CN106991995A - 一种无级变调及揉键变音的恒定唱名键盘数码视唱琴 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无级变调及揉键变音的恒定唱名键盘数码视唱琴，可以连续变调，采用无级调式，演奏时也可以通过揉键微调音高进而调整音律和音色，具有恒定唱名键盘，即是键盘每组的琴键直接和简谱的一个八度完全对应，当变调时每个琴键对应的唱名仍然不变。还提供彩色图示矢量简谱，以彩色图形的形式展现曲谱，用扩展唱名描述音高，用颜色描述琴键按键的空间位置，用恒定宽度的记谱方框描述音符音值(时长)，用音符字体的粗细表示弹奏强弱，提供多维的弹奏信息，适合电脑数码记谱，且有多种展示方式，和恒定唱名键盘结合使用，可以让新手根据彩色图示矢量简谱，配合视唱，快速学琴。

Description

一种无级变调及揉键变音的恒定唱名键盘数码视唱琴

技术领域

本发明主要涉及键盘弹奏乐器和记谱方法，具体涉及一种可以连续变调弹奏可揉键变音高的、具有恒定唱名键盘的便于视唱的数码乐器装置。

背景技术

琴键弹奏乐器一般指钢琴、电子琴等。钢琴由琴键和金属弦音板组成，弹奏者通过按下键盘上的琴键，牵动钢琴里面包着绒毡的小木槌，继而敲击钢丝弦发出声音，是机械装置发出声音。而电子琴是由传统的钢琴演变而来的，是弹奏者按键后把相应录制好的音源经过处理润色之后，送到放大器，最后抵达扬声器发出声音，是用电子器件来发出声音。

钢琴通过机械装置来发出声音决定了其键盘上每个按键的频率是固定的，即是钢琴琴键有固定的音高。音高，是指音的高度，描述音的一种基本特征，而音的高低是由振动频率决定的，频率高则音“高”，反之则“低”。显然，钢琴按键的音高是不可调的，是固定的，若要调整还需要专业的钢琴调音师来调机械装置。而电子琴是以电子的方式发出声音，只要在扬声器通带内，给什么样的信号音源，就相应的发出什么声音，可见，其按键的音高是可调的。

钢琴键盘有88个琴键，其中52个白键，36个黑键，是根据十二平均律来设计的。88个琴键分成低音区、中音区和高音区，再在此基础上分组。如中音区又被分成三组：小字组、小字一组和小字二组，每组为一个八度，有12个键，其中7个白键，5个黑键，这12个键是十二平均律所使用的12个音。小字组7 个白键的名字(音名)依次为“C，D，E，F，G，A，B”，5个黑键的名字依次为“#C，#D，#F，#G，#A”。由于相差一个八度的两个音的频率相差一倍，因此钢琴相邻键之间的频率比是即是每组12个键的频率是根据八度的音程 (二倍频程)按频率等比例地分成十二等份。钢琴按照此思想在频率段27.5Hz- 4186Hz以频率比等比来设置每个按键的音高，从而设计制造出能发出相对应频率的钢丝弦。而一个八度在简谱中只有7个音，其唱名分别是“duo、re、mi、 fa、sol、la、si”，对应简谱中的“1，2，3，4，5，6，7”这7个***数字，从而可见钢琴键盘上的一个八度组12个键，和7个唱名不可能是固定的对应关系。哪个音名键当作“duo”(数字“1”)是由曲目调式决定的，而接下来的6个音“re、mi、fa、sol、la、si”，对于已经设置为十二平均律的钢琴来说也是由曲目调式决定，一旦选择了曲目的弹奏调式，则7个唱名就和钢琴键盘上的一个八度组12 个键中的7个键确定了一一对应的关系。由此可见，对于钢琴，其键盘上的一个八度组有12个键，由于12个键都可以当作“duo”，因此有12种调式，而且每种调式7个唱名对应的7个琴键不是固定的，即是钢琴琴键对应的唱名不是固定的，是随调式而变的。如，用C调弹奏曲谱上则会注明弹奏调式“1＝C”，此时由“C，D，E，F，G，A，B”音名键来对应唱名“duo、re、mi、fa、sol、la、si”；而当“1＝#F”，即是弹奏#F大调时，又是由“#F、#G、#A、B、#C、#D、F”音名键分别代表唱名“duo、re、mi、fa、sol、la、si”，可见钢琴琴键对应的唱名不是固定的。

电子琴由于它是一种电子装置，其发声的频率理论上都是可调的，因此可以“一键变调”，变调后仍然可以做到琴键对应的唱名固定，这是其一大特点；另外，电子琴可以模拟很多乐器的发声，有很多音色可选。电子琴的音色种类少则几十种，多则数百种，其丰富的音色和灵活的音色变化，是电子琴演奏的另外一大特点。在选择音色时，只需在音色功能控制区轻控音色选择键钮(或选择音色代码) 就可以选出所需要的音色，使用十分方便。电子琴的音色主要有常规乐器音色和特殊音色两大类。常规乐器音色主要是模拟各种常规乐器制作的音色，而特殊音色主要是模仿各种自然音响或幻想的音色。音律，有“十二平均律”、“五度相生律”或者“纯律”等分类，不同音律是指相邻唱名之间的频率比不同，由于电子琴可以改变发声的频率，因此也可以支持不同的音律。可见电子琴是可以调节音律音调和音色。但是电子琴一开始就是模仿钢琴而出现的，因此其按键基本上是按照钢琴来设计的，只能是12个固定调式，其“一键变调”的功能也用得比较少。并且对于弹奏者来说，选择了某种音色，某个音律、某种调式来弹奏，则键盘中某个琴键对应发出的声音是固定的，在弹奏过程中除了变调式一般不能再改变，也即是交互性比较差，进而演奏者自由发挥的机会较少，不能即兴改变某个弹奏音符的频率。若演奏者在弹奏过程中能微调音符的频率，能向弦乐装置揉弦一样，将能给演奏者更多的自由发挥空间，有更大的创作余地。

