CN100562921C - 用于弦乐器、特别是吉他的自动调音的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于弦乐器的自动调音的装置，包括：用以检测通过拨动一弦产生的音调和输出相应于检测的音调的数字信号的检测装置；用以存储预定的数字信号的存储装置；用以比较由检测装置输出的数字信号与要求的音调相应的数字信号的比较装置；用以改变弦的张力的调整装置；至少一个用以驱动调整装置的驱动装置；连接于比较装置的控制装置，其经由总线控制至少一个驱动装置；对用于弦乐器的自动调音的装置进行了改进，使其可以以对声调特性影响最小和用尽可能少的和小的元件结合于乐器中。为此控制装置和至少一个驱动装置在弦乐器中朝弦的纵向方向设置在弦的相互对置的侧面上并且总线跨接各弦的长度地在控制装置与至少驱动装置之间引导。

Description

用于弦乐器、特别是吉他的自动调音的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用以自动调整弦乐器的音调的装置。本发明还涉及一种用以自动调整弦乐器的音调的方法。
背景技术
乐器的调音一般除熟练的辨音力之外需要大量的时间，特别由不熟练的例如业余爱好乐器演奏者必须付出大量的时间。在传统的“由手”调音的方法中音乐家用音叉操作，其通过拨弦确定要求的音调并且通过弦长或弦张力的改变调整相应的弦的音域。通过多次的拨弦和音叉校准结果，直到达到要求的弦的校音。然后从该校音开始调整其他的弦的音调。
由于一方面乐器的各根弦因为一始终存在的材料的柔度必须经常调音，而另一方向各根弦也根据气候条件在其长度上是可变的(一吉他弦在一音乐厅的舞台上由于热和湿气与在比较干燥的和冷的练习室的情况相比膨胀)，经常的调音是必需的。在新弦张紧以后也必须调整它们的音调。
为了在这方面达到简化，US 4,803,908建议一种用以自动调整弦乐器的音调的装置，其包括：用以检测通过拨动弦产生的音调以及输出一个相应于检测的音调的数字信号的检测装置；用以存储规定的数字信号的存储装置，该数字信号与所要求的音调相一致；用以将由检测装置输出的数字信号与存储装置中存放的与所要求音调相一致的数字信号进行比较的比较装置；用以改变弦的张力的调整装置；至少一个用以驱动调整装置的驱动装置；连接于比较装置的控制装置，该控制装置借助在比较装置中确定的、在表示产生的音调与要求的音调的信号之间的偏差控制所述至少一个驱动装置。在该装置中在一吉他上利用一在那里称为“Strummer”的在吉他的琴身中设置的辅助装置同时拨动全部的弦。一电子装置检测各个音调，将其与理想预定音调比较并且控制一作用于各弦上的调整装置以便以符合规定的音调的方式调整各个弦张力。
该系统只在这方面是很受欢迎的，即它能够顺利和自动调音并且对不熟练的音乐家尤其如此，但高的费用也降低利益。可是该系统具有显著的缺点。其在整体上是大的和笨重的并且要求吉他的琴身上的显著的改变，其一方面对其音响效果(声调)具有影响而另一方面对其操作具有影响(由于重量的改变)。除此而外，也显著地改变了吉他的外观。
由于整个的吉他构成对于声调特性决定性的共鸣体，当改变吉他时也改变了声调特性。对此上述的系统几乎不能补充配置于现有的乐器中，而其也只很难地结合于新的吉他中。特别在声调方面计划开发两种彼此独立的吉他型式，一种具有上述装置的吉他和一种没有上述装置的吉他。
发明内容
本发明从所述的问题出发，目的是提供一种在这方面改进的装置，其可以以对声调特性最小的影响和用尽可能少的和小的元件结合于乐器中、特别是吉他中。此外要提供一种用以自动调整弦乐器的音调的方法，其满足预先规定。
