超人機合作音樂程控儀的製作方法
2023-05-18 17:13:16
專利名稱:超人機合作音樂程控儀的製作方法
本發明涉及樂譜信息的數據處理、數據處理設備和傳動機械裝置。
目前試製演奏音樂的機器人的工作還在探索之中。此類機器人的缺點是造價極高，自動演奏不能體現人奏時自由發揮的音樂情感。因而想用高價購買這種機器人代替自己演奏的家庭是極少的。目前也無這種專利及產品。
本發明的目的是用簡捷的方法，創造一種能記錄和讀出並演奏樂譜，使人在視奏樂譜和演奏指法等技術上獲得程控的能力，而在演奏力度、節奏、速度等方面又能自由發揮地表達自己的音樂情感的人機合作表演程控儀。
本發明的目的是這樣實現的整個演奏儀由電腦裝置、控制電路、執行裝置和請求訊號器組成。
電腦裝置由微型計算機、單板機、單片微機、直接存儲器存取的DMA或能響應請求信號進行讀出寫入的存儲器組件之一的器件組成。電腦裝置的作用是向存儲器輸入和輸出動作指令或樂譜演奏指令。這種指令是按動作或樂譜要求編出的，再以確定各受控單元開關狀態的二進位數構成。
本發明獨特的樂譜指令製作方法的誕生，導至發明了人機合作音樂程控儀這種獨特的數據處理機。因此特別對這種樂譜指令製作方法的原理和特徵作如下說明。
本發明的樂譜指令製作方法的基本原理是利用樂譜信息的自然規律，將需要一次同時奏響的音與此時不奏響的音經電腦裝置進行數據處理成一組二進位數的主位樂譜指令，並在這組數附上不參加移調的其它控制信息，作為這組數的次位。再根據樂譜信息的延續、更新、疊加、休止等自然規律將其它各次應奏響與不奏響的音分別進行數據處理成各組二進位數的主位，同時也分別給各組數附上次位。將上述各組數依次經本發明的電腦裝置送往存儲器裝置就能製成各種ROM、EPROM、計算機磁帶、軟、硬磁碟片、合式磁帶、光學信息盤、數字式唱片等樂譜指令固件，以供使用和出售。
本發明的樂譜指令製作方法是對一組樂譜指令分為主位與次位，對主位樂譜指令可用移位法、乘除法等方法進行移調處理，而不改變內部的音程關係；主位的各位經控制電路數據處理後與各琴鍵形成一一對應的關係，並與控制鍵一起共同控制這些琴鍵，未經壓縮處理的主位位數等於或大於受控琴鍵的總數；次位的各位經控制電路數據處理後與非琴鍵受控單元形成一一對應關係；未經壓縮處理的次位數等於或大於非琴鍵受控單元的總數；主位和次位最終決定本數據處理裝置控制電路輸出部分的並行輸出位的總數；主位樂譜指令的製作是根據樂譜信息的應響音與不響音的相對性、延續、更新、疊加、休止等自然規律製作出來。
本發明的樂譜製作方法與本發明的硬體的各部分數據處理裝置在設計、製造和使用中始終形成不可分割的相輔相成的整體關係。
當電腦裝置接到由於控制鍵動作而傳來的一個請求信號時，就立即把存儲器中的一組上述指令傳送到控制電 路，接著等待下一個信號，使本發明能連續工作。
電腦裝置對上述樂譜演奏指令的主位進行簡單運算後，能使輸出樂譜移調。
存儲器裝置是由計算機磁帶機、軟磁碟機、硬磁碟機、合式錄音機、計算機光碟存儲機、數字式唱片、各種ROM、各種RAM和各種EPROM等存儲器中的一種或數種組成。它的作用是按請求信號要求寫入或讀出上述動作指令或樂譜演奏指令。讀出指令可在電腦的中央處理器或DMA等電路的控制下送到控制電路。
控制電路由輸入部分和輸出部分組成。它們主要由鎖存器一類的電子元件構成，輸入部分的鎖存器有輸出控制門取名B，輸出部分鎖存器有允許輸入門取名C。它們與請求信號A的邏輯關係為B＝A，C＝
A。無請求信號時B使輸入部分向輸出部分並行輸出確定各受控單元狀態的二進位數，C使輸出部分鎖存器並行接收上述二進位數。有請求信號時，B使輸入部分的鎖存器關閉輸出門，並接收由電腦、存儲器裝置輸出的上述二進位數，C使輸出部分不接收輸入部分的新指令，並繼續並行輸出鎖存的原指令，直至請關信號A變化。
