CN105931626A - 一种新型光电乐器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用“听光现象”工作的扬声器，更具体地，涉及一种新型光电乐器，包括供电模块、控制模块、发光光源、发声模块及若干个音阶音量输入模块；供电模块用于给控制模块及发光光源供电；发光光源及发声模块的数量均为若干个，发声模块用于将发光光源发出的光转换为声音；发光光源及每个音阶音量输入模块分别与控制模块连接；触发一个音阶音量输入模块时，该模块将对应的音阶输入信号发送到控制模块，控制模块根据音阶输入信号所代表的命令发送信号给发光光源，使发光光源发出对应闪烁频率的光，发声模块将发光光源发出的光转换为声音。本发明一种新型光电乐器光声转换效率高，利用它能完成器乐演奏、光声效应演示等功能。

Description

一种新型光电乐器

技术领域

本发明涉及一种利用“听光现象”工作的扬声器，更具体地，涉及一种新型光电乐器。

背景技术

用光照射某种媒介（如炭粉等）时，由于媒介对光的吸收会使其内部的温度改变从而引起媒介区域结构和体积变化，从而推动煤介表面的空气发生膨胀。当采用照射光源的光强呈周期性变化时，媒介温度会随之而周期性升降，并引起媒介表面空气层的同步涨缩，形成振动，向外辐射声波。这种现象称为听光现象，并在材料的探测、评价，医学等领域有广泛应用。

由于听光现象中产生的声能直接正比于物质吸收的光能，而不同成分的物质在不同光波波长处出现吸收峰值，因此当具有多谱线（或连续光谱）的光源以不同波长的光束相继照射样品时，样品内不同成分的物质将在与各自的吸收峰相对应的光波波长处产生光声信号极大值，由此得到光声信号随光波波长改变的曲线称为光声谱。光声谱实际上代表物质的光吸收谱，因此利用该现象可以检测物质的组分，从而对材料进行检测与评价。此外，听光现象在生物组织的无损成像、人体血红蛋白浓度及血氧饱和度的无创检测等领域的应用也受到关注。

与听光现象在光声谱技术、光声显微镜技术以及光声多普勒技术等科研场合中的广泛应用相比，听光现象目前在民用场合，例如音乐演奏上的应用存在空白，究其原因为：一方面民用场合中常用的检测手段灵敏度低，且要求具有很强的环境兼容性；而另一方面光声效应中光声转换效率较低，难以产生明显的光声效应现象，导致检测灵敏度要求高，且最好能在安静场合下工作，这明显与民用场合的要求相悖。

进一步分析，造成光声转换效率低的因素包括：一、传统的光声效应使用阳光、白炽灯等作为光源，它们的辐射照度低，且它们的发光波长与吸收层吸收谱特征峰不一致；二、发声腔体设计有待改进。此外，阳光、白炽灯所发的光频率单一，也制约了光声效应在实际应用中的拓展性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的至少一种不足，提供一种光声转换效率高的新型光电乐器，利用它能完成器乐演奏、光声效应演示等功能。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

提供一种新型光电乐器，包括供电模块、控制模块、发光光源、发声模块及若干个音阶音量输入模块；所述供电模块用于给控制模块及发光光源供电；发光光源及发声模块的数量均为若干个，发声模块用于将发光光源发出的光转换为声音；发光光源及每个音阶音量输入模块分别与控制模块连接；触发一个音阶音量输入模块时，对应的发光光源发出一定闪烁频率的光，发声模块将发光光源发出的光转换为声音。

上述方案中，通过触发一个音阶音量输入模块，该模块将对应的音阶输入信号发送到控制模块，控制模块根据音阶输入信号所代表的命令发送信号给发光光源，使发光光源发出对应闪烁频率的光，光照射发声模块产生“听光现象”，发声模块将发光光源发出的光转换为声音。本发明一种新型光电乐器，光声转换效率高，利用它能完成器乐演奏、光声效应演示等功能。

优选地，触发不同的音阶音量输入模块时，控制模块控制发光光源发出不同闪烁频率的光，致使发声模块转换的声音的音阶不同。这样设置便于使光电乐器发出不同音阶的声音。

优选地，所述发声模块为涂有光热转换物质的平板、半封闭腔体或全封闭腔体。当发光光源发出的光照射到发声模块上的光热转换物质时，光热转换物质吸收光能，加热附近的空气，使得空气膨胀。由于发光光源是按一定的闪烁频率发光，在发光光源熄灭的时间内，光热转换物质冷却，空气冷却收缩，从而在发光光源的照耀下，空气有规律地振荡，从而发声。

