專利名稱：鋼琴座標樂譜自動演奏系統(tǒng)(xys)與三名代碼編程技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
機電產(chǎn)品(鍵盤樂器)計算機自動控制。
背景技術(shù)：
十年前，英國已有電腦鋼琴問世。國內(nèi)也有關(guān)于數(shù)碼鋼琴的報道。它們共同的特點是鋼琴、電腦一體化。其缺點是1、造價昂貴。英國的電腦鋼琴每臺90萬英磅。國產(chǎn)數(shù)碼鋼琴也在10萬元以上。
2、不利于設(shè)備升級換代，不利于不斷提高自動化演奏水平。鋼琴壽命可達數(shù)百年，而電腦及其工作軟件更新周期僅5-6年。
3、操作難度大，不便推廣普及?，F(xiàn)有的自動演奏樂器，均以五線譜為基礎(chǔ)編碼，能讀懂五線譜的人尚且很少，能夠運用五線譜編碼進行計算機操作的人會更少。
4、仿真性差。用五線譜編碼無法確切表達音品作品的原貌。特別是對高難度樂曲演奏缺乏仿真性。
到目前為止，尚未見到自動演奏鍵盤樂器的商品化廣告，也未見其在任何正式場合亮相和演奏。

發(fā)明內(nèi)容
一、鋼琴座標樂譜自動演奏系統(tǒng)(XYS)。它是一個鋼琴、計算機都獨立存在的自動化演奏體系。鋼琴不改變其原有的外型和人工彈奏功能，只是要安裝電磁力擊弦機構(gòu)。計算機安裝座標樂譜指令軟盤。該軟盤的基本功能是編制座標樂譜自動演奏程序，并發(fā)出自動演奏指令。附加功能是把樂譜在計算機屏幕上顯示出來，便于編纂與修改；把五線譜和數(shù)字簡譜自動翻譯成座標樂譜，把樂譜輸出打印在紙面上。鋼琴與計算機之間的聯(lián)系紐帶是座標樂譜識別裝置，它是一個自動控制電器元件組合，體積和功能都相當于數(shù)碼電視的機項盒。它把計算機功能軟盤儲存的音樂信息傳遞給鋼琴電磁力擊弦機構(gòu)，完成擊弦動作，并保證鋼琴自動化演奏對音程、時值、音強控制的精確性和仿真性。
二、三名代碼編程技術(shù)。三名即琴鍵名、五線譜音符位置名和數(shù)字簡譜唱名。鍵名輸入法是座標樂譜常規(guī)的輸入法。五線譜音符位置代碼輸入法和數(shù)字簡譜代碼輸入法，都是以座標樂譜為平臺，通過XYS計算機指令軟件，把五線譜、數(shù)字簡譜自動翻譯成座標樂譜，同時完成自動化演奏程序的編制。
有益效果一、適應(yīng)范圍廣，自動演奏精確度高、仿真性好。可對任何形態(tài)、任何難度的樂譜編制自動化演奏程序。對音樂兩要素，即音域和時值的表達范圍是無限的，對琴鍵選擇的準確度可達到100％，對時間的控制精確度在10-9秒以下。設(shè)置七個音強級別可供選用。所以，XYS系統(tǒng)自動演奏水平不會低于鋼琴大師的水平。
二、實施難度小，成本低，便于操作。當前，計算機已相當普及，將來還會象普通家電那樣進入多數(shù)家庭。擴大計算機學(xué)習(xí)和健康有益的娛樂功能是當務(wù)之急。鋼琴價格雖比較貴，但可用電子琴替代(只需提供樂譜識別裝置接口)。所以XYS自動演奏系統(tǒng)實施難度小，總的改造成本很低，只相當于樂器自身價值的5-10％。而智能化改造后的鍵盤樂器可身價倍增，生產(chǎn)廠家經(jīng)濟效益可觀。
三名代碼編程技術(shù)，操作起來非常簡便，其難度只相當于漢語拼音輸入法。即使不懂樂譜，更不會彈琴，只需簡單的指導(dǎo)與培訓(xùn)，即可上機完成自動演奏程序的編制。
