CN1442844A - 一种使用虚拟技术的电子乐器 - Google Patents

Abstract

一种使用虚拟技术的电子乐器，使用了投影和光电识别技术，可以将琴键或者某种乐器的图形投影到一个平面上，形成了一个虚拟的没有琴键或者乐器实体的电子乐器。它的体积小巧，可以随身携带，即兴演奏，具有很强的新奇性、娱乐性、实用性。作曲型产品还增加了乐谱自动生成装置，在演奏的同时，可以自动生成完整的乐谱，并通过显示器对记录的乐谱进行翻阅、修改、用各种文字为乐谱填词。

Description

一种使用虚拟技术的电子乐器

本发明涉及到一种使用虚拟技术的电子乐器，它没有公知的电子乐器庞大的键盘和外壳，它的体积小巧，便于随身携带，可用于娱乐演奏，作曲教学。

目前公知的各种电子乐器，关键的控制系统和乐声合成系统，仅仅是几片大规模集成电路，其体积和重量不足整个电子乐器的1/1000，其它部分却占了绝大部分的体积和重量，例如标准琴键长度就达122cm，为了支撑这个键盘而设计的外壳和结构，其体积和重量是无法进一步减少的，不便于随身携带。

本发明描述的使用虚拟技术的电子乐器，没有公知的机电式琴键、琴弦和庞大的外壳和支架，它的体积非常小巧，以目前的电子技术，如果不包括外接的有源功率放大器和音箱，可以轻易地做到一个香烟盒大小(包括充电电池)。它使用的投影和光电识别技术，可以将琴键或者乐器的图形投影到例如桌面、教学白板或墙壁等一个任意平面上，光电识别系统将手指的动作解析成音阶、节拍、力度和速度，输入控制系统，在控制系统的指挥下，乐声合成系统输出相应的音乐信号，形成了一个虚拟的没有琴键或者乐器实体的电子乐器。和大多数电子乐器一样，本发明也具有演奏记录和重放功能。本发明还有一种高档的作曲型产品，使用了申请号01113803.3和申请号01240983.9所描述的乐谱自动生成装置，在演奏的同时，自动生成所演奏的乐谱，在本发明的液晶显示器上滚动显示出来，液晶显示器同时具有手写输入功能，可以对记录的乐谱进行翻阅、修改、用各种文字为乐谱填词。或者使用投影方式将乐谱和一个简易键盘同时投影到桌面上进行翻阅和修改，但是这种方式的清晰度不如液晶显示器。

本发明有以下主要用途：1、投影标准琴键和使用外接有源功率放大器和音箱，用来娱乐演出。2、投影标准琴键和使用耳机，可以用来进行不影响他人的自娱自乐、练琴或作曲。3、投影放大的琴键和使用外接有源功率放大器和音箱，用来进行音乐教学。4、投影缩小的琴键，也可以用做儿童电子琴使用。

本发明的优点是显而易见的，可以称为“能装在衣袋里的电子(钢)琴”，它的体积小巧，可以随身携带，即兴演奏，具有很强的新奇性、娱乐性、实用性。特别是高档的作曲型产品，功能强大，在旅途中也能用它进行创作。

下面结合三个非限定性最佳实施例对本发明进行详细的说明。

附图一是最佳实施例一的产品外观图，最佳实施例一设计为标准型产品，产品长方形的外壳采用了翻盖式设计，透明投影窗口1设计在产品的最上部，翻盖2有效地保护了投影窗口，打开后还可以当作底座的前半部分，使产品直立在桌面上时更加稳定。正面设计有若干个功能控制键3，侧面设计有几个外接插口4，包括耳机、线路输出插口、外接电源(充电)插口、数字化文件输入输出插口、红外线接口等。翻盖内设计有小型的液晶显示器或者有机发光显示器5，用来显示操作菜单，底座的后半部分设计成一个可折叠的支架6，翻盖和可折叠的支架打开后由锁紧装置加以锁紧，确保直立时的稳定性。

