CN101180584A - 可配戴和可改变位置的振动节拍器 - Google Patents

Abstract

一种由一个或多个音乐人使用的节拍器，一般包括用于根据所期望的定时方案产生电信号的信号发生器，以及和该信号发生器进行无线通信的一个或多个触觉换能器。每个触觉换能器被设计为由音乐人配戴并被容纳在可配戴的外壳中，所述外壳不包括给换能器供电的电源。在指挥、乐队领队、带领音乐人或音乐指导者的集中控制下的信号发生器可以在多个独立的通信通道上输出对应于多个独立定时方案的电信号，还适于产生在所述信号之间具有预定时移的输出。

Description

可配戴和可改变位置的振动节拍器

相关申请

本申请要求以下专利申请的优先权：题为“Tactile Metronome”的美国专利申请序列号11/138,750、题为“Multiple Channel Metronome ForUse by Split Ensemble or Antiphonal Recorders”的美国专利申请序列号11/138,751、题为“Multiple Channel Metronome”的美国专利申请序列号11/138,752、题为“Vibrating Transducer with Provision forEasily Differentiated Multiple Tactile Stimulations”的美国专利申请序列号11/138,753，以及题为“Multiple Channel Metronome for Useby Split Ensemble or Antiphonal Recorders”的美国专利申请序列号11/138,754，以上每个申请都在2005年5月26日提交。

所有上述申请通过引用结合于此。另外，其全部公开通过引用结合于此的还有：也在2005年5月26日提交的题为“Tactile Rhythm Generator”的美国专利申请序列号11/138,755、在2003年7月29日提交的题为“Tactile Metronome”的PCT申请序列号PCT/US03/23633、以及在2002年11月27日提交的题为“Tactile Metronome”的美国专利申请序列号10/306,263。

技术领域

本发明涉及音乐技术。更具体地，本发明涉及一种节拍器，该节拍器具有一个或多个换能器以及单独封装的数字输入设备，比如计算机或便携式可编程消费电子设备，其遥控由换能器产生的节奏和/或定时。

背景技术

节拍器作为音乐教育的一种基本工具已比较成熟。在出现电气设备之前就已得到发展的传统节拍器包括机械部件，该机械部件用于以所希望的节拍频率发出喀哒声。随着现代电子学的出现，现在可以产生非常精确的音频输出，或者，来自所述节拍器的输出信号可以利用可视指示器比如闪烁光来传达，这对于聋人的音乐教育尤其有用。

尽管通过技术可能实现的改进是有价值的，但它们一般只用来更好地实现一种从根本上有缺陷的方法。具体地，明显从原始技术期间保留下来的节拍器的音频属性分散音乐人的注意力，且至少在一些音乐环境中其效率低下，因为音乐人不能清晰地听到音频信号。另外，音频信号对于听力受损人员是完全不适用的。尽管通过具有可视输出的节拍器至少已经解决了后一问题，但是要注意可视指示器的使用要求音乐人完全记住他的或她的音乐。此外，传统节拍器还是独立的。结果，对于指挥、乐队领队或带领音乐人来说控制其它人使用的节拍器的输出是很麻烦的。还有，这样的传统节拍器仅能由彼此靠近的多个音乐人使用。此外，几乎无法实现由多个音乐人，尤其是在演出会场内位于不同位置的音乐人或参加轮流吟唱演出的音乐人使用多个传统节拍器，因为元法同步和/或交错(stagger)多个节拍器的输出的定时。最后，传统节拍器没有提供由音乐人演奏管弦乐队音乐选段的不同部分时的同步或时间交错的应用，这种应用中不同的音乐人可根据不同的节奏模式来演奏。

因此，本发明的一个目的是提供一种包括中央信号发生器的节拍器，所述中央信号发生器和一个或多个换能器以无线或有线方式连接。另外，本发明的一个目的是提供这样的节拍器，即其还可以被编程以提供增强的性能比如，设计用来提高清晰度的触觉刺激和/或复杂的输出节奏。最后，本发明的一个目的是提供可经济地制造且易于使用的节拍器。

发明内容

根据上述目的，提供了一种节拍器，其具有一个或多个触觉换能器，以及分离并便携式封装的数字输入设备或控制器，其遥控由一个或多个换能器产生的定时和/或节奏。使音乐人能够规定或选择复杂节奏的数字输入设备或控制器优选与所述一个或多个换能器进行无线通信，所述复杂节奏包括拍子速度和变化的音符值(即，具有等于拍子的一部分的时值的音符)。每个换能器用于通过接受数字输入的驱动电路来将多个可区分的、离散的、类似脉冲的触觉刺激传递到配戴它的音乐人。这些刺激对应于由音乐人规定或选择的复杂节奏的不同拍子的分拍。另外，换能器产生的信号优选为触觉的、安静的(即，在一米处小于30分贝)以及不可视的，以使其它人以及使用者自己的听觉和视觉的注意力分散最小。

本发明人发现将触觉换能器置于与人体的有骨部位，比如音乐人的脊柱、胫骨、踝骨或腕骨部位接触比将换能器置于与人体的软组织接触会产生更显著的感觉，因为骨比软组织能更好地传导振动。此外，本发明人发现限制和人体接触的换能器的表面积会增加所感知的感觉。更具体地，本发明人发现给所述换能器用小的、圆柱形的外壳比用平坦或矩形的外壳可以提供更明显的感觉。

为了减小换能器外壳的尺寸，从而增加触感，优选将换能器的驱动电路和电源放置于和换能器的外壳分离的第三便携式外壳中，使用线来传送将第三外壳连接到换能器的外壳的功率和/或控制信号。

在其优选形式中，触觉换能器包括具有携带偏心锤的电机轴的电动机。本发明人发现在换能器外壳内和相对于所述换能器外壳给电动机提供灵活的电动机装配装置(mount)引起电动机摆动，且电动机的轴沿离心轨道运动。这又使得触感更加显著。所述灵活的电动机装配装置可以由衬垫形成，所述衬垫可以由泡沫材料等制作。在本发明的至少一个实施例中，在电动机四周充分地包裹衬垫，使电动机在形成刚性外壳的圆柱体形状的管中处于中心位置。为了便于本发明的振动换能器的制造，可以使用固定片，比如例如薄包装纸、一段胶带等将衬垫包起来。

这些不同的改进使得触觉换能器传递可区分的、类似脉冲的触觉刺激，该触觉刺激持续时间足够短，使得该触觉换能器可用于不仅发出典型的音乐节奏的拍子的信号，还发出典型地更短的每一拍的部分的信号。例如，触觉换能器可被驱动用来传递对应于一拍的第一部分的第一离散触觉刺激和对应于同一拍的第二部分的第二离散触觉刺激，其中第一离散触觉刺激比第二离散触觉刺激更显著。第一离散触觉刺激具有时长基本上不大于100毫秒的持续时间，更优选的时长约为40毫秒。第二离散触觉刺激的时长基本不大于50毫秒的持续时间，更优选的时长约为10毫秒。

因此，可包括通用膝上型计算机、通用个人数字助理、便携式消费电子设备或定制便携式单元的本发明的数字输入设备优选地包括用户界面，其使音乐人能够独立地规定复杂节奏或拍子模式的拍子分拍和拍子速度。

本发明的节拍器的一个实施例包括一种适于由音乐人戴在其腰部的带子。第一带夹连接到容纳用于换能器的驱动电路和电源的第一外壳。第二带夹连接到容纳换能器自身的第二外壳。可压缩材料被置于第二外壳和第二带夹之间以减少第二外壳和第二带夹之间的振动的传递。此外，将电源连接到换能器的软线置于带内，以使得换能器外壳被戴在紧邻音乐人脊柱的音乐人的腰背部上，同时电源外壳被戴在音乐人的侧面。使用带夹，音乐人可以沿所述带子调整第一和第二外壳的位置。

