專利名稱：調(diào)諧弦樂器用的調(diào)諧裝置、包括調(diào)諧裝置的吉它和調(diào)諧弦樂器的方法
發(fā)明描述本發(fā)明涉及調(diào)諧弦樂器用的調(diào)諧裝置、包括調(diào)諧裝置的吉它以及調(diào)諧弦樂器的方法，所述弦樂器例如是但不限于電吉它。
由樂器產(chǎn)生的聲音可以認為是由兩個要素構(gòu)成，即音調(diào)或律音(note)以及音質(zhì)，所述音質(zhì)代表所演奏的那種樂器的特征。音質(zhì)的差別容易被人的耳朵識別，例如演奏同一曲調(diào)的鋼琴和小提琴的聲音。這種音質(zhì)上的差別是由于由樂器結(jié)構(gòu)引起的諧波的復(fù)雜的混合中的差別引起的，而人的耳朵事實上把在不同的樂器上演奏的兩種音調(diào)識別為相同的音調(diào)是由于其基波頻率(諧波是基波的倍數(shù))是相同的。
在設(shè)計上的重大改進使得一些樂器至少在一個短的時間周期內(nèi)，例如在練習(xí)或音樂會期間按照演奏者的指令(有時包括技巧)可靠地產(chǎn)生相同音調(diào)和音質(zhì)的聲音。不過，由于溫度或濕度的改變，或者僅僅由于老化或使用而引起的其它物理變化，一種樂器在一段較長的時間間隔例如一天天地不一定產(chǎn)生相同的音調(diào)。
在西方音樂樂譜中，頻率的可聽范圍被分成一些八度音階，任何律音的頻率是在其下面的八度音階的頻率的兩倍。一八度音階被分成12個律音，按照頻率被稱為半音的相等的對數(shù)階分開，并且這12個律音被分成7個自然律音的一組，由字母表的頭7個字母識別，以及5個律音的一組，由其相對于其它7個律音的位置識別，或者是相鄰接的較高的半音(高音)，或者是相鄰接的較低的半音(低音)。
希望樂器可以被這樣調(diào)整，使得由演奏者給定的任何輸入所產(chǎn)生的律音對不同的設(shè)置通常可以在一個小的范圍內(nèi)改變。主要理由是，被訓(xùn)練的耳朵習(xí)慣于實際上產(chǎn)生給定頻率的給定的被識別律音；或者保證在相同樂器上產(chǎn)生的不同律音相互之間具有正確的關(guān)系；或者當在音樂會上演奏時保證幾種樂器對同一律音精確地產(chǎn)生相同的頻率。如果不是這種情況，將由于頻率波動而產(chǎn)生不愉快的聲音。這種調(diào)整樂器的輸出音調(diào)或頻率的過程叫做調(diào)諧。
許多樂器例如銅管樂器和木管樂器類一次只能演奏該樂器范圍內(nèi)的一個律音，可得到的律音之間的關(guān)系基本上由該樂器的物理結(jié)構(gòu)決定，調(diào)諧的能力被局限于細調(diào)其整個范圍。其它的樂器，特別是弦樂器類和鍵盤樂器，具有一些或許多不同的調(diào)諧元件。因此，這些樂器的調(diào)諧過程涉及使樂器的各個被調(diào)諧的元件具有正確的相對音調(diào)。由弦產(chǎn)生的律音的音調(diào)取決于材料的物理性質(zhì)和結(jié)構(gòu)、它的長度和張力，由于在大多數(shù)情況下弦本身和調(diào)諧的長度在調(diào)諧過程中不變，所以唯一改變的是張力。
出于重量、外觀以及希望樂器本身的結(jié)構(gòu)有利于所產(chǎn)生的聲音的質(zhì)量的原因，通常樂器的結(jié)構(gòu)剛度使得弦的張力產(chǎn)生可檢測的結(jié)構(gòu)偏差。因而，任何一根弦的調(diào)整都會改變樂器結(jié)構(gòu)的張力，從而改變其張緊的形狀，并由此影響其它弦的調(diào)諧。換句話說，任何一根弦的調(diào)諧都和其它弦的調(diào)諧有關(guān)，并且增加一根弦的張力以便升高其音調(diào)將引起其余弦張力的減少，并且反之亦然。這便是需要反復(fù)調(diào)諧的原因，由此演奏者對每根弦要依次調(diào)整，或許調(diào)整幾次，即使一根弦走調(diào)也是如此。
裝有顫音裝置的電吉它尤其受這種現(xiàn)象的影響。在這些樂器中，弦的尾部被固定在不能繞其前沿轉(zhuǎn)動的橋板內(nèi)。趨于使橋板沿一個方向轉(zhuǎn)動的弦的張力被位于吉它本體內(nèi)的一或多根彈簧的張力克服，因此橋板處于一個平衡位置，此時合成扭矩是平衡的。因而，由演奏者引起的顫音臂的運動使橋板移動而離開其平衡位置，一般會減少弦的張力，并產(chǎn)生特征音效果。當杠桿被釋放時，橋板重新處于其平衡位置，因而恢復(fù)正確的調(diào)諧，這取決于沒有摩擦力。顯然，任何弦的張力的改變都改變橋板的平衡位置，因而改變其它弦的音調(diào)。
