电子弦乐器的制作方法

专利名称：电子弦乐器的制作方法
技术领域：
本发明涉及弦乐器，本发明特别涉及那些能够弹出和弦的弦乐器，特别是吉他。本发明也涉及MIDI输入装置，此外还涉及将吉他控制器用于电子音乐合成器的方法。
背景技术：
吉他的音品板通常是用做某种开关装置，而弦是用做触发器，根据指板的开关发出特定的音符或一组音符。该乐器在板上可以有电子微处理装置，用于指板的扫描装置以及合成装置和/或MIDI兼容输出装置。某些装置包括一个内部放大器和一个扬声器，使人们无须外部音响装置就可以弹奏该乐器。
其他装置使演奏者通过简单的弹拨和随便拨弄定音的弦并按住音品而产生和弦，如1992年6月16日发布的Segan等人的美国5121668号专利所提出的。这些装置虽然有用，但当演奏者以所需的顺序弹奏或随便乱弹或随便拨弄琴弦时不能产生自然的音响和弦。
当用作触发装置时，为了减少琴弦的声音响度，许多现有的结构都采用软橡胶状的泡沫材料或凝胶材料在琴马附近接触琴弦的机械装置来衰减琴弦的振动。典型的结构公开在1976年5月18日发布Fields的美国3956962号专利。这些衰减器可能大大地减少振动弦的音频输出。这些装置的缺点是机械地衰减琴弦的振动，其正常的振荡发生畸变，必须由电子设备重新产生振荡以产生适当的音高标准。
为了建立一个开关指板的有线(wired)音品概念在现有技术中也是已知的。在1987年1月13日发布的Meno的美国4635518号专利中公开了用电阻分段的音品，电阻沿琴弦装设在音品之间，用弦作为地线。也有采用电阻性琴弦和以特定方式扫描的音品，并运用电子微处理器，以确定手指能指板上的准确位置。
1995年3月21日发布的Starr的美国5398585号专利提供了一种有开关的吉他，其开关沿琴颈设置。在其他例子中，开关设置在弦下，所以当弦被按下时开关接通，如1991年7月23日发布的Nomura的美国5033351号专利所描述的。有些开关在手指按下时改变它们的阻抗为了模仿MIDI信号不同的速度或其它参数的变化。这些概念曾在美国5398585号专利中提出过。
开关的使用给弹奏吉他带来困难，特别是利用小节和弦。而且，这些乐器不能作为通常的声乐吉他或电吉他来弹奏。
Guitaroda是试图创建一种简单的产生和弦的弹奏装置的最早的人之一。该装置包括一个机械装置，它在琴弦之上连接在吉他的琴颈。根据设计演奏者只用一个手指就能弹出预定的各种和弦。这种装置使用困难，并且和弦的数目有限。此外，这种吉他需要经常性地调音。
现有技术中也有用内部扬声器产生音频信号的装置。从有限的空间和重量的角度考虑，随着声音质量的下降扬声器的质量受到严重的损害。
电声吉他也是人们所熟知的，这种吉他能弹出正常的声音模式或有外部放大器-扬声器系统。这些吉他通过音品按压装置，不能产生电和弦，用于重新产生电子模式的音响。
本发明论及到所有这些问题并提供一种大大改进的装置。
工业实用性本发明在电子音乐行业中具有实用性。

发明内容
本发明的一个实施例的目的是提供一种可弹奏出高质量的并且是自主式声学(self contained acoustic)吉他，用一个或多个手指简单地按压音品就能产生范围广泛的电子模式的和弦。
根据本发明的一个实施例，这种吉他感觉和看起来像普通的声学或电子的真正(solid)吉他。它有一个木质琴身和琴弦，并且事实上可由一名吉他手正常地弹奏。有利的是，没有吉他弹奏经验或没有经过训练的任何人都能弹奏出和弦和美妙的乐曲。声音从能得到的最好的同种乐器上采样并用最新的采样回放技术再现。
选自范围很宽的选择调色板(Pallete)的一个接一个的和弦直接传送。沿指板的显示器指示和弦根，而音孔内的显示器则指示所选择的特定和弦。
说到采样声音，一种声音的1977 LoPrinzi custom dreadnaughtsteel string flattop，1867 Martin New Yorker parlor吉他，FenderStratocaster，Fender Telecaster，1937 Gibson Charlie，Christian，Gibson Heritage les Paul，和Gibson ES 335曾被采样。
有利的是，一种能产生和弦和美妙的乐曲的、或通过将一个或多个手指按压在指板上产生一系列的回放音符的低成本的自主式弦乐器能用本发明来实现。
本发明的另一个目的是提供一种弦乐器形式的，例如吉他的，MIDI控制器。
本发明的再一个目的是在声学(accoustic)吉他的琴身里不需要扬声器。
本发明的另一个特征是提供一种电子乐器，它在视觉上和声音的不可觉察地类似于高品质的声学乐器，演奏者会“忘记”它是电子乐器。
本发明的一个实施例的目的是提供一种乐器，包括一个有琴弦安装在其上的琴身；敏感琴弦振动的振动敏感装置；一个中央处理器；一个细长的指板，它有识别手指位置的指位识别系统；一个存储预编程的音符及和弦的记忆装置；将振动信息从存储装置传输出的输出装置；和电路装置，连接于输出装置、琴弦振动敏感装置、中央处理器、指位识别系统和存储装置，以确定琴弦的振动包络线，因而使用者想要的音符或和弦的强度输送变换器装置。
本发明的附加特征包括一个琴颈显示器，指示被弹奏的和弦或乐曲的音符的位置，一个琴枕显示器，指示具有和弦根的琴弦，以及一个在音孔内的附加显示器，指示当前演奏的和弦以及其他信息如所用的电流(current)模式、系统的状态，和自诊断测试结果。
为了方便，本发明的乐器利用一个和弦表能产生和弦系列，该和弦表包括基本的三和弦和将这些和弦修正到其他吉他和弦中的和弦谱。Slash和弦用简单地按下根和弦可以弹奏，低音音符将被弹奏。
这里讨论的装置可以用若干种方式弹奏，包括capo方式、主调方式、和弦方式、主调和和弦方式。
