专利名称：用于显示要被按下的乐器琴键的设备的制作方法
概括地说，本发明涉及一种可放置于键盘乐器上显示演奏情况的设备。具体地说，本发明涉及一种即时显示演奏者所要按下的琴键的设备。
美国专利US3722352和US4457203公开了用不同方法照亮正在演奏的乐器的琴键。美国专利US5907115公开了一种附加装置，用于传统的键盘乐器，一些发光二极管(LED)配置于该装置之上。在上述的三项专利中，琴键和显示元件之间，都是一个LED与一个琴键对应的。它们都以预先在存储器中储存的曲调为基础，也都是只使用发光类显示元件。
本发明是以输入声音信号为基础，为一个键盘乐器在弹奏乐曲时显示其要被按下琴键的设备。不同声音输入的泛音成分(overtone也被显示。
任何来自一个音阶与音乐参考标度(reference music scale)的声音输入偏差都被显示。因此本发明的一个目的是提供一种设备，使人们能够跟随来自其他表演者所演奏的乐器的声音或歌声，看到演奏者要按下的琴键。本发明亦可用于处理来自另一发声设备的声音，因而看见要按下的琴键。
本发明的另一目的是提供一种放置于键盘乐器上的设备，它让人看见音乐参考标度在声音输入音阶的偏差。
本发明的另一目的是提供一种放置于键盘乐器上的设备，它使人看见存在于一个声音信号的多个声音，以及每一个声音的音阶的和泛音成分。
本发明的一个不同目的是提供一种帮助学习琴键盘乐器的工具。
本发明还有一个目的是提供一种能令作曲家看见不同的乐器和音阶的相互作用(Interplay)的设备。
本发明是一种用于键盘乐器的设备。它既可以是乐器的一部分，又可以是分开放在琴键面上的附加设备。当作为附加设备时，定位部件在该设备上是可配合琴键形状的。定位部件可使该附加设备放在琴键上的适当位置。该附加设备可以组合成单一的长条，其长度覆盖所有的琴键，也可以分拆成为短节。当分拆为短节和并排放置时，它们可以被实际上连结起来。它们能彼此通信而作为一个单元工作。它们也能彼此不通信地工作，但是各自负责显示不同的音阶范围，并且本质上执行着同一个运算法则，所以它仍然是象单一的设备工作。
该设备包含一个声音信号输入部分，一个处理元件，一个显示部分和存储器。
该发明的声音输入部分可以是一个拾音装置，接收外部的声音。它也能接收来自不同电子装置的输入，例如MP3播放机，光盘[CD]播放机，乐器数字接口[MIDI]键盘或电子计算机。基本上，任何可以产生模拟或数字形式的声音的乐器或音乐装置都是可以被使用。它也能读出已经被储存在存储器中的声音数据。
输入的声音被传到处理元件，用于计算那些存在于声音信号里的频率组合成分。有很多不同的转换方法，把时域数据转换为频域数据，在这里都不深入地说明。举例来说，快速傅立叶变换(Fast FourierTransform)属于数字处理，而滤波器组(filter band)可以用数字或模拟元件实施。
从时间转换到频率后，我们可以发现在频域里频率组合成分都带有主要的高峰。组合成分是一个频率的简单倍数(泛音)的，都被一一整合，被一个最低的频率组合成分所代表，这就是该组的基本频率。群组(Group)的不同基本频率被分开地处理，使得该设备能够显示多个声音，这些声音是从声音输入的部分接收的。那些共同成为一组的组合成分的振幅象征着跟基本频率有关的声音特性。因此，这个音阶的显示将会反映出那些不同的乐器所产生的声音以及其它能影响泛音组合(composition)的声音产生条件。
至于从基频所得到的每个组群是与使用中的音调等级(tonal scale)作比较。举例来说，在十二平均音调中，中间音阶C(middle C)是261.3赫兹，而且每半个音阶(semi-note)是二的十二分之一次方，其值近乎1.06。还有其它的音调例如自然[Natural]和毕氏[Pythagoras]音调。
需要按的琴键正是最靠近基频的频率的一个音阶。相应琴键的一个或多个显示元件是被用来显示该音阶的特性。以音调为基础，那些在被显示的有关琴键元件的邻近显示元件是用来指示跟基准频率的偏差程度。
