三律电子琴.pdf

本发明属于电子乐器。
    现有的电子琴一般由演奏用键盘、音产生电路及音响元件组成。音产生电路一般均采用分立元件或小规模集成电路，用以产生音源，实现乐音选择、控制与模拟等，经放大电路及音响元件发出乐音。由于音源部分线路组成的功能限制，目前社会上使用的电子琴在音律上只能产生十二平均律。十二平均律属于数理律，它是将倍频之比数2开12次方，即 122]]>之得数作为各半音间的比值，求得12律的，因此该律除八度外，其它音程均不符合自然泛音的规律。尽管不少人进行了种种努力，力图在键盘式电子乐器上表现自然律-纯律和五度相生律，但由于变律转调问题未能解决，因而在大小调之间相互转调时存在严重的跑调现象，出现律学上不能允许的误差，致使纯律、五度相生律不能在键盘乐器上较准确的表现出来。“日本国特许厅，特许出愿公开，昭58-139187”曾公开一项《纯正律电子键盘乐器》，其中频率数据的误差是很大的。该发明在其中的一个频率图表中，“调名”D中的“音名”A₄为445.5Hz，而“调名”A中的“音名”A₄又为440Hz，故在常用的D大调转A大调时，有一个“最大音差”的误差，这是《律学》上所不能允许的，若照此转调必有明显的跑调现象。在该发明的另一频率图表中，“调名”D中的“音名”G₄为391.1Hz，而“调名”G中的“音名”G₄又为396Hz，在这一常用的D小调转G小调中也同样存在跑调现象。如果把上述两个图表中的数据再作对照，则误差更大。譬如，一个图表中的“调名”G 中的“音名”E ₄为309Hz，而另一图表中的“调名”E 中的“音名”E ₄又为316.6Hz。故在这一常用的G 大调，E 小调“关系大小调”的转调中亦有跑调现象。在该两图表中，“关系大小调”的转调上，除C大调转A小调，D大调转B小调，G大调转E小调，F大调转D小调四对转调是正确的以外，其余八对在转调时均有较大的误差。因此，这样的电子乐器难以经受住推广使用的考验。

    本发明的任务是，解决纯律、五度相生律变律转调的方法，使转调误差限制在律学上所能允许的范围之内。同时制作出可表现纯律、五度相生律和十二平均律三种律制的三律电子琴。

    实现本发明的方法是：1.采用“微音差京房律”53律选出纯律、五度相生律各调所用之律，“微音差京房律”53律各行中同名音间之差距，由原24音分，改为22音分。纯律、五度相生律中所用的12调，由“微音差京房律”53律的四行半形式排列中的相邻两行24调内迂迴选择并完成转调。2.制作出可表现三种基本律制的电子琴，是将电子琴的音源部分重新设计，采用以单板机或微机为主控单元，通过与其相配套的外部接口电路，能选择出各律各调所需要的十二个不同的音，利用微机的存贮、寻址及运算功能，加之相应的逻辑电路，以实现三种音律变律转调的需要。

    附图描述了本发明的实施方法与实施例。

    图1为本发明三律电子琴的系统方框图。其中TP-801A单板机和Z80ACTC音律发生器是音源部分的核心内容，其余部分为一般电子琴的演奏用键盘和除音源外的电路框图。图2a、图2b为本发明实现三种律制电子琴所使用的频率图，其中图2a为“微音差京房律”53律，图2b为十二平均律12律，表中的数字为频率值。“京房律”原为60律，其排列方法为四行半方式排列，第1至第4行为第1律至第48律，每行12律，第五行为第49律到53律，第54律又返回第一行，约等于第1律，等。各行同名音间之差距为24音分。为了更符合音程协和的要求，使纯律的转调自然准确，本发明对53律的排列方式作了如下的调整：在四行半的排列中，每行12律，1-47律从第二行起依次排列，第五行末空出一格，第48～53律返回第一行，并依次占据此行最后六格的位置，同时将各行中同名音间差距由原来的24音分改为22音分。这样就可以在表现纯律时，采用“微音差京房律”53律选出各调所用之律。纯律的12调转调方法为：首先在“微音差京房律”53律中，选用3、4两行，24调，又根据各调音阶用律的实际情况，灵活迂迴地选择出12调的调首之音，然后根据调首音的高度，又在53律中选出各调所需的12律，这两次选择，均通过微机的运算和专有程序来完成转调。此法与原来仅在12调范围内转调的方法相比，取得了转调平稳，误差极微地满意效果。为了说明问题，现举例如下，如在纯律转调时，由C大调转A大调或A小调，因C大调音阶所用的A音位于第三行，故应由图2a中第4行的C调转入第3行中的A调。本发明采用同名大小调的方法，故无论是大调还是小调，自左至右转调，如上述由第4行转入第3行后，再继续向右转调，又会回到第4行的C调。自右至左转调，应自第4行的C调转向第3行的F调等，若继续向左转至A调时，再由第3行的A调转回到第4行的C调。周而复始。