当前对于曲谱的描述多用简谱和五线谱。简谱是指一种简易的记谱法，常用数字简谱，用“1、2、3、4、5、6、7”代表音阶中的7个基本级，读音为“duo、 re、mi、fa、sol、la、si”，也称为唱名，休止用0表示。在简谱中唱名每隔八度循环，如中音“1”到高音“i”相隔一个八度，开始下一个高音段的循环。简谱能描述音的高低和长短，方便手写记谱，但有着诸如不能描述音的强弱的缺点。五线谱是目前世界上通用的记谱法，是在五根等距离的平行横线上标注。五线谱以五线和四间来描述音高，相对于简谱，五线谱的优点是易于展示音的高低，对复杂的和声(在一个位置上有几个音同时出现)很容易识别，视觉非常清楚；在表示旋律方面尤其是高高低低的众多音的形态更是一目了然。但是五线谱不具有循环特征，不是基于唱名设计的，很难在五线四间中哼出唱名，不利于视唱。综上可以看出：简谱有唱名便于视唱，五线谱便于弹奏，若兼顾传承，在简谱的基础上增加弹奏的特征描述，则能综合两者的优点，让读谱变得简单，再结合唱名固定的琴，则学琴也不再是一件难事。

发明内容

针对目前钢琴琴键的音高固定、唱名不固定，学习难度极大，而电子琴可以做到音高不固定，唱名固定，但是仍然不能以任意调式弹奏，不能微调音高；另外简谱不便于弹奏，五线谱难于视唱，使得视唱和弹奏难以结合，本发明提供一种无级变调及揉键变音的恒定唱名键盘数码视唱琴，可以连续变调，在弹奏时微调音高(频率)进而可以调整音律和音色，具有恒定唱名键盘，即是无论用何种弹奏调式弹奏，每组的琴键恒定和简谱的一个八度对应；还提供彩色图示矢量简谱，在扩展唱名的基础上提供多维的弹奏信息，和恒定唱名键盘结合，可以让新手配合视唱快速学琴。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下方案实现：

一种无级变调及揉键变音的恒定唱名键盘数码视唱琴，其特征在于装置包括音源模块、唱名键盘、音律音调音色调整模块、发声模块。音源模块负责采集各种乐器的音色文件和存储音色库，唱名键盘根据接收的按键信息发出指令给音源模块和音律音调音色调整模块；音律音调音色调整模块根据获得的指令对音色文件进行编辑形成新的声音文件；发声模块则负责把声音文件进行播放。

一种无级变调及揉键变音的恒定唱名键盘数码视唱琴的音源模块负责采集多种乐器的演奏声音和其他软件编辑过的声音以及伴奏文件等，形成音色文件，进而形成音色库进行存储，这和普通的电子琴类似。

一种无级变调及揉键变音的恒定唱名键盘数码视唱琴的唱名键盘，包括主控单元、音色选择键、音律选择键、音调选择键、显示屏幕和多组唱名键组，以及其他功能键。其中主控单元根据音色选择键、音律选择键、音调选择键和多组唱名键组的输入，控制唱名键盘的整体工作。音色选择键选择一定的音色，如小提琴或者小号的音色等；音律选择键选择某种音律，如“十二平均律”、“五度相生律”或者“纯律”等；音调选择键既可以选择离散调，如1＝C，1＝D等，也可以设置为某个频率；显示屏幕显示音色、音律、音调选择的信息；也可以把音色选择键、音律选择键、音调选择键和显示屏幕集成在一起用可以输入的触摸显示屏来实现。多组唱名键组提供高中低音的琴键，组数可以依照钢琴设置为9组，也可以是5组等。其他功能键是扩展其功能而设置的一些键，如加伴奏等。

所述音调选择键选择的调式，既可以和现在的钢琴兼容，具有12个离散调式，然后以离散的方式，如以1＝C或者1＝D来定调；也有任意的无级调式，设置1＝fHz(f为装置所能支持的频率范围内的任意值)来定调，这个可以使琴适应人，匹配于人声，不用让人去找调。相应的功能键里面设置一个键来测试人声的频率，根据个人发声的频率，来人工设调。调式也可以通过读曲谱(简谱或者五线谱或者彩色图示矢量简谱)来自动控制，而不用人工去设置，且在弹奏的过程中也可以变调。

所述唱名键组包含根据7个唱名来设置的唱名键和若干辅助键，7个唱名键分别对应相应音高的简谱，是主键，且其对应关系是恒定的，不随着调式而变；辅助键不是主键，其设置只是为了补充一些音，故按的机率小，其体积相应可以设置小一点。如代表中音的唱名键组7个唱名键与简谱“1、2、3、4、5、6、7”恒定一一对应。而现在主流钢琴的白键和黑键，都可能是某种调式下的主键，按的次数多，所以设置的按键体积大。如钢琴小字组的键名为：白键是“C、D、E、 F、G、A、B”，黑键是“#C、#D、#F、#G、#A”。弹奏#F大调的时候，“#F、#G、 #A、B、#C、#D、F”键分别代表简谱“1、2、3、4、5、6、7”，可见有5个黑键需要当成主键来弹奏。

上述唱名键组由于辅助键变小，相应唱名键也可以变窄，使得键盘变小且简洁。琴键可以根据不同的人群设置不同的大小，如针对大人可以设置大一点，小孩可以设置小一点。

上述唱名键组辅助键的个数可以为1个，2个或者多个，当只设置1个，则每个唱名键组就有8个键；也可以和钢琴兼容，设置5个辅助键。

上述唱名键与唱名键之间有缝隙，唱名键可以垂直按下表示弹奏一个音符，也可以在按下的同时左右揉键来微调频率，这通过每个唱名键下的压力传感器和角度传感器来共同实现。压力传感器检测琴键是否按下，角度传感器检测按键被拨动的角度，使得在弹奏过程中可以实现音高(频率)的微调。

上述唱名键可以标有醒目的标志来表明自己代表的唱名，如琴键上涂上不同的颜色和图案，以及标上数字唱名，数字唱名加上外框，外框的底色在一个唱名键组里是相同的，不同唱名键组不同，用来区分不同的唱名键组；若干辅助键也可以标有醒目的标志来表明自己的发音，且可以和唱名键具有不同的形状大小。