优选地，为了提高电→光→声的转换效率，将所述光热转换物质设置为吸光并对外发热的碳粉。

优选地，所述发声模块为半封闭腔体；所有发声模块的尺寸相同。这样设置时，发声模块对每个音阶的声音放大效果一致，因此需要多个发声模块与发光光源的组合提高发生效果。在发声过程中，与一个音阶对应的所有发光光源同时发出同样闪烁频率的光，对应的每个腔体发出同一个音阶的声音，故在控制模块中，接收到一个音阶音量输入模块的输入信号时，则控制模块对所有对应的发光光源均输出同样的信号。

优选地，所述发声模块为半封闭腔体，音阶音量输入模块与发声模块的数量相同；根据发光光源的闪烁频率定制不同尺寸的发声模块。这样设置，可以使每个半封闭腔体与对应的音阶谐振，从而发出较大的音量，使人们拥有一个较好的听觉体验。

优选地，控制模块利用脉宽调制方式驱动发光光源工作。这样设置，不仅可以实现发光光源发光闪烁频率的改变，还可以保证每次发光间有足够的熄灭时间让发光光源进行散热，延长发光光源使用寿命的同时，节约了能源。

优选地，所述供电模块包括用于给控制模块供电的第一供电模块及用于给发光光源供电的第二供电模块；第二供电模块与发光光源间设有变阻器或可调电位器。这样设置时，供电模块将市电分别变压至控制模块和发光光源的工作电压，并独立地控制模块和发光光源提供电力，保证它们可以稳定地工作；变阻器或可调电位器的设置，可以在一定范围内调节输出电压的大小，在为发光光源提供稳定、合适的电压的同时，调整发光光源上施加的电压大小，从而改变发光光源的发光强度，进而控制输出声音的大小。

优选地，所述音阶音量输入模块包括音阶输入按钮及音量控制按钮；所述音阶输入按钮为钢琴琴键按钮、触摸屏按钮或开关，所述音量控制按钮包括音量增大及音量减小两个按钮。这样设置便于使用者根据需要实时控制音阶及音量。

优选地，控制模块还包括AD转换模块，所述AD转换模块用于将模拟信号转换为电信号；所述音阶音量输入模块包括音阶输入按钮及音量控制按钮；音阶输入按钮上设有压力传感器，压力传感器与控制模块连接；音量控制按钮为钢琴踏板结构。这样设置便于使用者根据需要实时控制音阶及音量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明一种新型光电乐器，通过触发一个音阶音量输入模块，该模块将对应的音阶输入信号发送到控制模块，控制模块根据音阶输入信号所代表的命令发送信号给发光光源，使发光光源发出对应闪烁频率的光，光照射发声模块产生“听光现象”，发声模块将发光光源发出的光转换为声音，光声转换效率高，利用它能完成器乐演奏、光声效应演示等功能；通过触发不同的音阶音量输入模块，使控制模块控制发光光源发出不同闪烁频率的光，致使发声模块转换的声音的音阶不同；通过将发声模块设置为半封闭腔体，将音阶音量输入模块与发声模块的数量设置为相同，并根据发光光源的闪烁频率定制不同尺寸的发声模块，可以使每个半封闭腔体与对应的音阶谐振，从而发出较大的音量，使人们拥有一个较好的听觉体验；通过将控制模块设置为利用脉宽调制方式驱动发光光源工作，不仅可以实现发光光源发光闪烁频率的改变，还可以保证每次发光间有足够的熄灭时间让发光光源进行散热，延长发光光源使用寿命的同时，节约了能源。

附图说明

图1为本发明一种新型光电乐器的原理图。

图2为本发明实施例中发声模块的发声原理图。

图3为本发明实施例一的发声原理图。

图4为本发明实施例二的发声原理图。

图5为本发明实施例中双层结构的发声模块及发光光源的组合示意图。

图6为本发明实施例三的原理图。

图7为本发明实施例三中音阶输入按钮的结构示意图。

图8为本发明实施例三中音量控制按钮的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例一

本实施例一种新型光电乐器的结构示意图如图1至3所示，包括供电模块9、控制模块8、发光光源7、发声模块6及若干个音阶音量输入模块1；所述供电模块9用于给控制模块8及发光光源7供电；发光光源7及发声模块6的数量均为若干个，发声模块6用于将发光光源7发出的光转换为声音；发光光源7及每个音阶音量输入模块1分别与控制模块8连接；触发一个音阶音量输入模块1时，对应的发光光源7发出一定闪烁频率的光，发声模块6将发光光源7发出的光转换为声音。