三、可通過XYS軟盤，使座標樂譜取代五線譜。由五線譜的手工繪制，變?yōu)樽鶚藰纷V的計算機操作。還可象處理文字資料一樣，用計算機鍵盤使座標樂譜登上互聯(lián)網(wǎng)。古典音樂作品也可方便地翻譯成座標樂譜在網(wǎng)站儲存。訪問者可把樂譜下載打印，也可由聯(lián)網(wǎng)鋼琴自動演奏出來。
四、鋼琴壽命可達數(shù)百年，而計算機及其軟件換代周期僅5--6年，分置式自動演奏系統(tǒng)有利于設(shè)備的升級換代。
五、數(shù)碼化的座標樂譜和工業(yè)產(chǎn)品數(shù)字條碼相似。這使一種更新穎的樂譜識別演奏裝置——座標樂譜掃描儀的誕生成為可能。
六、XYS自動演奏系統(tǒng)及三名代碼編程技術(shù)將在音樂編創(chuàng)、出版、教學(xué)、娛樂等領(lǐng)域有廣泛的用途。而且不受國家、民族、語種的限制，可通行世界。


圖1、鋼琴電磁力擊弦機構(gòu)圖1、琴鍵鐵片。對鋼琴每一個琴鍵背面加貼一層長40毫米，寬10毫米的還原鐵片，或在鑄造琴鍵時加入還原鐵粉成份。
2、電磁鐵。在每個琴鍵正下方安裝一塊電磁鐵，直徑10毫米，高40毫米。
3、程控開關(guān)。電磁鐵兩根導(dǎo)線與程控開關(guān)相接。
接到計算機指令后，開關(guān)(3)進入通電狀態(tài)，電磁鐵產(chǎn)生磁力，吸引琴鍵下行。通過杠桿機構(gòu)推動擊錘(4)打擊琴弦(5)，產(chǎn)生一個樂音。當程控開關(guān)恢復(fù)斷電狀態(tài)，電磁鐵失去磁性?？扛軛U重力，琴鍵與電磁鐵分離，機構(gòu)恢復(fù)到待命狀態(tài)。
圖2、鋼琴鍵盤(局部)及鍵名代碼設(shè)置圖鋼琴每12個鍵為一組，每組分為二個板塊。大板塊有三個黑鍵，四個白鍵。三個黑鍵命名為H1、H2、H3；四個白鍵命名為B1、B2、B3、B4。小板塊有二個黑鍵，三個白鍵。黑鍵命名為h1、h2；三個白鍵命名為b1、b2、b3。
鋼琴鍵盤上的音是上下重復(fù)循環(huán)的。為了把同名但音高相差一個或若干八度的音區(qū)別開，還要對每一個音增加一個代碼，即琴鍵位置代碼。中央C所在的一組音定為0組，向上各組定為高1組、高2組……，向下各組定為低1組、低2組……。
鍵名代碼排列如圖所示。
圖3XYS自動演奏系統(tǒng)總體設(shè)計圖1、計算機指令軟盤。它的功能是編制和儲存座標樂譜計算機自動演奏程序，可把該程序顯示在屏幕上，可把五線譜、數(shù)字簡譜自動翻譯成座標樂譜?？砂褬纷V程序輸出打印在紙面上，指令聯(lián)網(wǎng)鋼琴把儲存樂譜自動演奏出來。
2、音符識別器。它是一個程序控制開關(guān)組合，其數(shù)目與編碼和鋼琴鍵盤相符。安裝時也要和琴鍵電磁鐵線圈一一對應(yīng)。
3、音強控制器，是一組半導(dǎo)體電流強度控制開關(guān)，分七個級別，按樂曲節(jié)律選擇電流強度，體現(xiàn)樂曲自動演奏的節(jié)奏性。
4、音強控制總旋鈕，可手工操作，無級地調(diào)節(jié)電路電流強度。
5、貼有還原鐵片的琴鍵(組合)。
6、電磁鐵(組合)計算機指令軟盤發(fā)出指令后，音符識別器選擇一個或者若干個琴鍵，按規(guī)定時間和力度完成擊弦動作。連續(xù)起來，就是自動化演奏。
圖4a高音譜框4b低音譜框圖高音譜框圖和低音譜框圖，是按平面直角坐標法用計算機繪制出來的，并在計算機軟盤中儲存?？v座標Y代表音高，橫座標X代表時間。
