Устройство для формирования и развития музыкального слуха Советский патент 1992 года по МПК G09B15/08 

v

&

Сущность изобретения: устройство содержит блок генерации образцовых электрических колебаний в диапазоне звуковых частот 1, переключатель 2, реле времени 3, узел прерываний звукового сигнала 4, блок преобразования образцовых электрических колебаний в звуковые 5. повышающий конвертор 6, блок сравнения 7, преобразователь акустических колебаний в электрический сигнал 8, преобразователь гармонического сигнала в постоянную величину 10, узел регулирования чувствительности индикации 11, индикатор ошибки интонирования 12. 1-2-3-4-5, 1-2-5, 8-4, 8-7- 10-11-12, 1-6-7. Зил.

00

ю со

hO

ся

со

Изобретение относится к средствам музыкального обучения и может быть использовано для самостоятельного (без участия преподавателя) формирования и развития музыкального звуковысотного слуха (способности к различению частот акустических колебаний).

Известно, что минимальная разность звуковых частот, при которой данный человек может указать на высотное соотношение (какой звук выше по частоте) двух предъявленных ему звуков, имеющих различную тембровую окраску, находится в строгой зависимости от точности интониро- вания(пропевания) заданной высоты звуков свойственной этому испытуемому.

Также известно, что среди людей в возрасте 20-25 лет более 50% имеют слабовыраженный звуковысотный слух, а около 30% вообще не обнаруживают способности различать частоту звуков и их высотные соотношения. В то же время такая способность может быть сформирована путем налаживания умения подстраивать голос под частоту сначала слышимого звука, а затем и неслышимого после его краткого предъявления (посылки).

Известно устройство для формирования и развития музыкального слуха, содержащее блок генерации образцовых электрических колебаний в диапазоне звуковых частот, преобразователь акустических колебаний в электрический сигнал, соединенный выходом с первым входом блока сравнения, подключенного выходом ко входу преобразователя гармонического сигнала в постоянную величину, индикатор ошибки интонирования, блок преобразования образцовых электрических колебаний в звуковые.

Недостатком известного устройства является невысокая эффективность обучения.

Целью изобретения является повышение эффективности обучения

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для формирования и развития музыкального слуха; на фиг. 2 - пример практической реализации устройства для формирования и развития музыкального слуха, представленного блок-схемой фиг. 1; на фиг. 3 - принципиальная электрическая схема повышающего конвертора частоты.

Устройство для формирования и развития музыкального слуха содержит блок 1 генерации образцовых электрических колебаний в диапазоне звуковых частот, представляющий собой источник электрических сигналов, соответствующих музыкальным звукам, выбираемым с помощью клавиатуры (на фиг. 1 не показана), подключенный

пыходом образцового электрического сигнала ко входу переключателя 2, в зависимости от этапа формирования музыкального слуха соединенного выходом либо непосредственно (I этап), либо через реле времени 3 и узел 4 прерывания звукового сигнала (II этап) со входом блока 5 преобразования образцовых электрических колебаний в звуковые и одновременно - на вход повышаю0 щего конвертора 6, выходной сигнал которого (сдвинутый на постоянную величину по частоте относительно образцового электрического сигнала) связан с одним из входов блока 7 сравнения образцового и

5 контролируемого сигналов, другой вход которого соединен с выходом преобразователя 8 акустических колебаний в электрический сигнал и с управляющим входом 9 узла 4. Выход блока 7 сравнения через

0 преобразователь 10 гармонического сигнала в постоянную величину и узел 11 регули- ровки чувствительности индикации соединен с индикатором 12 ошибки интонирования (выходного сигнала блока 7 сравне5 ния), выполненным с нулем не на краю шкалы и служащим для отображения величины и знака разности частот образцового и контролируемого сигналов.

Пример практической реализации пред0 латаемого устройства для формирования и развития музыкального слуха (фиг. 2).

Блок 1 генерации,образцовых электрических колебаний содержит задающий генератор 13 с частотой колебаний 5 МГц,

5 формирователь 14 образцового электрического сигнала, выполненный на микросхемах делители частоты с произвольным целочисленным коэффициентом деления от 1 до 16000, и клавиатуру 15.

0 Задающий генератор 13 имеет регулятор 16 настройка, позволяющий настраивать блок 1 генерации образцовых электрических колебаний на выдачу сигналов соответствующих чистым музыкальным

5 тонам по камертону или другому музыкальному инструменту.