一种无级变调及揉键变音的恒定唱名键盘数码视唱琴的唱名键盘，其工作时，先根据音色选择键的选择，主控单元发出相应的音色序号指令给音源模块的音色库，然后把相应序号的声音文件包提供给音律音调音色调整模块；主控单元根据音律选择键和音调选择键配置好所有唱名键和辅助键的频率，然后发送给音律音调音色调整模块，且在唱名键盘的显示屏幕上显示出来。在弹奏过程中，音律和音调可以通过音律选择键和音调选择键重新选择，主控单元实时地把所有唱名键和辅助键的频率发送给音律音调音色调整模块；唱名键和辅助键被按下、以及被按下的时长和力度由压力传感器获取后传给主控单元，再发送给音律音调音色调整模块，用以描述弹奏音符，以及音符被播放的时长和强度；唱名键被左右揉键后的角度，由角度传感器获得后传给主控单元，再发送给音律音调音色调整模块，用以实时地微调唱名键的频率。

一种无级变调及揉键变音的恒定唱名键盘数码视唱琴的音律音调音色调整模块根据音色库提供的音色文件包、所有唱名键和辅助键的频率，以及实时检测到的某键被按下、被按下的时长、力度和角度，选择该按键所对应音符的音色文件进行处理得到新的声音文件。

上述处理包括：根据某键被按下的时长对音色文件进行调整时长的处理，如播放时长超过音色文件的时长则增加播放的周期数处理，播放时长比音色文件的时长短则减少播放的周期数处理；根据某键被按下的力度对音色文件进行幅度调整，如按键力度大则把幅度加大，按键力度小则把幅度变小。根据所有唱名键和辅助键的频率，以及某键被拨动的角度对音色文件进行变频处理，如当前按下的唱名键的频率为420Hz，拨动的角度以顺时针的角度30度，代表的含义是频率增加10Hz，则对音色文件变频到430Hz。

一种无级变调及揉键变音的恒定唱名键盘数码视唱琴的发声模块，对音律音调音色调整模块处理后得到的新的声音文件进行播放。

一种无级变调及揉键变音的恒定唱名键盘数码视唱琴，其特征在于还提供一种基于扩展唱名能提供多维弹奏信息的彩色图示矢量简谱。

彩色图示矢量简谱由说明和记谱内容组成，说明包括调号说明、拍号说明和时号说明，一般记录在曲谱的前面，曲谱名字的下面。

所述彩色图示矢量简谱的调号说明，可以采用和简谱、五线谱一样的形式，如1＝D，表示D调；由于本发明视唱琴除了12个传统离散调式，还可以有其他调式，因此调号说明可以更详细精准地表示“duo”音的音高，若是x频率的音，则记为1＝x Hz，x为弹奏装置所能支持的频率范围内的任意值。

所述彩色图示矢量简谱的时号说明采用图示的方式，形如由于在记谱中采用记谱方框，因此拍号说明用方框来表示，它的值可以用分数，如 分别代表以四分音符为一拍，以八分音符为一拍，以十六分音符为一拍；也可以用表示一个记谱方框弹奏的时间。时号说明表示拍速，简谱、五线谱里面也可以说明拍速，只是大致的概念，写拍速的名称，如慢板、中板、快板、进行曲等。

所述彩色图示矢量简谱的拍号说明采用形如的图示方式，形象地表示一节中有N个记谱方框，表示有N节拍。

所述彩色图示矢量简谱的拍号说明和时号结合在一起，可以直观地表达原来简谱中的拍号，如，则表示四二拍，简谱中四二拍采用分数2/4来表达，其含义是以四分音符为一拍，每小节两拍。又如，表示四四拍，简谱中四四拍用4/4表示，表达的意思是以四分音符为一拍，每小节四拍，可是这种表达分子分母都是4，容易混淆其含义。而彩色图示矢量简谱的拍号说明和时号说明用图示的方式表达，含义一目了然。

彩色图示矢量简谱在调号说明，拍号说明和时号说明之后就开始记谱，记谱内容仍然采用分小节的形式。小节是音乐作品中最基本的有规律的节奏单位。每个小节内含的节拍数和拍号说明一样，每个节拍用1个记谱方框来表示。音符记在记谱方框内。

上述记谱方框长宽固定，无论里面放置多少个音符，其宽度都不变，这样和时间严格对应，也使得每节的长度也固定，使谱看起来很规整。当某时刻有多个音符时，则记谱方框由低音到高音(或高音到低音)重叠在一起。

上述音符包括扩展唱名组“1、1⁺、2、2⁺、3、4、4⁺、5、5⁺、6、6⁺、7”，以及延长音“-”(或者“＝”或者“》》”来示意)、休止音“0”。扩展唱名组完全对应钢琴一个八度的12个键。扩展唱名“1⁺、2⁺、4⁺、5⁺、6⁺”对应钢琴一个八度的 5个黑键，由于是简谱唱名的扩展，故称为扩展唱名。高低音的记法在音符的正上方或下方加点(也可以在音符的左边或右边加点)，在其上方(或者右边)代表高音，点越多，音越高；在其下方(或者左边)代表低音，点越多，音越低；点的排列用金字塔的形式，这样简洁美观，占用的地方少，让人一目了然。如 代表不同的高音和低音。注意：扩展唱名“1⁺、2⁺、4⁺、5⁺、6⁺”也可以是“2^-、3^-、5^-、6^-、7^-”，其记法也可以根据喜好来设计。

上述1个记谱方框里面可以有N个音符，表明音值是N等分。如有3个音符，则是3等分；4个音符，则是4等分。

上述1个记谱方框里面要放置多个音符且放不下时，采用注解的形式：如，记谱方框要记“1，2，3，4”，4个音符，先令其为Y₁，再在上面空白处，注释Y₁＝1234。注解只能偶尔出现，若多次出现，则可以重新定义时号，一种方法是改变时号值，如由原来的128ms，变换成为64ms，另外一种方法是增加方框的个数，如由原来的变成

上述记谱方框里面放置的音符，其字体加粗，表明弹奏力度加强。

上述记谱方框里面的填充颜色对应本发明视唱琴唱名键组唱名键上标注的数字唱名外框的底色，若在某组唱名键组里弹奏，则填充上这组唱名键组里这些唱名键的数字唱名的底色。

调号说明、拍号说明和时号说明，在曲谱开始时进行说明，如果乐曲在中途不变的话，只在开始说明一次即可，如果中途有变化，还需要标画新的调号、拍号和时号。若只是节拍变化，则只用改变时号。

