樂器及使用控制表面控制樂器和附件的方法
【技術領域】
[0001]本發明大體上涉及樂器，并且更具體地涉及樂器和使用運動敏感控制表面來控制樂器和附件的方法。
【背景技術】
[0002]樂器一直在提供娛樂的社會、社交、自我表現和許多人的生計來源中為普遍的。樂器和相關的附件由專業和業余音樂人使用來生成、改變、發送和重放音頻信號。來自樂器的音頻信號典型地是模擬信號，其包含連續范圍內的值的相繼進行。音頻信號還可在性質上是數字的，包含一系列的二進制的一和零的值。
[0003]吉他是由業余音樂人和專業音樂人兩者使用的一類樂器。吉他通過將張緊的弦中的一個或更多個從中性位置移位，在弦返回到中性位置時引起弦振動來彈奏。在電吉他的情況下，拾音器附接于吉他弦下方，以響應于弦的移動來生成或調制電信號。電信號從吉他傳送到外部設備，例如，放大器和揚聲器，用于重放對應于振動弦的聲音。
[0004]吉他和其它樂器通常連同相關音樂附件如麥克風、音頻放大器、揚聲器、混音器、合成器、采樣器、效果踏板、擴音系統、數字記錄器和其它類似裝置使用。裝置用于控制、獲取、改變、組合、儲存和回放源于樂器的音頻信號。吉他和相關附件包括位于吉他或附件的表面或前面板上的手動控制器。例如，電吉他具有控制開關，其選擇一個或更多個拾音器來作為音頻信號源，以及控制旋鈕，其確定從吉他輸出的音頻信號的音量和音調質量。音頻放大器具有控制旋鈕、按鈕、滑動器和開關，用于放大、音量、增益、濾波、音調平衡、聲音效果、低音、高音、中音、混響保壓、混響混音、顫音速度和顫音強度。多聲道混音器具有用于各個輸入聲道的控制器，以及影響各個聲道的附加主控制器。效果箱具有用于將失真、動態、濾波、音高/頻率、基于時間、反饋/維持或其它效果添加至音頻信號的控制器。
[0005]來自吉他和相關附件的音頻信號輸出通過將各種機械接口(例如，開關、旋鈕、按鈕、腳踏板和滑動器)移動至期望設置來控制和操縱。在許多情況下，一個機械接口控制一個系統設置。旋鈕控制音頻放大器的音量，開關控制拾音器，按鈕控制合成器，腳踏板選擇效果，滑動器控制低音等。設置、調整和協調所有機械接口來控制吉他和各種外部設備和附件是耗時的任務，并且通常涉及在表演期間的控制器的調整。吉他彈奏者必須在實際彈奏吉他外花費時間來調整吉他、設備和附件上的控制器。在實況演出期間，設備和附件可位于舞臺上的各個位置處。附件之間的距離妨礙了吉他彈奏者緊接地調整和構造所有附件，并且大體上使得難以控制整個系統。等待吉他彈奏者調整吉他、音頻放大器、合成器、效果箱和揚聲器上的機械接口有損于表演。
【發明內容】
[0006]存在的需要在于允許音樂人修改音頻信號和控制來自吉他的附件。因此，在一個實施例中，本發明為一種構造和控制樂器的方法，其包括以下步驟:提供吉他、將控制表面設置在吉他上面、相對于控制表面執行手勢、響應于手勢產生控制信號，以及響應于控制信號來修改由吉他生成的音頻信號。
[0007]在另一個實施例中，本發明為一種構造和控制樂器的方法，其包括以下步驟:提供包括控制表面的第一樂器、將作為手勢的使用者交互提供到控制表面中，以及響應于使用者交互來產生控制信號。
[0008]在另一個實施例中，本發明為一種包括弦樂器的樂器，該弦樂器包括控制表面。控制系統連接于弦樂器的控制表面，響應于相對于控制表面執行的手勢。
[0009]在另一個實施例中，本發明為一種樂器，其包括聯接于樂器的控制表面且響應于相對于控制表面執行的手勢的控制系統。
【附圖說明】
[0010]圖1示出了包括動作敏感控制表面的吉他；
圖2a-2b示出了使用者與吉他上的運動敏感控制表面的交互；
圖3a_3g示出了在吉他上的運動敏感控制表面上面執行的多個手勢；
圖4a_4d示出了具有聯接于控制系統的運動敏感控制表面的吉他；
圖5示出了用于控制樂器和附件的控制系統的功能框圖；
圖6示出了基于由使用者交互作出的手勢的變化的xyz坐標；
