RU2561237C2 - Клавиатура музыкального инструмента в форме двумерной матрицы - Google Patents
Клавиатура музыкального инструмента в форме двумерной матрицы Download PDFInfo
- Publication number
- RU2561237C2 RU2561237C2 RU2011106561/28A RU2011106561A RU2561237C2 RU 2561237 C2 RU2561237 C2 RU 2561237C2 RU 2011106561/28 A RU2011106561/28 A RU 2011106561/28A RU 2011106561 A RU2011106561 A RU 2011106561A RU 2561237 C2 RU2561237 C2 RU 2561237C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- keyboard
- musical instrument
- matrix
- sound
- design
- Prior art date
Links
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 24
- 230000002265 prevention Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 235000015961 tonic Nutrition 0.000 description 7
- 230000001256 tonic effect Effects 0.000 description 7
- 229960000716 tonics Drugs 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 241001347978 Major minor Species 0.000 description 1
- 235000014676 Phragmites communis Nutrition 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 210000000031 electric organ Anatomy 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10H—ELECTROPHONIC MUSICAL INSTRUMENTS; INSTRUMENTS IN WHICH THE TONES ARE GENERATED BY ELECTROMECHANICAL MEANS OR ELECTRONIC GENERATORS, OR IN WHICH THE TONES ARE SYNTHESISED FROM A DATA STORE
- G10H1/00—Details of electrophonic musical instruments
- G10H1/32—Constructional details
- G10H1/34—Switch arrangements, e.g. keyboards or mechanical switches specially adapted for electrophonic musical instruments
- G10H1/344—Structural association with individual keys
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10C—PIANOS, HARPSICHORDS, SPINETS OR SIMILAR STRINGED MUSICAL INSTRUMENTS WITH ONE OR MORE KEYBOARDS
- G10C3/00—Details or accessories
- G10C3/12—Keyboards; Keys
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10H—ELECTROPHONIC MUSICAL INSTRUMENTS; INSTRUMENTS IN WHICH THE TONES ARE GENERATED BY ELECTROMECHANICAL MEANS OR ELECTRONIC GENERATORS, OR IN WHICH THE TONES ARE SYNTHESISED FROM A DATA STORE
- G10H2210/00—Aspects or methods of musical processing having intrinsic musical character, i.e. involving musical theory or musical parameters or relying on musical knowledge, as applied in electrophonic musical tools or instruments
- G10H2210/395—Special musical scales, i.e. other than the 12- interval equally tempered scale; Special input devices therefor
- G10H2210/471—Natural or just intonation scales, i.e. based on harmonics consonance such that most adjacent pitches are related by harmonically pure ratios of small integers
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10H—ELECTROPHONIC MUSICAL INSTRUMENTS; INSTRUMENTS IN WHICH THE TONES ARE GENERATED BY ELECTROMECHANICAL MEANS OR ELECTRONIC GENERATORS, OR IN WHICH THE TONES ARE SYNTHESISED FROM A DATA STORE
- G10H2220/00—Input/output interfacing specifically adapted for electrophonic musical tools or instruments
- G10H2220/155—User input interfaces for electrophonic musical instruments
- G10H2220/221—Keyboards, i.e. configuration of several keys or key-like input devices relative to one another
- G10H2220/251—Keyboards, i.e. configuration of several keys or key-like input devices relative to one another arranged as 2D or 3D arrays; Keyboards ergonomically organised for playing chords or for transposing, e.g. Janko keyboard
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Electrophonic Musical Instruments (AREA)
Abstract
Изобретение относится к конструкции клавиатуры музыкальных инструментов. Клавиатура музыкального инструмента состоит из клавиш, расположенных в форме двумерной матрицы и ранжированных как арифметическая прогрессия частоты извлекаемого звука по одной оси матрицы и как арифметическая прогрессия периода извлекаемого звука по другой оси матрицы. Техническим результатом является улучшение качества звучания музыкального инструмента за счёт устранения возникновения акустических биений и повышение удобства в использовании мажорных и минорных звукорядов. 3 табл., 6 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к конструкции клавиатуры музыкального инструмента.
