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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf digitale Schnittstellen
für Musikinstrumente
und im Besonderen auf Verfahren und Einheiten zur Repräsentation
von Tönen
unter Verwendung einer digitalen Schnittstelle.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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MIDI
(Musical Instrument Digital Interface) ist ein in der Technik bekannter
Standard, mit dem digitale Musikinstrumente und Verarbeitungseinheiten digitaler
Musik wie beispielsweise Personal Computer und Sequenzer Daten über Musiktöne austauschen
können.
Informationen zur Realisierung des MIDI-Standards stehen in großem Umfang
zur Verfügung
und finden sich z.B. in einer Veröffentlichung mit dem Titel „Official
MIDI Specification" (MIDI
Manufacturers Association, La Habra, Kalifornien).
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Die
beim MIDI-Standard verwendeten Daten beinhalten üblicherweise Zeitspannen mit
gedrückten
und Zeitspannen mit losgelassenen bestimmten Tasten eines digitalen
Musikinstruments, die Geschwindigkeit des Anschlags, optionale Messungen der
Anschlagstärke
nach dem eigentlichen Anschlag, Vibrato, Tremolo usw. Vergleichbar
einem Textdokument in einem Textverarbeitungsprogramm kann ein Spiel
eines oder mehrerer digitaler Instrumente unter Verwendung des MIDI-Protokolls
zu einem beliebigen späteren
Zeitpunkt verarbeitet werden, indem standardmäßige Hilfsmittel für die Bearbeitung
wie „Einfügen", „Löschen" und „Ausschneiden
und Einfügen" so lange verwendet
werden, bis alle Aspekte des Spiels den Wünschen eines Benutzers des
Musikbearbeitungsprogramms entsprechen.
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Dabei
ist zu beachten, dass eine MIDI-Computerdatei, welche die oben erwähnten für eine musikalische
Darbietung stehenden Daten enthält,
keine Repräsentation
der tatsächlichen
Wellenformen beinhaltet, die von einem Ausgabemodul des ursprünglich spielenden
Musikinstruments erzeugt wurden. Vielmehr kann die Datei einen Hinweis
darauf enthalten, dass bestimmte Musiknoten von einem simulierten
akustischen Konzertflügel
gespielt werden sollten. Eine MIDI-fähige Ausgabeeinheit, die daraufhin die
Datei abspielt, würde
dann aus ihrem eigenen Speicher eine Repräsentation eines akustischen Konzertflügels abrufen,
die mit derjenigen des ursprünglichen
digitalen Instruments übereinstimmen oder
auch davon abweichen kann. Die abgerufene Repräsentation dient zur Erzeugung
der Musikwellenformen auf der Grundlage der Daten in der Datei.
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MIDI-Dateien
und MIDI-Einheiten, die MIDI-Daten verarbeiten, legen ein gewünschtes
simuliertes Musikinstrument fest, das die folgenden Noten spielen
soll, indem sie eine dem Instrument entsprechende Belegungsnummer
angeben. Derartige Belegungsnummern werden durch das GM-Protokoll
(General MIDI) vorgegeben, bei dem es sich um einen in der Technik
weithin bekannten und anerkannten Standard handelt. Die GM-Protokoll-Spezifikation ist von
der International MIDI Association mit Sitz in Los Angeles, Kalifornien,
erhältlich
und wurde ursprünglich
in einem Artikel mit dem Titel „General MIDI (GM) and Roland's GS Standard" von Chris Meyer
in der Ausgabe des Electronic Musician vom August 1991 beschrieben.
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Gemäß GM erhalten
128 Klänge,
zu denen auch Standardinstrumente, Stimme und Klangeffekte gehören, entsprechende
fest vorgegebene Belegungsnummern, z.B. normaler akustischer Flügel = 1,
Geige = 41, Ah-Chor = 53 und Telefonklingel = 125. Wenn eine dieser
Belegungsnummern ausgewählt wird,
erzeugt sie für
das menschliche Ohr in qualitativer Hinsicht die gleiche Art von
Klang wie für
jede beliebige Taste auf der Tastatur des digitalen Musikinstruments.
Wenn z.B. die Klangbelegung für „normaler
akustischer Flügel" ausgewählt wird,
erzeugt das Spielen des mittleren C und mehrerer benachbarter Noten
klavierartige Klänge,
die einander im Allgemeinen hinsichtlich ihrer Tonqualität ähneln und sich
lediglich mit Blick auf die Tonhöhe
unterscheiden. (Tatsächlich
verhält
es sich so, dass für
den menschlichen Hörer
ein schriller und unerwünschter Effekt
entstünde,
wenn sich die Musikklänge
auch in anderer Hinsicht als nur in der Tonhöhe unterscheiden würden.)
