基于LabVIEW的便携式按键钢琴

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1、虚拟仪器技术及应用--基于LabVIEW的便携式按键钢琴班级：姓名：学号：成绩:设计要求：基本功能要求：便携式按键钢琴思路：禾iJfflmyDAQ的8个数字I/O通道作为琴键输入,通过LabVIEW编程合成出所需频率的声音，经过D/A变换后通过AudioOut端口放大输出。程序中通过设置不同的谐波组合可以最终混合出不同乐器的音色。说明：除了数字I/O的信号采集和模拟信号输出Z外，这个题目的主要工作在软件方而的数字信号处理与合成（比如，如杲同时按卜•两个按键，出來的效果应该是两个咅的叠加；同时还要考虑针对不同乐器不同音色所对应增加的谐波比例）。软件上还可以增加其他功能，例如可以选择将

2、PC咅频输出的音乐通过myDAQ的AudioIn端釆集后增加混音或重低音效果等然后再通过AudioOut端播放出来。在硕件方面，可以扩展的一些工作包描琴键输入开关的毛刺滤除电路设计、音频输出后再做一级放大电路等。由于myDAQ只冇8个数字I/O端口，因此只能做一个八咅阶。衍生功能要求：便携式曲目练习器思路：播放一首歌曲的同时，在PC界面上显示乐谱（或者当前的音阶和拍长），练习者需要按下对应的按键，这些按键连接到myDAQ的数字I/O端口，从而计算机可以判断是否正确，乐曲结束后根据按键的正确性和节奏的正确性给于相应评分。说明：木题口硬件与上一题口基木相同，在练习吋可以播放原有旋律，同

3、吋记录练习者的按键顺序和时长，合成成乐声在练习结束后播放，并与原旋律比较。相比上一题目，需要在软件屮记录数字键输入的顺序和时长。此外，可以设置不同的难度级别。本程序功能规划：根据已有的功能要求，我们需要制定一下我们电子琴程序的方向，究竟要做到什么地步，要做哪些功能，经过小组内的讨论，以及与指导老师的交流，再就是根据我们目前对MyDaq以及LabView的掌握情况，我们制定了如下的具体要求：图形界面模块：一个非常形似电子琴的图形界面，做到界面整洁美观，有区分度，交互通俗易＜2•发声模块：电子琴的基本发声功能，做到不同音调，音色，音量3•控制方式模块：做到能用鼠标荃盘和基于MYDAQ的

4、机械按键控制4•扩展模块：①曲目练习器模块：考虑到现有设备的局限性以及知识的局限性，我们现在把曲目练习模块简化为：通过文件I0读取歌曲TXT曲谱，根据曲谱控制钢琴的按键的变色从而作为演奏提示，最后不考虑节奏只考虑曲谱声调的正确率做打分。②自动播放模块：该模块做到根据TXT曲谱来自动演奏钢琴乐。③除此之外，由于涉及曲目练习，我们还要做歌曲的曲谱以及声音文件。二.模块实现：在做本次程序之前，我们进行了充分的调研工作，包括:•LabVIEW图形界面系列-色彩搭配；•八度音阶频率关系对应表；•乐器音色的原理；•钢琴音色的制作；•曲目曲谱的设计及制作；•LabVIEW文件10及属性节点的使用

5、；•MYDAQ设备的基本使用及设备可实现功能；下面将按搭建顺序一一介绍每一个模块的具体实现，最后介绍每个模块之间是如何联系起来的。■发声模块♦播放正弦波要做电子琴，理所当然我们第一步想的就是如何发声，想到以前在《数字信号处理》课程中做过语音信号的处理相关编程，知道播放固定频率的正弦波可以发出声音，再查看LabVIEW所支持的函数，定下了初步的思路，即：首先产生一定频率的正弦波，设置好采样频率以及时长，送播放波形函数，如下图1.1:于是，我们马上做了一个布尔按钮做测试，利用条件结构(布尔变量为真送一个数字，如266,到正弦波产生函数的输入参数-频率中)实现了发声，但有两个问题：①音质

6、很差(主要因为音色)②有很强的尾音(声音突然停止产生的刺耳噪声)但无论如何我们成功实现了发声。♦播放三角波为了解决第一个问题，之后查阅了相关内容，知道：不同音色是由某一基频的正弦波叠加上一定比例的谐波成分实现；于是我们做了如下处理：如图1.2,先同样方法产生一定频率的三角波，再通过低通滤波器，我们知道周期的三角波一定可以分解为基波和谐波相加，经过低通滤波器滤除高频后，出来的声音与正弦波是不同的音色结果正如我们所想，出来的音色不同，音色更像电子音，但尾声仍存在。♦播放公式波形为了解决尾声的问题，我们想如果能让音的尾部音量变小就好了，于是找到了公式波形，将正弦波的幅度随时间改变，开始和

7、末尾的幅度偏小，中间幅度最大，用了如下的公式：sin(w*t)*sin(m*t);幅度A(t)=sin(m*t),使TT/m=采样数/采样频率我们设计的采样数为5000,采样率为11025,那么差不多m=2ir;于是设计的第三种音色如图1.3:[弘*卄呼7(1)")]图1.3播放公式波形图1.4播放WAV文件效果比之前两个都好，音色像管弦乐器，尾音更小。♦播放文件公式波形仍然不能满足我们对完美音色的要求，于是我们决定用另外一种发声机制■播放文件，在网上找了很久没有发现