彩色图示矢量简谱可以静态展示，也可以在电子显示屏上显示，且可以随着节拍滚动显示。与弹奏相结合时多用电子滚动实时显示，这时谱里面有弹奏时刻线，弹奏时可以实时跟着弹奏时刻线弹奏。彩色图示矢量简谱具有多种形式的展现，如：

1)紧凑型：和简谱类似，比简谱形象和易读；

2)功能型：可分男生、女生的乐曲，或者分多个声部，或者是主旋律和配乐之分，或者分成弹奏的左手和右手，这都可以用2排或者多排来展示；

3)手指型：把彩色图示矢量简谱和弹奏手势结合在一起，共10排线来展示曲谱，如上面5排线代表右手5个手指，下面5排线代表左手5个手指，把某个手指要弹的音符放在对应的线上，这样直接把曲谱对应到手势，寓指法于曲谱，容易实现视唱和弹奏相结合。手指型的展示可以横排展示，也可以竖排展示。

4)旋转型：彩色图示矢量简谱可以多角度的展示，如0度，为横排展示，弹奏时刻线是一条竖线，曲谱向左翻页，弹奏时刻线向右移动；当旋转顺时针90 度，则变成竖排，弹奏时刻线是一条横线，曲谱向上翻页，弹奏时刻线向下移动；当旋转顺时针270度，仍然竖排，弹奏时刻线是一条横线，曲谱向下翻页，弹奏时刻线向上移动。可以任意角度旋转，还可以编辑为立体效果，俯视图(鸟瞰图) 的形式，这样可以增强交互式娱乐性，为游戏提供素材。

上述展现可以单独展现，也可以多种形式一起结合展现，如手指型的也可以旋转展现。

由上可知，彩色图示矢量简谱以彩色图形的形式展现，用扩展唱名描述音高 (与简谱类似)，用颜色描述琴键按键的空间位置，用恒定宽度的记谱方框描述音符音值(时长)，用音符字体的粗细表示弹奏强弱，提供多维的弹奏信息，故称为彩色图示矢量简谱。该谱也可以不和本装置结合使用，如可以结合现在的钢琴弹奏使用。

本发明所提出的一种无级变调及揉键变音的恒定唱名键盘数码视唱琴，具有以下优点：

(1)不管用什么调式弹奏，所述唱名键盘上的每组唱名键组的7个唱名键固定分别与相应音高的简谱数字唱名恒定一一对应，如代表中音的唱名键组7个唱名键与简谱“1、2、3、4、5、6、7”恒定一一对应，这样容易找到琴键，容易学习和记忆，也利于视唱。

(2)本发明装置无级变调，其支持的调式可以不再是固定调式，可以是任意调式，即是主音连续可变，可以先测量人声，根据个人发声的频率，来人工设调，使之匹配于人声，让琴适应人。

(3)本发明装置支持手动定调，兼容现在的12个传统调式；也可以根据简谱或者五线谱或者彩色图示矢量简谱控制来自动定调，这样弹奏的过程中也可以变调而不用人为再调整。

(4)唱名键盘装置上的唱名键可以在弹奏时，垂直按下表示弹奏一个音符，也可以左右揉键来微调音高(频率)，这让演奏者有更多的自由创作和发挥空间。

(5)简谱唱名键盘装置上的的唱名键和辅助键，对应现在的钢琴的白键和黑键，然而钢琴的白键和黑键都可能是某种调式下的主键，按的次数多，所以设置的按键体积大；而本发明辅助键设置来只是补充一些音，占的空间可以较小。由于辅助键变小，相应唱名键也可以变窄，使得键盘变简洁。还可以根据不同的人群设置不同的大小，如针对大人可以设置大一点，小孩可以设置小一点。

(6)彩色图示矢量谱以彩色图形的形式展现，可读性强；用扩展唱名描述音高(与简谱类似)，用颜色描述琴键按键的空间位置，用恒定宽度的记谱方框描述音符音值(时长)，用音符字体的粗细表示弹奏强弱，提供多维的弹奏信息，使得容易控制弹奏力度，能严格控制音符的音值(即是弹奏时长)，和琴键联系更为紧密，容易找到对应要按的琴键，适合电脑数码记谱，容易推广。

(7)彩色图示矢量简谱记谱方框长宽固定，且不论里面放置了多少个音符其宽度都不变，这样每节的长度也固定，使谱看起来很规整，美观和整洁，且可读性强，能帮助视唱，易于把握节奏。

(8)当本发明视唱琴的辅助键设置为5个以及和钢琴兼容时，彩色图示矢量简谱的扩展唱名组12个唱名和唱名键盘的一个八度对应的12个琴键恒定一一对应，变调也不受影响，便于初学者记忆琴键的位置。

(9)彩色图示矢量谱综合简谱便于视唱和五线谱便于弹奏的优点，使得视唱和弹奏能轻松地结合，另外彩色图示矢量谱有丰富的展示方法，可以结合手势指法，寓指法于曲谱，使得学琴不再是一件难事。

附图说明

图1是本发明的***框图；

图2是本实施例的唱名键盘示意图；

图3(a)是本实施例的唱名键组示意图；

图3(b)是本实施例的5组唱名键组示意图；

图4(a)是本实施例曲谱《平安夜》的彩色图示矢量简谱示意图；

图4(b)是本实施例曲谱《平安夜》的简谱示意；

图4(c)是本实施例的彩色图示矢量简谱示意多个音符需要放置在同一个记谱方框时的情况；其中，图4(c1)为一小节简谱，图4(c2)为图4(c1)转换为的彩色图示矢量简谱，图4(c3)为注解形式的简谱，图4(c4)为改号时的简谱；

