CN104021782B - 自驱动无噪音录音键盘乐器 - Google Patents
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Abstract
一种自驱动无噪音录音键盘乐器，包括键盘、液晶显示屏、r型复合式发电机、整流桥、测量设备、电脑软件。琴键的每一个白键下面对应一个r型复合式发电机，发电机的压电模块输出连接至整流桥，输出连接至液晶显示屏。发电机的摩擦模块输出连接至测量设备；其记录的电信号输出至电脑软件。当按下琴键时，压电模块产生形变，产生电能驱动相应的液晶显示屏，起到指示按键音的作用。当演奏乐曲时，摩擦模块产生形变，测量设备会记录摩擦模块产生的电信号，电脑软件将电信号转化为数字声音，将演奏的音乐转化为数字音乐信息，实现录音的效果。应用本键盘乐器进行录音时，仅录制琴键按下时产生的声音，其它外界声音一概不会被记录，从而实现无噪音录音。
Description
技术领域
本发明涉及乐器领域，具体涉及一种自驱动无噪音录音键盘乐器。
背景技术
纳米发电机可以将外界环境中的机械能转化为电能并加以利用，已经广泛应用于自驱动压力传感器、化学传感器、生物探针等领域。通过将摩擦发电机与压电发电机相结合，可以制备一种r型结构的复合式发电机(M.Han,etal.,ACSNano,7,8554-8560)。得益于其结构优势，该种r型复合式发电机可以集成在计算机键盘内，将日常工作中敲击键盘产生的机械能转化为电能。
相比于电脑键盘，钢琴等键盘乐器可以产生美妙动听的音乐。然而，对于初学者而言，很难辨识出按下的琴键所对应的音符，给学习带来了不便；对于作曲家而言，在即兴演奏完一首乐曲之后，很难回想起之前的准确音符与节奏；对于听众而言，无法将键盘乐器大师演奏的美妙旋律变成数字音乐带回家，也是莫大的遗憾。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种自驱动无噪音录音键盘乐器。
本发明的技术方案为：
一种自驱动无噪音录音键盘乐器，为机械键盘乐器，整个系统包括如下部分：键盘、液晶显示屏、r型复合式发电机、整流桥、测量设备、电脑软件。
所述键盘包括：外部支架、琴键。
所述r型复合式发电机自上至下依次为：压电材料上电极、压电材料、压电材料下电极、摩擦材料、摩擦材料电极；所述的压电材料上电极、压电材料、压电材料下电极组成发动机的压电模块；所述的摩擦材料、摩擦材料电极组成发动机的摩擦模块；
r型复合式发电机设置在外部支架和琴键之间；琴键的每一个白键下面对应一个r型复合式发电机，r型复合式发电机的压电模块输出连接至整流桥的输入端口，整流桥输出端口连接至液晶显示屏；r型复合式发电机的摩擦模块输出连接至测量设备；测量设备记录的电信号输出至电脑软件。
本发明优点在于：
1、应用本发明提出的自驱动无噪音录音键盘乐器，当按下琴键时，压电模块会产生形变，产生电能驱动相应的液晶显示屏，起到指示按键音的作用。
2、应用本发明提出的自驱动无噪音录音键盘乐器，当演奏乐曲时，摩擦模块会产生形变，测量设备会记录摩擦模块产生的电信号，电脑软件可以将电信号转化为数字声音。
3、应用本发明提出的自驱动无噪音录音键盘乐器，可以立即将演奏的音乐转化为数字音乐信息，实现录音的效果。整个录音过程无需额外电源，为自驱动键盘乐器。
4、应用本发明提出的自驱动无噪音录音键盘乐器进行录音时，仅录制琴键按下时产生的声音，其它外界声音一概不会被记录，从而实现无噪音录音。
附图说明
图1为本发明的自驱动无噪音录音键盘乐器三维结构示意图；
图2为本发明的自驱动无噪音录音键盘乐器未按键时单个琴键内部结构及电学线路连接示意图；
图3为本发明的自驱动无噪音录音键盘乐器按键时单个琴键内部结构及电学线路连接示意图；
图4为本发明的电脑软件基本界面；
