本發(fā)明主要涉及樂(lè)器的設(shè)計(jì)、演奏形式等，具體為一種帶有聲交互功能的數(shù)碼鍵盤式樂(lè)器及其實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

樂(lè)器指用于音樂(lè)的發(fā)聲器。人們對(duì)音樂(lè)的需求是音域?qū)挘羯?，演奏易。因此各色各樣有自己特有的音色、音域和演奏方式的?lè)器相繼出現(xiàn)。其中，鍵盤樂(lè)器由于每個(gè)按鍵都有固有的音高，且含多個(gè)整齊排列的琴鍵，相對(duì)一般樂(lè)器音域更寬廣，音色配合度更高而備受人們喜愛(ài)，也是樂(lè)器初學(xué)者的首選。常見(jiàn)的鍵盤樂(lè)器有鋼琴、手風(fēng)琴、電子琴等。

為了滿足人們對(duì)音樂(lè)豐富性的需求，出現(xiàn)了多個(gè)樂(lè)器一起組合演奏的形式，比如交響樂(lè)、協(xié)奏、樂(lè)隊(duì)組合等。多個(gè)樂(lè)器組合演奏的時(shí)候，多個(gè)樂(lè)器之間的協(xié)調(diào)、配合、同步等十分關(guān)鍵，因此通常大型樂(lè)隊(duì)或樂(lè)團(tuán)需要有指揮、領(lǐng)奏、首席等角色，這些角色通常都具有很高的音樂(lè)素養(yǎng)和豐富的演出經(jīng)驗(yàn)，從而保障多人演出的順利進(jìn)行。有一些小型樂(lè)隊(duì)沒(méi)有配備這些角色，但需要通過(guò)臺(tái)下不斷的配合演練才能達(dá)到比較好的默契程度和演出效果。而對(duì)于業(yè)余音樂(lè)愛(ài)好者及樂(lè)器初學(xué)者，音樂(lè)素養(yǎng)及基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，多人彈奏實(shí)現(xiàn)較好配合的難度很大。并且由于受人員、資源等限制，沒(méi)有專門的指揮、領(lǐng)奏人員，也沒(méi)有太多時(shí)間精力練習(xí)和培養(yǎng)配合的默契程度。因此需要一種可以輔助實(shí)現(xiàn)在多部樂(lè)器之間協(xié)調(diào)、交互的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)上述多個(gè)樂(lè)器配合演奏的問(wèn)題，提出一種帶有聲交互功能的鍵盤式樂(lè)器。該鍵盤式樂(lè)器配備交互模塊，以聲/超聲信號(hào)為交互媒介，通過(guò)設(shè)定特殊的按鍵及其發(fā)出特定頻率特性的聲/超聲波，進(jìn)行多部該樂(lè)器以及其它現(xiàn)有傳統(tǒng)樂(lè)器之間信息的交互，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多部樂(lè)器演奏時(shí)的同步、協(xié)調(diào)、指揮等功能。本發(fā)明目的在于給出一種簡(jiǎn)易的輔助多部樂(lè)器合作演奏、相互協(xié)調(diào)的方案，尤其適合初學(xué)者和業(yè)余音樂(lè)愛(ài)好者，作為現(xiàn)有鍵盤樂(lè)器產(chǎn)品的補(bǔ)充和拓展，提出一種帶有聲交互功能的數(shù)碼鍵盤式樂(lè)器。

一種帶有聲交互功能的數(shù)碼鍵盤式樂(lè)器，以聲/超聲信號(hào)為交互媒介的方式實(shí)現(xiàn)樂(lè)器之間的協(xié)調(diào)和通信，由軟定義鍵盤、聲合成交互模塊組成。所述樂(lè)器既能實(shí)現(xiàn)同類之間交互，也可與不加改造的傳統(tǒng)樂(lè)器交互；聲合成交互模塊可獨(dú)立出來(lái)，作為傳統(tǒng)樂(lè)器的補(bǔ)充配件，用于傳統(tǒng)樂(lè)器之間的交互。

上述軟定義鍵盤相當(dāng)于鋼琴或者電子琴上的琴鍵，形式上與現(xiàn)有按鍵式樂(lè)器鍵盤兼容。軟定義鍵盤含有現(xiàn)有鍵盤式樂(lè)器的部份數(shù)量的按鍵，比如：一個(gè)八度或者數(shù)個(gè)八度。根據(jù)曲譜的情況，按鍵可設(shè)置為演奏用鍵和交互功能鍵，其中演奏用鍵用于曲譜的彈奏, 交互功能鍵用于實(shí)現(xiàn)樂(lè)器之間交互,由聲合成交互模塊軟定義，可實(shí)現(xiàn)不同類別樂(lè)器之間交互。