樂譜框圖是鋼琴鍵盤(局部)的圖像，水平線是黑鍵，間是白鍵，虛線是相鄰白鍵的分界線。線和間的代碼與鋼琴鍵盤相對應(yīng)，虛線代碼是X，用來標注休止符。
五條縱實線把框圖分成4個小區(qū)。通常一個框圖的橫向距離代表的時值為1拍，每個小區(qū)為1/4拍，半個小區(qū)為1/8拍。
圖5、五線譜音符位置代碼圖把高音譜和低音譜之間的過渡線代碼定為0，向上各線依次是1、2、3、4、5。上加線代碼依次是6、7、8、9、10。間的代碼依次是0.5、1.5、2.5……10.5。低音譜線代碼與高音譜線對稱，只是要加一個“-”號。
圖6、鋼琴曲“悲愴奏鳴曲”(片段)
該曲作者是貝多芬，擇自《鋼琴藝術(shù)三百年》一書，是一首難度最大的五線譜作品。譜中連續(xù)出現(xiàn)多音和弦，譜號變換，1/32拍超短音、六連音、七連音、九連音等復(fù)雜情況。
圖7、為“悲愴奏鳴曲”設(shè)計的座標樂譜自動化演奏程序(即座標樂譜)。兩相比較，可顯示座標樂譜的優(yōu)越性，即寬闊的覆蓋面，對音樂各要素的表達，精確、清晰、簡捷、直白、通俗。同時也可保證鋼琴自動化演奏的準確性和仿真性。
水平箭頭配對使用，表示該區(qū)段的音整體升(降)8度。三角號表示單音(或和弦)升降8度。角碼表示升降8度的次數(shù)。圈、點、箭頭復(fù)合音符表示某音與其高(低)8度音的和弦。4K＝P，表示四個框圖為一拍。
具體實施例方式一、實現(xiàn)自動化演奏的工藝路線(一)鋼琴的改造鋼琴實際上是一個手工機械打擊系統(tǒng)。改造后使它成為一個電磁力自動打擊系統(tǒng)。方法是(1)為每一個琴鍵背面加貼一層還原鐵片(如圖1所示)，或在鑄造琴鍵時加入還原鐵粉成分。(2)在每個琴鍵的正下方安裝一塊相當于5號電池大小的電磁鐵，磁鐵線圈的一根導(dǎo)線與零線相接，另一根導(dǎo)線引出備用。
(二)座標樂譜識別裝置的制作該器件由二部分組成，即音符識別器和音強控制器振動器(如圖3所示)。
1、音符識別器。它實際上是一個程序控制開關(guān)組合。對標準鋼琴來說，有7 1/3組計88個鍵。該程控開關(guān)的控制能力應(yīng)不少于88個用電單元。程控器的每一個開關(guān)都要用琴鍵的代碼命名，并與鋼琴磁鐵線圈引出的導(dǎo)線對接，做到一一對應(yīng)。
2、音強控制器。樂器發(fā)出聲音的強弱，取決于電路中電流強度。該器件實際上是一個半導(dǎo)體電流強度控制開關(guān)組合。分兩個部分。一是音強調(diào)節(jié)總旋鈕，它由人工操作，無級地控制電路的電流強度，使樂器演奏的音響在適合于人的聽覺要求的范圍內(nèi)，并確保電磁力擊弦機構(gòu)動作靈敏度。二是音強控制器，由計算機指令軟盤控制。音強控制器共設(shè)七個開關(guān)，其代碼設(shè)置是ff、f、sf、fp、p、pp、ppp，(總代碼Q＝)，從強至弱代表七個音強級別。它的功能，一是在計算機控制下，按樂曲節(jié)律的要求，有規(guī)律地控制電路的電流強度，以產(chǎn)生樂曲的節(jié)奏感；二是按樂曲程序的要求，對某一個別音，提供特定的電流強度。
