自驅(qū)動(dòng)無噪音錄音鍵盤樂器的制造方法
【專利摘要】一種自驅(qū)動(dòng)無噪音錄音鍵盤樂器，包括鍵盤、液晶顯示屏、r型復(fù)合式發(fā)電機(jī)、整流橋、測量設(shè)備、電腦軟件。琴鍵的每一個(gè)白鍵下面對(duì)應(yīng)一個(gè)r型復(fù)合式發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)的壓電模塊輸出連接至整流橋，輸出連接至液晶顯示屏。發(fā)電機(jī)的摩擦模塊輸出連接至測量設(shè)備；其記錄的電信號(hào)輸出至電腦軟件。當(dāng)按下琴鍵時(shí)，壓電模塊產(chǎn)生形變，產(chǎn)生電能驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的液晶顯示屏，起到指示按鍵音的作用。當(dāng)演奏樂曲時(shí)，摩擦模塊產(chǎn)生形變，測量設(shè)備會(huì)記錄摩擦模塊產(chǎn)生的電信號(hào)，電腦軟件將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字聲音，將演奏的音樂轉(zhuǎn)化為數(shù)字音樂信息，實(shí)現(xiàn)錄音的效果。應(yīng)用本鍵盤樂器進(jìn)行錄音時(shí)，僅錄制琴鍵按下時(shí)產(chǎn)生的聲音，其它外界聲音一概不會(huì)被記錄，從而實(shí)現(xiàn)無噪音錄音。
【專利說明】自驅(qū)動(dòng)無噪音錄音鍵盤樂器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及樂器領(lǐng)域，具體涉及一種自驅(qū)動(dòng)無噪音錄音鍵盤樂器。
【背景技術(shù)】
[0002]納米發(fā)電機(jī)可以將外界環(huán)境中的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能并加以利用，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自驅(qū)動(dòng)壓力傳感器、化學(xué)傳感器、生物探針等領(lǐng)域。通過將摩擦發(fā)電機(jī)與壓電發(fā)電機(jī)相結(jié)合，可以制備一種r型結(jié)構(gòu)的復(fù)合式發(fā)電機(jī)(M.Han, etal., ACSNano, 7, 8554-8560)。得益于其結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，該種r型復(fù)合式發(fā)電機(jī)可以集成在計(jì)算機(jī)鍵盤內(nèi)，將日常工作中敲擊鍵盤產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。
[0003]相比于電腦鍵盤，鋼琴等鍵盤樂器可以產(chǎn)生美妙動(dòng)聽的音樂。然而，對(duì)于初學(xué)者而言，很難辨識(shí)出按下的琴鍵所對(duì)應(yīng)的音符，給學(xué)習(xí)帶來了不便；對(duì)于作曲家而言，在即興演奏完一首樂曲之后，很難回想起之前的準(zhǔn)確音符與節(jié)奏；對(duì)于聽眾而言，無法將鍵盤樂器大師演奏的美妙旋律變成數(shù)字音樂帶回家，也是莫大的遺憾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解 決上述問題，本發(fā)明提供一種自驅(qū)動(dòng)無噪音錄音鍵盤樂器。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0006]一種自驅(qū)動(dòng)無噪音錄音鍵盤樂器，為機(jī)械鍵盤樂器，整個(gè)系統(tǒng)包括如下部分:鍵盤、液晶顯示屏、r型復(fù)合式發(fā)電機(jī)、整流橋、測量設(shè)備、電腦軟件。
[0007]所述鍵盤包括:外部支架、琴鍵。
[0008]所述r型復(fù)合式發(fā)電機(jī)自上至下依次為:壓電材料上電極、壓電材料、壓電材料下電極、摩擦材料、摩擦材料電極；所述的壓電材料上電極、壓電材料、壓電材料下電極組成發(fā)動(dòng)機(jī)的壓電模塊；所述的摩擦材料、摩擦材料電極組成發(fā)動(dòng)機(jī)的摩擦模塊；
[0009]r型復(fù)合式發(fā)電機(jī)設(shè)置在外部支架和琴鍵之間；琴鍵的每一個(gè)白鍵下面對(duì)應(yīng)一個(gè)r型復(fù)合式發(fā)電機(jī)，r型復(fù)合式發(fā)電機(jī)的壓電模塊輸出連接至整流橋的輸入端口，整流橋輸出端口連接至液晶顯示屏；r型復(fù)合式發(fā)電機(jī)的摩擦模塊輸出連接至測量設(shè)備；測量設(shè)備記錄的電信號(hào)輸出至電腦軟件。
[0010]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于:
[0011]1、應(yīng)用本發(fā)明提出的自驅(qū)動(dòng)無噪音錄音鍵盤樂器，當(dāng)按下琴鍵時(shí)，壓電模塊會(huì)產(chǎn)生形變，產(chǎn)生電能驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的液晶顯示屏，起到指示按鍵音的作用。
[0012]2、應(yīng)用本發(fā)明提出的自驅(qū)動(dòng)無噪音錄音鍵盤樂器，當(dāng)演奏樂曲時(shí)，摩擦模塊會(huì)產(chǎn)生形變，測量設(shè)備會(huì)記錄摩擦模塊產(chǎn)生的電信號(hào)，電腦軟件可以將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字聲音。
[0013]3、應(yīng)用本發(fā)明提出的自驅(qū)動(dòng)無噪音錄音鍵盤樂器，可以立即將演奏的音樂轉(zhuǎn)化為數(shù)字音樂信息，實(shí)現(xiàn)錄音的效果。整個(gè)錄音過程無需額外電源，為自驅(qū)動(dòng)鍵盤樂器。
[0014]4、應(yīng)用本發(fā)明提出的自驅(qū)動(dòng)無噪音錄音鍵盤樂器進(jìn)行錄音時(shí)，僅錄制琴鍵按下時(shí)產(chǎn)生的聲音，其它外界聲音一概不會(huì)被記錄，從而實(shí)現(xiàn)無噪音錄音。【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的自驅(qū)動(dòng)無噪音錄音鍵盤樂器三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明的自驅(qū)動(dòng)無噪音錄音鍵盤樂器未按鍵時(shí)單個(gè)琴鍵內(nèi)部結(jié)構(gòu)及電學(xué)線路連接示意圖；
[0017]圖3為本發(fā)明的自驅(qū)動(dòng)無噪音錄音鍵盤樂器按鍵時(shí)單個(gè)琴鍵內(nèi)部結(jié)構(gòu)及電學(xué)線路連接示意圖；
[0018]圖4為本發(fā)明的電腦軟件基本界面；
[0019]圖5為本發(fā)明的自驅(qū)動(dòng)無噪音錄音鍵盤樂器復(fù)合發(fā)電機(jī)摩擦模塊輸出電壓曲線；
[0020]圖6為本發(fā)明的電腦軟件轉(zhuǎn)化出的對(duì)應(yīng)于復(fù)合發(fā)電機(jī)摩擦模塊輸出電壓曲線的數(shù)字音樂波形。
[0021]圖中:
[0022]鍵盤1、液晶顯示屏2、r型復(fù)合式發(fā)電機(jī)3、整流橋4、測量設(shè)備5、電腦軟件6。
[0023]所述鍵盤I包括:外部支架11、琴鍵12。 [0024]所述r型復(fù)合式發(fā)電機(jī)3包括:壓電材料上電極31、壓電材料32、壓電材料下電極33、摩擦材料34、摩擦材料電極35。
【具體實(shí)施方式】
[0025]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)，附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分。下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0026]如圖1至3所示，所述鍵盤樂器為普通機(jī)械鍵盤樂器，整個(gè)系統(tǒng)包括如下部分:鍵盤1、液晶顯示屏2、r型復(fù)合式發(fā)電機(jī)3、整流橋4、測量設(shè)備5、電腦軟件6。
[0027]所述鍵盤I包括:外部支架11、琴鍵12。
[0028]所述液晶顯示屏2為一位七段或一位八段液晶屏，在本實(shí)施例中，采用一位八段液晶屏，型號(hào)為EDC004，可顯示數(shù)字1、2、3、4、5、6、7。
[0029]所述r型復(fù)合式發(fā)電機(jī)3自上至下依次為:壓電材料上電極31、壓電材料32、壓電材料下電極33、摩擦材料34、摩擦材料電極35。所述的壓電材料上電極31、壓電材料32、壓電材料下電極33組成發(fā)動(dòng)機(jī)的壓電模塊；所述的摩擦材料34、摩擦材料電極35組成發(fā)動(dòng)機(jī)的摩擦模塊。壓電材料上電極31、壓電材料下電極33、摩擦材料電極35均為導(dǎo)電性好的金屬、合金或金屬氧化物，在本實(shí)施例中為金屬鋁。所述壓電材料32為聚偏氟乙烯或鋯鈦酸鉛或氧化鋅或鈮鎂酸鉛或鈦酸鋇或氮化鋁等。所述摩擦材料34為容易得到電子帶負(fù)電荷的材料，如聚四氟乙烯、聚酰亞胺、聚對(duì)二甲苯、聚二甲基硅氧烷、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯
坐寸ο
[0030]在本實(shí)施例中，所述整流橋4為四管腳整流橋，型號(hào)為DB107。