控制電路輸出的動作指令是用發光元件根據受控設備的工作規律有意義的排列，並以直觀的形式顯的。如發光元件裝在受控設備的各受控單元或鍵盤琴的各鍵上，或五線譜的各線上，演奏時可同時視奏，聽音。
執行裝置用三種方式構成電子元件構成，機械傳動裝置構成，機械與電子元件共同構成。這三種執行裝置都有1－99個操縱鍵，普及型為1－10個操縱鍵，各種執行裝置的結構都是按如下邏輯公式或該邏輯式的負邏輯式設計製造的(1) MИQ＝MK·ИD；(2) ИY＝MИQ＝MK·ИD(3) ИY＝1ИQ＋2ИQ＋……MИQ。
其中，M是標明某控制鍵順序號常數；И是標明控制電路輸出二進位數某位順序號常數；K代表控制鍵；D代表輸出二進位數的某位；MK代表某順序號控制鍵的邏輯狀態；
ИD代表輸出二進位數某順序號位的邏輯狀態；MИQ代表某順序號鍵同某序號數位進行「與」邏輯運算的結果。
ИY代表受控單元的邏輯狀態。
按上述邏輯公式設計製造的執行裝置具有如下特點根據邏輯式(2)可知受控單元的狀態是在輸出數據和控制鍵共同作用下才變化的，也就是說，如果控制鍵不動，有指令琴也不響，控制鍵動，如無指令，琴也不響，控制鍵動，又有指令，琴才響。但奏哪個琴鍵不是由控制鍵決定，而是由指令決定的。這個特點使演奏人在視奏樂譜和演奏指法技術上獲得了超人的能力。
根據邏輯公式(3)可知，前後輸出的指令可以疊加。也就是說如果先按住一個控制鍵不釋放，指令奏出了一個和弦，再彈另幾個控制鍵，後幾條指令奏出的和弦與旋律可與第一個和弦疊加。這個特點在音樂演奏上是極需要的。
電子執行裝置用門電路、鎖存器等集成電路，按上述邏輯式(1)、(2)、(3)設計製造，集成電路具有可代換性。根據專門的手冊可選擇各種晶片和裝配方法實現上述邏輯。這在實施例中有進一步說明。其控制鍵與增音器(可調節電流、電壓的電子元件)一起構成，因而能控制音的強弱。此裝置可以控制電子琴、音響合成器等鍵盤樂器。
機械執行裝置也是按上述邏輯式(1)、(2)、(3)設計製造的。演奏時施於控制鍵上的力通過傳動機械傳遞到受控單元，使之產生動作變化。如使鋼琴鍵動作彈奏琴弦，因而演奏者可自由掌握彈琴力度，用傳動機械實現上述邏輯式的方式多種多樣。這在實施例中有進一步的說明。
機械執行裝置 和電子執行裝置結合就成為機械電子執行裝置。它可以同時控制多種受控設備，如控制電子琴和鋼琴合奏。
請求信號器是由單脈衝發生部件構成，它的輸入來自控制鍵，它的輸出接到控制電路和電腦裝置，協調本發明整機連續工作。
從整個裝置看，只要陸續地按動控制鍵就能使電腦裝置將存儲器中的指令陸續地送往控制電路。控制電路陸續地並行輸出指令和控制鍵一道驅動受控單元，使演奏陸續地進行。演奏者只要彈控制鍵，就能在強弱、節奏、速度上自由發揮地奏出各種難度的預製樂曲。
本發明所述人機合作音樂程控儀是用音樂信息數據處理技術，使人們在視奏樂譜和演奏指法的技術上獲得程控的能力，演奏不必在琴鍵上，只要按動控制鍵就能用任意所需的力度、節奏、速度演奏出表現演奏者情感的音樂，使廣大缺少音樂專業學習與長期刻苦練習條件的人們轉瞬就能獲得演奏高難複雜音樂的能力。
本發明不但能提高受控鍵盤琴的表現能力，還能保留鍵盤琴的各種優點。如本發明具有相繼重疊音的功能，能奏出極好的漸強效果，用一般的電子琴模仿這種奏法是不可能的。這就顯著地提高了電子琴的表演能力。當本發明控制鋼琴時，鋼琴的音色控制、音量控制、力度控制等各種特點都能保留和加以發揮。
本發明的表現力體現在手指上，克服了電子琴的表現力被限定在表情踏板(增音器踏板)上，解決了這一電子琴誕生以來難以改進的難題，對演奏的需要來說是一大飛躍。
本發明還具有能靈活地進行移調的功能，只要按一下鍵，移調就能實現。
本發明擴大了音樂創作領域。歷來音樂創作受演奏技術的局限，如用十個指頭不能彈十一個音的和弦，而本發明使創作樂曲可以由作者任憑想像自由發揮，就是八十八個音一齊彈響也易如反掌。因此，作者完全不必為演奏指法所局限，為演奏難度而操心了。
