1.本实用新型涉及电子乐器领域，更具体地说，涉及一种可穿戴电子设备。


背景技术：

2.音强、音高、音色为乐音的三大要素，其中：音强是指声音信号中主音调的强弱程度，是判别乐音的基础，其由机械波振幅的大小决定(两者成正比关系，振幅越大则音越"强"，反之则越"弱")；音高是指音调，其由机械波的频率决定的(严格说是基波频率)；音色是指不同声音表现在波形方面与众不同的特性，音色是声音除基波外的其他波段(如泛音)所决定，这些波段不影响音高，通常，不同的发声体由于其材料、结构不同，发出声音的音色也不同(例如钢琴、小提琴和人发出的声音不一样)。
3.乐器作为一种能够陶冶情操的发声器物，是人类重要的精神财产。传统乐器的种类繁多并且结构和音色也有很大差异，其发音体基本上是弦、膜、簧、板或金属体等，如提琴类、胡琴类和弹弦类乐器，均由弦振动而发出声音；锣和拔类乐器则由金属体振动发出声音。虽然电吉它、电贝司也需要通电使用，但它们的发音体仍然是弦，故归类为电声乐器而非电子乐器。
4.在当下社会，随着生活节奏的加快以及生活水平的提升，越来越多的人更倾向于感官的接触和更为直接的视觉体验，因此，传统的乐器受发声结构的限制已不能满足相应的需求。
5.电子乐器是乐手通过特定手段触发电子信号，使其利用电子合成技术或是采样技术来通过电声设备发出声音的乐器，如电子琴、电钢琴、电子合成器、电子鼓等。不同于传统乐器，电子乐器的发音体是由若干电子元件组成振荡器，通过电压放大，不同的频率变化产生出不同的音频信号，再进行功率放大，由扬声器传送出特定的声音。并且相较于传统乐器，电子乐器一般不受自然气候条件的影响，它只是受电压、电流或电子元件质量等因素的影响(正规的电子乐器产品出现这种现象的可能性极小)。
6.然而，无论是传统乐器还是电子乐器，其对演奏者本身要求较高，演奏者往往需要经过系统培训和长时间的练习才能进行演奏。例如钢琴一般有88个琴键，每个琴键对应一个音符，加上脚踏，演奏者在按乐谱演奏乐曲时，需将10个手指和脚熟练配合才能完成；使用小提琴进行演奏时，演奏者一般是右手拉弓，左手五个手指用于触碰弦上不同位置来发出不同的乐音，虽然小提琴只有三根弦，但是不同的音符需要手指触碰弦上不同位置，触碰位置稍有差异，音就会不准。
7.此外，目前的乐器，演奏者一般通过肢体动作控制音强(响度)，把情感注入音乐中，肢体动作(包括力度)的细微差异都会影响演奏效果，这也是乐器演奏难度大的原因。并且，无论演奏者如何练习，无论演奏技巧多熟练，肢体动作也不能完全反映人的情感，因此无法把情感完全注入音乐中。


技术实现要素：

8.本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述乐器需要培训和练习才能进行个性化演奏的问题，提供一种可穿戴电子设备。
9.本实用新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种可穿戴电子设备，包括主控单元、播放单元、存储有音符序列和音色数据的存储单元、以及用于采集人体特征参数的传感器单元；所述主控单元分别与所述存储单元和传感器单元电性连接，并根据所述传感器单元采集的人体特征参数生成音强时值数据和音符切换点数据，以及将所述音强时值数据、音符切换点数据与从所述存储单元读取的音符序列和音色数据结合生成音乐数据并输出；所述播放单元与所述主控单元电性连接，并播放所述主控单元输出的音乐数据。
10.作为本实用新型的进一步改进，所述可穿戴电子设备包括输入单元，所述输入单元与所述主控单元电性连接，且所述主控单元通过由所述输入单元采集的信号生成音符序列，并将所述音符序列存储到所述存储单元。
11.作为本实用新型的进一步改进，所述可穿戴电子设备包括无线传输单元，所述无线传输单元与所述主控单元电性连接，且所述主控单元通过解析所述无线传输单元的通讯信号获取音符序列，并将所述音符序列存储到所述存储单元。