节拍器的另一实施例设计为和多个换能器一起使用。在多换能器的实施例中，计算机或数字控制器优选地配置为提供不同的定时和/或节奏信号到不同的换能器，以及还控制和同步与其相连的不同的换能器的定时和/或节奏。和多个、位置分开的音乐人通过单独的通信通道进行通信通过以下方式提供：通过音乐人自己的换能器提供给他们单独的拍子模式和/或节奏，所述换能器可以和在指挥、乐队领队、带领音乐人、音乐指导者等控制下的信号发生器放置在一起，或远离信号发生器放置，所述单独的通信被同步以考虑音乐人和其观众之间的声音传播时间。

在另一更加高级的实施例中，计算机或控制器共同控制换能器的定时和/或节奏，但在每个节拍器之间存在时移。所述时移可以是用户可确定的或自动被确定的，以针对声音从处于不同位置的音乐人传播到目的区域所花的时间进行更正。

在另一多换能器的实施例中，每个换能器和接收单元关联，该接收单元具有其自己的第二用户界面，以使得音乐人能够规定或选择所关联的接收单元本地的第二拍子模式，以及在遥控通道和本地控制通道之间进行选择。选择遥控通道使触觉换能器传递对应于由数字输入设备规定或选择的以及从信号发生器无线接收的复杂节奏的刺激。选择本地控制通道使触觉换能器传递对应于第二拍子模式的刺激。

对于包括无线发射所产生的信号的实施例，本发明的一个或多个换能器单元一般包括：接收器，用于接收从基本单元的发射器发射的信号；以及换能器，用于根据所接收的信号产生可以被使用换能器单元的音乐人感知的刺激。另外，每个换能器单元可包括驱动电路，其可能需要用于将来自所述接收器的输出转换成适合被与所述换能器单元关联的换能器使用的信号。同样，驱动电路还与所述基本单元相关联地、针对来自基本单元的每个硬连接通道而提供，以适于被与每个特定硬连接通道相关联的换能器使用。

虽然任何无线技术，比如红外发射系统，可以用于实施本发明，但优选使用射频发射系统，因为射频发射系统一般比红外系统具有更大的可达距离，且一般还更不易受到基本单元和位于远程的换能器单元之间存在的阻碍以及变化的照明条件的影响。此外，和任何其它无线技术一样，合适的射频发射系统通常可容易和经济地实现。

最后，尤其是根据上面的说明和下面的附图、示例性详细描述和所附权利要求书，本发明的许多其它特征、目的和优点对于相关领域普通技术人员是很明显的。

附图说明

图1A以功能框图图示了多通道节拍器的一个实施例。

图1B以功能框图图示了和图1A中的多通道节拍器一起使用的测量设备的实施例，所述测量设备用于确定在远距离位置之间声音传播的时间。

图2以示意图图示了如图1A所示的、适于实施本发明节拍器的基本单元的发射器电路的一个实施例的细节。

图3以示意图图示了如图1A所示的、适于实施本发明节拍器的远程换能器单元的接收器电路的一个实施例的细节。

图4以示意图图示了可以被实施为和图2的发射器电路和/或图3的接收器电路一起使用的功率调节电路的一个实施例的细节。

图5以示意图图示了如图1A所示的、适于图6的振动换能器的操作的驱动电路的一个实施例的细节。

图6以分解透视图图示了振动换能器的优选实施例，已发现所述振动换能器最适宜和图1A的换能器单元一起使用。

图7以横截面侧视图图示了图6中的振动换能器的内部部件布置的细节。

图8以从图9的切线8-8处得到的横截面端视图，图示了图6中的振动换能器的内部部件布置的额外的细节。

图9以部分切除的透视图图示了图7中的振动换能器的操作中产生的力的表示。

图10A到图10F以在总体上对应于图8中的视图的示意表示图，图示了图6的振动换能器的各种内部部件的相对位置的变化，其变化的发生为图9表示的操作力的结果。

图11以多部分音乐乐谱的形式图示了典型的管弦乐队布置，通过它可以使用图1A的多通道节拍器。

图12以对应于图11的音乐乐谱的一系列电压波形，图示了可以由图1A的信号发生器产生的、用于通过图5的振动换能器中的图4的驱动电路操作的代表性信号，所述波形具有诸如速度、节奏和小节(measure)定时的特性，包括延迟以考虑音乐人的不同位置，图11的乐谱可以容易地被使用本发明节拍器的各个音乐人感知以演奏其各自的部分。

图13以功能框图图示了用于驱动振动换能器的系统的另一实施例。

图14以示意图图示了可以用在图13的系统中、用于在驱动图6的振动换能器的两个数字信号之间进行区分的电子电路的实施例。

图15图示了功率调节电路的另一实施例的示意图。

图16A和图16B以电压时间图图示了由电子节拍器产生的分别用于分拍和下拍(downbeat)，或由电报装置产生的分别用于划线和点等的典型信号。

图17A以电压时间图图示了在以一种模式通过包络检测器之后的图16A和图16B的信号，所述包络检测器如在图14的设计中所实施的一样。

图17B以电压时间图图示了在进一步通过C类放大器之后的同样的复合信号，所述C类放大器也如在图14的设计中所实施的一样。

图18以电压时间图图示了在由第一阶R-C滤波器低通滤波之后的图17B的信号，所述第一阶R-C滤波器如在图7A的设计中所实施的一样。

图19A和图19B以电压时间图图示了来自第一和第二单稳多谐振荡器，或“one-shot(单稳态)”电路的输出信号，如在图14的设计中所实施的一样，来自第一个单稳多谐振荡器的输出为将图16A的信号输入到图14的电路的结果，而来自第二个单稳多谐振荡器的输出为将图16B的信号输入到图14的电路的结果，因此，第一个单稳多谐振荡器用于驱动图1的振动换能器来产生容易识别为分拍、划线等的触觉刺激，而第二个单稳多谐振荡器用于驱动图1的振动换能器来产生容易识别为下拍、点等的触觉刺激。

图20图示了和图1的换能器单元或基本单元结合使用的数字输入设备(其可以结合信号发生器)的实施例。

图21图示了节拍器的实施例，该节拍器包括位于单独外壳中的换能器和换能器控制器或驱动电路，其通过电源线连接，并附着到可以固定在带上的单独的夹上。

图22以透视图图示了可被音乐人操作以利用的触觉节拍器的一个实施例。

具体实施方式

尽管本领域普通技术人员会很容易地认识到许多替选实施例，尤其是根据在此提供的说明，此具体说明是本发明的优选实施例的示例，本发明的范围仅由在此所附的权利要求书限定。

现在参见图1A，其具体地图示了本发明的多通道节拍器15，该多通道节拍器15一般包括：基本单元20，用于产生且在本发明的至少一个实施例中发射定时信号；以及多个换能器35，用于根据基本单元20产生的信号产生由多个音乐人可感知的刺激，所述多个音乐人可以和基本单元位于同处或位于远离基本单元20的一个或多个地点，但无论如何，单独地或成组地，彼此都是分开的。在假定一个或多个音乐人的位置处于远离基本单元20的位置的实施例中，所述节拍器还包括用于接收从基本单元发射的信号的一个或多个换能器单元29，这里将会更好地理解。只要调谐换能器单元29的每个接收器31来接收来自基本单元20的发射器26之一的信号输出，就可以实施数量没有限制的换能器单元29。

如图1A所示，本发明的节拍器的基本单元20包括和数字输入设备或控制器21以及优选地和一个或多个发射器26电通信的信号发生器23。数字输入设备21可以是通用计算机、通用个人数字助理、某种其它类型的个人便携式消费电子设备或甚至是MIDI乐器。在任何情况下，数字输入设备优选被编程来方便用户选择由信号发生器23产生的信号的特性，以及在包括至少一个发射器26的实施例中，其用于控制通过发射器26对所产生的信号的发射。数字输入设备21可以发射复杂的拍子模式到信号发生器23，该信号发生器23响应于该模式产生对应的信号。信号发生器23还可以具有用于存储从数字输入设备21接收的复杂拍子模式的存储器，使得在信号发生器23未与数字输入设备21电通信时，信号发生器23可以按照用户指令输出信号。

