CN103310679A - 视听教学设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种视听教学设备（2），所述视听教学设备（2）为在大量学生面前演示而设置得足够大，且具有安装有面板（4）的框架（6）。面板（4）的前表面包括处理过的区域（5），以起到白色书写板表面的作用，在该白色书写板表面上可以使用标准的干记号笔可擦除地写字和画画。白色书写板表面（5）预印刷有多个五线谱（8），并具有一列与五线谱（8）的线和空格匹配且大致互相平行的导电轨道。导电轨道与放声设备和手持棒（26）相连，手持棒（26）包括局域天线，并适应为选择五线谱（8）的各条线或各个空格，以使被选择的音符由所述放声设备播放。所述视听教学设备与以往的教学设备相比为老师提供更大的活动自由度。
Description
技术领域
本发明涉及一种视听教学设备。特别涉及一种用于教授音乐的视听教学设备。
背景技术
已知的用于教授音乐的视听教学装置包括包含多个五线谱的面板。一系列的电线或低电阻的金属条代表该五线谱的线和空格，并配置为引导相对高振幅的脉冲电流。该装置进一步包括包含感应器且通过电缆连接至所述面板的手持“棒”。当该棒与所述五线谱的电线中的一条相接触或相邻时，闭合驱动集成扬声器系统的电路。
这些已知的装置具有许多缺点。首先，所述棒需要使用重型屏蔽电缆系在音乐面板上。此外，感应器的定向不允许电线/金属条的精确感应。这会导致在确定五线谱的哪些电线/金属板已被检测到时发生错误。而且，难以实现电线/金属板的机械定向和固定。最后，具有快速上升沿的高电流、高频脉冲的使用会产生大量的射频干扰，因此使得难以实现符合EMC（Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容性）。
发明内容
本发明的目的在于克服或实质上缓解已知装置的上述问题。
根据本发明的一个方面，提供一种用于教授音乐的视听教学设备，包括：基板；由设置于所述基板上的第一阵列导电轨道形成的感应平面，其中所述第一阵列导电轨道中的每个导电轨道分别与五线谱的不同的音符相关联；设置于所述基板上的第二阵列导电轨道，其中所述第二阵列导电轨道穿插在所述第一阵列导电轨道中；放声设备；与所述第一阵列导电轨道和所述放声设备通信的音乐控制器；以及未被系上的手持天线，当所述第一阵列导电轨道中的一个导电轨道接收到由所述手持天线发送的信号时，所述控制器适应为使所述放声设备产生对应于与接收到发送的信号的导电轨道相关联的音符的声音。
本发明的所述教学设备与现有的教学设备相比为老师提供相似的教学功能但更大的活动自由度。
所述第一阵列导电轨道中的每个导电轨道可独立寻址，并且在一个优选的实施形态中所述第一阵列导电轨道和第二阵列导电轨道的所有导电轨道配置为基本上互相平行。本发明部分地基于下述创新的实现，即、由于五线谱的x坐标代表的是时间，因此用于教授音乐的视听教学设备不需要x, y坐标分辨。只需要在音符之间识别y坐标的分辨。因此，理想地，所述视听教学设备的基板没有与所述第一阵列和第二阵列垂直的导电轨道。这极大地简化了所述视听教学设备的结构，简化了所述第一阵列的单独轨道的寻址，并减少了不良的EMC效应的风险。
优选地，所述第一阵列导电轨道中的每个导电轨道包括从该轨道的一侧或两侧横向延伸以将每个导电轨道的感应区域限定在感应平面内的多个指针。而且每个导电轨道的指针可以延伸至相邻的导电轨道的指针之间的空间，以使每个导电轨道的感应区域重叠。
在一个特别优选的实施形态中，所述视听教学设备进一步包括弹性塑料薄片，其中所述第一阵列导电轨道设置于所述塑料薄片的第一侧，所述第二阵列导电轨道设置于所述塑料薄片的第二相反侧。所述第一导电轨道和第二阵列导电轨道可以包括印刷在所述塑料薄片上的碳基油墨或金属基油墨。而且，所述第二阵列导电轨道优选为与地面相连以形成接地层。
此外，所述视听教学设备可以进一步包括覆盖所述第一阵列的外层，所述外层预印刷有与所述第一阵列导电轨道相匹配的五线谱。所述外层也可以包括可重复写入的表面。
所述视听教学设备理想地包括多个第一阵列轨道，其中每个阵列与单独的五线谱相对应。