Сигнал 17 с выхода блока 1 генерации через переключатель 2 ЭТАПЫ в положении переключателя I (1-й этап) поступает на вход

0 блока 5 преобразования образцовых электрических колебаний в звуковые, содержащего усилитель 18 звуковой частоты, имеющий выходы на электродинамический громкоговоритель 19 и головные телефоны

5 20. В положении II переключателя 2 (второй этап формирования звуковысотного слуха) сигнал 17 с выхода блока 1 поступает на реле времени 3, которое размыкает цепь образцового электрического сигнала через 1,5-2 сек после нажатия клавиши извлечения звука и прекращает его поступление на вход 21 узла 4 прерывания звукового сигнала, который включен последовательно с реле времени 3 и размыкает цепь образцового электрического сигнала на входе 22 блока 5 преобразования образцовых электрических колебаний в звуковые сразу после того, как начинается интонирование и на выходе 23 преобразователя 8 акустических колебаний в электрический сигнал, содержащий микрофон 24 и усилитель 25, появится сигнал.

Повышающий конвертор 6, как и формирователь 14 образцового электрического сигнала, выполнен по схеме целочисленного делителя частоты. Его принципиальная электрическая схема приведена на фиг. 3.

Такое техническое решение позволяет обойтись без сложных, особенно на низких частотах, преобразований частоты типа ге- теродинирования или синтеза частот. При этом на вход повышающего конвертора 6, в отличие от более общей схемы на фиг. 1, поступает сигнал 26 непосредственно с выхода задающего генератора 13, а не с выхода 17 образцового электрического сигнала и появляется дополнительная связь между блоком 1 и повышающим конвертором 6, которая показывает что для установки необходимых коэффициентов деления частоты формирователя 14 и конвертора 6 при формировании образцового электрического сигнала и сдвинутого на постоянную частоту относительно него сигнала 27 на выходе повышающего конвертора 6, используется общая клавиатура 15 для извлечения звуков. Например, для получения ноты до первой октавы (частота 261,63 Гц) коэффициент деления формирователя 14 должен быть равен 19111, а для того, чтобы частота сигнала на выходе повышающего конвертора 6 была выше частоты образцового сигнала на 1 кГц, его коэффициент деления должен быть 3963 Сдвиг по частоте необходим Для выявления знака ошибки интонирования и увеличения точности индикации при близких по частоте образцовом и контролируемом сигналах.

Блок 7 сравнения может выполняться по схеме фазочастотного дискриминатора на один вход которого поступает сигнал 27 с выхода повышающего конвертора 6, а на другой вход (через переключатель КАЛИБРОВКА-РАБОТА, который позволяет подключать вход блока 7 либо к выходу преобразователя 8 либо к выходу 17 блока 1) подается контролируемый электрический сигнал 29 с выхода 23 усилителя 25 преобразователя 8. Поскольку переключатель 28 не является принципиальным для работы устройства и, по существу, не изменяет функциональных связей узлов на фиг. 1, на блок-схеме заявляемого устройства он не показан.

На выходе блока 7 сравнения получает5 ся сигнал 30 с частотой, равной разности частот сигналов с выхода повышающего конвертора 6 (сигнал 27) и контролируемого сигнала 29, которая при совпадении частоты контролируемого сигнала с частотой образ0 цового тона будет равна установленному постоянному значению частоты вносимой повышающим конвертором. Например, она может быть равна 1 кГц.

Преобразователь 10 гармонического

5 сигнала в постоянную величину содержит формирователь 31 коротких импульсов в момент перехода напряжения сигнала через ноль, ждущий одновибратор 32 и интегратор 33 с двухполярным выхедом и подстрой0 кой 34 нуля. Частота импульсов на выходе

35ждущего одновибратора 32 пропорциональна разности частот образцового сигнала, сдвинутого вверх по частоте на определенную величину (1 кГц), и контроли5 руемого сигнала. На выходе интегратора 33 формируется двухполярное напряжение, равное нулю при совпадении частот образцового и контролируемого сигналов, т.е. при частоте импульсного сигнала 35 равной 1

0 кГц. Сигнал с выхода интегратора 33 поступает на вход узла 11 регулировки чувстви- тельности индикатора 12, имеющего переключатель 36 чувствительности индикации: в положении ГРУБО переключателя

5 индикатор будет иметь максимальный предел шкалы, например, плюс-минус 150 Гц (ошибка интонирования порядка октавы), в положении ТОЧНО - минимальный предел шкалы, например, плюс-минус 20 Гц(ошиб0 ка интонирования порядка одного музыкального тона), а в положении АРУ шкала индикатора будет квазилогарифмической с максимальной линейностью в области совпадения образцового и контролируемого

5 сигналов (в области нулевых показаний индикатора). В положении АРУ переключателя

36сигнал на индикаторе 12 поступает через усилитель 37 постоянного тока с автоматической регулировкой усиления, собранной

0 по стандартной схеме АРУ вперед, и сигнальный индикатор 38 с пороговым устройством, которое может быть выполнено на дифференциальных усилителях и логической микросхеме, включающей светодиод

5 при близком к нулю уровне сигнала на входе индикатора 12 ошибки интонирования, в качестве которого может использоваться стрелочный прибор с нулем посередине шкалы, соответствующей чувствительности, или индикатор другого типа, показывающий знак

и величину подаваемого на него сигнала. Индикатор может быть проградуирован в герцах, центах (1/200 музыкального тона) или в условных единицах и, соответственно, иметь несколько шкал по числу положений переключателя 36 узла 11 регулировки чувствительности индикации.

