CN118197268A - 一种基于双光束力度控制的激光midi乐器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于双光束力度控制的激光MIDI乐器，以解决激光MIDI乐器不能由演奏力度控制音量的技术问题，涉及电子乐器技术领域。一种基于双光束力度控制的激光MIDI乐器，由双激光传感器组成的触发单元、信号处理系统、MIDI音源组成，演奏时依次触发两个激光传感器，使输出信号产生时间间隔，得到与演奏力度成正比的演奏速度，信号处理系统将演奏速度处理成具有各种力度响应特性的MIDI力度信号，触发MIDI音源发出声音，使激光MIDI乐器的音量随演奏力度变化。
Description
技术领域
本公开涉及电子乐器技术领域，特别涉及到一种基于双光束力度控制的激光MIDI（Musical Instrument Digital Interface，乐器数字接口）乐器。
背景技术
激光乐器是用激光传感器触发电子音源而发出声音的电子乐器，其中触发MIDI音源的乐器为激光MIDI乐器。
MIDI音源是带有标准MIDI接口的各种电子琴、电子鼓等硬件设备或电脑程序软件，输入MIDI信号即能发出乐曲的声音。
MIDI信号是用特定的数字格式，编写、记载、传输乐曲信息的计算机数据，包括每个音符的音高、音色、力度、起停时间等所有参数。
MIDI信号中演奏力度分为128级，由数字0～127表示，MIDI音源能够利用力度键盘和打击垫等设备输入的力度信息，实时形成MIDI信号中的力度数据，控制输出音量和音色。
激光传感器输出的是电平信号，只有0和1两个状态，并没有幅度的变化，所以激光MIDI乐器都是把力度信号设置成一个固定的数值，去触发MIDI音源发声，所以激光MIDI乐器没有力度控制功能，不会产生声音强度和音色的变化，不能发挥激光乐器的表达能力和效果。
发明内容
为了解决现有激光MIDI乐器不能由演奏力度控制音量的问题，本公开提供了一种基于双光束力度控制的激光MIDI乐器。
本公开提供的一种基于双光束力度控制的激光MIDI乐器，包括由双激光传感器组成的触发单元、信息处理系统和MIDI音源，能够获取演奏力度信息并控制输出音量的变化。
所述的双激光传感器即两个激光传感器为一组，构成一个触发单元，用于触发激光MIDI乐器一个音高或音色的音符，多个音符和多种音色的激光MIDI乐器采用多组激光传感器。
两个激光传感器通过设计安装位置和发光方向，使两个激光传感器发出的两条平行光线之间距离为L，在演奏一个音符时顺次触及两条光线，触发两个激光传感器输出电平信号，输出的两个电平信号的时间间隔为t，得到与演奏力度成正比的演奏速度L/t。
信号处理系统输入端与两个激光传感器的输出端相连接，将演奏速度L/t转换成MIDI力度信号，发送给MIDI音源。
MIDI音源输入端与信号处理系统输出端相连接，实时接收MIDI力度信号并控制输出声音的音量和音色。
控制程序将演奏速度L/t转换成MIDI力度信号（力度相对强度）V，有四种转换方法，得到四种具有不同响应特性的力度控制模式，分别是：
（1）线性模式，转换公式为，
（2）柔和模式，转换公式为 ，
（3）强烈模式，转换公式为，
（4）固定模式，转换公式为，
a1：线性模式系数，a2：柔和模式系数，a3：强烈模式系数，a4：固定模式系数。
进一步，所述的一种基于双光束力度控制的激光MIDI乐器，在信号处理系统外部设置转换开关和调节旋钮，用于对上述各种力度模式的转换和系数a1～a4的调节。
本公开所提供的一种基于双光束力度控制的激光MIDI乐器，解决了激光MIDI乐器不能由演奏力度控制音量的问题，能充分发挥出音乐的表达能力。具有力度响应模式选择功能和力度响应特性调节功能，能够适应不同人的力度差异和演奏习惯，让激光MIDI乐器有更广泛的应用场景。
附图说明