圖7示出了具有運動敏感控制表面的吉他和其它樂器及通過通信網絡連接的相關附件；
圖8a-8d示出了具有控制樂器和相關附件的控制表面的吉他；以及圖9示出了用于布置樂器和通過通信網絡連接的音樂相關的附件的具有特殊效果的舞臺。
【具體實施方式】
[0011]在參照附圖的以下描述中的一個或更多個實施例中描述了本發明，其中相似的數字表示相同或類似的元件。盡管按照實現本發明的目的的最佳模式描述了本發明，但本領域的技術人員將認識到，本公開內容旨在覆蓋可包括在如由所附權利要求和由以下公開內容和附圖支持的權利要求等同物限定的本發明的精神和范圍內的備選方案、改型以及等同物。
[0012]吉他彈奏涉及使一條或更多條張緊的弦從中性位置轉移，在弦返回到中性位置時引起弦振動。電吉他使用電磁拾音器和放大器來產生聲音。拾音器附接于吉他，并且響應于弦的移動來生成或調制電信號。電信號以與各個頻率分量相關聯的振幅在一定范圍或頻譜的頻率內擴展。各種信號處理和調節典型地在音頻信號上執行。來自吉他的音頻信號通過機載設備發送，例如，拾音器和內部電路，并且通過外部附件，例如，放大器、揚聲器、混音器、合成器、效果踏板和采樣器，用于信號處理和聲音重放。信號處理包括放大、濾波、均衡、添加聲音效果、使用者限定的模塊和其它信號處理功能，其調整功率水平并且加強音頻信號的信號性質。盡管通常與電子儀器一起使用，但信號處理和調節還可在來自其它樂器、設備和聲音的音頻信號上執行。通過添加失真、動態、濾波、音高/頻率、基于時間、反饋/維持或其它效果來改變音頻信號允許了吉他彈奏者或其它音樂人在實況演出期間和在工作室中產生定制聲音。
[0013]圖1示出了包括本體12、頸部14和弦16的電吉他10。橋接件18使用粘合劑、螺釘、夾子或其它適合的附接機構附連于本體12。橋接件18錨定和支承弦16的一端。電吉他10的頸部14包括頭架20和指板22。機頭24附接于頭架20，并且錨定弦16的相對端。通過轉動機頭24，弦16的張力被調整，并且吉他10被調節。護板或防刮板25附接于本體12。護板25保護吉他免于在彈奏期間由吉他撥片破壞或劃出痕。護板25可為塑料、丙烯酸玻璃、聚氯乙烯、玻璃、夾板、織物、金屬、動物皮、珠母貝或其它適合的保護材料。護板25使用粘合劑、螺釘、夾子或其它適合的附接機構安裝于本體12。護板25針對功能和美觀兩者可切割或模制成任何形狀。內部電路和吉他10的其它功能方面可通過除去護板25來接近。
[0014]拾音器26使用粘合劑、螺釘、夾子或其它適合的附接機構安裝于本體12。拾音器26設置在弦16下方。拾音器26將弦移動轉換成表示來自振動弦的預計聲音的電信號。音頻輸出插孔28附連于本體12。由拾音器26生成的電信號從吉他10通過音頻輸出插孔28輸出。音頻信號和控制信號從音頻輸出插孔28發送到外部裝置，例如，放大器和揚聲器，用于信號調節和聲音重放。
[0015]觸摸板30使用螺釘、粘合劑、夾子、摩擦聯接或其它適合的附接機構附接于護板25。作為備選，觸摸板30可直接附接于本體12。在吉他的彈奏操作期間，觸摸板30定位成鄰近弦16或手的位置。觸摸板30還可設置在橋接件18與本體12的遠側邊緣之間。觸摸板30的位置選擇成允許吉他彈奏者快速、容易且人體工程學地接近觸摸板，同時彈奏弦16，或以避免破壞彈奏節奏的方式以彈奏動作的相對短的中斷。
[0016]觸摸板30為用于通過接觸或運動來感測或檢測使用者交互的運動敏感控制表面，例如，手指在觸摸板上或上面移動，并且向使用者交互控制系統(UICS) 32提供感測信號，使用者交互控制系統(UICS) 32并入吉他10中，例如，在護板25后方在本體12內。作為備選，UICS32可位于本體12內的其它區域中，或在吉他10上面遠離觸摸板10。UICS32響應于來自觸摸板30的感測信號操作，并且解釋作為手勢的接觸或運動的全部來提供指令以實現一定數量的信號處理能力以及與吉他10和與吉他10 —起使用的外部設備相關聯的其它控制功能。