Уровень техники
Известны клавиатуры клавишных инструментов, которые подразделяются на следующие типы:
а) самозвучащие ударно-клавишные:
- челеста,
б) струнные:
- ударно-клавишные (фортепьяно и старинный клавикорд),
- щипково-клавишные (клавесин и его разновидности),
в) духовые:
- клавишно-духовой (орган и его разновидности),
- язычковые (фисгармония, баян, аккордеон, мелодика),
г) электронные:
- синтезаторы,
- электроорган. [1]
Аналогом является клавиатура электронного клавишного инструмента - синтезатора.
Синтезатор - электронный музыкальный инструмент, создающий (синтезирующий) звук при помощи одного или нескольких генераторов звуковых волн. Требуемое звучание достигается за счет изменения свойств электрического сигнала (в аналоговых синтезаторах) или же методом настройки параметров центрального процессора (в цифровых синтезаторах). Синтезатор, выполненный в виде корпуса с клавиатурой, называем клавишным синьором. Синьор в виде корпуса без клавиры называется синтезаторным модулем и управляет от MIDI клавиатуры или другого устройства управления звуком, например MIDI-гитары. В случае если клавишный синтезатор оборудован встроенным секвенсором, он называется рабочей станцией. Синтезатор в виде компьютерной программы, использующей универсальную звуковую плату для озвучивания и стандартные средства ввода-вывода (компьютерные клавиатуру, мышь, монитор), называется программным синтезатором. [2]
Прототипом изобретения является MIDI-клавиатура, управляющая синтезаторным модулем, поскольку синтезаторный модуль позволяет наиболее простым способом - при помощи программно-аппаратных средств, настраивать любую высоту синтезируемых звуков и подключать к себе клавиатуру или другие модифицированные устройства управления звуком.
Аналог и прототип являются программно-аппаратным направлением развития музыкальных инструментов с определенной высотой звучания, что придает им максимальную гибкость в настройке высоты, тембра и прочих характеристик звука в рамках единого музыкального инструмента.
Однако конструкция клавиатуры как устройства управления звуком у аналогов и прототипа выполнена в виде одномерной (линейной) конструкции. Этой одномерной конструкцией является ранжированные по высоте извлекаемого звука клавиши, как правило, в виде равномерно-темперированного строя (фигура 1).
Как известно, 12-ступенный равномерно темперированный строй образует геометрическую прогрессию. Можно математически вычислить частоты для всего звукоряда, пользуясь формулой:
где f0 - частота эталонного камертона (например, Ля 440 Гц);
i - количество полутонов в интервале от искомого звука к эталону f0. [3]
В таблице 1 представлены значения частот равномерно-темперированного строя, настроенного по стандартному камертону (ля 440 Гц).
Натуральный звукоряд (от лат. natura - природа, естество) или обертоновый звукоряд - ряд звуков (тонов), состоящий из основного тона и его гармонических обертонов. Каждый член такого ряда называется гармоникой. Частоты последовательных звуков натурального звукоряда образуют арифметическую прогрессию: f, 2f, 3f, 4f, …, где f - частота основного тона (нижнего звука натурального звукоряда).
Таким образом, натуральный звукоряд образован всеми звуками, частота которых кратна частоте основного тона.
Натуральный звукоряд соответствует спектру сложных гармонических колебаний осциллятора - физического источника звука (например, струны или воздушного столба в трубе). Частота f основного тона, или первой гармоники, соответствует частоте основного колебания (осциллятора в целом), частоты гармонических обертонов (или высших гармоник) 2f, 3f, 4f, … - частотам колебаний его равных частей. Отношение частот звуков интервала, образованного звуками натурального звукоряда, равно отношению их номеров. [3]
В таблице 2 показаны отличия интервалов равномерно-темперированного и натурального звукоряда.
Из приведенной таблицы 2 видно, что в равномерно-темперированном строе натуральным интервалом является только октава.
Разница между натуральными и равномерно-темперированными интервалами является причиной снижения качества звучания музыкальных инструментов с равномерно-темперированным строем, вследствие возникновения акустических биений.