本发明一个实施例的另一个目的是提供一种吉他，包括一个有琴身和弦品板的吉他；多个安装在该音品板上的导电音品；多个导电琴弦；敏感琴弦振动的振动敏感装置；一个中央处理器和存储预编程的和弦和/或音符的存储装置；输出装置，包括至少具有一个压电的电致动器装置固定在其上的声板；电路装置，连接于琴弦振动敏感装置、音品、琴弦，装置用于确定使用者手指在音品板上位置的装置以及访问用于预编程的音符及和弦的存储器；和确定琴弦振动包络线的分析装置，使用者想要的音符强度和和弦的音符序列由此用弹奏的音符从存储器传送给输出装置。
说到其它特征，可以将琴马(bridge)从声学吉他的音板上机械地分离并可以重新装上与音板接触。也希望当琴马从音板上分离时琴弦被抬起以产生一个较高的动作并且其张力同时被降低。
本发明为使用者提供一个全音阶，按下一个音品产生一个全音阶音符(C、D、E、F、G、A、B等)按下两个音品则产生一个次音符。例如，按下C和D产生C#或Db。作为一个附加特征，它可以提供压力敏感垫(pad)(例如pick guard pad)，当用手指触及或弹奏时产生特殊的信号并切能改变该电器乐的特定参数或配曲(如颤音、音高偏差等)。
本发明的一个目的是将弹奏曲调和和弦的琴弦或音品或琴弦和弦品两者分开。例如，某些琴弦被指出是独奏弦而其余的弦是用来弹奏和弦的。
作为一种很方便的乐器，本发明可以被用做一种自主式乐器以及与耳机、外部放大器和/或扬声器、外部MIDI装置和/或合成器、计算机等结合。
本发明的一个实施例的另一个目的是提供一种从吉他产生电声的方法，包括如下步骤提供一种吉他，包括信号传感器和一个音品板；有采样和弦、音符或和弦谱的存储器；在该吉他上的导电琴弦和弦品板；识别手指在音品板上的位置的手指位置识别装置；分析琴弦振动、琴弦速度、状态和被弹奏的音符序列；将弹奏的音符与存储器中的音符相比较；确定琴弦的速度和状态；根据确定的速度和状态构成一信号；将该信号传送给输出装置以使信号变成可听的。
在一个实施例中，该装置包括声学吉他或真正的吉他琴身、具有指板的琴颈、琴枕和音品、机械琴头、琴弦和琴马(bridge)。总的来说，导电的颤振音品(vibes-frets)包括一个确定手指位置的装置。音品和琴弦由导电材料制成，一起具有一个开关阵列。沿着琴颈LCD显示装置或其它任何显示装置被设置在每个音品附近，这样使用者很容易触到要按下的适当的音品。可选择的是，该装置可以包括一个安装在声学吉他琴体内部的显示装置，它在声音板下面和弦孔里面。该乐器有可重新充电电池和电源装置，带有接通-断开开关的控制板、音量装置(volume)、高音部(treble)、音高控制手柄、低音控制手柄、外部电源和充电插座、MIDI输入和MIDI输出插座、声音输出线和耳机插座。
在一个最佳实施例中，该声音板有一个或若干个压电致动器恰当地(discreetly)放在吉他琴体里面。这些压电元件安装在声板上并且相互并联或以其它所希望的方式连接。它们的极性这样选择，当施加电流时使它们产生所希望的声板挠曲(bending)。
可以选择具有琴弦座架的琴马(bridge)或中间部分和固定器机械地与连接于内部尾片，直接连接于吉他的的尾部，更确切地说连接于后块(rear block)。这个元件有一个机械装置，该机械装置将琴马和座架连接于声板或将它们相互机械地分开。
更详细地说，压电元件对每根弦有若干个(例如，对六弦吉他有五个)座架窄缝分开部分(段)。该座架的每个部分有压电元件敏感机械挠曲或座架段的压力，且最好是在琴弦张力作用下受压。这些压电元件的每一个连接于不同的放大器和具有琴弦正常振荡范围输出频率滤波器的检波器。这个系统的输出馈送给逻辑触发装置，该触发装置在特定的信号幅值下触发产生一个“On”信号，进一步通过CPU以产生一个不同的音符或一个属于与这根弦相关的一个不同MIDI通道的音符。
所有的和弦和单个音符都存储在对应于特定使用模式的若干个表中(曲调、和弦、capo等)。要弹奏的和弦和音符的指示来自由特定手指弹奏和所选择的模式决定的指板。和弦和音符这样存储，当拨动特定的琴弦时，来自和弦或音符表的指定音符被送到合成器以产生那个音符。被弹奏的音符的速度决定于电流或所拨动的那根琴弦的初始速度。可以采用速度分割(split)以产生更自然的声音，如嗡嗡声等。
还可以选择合成音符的包络线用相应的和自然的振荡琴弦的实际输出来整形(shape)，这能得到所有可能的由CPU或MIDI系统和合成器充分反映的琴弦操作(如柔和的、特殊的弹拨技术等)。
和弦表根据capo的位置和弦阶的选择包含不同的发音。
当特定的琴弦触发器被接通时和弦表或音符表的直接内容(immediate content)被释放。这个指示和有关信号的初始/当前的速度的信息一起被送到合成器，该合成器有各种存储的音符分配给所选定的乐器以备弹奏。例如，有尼龙弦的古典吉他、爵士吉他、电吉他等。合成器的输出连接于一个内部放大器，该放大器能产生高压(瞬时100-130伏)。该输出直接到压电致动器。可以选择一个能得到高压的输出变压器或一个高压声频放大器。
琴颈显示器可以是固态的或由液晶显示器(LCDs)组成，设置在其侧面并直接朝着演奏者。每个显示器可以有一个字母数字字符以规定所要弹奏的音符或和弦根，例如，“#”一升号，“b”一降号以及某些特定的字符表示其他的条件。这个显示器证实被选定的音阶和capo的位置。该显示器可以是LCD、LDE、电子-荧光的或任何其它合适的类型。该装置的电子装置包括一个或几个微处理器，它能够扫描音品板开关装置和对照按压的音品解码手指的组合并从表上分配被弹奏的特定的和弦或音符。微处理器的其它作用是通过相关的驱动器控制显示，分析琴弦触发器的输出，控制和优化该装置的能源消耗以及自诊断测试等。
有一个合成器，合成器有一个存储器和产生音高包络线所需的其它装置，与所选乐器相关的所有的音符、不同模式的发音被存储在存储器。分析器可以包括，例如一个CPU和标准的编码声通道(soundport)。