(三)座標樂譜計算機指令軟盤的開發(fā)與制作座標樂譜計算機指令軟盤，是該演奏系統(tǒng)的靈魂。座標樂譜是本人用了十多年時間研究成功的一種以數(shù)學(xué)方法表述音樂現(xiàn)象的記譜方法。(對此本人在“座標記譜法與計算機編碼技術(shù)”一文中，已做詳細論述。著作權(quán)號081996-0011)它除了覆蓋力強，便于閱讀和演奏，而且它本身就是一種數(shù)字化樂譜，可方便地將樂譜程序輸入計算機儲存。這種計算機軟件我們擬定的代碼為XYS。它具備四大功能，即樂譜演奏程序的編制與屏幕顯示功能和修改功能，對五線譜、數(shù)字簡譜的自動翻譯功能，對所儲存樂譜輸出打印功能和指令對接鋼琴自動演奏功能。這是一種功能強大的計算機工作軟件。本人為該軟件設(shè)計所使用的僅僅是簡單幾何圖形、英文字母、數(shù)學(xué)符號、表格、公式等。全部符號都是計算機鍵盤上已有的。XYS軟件的開發(fā)雖有一定難度，但經(jīng)軟件專家之手，經(jīng)過努力，一定會取得成功。
對鋼琴進行智能化改造、研制座標樂譜識別裝置、開發(fā)制作座標樂譜指令軟盤，這就是本人設(shè)計的一條鋼琴自動演奏的工藝路線。簡稱XYS自動演奏系統(tǒng)。
二、實現(xiàn)自動化演奏的方法與途徑——三名代碼編程技術(shù)(一)鍵名輸入法。該輸入法是座標樂譜常規(guī)的輸入方法。
操作前的準備，主要是了解鋼琴鍵盤。
鋼琴鍵盤(局部)如圖2所示。每12個鍵為一組，每組可分為大、小兩個板塊。大板塊有三個黑鍵，四個白鍵。我們把三個黑鍵自左至右命名為H1、H2、H3。呼做大黑1、大黑2、大黑3。四個白鍵命名為B1、B2、B3、B4。呼做大白1、大白2、大白3、大白4。小板塊有二個黑鍵，三個白鍵。黑鍵命名為h1、h2，呼做小黑1、小黑2。白鍵命名為b1、b2、b3，呼做小白1、小白2、小白3。
鋼琴鍵盤上的音是上、下重復(fù)循環(huán)的，音名順序保持不變。為了把同名但高度相差一個或若干個8度的音區(qū)別開，必須再為它們設(shè)置一個編碼，注明它們所在的組別。我們把中央C所在的一組音定為0組，這一組音的全碼便是b10、h10、b20、h20、b30、B10、H10、B20、H20、B30、H30、B40。向上數(shù)的一組音定為高1組，即b11、h11、b21、h21、b31、B11、H11、B21、H21、B31、H31、B41。再向上為高音2組……。從0組下數(shù)為低音1組。即-b11、-h11、-b21、-h21、-b31、-B11、-H11、-B21、-H21、-B31、-H31、-B41。
概括地說，鋼琴鍵盤上的音名(鍵名)，由兩位數(shù)表示，第一位數(shù)是常規(guī)意義上的音名，第二位數(shù)是該音的位置代碼。高音組音名尾數(shù)是正數(shù)，低音組音名尾數(shù)是負數(shù)。
這種音名(鍵名)的代碼設(shè)置念起來上口，記起來很容易。即使幼兒園的小朋友，也可在玩具電子琴上學(xué)會。這種代碼設(shè)置意義深遠。因為認識了鋼琴鍵盤也就認識了座標樂譜。
下面是鍵名法編制計算機演奏程序的具體操作。
1、文字部分的輸入。作品名稱、作者、演奏風(fēng)格等，用計算機文字處理功能輸入。
2、啟動程序。輸入代碼XYS，即進入座標樂譜輸入程序。
3、輸入速率代碼V＝。許多樂曲不標注速率。這時必須按V＝60對待。即每分鐘60拍。明確標注的，按原標注操作。速率符是計算機計時功能的啟動指令。輸入V＝60后，計算機立即會計算出P＝60/V＝60/60＝1(秒)，即每拍的絕對時值為1秒。速率符可統(tǒng)管樂曲的始終，也可管一個小節(jié)或段落。如果對原來輸入的速率不滿意，還可重新輸入新的樂曲速率。