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Anhand
von MIDI können
Daten, die das Spiel von 16 unabhängigen simulierten Instrumenten festlegen,
auf wirksame Art und Weise gleichzeitig über 16 Logikkanäle übertragen
werden, die durch den MIDI-Standard definiert sind. Von diesen Kanälen ist
Kanal 10 ausschließlich
als Schlagzeugkanal vorgesehen, der – im Gegensatz zu den oben
beschriebenen Klangbelegungen – über Klänge mit
unterschiedlicher Tonqualität
verfügt,
die für
jede aufeinander folgende Taste der Tastatur definiert sind. So
erzeugt das Anschlagen der MIDI-Noten 40, 41 und 42 eine elektrische
kleine Trommel, eine tiefe Stand-Tom bzw. eine geschlossene Hi-Hat.
Grundsätzlich
gesehen, lassen sich Wörter
mit MIDI nicht in Musik umsetzen. In der Technik ist es jedoch bekannt,
einen Synthesizer wie beispielsweise den Yamaha PSR310 so zu programmieren,
dass das Anschlagen einer beliebigen Taste (d.h. das Auswählen einer
beliebigen Note) innerhalb einer Oktave eine simulierte menschliche
Stimme erzeugt, die „ONE" sagt, wobei die
Tonhöhe
des Wortes „ONE" abhängig von
der jeweils angeschlagenen Taste ist. Das Anschlagen von Tasten
in der nächsthöheren Oktave
erzeugt dieselbe Stimme, die „TWO" sagt, und so weiter
für die
gesamte Tastatur.
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Einige
in der Technik bekannte MIDI-Klangbelegungen verwenden eine „Split-Keyboard"-Funktion, bei der
Noten unterhalb einer bestimmten MIDI-Belegung (dem „Schwellenwert" auf der Tastatur) einen
ersten Klang (z.B. Orgel) und Noten oberhalb des Schwellenwerts
einen zweiten Klang (z.B. Flöte) aufweisen.
Anhand der Split-Keyboard-Funktion können so mit einer einzigen
Tastatur zwei verschiedene Instrumente wiedergegeben werden.
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In
der US-Patentschrift 4 733 591 wird ein elektronisches Musikinstrument
beschrieben, mit dem sich ein gemultiplextes Signal eines Musiktons und
eine menschliche Stimme erzeugen lassen, d.h. ein Instrument, das
in der Lage ist, bei der Erzeugung von Musiktönen deren Namen auszusprechen.
Mit diesem Instrument können
jedoch keine den Klang bestimmende Parameter berücksichtigt werden, zu denen
z.B. die Geschwindigkeit beim Anschlagen einer Abfolge von Noten
oder die Notendauer gehören, wenn
die Klänge
einer Taste erzeugt werden, die von dem Spieler angeschlagen wurde.
Mit der Lösung des
US-Patents lassen sich außerdem
keine Klänge erzeugen,
die nicht von einer Abfolge von Tasten, die auf einem Instrument
angeschlagen werden, sondern aus einer Datei stammen, auf die auch über ein Netzwerk
zugegriffen werden könnte.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe einiger Aspekte der vorliegenden Erfindung, verbesserte
Einheiten und Verfahren für
die Nutzung von Hardware zur Verarbeitung digitaler Musik bereitzustellen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe einiger Aspekte der vorliegenden Erfindung,
Einheiten und Verfahren für
die Erzeugung menschlicher Stimmklänge mit Hardware für die Verarbeitung
digitaler Musik bereitzustellen. Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren für die elektronische
Erzeugung von Klängen
nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung für die elektronische Erzeugung
von Klängen
nach Anspruch 13 bereitgestellt.
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Bei
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung erzeugt eine elektronische Musikeinheit
als Reaktion auf unterschiedliche Musiknoten, die in die Einheit
eingegeben werden, qualitativ verschiedenartige Klänge wie
beispielsweise verschiedene gesprochene Wörter. Die Tonhöhe und/oder
anderweitige Tonqualitäten
der erzeugten Klänge
werden dabei bevorzugt ebenfalls durch die Noten bestimmt. Die Einheit
sollte vorzugsweise MIDI-fähig
sein und eine eigens programmierte Klangbelegung auf einem nicht
für Schlagzeuge
vorgesehenen MIDI-Kanal verwenden, um die verschiedenartigen Klänge zu erzeugen.
Die Eingabe der Musiknoten kann unter Verwendung eines beliebigen geeigneten
Verfahrens, das in der Technik bekannt ist, erfolgen. So können die
Noten beispielsweise aus einer Datei erhalten oder in Echtzeit auf
einem MIDI-fähigen
digitalen Musikinstrument erzeugt werden, das mit der Einheit verbunden
ist.
