管樂器的演奏輔助裝置的製作方法
2023-05-11 14:30:46
專利名稱：管樂器的演奏輔助裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種可以幫助演奏者進行樂器演奏的演奏輔助裝置。
背景技術：
利用機器自動演奏樂器的技術已眾所周知。舉例來說，能自動播放音樂的自動風琴和自動鋼琴，在很早以前就已被生產。最近，除了上述能夠自動演奏演奏鍵盤樂器的機器之外，能夠自動演奏管樂器的機器也已經被開發出來。例如在日本公布專利申請No.2004-177828和No.2004-258443中描述了自動演奏銅管樂器的裝置。
在現有的自動風琴、自動鋼琴或者上述專利文獻所描述的技術中，機器自動完成所有演奏，而用戶僅能聆聽演奏。但是，很多人卻希望能自己演奏樂器。比如，即使自己的演奏技巧較差，很多人仍希望通過自己的操作來享受演奏。而上述現有技術並不能滿足自己演奏樂器的需求。
可以設計一種方法或裝置來有效地輔助銅管樂器的吹奏。這種裝置通過麥克風之類的擴音器接收演奏樂聲，並將所述演奏樂聲電放大，然後通過揚聲器輸出。然而，在這種情況下，在所述麥克風和所述揚聲器之間產生嘯聲(也就是聲反饋)。
發明內容
有鑑於此，提出本發明。本發明的目的在於提供一種用於管樂器的技術，其能在樂器演奏過程中輔助演奏者，並有效防止嘯聲的產生。
為了解決上述問題，本發明提供一種管樂器的演奏輔助裝置，其包括激勵部，其與所述管樂器相連，用于振動所述管樂器的一部分以輔助所述管樂器的演奏；振動信號產生部，其用於接收所述管樂器發出聲音的振動，並產生代表所述聲音的振動的振動信號；呼吸壓力傳感器，其用於檢測在演奏過程中被吹入所述管樂器的呼吸壓力，並產生與所檢測到的呼吸壓力相對應的呼吸壓力信號；控制信號產生部，其用於產生控制信號，其中所述控制信號與所述振動信號的包絡的倒數值和所述呼吸壓力信號值的乘積相對應；以及可變增益放大器，連接到激勵部，利用可變增益放大所述振動信號，以向所述激勵部提供所述可變增益放大器的輸出信號，從而使得所述激勵部能夠振動所述管樂器的所述一部分，其中所述可變增益響應於所述控制信號而變化。
在本發明的一個優選方案中，所述呼吸壓力傳感器檢測被吹入所述管樂器的呼吸壓力的靜態分量，並產生與所檢測到的所述呼吸壓力的靜態分量相對應的呼吸壓力信號。在這種情況下，所述振動信號產生部和所述呼吸壓力傳感器可以由一個傳感器裝置構成，其中所述一個傳感器裝置能夠檢測所述聲音的振動以產生所述振動信號，同時能夠檢測所述呼吸壓力的靜態分量以產生所述呼吸壓力信號。
在本發明的另一優選方案中，所述激勵部與所述振動信號產生部一起安裝在所述管樂器的吹口之上。
在本發明的再一優選方案中，所述振動信號產生部、所述呼吸壓力傳感器及所述激勵部安裝在所述管樂器的吹口之內，且所述振動信號產生部、所述呼吸壓力傳感器及所述激勵部暴露於通過所述吹口的空氣管路中。
本發明能夠防止管樂器中嘯聲的產生，並能夠輔助演奏者進行樂器演奏。本發明通過放大演奏樂聲使得即使演奏者演奏技巧較差也能獲得良好的演奏效果。
圖1為示出根據本發明實施例的演奏輔助裝置的結構的示意圖；圖2示出根據本發明修改例的演奏輔助裝置的結構。
具體實施例方式
圖1為根據本發明實施例的演奏輔助裝置100的結構實例的示意圖。在圖1中，演奏輔助裝置100顯示為由虛線圍繞的部分，標號200表示小號。標號21表示與所述小號相連的吹口。由於所述小號200為常用小號，故在此略去其各具體組成部分的詳細描述。
在圖1中，標號11表示麥克風，其作為振動信號產生部，用於接收樂聲並產生代表所接收到的樂聲的振動的模擬振動信號。麥克風11安裝在吹口21之內，且暴露於所述吹口21的空氣管路中。標號12表示放大器，其與所述麥克風11相連，用於放大由所述麥克風11輸出的振動信號，並輸出放大後的振動信號S1。標號13表示模數(A/D)轉換器，用於將從放大器12輸入的模擬振動信號S1轉換為數字振動信號，並輸出該數字振動信號。