12.作为本实用新型的进一步改进，所述可穿戴电子设备包括主壳体以及安装在所述主壳体内的印刷线路板，所述主控单元、播放单元、存储单元和传感器单元集成到所述印刷线路板。
13.作为本实用新型的进一步改进，所述主壳体呈表盘状或手镯状；
14.所述传感器单元包括加速度传感器、振动传感器或陀螺仪传感器，并由所述主控单元根据所述加速度传感器、振动传感器或陀螺仪传感器的输出信号生成音强时值数据和音符切换点数据。
15.作为本实用新型的进一步改进，所述主壳体由耳机壳构成；
16.所述传感器单元包括加速度传感器、振动传感器或陀螺仪传感器，并由所述主控单元根据所述加速度传感器、振动传感器或陀螺仪传感器的输出信号生成音强时值数据和音符切换点数据。
17.作为本实用新型的进一步改进，所述主壳体由耳机壳构成；
18.所述传感器单元包括生物电波传感器、图形传感器或拾音器中的一个或多个，并由所述主控单元根据所述生物电波传感器、图形传感器、拾音器的输出信号生成音强时值数据和音符切换点数据。
19.作为本实用新型的进一步改进，所述主壳体呈适于手持的形状；
20.所述传感器单元包括压力传感器、力度键盘、加速度传感器、振动传感器或陀螺仪传感器，并由所述主控单元根据所述压力传感器、力度键盘、加速度传感器、振动传感器或陀螺仪传感器的输出信号生成音强时值数据和音符切换点数据。
21.作为本实用新型的进一步改进，所述传感器单元包括呼吸传感器、血压传感器或脉搏传感器，并由所述主控单元根据所述呼吸传感器、血压传感器或脉搏传感器的输出信号调整所述音强时值数据和音符切换点数据。
22.本实用新型的可穿戴电子设备，通过传感器单元采集人体特征参数生成音强时值数据和音符切换点数据，并结合存储单元中存储的音符序列和音色数据合成音乐数据，不
仅携带方便，而且只需简单练习即可让每一个人演奏出个性化的音乐。
附图说明
23.图1是本实用新型实施例提供的可穿戴电子设备的框图；
24.图2是本实用新型另一实施例提供的可穿戴电子设备的框图；
25.图3是待演奏的音乐的节选简谱；
26.图4是本实用新型实施例提供的可穿戴电子设备中的传感器单元生成音强时值数据和音符切换点数据的示意图；
27.图5是本实用新型实施例提供的可穿戴电子设备生成音乐数据的示意图。
具体实施方式
28.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
29.如图1所示，是本实用新型实施例提供的可穿戴电子设备框图，该可穿戴电子设备可佩戴到人体或便于手持，例如可与现有的电子产品(例如智能手环、智能手表、耳机等)结合，并进行音乐演奏。本实施例的可穿戴电子设备包括主控单元11、播放单元12、存储有音符序列和音色数据的存储单元13、以及用于采集人体特征参数的传感器单元14。
30.特别地，上述可穿戴电子设备可包括主壳体以及安装在主壳体内印刷线路板，主控单元11、存储单元13和传感器单元14集成到上述印刷线路板，播放单元12则可电性连接到印刷线路板。在实际应用中，主控单元11、存储单元13以及传感器单元14也可集成到多个电性连接的印刷线路板。
31.主控单元11分别与存储单元13和传感器单元14电性连接，并根据传感器单元14采集的人体特征参数(例如肢体动作、生物电(含脑电波)、脉搏、血压、体温、表情等)生成音强时值数据和音符切换点数据，以及将音强时值数据、音符切换点数据与从存储单元13读取的音符序列结合生成音乐数据。即主控单元11的输入端分别与存储单元13和传感器单元14电性连接，并根据存储单元13和传感器单元14的输出信号生成对应于音乐数据的信号并输出。
32.播放单元12与主控单元11电性连接，并播放主控单元11输出的信号(即由主控单元11生成的音乐数据)，从而演奏者或听众可听到音乐。具体地，当可穿戴电子设备集成到智能手环、智能手表时，播放单元12可采用电动扬声器；当可穿戴电子设备集成到耳机时，播放单元12可采用电动扬声器或骨传导扬声器等。
