一种卡林巴弹奏辅助装置的制作方法

本发明涉及一种名为卡林巴的乐器设备技术领域，尤其涉及一种用于卡林巴弹奏的辅助装置。

背景技术：

卡林巴（英文名kalimba的音译）是一种源于非洲的古老乐器，它主要因用拇指拨动琴体上的薄片（主要有木制的、竹制的，在现代的发展中也有金属做的）而得名。卡林巴的发声体部份就是上面一根根长短不一的弹性金属条，下面则用木或葫芦瓜作为共鸣箱。卡林巴由于其空灵、悦耳的声音越来越受年轻人喜爱。然而，作为一种乐器，弹奏者通常须具备一定的曲谱乐理知识，才能弹奏出有意义的曲目，这使得非专业人士难以掌握这种乐器；即使是专业人士，在初次弹奏一个曲目时，目光频繁地在曲谱与琴键之间切换，容易出错。如果有一种能安装在琴键上的弹奏辅助装置，能通过显示屏一步一步地引导弹奏者弹奏曲谱对应的音符，这将使卡林巴这种乐器的入门难度大大降低。

本发明的目的是提供一种卡林巴弹奏辅助装置，其内置若干曲谱，能够将曲谱中当前要弹的键以及将要弹的键在琴键上方的显示屏中像流水一样从上到下依此显示出来，使得弹奏者只要根据显示屏上提示的琴键位置依次弹下相应的琴键，即可弹奏出整首乐曲，从而降低卡林巴的学习难度。

技术实现要素：

本发明的所采用的技术方案如下：一种卡林巴弹奏辅助装置，包括壳体、电路板、电源、扬声器及触摸按键。

在所述的壳体底部，从侧面看有一u形槽，所述的卡林巴弹奏辅助装置，通过壳体上的u形槽嵌入到卡林巴弹片下压结构上。这个u形槽的设置，使得所述的卡林巴弹奏辅助装置能方便地安装到卡林巴上，且能快速从卡林巴是拆卸下来，同时不影响卡林巴的性能与结构。

所述的电路板，由微处理器及其必要外围电容电阻电感元件、led点阵显示屏、led驱动器、oled显示屏、麦克风、音频放大器、电源管理芯片以及电源开关组成。

优选的，所述的微处理器为集成了wi-fi的单芯片无线片上系统（soc），具备通过wifi无线局域网连接因特网的能力，使得所述卡林巴弹奏辅助装置具有通过网络更新内置程序、数据以及曲谱库的能力。

所述的电源，为2节aaa干电池或一个锂电池，可根据需要选用其中一种。

所述的led点阵显示屏，用于卡林巴弹奏辅助提示。

所述的led驱动器，用于驱动所述的led点阵显示屏。

所述的oled显示屏，用于显示菜单选项、曲目、状态等人机交互界面。

所述的音频放大器与扬声器，用于播放曲谱对应的乐曲，使得弹奏者在弹奏前就能知道该曲谱弹奏出来应该是怎么样的，以便作为参考。

所述的触摸按键，用于进行人机交互，使得所述卡林巴弹奏辅助装置无需手机、平板电脑等外部人机交互设备即可实现全部功能的人机交互。

所述的麦克风，用于将弹奏出的声音进行识别与反馈，从而使得所述的卡林巴弹奏辅助装置具备给卡林巴进行音调校准、给弹奏的曲目打分、或者将音乐自动转换为曲谱的高级功能。

所述的电源管理芯片，用于将电池不稳定的电压转换为稳定的3.3v电压，供微处理器等其它电路使用。

所述的电源开关按键，是所述卡林巴弹奏辅助装置的总电源开关。

本发明具备以下突出创新：1.该卡林巴弹奏辅助装置集成了完整的人机交互界面，单独使用即可完成所有功能的人机交互操作，无需通过无线通信模块与外部的人机交互设备（如手机、平板电脑等）连接，从而降低了成本并提高了使用的便利性。

2.该卡林巴弹奏辅助装置使用了点阵式led显示屏，能将当前要弹的音符以及将要弹的若干个单符在同一屏中显示出来，且这些音符能像流水般随着时间节奏从上往下移动，使得弹奏者能对将要弹的音符有个预判，从而提高弹奏的准确率并降低难度。