標號14表示呼吸壓力傳感器，用於檢測演奏者的呼吸壓力，並產生表示所述呼吸壓力的模擬信號，其被稱為呼吸壓力信號S3。標號15表示模數轉換器，用於將從呼吸壓力傳感器14輸入的呼吸壓力信號S3轉換為數位訊號，並輸出相應的數位訊號。
標號16表示控制器，其包括有諸如CPU(中央處理器)之類的處理單元，以及諸如ROM(只讀存儲器)和RAM(隨機存取存儲器)之類的多種存儲器。控制器16的處理單元通過讀取並執行存儲在諸如ROM之類的存儲器中的電腦程式來進行各種處理。具體地，控制器16構成控制信號產生部，其用於基於模數轉換器13和15提供的振動信號S1和呼吸壓力信號S3產生控制信號Sc。呼吸壓力信號S3為代表呼吸壓力的靜態分量(DC分量)或與音樂的音符或拍符相對應的一直到10Hz量級的呼吸壓力低頻分量的信號。
標號17表示數模(D/A)轉換器，用於將控制器16提供的數字控制信號Sc轉換為相應的模擬信號，並輸出該模擬信號。標號18表示電壓控制放大器(VCA)，其作為可變增益放大器，利用基於所述數模轉換器17提供的控制信號Sc所確定的可變增益係數來放大由所述放大器12提供的振動信號S1，並輸出放大後的振動信號S2。標號19表示放大器，用於放大從電壓控制放大器18提供的振動信號S2，並輸出放大振動信號S2』。標號20表示振動致動器，其與所述吹口21相連並暴露於所述吹口21的空氣管路中，用于振動空氣管路中與所述振動致動器20相連的部分。振動致動器20是與所述管樂器相連的激勵部，其能根據所述放大器19提供的振動信號S2』致使振動以產生聲波。
下面將詳細介紹具有如上所述構造的本實施例演奏輔助裝置的操作。當演奏者把嘴唇放在所述吹口21上並通過往所述吹口21吹氣進行演奏時，所述麥克風11接收所述吹口21內生成的聲音，並產生代表所產生聲音的振動的振動信號。呼吸壓力傳感器14檢測吹口21內的呼吸壓力，並產生代表所檢測的呼吸壓力的呼吸壓力信號S3。
由麥克風11產生的輸入振動信號由放大器12放大，放大後的振動信號S1被輸入電壓控制放大器18。電壓控制放大器18放大輸入的振動信號S1，並將放大後的振動信號S2輸入放大器19。放大器19放大振動信號S2，並將放大後的輸出振動信號S2』提供至振動致動器20。振動致動器20根據放大器19提供的輸出振動信號S2』致使振動。當所述振動致動器20振動時，則在吹口21內產生聲波。
如上所述，輸入所述麥克風11的振動信號依次經由所述放大器12、電壓控制放大器18、及放大器19放大，然後由振動致動器20產生與放大後的振動信號相對應的聲音。因此，除演奏者實際演奏的樂聲之外，所述吹口21中還產生由振動致動器20基於所述放大振動信號S2』產生的其它演奏樂聲。這樣，從振動致動器20輸出演奏樂聲，並且所輸出的樂聲在小號200的空氣管路內共鳴，從而能夠放大演奏者的演奏樂聲。
下面將詳細介紹產生控制器16的控制信號Sc的過程。放大器12將振動信號S1輸入電壓控制放大器18，並將相同的振動信號S1提供給模數轉換器13。模數轉換器13將由放大器12輸入的振動信號S1轉換為數字振動信號，並將所述數字振動信號提供給控制器16。由呼吸壓力傳感器14檢測到的呼吸壓力信號S3被輸入模數轉換器15，然後由模數轉換器15將所輸入的呼吸壓力信號S3轉換為數字呼吸壓力信號S3並提供至控制器16。這樣，振動信號S1和呼吸壓力信號S3均被輸入所述控制器16。
在接收到振動信號S1和呼吸壓力信號S3時，控制器16檢測振動信號S1的振幅包絡，並計算所述包絡的倒數值。比如，在某一時刻檢測到的包絡值為p，則控制器16將計算出1/p作為其倒數值。隨後，控制器16計算出所輸入的呼吸壓力信號S3、預定係數、及所計算的倒數值(1/p)三者的乘積，並將所計算的乘積確定為控制信號Sc。比如，如果所述預定係數為a，呼吸壓力信號S3的值為q，那麼產生a×q×(1/p)作為控制信號Sc。