4、節(jié)拍J＝。按樂曲的標注為2、3、4、6。原標注的分母要舍棄。輸入該指令計算機將做出兩項反應(yīng)，一是在樂曲每小節(jié)起始處顯示順序號0、1、2、3、4……二是指令樂譜識別裝置中的音強控制器，按輸入的節(jié)拍指令控制電路中的電流強度，以體現(xiàn)樂曲的節(jié)奏特征。例如當輸入J＝4，計算機每隔四拍做一次小節(jié)順序號顯示，音強控制器開關(guān)會按f-fp-sf-fp的順序開閉。顯示強-弱-次強-弱的節(jié)奏特點。
5、點擊K鍵調(diào)出樂譜框圖。放大的樂譜框圖出現(xiàn)在屏幕左下角。
樂譜框圖分高音譜框圖和低音譜框圖兩種，總代碼是K如圖4a、圖4b所示。它們是用平面直角坐標法用計算機繪制出來的，并在計算機內(nèi)儲存，縱座標Y代表音高，橫座標X代表時值。座標點具有表達音高和時值的雙重功能。樂譜框圖實際是鋼琴鍵盤的一個局部在屏幕上的圖象。橫線是音高線，代表黑鍵，間是白鍵，虛線是兩相鄰白鍵的分界線。每一條線、間表示的音名代碼與鋼琴鍵盤相一致、相對應(yīng)。
樂譜框圖有五條縱向?qū)嵕€，把框圖分成四個小區(qū)。通常一個框圖的橫向距離代表的時值為一拍，每個小區(qū)代表1/4拍，半個小區(qū)代表1/8拍。例如有A、B、C三個音，A出現(xiàn)在第一時區(qū)，第二時區(qū)空白，B、C分別出現(xiàn)在3、4時區(qū)，則A的時值為1/2拍，B、C各占1/4拍，三者合計為1拍。
座標樂譜的音符只有一個，即座標點“·”。，它就象人的手指，點在哪一個鍵子上，該鍵即發(fā)聲。有時可能同時點擊若干個鍵，發(fā)出和弦音。
座標樂譜不單設(shè)休止符。把休止符視為音高為0的音，即啞音。它的代碼是“X”，點擊代碼X，座標點即顯示在樂譜框圖的虛線上，表示休止。
6、音符的輸入。顯示在屏幕上的樂譜框圖是主框圖。不帶上、下加線。三角光標指向框圖第一時區(qū)。這時可在計算機鍵盤上點擊所要輸入的鍵名代碼，如b11、H10、B40等。這些代碼就會對號入座，在第一時區(qū)以座標點的形式顯示出來。這表明計算機與鋼琴對話的渠道已接通，音符識別器會通知鋼琴的b11、H10、B40三個鍵做好擊弦準備。第一時區(qū)音符輸入完畢后，將光標移入第二時區(qū)。若該區(qū)無音符，可空白，表示音的延續(xù)。將光標移入第三時區(qū)，繼續(xù)音符的輸入，直到四個時區(qū)全部輸入完畢，再點擊下一個K鍵，原來的框圖縮小100倍歸于樂譜行列，新的框圖出現(xiàn)在計算機屏幕左下角，再開始下一輪音符的輸入。下面說一下對幾種特殊情況的處理。
(1)對超短音的處理。若樂譜中出現(xiàn)1/8拍的超短音，應(yīng)點擊光標移距變更符ga＝0.5。這時光標指在框圖左起第一條縱實線上。輸入音符，座標點即落在該線相應(yīng)位置上。移動光標，其每次移動量為半格，即1/8拍。這樣一個框圖就可提供9個橫向音位。如果遇上更短的音，如1/32拍。就要啟用框圖時值變更符4K＝P。該指令表示4個框圖為一拍，光標每移半格即為1/32拍。框圖時值變更符4K＝P中的4是時值變更系數(shù)，它可以是任意正整數(shù)，對音符時值的表達范圍是無限的。這樣從速率符V＝起，到框圖時值變更符、光標移距變更符，就形成了對音符的時值控制指令鏈條。若V＝100拍/分，則每拍的絕對時值為0.75秒。若4K＝P，每個框圖代表1/4拍，其時值為0.1875秒，而光標每移半小格時值為0.0234375秒。注意超短音輸入完畢后，要即刻點擊ga＝1，使光標恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。