[0031]所述測量設(shè)備5為靜電計(jì)或示波器或數(shù)據(jù)采集卡，具有兩個(gè)以上測量通道，探頭內(nèi)阻大于等于I兆歐姆。在本實(shí)施例中，所述測量設(shè)備5為安捷倫示波器，型號(hào)為DS0-X2014A，探頭內(nèi)阻為100兆歐姆。
[0032]所述電腦軟件6為基于Matlab的圖形界面，包括參數(shù)設(shè)置、文件選擇、電學(xué)信號(hào)展示、聲音波形展示及聲音播放功能。
[0033]本發(fā)明的結(jié)構(gòu)參見圖1、圖2和圖3:r型復(fù)合式發(fā)電機(jī)3設(shè)置在外部支架11和琴鍵12之間。琴鍵12的每一個(gè)白鍵下面對(duì)應(yīng)一個(gè)r型復(fù)合式發(fā)電機(jī)3，r型復(fù)合式發(fā)電機(jī)3的壓電模塊輸出連接至整流橋4的輸入端口，整流橋4輸出端口連接至液晶顯示屏2。其連接方式由琴鍵12的白鍵所對(duì)應(yīng)的音高決定，即“do”鍵對(duì)應(yīng)顯示數(shù)字l，“re”鍵對(duì)應(yīng)顯示數(shù)字2，“mi”鍵對(duì)應(yīng)顯示數(shù)字3，“fa”鍵對(duì)應(yīng)顯示數(shù)字4，“so”鍵對(duì)應(yīng)顯示數(shù)字5，“l(fā)a”鍵對(duì)應(yīng)顯示數(shù)字6，“xi”鍵對(duì)應(yīng)顯示數(shù)字7。r型復(fù)合式發(fā)電機(jī)3的摩擦模塊輸出連接至測量設(shè)備5 ;測量設(shè)備5記錄的電信號(hào)輸出至電腦軟件6。
[0034]如圖2所示，當(dāng)演奏者未按下琴鍵12時(shí),液晶顯示屏2無數(shù)字顯示。如圖3所示，當(dāng)演奏者按下琴鍵12時(shí)，壓電材料32發(fā)生形變，從而產(chǎn)生壓電電信號(hào)，經(jīng)整流橋4整流后驅(qū)動(dòng)液晶顯示屏2顯示與音高相應(yīng)的數(shù)字。同時(shí)，壓電材料下電極33與摩擦材料34相接處，產(chǎn)生摩擦電信號(hào)，經(jīng)示波器記錄并導(dǎo)入電腦軟件6。圖5為本發(fā)明的r型復(fù)合式發(fā)電機(jī)3的摩擦模塊輸出電壓曲線。
[0035]圖4為本發(fā)明的的電腦軟件基本界面，在本實(shí)施例中，為使說明簡潔易懂，以兩通道信號(hào)的測量與轉(zhuǎn)化為例。首先根據(jù)環(huán)境中的噪聲等級(jí)與示波器的參數(shù)設(shè)定，將NoiseSignal設(shè)定為10, TotalTime設(shè)定為5秒。之后,將通道I的音高設(shè)定為do,導(dǎo)入相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，將通道2的音高設(shè)定為mi，導(dǎo)入相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。最后，點(diǎn)擊FinalMusic將各通道的電信號(hào)合成為最終的數(shù)字音樂。圖6為電腦軟件6轉(zhuǎn)化出的對(duì)應(yīng)于摩擦發(fā)電機(jī)輸出電壓曲線的數(shù)字音樂波形。
[0036]本發(fā)明自驅(qū)動(dòng)無噪音錄音鍵盤樂器將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字音樂的基本原理如下:首先通過設(shè)定環(huán)境中的噪聲等級(jí)去除電信號(hào)中夾雜的市電噪聲，之后通過分析電信號(hào)確定聲音的頻率、強(qiáng)弱、產(chǎn)生時(shí)間、停止時(shí)間，完成電信號(hào)到數(shù)字音樂的轉(zhuǎn)化。
[0037](I)頻率的確定:當(dāng)按下琴鍵時(shí)，該琴鍵下的復(fù)合發(fā)電機(jī)會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)輸出，通過檢測其對(duì)應(yīng)的測量通道，確定按下的琴鍵，從而確定聲音頻率。
[0038](2)強(qiáng)弱的確定:當(dāng)按下琴鍵時(shí)，按下的力度越大，則音強(qiáng)會(huì)越強(qiáng)，復(fù)合發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電信號(hào)輸出會(huì)越大，通過比較電信號(hào)輸出幅值的大小，確定聲音的強(qiáng)弱。
[0039](3)聲音產(chǎn)生時(shí)間的確定:當(dāng)按下琴鍵時(shí)，電信號(hào)輸出會(huì)由零變?yōu)檎?，通過檢測電信號(hào)由零變?yōu)檎档臅r(shí)刻，確定聲音產(chǎn)生的時(shí)間。