为了达到该目的，建议一种具有如下特征的用于弦乐器的自动调音的装置，即：所述用于弦乐器的自动调音的装置包括：a)用以检测通过拨动弦产生的音调以及输出一个相应于检测的音调的数字信号的检测装置；b)用以存储规定的数字信号的存储装置，该数字信号与所要求的音调相一致；c)用以将由检测装置输出的数字信号与存储装置中存放的与所要求音调相一致的数字信号进行比较的比较装置；d)用以改变弦的张力的调整装置；e)至少一个用以驱动调整装置的驱动装置；f)连接于比较装置的控制装置，该控制装置借助在比较装置中确定的、在表示产生的音调与要求的音调的信号之间的偏差控制所述至少一个驱动装置；所述装置的沿纵向方向设置在弦的第一侧上的部件的电压供给从在沿弦的纵向方向对置的、弦的第二侧上设置的电源或这样的电压分接头出发经由至少一根弦引导，其中至少一根弦由导电材料构成，或用一种这样的材料缠绕和/或涂层。
本发明的核心思想是，装置的至少部分的部件经由一根弦或多根弦供给需要的电源。为此各根弦构成导电的，它们或包括一导电的材料或用这样的材料缠绕和/或涂层。按这种方式可以例如在一吉他中，特别在一电吉他中将各部件设置在其琴头，而不必附加地在那里结合一电源(例如以一电池或一自身的电源接头的形式)。电源在该实施例中可以经由吉他的琴身供给并且经由一根或多根吉他弦将其引向琴头。
按这种方式有可能在乐器的一这样的部分上节省重量和空间地设置装置的至少几个部件，该部分位于弦的一纵向末端，在那里经受或不大的空间或小一些的重量。
在一种优选的实施方式中，控制装置和至少一个驱动装置在弦乐器中沿弦的纵向方向看设置在弦的相互对置的各侧上，并且一总线跨接各弦的长度地在控制装置在至少一个驱动装置之间引导，所述用于弦乐器的自动调音的装置(其如此看来也可以称为系统)的各部件分布在乐器上，并且一总线跨接沿各弦的长度的区段。在一吉他中例如不将整个的装置设置于琴身中。这样，琴头或琴颈即使只有不大的空间也可以用于(不引人注目地)安装其他的部件。特别是对此本来在吉他中可以利用在琴头上设置的装置来调整弦长或弦张力，这减少专门元件的使用。总之必须将不多的附加的部件装入乐器例如吉他中。
经由总线的信号传送可以例如经由一传统的总线电缆，但也可以无线地例如经由无线电或红外线来实现。
为了可以分离各部件但不打算将控制装置和驱动装置在乐器中紧紧地嵌接，按照本发明的一进一步构成优选经由用作为总线的各弦引导在一乐器部分上安装的控制装置与至少一个驱动装置之间的控制信号。弦乐器的各弦在很多情况下包括一导电的材料或由一这样的材料的线缠绕。或者如果声调允许的话，其也可以用一导电材料涂层。这种方案省去其他的导线的使用，该导线必须敷设于乐器体中。除声调特性之外因此也仍特别保持乐器的外观。对此，如果要将多根弦用作为导线，它们不是彼此电短路的，则共同引导各弦的元件(例如一吉他中的板条)必须构成使其与各弦相互绝缘。为此这些元件可以由不导电的材料(例如陶瓷)制造或用这样的材料涂层，或其必须采取绝缘的其他预防措施(例如在中间排列的绝缘薄片等)。
驱动装置可以是一马达例如电机，但驱动装置也可以气动或液压式工作。
如果乐器是一在电路上连接于一扩音器的乐器(例如电吉他)，则一本来已存在的并连接在扩音器上的乐器的拾音器可以用作为检测装置(的部分)。
控制装置这样地设置，使得可以通过从检测装置接收到表示在公差范围内的音调的数字信号来接通控制装置，从而其可以以简单的方式通过拨动一弦发出声音。
所述用于弦乐器的自动调音的装置具有一用于数据交换的接口，从而提供了这样的可能性，即从外面，也可事后将一软件存入装置中。此外经由接口可以将不同的基准校音输入存储装置以便乐器可以按不同的模式调音。
在所述用于弦乐器的自动调音的装置的实施形式中，为每一弦配置一包括自身的驱动装置的调整装置，从而允许乐器的一根弦方式的调音。其也可以同样好地采用一个驱动装置，该驱动装置通过相应的传动装置或类似的装置可以接通，以便调整各根弦。