图4(d)是本实施例节选自《别送我》的一段曲谱的彩色图示矢量简谱示意图；

图4(e)是本实施例节选自《别送我》的一段简谱曲谱；

图5(a)是本发明的彩色图示矢量简谱的扩展唱名组的一种记法示意；

图5(b)是本实施例的中音唱名键组标注上图5(a)中的扩展唱名后的示意；

图6(a)是本发明的彩色图示矢量简谱的功能型展示示意；

图6(b)是本发明的彩色图示矢量简谱的手指型展示示意；

图7是五线谱到本发明的彩色图示矢量简谱的转换示意；

图8是弹奏练习者利用本装置进行一次弹奏的流程图。

具体实施方式

为了让本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步阐述。

实施例

如图1所示，是本发明一种无级变调及揉键变音的恒定唱名键盘数码视唱琴的***框图，装置包括音源模块、唱名键盘、音律音调音色调整模块、发声模块构成。音源模块负责采集各种乐器的音色文件和存储音色库，唱名键盘根据接收的按键信息发出指令给音源模块和音律音调音色调整模块；音律音调音色调整模块根据获得的指令对音色文件进行编辑形成新的声音文件；发声模块则负责把声音文件进行播放。

如图2所示，是本发明一种无级变调及揉键变音的恒定唱名键盘数码视唱琴的示意图，唱名键盘的主控单元，音源模块和音律音调音色调整模块集成在一起，用DSP或者ARM实现，放置在琴盘里面，图中没有标注。发声模块用喇叭来实现，见图中201；唱名键盘还包括音色选择键202、音律选择键203、音调选择键204、显示屏幕205和多组唱名键组206，以及其他功能键207。其中音色选择键202选择一定的音色，如小提琴或者小号音色等；音律选择键203选择某种音律，如“纯律”、“五度相生律”和“十二平均律”等；音调选择键204既可以选择离散传统调，如1＝C，1＝D等，也可以无极变调，设置“duo”为某个频率；显示屏幕205显示音色、音律、音调选择的信息；也可以把音色选择键、音律选择键、音调选择键和显示屏幕集成在一起用可以输入的触摸显示屏来实现。实施例唱名键组的组数设置为5组。

上述音调选择键选择的调式，既可以和现在的钢琴兼容，具有12个离散传统调式，音调选择键以1＝C或者1＝D等来定调；也有任意无级调式，设置1＝f Hz(f为装置所能支持的频率范围内的任意值)来定调，这个可以使琴适应人，匹配于人声，不用让人去找调。相应的功能键207里面设置一个键来测试人声的频率，先测量人声，根据个人发声的频率，来人工设调。调式也可以通过读简谱或者五线谱或者彩色图示矢量简谱来自动控制，而不用人工去设置，且在弹奏的过程中也可以变调。

如图3(a)所示，是本发明一种无级变调及揉键变音的恒定唱名键盘数码视唱琴的唱名键组示意图。实施例中唱名键组包含7个唱名键301和5个辅助键302，唱名键与唱名键之间有缝隙303，唱名键垂直按下表示弹奏一个音符，也可以在按下的同时左右揉键来微调频率，这通过压力传感器和角度传感器来共同实现。压力传感器检测键是否按下，角度传感器检测按键所被拨动的角度，以此来微调按键的音高(频率)。若对应中音组，则该7个唱名键分别对应简谱“1、2、3、4、5、6、7”，是主键，且其对应关系是恒定的，不随着调式而变；辅助键不是主键，只是补充一些音，按的机会比较少，故可以设置体积小一点，本实施例为一小圆点。本实施例设置的5个辅助键，则对应唱名为“1⁺、2⁺、4⁺、 5⁺、6⁺”。唱名键组由于辅助键变小，相应唱名键也可以变窄，使得键盘变小且简洁。按键的宽窄可以根据不同人群手指的大小和长短来人性化设置，如针对大人的设置大一点，针对小孩的设置小一点。

如图3(b)所示，是本实施例一种无级变调及揉键变音的恒定唱名键盘数码视唱琴的5组唱名键组示意图。唱名键可以标有醒目的标志来表明自己代表的唱名，如键上涂上不同的颜色和图案，实施例中都标以白色，以及标上数字唱名，数字唱名加上外圆框，外圆框的底色在一个唱名键组里是相同的，不同唱名键组不同，用来区分不同的唱名键组，实施例是填充了不同的图案；5个辅助键也可以标有醒目的标志和唱名来表明自己的发音，且可以和唱名键具有不同的形状大小，本实施例辅助键采用圆形，没有标注唱名。数字唱名还可以根据所属音组加上高音和低音符号，即是在数字上方或者下方加上点号，且点的排列用金字塔的形式。实施例只用得到了最高音和最低音还可以再扩展到 等，其上下标注的点号以容易看和节省占用面积为原则，采用金字塔的形式。彩色图示矢量简谱中记谱高低音记法也是一样。

如图4(a)所示，是本实施例曲谱《平安夜》的彩色图示矢量简谱示意图，其对应的简谱如图4(b)所示。彩色图示矢量简谱由说明和记谱内容组成，说明包括调号说明、拍号说明和时号说明，一般记录在曲谱的前面，曲谱名字《平安夜》的下面。图中401表示的1＝C是调号说明，即是用C大调来弹奏，则钢琴上小字组的白键C、D、E、F、G、A、B分别表示数字唱名“1、2、3、4、5、 6、7”。402表示的拍号说明表示每个小节有6拍，403是时号说明，表示拍速，一个记谱方框里面放置一个8分音符代表的时间内出现的音符，由于这里设置8分音符为一拍，结合拍号说明和时号说明，则表示八六拍。对比如4(a)和4(b)，可以看到简谱里也有调号说明和拍号说明，但是图4(b)没有描述拍速的时号说明。简谱中1＝C是拍号说明，6/8表示以8分音符为一拍，每小节6拍。调号说明、拍号说明和时号说明，在曲谱开始时进行说明，如果乐曲在中途不改变的话，只在开始的地方写一次就可以了，如果中途有变化，还需要标画新的调号、拍号和时号。