该装置可以包括一个琴枕显示器和一个音孔显示器，琴枕显示器示出在所演奏的一个和弦中的该根弦(root string)，音孔显示器指出被演奏的当前和弦或音符和其它功能信息。
本发明的一个实施例的可描述的次要优点包括a)可做为一种声学吉他弹奏或作为一种电吉他弹奏；b)高品质的声音；c)包含广泛的发音丰富的程序库，切容易访问；和d)相当于普通范围两倍的确capo特性，同时容易演奏。
一般地说，该装置包括一个计算机程序，起初建立作为一个高水平模拟并且后来进入一个嵌入(embedded)系统。吉他手弹奏的和弦发音一般选择是作为一个系统分析和设计，因而当一个吉他演奏者弹奏时，发音选择和声音引导是自动的，但要有演奏着最基本的指示。这为吉他提供了一种从和弦到和弦的像吉他的音乐运动，无需专门的努力、经验或理解。
这种装置与现有技术形成对比，现有技术在极大程度上，包括适于琴弦阵列的机械零部件。这琴弦阵列受机械旋杆和旋钮的物理结构所限制。根据本发明的吉他没有这些限制。它能以一种完全抽象和新颖的方法标记解码的指法弹拨。
已经如此描述了本发明，现在请参考图示最佳事实例的附图。
图2是本发明的真正(solid)主体吉他形式；图3是

图1的侧视剖视图；图4是该装置的一个框图；图5是关于不同频率的声板标记；图6和图7压电产生的声板振动；图8是一个最佳实施例的剖面图，具有连接于声板的压电元件；图8a是图8的装置的放大图；图9是一个实施例的剖面图，具有一个内部尾片；图9a是又一个实施例的尾片的放大图；图10是具有平行臂的尾片的放大图；图11是为了清楚起见，去掉声板部分后的俯视图；图12是被具有不平行臂的尾片放松了的琴弦张紧机构；图13是该装置的剖面图，具有一个内部扬声器，该扬声器堵在音孔上；图14压电座架的结构；图15是一个模压的指板，具有分段的音品和琴颈显示器窗口；图16是组成琴枕显示器的透明琴马和LED；图17是琴颈的剖面图，具有模制的指板和PCB，PCB具有元件；图18图17的指板纵向剖面图；图18a去掉部分零件后图18的剖面图；图19-21是琴颈和具有连线的(wired)音品的指板的总的结构图；图22是一个压电座架的详图，每根弦有一个独立的通道；图23是图22的剖面图；图24是图23的放大图；图25至30是与钢丝音品概念相关的指板开关装置的示意图；图31是示意的手指位置识别电路，在音品之间有电阻梯架；图32是具有导电阻抗琴弦的示意的手指位置识别电路；图33是压电传感器前置放大器的示意图；图34示出用真实的振荡琴弦整形MIDI合成器输出信号的方法；图35是MIDI音符整形示意图；图36至38示意地示出琴弦触发规则(algorithim)；
图39示出音符接通和断开、音高偏差和弦符速度的规则；图40是曲调和和弦模式之间开关的详细规则的示意图。
类似的数字表示类似的元件。
具体实施例方式
参考附图，图1所示为典型的吉他，它有一个琴身10、音孔12、指板14、音品16、琴颈18、琴弦20、琴头22和弦轴24。琴弦20终止于琴马(bridge)26。吉他10的电形式(version)示于图2，其音孔被本领域所熟知的传感器28所代替。
琴马(bridge)26连接于音板30，如图5所示。该图示出了吉他10的音孔壁，为了清楚起见，去掉一些零件。总的来说，琴弦的振动是通过琴马26在音板上产生声音来传送的。在该实施例中示出，一列压电致动器32固定在音板30上，因而使音板挠曲并产生声音。音板的挠曲示于图6和图7。压电致动器的安装示于图8，图8a是其放大图。图8a仅仅示出一个压电，每个以电晶体包括一个电极36(虚线)安装在金属板40上，金属板又固定在音板30上。
参考图14，压电致动器32接受琴弦20的振动信号，该信号被连接于座架48的压电单元传送。
可以采用任何已知的吉他传感器，包括磁的、光的或压电的等等。在本发明中，最好用压电传感器座架48，做成扁平可变形的PCB形式，具有至少一个电极可导电层，例如铜。座架48上的窄缝52将座架分成与琴弦20相关联的若干段56。每一段56(最好是由琴弦的张力作用压住)有一个晶体压电元件44连接在其上。琴弦的振动产生琴弦张力的振动并在具有压电单元44的PCB段产生相应的挠曲动量的变化。这样压电单元44产生电信号。以这种方式压电致动器32接收压电单元44的电信号并引起音板30的变形。该信号的放大将在下面讨论。
图22和图23更清楚地示出了琴弦20、压电单元44和弦板30的之间的关系。电路连接60将压电单元44电连接于下面将要讨论的带状电缆64。如图所示，琴弦20越过PCB座架48被张紧并终止于常规的靠摩擦保持在琴马26内的孔塞或销子68上。
图24示出一个座架48的放大图，琴弦20越过第二金属板72的琴弦20在座架上，还有一个与琴弦20接触定位的琴弦接触板76。
图13示出按照一个实例的吉他的纵向剖面图。电源80设置在该吉他的琴身内。该电源是一个电池系统，它可以重新充电以向吉他的元件供电。任何已知的合适的电池装置均可使用。电缆84从电源80延伸到安装在琴身内的主板88。前面提到的第二电缆64从座架48延伸到主板88，而第三电缆从指板14延伸到主板88。一个扬声器96被定位在靠近音孔12，其功能之一是作为一种产生声音的转换器。扬声器与主板之间的连通由电缆100实现。
再参考图14，还有多个用于选择和弦和音符的选择开关。图17示出指板的剖面图，其中导电的橡胶元件104和108位于音品16的两侧。图18示出音品系统的放大详图。一个PCB112在音品16的下面并包括电元件116用来转换/传送来自音品的信号。单个的音品16和PCB112之间的连接用电连接器120实现。
音品可以是连续的或分段的，如图18和18a所示，并标以数字124。为了转换所选定的和弦/音符，一个可视显示器128安装在指板14附近，如图19所示。该显示器的一个例子是LCD显示器。
