用于音乐的计算尺 【技术领域】
本发明涉及用于音乐的计算尺，特别地但不仅仅涉及用于指示音程、音阶和和弦的计算尺。
背景技术
用于计算以不同音阶演奏的音符和以不同音调弹奏的和弦的装置是公知的。然而，此类装置通常不能演示所有形式音乐中固有的音程结构或者不能在单个单元中集成所谱写的(西方系统的)音乐的视觉方面，该单元不仅可以提供信息，而且还可以提高用户的概念理解。
对能够呈现该信息的装置的需求部分地源于在谱表上构成西方半音音阶的十二个声调由于历史原因而仅由七个字母(在德语中为八个)表示，这些字母主要分配给被称为大音阶的不规则次序的音符。这造成需要附加符号(升音号和降音号)来补偿名称中的不足。结果是形成了令人费解的名称的倍增(最少21个用于十二个音符和30个音调名称的等音名称)。
在谱写地音乐中，五线谱或谱表线和它们之间的线间空白表示C音调中大音阶的音符。然而，这些音符之间的音程并不都是相等的。另外，每个音符被交替放置在线上和在线间空白中，且每个八度音阶在其起始位置上方或下方。因此，在系统中存在许多原本非常容易理解和学习的混乱和模糊之处。例如，察看谱写的音乐或键盘(和许多其它乐器)上的手指位置，并不会很明显地看出全音音程例如E-F#和F-G是相同的。
【发明内容】
本发明的一个目的是提供一种用于音乐的计算尺，它可以减轻上述问题中的至少一部分。
根据本发明，提供了一种用于音乐的计算尺，所述计算尺包括至少一些在此描述的特征。
计算尺用于以与音乐类似的简单视觉展现音阶、和弦和调式的音程结构，而同时参照传统系统的音乐符号。它也用于以能够看到并理解的方式执行宽范围内的音乐计算任务。
本发明提供一种概念系统和将系统提供给用户的多个可能的装置或实施例。该概念是以线性形式表示音程，且每个半音在相等的直线距离处给出。因此可以看到任何种类的音阶、和弦和调式的固定音程结构而不需要具备读乐谱的能力。还能够以图标或网格形式视觉上地表示所有全音阶和弦的起源，这样就可以理解它们与大音阶和小音阶以及相互间的关系而不需要对音乐理论的冗长解释。
优选地，本发明提供了一种用于音阶、和弦和调式的计算尺，它显示了以任何音调所演奏的音符，其方式为以半音次序在超过至少两个八音度线间空白即25个半音空间的距离上向固定基准音阶提供用于音符的符号，具有相同长度分度的一个图表或尺可能会经过它，所述分度填充以颜色、符号或编号来表示音符的所有连续上升或下降次序。因此大音阶的度数可以通过在第一、第三、第五、第六、第八、第十、第十二和第十三线间空白中涂色来表示。然后靠近固定音阶水平地移动该尺或图表，就可以看到将以任何音调演奏的音符。主音或第一音符将充当对着半音音阶字母的音调游标。
【附图说明】
现在参照附图通过实例来描述本发明的实施例，其中：
图1为计算尺的透视图；
图1a为计算尺的分解图；
图2a和2b分别是在下文中被称为音阶/调式圆筒的最内层圆筒的侧视图和端视图；
图3a和3b分别是在下文中被称为音调游标套筒的中间套筒的侧视图和端视图；
图4a和4b分别是外圆筒的侧视图和端视图；
图4c-4j显示了端环的详细视图；
图5a和5b分别是装配好的计算尺的侧视图和端视图；
图5c-5f显示了沿三个圆筒的中部剖开的剖视图；
图6是装配好的计算尺的放大端视图；
图6a-6h分别是端部零件和端盖的视图；
图7是沿图6中线VII-VII的剖视图；
图8a是音调游标套筒的放大透视图；
图8b是音调游标套筒的剖面图；
图9a、9b和9c显示了分别附着到音阶/调式圆筒、音调游标套筒和外圆筒的外表面上的图表；