数字输入设备21优选包括用户输入系统，比如触摸屏控制，和/或比如USB端口、无线接口等的计算机接口，按钮或拨号盘，用于输入用户的选择。数字输入设备21还优选包括显示器22，该显示器22可以包括用户图形显示器比如液晶显示器，更简单的显示器比如发光二极管显示器或任何其它基本等同的结构，用于监视用户选择。

数字输入设备21可以被编程来控制信号发生器23产生输出到基本单元20的每个通道的单独的信号。另外，数字输入设备21可以被编程来控制所产生的信号的同步，使得所产生的信号中的一些可以相对于其它的信号延迟，这里将会更好地理解。在本发明的优选实施例中，数字输入设备21因此适于产生具有不同的复杂节奏模式但实时同步的多个输出，这样，例如，一个音乐人可以接收指示四分音符的刺激，另一个可以接收指示八分音符的刺激，再一个可以接收指示节奏模式的刺激等等，但是对于音乐人的演出，从观众角度，所有人都接收被定时成指示共同小节起点的刺激。具体地，举例来说，位于第一位置的第一组音乐人可以在第一时间接收刺激，而位于比第一位置离观众更远的第二位置的第二组音乐人可以在稍早于第一时间的第二时间接收刺激。从观众的角度，结果将是观众将听到每组和谐一致，好象所有人都是彼此邻近地进行演出。

本发明的节拍器15还可以具有用于确定音乐人之间或音乐人与其观众之间的声音传播速度的声音定时器70，图1B图示了其示例性实施例。如图所示，声音定时器70可以包括适于和延迟计算器78通信的声波源71。声波源71包括音调发生器72以及优选地和控制器76通信的射频发射器74。延迟计算器78优选地包括射频接收器79以及和控制器82连接的麦克风81，所述控制器82和显示器83关联。

利用声音定时器70，用户通过启动触发器77使声波源71同时产生射频输出和声频输出，所提供的触发器77和声波源71的控制器76关联。从声波源通过天线75发射所述射频输出，所提供的天线75和射频发射器74电通信；而从声波源71通过扬声器73发出所述声频输出，所提供的扬声器73和音调发生器72电通信。延迟计算器78用于接收和识别来自声波源71的射频输出和声频输出。具体地，延迟计算器78通过与射频接收器79电通信的天线80接收射频输出。同样地，通过麦克风81接收所述声频输出。

来自声波源71的以光速传播的射频发射几乎瞬间地被延迟计算器78接收，而来自声波源71的声频输出将以慢得多的声速传播。延迟计算器78的控制器82被编程为，在延迟计算器78一接收到来自声波源71的射频输出就启动时钟，以及在延迟计算器78一接收到来自声波源71的声频输出就停止时钟。时钟所走过的时间就是在声波源71的位置和延迟计算器78之间的声音传播时间，该传播时间可以通过延迟计算器78的显示器83输出，以便由本发明的节拍器15使用，这里还将详细地描述。

为了便于在延迟计算器78识别触发射频输出和声频输出，射频发射器74优选用于输出通过编码模式调制的载波信号。同样，音调发生器72适于输出特定的音频或简单模式的音频。另外，声音定时器70可用于发送和接收若干次发射，在此情况下，延迟计算器78的控制器82优选被编程以在通过其显示器83呈现有效输出之前检查几个定时计算结果之间的一致性。

尽管本发明的声音定时器70已经被描述为优选使用用于触发延迟计算器78的时钟的射频发射系统，但也可以使用任何其它即时信令系统。例如，可以实施红外线或其它光学发射系统或可以在声波源71和延迟计算器78之间保持硬连线的电连接。

对于包括无线发射所产生信号的本发明的节拍器15的实施例，本发明的一个或多个换能器单元29一般包括：接收器31，用于接收从基本单元20的发射器26发射的信号；以及换能器35，用于根据所接收的信号产生可由使用换能器单元29的音乐人感知的刺激。另外，每个换能器单元29可以包括驱动电路53，其可能需要用于将来自接收器31的输出转换成适合被与换能器单元26关联的换能器35使用的信号。同样，驱动电路53还与基本单元20相关联地、针对来自基本单元的硬连接通道而提供，以适合于被与每个特定的硬连接通道相关联的换能器35来使用。

任何无线技术，比如红外发射系统，可以用于实施本发明。申请人已发现优选使用射频发射系统。射频发射系统一般比红外系统具有更大的可达距离，且一般还更不易受到基本单元20和位于远程的换能器单元29之间存在的阻碍以及变化的照明条件的影响。此外，和任何其它无线技术一样，合适的射频发射系统通常可被容易和经济地实现。尽管优选射频发射，但是具有小于一公里距离的更低功率、短距离的射频发射系统将完全可以胜任，假定认为本发明的换能器将位于同一大体邻近区域内。

现在参见图2至图4，其具体地图示了可以用于实施本发明的示例性射频发射系统，其一般包括射频发射器26(图2所示)和射频接收器31(图3所示)。每个接收器31被调谐来接收从发射器26之一输出的信号。此外，如图4所示，该射频发射系统还可以包括功率调节和调整电路57，其对于发射器26和接收器31二者的操作可能是必要的。

现在参见图2，其图示了可以使用可购得的、现成的数字发射器模块27来实现合适的发射器26。从意大利的Modigliana的AUREL S.p.A可以获得一个这样的模块27，其为具有大约100米操作范围的TX-DFM-5V型的数字调频(“FM”)发射器模块。在实施具有这种发射器26的基本单元20时，从信号发生器23输出的信号优选通过用于防止干扰的屏蔽线缆24提供给集成发射器模块27的厂家指定的输入引脚。然后，集成发射器模块调制输入信号到载波射频上，接着，所调制的载波射频从集成发射器模块27的厂家指定的输出引脚提供给天线28，以便向位于远方的换能器单元2 9发射。此外，如图2所示，可以在信号发生器23和发射器26之间的通道中提供缓冲器25来确保从信号发生器23输出的信号和集成发射器模块27电兼容。(注意，为了清楚起见，所描述的示例性数字发射器模块27是单频系统；在包括多个射频发射通道的实施方式中，将实施具有多个频率选择的稍微更复杂的模块)。

现在参见图3，其图示了可以使用与发射器模块27兼容的、可购得的、现有的数字接收器模块32来实现合适的接收器31。从意大利的Modigliana的AUREL S.p.A也可以获得一个这样的模块32，其为RX-DFM-5V型的数字FM接收器模块。在实施具有这样的模块32的换能器单元29时，从基本单元20发射的信号通过天线30接收到集成接收器模块32的厂家指定的输入引脚。集成接收器模块32从载波信号解调位于该载波信号上的信号并输出所得到的信号，其基本上是从基本单元20的信号发生器23通过集成接收器模块32的厂家指定的输出引脚输出的信号。然后所述输出信号直接地或如果必要通过驱动电路53提供给换能器35，这里还将详细说明。在任何情况下，申请人还发现希望提供与集成接收器模块32关联的静噪功能33来避免换能器35比如在接收器31通过其天线30接收到射频干扰或噪声时，可能发生的非预期操作。现货供应的典型集成接收器模块32具有此功能，实施仅要求在集成接收器模块32的厂家指定的引脚处提供多匝电位计34。(同样，和发射器模块27一样，注意到为了清楚起见，所描述的示例性数字接收器模块32是单频系统；和前面一样，在包括多个射频发射通道的实施方式中，将实施具有多个频率选择的稍微更复杂的模块)。