本發(fā)明的目的在于提供一種新的或改進的用于弦樂器的調(diào)諧裝置。
按照本發(fā)明的第一方面，提供一種用于具有一或多根弦的弦樂器的調(diào)諧裝置，其包括用于改變該弦或每根弦的張力的致動機構(gòu)。
所述調(diào)諧裝置可以包括檢測機構(gòu)，以響應(yīng)該弦或每根弦的振動提供一個信號，以及分析機構(gòu)，以響應(yīng)所述信號控制所述致動機構(gòu)。
致動機構(gòu)可以包括電動機，其可以是直流電機。
致動機構(gòu)可以包括齒輪箱。
齒輪箱可以被連接在所述電動機和弦之間。
齒輪箱可以是行星齒輪箱，并且可以包括6個行星級。
齒輪箱可以具有范圍為2000∶1到20000∶1的的減速比。
分析機構(gòu)可以包括一第一濾波器機構(gòu)。
所述第一濾波器機構(gòu)可以包括一或多個濾波器。
所述第一濾波器機構(gòu)可以包括一可重新配置的數(shù)字帶通濾波器。
分析機構(gòu)可以包括一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以在所述信號通過所述第一濾波器之前把所述信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
分析機構(gòu)還可以包括一第二濾波器機構(gòu)，所述第二濾波器機構(gòu)包括一模擬帶通濾波器，以在所述信號通過所述第一濾波器之前對所述信號濾波。
分析機構(gòu)可以具有至少一種操作方式，其中分析機構(gòu)響應(yīng)所述信號操作所述致動機構(gòu)，并且還具有一種操作方式，其中分析機構(gòu)操作一視覺顯示器，以響應(yīng)所述信號顯示每根弦的調(diào)諧。這些操作方式可以由操作者選擇。
視覺顯示機構(gòu)可以包括發(fā)光二極管，如果弦的頻率超過所需頻率范圍，其顯示第一顏色，如果弦的頻率低于所需的頻率范圍，其顯示第二種顏色。
該調(diào)諧裝置可以通過操作把該弦或每根弦調(diào)諧到所需的精度，最好在±0.02半音之內(nèi)。
其中該弦樂器具有多根弦，所述調(diào)諧裝置可以通過操作進行多個調(diào)諧循環(huán)，其中每根弦被依次調(diào)諧。此外，在每個調(diào)諧循環(huán)中，所有的弦可以被同時調(diào)諧。
按照本發(fā)明的第二方面，提供一種具有多根弦并且包括按照本發(fā)明第一方面的調(diào)諧裝置的吉它。
檢測機構(gòu)可以包括被提供在所述吉它上的拾音器。
拾音器可以包括響應(yīng)所有弦的線圈，或者另外可以包括多個線圈，每個線圈響應(yīng)一根所述的弦。
其中致動機構(gòu)包括一電動機或者一電動機和一齒輪箱；弦可被連接在橋板的一端，所述橋板被可回轉(zhuǎn)地連接在吉它上，并且可以運動，以便改變弦的張力；提供一個機械塊和所述橋板相連并且可以隨所述橋板回轉(zhuǎn)，所述機械塊容納所述電動機或者所述電動機和所述齒輪箱。
按照本發(fā)明的第三方面，提供一種調(diào)諧具有一或多根弦的弦樂器的方法，其包括操作一致動機構(gòu)以改變該弦或每根弦的張力。
所述樂器可以包括多根弦，每根所述弦最初被調(diào)諧到一個預(yù)置的頻率范圍內(nèi)，其中所述樂器包括調(diào)諧裝置，所述調(diào)諧裝置包括一檢測機構(gòu)，以響應(yīng)一或多根所述弦的振動提供一信號；致動機構(gòu)，用于調(diào)整所述弦的張力，其通過一分析機構(gòu)響應(yīng)所述信號進行操作；所述方法包括以下步驟使樂器所有的弦振動并執(zhí)行一個調(diào)諧循環(huán)，該調(diào)諧循環(huán)包括測量所述弦中的一根弦的振動頻率；操作所述致動機構(gòu)，以調(diào)整所述一根弦的張力，以便改變所述一根弦的頻率；并對每根弦重復(fù)上述過程。
所述方法可以包括執(zhí)行多個所述調(diào)諧循環(huán)。
除去所述多個調(diào)諧循環(huán)的第一個循環(huán)之外的每個調(diào)諧循環(huán)還可以包括以下步驟響應(yīng)前述的調(diào)諧循環(huán)中所述致動機構(gòu)的操作，測量所述一根弦的所述頻率的變化，并相應(yīng)地改變所述致動機構(gòu)的操作。
其中分析機構(gòu)包括一可重新配置的濾波器，所述方法還包括以下步驟設(shè)置所述可重新配置的濾波器，使其具有一個相應(yīng)于所述一根弦的所需頻率的中心頻率和相應(yīng)于所述頻率范圍的寬度。
