CN113192475A - 一种钢琴琴键全智能自动调力系统及方法 - Google Patents

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左云
易吉华
李炯
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Abstract

本发明公开了一种钢琴琴键全智能自动调力系统，包括传感器模块、中央控制模块和自动演奏模块，所述传感器模块安装于钢琴音板上，用于采集音板振动数据；所述中央控制模块分别与传感器模块、自动演奏模块连接，所述自动演奏模块用于敲击钢琴琴键，所述中央控制模块控制自动演奏模块敲击琴键，并根据传感器模块发送的振动数据进行数据分析，通过反向调节自动演奏模块的设置参数，控制钢琴琴键的力度大小，具有智能化程度高，调力精准的优点。本发明还公开了一种钢琴琴键全智能自动调力方法。

Description

一种钢琴琴键全智能自动调力系统及方法
技术领域
本发明涉及钢琴技术领域，特别是涉及一种钢琴琴键全智能自动调力系统及方法。
背景技术
在当今社会，随着经济的快速发展，越来越多的人开始追求更高雅的精神生活，学习钢琴成为大多数人陶冶情操的首选。在目前现有市场上全智能钢琴无自动校准演奏力度功能，当演奏力度出现问题时需要人员及时进行调整，较为麻烦。
故此，如何研发一种智能化程度高、调力精准的钢琴琴键全智能自动调力系统及方法，成了本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种钢琴琴键全智能自动调力系统及方法，可以方便快速地让全智能钢琴进行力度自动校准，具有智能化程度高、调力精准的优点。
一方面，本发明提供了一种钢琴琴键全智能自动调力系统，包括传感器模块、中央控制模块和自动演奏模块，所述传感器模块安装于钢琴音板上，用于采集音板振动数据；所述中央控制模块分别与传感器模块、自动演奏模块连接，所述自动演奏模块用于敲击钢琴琴键，所述中央控制模块控制自动演奏模块敲击琴键，并根据传感器模块发送的振动数据进行数据分析，通过反向调节自动演奏模块的设置参数，控制钢琴琴键的力度大小。
进一步地，所述传感器模块使用LPC1758主控芯片与LSM6D传感器芯片进行应用设计，两者间使用I2C进行连接，当LSM6D传感器芯片感应到振动数据通过I 2C传输给LPC1758芯片进行处理。
另一方面，本发明还提供了一种钢琴琴键全智能自动调力方法，基于其上所述的钢琴琴键全智能自动调力系统进行自动调力，所述钢琴琴键全智能自动调力方法包括以下步骤：
S100、将传感器模块安装在钢琴音板上，中央控制模块和自动演奏模块安装于预设位置；
S200、中央控制模块控制自动演奏模块敲击钢琴琴键，钢琴发声并带动音板振动；
S300、传感器模块检测到音板振动并将振动数据发送给中央控制模块，中央控制模块对振动数据进行分析，根据预设的振动阈值通过反向调节自动演奏模块的设置参数，控制钢琴琴键的使用力度大小，使当前使用的力度为钢琴发声的最小力度。
进一步地，所述步骤S200具体表现为：中央控制模块控制自动演奏模块敲击钢琴琴键，并以递增的方式不断加大敲击力度，直到力度大至钢琴上的榔头击到琴弦，钢琴发声并带动音板振动。
进一步地，所述预设的振动阈值通过手动调节到钢琴刚好发声的力度时，由传感器模块检测到的多次振动数据的平均值产生。
进一步地，所述步骤S300中根据预设的振动阈值通过反向调节自动演奏模块的设置参数，控制钢琴琴键的使用力度大小，使当前使用的力度为钢琴发声的最小力度，具体表现为：当传感器模块检测的振动数据大于对应音区最小发声时的振动阈值时，则判定当前使用的力度大于钢琴发声的最小力度，调节自动演奏模块的设置参数，使钢琴琴键的使用力度大小降至钢琴发声的最小力度；当传感器模块检测的振动数据等于对应音区最小发声时的振动阈值时，则判定当前使用的力度即为钢琴发声的最小力度，即不用调节自动演奏模块的设置参数。