手勢可為旨在虛擬控制吉他10的任何身體移動(手、手指、手臂、腿、腳、頭等)。UICS32將控制信號發送到吉他10的內部電路。控制信號在音頻信號從音頻輸出插孔28輸出之前改變和控制音頻信號。例如，UICS32發送控制信號，引起選擇吉他10上的特定組的拾音器26，或者UICS32發送控制信號，引起吉他10上的信號處理單元將聲音效果例如延遲添加至由拾音器26生成的音頻信號。作為備選，UICS32經由輸出插孔28傳輸來控制外部放大器和其它設備，以修改音頻信號或另外控制設備。
[0017]觸摸板30連接于UICS32，以允許吉他彈奏者經由相對于觸摸板的接觸和運動來將命令輸入至吉他10和外部設備。觸摸板30能夠檢測多個接觸或運動點的存在和位置。觸摸板30檢測沿橫跨觸摸板水平地延伸的X軸線、沿橫跨觸摸板垂直地延伸的正交于X軸線的I軸線以及在從觸摸板的表面34正交地延伸的z軸線上的接觸點的位置。觸摸板30構造成檢測多種類型的使用者交互，例如，接觸表面34以及感測在表面34上面執行的動作。觸摸板30基于與手指、手、吉他撥片或撥片的協調移動相關聯的X軸線、y軸線和z軸線上的變化位置利用傳感器來將接觸和運動點區分為手勢。
[0018]圖2a示出了接觸觸摸板30的表面34且沿箭頭36的方向移動的手指44。手指44沿表面34的運動沿表面的X軸線和Y軸線在一定時間內產生多個接觸點。觸摸板30還基于鄰近表面34或施加于觸摸板的壓力的量來感測和區分沿z軸線的運動。圖2b示出了定位在觸摸板30的表面34上方和附近且沿垂直于表面34的z軸線(如由箭頭38的方向所示)移動的手指44。觸摸板30可檢測沿表面34、在表面34上方或朝向或遠離表面34移動的手或手指運動。沿X軸線、y軸線和z軸線的多個接觸或運動點提供相對于表面34的一組xyz坐標，其共同構成手勢，如，橫跨表面34的沿箭頭36的方向的滑動運動。
[0019]在另一個實施例中，使用者移動或交互可通過使用光學感測或激光指針檢測到遠離控制表面一些距離。
[0020]觸摸板30通過使用者交互來使用電容、電阻、光學、激光、波、力感測、電磁或其它適合的運動檢測技術來檢測和區分表面34上或上方的接觸或運動點。觸摸板30的多個點和z軸線感知允許在多個手勢之間檢測和區分。UICS32將獨特的控制信號分配給由觸摸板30檢測到的各個手勢或手勢組合。吉他彈奏者通過在觸摸板30上或上方執行手勢來控制吉他10和與吉他相關聯的附件的方面。
[0021]圖3a_3g示出了可在觸摸板30上執行的手勢的實例。圖3a示出了觸摸板30的表面34上的捏開手勢的初始階段中的手42。手42上的手指44和46開始靠近在一起。觸摸板30檢測由手指44和46相對于表面34產生的最初的兩個接觸點47a_47b，各個具有關于觸摸板30的初始X方向、y方向、z方向(xyz)坐標。x方向和y方向沿表面34垂直于彼此定向，并且z方向正交于表面34。圖3b示出了捏開手勢的最后階段，其中手指44和46沿箭頭48的方向擴張開到端點47c-47d。沿箭頭48的方向的捏開手勢的沿表面34的手指44-46的移動在一定時間內產生多個xyz坐標。從點47a_47b到47c_47d和之間的其它點的一組xyz坐標限定捏開手勢中涉及的總體移動。
[0022]觸摸板30可基于動態變化的xyz坐標檢測手指或手的任何位置、手勢、運動或移動順序，基于在一定時間內的xyz坐標之間的距離變化檢測速度，并且檢測作為速度變化率的加速度。響應于捏開手勢，UICS32發出分配給捏開手勢的控制信號。例如，UICS32編程成在捏開手勢期間增大音量。當使用者執行捏開手勢時，增大音量控制信號發送到音頻放大器，并且與吉他10的音頻信號相關聯的音量增大。