其中所述弦的一或多根最初處于所述預(yù)置頻率范圍的外部，所述方法可以包括以下在先的步驟使所述一或多根弦中的一根振動，設(shè)置所述濾波器使其具有一中心頻率，并且提高所述中心頻率以識別所述一根弦的頻率，并提供所述弦的調(diào)諧狀態(tài)的視覺指示。
該調(diào)諧裝置可以包括按照本發(fā)明第一方面的調(diào)諧裝置。
該弦樂器可以包括按照本發(fā)明第二方面的吉它。
下面參照附圖以舉例方式說明本發(fā)明，其中圖1是常規(guī)電吉它的示意的截面圖；圖2是圖1的電吉它的放大比例的局部示意截面圖，被按照本發(fā)明的實施例進行了改進；圖3是按照本發(fā)明實施例的分析機構(gòu)和致動機構(gòu)的示意圖；圖4是按照本發(fā)明實施例的行星齒輪箱的示意平面圖；以及圖5是用于調(diào)諧吉它的弦的算法的操作流程圖。
圖1表示一種典型的實心的六弦電吉它，其整體由標號10表示，帶有顫音橋11。吉它10包括本體12，頸狀部分13和其剛性地相連。頭部14被剛性地連接在頸部13的末端，其內(nèi)設(shè)置有調(diào)諧銷15。
顫音橋11位于本體10中的孔16內(nèi)，顫音橋11包括橋板17，在其下側(cè)連接有一個塊18，在其上側(cè)設(shè)置有6個滑板19。橋板17的前沿17a被接收在支柱(abutment)21上設(shè)置的槽20中，支柱21通常包括兩個帶槽的柱?？蓮椥宰冃蔚脑缫换蚨喔菪龔椈?2被連接在塊18的下端和孔16的壁16a之間，用于迫使顫音橋11沿順時針方向轉(zhuǎn)動，如圖1所示。
此吉它包括多根弦23。每根弦23具有細長的端部24，其被保持在塊18上的套筒18a中。每根弦23通常經(jīng)過合適的滑板19在頸部13的下面通過塊18和橋板17中的單獨的通道，其沿著在以后被稱為“螺母”24的脊部提供的合適的槽，并因而到達合適的調(diào)諧銷15。調(diào)諧銷15一般配備有蝸輪系統(tǒng)，用于使主軸按照需要旋轉(zhuǎn)以便使弦23張緊，但是同時借助于蝸輪反抗由于弦的張力引起的向后驅(qū)動而變松。因而弦23的諧振長度是螺母24和滑板19之間的長度，并且所產(chǎn)生的律音的音調(diào)取決于弦23的結(jié)構(gòu)、調(diào)諧長度和由轉(zhuǎn)動調(diào)諧銷而施加到弦23上的張力。弦的合成張力趨于沿著由圖1看到的反時針方向轉(zhuǎn)動顫音橋11，這由元件24的作用克服。因而，顫音橋11在由弦23施加的轉(zhuǎn)矩和由于元件22產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之間保持平衡。操作者可以移動和顫音橋11相連的顫音手柄25，從而使顫音橋11圍繞其前緣11a轉(zhuǎn)動。因而，顫音手柄25的操作將改變弦的張力，并且產(chǎn)生特征音效果。一或多個常規(guī)型的拾音裝置26被設(shè)置在吉它本體上，以檢測弦的振動并相應(yīng)地提供電信號。
按照本發(fā)明的一個實施例，上述標準的顫音橋11由將要參照圖2說明的顫音橋30代替。在圖2中，和圖1相同的特征使用相同的標號表示。提供一橋板31，其前緣31a和以前一樣被接收在支柱21上提供的槽20上，支柱21通常包括一對帶槽的柱。用于每根弦的可轉(zhuǎn)動的主軸32被接收在橋板31中，并且包括套筒32a以接收細長的弦端部24，使得弦可以圍繞主軸32被牢固地纏繞固定。每個主軸32借助于包括直流電機33的致動機構(gòu)在電子控制裝置(未示出)的控制下可以轉(zhuǎn)動，所述直流電機通過多級行星齒輪箱34驅(qū)動主軸34。主軸32沿著一個方向的轉(zhuǎn)動使弦纏繞，因此增加張力，因而提高音調(diào)。該主軸沿相反的方向轉(zhuǎn)動使張力減少，因而降低音調(diào)。主軸的轉(zhuǎn)動方向通過利用合適極性的控制信號驅(qū)動直流電機可以容易地選擇。齒輪箱的傳動比必須較高，因為直流電機在非常低的輸出轉(zhuǎn)矩下一般具有很高的轉(zhuǎn)速，而為了進行精確的調(diào)諧控制，要求纏繞弦23的主軸以很低的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，并且克服非常大的轉(zhuǎn)矩。為了維持精確的調(diào)諧，不需要專用的主軸鎖定裝置，因為在這種高傳動比的齒輪箱中的不可避免的少量的摩擦便可以阻止電動機33回轉(zhuǎn)。一組6個這種電機33和齒輪箱34，即一個電機和一個齒輪箱用于一根弦，它們被并排地設(shè)置在和橋板31相連的塊35中。用于行星齒輪箱的內(nèi)齒形被形成在塊35用于接收齒輪箱34的孔中。電機33通常是但不必是相同，盡管不同的弦23的特性不同，例如所需的張力在程度上是十分不同的。類似地，齒輪箱34也通常是但不必是相同。顫音橋30以常規(guī)方式被安裝在吉它本體12上的孔16中，并由元件22克服弦23的張力而維持在平衡狀態(tài)。使用手柄25進行顫音的一般操作被保留，因為電動機和齒輪箱被整體容納在塊的顫音橋30內(nèi)。因此，為了容納顫音橋30不需要改變吉它本體12。