3.该卡林巴弹奏辅助装置使用u形槽安装到卡林巴的弹片下压结构上，无需对卡林巴本身的结构做任何改变即可牢靠地与卡林巴连成一体，且在不需要使用该卡林巴弹奏辅助装置时将其往侧面一滑即可方便地从卡林巴卸下。

4.优选的，该卡林巴弹奏辅助装置可通过网络下载并更新曲谱库，使得可用的曲谱不再限制于出厂时内置的有限曲谱数量，极大地提高了曲谱的覆盖范围。同时可通过网络更新内置程序和数据等，使得其内置程序可不断升级。

5.优选的，该卡林巴弹奏辅助装置可将音乐自动转换为曲谱，并将转换后的曲谱添加到自身的曲谱库中。

6.优选的，该卡林巴弹奏辅助装置还可对弹奏者的弹奏水平进行打分。

附图说明

图1为卡林巴结构主视图。

图2为本卡林巴弹奏辅助装置主视图和右视图。

图3为本卡林巴弹奏辅助装置安装到卡林巴上后的主视图和右视图。

图4、图5、图6为流水式音符提示的说明。

图7为本卡林巴弹奏辅助装置的电路系统框图。

图8为本卡林巴弹奏辅助装置的电路原理图。

图9为本卡林巴弹奏辅助装置的微处理器内部程序流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行详细的描述。需要注意的是，所描述的技术方案并非本发明的唯一实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下其于本发明中的实施例所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，卡林巴通常由琴体1、琴键2、琴键支撑座3和6、琴键下压结构4、琴键枕条5以及音孔7组成。

本卡林巴弹奏辅助装置外观结构如图2所示，由oled显示屏7、触摸按键8、led点阵显示屏9、壳体10以及壳体上的u形槽11组成。

图3展示了本卡林巴弹奏辅助装置实施例如何通过壳体上的u形槽11安装固定到卡林巴的琴键下压结构4上。

图4、图5和图6展示了流水式音符提示的概念。led点阵显示屏用来提示曲谱当前要弹的以及将要弹了若干音符，它的最底部一行led指示当前要弹的音符对应的琴键位置，往上依次显示将要弹的若干音符对应的琴键位置。每当当前音符弹下后，led点阵显示屏上指示的所有音符下移一行，原来将要弹的第一个音符变成当前要弹的音符，周而复始直到曲谱所有音符都弹奏完毕。以依次弹奏“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”这7个音符为例，图4中led点阵显示屏从底部往上数起第一行指示当前要弹的音符是“1”，第二行指示将要弹的第一个音符为“2”，第三行指示将要弹的第二个音符为“3”，依此类推……。当音符“1”弹下后，led点阵显示屏显示的内容整体下移一行，变成图5所示，当前要弹的音符变为“2”，第二行指示将要弹的第一个音符为“3”，第三行指示将要弹的第二个音符为“4”，依此类推……。当音符“2”弹下后，led点阵显示屏显示的内容再次整体下移一行，变成图6所示，当前要弹的音符变为“3”，第二行指示将要弹的第一个音符为“4”，第三行指示将要弹的第二个音符为“5”，依此类推……如此周而复始，直到最后一个音符“7”弹奏完。此即为流水式音符提示的概念。

图7展示了本卡林巴弹奏辅助装置实施例的电路系统框图。本实施例的电路系统由电源、电源开关、电源管理芯片、微处理器、led驱动器、led点阵显示屏、oled显示屏、麦克风、音频放大器、扬声器和角摸按键组成。下面将结合图8所示的电路原理图详细说明本实施例的具体实现。

本实施例中，选用单芯片无线片上系统（soc）esp32作为微处理器，其内部集成了高性能risc核心、i2c接口、spi接口、触摸按键接口、模-数转换器adc、数模转换器dac等丰富的外设，以及wifi无线网络和flash存储器。