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Bei
einigen bevorzugten Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung umfassen die verschiedenartigen Klänge Repräsentationen
einer menschlichen Stimme, die als Reaktion auf die entsprechenden
von dem MIDI-Instrument erzeugten Noten vorzugsweise die Namen der
Noten singt, z.B. „Do/Re/Mi/Fa/Sol/La/Si/Do" oder „C/D/E/F/G/A/B/C". Alternativ kann
die Stimme auch andere Wörter, Satzteile,
Nachrichten oder Klangeffekte sprechen, singen oder erzeugen, wobei
diese jeweils als Reaktion auf die Auswahl einer bestimmten Musiknote
erzeugt werden und dies bevorzugt durch das Anschlagen einer vorgegebenen
Taste geschieht.
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Zusätzlich oder
alternativ hierzu werden ein oder mehrere Parameter wie beispielsweise
Tastengeschwindigkeit, Anschlagstärke nach dem eigentlichen Anschlag,
Notendauer, Betätigung
des Haltepedals, Modulationseinstellungen usw. von einem Benutzer
des MIDI-Instruments erzeugt oder ausgewählt und dazu verwendet, die
betreffenden Qualitäten
der verschiedenartigen Klänge
zu steuern.
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Ebenfalls
zusätzlich
oder alternativ hierzu kann Musiklernsoftware, die auf einem Personalcomputer
oder Server ausgeführt
wird, die qualitativ verschiedenartigen Klänge entweder als Reaktion auf die
verschiedenen Tasten, die auf dem MIDI-Instrument angeschlagen werden,
oder auf unterschiedliche Noten, die in einer MIDI-Datei gespeichert
sind, erzeugen. Bei einigen dieser bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung erfolgt der Zugriff auf die Software
und/oder MIDI-Datei über
ein Netzwerk wie z.B. das Internet und hier bevorzugt über eine
Webseite. Die Musiklernsoftware ermöglicht es einem Lernenden vorzugsweise,
Solfège (d.h.
das System, bei dem die Silben „Do Re Mi..." für Musiknoten
stehen) zu erlernen, indem er Noten auf einem MIDI-Instrument spielt
und sie entsprechend ihrer jeweiligen Tonsilbe gesungen werden oder
indem Lieder in einer MIDI-Datei wiedergegeben werden, wobei einer
der Kanäle
so eingestellt ist, dass er eine eigens programmierte Solfège-Belegungsnummer abspielt,
wie weiter oben beschrieben wurde.
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Bei
einigen bevorzugten Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung kann die elektronische Musikeinheit auch
dann klar erkennbare Solfège-Klänge erzeugen,
wenn die Tonhöhe
der Solfège-Klänge mit
einem Tonhöhenregler
moduliert wird oder wenn der Benutzer in schneller Folge Noten auf der
Einheit spielt. Bei fehlender Korrektur könnten beide Situationen die
Solfège-Klänge verzerren
oder dazu führen,
dass sie nicht mehr erkennbar wären. Bei
diesen bevorzugten Ausführungsformen
werden die digitalisierten Klänge
vorzugsweise so geändert, dass
sie von einem Hörer
auch dann erkannt werden können,
wenn sie lediglich während
eines sehr kurzen Zeitraums gespielt werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird somit ein Verfahren für die elektronische
Erzeugung von Klängen
auf der Grundlage der Noten einer Tonleiter bereitgestellt, das
Folgendes beinhaltet:
Zuweisen der betreffenden Klänge zu den
Noten, so dass jeder Klang von einem Hörer als qualitativ verschiedenartig
von dem Klang empfunden wird, der einer benachbarten Note der Tonleiter
zugewiesen ist;
Empfangen einer Eingabe, die eine Abfolge von
Musiknoten angibt, welche aus den Noten der Tonleiter ausgewählt wurden;
und
Erzeugen einer Ausgabe als Reaktion auf die Abfolge, bei
der die qualitativ verschiedenartigen Klänge als Reaktion auf die betreffenden
Noten in der Abfolge mit entsprechenden Tonhöhen erzeugt werden, die den
betreffenden Noten zugewiesen sind.
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Vorzugsweise
beinhaltet mindestens einer der qualitativ verschiedenartigen Klänge eine
Repräsentation
einer menschlichen Stimme. Außerdem
beinhalten die verschiedenartigen Klänge vorzugsweise Solfège-Tonsilben,
die den betreffenden Noten zugewiesen sind.
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Alternativ
oder zusätzlich
hierzu beinhaltet die Zuweisung das Erzeugen einer MIDI-Klangbelegung,
welche die verschiedenartigen Klänge
enthält.