图1为一种基于双光束力度控制的激光MIDI乐器实施例一原理示意图暨工作流程示意图。
图2为一种基于双光束力度控制的激光MIDI乐器实施例二原理示意图暨工作流程示意图。
其中：1是激光传感器1，2是激光传感器2，3是激光传感器1发出的光线，4是激光传感器2发出的光线，5是信号处理系统，6是MIDI音源。
具体实施方式
下面将参考附图详细描述本公开实施例的示例性实施方式，以使本领域技术人员可以容易地实现。此外，为了清楚起见，在附图中省略了与描述示例性实施方式无关的部分。
在本公开实施例中，应理解，诸如“包括”或“具有”等的术语旨在指示本说明书中所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，并且不欲排除一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在或被添加的可能性。
下面将结合附图1和附图2详细说明本公开的两个实施例。
下面将参考附图详细描述本公开实施例的示例性实施方式，以使本领域技术人员可以容易地实现。此外，为了清楚起见，在附图中省略了与描述示例性实施方式无关的部分。
在本公开实施例中，应理解，诸如“包括”或“具有”等的术语旨在指示本说明书中所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，并且不欲排除一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在或被添加的可能性。
下面将结合附图1和附图2详细说明本公开的两个实施例。
实施例一：
水平双光束结构的激光MIDI乐器。原理示意图暨工作流程示意图见图1。
第一激光传感器1和第二激光传感器2为反射式激光传感器，横向安装，水平方向发出上下两条平行光线3和4，两条光线间距为L。
用鼓棒、琴锤、手掌等遮挡物体向下挥动，依次遮挡光线3和4，触发第一激光传感器1和第二激光传感器2各自输出一个电平信号并具有时间间隔t，则演奏速度L/t与演奏力度成正比。
信号处理系统5是一个含有单片机的电路模块，输入端与两个激光传感器1和2的输出端相连接，通过内部控制程序的运算，将演奏速度L/t转换成MIDI力度信号V，发送给MIDI音源6。
为了使力度响应特性与不同乐手的演奏习惯相匹配，以及适应不同场景的演奏效果需求，控制程序将演奏速度L/t转换成MIDI力度信号V，有四种转换方法，得到四种具有不同响应特性的力度控制模式，分别是：
（1）线性模式：MIDI力度信号V幅值与演奏速度L/t呈线性关系，是最简单的常规模式，响应均匀，贴近传统乐器和电子乐器的发声原理。其转换公式为：
（1）
式中系数a1决定曲线的斜率，能改变力度灵敏度。
（2）柔和模式：MIDI力度信号V的主要范围集中在力度值较小的区域，音量变化柔和，效果细腻。转换公式为：
（2）
其中，系数a2≥0，能改变曲线的曲率。
（3）强烈模式：力度响应偏重且敏感，MIDI力度信号V主要范围集中在力度值较大的区域，适合演奏摇滚等力度较重的音乐。转换公式为：
（3）
其中，系数a3≤0，，能改变曲线的曲率。系数/> ,由MIDI音源限定的最大力度信号Vmax决定。
（4）固定模式：MIDI力度信号V幅值固定不变，与演奏速度L/t无关，用于练习、演示、互动等特定场合。转换公式为：
（4）
式中,0≤a4≤127，改变a4可以改变输出MIDI力度信号的幅值。
上述MIDI力度信号V是力度相对强度，共分为128级，数值范围是0～127，对应MIDI信号的具体格式是十六进制的00～7F，所以实施时还需在处理程序中增加一个步骤，将力度信号V的数值0～127转换成十六进制格式的00～7F，方能使MIDI音源识别。
MIDI音源6输入端与信号处理系统5输出端相用数据线连接，实时接收MIDI格式的力度信号并控制输出声音的音量和音色。
