乐器及使用控制表面控制乐器和附件的方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及乐器，并且更具体地涉及乐器和使用运动敏感控制表面来控制乐器和附件的方法。
【背景技术】
[0002]乐器一直在提供娱乐的社会、社交、自我表现和许多人的生计来源中为普遍的。乐器和相关的附件由专业和业余音乐人使用来生成、改变、发送和重放音频信号。来自乐器的音频信号典型地是模拟信号，其包含连续范围内的值的相继进行。音频信号还可在性质上是数字的，包含一系列的二进制的一和零的值。
[0003]吉他是由业余音乐人和专业音乐人两者使用的一类乐器。吉他通过将张紧的弦中的一个或更多个从中性位置移位，在弦返回到中性位置时引起弦振动来弹奏。在电吉他的情况下，拾音器附接于吉他弦下方，以响应于弦的移动来生成或调制电信号。电信号从吉他传送到外部设备，例如，放大器和扬声器，用于重放对应于振动弦的声音。
[0004]吉他和其它乐器通常连同相关音乐附件如麦克风、音频放大器、扬声器、混音器、合成器、采样器、效果踏板、扩音系统、数字记录器和其它类似装置使用。装置用于控制、获取、改变、组合、储存和回放源于乐器的音频信号。吉他和相关附件包括位于吉他或附件的表面或前面板上的手动控制器。例如，电吉他具有控制开关，其选择一个或更多个拾音器来作为音频信号源，以及控制旋钮，其确定从吉他输出的音频信号的音量和音调质量。音频放大器具有控制旋钮、按钮、滑动器和开关，用于放大、音量、增益、滤波、音调平衡、声音效果、低音、高音、中音、混响保压、混响混音、颤音速度和颤音强度。多声道混音器具有用于各个输入声道的控制器，以及影响各个声道的附加主控制器。效果箱具有用于将失真、动态、滤波、音高/频率、基于时间、反馈/维持或其它效果添加至音频信号的控制器。
[0005]来自吉他和相关附件的音频信号输出通过将各种机械接口(例如，开关、旋钮、按钮、脚踏板和滑动器)移动至期望设置来控制和操纵。在许多情况下，一个机械接口控制一个系统设置。旋钮控制音频放大器的音量，开关控制拾音器，按钮控制合成器，脚踏板选择效果，滑动器控制低音等。设置、调整和协调所有机械接口来控制吉他和各种外部设备和附件是耗时的任务，并且通常涉及在表演期间的控制器的调整。吉他弹奏者必须在实际弹奏吉他外花费时间来调整吉他、设备和附件上的控制器。在实况演出期间，设备和附件可位于舞台上的各个位置处。附件之间的距离妨碍了吉他弹奏者紧接地调整和构造所有附件，并且大体上使得难以控制整个系统。等待吉他弹奏者调整吉他、音频放大器、合成器、效果箱和扬声器上的机械接口有损于表演。
【发明内容】
[0006]存在的需要在于允许音乐人修改音频信号和控制来自吉他的附件。因此，在一个实施例中，本发明为一种构造和控制乐器的方法，其包括以下步骤:提供吉他、将控制表面设置在吉他上面、相对于控制表面执行手势、响应于手势产生控制信号，以及响应于控制信号来修改由吉他生成的音频信号。
[0007]在另一个实施例中，本发明为一种构造和控制乐器的方法，其包括以下步骤:提供包括控制表面的第一乐器、将作为手势的使用者交互提供到控制表面中，以及响应于使用者交互来产生控制信号。
[0008]在另一个实施例中，本发明为一种包括弦乐器的乐器，该弦乐器包括控制表面。控制系统连接于弦乐器的控制表面，响应于相对于控制表面执行的手势。
[0009]在另一个实施例中，本发明为一种乐器，其包括联接于乐器的控制表面且响应于相对于控制表面执行的手势的控制系统。
【附图说明】
[0010]图1示出了包括动作敏感控制表面的吉他；
图2a-2b示出了使用者与吉他上的运动敏感控制表面的交互；
图3a_3g示出了在吉他上的运动敏感控制表面上面执行的多个手势；
图4a_4d示出了具有联接于控制系统的运动敏感控制表面的吉他；
图5示出了用于控制乐器和附件的控制系统的功能框图；
图6示出了基于由使用者交互作出的手势的变化的xyz坐标；