33.在本实施例中，存储单元13中存储的音符序列包括多个按顺序排列的音符，其可提前输入并存储到存储单元13。例如，对应于图3所示的节选乐谱，存储单元13中存储的音符序列可以为：11556654433221，每一音符对应于一个音高(音调)。音色数据则用于表示声音特性，例如钢琴、小提琴、古筝、二胡、架子鼓等。
34.传感器单元14用于根据人体动作和/或情感体征等生成人体特征参数，即生成人体动作和/或情感体征相关的电信号(模拟信号或数字信号)，如身体(包括手、手指、脚、头、脸、腰等部位)的动作，生物电波(含脑电波)、温度、脉搏、血压和表情等情感体征相关的电
信号。具体地，传感器单元14可包括压力传感器、力度键盘、加速度传感器、陀螺仪传感器、生物电波传感器、温度传感器、脉搏传感器、血压传感器、震动传感器、图像传感器和拾音器中的一个或多个。并且，上述电信号由传感器单元14传输到主控单元11，以便主控单元11做进一步处理。
35.上述主控单元11可包括一个或多个微控制单元(microcontroller unit，mcu)，例如包括与现有的电子音响合成器(synthesizer)中的控制单元类似的芯片，其可将传感器单元14采集的人体特征参数，转换为音强时值数据和音符切换点数据。并且，结合图4所示，主控单元11将上述音强时值数据、音符切换点数据与存储单元13中的音符序列和音色数据，制造出上百种音色、几十种节奏型和音响效果电信号。此外，主控单元11还可将生成的音乐数据存储到存储单元13，以便演奏者后续播放、重听。
36.上述音强时值数据是指音强及每一音强的持续时间，其可表示为图4中的曲线41，对应于声音振动随时间变化的幅值；音符切换点数据是指进行切换(音符)演奏的时间点，其可表示为图4中垂直于时间轴的直线42，在接收到音符切换点数据时需进行音符切换操作。
37.例如当传感器佩戴到人体手腕时，主控单元11生成的音强时值数据可传感器测得的手腕的动作幅度正相关，例如图4所示曲线41，在对应于序号为7和14的部分的手腕动作幅度大于其他部分的手腕动作幅度，相应的音强时值数据也较大；并且，该步骤生成的音符切换点数据与传感器测得的手腕动作速度也正相关，例如图4所示曲线41，在对应于序号为7和14的部分的手腕动作速度慢于其他部分的手腕动作速度，此时的音符切换点数据的间隔也较大。
38.上述可穿戴电子设备，通过传感器单元采集人体特征参数生成音强时值数据和音符切换点数据，并结合存储单元中存储的音符序列和音色数据合成音乐数据(例如图5所示的音乐数据51)，不仅携带方便，而且只需简单练习即可让每一个人演奏出个性化的音乐。
39.在本实用新型的一个实施例中，结合图2所示，可穿戴电子设备除了包括主控单元11、播放单元、存储单元13以及传感器单元14外，还包括输入单元15，且该输入单元15与主控单元11电性连接。输入单元15具体可采用键盘或触摸屏，主控单元11通过从输入单元15采集的输入信号生成音符序列，并将音符序列存储到存储单元13，以便后续演奏使用。
40.除了音符序列外，输入单元15还可输入音符序列对应的音色数据，并由主控单元11存储到存储单元13。
41.在本实用新型的另一实施例中，可穿戴电子设备除了包括主控单元11、播放单元、存储单元13以及传感器单元14外，还包括无线传输单元16，或同时包括输入单元15和无线传输单元16。该无线传输单元16具体可采用蓝牙模块、wifi模块等，在此不做限制。
42.该无线传输单元16与主控单元11电性连接，且主控单元11通过解析无线传输单元16的通讯信号获取音符序列，并将音符序列存储到存储单元13。即可穿戴电子设备可通过无线传输单元16与其他终端设备或服务器通信，并以通讯方式获得音符序列及音色数据。