如果所述用于弦乐器的自动调音的装置以其各部件即检测装置、存储装置、比较装置、调整装置、驱动装置和控制装置完全结合于弦乐器中，则得到一特别紧凑的结构。如果将各个部件选择得尽可能地小，则它们在乐器的总印象中几乎“消失”并且在音乐家演奏时也不受干扰。并且在乐器调音时不需要参与外部的部件，音乐家实际上可以到处和几乎独立地调整其乐器。
如果用作为总线和/或电流引线的弦可由控制装置自由选择，从而在一根弦损坏时(导线的断裂或断开)可由控制装置选择另一弦作为总线或电流引线，则得出一多余的系统。即使在一根弦损坏时仍可以使装置继续进行乐器的调音。
在一优选的实施形式中，所述用于弦乐器的自动调音的装置结合于一吉他中、优选一电吉他中；或者控制装置设置在吉他的琴身上并且调整装置和至少一个驱动装置设置在琴颈的上端以及所述至少一个驱动装置经由一沿琴颈延伸的总线、优选经由用作为总线的弦连接到控制装置上。
本发明的目的也通过一种具有如下技术特征的用于弦乐器的自动调音的方法实现。其可以优选利用以上所述的用于弦乐器的自动调音的装置来进行，但并不限于一这样的装置。所述用于弦乐器的自动调音的方法，包括a)拨动一待调音的弦；b)由一检测装置检测由弦产生的音调并且换算成一相应的第一数字信号；c)将第一数字信号与一规定的符合要求的音调的第二数字信号相比较并且根据比较在一控制装置中算出弦张力所需要的变化；该装置的沿纵向方向在弦的第一侧上设置的部件的电压供给在沿弦的纵向方向对置的、弦的第二侧上设置的电源或一这样的电压分接头出发经由至少一根弦引导，其中至少一根弦由导电材料构成，或用这样的材料缠绕或涂层。
将弦乐器的由导电材料构成的或用这样的材料缠绕的和/或涂层的弦用作为一个或多个总线，则可以将乐器的各根弦作为总线应用。由此不必安装单独的电缆或其他的传送装置(无线电，红外线)。
在进一步构成中，所需要的第一数字信号的预处理是有意义的，以便由该信号可以可靠地确定一音域。
由第一数字信号借助于数字的频率滤波器确定被弹拔的音调的频率并且第二数字信号与一规定的频率相一致，由此第一数字信号的主频率(音域)的确定优选借助一数字的频率滤波器的帮助实现。这不同于另外通用的快速傅立叶变换法(FFT)而允许由只一次拨弦就可较快速和较精确地确定频率。这是重要的，因为在只一次拨弦时高音很快速地衰减，为了精确地确定音域(频率)必须检测所述高音。
附图说明
以下简要借助附图描述本发明。其中：
图1一作为本发明的可能的应用实例的电吉他的示意的前视图；
图2图1的电吉他的示意的后视图；
图3包括其他的细部的电吉他另一示意的前视图；
图4按图3中视图的电吉他的琴身的放大图；
图5电吉他的颤音系统块的一滑块的四个不同的视图(a)至(d)；
图6各根弦在颤音系统块的固定及其与电源线或信号线的接触的示意图；
图7吉他的琴头与在其上安装的各叶片和调整弦张力的各伺服电机的四个不同的视图(a)至(d)；
图8安装于吉他琴头上的各叶片与各伺服电机的四个不同的视图；
图9一检测电路的示意电路图，用以控制一用于自动调整吉他的音调的装置的音调导线输入。
具体实施方式
在各图中借助一个在电吉他中的实施例更详细地说明本发明。同样的元件在各图中设有同样的附图标记。借助一电吉他的描述并不限制本发明。其同样可以很好用于音响吉他、电贝斯，或其他的电的或电子音响的或音响的弦乐器如小提琴、竖琴等中。
图1至4中示出一电吉他1的不同的、部分地放大的视图，其设有一本发明的装置。电吉他1可以大致分为琴身2、板条3和琴头4。在琴身上在所谓颤音系统块5上固定弦6a-6f的第一端(球状端)并且并排沿板条3直到琴头4将各弦张紧，在琴头各弦以其第二端绕到弦轴7上并可调地固定。各弦轴7机械地与各叶片8相连接，从而通过旋转叶片8可将该弦端绕到弦轴7上或从其上展开。由此改变弦的张力或长度并调整吉他的音调。
