CN1049566A

CN1049566A - 智能电子琴

Info

Publication number: CN1049566A
Application number: CN 90101595
Authority: CN
Inventors: 白亦民
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-03-21
Filing date: 1990-03-21
Publication date: 1991-02-27
Also published as: CN1019337B

Abstract

本发明设计了一种智能电子琴，主要特点是具有原基本电路、智能控制电路和多功能键盘，除具有现有电子琴键盘录音、固定唱曲、键盘自弹的功能外，增添了开谱、自动谱曲、教唱、变调唱、随机自动伴奏、力度音量调制等功能效果，满足了音乐知识弹奏技能差的普通家庭使用，提高了电子琴的音乐吸引力和普及利用率。

Description

本发明属于乐器技术领域，是关于一种智能电子琴。

现在的电子琴（包括电子钢琴）仅具有键盘录音、固定唱曲、键盘自弹功能，进入普通家庭以来，由于多数家庭不具备足够的音乐知识和弹奏技能，不能开谱、听不出曲谱，对于不熟悉的歌曲无法在电子琴上弹奏，有时弹一些歌曲音乐效果很差，造成多数电子琴闲置，普及利用率很低。

为了提高电子琴的音乐吸引力及普及利用率，本发明的任务是研制一种智能电子琴，除保留现有电子琴的全部功能和音响效果外，增加开谱、自动谱曲、教唱、变调唱，随机自动伴奏等功能。

实现智能电子琴的技术方案是：将现有电子琴的键盘改为多功能键盘，在原基本电路的基础上，增加由数码形成电路、数码分存电路、译码转换电路、功能控制电路组成的智能控制电路，构成一种具有开谱、录音（键盘录音、自动谱曲）、唱曲（教唱、固定唱曲、变调唱）、自弹（键盘自弹、随机自动伴奏）和力度音量调制等功能效果的智能电子琴。

结合附图及实例进一步描述介绍本发明的具体结构特征。

图1-1，图1-2表示智能电子琴的多功能键盘结构示意图;

图2表示智能电子琴的多功能键盘的键面结构示意图;

图3表示智能电子琴的总电路方框图;

图4表示智能电子琴的总电路结构简图;

图5表示智能电子琴的总电路结构简图中的音阶拍节编码电路和延时单稳电路图;

图6表示智能电子琴的总电路简图中的力度编码电路图;

图7表示智能电子琴的总电路简图中的译码器、音阶模拟开关、音调控制电路的示意图;

图8表示智能电子琴的总电路简图中的力度音量调制电路图。

参见图1-1，图1-2，本智能电子琴的多功能键盘主要包括音阶拍节键4、弹簧片3、连动杆5;弹簧片3的常开触点7与印制板6上智能控制电路的音阶拍节编码电路接通时，弹簧片3在压键力的作用下又通过连动杆5与力度编码器1相接。

参见图2，音阶拍节键的键面具有全音白键1、半音黑键2、音阶符3、拍节符4。

参见图3，智能电子琴的电路是由原电子琴基本电路增接一种智能控制电路，用来控制原基本电路产生指定音阶的音频信号和该音阶的时值（即拍节数），并实现开谱、录音、唱曲、自弹、随机自动伴奏、自动谱曲、教唱、变调唱等功能，智能控制电路包括：（一）、数码形成电路;（二）、数码分存电路;（三）、译码转换电路;（四）、功能控制电路四部分。

参见图3，（一）数码形成电路由音阶拍节编码电路、力度编码电路、延时单稳电路、拾音鉴频整形电路、模数（A/D）转换电路组成。其中，音阶拍节编码电路，参见图5，由键开关触点J₁……J₂₄……，二极管D₂₅……D₃₁……D₁₀₁……D₁₀₅，电阻R₈……R₁₉和二极管D₁₅₀组成;力度编码器，参见图6，由角度数字传感器和电阻R₁R₂等电阻组成，各电阻分别与角度数字传感器的数位输出端相接。延时单稳电路，参见图5，由R₁₀-R₁₂，C₁₀，T₁₀，D₃₂……D₁₀₆和单稳态触发器组成。