控制器16將所產生的控制信號Sc輸入數模轉換器17。數模轉換器17將所輸入的數字控制信號Sc轉換為相應的模擬信號，並將所述模擬信號輸入電壓控制放大器18。電壓控制放大器18基於數模轉換器17提供的控制信號Sc放大由放大器12提供的振動信號S1，並輸出放大後的振動信號S2。
在這種情況下，電壓控制放大器18將所述控制信號Sc和輸入振動信號S1的波形相乘。比如，由於在上述實例中輸入振動信號S1的包絡值為p，所以振動信號S2的波形包絡值等於p×(a×q×(1/p))＝a×q。
如上所述，振動信號S2的波形包絡值為呼吸壓力信號S3的值q和係數a的乘積。也就是說，通過將a×q和放大器19的增益相乘，獲得被提供給振動致動器20的振動信號S2』的包絡值，振動信號S2』的包絡值僅依賴於所述呼吸壓力信號值q，而並不依賴於麥克風11檢測到的振動信號S1的包絡值p。由於提供給振動致動器20的輸出振動信號S2』值不依賴於所述麥克風11檢測到的輸入振動信號S1的包絡值，因此即使聲音或振動在所述吹口周圍傳播並輸入所述麥克風11，振動致動器20產生的聲音或振動也不會被放大，由此能夠防止嘯聲。
在現有技術中，在振動致動器20和麥克風11彼此鄰近安裝的情況下，出現嘯聲。另一方面，在本實施例中，由於能防止出現嘯聲，因此振動致動器20和麥克風11可以鄰近安裝。這使得可以將振動致動器20和麥克風11一起安裝在吹口21之上。
電壓控制放大器18根據呼吸壓力信號S3的值放大振動信號S1。也就是說，鑑於提供給振動致動器20的振動信號S2』的值依賴於呼吸壓力信號S3，因此可以根據演奏者的呼吸壓力幫助該演奏者進行演奏。具體地，隨著演奏者的呼吸壓力增大，振動致動器20產生的聲音音量會增大。另一方面，隨著演奏者的呼吸壓力減小，振動致動器20產生的聲音音量會減小。當演奏者期望提高其演奏樂聲的音量時，演奏者可以增大其呼氣量；而當演奏者想降低其演奏樂聲的音量時，演奏者可減弱其呼吸壓力。因此，能夠輔助演奏者進行正常的演奏。
許多初學者和中級演奏者(表演者)不能以高呼吸壓力呼氣，對他們來說以高音量進行管樂器演奏很難。然而，鑑於控制信號Sc根據與演奏者呼吸壓力相對應的呼吸壓力信號S3而產生，且振動致動器20輸出的演奏樂聲的音量以所產生的控制信號Sc為基礎，因此本實施例使得即使演奏者的呼吸量很小仍可輸出大音量的樂音，並因此使得這些演奏者能夠舒適地以高音量進行管樂器演奏。
儘管已經參照上述實施例說明了本發明，但是本發明還可以各種其他形式實施，而並不僅限於上述實施例。下面給出幾個實例。
(1)在上述實施例中，麥克風11安裝在吹口21之上，用於接收吹口21內產生的聲音。然而，舉例來說，還可利用由壓電元件製成的振動傳感器代替所述麥克風安裝在所述吹口的空氣管路上。在這種情況下，所述振動傳感器檢測所述吹口內的空氣振動量，並且所檢測到的振動量基於所述呼吸壓力信號S3被放大，然後被提供給所述振動致動器。
(2)在上述實施例中，獨立地安裝用於檢測動態聲音壓力的麥克風和用於測量呼吸壓力的呼吸壓力傳感器。然而，舉例來說，還可只安裝諸如半導體之類的一個傳感器，所述傳感器將所述麥克風和所述呼吸壓力傳感器集成在一個晶片傳感器裝置中。所述一個晶片傳感器裝置不僅能夠檢測聲音的振動或動態壓力並產生振動信號；同時還能夠檢測吹入所述管樂器的呼吸壓力的靜態分量。在這種情況下，所述演奏輔助裝置可以簡單的結構組成，因為振動和靜態壓力可用一個傳感器測量。
(3)上述實施例中的係數a可為任意值，其根據所述電路可能等於1。無論所述係數a的值設定為多少，所述控制信號Sc均與所述包絡的倒數值和所述呼吸壓力信號值的乘積相對應。
(4)在上述實施例中，如果電壓控制放大器18的輸出足夠高，則可以省略放大器19。類似地，如果麥克風11的輸出電平足夠高，也可以省略放大器12。