在一个特别优选的实施形态中，所述未被系上的手持天线包括电池电源，并且该手持天线优选为全向天线。
所述视听教学设备可以进一步包括与控制器通信的一个或多个传感器，所述一个或多个传感器配置为调节所述放声设备产生的声音的音调和音色。所述视听教学设备还可以进一步包括用于与一个或多个外部声音来源相连接的一个或多个接口。所述视听教学设备也可以包括电钢琴键盘。
理想地，所述视听教学设备另外还包括与所述控制器通信的无线电天线，所述控制器适应为使所述放声设备产生结合了使用手持天线所选择的一个或多个音符和被所述无线电天线所接收的声音和/或音符的声音。所述无线电天线优选为WiFi（Wireless Fidelity，无线保真）天线。
通过使用所述第一阵列导电轨道和第二阵列导电轨道以及本地天线，由于所述视听教学设备能够被制造为足够用于被更大量的学生易于观看的尺寸而造价不会过高，因此适合在教室环境中使用。例如具有适合在教室中使用的尺寸的电子触摸感应屏幕的造价一般被认为是过高的。
附图说明
以下参照附图仅示例性说明本发明的实施形态。其中，
图1是根据本发明的视听教学设备的一个实施形态的主视图；
图2是图1的设备的剖视图；以及
图3举例说明图1的视听教学设备的感应平面的一部分。
具体实施方式
图1示出视听教学设备2的一个示例。视听教学设备2包括大致刚性的框架6，框架6上安装有面板4。面板4的前表面包括处理过的区域5，以起到白色书写板表面的作用，从而可以使用标准的干记号笔在区域5上可擦除地写字/画画。刚性框架6也包括一个或多个支架（未图示）以使教学设备2能够固定在墙上，放置于工作台上，或自支撑。教学设备2设计为一群学生同时看得见且用于同时向一群学生展示的尺寸。优选地，例如，教学设备2最少是0.5 m2，更优选地，具有等于或大于0.8m x 1.5m的尺寸。
面板4的白色书写板表面5预印刷有多个五线谱8。虽然在图1中示出三个五线谱，但是应理解该视听教学设备可以印刷有少于或多于图1所示的三个五线谱。每个五线谱8附有嵌入面板4中的各自的显示器10。显示器10可以是点阵显示器、LED显示器、或其它用于展示可视信息的显示器。
面板4进一步包括以位于五线谱8上方的键盘12的形式的乐器。键盘12固定在面板4的孔中，优选为各个键从面板4的表面上稍微向前突出，以使希望弹奏键盘12的人易于接近该各个键。面板4还包括半音音阶调谐显示器14、以及多个可选择的开关16（参见下文）。调谐显示器14是LED伪模拟显示器，并用于指示输入音频信号例如来自于吉他的音频信号的调谐。对五线谱8、键盘12、调谐器14以及开关16的相对位置的各种变更是可以设想的。例如，键盘12可以位于五线谱8的下方，和/或调谐显示器14可以位于面板4的下角落。
教学设备2具有用于与外部电源相连接的电源插座（未图示），放声设备（未图示）安装在面板4的后侧。放声设备包括但不限于MIDI（Musical Instrument Digital Interface，音乐设备数字接口）控制器、扩音器、以及一个或多个扬声器（优选为至少两个用于立体声放声的扬声器）。教学设备2也包括模拟接口与数字接口两者、以及安装在框架6上用于控制教学设备和放声设备的功能的多个手动控制单元。手动控制单元包括但不限于音量控制单元、吉他音量控制单元、吉他过载按钮（guitar overdrive button）、调谐开关按钮、键盘开关按钮、以及电源开关按钮。模拟插口与数字插口包括但不限于数字输入端口、数字输出端口、以及吉他插座。
键盘12通过MIDI控制器和扩音器与一个或多个扬声器相连接，以使当键被手动按压时对应于键盘上的各个键的声音由扬声器再生（产生）。使用手动音量控制单元控制键盘声音的音量。键盘12在教学设备上的位置使得手指和手的位置能够向其他人清晰地演示。
