基于声音信号FFT变换的自动调弦装置

来源: 发布时间:2023-12-04 浏览次数:1159
基本信息

第一作者姓名:刘欣瞳

性别:女

民族:汉族

第一作者学校:北京中学

第一作者人所在年级:初中一年级

第二作者姓名:

性别:

民族:

第二作者人所在学校:

第二作者人所在年级:

第三作者姓名:

性别:

民族:

第三作者人所在学校:

第三作者人所在年级:

辅导教师姓名:赵腾任


作品摘要

*结构组成:

第一部分(外观设计):

外观设计由液晶显示屏、软轴联轴器、外壳结构三部分组成。

第二部分(硬件设计):

硬件设计包括液晶显示屏、USB声卡、拾音器、马达驱动器、湿度传感器。

第三部分(软件设计):

软件设计由主控程序、界面显示程序、音频分析程序、马达控制程序以及湿度报警程序组成。

*主要特征:

1. 新颖性

通过拾音器采集声音,自动调弦器利用傅里叶原理将声音信号与标准信号对比、判断乐器发音的准确性,然后输出信号控制步进电机辅助进行声音的调节,最后根据显示屏可以查看调弦的准确性。 

2. 创造性

通过湿度传感器对环境进行检测,当环境比较潮湿或者过于干燥的时候,调弦器都会显示提示。 

3. 实用性

不仅适用于古筝,同样适用于吉他等其他弦类乐器,同时它提高了用户的调音效率。

*主要用途:

使用本发明,对于学琴的学生来说,可以减少人为用力不均造成的断弦,缩短调音时间,提高调音准确性;对于教琴的老师来说,可以减少日常调音维护的工作量,提高工作效率。

*创新点:

1. 自动调弦

通过拾音器采集声音,如果琴弦过松,音过低,步进电机自动转动,将琴弦调紧。如果琴弦过紧,音过高,步进电机就会自动把琴弦调松。 

2. 干湿度测试及提醒

发明内配置了干湿度传感器,随时测试环境干湿度并通过屏幕显示提醒用户。


作品说明

*问题提出:

*提出的问题和解决的问题:

    拿古筝来说,在湿度环境影响下往往会出现音准不准的情况,需要通过调弦来矫正。另外,古筝在演奏过程中也经常需要根据不同曲目及时调转调式,所以在学习古筝的过程中,调弦是每位学生都必须掌握的一项技能,但同时它也分散了宝贵的学习精力。

研究问题的原因和意义:

      使用它对我们学生来说,减少人为用力不均造成的断弦,缩短调音时间,提高调音准确性;对于老师们来说,减少日常调音维护的工作量,提高工作效率。

*解决方案:

解决问题的办法:

第一部分(外观设计)由液晶显示屏、软轴联轴器、外壳结构三部分组成。 

第二部分(硬件设计)包括液晶显示屏、USB声卡、拾音器、马达驱动器、湿度传感器。 

第三部分(软件设计)由主控程序、界面显示程序、音频分析程序、马达控制程序以及湿度报警程序组成。 

第四部分(电路焊接与编程)完成硬件的电路焊接,编写并上传程序。 

第五部分(组装)将PC主板、液晶显示屏、42步进电机、湿度传感器等硬件整体组装。 

第六部分(微调) 测试设备获取数据,修改并完善;乐团古筝老师和学生实测并完善功能。 

发明研究的重点:

我的作品主要有两大功能分别是调弦部分和检测湿度部分,其中调弦部分又分为3个功能点,每个功能点我都设计了至少两种方案进行讨论,通过讨论与测试,选择最优的方案,具体如下:

1、选择步进电机的依据:

速度过快的马达力量较小,调弦的时候会出现力量不足的情况。速度过慢的马达会影响调音的效率,所以要选择一个合适的马达。

2、选择拾音器的依据:

由于古筝的最低频率只有几十Hz,所以最后选择了电容式麦克风作为拾音器,经过测试具有更宽的频率输入范围。

3、选择主控的依据:树莓派在开机自动运行情况下采样率是固定数值,不满足我的使用要求,最后改成PC系统+拾音器的工作方式进行声音采集。

发明研究的难点:

在调弦过程中,从步进电机穿出的力经过软连接轴,最终到达古筝调音轴的力会减少好几倍,因此我想换一个装置用来连接发明和古筝并且力不会减小的。

发明研究的难点:

在调弦过程中,从步进电机穿出的力经过软连接轴,最终到达古筝调音轴的力会减少好几倍,因此我想换一个装置用来连接发明和古筝并且力不会减小的。

本发明使用方法、附图说明性文字:

使用时,通过软连接轴将发明与琴弦旋钮连接,在显示屏上选择对应的琴弦后弹拨琴弦,屏幕上就会显示出音的高低并自动调音。如果音过高,指针就会向左摆动,如果音过低,指针就会向右摆动,调整到中间位置时即完成调音过程。

*使用或试用效果:

发明制作完成后,把发明给了学习古筝的同学进行试用一周。通过试用,同学们发现这种方式可以很好地帮助他们节省调弦的时间,大大增加了他们练习的时间,提高了练琴的效率。

*优点:

目前普遍的调音方式是使用校音器,辨识出音偏高或偏低,然后通过手动拧扳手的方式调紧或调松琴弦,通常需要反复多次调试才能达到准确位置,甚至由于过紧导致琴弦崩断。本发明可以自动识别音准并且同时进行调音,提高调弦的效率、准确性和安全性,具有很好的实用性。

*还需进一步研究的问题:

本发明不仅适用于古筝,也适用于其他弦乐器。从功能上来讲,是非常有用的,只是目前体型略大,如何对外观做进一步改善,提高便携性,降低制造成本,使它真正成为每个乐器爱好者都能拥有的实用的产品,是我们下一步努力的方向。


作品图片


查新说明

*查新网址与关键词:

我查阅了中国知网,用“古筝调音”作为关键词搜索,发现并没有古筝自动调弦装置。

中国知网:https://www.cnki.net/

*与本发明最相近的发明专利、研究文献的名称与摘要:

没有与本发明相近的专利

有两篇相关的期刊文章

2019年 《古琴调音记》

2015年 《古琴调音盒闭合装置的工艺改进及演变过程》