参考图19-21，显示器128包括一列单个窗孔132，它们在指板14侧面的纵长方向靠近音品，当琴弦(该图未示出)与音品16接触时以显示被弹奏的音符或和弦。音品16与选择器开关104接触并通过PCB112由导线136与主板接触。
在本发明的示于图9-图13的另一个实施例中，有一个U形尾片100′，适合于将琴弦20从安装在吉他琴体10内的音板30上脱开。该尾片100′有可弹性变形的长臂102′，一个基板报104′和一个远臂106′。基片104′用固定件108′固定在琴体的后内支撑块10′。一个垂直短杆110′固定安装在臂102′的一端，并安装成通过安装在臂106′终端的引导件112′可选择地滑动。短杆110′摩擦地保持在一个选定的位置(图10)，其中琴弦20不固定到音板30，或作为一种选择，可采用一种选择性的可接合锁定(图9a)。在图9a，一个斜支柱件114′清楚可见，为了清楚起见，尾片100′的一些零件被去掉。该支柱件114′可转动地连接于臂102′的一端，并且在图9a的实施例中，相对的端螺母116′将螺杆件118′容纳于其中。螺杆件118′通过支撑块10′伸出，当转动时或将螺母116′移近或远离支撑块10′。这一运动传给支柱件114′，它使短杆110′向上或向下。图13琴弦的张紧可以因琴马26的抬高而减低。当琴马26被抬高时，琴弦20的振动不回被音板30敏感，并且琴弦振动敏感装置(传感器)(图中未示)和输出装置、驱动音板的压电(未示)之间的返馈回大大减少。
图4是整个系统的框图。指板开关装置用140表示，并用扫描器和编码电路114连通。微处理器148接收它们的信号并用和弦表152和曲调表156连通。表152和表156用开关160是可开关的，后者用与微处理器148连接的和弦曲调识别装置164控制。琴弦方框168有被与拾音方框172拾起的信号，拾音方框172与方框164和触发系统176连接。合成器整形器180整形来自方框176的信号并且该信号被合成器184和188进一步正形。有一个混合方框192，方框192与放大器196连接，而放大器196可被控制方框200调制。一个转换器204将信号转换成可被扬声器或压电听到的声音信号。供电方块216给系统、灯泡220、显示器等等提供电能。
按照本发明的触发系统将被更详细地描述。图25-30示出触发系统的各种实施例。图25示出的实施例哟一个真正(solid)音品16和琴弦20。来自音品16和琴弦间隔之间的信号被传送到音品扫描器，在图4所示作元件144。图26所示的实施例有分段的音品16，前面有关图17a的讨论适用于此。分段的音品16有多个单个的二极管，他们产生的信号以图25提出的类似方式送到扫描器144。
图27示出指板和琴弦之间的琴弦信号形式的又一个实施例。在这个事实例中，音品16有多个单个的电阻214。图28示出另一种变化，其中图27中的电阻214被电容218所取代。图29示出一琴弦和指板系统，其中琴弦20阻抗琴弦20。至于图30示出当按压时一根琴弦与两个音品接触。
图31和图32更清楚地示出了琴弦20之间的电阻214和电阻214相对于音品16的位置。图31示出电路的示意图和电阻和电容的参考数值。图32类似地示出图29中的阻抗琴弦的电路的示意图。
参考图33，电路222示出了安装在座架48上的压电单元。电路222有常规的电阻电容序列、运算放大器和二极管。电路222的功能是用做最终将送给图4所示的触发系统176的信号的前置放大器。
图34是MIDI厅符包络线形成器的示意图。该图示出了琴弦20、位于座架48上的压电单元。从压电单元上接收的信号传送到前置放大器电路222并通到触发电路176。这些信号送到中央处理单元148和MIDI合成器184。该信号然后被送到门电路188，最终输出。
图35示出一列表示时间的曲线作为琴弦振荡输出函数。该图将琴弦振荡包络线描述为时间函数和前置放大器电路的输出。在该图中输出是一上升曲线并随时间慢慢地衰减，也将门电路188的输出做为时间函数与MIDI音符的格式一起作为已经通过门电路的时间函数。
图39示出一列表示放大输出的曲线作为整形信号的的、事件的、MIDI接通和MIDI断开的、微分信号速度和弦高偏差的时间函数。
图40示出两条曲线，其中示出和弦识别系统。在本说明书中已经注明琴弦为1-6。琴弦1在该吉他的配置上是最低弦，当它被使用者弹拨时。琴弦6是最高弦。图40示出琴弦6-1的信号幅度的时间函数且相应的时间段撒为相应的MIDI信号。
和弦识别系统采用机械算法实例，它包括如下的一个降调(downstroke)实例。
例1如果t1＜t，，当t是一个特定的时间段时那么其余的弦产生一个和弦。当t1大约等于t2时，那么其余的弦产生一个和弦。如果t≤t延迟，那末上调(upstroke)被识别为一个和弦。如果t≥t延迟，则该吉他转变成一个曲调模式并等待来自低弦6、5等的指令。
本发明的曲调识别系统是基于该算法，除非该和弦模式被所装琴弦序列所识别，至少是弦1至弦5所识别或被在曲调模式中所规定的其它弦所识别。图36-40示出了规则系统(algorithms)。
已经对本发明的电路和元件做了总的描述，下面将对各部分做更详细的描述。
关于触发电路176，由于这个电路的复杂性，采用了两个并行的音符接通和断开方案。来自传感器的信号或被缓冲后直接送到中央处理器88(图13和图4的方框148)的模拟输入端，或用设计成引出触发(音符接通)模拟电路和来自被室音的琴弦20的信号的音符断开格式处理，然后送至中央处理器88的模拟输入端(未示)。每根琴弦的LED126表示和弦根。显示器可以用透明材料如PVC、玻璃等制造，它的形状这样选择，是它直接朝演奏者从LED点亮。