图5为本发明的自驱动无噪音录音键盘乐器复合发电机摩擦模块输出电压曲线；
图6为本发明的电脑软件转化出的对应于复合发电机摩擦模块输出电压曲线的数字音乐波形。
图中：
键盘1、液晶显示屏2、r型复合式发电机3、整流桥4、测量设备5、电脑软件6。
所述键盘1包括：外部支架11、琴键12。
所述r型复合式发电机3包括：压电材料上电极31、压电材料32、压电材料下电极33、摩擦材料34、摩擦材料电极35。
具体实施方式
当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分。下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1至3所示，所述键盘乐器为普通机械键盘乐器，整个系统包括如下部分：键盘1、液晶显示屏2、r型复合式发电机3、整流桥4、测量设备5、电脑软件6。
所述键盘1包括：外部支架11、琴键12。
所述液晶显示屏2为一位七段或一位八段液晶屏，在本实施例中，采用一位八段液晶屏，型号为EDC004，可显示数字1、2、3、4、5、6、7。
所述r型复合式发电机3自上至下依次为：压电材料上电极31、压电材料32、压电材料下电极33、摩擦材料34、摩擦材料电极35。所述的压电材料上电极31、压电材料32、压电材料下电极33组成发动机的压电模块；所述的摩擦材料34、摩擦材料电极35组成发动机的摩擦模块。压电材料上电极31、压电材料下电极33、摩擦材料电极35均为导电性好的金属、合金或金属氧化物,在本实施例中为金属铝。所述压电材料32为聚偏氟乙烯或锆钛酸铅或氧化锌或铌镁酸铅或钛酸钡或氮化铝等。所述摩擦材料34为容易得到电子带负电荷的材料，如聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯等。
在本实施例中，所述整流桥4为四管脚整流桥，型号为DB107。
所述测量设备5为静电计或示波器或数据采集卡，具有两个以上测量通道，探头内阻大于等于1兆欧姆。在本实施例中，所述测量设备5为安捷伦示波器，型号为DSO-X2014A，探头内阻为100兆欧姆。
所述电脑软件6为基于Matlab的图形界面，包括参数设置、文件选择、电学信号展示、声音波形展示及声音播放功能。
本发明的结构参见图1、图2和图3：r型复合式发电机3设置在外部支架11和琴键12之间。琴键12的每一个白键下面对应一个r型复合式发电机3，r型复合式发电机3的压电模块输出连接至整流桥4的输入端口，整流桥4输出端口连接至液晶显示屏2。其连接方式由琴键12的白键所对应的音高决定，即“do”键对应显示数字1，“re”键对应显示数字2，“mi”键对应显示数字3，“fa”键对应显示数字4，“so”键对应显示数字5，“la”键对应显示数字6，“xi”键对应显示数字7。r型复合式发电机3的摩擦模块输出连接至测量设备5；测量设备5记录的电信号输出至电脑软件6。
如图2所示，当演奏者未按下琴键12时，液晶显示屏2无数字显示。如图3所示，当演奏者按下琴键12时，压电材料32发生形变，从而产生压电电信号，经整流桥4整流后驱动液晶显示屏2显示与音高相应的数字。同时，压电材料下电极33与摩擦材料34相接处，产生摩擦电信号，经示波器记录并导入电脑软件6。图5为本发明的r型复合式发电机3的摩擦模块输出电压曲线。
图4为本发明的的电脑软件基本界面，在本实施例中，为使说明简洁易懂，以两通道信号的测量与转化为例。首先根据环境中的噪声等级与示波器的参数设定，将NoiseSignal设定为10，TotalTime设定为5秒。之后，将通道1的音高设定为do，导入相对应的电信号，将通道2的音高设定为mi，导入相对应的电信号。最后，点击FinalMusic将各通道的电信号合成为最终的数字音乐。图6为电脑软件6转化出的对应于摩擦发电机输出电压曲线的数字音乐波形。