如图4所示和前面说明的，可以给发射器26和接收器31二者提供功率调节和调整电路57。如图中所示，这样的电路57可以包括集成电压调整器58，该集成电压调整器用于保持给发射器26和/或接收器31供电的恒定电压。另外，可以提供一个或多个接地电容器来滤除可以在任何射频发射系统的实施中预料到的高频噪声。然而，另外，这样的电路57优选包括ON-OFF开关59，还可以包括上电指示器60，该上电指示器可以利用通过限流电阻器连接到未经调整的电源总线的发光二极管(“LED”)来容易地实现。

如前所述，本发明节拍器15的基本单元20(用于硬连接通道)和换能器单元29(用于无线通道)中每个可以包括用于和换能器35接口的驱动电路53。重要的是，注意，利用包括电动机的换能器35的实施方式将典型地要求驱动电路，比如图5中所示的包括输出放大器54的驱动电路53，其使能诸如从数字输入设备21或上述接收器31输出的逻辑电平信号，以驱动电动机(比如在这里还将详细说明的振动换能器36的优选实施方式中使用的)。此要求源于这样的事实：这样的电动机将一般具有超过大多数低功率固态部件性能的电流要求。另外，在这样的实施中，驱动电路53还将要求实施具有防止和/或抑制电压尖峰形成能力的功率调节电路56，可以预期，所述电压尖峰比如在响应对于在实施振动换能器36中使用的电动机类型是典型的高感应负载时可能形成。

如图5所示，适合和这里将进一步描述的振动换能器36一起使用的示例性输出放大器54包括2N3904NPN BJT晶体管Q1，该晶体管Q1被配置为射极跟随器，在TO-220散热包装中和TIP42高电流PNP晶体管Q2耦合，用于提供振动换能器36的电动机40的操作所需的电流。所示的输出放大器54可视作两级、高电流射极跟随器。优选提供用来防止和/或抑制电压尖峰形成的功率调节电路56可通过将10μF电解电容器C1从例如9-V电池BAT的9-V电源总线接地来实现，可以预期，所述电压尖峰比如在响应对于在振动换能器36的实施中使用的电动机40的类型是典型的的高感应负载时可能形成。电解电容器C1将临时供应额外电流到9-V总线，其可能需要用于补偿在振动换能器36的电动机40的启动期间发生的利用输出放大器54所导致的瞬态。另外，功率调节电路56优选包括ON-OFF开关SW1，如果希望的话，还可以包括上电指示器。

为了调整和触觉振动换能器36一起实施的节拍器的“感觉”，来自输出放大器54的输出优选地通过输出功率电平选择器55提供给输出插口(jack)J2，到振动换能器36的电动机40的电源线42的电源线插头43可以可操作地插入所述输出插口内。如图5所示，输出功率电平选择器55优选包括22Ω电阻器R2，其通过选择单极单掷开关SW2的适当位置，而被选择性地置于和所述输出电路串联。尽管申请人已经发现22Ω是用于电阻器R2的适当值，但注意所述值是根据经验选择的以便获得用户所期望的对于“低”输出选择的触感。另外，可以用电位计来代替电阻器R2，从而提供完全可调的输出功率电平。

尽管已将驱动电路53描述为和基本单元20或，如果合适，和换能器单元29集成，但应理解，本发明考虑到可以提供任何必要的驱动电路作为换能器35的一部分。以这样的方式，基本单元20或换能器单元29可以和几乎任何类型的换能器35一起使用，所述驱动电路适于在所选择的换能器35和数字输入设备21或接收器31的输出之间提供所有必要的电兼容性。在这样的实施方式中，所述驱动电路应具有输入插口J1，用于接收来自基本单元20或接收器31的信号。

现在来具体参见图6至图10，其图示了在本发明节拍器的实施中优选使用的基本无声的触觉换能器的优选实施例，其包括振动换能器36，该振动换能器36具有产生多个容易区别开的触觉刺激的独特能力。如图所示，这样的振动换能器36一般包括其上附有偏心锤45并被装入刚性外壳37中的电动机40。如同传呼机换能器等的典型方式一样，电动机40的操作使轴46转动，该轴上有利用例如销(pin)47安置的偏心锤45。偏心锤45在轴46上的旋转在电动机40上产生振动效果，这是由于电动机40的前部44试图从轴46的旋转的标称轴线(nominal axis)48向外横向移动而产生的，如图9中的离心力线F所表示。

在此原理的典型实施中，所述电动机利用固定夹、支架等刚性固定到一些物体例如传呼机或蜂窝电话外壳上。但是，在本实施方式中，和现有技术的振动换能器不一样，通过提供灵活的电动机装配装置49，电动机40被装入到刚性外壳37中，其使得当在电动机轴46上旋转偏心锤45时，电动机40的前部44在刚性外壳37内总体摆动。用此方式，合力F是偏心锤45中更大动量的产物，该动量远大于在现有技术的固定配置中所获得的动量。

在优选实施方式中，如图6至图9所具体描述的，灵活的电动机装配装置49一般包括优选的泡沫衬垫包装材料50，其尺寸和形状被定制成密合地填充设置在电动机40和刚性外壳37的内部之间的空间。本发明人发现3M制造的、标识为零件号4016的聚氨酯、开孔泡沫带包含合适的泡沫衬垫材料35的来源。该泡沫带具有一英寸的1/16(1.6毫米)的标称厚度，容限在0.045到0.08英寸(1.14到2.03毫米)之间，以及大约11磅/立方英尺或175公斤/立方米的密度(这比橡胶的大约1100-1200公斤/立方米小得多)。所述泡沫带具有大约140psi(磅/平方英寸)或965kPa(千帕)的抗拉强度。所述泡沫还具有大约10到82.8kPa之间的压缩变形特性(即，用于压缩标准测试样品其高度的25％的力)，以及大约5-12％的压缩变定百分比损失(即，当测试样品经受一个固定时间段的标准压缩负荷或变形后，无法恢复到其原始厚度的量，用百分比度量。)

制造如图6总体描绘的振动换能器36，泡沫衬垫50可以利用衬垫固定片52保持在电动机40的主体周围的位置，其中衬垫固定片52可以包括粘在衬垫50周围的薄纸、薄胶带或任何基本等效的装置。为了完成振动换能器36的制造，已加衬垫的电动机40被插进刚性外壳37中，并通过将环氧树脂39施加到外壳37的开口的后部38内而将电动机固定在适当位置上，该电动机40具有附在电动机轴46上的5个偏心锤45。一旦被插入，泡沫衬垫材料35在刚性外壳21内具有基本未压缩的“干涉配合(interference fit)”。环氧树脂39还用于将电源线42固定到电动机40的后部41，从而防止电源线42从电动机40上意外脱离。

现在具体参见图8到图10，其详细说明了振动换能器36的增强操作。然而，首先注意，为了获得最大振动效果，刚性外壳37以大体圆柱形状提供，在这里会进一步更好地理解。在任何情况下，如图8的横截面图和图10A至10F的相应视图所示，电动机40的前部44被泡沫衬垫50的前部51围绕。静止时，即电动机40未运行时，电动机40被泡沫衬垫50基本均匀地围绕，如图10A所示。

然而，在电动机40启动后，由偏心锤45外向掷投产生的离心力F导致电动机的轴46的旋转轴线48沿着圆锥图案运行，如图9所示。结果，电动机40的前部44被掷入泡沫衬垫50的前部51中，从而下压邻近于偏心锤45的衬垫50区域，并使得衬垫50的大体相对的部分扩张，如和偏心锤45的各个旋转位置相对应的图10B到10F所示。

通过参考图10B到10F可以很明显的看出，通过圆柱形状的刚性外壳37得到增强的衬垫50在电动机40周围的配合布置允许偏心锤45产生的动量比在电动机是刚性固定在主体上的实施例中可能产生的动量更大。然而，随着泡沫衬垫50的前部51在偏心锤45的离心力F下压缩，将达到某个点，在此点处泡沫衬垫50不能再向刚性外壳37的内壁压缩，且电动机40的前部44从内壁向内壁相反部分弹离。