标准型产品由投影系统、光电识别系统、控制系统和乐声合成系统四大部分组成，和公知的各种电子键盘乐器相比，由投影系统和光电识别系统取代了传统的琴键。

附图二是投影系统的构造示意图，投影系统由可见光激光发射器7，聚焦透镜组8，水平偏转反光镜9，垂直偏转反光镜10和水平/垂直偏转电流发生电路11组成，水平偏转反光镜和垂直偏转反光镜后都装有放置在永久磁场内的偏转线圈12。水平偏转反光镜靠近投影窗口，处于整个产品的最高位置，为了减小投影图形的几何失真，偏转反光镜的反光面可设计成凹形曲面，两组偏转线圈分别与水平/垂直偏转电流发生电路相连接。其工作过程是：可见光激光发射器7发出的光束，经过透镜组8聚焦和校正，投射在偏转反光镜上，两组偏转线圈内分别通入特定波形的偏转电流后，电磁力与永久磁场相互作用，使反光镜产生偏转并对激光束产生可控的X-Y轴偏转调制，以“一笔画”方式将琴键图形或者是某种乐器的图形投影到一个任意平面上，形成了虚拟乐器13。偏转反光镜的驱动方式可以采用以下几种方式：

1、如同附图二那样采用了单独的水平偏转反光镜和单独的垂直偏转反光镜的水平/垂直分别驱动方式，偏转反光镜由弹性定位膜片悬置在永久磁场内(附图二中没有画出弹性定位膜片和永久磁铁)，激光束分别由两个偏转反光镜进行水平方向和垂直方向的偏转调制。

2、采用了水平/垂直联合驱动方式，只有一个偏转反光镜，背面装有两组偏转线圈，两组偏转线圈在与反光镜平行的平面空间上互相成直角排列，水平偏转线圈和垂直偏转线圈产生的复合力矩作用于偏转反光镜来完成投影扫描功能。

在这两种驱动方式中，也可以采用微型超声波马达来取代偏转线圈。

在这两种驱动方式中，也可以采用磁电式仪表那样的结构，用轴/宝石轴承来替代弹性定位膜片，两组偏转线圈最好浸没在磁性悬浮液中，磁性悬浮液具有阻尼和冷却偏转线圈的作用。

为了减小投影图形的几何失真，和消除多年使用后永磁体磁性减弱、弹性定位膜片疲劳的影响，可以在偏转反光镜后加装偏转角度的反馈系统，例如在偏转线圈上同轴安装一个反馈线圈，或者是光纤/光栅角度传感器，实现偏转角度精确的闭环控制，使用者还可以通过专用软件和键盘对投影图形的几何失真进行修改。

由于使用的是低功率的半导体激光器单光束快速扫描方式，在单位面积和单位时间内投影面上漫反射的激光强度远远低于国际安全标准，对于使用者是非常安全的。

光电识别系统的功能是：传感接收使用者手指(或琴棰)的动作，将使用者手指的动作通过专用软件解析成音阶、节拍、力度和速度。具体实施可以有以下几种方法：

1、使用单独的一套红外线发射接收系统。主动发射的红外线对虚拟琴键区域进行快速扫描，同时对手指动作反射的红外线进行分析。

2、和方法1的原理相同，不同之处是与前述的投影系统共用一套偏转装置，反光镜改为单向半透膜反光镜，反光镜后加装红外线传感器，可见光激光发射器要改为红外线和可见光的混合光源(类似双色发光二极管的双管芯结构)，对手指动作反射的红外线进行分析。

3、使用红外线摄像头对手指(红外线热源)动作的红外线进行运动轨迹跟踪分析。

4、使用可见光摄像头对手指动作进行运动轨迹跟踪分析。

光电识别系统输出端与控制系统的输入端连接，控制系统输出端与乐声合成系统输入端相连接，乐声合成系统输出端连接模拟输出插口及数字输出插口，用来连接PC机、移动存贮器以及音箱放大器等外围设备，控制系统的另一组输入端连接到数字输入插口，用来输入各种数字化文件，光电识别系统解析后的数字化音阶、节拍、力度和速度信息输入控制系统，在控制系统的指挥下，乐声合成系统输出相应的音乐信号，完成演奏的全过程。演奏的乐曲同时被记录下来，可以用产品外壳上的功能键控制重放，或者以模拟、数字方式输出。

最佳实施例二为作曲型产品，与标准型产品相比，增加了申请号01113803.3和申请号01240983.9所描述的乐谱自动生成装置，还增加了具有手写输入功能的液晶显示器或者最新型的有机发光显示器。在演奏的同时，可以生成完整的乐谱，通过显示器对记录的(包括通过外部输入的)乐谱进行翻阅、修改、用各种文字为乐谱填词。或者仍然使用投影方式将乐谱和几个功能键同时投影到桌面上进行翻阅和修改。