Повышающий конвертор 6 частоты выполнен (фиг. 3) на микросхеме 39 делителя частоты с произвольным коэффициентом деления, на вход С которого подается сигнал с частотой порядка 5 МГц от задающего генератора 13, а на выходе Q получается сигнал с частотой, превышающей частоту образцового звукового сигнала на 1 кГц. Необходимый коэффициент деления задается при замыкании контактов клавишей 40 с помощью шифратора на четырехвходовом схемах ИЛИ 41 через развязывающие диоды 42.

Работа устройства происходит следующим образом.

Нажатием клавиши блока 1 генерации выбирается образцовый звук, воспроизводимый узлом 5 (переключатель 2 в положе- нии I ЭТАП), а воспроизводимый голосом контролируемый тон поступает на микрофон преобразователя 8 акустических колебаний в электрический сигнал: при этом на выходе блока 7 сравнения, выполненного в виде частотно-фазового детектора, при совпадении по частоте интонируемого обучающимся звука с образцовым появится сигнал с частотой, равной частоте переноса повышающего конвертора 6. Если частота инто- нирования будет больше или меньше образцовой, то на выходе блока 7 сравнения частота сигнала будет соответственно меньше или больше частоты переноса конвертора б, при этом на выходе частотно-аналогового преобразователя 10 гармойического сигнала в постоянную величину появляется постоянное напряжение, пропорциональное б клойенй1о частоты контролируемого сигнала от частоты образ- цовог б сиг |3ла и Имеющее знак, сбответст- вующий знаку разности частот. Оптимальная чувствительность индикатора 12 ошибки интонирования выбирается с помощью включенного на его входе узла 11 регулировки чувствительности индикации, имеющего также автоматический режим, при котором максимальная чувствительность и линейность показаний индикатора достигается при минимальном сигнале на его входе, кроме того, узел 11 имеет сигнальный индикатор (светодиод), отмечающий переход через ноль и нулевые показания индикатора 12 ошибки интонирования.

При работе устройства в режиме второго этапа формирования звуковысотного слуха (переключатель 2 в положении II ЭТАП) реле времени 3 прекращает подачу электрического сигнала с блока 1 генерации образцовых электрических колебаний на узел 5 преобразования электрических колебаний в звуковые через 1,5-2 с после нажатия клавиши и начала воспроизведения образцового звука; при этом электрический образцовый сигнал продолжает поступать через конвертор 6 на блок сравнения 7 (пока клавиша удерживается в нажатом положении) и контроль интонирования образцового звука после его краткой посылки осуществляется так же, как и в режиме I этапа. Узел 4 прерывания звукового сигнала служит для того, чтобы прекращать подачу образцового звука, если вокализация начата раньше, чем сработает реле времени.

Обучение с помощью устройства для формирования и развития музыкального слуха производится следующим образом:

с помощью клавиатуры 15 выбирается звук, удобный для ич тонирования (пропева- ния) голосом;

переключатель 2 ЭТАПЫ ставится в положение I:

переключатель КАЛИБРОВКА-РАБОТА в положение КАЛИБРОВКА;

регулятор 36 чувствительности индикации в положение ТОЧНО (максимальная чувствительность);

регулировкой 34 подстройка О устанавливаются нулевые показания индикатора 12 ошибки интонирования;

переключатель КАЛИБРОВКА-РАБОТА ставится в положение РАБОТА;

микрофон 24 устройства подносится к губам на расстоянии 3-10 см. нажатием клавиши на клавиатуре 15 извлекается выбранный звук и производится попытка интонировать частоту образцового звука;

следя за показаниями индикатора, добиваются совпадения частоты пропеваемо го звука с образцовым (нулевые показания индикатора 12 и загорание сигнального све- тодиода 38); при необходимости чувствиг тельность индикатора может быт| уменьшена или переведена в режим автоматической регулировки (положения регулято/ ра 11 ГРУБО или АРУ соответственно), чтр увеличивает диапазон контролируемый ошибок интонирования;

после налаживания интонирования одного звука переходят к интонированию других близлежащих звуков, при необходимости подстраивая О индикатора в режиме калибровки;

после приобретения устойчивого навыка быстрой подстройки голоса под частоту звучащего образцового тона переходят ко второму этапу формирования звуковысот- ного слуха (переключатель 2 ЭТАПЫ в положении II) - выполнению таких же упражнений, как и на первом этапе, но начиная интонирование после прекращения звучания образцового звука, не отпуская клавиши воспроизведения звука;

