Устройство для обучения музыке Советский патент 1992 года по МПК G09B15/02 

1

(21)4903231/24

(22) 18.01.91

(46) 30.09.92. Бюл. № 36

(71)Всесоюзный научно-исследовательский институт Электронстандарт

(72)Б.А.Васильев, В.П.Иванькович, А.К.Скорлупкин и Д.Ф.Денисова

(56)Патент США

№ 4321853, кл. G 09 В 15/02, 1982.

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ МУЗЫКЕ

(57)Изобретение относится к техническим средствам обучения, в частности обучения музыкальной грамоте и сольфеджио, и может быть использовано при разработке обучающих музыкальных устройств. Цель изобретения - повышение эффективности обучения. Устройство содержит микрофон, усилитель, триггер Шмидта, два делителя частоты, блок совпадения, счетчик, генератор звуковой частоты, дешифратор, демультип- лексор, блок индикации, мультиплексор, регистр, элемент задержки, блок памяти, генератор импульсов. Обучение с помощью устройства более эффективно, т,к. оно позволяет не только выявлять ошибку в воспроизводимой ноте, но и отображать воспроизводимую ноту непосредственно на нотном стане. 1 ил.

Изобретение относится к техническим средствам обучения, в частности для обучения музыкальной грамоте и сольфеджио, и может быть использовано при разработке обучающих музыкальных устройств.

Известны обучающие устройства, использующие зрительный канал получения информации для корректировки звукового канала (заявка Японии № 63-33159, кл. С 09 В 15/02, 1988).

Однако в данном устройстве различие между предполагаемым и действительным звуками индицируется на двух световых индикаторах, что приводит к низкой эффективности обучения.

В другом известном устройстве (заявка Японии № 61-26066, кл. С 09 В 15/00, 1986) происходит оценка голоса и сравнение с эталонным музыкальным упражнением.

Однако данное устройство очень громоздко из-за большого количества фильтров, а система отображения ошибки имеет

низкую точность, что также приводит к малой эффективности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа обучающее музыкальное устройство для тренировки органов слуха (патент США № 4321853, кл. С 09 В 15/02. 1982), содержащее последовательно соединенные микрофон, первый усилитель, триггер Шмидта, блок совпадения, счетчик, микропроцессор, электронный метроном, цифровой делитель частоты, второй усилитель и громкоговоритель, а также генератор тона с линейкой делителей, первый выход которого соединен со вторым входом блока совпадения, дешифратор/демультиплексор и блок индикации на дискретных элементах индикации.

Устройство позволяет тональные и ритмические ошибки, допускают учащиеся во время выпох ения

СО

с

VI о ел со

Ьь

го

музыкальных упражнений. При этом обеспечивается визуальное отображение как типа, так и величины ошибки.

Недостатком известного устройства является неудобство отображения визуальной информации, находящейся в отрыве от читаемых с листа нот, что уменьшает эффективность обучения.

Кроме того, устройство имеет достаточно сложную конструкцию.

Целью изобретения является повышение эффективности обучения и упрощение устройства.

Указанная цель достигается тем, что в обучающее музыкальное устройство, содержащее последовательно соединенные микрофон, усилитель триггер Шмидта,, цифровой делитель частоты, блок совпадения, счетчик, генератор тона, выход которого соединен со вторым входом блока совпадения, дешифратор, демультиплексор и блок индикации на дискретных элементах индикации, дополнительно введены последовательно соединенные мультиплексор- модулятор, регистр, постоянное запоминающее устройство, а также генератор модулирующей частоты, делитель модулирующей частоты, мультиплексор и блок задержки. Адресный вход мультиплексора- модулятора соединен со вторым выходом постоянного запоминающего устройства, его первый и второй информационные входы соединены с соответствующими выходами делителя модулирующей частоты. Третий информационный вход мультиплексора-модулятора соединен с выходом генератора модулирующей частоты и входом делителя модулирующей частоты, четвертый информационный вход мультиплексора-модулятора соединен с шиной питания, а его выход - с общим проводом питания дискретных элементов индикации блока индикации. Сигнальные входы мультиплексора соединены с соответствующими выходами счетчика, тактовый вход регистра соединен с выходом цифрового делителя частоты и входом блока задержки, выход кото- рого соединен с входом обнуления счетчика. Адресные входы мультиплексора и демультиплексора соединены с выходом старшего разряда счетчика, выходы демультиплексора соединены со входами соответствующих дискретных элементов индикации блока индикации.

Сопоставительный анализ заявляемого устройства с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от прототипа наличием новых блоков: мультиплексора, регистра, постоянного запоминающего устройства, генератора модулирующей частоты, делителя модулирующей частоты, мультиплексора-модулятора, блока задержки и их связями с остальными элементами устройства. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения новизна.