上述聲合成交互模塊，既用于控制每個(gè)按鍵所發(fā)出的聲音，也用于與其它樂(lè)器的協(xié)調(diào)和通信。聲合成交互模塊，含有聲合成單元、聲接收單元、顯示單元、寬頻電子發(fā)聲單元和交互處理單元。

其中，聲合成單元按照軟定義鍵盤的按鍵，包括演奏用鍵和交互功能鍵，合成特定音調(diào)、音域、音色的電信號(hào)，并經(jīng)過(guò)寬頻電子發(fā)聲單元輸出。電信號(hào)的頻域范圍為聲波頻段（即：人耳聽(tīng)力范圍頻段20Hz-20KHz）和超聲頻段（即：大于20KHz），其中聲波頻段用于演奏和交互功能，超聲頻段用于交互功能，具體根據(jù)使用場(chǎng)景需求而定。

聲接收單元用于接收其它樂(lè)器發(fā)出的聲/超聲信號(hào)，并傳給交互處理單元。

顯示單元用于演奏狀態(tài)的顯示，可以是指示燈（組）、顯示屏、振動(dòng)模塊的其中一種或多種。

寬頻電子發(fā)聲單元用于將聲合成單元產(chǎn)生的電信號(hào)轉(zhuǎn)為聲/超聲信號(hào)并向外發(fā)射，其音域（頻率范圍）不受傳統(tǒng)樂(lè)器物理音域限制，可發(fā)出超低或超高的音調(diào)，含聲波頻段和超聲頻段。

交互處理單元用于分析和解調(diào)聲/超聲信號(hào)，產(chǎn)生交互信息，并輸出顯示單元顯示。交互處理單元根據(jù)聲接收單元接收到其它樂(lè)器的聲/超聲信號(hào)，既可解調(diào)出其它樂(lè)器發(fā)出的聲/超聲交互信號(hào)，也可與自身發(fā)出的聲信號(hào)做各種比較，如：自相關(guān)等，根據(jù)曲譜自動(dòng)分析演奏的狀態(tài)，自動(dòng)產(chǎn)生交互信息。

上述一種帶有聲交互功能的數(shù)碼鍵盤式樂(lè)器既能實(shí)現(xiàn)同類之間交互，也可與不加改造的傳統(tǒng)樂(lè)器交互。其中發(fā)明所述樂(lè)器同類之間的交互指令可采用聲/超聲頻段，與不加改造的傳統(tǒng)樂(lè)器的交互指令采用聲波頻段。

上述的聲合成交互模塊也可獨(dú)立出來(lái)，作為傳統(tǒng)樂(lè)器的補(bǔ)充配件，用于傳統(tǒng)樂(lè)器之間的交互，此時(shí)交互指令采用聲/超聲頻段。

上述一種帶有聲交互功能的數(shù)碼鍵盤式樂(lè)器，演奏方便、使用靈活，組合多樣：?jiǎn)蝹€(gè)或者多個(gè)組合演奏，既能滿足初學(xué)者的教學(xué)、娛樂(lè)、親子活動(dòng)需求；多個(gè)適當(dāng)?shù)亟M合，可突破傳統(tǒng)按鍵式樂(lè)器的音域、音色的限制，模擬各種樂(lè)器組成大編制樂(lè)隊(duì)，滿足專業(yè)演奏的需求。

一種上述帶有聲交互功能的數(shù)碼鍵盤樂(lè)器實(shí)現(xiàn)聲交互的方法，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

S1：演奏前：每個(gè)樂(lè)器的演奏者先設(shè)置每個(gè)琴鍵的音調(diào)、音域和音色，區(qū)分演奏用鍵和交互功能鍵，并選擇每個(gè)樂(lè)器的演奏角色，包括：指揮、協(xié)奏、領(lǐng)奏。不同角色有不同的權(quán)限，在演奏時(shí)可選其中一種或幾種角色。同時(shí)一起合奏的樂(lè)器之間進(jìn)行交互配對(duì)。