结果是，振动效果比要求将电动机刚性固定到外壳的现有技术配置中获得的振动效果显著得多。另外，申请人发现所获得的显著的振动效果一般比现有技术配置中产生的振动效果更易于被人体触觉感知到。具体地，能容易地感知和区分在振动换能器36工作期间，即电动机40加电期间的在数十毫秒级或更短时间上的小的差别。所以振动换能器36的此种实施方式尤其适于本发明的节拍器15的实施，其优选地包括提供表示强拍(dominant beat)和分拍以及复杂节奏的产生和通信的不同触觉刺激，其可能要求其间停顿很短的很快被感知的刺激。下面将结合图13到图19B进一步说明能够产生容易区分的信号的换能器驱动电路的实施例。

现在转到图11至图12，本发明的节拍器15优选地适于将如图11的下部乐谱所示的表示速度和小节定时的触觉刺激，以及如图11的上部乐谱所示的速度、小节定时和复杂节奏模式的触觉刺激传递给一个音乐人或多个音乐人。具体地，本发明的优选实施例考虑到通过来自基本单元20的信号发生器23的信号输出的起始的定时来传递速度信息。为了将表示小节开始的强拍同小节中的其它拍子区分开，或在被分成三连音符的拍子的开始和其它拍子分拍之间进行区分，信号发生器23用于在基本单元20的数字输入设备21的控制下产生至少两个不同持续时间的信号输出。较长时值的拍子(例如，在大约30到100毫秒之间，更优选地40毫秒长)将被所述一个音乐人或多个音乐人明显感知，因为其强度比较短时值拍子(例如，在大约5到25毫秒之间，更优选地10毫秒长)大得多，尤其在通过上述的振动换能器36传递时。如图12的下部定时图所示，数字输入设备21被编程，以便通过以设定速度简单地实现表示下拍和分拍的、来自信号发生器23的重复模式的输出脉冲来实施本发明的这些方面。

再次，如图11的上部乐谱和图12的对应上部时间图所示，本发明的节拍器优选适于传递给一个音乐人或多个音乐人不仅表示速度和小节定时，还有复杂节奏模式的触觉刺激。在此情况下，基本单元20的数字输入设备21被优选地编程来“遵照”由指挥、乐队领队、音乐指导者、带领音乐人等选择的音乐选段的乐谱。然而，在替选方式中，数字输入设备21可被预编程成具有多个节奏模式，其可通过用户对数字输入设备21的输入而简单地选择。后者在掌握基本节奏方面将具有很强的实用性。在任何情况下，本发明的优选实施例考虑到提供合适的编程接口，以允许指挥、乐队领队、音乐指导者、带领音乐人等将任何期望的节奏模式或就此而言的全部音乐乐谱输入到数字输入设备21。如图12的上部时间图所示，仅当乐谱需要待演奏的音符将更长的持续时间或更大的强度赋予对应于下拍的脉冲时，数字输入设备21才控制基本单元20的信号发生器23产生输出脉冲。

如图12的时间图所示，用于各个部分的小节定时(或各组演奏相同部分，但位于不同位置的音乐人)根据用声音定时器70所获得的测量彼此之间进行时移，并输入到基本单元20。例如，如所述时间图所示，第二组脉冲相对于第一组脉冲延迟了时间Δt₁，而第三组脉冲相对于第一组脉冲延迟了时间Δt₂。在此例子中，演奏第一乐谱的音乐人位于远离观众的位置，演奏第三乐谱的音乐人位于靠近观众的位置，而演奏第二乐谱的音乐人位于前二者之间，所有这些音乐人的演奏在观众听来是和谐的。同样，本发明的节拍器15可以用于在演奏之间产生可感知的延迟，从而对交互轮唱(antiphonal)演奏产生回声效应。

回到图1B，在演奏时间之前可以使用声音定时器70(图1B)或基本等效的系统来测量演奏场地的音响效果。具体地，测量在不同的音乐人及其观众的位置之间的声音传播时间。一旦测得所述时间，将所述时间通过所提供的用户输入界面输入到多通道节拍器15的基本单元20。

在演奏(或排练等)时，每个音乐人使用带子等在最不引人注目的位置固定他或她的换能器35。然后该音乐人通过将标准插头43插入来自基本单元20的一个通道的输出插口中，或者插入来自调谐到基本单元20的无线通通道的换能器单元29的输出插口中，从而在换能器35和基本单元20或接收器31之间连接电缆42。然后，利用优选地如前所述提供的输出功率电平选择器55调整本发明节拍器的“感觉”。

在使用本发明节拍器15的每个音乐人将换能器放在所期望的位置的情况下，指挥、乐队领队、音乐指导者、带领音乐人等利用所提供的数字输入设备21和显示器22、基于每通道来设置要由信号发生器23产生的每分钟的拍子数、每小节的拍子数以及如果需要的话，每拍的分拍数。无论如何，在换能器35位于适当的位置且基本单元20按需要设置好的情况下，使发射器26和一个接收器31或多个接收器(如果要用的话)上电，音乐人可以利用节拍器在指挥、乐队领队、音乐教练、带领音乐人等的集中控制下演奏其各自的乐器。

图13图示了用于驱动振动换能器36的触觉刺激系统138的另一实施例。触觉刺激系统138包括数字信号接收器或发生器139以及信号调节电路140。数字信号接收器或发生器139可以采取各种形式，但在任何情况下其都适于以适合于使用振动换能器36的应用的任何速度、时值、复杂的节奏等产生用于振动换能器36的驱动信号。另外，可以实施信号调节电路140，由此可以使得振动换能器36的一种实施和具有广泛多样化的电输出特性的多个数字信号接收器或发生器139相兼容。

如图14所示，这样的信号调节电路140具体地包括能够给振动换能器36的电动机40的操作提供所需电流的输出放大器148，并优选地包括功率调节电路151，如图15所示，其能够防止和/或抑制电压尖峰形成，可以预期，其在响应对于在振动换能器36的实施中使用的电动机类型是典型的高感应负载时可能出现。另外，信号调节电路140优选地包括用于接受具有不同电特性的输入信号的一个或多个装置。例如，图14中的调节电路140包括包络检测器142，其能够接受电压脉冲突发，就好像该突发是与其具有相同持续时间的单脉冲，或同样，接受和所述突发具有相同持续时间的单脉冲；在包络检测器142的输出端，来自每个的信号基本上将不能辨别。

尽管根据来自信号发生器139的信号输出的电特性可以要求更少的，或在有些情况下无需信号调节电路，在图14中示出了用于示例的一个信号调节电路140，其一般包括：用于接收来自数字信号接收器或发生器139的信号的输入插口141；用于将各种类型输入信号转换成共同特性的脉冲列的包络检测器142，其中每个脉冲的持续时间规定振动换能器36的输出；用于使包络检测器的输出成为方形以便进一步处理的输入放大器143；用于从振动换能器36产生“中等强度”或短持续时间输出的第一信号发生器145和用于从振动换能器36产生“强烈”或长持续时间输出的第二信号发生器146；用于提供振动换能器36的电动机124的操作所需的电流的输出放大器148；用于通过引到振动换能器36的电动机40的电源线126的电源线插口127连接的输出插口150，以及支持上述操作和/或用于提供其它特征的其它电路，在此将会进一步更好地理解。

进一步观察图14中描述的信号调节电路140，图示的包络检测器142包括：IN4148二极管D2，其阳极连接到输入插口141的端子J1-1；以及0.022uF电容器C2，其将二极管D2的阴极接地。在输入插口141的端子J1-1处输入的信号被提供给二极管D2的阳极，这些信号的包络在二极管D2的阴极处被输出。为了产生更干净、形状更方的所得到的信号包络的表示，便于对输入信号进行进一步的处理，使来自包络检测器142的包络信号通过输入放大器143，该输入放大器143包括2N3904 NPN BJT晶体管Q1，其在C类操作中被配置为公共射极放大器。选择47kΩ的电阻器R2以限制通过晶体管Q1的基极-发射极结的电流，并将放大器143的输入阻抗提高到不使输入包络信号负载过重(load down)的水平。选择2.2kΩ的电阻器R3以在饱和状态下操作放大器143，从而在晶体管Q1的集电极处得到成方形的放大的输出。

