用于在完美重奏中再现音乐的多个部分的音频系统

摘要

重奏控制器(110)把MIDI乐器(174)上的演奏记录在MIDI文件(mf)的数据字段(md)中，同时同步重放存储在激光唱片播放器(120)中的乐曲，数据读取速度与分配给所再现的乐曲的音频标识码(AID)一起存储在MIDI文件(mf)的控制数据字段(mc)中；当与重放乐曲同步再现演奏时，重奏控制器(110)把时钟信号(CL1)调节为相应于数据读取速度的频率；重奏控制器(110)使合成设备(100)再现重奏时，磁盘驱动器(130a)用相同频率的时钟信号对事件码的数据发送之间的时间间隔进行计时；这导致了完美的重奏。

说明书

                        技术领域

本发明涉及一种音频系统，本发明尤其涉及一种用于重奏的音频记录/重放系统。

                        背景技术

激光唱片对于音乐爱好者来说已经普及了。乐曲记录在激光唱片中，通过激光唱片播放器再现。音乐家演奏乐曲时，把音调转换为模拟音频信号，从模拟音频信号采样不连续的值。把不连续的值转换为二进制值，二进制的值以数码的形式与控制数据码一起存储在激光唱片中，控制数据码表示从开始演奏起经历的时间。在下文的描述中，把表示不连续值的数码和表示经历时间的控制数据码分别称为“音频数据码”和“时间数据码”，术语“音频音乐数据码”代表音频数据码和时间数据码。把多组音频数据码存储在其它种类的信息存储媒体中，诸如光盘和磁盘中。

对音乐爱好者普及的另一种数字数据码是MIDI(乐器数字接口)音乐数据码。基于MIDI标准把MIDI音乐数据码格式化，事件码和持续时间码是MIDI音乐数据码的典型实例。事件码主要表示音符事件，即，音符开事件和音符关事件。在音符开事件中产生音调，在音符关事件中衰减音调。其它事件码表示其它种类的事件，诸如结束要给予音调的性能和效果。持续时间数据码代表音符事件之间的时间间隔。这样，根据与时间数据码不同的定义产生持续时间数据码。一组MIDI音乐数据码表示一首乐曲，通过MIDI乐器再现一首乐曲。

激光唱片播放器是在市场上销售的，从存储在激光唱片中的音频音乐数据码再现多首乐曲。类似地，在市场上销售多种乐器，通过这些乐器从存储在软盘中的MIDI音乐数据码再现多首乐曲。然而，激光唱片播放器不能再现MIDI音乐数据码表示的多首乐曲，用户不能在重放多首乐曲时使用存储有MIDI音乐数据码的软盘。这种情况下，即使一首乐曲的一部分以音频音乐数据码的形式存储在激光唱片中，该乐曲的另一部分以MIDI音乐数据码的形式记录在软盘中，也难以通过激光唱片播放器和MIDI乐器在重奏中再现该乐曲的多个部分。

一个问题就是如何同时处理激光唱片数据码和MIDI音乐数据码。如上所述，时间数据码表示从演奏开始起经历的时间。另一方面，每个持续时间数据码表示音符事件之间的时间间隔。在乐曲的一部分和另一部分之间不同地控制产生音调的时间。如果用户希望在重奏中再现该乐曲，就把时间数据码或持续时间数据码转换为持续时间数据码或时间数据码。然而，目前市场上销售的激光唱片播放器既没有任何把时间数据码输出到外部的信号输出端口，也没有用于接收持续时间数据码的信号输入端口。此外，激光唱片播放器和MIDI乐器没有任何软件用来控制基于其它种类时间数据的记录和重放。

这些情况下，不可能在重奏中通过MDIDI乐器再现一首乐曲的一部分而通过激光唱片播放器再现该乐曲的另一部分。当用户希望把他在MIDI乐器上的演奏与通过激光唱片播放器来再现的这首乐曲的重奏记录下来时，独立于时间数据码产生持续时间数据码，MIDI乐器的记录器不使持续时间数据码与时间数据码相关。

用于重奏的现有技术的音频重放系统遇到一个问题，即，激光唱片播放器和MIDI乐器组合的问题在于：即使用户同时起动激光唱片播放器和MIDI乐器，通过激光唱片播放器再现的音调与通过MIDI乐器再现的音调之间的时间延迟也逐渐增大。

                        发明内容

因而，本发明的重要目的是提供一种音频系统，通过该系统在完美的重奏中再现乐曲。

按照本发明的一个方面，提供了一种音频系统，用于再现与另一首乐曲重奏的一首乐曲，所述系统包括：第一数据源，有用于存储一组第一音乐数据码的第一存储空间，一组第一音乐数据码表示该首乐曲，第一数据源响应表示数据传输率的控制信号从第一存储空间传送第一音乐数据码；第二数据源，有用于存储一组第二音乐数据码的第二存储空间，格式与该组第一音乐数据码不同，一组第二音乐数据码表示辅助的另一首乐曲，第二数据源响应控制信号从第二存储空间传送第二音乐数据码；数据-声音转换器，用于根据第一音乐数据码和第二音乐数据码分别产生第一类声音和第二类声音；和重奏控制器，连接到第一数据源、第二数据源和数据-声音转换器，有数据处理能力并通过数据处理将控制信号提供给第一数据源和第二数据源，所述数据处理以用于这组第二音乐数据码的第二数据传输率均衡用于这组第一音乐数据码的第一数据传输率。

                        附图说明

结合附图，从下文的描述会更清楚地理解该音频系统的特点和优点，其中：

图1是显示根据本发明的音频系统的系统构成的框图，

图2是显示音频文件的结构的图，

图3是显示从模拟音频信号到音频数据码的数据转换的图，

图4A是显示MIDI文件结构的图，

图4B是显示一组MIDI音乐数据码的一部分的数据排列的图，

图5是显示用于建立MIDI文件的方法的流程图，和

图6是显示同步重放的方法的流程图。

                        具体实施方式

系统构成

参考附图的图1，应用本发明的音频系统主要包括音频播放器和乐器的合成设备100、重奏控制器110和多个数据源120/130/140。重奏控制器110与多个数据源120/130/140和合成设备100连接。重奏控制器140从多个数据源120/130/140选择数据源，把数据传输率通知给所选的数据源120/130/140。所选的数据源以该数据传输率向重奏控制器110提供多条音乐数据，重奏控制器110把多条音乐数据传送到合成设备100。假设多条音乐数据表示一首音乐的多个部分。这样，就从所选的数据源经重奏控制器110向合成设备100同步传送多条音乐数据，合成设备100在完美的重奏中再现多个部分。

数据源120中存储的多条音乐数据与存储其它数据源130中的多条音乐数据格式不同。这种情况下，按照“Red Book”把存储在数据源120中的多条音乐数据格式化，按照MIDI标准把存储在其它数据源130中的多条音乐数据格式化。换句话说，从数据源120输出多条音乐数据作为音频音乐数据码，从其它数据源130输出另外的多条音乐数据作为MIDI音乐数据码。

以给定的数据传输率从数据源120连续输出音频数据码，把音频数据码表示的不连续值恢复为音频信号。另一方面，以不规则的时间间隔从数据源130输出表示音调的事件码，由持续时间数据码定义不规则的时间间隔。时钟信号脉冲数代表每个时间间隔。这种情况下，数据源130把时钟信号变为相应于数据传输率的确定频率。因此，数据源130与音频数据码的数据传输同步输出事件码。

如果数据源120可以改变数据传输率，就与发送事件码同步地向重奏控制器110提供音频数据码。另一方面，如果数据源120只以预定的数据传输率输出音频数据码，用户就可能不会实现同步数据传输。这种情况下，把音频音乐数据码从数据源120传送到诸如数据源140的数据存储器，以相应于给定数据传输率的读取速度从数据存储器读取音频数据码。这造成了数据源130和140之间的同步数据传输。

在重放和记录中使用音频播放器和乐器的合成设备100。在重放时，合成设备100处理多条音乐数据码，在重奏中再现多个部分。另一方面，当以记录模式建立音频系统时，合成设备100也起另一数据源的作用。从多条音乐数据再现一首乐曲的一部分时，用户在重奏中在合成设备100上播放另一部分，多条音乐数据存储在数据源120/130/140的一个数据源中。如果重奏控制器110已知用于多条音乐数据的数据传输率，就建议把表示数据传输率的一条控制数据存储在数据源120/130/140中，这是因为不用用户指令就从所选数据源120/130/140输出多条音乐数据。

在希望音频系统记录同该部分的音调重奏的演奏的情况下，可以用诸如MIDI乐器或个人计算机系统的数据发生器来代替合成设备。另一方面，在音频系统只用于重放的情况下，可以用音频重放单元来代替合成设备。在下文中更详细地描述数据源120/130/140、合成设备100和重奏控制器110。

数据源140

用硬盘驱动来实现数据源140。硬盘驱动器140与重奏控制器110连接。重奏控制器110向硬盘驱动器140提供时钟信号CL1，给予硬盘驱动器140指令码。在重奏控制器110的控制下从向硬盘驱动器140写入音乐数据或从硬盘驱动器140读取音乐数据。这样，在重奏控制器110和硬盘驱动器140之间传送音乐数据。

硬盘驱动器140包含磁盘和磁头。磁盘和磁头之间的相对速度可随时钟信号CL1的频率而变化。在磁盘中建立多种数据文件。要在磁盘中建立音频文件af和MIDI文件mf。把音频文件af分别分配到表示多首乐曲的多组音频音乐数据码。每个音频文件af有两个数据字段ai和ad(见图2)，把两个数据字段ai/ad分别分配给音频标识码AID和一组音频音乐数据码。

音频标识码AID分别识别各个音频文件af，使得用户可以用音频标识码AID指定每首乐曲。盘标识码还可以存储在数据字段ai中。盘标识码表示激光唱片，从该激光唱片把一组音频音乐数据码复制为音频文件af。位置数据码还可存储在数据字段ai中。位置数据码表示这首乐曲或这组音频音乐数据码存储在激光唱片中的什么地方。

这组音频音乐数据码分为音频数据码和时间码，音频数据码表示模拟音频信号的瞬时不连续值，时间码表示从开始重放起经历的时间。例如以44.1kHz取样模拟音频信号，把瞬时不连续值转换为音频数据码。图3说明了从模拟音频信号到音频数据码的数据转换。模拟音频信号波动，使得幅度随点AL1所示而变化。在t1，t2，...，和tn取样模拟音频信号，在t1，t2，...，和tn的幅度转换为箭头AR1所示的二进制数字。在t1，t2，...，和tn的幅度以代表瞬时不连续值的音频数据码存储。

MIDI文件mf也分别分配到多组表示多首乐曲的MIDI音乐数据码。每个MIDI文件mf有两个数据字段mc和md(见图4A)，两个数据字段mc/md分别分配给控制数据和一组MIDI音乐数据码。这种情况下，MIDI标识码MID、音频标识码AID和传输率码TRD存储在数据字段mc中。

MIDI标识码MID表示MIDI文件mf以及相应的存储在相关数据字段md中的乐曲。音频标识码AID表示音频文件，在音频文件中存储一组音频音乐数据码用于重奏。传输率码TRD表示等于数据传输率的时钟信号CL1的频率。一组MIDI音乐数据码包含表示事件的事件码EC1和持续时间数据码，每个持续时间数据码表示图4B所示事件之间的时间间隔Δt。时间间隔由时钟信号CL1中的脉冲数来表示，使得与发送音频音乐数据码同步地把事件码传送到重奏控制器110。

假设用音频标识码AID指定一个音频数据文件af。硬盘驱动器140用磁场对准数据字段ad，以等于时钟信号CL1的频率的数据读取速度从数据字段ad顺序地读取音频数据码和时间数据码。硬盘驱动器140也以等于时钟信号CL1的频率的数据传输率向重奏控制器110提供音频数据码和时间数据码。如果时钟信号CL1变为另一频率，就以等于时钟信号CL1的新频率的另一数据传输率向重奏控制器110发送音频音乐数据码。

数据源120

数据源120由光盘驱动器120a和激光唱片120b来实现。光盘驱动器120a与重奏控制器110连接。重奏控制器110给予光盘驱动器120a指令代码，从光盘驱动器120a向重奏控制器110提供音乐数据。光盘驱动器120a是具有用于照射激光束的光头的标准类型，数据读取速度恒定。光盘驱动器120a设计成读取表示以44.1kHz取样的模拟音频信号的多条数据，使得数据读取速度不可改变。

激光唱片120b是以凹点形式存储音乐数据的类型。在每个激光唱片120b中存储多组音频音乐数据码或多组MIDI音乐数据码。

当用户指定一组音频音乐数据码时，光盘驱动器120a把光头移动至这组音频音乐数据码。光盘驱动器120a驱动激光唱片120b用于数据读取时，从光头向激光唱片120b的记录表面上照射激光束，把反射转换为位串。把位串恢复成音频音乐数据码。光盘驱动器120a以等于恒定数据读取速度的数据传输率把音频音乐数据码传送到重奏控制器110。

数据源130

数据源130包含磁盘控制器/驱动器130a和诸如软盘的磁盘130b。磁盘控制器/驱动器130a与重奏控制器110连接。重奏控制器110向磁盘控制器/驱动器130a提供时钟信号CL1、指令代码和事件码，磁盘控制器/驱动器130a确定事件码和先前事件码之间的时间间隔，用于把表示时间间隔的持续时间数据码与一个或多个事件码一起存储在磁盘130b中。磁盘控制器/驱动器130a间断性地从磁盘130b读取一个或多个事件码以及相关的持续时间数据码，在持续时间数据码所示的时间间隔耗尽时把一个或多个事件码提供给重奏控制器110。这样，磁盘控制器/驱动器130a以一组MIDI音乐数据码的形式把合成设备100上的演奏记录在磁盘130b中，根据这组MIDI音乐数据码再现演奏。

磁盘控制器/驱动器130a包含微处理器、程序存储器、工作存储器、磁头和驱动器电路。把主例行程序和子例行程序存储在程序存储器中，微处理器顺序地从程序存储器取出这些计算机程序的指令代码，用于实现给定的任务。微处理器在工作存储器中临时存储事件码和数据码，在工作存储器中为持续时间数据码建立计数器。

当音频系统打开时，微处理器开始执行主例行程序，并周期性地检查重奏控制器110和磁盘控制器/驱动器130a之间的接口，看重奏控制器110是否向磁盘控制器/驱动器130a新分派了任务。如果重奏控制器110请求磁盘控制器/驱动器130a记录合成设备100上的演奏，同时同步重放一首乐曲，主例行程序就转移到子例行程序用于记录，用于记录的子例行程序转移到每个定时中断的子例行程序，所述的这首乐曲由一组音频音乐数据码表示。重奏控制器110向微处理器提供MIDI标识码MID、音频标识码AID和传输率码TRD以及表示请求同步记录的指令代码。另一方面，如果重奏控制器110请求磁盘控制器/驱动器130a向重奏控制器110传送事件码，用于与重放该首乐曲同步地进行重放，主例行程序就转移到另一子例行程序用于重放，用于重放的子例行程序也转移到每个定时中断的子例行程序。

假设重奏控制器110a请求磁盘控制器/驱动器130a记录一首乐曲的一部分，同时同步重放音频数据码所表示的另一部分。重奏控制器110a就向微处理器提供控制数据，即，MIDI标识码MID、音频标识码AID和传输率码TRD。当微处理器确认该指令时，主例行程序就转移到子例行程序用于记录，微处理器在磁盘130b中建立MIDI文件mf。微处理器把MIDI标识码MID、音频标识码AID和传输率码TRD写入数据字段mc，并等候事件码。

微处理器周期性地检查重奏控制器110和磁盘控制器/驱动器130a之间的接口，看是否有事件码到达。第一事件码表示开始演奏。当第一事件码到达接口时，微处理器指示驱动器电路用磁头在数据字段md中写入第一事件码，起动定时中断的软件定时器。这种情况下，以等于时钟信号CL1的脉冲周期的时间间隔发生定时中断。一进入每个定时中断的子例行程序，微处理器就把计数器加上1。这样，微处理器用时钟信号CL1的脉冲周期作为单位确定时间周期。

当下面的一个或多个事件码到达接口时，微处理器读取存储在计数器中的脉冲数，并把计数器重置为0。微处理器把脉冲数表示的时间周期存储在持续时间数据码中，指示驱动器电路用磁头把一个或多个事件码与持续时间数据码一起写入数据字段md。

微处理器重复上述工作直到重奏控制器110通知微处理器演奏完成。然后，微处理器指示驱动器电路用磁头把表示演奏结束的事件码写入数据字段md。

假设重奏控制器110请求磁盘控制器/驱动器130a向重奏控制器110传送MIDI音乐数据码用于同步重放。当微处理器确认该指令时，主例行程序转移到子例行程序用于重放，用于重放的子例行程序转移到每个定时中断的子例行程序。当从磁盘130b读取表示一个或多个音符事件的一个或多个事件码和持续时间数据码时，微处理器把持续时间数据码所示的脉冲数存储在计数器中。在每个定时中断把计数器存储的数字减小1。当计数器中的数字到达0时，微处理器把事件码传送到重奏控制器110，读取下面的一个或多个事件码和持续时间数据码。持续时间数据码所示的脉冲数也存储在计数器中，在每个定时中断减小1。这样，微处理器用时钟信号CL1的脉冲确定读取事件码和发送事件码之间的时间周期耗尽。

合成设备

合成设备100主要包括重放系统100a、声音系统100b、非电声钢琴174和传感器阵列176。非电声钢琴174是标准大钢琴。然而，立式钢琴可以起非电声钢琴的作用。重放系统100a与重奏控制器110连接，从重奏控制器110提供多个事件码，重放系统100a分析这些事件码，使非电声钢琴174和声音系统100b选择性地产生非电声钢琴音调和电子音调。重奏控制器110还与声音系统100b连接，直接向声音系统100b提供模拟音频信号用于产生电音调。

非电声钢琴174包含键盘174a、动作单元174b、音锤174c、弦174d和踏板174e。键盘174a暴露于演奏人员，使得演奏人员可以在键盘174a上演奏乐曲。动作单元174b与键盘174a的黑/白键链接，通过按下黑/白键选择性地接通动作单元174b。动作单元174b驱动相关音锤174c脱出旋转，音锤174c在旋转结束处敲击弦174d。然后，弦振动，使得从振动的弦174d发出非电声钢琴音调。踏板174e用于对非电声钢琴音调给予效果。当按下阻尼踏板174e时，延长非电声钢琴音调。减音踏板174e使非电声钢琴音调的响度比平常小，延音踏板174e使单个声调得到延长。这样，部分174a到174e与标准大钢琴的行为类似。

重放系统100a包含用于重奏的音调发生器160、重放控制器170、电磁控制的传动器(actuator)172和用于钢琴音调的音调发生器。用于重奏的音调发生器160和重放控制器170并联到重奏控制器110上，从重奏控制器110选择性地向用于重奏的音调发生器160和重放控制器170提供事件码。向重放控制器170提供表示钢琴音调的事件码，向用于重奏的音调发生器160提供表示其它种类音调的事件码。用于重奏的音调发生器160根据事件码产生数字音频信号。把数字音频信号转换为模拟音频信号，把模拟音频信号提供给声音系统100b。

另一方面，重放控制器170向用于钢琴音调的音调发生器178提供事件码，或选择性地向电磁控制的传动器172提供驱动信号。用户通过重奏控制器110指示作为目的地的重放控制器170。

如果用户指示重奏控制器110向用于钢琴音调的音调发生器178传送事件码，用于钢琴音调的音调发生器178接收表示非电声钢琴音调的事件码，根据事件码产生数字音频信号。把数字音频信号转换为模拟音频信号，从用于钢琴音调的音调发生器178向声音系统100b提供模拟音频信号。

另一方面，如果用户指示重奏控制器110向电磁控制的传动器172提供驱动信号，重放控制器170就分析事件码，确定要移动的黑/白键和每个非电声钢琴音调的响度。如果事件码表示要给予非电声钢琴音调的效果，重放控制器170就确定将按下的踏板174e以及按下踏板174e的深度。重放控制器170把驱动信号调节到等于响度或深度的确定负荷比，将驱动信号提供给与黑/白键或踏板相关的电磁控制的传动器172。

电磁控制的传动器172设在黑/白键下面和踏板174e上面。当驱动信号流过电磁控制的传动器172的线圈时，铁心从线轴突出，按下相关的黑/白键/踏板。这样，电磁控制的传动器172就选择性地移动相关的黑/白键/踏板174e而不需演奏人员弹奏/脚踏。这导致产生非电声钢琴音调和给予非电声钢琴音调的效果。

声音系统100b包含混音器180、放大器190和扬声器192。从重奏控制器110、用于重奏的音调发生器160和用于钢琴音调的音调发生器178向混音器180提供模拟信号，并将模拟信号混合成单音频信号。均衡音频信号的频率分量，通过放大器190放大均衡后的音频信号。从放大器180向扬声器192提供模拟信号，把模拟信号转换为电/电子音调。

传感器阵列176包含键传感器和踏板传感器。键传感器分别监控黑/白键，踏板传感器分别监控踏板174e。键/踏板传感器176产生表示当前键/当前踏板位置的模拟键/踏板位置信号，把模拟键位置信号和模拟踏板位置信号转换为也表示当前键/当前踏板位置的数字键位置信号和数字踏板位置信号。周期性地从传感器阵列176向重奏控制器110提供数字键位置信号和数字踏板位置信号。重奏控制器110分析数字键位置信号和数字踏板位置信号用于产生事件码。首先，重奏控制器110指定按下的黑/白键174a和/或按下的踏板174e，计算每个按下的键的速度和/或每个按下的踏板174e的深度。分配给每个按下的黑/白键的音符数和速度存储在事件码中，按下的踏板和深度也存储在事件码中。这样，传感器阵列176通知重奏控制器110表示演奏的多条音乐数据。

重奏控制器

重奏控制器110a包含控制器110a、操纵面板115和数字信号处理器150。控制器110a与光盘驱动器120a、磁盘控制器/驱动器130a、硬盘驱动器140、传感器阵列176、操纵器115和数字信号处理器150连接。操纵面板115有诸如开关、键和控制杆的多个操纵器，也在操纵面板115上设有几个指示器和显示窗口。用户选择性地操纵开关和控制杆，通过操纵面板115向控制器110a给出指令。用户通过操纵电源开关打开音频系统，通过其它开关改变操作模式。用户还通过操纵另外的开关从合成设备100选择声源174或178。用户操纵控制杆来改变节奏。用户通过键把要演奏或要再现的乐器题目输入到重奏控制器110中。

数字信号处理器150在图1中缩写为“DSP”。数字信号处理器150完成两个主要任务。一个主要任务是从音频数据码产生模拟音频信号。光盘驱动器120a或硬盘驱动器140从激光唱片120b或磁盘读取音频音乐数据码，音频音乐数据码，即音频数据码和时间数据码连续到达控制器110a。控制器110a把音频数据码传送到数字信号处理器150同时不改变数据传输率。数字信号处理器150把音频数据码恢复为模拟音频信号，把模拟音频信号提供给混音器180。当数字信号处理器150把每个音频数据码转换为模拟音频信号的一部分时，数字信号处理器150在时钟信号CL1定义的时间锁存音频数据码，以便把这些音频数据码的系列恢复为具有等于原始模拟音频信号波形的模拟音频信号。

另一主要任务是把事件码分发到用于重奏的音调发生器160和重放控制器170。如上所述，磁盘控制器/驱动器130a间断性地向控制器110a传送事件码。控制器110a向数字信号处理器150提供事件码。如果事件码表示钢琴音调，数字信号处理器150就把事件码提供给重放控制器170。另一方面，如果事件码表示其它种类的音调，数字信号处理器150就把事件码提供给用于重奏的音调发生器160。这样，数字信号处理器150按照要再现的音调的音色选择性地把事件码分发到重放控制器170和用于重奏的音调发生器160。在数据发送中，数字信号处理器150保持等于时钟信号CL1的数据传输率。

控制器110a响应用户通过操纵面板115给出的指令，以便记录非电声钢琴174上一首乐曲的一部分演奏，同时同步重放存储在音频文件af中的其它部分，以及与另一部分的重放同步地再现演奏。虽然音频系统响应其它用户的请求，诸如简单地重放存储在音频文件af中的一首乐曲、简单地重放存储在MIDI文件mf中的一首乐曲以及简单地记录非电声钢琴174上的用户演奏，但是，为了简便，不再赘述。描述主要注重同步记录和同步重放。

在记录模式下，控制器110a与光盘驱动器/硬盘驱动120a/140、数字信号处理器150、声音系统100b、传感器阵列176和磁盘控制器/驱动器130a协作。控制器110a请求光盘驱动器/硬盘驱动120a/140查找存储有一首乐曲的那组音频音乐数据码。当发现这组音频音乐数据码时，光盘驱动器120a把这组音频音乐数据码传送到控制器110a，控制器110a再把这组音频音乐数据码传送到硬盘驱动器140。硬盘驱动器140建立音频文件af，把这组音频音乐数据码存储在数据字段ad中。

接下来，控制器110a指示磁盘控制器/驱动器130a在磁盘130b中建立MIDI文件mf，并把MIDI标识码MID、音频标识码AID和传输率码TRD提供给磁盘控制器/驱动器130a。用户通过操纵面板115给出要演奏的乐曲的题目，控制器110a把该标题存储在MIDI标识码MID中。已经从激光唱片120b读取了音频标识码AID。控制器110a把Red Book定义的数据传输率或数据读取速度存储在内部非易失性存储器中作为缺省值。控制器110a向磁盘控制器/驱动器130a提供表示缺省值的传输率码TRD直到用户不通过操纵面板115给出数据传输率。磁盘控制器/驱动器130a把这些数据码MID、AID和TRD存储在数据字段mc中。

接下来，控制器110a把时钟信号CL1调节为等于音频音乐数据码的数据传输率的频率，开始向磁盘控制器/驱动器130a和硬盘驱动器140提供时钟信号CL1。

接下来，控制器110a指示硬盘驱动器140从音频文件af的数据字段ad读取并传送音频音乐数据码。硬盘驱动器140响应时钟信号CL1以便从磁盘读取音频音乐数据码并传送音频音乐数据码。音频音乐数据码到达控制器110a。控制器110a把音频数据码传送到数字信号处理器150同时不改变数据传输率。控制器110a保持等于时钟信号CL1的频率的数据传输率。数字信号处理器150从音频数据码产生模拟音频信号，声音系统100b产生电音调。

当从扬声器192发出电音调时，用户开始演奏这部分乐曲。用户演奏这部分时，传感器阵列176向控制器110a提供数字键位置信号和数字踏板位置信号。控制器110a分析数字键位置信号/数字踏板位置信号所表示的多条音乐数据，根据音乐数据产生事件码。控制器110a向磁盘控制器/驱动器130a提供一个或多个事件码。磁盘控制器/驱动器130a产生持续时间数据码，把一个或多个事件码和相关持续时间数据码写在数据字段md中。控制器110a间断地向磁盘控制器/驱动器130a提供表示演奏的事件码，磁盘控制器/驱动器130a写入事件码和相关持续时间数据码直到用户完成演奏。

假设用户通过操纵面板指示控制器110a再现该乐曲这部分的演奏，同时同步重放其它部分。用户通过操纵面板115指定乐曲。控制器用MIDI标识码MID识别这首乐曲，向磁盘控制器/驱动器130a提供MIDI标识码MID。磁盘控制器/驱动器130a从磁盘130b选择MIDI文件mf，并把来自数据字段mc的音频标识码AID和传输率码TRD传送到控制器110a。

控制器110a把音频标识码AID传送到光盘驱动器120a，指示光盘驱动器120a向其传送由音频标识码AID识别的这组音频音乐数据码。光盘驱动器120a从激光唱片或另一激光唱片120b选择这组音频音乐数据码，从激光唱片120b向控制器110a传送这组音频音乐数据码。控制器110a再把这组音频音乐数据码传送到硬盘驱动器140，这组音频音乐数据码存储在硬盘驱动器140的磁盘中所建立的音频文件af中。

控制器110a检查控制数据，看时钟信号CL1是否已经调节为等于数据传输率的频率。如果回答是否定的，控制器110a就把时钟信号CL1调节为适当的频率。

一旦完成准备工作，控制器110a就指示磁盘控制器/驱动器130a和硬盘驱动器140起动从MIDI文件mf和音频文件af的数据读取。如果用户的选择是用于钢琴音调的音调发生器178，磁盘控制器/驱动器130a和硬盘驱动器140就同时起动从磁盘控制器/驱动器130a和内部磁盘的数据读取。另一方面，如果用户的选择是非电声钢琴174，控制器110a就在动硬盘驱动器140的数据读取之前起动从MIDI文件mf的数据读取，这是因为键动作不可避免地阻碍了非电声钢琴音调。数据读取和非电声钢琴音调之间的时间延迟是恒定的。这样，控制器110a用以下方式控制磁盘控制器/驱动器130a和硬盘驱动器140：非电声钢琴174产生与声音系统100b完美重奏的非电声钢琴音调。

硬盘驱动器140响应时钟信号CL1以便从音频文件af的数据字段ad向控制器110a传送音频音乐数据码。另一方面，磁盘控制器/驱动器130a间断地从MIDI文件mf的数据字段md读取事件码和相关持续时间数据码。磁盘控制器/驱动器130a用时钟信号CL1确定发送一个或多个事件码同发送下一个或多个事件码之间的时间间隔，并间断地向控制器110a提供事件码。

控制器110a从音频音乐数据码选择音频数据码，并向数字信号处理器150提供音频数据码。控制器110a保持等于时钟信号CL1的频率的数据传输率。数字信号处理器150产生模拟音频信号到混音器180，从扬声器192发出电音调。控制器110a还向数字信号处理器150提供事件码，数字信号处理器150选择性地向用于重奏的音调发生器160和重放控制器170提供事件码同时不改变数据传输率。用于重奏的音调发生器160根据事件码产生模拟音频信号，并向混音器180提供模拟音频信号。另一方面，重放控制器170按照用户的选择向用于钢琴音调的音调发生器178或电磁控制的传动器172提供事件码。

当用户选择用于钢琴音调的音调发生器178时，用于钢琴音调的音调发生器178根据事件码产生模拟音频信号，并向混音器180提供模拟音频信号，用于产生电子钢琴音调。如果用户选择电磁控制的传动器172，重放控制器170就分析事件码，并向电磁控制的传动器172提供驱动信号。电磁控制的传动器172引起键动作和踏板动作，产生非电声钢琴音调。这样，根据本发明的音频系统用提供给磁盘控制器/驱动器130a和硬盘驱动器140的时钟信号CL1，实现了电音调和钢琴音调之间的完美重奏。

下面描述控制器110a的系统构成。控制器110a包含中央处理单元110a’、随机存取存储器110b、数-模转换器110c、只读存储器110d、总线系统110e和时钟发生器112。把诸如数据传输率的缺省值和计算机程序的控制数据存储在只读存储器110d和随机存取存储器110b中，只读存储器110d简写为“ROM”，随机存取存储器110b简写为“RAM”，起工作存储器的作用。中央处理单元110a’简写为“CPU”。中央处理单元110a’、随机存取存储器110b、数-模转换器110c和只读存储器110d与总线系统110e连接。数-模转换器110c在中央处理单元110a’的控制下产生控制电压信号，向时钟发生器112提供控制电压信号。这种情况下，时钟发生器112由电压控制的振荡器来实现。电压控制的振荡器响应控制电压信号以便中央处理单元110a’可以改变时钟信号CL1的频率。从时钟发生器112向磁盘控制器/驱动器130a和硬盘驱动器140提供时钟信号CL1。

中央处理单元110a’顺序取出计算机程序的指令代码。当用户接通控制器110a时，中央处理单元110a’开始执行主例行程序。在主例行程序中，中央处理单元110a’周期性地检查操纵面板115，看用户是否操纵了开关、键和控制杆中的任意一个。假设用户通过操纵面板115向音频系统给出了指令。回答是肯定的，主例行程序就按照给定指令转移到子例行程序。

如果用户从合成设备选择了用于钢琴音调的音调发生器，中央处理单元110a’就把表示用户的选择的指令代码提供给重放控制器170，使重放控制器170准备向用于钢琴音调的音调发生器178传送事件码。如果用户在选择操作模式之前输入了要记录的乐曲的题目和/或节奏，中央处理单元110a’就产生MIDI标识码和/或传输率码，把它们临时存储在随机存取存储器110b中。

假设用户指示音频系统记录一首乐曲的一部分，同时重放由一组音频音乐数据码表示的另一部分。用户就通过操纵面板115输入这首乐曲的题目。然而，用户不给予重奏控制器110节奏。

中央处理单元110a’向光盘驱动器120a提供表示这首乐曲的题目的数据码，并请求光盘驱动器120a检查激光唱片120b，看是否已经在激光唱片120b中记录了这首乐曲。如果回答是否定的，光盘驱动器120a向中央处理单元110a’报告没记录乐曲。然后，中央处理单元110a’请求操纵面板115在显示窗口中产生消息，诸如“没在盘中发现该题目”。如果把另一激光唱片插入光盘驱动器120a中，光盘驱动器就在激光唱片120b查找这首乐曲。这样，中央处理单元110a’与光盘驱动器120a和操纵面板115协作直到光盘驱动器120a向控制器110a报告音频标识码AID。

当中央处理单元110a’确认了音频标识码AID，中央处理单元110a’就临时把音频标识码AID存储在随机存取存储器110b中，指示硬盘驱动器140为音频标识码AID标记的乐曲建立音频文件af。中央处理单元110a’请求光盘驱动器120a向硬盘驱动器140传送音频音乐数据码。光盘驱动器120a从激光唱片120b读取音频音乐数据码，把它们通过控制器110a传送到硬盘驱动器140。音频音乐数据码顺序记录在数据字段ad中。这样，就在硬盘驱动器140的磁盘中建立了音频文件af。

中央处理单元110a’指示磁盘控制器/驱动器130a检查磁盘130b，看空闲存储空间是否足以建立新的MIDI文件mf，同时对光盘驱动器120a给出指令。如果空闲存储空间短缺，磁盘控制器/驱动器130a就向中央处理单元110a’报告短缺。然后中央处理单元110a’请求操纵面板115在显示窗口上产生消息，诸如“改变盘”。这样，中央处理单元110a’与磁盘控制器/驱动器130a和操纵面板115协作直到磁盘控制器/驱动器130a发现可用于记录的空闲存储空间。

当光盘驱动器120a和磁盘控制器/驱动器130a准备好时，中央处理单元110a’向磁盘控制器/驱动器130a提供表示缺省值的MIDI标识码、音频标识码和传输率码TRD，并指示磁盘控制器/驱动器130a把MIDI标识码MID、音频标识码AID和传输率码TRD存储在MIDI文件mf的数据字段mc中。

此外，中央处理单元110a’向数-模转换器110c提供表示缺省值的控制数据码。数-模转换器110c把控制电压信号变为适于等于缺省数据传输率的频率的电势电平。控制电压信号使时钟发生器112以给定的频率振荡。时钟发生器112以给定的频率向硬盘驱动器140和磁盘控制器/驱动器130a提供时钟信号CL1。

接下来，中央处理单元110a’指示硬盘驱动器140从音频文件af读取音频音乐数据码，对坐在键盘174a前面的演奏者给出记号。中央处理单元110a’通过第一事件码通知磁盘控制器/驱动器130a开始同步记录。磁盘控制器/驱动器130a在MIDI文件mf的数据字段md中写入事件码，开始计数时钟信号CL1的脉冲。

从硬盘驱动器140经控制器110a向数字信号处理器150传送音频音乐数据码，数字信号处理器150向混音器180提供模拟音频信号，以便从扬声器192为给定的部分产生电音调。

另一方面，演奏者开始以给定的记号在键盘174a上弹奏。演奏者在非电声钢琴174上演奏另一部分时，传感器阵列176向控制器110a的接口提供数字键位置信号和数字踏板位置信号。中央处理单元110a’把数字键位置信号/数字踏板位置信号所表示的多条位置数据传送到随机存取存储器110b，在这里累积多条位置数据。中央处理单元110a’周期性地检查累积的多条位置数据，看演奏者是否移动了哪个黑/白键174a和踏板174e。假设演奏者按下了一个黑/白键并释放了另一个黑/白键。回答是肯定的，中央处理单元110a’就用各个音符数识别按下的键和释放的键。中央处理单元110a’根据累积的位置数据计算速度，并产生表示音符开事件和音符关事件的事件码。如果演奏者踏在一个踏板174e上，回答也是肯定的，中央处理单元110a’产生表示要给予音调的效果的事件码。

中央处理单元110a’向磁盘控制器/驱动器130a提供一个或多个事件码。当磁盘控制器/驱动器130a接收一个或多个事件码时，磁盘控制器/驱动器130a读取目前存储在计数器中的值，产生持续时间数据码。磁盘控制器/驱动器130a把计数器重置为0，重新开始计数时钟信号CL1的脉冲。磁盘控制器/驱动器130a把一个/多个事件码和持续时间数据码写在MIDI文件mf的数据字段md中。

演奏者演奏一首乐曲的一部分时，中央处理单元110a’间断地向磁盘控制器/驱动器130a提供事件码，磁盘控制器/驱动器130a把事件码与持续时间数据码一起存储在MIDI文件mf的数据字段md中。这样，中央处理单元110a’与传感器阵列176和磁盘控制器/驱动器130a协作，用于在MIDI文件mf中记录演奏。

当演奏者指示音频系统再现演奏，同时通过声音系统100b同步重放时，中央处理单元110a’的行为如下。

首先，中央处理单元110a’请求磁盘控制器/驱动器130a在磁盘130b检查存储有演奏的MIDI文件mf。如果磁盘130b没有存储MIDI文件mf，磁盘控制器/驱动器130a就向中央处理单元110a’报告没存储MIDI文件mf。然后，中央处理单元110a’指示操纵面板115在显示窗口中产生消息，诸如“改变磁盘”，以便提示用户改变磁盘130b。

当磁盘控制器/驱动器130a发现MIDI文件mf时，磁盘控制器/驱动器130a读取音频标识码AID和传输率码TRD，并将它们提供给中央处理单元110a’。

中央处理单元110a’把音频标识码AID传送到光盘驱动器120a，并请求光盘驱动器120a在激光唱片120b查找一组标记为音频标识码AID的音频音乐数据码。如果这组音频音乐数据码不存在，光盘驱动器120a就报告中央处理单元110a’不存在这组音频音乐数据码，中央处理单元110a’使操纵面板115在显示窗口中产生提示消息。

当中央处理单元110a’确认音频音乐数据码时，中央处理单元110a’请求硬盘驱动器140在磁盘中建立音频文件af，要光盘驱动器120a通过控制器110a向硬盘驱动器140传送这组音频音乐数据码。硬盘驱动器140把这组音频音乐数据码存储在数据字段ad中。这样，这组音频音乐数据码复制到硬盘驱动器140中。

当传输率码TRD到达中央处理单元110a’时，中央处理单元110a’向数-模转换器110c提供表示数据传输率的控制数据码。数-模转换器110c把控制电压信号调节为相应于数据传输率的电势电平。把控制电压信号提供给时钟发生器112，时钟发生器112以等于目标数据传输率的给定频率振荡。把时钟信号CL1提供给硬盘驱动器140和磁盘控制器/驱动器130a。

当完成准备工作时，中央处理单元110a’按照非电声钢琴174和用于钢琴音调的音调发生器178之间的用户选择，请求磁盘控制器/驱动器130a在音频音乐数据码的数据读取的同时或在此之前，从MIDI文件mf读取MIDI音乐数据码。

与时钟信号CL1同步地从磁盘连续读取音频音乐数据码，以目标数据传输率，从硬盘驱动器140经控制器110a向数字信号处理器150传送音频音乐数据码。数字信号处理器150从音频数据码产生模拟音频信号，并将其提供给混音器180。

另一方面，磁盘控制器/驱动器130a间断地向控制器110a提供事件码，用时钟信号CL1测量发送一个/多个事件码和前一次发送一个/多个时间码之间的时间周期。中央处理单元110a’向重放控制器170传送一个/多个时间码，重放控制器170按照用户选择向用于钢琴音调的音调发生器178或电磁控制的传动器172提供一个/多个时间码或驱动信号。

如果向用于钢琴音调的音调发生器178提供一个/多个事件码，用于钢琴音调的音调发生器178就根据事件码产生模拟音频信号，并把模拟音频信号提供给混音器180。声音系统100b在重奏中再现电音调和电子音调，与记录模式下相同。

另一方面，如果向电磁控制的传动器172提供事件码，电磁控制的传动器就引起键动作和踏板动作，从振动弦174d产生声调。虽然机械振动中引入了时间延迟，但是，磁盘控制器/驱动器130a比硬盘驱动器140的数据读取提前起动，提前了等于时间延迟的时间周期。这导致了非电声钢琴音调和电音调之间的完美重奏。

同步记录/同步重放

图5和6说明了用于同步记录的控制序列和用于同步重放的控制序列。假设用户指示音频系统同步记录。用户就把激光唱片120b和磁盘130b插入光盘驱动器120a和磁盘控制器/驱动器130a。已经把要再现的这首乐曲记录在激光唱片120b中，磁盘130b有建立MIDI文件mf的未使用存储空间。音频系统在硬盘驱动器140的磁盘中建立音频文件af，把这组音频音乐数据码从激光唱片120b复制到音频文件af的数据字段ad。

音频系统起动图5所示的控制序列。首先，音频系统检查操纵面板，看用户是否指示了同步记录，如步骤Sa1。如果用户还没向音频系统指示同步记录，回答是“否”，音频系统就重复步骤Sa1。向音频系统提供音频标识码AID和传输率码TRD以及用于同步记录的指令。

当用户指示音频系统同步记录时，在步骤Sa1的回答变为肯定“是”，音频系统在磁盘130b中建立MIDI文件mf。音频标识码AID和传输率码TRD写在MIDI文件中，如步骤Sa2。音频标识码AID使MIDI文件mf相应于音频文件af。还没在MIDI文件mf的数据文件md中写入MIDI音乐数据码。

音频系统与时钟信号CL1同步地连续从音频文件af读取音频音乐数据码，再现电音调，如步骤Sa3。用户在重放的同时开始在非电声钢琴174上演奏，音频系统产生表示演奏的事件码和持续时间码。音频系统用时钟信号CL1确定事件之间的时间间隔。音频系统把事件码和相关持续时间码存储在MIDI文件mf的数据字段md中，如步骤Sa4。虽然步骤Sa3之后是步骤Sa4，但是，并行执行重放和记录。

音频系统检查操纵面板115，看用户是否完成了演奏，如步骤Sa5。用户继续弹奏时，步骤Sa5的回答是否定“否”，控制返回步骤Sa4。这样，音频系统重复步骤Sa4和Sa5的循环直到用户完成演奏。

当用户完成演奏时，他或她指示音频系统终止记录，步骤Sa5的回答变为肯定“是”。然后，音频系统退出控制序列。

如果用户希望放慢或加快演奏，用户就将他或她的节奏给予音频系统，音频系统把时钟信号CL1调节为相应于新节奏的频率。

从上文的描述可以知道，音频系统以等于时钟信号CL1的频率的数据传输率传送音频数据码，也用时钟信号CL1对发送事件码之间的间隔进行计时。这样，音频系统用时钟信号CL1控制重放和记录。这导致了完美的重奏。

假设用户向音频系统指示同步重放。用户已经把激光唱片120b和磁盘130b插入光盘驱动器120a和磁盘控制器/驱动器130a，音频系统已经把这组音频音乐数据码复制到了在硬盘驱动器140中建立的音频文件af。从合成设备100选择用于钢琴音调的音调发生器178。

首先，音频系统检查操纵面板115，看用户是否指示音频系统同步重放，如步骤Sb1。步骤Sb1的回答是否定“否”时，音频系统等候用户指令，重复步骤Sb1。

当指令到达音频系统时，在步骤Sb1的回答变为肯定“是”，音频系统从磁盘130b中的MIDI文件mf读取音频标识码AID和传输率码TRD，如步骤Sb2。音频系统用音频标识码AID识别要访问的音频文件af，把时钟信号CL1调节为适当的频率。

音频系统从音频文件af和MIDI文件mf同步读取音频音乐数据码和事件码并把它们传送到合成设备100，用于重奏，如步骤Sb3，直到音频/MIDI文件af/mf结束。

修改例

要知道，音频系统用时钟信号CL1控制数据读取和数据发送，以便在良好的重奏中再现多个部分。

有可能在硬盘驱动器140中布置多个要同步再现的音频文件。该特征是用户所希望的，这是因为他或她把他或她的演奏记录在相应MIDI文件中而不改变激光唱片120b。此外，硬盘驱动器140的查找时间比光盘驱动器120a短，所以用户记录他或她的演奏就不用等太长时间。

虽然已经显示和描述了本发明的特殊实施例，对于本领域的技术人员很明显，可以进行改变和修改而不背离本发明的精神和范围。

例如，数字信号处理器150可以倒计时钟脉冲，以便间断地向重放控制器170和用于重奏的音调发生器160提供事件码。这种情况下，磁盘控制器/驱动器130a连续向控制器110a提供事件码和持续时间数据码。

控制器110a可以在从激光唱片120b向硬盘驱动器140发送音频文件期间确定数据读取速度。把音频数据码分组到一系列帧中，在每个帧的标题部分存储同步模式。向硬盘驱动器140传送帧时，控制器110根据发送同步模式时消耗的时间周期来假设读取速度和相应的数据传输率。

在根据本发明的另一音频系统中，可以在硬盘驱动器140的磁盘中建立MIDI文件mf。

在根据本发明的又一音频系统中，可以为一首乐曲的两个以上的部分在硬盘驱动器140中建立一个以上的MIDI文件和/或多个音频文件。

在根据本发明的又一音频系统中，光盘驱动器120a和控制器110a之间连接缓冲存储器。这种情况下，音频音乐数据码临时存储在缓冲存储器中，而后，与时钟信号CL1同步从缓冲存储器传送到控制器110a。数据源120包含激光唱片120b、光盘驱动器120a和缓冲存储器，可以从音频系统去除硬盘驱动器140。

如果光盘驱动器直接响应时钟信号CL1，就把音频音乐数据码直接提供给控制器110a。

任何种类的数据源都可用于根据本发明的音频系统。半导体存储器和磁带可以用作数据源，可以从供应商经公共或专用通信网络传送MIDI音乐数据码和/或音频音乐数据码。磁盘130b可以是软盘。

根据本发明的音频系统可以在重奏中再现多首乐曲。多个部分可以相应于多首乐曲。相反，多首乐曲中的一首和另一首乐曲可以是旋律和节拍。

有多种标准来定义音乐数据。Red Book的标准和MIDI标准只是标准的实例。因此，MIDI文件mf和音频文件af不限制可用于根据本发明的音频系统的数据格式。

可以用任何一种声源来代替合成设备100，只要该声源响应多个音频信号用来产生音调就行。这种声源的实例是立体声系统，另一实例是个人计算机系统。另一种乐器，诸如电键盘、电弦乐器和电子管乐器可以形成合成设备的一部分。

在另一音频系统中，时钟发生器112可以包括在每个数据源130/140中。这种情况下，重奏控制器提供表示目标频率和定时的控制信号，用于使时钟信号相互同步。

在根据本发明的又一音频系统中，可以用另一种传动器，诸如气动传动器、液压传动器或压电传动器来代替电磁控制的传动器。

权利要求和实施例之间的关系

图1所示的实施例中，硬盘驱动器140和磁盘控制器/驱动器130分别起第一数据源和第二数据源的作用，这组音频音乐数据码和这组MIDI音乐数据码分别相应于一组第一音乐数据码和一组第二音乐数据码。然而，硬盘驱动器140、磁盘控制器/驱动器130、这组音频音乐数据码和这组MIDI音乐数据码不是要限制在下文中结合修改例描述的第一数据源、第二数据源、一组第一音乐数据码和一组第二音乐数据码。硬盘驱动器140的磁盘和磁盘130b分别提供第一存储空间和第二存储空间。

合成设备起数据-声音转换器的作用，电音调和电子钢琴音调/非电声钢琴音调分别相应于第一类声音和第二类声音。从上文的描述很清楚，电音调和电子钢琴音调/非电声钢琴音调不限制本发明的技术范围。节拍和/或自然声可以起第一类声音和/或第二类声音的作用。

时钟信号CL1起控制信号的作用。万一数据源有各自的时钟发生器，目标频率和同步定时就可用控制信号来指示。时钟发生器112是一种可变频率时钟发生器。

音频标识码AID和MIDI标识码MID分别起第一标识码和第二标识码的作用。术语“音频”和“MIDI”只是使这些标识码相互区别。这些标识码可使用其它术语。传输率码TRD相应于控制数据码。

键盘174a和踏板174e起操纵器的作用，传感器阵列176相应于音乐数据发生器。万一数据-声音发生器由个人计算机系统来实现，计算机键盘就起操纵器的作用。