Устройство для обучения музыке

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 6 09 В 15/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4903231/24 (22) 18.01.91 (46) 30.09.92. Бюл. ¹ 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 моИзобретение 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

Ы2 1765842 А1 жет 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, демультиплексор, блок индикации, мультиплексор, регистр, элемент задержки, блок памяти, генератор импульсов, Обучение с помощью устройства более эффективно, т,к. око позволяет не только выявлять ошибку в воспроизводимой ноте, но и отображать воспроизводимую ноту непосредственно на нотном стане. 1 ил, 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 N 4321853, кл. С 09 В 15/02, 1982), содержащее последовательно соединенные микрофон, первый усилитель, триггер Шмидта, блок совпадения, счетчик, микропроцессор, электрокный метроком, цифровой делитель частоты, второй усилитель и громкоговоритель, а также генератор тона с линейкой делителей, первый выход которого соединен со вторым входом блока совпадения, дешифратор/демул ьтиплексор и блок индикации на дискре кых элементах индикации, Устройство позволяет выя .лть тональные и ритмические ошибки, коть;.. е допускают учащиеся во время выпь." ения

, ,, 1765842 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, усилител ь 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 мультиплексормодулятор, 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 которого 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 ус5 тройство соответствует критерию изобретения "новизна".

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

10 мультиплексор, регистр, постоянное запоминающее устройство, генератор модулирующей частоты, делитель модулирующей частоты, мультиплексор-модулятор и блок задержки широко известны, однако их вве15 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 то20 на воспроизвбдимой ноты, и позволяет видеть и корректировать тональную ошибку воспроизведения, что способствует более эффективному обучению нотной грамоте и сольфеджио.

25 На чертеже представлена блок-схема обучающего музыкального устройства.

Устройство содержит:

1 — микрофон;

2 — усилитель;

30 3 — триггер Шмидта;

4 — цифровой делитель частоты;

5 — блок совпадения;

6 — счетчик;

7 — мультиплексор;

35 8 — регистр;

9 — постоянное запоминающее устройство (ПЗУ);

10 — дешифратор;

11 — демультиплексор;

40 12 — блок индикации;

13 — генератор модулирующей частоты;

14 — делитель модулирующей частоты;

15 — мультиплексор-модулятор;

16 — генератор тона;

45 17 — блок задержки;

18 — шину питания;

19 — элементы индикации.

Микрофон 1, усилитель 2, триггер 3

Шмидта цифровой делитель 4 частоты, блок

50 5 совпадения и счетчик 6 соединены последовательно. Мультиплексор 7, регистр 8, ПЗУ 9, дешифратор 10 и демультиплексор также соединены последовательно. Адресный вход мультиплексора-модулятора 15 со55 единен со вторым выходом ПЗУ 9, его первый и второй информационные входы соединены с соответствующими выходами делителя 14 модулирующей частоты, Третий информационный вход мультиплексора-модулятора 15 соединен с выходом генерато1765842

10 ра 13 модулирующей частоты и входом делителя 14 модулирующей частоты. Четвертый информационный вход мультиплексора-модулятора 15 подключен к шине 18 источника питания. Выход генератора 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 музы кал ьного инструмента восп роизводит упражнение перед микрофоном 1, В соответствии с высотой тона воспроизводимой ноты на нотном стане блока 12 индикации воспроизводится световое изображение ноты. При совпадении записанной ноты с воспроизводимой 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 соот15

55 ветствии 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 за и периодов, что устраняет "дерганье" изображения. Число п подбирается экспериментально. При апробировании макета устройства и = 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> выбрана такой, чтобы при ноте "ля" второй октавы (f1 = 880 Гц) количество импульсов, прошедших за этот период, было 131. Эта частота составляет т= — f 131 = 28,280 Гц.

2 и

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 ь, При данной опорной частоте fT десятичные числа, считываемые счетчиком 6 и соответствующие нотам от "ля впервой 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

1765842 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 KO). СЗУ 9 четырехразрядный двоичный 5 код ноты (KH) 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, устанав- 10 ливается на демультиплексоре 11, на выходе которого появляется сигнал, индицирующий один из 24 светодиодов блока 12 индикации. Для модуляции световой индикации используется 3 частоты: частота 15 генератора 13 модулирующей частоты f, и частоты делителя 14 модулирующей частоты

1, 1, а также постоянное напряжение источйика питания, При значительном отклонении от номинала код отклонения равен 00 20 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 25 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 30 подается постоянное напряжение и светодиод 19 светится с постоянной яркостью.

Для реализации устройства использованы микросхемы 155 серии. B качестве мультиплексора 7 и регистра 8 использова- 35 ны две микросхемы 555 КП13, а в качестве

ПЗУ вЂ” две микросхемы 556 РТ4.

Использование зрительного канала в качестве корректирующего для слухового канала позволяет инициировать включение 40 биологической обратной связи, позволяющей фиксировать правильное тональное соответствие в структурах памяти человека.

Устройство не только выявляет ошибку между истинной и воспроизводимой нота- 45 ми, но и позволяет отображать воспроизводимую ноту непосредственно на нотном стане.

Осуществляемое при помощи заявляемого устройства индицирование светового 50 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, посл едовател ьно соединен н ые ми крофон, усилитель, триггер Шмидта и первый делитель частоты, выход которого соединен с вторым информационным входом блока совпадения,отличаю щеес ятем,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.

1765842

Составитель Б.Васильев

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор И,ШУлла

Редактор Т.Орловская

Производственно-издательский ксмбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3386 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5