(2)音域的擴展，樂譜主框圖所能表達的音域很窄(從B10～b31)，遇到較高或較低的音，計算機指令軟盤會為它們提供相應(yīng)的加線框圖，與主框圖疊加，并顯示在加線框圖的相應(yīng)位置上。
(3)域外音的表達。把樂譜框圖上、下加線計算在內(nèi)，共有24個音位，可容納二組8度音階即b10～B41，超出該音域的音稱做域外音。例如某音代碼為-B42。即該音名為大白4，位置在低音區(qū)2組。要求把該音表達在高音譜框圖上。我們把該音提高2個8度，變成B40，就可以在高音譜框圖上借到一個位置。要表明它的真實身份，要注以2，即降低2個8度。升(降)8度符的功能，是把鍵名代碼尾數(shù)加(減)1。
(4)對等高音的處理。遇到連續(xù)出現(xiàn)的等高音(或和弦)，要用休止符把它們分隔開，以模仿人工彈琴時手指抖動的動作，防止出現(xiàn)音“粘連”，保證自動演奏的仿真性。
7、音強符號的輸入。若某音需提供特殊的音強，例如特強音，我們可以輸入Q＝ff，此時ff符號出現(xiàn)在樂譜框圖正上方，且通知音強控制器的ff開關(guān)做好通電準備。對1/8-1/32拍的超短音，為保證電磁力擊弦機構(gòu)動作的靈敏度，要特別提供強電流。
以上提到的是鍵名輸入法的梗概，有一些細節(jié)問題，如低音譜框圖的使用、多重旋律、三連音、五連音、七連音、一位雙音等的表達，由于受篇幅限制，不能一一細說。但在參考資料中，已做了詳細的論述和周密的規(guī)定。
(二)五線譜音符位置代碼輸入法。
五線譜象天書，普通人是很難看懂的。要把它直接輸入計算機演奏出來，更是難上加難。但世上無難事，只怕有心人。本人經(jīng)多年努力，終于設(shè)計出一種計算機程序，象一把金鑰匙，可以輕松破譯天書五線譜。這種程序稱為音符位置代碼輸入法，輸入步驟1、2、3、4、與鍵名輸入法相同，從第5步開始就不同了。
5、輸入調(diào)名代碼。五線譜有15個調(diào)，通過譜首升、降號的數(shù)目和標注位置來標調(diào)。認識五線譜標調(diào)符是件很困難的事。但我們只需數(shù)一下五線譜標調(diào)符升降號的數(shù)目就可以了，它就可以做為五線譜的調(diào)名代碼。例如我們向計算機輸入1＝2b這個代碼，計算機會告訴你該調(diào)名是H3(bB)。又如輸入1＝4#，計算機會顯示該調(diào)名為b3(E)。如果五線譜沒有升降號標記，其調(diào)名代碼為1＝C。
6、輸入音符位置代碼。
五線譜是一種判讀式樂譜，要判定一個音符所對應(yīng)的琴鍵，要經(jīng)過音位、調(diào)名、重升重降號等多次判斷。我們把這些復(fù)雜關(guān)系列成表格，輸入計算機XYS軟盤儲存。復(fù)雜的音符判斷就可以由計算機來完成。我們只需記住音符的位置代碼，即可上機操作。