在信号调节电路140的下一级中，提供了一对信号发生器145、146，以便产生用于振动换能器36的电动机124的操作的驱动信号。每个信号发生器145、146分别包括被配置为单稳多谐振荡器或“单稳态”的LM555NCMOS定时器U1、U2。如图所示，第一CMOS定时器U1的输出定时电路包括68kΩ的电阻器R5和0.22μF的电容器C4，以便在CMOS定时器U1的引脚(pin)3处产生大约10毫秒的短持续时间输出信号。一旦将该输出信号传送到振动换能器36的电动机124，就会产生适度强度的(或短的)触感。另一方面，第二CMOS定时器U2的输出定时电路包括100kΩ的电阻器R6和0.47μF的电容器C6，使得在第二CMOS定时器U2的引脚3处产生的输出信号的持续时间大约为40毫秒，当该输出信号被传送到电动机40时，振动换能器36将产生明显更强烈的(或长的)触感。

为了在输入信号之间进行区分，来自晶体管Q1的集电极的放大包络信号，即来自输入放大器143的输出被“原样”传送到第一CMOS定时器U1的触发引脚2，但在被传送到第二CMOS定时器U2的触发引脚2之前，通过第一阶R-C低通滤波器144滤波。这防止较短持续时间输入脉冲或脉冲流触发第二单稳多谐振荡器信号发生器145。用5.6kΩ串联电阻器以及接地的2.2μF电容器C4易于实施所述R-C滤波器144。

然后，第一单稳多谐振荡器信号发生器145的输出(从CMOS定时器U1的引脚3)和第二单稳多谐振荡器信号发生器146的输出(从CMOS定时器U2的引脚3处)通过固态OR电路147结合，该电路147包括阴极连接在一起的一对IN4148二极管D3、D4。用此方式，在第一二极管D3的阳极处出现来自第一信号发生器145的信号或是在第二二极管D4的阳极处出现来自第二信号发生器146的信号都将导致在二极管D3、D4的公共阴极处出现信号，然后该信号提供给输出放大器148。

尽管至此所述的信号调节电路140的许多前述特征可以不是本发明的每个实施方式都要求的，但输出放大器148或其基本等效物一般会被要求用于任何这样的实施方式中：即，在该实施方式中预期用逻辑电平信号来驱动振动换能器36的电动机40，电动机40一般具有高于大多数固态部件性能的电流要求。

如图14所示，示例性的输出放大器148包括2N3904 NPN BJT晶体管142，该晶体管142被配置为射极跟随器，在散热包装(heatdissipating package)中与TIP42高电流PNP晶体管143在TO-220耦合，用于提供振动换能器36的电动机40操作所需的电流。所示的输出放大器148可视作两级、高电流射极跟随器。

在任何情况下，来自输出放大器148的输出通过输出功率电平选择器149提供给输出插口150，到振动换能器36的电动机24的电源线插口127可以插入插口150。如图14所示，输出功率电平选择器149优选地包括22Ω电阻器R8，通过选择单极单掷开关SW2的适当位置，电阻器R8被选择性地设置为和所述输出电路串联。尽管申请人已经发现22Ω是用于电阻器R8的适当值，但注意所述值是根据经验选择的以便获得用户所期望的针对“低”输出选择的触觉。另外，电阻器R8可以用电位计代替，从而提供完全可调的输出功率电平。

最后，优选地提供功率调节电路151的另一实施例，比如如图15所示，来防止或抑制电压尖峰形成，可预期该电压尖峰可能在响应对于在振动换能器36的实施中所使用的电动机24类型是典型的高感应负载时形成。如图7B所示，所述功率调节电路包括10μF电解电容器C1，其将来自例如9V电池BAT的9V电源总线接地。电解电容器C1将临时供应额外电流到9-V总线，其可能需要用于补偿在振动换能器36的电动机40的启动期间引起的利用输出放大器48所导致的瞬态。另外，所述功率调节电路优选包括ON-OFF开关SW1，还可以包括上电指示器152。通过在9-V电源总线和地之间将1kΩ限流电阻器R1和发光二极管(“LED”)D1串联，可以容易地实施这样的上电指示器。

现在总体参见附图，尤其是图16A至图19B，详细说明了本发明的振动换能器36的操作。为了示例性说明，假定振动换能器36将被用于要求区别两个不同触觉刺激的应用。但是，应当理解，本发明的振动换能器36能够容易地用于要求更多的应用。还有，特别依据此示例性的公开，本领域普通技术人员会容易地理解，对于更高阶系统的实施，可能要求对前面说明的电路作必要的修改。

在任何情况下，图16A和图16B以电压时间图描绘了可能由比如如图13中所示的信号发生器139产生的输入信号。具体地，图16A图示了持续时间大约为3毫秒的“短”脉冲列。此脉冲列可以由信号发生器139产生来表示第一事件。同样，图16B图示了持续时间大约为15毫秒的“长”脉冲列，该脉冲列比如也可以由图6的信号发生器139产生。后一脉冲列可被产生来表示第二事件。在使用图14的信号调节电路140的本发明的振动换能器20的操作中，图16A和图16B的脉冲列将以期望的模式在端子J1-1处提供给调节电路140的输入插口141。例如，所述脉冲列可以以短-长-短-短-短-长的模式提供。

如前所述，调节电路140首先产生输入信号的包络。继续所设置的例子，然后，包络检测器142的输出将如同图17A的电压时间图中所描绘的那样，其中图17A表示在二极管D2的阴极处获得的信号。但是，如图17A的图所示，包络检测器142的输出将总体反映其电容器C2的时间常数效应，其导致波形的滑离(roll off)。为了产生更干净、更方的波形(这样更容易用于控制定时操作)，包络检测器142的输出优选通过被配置为工作在C类或饱和状态下的输入放大器143。如图17B所示，其表示了在形成输入放大器143的晶体管Q1的集电极处的电压波形，输入放大器143的输出是一系列大体为方形的脉冲。在任何情况下，输入信号模式短-长-短-短-短-长在此点处仍被保留。

同样，如上面说明的，调节电路140的下一级包括一对单稳多谐振荡器或“单稳态”信号发生器145、146。图17B中描述的放大的信号直接被提供给第一信号发生器145的CMOS定时器U1的触发器引脚2内。越过阈值触发电平(在图17B上图示为TRIG)的输入信号的每个脉冲将触发第一定时器U1，从而导致大约10毫秒的脉冲(如图19A所示)从定时器U1的引脚3处输出。然而，理想的是只有较长脉冲才触发第二信号发生器146的CMOS定时器U2。为了达成这个结果，于是，图17B的放大的信号在施加到第二信号发生器146的CMOS定时器U2的触发引脚2之前，首先通过低通滤波器144。如从表示从低通滤波器144输出的经滤波信号的图18的图中可以明显看出，只有较长持续时间的脉冲才具有足够低的频率，以足够地通过滤波器144而越过如图18的TRIG所表示的阈值电平。结果，当此波形被提供给第二信号发生器146的CMOS定时器U2的触发引脚2时，只有较长脉冲才导致在第二信号发生器146的CMOS定时器U2的输出引脚3处产生大约40毫秒脉冲，如图19B所示。