举例来说，一个基频是262赫兹的声音将会导致中间C调(middleC)的那些显示元件发光。元件发光是根据它的泛音组合。一个方法是用一个唯一的显示元件在那个琴键，或用不同颜色的多个显示元件来反映该基频的泛音组合。显示元件使用不同的颜色或亮度来反映每个泛音的强度。除此之外，像颜色的混合，基频的每个泛音是被指定一种不同的颜色所代表，而且颜色的比例以各自的泛音组合成分振幅为依据。此外，那些不同的泛音可以再被分拆成子组(sub-group)，这样当某个子组没有组合成分存在时，对应这个子组的显示元件就会完全黑暗。举例来说，假设那些泛音被分拆成为单和双倍数的泛音，而对于基频只用一个分开的显示元件，然后对于一个没有泛音的纯粹正弦波，只有基频的显示元件会光亮起来。单和双倍数泛音的显示元件都是黑暗的。对于一些乐器如果只有单数倍数或双数倍数泛音，只有基频的显示元件和另外两个显示元件中的一个会发亮，光亮和它的颜色反映泛音组合。在相邻向着较高的音阶音调显示元件是用作指示0.7赫兹的偏差。假设每个琴键只有一个显示元件，那麽该邻近较高的音调音阶显示元件便是对应于C#(C Sharp)的显示元件。它可以使用不同的颜色或亮度来指示偏差的程度。它也可以是属于一种固定的颜色，用暗淡和变亮的闪动速度反映偏差的程度。
在上面被描述的那些显示元件，在处理部分的控制下都被认为能够显示不同的颜色。它是从来自一个反射型显示装置，或一个发光装置，或一个连同光源的光阀所挑选出来的。它们可以有线条分明的分界线，例如LCD[液晶显示器]，或使用一个用于覆盖着显示元件的模糊分界的散光器(diffuser)。
本发明的上述和其它目的，结构和特征结合附图阅读本申请时就会显得更加清楚。其中
图1表示本发明的设备的方框图；图2表示两个本发明的设备排成一列放置在键盘乐器上的透视图；图3表示泛音的频率组分的图象；图4表示一个琴键一个显示元件的本发明设备的顶视图；以及图5表示一个琴键多个显示元件的本发明设备的顶视图。
现在参照附图通过实例说明本发明的设备。
首先参考图1，其中显示本发明设备的方块图，编号1表示声音输入部分。2表示处理部分，3表示显示元件，和4表示存储器。声音输入部分1与存储器4相连，以及与处理部分2相连。处理部分2的输入端从声音输入部分1接收声音信号，然后依次进行频率成分计算、分组处理和显示计算，处理部分2的输出端与显示元件3相连，处理部分2的另一个端子与存储器4相连接。
图2显示设备放置在键盘乐器的琴键上的情况。如图所示，两个设备20和30排成一列地放置，其覆盖范围比单一设备长。
图3表示该处理元件所用的主要方法。频率组合成分被检出(Detected)，而且每个接近基本频率的倍数的频率成分(泛音)都被分组。11表示第一个音阶和它的泛音，12表示第二个音阶和它的泛音，13则表示第一个音阶和第二个音阶的泛音的相互作用。
图4表示一个本发明的最佳实施例，这里表示只有一个显示元件与一个有关的琴键101。频率组合成分表示为在显示元件302的色泽，或是完全没有色泽地被显示出来。声音输入与标准音阶的偏差被附近的显示元件303的视觉效果表现出来。
图5表示本发明的另一个最佳实施例，每个琴键101都有一个对应的显示元件302。当有输入的声音符合着这琴键的音阶，这个琴键的显示元件就会发光。在对应那些琴键的显示元件之间是附加的显示元件305；它是用来显示那些琴键所代表的频率偏差。与每个琴键有关的显示元件304的另外一组是用来指示基频倍数的频率组合成分。
权利要求
1.一个用于键盘乐器的设备，包含a)一个输入声音信号的声音输入部分；b)一个用于计算频率组合成分的处理部分，它对声音信号，频率组合成分的最相近音阶，其偏差和它的泛音进行处理；对频率组合成分进行分组，和输出在显示元件上显示的图形。c)一个显示部分，在不工作的时候它就像琴键的一部分，且会改变颜色以显示输入声音的音阶和跟标准音阶的偏差程度；和
2.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述设备作为键盘乐器的一部分。
3.根据权利要求1的设备，其特征在于，作为一个附件，被放置在乐器键盘上的，且有与乐器键盘上形状相配的定位部件。
4.根据权利要求1的设备，其特征在于，数个设备被排成的一列以覆盖较宽的琴键部分。