图1中还可看出一所谓弹拨防护装置9，其为一盖板的形式并且在其下面在琴身中提供一空间，在其中设置电吉他1的电子装置。在该弹拨防护装置9的下方设置一属于本发明装置的控制芯片，其在图2中以10示意地表示。
图2中还可看出，在电吉他1的琴头4上在叶片8的机械装置上设置例如经由一传动装置作用的伺服电机11。各伺服电机属于本发明的装置并且以后还要以描述的方式连接于控制芯片10以便控制。利用各电机可以代替手操作经由各叶片8旋转各弦轴7并从而调整弦6a-6f的张力。
图3和4中以另一视图示出电吉他1。在这里除图1和2中可看出的元件之外示出电吉他1的其他的细节。这样例如可看出在琴身2上的弦6a至6f的下方安装的拾音器(pickups)12，它们将弦的振动(并从而将通过拨弦产生的音调)转变为一电信号，这些拾音器12同时以随后还要说明的方式用作为本发明的装置的构件。
此外在这些视图中示出一电位计13。通常电吉他具有多个这样的电位计以便调整高音、低音和音量。图中所示的电位计13是音量调整器。该专用调整器为了本发明的装置在电吉他1中的结合不构成为传统的电位计，而构成为所谓推挽电位计，其具有一附加的转换作用。
最后在这两图中还可看出从控制芯片向颤音系统块5，更准确地说向弦6a至6f引导的导线14。
图5和6中示出颤音系统块5或在其上设置的各滑块15用以引导在颤音系统块5中固定的各弦端。在图6中可看出，弦6a至6f如何通过各孔17引入颤音系统块5中并且以在其末端设置的粗块(球状端)支承在孔17的下边缘上。在各孔17的下端分别嵌入一绝缘的套筒19，其在其从孔17凸出的边缘上设有一指向外面的凸缘。在套筒19的凸缘与粗块(球状端)18之间定位导电的薄片20，它们接触弦6a至6f的粗块(球状端)18。这些薄片又连接于在控制芯片10上连接的导线14(图中表示为14a至14f)。
按这种方式将由导电的金属构成的或用导电的金属线缠绕的电吉他的弦6a至6f电连接于控制芯片10。
在颤音系统块5上固定图5(a)至5(d)中所示的滑块15。经由它们各弦在用16标记的滑块嵌件的范围内延伸。图5(d)中放大示出的滑块嵌件在图5(d)中所示的滑块中嵌入图5(a)中右边所示的凹槽中。由于滑块15和滑块嵌件16在一电吉他1中通常必须由金属并从而由导电的材料构成，为了避免在经由各导线电接触的各弦之间的短路，各滑块嵌件16是相互绝缘的，经由所述滑块嵌件弦6a至6f延伸。为此图5(a)中用21标记的各表面是绝缘的。
图7(a)至7(d)可再次看出电吉他的琴头4与在其上设置的本发明的装置的部件，其中图7(d)中示出图7(c)中用D标记的区域的细部放大图。
图8(a)至8(d)再次与琴头4分开示出用于调整弦张力的机械装置，该机械装置包括弦轴7、叶片8和伺服电机11。可看出全部这些装置安装在一共同的薄板22上，该薄板包括用以控制伺服电机11的其他的控制元件。经由金属的并从而经由导电的弦轴7各弦电连接于在薄板22上的相应的线路。
本发明的用于电吉他1的自动调音的装置如下操作：
通过牵引推挽电位计13启动系统。为此动用一图9中所示的电路，以下还要对其说明。
现在通过拨动一弦可以给控制芯片10发出指令。通过拨弦产生的音调借助于拾音器12转变为一电信号，其在控制装置中换算成一频率。在控制装置中存放各规定的预编程序的指令，其调用一位于一规定的公差内的频率。按这种方式可以例如调用用于一弦例如e弦6f的调音的程序。如果程序启动，则控制芯片从一存储器中加载一用于该弦的基准频率，其用作为额定频率。现在必要时重新拨动该弦，在控制芯片10内从由拾音器12转换的信号中算出实际频率并经由用作为总线的弦将一信号发送给薄板22或经由薄板发送给用于调整弦张力的相应的伺服电机11以达到额定频率。同时控制芯片10检测频率的变化并在达到额定频率时给伺服电机11一停止信号。按这种方式全部弦可以依次调音。将一数字的频率滤波器用作为程序用来从拾音器的电信号中算出实际频率，因为它可以特别快而可靠地算出频率。