由所述一对单稳多谐振荡器或“单稳态”信号发生器145、146这样产生的脉冲列继而通过图14中所示的固态OR电路147结合。一经结合，在输入处将会出现下面的电压模式到输出放大器148：V_10ms-停顿-V_40ms-停顿-V_10ms-停顿-V_10ms-停顿-V_10ms-停顿-V_40ms，其表示输入信号的短-长-短-短-短-长模式中的一系列40毫秒持续时间和10毫秒持续时间的电压脉冲。然后，这些电压通过输出放大器148(该输出放大器148提供用于振动换能器36的电动机40的操作的足够的电流)，然后传递给振动换能器36的电动机140，该电动机被接通10毫秒，断开，接通40毫秒，断开，接通10毫秒，断开，接通10毫秒，断开，接通10毫秒，断开，然后接通40毫秒。如申请人已经发现的，所述输入信号模式通过振动换能器36被容易地感知。

图20图示了和基本单元20或换能器单元29结合使用的数字输入设备221(其可以结合信号发生器23)的一个实施例。数字输入设备221具有显示器222和用户界面，所述用户界面具有加速224和减速224按钮、每小节拍数选择按钮225、音符值(例如十六分音符、八分音符)或每拍分拍数选择按钮226、音列按钮227和通道选择按钮228。另外，显示器222适于提供当前速度、拍子记号(time signature)、分拍设置和通道号的数字读出。这样，指挥、乐队领队或音乐指导者可以对数字输入设备221进行编程，以产生多节奏定时信号(其中，同时的节奏被导入不同通道)，这样一个乐器部可以根据一种节奏(比如二拍模式)演奏，而另一个乐器部可以根据不同的节奏(比如三拍模式)演奏。另外，提供了音列(series)按钮227使得数字输入设备221可以被编程以产生不同模式的重拍(accented beat)系列，比如黑米奥拉比例(hemiola)1-2-3-1-2-3-1-2-1-2-1-2模式。或者，音列按钮227可以用来标记一系列拍子的不同分拍模式，比如两个四分音符，每个表示一拍，后面跟着四个八分音符。在这些不同的方式中，数字输入设备221可以很容易地用于提供复杂的节奏和拍子模式。

此外，考虑到数字输入设备221可结合接口(未图示)，比如MIDI接口，USB连接或无线蓝牙或红外连接，用于将设备221连接到外部数字输入源，比如MIDI键盘、通用膝上型计算机、通用个人数字助理或某种其它便携式消费电子设备。这在对数字输入设备221编程来产生如图11的上部乐谱所示的特别复杂的节奏时尤其有用。随后，指挥、乐队领队、音乐指导者、带领音乐人等仅需要选择所希望的速度和起点来使本发明的节拍器为配备了换能器35的每个音乐人产生用于复杂的音乐选段的有节奏的刺激。

另外，显示器222可用于提供包括如图11所示的音乐乐谱的图形读出。数字输入设备221优选地配备有存储器，比如闪存，以存储在其上定义或选择的各种复杂模式。以此方式，数字输入设备221被装备为编程、记录和存储序列。虽然在图20中未示出，数字输入设备221还可以配备有扬声器和音频控制按钮、光指示器和其它特征。数字输入设备221还可以具有基于红外的遥控单元来启动和停止所述序列。

还考虑到由每个音乐人配戴的换能器单元29还可以结合完备的或缩小的数字输入设备221，使得每个音乐人可以通过本地定义或选择拍子模式来自己练习或在家练习时使用节拍器。为此目的，数字输入设备221可以配备有开关229，其使音乐人能够在遥控通道和本地控制通道之间选择，其中，在遥控通道中，数字输入设备221接收来自外部源比如指挥的节奏模式，而在本地控制通道中，数字输入设备221输出由音乐人使用内置用户界面选择的节奏模式。

图21图示了节拍器的实施例，其包括装入到附着到带夹291上的大约2至3厘米长的小圆筒235中的换能器。在换能器外壳235和其带夹291之间放置有柔性减震材料，比如棉花、泡沫或橡胶。夹291被设计成固定在带240上用户选择的和可调的位置。所述换能器被设计成配戴上后使得换能器外壳235的外部接触音乐人，优选地，在音乐人的腰背部，以便于所述振动通过音乐人的骨头传导。线242将换能器连接到单独封装的换能器控制器或驱动电路230，其也是可调节地夹在带242上，比如用户的侧部。线242优选为在带240中部分隐蔽并受到保护或放置在带240的内侧——通过任何合适的方式，比如小环、带或钩和环材料——用于使所述线保持在带240的内部或和带240的内表面接触，同时还便于换能器外壳235和换能器控制器或驱动电路230的位置调整。应当理解，所述夹291可以用可移除地将换能器外壳235附着到带240上的任何其它适当方式来代替。

图22以透视图图示了包括不同类型的接触装置14的节拍器的实施例。接触装置14包括脚踝带12，该脚踝带12用于将触觉换能器13连接到音乐人的踝骨(胫骨的内踝或腓骨的侧踝都可以)或胫骨上。电缆242连接用于触觉换能器13的单独封装的信号和功率源11。脚踝带12可以包括能释放的能啮合的钩和环型扣件，比如可购得的著名品牌“VELCRO”，或其它任何基本等效的扣件系统，用于将带22紧靠用户踝骨周围固定。如图22所示，音乐人18使用带子12将换能器13固定在最不引人注目的位置。然后音乐人通过将标准插头(未图示)插入信号和功率源11的输出插口(未图示)中，在接触设备14和信号和功率源11之间连接电缆242。用于将接触装置14连接到音乐人身体上的其它位置，比如音乐人的踝骨、胸、膝或肘的其它实施例也将落入本发明的范围内。

尽管上述的说明为本发明的优选实施例的示例，相关领域普通技术人员将认识到，可以很容易地实施许多的变化、变动、修改、替代等，尤其是依照此说明书、附图及从所附的权利要求书。例如，在牺牲这里所描述的关于触觉振动换能器36的优选实施例的益处的情况下，本发明的多通道节拍器15的换能器35可以被实施为压电设备、蜂鸣器，电极对，骨密度共鸣器，电刺激设备，机械换能器、离心运动发生器，可听设备或任何其它能够传递所希望的触觉刺激的基本等效结构。此外，本发明的节拍器15可具体应用于分开的演奏组由多个指挥带领的情形下。在这种情况下，可以给每个指挥而不是各个音乐人提供用于接收适当交错的定时信号的换能器35。还有，声音定时器70可以被实施为与节拍器15的基本单元20集成的单元，或作为单独的设备。在任何情况下，由于本发明的范围比任何具体实施例的范围要广泛的多，所以不应当解释为前述的详细说明是对本发明范围的限制，本发明范围仅由在此所附的权利要求限定。

Claims (36)

1.一种由音乐人使用的节拍器，包括：

数字输入设备，包括数字显示器和用户界面，用于使音乐人能够定义或选择用于练习或演奏音乐的复杂节奏，该复杂节奏包括速度和不同音符值；

信号发生器，和所述数字输入设备通信性耦合，所述信号发生器适于响应于所定义或选择的复杂节奏而产生电信号；

触觉换能器，和所述信号发生器通信性耦合，且适于对应于由音乐人定义或选择的所述复杂节奏的不同音符值，向音乐人传递多个可区分的、离散、类脉冲的触觉刺激；

电源，用于向所述触觉换能器供电；

第一便携式外壳，容纳所述电源；

第二便携式外壳，容纳所述触觉换能器，所述第二便携式外壳独立于所述第一便携式外壳并和所述第一便携式外壳分离；以及

线，将所述电源连接到所述换能器。

2.如权利要求1所述的节拍器，其中所述用户界面使所述音乐人能够单独地定义所述复杂节奏的所述速度和所述音符值。

3.如权利要求1-2中的任意一项所述的节拍器，其中所述触觉换能器适于传递对应于拍子的第一部分的第一离散触觉刺激，对应于同一拍子的第二部分的第二离散触觉刺激，其中所述第一离散触觉刺激比所述第二离散触觉刺激更为明显。