彩色图示矢量简谱是分小节来记谱，每个小节内含有和拍号说明的拍子数相同的节拍，以及相应数目的记谱方框。记谱方框里面放置音符，包括扩展唱名组“1、1⁺、2、2⁺、3、4、4⁺、5、5⁺、6、6⁺、7”，以及延长音“-”(或者“＝”、“》》”来示意)、休止音“0”。某时刻有多个音时，则记谱方框由低音到高音(或高音到低音)重叠在一起。记谱方框里面可以有N个音符，每个音符的音值是 N等分，如有3个音符，则是3等分，各占音值；有4个唱名和一个延长音“-”，则是5等分，各占音值。如图中小节404，每节有6拍，有6个记谱方框405-410，分别放置了“5”，“-6”,“5”,“3”，“-”，“-”，各自代表一个8分音符，一拍的时长。记谱方框405里面放置的音符，唱名“5”，为1拍，记谱方框406里面放置“-”和“6”，表示延长音和音符“6”各占拍，即是代表一个16分音符，记谱方框407里面放置“5”，为1拍，记谱方框408里面放置“3”，为1拍，记谱方框409和410里面放置的都是“-”，表示前面的“3”延长2拍。其他小节类似，不再一一叙述。对比4(a)和4(b)，可以看出彩色图示矢量简谱示意图的记谱方框长宽固定，且不论里面有多少个数字唱名，其宽度都一样，这样使得每节的长度也固定，使谱看起来很规整。图4(a)示意了曲谱《平安夜》有3排，每排4 个小节，每排的长度以及每节的长度都是一样的，容易阅读。另外，记谱方框里面的填充颜色对应视唱琴唱名键组唱名键上标注的数字唱名外框的底色，若在某组唱名键组里弹奏，则填充上这组唱名键组里这些唱名键的数字唱名的底色。图中高音用了亮色来填充和中音相区别。由此可见彩色图示矢量简谱更容易视唱和把握节奏，可读性强，更为美观和整洁，且和琴键联系更为紧密，容易找到对应要按的琴键。

图4(a)有高音1等，此实施例彩色图示矢量简谱的高低音记法在数字的正上方或下方加点，在其上方代表高音，点越多，音越高；在其下方代表低音，点越多，音越低。高低音的记法也可以在音符的左边或右边加点，在其右边代表高音，在其左边代表低音。点的排列用金字塔的形式，美观简洁，占用的地方少，让人一目了然。

如图4(c)所示，是本发明的彩色图示矢量简谱多个音符需要放置在同一个记谱方框时的情况。当有多个音符需要放置在同一个记谱方框时，如411所示的一小节简谱转换成彩色图示矢量简谱412时，6个简谱方框中有两个记谱方框要放置4个音符，很难放下或者放下后字体很小，可以采用如图中413的注解形式。注解只能偶尔出现，若多次出现，则可以重新定义时号，时号值变为原来的如由原来的128ms，变换成为64ms，或者由原来的变为也可以用增加方框来重新定义时号。实施例中采用增加1个方框来重新定义时号，如414所示，这样该小节变成415所示，有12个记谱方框。若时号值变为原来的则时号说明重新定义时，增加2个记谱方框，以此类推，若时号值变为原来的则时号说明重新定义时，增加n个记谱方框。

如图4(d)所示，是本实施例节选自《别送我》的一段曲谱的彩色图示矢量简谱示意图，其对应简谱为图4(e)中的一小段416，是四四拍的曲子，用E 大调来弹奏，音域跨3个八度，有中音、低音和更低音，图中分别用三种不同的灰色填充来表示，每一段的上面一排为右手弹奏，下面一排为左手弹奏。从图中可以看出更为复杂的简谱，转换为彩色图示矢量简谱后阅读起来更为容易，彩色图示矢量简谱的优势也更为明显。

如图5(a)所示，是本发明的彩色图示矢量简谱的扩展唱名组的一种记法示意。12个唱名“1、1⁺、2、2⁺、3、4、4⁺、5、5⁺、6、6⁺、7”中的扩展唱名“1⁺、 2⁺、4⁺、5⁺、6⁺”也可以是“2^-、3^-、5^-、6^-、7^-”，其记法也可以根据喜好来设计，图中示意的是比较简洁型的，相应地标注在唱名键组上如图5(b)所示，可以看到这样标注更紧凑，节省空间。

如图6所示，是本发明的彩色图示矢量简谱的展示示意。

彩色图示矢量简谱可以静态展示，也可以在电子显示屏上显示，且可以随着节拍滚动显示。弹奏时电子滚动实时显示更为方便，这时谱里面有弹奏时刻线，可以实时跟着弹奏时刻线弹奏。彩色图示矢量简谱具有多种形式的展现：

紧凑型：和简谱类似，比简谱形象和易读；如图4(a)所示的《平安夜》的彩色图示矢量简谱，即是紧凑型的示意。

功能型：可分男生、女生的乐曲，或者分多个声部，或者是主旋律和配乐之分，或者分成弹奏的左手和右手，这都可以用2排或者多排来展示。图5(a) 示意的是如图4(a)所示的《平安夜》的主旋律和配乐，主旋律是第一排601，配乐是第二排602。同样可以分为601为右手弹奏，602为左手弹奏。

手指型：把彩色图示矢量简谱和弹奏手势结合在一起，共10排线来展示曲谱，如上面5排线代表右手5个手指，下面5排线代表左手5个手指，把某个手指要弹的音符放在对应的线上，这样直接把曲谱对应到了手势，寓指法于曲谱，易于视唱和弹奏相结合。手指型的展示可以横排展示，也可以竖排展示。图6(b) 示意的是如图4(a)所示的《平安夜》的第一排曲谱的手指型横排展示，分别示意了10个手指的弹奏，如右手大拇指弹奏“3”，食指弹奏“5”等，左手只用大拇指、中指和小指弹奏，食指和无名指不用弹奏。在实际的弹奏过程中，可以加一个弹奏时刻线，弹奏时刻线随着节拍向右移动，当移动到某列，弹奏时刻线上相应的音符就被相应的手指来弹奏。

旋转型：彩色图示矢量简谱可以多角度的展示，如0度，为横排展示，弹奏时刻线是一个竖线，曲谱向左翻页，弹奏时刻线向右移动；当旋转顺时针90度，则变成竖排，弹奏时刻线是一条横线，曲谱向上翻页，弹奏时刻线向下移动；当旋转顺时针270度，仍然竖排，弹奏时刻线是一条横线，曲谱向下翻页，弹奏时刻线向上移动。可以任意角度旋转，还可以编辑为立体效果，俯视图(鸟瞰图) 的形式，这样可以增强交互式娱乐性，为游戏提供素材。