圖4是行星齒輪箱34之一的平面圖。齒輪箱34被容納在塊35中提供的孔35a中，圖中以局部剖視的方式示出了塊35。齒輪箱34包括由直流電機驅(qū)動的輸入軸36和與主軸32呈驅(qū)動連接的輸出軸37。該行星齒輪箱包括6個級A。每個級包括最好和3個行星齒輪38a嚙合的太陽齒輪38。行星齒輪38a最好和在孔35a的表面35b上提供的內(nèi)齒嚙合。行星齒輪38a被可轉(zhuǎn)動地支撐在載體39上，載體39則通過輸出軸39a和下一個行星級A的太陽齒輪37驅(qū)動地相連。齒輪箱的每個級A提供一速度的減少和轉(zhuǎn)矩的增加。根據(jù)需要，可以包括數(shù)量不同的行星級A。
圖3示意地表示該調(diào)諧裝置的電子控制裝置40。電子控制裝置40的每個部分包括常規(guī)的電子元件并且根據(jù)需要可以使用所述電子元件的任何配置，以提供每個部分所需的功能。
來自圖1和圖2中所示拾音器26的信號在線路41上被提供給包括模擬帶通濾波器42的第二濾波器機構(gòu)。模擬帶通濾波器42只允許含有所有弦的基頻的頻帶寬度內(nèi)的信號通過，同時阻止盡可能多的高頻諧波通過。模擬帶通濾波器42放大被濾波信號，然后在線路43上提供給數(shù)字信號處理(DSP)微控制器44。提供用于每根弦的電動機33a,33b,33c,33d,33e,33f，每個電動機響應(yīng)相應(yīng)的電機控制器45a,45b,45c,45d,45e,45f而被操作，以改變相應(yīng)弦的張力。為了提供每根弦調(diào)諧狀態(tài)的視覺指示，提供由46表示的顯示機構(gòu)，其最好包括多個發(fā)光二極管(LED)(未示出)。由電池47向電子控制裝置40提供電力。提供有方式開關(guān)48，用來使操作者選擇微控制器44的操作方式。
微控制器44包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于把來自模擬帶通濾波器42的模擬信號轉(zhuǎn)換為量化的數(shù)字信號。模/數(shù)轉(zhuǎn)換最好提供8-位信號，雖然在需要時也可以使用其它位數(shù)的數(shù)字信號。微控制器44還包括用于檢測和測量相應(yīng)于每根弦的數(shù)字信號的頻率分量的裝置。然后，微控制器響應(yīng)來自拾音器23的信號，通過在線路49a,49b,49c,49d,49e,49f上向相應(yīng)于每個電機的電機控制器45a-45f發(fā)送控制信號，控制每個電機33a,33b,33c,33d,33e,33f。
微控制器44可以是一個8-位的裝置，或者是16位的裝置，或者根據(jù)需要可以使用任何的位數(shù)。此外，可以使用任何合適的可編程裝置。
方式開關(guān)48可被移動到3個位置中的任何一個位置。當方式開關(guān)48處于第一位置時，選擇第一方式，以后稱為OFF方式，吉它可以在不用調(diào)諧裝置的情況下演奏。吉它也可以被手動地調(diào)諧而不借助于調(diào)諧裝置。當下面被稱為TUNE方式的第二方式被選擇時，操作者亂彈所有的弦，微控制器44工作，從而把所有的弦調(diào)諧到例如所需音調(diào)的±0.02半音內(nèi)。為了使弦能夠被調(diào)諧，例如可以連續(xù)地選擇TUNE方式，即下面被稱為SET方式的第三方式。在這種方式下，操作者使用吉它頭部上的鍵以常規(guī)方式調(diào)諧各根弦，并提供視覺指示，以便表明弦已被調(diào)整到預(yù)定的頻率范圍，在此頻率范圍，可以選擇TUNE方式。