4.如权利要求3所述的节拍器，其中所述第一离散触觉刺激具有基本不大于100毫秒的持续时间，而所述第二离散触觉刺激具有基本不大于50毫秒的持续时间。

5.如权利要求1-4中的任意一项所述的节拍器，还包括：

短距无线发射器，其和所述信号发生器关联，用于将所述信号发生器产生的对应于所述复杂节奏的信号无线地发射到与所述触觉换能器关联的接收单元；以及

无线接收器，其和所述接收单元关联，用于接收由所述短距无线发射器发射的无线信号。

6.如权利要求5所述的节拍器，其中所述无线发射器是射频发射器。

7.如权利要求1-6中的任意一项所述的节拍器，其中第二便携式外壳是圆柱形。

8.如权利要求1-7中的任意一项所述的节拍器，其中所述触觉换能器包括：

电动机，具有携带偏心锤的电动机轴；以及

电动机装配装置，其使所述电动机在被加电时在第二便携式外壳内摆动，使得所述偏心锤沿椭圆路径运行。

9.如权利要求1-8中的任意一项所述的节拍器，还包括：

带，适于被所述音乐人环绕其腰部配戴；

第一夹子，连接到容纳所述电源的第一便携式外壳，并适于夹在所述带上；

第二夹子，连接到容纳所述换能器的第二便携式外壳，并适于夹在所述带上；

可压缩材料，其置于所述第二便携式外壳和所述第二夹子中间，以减小所述第二便携式外壳和所述第二夹子之间的振动的传递；以及

其中将所述电源连接到所述换能器的软线邻近于所述带子放置，以使所述换能器外壳能够被配戴在邻近于所述音乐人的脊椎的所述音乐人的腰背部，同时电源外壳被配戴在所述音乐人的侧部。

10.如权利要求1-9中的任意一项所述的节拍器，还包括：

和所述信号发生器无线通信的多个接收单元；

每个接收单元和换能器关联，适于对应于由所述音乐人定义或选择的所述复杂节奏的不同音符值，向音乐人传递多个可区分的、离散的、类脉冲的触觉刺激。

11.如权利要求10所述的节拍器，其中：

所述信号发生器产生对应于从所述数字输入设备接收的多个期望的定时方案的电信号，且其中所述信号发生器输出每个所述定时方案到独立的通信通道上；以及

每个接收单元适于选择通信通道并传递对应于从所选择的通信通道接收的所述定时方案的感官刺激。

12.如权利要求11所述的节拍器，其中所述信号发生器适于产生输出，在所述输出之间具有预定的时移。

13.如权利要求5、10、11和12中的任意一项所述的节拍器，还包括用于容纳所述信号发生器的第三外壳，以及用于容纳所述数字输入设备的第四外壳。

14.如权利要求1-14中的任意一项所述的节拍器，其中所述数字输入设备包括通用膝上型计算机。

15.如权利要求1-14中的任意一项所述的节拍器，其中所述数字输入设备包括便携式消费电子设备。

16.如权利要求1-14中的任意一项所述的节拍器，其中所述数字输入设备包括通用个人数字助理。

17.如权利要求1-16中的任意一项所述的节拍器，其中所述数字输入设备和所述信号发生器进行无线通信。

18.如权利要求5、10、11和12中的任意一项所述的节拍器，还包括第三外壳，用于容纳所述数字输入设备和所述信号发生器二者。

19.如权利要求5和10-18中的任意一项所述的节拍器，其中每个接收单元和第二用户界面关联，所述第二用户界面使所述音乐人能够定义或选择所关联的接收单元本地的第二拍子模式，以及在遥控通道和本地控制通道之间选择；

其中选择所述遥控通道导致所述触觉换能器传递对应于通过所述数字输入设备定义或选择的、并从所述信号发生器无线接收的所述复杂节奏的刺激；以及

其中选择所述本地控制通道导致所述触觉换能器传递对应于所述第二拍子模式的刺激。

20.如权利要求1-19中的任意一项所述的节拍器，其中所述数字显示器是图形显示屏。

21.如权利要求1-20中的任意一项所述的节拍器，其中所述数字显示器是触敏屏。

22.一种由音乐人使用的节拍器，包括：

信号发生器，其产生对应于预选节奏的不同音符值的电信号，所述信号发生器适于和数字输入设备通信性耦合，从数字输入设备接收预选的节奏，以及保持与数字输入设备的相独立的操作性，所述数字输入设备使音乐人能够定义或选择用于练习或演奏音乐的节奏；

短距无线发射器，其与所述信号发生器关联，用于将所述信号发生器产生的、对应于所述预选节奏的不同音符值的信号无线地发射到至少一个接收单元；

无线接收器，其与所述至少一个接收单元关联，用于接收由所述短距无线发射器发射的无线信号；以及

可配戴并可改变位置的换能器，其与所述至少一个接收单元关联，所述换能器适于对应于所述预选节奏的不同音符值向音乐人传递非视觉的、离散的、类脉冲的感官刺激。

23.如权利要求22所述的节拍器，其中所述换能器适于向配戴所述换能器的音乐人传递触感，所述触感对应于所述预选节奏的不同音符值。

24.如权利要求23所述的节拍器，其中所述换能器适于产生多个容易区分的触觉刺激。

25.如权利要求24所述的节拍器，其中所述换能器适于产生可选强度的触觉刺激，所述可选强度由从所述信号发生器接收的信号进行数字控制。

26.如权利要求22-25中的任意一项所述的节拍器，还包括：

电源，和所述接收单元关联；

软线，将所述电源连接到所述换能器；以及

其中所述电源和所述换能器位于分离且独立的便携式外壳中，从而所述换能器适于由音乐人戴在身体的选定部位上，所述选定部位和给所述换能器供电的所述电源分开并远离所述电源。

27.如权利要求26所述的节拍器，还包括：

带，适于被所述音乐人环绕其腰部配戴；

第一夹子，连接到所述换能器外壳，并适于夹在所述带上；

第二夹子，连接到所述电源外壳，并适于夹在所述带上；以及

其中将所述电源连接到所述换能器的所述软线被置于所述带的内部，以使所述换能器外壳能够被配戴在所述音乐人的腰背部，同时所述电源外壳被配戴在所述音乐人的侧部。

28.如权利要求26所述的节拍器，还包括：

带子，适于被音乐人环绕其脚踝配戴；

连接器，连接所述换能器外壳到所述带子；以及

其中将所述电源连接到所述换能器的所述软线至少3英尺长，使得所述电源外壳可以被置于平台上，同时其向所述换能器供电。

29.如权利要求22-28中的任意一项所述的节拍器，还包括：

和所述信号发生器进行无线通信的多个接收单元；

每个接收单元和换能器关联，所述换能器适于对应于由音乐人确定或选择的预选节奏之一向音乐人传递非视觉的、基于脉冲的感官刺激。

30.如权利要求29所述的节拍器，其中：

所述信号发生器产生对应于从所述数字输入设备接收的多个期望的定时方案的电信号，且其中所述信号发生器输出每个所述定时方案到独立的通信通道上；以及

每个接收单元适于选择通信通道，并传递对应于从所选择的通信通道接收的所述定时方案的感官刺激。

31.如权利要求30所述的节拍器，其中所述信号发生器适于产生输出，在所述输出之间具有预定的时移。

32.如权利要求22-25中的任意一项所述的节拍器，其中所述触觉换能器包括：

便携式外壳；

电动机，其具有携带偏心锤的电动机轴；以及

灵活的电动机装配装置，其在所述偏心锤在所述电动机轴上旋转时，能够使所述电动机在所述外壳内摆动。

33.如权利要求22-25中的任意一项所述的节拍器，其中所述换能器被容纳在圆柱形外壳内。

34.如权利要求22-33中的任意一项所述的节拍器，其中所述数字输入设备包括通用膝上型计算机。

35.如权利要求22-33中的任意一项所述的节拍器，其中所述数字输入设备包括通用个人数字助理。

36.如权利要求22-33中的任意一项所述的节拍器，其中所述数字输入设备包括便携式消费电子设备。

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