五線譜音符位置編碼見圖5。我們把五線譜高音譜線和低音譜線之間的過度線，代碼定為0，向上數(shù)各線的代碼為1，2，3，4，5。上加一線代碼為6，再往上依次為7，8，9，10。間的代碼依次為0.5，1.5，2.5，3.5，4.5，5.5，6.5，7.5，8.5，9.5，10.5。低音譜線的代碼與高音譜線是對稱的，只是要加一個“-”號。這些代碼是很容易記住的，不需死記硬背。
我們把一首五線譜樂曲擺在面前。輸入調(diào)名代碼，然后點擊K鍵，樂譜框圖出現(xiàn)在屏幕左下角。只需在光標指引下，按原譜要求的時值分配，把各個音符的位置代碼連同它們攜帶的半音符號，一起輸入計算機，即可完成五線譜演奏程序的編制操作。舉例說，調(diào)名代碼為1＝2#，某音符的位置代碼為2.5，帶“#”號。我們把2.5#輸入計算機，計算機會做出判斷，該代碼對應(yīng)的琴鍵代碼是H30(#A)，并在座標框圖H30位置顯示出來。下面要著重說明以下幾個問題(1)座標樂譜框圖的表達范圍。高音譜框圖對位置代碼的表達范圍是0～6.5。低音譜框圖的表達范圍是-5.5～1。這一點操作者必須記住。超出此范圍的音即為域外音。
(2)音位代碼3.5循環(huán)定律。反復(fù)研究五線譜音位代碼，我們發(fā)現(xiàn)了一條重要定律，即3.5循環(huán)定律，表述如下五線譜音位代碼加(減)3.5，其音名不變，音高增加(降低)8度。
(3)域外音的表達。3.5循環(huán)定律和升降8度符配合使用，就可以把域外音在樂譜框圖中表達出來。例如有一音符其位置代碼為-9.5，要求在高音譜框圖表達出來。根據(jù)高音譜框圖的表達范圍，該音不可能直接表達。我們可以采取如下措施-9.5+3.5+3.5+3.5＝1，上述運算表明，代碼分別為-9.5和1的音，音名相同(b3)，但相差3個8度，即-9.5＝13。具體操作時我們可以向計算機輸入代碼1，并輔以三次降8度符3。這樣一來，無論多高或多低的音，都可借助3.5循環(huán)律和升降8度符在座標框圖內(nèi)找到自己的位置。
(三)數(shù)字簡譜唱名代碼輸入法。
把數(shù)字簡譜編制成自動演奏程序，第1、2、3、4步與鍵名輸入法相同。
5、輸入調(diào)名代碼，即按樂譜標注的調(diào)名代碼輸入，例如1＝C(bD、D、bE、E、F、bG、G、bA、A、bB、B)。
6、調(diào)出框圖K。
7、按樂譜音符的時值分配，把唱名代碼連同它所攜帶的半音符號一起輸入計算機。這里唱名代碼即1、2、3、4、5、6、7、0，高音點用“+”取代，低音點用“-”取代。不同調(diào)的唱名與琴鍵的對應(yīng)關(guān)系已在電腦中儲存，例如當調(diào)名為1＝E時，唱名代碼2+所對應(yīng)的鍵名是H11。
每行樂譜起始處，都自動顯示唱名標志符，以方便閱讀與視唱。
唱名輸入法，可能是最常用也是最簡便的輸入方法。因為(1)許多人都希望聽一下自己熟悉的歌曲的演奏效果，或者想聽一下一首新歌的旋律，或者請鋼琴做示范性演奏，都可采用唱名輸入法。(2)作曲家在搞音樂創(chuàng)作時，首先在腦中浮現(xiàn)并哼唱出的是數(shù)字簡譜旋律。只要選定一個調(diào)，再把唱名代碼連同它所攜帶的半音符號逐一輸入計算機即可。創(chuàng)作結(jié)束后，可由計算機指令鋼琴演奏出創(chuàng)作樂曲的音響效果，也可打印在紙面上。