在本例中，在微控制器44中提供的用于檢測和測量數(shù)字信號的頻率分量的裝置，最好包括具有可重新配置的數(shù)字帶通濾波器的第一濾波器機構(gòu)。最好選擇模擬帶通濾波器42的帶寬，以排除數(shù)字帶通濾波器的采樣頻率。在本例中，數(shù)字帶通濾波器的采樣頻率在測試低的E,A,D和G弦時是2kHz，當測試B弦和高的E弦時是4kHz。數(shù)字帶通濾波器的中心頻率和帶寬可以被設(shè)置，從而使得數(shù)字帶通濾波器可以被設(shè)置為具有相應(yīng)于要被調(diào)諧的弦的所需頻率的中心頻率，并具有按照選擇SET方式或者選擇TUNE方式的帶寬。落在數(shù)字帶通濾波器的帶寬內(nèi)的信號中所含的唯一頻率將被數(shù)字帶通濾波器通過。被通過的頻率將具有數(shù)字化的正弦波形式，并通過測量波形“過零”之間的時間測量頻率。通過在和過零點相鄰的信號值之間進行線性內(nèi)插，因而可以更精確地計算過零點之間的時間，每個過零的時間可以被更精確地確定。如果需要，可以使用其它的識別和測量所需頻率的技術(shù)，例如富立葉分析技術(shù)。
當選擇SET方式時，例如當吉它被重新裝弦時，操作者只撥弄其當前正在調(diào)諧的弦。數(shù)字帶通濾波器的中心頻率從最小頻率增加頻率開始掃描，直到數(shù)字帶通濾波器通過信號為止。通過用這種方式掃描中心頻率，可檢測弦的基本頻率，并避免任何較高的諧波。使用上述的過零方法測量被通過的信號的頻率。由通過的信號落入的頻率范圍識別正在被調(diào)諧的弦，并且將通過的信號的頻率和該弦所需的頻率比較。然后由LED板20提供弦的調(diào)諧狀態(tài)的可視指示，其包括6個LED，每個相應(yīng)于一根弦。LED最好是3種顏色的，例如當弦的頻率太高時可以顯示第一種顏色，例如紅色；當頻率太低時顯示第二種顏色例如黃色；當頻率在預(yù)置的范圍內(nèi)，即微控制器可以TUNE方式調(diào)諧時可以顯示第三種顏色，例如綠色。因而操作者可以響應(yīng)由LED表示的調(diào)諧信息對弦手動地調(diào)諧，直到所有的LED都顯示第三種顏色，表示可以選擇TUNE方式使得自動地完成調(diào)諧為止。每根弦所需的頻率和可重新配置的數(shù)字帶通濾波器的參數(shù)可被保持在微控制器44內(nèi)的存儲器中。微控制器44可以保持許多不同的調(diào)諧方式，并且可以由操作者選擇。利用合適的檢測和分析機構(gòu)，當然可以提供SET方式，其中所有的弦被同時亂彈。
當選擇TUNE方式時，微控制器44執(zhí)行圖5所示的步驟?？芍匦屡渲玫臄?shù)字濾波器被設(shè)置為低E弦，該系統(tǒng)等待具有被稱為限制1的預(yù)定閾值以上的幅值的信號。操作者亂彈吉它的所有的弦，并使信號從拾音器26輸入到微控制器44。一旦信號被檢測到，微控制器在繼續(xù)之前等待第一設(shè)置周期，以便消除任何瞬變信號。
當吉它弦被亂彈時，它起初在高于基本頻率的頻率下振動。較高頻率的持續(xù)時間和幅值取決于弦被亂彈的強度。當然，亂彈的強度可以由來自該弦的信號的初始幅值計算出來。一旦第一設(shè)置周期經(jīng)過，由于初始信號來自低E弦，因而允許經(jīng)過進一步時間延遲，以便使此初始的較高頻率的振動消失，并使此弦“固定”在其基本頻率上。所述進一步時間延遲可以是固定的，例如兩秒，或者可以根據(jù)初始檢測的幅值而改變。
一旦進一步時間延遲經(jīng)過，只要來自低E弦的信號的幅值下降到被稱為限制2的預(yù)定的最小閾值以下時，每根弦的頻率分量的測量便開始。如果需要，任何弦都可以被測試，不過最好測試來自低E弦的信號的幅值，因為這根弦的初始較高頻率的振動消失所需的時間最長。
作為進一步的檢查，可以對于一種變化測量低E弦的振動頻率，以便檢查該弦是否被調(diào)整到其基本頻率上。
一旦經(jīng)過所述的時間延遲而且/或且低E弦被調(diào)整到其基本頻率上，并且來自低E弦的信號的幅值下降到限制2以下，調(diào)諧裝置便執(zhí)行多個調(diào)諧循環(huán)。在每個調(diào)諧循環(huán)中，從低E弦開始，可重新配置的數(shù)字帶通濾波器的中心頻率被依次設(shè)置到所有弦的所需的頻率上。測量由可重新配置的數(shù)字帶通濾波器通過的信號的幅值。如果所述幅值低于被稱為限制3的預(yù)定的最小閾值，則調(diào)諧裝置認為沒有信號，因而不再進行該弦的調(diào)諧，并且移動到下一根弦。設(shè)置預(yù)定的最小閾值以便排除由數(shù)字帶通濾波器的不穩(wěn)定性產(chǎn)生的任何偽信號。