    图3为本发明控制键输入电路示意图。其中与Y₁相接的为5个律类别键，即纯律、民间欢音、民间苦音、五度相生律和十二平均律，民间欢音与民间苦音属纯律项内的两种民间音律。与Y₂及Y₃相接的为12个选调键，与Y₄相接的为2个手控音区升、降键。各键下装有产生变律转调控制信号的装置。各键的作用，从它们的名字已可看得很清楚，就拿音区升、降键来说，在五度相生律转调时，因该律音阶的特点在于顺行逐个选律，故亦采用顺行选调的方法。若自左至右转调，先按降区键，使其由第4行转向第3行。12调转完后，就转向了第4行。若自右至左转调，如为起始状态，则不必按键，若音区指示灯指示在-1区，则须按升区键，使转向0区（0区即第4行，-1区即第3行），12调转完后即转向第3行。（音区指示灯如图6示）

    图4为本发明的律类别指示灯，其中1、2、3、4、5各灯分别代表“纯律、民间欢音、民间苦音、五度相生律和十二平均律”。

    图5为本发明的选调指示灯。

    图6为本发明的音区指示灯，1、2两灯分别代表“0区”和“-1区”。“0区”指示灯表示调首音在图2a中“微音差京房律”的第4行之内，“-1区指示灯”表示调首音在第3行之内。音区指示灯受转调程序及手控音区升、降键的双重控制。

    图7为本发明音源部分方框图。音源部分由TP-801A单板机或微机、可调整基本音 律输出单元和外部控制输入及指示输出单元组成。

    图8为本发明音源部分的线路图。其中八级Z80ACTC组成了“可调整基本音律输出单元”;74LS273、74LS244、74LS03组成了控制信号输入电路，74LS139、74LS32、74LS02组成了控制信号输入与指示信号输出地址译码电路，74LS175、74LS176、5G1413S组成了指示信号输出接口电路。图7中的方框“外部控制输入及指示输出单元”包括上述的控制信号输入电路、控制信号输入与指示信号输出地址译码电路和指示信号输出接口电路。图中的指示灯（一）、（二）、（三）分别为律类别、转调及音区指示灯。

    本机的大体工作过程为：电子琴所需要的各种频率的原始数值，按一定的方式存储在本机的ROM中，同时ROM中还存有按本琴转调规律及各调选律规律所编制的专用程序。接通电源后，预先存放在ROM中的应用程序在TP-801A单板机或微机的控制下，使本机处于ROM程序中的初始化状态，即1类中的C调，基本音律输出电路中的CTC芯片同时向外发出1类C调中的12个音（12种频率）该琴处于演奏状态，此时单板机或微机将处于对该琴的所有外部功能控制键反复扫描监示状态。如演奏者触动了某一键，则即产生相应的控制信号，单板机将根据此控制信号，判明是何种功能键，并立即转入ROM中有关应用程序中处理，如果处理的最后结果是需要改变输出音律的，则ROM中的应用程序将按三律电子琴的有关变律转调规律，由ROM数据库中找出所需改变的音律原始数据，按12音律的顺序依次由单板机输送到基本音律输出电路的各CTC中，则CTC即按新输入的数据发出该数据应具有的频率。如果演奏者又触动了另一键，则该机的工作过程同上，如此周而复始，直到关机。

    本发明有如下优点：1、由于本发明采用了“微音差京房律”53律排列方法，且各行中同名音间差距由原来的24音分改?2音分，并采用了双重的选调选律的方法，因而解决了纯律、五度相生律变律转调问题，使转调平稳，无跑调之感。2、本发明除保存十二平均律的功能外，还能表现和声的协和度很高的纯律，及旋律符合人们自然需求的五度相生律，实现了数百年来人们希望在键盘式乐器上制作自然律音响的愿望。3.本发明还试行制作出两种民间音律，它除可演奏中国的戏曲、民歌、民间器乐曲外，还可演奏日本、印度等，亚、非、拉国家的部分民间音乐。以满足人们对民族文化的特殊要求。4.本发明可表现三种律制，除能满足人们对文化生活需求之外，又可作为教具，广泛推广律学知识，克服目前只能了解与掌握单一律制的局面。5.一琴多用，减轻了人们的经济负担。