[0023]圖3c示出了在觸摸板30的表面34上執行捏閉手勢的手42，其中手指44和46最初擴張開。觸摸板30檢測由手指44和46相對于表面34產生的最初兩個接觸點49a_49b，各個具有關于觸摸板的初始xyz坐標。圖3d示出了捏閉手勢的最后階段，其中手指44和46沿箭頭50的方向在端點49c-49d處靠近在一起。在捏閉手勢中手指44-46沿表面34在箭頭50的方向上的移動在一定時間內產生多個xyz坐標。從點49a-49b到49c_49d和之間的其它點的一組xyz坐標限定捏閉手勢中涉及的總體移動。
[0024]觸摸板30可基于動態變化的xyz坐標檢測手指和手的任何位置、手勢、運動或移動順序，基于在一定時間內的xyz坐標之間的距離變化檢測速度，并且檢測作為速度變化率的加速度。響應于捏閉手勢，UICS32發送分配給捏閉手勢的控制信號。例如，UICS32編程成在捏閉手勢期間減小音量。當使用者執行捏閉手勢時，減小音量控制信號發送到音頻放大器，并且減小與吉他10的音頻信號相關聯的音量。
[0025]圖3e示出了在觸摸板30的表面34上執行一只手指滑動手勢的手42。手指44產生與表面34的初始接觸，并且接著沿箭頭52或箭頭53或箭頭54或箭頭55的方向沿表面34移動。箭頭52-55可為相對于觸摸板30的x軸線和y軸線的任何定向。觸摸板30檢測表面34上的手指44的初始xyz坐標，并且接著在手指在沿特定方向(即，沿箭頭52-55中的一個的方向)的一只手指滑動手勢期間橫跨表面34移動時檢測一定時間內連續地變化的xyz坐標。在識別沿箭頭52方向的一只手指滑動時，UICS32發送分配給沿箭頭52方向的一只手指滑動的控制信號。作為備選，在識別沿箭頭53方向的一只手指滑動時，UICS32發送分配給沿箭頭53方向的一只手指滑動的控制信號。例如，UICS32編程為在識別到沿箭頭52方向的一只手指滑動時增大低音，并且在識別到沿箭頭53方向的一只手指滑動時減小低音。
[0026]圖3f示出了在觸摸板30的表面34上執行三只手指滑動的手42。手指56，57和58與表面34進行最初的接觸，并且接著在箭頭60或箭頭62的方向上沿表面34移動。觸摸板30檢測表面34上的手指56-58的初始xyz坐標，并且接著在手指在沿特定方向(即，沿箭頭60或箭頭62的方向)的三只手指滑動手勢期間橫跨表面34移動時檢測一定時間內連續變化的xyz坐標。在識別沿箭頭60方向的三只手指滑動時，UICS32發送分配給沿箭頭60方向的三只手指滑動的控制信號。在識別沿箭頭62方向的三只手指滑動時，UICS32發送分配給沿箭頭62方向的三只手指滑動的控制信號。例如，UICS32編程成在識別到沿箭頭60方向的三只手指滑動時增大添加混響，并且在識別到沿箭頭62方向的三只手指滑動時除去混響。
[0027]觸摸板30包括將在表面34的一個區域中執行的手勢與表面34的不同區域中執行的手勢區分開的區域靈敏度。圖3g示出了在表面34的區域64a上面執行一只手指滑動手勢。手指44進行在區域64a中與表面34的初始接觸，并且接著沿表面34在箭頭65或箭頭66的方向上移動。觸摸板30檢測由手指44進行的接觸的xyz坐標在區域64a中，并且進一步檢測表面34上的手指的移動的方向。觸摸板30感測手42執行一只手指滑動，類似于圖3e，在區域64a上面沿箭頭65或箭頭66的方向。在識別到在區域64a上面沿箭頭65的方向的一只手指滑動手勢時，UICS32發送分配給在區域64a上面沿箭頭65方向的一只手指滑動的控制信號，例如，啟用特效照明230。在識別到在區域64a中沿箭頭66方向的一只手指滑動手勢時，UICS32發送分配給在區域64a上面沿箭頭66方向的一只手指滑動的控制信號，例如，停用特效照明230。
[0028]觸摸板30將表面34的區域64b中執行的手勢與表面34的區域64a中執行的相同手勢區分開。例如，觸摸板30構造成將區域64a中執行的沿箭頭65方向的一只手指滑動與區域64b中執行的沿箭頭65方向的一只手指滑動區分開。在識別到在區域64b上面沿箭頭65方向的一只手指