数码形成电路的作用是将键盘的机械动作或外接话筒的拾音模拟信号变换成相应的音阶、拍节、力度数码电信号，并把这些数码电信号通过数据线传送给数码分存电路，其中，音阶拍节编码、力度编码电路是在键盘输入方式由K₃拨向2位接通电源后弹奏者操作键盘而输出编码送上数据线DBⅢ（数码分存电路）。延时单稳电路是在开谱功能状态由K_1-1接通电源而输出地址加1信号给地址计数器A4040来完成数码分存功能;拾音、鉴频、整形、A/D转换电路是在随机自动伴奏、自动谱曲功能状态下由K3拨向1位接通电源后随演唱者的音律输出音阶力度（音量）数码送上数据线DBⅢ，传给数码分存电路。

参见图3，（二）数码分存电路包括拍节锁存器P373、拍节存贮器P2114、音阶码锁存器y373、音阶码存贮器y2114、地址计数器A4040（或用可逆计数器级联构成，图中未示）、定码存贮器2716及联接电路组成A4040的数据输出端与P2114、y2114、2716的地址输入端对应相连，A4040的数据最低位A0同相接y2114的片选信号 CS和P373的锁存控制端G;A0反相接P2114的 CS端和y373的锁存控制端G;A4040的CP时钟信号通过二极管隔离分别接延时单稳电路输出端、音码比较器y688的 D=Q端和拍节码比较器P688的 D=Q端。P2114和y2114的读写控制端 WE接功能开关，开谱、录音时为低电位写入状态，唱曲为高电位读出状态。在开谱状态的某一时刻地址若为偶数，即A0＝0为低电位，y2114被选中y373开放，P2114没选中，P373锁住，这时按下某键发生变化：①、键入数码存入y2114中;②、键码穿过y373进入译码转换电路，打开相应的音阶开关，电子琴发出该键指定的音阶符的声音。③、延时单稳电路输出地址加1信号，使A4040地址加1，即A0＝1为奇数，高电位，P2114被选中，P373开放，y2114没选中，y373锁住上键音阶码，电子琴声音不变，这时再按下某一键发生变化：①、键入时值数码穿过P373存入P2114中;②、延时单稳电路输出地址加1信号，地址变为偶数，即A＝0，为低电位，y373开放，电子琴声音停止。该键面所指定的拍节符即是时值数码。这样交替变换，地址一个一个地增加，实现了开谱状态时的数码分存功能。录音和自动谱曲状态时则由y688和偏偶保持电路各提供一个地址加1信号而实现数码分存。数码分存电路的作用是在功能控制电路的控制下，将数码形成电路送来的数码按音阶码、力度码和拍节码分别存贮起来，或把存入的数码按时序送给译码转换电路，完成存取处理功能。

参见图3，（三）译码转换电路包括译码器（154）组、音阶模拟开关、D/A数模转换器、力度音量调制电路组成。参见图7，其中译码器组由LS154或T333组成;音阶模拟开关由开关管T20～T43……、音阶电阻R₂₀～R₄₂……组成;参见图8，力度音量控制电路由放大管T103、开关管T101、T102，电阻R60～R62，电容C11和电位器W组成，R60，R61，R62等电阻串接在T103的集电极，T101、T102分别跨接在R61、R62两端，C11、W跨接在T103的集电极和发射极之间。

①、译码、音阶模拟开关电路如图7所示，音阶数字信号的低4位D0～D3接译码器（LS154）的输入端，译码输出端接音阶模拟开关管T20～T43的基极，根据琴键的多少相应的选择译码器和开关管数量。音阶数字信号的高4位D4～D7接LS154译码器的输入端来控制低四位译码器的译码选通，这样实现了8位译码。