该吉他是和弦定向吉他，将一个单个手指按压在一个音品16上从六族中选则一个全音阶的和弦；两个手指选择附加的和弦或和弦修饰；而第三个手指可以选择每个和弦的六个或八个变种中的一个。由按下开关104实现的编程的和可访问的附加操作允许具有曲调音符、低音音符的和弦装饰，或作为标准的(电子)吉他操作。像普通的吉他，音品选择音符或随便弹拨发音的和弦。
在使用中，音符用弹拨琴弦20来演奏。每根琴弦20有一个将被弹奏的音符，由当前的和弦或曲调模式的音符决定。将一个或多个手指压在手指位置上(弹奏)发出和弦。可以选择，和弦可以是“粘性的”，即持续的和弦(default模式)。在这种情况下，该和弦被保存并继续发音直到下一个和弦被弹奏。
该乐器敏感音品，但演奏者通常将手只放在音品之间。它称做指位或指法(fingering)。在普通吉他上，比较靠近琴身的音品决定了琴弦的长度和它的音高。在本发明中，左右音品很重要。该乐器敏感音品16和亲弦20之间的电接触(图30)。当一个手指按下琴弦20时，两个音品16与琴弦20接触。在琴弦末端只有一个音品接触。这有软件来补偿。
当两个手指通过一根琴弦，每个手指两边的两个音品16将接触，而且在之间的任何或所有音品都将接触。在大多数情况下只有两个手指能可靠地接触在一根琴弦20上。
和弦被作为六个因符存储的处理器88的存储器中，一个和弦对没每根琴弦20，和一个可选择的第七因符是低音音符。十二个和弦沿吉他的琴颈分布，每个泛音因高为八度。和弦可以沿琴颈重复或它们可以属于两个八度和弦。当前和弦可以在音孔中显示。每个指位的基本音符名称沿琴颈显示在琴颈显示器中。
和弦分布的算法有两种。第一中选择是将所有可能的和弦存储在一个完整的和弦表152中，在当前的弹奏中用弹拨琴弦确定的序列将其重新弹奏出。另一种选择是用从使用和弦图的根和弦发生和弦。在这种情况下，12个和弦通常从使用和弦图的5个根和弦发生。和弦图1、2、3、4、5、6和12个根和弦被编程。
每根琴弦20被赋于不同的和弦族。在标准和弦表中，琴弦可以有如下的和弦族1大调2第七3大调第七4小调5第七变调(altered)6大调第七降半音5将第二个手指按在选定的基本和弦的若干个修饰形式之一上。例如。每个和弦可能有8个修改，通常排列为音品n n+1 n+2 n+3琴弦m 根 acc 模式1模式2m+1solo 模式3 模式4模式5m+2exit 模式6 模式7模式8八度和弦有若干中排列。通常，全音阶的7个音符沿琴颈重复，如C、D、E、F、G、A、B，如同它们是钢琴上的白音符。另一种选择是用所谓的“循环5”体制，其中泛音音阶的12个和弦排列成F、C、G、D、A、E、B、Gb、Db、Eb、Bb或C、C#/Db、D、D#/E、F、F#/Gb、G、G#/Ab、A、A#/Bb、B等。由于当前这种排列，一个全音阶占7个指位，但附加音符(泛音音符不是全音阶的)不出现。为了实现这些音符，两个相邻的指位同时出现(类似于钢琴上的黑音符)。模式1和模式2的音符不能修饰附加音符。
在独奏(solo)模式中，单个音符与和弦一起弹奏，因而可以弹奏曲调。一种选择是弹奏单个音符，例如在琴弦1和2上。当没有手指按在独奏音符琴弦上时，可以用这根琴弦弹奏适当的和弦音符。独奏模式由按下一个根(必要是加上附加音符和修饰音符)而进入并且同样的指位在下一根琴弦上。由按下一个根(必要是加上附加音符和修饰音符)而退出独奏模式并且同样的指位在第二根琴弦上。
在一个选择，是除了第6弦的任何弦20可以弹奏曲调模式，并且从第6琴弦开始，向下弹奏琴弦时产生对和弦模式的开关。在这种情况下，第6弦总是音符作为由指位确定的和弦的一部分，并且当第6弦一被弹奏其余的弦就被重新赋于那个和弦。
当两根弦或更多弦20之间发生触发事件时微处理器88分析时间延滞，如果这个时间小于某个预顶的时间，琴弦20被重新赋于和弦。
当演奏和弦时为了使演奏者能继续上下弹奏，在一个向下弹拨之后高弦(1-5)在和弦模式保持一特定的时间。当此特定时间消失后或当所有的弦成为哑弦(弦无触发事件)高弦自动转换成曲调模式。
模式之一是所有的弦都在曲调模式并且所产生的音符决定于普通吉他的弹奏。琴弦本身可以在曲调之外，但合成器将产生适当的音高。以相应的键，任何键可以被选在该乐器上。由于没有选例如C、E键，按琴弦1的任何指位，并且同样的位置例如第5弦上，将选定的音符放在靠近琴枕并沿琴颈显示该音符。按在琴弦1的任何指位上，并且同样的位置在第6弦上，将选定的音符放在靠近琴枕但不改变该音符沿琴颈的显示。
设置是由按下琴弦下一个到最后一个指位实现，或由设置在琴弦之间的开关来实现。可以得到6种主要的设置。
用类似于真实吉他的方式可以设置capo，例如在第6弦上按下的最后一个指位和任何指位，除最后一个，或用机电开关或选择器来设置。
另一个模式是独奏吉他模式。在吉他模式中，独奏吉他模式，或在被赋于成吉他弦的任何琴弦上，定音品的行为如同在常规的吉他上，允许通常的吉他指法和演奏，包括为了使琴弦发声在琴上弹下。在吉他模式中开(open)弦也是可演奏的。和弦表的例子列在下面和弦表的例子给出如下&5＝1{CG2 C3 E3 G3 C4 E4. C3|majGG2 B3 D3 G3 B4 G4. G2DD2 A3 D3 A4 D4 F#4.D2AE2 A3 E3 A4 C#4 E4.A3EE2 B3 E3 G#3 B4 E4.E2}&5＝1+1{CG2 C3 D3 G3 C4 D4|sus2GG2 C3 D3 G3 A4 G4DD2 A3 D3 A4 D4 E4AE2 A3 E3 A4 B4 E4EE2 B3 E3 F#3 B4 E4}&5＝1+2{CG2 C3 F3 G3 C4 F4|sus4GG2 C3 D3 G3 C4 G4DD2 A3 D3 A4 D4 G4AE2 A3 E3 A4 D4 E4EE2 B3 E3 A4 B4 E4}&5＝1+3{CG2 C3 F#3 G3 