图10a、10b、10c和10d是一组可选的变调夹子(clip)的透视图；
图11是在计算尺上使用的变调夹子的说明；
图12是在计算尺上使用的可选的吉他指法符号套筒的图解；
图13是计算尺的图解，显示了C大调音阶的度数；
图14是计算尺的图解，显示了Bb大调中音调的主和弦；
图15是计算尺的图解，显示了C音调中的五声音阶和蓝调音阶；
图16是计算尺的图解，显示了多种管弦乐装置和音调符号游标的音域，以及
图17是计算尺的图解，显示了在变换调式中的使用。
【具体实施方式】
如图1和1a所示，计算尺包括三个同心圆筒，它们是圆筒最内层的音阶/调式圆筒2、音调游标套筒4和外圆筒6。
音阶/调式圆筒2如图2a、2b所示，并且包括圆柱体10和由端部件12保持在适当位置上的内间隔管11。端部零件12具有向外延伸的凸缘13，该凸缘为阶形的，具有两个直径13a、13b。凸缘13a在它插入内圆筒2时作为定位挡块并且在其外表面上作为中部游标圆筒4的支座。
凸缘13b使中部圆筒4保持在适当的位置上并且用作端盖14的正(positive)定位挡块。
盖子14是可拆卸的，从而允许圆筒2的内部用作如铅笔、清洗材料和计算尺中可拆卸零件的存储室。为此，间隔管11提供了具有邻接的端部件12的平坦的内表面以便防止物体尤其是卷起的纸落入内圆筒2中。
主体10的外表面覆盖有如图9a所示的(也可参见图7)图表16。
音调游标圆筒4如图3a、3b和8所示。它由透明的塑料形成以便可以设置纵向窗口区域18，从而允许观察音阶/调式圆筒2上的图表16。在窗口区域18的任一侧上设置了沿着圆筒长度延伸的两个外部导向脊19以便防止相对于外圆筒6的旋转运动。在导向脊19的任一侧上设置了由合适的材料形成的摩擦垫20，用于控制游标圆筒4和外圆筒6之间的侧向运动。
所述摩擦垫20充当挡块以充分限制这种运动(当任一端与外圆筒端环26上的止挡接片26b接合时)。设置了三个内部脊21来防止游标圆筒4的内表面粘结到内圆筒2的外表面上。图表22盖住游标圆筒4的外表面的大部分，并且具有用于容纳摩擦垫20的切口区23。
窗口区域18是可见的，不会被任何东西覆盖。
外圆筒6如图4a和4b所示，包括在每端具有端环26的透明圆柱形管24。外圆筒6的外表面部分地覆盖如图9c所示的图表27。向内延伸的导向脊28沿着圆筒24的长度延伸并且在导向脊28之间具有槽29。向外延伸的浅轮廓30设置在圆筒的外表面上，与内部导向脊28和槽29邻接，该侧面30界定了主窗口31的边界并且位于设置在端环26中的凹槽26a的任一端处。
两个内部间隔脊32设置在圆筒6的内表面上，它们向内延伸与导向脊28相同的深度。
所示的导向脊28具有弧形断面的外边缘或者底部，从而实际上它仅仅是与游标圆筒4以及游标圆筒窗口区域18任一侧上的导向脊19的表面接触的外边缘。拱形轮廓或槽29是主外圆筒窗口31的内部表面。因此可以防止游标窗口18的外表面和窗口31的内表面彼此接触。
外圆筒6围绕音调游标圆筒4设置，如图6和7所示，这样导向突起28就位于游标圆筒上的导向脊19之间。这防止外圆筒6相对于音调游标套筒4发生旋转，但是允许两个部件之间的有限的轴向运动，运动的程度通过与端环26上面向内的止挡接片26b接触的摩擦垫20的端部边缘来限制。
因此计算尺的结构允许音阶/调式圆筒2相对于音调游标套筒4和外圆筒6发生旋转，并且允许外圆筒6相对于音阶/调式圆筒2和音调游标套筒4发生轴向运动。