(5)儘管上述實施例說明了幫助進行小號演奏的演奏輔助裝置，但是根據本發明進行演奏輔助的樂器並非僅限於小號，其還可能是諸如長號或喇叭之類的不同的銅管樂器。所述樂器還可能是薩克斯管、或單簧管等之類的木管樂器。圖2示出了輔助演奏薩克斯管的演奏輔助裝置的結構。圖2中，與圖1所示類似的組件標識有相同的標號。在圖2所示實施例中，麥克風11、呼吸壓力傳感器14及振動致動器20安裝薩克斯管300(其為木管樂器)的吹口之內，且麥克風11、呼氣壓力傳感器14及振動致動器20的感應部位以在上述實施例中相同的方式暴露於通過所述管樂器的空氣管路中。控制器16產生控制信號Sc，其與呼吸壓力信號S3和表示所述麥克風11接收到聲音的振動信號的包絡倒數值的乘積相對應。振動致動器20被基於控制信號Sc放大後的輸出振動信號S2驅動。因而，振動致動器20產生的振動或聲音即使在所述吹口附近傳播並輸入所述麥克風11，也不會被放大。這使得可以輔助演奏者進行正常的演奏，同時能夠防止嘯聲。
在木管樂器的情況下，振動致動器20可以安裝在所述木管樂器的簧片(reed)上，而不是安裝在吹口的空氣管路上並向所述空氣管路內突出。
取代所述呼吸壓力傳感器，可以採用機械或光學的裝置來檢測演奏者嘴唇的運動以生成嘴唇運動信號，且所述嘴唇運動信號可用於取代所述呼吸壓力信號來產生所述控制信號。
權利要求
1.一種管樂器的演奏輔助裝置，包括激勵部，其與所述管樂器相連，用于振動所述管樂器的一部分以輔助所述管樂器的演奏；振動信號產生部，其用於接收所述管樂器所發出聲音的振動，並產生代表所述聲音的振動的振動信號；呼吸壓力傳感器，其用於檢測在演奏過程中被吹入所述管樂器的呼吸壓力，並產生與所檢測到的呼吸壓力相對應的呼吸壓力信號；控制信號產生部，其用於產生控制信號，其中所述控制信號與所述振動信號的包絡的倒數值和所述呼吸壓力信號值的乘積相對應；以及，可變增益放大器，其與所述激勵部相連，用於利用可變增益放大所述振動信號，並向所述激勵部提供所述可變增益放大器的輸出信號，從而使得所述激勵部能夠振動所述管樂器的所述一部分，其中所述可變增益響應於所述控制信號而變化。
2.如權利要求1所述的裝置，其中，所述呼吸壓力傳感器檢測被吹入所述管樂器的呼吸壓力的靜態分量，並產生與所檢測到的所述呼吸壓力的靜態分量相對應的呼吸壓力信號。
3.如權利要求2所述的裝置，其中，所述振動信號產生部和所述呼吸壓力傳感器由一個傳感器裝置構成，所述一個傳感器裝置能夠檢測所述聲音的振動以產生所述振動信號，同時能夠檢測所述呼吸壓力的靜態分量以產生所述呼吸壓力信號。
4.如權利要求1所述的裝置，其中，所述激勵部和所述振動信號產生部一起安裝在所述管樂器的吹口之上。
5.如權利要求1所述的裝置，其中，所述振動信號產生部、所述呼吸壓力傳感器和所述激勵部安裝在所述管樂器的吹口之內，且所述振動信號產生部、所述呼吸壓力傳感器和所述激勵部暴露於通過所述吹口的空氣管路中。
全文摘要
本發明涉及一種管樂器的演奏輔助裝置。該裝置包括致動器，與管樂器相連，用于振動所述管樂器的一部分以輔助所述管樂器的演奏；麥克風，用於接收所述管樂器所發出聲音的振動，並產生代表所述聲音的振動的振動信號；呼吸壓力傳感器，用於檢測在演奏過程中被吹入所述管樂器的呼吸壓力，並產生與所檢測到的呼吸壓力相對應的呼吸壓力信號；控制器，用於產生控制信號，所述控制信號與所述振動信號的包絡的倒數值和所述呼吸壓力信號值的乘積相對應；可變增益放大器，用於利用響應於所述控制信號變化的可變增益來放大所述振動信號，並將所述變增益放大器的輸出信號提供給所述激勵部，以使得能夠振動所述管樂器的所述一部分。
文檔編號G10F1/12GK1991972SQ200610172419
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月27日 優先權日2005年12月27日
發明者藤井順治 申請人:山葉株式會社