图7示出了具有运动敏感控制表面的吉他和其它乐器及通过通信网络连接的相关附件；
图8a-8d示出了具有控制乐器和相关附件的控制表面的吉他；以及图9示出了用于布置乐器和通过通信网络连接的音乐相关的附件的具有特殊效果的舞台。
【具体实施方式】
[0011]在参照附图的以下描述中的一个或更多个实施例中描述了本发明，其中相似的数字表示相同或类似的元件。尽管按照实现本发明的目的的最佳模式描述了本发明，但本领域的技术人员将认识到，本公开内容旨在覆盖可包括在如由所附权利要求和由以下公开内容和附图支持的权利要求等同物限定的本发明的精神和范围内的备选方案、改型以及等同物。
[0012]吉他弹奏涉及使一条或更多条张紧的弦从中性位置转移，在弦返回到中性位置时引起弦振动。电吉他使用电磁拾音器和放大器来产生声音。拾音器附接于吉他，并且响应于弦的移动来生成或调制电信号。电信号以与各个频率分量相关联的振幅在一定范围或频谱的频率内扩展。各种信号处理和调节典型地在音频信号上执行。来自吉他的音频信号通过机载设备发送，例如，拾音器和内部电路，并且通过外部附件，例如，放大器、扬声器、混音器、合成器、效果踏板和采样器，用于信号处理和声音重放。信号处理包括放大、滤波、均衡、添加声音效果、使用者限定的模块和其它信号处理功能，其调整功率水平并且加强音频信号的信号性质。尽管通常与电子仪器一起使用，但信号处理和调节还可在来自其它乐器、设备和声音的音频信号上执行。通过添加失真、动态、滤波、音高/频率、基于时间、反馈/维持或其它效果来改变音频信号允许了吉他弹奏者或其它音乐人在实况演出期间和在工作室中产生定制声音。
[0013]图1示出了包括本体12、颈部14和弦16的电吉他10。桥接件18使用粘合剂、螺钉、夹子或其它适合的附接机构附连于本体12。桥接件18锚定和支承弦16的一端。电吉他10的颈部14包括头架20和指板22。机头24附接于头架20，并且锚定弦16的相对端。通过转动机头24，弦16的张力被调整，并且吉他10被调节。护板或防刮板25附接于本体12。护板25保护吉他免于在弹奏期间由吉他拨片破坏或划出痕。护板25可为塑料、丙烯酸玻璃、聚氯乙烯、玻璃、夹板、织物、金属、动物皮、珠母贝或其它适合的保护材料。护板25使用粘合剂、螺钉、夹子或其它适合的附接机构安装于本体12。护板25针对功能和美观两者可切割或模制成任何形状。内部电路和吉他10的其它功能方面可通过除去护板25来接近。
[0014]拾音器26使用粘合剂、螺钉、夹子或其它适合的附接机构安装于本体12。拾音器26设置在弦16下方。拾音器26将弦移动转换成表示来自振动弦的预计声音的电信号。音频输出插孔28附连于本体12。由拾音器26生成的电信号从吉他10通过音频输出插孔28输出。音频信号和控制信号从音频输出插孔28发送到外部装置，例如，放大器和扬声器，用于信号调节和声音重放。
[0015]触摸板30使用螺钉、粘合剂、夹子、摩擦联接或其它适合的附接机构附接于护板25。作为备选，触摸板30可直接附接于本体12。在吉他的弹奏操作期间，触摸板30定位成邻近弦16或手的位置。触摸板30还可设置在桥接件18与本体12的远侧边缘之间。触摸板30的位置选择成允许吉他弹奏者快速、容易且人体工程学地接近触摸板，同时弹奏弦16，或以避免破坏弹奏节奏的方式以弹奏动作的相对短的中断。