②、力度音量控制电路，如图8所示，是由R60、R61、R62、T101、T102、T103、C11、W所组成，力度数字信号D7D6接开关管T101、T102的基极，音频信号接放大管T103的基极，利用T101、T102的开关方式变换放大管的负载电阻值来改变对音频信号的放大量，从而实现了力度数字音量调制。该调制电路还可由其它多种形式构成。对于64键以上的电子琴，若要实现力度音量调制，则需增加力度码存贮器、力度码比较器和D/A力度数模调制电路。

总之，译码转换电路的作用是将数码分存电路送来的数字量在功能控制电路的控制下转换成模拟量，推动原电子琴基本电路按控制状态完成各予定功能。

参见图3、图4，（四）功能控制电路包括（二路四位）功能开关K1、二极管D1～D24、固定唱曲开关K2、模数（A/D）转换开关K3、数模（D/A）转换开关K4、音调控制器、录音通道总线收发器L245、拍节比较器P688、拍节计数器P4040、音阶码比较器y688、地址偏偶保持电路和复位按钮A1、暂停按钮A2等。其中音调控制器由拨动开关K5、电阻R50～R56，基调刻盘组成;偏偶保持电路由C1C2、T1T2、R2R3R4和D18、D19、D20、D21、D22组成（也可以用单稳电路双联）;音阶码比较器y688同时还能起力度码比较器作用。

功能控制电路的作用是控制该智能电子琴全部电路的工作状态，而实现弹奏者选定的功能效果。

在开谱功能状态由D18关闭T2电路不工作，在录音（唱曲）状态时由K1-3（K1-2）接通，高电位通过D20（D19）、R2加在T2基极使T2打开;当地址为奇数时A0＝1为高电位反相后通过C1加在T1基极，使T1关断，C2充电至高电位，由D21隔离对A4040的CP端无影响，当地址由奇变偶时，A0＝0反相后为高电位，对C1充电使T1打开，C2迅速放电产生负跳变，通过D21加在A4040的CP端使地址加1，使A4040偏离偶数地址而暂稳，此时A0＝1反相后为低电位，C1放电T1关断，C2开始充电延时0.5mS后至高电位，在延时期间Y2114保持片选状态，保证了唱曲功能状态音阶码可靠地被Y373锁住，电子琴能正确发音。其它功能电路工作情况将在下文叙述。

下面结合图4简介实现各功能的工作状态。

一、开谱功能状态：将功能开关K1拨向开谱位置，K1-1接通，将K2拨向2位随机存贮，K3拨向2位音阶拍节编码，K5拨到歌谱指定的曲调。A4040、Y2114、P2114、P373通过K1-1接电，延时单稳电路接电，Y2114、P2114的 WE端为低电位数据写入状态，2716、L245Y688、P4040、P688、地址偏偶保持电路均关断。按下复位按钮A1、地址计数器A4040清“0”，地址为000H，A0＝0为低电位，Y2114被选中，Y373打开，P373闭锁，P2114没选中，琴面提示“请输入音阶符”，按照歌曲第一音阶符在键盘上找相同的音阶符按下，发生变化：①编码电路输出相应数码送上数据线Ⅲ存入y2114中并穿过y373进入译码电路，打开相应的模拟开关，电子琴发出第一个曲谱音;②延时单稳电路产生地址加1信号，使地址计数器地址为001H，A0＝1为高电位，P373打开，P2114选中，y373锁存音阶码，y2114没选中，琴面提示“请输入拍节符”。再按照歌曲第一个音阶符下的拍节符在键盘上找到相同的节拍符按下，发生变化：①编码电路输出相应数码送上数据线DBⅢ，穿过P373存入P2114中;②延时单稳电路产生地址加1信号，使地址为002H，A0＝0为低电位，y373打开，P373锁存，y2114选中，琴面提示“请输入音阶符”，按照歌曲的第二个音阶符在键盘上找到相同音阶符按下，电路重复上述状态及变化，这样一个音阶符，一个拍节符地将歌谱全部输完。若用可逆计数器级联作为地址计数器另设修改减1按钮，在输入过程中可以修改，或用置数计数器进行置数修改，确定无误，需要唱曲，将功能开关K1拨向唱曲功能状态，K1-2接通，按下复位按钮A1，即可唱出所输歌曲。