如图7所示，是五线谱到本发明的彩色图示矢量简谱的转换示意。图7(a) 节选自《毕业生》的一段曲谱，这里对701指示的一段进行了转换，转换后的彩色图示矢量简谱如图7(b)所示，可以看到有扩展唱名“5+”的出现。

图8是弹奏练习者利用一种无级变调及揉键变音的恒定唱名键盘数码视唱琴根据彩色图示矢量简谱进行一次练习的流程图。

步骤1：弹奏练习者打开装置的电源，输入需要弹奏曲目的彩色图示矢量简谱，自动在彩色图示矢量简谱中读取弹奏调式，如1＝D，或者读取到1＝fHz(f 为装置所能支持的频率范围内的任意值)，也可以人工再用音调选择键来重新选择；按音色选择键选择音色，按音律选择键选择音律。

步骤2：根据音色选择键的选择，主控单元发出相应的音色序号指令给音源模块的音色库，然后把相应序号的音色文件包提供给音律音调音色调整模块；主控单元根据音律选择键和音调选择键配置好所有唱名键和辅助键的频率，然后发送给音律音调音色调整模块，且在唱名键盘的显示屏幕上显示出来。

步骤3：弹奏练习者根据实时播放的彩色图示矢量简谱开始弹奏按唱名键和辅助键。唱名键和辅助键被按下，以及被按下的时长和力度由压力传感器获取后，由主控单元发送给音律音调音色调整模块，用以描述弹奏音符，音符被播放的时长和强度；唱名键被左右揉键后的角度，由角度传感器获得后，由主控单元发送给音律音调音色调整模块，用以实时地微调唱名键的频率。

注意：在弹奏过程中，可以通过音律选择键重新选择音律，通过音调选择键重新选择音调，且实时地把所有唱名键和辅助键的频率发送给音律音调音色调整模块；

步骤4：音律音调音色调整模块根据音色库提供的音色文件包、所有唱名键和辅助键的频率，以及实时检测到某键被按下，以及按下的时长、力度和角度，选择该按键所对应音符的音色文件进行处理得到新的声音文件

处理包括：根据某键被按下的时长对音色文件进行调整时长的处理，如播放时长超过音色文件的时长则增加播放的周期数处理，播放时长比音色文件的时长短则减少播放的周期数处理；根据某键被按下的时长对音色文件进行幅度调整，如按键力度大则把幅度加大，按键力度小则把幅度变小。根据所有唱名键和辅助键的频率，以及某键被按拨动的角度对音色文件进行变频处理，如当前按下的唱名键的频率为420Hz，拨动的角度以顺时针的角度30度，代表的含义是频率增加10Hz，则对音色文件变频到430Hz。

步骤5：发声模块对音律音调音色调整模块处理后得到的新的声音文件进行播放。下一个音符被弹奏又跳到步骤3，直至整个彩色图示矢量简谱弹奏完成。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无级变调及揉键变音的恒定唱名键盘数码视唱琴，其特征在于装置由音源模块、唱名键盘、音律音调音色调整模块、发声模块构成；音源模块负责采集各种乐器的音色文件和存储音色库，唱名键盘根据接收的按键信息发出指令给音源模块和音律音调音色调整模块；音律音调音色调整模块根据获得的指令对音色文件进行编辑形成新的声音文件；发声模块则负责把声音文件进行播放；

所述唱名键盘包括主控单元、音色选择键、音律选择键、音调选择键、显示屏幕和多组唱名键组，以及其他功能键；其中主控单元根据音色选择键、音律选择键、音调选择键和多组唱名键组的输入，控制唱名键盘的整体工作；音色选择键选择一定的音色；音律选择键选择某种音律；音调选择键既可以选择离散传统调，也可以采用无级调式，设置“duo”音为某个频率；显示屏幕显示音色、音律、音调选择的信息，也可以把音色选择键、音律选择键、音调选择键和显示屏幕集成在一起用可以输入的触摸显示屏来实现。

2.根据权利要求1所述的一种无级变调及揉键变音的恒定唱名键盘数码视唱琴，其特征在于音调选择键所选择的调式，既可以和现在的钢琴兼容，具有12个离散传统调式，然后以离散的方式，如以1＝C或者1＝D来定调；也有任意的调式，设置1＝f Hz来定调，f为装置所能支持的频率范围内的任意值；这个可以使琴适应人，匹配于人声，不用让人去找调；相应的功能键里面设置一个键来测试人声的频率，先测量人声，根据个人发声的频率，来人工设调；调式也可以通过读简谱或者五线谱或者彩色图示矢量简谱来自动控制，而不用人工去设置，且在弹奏的过程中也可以变调。

3.根据权利要求1所述的一种无级变调及揉键变音的恒定唱名键盘数码视唱琴，其特征在于唱名键组包含根据7个唱名来设置的唱名键和若干辅助键，7个唱名键分别对应相应音高的7个唱名，是主键，且其对应关系是恒定的，不随着调式而变；辅助键不是主键，其设置来只是补充一些音，按的机会比较少，故可以设置体积小一点，相应唱名键也可以变窄，使得键盘变小且简洁；按键的宽窄可以设置不同使之适用不同的人群；上述唱名键组辅助键的个数可以1个，2个或者多个，当只设置1个，则每个唱名键组就有8个键；也可以和钢琴类似与之兼容，设置5个辅助键。

4.根据权利要求3所述的一种无级变调及揉键变音的恒定唱名键盘数码视唱琴，其特征在于唱名键组的唱名键与唱名键之间有缝隙，唱名键可以垂直按下表示弹奏一个音符，也可以在按下的同时左右揉键来微调频率，这通过每个唱名键下的压力传感器和角度传感器来共同实现；压力传感器检测按键被按下，角度传感器检测按键所被拨动的角度，以此来微调频率；

上述唱名键可以标有醒目的标志来表明自己代表的唱名；若干辅助键也可以标有醒目的标志，且可以和唱名键具有不同的形状大小。

5.根据权利要求4所述的一种无级变调及揉键变音的恒定唱名键盘数码视唱琴，其特征在于所述标志为琴键上涂上不同的颜色和图案，以及标上数字唱名，数字唱名加上外框，外框的底色在一个唱名键组里是相同的，不同唱名键组里不同，用来区分不同的唱名键组。