綜上所述，本發明解決了人們一直渴望解決，但始終未能獲得成功的技術難題。
下面結合本發明的實施例。
附圖1為方框原理圖附圖2為實施例原理圖附圖3為機械執行裝置實施例剖視圖附圖4為機械執行裝置外形圖圖1、2中的標號(C)為存儲器裝置，(AP)為電腦裝置，(K)為控制電路，(Z)為執行裝置，(S)為受控設備，(Q)為請求信號器。
本例用PPLE微型計算機做電腦裝置，用軟磁碟驅動器作存儲器裝置，使這二件裝置的功能如說明書所述。
本例用八D型鎖存器74LS373分別裝在控制電路的輸入、輸出部分。LS373鎖存器是透明的D型鎖存器。即當允許端(LS373的11腳)是高電平時，輸出(第2、5、6、9、12、15、16腳)將跟隨數據輸入(第3、4、7、8、13、14、17、18腳)。當允許端為低電平時，輸出端將被鎖存在已經建立起的數據電平上。本例將所有用在控制電路中的74LS373的第1腳輸出控制和11腳允許端經過非門按圖所示接至請求信號A上，使之符合邏輯式B＝A，C＝
A。
本例用發光二極體將輸出數據顯示於各琴鍵上。
在電子執行裝置中，將所有的74LS373和或門，按圖連接使之符合邏輯式(1)、(3)、(2)MИQ＝MK·ИD，ИY＝1ИQ＋…MИQ，ИY＝MИQ＝MK·ИD。
電子執行裝置採用開關和增音器製成控制鍵，每個控制鍵都能控制琴演奏的總音量，以控制電子琴，音響合成器按所需的音量、力度、節奏進行演奏。
機械執行裝置由一組機械傳動構件，按說明書上所說邏輯公式(1)、(2)、(3)設計製造。在鋼琴上裝一副主支架(9)、支承轉動軸(8)、傳動橋(11)為一長條形的薄板，它固定在轉動軸下，可與轉動軸一起擺動並能觸發請求信號開關(13)，控制鍵(2)的一端固定在傳動橋下，另一端延伸至琴面，以便彈奏，傳動杆(7)的上端與傳動橋連接，下端掛鈎與擺杆(12)的掛鈎一一對應，擺杆下端的牽引索(6)與琴鍵連接，每個控制鍵與一塊傳動橋聯接，每塊傳動橋聯接88個傳動杆，每個傳動杆都可通過擺杆和牽引索與琴鍵相聯。這樣每個控制鍵都可以牽動88個琴鍵。實際工作時是根據樂譜指令決定牽動哪個琴鍵動作的。電磁鐵線圈(4)在有電流時(即指令信號)力臂(5)可以頂動擺杆，亦即擺杆掛鈎與傳動槓掛鈎處於牽掛狀態。反之，傳動杆動作時不牽動擺杆。在有指令的同時按動控制鍵(2)，就可以把運動傳遞到琴鍵(1)，通過擊弦機械(3)使鋼琴發音，顯然按動控制鍵與按動琴鍵一樣力度是可以隨意控制的。
電子執行裝置的工作過程是將預先製作好的樂譜指令軟磁碟片插入軟磁碟驅動器，開啟APPLE電腦，軟磁碟中的第一組樂譜指令就經過控制電路的輸入、輸出部分傳遞到執行裝置中的對應的各74LS373中。
當按動某一控制鍵時，與該鍵相聯的所有的74 S373的允許端(第11腳)和輸出控制端(第1腳)立即由高電平變為低電平，使這些74 S373停止接收新的樂譜指令，並將第一組樂譜指令並行輸出到電子琴或音響合成器的各鍵開關，使這些鍵按指令發音。
當按動控制鍵的同時，也使請求信號電路發出信號使控制電路輸出部分所有的74 S373允許端(第11腳)電平暫時由高變為低，使控制電路中所有的74LS373的輸出控制端(第1腳)電平暫時由低變為高，即使控制電路輸出部分暫不接受輸入部分的樂譜指令。
當按動控制鍵的同時也使請求信號電路發出信號使電腦裝置輸出第二組樂譜指令並傳遞到控制電路的輸入部分的各74LS373中。
傳遞完後數毫秒請求信號電路又使控制電路輸入部分向輸出部分傳遞樂譜指令，並由執行裝置中各連結於未按下控制鍵的所有74LS373接收。
當第二次按下控制鍵時，如第一次按下的控制鍵仍未釋放，能使琴保留已發的音，同時還能按第二組樂譜指令增加新的音。
當第二次按下控制鍵時，如前按下的控制鍵都已釋放，則使琴只按新樂譜指令發音。