二、唱曲功能状态：

将功能开关K1拨向唱曲位置，K1-2接通，节拍计数器P4040、节拍比较器P688、地址计数器A4040和偏偶保持电路接电，P2114和y2114的 WE端接高电位，进入读状态，K2拨向2位，P2114、y2114接电，P373、L245、y688、2716断电，K3拨向2位切除A/D转换，作好唱曲准备。

按下复位按钮，地址计数器A4040清“0”，回到首址000H，A0＝0为低电位，y2114选中，P2114没选中，y373开放，y2114的第一个音阶码穿过y373进入译码电路，电子琴发出声音，同时A0反相为高电位给偏偶保持电路C1充电，由于T2已经打开，所以C2急剧放电产生负跳变，使A4040加1，地址为001H，P2114被选中，第一个拍节码送给节拍比较器P688一边，与P4040计数数据比较，由于偏偶保持电路C2有延时作用，y2114的 CS端被D22嵌位在C2低电位处0.5mS，数据稳定输出被y373锁，电子琴继续发出第一个音阶声音，C2充电至高电位后，y2114不选电路暂稳。待P688两端数据相等时 D=Q端由高电位变为低电位，使A4040加1，P4040清“0”，地址变为002H，A0＝0为低电位，y2114被选中，y373开放，y2114的第二个音阶码穿过y373进入译码电路，电子琴发出第二个音阶声音，同时A0反相为高电位给偏偶保持电路中C1充电，T1再产生地址加1信号，情况与上述一样，地址为003H，P2114选中，第二个拍节码送入P688一边与P4040计数数据比较，y373锁住第二个音阶码，电子琴继续发出第二个音阶声音，电路第二次暂稳，待P688两边数据相等时， D=Q端再出现负跳变，地址再加1，重复循环上述过程，到歌曲唱完停音。按下复位按钮再唱一遍。

在唱曲状态还具备教唱、固定唱曲和变调唱三唱法。

①、教唱，在唱曲过程中，可以利用暂停按钮一句一句地教唱，也可以用唱音停顿的间隙作为控制信号，实现自动教唱（图中没有画出）。

②、变调唱，拨动变调控制K5可以在基调1＝C、D、E、F、G、A、B七种情况下唱出歌曲。对于中档的数字电子琴，可直接利用琴本身的变调功能，效果更好。

③、固定唱曲，在唱曲功能状态，把K2拨向1位固定唱曲，随机存贮器y2114、P2114断电，只读存贮器2716接电，P373接电，2716事先已经写入了固定歌曲音阶、拍节码， CS、PD/PGM端接地，V_PP、V_CC共用+5V电源，处于读状态，其它情况不变。按下复位按钮A1，地址计数器A4040清“0”，地址为000H，A0＝0为低电位，P373封锁、y373开放，2716的第一个数据穿过y373进入译码电路，电子琴发出声音，偏偶保持电路输出地址加1信号，y373锁住第一个音阶码继续发音，P373开放，2716的第二个数据进入P688一边与P4040计数数据比较，待相等后P688的 D=Q端输出地址加1信号和P4040清“0”信号，2716再输出第三个数据，这样奇地址数据穿过P373在P688一边不断与P4040计数数据反复比较，偶地址数据不断地被y373锁存，译码后发出声音，这样循环往复进行，电子琴奏出2716事先写入的歌曲。可以利用复位按钮A1重复唱曲，可以利用暂停按钮A2一句一句地教唱，也可以利用变调控制K5变换基调唱。