在外圆筒6的外表面中设置了一组窗口。这些窗口通过在图表27中提供窗孔而形成，如图9c所示，这样就可以透过透明的外圆筒6看到音阶/调式圆筒2和音调游标套筒4的一部分。
第一窗口31沿着外圆筒6的长度延伸并且与音调游标套筒4中的窗口18对齐，因此允许看到音阶/调式圆筒2上的第一图表16。该窗口形成于图表27的上边缘和下边缘之间，其高度略小于外圆筒6的周长。
第一窗口31展示了包含在任意所选取的音阶、调式或和弦中的音符。
音阶、调式或和弦的类型通过旋转音阶/调式圆筒2来选取，音阶、调式或和弦的音调通过使音阶/调式圆筒2和音调游标套筒4相对于外圆筒6轴向滑动来选取。
在第一窗口31的上方和下方分别设置了另外两个纵向窗口34、36。这些窗口允许看见音调游标套筒4上第二图表21的一部分并且展示音调游标和参考信息，上窗口34指示大和小调和音阶的度数并且下窗口显示了在显示长度上重复的参考数字一到十二。
朝着计算尺的右侧端部配设了第一圆周窗口38。该窗口允许看到音调游标套筒4上的第二图表21并且展示了音调符号指示器。
朝着计算尺的左侧端部配设了第二圆周窗口40。该窗口40也允许看到第二图表21并且展示了多种管弦乐乐器的音域。
现在将参照图9a、9b和9c更详细地描述印刷在16、21、27这三个图表上的信息。
第一图表16(图9a)以线状形式展示了音阶、和弦和调式的结构。有三十六条水平线41和三十七条竖直的列42组成的单元43的网格，通过旋转音阶/调式圆筒2的端部，一次可以观察到一条或者两条线41(透过外圆筒6中的第一窗口31)。通过推动或拉动端部，音阶/调式圆筒2可以相对于外圆筒6向后或向前滑动，这样，选取的音阶、和弦或音程就可以与精选的音符和/或音调对齐。
每个单元43表示音符位置或者半音音程。单元可以填充有颜色和数字43a或使用有色的边界43b突出显示。音阶和弦或调式可以通过使用色值或符号填充单元的适当次序来表示。在图9a中，线10和11分别显示了小和声和大音阶的度数。带有表示音阶度数的罗马数字的单元优选像43a一样着色，线10上的编号单元被涂上蓝色并且线11上的被涂上红色。线10上方的七条线基于小调和音阶的度数显示了和弦的结构，并且线11下方的七条线基于大音阶的度数显示了和弦的结构。表示每个和弦的基础音符43a的单元优选使用与和弦的类型相关的颜色来填充，即红色用于大调、蓝色用于小调、绿色用于减音，并且褐色用于增音，并且包含数字1，并且布置成基础单元42a沿垂直方向位于音阶适当度的上方或下方。第三、第五和第七音符的单元可以突出显示为43b。
左手列42a可以充当音调游标并且也包含与适当的和弦线的音阶度数有关的罗马数字。
可以画出连接和弦结构中不同音符的线44和45，这样就可以迅速地识别出多种类型的弦的图案。优选地，针对和弦类型例如大调、小调、减音或增音，或者如图9a所示根据音程的长度，这些线应该使用颜色进行编码。后一种方法的优点是，可以立即看出所有和弦中第一和第三音符、第三和第五音符以及第五和第七音符之间的音程是小调或大调第三音符，因此就仅需要两种颜色。例如连接在小调和音阶的导音上(图表16上的线3)构成的和弦的第一、第三、第五和第七音符的线44均具有跨越音符之间的两个空单元43的相同长度(和颜色)。它们是小调第三音符(涂成蓝色)并且形成减音的第7次序。连接在小调调和音阶的下中音(图表16上的线4)构成的和弦的第一和第三音符的线45均跨越音符之间的三个空单元并且表示大调第三音符并且优选地涂成红色。