[0040](4)聲音停止時(shí)間的確定:當(dāng)松開琴鍵時(shí)，聲音停止，電信號(hào)輸出會(huì)由負(fù)值變?yōu)榱?，通過檢測電信號(hào)由負(fù)值變?yōu)榱愕臅r(shí)刻，確定聲音停止的時(shí)間。
[0041]以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種自驅(qū)動(dòng)無噪音錄音鍵盤樂器進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并參照附圖對(duì)本申請的示例性的實(shí)施方案進(jìn)行了描述。上述實(shí)施方案僅僅是為了說明的目的而所舉的示例，而不是用來進(jìn)行限制，凡在本申請的教導(dǎo)和權(quán)利要求保護(hù)范圍下所作的任何修改、等同替換等，均應(yīng)包含在本申請要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種自驅(qū)動(dòng)無噪音錄音鍵盤樂器，為機(jī)械鍵盤樂器，其特征在于整個(gè)系統(tǒng)包括如下部分:鍵盤(I)、液晶顯示屏(2)、r型復(fù)合式發(fā)電機(jī)(3)、整流橋(4)、測量設(shè)備(5)、電腦軟件(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍵盤樂器，其特征在于:所述鍵盤(I)包括:外部支架(11)、琴鍵(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍵盤樂器，其特征在于:所述r型復(fù)合式發(fā)電機(jī)(3)自上至下依次為:壓電材料上電極(31)、壓電材料(32)、壓電材料下電極(33)、摩擦材料(34)、摩擦材料電極(35);所述的壓電材料上電極(31)、壓電材料(32)、壓電材料下電極(33)組成發(fā)動(dòng)機(jī)的壓電模塊；所述的摩擦材料(34)、摩擦材料電極(35)組成發(fā)動(dòng)機(jī)的摩擦模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鍵盤樂器，其特征在于:所述的壓電材料上電極(31)、壓電材料下電極(33)、摩擦材料電極(35)均為導(dǎo)電性好的金屬、合金或金屬氧化物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鍵盤樂器，其特征在于:所述的壓電材料上電極(31)、壓電材料下電極(33)、摩擦材料電極(35)為金屬鋁。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍵盤樂器，其特征在于:所述液晶顯示屏(2)為一位七段或一位八段液晶屏。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍵盤樂器，其特征在于:所述壓電材料(32)為聚偏氟乙烯或鋯鈦酸鉛或氧化鋅或鈮鎂酸鉛或鈦酸鋇或氮化鋁等；所述摩擦材料(34)為容易的得到電子帶負(fù)電荷的材料，如聚四氟乙烯、聚酰亞胺、聚對(duì)二甲苯、聚二甲基硅氧烷、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯等。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍵盤樂器，其特征在于:所述測量設(shè)備(5)為靜電計(jì)或示波器或數(shù)據(jù)采集卡，具有兩個(gè)以上測量通道，探頭內(nèi)阻大于等于I兆歐姆。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍵盤樂器，其特征在于:所述電腦軟件(6)為基于Matlab的圖形界面，包括參數(shù)設(shè)置、文件選擇、電學(xué)信號(hào)展示、聲音波形展示及聲音播放功能。
10.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的鍵盤樂器，其特征在于:r型復(fù)合式發(fā)電機(jī)(3)設(shè)置在外部支架(11)和琴鍵12之間；琴鍵(12)的每一個(gè)白鍵下面對(duì)應(yīng)一個(gè)r型復(fù)合式發(fā)電機(jī)(3)，r型復(fù)合式發(fā)電機(jī)(3)的壓電模塊輸出連接至整流橋(4)的輸入端口，整流橋(4)輸出端口連接至液晶顯示屏(2) ;1*型復(fù)合式發(fā)電機(jī)(3)的摩擦模塊輸出連接至測量設(shè)備(5)；測量設(shè)備(5)記錄的電信號(hào)輸出至電腦軟件(6)。
【文檔編號(hào)】G10K11/16GK104021782SQ201410189774
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月6日
【發(fā)明者】張海霞, 韓夢迪, 邱國林, 彭旭華, 劉雯, 程曉亮, 孟博, 朱福運(yùn) 申請人:北京大學(xué)