冯如杯论文“风之声”电子笛.docVIP

“风之声”电子笛 摘要： 首先说明该作品是一种新的人机交互媒介，用于人与电脑之间的信息交流。可以将人吹奏笛子的信号输入给电脑，由电脑处理，发声，并通过独立开发的程序，将声音保存为标准MIDI文件格式，该格式可以由WINDOWS MEDIA PLAYER播放，可以由专业的作曲软件编辑，甚至可以在非WINDOWS的操作系统下打开，兼容性非常好。 本作品的外形模拟一把普通竹笛，只要通过简单改装，亦可以模拟多种传统及古典乐器，比如唢呐、萧、长笛、萨克斯、黑管等等。 该项目主要由笛嘴信号采集，手指信号采集，单片机分析、编码，串口通信，软件的解码，声卡输出，记录并保存为标准MIDI文件格式等模块组成，使用了AT89S51单片机，驻极体式麦克风，LM386，ADC0804，红外反射开关，电压跟随器（三极管搭制），MAX232等元件，采用了VISUAL BASIC，VISUAL C++ 等编程语言以及软件上的自制动态连接库DLL，MSCOMM控件，WINDOWS API等技术。 更低的价格，更简单的使用（普及性强）是本项目卖点，可以让更多的对音乐有兴趣的人能够“玩”自己的音乐。 关键字： 人机交互媒介 , 普及 , 数字化乐器 , 无扰民练习 ， 保存为标准MIDI文件格式 作品背景： 首先说明该作品是一种新的人机交互媒介，用于人与电脑之间的信息交流。 事实上，我有这个想法很久了。因为自己从小对音乐很感兴趣，自从见过像Cakewalk这样的作曲软件，就一直希望能够自己作曲。但由于该软件的输入方式仅限于MIDI键盘（一种价格较高的专用设备），而且自己又从来没有学过键盘或者钢琴，所以一直以来都是使用计算机键盘模拟，效果很差，使用起来也十分不便，故一直以来都想自己制作一个新的输入设备，能够更低价，更普及，只要辅以软件，可以让演奏音乐以及音乐制作走进寻常人家。 之所以选择竹笛，主要是看好竹笛的普及性。笛子一方面作为传统乐器，使用的人本身就很多；另一方面，很多初中甚至小学都曾经教过竖笛的演奏，而竖笛和竹笛在吹奏方法和指法等方面在本质上就是一样的，只要会其中一样，很轻易就可以学会另外一样。 既然是作为一种乐器，“风之声”电子笛当然同时还具有演奏的功能。他的声音并不是通过传统的方式——即空气与笛腔共振——发出，而是完全由电脑的声卡发出，因此它的音色实现了完全的数字化，通过电脑能够简单地改变其音色，从长笛，黑管到钢琴，甚至是海浪，电话铃或鸟鸣，因此可以作为数字化乐器在舞台上演出。 本作品的外形模拟一把普通竹笛，只要通过简单改装，亦可以从形式到音色全方位模拟多种传统及古典乐器，比如唢呐、萧、长笛、萨克斯、黑管等等。事实上，这些乐器在本质上都是相似的，而由于本项目对吹奏时口型的要求较低，故由本作品改装成其他乐器的产品相对于这些传统乐器在学习的简单性上将表现得更为突出。 另一个突出特点是，由于该设备本身不发声，声音完全由声卡发出，故可以实现使用者的“无扰民练习”，即自己戴上电脑耳机练习，她发出的声音只有自己能听见，而不会影响邻居或同寝室的同学的休息和学习。 作品研究过程： 由于我们作者都还在上大二，知识不够丰富，课业负担也较重，所以笨鸟先飞，从寒假起就开始准备这个项目了。由于一开始我们就抱着多学习一些知识的态度，所以两个人并没有进行详细分工分头进行，而是从始至终都一起制作，合作得非常愉快。 总体来说，该项目的制作过程是软硬件并行开发的，即软件和硬件同时进行。下面是该项目的功能框图： 笛嘴信号采集的是演奏指通过用嘴吹气让笛子发声时口部的动作，简单的看，可以分为没吹气，较轻地吹气和较重的吹气，分别对应笛子不发声，笛子发中音（不是指音量，而是指较低8度的7个音）和笛子发高音（较高8度的7个音）。从硬件角度讲，这是一个难点，而它又是整个项目的重点，所以最早进行开发的就是这个部分。我们采用的方法是将一个驻极体式麦克风放在笛子的口部，将采集到的信号用LM386放大，再经由ADC0804转换为数字量，交给单片机识别。应该说，这一部分本身并不是很难，但因为我们的经验都不足，所以也颇费了一些周折，比如一开始不知道该使用功率放大芯片还是运算放大芯片，试用了好长时间LM324都没有成功。后来才从电气实践教程上学到可以用LM386放大音频信号，一用果然效果很好。在用麦克风接收信号的时候，我们参考了很多资料，焊制了很多很复杂的电路效果都不理想，试验了很久才发现一个很简单的电路就可以完成该功能。在添加了一个简单的一阶滤波电路之后，该模块就完成了。 手指信号采集是完成较晚的模块。为了能够更好的模拟笛子本身的演奏方式，我们没有使用较保守、传统的按键作为触发元件。最初我的设想是使用光敏三极管，即光敏开关作为触发器，试验之后发现它对光强的要求太高，灵敏度也较低，为了补足光