进一步地，所述钢琴琴键的使用力度大小通过如下公式计算：
V＝(N-B)/K
式中，V表示要计算的力度值，N表示采样值，即传感器模块检测到的振动数据，B表示偏移量系数，K表示斜率系数。
本发明将传感器模块安装在钢琴音板上，通过中央控制模块控制自动演奏模块敲击钢琴琴键，钢琴发声并带动音板振动；传感器模块检测到音板振动并将振动数据发送给中央控制模块，中央控制模块对振动数据进行分析，根据预设的振动阈值通过反向调节自动演奏模块的设置参数，控制钢琴琴键的使用力度大小，使当前使用的力度为钢琴发声的最小力度，其中，预设的振动阈值通过手动调节到钢琴刚好发声的力度时，由传感器模块检测到的多次振动数据的平均值产生，具有智能化程度高、调力精准的优点。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供的钢琴琴键全智能自动调力系统的结构框图；
图2为LPC1758主控芯片的电路图；
图3为LSM6D传感器芯片的电路图；
图4为本发明实施例提供的钢琴琴键全智能自动调力方法的流程图；
图5为实验过程中不同力度区间与采样数据的关系图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，一种钢琴琴键全智能自动调力系统，包括传感器模块、中央控制模块和自动演奏模块，具体地，传感器模块安装于钢琴音板上，用于采集音板振动数据；中央控制模块分别与传感器模块、自动演奏模块连接，自动演奏模块用于敲击钢琴琴键，中央控制模块控制自动演奏模块敲击琴键，并根据传感器模块发送的振动数据进行数据分析，通过反向调节自动演奏模块的设置参数，控制钢琴琴键的力度大小。
优选地，传感器模块使用LPC1758主控芯片与LSM6D传感器芯片进行应用设计，两者间使用I2C进行连接，当LSM6D传感器芯片感应到振动数据通过I2C传输给LPC1758芯片进行处理。LPC1758主控芯片的电路图参见图2，LSM6D传感器芯片的电路图参见图3。
通过上述设置，在钢琴上加装传感器模块，调节钢琴琴键最小力度发生时，传感器模块将检测出来的音板振动变化数据传输给中央控制模块，中央控制模块根据该振动数据进行数据分析，通过反向调节自动演奏模块的设置参数，控制钢琴琴键的力度大小。
进一步地，如图4所示，本发明还提供一种钢琴琴键全智能自动调力方法，基于其上所述的钢琴琴键全智能自动调力系统进行自动调力，所述钢琴琴键全智能自动调力方法包括以下步骤：
S100、将传感器模块安装在钢琴音板上，中央控制模块和自动演奏模块安装于预设位置；
S200、中央控制模块控制自动演奏模块敲击钢琴琴键，钢琴发声并带动音板振动；
具体地，该步骤表现为：中央控制模块控制自动演奏模块敲击钢琴琴键，并以递增的方式不断加大敲击力度，直到力度大至钢琴上的榔头击到琴弦，钢琴发声并带动音板振动。
S300、传感器模块检测到音板振动并将振动数据发送给中央控制模块，中央控制模块对振动数据进行分析，根据预设的振动阈值通过反向调节自动演奏模块的设置参数，控制钢琴琴键的使用力度大小，使当前使用的力度为钢琴发声的最小力度，其中，预设的振动阈值通过手动调节到钢琴刚好发声的力度时，由传感器模块检测到的多次振动数据的平均值产生。
具体地，钢琴琴键的使用力度大小通过如下公式计算：
V＝(N-B)/K
式中，V表示要计算的力度值，N表示采样值，即传感器模块检测到的振动数据，B表示偏移量系数，K表示斜率系数。
需要说明的是，B和K可通过实验数据计算得出。
如图5所示，即为通过实验数据绘制的不同力度区间与采样数据的关系图，其中x轴表示不同力度区间的个数，y轴表示采样数据。从中可知，关系图的折线由若干个斜线依次连接组成，每个斜线的公式可表达为：y＝Kx+B，式中，B表示偏移量系数，K表示斜率系数，任意取斜线上的两点坐标即可求得B和K的数值。