S2：演奏時(shí)：每個(gè)演奏者根據(jù)自己所選的角色、樂(lè)譜開(kāi)始演奏。

進(jìn)一步地，步驟S2包括：

S21：選擇指揮角色的演奏者可通過(guò)預(yù)設(shè)功能鍵，由聲交互模塊產(chǎn)生特定的交互信號(hào)向其它演奏者發(fā)出指揮，協(xié)調(diào)演奏速度。

S22：選擇協(xié)奏角色的演奏者，其所彈樂(lè)器的聲交互模塊接收指揮角色的交互信息并解調(diào)，將結(jié)果顯示出來(lái)，提示演奏者做出調(diào)整。

S23：選擇領(lǐng)奏角色的演奏者按照曲譜彈奏，其所彈樂(lè)器的聲交互模塊根據(jù)曲譜和彈奏的情況，自動(dòng)分析其彈奏狀態(tài)，并將結(jié)果顯示出來(lái)，提示演奏者做出調(diào)整。本角色用于演奏者與琴的交互。

與傳統(tǒng)鍵盤式樂(lè)器相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）所述發(fā)明樂(lè)器具有聲交互功能，可實(shí)現(xiàn)指揮、協(xié)奏、領(lǐng)奏等多種功能，以及實(shí)現(xiàn)不同類別樂(lè)器之間的交互。可廣泛用于學(xué)期教學(xué)、親子互動(dòng)、組合樂(lè)隊(duì)等多人演奏場(chǎng)景。

（2）所述發(fā)明樂(lè)器的聲交互信號(hào)可軟件定義與設(shè)置，可根據(jù)不同演奏場(chǎng)景的需求進(jìn)行設(shè)定，比如設(shè)為可聽(tīng)音頻，便于排練時(shí)演奏者之間協(xié)調(diào)；可設(shè)為超聲頻段，對(duì)演奏樂(lè)曲不形成干擾。

（3）所述發(fā)明樂(lè)器既能實(shí)現(xiàn)同類之間交互，也可與不加改造的傳統(tǒng)樂(lè)器交互。同時(shí)所述樂(lè)器的聲合成交互模塊可獨(dú)立出來(lái)，作為傳統(tǒng)樂(lè)器的補(bǔ)充配件，用于傳統(tǒng)樂(lè)器之間的交互。

附圖說(shuō)明

圖1是所述發(fā)明樂(lè)器的系統(tǒng)框圖；

圖2是所述發(fā)明樂(lè)器的軟定義鍵盤的示例圖；

圖3是所述發(fā)明樂(lè)器的聲合成交互模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4 是所述發(fā)明樂(lè)器聲交互功能具體實(shí)現(xiàn)流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。

實(shí)施例

本發(fā)明提出一種帶有聲交互功能的數(shù)碼鍵盤式樂(lè)器，以聲/超聲信號(hào)為交互媒介的方式實(shí)現(xiàn)樂(lè)器之間的協(xié)調(diào)和通信，其系統(tǒng)框圖如圖1所示，包括軟定義鍵盤101、聲合成交互模塊102。

上述軟定義鍵盤相當(dāng)于鋼琴或者電子琴上的琴鍵，形式上與現(xiàn)有按鍵式樂(lè)器鍵盤兼容。為了降低學(xué)習(xí)和彈奏的難度，軟定義鍵盤按鍵數(shù)量少于現(xiàn)有鍵盤式樂(lè)器的按鍵數(shù)，按鍵的音調(diào)、音域、音色均由聲合成交互模塊軟定義。同時(shí)根據(jù)曲譜的情況，按鍵可設(shè)置為演奏用鍵和交互功能鍵，其中演奏用鍵用于曲譜的彈奏, 交互功能鍵用于實(shí)現(xiàn)樂(lè)器之間交互,由聲合成交互模塊軟定義，可實(shí)現(xiàn)不同類別樂(lè)器之間交互。

軟定義鍵盤的其中一種實(shí)現(xiàn)形式如圖2所示，鍵盤采用類鋼琴琴鍵的結(jié)構(gòu)形式，含有一個(gè)八度，即12個(gè)鍵（7個(gè)白鍵、5個(gè)黑鍵），可根據(jù)琴譜的情況，演奏者設(shè)置不用的鍵為交互功能鍵，例如：白鍵201-207設(shè)為彈奏鍵，黑鍵208-2012設(shè)為功能鍵。