6.根据权利要求1所述的一种无级变调及揉键变音的恒定唱名键盘数码视唱琴，其特征在于唱名键盘根据音色选择键的选择，主控单元发出相应的音色序号指令给音源模块的音色库，然后把相应序号的音色文件包提供给音律音调音色调整模块；主控单元根据音律选择键和音调选择键配置好所有唱名键和辅助键的频率，然后发送给音律音调音色调整模块，且在唱名键盘的显示屏幕上显示出来；在弹奏过程中，可以通过音律选择键重新选择音律，通过音调选择键重新选择弹奏调式，主控单元实时地把所有唱名键和辅助键的频率发送给音律音调音色调整模块；唱名键和辅助键被按下、以及被按下的时长和力度由压力传感器获取后，由主控单元发送给音律音调音色调整模块，用以描述弹奏音符、以及音符被播放的时长和强度；唱名键被左右揉键后的角度，由角度传感器获得后，由主控单元发送给音律音调音色调整模块，用以实时地微调唱名键的频率；

音律音调音色调整模块根据音色库提供的音色文件包、所有唱名键和辅助键的频率，以及实时检测到的某键被按下、被按下的时长、力度和角度，选择该按键所对应音符的音色文件进行处理得到新的声音文件；

上述处理包括：根据某键被按下的时长对音色文件进行时长处理；根据某键被按下的力度对音色文件进行幅度调整；根据所有唱名键和辅助键的频率，以及某键在按下同时被拨动的角度对音色文件进行变频处理。

7.一种无级变调及揉键变音的恒定唱名键盘数码视唱琴，其特征在于还提供一种基于扩展唱名能提供多维弹奏信息的彩色图示矢量简谱；

所述彩色图示矢量简谱由说明和记谱内容组成，说明包括号说明、拍号说明和时号说明，一般记录在曲谱的前面，曲谱名字的下面；调号说明，可以沿用和简谱、五线谱一样的形式，如1＝D，表示D调；由于本发明视唱琴除了12个传统离散调式，还可以有其他无级调式，因此调号说明可以更详细精准地表示“duo”音的音高，若是x频率的音，则记为1＝x Hz，x为弹奏装置所能支持的频率范围内的任意值；时号说明采用图示的方式，形如由于在记谱中采用记谱方框，因此拍号说明用方框来表示，它的值可以用分数，也可以用表示一个记谱方框弹奏的时间；拍号说明也采用图示的方式，形象地表示一节中有N个记谱方框，表示有N拍；拍号说明和时号结合在一起，可以直观地表达原来简谱中的拍号，且图示的方式表达更让人一目了然；调号说明、拍号说明和时号说明，在曲谱开始时进行说明，如果乐曲在中途不改变的话，只在开始的地方说明一次即可，如果中途有变化，还需要标画新的调号、拍号和时号说明；若只是节拍变化，则只用改变时号说明。

8.根据权利要求7所述的一种无级变调及揉键变音的恒定唱名键盘数码视唱琴，其特征在于采用分小节的形式记谱；每个小节和拍号说明一样，内含相应的节拍数；每个节拍用1个记谱方框来表示；音符记在记谱方框内；不论记谱方框里面放置多少个音符，它的长宽都固定，这样和时间严格对应，每节的长度也固定，使谱看起来很规整；当某时刻有多个音时候，则记谱方框由低音到高音或高音到低音重叠在一起。

9.根据权利要求8所述的一种无级变调及揉键变音的恒定唱名键盘数码视唱琴，其特征在于上述音符包括扩展唱名组“1、1⁺、2、2⁺、3、4、4⁺、5、5⁺、6、6⁺、7”，以及延长音“-”或者“＝”或者“》》”、休止音“0”；扩展唱名组可以完全对应钢琴一个八度的12个键；扩展唱名“1⁺、2⁺、4⁺、5⁺、6⁺”对应钢琴一个八度的5个黑键，由于是简谱7个唱名的扩展，故称为扩展唱名；高低音的记法在音符的正上方或者右边或下方或者左边加点，点的排列用金字塔的形式，美观简洁，占用的地方少，让人一目了然，在其上方或者右边代表高音，在其下方或者左边代表低音；上述1个记谱方框里面可以有N个音符，每个音符的音值是N等分；上述1个记谱方框里面要放置多个音符且放不下时，采用注解的形式或者重新定义时号，重新定义时号可以是改变时号值，也可以是增加方框的个数；上述记谱方框里面放置的音符，其字体加粗，表明弹奏力度加强；上述记谱方框里面的填充颜色对应唱名键盘琴唱名键上标注的数字唱名外框的底色，若在某组唱名键组里弹奏，则填充上这组唱名键组里这些唱名键的数字唱名的底色。

10.根据权利要求7所述的一种无级变调及揉键变音的恒定唱名键盘数码视唱琴，其特征在于可以静态展示，也可以在电子显示屏上显示，且可以随着节拍滚动显示；弹奏时用电子滚动实时显示，这时谱里面有弹奏时刻线，可以实时跟着弹奏时刻线弹奏；彩色图示矢量简谱具有多种形式的展现：

紧凑型：和简谱类似，比简谱形象和易读；

功能型：可分男生、女生的乐曲，或者分多个声部，或者是主旋律和配乐之分，或者分成弹奏的左手和右手，这都可以用2排或者多排来展示；

手指型：把彩色图示矢量简谱和弹奏手势结合在一起，共10排线来展示曲谱，对应弹奏的十根手指，把某个手指要弹的音符放在对应的线上，这样直接把曲谱对应到了手势，寓指法于曲谱，易于视唱和弹奏相结合；手指型的展示可以横排展示，也可以竖排展示；

旋转型：彩色图示矢量简谱可以多角度的展示，如0度，为横排展示，弹奏时刻线是一个竖线，曲谱向左翻页，弹奏时刻线向右移动；当旋转顺时针90度，则变成竖排，弹奏时刻线是一条横线，曲谱向上翻页，弹奏时刻线向下移动；当旋转顺时针270度，仍然竖排，弹奏时刻线是一条横线，曲谱向下翻页，弹奏时刻线向上移动；可以任意角度旋转，还可以编辑为立体效果，俯视图的形式，这样可以增强交互式娱乐性，为游戏提供素材；

上述展现可以单独展现，也可以多种形式一起结合展现。