[0016]触摸板30为用于通过接触或运动来感测或检测使用者交互的运动敏感控制表面，例如，手指在触摸板上或上面移动，并且向使用者交互控制系统(UICS) 32提供感测信号，使用者交互控制系统(UICS) 32并入吉他10中，例如，在护板25后方在本体12内。作为备选，UICS32可位于本体12内的其它区域中，或在吉他10上面远离触摸板10。UICS32响应于来自触摸板30的感测信号操作，并且解释作为手势的接触或运动的全部来提供指令以实现一定数量的信号处理能力以及与吉他10和与吉他10 —起使用的外部设备相关联的其它控制功能。手势可为旨在虚拟控制吉他10的任何身体移动(手、手指、手臂、腿、脚、头等)。UICS32将控制信号发送到吉他10的内部电路。控制信号在音频信号从音频输出插孔28输出之前改变和控制音频信号。例如，UICS32发送控制信号，引起选择吉他10上的特定组的拾音器26，或者UICS32发送控制信号，引起吉他10上的信号处理单元将声音效果例如延迟添加至由拾音器26生成的音频信号。作为备选，UICS32经由输出插孔28传输来控制外部放大器和其它设备，以修改音频信号或另外控制设备。
[0017]触摸板30连接于UICS32，以允许吉他弹奏者经由相对于触摸板的接触和运动来将命令输入至吉他10和外部设备。触摸板30能够检测多个接触或运动点的存在和位置。触摸板30检测沿横跨触摸板水平地延伸的X轴线、沿横跨触摸板垂直地延伸的正交于X轴线的I轴线以及在从触摸板的表面34正交地延伸的z轴线上的接触点的位置。触摸板30构造成检测多种类型的使用者交互，例如，接触表面34以及感测在表面34上面执行的动作。触摸板30基于与手指、手、吉他拨片或拨片的协调移动相关联的X轴线、y轴线和z轴线上的变化位置利用传感器来将接触和运动点区分为手势。
[0018]图2a示出了接触触摸板30的表面34且沿箭头36的方向移动的手指44。手指44沿表面34的运动沿表面的X轴线和Y轴线在一定时间内产生多个接触点。触摸板30还基于邻近表面34或施加于触摸板的压力的量来感测和区分沿z轴线的运动。图2b示出了定位在触摸板30的表面34上方和附近且沿垂直于表面34的z轴线(如由箭头38的方向所示)移动的手指44。触摸板30可检测沿表面34、在表面34上方或朝向或远离表面34移动的手或手指运动。沿X轴线、y轴线和z轴线的多个接触或运动点提供相对于表面34的一组xyz坐标，其共同构成手势，如，横跨表面34的沿箭头36的方向的滑动运动。
[0019]在另一个实施例中，使用者移动或交互可通过使用光学感测或激光指针检测到远离控制表面一些距离。
[0020]触摸板30通过使用者交互来使用电容、电阻、光学、激光、波、力感测、电磁或其它适合的运动检测技术来检测和区分表面34上或上方的接触或运动点。触摸板30的多个点和z轴线感知允许在多个手势之间检测和区分。UICS32将独特的控制信号分配给由触摸板30检测到的各个手势或手势组合。吉他弹奏者通过在触摸板30上或上方执行手势来控制吉他10和与吉他相关联的附件的方面。
[0021]图3a_3g示出了可在触摸板30上执行的手势的实例。图3a示出了触摸板30的表面34上的捏开手势的初始阶段中的手42。手42上的手指44和46开始靠近在一起。触摸板30检测由手指44和46相对于表面34产生的最初的两个接触点47a_47b，各个具有关于触摸板30的初始X方向、y方向、z方向(xyz)坐标。x方向和y方向沿表面34垂直于彼此定向，并且z方向正交于表面34。图3b示出了捏开手势的最后阶段，其中手指44和46沿箭头48的方向扩张开到端点47c-47d。沿箭头48的方向的捏开手势的沿表面34的手指44-46的移动在一定时间内产生多个xyz坐标。从点47a_47b到47c_47d和之间的其它点的一组xyz坐标限定捏开手势中涉及的总体移动。
[0022]触摸板30可基于动态变化的xyz坐标检测手指或手的任何位置、手势、运动或移动顺序，基于在一定时间内的xyz坐标之间的距离变化检测速度，并且检测作为速度变化率的加速度。响应于捏开手势，UICS32发出分配给捏开手势的控制信号。例如，UICS32编程成在捏开手势期间增大音量。当使用者执行捏开手势时，增大音量控制信号发送到音频放大器，并且与吉他10的音频信号相关联的音量增大。