第三音符和第五音符之间的下一个连接线跨过两个表示小调第三音符的线间空白(蓝色)。因此可以看到大调三和弦的标志为后接有蓝色的两个线间空白小调第三音符线的(红色的)三个线间空白大调第三音符线，而相反地，小调三和弦使用后接有红色大调第三音符线的蓝色小调第三音符线表示。对于小调调和音阶(线7)的中音上的三和弦第一、第三和第五音符而言，音符之间的线将都被涂成红色的，表示增音和弦。因此非常容易看到会生成什么样的和弦转回。因此，可以从第一、第三、第五和第七音符的单元的颜色和从连接线的次序知道基础位置的和弦的类型，并且看到将通过转回以及在次序中音符的其它组合生成的和弦的类型。
虽然由于在这些图解中无法使用颜色而在图9a中没有显示，所以优选选项是使用优选地较宽的垂直连接线并且使用淡色的中性色彩例如灰色，这些色彩在从涂色的水平线后经过可以被看到而又不会与其它标记混淆。这些线垂直连接小调和大音阶的度数的单元(线1和2和10和11)和每个和弦之间的基础音符(线3-9和12-18)。它们是视觉的辅助装置，在向上和向下卷动(通过旋转)内图表21时用于跟踪特定音符可能与其它和弦的连接，而这在调节时是有益的。
第二图表21的作用是作为音阶/调式圆筒2上不同音阶和音符次序的音调游标。其相对于外圆筒6的运动纯粹为轴向的。透过外圆筒中的窗口显示的信息如下：
1.音调游标。出现在外圆筒6中窗口34、36中的橙色带46指示音调。蓝色带48指示相对的小调的位置。罗马数字50是以音调游标上的主音(第一音符)开始的大调和小调调和音阶的度数。这在查看和弦结构时充当基准。罗马数字优选地进行涂色，例如对于大音阶涂以红色，对于小调第三音符50a和小调第六音符50b涂以蓝色。可选择地并且优选地，两个音阶可以分开显示而不是组合在一起显示，如图9b中所示。在窗口36中出现的阿拉伯数字51用于作为查看主窗口31中的音阶和和弦时的半音基准。
2.出现在外圆筒6中的窗口40内的管弦乐乐器和传统歌声的女高音、女低音、男低音等的音域52。每个名称的任一侧上的黄色和红色带指示在窗口的外边缘处显示的字母的音域，而它们依次与高音、中低音、次中音和低音谱号中的谱表线对齐，这样看一眼就可以知道对给定乐器最适合的谱号。文本52b显示了八音度相对于中央C音针对不同国家系统的多种表示。
3.音调符号指示器。在外圆筒6上的窗口38中出现的红色和蓝色箭头54指向所选音符或音调的适当音调符号。
4.颜色编码。在套筒4左端处、仅仅当套筒从外圆筒6向左伸出一点时才显现的框起来的区域56解释了在第一图表16上所使用的颜色的意义。
第三图表27充当作为固定基准和数据表。它提供三个纵向窗口32、34和36，这三个窗口显示了内圆筒2的内容和套筒4上的音调游标，第一圆周窗口40位于左端，透过该窗口可以看到管弦乐队的不同乐器的音域，第二圆周窗口38中显现了红色或蓝色箭头54，箭头54用于指示与所选取音符相对应的音调符号。红色用于大调音调，并且蓝色用于小调音调。为了很容易地进行参考，也显示了和弦颜色编码57。
在该数据表上提供的信息包括：
1.15个音调符号58及其在高音、中低音和次中音谱号中的30个名称。
2.谱号彼此之间及其与中央C音的关系60。
3.在超过六个八音度的音域中，谱表上的音符在次中音和低音谱号中的位置62。
4.等音地展示在两个相邻线中并且对应于乐谱的音符的字母名称64，显示了临时符号的位置。(这类似于已经展开从而给每个半音音符一个相等状态的键盘)。