或者，可以使用插排（line-in jack）将外部的MIDI可开启键盘与一个或多个扬声器相连。数字输入端口也可以用于将MP3播放器或类似的音乐存储装置与教学设备2相连。教学设备2也可以使用吉他插座与电吉他或具有合适的传感器的声学仪器直接相连，以使这样的仪器所产生的声音通过教学设备的扬声器重复播放。类似地，使用吉他音量手动控制单元调节扬声器的音量。MIDI控制器也包括多种音调/音响效果单元、以及过载控制单元，以对应于键盘12或连接在插排或吉他插座上的外部乐器修正扬声器所产生的声音的类型、音调和音色。使用开关16选择音调/音响效果单元，开关16也可以用于激活可听见的节拍器（audible metronome）。
图2是面板4的剖视图，但应该注意每层的厚度并不绝对地或相对地按比例。面板4由被基板24支持的多个层构成，基板24优选为轻量但实质上刚性。例如，基板24优选为由纸板、硬纸板、或塑料发泡材料制成。覆盖基板24的一个表面的至少一部分的是透明或半透明的醋酸纤维薄片18。薄片18的背朝（远离）基板24的第一侧的一部分印刷有多个第一阵列导电轨道20（图1的教学设备需要三个第一阵列）。薄片18的面朝基板24的第二侧的一部分印刷有位于第一阵列20下方的第二阵列导电轨道22。覆盖醋酸纤维薄片18的第一侧和第一阵列导电轨道20的是白色书写板涂层5，白色书写板涂层5呈半透明但能遮掩第一和第二阵列20、22。最后，预印刷在白色书写板涂层的外表面上的是上述的五线谱8。第一阵列的各个导电轨道20分别与五线谱8的线和空格匹配，并起到各个信号接收器的作用。而第二阵列的各个导电轨道22与导电轨道20之间的空间对齐，并起到防护轨道的作用。白色书写板涂层可以在面板4的整个前面延伸，或者可以只形成面板4的一部分。
第一阵列的每个导电轨道20可独立寻址，且第一和第二阵列的所有的导电轨道20、22配置为基本上互相平行。面板4没有与第一和第二阵列20、22垂直的导电轨道。
白色书写板层5是半透明的，以使安装在基板24内部或表面上的LED灯或其它的点光源通过白色书写板层5可视。这使得其中每个包含一个或多个点光源例如LED灯的与开关16相关联的显示器能够安装在位于白色书写板5后面的基板24上。与每个开关显示器16相伴的是与各个导电轨道20、22分离但按相同方式工作的传感器。每个传感器16用作开关，该开关使教学设备的使用者能够改变教学仪器所再生的声音，例如压平或加强音符、改变音乐的时间信号、更换键或谱号、以及调节键盘或与教学仪器相连的另一个乐器的类型和音色。类似的传感器也可以伴随每个显示器10。
第二阵列的导电轨道22互相连接以形成常见的接地层并起到隔离第一阵列的各个导电轨道20的作用。第一阵列的导电轨道20共同形成感应平面，且每个导电轨道可由控制器独立寻址，并通过放大器和解调系统与扬声器系统相连。理想地，“n至1”解复用器（de-multiplexer）被用于管理从第一阵列20的各个轨道接收的信号。
使用导电油墨形成导电轨道20、22以及与每个开关16相关联的传感器。导电油墨优选为碳基油墨或金属基油墨。例如，银基或钯基油墨作为导电油墨是同样有效的。印刷在薄片18上的导电油墨的使用允许获得高度的机械精确性和可重复性。第一导电轨道20的优选阵列示于图3。每个独立的轨道20a包括等间隔分布的指针20b，指针20b从轨道20a的一侧或两侧横向延伸。对于一对相邻的轨道20a，如图所示，一个轨道的指针20b延伸至另一轨道的指针之间的空间，但是每个轨道20a及其指针20b与相邻的轨道是电隔离的。每个轨道20a及其关联的指针20b从而将感应区域限定在与相邻轨道的感应区域重叠的感应平面内。可以用与图3所示的方式类似的方式印刷接地轨道22，或者可以仅仅是一系列互相平行并与第一阵列的轨道20a平行的线。
如图1所示，设备2还包括手持棒26。棒26是由内部的可充电电池驱动的独立装置。由于棒26由内部的可充电电池驱动，因此可以独立于面板4自由地移动，而不需要系在或以其他方式物理连接到面板4。在棒26的主体内设有微控制器和信号发生器，它们用于通过波形整形滤波器部件产生可变频率、可变振幅、伪正弦波形。棒26的顶端包括全向天线以发送波形。全向天线优选为以具有铁氧体磁芯的一对环的形式，两个环中的一个与另一个以大致90°重叠。棒26也包括配置为在处于休止状态几分钟后将棒26置于超低功率模式的运动操作开关。运动操作开关是常见的开闭电源开关的替换物或附加物。