Кроме того при проигрывании гамм (мажорных или минорных) возникает необходимость пропускать определенные клавиши, которые не попадают в тональность.
Вышеприведенные недостатки, а именно отсутствие натуральных интервалов (кроме октавы) и смешанное расположение клавиш мажорных и минорных гамм, являются «платой» за конструкцию клавиатуры как устройства управления звуком, выполненного в виде одномерной (линейной) конструкции.
Таким образом, причиной, препятствующей получению требуемого технического результата, а именно:
а) использованию натуральных музыкальных интервалов, при которых не возникают акустические биения,
б) сплошного, а стало быть, логичного расположения мажорных и минорных звукорядов является линейная конструкция клавиатуры клавишных музыкальных инструментов.
Сущность изобретения.
Для решения поставленных задач, а именно:
а) внедрения натуральных музыкальных интервалов, при которых не возникает акустических биений,
б) устранения перемежающегося расположения клавиш мажорных и минорных звукорядов,
предлагается конструкция клавиатуры музыкального инструмента, у которой клавиши расположены в форме двумерной матрицы и ранжированы как арифметическая прогрессия частоты извлекаемого звука по одной оси матрицы и как арифметическая прогрессия периода извлекаемого звука по другой оси матрицы.
Матрица данной клавиатуры представлена на фигуре 2.
При настройке клавиатуры на стандартный камертон (нота «ля» - 440 Гц), матрица выглядит, как представлено в таблице 3.
Данная матричная конструкция клавиатуры позволяет достичь следующих технических результатов:
1. При горизонтальном или вертикальном движении между соседними клавишами и взятии аккордов не возникает диссонансных интервалов и акустических биений, поскольку матрица основана на натуральных музыкальных интервалах.
2. Устранено перемежающееся расположение клавиш мажорных и минорных звукорядов: мажорные и минорные звукоряды расположены взаимоперпендикулярно.
В представленном примере мажорные трезвучия расположены по горизонтали (до, ми, соль - 4 строка сверху), минорные - по вертикали (до, ре диез, соль - 6 столбец).
Кроме того, матричная конструкция клавиатуры обладает следующими свойствами:
1. Тоника располагается по диагонали матрицы. В представленном примере тоникой является нота do с частотой 264 Гц.(фигура 2)
2. В матрице присутствуют все 12 хроматических интервалов.
3. Матричная конструкция может увеличиваться по своим осям, не теряя своих свойств, но с точки зрения психоакустики основной (оптимальной) является квадратная матрица 8×8 (64 клавиши), а минимальной - 4×4 (16 клавиш) (фигура 3).
4. Диапазон основной матрицы (8×8) составляет 6 октав. В представленном примере от контроктавы до начала 4 октавы и может сдвигаться по тонике в пределах не менее одной октавы.
5. Изменение высоты тоники требует перенастройки матрицы.
Данная матричная конструкция клавиатуры является техническим представлением следующих определений:
1. Натуральный минор - это звукоряд, построенный как убывающая арифметическая прогрессия периода основания матрицы. Разность прогрессии равна отрицательному значению 1/8 периода. При этом минорное трезвучие образуют 3, 4, 5 периоды, т.е. 3, 4, 5 члены прогрессии 2. Натуральный мажор - это звукоряд, построенный как возрастающая арифметическая прогрессия частоты левого столбца матрицы. Разность прогрессии равна этой же частоте. При этом мажорное трезвучие образуют 4, 5, 6 гармоники, т.е. 4, 5, 6 члены прогрессии (см. фигуру 2 и таблицу 3).
Данная матричная конструкция клавиатуры музыкального инструмента сохраняет свои преимущества и свойства и в случае ее поворотов по осям, что является только вопросом дизайна и удобства пользователя клавиатурой.
Перечень чертежей и иных материалов
1. Фигура 1. Клавиатура равномерно-темперированного строя.
2. Таблица 1. Частоты равномерно-темперированного строя, настроенного по стандартному камертону (ля 440 Гц).
3. Таблица 2. Отличия интервалов равномерно-темперированного и натурального звукоряда.