C4 F#4|#4GG2 C#3 D3 G3 C#4 G4DD2 A3 D3 A4 D4 G#4AE2 A3 E3 A4 D#4 E4EE2 B3 E3 A#4 B4 E4}&5＝1+4{CG2 C3 G3 G3 C4 G4|no3GG2 D3 D3 G3 D4 G4DD2 A3 D3 A4 D4 A5AE2 A3 E3 A4 E4 E4EE2 B3 E3 B4 B4 E4}&5＝1+5{CG#2 C3 E3 G#3 C4 E4|augGG2 B3 D#3 G3 B4 G4DD2 A#3 D3 A#4 D4 F#4AF2 A3 F3 A4 C#4 F4EE2 C3 E3 G3 C4 E4}&5＝1+6{CG2 C3 E3 A4 C4 G4|6GG2 D3 G3 B4 E4 G4DD2 A3 D3 A4 B4 F#4AE2 A3 E3 A4 C#4 F#4EE2 B3 E3 G#3 C#4 G#4}&5＝1+7{CG2 C3 E3 G3 B4 E4|maj7GG2 B3 D3 G3 B4 F#4DD2 A3 D3 A4 C#4 F#4AE2 A3 E3 G#3 C#4 E4EE2 B3 D#3 G#3 B4 E4}&5＝1+8{CG2 C3 G3 B4 C4 F#4|maj9(#11)GG2 D3 G3 A4 C#4 F#4DD2 A3 E3 A4 C#4 G#4AE2 A3 G#3 B4 C#4 G#4EE2 D#3 G#3 B4 F#4 A#5}&5＝2{CG2 C3 E3 A#4 C4 E4.C3|7GG2 B3 D3 G3 B4 F4.G2DD2 A3 D3 A4 C4 F#4.D2AE2 A3 E3 G3 C#4 E4.A3EE2 B3 D3 G#3 B4 E4.E2} &5＝2+1{CG2 C3 D3 G3 C4 D4|sus2GG2 C3 D3 G3 A4 G4DD2 A3 D3 A4 D4 E4AE2 A3 E3 A4 B4 E4EE2 B3 E3 F#3 B4 E4}&5＝2+8{CG2 A#3 E3 A4 D4 F#4|9(#11，13)GG2 A#3 F3 A4 C#4 E4DD2 E3 F#3 B4 C4 G#4AE2 C#3 G3 B4 D#4 F#4EF2 D3 G#3 A#4 C#4 F#4}&5＝3{CG2 C3 D#3 A#4 C4 D#4.C3|min7GG2 A#3 F3 A#4 D4 F4.G2DD2 A3 D3 A4 C4 F4.D2AE2 A3 E3 G3 C4 E4.A3EE2 B3 D3 G3 B4 E4.E2}&5＝6+8{CG2 C3 D#3 A#4 D4 F#4|min9b5GG2 A#3 C#3 A4 D4 F4DD2 G#2 E3 A4 C4 F4AD#2 G#2 G3 B4 C4 E4ED#2 C#3 E3 G3 A#4 F#4}注意&指琴弦，＝音品，以及+修饰音符的数目。
节拍器ISR为乐器提供了一般的节律，保持时间流逝的轨迹，并触发需要的IO动作。它操作起来可快到所希望的最快动作，琴弦触发的ADC，六根琴弦中的每根弦采样约为1000-4000次/分。节拍器有固定的节律，所控制的各种动作为其固定节律的次倍量。
HC16上的ADC有8个输入。其中6个用作来自压定晶体传感器琴弦触发输入，另外2个用来做2个8路输入模拟多路器，提供6对阻抗性衣品传感输入，另外4个输入供Whammy和MIDI音量控制之用。
本发明制造为一种声学(acoustic)吉他或真正的(solid)吉他的形式，有如下的常规特点琴枕的升高动作和一个用于发声形式的内置尾片、为音品装金属线、固定琴颈显示器和琴枕LEDs的槽以及用来装电池盒和控制板的切口。一般来说，吉他有18-19个有效的音品。
稍稍抬高是改进敏感两个手指按在具有有线音品的琴弦上所必须的。一般的吉他，为了减少将琴弦按在音品上所需要的压力，琴弦在琴枕端离音品板尽可能地近，但在琴马(bridge)端抬高，因而琴弦的振动将不会振动被按住音品与琴马(bridge)之间的音品。为了适当地敏感弦上的2个手指，需要升高琴枕和增加的压力来将琴弦保持在音品上，以确保琴弦在各个方向上不会触及其他的音品。
可选的是，每根弦都可作为一种光纤波导。当被按压于一个(透明的塑料)音品上时，一些光将会透过边界泄漏，因为音品和弦有相似的折射指数。当音品被按下时光被探测到。在环境光存在的条件下操作，可以利用代码信号和带有过滤器的或红外/紫外光源。
操作的功能描述当吉他被弹奏时，它打开吉“缺省”模式。“缺省”意味着每次接通乐器时，乐器打开都呈预选状态的同样设置。吉他有5种不同的模式可供选择，其中吉他模式为缺省的模式。使用标准的“do re mi音阶”的全音阶被选为缺省的音阶。键“C”(DO)被选为缺省的键，被自动安装在(第八)主音品上。第16主音品位于琴颈中点附近。作为一个基点(roundhouse)，不同的键根据需要旋转。第16主音品的左边有7个音品，右边有12个音品。最后一个音品，第19音品，只用来在不同的模式之间切换，另外18个音品作为弹奏之用。琴颈显示器128包含了14个根合音，范围从琴颈的最左边到琴项与琴身连接处。在缺省模式下，琴颈显示如下CDEFGABCDEFGABCDEF主音品用C(斜体)表示，符号CDEF(斜体)表示琴项与琴身连接处的音品。尽管根和弦符号CDEF不出现在琴颈显示器，但仍然是激活的音品，使用时与其它音品相同。如果弹奏者忘了根和弦符号，只要记起以主音品开始，它们和前四个琴颈的显示器的根和弦符号相同即可。不管涉及到哪个琴弦，该规律都适用。第8个音品表示缺省键“C”。
对于那些熟悉DO RE MI体系的人来说，以下等同于ABC系统。