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Alternativ
oder zusätzlich
hierzu beinhaltet das Erzeugen der Klangbelegung ferner:
das
Erzeugen einer digitalen Repräsentation
der Klänge
durch die digitale Abtastung der verschiedenartigen Klänge; und
das
Speichern der Repräsentation
in der Klangbelegung.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
beinhaltet der Empfang der Eingabe das Abspielen der Abfolge von
Musiknoten auf einem Musikinstrument, während bei einer anderen bevorzugten
Ausführungsform
der Empfang der Eingabe das Abrufen der Abfolge von Musiknoten aus
einer Datei beinhaltet.
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Vorzugsweise
beinhaltet das Abrufen der Abfolge den Zugriff auf ein Netzwerk
und das Herunterladen der Datei von einem entfernten Computer.
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Vorzugsweise
beinhaltet die Erzeugung der Ausgabe das Erzeugen der verschiedenartigen
Klänge
als Reaktion auf die betreffenden Parameter für die Geschwindigkeit und/oder
die Dauer von Noten in der Abfolge von Noten.
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Bei
einigen bevorzugten Ausführungsformen beinhaltet
die Erzeugung der Ausgabe das Beschleunigen der Ausgabe eines Teils
der Klänge
als Reaktion auf eine Eingabeaktion.
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Weiterhin
wird gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein Verfahren für die elektronische Erzeugung
von Klängen
auf der Grundlage der Noten einer Tonleiter bereitgestellt, das
Folgendes beinhaltet:
Zuweisen der betreffenden Klänge zu mindestens mehreren
Noten, so dass jeder zugewiesene Klang von einem Hörer als
qualitativ verschiedenartig von dem Klang empfunden wird, der einer
benachbarten Note der Tonleiter zugewiesen ist;
Speichern der
zugewiesenen Klänge
in einer Klangbelegung, die auf einem gemäß dem MIDI-Standard nicht für Schlagzeug
vorgesehenen Kanal abgespielt wird;
Empfangen einer ersten
Eingabe, die eine Abfolge von Musiknoten angibt, welche aus den
Noten der Tonleiter ausgewählt
wurden;
Empfangen einer zweiten Eingabe, die einen oder mehrere
Tastenanschlagsparameter angibt, der/die einer oder mehreren der
Noten in der Abfolge entspricht/entsprechen; und
Erzeugen einer
Ausgabe als Reaktion auf die Abfolge, bei der die qualitativ verschiedenartigen
Klänge als
Reaktion auf die erste und zweite Eingabe erzeugt werden.
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Vorzugsweise
beinhaltet die Zuweisung der Klänge
das Zuweisen entsprechender Repräsentationen
einer menschlichen Stimme, die ein oder mehrere Wörter ausspricht.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird außerdem
eine Vorrichtung für
die elektronische Erzeugung von Klängen auf der Grundlage von
Noten einer Tonleiter bereitgestellt, die Folgendes beinhaltet:
eine
elektronische Musikerzeugungseinheit, die einen Speicher beinhaltet,
in dem Daten gespeichert werden, welche die betreffenden Klänge angeben, die
den Noten zugewiesen sind, so dass jeder Klang von einem Hörer als
qualitativ verschiedenartig von einer benachbarten Note der Tonleiter
empfunden wird, und wobei die Einheit Folgendes empfängt: (a) eine
erste Eingabe, die eine Abfolge von Musiknoten angibt, die aus den
Noten der Tonleiter ausgewählt wurden;
und (b) eine zweite Eingabe, die einen oder mehrere Tastenanschlagsparameter
angibt, der/die einer oder mehreren der Noten in der Abfolge entspricht/entsprechen;
und
einen Lautsprecher, der von der Einheit angesteuert wird,
um als Reaktion auf die Abfolge eine Ausgabe zu erzeugen, wobei
die qualitativ verschiedenartigen Klänge, die den Noten der Tonleiter
zugewiesen sind, als Reaktion auf die erste und zweite Eingabe erzeugt
werden.
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Vorzugsweise
beinhaltet mindestens eine der qualitativ verschiedenartigen Klänge eine
Repräsentation
einer menschlichen Stimme. Außerdem
beinhalten die verschiedenartigen Klänge entsprechende Solfège-Tonsilben.
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Die
Daten werden vorzugsweise in einer MIDI-Klangbelegung gespeichert.
Außerdem
werden die Klänge
der vom Lautsprecher erzeugten Ausgabe vorzugsweise mit den betreffenden
Tonhöhen
gespielt, die den betreffenden Noten der Tonleiter zugewiesen sind.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein System für die Musiklehre
eine Vorrichtung, wie sie oben beschrieben wurde. Bei dieser Ausführungsform
beinhalten die Klänge
vorzugsweise Wörter,
welche die Noten beschreiben.