4. Фигура 2. Отношения периодов и частот извлекаемого клавишами звука.
5. Таблица 3. Матрица отношения частот извлекаемого клавишами звука, при настройке на стандартный камертон: нота «ля» - 440 Гц.
6. Фигура 3. Дизайн клавиатуры.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
На сегодняшний день известны устройства управления звуком - клавиатуры музыкальных инструментов, в частности, клавиатуры синтезаторов. Изменить конструкцию клавиатуры и трансформировать ее из линейной в матричную является вопросом дизайна. В частности, дизайн клавиатуры в простейшем случае может выглядеть, как показано на фигуре 2.
Поскольку клавиатура является устройством управления звуком, например для синтезаторного модуля, который выбран прототипом, существуют стандартные аппаратно-программные средства, позволяющие осуществлять элементарные операции над матрицами. В данном случае - умножение матрицы на число [5]. Данные операции позволяют расширить функционал музыкального инструмента и произвольно задавать значение тоники.
Использование данной клавиатуры более удобно, чем стандартной клавиатуры пианино или синтезатора. Для упрощения восприятия интервальных отношений рекомендуется выделить тоники, диагональ тоники и мажорно-минорные трезвучия как в фигуре 3.
Литература
1. Клавишные музыкальные инструменты. - Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия. 1969-1978. http://ru.wikipedia.org/wiki/Клавишные.
2. Основы музыки и игры на синтезаторе. Современная музыка, 2006 г. http://ru.wikipedia.org/wiki/Синтезатор.
3. Натуральный звукоряд. - Музыкальный энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1990. - С.375. - ISBN 5-85270-033-9.
4. Музыкальная энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия. Советский композитор. Под ред. Ю.В.Келдыша. 1973-1982.
http://m.wikipedia.org/wiki/Темперированный_строй.
5. Дж. Голуб, Ч.Ван Лоун Матричные вычисления. - М.: Мир, 1999.
http://ru.wikipedia.org/wiki/Матрица_(математика).
Claims (1)
- Клавиатура музыкального инструмента, включающая ранжированные по высоте извлекаемого звука клавиши, отличающаяся тем, что клавиши расположены в форме двумерной матрицы и ранжированы как арифметическая прогрессия частоты извлекаемого звука по одной оси матрицы и как арифметическая прогрессия периода извлекаемого звука по другой оси матрицы.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011106561/28A RU2561237C2 (ru) | 2011-02-22 | 2011-02-22 | Клавиатура музыкального инструмента в форме двумерной матрицы |
US14/000,217 US20140033897A1 (en) | 2011-02-22 | 2012-02-21 | Musical keyboard in the form of a two-dimensional matrix |
PCT/RU2012/000119 WO2012115539A2 (ru) | 2011-02-22 | 2012-02-21 | Клавиатура музыкального инструмента в форме двумерной матрицы |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011106561/28A RU2561237C2 (ru) | 2011-02-22 | 2011-02-22 | Клавиатура музыкального инструмента в форме двумерной матрицы |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011106561A RU2011106561A (ru) | 2012-08-27 |
RU2561237C2 true RU2561237C2 (ru) | 2015-08-27 |
Family
ID=46721381
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011106561/28A RU2561237C2 (ru) | 2011-02-22 | 2011-02-22 | Клавиатура музыкального инструмента в форме двумерной матрицы |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20140033897A1 (ru) |
RU (1) | RU2561237C2 (ru) |
WO (1) | WO2012115539A2 (ru) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9552800B1 (en) * | 2012-06-07 | 2017-01-24 | Gary S. Pogoda | Piano keyboard with key touch point detection |
US10818279B1 (en) * | 2017-04-13 | 2020-10-27 | Irijule, Inc. | Musical input device with dynamic configuration |
US10269335B1 (en) * | 2017-04-13 | 2019-04-23 | Iruule, Inc. | Musical input device |
