專利名稱：一種鋼琴錄音系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及錄音技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋼琴錄音系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
鋼琴是樂器之王，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是微電腦的普遍應(yīng)用，使鋼琴在保持原有的傳統(tǒng)優(yōu)勢外，更賦予它許多功能，從而滿足人們欣賞、練習(xí)、教學(xué)等多層面的需要。目前存在許多方法用于檢測一個琴鍵的運動和一個琴鍵的運動速度，也有一些其它的捕捉某種樂器鍵盤音符表現(xiàn)力數(shù)據(jù)的方法，這些方法是利用的機械開關(guān)結(jié)構(gòu)的裝置來實現(xiàn)的，這種使用機械感應(yīng)的方法有許多明顯的不足之處，例如，感應(yīng)沒有變化，觸鍵后控制無法預(yù)知等。此外，這種類型開關(guān)會影響到演奏時琴鍵的手感，安裝也很費時間，需要做非常復(fù)雜的縱向和橫向的調(diào)整。本發(fā)明正是為了解決機械開關(guān)帶來的上述限制，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、成本低廉的鋼琴錄音系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，本發(fā)明提供一種鋼琴錄音系統(tǒng)，該錄音系統(tǒng)通過安裝在原聲鋼琴鍵盤下面的光電感應(yīng)器來實現(xiàn)感應(yīng)和分辨不同的音符和音符的表現(xiàn)力數(shù)據(jù)，并將捕捉到的不同音符和音符表現(xiàn)力的數(shù)據(jù)的過程記錄下來存儲到USB連接的裝置中。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，光電感應(yīng)器安裝方便，成本低廉，適用于各種型號的鋼琴。為達上述目的，本發(fā)明采取如下方案:一種鋼琴錄音系統(tǒng)，該錄音系統(tǒng)包括主控制盒和感應(yīng)器導(dǎo)軌，主控制盒上設(shè)置有感應(yīng)器接口和USB接口，感應(yīng)器導(dǎo)軌通過一條帶狀線纜與主控制盒上的感應(yīng)器接口連接，其特征在于:感應(yīng)器導(dǎo)軌上安裝有4個PCB電路板，每一個PCB電路板上有22個光電感應(yīng)器，每一個PCB電路板之間通過伸縮性排線連接，每一個光電感應(yīng)器由正面朝上的I個發(fā)光二極管和I個光電晶體管構(gòu)成，每一個琴鍵下均安裝有一個光學(xué)感應(yīng)器，PCB電路板可在感應(yīng)器導(dǎo)軌上滑動，并通過固定螺絲固定在感應(yīng)器導(dǎo)軌上；主控制盒通過USB接口與安裝有錄音軟件系統(tǒng)的計算機連接，并將計算機輸出數(shù)據(jù)。優(yōu)選的，主控制盒中包括有帶有模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換ADC功能的微處理，每一個從光電感應(yīng)器感應(yīng)到的輸出電壓數(shù)據(jù)都會通過感應(yīng)器接口傳輸?shù)轿⑻幚砩系哪M/數(shù)字轉(zhuǎn)換ADC上，通過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換將光電感應(yīng)器的輸出電壓數(shù)字化，微處理通過不斷循環(huán)掃描安裝在感應(yīng)器導(dǎo)軌上的各個光電感應(yīng)器，獲取各個光電感應(yīng)器發(fā)出的輸出電壓數(shù)據(jù)。本發(fā)明為使用者提供了一種記錄精彩演奏的完美錄音工具。該系統(tǒng)借助高靈敏的光學(xué)感應(yīng)器，精確地捕捉彈奏過程，精準(zhǔn)錄制演奏的每一瞬間，琴鍵的速度、踏板的維持等，每一個細微動作和變化。琴鍵的輕重回轉(zhuǎn)速度、踏瓣延音的精準(zhǔn)計量等，每一個細微的變化都一一載錄，如同鋼琴演奏家精彩絕倫的演奏即顯眼前。自動轉(zhuǎn)換MIDI格式功能，更讓使用者隨心所欲保存在任何電腦或其他存儲器中。