经由一图中未示出的接口可以供给控制芯片10用于各弦的不同的频率规定值，根据情况，可以直接选择哪种调音的方式(例如开式调音等)。
为了传送控制信号只需要两根弦。经两根其他的弦，在这里为弦6f(低音e弦)和6e(a弦)将用于薄板22和伺服电机11的电源引入琴头4，从而在那里不需要一自身的电源。为了传送电压选择弦6f和6e，因为低音e弦和a弦是电吉他1的最粗的弦并从而极少拉断。剩下的四根弦6a至6d中可以各两个任意的作为总线由控制芯片自由控制。按这种方式系统是多余的并且即使在弦6a至6d的一根或甚至两弦拉断时仍可工作。
在琴身2上或在拾音器12的区域内在弦6a至6f下方的发光二极管指示控制芯片10或程序流程的状态并由此简化装置的操作。在这里也可以设置一“简要指南”，例如包括指示，通过拨动弦6a至6f的哪一根在哪个音调中调用哪些指令。为各指令配置的频率可以由控制芯片10这样掌控，即使其匹配于电吉他的当前的校音，亦即使用者用自己的手柄始终拨动同一弦，以便调用一指令，同样，例如直接调整吉他并从而调整弦的音调。
在该实施例中系统的电源在外部而且经由放大器电缆实现，吉他本来在一扩音器上电连接于放大器电缆。图9中所示的音调导线电路持续地检测电吉他1的内部电阻。该内部电阻在正常演奏准备好的电吉他1时是高的。如果现在音乐家牵引推挽电位计13，则该电位计从用于放大器电缆的塞孔套筒脱离拾音器12并从而脱离扩音器并且接通控制芯片10。则此电吉他1的内阻至少降低一因子20。这确认电路和放大器电缆首先与扩音器断开，由此电吉他1可以被“哑地”校音。此外电路连接一电源电压，它在放大器电缆上可以例如由扩音器的电源部分、但也可由一外部的电源部分获得该电源电压。然后将该电压供给控制装置10并经由弦6e和6f转送入琴头4。现在本发明的装置可以工作。在调音结束或例如电路建立或新的数据输入以后音乐家转换推挽电位计13返回正常位置。电吉他1的内部电阻由于现在重新在放大器电缆上连接的拾音器12重新升高。这可以看出按图9的音调导线电路并且信号由放大器电缆再次供给扩音器，音乐家可以继续演奏。
附图标记清单
1     电吉他
2     琴身
3     板条
4     琴头
5     颤音系统块
6a-f  弦
7     弦轴
8     叶片
9     弹拨防护装置
10    控制芯片
11    伺服电机
12    拾音器
13    电位计
14    导线
15    滑块
16    滑块嵌件
17    孔
18    粗块
19    套筒
20    薄片
21    表面
22    薄板

Claims (18)

1.一种用于弦乐器(1)的自动调音的装置，包括：
a)用以检测通过拨动弦(6a-6f)产生的音调以及输出一个相应于检测的音调的数字信号的检测装置(12)；
b)用以存储规定的数字信号的存储装置，该数字信号与所要求的音调相一致；
c)用以将由检测装置输出的数字信号与存储装置中存放的与所要求音调相一致的数字信号进行比较的比较装置；
d)用以改变弦(6a-6f)的张力的调整装置(7)；
e)至少一个用以驱动调整装置(7)的驱动装置(11)；
f)连接于比较装置的控制装置(10)，该控制装置借助在比较装置中确定的、在表示产生的音调与要求的音调的信号之间的偏差控制所述至少一个驱动装置(11)；
其特征在于，所述用于弦乐器(1)的自动调音的装置的沿纵向方向设置在弦(6a-6f)的第一侧上的部件的电压供给从在沿弦(6a-6f)的纵向方向对置的、弦(6a-6f)的第二侧上设置的电源或这样的电压分接头出发经由至少一根弦(6a-6f)引导，其中所述至少一根弦(6a-6f)由导电材料构成，或用一种这样的材料缠绕和/或涂层。