43.此外，上述无线传输单元16还可将主控单元11生成的音乐数据传输到其他播放设备进行播放，例如与蓝牙接收器连接的音箱等。
44.当本实用新型的可穿戴电子设备集成到智能手表或智能手环时，其主壳体呈表盘状或手镯状。相应地，传感器单元14可包括加速度传感器、振动传感器或陀螺仪传感器(可
与智能手表或智能手环的其他部分共用，例如计步模块等)，且主控单元11根据加速度传感器、振动传感器或陀螺仪传感器的输出信号生成音强时值数据和音符切换数据。
45.具体地，当传感器为加速度传感器、振动传感器和陀螺仪传感器之一时，其检测到的移动幅度速度、加速度与音强时值数据正相关，音符切换数据则可与加速度传感器、振动传感器和陀螺仪传感器测得的换向信号对应。从而可穿戴电子设备可根据佩戴者的甩动手臂的动作等进行音乐演奏，而无需具备乐器演奏技能。
46.当本实用新型的可穿戴电子设备集成到耳机时，即穿戴电子乐器的主壳体由耳机壳构成，传感器单元14可包括加速度传感器、振动传感器或陀螺仪传感器，且主控单元11根据加速度传感器、振动传感器或陀螺仪传感器的输出信号生成音强时值数据和音符切换点数据。
47.具体地，当可穿戴电子设备佩戴到人体头部时，结合图4所示，主控单元11生成的音强时值数据与传感器单元14测得的头部的动作速度正相关；主控单元11生成的音符切换点数据则与传感器单元14测得的动作的转折点相对应。从而可穿戴电子设备可根据佩戴者的摇头或点头动作，实现不同乐器的音乐演奏，而无需具备乐器演奏技能。
48.此外，当传感器包括生物电波传感器、图像传感器和拾音器中的一个或多个时，主控单元11可通过生物电波传感器检测生物电波(例如脑电波)变化、通过图像传感器拍摄图像(例如舞蹈动作)、通过拾音器拾取声音(例如哼唱歌曲)，转换为音强时值数据和音符切换点数据。例如当图像传感器采集的信号中舞蹈动作越剧烈时，音强时值数据中的音强越大，音符切换点数据的间隔时间越短。通过上述方式，演奏者可借助输出脑电波、舞蹈动作或哼唱歌曲，实现不同乐器的演奏。
49.此外，本实用新型还可采用手持结构，即主壳体呈适于手持的形状。相应地，传感器单元14包括压力传感器、力度键盘、加速度传感器、振动传感器或陀螺仪传感器，且主控单元根据压力传感器、力度键盘、加速度传感器、振动传感器或陀螺仪传感器的输出信号生成音强时值数据和音符切换点数据。
50.例如结合图4所示，当传感器单元14采用加速度传感器、振动传感器或陀螺仪传感器时，主控单元11生成的音强时值数据与传感器单元14采集的动作速度正相关。当传感器为力度键盘时，其可根据被按下的力度等方式确认人体动作。具体地，力度键盘包括琴键以及位于琴键下方不同高度位置的若干导电橡胶触点，在琴键被按下过程中，琴键与不同导电橡胶触点的电接触存在时间差，由于上述时间差和琴键的运动速度成反比，而琴键的运动速度则与按键的力度成正比，可根据上述时间差获得琴键的按压力度，进而获得人体动作，并以此生成幅值参数和时间参数，例如，幅值参数与按压力度正相关，琴键被按下的时间点则可作为时间参数。此外，力度键盘也可通过电磁感应实现，即力度键盘包括琴键、安装在琴键上的磁铁、以及安装在电路板上的感应线圈，按琴键的动作带动磁铁运动，磁场的变化在感应线圈中产生电流，该电流信号强度与按键力度对应，进而获得人体动作，并以此生成幅值参数和时间参数。
51.本实用新型的可穿戴电子设备的传感器单元14还可包括呼吸传感器、血压传感器或脉搏传感器，且主控单元11根据呼吸传感器、血压传感器或脉搏传感器的输出信号调整音强时值数据和音符切换点数据。例如，当温度传感器、呼吸传感器、脉搏传感器所产生的信号的幅值越大时，音强时值数据和音符切换点数据的调整量越大。
52.通过上述可穿戴电子设备，演奏者只需简单练习，即可演奏属于自己的个性化音乐，大大提高了音乐演奏的乐趣。
53.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。