作曲型产品外观与标准型产品相似，也是采用了翻盖式长方形的外壳设计，将大尺寸的显示器设计在翻盖的内侧，可以有效地保护显示器。投影窗口以及侧面设计的外接插口和标准型产品都是一样的，但是设计有更多的功能控制键，使编辑操作功能更多更便捷。

最佳实施例三为多功能型产品，能够投影多种乐器的外形及演奏区域，例如：木琴、扬琴、手鼓、筝、定音鼓等，并不局限于键盘乐器。其硬件系统和最佳实施例一是相同的，也是对手指或琴棰、鼓棰的运动轨迹进行分析。

上述几种产品都能通过数字接口，下载和更新内部软件，变成一种或者几种新的乐器。通过数字接口和网络，也可以实现异地多人同时对一部作品进行演奏、作曲、修改，对乐曲重放时，还可以在投影的乐器的演奏区域中，用光点或简易图形符号的形式进行音阶位置的提示和节拍提示，有利于教学和初学者练习。

如上所述，本发明集中了当代最先进的光电技术、计算机技术与虚拟技术，构成了一种全新的虚拟的没有琴键或者乐器实体的电子乐器，打破了人们头脑中传统的乐器的概念，它的体积小巧，功能强大，具有很强的新奇性、娱乐性、实用性，拥有很大的市场潜力。

Claims (9)

1.一种使用虚拟技术的电子乐器，其特征是由投影系统、光电识别系统、控制系统和乐声合成系统四大部分组成，其中投影系统由可见光激光发射器7、聚焦透镜组8、偏转反光镜9和10、偏转线圈12和偏转电流发生电路11组成，可见光激光发射器发射的激光穿过透镜组投射在偏转反光镜上，再由偏转反光镜反射到被投影的平面上，形成了一个虚拟的没有琴键或者乐器实体的电子乐器，偏转反光镜后装有偏转线圈，两组偏转线圈和偏转电流发生电路分别连接，光电识别系统装有红外线或者可见光传感器，将使用者手指(或琴棰)的动作传感接收并转换成数字信号，光电识别系统内的芯片内存的专用软件，将这个数字信号解析成音阶、节拍、力度和速度信息，光电识别系统输出端与控制系统的输入端连接，控制系统输出端与乐声合成系统输入端相连接，乐声合成系统输出端连接模拟输出插口及数字输出插口，用来连接PC机、移动存贮器以及音箱放大器等外围设备，控制系统的另一组输入端连接到数字输入插口，用来输入各种数字化文件。

2.如权利要求一所述的电子乐器，其特征是投影系统的偏转反光镜的驱动方式可以采用水平/垂直分别驱动方式或者是水平/垂直联合驱动方式，前者采用了单独的水平偏转反光镜和偏转线圈以及单独的垂直偏转反光镜和偏转线圈，后者只有一个偏转反光镜，水平偏转线圈和垂直偏转线圈产生的复合力矩作用于偏转反光镜来完成投影扫描功能，在这两种驱动方式中，也可以采用超声波马达来取代偏转线圈。

3.如权利要求一所述的电子乐器，其特征是光电识别系统可以使用较为简单的红外线发射接收系统或者是比较复杂的红外线摄像头或者是可见光摄像头对手指、鼓棰动作进行图形轨迹的分析。

4.如权利要求一所述的电子乐器，其特征是使用了申请号01113803.3和申请号01240983.9所描述的乐谱自动生成装置和具有手写输入功能的液晶显示器或者最新型的有机发光显示器。

5.如权利要求一所述的电子乐器，其特征是具有演奏记录和重放电路，具有模拟、数字方式输出输入插口，能用投影方式将乐谱和几个功能键同时投影到桌面上进行乐谱的翻阅和修改。

6.如权利要求一和权利要求三所述的电子乐器，其特征是如果光电识别系统使用红外线和可见光的混合光源，激光器采用类似双色发光二极管的双管芯结构。

7.如权利要求一所述的电子乐器，其特征是在乐曲重放时，在投影的乐器的演奏区域中，用光点或简易图形符号的形式进行音阶位置的提示和节拍提示。

8.如权利要求一所述的电子乐器，其特征是外壳设计有增加投影高度的折叠式或者抽拉式支架，折叠式支架的前半部分可以用打开的翻盖2来代替，翻盖2和折叠式支架的后半部分6打开后由锁紧装置加以锁紧，外壳底部还设计有一个标准的三角架安装螺孔，也可以使用袖珍型三角架。

9.如权利要求一所述的电子乐器，其特征是标准型产品设计有用来显示操作菜单的液晶显示器或者有机发光显示器。

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