圖1為本發(fā)明的鋼琴錄音系統(tǒng)中光學(xué)感應(yīng)器導(dǎo)軌安裝的示意圖；圖2為本發(fā)明的鋼琴錄音系統(tǒng)硬件連接示意圖；圖3為鋼琴錄音系統(tǒng)中使用的光電感應(yīng)器的輸出電壓示意圖；圖4為敲擊鋼琴琴鍵時光電感應(yīng)器的輸出電壓波峰示意圖；圖5為光電感應(yīng)器測量出的不同品牌的鋼琴琴鍵間距的測量數(shù)據(jù)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式做進一步的說明。圖1示出了本發(fā)明的鋼琴錄音系統(tǒng)中光學(xué)感應(yīng)器導(dǎo)軌安裝的示意圖，其中包括琴鍵101、光電感應(yīng)器102、PCB電路板103、感應(yīng)器導(dǎo)軌104、伸縮性排線105以及PCB電路板固定螺絲106。該系統(tǒng)使用光電感應(yīng)器，可以捕捉音樂數(shù)據(jù)里包涵的琴鍵的移動和移動速度的數(shù)據(jù)。鋼琴鍵盤的每一個琴鍵下均安裝有光學(xué)感應(yīng)器，一個光電感應(yīng)器對應(yīng)一個琴鍵，光學(xué)感應(yīng)器是由包含有一個發(fā)光二極管和一個光電晶體管組成的電子部件，通過光感應(yīng)器感應(yīng)看不見的LED光，發(fā)射的光線遇到琴鍵底部表面時反射回來，這個反射回來的光線會被檢測至IJ，并將成比例的光線轉(zhuǎn)化為光電晶體管輸出的電壓，通過光電晶體管輸出的電壓的大小來表現(xiàn)出光感應(yīng)器和琴鍵底部之間的距離。光電感應(yīng)器102被安裝在PCB電路板103上，每一個PCB電路板103上有22個光電感應(yīng)器102。每一個光電感應(yīng)器由正面朝上的I個發(fā)光二極管和I個光電晶體管構(gòu)成。含有22個光電感應(yīng)器102的PCB電路板103被安裝在感應(yīng)器導(dǎo)軌104里，由于不同的鋼琴鍵盤不同，琴鍵之間的距離也不一樣，所以通過橫向調(diào)節(jié)PCB電路板103的位置，可以方便橫向調(diào)整光電感應(yīng)器102的位置。普通鋼琴的鍵盤是由黑色鍵和白色鍵共計88個鍵所組成(少數(shù)鋼琴只有85個鍵)，其中黑鍵36個，白鍵52個，感應(yīng)器導(dǎo)軌104由4個PCB電路板103構(gòu)成，保證了鋼琴鍵盤的每一個琴鍵下均安裝有光學(xué)感應(yīng)器。感應(yīng)器導(dǎo)軌104設(shè)計為長1230mm的鋁制導(dǎo)軌，PCB電路板103可以在導(dǎo)軌內(nèi)進行橫向移動，確定好位置后可以通過固定螺絲106來將PCB電路板103固定。每一塊PCB電路板103之間由伸縮性排線105連接，這樣每一塊PCB電路板103都可以實現(xiàn)單獨移動，以達到調(diào)節(jié)對齊光電感應(yīng)器的目的。圖2示出了本發(fā)明的鋼琴錄音系統(tǒng)硬件連接示意圖，其中包括感應(yīng)器接口 201、連接感應(yīng)器導(dǎo)軌202、主控制盒203以及連接計算機系統(tǒng)的USB接口 205。該錄音系統(tǒng)包括主控制盒203、圖1中所示的感應(yīng)器導(dǎo)軌104，其中主控制盒203上設(shè)置有感應(yīng)器接口 201，感應(yīng)器導(dǎo)軌104通過一條帶狀線纜與主控制盒203上的感應(yīng)器接口 201連接。主控制盒203中包括有帶有模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換ADC功能的微處理芯片(未示出)，每一個從光電感應(yīng)器102感應(yīng)到的輸出電壓數(shù)據(jù)都會通過感應(yīng)器接口 201傳輸?shù)轿⑻幚硇酒系哪M/數(shù)字轉(zhuǎn)換ADC上，通過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換將光電感應(yīng)器102的輸出電壓數(shù)字化，再與閾值級別進行對比，這樣一個琴鍵運動的完整過程，包括琴鍵的表現(xiàn)力是都可以被檢測出來的，琴鍵按下以及琴鍵按下抬起時輸出電壓的變化趨勢如圖3所示。微處理通過不斷循環(huán)掃描安裝在感應(yīng)器導(dǎo)軌104上的各個光電感應(yīng)器102，獲取各個光電感應(yīng)器102發(fā)出的輸出電壓數(shù)據(jù)，這樣就可以測量出各個琴鍵的電壓值。如果已知琴鍵的運動速率，那么這個琴鍵的音量就可以通過聲音引擎來進行控制，同樣，我們也可以控制音調(diào)的其它一些特性，如鋼琴的起音、音色等等。