добиваются настройки голосовых связок на нужную частоту до начала громкого пропевания. о чем можно судить по мгновенной, после начала интонирования, установке на О показаний индикатора при максимальной его чувствительности;

после отработки и закрепления первых двух этапов обучения переходят к третьему - проверке и развитию абсолютного слуха, т.е. интонированию образцовых звуков по памяти, для этого:

произвести настройку музыкального инструмента по камертону ля (440 Гц), поднеся его к микрофону и нажав соответствующую клавишу (предварительно проведя калибровку индикатора на этом звуке) вращением шлица НАСТРОЙКА 34 установить нулевые показания индикатора;

поставив переключатель 2 ЭТАПЫ в положение I, воспроизвести ряд звуков (например, в пределах одной октавы) и постаратьйя запомнить их звучание:

поставив переключатель 2 ЭТАПЫ в положение 111. нажать клавишу, соответствующую звуку, который обучающийся желает воспроизвести по памяти и, не отпуская ее, начать вокализацию в микрофон, контролируя себя по показаниям индикатора.

Следует иметь в виду, что отсутствие абсолютного слуха не свидетельствует о неразвитости звуковысотного слуха как способности к различению частотных соотношений двух слышимых звуковых сигналов, которая гарантированно формируется на первых двух этапах (а иногда даже после первого) и оценивается по специальной методике (см. 1J

Налаживание интонирования образцового звука на первом этапе обучения создает условия, необходимые для формирования звуковысотного слуха. Второй этап обучения создает условия, способствующие переводу во внутренний план психики выработанных на первом этапе навыков подстройки голосового аппарата обучающегося к частоте образцового тона, что является достаточным условием формирования способности различения высоты слышимых звуков без их громкого пропевания, т.е. собственно звуковысотного слуха.

Изобретение обеспечивает эффективный самоконтроль обучающегося при формировании и развитии звуковысотного слуха, используя принцип поэтапного формирования навыков и умственных способностей на полной ориентировочной основе действия - методике разработанной школой П.Я.Гальперина.

Сама методика формирования и разви0 тия звуковысотного слуха, включающая этап налаживания интонирования слышимого образцового звука, а затем этап пропевания образцового тона после окончания его предъявления, проходила апробацию и исс5 ледовалась на большой группе испытуемых и показала безусловную эффективность и стабильность результатов, что является следствием использования в ней объективных психологических и психофизических за0 кономерностей.

Предлагаемое устройство позволяет сделать более эффективным сам процесс налаживания интонирования образцового звука и осуществлять самостоятельное (без

5 участия обучающего), в том числе в игровой форме, формирование и развитие музыкальных способностей практически у каждого человека независимо от возраста и исходных музыкальных данных за счет обеспече0 ния попчой ориентировочной основы действия.

Устройство может быть выполнено в виде детской электромузыкальной игрушки или инструмента (ЭМИ) и использоваться в

5 детских садах, общеобразовательных и музыкальных школах, а также в семье и для личное пользования

Освоение выпуска данного устройства е различных его вариантах и в достаточном

0 количестве сократит число людей, не имеющих звуковысотного слуха, являющегося основой музыкальных способностей, путем повышения эффективности начального музыкального образования, в несколько раз

5 сократив срок формирования музыкального слуха и сделав гарантированным его качество, что следует из общих свойств метода поэтапного формирования способностей на полной ориентировочной основе действия.

0 Формула изобретения

Устройство для формирования и развития музыкального слуха, содержащее блок генерации образцовых электрических колебаний в диапазоне звуковых частот, преоб5 разователь акустических колебаний в электрический сигнал, соединенный выходом с первым входом блока сравнения, подключенного выходом к входу преобразователя гармонического сигнала в постоянную величину, индикатор ошибки

интонирования и блок преобразования образцовых электрических колебаний в звуковые отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности обучения оно снабжено последовательно соединенными реле времени и узлом прерывания звукового сигнала, повышающим конвертором и узлом регулирования чувствительности индикации, соединенным выходом с входом индикатора ошибки интонирования, выход блока генерации образцовых электрических колебаний в диапазоне звуковых частот связан с входами блока преобразования образ0

цовых электрических колебаний в звуковые, реле времени и повышающего конвертора, который выходом подключен к второму входу блока сравнения, выход преобразователя акустических колебаний в электрический сигнал подключен к дополнительному входу узла прерывания звукового сигнала, соединенного выходом с входом блока преобразования образцовых электрических колебаний в звуковые, а выход преобразователя гармонического сигнала в постоянную величину подключен к входу узла регулирования чувствительности индикации.

SL

Vv)

л

I M

Я

hfayjcy

fa ,&

Фиъ.З

Отзидаю-Р щего генератора

5МГу