然后測量由可重新配置的數(shù)字帶通濾波器通過的信號的頻率，并計算其離開該弦所需頻率的距離。一個包括一個信號脈沖的信號被發(fā)送給合適的電機控制器，以使所述弦的電機轉(zhuǎn)動，從而根據(jù)需要增加或減少所述弦的張力，此脈沖的長度決定電機操作的時間長短，因而決定張力變化的大小，而此脈沖的極性決定電機轉(zhuǎn)動的方向，因而決定張力是被增加還是被減少。然后，對其余的每根弦進行這一過程。在改變一根弦的張力的同時改變其余弦中的張力，按照需要重復(fù)該調(diào)諧循環(huán)，直到所有的弦或者都被調(diào)諧，或者信號低于限制3?？赡艹霈F(xiàn)這樣的情況，在一些弦被正確地調(diào)諧，而另一些弦由于低于限制3的弦的信號的幅值而未被完全調(diào)諧之后，調(diào)諧可能停止，在這種情況下，這些弦可以再被亂彈，以便調(diào)諧其余的弦。
因為所有的弦都被亂彈，所以在來自拾音器的信號中，不僅存在每根弦的基本頻率，而且存在處于模擬帶通濾波器42的帶寬內(nèi)的那些較高的諧波頻率。一些諧波頻率接近于其它弦的基本頻率，而且數(shù)字帶通濾波器的帶寬在TUNE方式下對于每個基本頻率被選擇得足夠窄，以便排除任何附近的諧波頻率，因而要求使用SET方式對于要被調(diào)諧的弦調(diào)諧到預(yù)置的頻率范圍。對于B弦和高的E弦，較低的弦的諧波頻率太接近基本頻率，因而改為測量B弦和高的E弦的一次諧波。通過改變B弦和高的E弦的張力，使一次諧波達到其正確的值，每根弦的基本頻率也被調(diào)諧到所需的頻率。當完成一個調(diào)諧循環(huán)時，根據(jù)正在被測試的弦把采樣頻率設(shè)置為其合適的值。
最好是數(shù)字帶通濾波器的帶寬被設(shè)置在中心頻率的±6-8％內(nèi)，即，大約半音內(nèi)。
此外，可以使用多個濾波器，它們具有固定的或可重新配置的參數(shù)，代替單個可重新配置的數(shù)字帶通濾波器。使用單個可重新配置的數(shù)字帶通濾波器可以減少硬件的使用，因而降低調(diào)諧裝置的成本。
在第一個調(diào)諧循環(huán)期間，發(fā)送給電機控制器的脈沖的長度按照預(yù)定的規(guī)則選擇。在第二個以及以后的調(diào)諧循環(huán)期間，測量由前一個調(diào)諧循環(huán)中產(chǎn)生的脈沖引起的弦的頻率改變，并計算由給定的脈沖長度產(chǎn)生的所述弦的頻率變化。然后，使用這個校正信息可以改變在下一個調(diào)諧循環(huán)中產(chǎn)生的脈沖的長度。這個學(xué)習(xí)過程使得不需要在調(diào)諧之前進行初始的單獨的校準處理。它還能使此電子控制裝置調(diào)諧特性稍微不同的弦，例如由不同的制造者制造的弦，或者由于老化或長期使用而變劣的弦。如果需要，也可以使用其它的脈沖方法，例如把許多脈沖發(fā)送給該電機控制器，并且該電機移動的距離取決于脈沖的寬度(脈寬調(diào)制)，或者取決于脈沖數(shù)。
在本例中的每個調(diào)諧循環(huán)大約1.2-1.5秒。在理想情況下，調(diào)諧弦所需的調(diào)諧循環(huán)應(yīng)當不大于3個。一次吉它弦的亂彈至少持續(xù)5秒，這足以允許進行至少兩次或3次調(diào)諧循環(huán)。在每一循環(huán)中用于每根弦的調(diào)諧時間和弦的頻率成反比，因而，除去B和高E弦之外，通過測量一次諧波而不是一些或所有弦的基本諧波可以加速調(diào)諧循環(huán)。
在TUNE方式下，三色LED可被操作用于表示弦的狀態(tài)。例如未調(diào)諧的弦可用紅色LED表示，被調(diào)諧的弦用綠色LED表示，其信號的幅值落在限制3以下的弦用黃色LED表示。
低E弦是在調(diào)諧循環(huán)期間要被調(diào)諧的第一根弦，因為低E弦張力的變化對其它弦的張力的影響最大。根據(jù)一根弦對其它弦的影響相繼地對它們進行調(diào)諧，高E弦被最后調(diào)諧。
在操作電動機的程序并不改變弦的頻率的場合下，微控制器可以識別其中的原因。此微控制器可以監(jiān)視每個電機的電流。如果電機未通過電流，可能是該電機已經(jīng)斷開；或者如果另一根弦的頻率改變，則說明電機連接錯誤。如果電機的電流正常而另一根弦的頻率改變，則表示在被測量的頻率范圍內(nèi)的弦的調(diào)諧不正確。如果電機的電流過高，則表示電機被機械地卡住?？梢蕴峁┖线m的視覺指示，以便引起操作者的注意，尋找故障原因。