(四)XYS演奏程序的屏幕顯示與修改附圖7是本人為鋼琴曲“悲愴奏鳴曲”的一個段落編寫的座標樂譜鋼琴自動演奏計算機程序。此曲作者是貝多芬(見圖6)，載于“鋼琴藝術(shù)三百年”一書。本人已把書中所載17首高難度五線譜全部轉(zhuǎn)譯成座標樂譜，大量的反復(fù)實踐證明，簡明直白的座標樂譜完全可以取代繁瑣、昧澀的五線譜?；蛘哒f，不管五線譜作品難度有多高，多么離奇古怪，都可以座標樂譜為平臺，方便準確地為其編制XYS自動演奏計算機程序。把座標樂譜顯示在計算機屏幕上，就是鋼琴自動演奏的計算機程序，用鍵名輸入法或五線譜位置代碼輸入法，會得到完全相同的效果。圖象化的計算機程序，簡捷而清晰，如果換成符號和文字，篇幅將拉長2-3倍。顯示在計算機屏幕上的座標樂譜，不僅便于計算機識別，也便于人的識別。屏幕顯示的每一框圖都是鋼琴鍵盤的圖象，每一個座標點(音符)都是彈奏者在琴鍵上留下的指印。音符出現(xiàn)的橫向位置代表音的起點，空格是音的延續(xù)。如果把音符座標點用圓滑曲線連接起來，就是樂音對時間的波動曲線，它很象醫(yī)院用的心電圖。升、降8度符指令，是把波動曲線平移到屏幕適中位置，便于人的觀察。而框圖時值變更符則象電影慢鏡頭，拉大密集音符之間的距離，便于對樂譜細部的表達與觀察。
把樂譜程序顯示在計算機屏幕上，我們可以對樂譜進行仔細的觀察與識別，可以象處理文字資料一樣對其進行編纂、校對、調(diào)度與修改。直到無錯誤無疏漏，自動演奏程序的編制即告完成。此后可下達兩項指令通過打印機把樂譜打印在紙面上，或由XYS自動演奏系統(tǒng)把樂譜演奏出來。對音樂編創(chuàng)來說，還可反復(fù)演奏，反復(fù)修改，至到效果滿意為止。
權(quán)利要求
1.座標樂譜識別裝置。它是一個自動控制電器元件組合。包括音符識別器和音強控制器。它的技術(shù)特征是只對計算機發(fā)出的座標樂譜指令做出反應(yīng)，并保證琴鍵選擇，時值、音強控制的精確性和鋼琴演奏的仿真性。
2.座標樂譜指令軟盤。它是一個計算機軟件，它的特征是，能夠采用三名代碼編程技術(shù)編制XYS系統(tǒng)自動演奏程序，并在屏幕上顯示出來。能通過打印機把樂譜程序打印在紙面上，可指令鋼琴按儲存的計算機程序把樂曲演奏出來。
3.座標樂譜可稱作張氏樂譜；XYS自動演奏系統(tǒng)可稱作張氏電腦程控鋼琴(或電子琴)；三名代碼編程技術(shù)可稱作張氏編程法；3.5循環(huán)定律可稱之為張氏定律。
全文摘要
技術(shù)領(lǐng)域機電產(chǎn)品(鍵盤樂器)計算機自動控制。座標樂譜是本人創(chuàng)立的一種新式記譜方法。它覆蓋性強，通俗易懂，且它是一種數(shù)碼樂譜，可方便地輸入計算機儲存。XYS是專門為其設(shè)計的把音樂信息轉(zhuǎn)化為琴鍵擊弦動作的自動化演奏體系。包括計算機指令軟盤、座標樂譜識別裝置和電磁力擊弦機構(gòu)。該方案實施難度小、成本低、利于設(shè)備升級換代。演奏程序的編制，采用鍵、位、唱三名代碼編程技術(shù)。演奏精確度高，仿真性好，操作方便。以上技術(shù)在音樂編創(chuàng)、出版、演出、娛樂等領(lǐng)域有廣泛的用途。且把五線譜的手工繪制變?yōu)樽鶚藰纷V的計算機操作?？捎糜嬎銠C鍵盤使座標樂譜上網(wǎng)。下載方式可打印，也可由鋼琴自動演奏。
文檔編號G10F1/00GK1700301SQ20051000977
公開日2005年11月23日 申請日期2005年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月1日
發(fā)明者張平治 申請人:張平治