當(dāng)然，本發(fā)明并不限定軟定義鍵盤的具體實(shí)現(xiàn)形式，也可以設(shè)定為電子琴、手風(fēng)琴及其他形式的鍵盤。同樣，軟定義鍵盤的按鍵數(shù)量并不限定，本實(shí)施例只是給出了其中一種可選數(shù)量，可以根據(jù)演奏者的水平適當(dāng)?shù)卦黾影存I的數(shù)量，例如：兩個(gè)八度24鍵、三個(gè)八度36鍵。另外，軟定義鍵盤的彈奏鍵和交互功能鍵的劃分是根據(jù)琴譜的情況設(shè)置，一般可將琴譜不使用的鍵作為交互功能鍵，并由聲合成交互模塊102合成發(fā)出特別的聲信號(hào)，例如：具有特別音色的調(diào)頻信號(hào)、超聲頻段的信號(hào)，既利于與彈奏鍵區(qū)分，同時(shí)也利于功能鍵之間的區(qū)分。

所述聲合成交互模塊，既用于控制每個(gè)按鍵所發(fā)出的聲音，也用于與其它樂(lè)器的協(xié)調(diào)和通信。如圖3所示，聲合成交互模塊含有聲合成單元301、聲接收單元302、顯示單元303、寬頻電子發(fā)聲單元304和交互處理單元305。其中聲合成單元301按照軟定義鍵盤的按鍵，合成所需音調(diào)、音域、音色的電信號(hào)，并經(jīng)過(guò)寬頻電子發(fā)聲單元304輸出。電信號(hào)的頻域范圍為聲波頻段（即：人耳聽(tīng)力范圍頻段20Hz-20KHz）和超聲頻段（即：大于20KHz）。其中聲波頻段用于演奏和交互功能，超聲頻段用于交互功能，具體根據(jù)使用場(chǎng)景需求而定，例如：在小班教學(xué)、親子活動(dòng)等小范圍多人合奏場(chǎng)景可設(shè)置在聲波頻段，可采用特別音色的調(diào)頻信號(hào)，提高辨識(shí)度，利于及時(shí)互動(dòng)反饋；在大班教學(xué)、舞臺(tái)表演奏等大范圍，多樂(lè)器演奏場(chǎng)景可設(shè)置在超聲頻段，在不影響其他演奏者和聽(tīng)眾的同時(shí)實(shí)現(xiàn)多人交流互動(dòng)。

聲接收單元302用于接收其它樂(lè)器發(fā)出的聲/超聲信號(hào)，并傳給交互處理單元305。

顯示單元303用于演奏狀態(tài)的顯示，可以是指示燈（組）、顯示屏、振動(dòng)模塊的其中一種或者多種。

寬頻電子發(fā)聲單元304用于將聲音合成單元301產(chǎn)生的電信號(hào)轉(zhuǎn)為聲/超聲信號(hào)并向外發(fā)射，其音域（即：頻率范圍）不受傳統(tǒng)樂(lè)器物理音域限制，可發(fā)出超低或超高的音調(diào)，含聲/超聲頻段。

交互處理單元305用于分析和解調(diào)聲/超聲信號(hào)，產(chǎn)生交互信息，并輸出顯示單元303顯示。交互處理單元305根據(jù)聲接收單元302接收到其它樂(lè)器的聲/超聲信號(hào)，既可解調(diào)出其它樂(lè)器發(fā)出的聲/超聲交互信號(hào)，也可與自身發(fā)出的聲信號(hào)做各種比較，如：自相關(guān)等，根據(jù)曲譜自動(dòng)分析演奏的狀態(tài)，提示演奏者節(jié)奏的偏快、偏慢等。

上述一種帶有聲交互功能的數(shù)碼鍵盤式樂(lè)器既能實(shí)現(xiàn)同類之間交互，也可與不加改造的傳統(tǒng)樂(lè)器交互。聲交互的實(shí)施方式可采用如下方式：

1）發(fā)明所述樂(lè)器之間：通過(guò)聲交互模塊向外發(fā)送交互指令實(shí)現(xiàn)樂(lè)器之間協(xié)調(diào)通信；同時(shí)聲交互模塊自動(dòng)分析提示演奏狀態(tài)并提示演奏者。此時(shí)的交互指令可采用聲/超聲頻段。