本实施例中，控制模块8包括主控芯片81及外围电路82。主控芯片81内编写了程序，对音阶音量输入模块1输入的电信号进行处理输出。

本实施例中，所述音阶音量输入模块1包括音阶输入按钮及音量控制按钮；所述音阶输入按钮为钢琴琴键按钮、触摸屏按钮或开关，且每个音阶对应一个独立的音阶输入按钮，所述音量控制按钮包括音量增大及音量减小两个按钮。

使用该光电乐器时，触发一个音阶输入按钮，该音阶输入按钮将对应的音阶输入信号发送到控制模块8，控制模块8根据音阶输入信号所代表的命令发送信号给发光光源7，使发光光源7发出对应闪烁频率的光，光照射发声模块6产生“听光现象”，发声模块6将发光光源7发出的光转换为声音；通过触发一个音量控制按钮，该音量控制按钮会向控制模块8发出一个电信号，请求控制模块8降低或增大发光光源7发出光的占空比，进而减小或增大发声模块6转换的声音的音量。触发不同的音阶输入按钮时，控制模块8控制发光光源7发出不同闪烁频率的光，致使发声模块6转换的声音的音阶不同。本发明一种新型光电乐器，光声转换效率高，利用它能完成器乐演奏、光声效应演示等功能。

其中，发声模块6为涂有光热转换物质的平板、半封闭腔体或全封闭腔体。发声模块6的发声原理图如图2所示，当发光光源7发出的光照射到发声模块6上的光热转换物质时，光热转换物质吸收光能，加热附近的空气，使得空气膨胀。由于发光光源7是按一定的闪烁频率发光，在发光光源7熄灭的时间内，光热转换物质冷却，空气冷却收缩，从而在发光光源7的照耀下，空气有规律地振荡，从而发声。本实施例中，使用的光热转换物质为吸光并对外发热的碳粉，这可以提高电→光→声的转换效率。为了使发光光源7的波长与光热转换物质的吸收光谱相吻合，当发声模块6上涂的光热转换物质为碳粉时，将发光光源7设置为蓝光LED或近红外LED；同时，为了保护人眼，防止红外白内障，应使用波长大于1.7μm的LED。

本实施例中，发声模块6为半封闭腔体；所有发声模块6的尺寸相同，如图3所示。这样设置时，发声模块6对每个音阶的声音放大效果一致，因此需要多个发声模块6与发光光源7的组合提高发生效果。在发声过程中，与一个音阶对应的所有发光光源7同时发出同样闪烁频率的光，对应的每个腔体发出同一个音阶的声音，故在控制模块8中，接收到一个音阶音量输入模块1的输入信号时，则控制模块8对所有对应的发光光源7均输出同样的信号。发声模块6的作用主要有两个，一是为光声效应提供一个合适的环境，二是放大光声效应所发出的声音。发声模块6为薄而具有较大刚性的材料制成的腔体，如培养皿、玻璃杯等。

其中，为了使得本发明更美观，更有观赏价值，本实施中使用的发声模块6为双层结构，其与发光光源7的组合示意图如图5所示，发声模块6由内到外依次包括内腔61、内腔壁61及外腔壁63，内腔61内设有发光光源7，内腔壁61及外腔壁63之间装有多种不同颜色的发光LED64，发光LED64与控制模块8连接，通过编写控制模块8内的程序，使得触发一个音阶输入按钮时，有一种颜色的LED64点亮，照亮发声模块6的腔壁，使得音乐演奏效果更具观赏性。

另外，供电模块9包括用于给控制模块8供电的第一供电模块4及用于给发光光源7供电的第二供电模块5；第二供电模块5与发光光源7间设有变阻器或可调电位器。这样设置时，供电模块9将市电分别变压至控制模块8和发光光源7的工作电压，并独立地向控制模块8和发光光源7提供电力，保证它们可以稳定地工作；变阻器或可调电位器的设置，可以在一定范围内调节输出电压的大小，在为发光光源7提供稳定、合适的电压的同时，调整发光光源7上施加的电压大小，从而改变发光光源7的发光强度，进而控制输出声音的大小。

其中，控制模块8利用脉宽调制方式驱动发光光源7工作。这样设置，不仅可以实现发光光源7发光闪烁频率的改变，还可以保证每次发光间有足够的熄灭时间让发光光源7进行散热，延长发光光源7使用寿命的同时，节约了能源。

实施例二

本实施例与实施例一的不同之处在于，发声模块6腔体的尺寸不同，本实施例中，音阶音量输入模块1与发声模块6的数量相同；根据发光光源7的闪烁频率定制不同尺寸的发声模块6，如图4所示。这样设置，可以使每个半封闭腔体与对应的音阶谐振，从而发出较大的音量，使人们拥有一个较好的听觉体验。当控制模块8接收到音阶输入按钮输入的信号时，只需对与之对应的发声模块6内的发光光源7输出控制指令即可，减少工作的发光光源数量，更加节能。