顯然，可以采用合適的電子裝置，例如可以設(shè)置多個檢測線圈，其每個相應(yīng)于一或幾根弦，例如采用6個檢測線圈，每個線圈對應(yīng)于一根弦。在這種情況下，可以省略濾波器機構(gòu)，因為每根弦可以產(chǎn)生單獨的信號，因而不需要從構(gòu)成合成信號的信號串中選擇頻率。電子裝置的實際尺寸最好使其可以被接收在吉它本體內(nèi)的檢測和控制裝置的下面，并且顫音橋30不需要因吉它本身而改變。
雖然本例以調(diào)諧E弦為例說明吉它的調(diào)諧，但是應(yīng)當理解，本發(fā)明的調(diào)諧裝置可以調(diào)諧任何需要調(diào)諧的樂器，不管是否是常規(guī)的。這種調(diào)諧裝置可以存儲多個調(diào)諧參數(shù)，并且在需要時能夠選擇所需的一個，以便對吉它進行調(diào)諧。這種調(diào)諧裝置還可以存儲由操作者指示的常規(guī)調(diào)諧，供以后按照存儲的調(diào)諧參數(shù)進行吉它調(diào)諧。
應(yīng)當理解，本發(fā)明可以根據(jù)需要適用于任何適合的弦樂器。
以上的說明書中，或者下面的權(quán)利要求或者附圖中所公開的特征，都是為了便于說明而以其特定的形式或者根據(jù)實現(xiàn)所公開的功能的裝置，或者按照為達到所公開的結(jié)果的方法或過程來表示的，在實現(xiàn)本發(fā)明時，可以單獨地或者組合地利用這些特征。
權(quán)利要求
1．一種用于具有一或多根弦的弦樂器的調(diào)諧裝置，其包括用于改變該弦或每根弦的張力的致動機構(gòu)。
2．如權(quán)利要求1所述的調(diào)諧裝置，還包括檢測機構(gòu)，以響應(yīng)該弦或每根弦的振動提供一個信號；以及分析機構(gòu)，以響應(yīng)所述信號控制所述致動機構(gòu)。
3．如權(quán)利要求1或2所述的調(diào)諧裝置，其中致動機構(gòu)包括電動機。
4．如權(quán)利要求3所述的調(diào)諧裝置，其中電動機是直流電動機。
5．如權(quán)利要求3或4所述的調(diào)諧裝置，其中致動機構(gòu)還包括被連接在所述電動機和弦之間的齒輪箱。
6．如權(quán)利要求5所述的調(diào)諧裝置，其中齒輪箱是行星齒輪箱。
7．如權(quán)利要求6所述的調(diào)諧裝置，其中行星齒輪箱包括6個行星級。
8．如權(quán)利要求5到7中任何一個所述的調(diào)諧裝置，其中齒輪箱具有范圍為2000∶1到20000∶1的的減速比。
9．如前面任何一個權(quán)利要求所述的調(diào)諧裝置，其中分析機構(gòu)包括一第一濾波器機構(gòu)。
10．如權(quán)利要求9所述的調(diào)諧裝置，其中所述第一濾波器機構(gòu)包括多個濾波器。
11．如權(quán)利要求9或10所述的調(diào)諧裝置，其中所述第一濾波器機構(gòu)包括一可重新配置的數(shù)字帶通濾波器。
12．如權(quán)利要求9到11中任何一個所述的調(diào)諧裝置，其中分析機構(gòu)包括一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于在所述信號通過所述第一濾波器之前把所述信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
13．如權(quán)利要求9到12中任何一個所述的調(diào)諧裝置，其中分析機構(gòu)還包括一第二濾波器機構(gòu)，所述第二濾波器機構(gòu)包括一模擬帶通濾波器，用于在所述信號通過所述可重新配置的數(shù)字帶通濾波器之前對所述信號濾波。
14．如前面任何一個權(quán)利要求所述的調(diào)諧裝置，其中分析機構(gòu)具有至少一種操作方式，在所述操作方式下，分析機構(gòu)響應(yīng)所述信號操作所述致動機構(gòu)；并且還具有一種操作方式，其中分析機構(gòu)操作視覺顯示器，用于響應(yīng)所述信號顯示每根弦的調(diào)諧狀態(tài)。
15．如權(quán)利要求14所述的調(diào)諧裝置，其中這些操作方式可以由操作者選擇。
16．如權(quán)利要求14或15所述的調(diào)諧裝置，其中視覺顯示機構(gòu)包括發(fā)光二極管。
17．如權(quán)利要求16所述的調(diào)諧裝置，其中所述發(fā)光二極管，如果弦的頻率超過一予置頻率范圍，則顯示第一顏色，如果弦的頻率低于一予置的頻率范圍，其顯示第二種顏色。
18．如前面任何一個權(quán)利要求所述的調(diào)諧裝置，其中調(diào)諧裝置可以通過操作把該弦或每根弦調(diào)諧在±0.02半音之內(nèi)。