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Die
vorliegende Erfindung lässt
sich anhand der folgenden ausführlichen
Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung
mit den Zeichnungen besser verstehen, bei denen:
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 eine
schematische Darstellung eines Systems für die Erzeugung von Klängen gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist; und
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2 eine
schematische Darstellung einer Datenstruktur ist, die von dem System
aus 1 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Systems 20 für die Erzeugung
von Klängen,
das gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine mit einem digitalen Musikinstrument 22 verbundene
Verarbeitungseinheit 24, einen optionalen Verstärker 28,
der vorzugsweise einen Lautsprecher beinhaltet, und einen optionalen Musikserver 40 umfasst.
Allgemein gesprochen dienen die Verarbeitungseinheit 24 und
das Instrument 22 bei dieser Ausführungsform als Musikerzeugungseinheiten.
Die Verarbeitungseinheit 24 umfasst vorzugsweise einen
Personal Computer, einen Sequenzer und/oder eine in der Technik
bekannte Vorrichtung für
die Verarbeitung von MIDI-Daten. Dabei ist dem Fachmann klar, dass
die Grundgedanken der vorliegenden Erfindung, wie sie hier beschrieben sind,
auch durch eine unabhängige
Verwendung des Instruments 22 bzw. der Verarbeitungseinheit 24 umgesetzt
werden können.
Darüber
hinaus werden im Folgenden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung mit Blick auf den MIDI-Standard beschrieben, um so bestimmte
Aspekte der vorliegenden Erfindung darzulegen; dabei dürfte jedoch auch
klar sein, dass diese Aspekte auch unter Verwendung anderer digitaler
oder gemischter digitaler/analoger Protokolle umgesetzt werden könnten. Der
Umfang der Erfindung wird dabei ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche begrenzt.
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Üblicherweise
sind das Instrument 22 und die Verarbeitungseinheit 24 durch
Standardkabel und Stecker mit dem Verstärker 28 verbunden,
während ein
MIDI-Kabel 32 dazu dient, einen MIDI-Anschluss 30 des
Instruments 22 mit einem MIDI-Anschluss 34 der
Verarbeitungseinheit 24 zu verbinden. Bei einigen Anwendungen
der vorliegenden Erfindung, die weiter unten ausführlicher
beschrieben werden, ist die Verarbeitungseinheit 24 mit
einem Netzwerk 42 (z.B. dem Internet) verbunden, das der
Verarbeitungseinheit 24 das Herunterladen von MIDI-Dateien von
dem Musikserver 40 ermöglicht,
der ebenfalls mit dem Netzwerk verbunden ist.
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Bei
einer bevorzugten Betriebsart dieser Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist das digitale Musikinstrument 22 MIDI-fähig. Anhand
von weiter unten ausführlicher
beschriebenen Verfahren spielt ein Benutzer 26 des Instruments 22 eine
Reihe von Noten auf dem Instrument, z.B. die C-Dur-Tonleiter, und das
Instrument veranlasst den Verstärker 28, als
Reaktion darauf die Wörter „Do Re
Mi Fa Sol La Si Do" zu
erzeugen, wobei jedes Wort mit dem entsprechenden Ton „gesungen" bzw. angegeben wird. Vorzugsweise
variiert das so erzeugte Solfège
in Abhängigkeit
von einigen oder allen Tastenanschlagsparametern oder sonstigen
Parametern, die auch die meisten MIDI-Instrumentenbelegungen steuern,
z.B. Tastengeschwindigkeit, Anschlagstärke nach dem eigentlichen Anschlag,
Notendauer, Betätigung
des Haltepedals, Modulationseinstellungen usw.