在信号处理系统3的外部设置一个模式转换开关，以选择不同的力度模式；设置四个电位器及旋钮，分别调整各模式中的系数a1～a4。
图1所示的激光MIDI乐器实施例，只表达了两个激光传感器构成的一个触发单元，用于触发有调乐器（激光琴等）一个音高的音符，或无调乐器（激光鼓等）一个音色的打击垫，多音符和多音色的激光MIDI乐器需要采用多组激光传感器，共用信号处理系统5和MIDI音源6。
实施例二：
垂直双光束结构的激光MIDI乐器。原理示意图暨工作流程示意图见图2。
第一激光传感器1和第二激光传感器2为反射式激光传感器，纵向安装，竖直向上发出两条光线3和4，设置两个激光传感器的感应距离不同（可视为两条光线长短不同），距离差为L。
当用手掌等遮挡物体，自上而下拍击光线演奏一个音符时，依次触碰到光线3和4，触发激光传感器1和2各自输出一个电平信号并具有时间间隔t，演奏速度L/t与演奏力度成正比。
信号处理系统5输入端连接第一激光传感器1和第二激光传感器2的输出端，通过内部控制程序的运算，将演奏速度L/t转换成MIDI力度信号V，处理过程与实施例一相同，将MIDI格式的力度信号发送给MIDI音源6，实现用演奏力度控制输出音量的大小。
实施例一适用于开口型鼓圈的激光鼓、横置琴弦的激光琴等开放结构的激光乐器，用鼓棒、琴锤、手掌等遮挡物体在光线封挡的空间纵向挥动，遮挡光线，触发激光传感器输出电平信号。
实施例二适用于闭合鼓圈的激光鼓、模拟木琴等闭合结构的激光乐器，用手掌、特制拍子等遮挡物体在发光平面的上部空间向下拍击光线，触发激光传感器输出电平信号。
两个实施例中，激光传感器1和2采用BX-662型反射式激光传感器。
信号处理系统5采用Pro Mini ATMEGA328P型模块式开发板，内含AtmelAtmega328P-AU单片机，具有多输入输出接口和多种控制功能。
MIDI音源6是通用硬件设备或电脑程序，输入MIDI信号即能发出标准的乐音，可选用任何形式的MIDI音源。
Claims (2)
1.一种基于双光束力度控制的激光MIDI乐器，其特征在于：一种基于双光束力度控制的激光MIDI乐器，包括由双激光传感器组成的触发单元、信息处理系统和MIDI音源，能够获取演奏力度信息并控制输出音量的变化；
所述的双激光传感器即两个激光传感器为一组，构成一个触发单元，用于触发激光MIDI乐器一个音高或音色的音符，多个音符和多种音色的激光MIDI乐器采用多组激光传感器；
两个激光传感器通过设计安装位置和发光方向，使两个激光传感器发出的两条平行光线之间距离为L，在演奏一个音符时顺次触及两条光线，触发两个激光传感器输出电平信号，输出的两个电平信号的时间间隔为t，得到与演奏力度成正比的演奏速度L/t；
信号处理系统输入端与两个激光传感器的输出端相连接，将演奏速度L/t转换成MIDI力度信号，发送给MIDI音源；
MIDI音源输入端与信号处理系统输出端相连接，实时接收MIDI力度信号并控制输出声音的音量和音色；
控制程序将演奏速度L/t转换成MIDI力度信号（力度相对强度）V，有四种转换方法，得到四种具有不同响应特性的力度控制模式，分别是：
（1）线性模式，转换公式为 ，
（2）柔和模式，转换公式为 ，
（3）强烈模式，转换公式为 ，
（4）固定模式，转换公式为，
a1：线性模式系数，a2：柔和模式系数，a3：强烈模式系数，a4：固定模式系数。
2.根据权利要求1所述的一种基于双光束力度控制的激光MIDI乐器，其特征在于，在信号处理系统外部设置转换开关和调节旋钮，用于对上述各种力度模式的转换和系数a1～a4的调节。
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2024
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