一种气动竹笛演奏机及其控制方法与流程

1.本发明涉及机器人和自动化控制技术领域，尤其涉及一种气动竹笛演奏机及其控制方法，可以用作竹笛音准校验、竹笛教学演示、气动教学演示、自动化教学演示和乐曲演奏等。
2.

背景技术：

3.中国竹笛属于边棱吹管乐器，有七千多年的历史，非常受民众及文人雅士欢迎，是民族乐器的主力军，一般担任独奏，或在乐队中领奏，在昆曲中，更是主要伴奏乐器。如图1所示，竹笛上不仅设有吹口、指孔，还设有膜孔，膜孔上贴有笛膜，笛膜使竹笛可以发出清脆明亮的音色，竹笛对气流的角度、流速和压力大小要求非常严格。这使得学习竹笛的人通常要通过数年甚至数十年的反复练习，形成肌肉记忆，才能找到最佳的口风、气息状态，将中国竹笛的音色发挥出来。此外，在竹笛的制作过程中，最终音准检验环节全靠制笛师试吹，因为制笛师不同的口风，不同的演奏水平会造成竹笛音准不统一。
4.基于此，申请人提供一种气动竹笛演奏机及其控制方法，能够实现竹笛的自动化演奏、教学演示和统一的音准校验等。
5.

技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种气动竹笛演奏机及其控制方法，除了能够完成竹笛吹奏的基本动作外，还利用吹口导流装置对吹气气流的方向、角度进行调整，能够使吹气气流处于最佳口风和气息状态，保证将竹笛的音色发挥出来。
7.为实现上述目的，发明的技术方案是：一种气动竹笛演奏机，包括用于提供吹气和按压动力的气源，用于分别按压竹笛各指孔的指端模拟装置，用于控制吹气压力和气流量的控制单元，还包括用于调节吹口吹气角度的吹口导流装置，所述吹口导流装置包括卡装在竹笛上的弧形管槽，弧形管槽上开设有对应吹口的气孔，弧形管槽上还设有连接部，连接部与弧形管槽一体成型，连接部内设有导流腔，导流腔一端吹气口为椭圆形且与气孔连通，导流腔末端设有进气口，气源提供的气流经过进气口、吹气口对吹口进行吹气，吹气过程中，弧形管槽通过绕竹笛转动以调节吹气角度，弧形管槽通过沿竹笛轴向移动以调节吹气位置。
8.进一步的，还包括连接气源和竹笛的架体，所述架体包括水平基板，水平基板上设有两竖向平行的支撑臂，支撑臂上端设有凹槽，竹笛通过两支撑臂上的凹槽水平架设在架体上，支撑臂上端还设有压盖，压盖与支撑臂螺栓连接，对竹笛进行固定；两压盖间连接有气缸安装板，气缸安装板上安装有分别对应各指端模拟装置的气缸，各指端模拟装置分别安装在相应的气缸上，在气缸作用下做按压动作；吹口导流装置和各气缸的进气口均设有快速接插头，两支撑臂间连接有接头安装板，接头安装板上设有分别对应各快速接插头的
穿板接头，气缸的快速接插头和相应穿板接头通过气管连通，吹口导流装置的快速接插头和相应穿板接头通过万向软管连通，各穿板接头末端分别与气源连接。
9.进一步的，所述气源出气口设有若干分别对应各穿板接头的输出气路，输出气路末端与相应穿板接头末端连通，输出气路在控制单元的控制下调整气流压力和气流量。
10.进一步的，所述控制单元包括控制器，控制器连接有分别对应各输出气路的比例伺服阀，各比例伺服阀分别设置在相应输出气路上，根据控制器发出的控制指令对相应输出气路的压力和气流量进行控制。
11.进一步的，所述控制器还连接有用于调试期间输入和更改控制程序的触摸屏。
12.进一步的，所述凹槽表面设有软垫层。
13.进一步的，所述指端模拟装置选用邵氏硬度为15
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20的柔软材质。
14.为实现上述目的，发明还提供一种技术方案：一种气动竹笛演奏机的控制方法，包括以下步骤：s1、音符定义手动控制各个气缸的按与放，然后调整比例伺服阀的值通过吹口导流装置供气奏响音符，试出每个音符的最佳供气量，写成模块或子程序备用；s2、乐曲编写确定乐曲的节拍，利用写成的模块或子程序按乐句分句编写控制程序；s3、程序调整s3.1气口控制，确定每个乐句的气口，在编写好的控制程序中，调整每个按压指令或吹气指令至演奏前0.1s，并调整每个按压指令或吹气指令至下一句开始前0.5s；s3.2技法控制，确定乐曲中颤、叠、赠、打的技法要求，对相应气缸的输出值进行调整；s3.3音色平衡控制，根据旋律变化对程序中比例伺服阀的输出值进行微调；s3.4腹震音控制，找出包含长音的乐句，将其程序中比例伺服阀的输出值调整了强弱波动的范围。