5.根据权利要求4的设备，其特征在于，所述这排成一列的设备可不连接和独立工作，大致上是使用彼此相同的运算法则，作为一个单位工作。
6.根据权利要求4的设备，其特征在于，所述排成一列的设备，被实际上连在一起。
7.根据权利要求4的设备，其特征在于，所述一列设备能互相通信来作为一个整体设备工作。
8.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述声音输入元件从环境收取声音。
9.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述声音输入元件接收来自另外一个设备的声音信号。
10.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述声音输入元件阅读预先在存储器中储存的声音数据。
11.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述处理部分储存声音的数据于存储器里。
12.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述处理部分，在运算的一个模式中，处理声音的输入，然后设定它的组态，行为，和根据运算输入声音的运算结果作为该设备的操作参数。
13.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述处理部分在一个操作模式，处理输入的声音，计算声音信号的频率组合成分，然后根据频率组合成分的强度计算其个别显示元件的亮度。
14.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述处理部分在一种操作模式，计算其包含着用于显示计算的声音信号频率组合成分。
15.根据权利要求13的设备，其特征在于，所述频率组合成分是指那些对彼此是相近的简单倍数都被聚集成单一的最低频率组合成分，而它的泛音成分的显示则被压制。
16.根据权利要求13的设备，其特征在于，频率成分其中的接近基频的简单倍数的频率成分都是这基频的泛音，它们的强度被用作计算与基频的琴键对应的显示元件颜色。
17.根据权利要求16的设备，其特征在于，所找到的基频倍数是被变换成不同的颜色，光度，并合并于小数量的显示元件。
18.根据权利要求1的设备，其特征在于，处理部分与其他设备通信和工作，形成一个整体。
19.根据权利要求1的设备，其特征在于，每一琴键包含一个相对应的显示元件。
20.根据权利要求1的设备，其特征在于，琴键的显示元件之间还有其它显示元件。
21.根据权利要求1的设备，其特征在于，显示元件之间有明显分界。
22.根据权利要求1的设备，其特征在于，显示部分有显示元件被散光器所覆盖；用来把邻近的显示元件所发出的光混合起来。
23.根据权利要求1的设备，其特征在于，显示元件是反光的装置。
24.根据权利要求1的设备，其特征在于，显示元件是发光装置。
25.根据权利要求1的设备，其特征在于，显示元件是光阀和光源(light source)。
26.根据权利要求1的设备，其特征在于，用作显示那些随着音阶的响度而变其颜色的标准音阶显示元件。
27.根据权利要求1的设备，其特征在于，设备的标准音阶偏差度是被来自显示元件的闪动率所显示。
28.根据权利要求1的设备，其特征在于，设备的标准音阶偏差度是被来自显示元件的颜色所显示。
29.一种键盘乐器，其特征在于，包括一个根据上述任一权利要求的设备。
全文摘要
用于键盘乐器的设备包括输入声音的部分,处理单元,和显示部分,以显示那些输入声音的对应琴键。在不工作的时候,设备大致上如同琴键的颜色。利用音调检波从输入的声音计算出最相近的音阶和偏差程度。偏差程度显示于对应最相近音阶的显示元件和邻近显示元件的颜色,亮度和闪烁的速率,都被感觉成会发光的琴键。比琴键多的显示元件可用来区别更细微的偏差和不同泛音的成分。此设备可以被分拆成为短节、也能连接在一起作为整体设备工作。
文档编号G10G1/02GK1352449SQ0013096
公开日2002年6月5日 申请日期2000年11月15日 优先权日2000年11月15日
发明者莫绍祥 申请人:莫绍祥