5.显示所有音调中升音号或降音号的实际编号以及在音调符号中出现的编号的网格66。该网格再次连接到谱表线上的音符以及其相应的字母名称上。
6.相对于所有谱号中的谱表在中央C音之上和之下的八音度音程每秒钟的循环中音高的基准68。
计算尺可选择地包括一组可拆卸的外套筒，如图10a-d和图11所示。这些套筒包括内套筒70和外套筒72，它们均由弹性透明塑料材料制成并且在形状上为圆柱形的，但是包括纵向槽74，从而允许套筒弯曲，这样它就可以夹在外圆筒6的主体上。套筒70、72中的一个或两个可以在其内表面上包括一对由橡胶或类似材料制成的带76，这些带平行于槽74的边缘延伸，从而防止套筒的无意滑动。在套筒70、72的外表面上可以出于变调和参考的目的而在内套筒和外套筒上配设标记77a、77b，可以加工区域78以容纳墨水或铅笔，这样用户就可以标记其自己的音符次序，例如用于显示变调和转回以及相反用于比较次序，并且可以配设标记79来指示例如大音阶、半音音阶的音程和/或其它信息。在图11中所示的配置中，内套筒70上的标记77a处在低音谱号上中央C音下方的F位置处，并且外套筒72上的标记77b处在高音谱号上的位置c″处。
在图12中显示了用于吉他指法符号的另一个可选套筒80。该套筒80在外圆筒6的整个长度延伸以防止它轴向滑动。
图13至17中显示了计算尺的多种可能的应用。在图13中，可以在第一窗口32中A处看到跨度超过三个八音度的C大调的音阶的度数，并且在第一窗口32中也显示了线编号42。可以在上窗口34中的B处看到音调游标46和游标套筒21上大音阶以及相对的小音阶的度数，并且它们在旋转内圆筒以显示和弦时充当基准。可以在下窗口50b中的C处看到音调游标46和基准数字1-12。还指示出相对的小调48、48b的位置，并且还通过指示器54指示出音调符号。
在图14中，可以在第一窗口32中看到音调为Bb大调的主和弦，且强调了主导的第七音符。还在D处显示了和弦的音调(F大调)，并且由第一、第三和第五音符形成的三和弦由红色线在E处连接起来以显示它是大调和弦。通过上窗口34，可以在F处看到主和弦基于第五度的音阶。从第三、第五和第七音符的平均的间隔可以很容易地看出转回是减音的三和弦--事实上音符A、C和Eb与在VIIm上降音的和弦小调Bb一样。这可以通过将音阶/调式圆筒2向后扭转一个线来校验。而且，可以在G处看到第五、第七和第九三和弦(C，Eb，G)是小调和弦，然而第七、第九和第十一三和弦是大调和弦。
图15以音调F#_或Gb同时显示了五声音阶(线19)和蓝调音阶(线20)，其中五声音阶是使用键盘的所有黑色音符弹奏的。可以看出，除了添加了一个为白色键的额外的音符(在此情形中为A)之外，蓝调音阶是相同的。
图16在H处显示了与A#/Bb小调和Bb大调的音调符号对齐的音调符号游标。还在I处显示了长号和低音相对于中央C音和谱号的音域。
图17显示了计算尺在变换调式(线35和36)中的使用。若要从Bb变调至F，则线36(半音b的)上的Bb与外音阶上的F对齐。通过从内音阶向外音阶读数，可以看出，C变为G，D变为A，Eb变为Bb，等等。
总之，计算尺具有大量的功能，包括下列功能：
1)能够显示所有音调中在三个八音度跨度内以任意音阶演奏的音符。
2)可以显示所有音调中以任意和弦演奏的音符。
3)以任意谱号为上述显示可能的名称和音调符号。
4)以线性形式和数字形式显示所有调式和和弦中的音程，这样就可以识别和学习它们的图案。
5)显示了八音度范围内音程的名称和音域。(12个音程和22个名称)。
