴合液晶电容触摸屏自定义选择21根琴弦的预设音高、琴弦音色、混响效果参数。演奏者戴上电子指甲在琴弦上弹奏，(9)震动振幅传感器捕获琴弦震动幅度，转换成数据发送至(13)中央处理器；同时，位于(3)琴尾的(16)琴弦姿态传感器捕获来自演奏员按压(7)琴码左边(8)琴弦的情况，根据按压幅度大小实时发送数据给(13)中央处理器；所有数据将在(13)中央处理器被分析并转换，如来自(9)震动振幅传感器数据将用于触发声音的强弱，来自(16)琴弦姿态传感器的数据将用于触发弯音幅度效果等。(13)中央处理器将转换过后的数据发送至(15)音色效果模块，将控制数据加载上声音音色，并发送至(14)数模音频模块，把数据转换成模拟信号，通过(30)内置式双单元扬声器发声，也可通过(21)xlr音频接口、(22)3.5英寸音频接口和(28)无线wifi和蓝牙传输模块的蓝牙功能来传输音频；以及通过(19)usb-typec数据接口、(20)midi接口和(28)无线wifi和蓝牙传输模块的wifi功能进行数据传输至外部计算机。

实施例中，图1中的(8)琴弦采用的是全新发明设计的琴弦；图5的琴弦结构示意图展示包括(23)导电式琴弦外皮和内嵌式(24)金属导体芯线；其构造设计主要用于(11)琴弦信号接口模块来识别(25)电子指甲和演奏员的手指；(8)琴弦的(23)导电式琴弦外皮用于捕获手指触摸的动作，发送给(11)琴弦信号接口模块里的电容式触摸感应器；(24)金属导体芯线用于接收来自(25)电子指甲发出的无线电射频信号，并发送给(11)琴弦信号接口模块里的无线电射频信号感应器；此发明设计用于识别区分指甲和手指的弹奏并触发两者间不同的音色，以及泛音弹奏技法，即演奏员手指轻触在琴弦上，用电子指甲弹奏同一根琴弦，从而触发该琴弦音高的泛音。此外，(7)琴码按照合理的位置被完全固定在(6)底板上，防止传统琴码在筝的搬运或激烈演奏过程中脱落。

实施例中，图6中全新发明设计的(25)电子指甲包括(26)无线电射频处理芯片和(27)无线电射频接触贴片；一副电子指甲包含有五片指甲。当(25)电子指甲接触到琴弦时，琴弦所连接的(11)琴弦信号接口模块中的无线电射频信号感应器将收到触发信号。

实施例中，通过(4)全贴合液晶电容触摸屏选择自定义琴弦音高，可为21根琴弦预设多个音高模式，并在(5)琴弦音高液晶显示条上实时显示当前琴弦音高。在演奏模式下，可通过手指触摸选择(4)全贴合液晶电容触摸屏上的预设和通过(20)midi接口外接踏板，利用踏板来进行切换不同的音高预设，达到快速切换琴弦音高的目的。

实施例中，通过(4)全贴合液晶电容触摸屏选择智能学习模式，电子筝系统将学习演奏员的指法，其中包括勾、托、抹、打、劈、剔、挑、提、揉弦、按音等多种指法，演奏员可通过演奏过程中实时调整所触发的指法音色，电子筝系统将分析学习最大机率的指法组合触发，从而自动做出符合演奏员指法的触发指令，使表演更贴合演奏员的艺术想法。演奏员还可通过选择智能伴奏模式，利用智能和弦分析，自动为演奏员所弹奏的旋律搭配背景和声以及预置风格所生成的伴奏。

实时例中，本发明一种电子筝可使用(19)usb-typec数据接口和(28)无线wifi和蓝牙传输模块与外部计算机或设备进行数据交换，从而达到数据交互，实现实时多媒体交互表演；其中(28)无线wifi和蓝牙传输模块连接(29)贴片式天线增强对外无线传输数据的信号。用于交互表演的动作有包括琴弦触发、琴弦按压、通过液晶电容触摸屏上的虚拟控制器等，传输的数据包括midi、osc以及源代码。此外，电子筝的daw模式可兼容多种音频工作软件，如logic、cubase、ableton等；在该模式下，(4)全贴合液晶电容触摸屏将显示虚拟音频工作控制器，包括播放、暂停、录制、单独监听、静音、音轨选择、音频插件参数等等。

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