CN100562922C - 管乐器的演奏辅助装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种管乐器的演奏辅助装置。该装置包括：致动器，与管乐器相连，用于振动所述管乐器的一部分以辅助所述管乐器的演奏；麦克风，用于接收所述管乐器所发出声音的振动，并产生代表所述声音的振动的振动信号；呼吸压力传感器，用于检测在演奏过程中被吹入所述管乐器的呼吸压力，并产生与所检测到的呼吸压力相对应的呼吸压力信号；控制器，用于产生控制信号，所述控制信号与所述振动信号的包络的倒数值和所述呼吸压力信号值的乘积相对应；可变增益放大器，用于利用响应于所述控制信号变化的可变增益来放大所述振动信号，并将所述变增益放大器的输出信号提供给所述激励部，以使得能够振动所述管乐器的所述一部分。
Description
技术领域
本发明涉及一种可以帮助演奏者进行乐器演奏的演奏辅助装置。
背景技术
利用机器自动演奏乐器的技术已众所周知。举例来说，能自动播放音乐的自动风琴和自动钢琴，在很早以前就已被生产。最近，除了上述能够自动演奏演奏键盘乐器的机器之外，能够自动演奏管乐器的机器也已经被开发出来。例如在日本公布专利申请No.2004-177828和No.2004-258443中描述了自动演奏铜管乐器的装置。
在现有的自动风琴、自动钢琴或者上述专利文献所描述的技术中，机器自动完成所有演奏，而用户仅能聆听演奏。但是，很多人却希望能自己演奏乐器。比如，即使自己的演奏技巧较差，很多人仍希望通过自己的操作来享受演奏。而上述现有技术并不能满足自己演奏乐器的需求。
可以设计一种方法或装置来有效地辅助铜管乐器的吹奏。这种装置通过麦克风之类的扩音器接收演奏乐声，并将所述演奏乐声电放大，然后通过扬声器输出。然而，在这种情况下，在所述麦克风和所述扬声器之间产生啸声(也就是声反馈)。
发明内容
有鉴于此，提出本发明。本发明的目的在于提供一种用于管乐器的技术，其能在乐器演奏过程中辅助演奏者，并有效防止啸声的产生。
为了解决上述问题，本发明提供一种管乐器的演奏辅助装置，其包括：激励部，其与所述管乐器相连，用于振动所述管乐器的一部分以辅助所述管乐器的演奏；振动信号产生部，其用于接收所述管乐器的吹口发出声音的振动，并产生代表所述声音的振动的振动信号；呼吸压力传感器，其用于检测在演奏过程中被吹入所述管乐器的呼吸压力，并产生与所检测到的呼吸压力相对应的呼吸压力信号；控制信号产生部，其用于产生控制信号，其中所述控制信号与所述振动信号的包络的倒数值和所述呼吸压力信号值的乘积相对应；以及可变增益放大器，连接到激励部，利用可变增益放大所述振动信号，以向所述激励部提供所述可变增益放大器的输出信号，从而使得所述激励部能够振动所述管乐器的所述一部分，其中所述可变增益响应于所述控制信号而变化。
在本发明的一个优选方案中，所述呼吸压力传感器检测被吹入所述管乐器的呼吸压力的静态分量，并产生与所检测到的所述呼吸压力的静态分量相对应的呼吸压力信号。在这种情况下，所述振动信号产生部和所述呼吸压力传感器可以由一个传感器装置构成，其中所述一个传感器装置能够检测所述声音的振动以产生所述振动信号，同时能够检测所述呼吸压力的静态分量以产生所述呼吸压力信号。
在本发明的另一优选方案中，所述激励部与所述振动信号产生部一起安装在所述管乐器的吹口之上。
在本发明的再一优选方案中，所述振动信号产生部、所述呼吸压力传感器及所述激励部安装在所述管乐器的吹口之内，且所述振动信号产生部、所述呼吸压力传感器及所述激励部暴露于通过所述吹口的空气管路中。
本发明能够防止管乐器中啸声的产生，并能够辅助演奏者进行乐器演奏。本发明通过放大演奏乐声使得即使演奏者演奏技巧较差也能获得良好的演奏效果。
附图说明
图1为示出根据本发明实施例的演奏辅助装置的结构的示意图；
图2示出根据本发明修改例的演奏辅助装置的结构。