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Alternativ
oder zusätzlich
hierzu lädt
der Benutzer 26 eine Standard-MIDI-Datei vom Server 40 auf
die Verarbeitungseinheit 24 herunter, die nicht notwendigerweise
eigens für
die Verwendung mit dieser Erfindung vorbereitet werden muss. So
könnte der
Benutzer bei der Suche im Internet beispielsweise eine Webseite
zur amerikanischen Geschichte mit einer MIDI- Datei finden, die eine Einkanalversion
von „Yankee
Doodle" enthalten
könnte,
die ursprünglich unter
Verwendung der GM-Belegungsnummer
73 (Piccoloflöte)
gespielt und gespeichert wurde. (Dabei bedeutet „Einkanal", dass ein Instrument zu einem bestimmten
Zeitpunkt jeweils nur einen einzigen Ton ausgibt.) Nach dem Herunterladen
der Datei ändert die
Verarbeitungseinheit 24 vorzugsweise die Auswahl der Belegungsnummer
von 73 auf eine Klangbelegung, die eigens gemäß den Grundgedanken der vorliegenden
Erfindung (und nicht gemäß dem GM-Standard)
programmiert wurde. Als Ergebnis hört der Benutzer bei der Wiedergabe
eine simulierte menschliche Stimme, die „Do Do Re Mi Do Mi Re..." singt und dabei
vorzugsweise im Wesentlichen dieselbe Melodie, denselben Rhythmus
und dieselben sonstigen MIDI-Parameter verwendet, die für das ursprüngliche
digitale Piccoloflöten-Spiel
gespeichert wurden. Wenn die heruntergeladene MIDI-Datei mehrstimmig
gewesen wäre,
z.B. Piccoloflöte
(Belegungsnummer 73) auf Kanal 1 als Melodiestimme, Banjo (Belegungsnummer
106) auf Kanal 2 als Begleitstimme zur Piccoloflöte und Schlagzeug auf Kanal
10, hätte
der Benutzer 26 zwischen dem Hören des Solfège auf
Kanal 1 oder Kanal 2 wählen
können, indem
er angegeben hätte,
dass die Noten und Daten von dem ausgewählten Kanal von einer Solfège-Klangbelegung
gespielt werden sollten. Wenn der Benutzer in diesem Beispiel das
Solfège
auf Kanal 1 hören
möchte,
können
Banjo und Schlagzeug immer noch gleichzeitig gehört werden und bleiben im Wesentlichen
unbeeinflusst durch die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf
die MIDI-Datei.
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Bei
einigen Anwendungen der vorliegenden Erfindung wird eine Klangbelegung,
die jede Taste auf der Tastatur in Beziehung zu einer zugehörigen Solfège-Tonsilbe
(oder zu anderen Wörtern,
Satzteilen, Klangeffekten usw.) setzt, vom Server 40 in
einen Speicher 36 der Verarbeitungseinheit 24 heruntergeladen.
Der Benutzer 26 verwendet die heruntergeladene Klangbelegung
vorzugsweise in der Verarbeitungseinheit 24 und/oder überträgt die Klangbelegung
wahlweise zum Instrument 22, wo sie üblicherweise in einem elektronischen
Speicher 38 dieses Instruments abgelegt wird. Aus Sicht
des Benutzers entspricht die Handhabung der Klangbelegung vorzugsweise
im Wesentlichen derjenigen von anderen MIDI-Klangbelegungen, die
in der Technik bekannt sind.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird die weiter oben beschriebene eigens
programmierte MIDI-Klangbelegung in Verbindung mit Lernsoftware
verwendet, die Solfège
und/oder die Verwendung von Solfège als Hilfsmittel für die Vermittlung
anderer Aspekte der Musik lehrt, wie beispielsweise Tonhöhe, Dauer,
Konsonanz und Dissonanz, Vom-Blatt-Singen usw. Bei einigen Anwendungen
umfassen MIDI-fähige
Webseite, die auf dem Server 40 gespeichert sind, Musiklernprogramme,
welche die Klangbelegung verwenden und auf die Verarbeitungseinheit 24 heruntergeladen
und/oder vom Benutzer 26 aus der Ferne ausgeführt werden
können.
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2 ist
eine schematische Darstellung einer Datenstruktur 50 zur
Speicherung von Klängen gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die von dem System 20 aus 1 verwendet
wird. Die Datenstruktur 50 ist vorzugsweise auf dieselbe
Art und Weise aufgebaut wie die in der Technik bekannten MIDI-Klangbelegungen. Somit
entspricht jeder Block 52 der Struktur 50 vorzugsweise
einer bestimmten Taste des digitalen Musikinstruments 22 und
enthält
eine funktionsbezogene Repräsentation,
die einen oder mehrere der verschiedenen MIDI-Eingabeparameter (z.B.
MIDI-Note, Tastenanschlaggeschwindigkeit, Anschlagstärke nach
dem eigentlichen Anschlag, Notendauer, Betätigung des Haltepedals, Modulationseinstellungen usw.)
in Bezug zu einer Ausgabe setzt. Die Ausgabe besteht üblicherweise
aus einem elektrischen Signal, das an den Verstärker 28 gesendet wird,
um so einen gewünschten
Klang zu erzeugen.
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Im
Gegensatz zu in der Technik bekannten Klangbelegungen umfasst die
Struktur 50 jedoch qualitativ verschiedenartige Klänge für eine Gruppe von
aufeinander folgenden MIDI-Noten. Eine Gruppe von „qualitativ
verschiedenartigen Klängen" bezieht sich in
der vorliegenden Patentanmeldung und den Ansprüchen auf eine Gruppe von Klängen, die
sich für
den Hörer
am deutlichsten erkennbar durch ein Merkmal unterscheiden, das nicht
durch die Tonhöhe der
einzelnen Klänge
der Gruppe bedingt wird. Erläuternde
Beispiele von Gruppen qualitativ verschiedenartiger Klänge enthält Tabelle
I. Dabei wird für
jede Gruppe in der Tabelle einem jeden der verschiedenen Klänge eine
andere MIDI-Note zugewiesen, und jeder Klang wird (sofern zutreffend)
von dem Verstärker/Lautsprecher 28 mit
der Tonhöhe
der Note „gesungen", die derjenigen
entspricht, mit der die Note gespielt wird.