6)可以显示从八音度到第十六音符的和声系。
7)允许从任意音调变换至任意其它音调。
8)显示相关音调。
9)显示管弦乐和其它乐器和声音的音域。
10)以半音音阶和等音音符一起给出了升音号和降音号的相对位置的图形显示。
11)显示了谱号与中央C音以及彼此之间的关系。
12)使用简易的装置以高音和低音谱号显示了音符在谱表上的位置，这些简易装置可以看到音符在中低音和次中音谱号中的位置。
13)显示了任意音调符号中升音号或降音号的数目是否对应于任意音调中的临时符号(键盘上的黑色音符)的实际数字。
14)可以很容易地比较音程结构而不需要首先能够读乐谱。
15)更加容易调整和发现韵律。
16)显示了在八音度音程处相对于管弦乐队的谱号和音域的每秒钟的循环数或赫兹数目。
17)允许包含自己的条目-可以是非西方音阶，例如印度拉迦曲调-来指示四分之一音调的位置。
18)通常会阐明和澄清许多在音乐术语中出现的语言异常。
可以对计算尺做出多种修改，下面描述了其中的一些修改。
可以改变所使用的颜色编码。
计算尺可以仅仅包括音阶/调式圆筒2和外圆筒6而不是包括三个圆筒，其中音阶/调式圆筒2布置成旋转并且相对于外圆筒6沿轴向滑动，并且略去音调游标套筒4。外圆筒可以由透明的塑料材料形成，这样它就可以沿其长度具有窗口，透过该窗口可以观察到内圆筒的一部分，或者它可以沿着其长度裂开，从而提供相同的效果(这可以使用柔性塑料实现，柔性塑料在内圆筒上具有闭合的特性)。基准音阶沿着外圆筒外表面上纵向窗口任一侧放置。还设置了网格形式的图表，该网格将两组音符从基准音阶连接至其在谱表上相对应的表示上。音阶或调式图表印刷在内圆筒的表面上，这样就可以通过旋转外圆筒而在外圆筒的窗口中选择线(或多条线)，并且可以通过以纵向方式相对于彼此滑动来获得所选线的另一个音调和音符选择。该配置可以完全或部分地在钢笔或铅笔上生成。
还可以提供卡片或书形式的一个图表或多个图表和尺子，该尺子沿其边缘具有半音音阶，半音音阶具有超过两个八音度的跨度并且根据已经描述的原理而间隔开，且音符等音地在任一边缘上复制，这样在一个边缘上，临时符号将显示为升音号并且在另一个边缘上它们将显示为降音号。可以沿着尺子的中心配设槽或透明窗口以将图表上的线与紧邻的线隔离开。尺子将放置在图表上所需的任意位置。网格的左手侧(使用颜色突出显示)将充当音调游标。
图15以音调C同时显示了五声音阶(线17)和蓝调音阶(线18)，其中五声音阶是使用键盘的所有白色音符弹奏的。可以看出，除了添加了一个在键盘上为黑色音符的额外音符(在此情形中为Eb)之外，蓝调音阶是相同的。
如果内圆筒2水平移动，这样五声音阶的音符位置就全部与半音基准音阶64上的黑色音符对齐，音调游标46将与音符F#和Gb对齐，并且在音调符号窗口38中，音调指示器54将指向F#大调、Gb大调和F#小调的音调符号，并且蓝调音阶的第三音符将为白色音符A。
计算尺可以包括电子装置，例如电子节拍器和/或复音音调发生器用于生成通过操作尺子选取的音阶、调式以及和弦。
图17显示了计算尺在变换调式(线35和36)中的使用。在此实例中，内图表16的线36上的字母‘C’与外基准音阶64上的‘Bb′对齐。若要从C音调变调至Bb音调，用户可以从内音阶向外音阶读数。因此D变成C并且E变成D，等等。相反地，若要从Bb变调至C，用户可以从外音阶向内音阶观看。内圆筒可以水平地移动和旋转以显示其中半音音阶是使用降音号谱写的线36，或其中半音音阶是使用升音号谱写的线35，这样就可以实现任何期望的组合。