[0023]图3c示出了在触摸板30的表面34上执行捏闭手势的手42，其中手指44和46最初扩张开。触摸板30检测由手指44和46相对于表面34产生的最初两个接触点49a_49b，各个具有关于触摸板的初始xyz坐标。图3d示出了捏闭手势的最后阶段，其中手指44和46沿箭头50的方向在端点49c-49d处靠近在一起。在捏闭手势中手指44-46沿表面34在箭头50的方向上的移动在一定时间内产生多个xyz坐标。从点49a-49b到49c_49d和之间的其它点的一组xyz坐标限定捏闭手势中涉及的总体移动。
[0024]触摸板30可基于动态变化的xyz坐标检测手指和手的任何位置、手势、运动或移动顺序，基于在一定时间内的xyz坐标之间的距离变化检测速度，并且检测作为速度变化率的加速度。响应于捏闭手势，UICS32发送分配给捏闭手势的控制信号。例如，UICS32编程成在捏闭手势期间减小音量。当使用者执行捏闭手势时，减小音量控制信号发送到音频放大器，并且减小与吉他10的音频信号相关联的音量。
[0025]图3e示出了在触摸板30的表面34上执行一只手指滑动手势的手42。手指44产生与表面34的初始接触，并且接着沿箭头52或箭头53或箭头54或箭头55的方向沿表面34移动。箭头52-55可为相对于触摸板30的x轴线和y轴线的任何定向。触摸板30检测表面34上的手指44的初始xyz坐标，并且接着在手指在沿特定方向(即，沿箭头52-55中的一个的方向)的一只手指滑动手势期间横跨表面34移动时检测一定时间内连续地变化的xyz坐标。在识别沿箭头52方向的一只手指滑动时，UICS32发送分配给沿箭头52方向的一只手指滑动的控制信号。作为备选，在识别沿箭头53方向的一只手指滑动时，UICS32发送分配给沿箭头53方向的一只手指滑动的控制信号。例如，UICS32编程为在识别到沿箭头52方向的一只手指滑动时增大低音，并且在识别到沿箭头53方向的一只手指滑动时减小低音。
[0026]图3f示出了在触摸板30的表面34上执行三只手指滑动的手42。手指56，57和58与表面34进行最初的接触，并且接着在箭头60或箭头62的方向上沿表面34移动。触摸板30检测表面34上的手指56-58的初始xyz坐标，并且接着在手指在沿特定方向(即，沿箭头60或箭头62的方向)的三只手指滑动手势期间横跨表面34移动时检测一定时间内连续变化的xyz坐标。在识别沿箭头60方向的三只手指滑动时，UICS32发送分配给沿箭头60方向的三只手指滑动的控制信号。在识别沿箭头62方向的三只手指滑动时，UICS32发送分配给沿箭头62方向的三只手指滑动的控制信号。例如，UICS32编程成在识别到沿箭头60方向的三只手指滑动时增大添加混响，并且在识别到沿箭头62方向的三只手指滑动时除去混响。
[0027]触摸板30包括将在表面34的一个区域中执行的手势与表面34的不同区域中执行的手势区分开的区域灵敏度。图3g示出了在表面34的区域64a上面执行一只手指滑动手势。手指44进行在区域64a中与表面34的初始接触，并且接着沿表面34在箭头65或箭头66的方向上移动。触摸板30检测由手指44进行的接触的xyz坐标在区域64a中，并且进一步检测表面34上的手指的移动的方向。触摸板30感测手42执行一只手指滑动，类似于图3e，在区域64a上面沿箭头65或箭头66的方向。在识别到在区域64a上面沿箭头65的方向的一只手指滑动手势时，UICS32发送分配给在区域64a上面沿箭头65方向的一只手指滑动的控制信号，例如，启用特效照明230。在识别到在区域64a中沿箭头66方向的一只手指滑动手势时，UICS32发送分配给在区域64a上面沿箭头66方向的一只手指滑动的控制信号，例如，停用特效照明230。
[0028]触摸板30将表面34的区域64b中执行的手势与表面34的区域64a中执行的相同手势区分开。例如，触摸板30构造成将区域64a中执行的沿箭头65方向的一只手指滑动与区域64b中执行的沿箭头65方向的一只手指滑动区分开。在识别到在区域64b上面沿箭头65方向的一只手指