作为本发明的优选实施例，步骤S300中根据预设的振动阈值通过反向调节自动演奏模块的设置参数，控制钢琴琴键的使用力度大小，使当前使用的力度为钢琴发声的最小力度，具体表现为：当传感器模块检测的振动数据大于对应音区最小发声时的振动阈值时，则判定当前使用的力度大于钢琴发声的最小力度，调节自动演奏模块的设置参数，使钢琴琴键的使用力度大小降至钢琴发声的最小力度；当传感器模块检测的振动数据等于对应音区最小发声时的振动阈值时，则判定当前使用的力度即为钢琴发声的最小力度，则不用调节自动演奏模块的设置参数。
综上所述，本发明具有如下优点：
(1)将传感器模块与钢琴音板结合实现检测音板振动方式来进行琴键力度大小调节；
(2)通过实现本发明的侦测感应，可以最大限度上优化调试上繁琐调试确认
(3)通过钢琴琴键的使用力度大小的计算公式，精准计算琴键弹奏力度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种钢琴琴键全智能自动调力系统，其特征在于，包括传感器模块、中央控制模块和自动演奏模块，所述传感器模块安装于钢琴音板上，用于采集音板振动数据；所述中央控制模块分别与传感器模块、自动演奏模块连接，所述自动演奏模块用于敲击钢琴琴键，所述中央控制模块控制自动演奏模块敲击琴键，并根据传感器模块发送的振动数据进行数据分析，通过反向调节自动演奏模块的设置参数，控制钢琴琴键的力度大小。
2.根据权利要求1所述的钢琴琴键全智能自动调力系统，其特征在于，所述传感器模块使用LPC1758主控芯片与LSM6D传感器芯片进行应用设计，两者间使用I2C进行连接，当LSM6D传感器芯片感应到振动数据通过I2C传输给LPC1758芯片进行处理。
3.一种钢琴琴键全智能自动调力方法，其特征在于，基于权利要求1或2所述的钢琴琴键全智能自动调力系统进行自动调力，所述钢琴琴键全智能自动调力方法包括以下步骤：
S100、将传感器模块安装在钢琴音板上，中央控制模块和自动演奏模块安装于预设位置；
S200、中央控制模块控制自动演奏模块敲击钢琴琴键，钢琴发声并带动音板振动；
S300、传感器模块检测到音板振动并将振动数据发送给中央控制模块，中央控制模块对振动数据进行分析，根据预设的振动阈值通过反向调节自动演奏模块的设置参数，控制钢琴琴键的使用力度大小，使当前使用的力度为钢琴发声的最小力度。
4.根据权利要求3所述的钢琴琴键全智能自动调力方法，其特征在于，所述步骤S200具体表现为：中央控制模块控制自动演奏模块敲击钢琴琴键，并以递增的方式不断加大敲击力度，直到力度大至钢琴上的榔头击到琴弦，钢琴发声并带动音板振动。
5.根据权利要求4所述的钢琴琴键全智能自动调力方法，其特征在于，所述预设的振动阈值通过手动调节到钢琴刚好发声的力度时，由传感器模块检测到的多次振动数据的平均值产生。
6.根据权利要求5所述的钢琴琴键全智能自动调力方法，其特征在于，所述步骤S300中根据预设的振动阈值通过反向调节自动演奏模块的设置参数，控制钢琴琴键的使用力度大小，使当前使用的力度为钢琴发声的最小力度，具体表现为：当传感器模块检测的振动数据大于对应音区最小发声时的振动阈值时，则判定当前使用的力度大于钢琴发声的最小力度，调节自动演奏模块的设置参数，使钢琴琴键的使用力度大小降至钢琴发声的最小力度；当传感器模块检测的振动数据等于对应音区最小发声时的振动阈值时，则判定当前使用的力度即为钢琴发声的最小力度，即不用调节自动演奏模块的设置参数。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的钢琴琴键全智能自动调力方法，其特征在于，所述钢琴琴键的使用力度大小通过如下公式计算：
V＝(N-B)/K
式中，V表示要计算的力度值，N表示采样值，即传感器模块检测到的振动数据，B表示偏移量系数，K表示斜率系数。
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