三、录音功能状态。将功能开关K1拨向录音位置，K1-3接通，录音总线收发器L245接通数据线DBⅠ、DBⅡ，P688阻断，P373阻断，数据线DBⅢ、DBⅠ阻断，A4040、P4040接电，P2114、y2114的 WE端为低电位写入状态，P4040计数数据由L245送给P2114，y688接电进行音阶码比较，偏偶保持电路接电T2打开，延时单稳电路断电，K2拨向2位随机存贮，2716断电，P2114、y2114接电，K3拨向音阶拍节编码电路一边，作好键盘录音准备。

①、键盘录音，按下复位按钮A1，地址计数器A4040清“0”，地址为000H，A0为低电位，y2114选中，y373开放，这时没有键入音符电子琴不发音，偏偶保持电路输出地址加1信号（情况同唱曲），A4040加1，地址为001H，A0＝1为高电位，P2114选中，P4040计数数据在P2114数据端变化;y373锁存使不发音的休止符码在L688的数据线DBⅣ上不变。按下某键，音阶拍节编码电路送数码至数据线DBⅢ，y688比较两边数据不相等， D=Q端由低电位向高电位跳变，经反相后为负跳变，使地址计数器A4040加1，地址为002H;休止时间由P4040计数后的拍节码存入P2114中， D=Q经两次反相延时对P4040清“0”，开始计第一键按住的拍节数，同时y2114被选中，音码存入y2114中，y373打开，第一键的音阶码穿过y373进入译码电路，电子琴发出声音;偏偶保持电路又输出地址加1信号，A4040再加1为003H，P2114选中，y373锁住第一键音阶码，电子琴声音不变，按键不抬起，电路暂稳，P4040计拍节数在数据线DBⅠ上增大。该键抬起另一键按下，音阶拍节编码电路输出另一键数码，数据线Ⅲ、Ⅳ上数据不同，y688的 D=Q端再产生正跳变，反相后 A4040再加1，地址为004H，P2114存入上一键的拍节数，随之P4040清“0”，重新计现在压下键的拍节数，偏偶电路再输出地址加1信号，情况循环出现，这样就一个一个地把弹奏者按下键的音阶码和拍节数依次分别存入，音阶码存贮器y2114和节拍码存贮器P2114中，完成录音功能。

录音时拍节码为8位二进制数，可计256个最小拍节（ 1/8 拍），即32拍足够。超过这个拍节数，计数器则溢出。弹奏录音完毕，可将功能开关K1拨向唱曲位置，K1-2接通，按一下复位按钮A1，便可重复唱出上述弹奏的音律。

②、自动谱曲。在录音功能状态下，将K3拨向A/D转换器一边，其它不变，这时模数转换器（A/D）把拾音器接收的声音信号鉴频整形后转换成数字电信号，代替键盘编出的数码，与键盘录音完全相同地把声音信号的音律按照谱曲的形式存入y2114和P2114中。录谱完毕可用唱曲功能状态放出谱曲，转录到磁带上或听写出来，也可用打印机打印出来。

四、自弹功能状态

将功能开关K1拨向自弹位置，K1-4接通，y373控制端G接高电位，处于常开放状态。其它控制电路不工作，K3有两个位置功能如下：

1、键盘自弹。将K3拨向音阶拍节编码电路一边，按下某键，音阶拍节编码电路送数码穿过y373进入译码电路，电子琴发出声音，按下另一键，音阶拍节编码电路送出另一数码进入译码器，电子琴发出另一声音，这种情况与普通电子琴弹奏效果完全一样。力度编码器则使电子琴声音有强弱和力度感，若将音调控制K5拨到曲谱指定的基调（1＝C、D、E、F、G、A、B）某一位置，则弹奏时不用变换指法即可达到曲谱规定的音响效果。

2、随机自动伴奏。在自弹功能状态，将K3拨向A/D转换一边，由拾音器接收到的声电信号经鉴频整形，A/D转换成数字信号，穿过y373进入译码电路，电子琴发出声音，由于拾音器接收的声音信号是演唱者随意发出的，所以电子琴发出的声音也紧随着演唱者的声音而变化，这样便可改变音调控制K3的基调和变换电子琴的音色达到随机自动伴奏的目的。