C＝DO D＝RE E＝MI F＝FA G＝SOL A＝LA B＝SI正常情况下，和弦符号如没表明是大或小和弦，则理解为大和弦。例如“F”、“C”、“F#”等都是大和弦。大写字母“M”用来表示大和弦，缩写为Maj或M.小写字母“m”用来表示小和弦，缩写为min或m.升音号#将音符的音高升高半音，降音号b将音符的音高降低半音。3/4意味着3(3)个节拍，4/4意味着4(4)个节拍。
为了在吉他弹上奏和弦，只需在任何音品上按下琴弦20，并随便弹拨。可以用手指拨弦，但用拨子拨弦可能会有更好的效果，因为这样更肯定拨弹了所有的6根弦。
尽管可弹奏任何所选的键，但弹奏安装在主音品上的键更为容易。如前所述，吉他上缺省的键为“C”，但是可将12个键中的任何一个安装在主音品上。将键(根和弦)安装在主音品上的优点之一是不管选择什么键在和弦的相对位置弹奏，指法总是一样的。键“C”，吉他的缺省键，被认为是最容易弹的键，因为该键无升调和降调之分。当将任意何个键装在主音品上，相当于总在弹奏键“C”。换句话说，弹奏“Gb”、“C#”、“Ab“、“F”或十二个键中的任何其他一个，其指法和弹奏键“C”的指法一样。弹奏者不需要改变指法来协调任意键或音阶上的声调或降调。该功能由吉他的微处理器来实现。缺省模式下，琴颈的显示器表明了十二个和弦根(键)中七个的位置。CDEFAB。这七个键是最常用的，十二个键均可以同样的方法安装在主音品上。
将键安装在主音品上按如下方式进行，迅速在按下与琴颈显示器符号A相邻的同一音品内的1弦和3弦。这样就将A键安装在主音品上了。琴颈显示器会显示全音阶”A”主音阶“A”、“B”、“C#”、“D”、“E”、“F#”、“G#”、“A”。这是适于弹奏者唱和弹的键。如果希望恢复到缺省键“C”，只需按上述方法安装，与其他键一样。
使用两步安装法只有一种理由。可实现在一个键上读和弦符号，而实际上在另外一个键上弹奏。当一个键上所写的一段音乐不适合一个人的唱声时，两步安装法允许弹奏者将所写音乐片断的键安装在主音品上，因而弹奏者可读出和弦符号，而实际上所弹的为另外一种不同的键。这里的例子使用了Amazing Grace的音乐片断，歌曲使用的是2##(声调)，“D”键。前两步的第一步是如前两段所描述的将“D”键安装在主音品上。琴颈显示器现在则会显示全音阶“D”主音阶“D”、“E”、“F#”、“G”、“A”、“B”、“C#”、“D”。完成这一步后，将会选择一种更想要的键，后面将会描述。作为一种例子，选择“F”键。第二步，是迅速按下同一音品内的靠近琴颈显示器的符号“F”的第一和第六弦。这种情况下，键“F”将保持它在琴颈显示器原来的位置，但是“F”符号附近会出现一点，指示“F”键是激活键。尽管主音品仍指示“D”键，但实际上所选的为“F”键。所有这些结果是，弹奏者可读出写在“D”键上的和弦符号，实际上是在“F”键上弹奏和演唱歌曲。
以下为出现在指板末端的和弦系谱(families)，位于音孔之右。每个和弦谱对应于一个特定的弦，如果要寻找特定的和弦，可使用吉他表格系统。只需用指板末端的六个和弦系谱之一，列出琴颈显示器指示上的根和弦，按下轴会聚的弦，然后弹奏。如图7，C第七小和弦为会聚的一个例子。如果想确证弹奏的和弦，只需看看音孔显示器。一旦按下弦来弹奏和弦，并不需要一直按着。这是一个非常大的优点，因其它允许弹奏者有更多的时间为下一个和弦摆好位置，而继续弹奏上一个曲子。


当弹奏者按下一个根和弦时，一束光辉出现在根(nu/root)指示器中，表明具有根音符的弦。若使用底部的弦作为低音符，则应先弹奏该弦。
用左手的一根手指，可弹奏每个音符的六个和弦，即，六个不同的C和弦，C大和弦，C第七，C小第七等。六个不同的D和弦，六个不同的E和弦等。使用左手的两根手指，则可弹奏每个根和弦的另外九个和弦。为了弹奏这些和弦，弹奏者必须按下并按着一个根和弦和根和弦右边的另外一个音品。这些另外的音品位置被称为辅助性修饰符，使用这种方法获得的和弦为修饰性和弦。根和弦必须在辅助性修饰符之前被按下，但时间差只应为千分之几秒。修饰和弦在整个指板上除最后一个音品(19th)外与根和弦一致。既然在音乐音符体系中有12个音符，吉他上有6根弦，将需要72幅不同的图来显示整个系统。
这个图形显示器适用R作为一种代表符号来表示不同的根和弦，显示修饰和弦和根和弦的关系。不管是什么，或在什么地方，在真个系统中都是一样的。
关键的标记(一些升调#或降调b和标准3/4，4/4等)可在音乐表格的第一栏中发现。判断一个关键的标记表示大键或小键的简单方法是看谁常出现，大和弦或小和弦。如关键标记两个##，多半为”D”大和弦，表示”D”键。如果多半为”B”小和弦，表示”B”键。
如前所述，半调偏差总可用同样的方法获得。按下并按着同一根弦上两个相邻的音品会在它们中间产生半调偏差。例如C&D＝(C#/Db)，D&E或D&Eb(E或Eb)取决于所用的音阶。四种不同的音阶如下所有的弦半阶 弦1比弦2高出一个八音阶弦1&2 主音阶弦3&4自然小音阶 弦3比弦4高出一个八音阶弦5&6和谐小音阶 弦5比弦6高出一个八音阶如要使用主调(Melody)模式，则必须按下根和弦及其同一音品内相邻的弦。如果只拨根和弦的第一根弦，则只能弹奏单一的音符。该音调将会成为基音(主音调)。例子如下C代表任意“C”根和弦，F代表任意“F”根和弦等。这将允许弹奏者在进入主调(Melody)模式时选择所提供的任意的音阶，琴颈显示器显示正在弹奏的音阶的音调。
在主调(Melody)模式，主(第八)音品会闪烁而与之相邻的左边七个显示器和右边十二个显示器保持稳定状态。这种稳定/闪烁状态正好与吉他和弦模式相反。这种状况总会与所处的模式对应。
吉他有两种标准的吉他模式，G1模式和G2模式。
在G1模式，除了以下几点，又回到了普通吉他。
1)吉他声音经过电子产生和放大。
2)弦处于低张状态，并3)琴颈显示器、音品/根指示器，声音指示器(sound holddisplay)都被激活.