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TABELLE I
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1. (Menschliche Stimme):
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- {„Do", „Re", „Mi", „Fa", „Sol", „La", „Si"} – siehe
Abbildung in 2
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2. (Menschliche Stimme):
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- {„C", „C#", „D", „D#", „E", „F", "F#„, „G", „G#", „A", „A#", B"}
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3. (Menschliche Stimme):
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- {„1", „2", „3", „4", „5", „6", „7", „8", „9", „10", „11", „12", „13", „14", „15", „plus", „minus", „mal", „dividiert durch", „ist gleich", „Komma"}
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4. Klangeffekte:
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- {[Piepton], [zerspringendes Glas], [Niesen], [Autohupe],
[Trillerpfeife]}
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Somit
unterscheidet sich eine MIDI-Klangbelegung gemäß den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung
von in der Technik bekannten MIDI-Klangbelegungen, bei denen die
Tonhöhe
das am deutlichsten erkennbare (und üblicherweise das einzige erkennbare)
Merkmal darstellt, das die durch das Spielen verschiedener Noten
und hier insbesondere mehrerer Noten innerhalb einer Oktave erzeugten Klänge wahrnehmbar
voneinander unterscheidet. Dabei ist darauf zu verweisen, dass,
obwohl die Datenstruktur 50 die Klänge „Do Re Mi..." enthält, ein beliebiger
Eintrag der obigen Tabelle I oder beliebige andere Wörter, Teilsätze, Nachrichten
und/oder Klangeffekte in der Datenstruktur 50 verwendet
werden könnte(n)
und innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegt/liegen.
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Jeder
Block 52 der Datenstruktur 50 umfasst vorzugsweise
eine Vielzahl von Wellenformen, um die entsprechende MIDI-Note darzustellen.
Wie in der Technik der Computermusik-Synthese bekannt ist, stellt
die Wavetable-Synthese das bevorzugte Verfahren für die Erzeugung
der Datenstruktur 50 dar.
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Alternativ
oder zusätzlich
hierzu wird ein gegebener Block 52 der Struktur 50,
z.B. „Fa", vorbereitet, indem
eine menschliche Stimme, die mit einer Vielzahl von Lautstärken und
mit unterschiedlicher Dauer „Fa" singt", digital abgetastet
wird. Anhand der Interpolation der Werte zwischen den verschiedenen abgetasteten
Datengruppen oder der Extrapolation aus den abgetasteten Datengruppen
werden die korrekten Klänge
für nicht
abgetastete Eingaben erzeugt.
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Alternativ
oder zusätzlich
hierzu wird außerdem
lediglich eine Abtastung für
jeden Eintrag der Struktur 50 vorgenommen, und seine Lautstärke oder
sonstigen Wiedergabeparameter wird/werden wahlweise in Echtzeit
geändert,
um so ein Solfège auf
der Grundlage der MIDI-Datei oder der angeschlagenen Tasten zu erzeugen.
Bei einigen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung weisen Blöcke, die für genau eine Oktave auseinander
liegende Noten stehen, im Wesentlichen dieselben Wellenformen auf.
Im Allgemeinen entspricht die Vorbereitung der Struktur 50 zur
Erzeugung einer Solfège-Klangbelegung der
Vorbereitung einer beliebigen digital abgetasteten instrumentellen
Klangbelegung, wie sie in der Technik bekannt ist (z.B. akustischer
Flügel), mit
der Ausnahme, dass – wie
aus der obigen Beschreibung deutlich wird – zwischen zwei verhältnismäßig nahe
beieinander liegenden MIDI-Noten in der Regel keine Interpolation
durchgeführt
wird, um die Klänge
der dazwischen liegenden Noten zu ermitteln.