19．如前面任何一個權(quán)利要求所述的調(diào)諧裝置，其中弦樂器具有多根弦，所述調(diào)諧裝置可以通過操作執(zhí)行多個調(diào)諧循環(huán)，在每個循環(huán)中每根弦被依次調(diào)諧。
20．一種調(diào)諧裝置，如在此參照附圖所述。
21．一種具有多根弦的吉它，包括如權(quán)利要求1到20中任何一個所述的調(diào)諧裝置。
22．如權(quán)利要求21所述的吉它，其中所述檢測機構(gòu)包括拾音器。
23．如權(quán)利要求22所述的吉它，其中拾音器包括響應(yīng)所有上述弦的線圈。
24．如權(quán)利要求22所述的吉它，其中拾音器包括多個線圈，每個線圈響應(yīng)一根所述的弦。
25．如權(quán)利要求21到24中任何一個所述的吉它，當直接地或間接地從屬于權(quán)利要求3到8中任何一個權(quán)利要求時，其中弦被連接在橋板的一端，所述橋板被可回轉(zhuǎn)地連接在吉它上，并且可以移動，以便改變弦的張力；提供一個機械塊和所述橋板相連，并且可以隨所述橋板回轉(zhuǎn)，所述機械塊容納所述電動機或者所述電動機和所述齒輪箱。
26．一種吉它，如參照附圖所述。
27．一種調(diào)諧器具有一或多根弦的弦樂器的方法，包括操作致動機構(gòu)以改變該弦或每根弦的張力。
28．一種調(diào)諧如權(quán)利要求27所述弦樂器的方法，其中所述弦樂器包括多根弦，每根所述弦最初被調(diào)諧到一預(yù)置的頻率范圍，其中所述樂器包括調(diào)諧裝置，所述調(diào)諧裝置包括檢測機構(gòu)，以響應(yīng)一或多根所述弦的振動提供信號；以及致動機構(gòu)，以通過一分析機構(gòu)響應(yīng)所述信號可操作的調(diào)整所述弦的張力，所述方法包括以下步驟使樂器的所有的弦振動并執(zhí)行一個調(diào)諧循環(huán)，該調(diào)諧循環(huán)包括測量所述弦中一根弦的振動頻率，操作所述致動機構(gòu)以調(diào)整所述一根弦的張力，以便改變所述一根弦的頻率，并對每根弦重復(fù)上述過程。
29．如權(quán)利要求28所述的方法，包括執(zhí)行多個所述調(diào)諧循環(huán)。
30．如權(quán)利要求29所述的方法，其中除去所述多個調(diào)諧循環(huán)中的第一個循環(huán)之外的每個調(diào)諧循環(huán)還包括以下步驟在前述的調(diào)諧循環(huán)中，測量所述一根弦的所述頻率響應(yīng)所述致動機構(gòu)的操作的變化，并相應(yīng)地改變本循環(huán)中所述致動機構(gòu)的操作。
31．如權(quán)利要求28到30中任何一個所述的方法，其中該分析機構(gòu)包括一可重新配置的濾波器，并且所述方法還包括以下步驟設(shè)置所述可重新配置的濾波器，使其具有一相應(yīng)于所述弦之一的所需頻率的中心頻率和相應(yīng)于所述頻率范圍的寬度。
32．如權(quán)利要求31所述的弦樂器調(diào)諧方法，其中所述弦中的一根或多根最初處于所述預(yù)置頻率范圍的外部，包括以下在先的步驟使所述一或多根弦中的一根振動，設(shè)置所述濾波器，使其具有一中心頻率，并增加所述中心頻率，從而識別所述一根弦的頻率，并提供所述弦的調(diào)諧狀態(tài)的視覺指示。
33．一種方法，如參照附圖所述。
34．如權(quán)利要求27到33中任何一個所述的方法，其中該調(diào)諧裝置包括按照權(quán)利要求1到20中任何一個所述的調(diào)諧裝置。
35．如權(quán)利要求27到34中任何一個所述的方法，其中該弦樂器包括按照權(quán)利要求21到26中任何一個所述的吉它。
36．一種參照


的任何新的特征或者這些新的特征的組合。
全文摘要
一種用于具有一或多根弦的弦樂器的調(diào)諧裝置,其包括檢測機構(gòu),以響應(yīng)此弦或每根弦的振動提供一個信號,和致動機構(gòu),以響應(yīng)所述信號在一分析機構(gòu)的控制下改變此弦或每根弦的張力。
文檔編號G10H3/18GK1296606SQ99804980
公開日2001年5月23日 申請日期1999年3月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月10日
發(fā)明者理查德·J·惠托爾, 奈杰爾·A·登特, 安東尼·T·蘭伯特 申請人:自動調(diào)音發(fā)展有限公司