2.按照权利要求1所述的装置，控制装置(10)和至少一个驱动装置(11)在弦乐器(1)中沿弦(6a-6f)的纵向方向看设置在弦(6a-6f)的相互对置的各侧上，并且一总线跨接各弦的长度地在控制装置(10)在至少一个驱动装置之间引导。
3.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，所述总线由至少其中一根弦构成，该弦由导电材料构成或用这样的材料缠绕和/或涂层。
4.按照上述权利要求之一项所述的装置，其特征在于，控制装置(10)这样地设置，使得可以通过从检测装置接收到表示在公差范围内的音调的数字信号来接通控制装置。
5.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，用于弦乐器(1)的自动调音的装置具有一用于数据交换的接口。
6.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，为每一弦(6a-6f)配置一包括自身的驱动装置(11)的调整装置(7)。
7.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，用于弦乐器(1)的自动调音的装置以其各部件即检测装置、存储装置、比较装置、调整装置(7)、驱动装置(11)和控制装置完全结合于弦乐器(1)中。
8.按照权利要求2或3所述的装置，其特征在于，用作为总线和/或电流引线的弦(6a-6f)可由控制装置(10)自由选择，从而在一根弦(6a-6f)损坏时(导线的断裂或断开)可由控制装置(10)选择另一弦(6a-6f)作为总线或电流引线。
9.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，用于弦乐器(1)的自动调音的装置结合于一吉他(1)中。
10.按照权利要求9所述的装置，其特征在于，控制装置(10)设置在吉他(1)的琴身(2)上并且调整装置(7)和至少一个驱动装置(11)设置在琴颈的上端以及所述至少一个驱动装置(11)经由一沿琴颈延伸的总线连接到控制装置(10)上。
11.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述弦乐器是吉他。
12.按照权利要求9所述的装置，其特征在于，所述吉他是一电吉他。
13.按照权利要求10所述的装置，其特征在于，所述至少一个驱动装置经由用作为总线的弦连接到控制装置上。
14.一种用于弦乐器的自动调音的方法，其中：
a)拨动一待调音的弦；
b)由一检测装置检测由弦产生的音调并且换算成一相应的第一数字信号；
c)将第一数字信号与一规定的符合要求的音调的第二数字信号相比较并且根据比较在一控制装置中算出弦张力所需要的变化；
其特征在于，所述用于弦乐器的自动调音的装置的沿纵向方向在弦的第一侧上设置的部件的电压供给在沿弦的纵向方向对置的、弦的第二侧上设置的电源或一这样的电压分接头出发经由至少一根弦引导，其中至少一根弦由导电材料构成，或用这样的材料缠绕或涂层。
15.按照权利要求14所述的方法，其特征在于，由在沿弦的纵向方向在第一侧上设置的控制装置经由一个或多个总线向连接于用来调整弦张力的调整装置的、在沿弦的纵向方向对置的一侧上安装的驱动装置供给一控制信号。
16.按照权利要求15所述的方法，其特征在于，将弦乐器的由导电材料构成的或用这样的材料缠绕的和/或涂层的弦用作为一个或多个总线。
17.按照权利要求15或16之一项所述的方法，其特征在于，预处理第一数字信号以便进一步处理。
18.按照权利要求17所述的方法，其特征在于，由第一数字信号借助于数字的频率滤波器确定被弹拔的音调的频率并且第二数字信号与一规定的频率相一致。
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