2）發(fā)明所述樂(lè)器與不改造傳統(tǒng)樂(lè)器之間交互：兩種樂(lè)器演奏者之間約定交互指令的形式，此時(shí)交互指令需采用聲波頻段。A、如發(fā)明所述樂(lè)器可作為指揮角色，可發(fā)送調(diào)制豐富的聲信號(hào)協(xié)調(diào)演奏速度，傳統(tǒng)樂(lè)器演奏者聽(tīng)到交互指令做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。B、如傳統(tǒng)樂(lè)器演奏者作為指揮角色，可彈奏之前約定的音色、音域的聲信號(hào)作為交互指令信號(hào)，發(fā)明所述樂(lè)器的聲合成交互模塊將接收的聲信號(hào)解析出交互指令，并顯示提示演奏者。當(dāng)然發(fā)明所述樂(lè)器演奏者的音樂(lè)素養(yǎng)足夠高時(shí)也可以直接分辨出聲波頻段的交互指令。

上述的聲合成交互模塊也可獨(dú)立出來(lái)，作為傳統(tǒng)樂(lè)器的補(bǔ)充配件，用于傳統(tǒng)樂(lè)器之間的交互。配備聲合成交互模塊作為補(bǔ)充配件的傳統(tǒng)樂(lè)器，其具有發(fā)明所述樂(lè)器同等的交互功能，因此其之間，以及其與發(fā)明所述樂(lè)器之間的聲交互實(shí)施方式可參考方式1）。

另外，上述一種帶有聲交互功能的數(shù)碼鍵盤式樂(lè)器，演奏方便、使用靈活，組合多樣：?jiǎn)蝹€(gè)或者多個(gè)組合演奏，既能滿足初學(xué)者的教學(xué)、娛樂(lè)、親子活動(dòng)需求；多個(gè)適當(dāng)?shù)亟M合，可突破傳統(tǒng)按鍵式樂(lè)器的音域、音色的限制，模擬各種樂(lè)器組成大編制樂(lè)隊(duì)，滿足專業(yè)演奏的需求。

本發(fā)明所述的一種帶有聲交互功能的數(shù)碼鍵盤樂(lè)器，其聲交互功能的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下（如圖4所述）：

1、演奏前：每個(gè)樂(lè)器的演奏者先設(shè)置每個(gè)琴鍵的音調(diào)、音域和音色，區(qū)分演奏用鍵和交互功能鍵，并選擇每個(gè)樂(lè)器的演奏角色，包括：指揮、協(xié)奏、領(lǐng)奏。不同角色有不同的權(quán)限，在演奏時(shí)可選其中一種或幾種角色。同時(shí)一起合奏的樂(lè)器之間進(jìn)行交互配對(duì)。

2、演奏時(shí)：每個(gè)演奏者根據(jù)自己所選的角色、樂(lè)譜開(kāi)始演奏。

2.1選擇指揮角色的演奏者可通過(guò)預(yù)設(shè)功能鍵，由聲交互模塊產(chǎn)生特定的交互信號(hào)向其它演奏者發(fā)出指揮，協(xié)調(diào)演奏速度。

2.2選擇協(xié)奏角色的演奏者，其所彈樂(lè)器的聲交互模塊接收指揮角色的交互信息并解調(diào)，將結(jié)果顯示出來(lái)，提示演奏者做出調(diào)整。

2.3選擇領(lǐng)奏角色的演奏者按照曲譜彈奏，其所彈樂(lè)器的聲交互模塊根據(jù)曲譜和彈奏的情況，自動(dòng)分析其彈奏狀態(tài)，并將結(jié)果顯示出來(lái)，提示演奏者做出調(diào)整。本角色用于演奏者與琴的交互。

在演奏時(shí)，演奏者可選上述其中一種角色，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。另外，演奏者也可選擇指揮、協(xié)奏的角色，既能對(duì)其他演奏者發(fā)出指揮信息，也可以接收其他演奏者的指揮信息，實(shí)現(xiàn)雙向交互。其次，演奏者可選指揮、領(lǐng)奏角色，既能對(duì)其他演奏者發(fā)出指揮信息，也可根據(jù)曲譜做出自我糾正。同時(shí)，演奏者也可選擇領(lǐng)奏、協(xié)奏角色，既能根據(jù)曲譜做出自我糾正，也可接收指揮信息。當(dāng)然，演奏者也可選擇三種角色，既能實(shí)現(xiàn)雙向交互，也能做出自我糾正。