主控制盒203中的微處理通過USB接口 205將獲取的各個琴鍵的電壓值數(shù)據(jù)發(fā)送給安裝有錄音軟件系統(tǒng)的計算機，由計算機完成對數(shù)據(jù)的分析存儲，該系統(tǒng)使用兼容的樂器數(shù)字接口 MIDI，計算機中輸出和存儲數(shù)據(jù)是以MIDI信號編碼，再作進一步的處理。通過計算系中安裝的錄音軟件系統(tǒng)可以實現(xiàn)對感應(yīng)器導(dǎo)軌202的初始化設(shè)置和檢測。該軟件系統(tǒng)可以實現(xiàn)捕捉音符和音符表現(xiàn)力的數(shù)據(jù)，并加以調(diào)整。該軟件系統(tǒng)第一步運行調(diào)節(jié)功能，確定每一個琴鍵不彈和彈奏時的總體位置，并加以計算，得出的結(jié)果就是每一個琴鍵第一級和第二級的閾值，再用這個值進行計算。這些獨立生成的閾值可以讓系統(tǒng)捕捉到音樂全音域的效果，包括顫音、斷音、連奏及最輕的演奏效果等。接下來主要介紹通過該軟件系統(tǒng)進行琴鍵校準(zhǔn)、自動左右對齊檢查以及琴鍵測試。首先使用USB線將主控制盒203與計算機連接，并連接感應(yīng)器導(dǎo)軌202和主控制盒203，在計算機上運行感應(yīng)器導(dǎo)軌(LXR)設(shè)定，會出現(xiàn)如下提示信息:-LXR j吏用者設(shè)置一1.04版本-LXR的連梓已打開-LXR Pi車梓-LXR 版本一 1.03 編碼(SN) 00000000在感應(yīng)器導(dǎo)軌LXR連接成功后，會出現(xiàn)如下菜單:1.顯示感應(yīng)器導(dǎo)軌信息2.柃準(zhǔn)琴鍵3.設(shè)定力度曲線圖4.測試全部琴鍵5.紀(jì)錄琴鍵移動6.監(jiān)控琴鍵倌7.注冊服務(wù)需要說明的是，在校準(zhǔn)過程中，每個鍵都是按照相同的標(biāo)準(zhǔn)來測試和測量琴鍵的移動距離，校準(zhǔn)也同時驗證的感應(yīng)板和軌道是否正確對齊，為了確保校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性校準(zhǔn)應(yīng)在比較黑暗的房間或沒有直接的光線情況下進行。按數(shù)字鍵“2”啟動“校準(zhǔn)琴鍵”，此時，會出現(xiàn)如下提示信息:灃意:鋼琴的房間早.，光源是否為肓射燈光？1.Yes (是)2.No (否)按下數(shù)字鍵“I”或者“2”確認是否處于直射的光源環(huán)境中，接下來將會出現(xiàn)如下提示信息:[H在校準(zhǔn)出廠的琴鍵位置，請等候
琴鍵移動柃準(zhǔn)請按第一個琴鍵操作員從左I到右88依次按下各個琴鍵，每次只能按一個鍵，并且按下后需要將琴鍵保持在較低的位置，直到聽到從計算機中傳出一陣“短嗶聲”。系統(tǒng)會顯示出每個琴鍵上的校準(zhǔn)鍵深度(以μ m為單位)和重影水平有關(guān)的內(nèi)容信息。典型琴鍵的深度應(yīng)在5000-10000 μ m之間，例如如下顯示的信息:>梓等的第一琴鍵深度為06573 u m重影水平L00000R00304琴鍵已完成校準(zhǔn)請按第二個琴鍵如此類推，完成對88個琴鍵的校準(zhǔn)。在校準(zhǔn)完最后一段琴鍵后(每22個琴鍵為一段)，便會顯示左右對準(zhǔn)的百分比和圖表等對齊信息。如果沒有正確對齊，電腦將會顯示一個警告及發(fā)出聲音。例如，當(dāng)所有的PCB電路板103正確對齊時，顯示如下信息:第I鍵盤段的對稱性:....* I……(~4%)第2鍵盤段的對稱性:……*……(0%)第3鍵盤段的對稱性:……*……(0%)第4鍵盤段的對稱性:……*……(2%)如果最左邊的電路板太往左面，信息顯示:第I鍵盤段的對稱性I……(~56%)第I塊的感應(yīng)板(從第I到第22琴鍵)沒有IH確對齊，應(yīng)該向右移動第2鍵盤段的對稱性:...*..1……(~36%)第3鍵盤段的對稱性:....*.I……(~19%)第4鍵盤段的對稱性I……(~4%)如想測試所有按鍵感應(yīng)器是否正常運作，先啟動LXR的設(shè)置，然后按數(shù)字鍵“4”(測試所有鍵)。然后按下每個鍵至少一次(如果按鍵時被檢測到，會顯示到琴鍵號碼和檢測到的力度)。如所有的鍵都通過測試，顯示信息:所有琴鍵通討測試OK，測試通i寸。測試進行中，系統(tǒng)會測量光電感應(yīng)器和琴鍵的相對移動位置。如果光電感應(yīng)器電路板沒有正確對齊的(左右超過2毫米)，系統(tǒng)會顯示校準(zhǔn)后的修正信息，例如，顯示如下信息:第3塊感應(yīng)板(45-66鍵)沒有對齊，應(yīng)該向左移動。表示需要將第3個光電感應(yīng)器電路板松動，并往左移約2mm。如果出現(xiàn)此提示，需要重新運行校準(zhǔn)。

圖4示出了敲擊鋼琴琴鍵時光電感應(yīng)器的輸出電壓波峰示意圖。通過測量經(jīng)過第一和第二個閾值級別之間的時間，可以計算出琴鍵的移動速度。當(dāng)琴鍵按下時選擇兩個閾值級別來測量上升電壓，我們選擇這兩個閾值級別大約為琴鍵運動的50%和75%。琴鍵運動時，使用這兩個閾值可以選擇琴鍵運動中的有效部分。50%和75%的琴鍵運動這兩者閾值發(fā)生時，琴鍵通過不斷下壓來產(chǎn)生機械運動，檢測出幾乎要達到它的最大速度的值。從圖4中可以看出，可以檢測出琴鍵擊打時間、琴鍵復(fù)位時間。一套閾值電壓使用在所有琴鍵上，如果需要，每一個琴鍵還可以有它自己單獨的閾值。琴鍵范圍值可以在工廠進行設(shè)置或通過自動校準(zhǔn)來實現(xiàn)，因此，這個值可以被存儲到微處理芯片中用作進一步修改。圖5示出了不同品牌的鋼琴琴鍵間距的測量數(shù)據(jù)，在不同品牌的鋼琴使用該錄音系統(tǒng)時，可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)來進行參數(shù)的調(diào)整。本發(fā)明的保護范圍并不限于上述的實施例，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變形而不脫離本發(fā)明的范圍和精神。倘若這些改動和變形屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍內(nèi)，則本發(fā)明的意圖也包含這些改動和變形在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鋼琴錄音系統(tǒng)，該錄音系統(tǒng)包括主控制盒和感應(yīng)器導(dǎo)軌，主控制盒上設(shè)置有感應(yīng)器接口和USB接口，感應(yīng)器導(dǎo)軌通過一條帶狀線纜與主控制盒上的感應(yīng)器接口連接，其特征在于: 感應(yīng)器導(dǎo)軌上安裝有4個PCB電路板，每一個PCB電路板上有22個光電感應(yīng)器，每一個PCB電路板之間通過伸縮性排線連接，每一個光電感應(yīng)器由正面朝上的I個發(fā)光二極管和I個光電晶體管構(gòu)成，每一個琴鍵下均安裝有一個光學(xué)感應(yīng)器，PCB電路板可在感應(yīng)器導(dǎo)軌上滑動，并通過固定螺絲固定在感應(yīng)器導(dǎo)軌上； 主控制盒通過USB接口與安裝有錄音軟件系統(tǒng)的計算機連接，并將計算機輸出數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的鋼琴錄音系統(tǒng)，其特征在于: 主控制盒中包括有帶有模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換ADC功能的微處理，每一個從光電感應(yīng)器感應(yīng)到的輸出電壓數(shù)據(jù)都會通過感應(yīng)器接口傳輸?shù)轿⑻幚砩系哪M/數(shù)字轉(zhuǎn)換ADC上，通過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換將光電感應(yīng)器的輸出電壓數(shù)字化，微處理通過不斷循環(huán)掃描安裝在感應(yīng)器導(dǎo)軌上的各個光電感應(yīng)器，獲取各個光電感應(yīng)器發(fā)出的輸出電壓數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋼琴錄音系統(tǒng)。該錄音系統(tǒng)主控制盒和感應(yīng)器導(dǎo)軌，主控制盒上設(shè)置有感應(yīng)器接口和USB接口，感應(yīng)器導(dǎo)軌通過一條帶狀線纜與主控制盒上的感應(yīng)器接口連接。該錄音系統(tǒng)通過安裝在原聲鋼琴鍵盤下面的光電感應(yīng)器來實現(xiàn)感應(yīng)和分辨不同的音符和音符的表現(xiàn)力數(shù)據(jù)，并將捕捉到的不同音符和音符表現(xiàn)力的數(shù)據(jù)的過程記錄下來存儲到USB連接的裝置中。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，光電感應(yīng)器安裝方便，成本低廉，適用于各種型號的鋼琴。
文檔編號G11C7/16GK103093803SQ20131001692
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月17日
發(fā)明者吳天延 申請人:宜昌金寶樂器制造有限公司