按樂譜時值、節奏和力度依次按動控制鍵，就能使程控儀控制電子琴、音響合成器或鋼琴等按演奏者的情感奏出音樂。
機械執行裝置的工作程序和電子執行裝置一樣，同出於一個邏輯式，這裡不再重複。
本發明所獨創的樂譜指令編制法為移調作了特別的設計(即分為主位、次位)，因而可以用移位法和乘除法方便地進行移調。
其方法是在需要移調時只要對各組樂譜指令二進位數進行乘除運算，就達到向高或低移調的目的。如有其組樂譜指令主位二進位數是000010100100此數輸出為C調，如需從C調移到D調，電腦裝置便將上述二進位數100，其結果為001010010000，將此數輸出，在鍵盤上已移調為D調了。
權利要求
1.一種人機合作音樂程控儀包括電腦裝置，其特徵在於A、控制電路的輸入部分與電腦連接，輸入部分的鎖存器在請求信號的作用下從電腦裝置、存儲器裝置中接收和儲存動作指令，控制電路的輸出部分與執行裝置連接，輸出部分的鎖存器儲存和輸出動作指令。B、執行裝置的輸入端與控制電路連接，另還連接建盤琴的各受控單元，執行裝置分電子執行裝置和機械執行裝置，電子執行裝置主要由鎖存器和門電路構成，鎖存器的輸入端連接控制電路，鎖存器的允許端和輸出控制端連接到執行裝置的控制建，控制建和控制電路輸出的指令通過電子執行裝置的鎖存器輸出端共同控制受控單元的狀態，電子執行裝置中的門電路使與各控制建相連的鎖存器存儲的指令發生「與」「或」邏輯關係後控制受控單元作演奏所需的各種變化，機械執行裝置主要由電磁線圈和傳動機械構成，在電路輸出的指令和控制建共同作用下，驅動建作演奏所需的變化。C、請求信號器的輸入端與執行裝置的控制建一一連接，請求信號器的輸出分別連接到電腦裝置和控制電路的輸入、輸出部分，任一控制建動作都使請求信號器發出信號促使電腦裝置輸出動作指令和使控制電路輸入，輸出動作指令。D、執行裝置有1至99枚控制鍵，控制鍵在觸發請求信號器的同時，控制鍵與控制電路並行輸出的動作指令共同驅動受控單元並控制動作的力度、節奏和速度等連續變化量。
2.根據權力要求1所述的程控儀，其特徵在於控制電路主要由門電路、鎖存器等集成電路設計製造，控制電路分為輸入部分和輸出部分，輸入部分和輸出部分鎖存器的允許端、輸出控制端連接請求信號器，並在請求信號的控制下工作，控制電路指令輸出端與發光二極體相接，發光二極體安裝在各琴鍵上或五線譜各線上。
3.根據權力要求1所述的程控儀，其特徵在於電子執行裝置主要用門電路、鎖存器等集成電路設計製造，電子執行裝置的控制 建與增音器〔R〕一起構成，增音器為可調節電流、電壓的電子元件構成，控制鍵在通過請求信號器控制固件中指令輸出的同時還控制著受控裝置工作的速率和功率。
4.根據權力要求1所述的程控儀，其特徵在於請求信號器是由單脈衝發生部件構成，它的輸入來自控制鍵，它的輸出接到控制電路和電腦裝置，協調本法明整機連續工作。
5.根據權力要求1所述的程控儀，其特徵在於機械執行裝置包括支架〔9〕、支承轉動軸〔8〕、傳動橋〔11〕、傳動杆〔7〕、擺杆〔12〕、牽引索〔6〕、電磁鐵線圈〔4〕、力臂〔5〕、請求信號開關〔13〕，每個控制鍵與一塊可觸發請求信號開關的傳動板聯接，每塊傳動橋聯接88個傳動杆，每個傳動杆都可通擺杆和牽引索與琴鍵相聯。
專利摘要
本實用新型涉及樂譜信息數據處理，數據處理設備和傳動機械裝置。本發明是用電腦裝置和存儲裝置預製和存儲樂譜演奏指令，用控制電路和執行裝置共同控制指令輸出，使人在視奏樂譜和演奏指法技術上獲得超人的能力，只要彈奏控制鍵就能在力度、節奏、速度上自由發揮地表現自己的音樂情感。
文檔編號G10F3/00GK87209253SQ87209253
公開日1988年7月6日 申請日期1987年6月16日
發明者費夢寒 申請人:費夢寒導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan