钢琴的自动弹奏原理
FreeKey FreeKey让你的钢琴不再成为摆设
让你的钢琴不再只是摆设你的钢琴会自动说话（tan zou)吗？你的钢琴是不是沉默（bu yong)太久了？你的钢琴是否该解放了？人一天不回话都会闷坏，更何况钢琴呢？原本可以弹奏出美妙的歌曲的钢琴渐渐沦为摆设的（hua ping），你忍心吗？可是你知道吗？一个叫做free key 钢琴自动演奏系统就能改变一切。
原本无人弹奏的钢琴响起了，原本成为摆设的钢琴更加吸引了，原本只是寂静的空间变成了音乐厅。
你造吗？你了解吗？曾经被誉为“魔鬼钢琴”的自动演奏钢琴，吸引了无数认得眼球。
魔鬼钢琴其实就是钢琴自动演奏系统。
最初形式（出现在19世纪末）是在普通钢琴前加用一部可移动的“演奏器”（player），外形极似一架小型足踏簧风琴，有一排65-88个“木手指”置于普通钢琴键盘上方。
演奏器用打孔纸卷（打孔位置与钢琴谱相符）操纵；用足踏风箱鼓风，风通过纸卷缓缓转动的纸卷上的孔位，驱动机械连动相应的“木手指”击琴键奏出音乐。
此后又有设计将外附的演奏器直接装置于钢琴内部，并可控制速度、力度、踏板等。
自动钢琴在20世纪20年代的欧洲曾广为流行于家庭娱乐，有过两年内生产50万台的纪录；至30年代由于无线电及唱机的兴起，才渐被淘汰。
但因为纸卷打孔在数量上不受人手十指的局限，钢琴上的音数和音域都可尽量发挥运用，故自动钢琴仍受现代作曲家的青睐。
拉赫玛尼诺夫、德彪西、马勒、格什温、R-施特劳斯都曾为这一乐器写作乐曲，制成纸带，供演奏使用。
现代自动钢琴（出现在本世纪80年代）随着电子技术的飞速发展，用集成电路和CPU控制钢琴自动演奏装置成为可能。
用此基本原理投入钢琴自动演奏器的全国知名企业雅迪freekey其原理是利用计算机MIDI信号原理，把钢琴键盘的速度和力度信号以及记谱法转换成特定让自动钢琴CPU能识别的信号，驱动40V电力信号，让安装在键盘底端的动力部分推动钢琴的榔头发出声音。
随着采样率的进一步提高，钢琴演奏的表现力大大丰富。
自动钢琴原理
自动钢琴原理
自动钢琴是一种能够自动演奏音乐的乐器，它的原理是通过一
系列精密的机械装置和电子设备，使得钢琴能够模拟人类演奏的动作，从而实现自动演奏。
自动钢琴的原理涉及到机械工程、电子技
术和音乐理论等多个领域，下面我们将逐一介绍自动钢琴的原理。
首先，自动钢琴的机械装置是实现自动演奏的关键。
在自动钢
琴内部，有一套精密的装置，它由一系列的活塞、连杆、齿轮和传
动装置组成，这些装置能够模拟人类的手指动作，按下钢琴键盘上
的琴键。
当自动钢琴接收到音乐信号时，这些机械装置就开始运转，按照预先设定的程序，精准地演奏出音乐。
其次，自动钢琴的电子设备也起着至关重要的作用。
现代的自
动钢琴通常配备有电子控制系统，它能够接收外部的音乐信号，并
将这些信号转化为机械装置的动作指令。
通过这种方式，自动钢琴
能够实现对音乐的精准演奏，同时也能够实现一些人类无法完成的
特殊演奏效果，比如快速的音阶、跳音等。
另外，自动钢琴的原理还涉及到音乐理论。
在自动演奏的过程中，自动钢琴需要准确地演奏出音乐的节奏、音符和音色。
这就要
求自动钢琴具备一定的音乐理论知识，能够理解并准确地演奏出音乐作品的要求。
因此，自动钢琴的制作需要音乐家和技术人员的共同努力，才能够实现高质量的自动演奏。
总的来说，自动钢琴的原理是一个复杂而精密的系统工程，它涉及到机械装置、电子技术和音乐理论等多个领域。
通过精密的机械装置和先进的电子设备，自动钢琴能够实现高质量的自动演奏，为人们带来美妙的音乐享受。
希望通过对自动钢琴原理的介绍，能够让更多的人了解和欣赏这一神奇的音乐装置。
自动演奏钢琴原理
自动演奏钢琴原理自动演奏钢琴是一种能够自动演奏音乐的机械钢琴，它通过内置的电子装置和程序，可以模拟人类弹奏钢琴的动作，从而实现自动演奏的功能。
那么，自动演奏钢琴是如何实现自动演奏的呢？下面将从原理方面进行详细介绍。
首先，自动演奏钢琴的原理是基于电子技术的。
它内置了电子装置，包括传感器、控制芯片、执行机构等。
传感器可以实时感知钢琴键盘的按键动作，将按键信息传输给控制芯片。
控制芯片根据预设的音乐曲谱和节奏，通过执行机构控制琴键的按下和抬起，从而产生音符的音响效果。
整个过程通过电子信号的传递和控制来实现，实现了自动演奏的功能。
其次，自动演奏钢琴的原理还涉及到程序控制。
在自动演奏钢琴的内部系统中，预先存储了大量的音乐曲谱和节奏信息。
当用户选择某首曲目进行演奏时，系统会根据曲谱和节奏信息，通过程序控制执行机构按照特定的顺序和时间节点演奏出相应的音符。
这种程序控制的方式，使得自动演奏钢琴可以演奏出各种不同的音乐作品，实现了多样化的演奏效果。
此外，自动演奏钢琴的原理还涉及到机械结构。
在钢琴的内部，执行机构通过复杂的机械结构来实现按键的按下和抬起。
这些机械结构需要精准的设计和制造，以确保演奏的准确性和稳定性。
同时，机械结构的优化也可以提高自动演奏钢琴的演奏效果和响应速度。
总的来说，自动演奏钢琴的原理是基于电子技术、程序控制和机械结构的综合应用。
通过电子装置的传感、控制芯片的程序控制和执行机构的机械结构，自动演奏钢琴可以实现自动演奏功能。
这种原理的应用，使得自动演奏钢琴成为一种能够自主演奏音乐的音乐器材，为人们带来了全新的音乐体验和享受。
钢琴击弦机的详细介绍说明
钢琴击弦机的详细介绍说明钢琴击弦机是击发琴弦振动的主要部件，也可以说是钢琴的心脏。
那么关于钢琴击弦机很多人不是很了解，下面是小编为你整理的相关知识，希望对大家有帮助!钢琴击弦机介绍击弦机是击发琴弦振动的主要部件，也可以说是钢琴的心脏。
钢琴的设计，以声音宏亮;键子灵活;触感灵敏;没有杂音;能强能弱;以每秒钟8—12次的速度击键，能够不间断发音为前提。
只有这样，才能满足钢琴演奏艺术要求，才能称其为现代钢琴。
其中以保证12次/秒的速度连续击弦为击弦机设计的核心。
为保证上述要求，在机械上有四个重要环节：(1)现代钢琴键子下沉深度为10—11.5毫米，小槌与弦的距离一般为48—50毫米，这样，它们之间的行程比例则为1：5，这是击弦机运动的基础。
(2)小槌在击弦的行进中，直接受弹奏力产生的行程要在距离弦约5毫米时终止，余下的行程(即5毫米)由小槌的惯性完成。
(3)小槌击弦之后要迅速返回，返回后必须停留在。
半路上，即全部行程的1/2处。
(4)击弦时要使止音器在小槌前进到全程的1/2时，才抬起来，也就是键子下沉到5毫米时，止音器开始脱离止音状态。
或者说，当键子下沉到底后，弦可自由振动，当键子抬起到一半时，止音器开始止音，这几个环节，适用于立式钢琴，也适用于三角钢琴.钢琴各个部件的作用1.琴弦。
概述：钢琴的琴弦分为三组，高音区为每音三弦，中音区为每音两弦，低音区为一音一弦;2.铸铁骨架。
概述：骨架是钢琴的框架部件之一，用来支撑来自琴弦的巨大张力，这个张力可以达到18吨;3.音板和码桥。
概述：主要是音板，码桥在传递过程中充当了使者的角色。
两者的合作，有效传递琴弦的振动至音板使得发出的声音被我们的听觉器官所感受到;4.击弦机。
概述：所谓的钢琴的机械部分主要就是这里。
击弦机包括键盘、榔头和当键盘被按下时使榔头敲向琴弦的机械装置;5.木质的琴壳及其它附件。
概述：这方面主要涉及材料的研究，在此不多说了。
6.踏板。
概述：右踏板为延音踏板。
钢琴自动弹奏机械手系统及其控制算法设计
钢琴自动弹奏机械手系统及其控制算法设计魏新宇(沈阳音乐学院音乐科技系,沈阳110818)摘要:在机器人控制理论和钢琴演奏技法的基础上,文章提出了一种通过在机械控制㊁电磁控制㊁软件控制等层面对钢琴自动弹奏系统进行综合设计优化的方法,并设计了一种基于可控力度的琴键击锤系统,以实现钢琴的机器人自动弹奏㊂研究结果表明,在应用机械手弹奏系统时,50名音乐学院钢琴专业本科四年级学生中,有26人认为该机器人的演奏技法达到或者超过了他们的技法掌握程度,占总数的52%㊂另外,音乐厅邀请的50位专业资深钢琴教师中,有22人表示该机器人的演奏水平达到了商业演出标准,占总数的44%㊂虽然该机器人在情感表达上尚有不足,但已经得到了较大比例听众的认可㊂关键词:自动控制;机器人钢琴;自动弹奏;力度控制;主观评价中图分类号:J624.1文献标识码:A 文章编号:2095 9699(2023)06 0032 06早期电子音乐来自M I D I合成技术(M u s i c a l I n s t r u m e n t D i g i t a l I n t e r f a c e),该技术通过电子合成音源,控制扬声器同时发出多个频率声音,拟声合成相应的音乐旋律㊂后期M I D I合成技术通过不断发展,在前者的基础之上可以进行不同力度㊁揉弦等乐器演奏技巧的音乐表达效果高保真还原㊂但是M I D I合成技术最大的短板是其没有原始音源设备,在极端演奏条件下其合成音源的保真度依然不尽如人意,并且无法达到真实乐器的低频共鸣带来的重低音效果,也无法表现出不同乐器因为共鸣腔结构微小差异而带来的听觉感官差异㊂所以音乐从事人员和研究人员找到了新的解决问题思路,即使用机械手系统直接弹奏乐器,且该思路已经成为当前电子拟声音乐的研究重点[1]㊂杭小羽等[2]研究人员以儿童钢琴学习为主要研究对象,分析个性化教学对儿童钢琴学习欲望的作用,明确个性化教学价值,提高儿童钢琴学习效果;余嘉安等[3]研究人员基于人工智能时代背景下,合理应用人工智能技术,创新高校钢琴教学模式,优化教学流程,提高教学效果;杨小影等[4]研究人员通过 智能+钢琴 教育构想,使用全新设计的机械手硬件系统,配合相关算法,实现了对人手演奏的相关触感㊁力度及常见弹奏技法的模拟,改变了早期研究中只可对节奏进行有效控制的系统缺陷,使机械手的钢琴弹奏效果更接近人手,且因为机械手为每个琴键均配置对应击锤,有效拓展了人手手指数量的限制㊂从钢琴演奏模式分析,其属于按键式击弦乐器,且有弱音(落下弱音板)㊁延音(抬起切音板)等功能模式㊂受限于手指生理构造限制,人手演奏时手指的岔开距离限制了和弦音的表达方式,在弹奏大跨度四联和弦音时,局限性即被表现出来㊂使用机械手系统可以为每个琴键布置专用击锤,且对钢琴的多个功能踏板布置按压装置,这就让钢琴的实际表现能力得到有效提升㊂文章重点研究琴键击锤的机械控制模式和音乐解码模式,以进一步提升钢琴弹奏机器人的实际演奏效果㊂1琴键击锤的机械控制模式设计从机械原理分析,钢琴琴键按下时,并非直接作用于琴弦,而是根据按下力度和时间,由打弦机判断控制击弦锤和止音器对琴弦作出相应操作㊂打弦机由一系列连杆滑块机构构成,不同品牌和价位的钢第38卷第6期2023年12月景德镇学院学报J o u r n a l o f J i n g d e z h e n U n i v e r s i t yV o l.38N o.6D e c.2023收稿日期:2021 09 24作者简介:魏新宇(1982 ),男,辽宁葫芦岛人,讲师,主要从事钢琴调律教学研究㊂琴,打弦机结构有所差异,但基本保证按下琴键时,止音器抬起,击弦锤落下并迅速复位,抬起琴键时,止音器复位㊂该机械手操作一个外部击锤以不同的弹奏手法击发琴键,触动打弦机操作㊂此时应该严格控制机械手击锤按下的力度和抬起的时间[5]㊂上述机械手琴键击锤与打弦机的联合控制模式,如图1所示㊂图1琴键击锤与钢琴内打弦机的机械耦合模式图1中,机械手控制模组共有2套结构,当提键电磁组通电时,琴键击锤被提起,弹簧片蓄力,当其断电时,琴键击锤在弹簧片的蓄力释放作用下落下,敲击琴键㊂根据弹簧片的预应力状态不同,琴键击锤敲击琴键后,可能因弹簧片地正校核而直接弹起,也可能因为弹簧片地过校核而始终按压琴键并等待提键电磁组的下一次通电作用㊂弹簧片的预紧力通过承力支点后部的力度电磁组吸引弹簧片尾端的力度永磁体来实现㊂早期的钢琴弹奏机器人,使用螺杆定位法控制击锤弹簧片的预紧力,但其受制于步进电机的转速而有较大的力度调整延迟时间,演奏需要快速调整力度时,此模式无法提供快速响应功能[6],所以,该设计将螺杆系统转为力度电磁组系统,该系统采用给不同电磁组通电的方式,快速调整弹簧片力度,使其的响应速度高于人手的响应速度㊂上述机械手控制机构中最复杂的部分为力度电磁组部分,其结构图局部放大后,如图2所示㊂图2力度电磁组局部放大图图2中,共给出7种不同力度,其中ʃ0㊁-1㊁-2控制了琴键击锤的弹性抬起过程;1㊁2㊁3㊁4控制了琴键击锤的持续按压过程㊂7个电磁装置呈扇形安装在一个回转机构上,该回转机构在步进电机的控制下,可以做出小角度回转,以实现对按键力度的高精度微调[7]㊂上述琴键击锤的力度电磁组功能定义,如表1所示㊂表1力度电磁组功能定义表力度级别按键力度按键后按键释放模拟手法-2极轻弹起弹力轻抚-1轻弹起弹力轻柔ʃ0普通抬起弹力常规1普通轻按电磁保持2重按压电磁发力3较重按压电磁重击4极重重压电磁重击表1中,通过按键力度步进电机进行精确定位,在对应的力度电磁组中选择某个电磁阀通电实现对按键击锤弹簧片力度永磁体的吸引并设定按键力度㊂松开提键电磁组后,实现琴键激发,同时控制提键电磁组的复电时间,控制琴键提起㊂2机械手的电控模式设计该机械手的核心控制目标是控制88个琴键上配置的88个琴键击锤㊂常规的钢琴配置,分为88键㊁85键㊁83键㊁65键㊁92键等,其中88键布局(含52个白键和36个黑键)是最为常见的钢琴键盘布局[8]㊂该研究针对88键布局进行电控模式设计㊂根据前文分析,为了实现对琴键击锤的控制,每个琴键击锤的机械手控制模组中共包含8个电磁铁阀组(7个力度阀和1个提键阀)和1个步进电机㊂电磁控制阀通过1个数据位控制,步进电机通过4个数据位控制,控制过程共使用12个数据位[9],控制系统详见图3㊂图3中,步进电机控制器中的控制模块包括电磁控制阀(每个琴键击锤配置8个,共704个)和解码模块(每个琴键击锤配置1个,共88个)㊂㊃33㊃第6期魏新宇:钢琴自动弹奏机械手系统及其控制算法设计图3机械手电控模块示意图(1)电磁控制阀设计思路㊂电磁控制阀的核心控制思路是通过大容量电容器控制电磁绕组的瞬时力度㊂首先晶闸管接收控制信号后,将电磁控制阀释放㊂在释放过程中,电容器的充电状态不应中断㊂此时,D t-I N的高电平为+3.3V,V C C保持+12 V供电,G N D给出ʃ0V参照零电势㊂当晶闸管激发时,V C C和电容器同时向电磁绕组输出电量,控制阀连通从电磁绕组尾端接地到电容器负极侧接地的回路㊂在回路上布置一个保护电阻器,保护电阻和电磁绕组的阻抗同时提供电磁吸合回路负荷㊂此时,从D t-I N到V C C的单向二极管并不导通,但可以为其下方的反向晶闸管主回路提供保护电流回路,防止较大功率和杂波将晶闸管击穿㊂此时电容器作为高频杂波的滤波电容[10]㊂综上,该电磁控制阀的核心作用是当D t-I N 输入一个+3.3V高电平时,D t-O U T输出一个+ 12V高电平;当D t-I N恢复ʃ0V或-3.3V低电平时,D t-O U T处于开路浮空状态㊂该模式实现了对复杂电磁阀组的高速模式切换控制,且保持了系统的可靠性和安全性㊂(2)解码模块设计思路㊂解码模块接收一组8位的地址码㊁1位的触发码和16位的数据码㊂当8位地址码与跳线配置结构一致时,对状态锁存器写入信息㊂当触发码置于高电平时,执行锁存器动作㊂解码模块的核心设计思路是接收中央控制器发出的琴键击锤信号并将其翻译为控制器可识别的电控信号[11]㊂因为每个琴键击锤的控制信号均较为复杂,传统模式下,每个琴键击锤都应有独立的嵌入算力进行单独控制,但此举容易因为时钟偏差而造成节奏偏差㊂所以,该解码器的控制时钟应与中央控制器保持一致㊂(3)接地线分层㊂为了增加控制精度,该系统的接地分为:做功接地,提供所有电磁绕组的0~+ 12V做功电流的接地回馈;信号接地,提供0~+3. 3V控制信号的接地回馈,该信号接地与中央控制器嵌入算力系统的G N D引脚相连,确保其信号地0电势与中央控制器0电势相等;安全接地,提供控制系统外壳的安全接地,确保内部电磁屏蔽环境,为整个系统运行提供可靠性保障措施[12]㊂不同线路板之间的接地耦合模式,通过杜邦线连接实现㊂3软件控制模式设计3.1系统控制模式该系统软件控制的核心目标是将乐谱信息翻译成硬件系统可以识别的控制信号,即对乐谱中每个音符进行分解[13],形成如下表2所示的数据结构㊂表2控制信号数据位定义表分段名称数据长度b i t电气意义1时间戳32触发该状态的时间点2动作琴键序号16该指令作用的琴键3力度控制16执行动作的力度电磁阀序号4辅助力度控制8力度步进电机的目标位置5激发状态8提键电磁阀的通断控制6命令种类8选择2~5中的可执行段,可多选7校验8命令校验码在表2中,每行可执行命令都包含96字节的有效信息㊂每个命令分段之间使用4b i t的分隔符(H1001)进行分隔,命令前使用8b i t的起始符(H10101100),命令后使用8b i t的终止符(H00111010)㊂因此,每行命令的最终存储占用量为144b i t㊂由于每条命令只能实现一次琴键抬起或者落下,实际控制中,每一次按键需要两条命令组合完成㊂因此,在实际操作中,每次按键需要占用288b i t的存储空间㊂按照常规的16乐句(64小节)乐谱计算,常规演奏条件下,按键次数可以达到3000~7000次㊂当这个乐谱被编译为可执行文件后,长度约为108K B y t e~252K B y t e㊂为了充分发挥机器人演奏的自由度,在 炫技 的条件下,每16㊃43㊃景德镇学院学报2023年乐句的按键次数可能超过20000次,此时,可执行文件的长度约为720K B y t e㊂这些数据量都在嵌入系统的控制范围内[14]㊂在表2中,除了时间戳和校验分段外,其他控制分段的定义如下:(1)动作琴键序号,控制该命令对应的琴键㊂在常规操作下,同一节拍下可能同时触发3~8个琴键,每个琴键有不同的触发力度和按压延迟,以实现两声部和弦控制㊂所有指令会被硬件部分的解码模块锁定在锁存器中,在时钟计数模块的触发下,这些指令会同时向执行机构释放电信号㊂(2)力度控制和辅助力度控制,用于控制弹簧片的张紧力度㊂在常规演奏下,辅助力度控制的步进电机动作并不频繁㊂这个控制过程也会在锁存器触发的情况下进行㊂(3)激发状态,控制提键电磁阀组㊂例如,当需要大力度弹性重击琴键时,提键电磁阀会在释放瞬间同时加电㊂这样,即使落下的击锤被弹簧片的高蓄力按下,也可以在触发琴键的同时被收回㊂在常规控制模式下,特别是在轻微力度控制下,提键电磁阀组,一般可以在两个节拍中间或者下一次触发之前进行提键操作㊂(4)命令种类与校验码联合控制命令的完整性㊂其中校验码运行在物理层,控制所有数据位的奇偶性;而命令种类运行在逻辑层,判断上述命令中的命令构成是否与命令种类给出的代码一致㊂3.2系统控制算法设计综合上述分析,在系统控制算法的设计中,该系统控制算法的神经网络共有12个双精度浮点变量(D o u b l e格式)输入,6个双精度浮点变量和1个逻辑型变量(L o g i c a l格式)输出,其数据流结构如图4所示㊂图4中,该神经网络计算模块在本质上是一个由外围变量控制的6列并行神经网络系统㊂外围控制变量为当前钢琴机械手控制中心点坐标及其目标坐标㊂6列并行神经网络的目标是从6个钢琴按键转动角度计算目标转动角度㊂而判断模块数据取自干预变量的降维模块输出量和6列并行神经网络模块的输出量㊂最终,输出一个二值化的L o g i c a l变量C h e c k㊂图4神经网络模块数据流图在图4中,神经网络模块共有3个表达形式㊂(1)降维模块的统计学意义是将6个三维直角坐标系数据信息充分保留㊂这意味着它需要有足够丰富的待回归变量用于保存数据信息㊂在不发生信息损失的前提下,它实现数据降维,将6个D o u b l e 型变量降维为1个D o u b l e型变量,且无数据损失㊂因此,它应采用待回归变量较为丰富且回归曲线细节较为丰富的多项式变量进行控制㊂其基函数如公式(1):Y=ðð5j=0A j X j i(1)式中:X i为输入变量的第i项;Y为节点输出变量; j为多项式阶数,该公式采用0至5阶多项式构成6个多项式项叠加的待回归函数;A j为第j项多项式的待回归系数㊂为增加降维模块的信息容纳能力,该模块应设计为5层,分别为6节点㊁17节点㊁31节点㊁13节点㊁3节点㊂(2)控制模块共有6个结构相同但数据相互独立的神经网络模块,其统计学意义是确定输入角度信息和输出角度信息的线性关系㊂每个模块都有2个D o u b l e型变量输入㊁1个D o u b l e型变量输出,因此,它应使用线性函数进行节点设计㊂其基函数应写作公式(2):Y=ðA㊃X i+B(2)式中:X i为输入变量的第i项;Y为节点输出变量; A㊁B为待回归系数㊂该模块的信息处理任务并不重,且数据损失量并不显著,所以为提高系统的运行效率,其隐藏层设计为2层,每层3个节点㊂(3)判断模块的统计学意义是判断上述数据处理过程是否合法,即是否有关节运动控制超限的问㊃53㊃第6期魏新宇:钢琴自动弹奏机械手系统及其控制算法设计题㊂它的输入量为7个D o u b l e型变量,输出量为1个L o g i c a l型变量㊂因此,它的节点函数应采用二值化函数进行节点设计,其基函数应写作公式(3):Y=ð1A㊃e X i+B(3)式中:X i为输入变量的第i项;Y为节点输出变量; A㊁B为待回归系数;e为自然常数,此处取近似值e =2.718281828㊂该过程无须考虑数据损失,仅做出数据合法性判断㊂考虑到系统运行效率,其隐藏层也应尽可能简化,将隐藏层设计为2层,分别为7节点和3节点㊂考虑到数据降维需求,将7个输入变量降维到1个输出变量㊂4演奏效果评价研究者邀请了50名音乐学院钢琴专业的四年级本科生和50名钢琴专业的资深老师,来实验室内感受该机器人的演奏过程㊂演奏的曲目包括‘小夜曲“‘天鹅湖“‘命运“和‘土耳其进行曲“等,这些乐曲都有不同的表现手法㊂演奏现场设在学校的排练中心乐池,这里具有音乐欣赏的基础隔音和混响环境[15]㊂演奏过程中并未使用电子扩音设备,而是使用立式钢琴直接原声演奏㊂研究者要求上述100名钢琴专业的评委根据他们的主观感受给出评价,满分10分,最差0分㊂评价结果如表3所示㊂表3演奏效果评价结果表比较项目音乐学院学生钢琴专业资深老师最低平均最高最低平均最高小夜曲7.68.529.38.28.859.6天鹅湖7.18.599.57.98.809.5命运4.77.138.25.87.948.7土耳其进行曲5.26.947.46.68.318.9在表3中可以看到,‘小夜曲“和‘天鹅湖“等乐谱的情感表达技巧相对简单;‘命运“的情感表达则需要提供更多的大力度演奏,但同时也需要考虑到钢琴本身的表现能力;‘土耳其进行曲“中快节奏乐句较多,对机器人的高速动作控制能力要求较强㊂在实际的主观感受中,两组评价者均认为机器人在演奏‘小夜曲“和‘天鹅湖“等乐谱时的表达能力超过在演奏‘命运“和‘土耳其进行曲“等乐谱时的表达能力㊂同时,在额外的调查中,50名音乐学院钢琴专业的四年级本科生中,有26人(占52%)认为该机器人的演奏技法达到或者超过他们自己的技法掌握程度㊂而在被邀请的50名专业资深钢琴教师中,有22人(占44%)表示该机器人的演奏水平达到了商业演出的标准㊂这些调查结果表明,尽管机器人演奏在情感表达上尚不健全,但已经可以得到较大比例听众的认可㊂5结论该研究的核心创新点在于对钢琴演奏机器人的机械手控制系统进行了机械控制㊁电磁控制和软件控制层面的综合设计,使其在钢琴演奏过程中的表现技法更为丰富,有效提升了钢琴演奏机器人演奏音乐的现场表现程度㊂由于研究条件的限制,本研究仅涉及了钢琴演奏机器人的机械和机械控制部分,仅从硬件控制角度进行钢琴弹奏机器人的控制升级,未涉及人工智能乐谱识别等人工智能功能㊂在后续的研究中,研究者将通过软件优化等技术路径,进一步提升机器人演奏的技法表达和感情的诠释能力,使其演奏效果得到进一步提升㊂参考文献:[1]人工智能解放双手,科技助力艺术传播[J].钢琴艺术, 2021(1):61 62.[2]杭小羽.个性化教学对儿童钢琴学习动机的激发[J].北方音乐,2020(21):142 144.[3]余嘉安.人工智能时代下高校钢琴集体课教学创新研究[J].黄河之声,2020(19):118 119.[4]杨小影.冷楚楚. 智能+钢琴教育 初步构想浅析[J].音乐探索,2020(4):82 86.[5]陈胜国,孔家星.智能化时代音乐教育面临的挑战与对策[J].艺术评鉴,2020(15):102 104.[6]李泽慧,李季.基于用户体验的智能钢琴在线教学产品设计策略研究:以K L S W智能钢琴为例[J].铜陵学院学报, 2020,19(4):82 87.[7]林宽雨.越来越 聪明 的机器人[J].小雪花(小学生成长指南),2018(Z2):10 13.[8]张初一.人工智能时代,机器人钢琴家给你好听的! [N].中国艺术报,2018 05 07(4).[9]宋致.2017世界机器人大会:机器人的大狂欢[J].科学启蒙,2017(12):53,1 2.[10]赵悦.一种钢琴演奏机器人[J].机械制造与自动化, 2017,46(2):143 145.[11]黄承承.钢琴演奏自动评估系统开发与设计[J].自动化技术与应用,2020,39(9):151 154.㊃63㊃景德镇学院学报2023年[12]跨时空的变革:雅马哈自动演奏钢琴D i s k l a v i e r 帮考生圆梦[J ].钢琴艺术,2020(8):62 63.[13]雅马哈跨界钢琴将音乐带进每个家庭[J ].钢琴艺术,2020(5):62 63.[14]刘南.以听众视角聆听自我的新途径:论现代自动演奏钢琴复奏功能的应用[J ].南京艺术学院学报(音乐与表演),2018(4):147 151.[15]本刊+K L A S S I K OM 音乐资讯中心.施坦威全球典藏版系列钢琴与施坦威㊃S P I R I O 新悦高解析度自动演奏钢琴亮相中国(上海)国际乐器展[J ].音乐爱好者,2016(12):71.责任编辑:肖祖铭D e s i g n o f A u t o m a t i c P i a n o p l a y i n g M a n i p u l a t o r S y s t e m a n d I t s C o n t r o l A l go r i t h m W E I X i n yu (M u s i c T e c h n o l o g y D e p a r t m e n t ,S h e n y a n g C o n s e r v a t o r y O f M u s i c ,S h e n y a n g 110818,C h i n a )A b s t r a c t :B a s e d o n r o b o t c o n t r o l t h e o r y a n d p i a n o p l a y i n g t e c h n i q u e s ,i n t e g r a t e d d e s i g n o pt i m i z a t i o n o f a n a u t o m a t i c p i a n o p l a y i n g s y s t e m t h r o u g h m e c h a n i c a l ,e l e c t r o m a g n e t i c a n d s o f t w a r e c o n t r o l i s p r o p o s e d .A u t o m a t i c p i a n o p l a y i n g b y ro b o t s c a n b e r e a l i z e d b y d e s i g n i n g a k e y b o a r d h a mm e r i n g s y s t e m b a s e d o n c o n t r o l l a b l e f o r c e .T h e r e s u l t s o f t h e s t u d y s h o w t h a t 26o u t o f 50s e n i o r u n d e r g r a d u a t e s m a j o r i n g i n p i a n o a t t h e C o n s e r v a t o r y o f M u s i c f e l t t h a t t h e r o b o t 's p e r f o r m a n c e t e c h n i qu e w i t h a m a n i p u l a t o r p l a y i n g s y s t e mm e t o r e x c e e d e d t h e i r m a s t e r y o f t e c h n i q u e ,a c c o u n t i n g fo r 52%;24o u t o f 50p r o f e s s i o n a l s e n i o r p i a n o t e a c h e r s i n v i t e d b y t h e c o n c e r t h a l l c o n s i d e r e d t h a t t h e r o b o t 's p e r f o r m a n c e l e v e l w a s u p t o t h e s t a n d a r d o f c o mm e r c i a l p e r f o r m a n c e ,a c c o u n t i n g f o r 44%.T h e r e s u l t s s u g g e s t t h a t t h e r o b o t 's p e r f o r m a n c e c a n b e r e c o g n i z e d b y a l a r g e p e r c e n t a g e o f t h e a u d i e n c e ,a l t h o u g h i t i s n o t y e t s o u n d i n t e r m s o f e m o t i o n a l e x pr e s s i o n .K e y wo r d s :a u t o m a t i c c o n t r o l ;r o b o t p i a n o ;a u t o m a t i c p l a y i n g ;f o r c e c o n t r o l ;s u b j e c t i v e e v a l u a t i o n ㊃73㊃第6期 魏新宇:钢琴自动弹奏机械手系统及其控制算法设计。
钢琴击弦机工作原理
钢琴击弦机工作原理
钢琴是一种美妙的乐器，其独特的声音和优美的旋律深受人们
喜爱。
而钢琴的击弦机正是赋予其如此动人声音的关键组成部分之一。
本文将介绍钢琴击弦机的工作原理，帮助读者更好地理解这一
神奇的乐器。
钢琴的击弦机主要由琴弦、琴槌和撞击点组成。
当演奏者按下
琴键时，琴键会触发一个复杂的机械系统，这个系统将通过杠杆和
其他机械装置将力量传递到击弦机上。
这个力量会使得琴槌向琴弦
方向移动，最终撞击到琴弦上。
琴槌的撞击力量和速度决定了琴弦振动的幅度和频率，从而产
生不同音调的声音。
同时，撞击点的位置也会影响琴弦的振动方式，进而影响音色的表现。
这就是为什么钢琴能够产生如此丰富多彩的
声音。
除了上述的基本原理外，现代钢琴的击弦机还经过了许多技术
改进和创新。
例如，一些高端的钢琴采用了复合材料制造的琴槌，
以提高音色的表现和耐久性。
此外，一些电子琴还采用了电子传感
器来替代传统的击弦机构，从而实现更精确的音色控制和演奏技巧。
总的来说，钢琴的击弦机是一个精密而复杂的机械系统，通过精妙的设计和制造，使得演奏者能够通过琴键传递出丰富多彩的音乐。
希望本文能够帮助读者更好地理解钢琴击弦机的工作原理，从而更加欣赏这一古老而优雅的乐器。
自动伴奏的钢琴原理
自动伴奏的钢琴原理
自动伴奏钢琴的工作原理可概括如下:
1. 读取乐谱
光学识谱系统会自动扫描并识读印刷或手写的琴谱。
2. 音乐编辑
所识读的琴谱经过音乐编辑软件的转换处理,提取Playable音乐数据。
3. 自动播放
经过解译的音乐数据将传送到钢琴的自动弹奏系统。
4. 线性传动
弹奏系统利用电机驱动线性传动机构,带动钢琴键盘按键产生乐音。
5. 速度控制
传动系统具有位置和速度双闭环控制,可以灵活控制按键的力度与速度。
6. 踏板控制
电子控制的踏板可以实时变化效果,如延音等。
7. 音源合成
也有采用合成音源的电子合成方式产生音乐。
8. 节奏控制
音乐播放系统具有精确的节拍控制功能,确保速度正确。
9. 人机交互
液晶屏显示播放进度,弹键允许人工干预和控制。
自动伴奏钢琴利用光电机械一体化实现自动识谱和弹奏,是音乐教学的有益帮助。
智能化钢琴演奏系统设计与优化
智能化钢琴演奏系统设计与优化随着科技的不断发展，智能化产品越来越普及，智能化钢琴演奏系统也成为了钢琴爱好者们追求的目标。
智能化钢琴演奏系统通过结合音乐与科技，使钢琴演奏更加简单、高效和富有创意。
本文将介绍智能化钢琴演奏系统的设计与优化，以满足用户的需求和提升用户体验。
首先，智能化钢琴演奏系统的设计需要考虑钢琴演奏的基本原理和乐理知识。
钢琴演奏系统需要具备自动识谱能力，能够将谱曲转化为钢琴键盘上的音符。
通过一系列传感器和算法，系统能够实时地识别弹奏者的手指位置和力度，并将其转化为相应的钢琴音符。
设计系统时需要考虑不同乐器的音域和音色特点，从而能够准确地模拟出各种乐器的声音。
其次，智能化钢琴演奏系统的优化需要关注用户体验和演奏感受。
系统应该提供多种演奏模式，以适应各类用户的需求。
初学者可以选择自动演奏模式，通过简单的按键操作就能弹奏出优美的音乐。
高级用户可以选择自由演奏模式，利用系统提供的功能进行即兴创作和演奏。
此外，系统应该提供音乐教学功能，通过指导和乐谱展示帮助用户学习和提升钢琴演奏技巧。
通过不断的用户反馈和改进，优化系统的使用界面和交互方式，使用户能够更加便捷和愉悦地使用系统。
智能化钢琴演奏系统的设计与优化还需要考虑钢琴演奏的真实性和表现力。
系统应该能够准确地模拟出钢琴的声音和演奏技巧。
通过精确的采样和算法处理，系统能够还原钢琴的音色和共鸣效果。
同时，系统还应该提供各种效果和调节选项，以便用户根据自己的喜好进行个性化设置，如调节音量、音色、延音等。
系统还可以提供录制和回放功能，以便用户能够保存和分享自己的演奏作品。
除了基本的钢琴演奏功能外，智能化钢琴演奏系统还可以融合其他智能化技术，为用户提供更多的创作和演奏可能性。
例如，系统可以与智能设备进行互联，通过蓝牙或Wi-Fi无线连接，可以与智能手机、平板电脑等设备进行数据交互，实现更方便的操作和控制。
用户可以通过手机或平板电脑下载各类音乐曲谱，直接传输到钢琴演奏系统中，实现更加丰富多样的演奏。
钢琴杠杆原理
钢琴杠杆原理
钢琴杠杆原理是钢琴设计中的一个基本原理，对于钢琴的声音和演奏有着非常重要的作用。
本文将对钢琴杠杆原理进行详细的介绍。
一、杠杆的定义
杠杆是一种能够将力量放大或缩小的简单机械，它由杠杆臂、支点和力臂三部分组成。
杠杆臂是力量作用的部分，支点是使杠杆平衡的部分，力臂则是提供力量的部分。
二、钢琴杠杆原理
钢琴使用的是单杠杆原理，其中键盘上的琴键是力臂，琴弦则是杠杆臂，支点则是铁枠或琴弦钉。
当弹奏钢琴时，钢琴师按下琴键，力量通过杠杆作用，使得琴弦振动，并产生声音。
钢琴上每个琴键对应的琴弦不止一个，一般是三根或更多，这就涉及到了杠杆机构的多点支撑作用。
当钢琴师按下琴键时，力量被分配给每一根琴弦，因此每一根琴弦都受到了相同的力量，从而产生了相同的音高。
三、钢琴杠杆原理的应用
钢琴杠杆原理为设计出优秀的钢琴提供了重要的基础。
杠杆在钢琴设计中的应用不限于琴键和琴弦，还包括键盘的操作机构、踏板和各种辅助装置等。
通过恰当地运用杠杆原理，设计出具有灵敏性、稳定性和可持续性的优秀钢琴。
总结：钢琴杠杆原理是钢琴设计中的基本原理，对钢琴的声音和演奏有着非常重要的作用。
钢琴杠杆原理的运用不仅限于琴键和琴弦，还包括操作机构、踏板和各种辅助装置等。
杠杆原理的恰当运用是设计出优秀的钢琴的关键所在。
钢琴的发声原理
钢琴的发声原理
钢琴是一种由弦乐器演变而来的键盘乐器，其发声原理可以简单概括为弹拨共鸣。
钢琴的发声过程主要分为弹击、振动和共鸣三个阶段。
首先，当钢琴的键被按下时，发动机构会使得与该键对应的琴弦被拨动。
在弹击的瞬间，琴弦会产生一个瞬间的振动，这个振动使得琴弦上的能量转化为声音能量。
接下来，琴弦的振动通过琴槌传递到琴架上的共鸣体——共鸣板。
具体来说，琴槌击弦后被按下的琴键会自动回弹，而琴弦会继续振动。
琴弦的振动通过琴槌和褶布等部件传递到共鸣板上，共鸣板开始共振，进一步增加了声音的响度和音色的丰富度。
最后，共鸣板的振动会传递到琴箱和其他部件上，进而通过声孔向外辐射。
琴箱和支撑结构的设计使得共鸣板的振动能尽量以最佳的方式传导出去，从而获得更好的音质。
综上所述，钢琴的发声原理是靠键盘控制弹拨琴弦，琴弦的振动通过共鸣板传递到琴箱产生音响。
这个过程中，琴槌、共鸣板等部件起到了至关重要的作用，而琴弦的材质、拉紧程度等也会影响音色的表现。
因此，钢琴具有丰富的音色变化和演奏技巧的可能性。
自动钢琴原理
自动钢琴原理
自动钢琴是一种能够自动演奏音乐的乐器，它的原理是基于一套精密的机械装置和电子控制系统。
在自动钢琴内部，有一组可移动的钢琴键盘，每个键上都有一个小型的锤子。
当我们按下钢琴键时，这个键会触发一个机械装置，使得对应的锤子被抬起并击打琴弦，从而产生音乐声音。
而在自动钢琴中，这个机械装置被进一步改进，通过使用气压系统或电动机来控制钢琴键的移动。
当一首音乐被输入到自动钢琴的控制系统中时，系统会根据乐谱的要求，自动演奏正确的音符。
在气压系统中，通过控制气流的流动来移动钢琴键，进而触发锤子的运动。
这些气流通常是由一个风箱控制的，风箱中通过一系列的阀门和管道，将空气引导到正确的键位上。
而在电动机系统中，通过电动机驱动钢琴键的移动。
电动机通过齿轮、传动带或连杆等装置与钢琴键连接，并可以精确地控制钢琴键的运动。
同时，自动钢琴的控制系统中还包括一个读谱机构，它能够读取钢琴谱并将乐曲的音符信息传输给钢琴的气压系统或电动机系统。
总的来说，自动钢琴的原理是通过机械装置和电子控制系统，将音符信息转化为钢琴键的移动，并通过锤子敲击琴弦产生音
乐声音。
这种自动演奏的特性使得自动钢琴成为一种方便、多功能的乐器，能够自动演奏各种音乐作品。
钢琴击弦机工作原理
钢琴击弦机工作原理
钢琴击弦机的工作原理是利用杠杆原理，通过按下琴键来驱动一系列机械部件，最终使弦槌敲击琴弦发声。
钢琴击弦机的具体工作过程如下：
琴键的下压：当演奏者按下钢琴键时，琴键后端的卡钉推动联动杆上升。
顶杆的作用：联动杆的顶杆随之向上移动，这个动作传递到转击器上。
弦槌的转动：转击器被推动后，会使包裹着羊毡的弦槌迅速向上敲击琴弦。
弦槌的回位：在敲击琴弦之后，弦槌需要迅速返回原位，准备下一次敲击。
这是由击弦机中的一系列弹簧和调节器控制的。
制音器的配合：与此同时，制音器会从琴弦上抬起，允许琴弦自由振动，从而发出声音。
复位机制：当演奏者的手指离开琴键后，所有的部件都会在弹簧的作用下恢复到初始位置，等待下一次演奏。
钢琴击弦机的设计精巧复杂，它确保了演奏者可以通过键盘上的每一次按键都能准确地控制弦槌敲击相应的琴弦，从而产生出丰富而美妙的音乐。
发条音乐盒原理
发条音乐盒原理
发条音乐盒，也称为弹钢琴、发条琴、弹条琴等，是一种具有发条驱动的音乐演奏器。
它通常由一个箱体和一个弹奏键盘组成，每个键对应一个弹簧，当键盘被按下时，对应的弹簧就会被拉伸，然后当手指离开时，弹簧就会弹回原位，发条就会继续转动。
在发条音乐盒内部，有一个发条机构和一个钢片构成的音叉，当发条转动时，音叉也会转动，并把钢片弹到一个固定在箱体内的钢琴弦上，从而产生音乐。
发条音乐盒的原理与发条式机械表类似，都是利用发条的转动驱动机械运动，产生音乐或其他效果。
它的优点在于可以自动演奏，无需人手操作，同时也可以调节演奏速度和音量，使用起来非常方便。
发条音乐盒通常用于家庭娱乐或公共场所的背景音乐播放，也可以作为教学工具来帮助学生学习钢琴演奏。
红外无线传输下钢琴自动演奏机器人设计
第23期2023年12月无线互联科技Wireless Internet Science and TechnologyNo.23December,2023作者简介:孙善乾(1972 ),男,江苏南通人,副教授,学士;研究方向:机电一体化㊂红外无线传输下钢琴自动演奏机器人设计孙善乾(江苏航运职业技术学院,江苏南通226010)摘要:文章旨在研究智能制造在钢琴自动弹奏音乐上的应用前景㊂乐谱数据采用自设红外通信标准进行信号传输㊂系统通过红外发射控制模块对乐谱数据信号进行红外调制后发射,红外接收控制模块接收㊁解调红外乐谱数据信号㊂单片机读取㊁解析数据信号控制继电器开关,驱动执行机构对钢琴键盘执行乐谱设定的时序升降操作,实现乐谱红外无线传输下的机器人自动演奏钢琴㊂该设计安装方便,造价低,性能稳定,智能化程度较高㊂关键词:数据通信;红外信号;智能制造;自动弹奏中图分类号:TP273㊀㊀文献标志码:A 0㊀引言㊀㊀社会的进步和经济的发展离不开智能制造技术的进步和提高㊂随着 中国制造2025 战略的实施以及物联网㊁大数据和云计算等新一代信息技术在工业制造业转型升级过程中的深化应用,标志着工业制造业的转型升级正式成为经济提质增效和产业结构调整的生力军㊂智能制造迎来了巨大的发展机遇㊂红外通信具有抗干扰能力强㊁信息传输准确㊁低功耗等优点,是一种无线非接触串行通信方式㊂设计自设红外无线通信标准,用软件构建算法模型解决红外无线通信数据传输过程中的调制和解调问题㊂系统具有较高的创新性㊁可靠性和智能性㊂1㊀系统设计原理㊀㊀本设计理念新颖独特,智能化程度较高㊂系统乐谱数据通信传输采用红外接收和发送方式,克服了红外通信接收控制模块单片机I /O 输入输出口不足的设计瓶颈问题㊂红外数据发送和接收CPU 控制主芯片采用质优价廉的8位增强性STC89C52RC 单片机㊂该单片机共有32个输入输出引脚,技术成熟㊁成本低,自带ADC,简化外围器件设计,提高可靠性[1]㊂系统采用模块化设计,由红外无线信号调制发送模块㊁红外无线信号接收解调模块㊁继电器开关驱动模块㊁电磁往返执行(机械手)模块等组成㊂系统通过程序把乐谱包含的曲调㊁音符㊁节拍等演奏信息转变成十六进制数字信息,方便简洁高效传输㊂自设定发送和接收红外通信协议标准㊂红外发送模块调制㊁发射红外信号,接收模块接收红外信号同时对信号进行放大㊁检波㊁整形得到TTL 电平的编码信号㊂单片机解码这些信号,通过输出口控制继电器开关,驱动机器手对钢琴键盘执行乐谱规定的时序升降动作,精准实现乐谱自动弹奏㊂红外无线传输下的钢琴自动演奏机器人工作原理架构如图1所示㊂图1㊀红外无线传输下的钢琴自动演奏机器人工作原理架构2㊀红外调制信号无线发送模块软㊁硬件实现㊀㊀一般通信领域,发出来的基带信号频谱较宽,不适合直接在信道中传输㊂为了便于传输㊁提高抗干扰能力和有效地利用带宽,需要将信号调制到适合信道和噪声特性的频率范围内进行传输,这叫信号调制㊂调制是用待传送信号控制某个高频信号的幅度㊁相位㊁频率等参量变化的过程,即用一个信号去装载另一个信号㊂红外通信具有抗干扰能力强㊁信息传输可靠㊁成本低㊁易实现等优点[2]㊂系统中乐谱红外信号发送使用脉冲频率为39.1k 进行调制㊂载波信号加载到调制后的乐谱数据信号中,红外信号数据传输的准确性和抗干扰性得到提升㊂乐谱红外无线信号调制发送原理如图2所示㊂图2㊀乐谱红外无线信号调制发送原理㊀㊀红外发送模块将钢琴乐谱转换成二进制信号编码,通过软件算法编程调制成连续的载波脉冲信号,如图3所示㊂单片机通过P3^3引脚控制红外发射三极管发射乐谱数据红外信号㊂发送的乐谱红外调制㊀㊀信号加载单片机一定时器编程产生的PWM 载波㊂乐谱红外发射原理如图4所示㊂当P3^3引脚输出高电平信号时,Q2三极管截止,左侧39.1k 调制信号无论高低电平输出到Q1三极管,右侧Q1-Q2-L1方向的电流支路都不导通,L1红外二极管不会发送红外乐谱数据信息㊂当P3^3引脚输出低电平信号,Q2三极管导通,左侧39.1k 调制信号将通过三极管Q1释放,二极管L1发出39.1k 调制信号㊂图3㊀NI Multisim模拟输出乐谱调制后发射信号图4㊀乐谱红外发射原理㊀㊀载波脉冲信号发射程序如下:void㊀TT0(bit BIT1,㊀uint x){TH1=x>>8;㊀TL1=x;㊀TF1=0;㊀㊀if (BIT1==0)㊀while (!TF1);㊀㊀else㊀while (1){㊀IR =0;㊀㊀㊀if (TF1)㊀break;㊀if (TF1)㊀break;㊀㊀㊀㊀IR =1;㊀㊀㊀㊀if (TF1)㊀break;㊀if (TF1)㊀break;㊀if (TF1)㊀break;㊀if (TF1)㊀break;㊀㊀㊀㊀if (TF1)㊀break;㊀if (TF1)㊀break;㊀if (TF1)㊀break;㊀if(TF1)信号显示周期为20μs /Div 时,NI Multisim 软件模拟输出放大的调制载波信号如图5所示㊂根据模拟图形显示数据分析:上述程序代码生成的脉冲PWM 载波调制信号占空比为:8.828/(25.57-8.828)=0.527,调制脉冲信号频率为1/25.570μs =39.1kHz㊂由此推论,信号发射单片机一产生的脉冲载波是频率为39.1k 占空比为0.527的方波㊂红外乐谱数据发送二进制 0 或 1 控制脉冲频率为39.1k 的载波发送㊂39.1k 载波控制数据为 0 时会发送红外载波信号,数据为 1 时不发送红外载波信号㊂调制后,计算机逻辑 0 或 1 的信号如图6所示㊂图5㊀NI Multisim模拟输出放大的调制载波信号图6㊀红外无线调制后计算机逻辑 0 或 1 信号㊀㊀系统软件代码中设定了乐谱中的do㊁re㊁mi㊁fa㊁sol㊁la㊁xi 以及高㊁中㊁低音对应的十六进制编码,用以高效地传输和接收红外信号数据㊂红外发射信号钢琴乐谱部分自定义十六进制键值码标准如表1所示㊂表1㊀自定义十六进制乐谱键值码标准1/do 2/re 3/mi 4/fa 5/sol 6/la 7/xi H 高音M 中音L 低音0x010x020x030x040x050x060x070xaa0xbb0xcc㊀㊀下为乐曲部分片段简谱:这段简谱程序数据代码示例如下:uchar code jianpu []={CL,0x05,2,L,0x03,2,CL,0x05,4,M,0x03,4,AMM,0x02,4,M,0x02,2,M,0x01,2,GL,0x05,12}其中,乐谱数据代码{CL,0x05,4}含义如下:CL 表示C 和旋㊁低音符;0x05表示音符5/sol;数字4表示停顿4个音乐节拍时序㊂单个字节乐谱红外发射程序示例:void㊀Z0(uchar temp)/∗单帧十六进制发送程序,括号内表示要发射的字节数据㊂∗/{uchar㊀v;for (v =0;v<8;v ++){㊀TT0(1,ms_0);㊀㊀if (temp&0x01)㊀TT0(0,ms_11);㊀㊀else㊀㊀TT0(0,ms_00);㊀㊀㊀㊀temp >>=1;}}NI Multisim 软件模拟输出的乐谱调制后发射的红外数据信号如图6所示㊂通过对图形显示数据分析,调制信号与短高电平空闲信号表示输出逻辑数据为 0 ,其调制发出的红外信号时长1.145ms;调制信号与长高电平空闲信号表示输出逻辑数据为 1 ,其调制发出的红外信号时长2.258ms㊂逻辑数据 0 和 1 时长受单片机指令机器周期制约㊂在系统程序软件中,这2个时长决定机器人弹奏音乐的最快节奏㊂3㊀无线红外信号接收解调模块软㊁硬件实现㊀㊀单片机二的P3^3输入引脚接收发送模块发送的乐谱红外数据信息,通过算法程序对接收到的红外信号进行反向解调,恢复回调之前的乐谱数据信息㊂红外接收解调信号和红外发生调制信号正好相反,红外调制信号解码变成常规的高㊁低电平数据信号㊂电平信号通过单片机输出到接口控制继电器开关对机器手执行精准周期动作㊂红外无线信号传输解调原理如图7所示㊂图中加载的载波信号经过解调后变成常规的高㊁低电平数据信号,用于计算机对数据信号进行传输控制[3]㊂图7㊀红外无线信号传输解调原理红外数据接收模块通常先处理数据信号,进行信息确定㊁滤波整形㊁信号放大㊁软件解调等,从而再输出基础的高低电平数据信号㊂本设计红外数据接收模块采用集成了上述功能的HS0038B 红外通信接收模块,直接接收到所要的红外简谱基带信号,并且还有较高的可靠性和信号接收稳定性㊂红外接收端内部放大器的增益很大,容易引起干扰㊂在接收端,供电引脚上加上10μF 滤波电容,在供电引脚和电源之间串联100 的电阻,进一步降低干扰[4]㊂HS0038B 红外接收模块感应到脉冲频率为39.1k 红外调制的信号,OUT 引脚输出低电平信号,无39.1k 红外调制信号OUT 引脚输出高电平信号㊂把HS0038B 红外接收模块OUT 引脚接到单片机二P3^3引脚上,编程获取红外通信发送过来的数据,进行解调并发送到继电器执行处理㊂红外接收原理如图8所示㊂乐谱红外解码程序如下:void ex0it (void)interrupt 0using 0{unsigned char cod,val ;㊀static unsignedchar i1;static bit sttf;unsigned char i,j,k;EX0=0;while (remotein){}㊀㊀K1=!K1;i1=0;图8㊀红外接收原理whilewhile (remotein){㊀remd ++;㊀K1=!K1;if (remd>160)㊀{goto endok;}㊀}㊀irdata[i1]=remd +2;㊀i1++;remd =0;}endok:㊀remd =0;㊀k =1;㊀㊀for (i =0;i<2;i ++)㊀㊀㊀㊀{for (j =1;j<=8;j ++)㊀㊀㊀㊀{cord =irdata[k];㊀㊀㊀㊀if(cord>75)㊀{val =val 0x80;}㊀㊀㊀㊀else {val =val;}k ++;}㊀IRcord[i]=val;㊀val =0;}K1=!K1;㊀Ir_down();㊀K1=!K1;㊀IE0=0;㊀EX0=1;㊀studykey =1;}[3]在程序中,单片机二P3^3引脚接收信号对乐谱信号进行红外解调,单片机二的相应输出口输出数据信号驱动继电器开关,实现机器手对钢琴键盘执行乐谱规定的时序升降动作,实现基于红外无线传输下的钢琴自动演奏机器人的设计及实现㊂4㊀基于红外无线传输下的钢琴自动演奏机器人创新及特色㊀㊀本设计思维目前国内尚无相关案例,具有创新意义㊂系统创造性地利用软件自定义红外无线通信标准,实现无线红外信号的调制解调㊂采用红外无线信号接收和传送乐谱内容创新性思维,有效地解决了单片机I /O(输入/输出)口不足的硬件设计瓶颈难题㊂采用无线传输和接收乐谱模式,理论上可以实现无数台钢琴同时演奏同一首歌曲㊂具有相当震撼的视觉㊁听觉效果,在现实实践中也有很多应用场景㊂设计经过精密硬件电路㊁配套软件设计及软硬件协调调试的过程,成功测试组装了基于红外无线传输下钢琴自动演奏机器人系统㊂系统软件简洁高效,硬件构成简单㊁价格低廉且稳定可靠,利于推广应用㊂设计不足之处在音乐演奏感情色彩方面,需要对机器手弹奏键盘的力度大小等方面进行智能化改进㊂红外无线传输下钢琴自动演奏机器人系统测试效果如图9所示㊂图9㊀红外无线传输下钢琴自动演奏机器人系统测试5 结语㊀㊀计算机及智能制造技术的飞速发展带动日常各类电气设备趋向智能化与自动化㊂本系统集成了计算机㊁自动控制㊁机械设计制造及自动化等多门学科,是智能化制造在家庭或公共领域应用的典型案例㊂对智能化制造领域的应用拓展具有较强的现实指导意义㊂产品可以广泛应用于各类产品展销会场,增加现场科技氛围㊂应用于中小学科普教育,激发中小学生科技创新梦想㊂系统改进完善后进一步应用推广,实现产品生产与销售产生经济效益㊂参考文献[1]宋雪松.手把手教你学51单片机C 语言版[M ].2版.北京:清华大学出版社,2020.[2]郭丽梅,施荣华.通信原理[M ].北京:中国铁道出版社,2018.[3]张元良,王建军.单片机开发技术实例教程[M ].北京:机械工业出版社,2010.[4]周朋.通信对抗干扰效果评估方法综述[J ].通信技术,2016(8):1029-1033.