优选地，使用一个或多个可充电电池例如3.7v或9v电池等足够发送本地的低频信号的电池来驱动棒26。此处提到的低频应理解为是指比现有的商用无线电频率低的频率，例如10kHz。此外，由于与方波波形相反，因此用于被发送的信号的伪正弦波形的使用减少并优选为消除本地EMC效应。
在使用时，棒26被通电并从而开始发送本地低频信号。接收由棒26的顶端发送的低频信号的区域优选为不大于且理想为小于第一阵列中相邻的轨道20a之间的空间。当教学设备2与外部电源相连时，面板4的控制器反复地对第一阵列的每个轨道20a按顺序寻址。当棒26的顶端被保持为与教学设备的正面接近，且与五线谱8中的一个中的一条线或一个空格上被选择的音符相邻时，低频信号被第一阵列20的一个或多个轨道接收。由于波形的传送是基于电压而非基于电流脉冲，因此由轨道20a的导电油墨提供的高电阻允许被传送的波形以与导电轨道的长度交叉的方向被线性接收。第二阵列22隔离第一阵列20的各个轨道，这样在第一阵列的轨道20a上接收的信号不会引起在相邻的轨道中的信号。然而，根据相对于五线谱的第一阵列的分辨率和使用棒26的人员的准确性，由棒发送的低频信号可能被多于一个轨道20a接收。因此控制器比较第一阵列中的轨道所接收的任何信号的振幅，以识别指示已被棒26所选择的特定的谱线或谱空格的各个峰。
在单个棒用于选择单个音符的情况下，控制器仅需识别与接收到具有最大振幅的信号的轨道20a相关联的五线谱的音符。在多个棒同时使用的情况下，需要控制器对由轨道20a所接收的信号进行更复杂的处理。多个棒26之间的区分可以以多种不同的方式进行。例如，每个棒可以发送不同的独特信号，具有独特信号的最大振幅的轨道被视为由独特的棒所选择。另一种方法需要提高第一阵列的分辨率以使至少两个轨道与五线谱的每根线或每个空格相关联。有了这种更高的分辨率，控制器能够通过识别多对相邻且之间具有预先设定的信号振幅差异的轨道来识别在五线谱上各个被选择的音符（即使它们是相邻的音符）。
因此，来自每个轨道20a信号经由模数转换器通过扩音器和解调系统到达控制器。控制器上的固件算法执行一系列的阈值测量和对比以判断来自棒26的信号已被检测，并且然后视需要构建五线谱的线或空格的表格，其中信号检测在通过集成的MIDI控制器产生相应的音符之前已发生。足够高的微控制器时钟频率的使用确保在音符的产生中可忽略潜在因素。
可视的显示器10用于指示分配给相应的五线谱8的音乐键。可视的显示器10也显示关于分配的音乐键的其它信息。例如，可视的显示器可以显示分配的音乐键是主要的还是次要的，以及是被加强的还是被压平的。
虽然只在以上详细说明了本发明的一个示例性实施形态，并伴有可能对该实施形态进行的改变的示例，但是本领域技术人员容易想到在不脱离本发明的新颖的教导和优点的情况下许多其它的变更在示例性实施形态中是可能的。因此，所有这样的变更都应包含在如权利要求所限定的本发明的范围内。例如，虽然在图2中示出面板4具有印刷在外表面上的五线谱，但是也能够想到透明玻璃或塑料防护罩例如聚碳酸酯可以放置在第一阵列20的外表面上，与第一阵列相邻的罩的表面在反面印刷有五线谱和半透明的白漆。这可以保护预印刷的五线谱和图解的覆盖图免受外部损害，例如刮伤。同样地，可视指示器10、显示器16、调谐器14、以及任何附加的灯和/或信息屏幕优选为安装在位于醋酸纤维或防护罩后面的支持基板24上，同时仍然保持可视。而且，扬声器可以安装在框架边缘6上或安装在教学设备2的与背面相反的正面。
还可以设想教学设备2可以包括WiFi天线以与例如但不限于平板电脑的一个或多个本地电子装置无线通信。WiFi天线优选为嵌入教学设备中，并与信号控制器通信。或者WiFi天线可以是与教学设备的接入端口相连的外部部件。WiFi天线的使用使教学设备2能够额外接收来自一个或多个本地电子装置的无线输入，以使扬声器所产生的音乐可以是来自学生的无线输入和来自棒26的老师输入的结合。
Claims (19)
1.一种用于教授音乐的视听教学设备，包括：
基板；
由设置于基板上的第一阵列导电轨道形成的感应平面，其中所述第一阵列导电轨道中的每个导电轨道分别与五线谱的不同的音符相关联；
设置于所述基板上的第二阵列导电轨道，其中所述第二阵列导电轨道穿插在所述第一阵列导电轨道中；