具体实施方式
图1为根据本发明实施例的演奏辅助装置100的结构实例的示意图。在图1中，演奏辅助装置100显示为由虚线围绕的部分，标号200表示小号。标号21表示与所述小号相连的吹口。由于所述小号200为常用小号，故在此略去其各具体组成部分的详细描述。
在图1中，标号11表示麦克风，其作为振动信号产生部，用于接收乐声并产生代表所接收到的乐声的振动的模拟振动信号。麦克风11安装在吹口21之内，且暴露于所述吹口21的空气管路中。标号12表示放大器，其与所述麦克风11相连，用于放大由所述麦克风11输出的振动信号，并输出放大后的振动信号S1。标号13表示模数(A/D)转换器，用于将从放大器12输入的模拟振动信号S1转换为数字振动信号，并输出该数字振动信号。
标号14表示呼吸压力传感器，用于检测演奏者的呼吸压力，并产生表示所述呼吸压力的模拟信号，其被称为呼吸压力信号S3。标号15表示模数转换器，用于将从呼吸压力传感器14输入的呼吸压力信号S3转换为数字信号，并输出相应的数字信号。
标号16表示控制器，其包括有诸如CPU(中央处理器)之类的处理单元，以及诸如ROM(只读存储器)和RAM(随机存取存储器)之类的多种存储器。控制器16的处理单元通过读取并执行存储在诸如ROM之类的存储器中的计算机程序来进行各种处理。具体地，控制器16构成控制信号产生部，其用于基于模数转换器13和15提供的振动信号S1和呼吸压力信号S3产生控制信号Sc。呼吸压力信号S3为代表呼吸压力的静态分量(DC分量)或与音乐的音符或拍符相对应的一直到10Hz量级的呼吸压力低频分量的信号。
标号17表示数模(D/A)转换器，用于将控制器16提供的数字控制信号Sc转换为相应的模拟信号，并输出该模拟信号。标号18表示电压控制放大器(VCA)，其作为可变增益放大器，利用基于所述数模转换器17提供的控制信号Sc所确定的可变增益系数来放大由所述放大器12提供的振动信号S1，并输出放大后的振动信号S2。标号19表示放大器，用于放大从电压控制放大器18提供的振动信号S2，并输出放大振动信号S2’。标号20表示振动致动器，其与所述吹口21相连并暴露于所述吹口21的空气管路中，用于振动空气管路中与所述振动致动器20相连的部分。振动致动器20是与所述管乐器相连的激励部，其能根据所述放大器19提供的振动信号S2’致使振动以产生声波。
下面将详细介绍具有如上所述构造的本实施例演奏辅助装置的操作。当演奏者把嘴唇放在所述吹口21上并通过往所述吹口21吹气进行演奏时，所述麦克风11接收所述吹口21内生成的声音，并产生代表所产生声音的振动的振动信号。呼吸压力传感器14检测吹口21内的呼吸压力，并产生代表所检测的呼吸压力的呼吸压力信号S3。
由麦克风11产生的输入振动信号由放大器12放大，放大后的振动信号S1被输入电压控制放大器18。电压控制放大器18放大输入的振动信号S1，并将放大后的振动信号S2输入放大器19。放大器19放大振动信号S2，并将放大后的输出振动信号S2’提供至振动致动器20。振动致动器20根据放大器19提供的输出振动信号S2’致使振动。当所述振动致动器20振动时，则在吹口21内产生声波。
如上所述，输入所述麦克风11的振动信号依次经由所述放大器12、电压控制放大器18、及放大器19放大，然后由振动致动器20产生与放大后的振动信号相对应的声音。因此，除演奏者实际演奏的乐声之外，所述吹口21中还产生由振动致动器20基于所述放大振动信号S2’产生的其它演奏乐声。这样，从振动致动器20输出演奏乐声，并且所输出的乐声在小号200的空气管路内共鸣，从而能够放大演奏者的演奏乐声。