Сравнение заявляемого технического решения с другими решениями в данной и смежных областях техники показывает, что

0 мультиплексор, регистр, постоянное запоминающее устройство, генератор модулирующей частоты, делитель модулирующей частоты, мультиплексор-модулятор и блок задержки широко известны, однако их вве5 дение в устройство с указанными связями с остальными блоками заявляемого устройства приводит и к упрощению устройства, а также к возможности индицирования светового сигнала, соответствующего высоте то0 на воспроизводимой ноты, и позволяет видеть и корректировать тональную ошибку воспроизведения, что способствует более эффективному обучению нотной грамоте и сольфеджио.

5 На чертеже представлена блок-схема обучающего музыкального устройства. Устройство содержит:

1- микрофон;

2- усилитель;

0 3 - триггер Шмидта;

4- цифровой делитель частоты;

5- блок совпадения;

6- счетчик;

7- мультиплексор; 5 8 - регистр;

9 - постоянное запоминающее устройство (ПЗУ);

10-дешифратор; 11 -демультиплексор; 0 12 - блок индикации;

13- генератор модулирующей частоты;

14- делитель модулирующей частоты;

15- мультиплексор-модулятор;

16- генератор тона; 5 17 - блок задержки;

18- шину питания;

19- элементы индикации. Микрофон 1, усилитель 2, триггер 3

Шмидта цифровой делитель 4 частоты, блок 0 5 совпадения и счетчик 6 соединены последовательно. Мультиплексор 7, регистр 8, ПЗУ 9, дешифратор 10 и демультиплексор также соединены последовательно. Адресный вход мультиплексора-модулятора 15со- 5 единен со вторым выходом ПЗУ 9, его первый и второй информационные входы соединены с соответствующими выходами делителя 14 модулирующей частоты. Третий информационный вход мультиплексора-мо- дулятора 15 соединен с выходом генератоpa 13 модулирующей частоты и входом делителя 14 модулирующей частоты. Четвертый - информационныйвход мультиплексора-модулятора 15 подключен к шине 18 источника питания. Выход гене- ратора 16 тона соединен со вторым входом блока 5 совпадения. Вход блока 17 задержки соединен с выходом цифрового делителя 4 частоты и с тактовым входом регистра 8, а его выход - с входом обнуления счетчика 6. Выходы разрядов счетчика 6 соединены с соответствующими входами мультиплексора 7, а выход старшего разряда счетчика 6 кроме того,соединен с адресными входами мультиплексора 7 и демультиплексора 11, Выходы демультиплексора 11 соединены со входами соответствующих элементов 19 индикации блока 12 индикации. Выход мультиплексора-модулятора 15 соединен с общим проводом питания элементов 19 индикации блока 12 индикации. Выход мультиплексора-модулятора 15 соединен с общим проводом питания элементов 19 индикации блока 12 индикации. В качестве элементов индикации могут использоваться светодиоды, лампы накаливания, неоновые лампы и др.

Устройство работает следующим образом.

Перед учащимся на блоке 12 индикации, на котором на пяти линиях нотного стана вертикально в две колонки расположены дискретные элементы индикации, например светодиоды, соответствующие 24 нотам двух октав, причем одна колонка с чистыми нотами, другая - с диезами или бемолями, прикрепляется лист бумаги, на котором также изображен нотный стан с требуемым для воспроизведения музыкальным упражнением, причем линии нотного стана на блоке 12 индикации должны совпадать с линиями нотного стана бумаги, и светодиоды 19 должны располагаться в начале текста упражнения. Учащийся голосом или с помощью музыкального инструмента воспроизводит упражнение перед микрофоном 1. В соот- ветствии с высотой тона воспроизводимой ноты на нотном стане блока 12 индикации воспроизводится световое изображение ноты. При совпадении записанной ноты с вос- производимой световое изображение находится на уровне этой ноты. Это совпадение говорит только о грубом соответствии.

Точное соответствие определяется по световой модуляции изображаемой ноты. Например, при значительной ошибке изображение мигает с высокой частотой (или имеет малую яркость). По мере уменьшения ошибки частота миганий уменьшается (или яркость увеличивается) и при точном соответствии высоты тона изображение имеет постоянную яркость (или максимальную).

Сигнал от голоса или музыкального инструмента, проходя через микрофон 1 и усилитель 2, попадает на триггер 3 Шмидта. Здесь он преобразуется в периодический импульсный сигнал, период которого пропорционален периоду основной гармоники входного звукового сигнала. Этот сигнал подается на цифровой делитель 4 частоты, где он делится в раз. Это деление необходимо для усреднения периода основного сигнала зап периодов, что устраняет дерганье изображения. Число п подбирается экспериментально. При апробировании макета устройства п 8.

Для оценки периода полученного сигнала, он подается на первый вход блока 5 совпадения, на второй вход которого подается опорный сигнал от генератора 16 тона. Счетчик 6 считает количество импульсов, прошедших за время длительности сигнала. Таким образом, число импульсов пропорционально периоду входного звукового сигнала. Опорная частота f 1 выбрана такой, чтобы при ноте ля второй октавы (fi 880 Гц) количество импульсов, прошедших за этот период, было 131. Эта частота составляет

fi -f.131 28,280 Гц.