(编辑㊀王永超)Design of automatic piano playing robot based on infrared wireless transmissionSun ShanganJiangsu Shipping College Nantong 226010 ChinaAbstract The purpose of this design is to study the application prospect of intelligent manufacturing in piano automaticplaying music.The music score data is transmitted by the self -set infrared communication standard.The system transmits the music score data signal after infrared modulation through the infrared transmitting control module and theinfrared receiving control module receives and demodulates the infrared music score data signal.The singlechip reads and analyzes the data signal to control the switch of the relay drives the executing mechanism to execute the sequential lifting operation set by the music score on the piano keyboard and realizes the automatic piano playing of the robotunder the infrared wireless transmission of the music score.The design has the advantages of convenient installationlow cost stable performance and high intelligent degree.Key words data communication infrared signal intelligent manufacturing automatic playing。
自动化技术在音乐制作的应用
自动化技术在音乐制作的应用在当今的音乐创作领域，自动化技术正发挥着日益显著的作用，为音乐制作带来了前所未有的变革。
从创作灵感的激发到作品的最终呈现，自动化技术贯穿了音乐制作的全过程，为音乐人提供了更多的可能性和创作空间。
自动化技术在音乐制作中的应用首先体现在乐器演奏的自动化方面。
过去，音乐家们需要亲自演奏乐器来录制音乐，但现在，借助于软件和硬件设备，如 MIDI 控制器和虚拟乐器，音乐创作者可以通过编程和预设来实现乐器的自动演奏。
这不仅大大提高了音乐制作的效率，还能够实现一些人类演奏难以达到的复杂和精准的演奏效果。
比如，在快速的连续音符演奏中，自动化演奏能够保持高度的一致性和准确性，避免了人为演奏中可能出现的微小失误。
在音乐编曲方面，自动化技术也带来了巨大的便利。
通过使用编曲软件，音乐创作者可以预设各种乐器的和声、节奏和旋律走向，然后根据需要进行调整和优化。
这种自动化的编曲方式能够帮助创作者快速地尝试不同的编曲方案，节省了大量的时间和精力。
同时，软件中的智能编曲功能还能够根据给定的音乐主题和风格，自动生成初步的编曲框架，为创作者提供灵感和参考。
自动化技术在音频处理环节也发挥着重要作用。
例如，在混音过程中，自动化参数控制可以实现音量、平衡、声像等参数的自动调整。
这意味着在一首歌曲的不同段落，比如主歌和副歌部分，音频参数可以根据预设的模式自动变化，以达到更好的音乐动态和层次感。
此外，自动化的音频效果处理，如压缩、均衡、混响等，也能够使音乐作品的音质更加出色和专业。
音乐创作中的节奏生成也是自动化技术的一大应用领域。
节奏是音乐的重要组成部分，而通过节奏生成软件，创作者可以轻松地创建各种复杂且富有创意的节奏模式。
这些软件通常提供了丰富的节奏模板和参数调节选项，创作者可以根据音乐的风格和情感需求，定制出独特的节奏型。
而且，一些高级的节奏生成工具还能够根据输入的旋律或和声进行智能适配，生成与之协调的节奏。
在声音合成方面，自动化技术使得创造全新的声音变得更加容易。
钢琴的弹奏的原理
钢琴的弹奏的原理
钢琴是一种键盘乐器，其弹奏的原理涉及到以下几个方面：
1. 键盘：钢琴键盘上的每一个按键都与一个琴弦相连。
按键被按下时，触发了一个复杂的机械系统。
2. 键盘传动系统：按下钢琴上的按键会触动一个复杂的传动系统，包括木槌和小槌。
3. 木槌：按键被按下时，一个木槌会被释放，向琴弦方向运动。
4. 琴弦：钢琴上的每一个音符都有一根或多根琴弦与之相对应。
琴弦被击打时产生声音。
5. 声音发生器：当木槌击打琴弦时，琴弦振动产生声音。
弹奏不同的键盘按键会触发不同的琴弦振动，从而产生不同音高的声音。
6. 框架和共鸣箱：钢琴的框架和共鸣箱起到共鸣增强的作用。
当琴弦产生声音时，声音会传递到共鸣箱的空腔中，并产生余响和音色。
总结起来，钢琴的弹奏原理是通过按下键盘，触发传动系统，使木槌击打琴弦，产生振动并发出声音。
同时，共鸣箱的作用增强了声音，并赋予了独特的音色。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Find钢琴的自主弹奏原理
钢琴通过琴弦的震动来产生音源，传统钢琴通过人手敲击琴键来间接敲动琴弦，而find钢琴则通过其自身的自主弹奏系统来进行自动弹奏，达到不适用人手来敲打琴弦产生声音，钢琴有上千个零部件，主要由音源部分、键盘机械、踏瓣系统和外壳4个部分组成。
立式钢琴的规格以其背板高度划分，大致分为118cm、120cm、121cm、122cm、123cm、125cm、130cm、131cm、132cm等；重量从200～400公斤不等；音源部分是钢琴的发音体。
琴弦经过击发将振动传至音板而发出悦耳的音响。
弦列的长度、粗细、张力决定声音的振动基频产生丰富的泛音。
张弦部分应保持良好的音准稳定性和声学品质，通过调整弦轴可调音。
钢琴音域按国标标准自A2至C5，共88个琴键。
Find钢琴的自动弹奏主要是采用机电一体化，通过编程，让机械的琴弦与电脑程序相连，从而实现自主弹奏，钢琴在没有人操作的情况下自动演奏。
Find智慧钢琴这个功能，可以远程操控钢琴自动演奏，通过APP连接实现控制，不过首先Find钢琴要先通电，这款钢琴还有个很厉害的设计，就是弹对前进，当你弹错的时候，五线谱是停止的，只有弹的时候才会继续走谱，能有效的让练习者准确识读五线谱，提高练琴效率。
通过自动演奏系统、键盘采集系统或蓝牙等智能硬件或软件的安装，可以让钢琴自主弹奏和产生更弹的功能，FIND钢琴可以自动演奏，并且以音锤的机械方式，呈现出原汁原味的钢琴音乐。
在视觉上，透视的钢琴设计可以看到钢琴内部的音锤，宛如精致的机械腕表一样更带给人视觉上的享受。
从某种意义上讲，find的这款钢琴的自动弹奏系统具有着跨时代的意义。
他成功的将现代科技与传统乐器完美的结合在了一起，却并没有过度的改变他，智能钢琴不通电的话，它本身就是一台传统声学钢琴，
发声原理及弹奏触感、音色，都和传统钢琴没有区别。
当然，使用寿命也是一样的。
真正控制琴键去敲击琴弦，带动音板共鸣形成自动演奏。
Find里面有丰富的古典音乐资源、怀旧经典的金曲老歌以及当下流行音乐，而Find瀑布流跟弹功能是通过动态多媒体和满屏的瀑布流效果展现，超大屏幕可呈现和真钢琴键盘1:1 尺寸对应的多视角、全高清专业大师的内容讲解和教学辅助示范视频、乐谱，更可自动纠错、自动评分，自动入数据库。
这些都充分的说明了科技与传统的结合，现代互联网给世界的影响。