本发明自驱动无噪音录音键盘乐器将电信号转化为数字音乐的基本原理如下：首先通过设定环境中的噪声等级去除电信号中夹杂的市电噪声，之后通过分析电信号确定声音的频率、强弱、产生时间、停止时间，完成电信号到数字音乐的转化。
(1)频率的确定：当按下琴键时，该琴键下的复合发电机会产生电信号输出，通过检测其对应的测量通道，确定按下的琴键，从而确定声音频率。
(2)强弱的确定：当按下琴键时，按下的力度越大，则音强会越强，复合发电机产生的电信号输出会越大，通过比较电信号输出幅值的大小，确定声音的强弱。
(3)声音产生时间的确定：当按下琴键时，电信号输出会由零变为正值，通过检测电信号由零变为正值的时刻，确定声音产生的时间。
(4)声音停止时间的确定：当松开琴键时，声音停止，电信号输出会由负值变为零，通过检测电信号由负值变为零的时刻，确定声音停止的时间。
以上对本发明所提供的一种自驱动无噪音录音键盘乐器进行了详细介绍，并参照附图对本申请的示例性的实施方案进行了描述。上述实施方案仅仅是为了说明的目的而所举的示例，而不是用来进行限制，凡在本申请的教导和权利要求保护范围下所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请要求保护的范围内。
Claims (8)
1.一种自驱动无噪音录音键盘乐器，为机械键盘乐器，其特征在于整个系统包括如下部分：键盘(1)、液晶显示屏(2)、r型复合式发电机(3)、整流桥(4)、测量设备(5)、电脑软件(6)；所述r型复合式发电机(3)自上至下依次为：压电材料上电极(31)、压电材料(32)、压电材料下电极(33)、摩擦材料(34)、摩擦材料电极(35)；所述的压电材料上电极(31)、压电材料(32)、压电材料下电极(33)组成发动机的压电模块；所述的摩擦材料(34)、摩擦材料电极(35)组成发动机的摩擦模块；所述的r型复合式发电机(3)设置在外部支架(11)和琴键12之间；琴键(12)的每一个白键下面对应一个r型复合式发电机(3)，r型复合式发电机(3)的压电模块输出连接至整流桥(4)的输入端口，整流桥(4)输出端口连接至液晶显示屏(2)；r型复合式发电机(3)的摩擦模块输出连接至测量设备(5)；测量设备(5)记录的电信号输出至电脑软件(6)。
2.根据权利要求1所述的键盘乐器，其特征在于：所述键盘(1)包括：外部支架(11)、琴键(12)。
3.根据权利要求1所述的键盘乐器，其特征在于：所述的压电材料上电极(31)、压电材料下电极(33)、摩擦材料电极(35)均为导电性好的金属、合金或金属氧化物。
4.根据权利要求3所述的键盘乐器，其特征在于：所述的压电材料上电极(31)、压电材料下电极(33)、摩擦材料电极(35)为金属铝。
5.根据权利要求1所述的键盘乐器，其特征在于：所述液晶显示屏(2)为一位七段或一位八段液晶屏。
6.根据权利要求1所述的键盘乐器，其特征在于：所述压电材料(32)为聚偏氟乙烯或锆钛酸铅或氧化锌或铌镁酸铅或钛酸钡或氮化铝；所述摩擦材料(34)为容易得到的电子带负电荷的材料：聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯。
7.根据权利要求1所述的键盘乐器，其特征在于：所述测量设备(5)为静电计或示波器或数据采集卡，具有两个以上测量通道，探头内阻大于等于1兆欧姆。
8.根据权利要求1所述的键盘乐器，其特征在于：所述电脑软件(6)为基于Matlab的图形界面，包括参数设置、文件选择、电学信号展示、声音波形展示及声音播放功能。
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| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170201 |