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Bei
einigen Anwendungen beinhaltet das Instrument 22 einen
Tonhöhenregler,
der in der Technik als ein Mittel für die stufenlose Modulation
der Tonhöhe
einer Note bekannt ist und üblicherweise
dazu dient, dass der Benutzer 26 einen Übergang zwischen einem Solfège-Klang
und einem darauf folgenden Solfège-Klang erzeugen kann. Bei
einigen dieser Anwendungen sollten die Solfège-Klänge vorzugsweise in Bestandteile
aufgeteilt werden, wie im Folgenden beschrieben wird, so dass es
durch die Verwendung des Tonhöhenreglers
nicht zu einer Verzerrung der Klänge
kommt. Gesprochene Wörter
verfügen
in der Regel über
einen „stimmhaften" Teil, der überwiegend
vom Kehlkopf erzeugt wird, und einen „stimmlosen" Teil, der überwiegend
von den Zähnen, der
Zunge, dem Gaumen und den Lippen erzeugt wird. Üblicherweise kann der stimmhafte
Teil der Sprache erhebliche Schwankungen der Tonhöhe aufweisen,
während
der stimmlose Teil von Modulationen der Tonhöhe eines gesprochenen Worts
verhältnismäßig wenig
verändert
wird.
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Aus
diesem Grund ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung die Synthese der Klänge
so gestaltet, dass die Fähigkeit eines
Hörers,
einen jeden Solfège-Klang
bei seiner Ausgabe durch den Verstärker 28 deutlich zu
wahrzunehmen, auch dann verbessert wird, wenn der Benutzer den Tonhöhenregler
(der die Klänge
verzerren kann) bedient oder Noten sehr schnell (z.B. schneller als
etwa sechs Noten pro Sekunde) spielt. Um diese Aufgabe zu lösen, führt das
Instrument 22 eine regelmäßige Prüfung auf schnelle Tastenanschläge oder die
Verwendung des Tonhöhenreglers
durch. Wenn es eine dieser Bedingungen erkennt, beschleunigt das
Instrument 22 vorzugsweise den stimmhaften Teil des Solfège-Klangs und erzeugt
dabei vorzugsweise einen erheblichen Bestandteil des stimmhaften Teils
in weniger als 100 ms (üblicherweise
in etwa 15 ms). Der stimmlose Teil wird in der Regel in diesen Fällen nicht
geändert.
Die Reaktion des Instruments 22 auf die Verwendung des
Tonhöhenreglers
wird vorzugsweise so lange verzögert,
bis der beschleunigte Klang erzeugt wurde.
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Die
Aufteilung eines gesprochenen Klangs in seine stimmhaften und stimmlosen
Teile, die wahlweise Änderung
eines oder beider Teile und die darauf folgende erneute Zusammensetzung
der Teile ist eine Methode, die in der Technik hinreichend bekannt ist.
Unter Verwendung bekannter Methoden wird die Beschleunigung des
stimmhaften Teils in der Regel so durchgeführt, dass die Tonhöhe des stimmhaften Teils
durch die Beschleunigung seiner Wiedergabe nicht erhöht wird.
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Alternativ
werden die stimmhaften und stimmlosen Teile einer jeden Solfège-Note
vor dem Spielen des Instruments 22 überprüft, wobei dies vorzugsweise
zum Zeitpunkt der ursprünglichen
Erzeugung der Datenstruktur 50 erfolgt. Im letzteren Fall wird
sowohl die nicht geänderte
digitale Repräsentation
eines Solfège-Klangs
als auch der eigens erzeugte „beschleunigte" Solfège-Klang üblicherweise in
Block 52 gespeichert, und das Instrument 22 wählt unter
Zugrundelegung vorbestimmter Auswahlparameter aus, ob der nicht
geänderte
oder der beschleunigte Solfège-Klang
abgerufen werden soll.
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Bei
einigen Anwendungen der vorliegenden Erfindung wird die Beschleunigung
des Solfège-Klangs
(bei Verwendung des Tonhöhenreglers oder
bei schnell aufeinander folgenden Tastenanschlägen) ohne Trennung in stimmhafte
und stimmlose Teile durchgeführt.
Stattdessen wird im Wesentlichen die gesamte Repräsentation
des Solfège-Klangs
beschleunigt, wobei dies vorzugsweise ohne eine Änderung der Tonhöhe des Klangs
erfolgt, so dass der ausgewählte
Solfège-Klang
von einem Hörer deutlich
wahrgenommen werden kann, bevor der Klang mit dem Tonhöhenregler
geändert
oder durch einen darauf folgenden Solfège-Klang ersetzt wird.
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Alternativ
wird lediglich der erste Teil eines Solfège-Klangs (z.B. das „D" in „Do") beschleunigt, so
dass bei einer Betätigung
des Tonhöhenreglers oder
einem schnellen Tastenanschlag der am deutlichsten erkennbare Teil
des Solfège-Klangs
von einem Hörer
gehört
wird, bevor der Klang verzerrt oder eine darauf folgende Taste angeschlagen
wird.
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Grundsätzlich dürfte klar
sein, dass die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen
lediglich beispielhaft angeführt
wurden und dass der vollständige
Umfang der Erfindung ausschließlich durch
die Ansprüche
begrenzt wird.