下面将详细介绍产生控制器16的控制信号Sc的过程。放大器12将振动信号S1输入电压控制放大器18，并将相同的振动信号S1提供给模数转换器13。模数转换器13将由放大器12输入的振动信号S1转换为数字振动信号，并将所述数字振动信号提供给控制器16。由呼吸压力传感器14检测到的呼吸压力信号S3被输入模数转换器15，然后由模数转换器15将所输入的呼吸压力信号S3转换为数字呼吸压力信号S3并提供至控制器16。这样，振动信号S1和呼吸压力信号S3均被输入所述控制器16。
在接收到振动信号S1和呼吸压力信号S3时，控制器16检测振动信号S1的振幅包络，并计算所述包络的倒数值。比如，在某一时刻检测到的包络值为p，则控制器16将计算出1/p作为其倒数值。随后，控制器16计算出所输入的呼吸压力信号S3、预定系数、及所计算的倒数值(1/p)三者的乘积，并将所计算的乘积确定为控制信号Sc。比如，如果所述预定系数为a，呼吸压力信号S3的值为q，那么产生a×q×(1/p)作为控制信Sc。
控制器16将所产生的控制信号Sc输入数模转换器17。数模转换器17将所输入的数字控制信号Sc转换为相应的模拟信号，并将所述模拟信号输入电压控制放大器18。电压控制放大器18基于数模转换器17提供的控制信号Sc放大由放大器12提供的振动信号S1，并输出放大后的振动信号S2。
在这种情况下，电压控制放大器18将所述控制信号Sc和输入振动信号S1的波形相乘。比如，由于在上述实例中输入振动信号S1的包络值为p，所以振动信号S2的波形包络值等于p×(a×q×(1/p))＝a×q。
如上所述，振动信号S2的波形包络值为呼吸压力信号S3的值q和系数a的乘积。也就是说，通过将a×q和放大器19的增益相乘，获得被提供给振动致动器20的振动信号S2’的包络值，振动信号S2’的包络值仅依赖于所述呼吸压力信号值q，而并不依赖于麦克风11检测到的振动信号S1的包络值p。由于提供给振动致动器20的输出振动信号S2’值不依赖于所述麦克风11检测到的输入振动信号S1的包络值，因此即使声音或振动在所述吹口周围传播并输入所述麦克风11，振动致动器20产生的声音或振动也不会被放大，由此能够防止啸声。
在现有技术中，在振动致动器20和麦克风11彼此邻近安装的情况下，出现啸声。另一方面，在本实施例中，由于能防止出现啸声，因此振动致动器20和麦克风11可以邻近安装。这使得可以将振动致动器20和麦克风11一起安装在吹口21之上。
电压控制放大器18根据呼吸压力信号S3的值放大振动信号S1。也就是说，鉴于提供给振动致动器20的振动信号S2’的值依赖于呼吸压力信号S3，因此可以根据演奏者的呼吸压力帮助该演奏者进行演奏。具体地，随着演奏者的呼吸压力增大，振动致动器20产生的声音音量会增大。另一方面，随着演奏者的呼吸压力减小，振动致动器20产生的声音音量会减小。当演奏者期望提高其演奏乐声的音量时，演奏者可以增大其呼气量；而当演奏者想降低其演奏乐声的音量时，演奏者可减弱其呼吸压力。因此，能够辅助演奏者进行正常的演奏。
许多初学者和中级演奏者(表演者)不能以高呼吸压力呼气，对他们来说以高音量进行管乐器演奏很难。然而，鉴于控制信号Sc根据与演奏者呼吸压力相对应的呼吸压力信号S3而产生，且振动致动器20输出的演奏乐声的音量以所产生的控制信号Sc为基础，因此本实施例使得即使演奏者的呼吸量很小仍可输出大音量的乐音，并因此使得这些演奏者能够舒适地以高音量进行管乐器演奏。
[修改例]
尽管已经参照上述实施例说明了本发明，但是本发明还可以各种其他形式实施，而并不仅限于上述实施例。下面给出几个实例。
(1)在上述实施例中，麦克风11安装在吹口21之上，用于接收吹口21内产生的声音。然而，举例来说，还可利用由压电元件制成的振动传感器代替所述麦克风安装在所述吹口的空气管路上。在这种情况下，所述振动传感器检测所述吹口内的空气振动量，并且所检测到的振动量基于所述呼吸压力信号S3被放大，然后被提供给所述振动致动器。