放声设备；
与所述第一阵列导电轨道和所述放声设备通信的音乐控制器；以及
未被系上的手持天线，
当所述第一阵列导电轨道中的一个导电轨道接收到由所述手持天线发送的信号时，所述控制器适应为使所述放声设备产生对应于与接收到发送的信号的导电轨道相关联的音符的声音。
2.根据权利要求1所述的视听教学设备，其特征在于，所述第一阵列导电轨道中的每个导电轨道可独立寻址。
3.根据权利要求1或2所述的视听教学设备，其特征在于，所述第一阵列导电轨道中的每个导电轨道包括从该轨道的一侧或两侧横向延伸以将每个导电轨道的感应区域限定在感应平面内的多个指针。
4.根据权利要求3所述的视听教学设备，其特征在于，每个导电轨道的指针延伸至相邻的导电轨道的指针之间的空间，以使每个导电轨道的感应区域重叠。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的视听教学设备，其特征在于，第一阵列导电轨道和第二阵列导电轨道中的所有导电轨道配置为基本上互相平行。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的视听教学设备，其特征在于，所述视听教学设备进一步包括弹性塑料薄片，其中所述第一阵列导电轨道设置于所述塑料薄片的第一侧，所述第二阵列导电轨道设置于所述塑料薄片的第二相反侧。
7.根据权利要求6所述的视听教学设备，其特征在于，所述第一阵列导电轨道和第二阵列导电轨道包括印刷在所述塑料薄片上的碳基油墨或金属基油墨。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的视听教学设备，其特征在于，所述第二阵列导电轨道与地面相连以形成接地层。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的视听教学设备，其特征在于，所述视听教学设备进一步包括覆盖所述第一阵列的外层，所述外层预印刷有与所述第一阵列导电轨道相匹配的五线谱。
10.根据权利要求9所述的视听教学设备，其特征在于，所述外层包括可重复写入表面。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的视听教学设备，其特征在于，所述视听教学设备进一步包括多个第一阵列轨道，其中每个阵列与单独的五线谱相对应。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的视听教学设备，其特征在于，所述未被系上的手持天线包括电池电源。
13.根据权利要求12所述的视听教学设备，其特征在于，所述手持天线为全向天线。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的视听教学设备，其特征在于，所述视听教学设备进一步包括与控制器通信的一个或多个传感器，所述一个或多个传感器配置为调节所述放声设备产生的声音的音调和音色。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的视听教学设备，其特征在于，所述视听教学设备进一步包括用于与一个或多个外部声音来源相连接的一个或多个接口。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的视听教学设备，其特征在于，所述视听教学设备进一步包括与所述控制器通信的无线电天线，所述控制器适应为使所述放声设备产生结合了使用手持天线所选择的一个或多个音符和被所述无线电天线所接收的声音和/或音符的声音。
17.根据权利要求16所述的视听教学设备，其特征在于，所述无线电天线为WiFi天线。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的视听教学设备，其特征在于，所述视听教学设备进一步包括电钢琴键盘。
19.参照并如图1至图3所图示且基本如上述说明的视听教学设备。
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