专利名称：一种钢琴录音系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及录音技术领域，特别涉及一种钢琴录音系统。
背景技术：
钢琴是乐器之王，随着电子技术的发展，尤其是微电脑的普遍应用，使钢琴在保持原有的传统优势外，更赋予它许多功能，从而满足人们欣赏、练习、教学等多层面的需要。目前存在许多方法用于检测一个琴键的运动和一个琴键的运动速度，也有一些其它的捕捉某种乐器键盘音符表现力数据的方法，这些方法是利用的机械开关结构的装置来实现的，这种使用机械感应的方法有许多明显的不足之处，例如，感应没有变化，触键后控制无法预知等。此外，这种类型开关会影响到演奏时琴键的手感，安装也很费时间，需要做非常复杂的纵向和横向的调整。本发明正是为了解决机械开关带来的上述限制，提供一种结构简单、安装方便、成本低廉的钢琴录音系统。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种钢琴录音系统，该录音系统通过安装在原声钢琴键盘下面的光电感应器来实现感应和分辨不同的音符和音符的表现力数据，并将捕捉到的不同音符和音符表现力的数据的过程记录下来存储到USB连接的装置中。该系统结构简单，光电感应器安装方便，成本低廉，适用于各种型号的钢琴。为达上述目的，本发明采取如下方案:一种钢琴录音系统，该录音系统包括主控制盒和感应器导轨，主控制盒上设置有感应器接口和USB接口，感应器导轨通过一条带状线缆与主控制盒上的感应器接口连接，其特征在于:感应器导轨上安装有4个PCB电路板，每一个PCB电路板上有22个光电感应器，每一个PCB电路板之间通过伸缩性排线连接，每一个光电感应器由正面朝上的I个发光二极管和I个光电晶体管构成，每一个琴键下均安装有一个光学感应器，PCB电路板可在感应器导轨上滑动，并通过固定螺丝固定在感应器导轨上；主控制盒通过USB接口与安装有录音软件系统的计算机连接，并将计算机输出数据。优选的，主控制盒中包括有带有模拟/数字转换ADC功能的微处理，每一个从光电感应器感应到的输出电压数据都会通过感应器接口传输到微处理上的模拟/数字转换ADC上，通过模拟/数字转换将光电感应器的输出电压数字化，微处理通过不断循环扫描安装在感应器导轨上的各个光电感应器，获取各个光电感应器发出的输出电压数据。本发明为使用者提供了一种记录精彩演奏的完美录音工具。该系统借助高灵敏的光学感应器，精确地捕捉弹奏过程，精准录制演奏的每一瞬间，琴键的速度、踏板的维持等，每一个细微动作和变化。琴键的轻重回转速度、踏瓣延音的精准计量等，每一个细微的变化都一一载录，如同钢琴演奏家精彩绝伦的演奏即显眼前。自动转换MIDI格式功能，更让使用者随心所欲保存在任何电脑或其他存储器中。
图1为本发明的钢琴录音系统中光学感应器导轨安装的示意图；图2为本发明的钢琴录音系统硬件连接示意图；图3为钢琴录音系统中使用的光电感应器的输出电压示意图；图4为敲击钢琴琴键时光电感应器的输出电压波峰示意图；图5为光电感应器测量出的不同品牌的钢琴琴键间距的测量数据。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。图1示出了本发明的钢琴录音系统中光学感应器导轨安装的示意图，其中包括琴键101、光电感应器102、PCB电路板103、感应器导轨104、伸缩性排线105以及PCB电路板固定螺丝106。该系统使用光电感应器，可以捕捉音乐数据里包涵的琴键的移动和移动速度的数据。钢琴键盘的每一个琴键下均安装有光学感应器，一个光电感应器对应一个琴键，光学感应器是由包含有一个发光二极管和一个光电晶体管组成的电子部件，通过光感应器感应看不见的LED光，发射的光线遇到琴键底部表面时反射回来，这个反射回来的光线会被检测至IJ，并将成比例的光线转化为光电晶体管输出的电压，通过光电晶体管输出的电压的大小来表现出光感应器和琴键底部之间的距离。光电感应器102被安装在PCB电路板103上，每一个PCB电路板103上有22个光电感应器102。每一个光电感应器由正面朝上的I个发光二极管和I个光电晶体管构成。含有22个光电感应器102的PCB电路板103被安装在感应器导轨104里，由于不同的钢琴键盘不同，琴键之间的距离也不一样，所以通过横向调节PCB电路板103的位置，可以方便横向调整光电感应器102的位置。普通钢琴的键盘是由黑色键和白色键共计88个键所组成(少数钢琴只有85个键)，其中黑键36个，白键52个，感应器导轨104由4个PCB电路板103构成，保证了钢琴键盘的每一个琴键下均安装有光学感应器。感应器导轨104设计为长1230mm的铝制导轨，PCB电路板103可以在导轨内进行横向移动，确定好位置后可以通过固定螺丝106来将PCB电路板103固定。每一块PCB电路板103之间由伸缩性排线105连接，这样每一块PCB电路板103都可以实现单独移动，以达到调节对齐光电感应器的目的。图2示出了本发明的钢琴录音系统硬件连接示意图，其中包括感应器接口 201、连接感应器导轨202、主控制盒203以及连接计算机系统的USB接口 205。该录音系统包括主控制盒203、图1中所示的感应器导轨104，其中主控制盒203上设置有感应器接口 201，感应器导轨104通过一条带状线缆与主控制盒203上的感应器接口 201连接。主控制盒203中包括有带有模拟/数字转换ADC功能的微处理芯片(未示出)，每一个从光电感应器102感应到的输出电压数据都会通过感应器接口 201传输到微处理芯片上的模拟/数字转换ADC上，通过模拟/数字转换将光电感应器102的输出电压数字化，再与阈值级别进行对比，这样一个琴键运动的完整过程，包括琴键的表现力是都可以被检测出来的，琴键按下以及琴键按下抬起时输出电压的变化趋势如图3所示。微处理通过不断循环扫描安装在感应器导轨104上的各个光电感应器102，获取各个光电感应器102发出的输出电压数据，这样就可以测量出各个琴键的电压值。如果已知琴键的运动速率，那么这个琴键的音量就可以通过声音引擎来进行控制，同样，我们也可以控制音调的其它一些特性，如钢琴的起音、音色等等。主控制盒203中的微处理通过USB接口 205将获取的各个琴键的电压值数据发送给安装有录音软件系统的计算机，由计算机完成对数据的分析存储，该系统使用兼容的乐器数字接口 MIDI，计算机中输出和存储数据是以MIDI信号编码，再作进一步的处理。通过计算系中安装的录音软件系统可以实现对感应器导轨202的初始化设置和检测。该软件系统可以实现捕捉音符和音符表现力的数据，并加以调整。该软件系统第一步运行调节功能，确定每一个琴键不弹和弹奏时的总体位置，并加以计算，得出的结果就是每一个琴键第一级和第二级的阈值，再用这个值进行计算。这些独立生成的阈值可以让系统捕捉到音乐全音域的效果，包括颤音、断音、连奏及最轻的演奏效果等。接下来主要介绍通过该软件系统进行琴键校准、自动左右对齐检查以及琴键测试。首先使用USB线将主控制盒203与计算机连接，并连接感应器导轨202和主控制盒203，在计算机上运行感应器导轨(LXR)设定，会出现如下提示信息:-LXR j吏用者设置一1.04版本-LXR的连梓已打开-LXR Pi车梓-LXR 版本一 1.03 编码(SN) 00000000在感应器导轨LXR连接成功后，会出现如下菜单:1.显示感应器导轨信息2.柃准琴键3.设定力度曲线图4.测试全部琴键5.纪录琴键移动6.监控琴键倌7.注册服务需要说明的是，在校准过程中，每个键都是按照相同的标准来测试和测量琴键的移动距离，校准也同时验证的感应板和轨道是否正确对齐，为了确保校准的准确性校准应在比较黑暗的房间或没有直接的光线情况下进行。按数字键“2”启动“校准琴键”，此时，会出现如下提示信息:沣意:钢琴的房间早.，光源是否为肓射灯光？1.Yes (是)2.No (否)按下数字键“I”或者“2”确认是否处于直射的光源环境中，接下来将会出现如下提示信息:[H在校准出厂的琴键位置，请等候
琴键移动柃准请按第一个琴键操作员从左I到右88依次按下各个琴键，每次只能按一个键，并且按下后需要将琴键保持在较低的位置，直到听到从计算机中传出一阵“短哔声”。系统会显示出每个琴键上的校准键深度(以μ m为单位)和重影水平有关的内容信息。典型琴键的深度应在5000-10000 μ m之间，例如如下显示的信息:>梓等的第一琴键深度为06573 u m重影水平L00000R00304琴键已完成校准请按第二个琴键如此类推，完成对88个琴键的校准。在校准完最后一段琴键后(每22个琴键为一段)，便会显示左右对准的百分比和图表等对齐信息。如果没有正确对齐，电脑将会显示一个警告及发出声音。例如，当所有的PCB电路板103正确对齐时，显示如下信息:第I键盘段的对称性:....* I……(~4%)第2键盘段的对称性:……*……(0%)第3键盘段的对称性:……*……(0%)第4键盘段的对称性:……*……(2%)如果最左边的电路板太往左面，信息显示:第I键盘段的对称性I……(~56%)第I块的感应板(从第I到第22琴键)没有IH确对齐，应该向右移动第2键盘段的对称性:...*..1……(~36%)第3键盘段的对称性:....*.I……(~19%)第4键盘段的对称性I……(~4%)如想测试所有按键感应器是否正常运作，先启动LXR的设置，然后按数字键“4”(测试所有键)。然后按下每个键至少一次(如果按键时被检测到，会显示到琴键号码和检测到的力度)。如所有的键都通过测试，显示信息:所有琴键通讨测试OK，测试通i寸。测试进行中，系统会测量光电感应器和琴键的相对移动位置。如果光电感应器电路板没有正确对齐的(左右超过2毫米)，系统会显示校准后的修正信息，例如，显示如下信息:第3块感应板(45-66键)没有对齐，应该向左移动。表示需要将第3个光电感应器电路板松动，并往左移约2mm。如果出现此提示，需要重新运行校准。
图4示出了敲击钢琴琴键时光电感应器的输出电压波峰示意图。通过测量经过第一和第二个阈值级别之间的时间，可以计算出琴键的移动速度。当琴键按下时选择两个阈值级别来测量上升电压，我们选择这两个阈值级别大约为琴键运动的50%和75%。琴键运动时，使用这两个阈值可以选择琴键运动中的有效部分。50%和75%的琴键运动这两者阈值发生时，琴键通过不断下压来产生机械运动，检测出几乎要达到它的最大速度的值。从图4中可以看出，可以检测出琴键击打时间、琴键复位时间。一套阈值电压使用在所有琴键上，如果需要，每一个琴键还可以有它自己单独的阈值。琴键范围值可以在工厂进行设置或通过自动校准来实现，因此，这个值可以被存储到微处理芯片中用作进一步修改。图5示出了不同品牌的钢琴琴键间距的测量数据，在不同品牌的钢琴使用该录音系统时，可以根据这些数据来进行参数的调整。本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。
权利要求
1.一种钢琴录音系统，该录音系统包括主控制盒和感应器导轨，主控制盒上设置有感应器接口和USB接口，感应器导轨通过一条带状线缆与主控制盒上的感应器接口连接，其特征在于: 感应器导轨上安装有4个PCB电路板，每一个PCB电路板上有22个光电感应器，每一个PCB电路板之间通过伸缩性排线连接，每一个光电感应器由正面朝上的I个发光二极管和I个光电晶体管构成，每一个琴键下均安装有一个光学感应器，PCB电路板可在感应器导轨上滑动，并通过固定螺丝固定在感应器导轨上； 主控制盒通过USB接口与安装有录音软件系统的计算机连接，并将计算机输出数据。
2.根据权利要求1中所述的钢琴录音系统，其特征在于: 主控制盒中包括有带有模拟/数字转换ADC功能的微处理，每一个从光电感应器感应到的输出电压数据都会通过感应器接口传输到微处理上的模拟/数字转换ADC上，通过模拟/数字转换将光电感应器的输出电压数字化，微处理通过不断循环扫描安装在感应器导轨上的各个光电感应器，获取各个光电感应器发出的输出电压数据。
全文摘要
本发明公开了一种钢琴录音系统。该录音系统主控制盒和感应器导轨，主控制盒上设置有感应器接口和USB接口，感应器导轨通过一条带状线缆与主控制盒上的感应器接口连接。该录音系统通过安装在原声钢琴键盘下面的光电感应器来实现感应和分辨不同的音符和音符的表现力数据，并将捕捉到的不同音符和音符表现力的数据的过程记录下来存储到USB连接的装置中。该系统结构简单，光电感应器安装方便，成本低廉，适用于各种型号的钢琴。
文档编号G11C7/16GK103093803SQ20131001692
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月17日 优先权日2013年1月17日
发明者吴天延 申请人:宜昌金宝乐器制造有限公司