除了这些，该乐器如同一个普通吉他。必须使用普通吉他的指法来弹奏和弦和弦阶，为了进入模式G1，弹奏者必须同时按下第十九音品的弦1和弦2。
在G2模式，吉他回到了普通吉他。激活控制杆使断音装置失活。下一步，必须调弦至EADGBE。吉他有内置的标准吉他调音帮助。按下第十九(最后)音品的弦1和弦4，将会使吉他转向调音模式2。
权利要求
1.一种乐器，其特征在于该乐器包括一个有琴弦安装在其上的乐器主体；敏感所述琴弦的振动的琴弦振动敏感装置；一个中央处理单元；一个细长的指板，具有识别手指位置的指位识别系统；存储预编程的音符及和弦的存储装置；用于从所述的存储装置传输振动信息的输出装置；电路装置，连接于所述的输出装置、所述的琴弦振动敏感装置、所述的中央处理单元、所述的指位识别系统和所述的存储装置，以确定所述琴弦的振动包络线，因而使者预期的音符或和弦的强度被传输到所述的转换装置。
2.根据权利要求1所述的乐器，其特征在于所述的乐器主体包括一个真正(solid)吉他。
3.根据权利要求1所述的乐器，其特征在于所述的乐器主体包括一个具有声板的主体。
4根据权利要求3所述的乐器，其特征在于所述的声板是由木头制造的。
5根据权利要求1所述的乐器，其特征在于所述的乐器体包括一个声学(acoustic)吉他。
6根据权利要求1所述的乐器，其特征在于所述的乐器主体包括一个古典吉他。
7根据权利要求1所述的乐器，其特征在于所述的琴弦振动敏感装置包括压电致动的传感器。
8根据权利要求1所述的乐器，其特征在于所述的琴弦振动敏感装置包括光学致动的传感器。
9根据权利要求1所述的乐器，其特征在于所述的琴弦振动敏感装置包括磁致动的传感器。
10根据权利要求3所述的乐器，其特征在于所述的输出装置包括一个与所述声板相连接的元件，该元件选自由压电元件、声频喇叭、外部放大器、耳机或驱动器组成的一组元件。
11根据权利要求1所述的乐器，其特征在于所述的细长指板包括敏感使用者手指位置的单个的音品。
12根据权利要求11所述的乐器，其特征在于所述的音品是有线音品。
13根据权利要求11所述的乐器，其特征在于所述的每个音品有相应于一根琴弦或一组琴弦的多个隔离的分段。
14根据权利要求1所述的乐器，其特征在于所述的琴弦是导电琴弦。
15根据权利要求1所述的乐器，其特征在于所述的电路装置包括ON/OFF信号分析装置，用来确定某根琴弦是否被弹拨。
16根据权利要求15所述的乐器，其特征在于所述的信号分析装置包括琴弦振动的检波包络线。
17根据权利要求16所述的乐器，其特征在于所述的琴弦振动包络线由一个低通滤波器和微分电路处理以产生音符和所述音符速度的ON/OFF信号。
18根据权利要求1所述的乐器，其特征在于所述的乐器包括一个自容式电池装置。
19根据权利要求2所述的乐器，其特征在于所述的吉他包括一个琴颈，所述的琴颈有向使用者显示和弦、音符或一个根弦的可视显示装置。
20一种吉他，其特征在于所述吉他包括一个有琴身和弦品板的吉他；多个安装在音品板上的导电音品；多根导电的琴弦；一个敏感琴弦振动的琴弦振动敏感装置；一个中央处理单元和存储预编程的和弦和/或音符的存储装置；包括声板的输出装置，该声板有至少一个安装在其上的压电的电驱动器装置；电路装置，连接于所述琴弦振动敏感装置、音品、所述琴弦，装置用于确定使用者的手指在所述音品板上位置的装置和访问所述用于预编程音符和和弦的存储器装置，和用于确定所述琴弦振动包络线的分析装置，因而使用者所想要的音符强度和和弦音符序列由弹奏的音符从所述存储装置被输送到所述的输出装置。
21根据权利要求20所述的吉他，其特征在于所述的吉他有一个琴颈，所述琴颈有显示至少一个所述音品或琴弦的可视显示器以指示手指在所述音品板上的位置。
22根据权利要求21所述的吉他，其特征在于所述的显示器是LCD、LED或电子发光显示器中的一个。
23根据权利要求21所述的吉他，其特征在于每个音品和琴弦包括所述的新式显示装置。
24根据权利要求20所述的吉他，其特征在于所述的琴弦安装在一个琴马上，所述琴马安装于靠近声板。
25根据权利要求24所述的吉他，其特征在于所述的吉他还包括琴马移动装置，有选择地相对于声板移动所述琴马以减少琴弦振动的敏感。
26根据权利要求25所述的吉他，其特征在于所述的琴马移动装置包括包括一个安装于所述琴马的支柱(strut)件，和一个安装于所述支柱件的可变形臂。
27根据权利要求26所述的吉他，其特征在于所述的可变形臂安装于所述吉他的琴体内，以便弹性变形。
28一种从吉他上产生电声的方法，其特征在于该方法包括以下步骤提供一把吉他，它包括信号传感器和一个音品板；有采样和弦、音符或和弦谱的存储装置；在所述吉他上的导电琴弦和弦品；显示手指在所述音品板上位置的指位识别装置；分析琴弦振动速度、状态和被弹奏的音符序列；将被弹奏的音符与所述存储装置中的音符相比较；确定所述琴弦的振动状态和速度；根据确定的速度和比较的音符产生一个信号；将所述的信号传输给输出装置以产生该信号的声音。
29根据权利要求28所述的方法，其特征在于所述音符的包络线是有所述的速度形成的。
30根据权利要求28所述的方法，其特征在于该方法包括由至少一根所述琴弦导致的所述导电音品的致动形成(产生)一个和弦。
31根据权利要求28所述的方法，其特征在于所述产生信号的步骤包括用放大装置放大所述信号。
全文摘要
一种吉他,适于与电池一起使用,它具有一CPU和一个存有和弦表和曲调表的存储器。该吉他具有导电琴弦和导电音品和一个为弹奏者识别的指位识别系统。琴弦的振动由压电单元敏感并且被放大。通过使用压电单元,振动的强度能被保存且音符/和弦的声音的包络线保持在弹奏者希望的强度。
文档编号G10H3/26GK1346485SQ00805895
公开日2002年4月24日 申请日期2000年2月2日 优先权日1999年2月2日
发明者U·法萨诺, P·奥库洛夫, J·P·帕拉迪斯 申请人:吉创公司