Принципиально числа и частоты могут быть другими, но при ограничении 8-ю разрядами счетчика в двоичном коде эти числа оптимальные и обеспечивают точность воспроизведения нот равномерно темперированного ряда не хуже 0,18%. При данной опорной частоте fT десятичные числа, считываемые счетчиком 6 и соответствующие нотам от ля #первой октавы до ля второй октавы, будут следующими; 247, 233, 220, 208, 196, 185, 175, 165, 156, 147, 139, 131.

Для того, чтобы расширить диапазон работы устройства в 2 раза до ноты ля # основной октавы (f 233 Гц), используется мультиплексор 7, управляемый по адресному входу сигналом старшего (9-го) разряда счетчика 6 и производящий съем информации по сигнальному входу с 8-ми старших задействованных разрядов счетчика 6 (для верхней октавы съем производится с 1-8 разрядов, для нижней - с 2-9 разрядов). Код счетчика 6, пройдя через мультиплексор 7, фиксируется на регистре 8 задним фронтом импульса с цифрового делителя 4 частоты, после чего через время задержки на блоке 17 задержки счетчик 6 обнуляется. Зафиксированный на регистре 8 восьмиразрядный код числа, пропорциональный периоду входного звукового сигнала, является адресом ПЗУ 9. В каждом адресе ПЗУ 9 хранится

информация о том, в зоне какой ноты данный сигнал находится (код ноты КН), как далеко данный сигнал находится от эталона этой ноты или совпадает с ним (код отклонения КО). СЗУ 9 четырехразрядный двоичный код ноты (КН) поступает на вход дешифратора 10, где он преобразуется в сигнал, соответствующий одной из 12 нот октавы. Номер октавы, определяемый сигналом старшего 9-го разряда счетчика 6, устанавливается на демультиплексоре 11, на выходе которого появляется сигнал, индицирующий один из 24 светодиодов блока 12 индикации. Для модуляции световой индикации используется 3 частоты: частота генератора 13 модулирующей частоты f, и частоты делителя 14 модулирующей частоты f2, fj, а также постоянное напряжение источника питания. При значительном отклонении от номинала код отклонения равен 00 и мультиплексор-модулятор 15 пропускает на блок 12 индикации пульсирующее напряжение максимальной частоты.

При меньшем отклонении от номинала код отклонения равен 01 и частота миганий в 2 раза меньше (f /2). При малых отклонениях от номинала код отклонения равен 10 и частота миганий минимальная (f/4). При точном соответствии номиналу код отклонения равен 11 и на вход блока 12 индикации подается постоянное напряжение и свето- диод 19 светится с постоянной яркостью.

Для реализации устройства использованы микросхемы 155 серии. В качестве мультиплексора 7 и регистра 8 использованы две микросхемы 555 КП13, а в качестве ПЗУ - две микросхемы 556 РТ4.

Использование зрительного канала в качестве корректирующего для слухового канала позволяет инициировать включение биологической обратной связи, позволяющей фиксировать правильное тональное соответствие в структурах памяти человека.

Устройство не только выявляет ошибку между истинной и воспроизводимой нотами, но и позволяет отображать воспроизводимую ноту непосредственно на нотном стане.

Осуществляемое при помощи заявляемого устройства индицирование светового сигнала, соответствующее высоте тона воспроизводимой ноты, непосредственно на нотном стане, на котором записано музыкальное упражнение, и дающее возможность видеть и корректировать тональную ошибку воспроизведения, способствует более эффективному обучению.

Заявляемое устройство проще прототипа и по структуре, и по реализации, т.к. исключается использование в схеме микропроцессора, который является весьма сложным конструктивным элементом.

Кроме того, устройство технологично в изготовлении, поскольку практически не требует процесса наладки и может быть изготовлено в портативном переносном варианте с автономным питанием.

Формула изобретения

Устройство для обучения музыке, содержащее счетчик, блок индикации, блок совпадения и генератор звуковой частоты, выход которого соединен с первым информационным входом блока совпадения, выход которого соединен со счетным входом счетчика, последовательно соединенные микрофон, усилитель, триггер Шмидта и первый делитель частоты, выход которого соединен с

вторым информационным входом блока совпадения, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности обучения, в него введены два мультиплексора, элемент задержки, регистр, блок памяти,

дешифратор, второй делитель частоты и генератор импульсов, выход которого соединен с входом второго делителя частоты, выходы которого и выход генератора импульсов соединены с управляющими входами первого мультиплексора, выход которого соединен с управляющим входом блока индикации, информационные входы которого соединены с выходами демультиплексора, управляющий вход которого соединен с управляющим входом второго мультиплексора и с одним из выходов счетчика, выходы которого соединены с информационными входами второго мультиплексора, выходы которого соединены с информационными

входами регистра, выходы которого соединены с адресными входами блока памяти, выходы которого соединены с входами дешифратора, выходы которого соединены с информационными входами демультиплексора, выход делителя частоты соединен с управляющим входом регистра и через элемент задержки - с установочным входом счетчика.