图8中，电池作为本实施例的电源，其正极与电源管理芯片sr1545的5脚和8脚连接，其负极连接到sr1545的3、9和11脚。电源开关on/off两端分别连接到sr1545的使能引脚en（引脚6）和电池正极。当电源开关on/off按下时，电源管理芯片sr1545开始工作，与电感l1、电容c2、c3和电阻r1、r2一起将不稳定的电池电压稳定到3.3v。其中r1、r2为输出电压反馈分压电阻，用于设定输出电压的大小。本实施例中输出电压设定为3.3v。c2为输入去耦合电容，c3为输出滤波电容，l1为buck-boost电感。电源管理芯片输出的3.3v电压连接到微处理器esp32的en引脚和3v3引脚、oled显示屏的vdd和vcomh引脚、led驱动器芯片xm1232的vcc引脚、麦克风mic1和vdd引脚以及音频放大器dp1325的vcc引脚作为这些部件的工作电源。微处理器作为本电路系统的总控制器，通过其内部的程序实现本电路系统所有的逻辑功能。c1为微处理器esp32的去耦合电容。麦克风mic1的out出出引脚连接到微处理器esp32的io35引脚。在esp32内部程序中相应的将io35引脚配置为esp32内部模数转换器adc的输入引脚，这样麦克风将声音信号转换为电压信号后，esp32通过其内部adc采样，转换为数字信号并存储到其内部ram存储器中，供内部程序进一步处理。oled显示屏通过scl和sda引脚连接到esp32的i2c总线，因此esp32内部的程序能通过i2c总线控制oled上显示的内容。c5为oled显示屏的去耦合电容，r5为oled的亮度调节电阻，改变r5的阻值可以改变oled显示屏的显示亮度。led驱动器xm1232的row0-rown和com0-com8引脚分别连接到led点阵显示屏的row0-rown和com0-com8引脚，从而驱动led点阵显示屏。led驱动器xm1232与oled一样通过scl与sda引脚连接到esp32的i2c总线，其中r3和r4为i2c总线的上拉电阻。c6为led驱动器xm1232的去耦合电容。esp32内部程序产生的数字声音信号的经其内部的数模转换器dac1转换成模拟电压信号后，通过io25引脚输出，经由电容c8、电阻r6耦合到音频放大器dp1325的同相输入端inp,经音频放大器dp1325放大后经由电感l2、l3以及电容c7、c10组成的低通滤波网络推动扬声器ls1发声。其中c9和r7为音频放大器的反相输入耦合电容电阻，c11为音频放大器的去耦合电容。tpad1和tpad2为触摸按键，它们通过网络标号t1、t、t3和t4分别连接到esp32的电容触摸输入引脚io15、io16、io17和io18。

图9展示了本实施例的微处理器内置程序流程图。当电源开关按下后，微处理器上电复位并开始硬件初始化进程。硬件初始化完毕后，oled显示屏显示人机交互操作菜单选项并开始检测触摸按键是否按下。如果检测到相应的触摸按键按下，则移动菜单光标以选择相应的选项。

若选中的是“选择曲谱”选项，则进入曲谱选择子菜单，用户通过触摸按键选择相应的曲谱后，led点阵显示屏开始显示曲谱相应的音符提示。同时麦克风开始工作，当微处理器通过麦克风检测到当前音符弹下后，更新led点阵显示屏的显示内容并下移一行，如果曲目弹奏完毕，程序将返回到主菜单选项界面，否则将继续检测当前音符是否弹下，如弹下则更新led点阵显示屏的显示内容并下移一行直到曲目弹奏完毕。曲目弹奏完毕，提示是否对刚才弹奏的水平进行打分，如选择是则进行打分并显示分数，然后返回主菜单选项界面，否则直接返回主菜单选项界面。

若选中的是“通过无线网络下载并更新曲谱库”选项，程序将下载并更新曲谱库，然后返回主菜单界面。

若选中的是“通过无线网络下载并更新内置程序”选项，程序将下载并更新微处理器内置程序，然后返回主菜单界面。

若选中的是“将音乐转换为曲谱”选项，程序则将音乐用麦克风录下来并运行曲谱转换程序，转换完成后将新曲谱保存到曲谱库，然后返回主菜单界面。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。