在随机自动伴奏和自动谱曲时，若拾音鉴频整形A/D转换后得到的数码经译码电路译出后与实际声音信号的音律有明显失真时，可将K4拨向D/A转换器，用D/A转换器得到模拟信号更能接近实际声音信号。音调、音色仍可以变换，以达到较好的效果。

以上所述功能可根据用户需要作适当搭配，组成系列智能电子琴。

总之，本发明的智能电子琴具有：（一）、多功能键盘;（二）、原基本电路;（三）、智能控制电路;（四）、与原基本电路、智能控制电路相配用的拾音话筒、各种开关、按钮等。

本发明的这种智能电子琴，与现有电子琴相比，增添了开谱、自动谱曲、教唱、变调唱、随机自动伴奏、力度音量调制等功能效果，适合于音乐知识弹奏技能差的普通家庭使用，从而可提高电子琴的音乐吸引力和普及利用率。

Claims

1、一种智能电子琴，具有原基本电路，其特征是还具有多功能键盘和智能控制电路，构成一种具有开谱、录音、自动谱曲、唱曲、自弹、随机自动伴奏、教唱、变调唱和力度音量调制等功能效果的智能电子琴。

2、如权利要求1的智能电子琴，其特征是所说的多功能键盘，包括键面具有全音白键、半音黑键、音阶符、拍节符的音阶拍节键、弹簧片、连动杆;多功能键盘通过其弹簧片的触点与智能控制电路中的音阶拍节编码电路接通时，弹簧片又通过连动杆与智能控制电路中的力度编码器相接。

3、如权利要求1的智能电子琴，其特征是所说的智能控制电路，包括：（一）、数码形成电路;（二）、数码分存电路;（三）、译码转换电路;（四）、功能控制电路;其作用是控制原基本电路产生指定音阶的音频信号和该音阶的时值（即拍节数），并实现权利要求1中所述的功能效果;其中：

（一）、数码形成电路由音阶拍节编码电路，力度编码电路、延时单稳电路、拾音鉴频整形电路、模数（A/D）转换电路组成;其作用是将键盘的机械动作或外接话筒的拾音模拟信号变换成相应的音阶、拍节、力度数码电信号，并把这些数码电信号通过数据线传送给数码分存电路;其中力度编码器由角度数字传感器和接在数位输出端的R1R2等电阻组成;

（二）、数码分存电路由拍节锁存器P373、拍节存贮器P2114音阶码锁存器y373、音阶码存贮器y2114、地址计数器A4040、定码存贮器2716联接而成，其作用是在功能控制电路的控制下，将数码形成电路送来的数码按音阶码、力度码和拍节码分别存贮起来，或把存入的数码按时序送给译码转换电路，完成存取功能;

（三）、译码转换电路，由译码器（154）组、音阶模拟开关、D/A数模转换器、力度音量调制电路组成;其作用是将数码分存电路送来的数字量在功能控制电路的控制下转换成模拟量，推动原基本电路按控制状态完成各种予定功能;其中力度音量调制电路由放大管T103、开关管T101、T102、电阻R60～R62、电容C11和电位器W组成，R60、R61、R62等电阻串接在T103的集电极，T101、T102分别跨接在R₆₁、R₆₂两端，C11、W跨接在T103的集电极和发射极之间;

（四）、功能控制电路，由（二路四位）功能开关K1、二极管D1～D24、固定唱曲开关K2、模数（A/D）转换开关K3、数模（D/A）转换开关K4、音调控制器、录音通道总线收发器L245、拍节比较器P688、拍节计数器P4040、音阶码比较器y688、地址偏偶保持电路和复位按钮A1、暂停按钮A2组成;其作用是控制该智能电子琴全部电路的工作状态，实现弹奏者选定的功能效果。