(2)在上述实施例中，独立地安装用于检测动态声音压力的麦克风和用于测量呼吸压力的呼吸压力传感器。然而，举例来说，还可只安装诸如半导体之类的一个传感器，所述传感器将所述麦克风和所述呼吸压力传感器集成在一个芯片传感器装置中。所述一个芯片传感器装置不仅能够检测声音的振动或动态压力并产生振动信号；同时还能够检测吹入所述管乐器的呼吸压力的静态分量。在这种情况下，所述演奏辅助装置可以简单的结构组成，因为振动和静态压力可用一个传感器测量。
(3)上述实施例中的系数a可为任意值，其根据所述电路可能等于1。无论所述系数a的值设定为多少，所述控制信号Sc均与所述包络的倒数值和所述呼吸压力信号值的乘积相对应。
(4)在上述实施例中，如果电压控制放大器18的输出足够高，则可以省略放大器19。类似地，如果麦克风11的输出电平足够高，也可以省略放大器12。
(5)尽管上述实施例说明了帮助进行小号演奏的演奏辅助装置，但是根据本发明进行演奏辅助的乐器并非仅限于小号，其还可能是诸如长号或喇叭之类的不同的铜管乐器。所述乐器还可能是萨克斯管、或单簧管等之类的木管乐器。图2示出了辅助演奏萨克斯管的演奏辅助装置的结构。图2中，与图1所示类似的组件标识有相同的标号。在图2所示实施例中，麦克风11、呼吸压力传感器14及振动致动器20安装萨克斯管300(其为木管乐器)的吹口之内，且麦克风11、呼气压力传感器14及振动致动器20的感应部位以在上述实施例中相同的方式暴露于通过所述管乐器的空气管路中。控制器16产生控制信号Sc，其与呼吸压力信号S3和表示所述麦克风11接收到声音的振动信号的包络倒数值的乘积相对应。振动致动器20被基于控制信号Sc放大后的输出振动信号S2驱动。因而，振动致动器20产生的振动或声音即使在所述吹口附近传播并输入所述麦克风11，也不会被放大。这使得可以辅助演奏者进行正常的演奏，同时能够防止啸声。
在木管乐器的情况下，振动致动器20可以安装在所述木管乐器的簧片(reed)上，而不是安装在吹口的空气管路上并向所述空气管路内突出。
取代所述呼吸压力传感器，可以采用机械或光学的装置来检测演奏者嘴唇的运动以生成嘴唇运动信号，且所述嘴唇运动信号可用于取代所述呼吸压力信号来产生所述控制信号。
Claims (5)
1.一种管乐器的演奏辅助装置，包括：
激励部，其与所述管乐器相连，用于振动所述管乐器的一部分以辅助所述管乐器的演奏；
振动信号产生部，其用于接收所述管乐器的吹口所发出声音的振动，并产生代表所述声音的振动的振动信号；
呼吸压力传感器，其用于检测在演奏过程中被吹入所述管乐器的呼吸压力，并产生与所检测到的呼吸压力相对应的呼吸压力信号；
控制信号产生部，其用于产生控制信号，其中所述控制信号与所述振动信号的包络的倒数值和所述呼吸压力信号值的乘积相对应；以及，
可变增益放大器，其与所述激励部相连，用于利用可变增益放大所述振动信号，并向所述激励部提供所述可变增益放大器的输出信号，从而使得所述激励部能够振动所述管乐器的所述一部分，其中所述可变增益响应于所述控制信号而变化。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述呼吸压力传感器检测被吹入所述管乐器的呼吸压力的静态分量，并产生与所检测到的所述呼吸压力的静态分量相对应的呼吸压力信号。
3.如权利要求2所述的装置，其中，所述振动信号产生部和所述呼吸压力传感器由一个传感器装置构成，所述一个传感器装置能够检测所述声音的振动以产生所述振动信号，同时能够检测所述呼吸压力的静态分量以产生所述呼吸压力信号。
4.如权利要求1所述的装置，其中，所述激励部和所述振动信号产生部一起安装在所述管乐器的吹口之上。
5.如权利要求1所述的装置，其中，所述振动信号产生部、所述呼吸压力传感器和所述激励部安装在所述管乐器的吹口之内，且所述振动信号产生部、所述呼吸压力传感器和所述激励部暴露于通过所述吹口的空气管路中。
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