实施例三

本实施例与实施例一及实施例二的不同之处在于，音量的控制方法不同及控制模块8的不同，本实施例中，控制模块8还包括AD转换模块83，所述AD转换模块83用于将模拟信号转换为电信号，如图6所示；所述音阶音量输入模块1包括音阶输入按钮及音量控制按钮；音阶输入按钮上设有压力传感器11，压力传感器11与控制模块8连接；音量控制按钮为钢琴踏板结构。如图7所示，为本实施例中音阶输入按钮的结构示意图，包括盖板13、音阶按钮12及压力传感器11，音阶按钮12及压力传感器11均设于盖板13下；如图8所示，为本实施例中音量输入按钮的结构示意图，包括踏板15及设于踏板15下的音量按钮14。

具体实施时，主控芯片81将发光光源7的占空比分为若干个梯度，如：将0~255的占空比分为0~85,86~170,171~255三个梯度，并设置三个音量输入按钮，每一个音量输入按钮对应一个梯度。

当按下一个音阶输入按钮的盖板13时，压力传感器11检测压力值，音阶输入按钮根据检测到的压力值向控制模块8发送一个模拟电信号，AD转换模块83把带有压力值的模拟电信号转换为数字电信号后输入到主控芯片81内，主控芯片81根据输入的电信号控制发光光源7发出一定闪烁频率和占空比的光，发声模块6将发光光源7发出的光转换为声音；发光光源7的发光占空比所在的梯度范围，由具体的音量输入按钮决定，当按下一个音量输入按钮时，控制模块8控制发光光源7的发光占空比在该音量输入按钮所对应的梯度范围内；达到音阶输入按钮与音量输入按钮对音量的双重控制效果，使使用者根据需要实时控制音阶及音量。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型光电乐器，其特征在于，包括供电模块（9）、控制模块（8）、发光光源（7）、发声模块（6）及若干个音阶音量输入模块（1）；所述供电模块（9）用于给控制模块（8）及发光光源（7）供电；发光光源（7）及发声模块（6）的数量均为若干个，发声模块（6）用于将发光光源（7）发出的光转换为声音；发光光源（7）及每个音阶音量输入模块（1）分别与控制模块（8）连接；触发一个音阶音量输入模块（1）时，对应的发光光源（7）发出一定闪烁频率的光，发声模块（6）将发光光源（7）发出的光转换为声音。

2.根据权利要求1所述的一种新型光电乐器，其特征在于，触发不同的音阶音量输入模块（1）时，控制模块（8）控制发光光源（7）发出不同闪烁频率的光，致使发声模块（6）转换的声音的音阶不同。

3.根据权利要求1所述的一种新型光电乐器，其特征在于，所述发声模块（6）为涂有光热转换物质的平板、半封闭腔体或全封闭腔体。

4.根据权利要求3所述的一种新型光电乐器，其特征在于，所述光热转换物质为吸光并对外发热的碳粉。

5.根据权利要求3所述的一种新型光电乐器，其特征在于，所述发声模块（6）为半封闭腔体；所有发声模块（6）的尺寸相同。

6.根据权利要求3所述的一种新型光电乐器，其特征在于，所述发声模块（6）为半封闭腔体，音阶音量输入模块（1）与发声模块（6）的数量相同；根据发光光源（7）的闪烁频率定制不同尺寸的发声模块（6）。

7.根据权利要求1所述的一种新型光电乐器，其特征在于，控制模块（8）利用脉宽调制方式驱动发光光源（7）工作。

8.根据权利要求1所述的一种新型光电乐器，其特征在于，所述供电模块（9）包括用于给控制模块（8）供电的第一供电模块（4）及用于给发光光源（7）供电的第二供电模块（5）；第二供电模块（5）与发光光源（7）间设有变阻器或可调电位器。

9.根据权利要求1至8任一项所述的一种新型光电乐器，其特征在于，所述音阶音量输入模块（1）包括音阶输入按钮及音量控制按钮；所述音阶输入按钮为钢琴琴键按钮、触摸屏按钮或开关，所述音量控制按钮包括音量增大及音量减小两个按钮。

10.根据权利要求1至8任一项所述的一种新型光电乐器，其特征在于，控制模块（8）还包括AD转换模块（83），所述AD转换模块（83）用于将模拟信号转换为电信号；所述音阶音量输入模块（1）包括音阶输入按钮及音量控制按钮；音阶输入按钮上设有压力传感器（11），压力传感器（11）与控制模块（8）连接；音量控制按钮为钢琴踏板结构。