15.本发明的有益效果是：本发明气动竹笛演奏机除了能够完成竹笛吹奏的基本动作外，还利用吹口导流装置对吹气气流的方向、角度进行调整，能够使吹气气流处于最佳口风和气息状态，保证将竹笛的音色发挥出来。此外，本发明还考虑到气口、技法、音色和腹震音对音效的影响，对其控制指令进行调整，使得演奏机演奏的乐曲更接近音乐家吹奏的水平和效果。
16.本发明控制单元采用比例伺服阀控制气缸，相对于普通的比例阀、换向阀或电磁阀，其可以对气缸的控制速度进行快慢调整，特别是在实现颤、叠、赠、打等竹笛技法时，能够满足竹笛演奏的需求。
17.本发明除了能够实现竹笛的自动化演奏，还能实现竹笛的教学演示和音准校验，校验过程中，由于口风和气压可以保持不变，能够使竹笛音准保持一致。
18.附图说明
19.图1为本发明的结构示意图；
图2为吹口导流装置的结构示意图；图3为架体的结构示意图。
具体实施方式
20.下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
21.如图1
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2所示，本实施例一种气动竹笛演奏机，能够实现竹笛的自动化演奏，包括用于提供吹气和按压动力的气源1，用于分别按压竹笛6各指孔62的指端模拟装置3，用于控制吹气压力和气流量的控制单元4，还包括用于调节吹口61吹气角度和位置的吹口导流装置5，所述吹口导流装置5包括卡装在竹笛6上的弧形管槽51，弧形管槽51上开设有对应吹口的气孔52，弧形管槽51上还设有连接部53，连接部53与弧形管槽51一体成型，连接部53内设有导流腔54，导流腔54一端吹气口为椭圆形，与气孔52连通，导流腔54末端设有进气口，气源1提供的气流经过进气口、吹气口对吹口61进行吹气，吹气过程中，弧形管槽51通过绕竹笛6转动以调节吹气角度，弧形管槽51通过沿竹笛6轴向移动以调节吹气位置，从而改变竹笛6和笛膜的震动效果。
22.还包括连接气源1和竹笛6的架体7，如图3所示，所述架体7包括水平基板701，水平基板701上设有两竖向平行的支撑臂702，支撑臂702上端设有凹槽703，竹笛6通过两支撑臂702上的凹槽703水平架设在架体7上，支撑臂702上端还设有压盖704，压盖704与支撑臂702螺栓连接，对竹笛6进行固定，为保护竹笛6，凹槽703表面设有软垫层；两压盖704间连接有气缸安装板705，气缸安装板705上安装有分别对应各指端模拟装置3的气缸706，各指端模拟装置3分别安装在相应的气缸706上，在气缸706作用下做按压动作；吹口导流装置5和各气缸706的进气口均设有快速接插头707，两支撑臂702间连接有接头安装板708，接头安装板708上设有分别对应各快速接插头707的穿板接头709，气缸706的快速接插头707和相应穿板接头709通过气管710连通，吹口导流装置5的快速接插头707和相应穿板接头709通过万向软管711连通；所述气源1出气口设有若干分别对应各穿板接头709的输出气路2，输出气路2末端与相应穿板接头709末端连通，输出气路2在控制单元4的控制下调整气流压力和气流量。
23.所述控制单元4包括控制器41，控制器41连接有分别对应各输出气路2的比例伺服阀42，各比例伺服阀42分别设置在相应输出气路2上，根据控制器41发出的控制指令对相应输出气路2的压力和气流量进行控制，不仅可以对吹气的压力和气流量进行控制，还可以对指压压力进行调节，从而满足演奏的不同需求。采用比例伺服阀控制气缸，相对于普通的比例阀、换向阀或电磁阀，其可以对气缸的控制速度进行快慢调整，特别是在实现颤、叠、赠、打等竹笛技法时，能够满足竹笛演奏的需求。
24.所述控制器41还连接有触摸屏43，用于调试期间输入和更改控制机器演奏的程序参数。
25.所述指端模拟装置3选用邵氏硬度为15
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20的柔软材质，可以实现竹笛6指孔62的有效密封，并保护竹笛6不受损伤。
26.本发明除了能完成竹笛吹奏的基本动作外，为适应演奏家实际演奏时的气流形状及角度需求，本发明还设计了吹口导流装置。吹口导流装置有两个功能，一是能够自由定型引导气流，为此其连接管路采用万向软管，可以根据气流走向需要自由成型并固定，以适应
不同调性和尺寸的竹笛；二是将气流形成需要的气束送入吹口指定位置，吹口导流装置通过弧形管槽卡在竹笛吹口处，可以绕竹笛转动及前后移动，以便寻找最佳角度和位置，达到竹笛和笛膜的最佳震动效果。此外，吹口导流装置吹气孔采用椭圆形设计，能将气体形成有效气束，撞击在吹口对面的棱边，从而奏出音乐。
27.本发明除了能够实现竹笛的自动化演奏，还能实现竹笛的教学演示和音准校验，校验过程中，由于口风和气压可以保持不变，能够使竹笛音准保持一致。
28.在此基础上，为保护竹笛6表面不受损伤，吹口导流装置5采用pp胶材。
29.为使吹气气流处于最佳口风和气息状态，保证将竹笛的音色发挥出来。本发明还需要考虑到气口、技法、音色和腹震音对音效的影响，需要对其控制指令进行调整，使得演奏机演奏的乐曲更接近音乐家吹奏的水平和效果。具体控制方法，包括以下步骤：s1、音符定义手动控制各个气缸的按与放，然后调整比例伺服阀的值，通过吹口导流装置供气奏响音符，试出每个音符的最佳供气量，写成模块或子程序备用。以竹笛筒音作5的指法为例，各音符与对应比例伺服阀赋值的对照表如下：上表中，
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为闭孔（气缸伸出），〇为开孔（气缸缩回）。
30.s2、乐曲编写确定乐曲的节拍，利用写成的模块或子程序按乐句分句编写控制程序。以江苏民乐茉莉花为例，本曲采用60的节拍比较合适，即1秒1拍。该曲一个乐句为4s，应用100ms的计时器，设定值为40，然后按旋律分布各个音符。
31.s3、程序调整s3.1气口控制，确定每个乐句的气口，在编写好的控制程序中，调整每个按压指令或吹气指令至演奏前0.1s，并调整每个按压指令或吹气指令至下一句开始前0.5s。
32.音乐要模拟人演唱的方式，不要连奏，每一句要有气口，这样才能形成自然动听的
效果。考虑从控制单元发出指令到音符的演奏之间有大约0.1s的时间延迟，所以，在每个乐句演奏前0.1s发出动作及吹气指令，在乐句结束时，下一句开始前0.5秒结束气口指令，这样即形成了类似人歌唱的气口。
33.如果是每个音符单独奏出，则每个音符中间都需要断气。需要注意的是，停顿部分只能在乐句和音符的结束前，不能占用开始时值，否则会形成拖拍效果。
34.s3.2技法控制，确定乐曲中颤、叠、赠、打的技法要求，对相应气缸的输出值进行调整。其中，颤：在上一个音孔上的气缸快速上下运动，比如中音6的颤音，控制气缸2以0.2秒的频率上下运动。
35.叠：在上一个音孔上的气缸快速上下运动1次，比如中音6的叠音，控制气缸2以0.2秒的频率上下运动1次。
36.赠：在乐句结束时，在停止吹气之前0.1秒左右，将6个气缸全部缩回，形成虚奏升4的效果。
37.打：在上一个音孔上的气缸快速向下运动1次，比如中音6的打音，控制气缸1快速向下运动，同时迅速抬起，在音孔上的停留时间越短越好。
38.s3.3音色平衡控制，根据旋律变化对程序中比例伺服阀的输出值进行微调。
39.在乐曲行进中，比例伺服阀赋值需要根据实际情况做微调，以达到旋律上行和下行时达到音色平衡的效果，不显突兀。比如高音1，如果旋律是从更高的音下来，则值相对给大点，如果是从中音6上去，值要相对给小点，以达到旋律的流畅与婉转。
40.s3.4腹震音控制，找出包含长音的乐句，将其程序中比例伺服阀的输出值调整成强弱波动的范围。
41.所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。