CN109545173A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-03-29 | 周建勋 | 一种键盘乐器 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU765866A1 (ru) * | 1977-07-14 | 1980-09-23 | За витель Н, А, Кравцов | Клавиатура дл музыкального инструмента кравцова |
SU1730663A1 (ru) * | 1987-05-25 | 1992-04-30 | А.И. Гринько | Клавиатура дл электромузыкального инструмента |
WO1997020306A1 (en) * | 1995-11-24 | 1997-06-05 | Castlemont Investments Pty. Ltd. | Keyboards for musical instruments |
DE19908611A1 (de) * | 1998-03-04 | 1999-09-09 | Hermann | Einrichtung in klavierartigen Tastaturen |
RU2159964C1 (ru) * | 2000-03-30 | 2000-11-27 | Курносенко Александр Иванович | Клавиатура для электронного музыкального инструмента |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4031800A (en) * | 1976-07-16 | 1977-06-28 | Thompson Geary S | Keyboard for a musical instrument |
RU1778778C (ru) * | 1989-03-20 | 1992-11-30 | В.А.Павлишин | Музыкальный инструмент |
-
2011
- 2011-02-22 RU RU2011106561/28A patent/RU2561237C2/ru not_active IP Right Cessation
-
2012
- 2012-02-21 US US14/000,217 patent/US20140033897A1/en not_active Abandoned
- 2012-02-21 WO PCT/RU2012/000119 patent/WO2012115539A2/ru active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU765866A1 (ru) * | 1977-07-14 | 1980-09-23 | За витель Н, А, Кравцов | Клавиатура дл музыкального инструмента кравцова |
SU1730663A1 (ru) * | 1987-05-25 | 1992-04-30 | А.И. Гринько | Клавиатура дл электромузыкального инструмента |
WO1997020306A1 (en) * | 1995-11-24 | 1997-06-05 | Castlemont Investments Pty. Ltd. | Keyboards for musical instruments |
DE19908611A1 (de) * | 1998-03-04 | 1999-09-09 | Hermann | Einrichtung in klavierartigen Tastaturen |
RU2159964C1 (ru) * | 2000-03-30 | 2000-11-27 | Курносенко Александр Иванович | Клавиатура для электронного музыкального инструмента |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20140033897A1 (en) | 2014-02-06 |
WO2012115539A2 (ru) | 2012-08-30 |
WO2012115539A3 (ru) | 2012-11-08 |
RU2011106561A (ru) | 2012-08-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2561237C2 (ru) | Клавиатура музыкального инструмента в форме двумерной матрицы | |
KR20170106889A (ko) | 지능형 인터페이스를 구비한 악기 | |
US9620093B2 (en) | Simple music—next generation keyboard | |
Stange et al. | Playing music in just intonation: a dynamically adaptive tuning scheme | |
Sethares | Relating tuning and timbre | |
EP2511902A1 (en) | Keyboard instrument | |
Hinrichsen | Revising the musical equal temperament | |
Hobby et al. | Inharmonic strings and the hyperpiano | |
Carr et al. | The Mathematics of the Harp: Modeling the Classical Instrument and Designing Futuristic Ones | |
RU2155387C1 (ru) | Музыкальный синтезатор (варианты) | |
Goudard et al. | On the playing of monodic pitch in digital music instruments | |
JP6455876B2 (ja) | 共鳴音発生装置およびプログラム | |
Watkins | Some interesting mathematics in music (for senior school students) | |
Ryan | Mathematical harmony analysis | |
Plamondon et al. | Dynamic tonality: Extending the framework of tonality into the 21st century | |
Milne et al. | New tonalities with the Thummer and The Viking | |
RU2217815C1 (ru) | Музыкальный инструмент с фиксированной высотой звуков и с равномерно-темперированным звукорядом | |
da Silva et al. | Lowering dissonance by relating spectra on equal tempered scales | |
Wandel et al. | Harmonic inharmonicity: Eliminating beats with quantized harmonics | |
Page | Perfect harmony: A mathematical analysis of four historical tunings | |
Kirck | Computer realization of extended just intonation compositions | |
Coaldrake | Finite element modelling of Japanese koto strings | |
JP5641551B1 (ja) | キーボード楽器 | |
ND | The multi-Tuned Piano | |
JPH0419593Y2 (ru) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200223 |