基于虛擬儀器的鋼琴軟件設(shè)計(jì)

1、基于虛擬儀器的鋼琴軟件設(shè)計(jì)1 .設(shè)計(jì)課題設(shè)計(jì)一個(gè)基于虛擬儀器的鋼琴軟件設(shè)計(jì)思路：利用myDAQ的8個(gè)數(shù)字I/O通道作為琴鍵輸入，通過labview編程合成所需頻率的聲音，經(jīng)過D/A變換后通過AudioOut端口放大輸出。程序中通過設(shè)置不同的諧波組合可以最終混合出不同樂器的音色。說明：除了數(shù)字I/O的信號采集和模擬信號輸出之外，這個(gè)題目主要工作在軟件方面的數(shù)字信號處理與合成（比如，如果同時(shí)按下兩個(gè)按鍵，出來的效果應(yīng)該是兩個(gè)音的疊加；同時(shí)還要考慮針對不同樂器不同音色所對應(yīng)增加的諧波比例）。軟件上還可以增加其他功能。例如可以選擇將PC音頻輸出的音樂通過myDAQ的AudioIn端采集后增加混音或重低

2、音效果等然后再通過AudioOut端播放出來。在硬件方面，可以擴(kuò)展的一些工作包括琴鍵輸入開關(guān)的毛刺濾除電路設(shè)計(jì)、音頻輸出后再做一級放大電路等。由于myDAQ只有8個(gè)數(shù)字I/O端口，因此只能做一個(gè)八音階。2 .設(shè)計(jì)過程A.響應(yīng)琴鍵事件在while結(jié)構(gòu)中放入8個(gè)條件結(jié)構(gòu)，每個(gè)條件結(jié)構(gòu)對應(yīng)一個(gè)按鍵發(fā)音事件:在每個(gè)對應(yīng)的條件結(jié)構(gòu)中，嵌入子vi,用來執(zhí)行相應(yīng)的選擇事件，子vi但負(fù)責(zé)了音量調(diào)節(jié)，音名選擇，音色選擇，音調(diào)選擇等功能。為了不使程序連線過于復(fù)雜，使用了局部變量。上圖可見。B.集成功能的子vi設(shè)計(jì)子vi的設(shè)計(jì)是基于音色控制的，這里提供了三種音色實(shí)現(xiàn)方式，通過條件分支架構(gòu)來選擇，一一介紹如下:I.直

3、接讀入播放wav文件由于自己合成的音色總是不能達(dá)到鋼琴發(fā)音的效果，所以通過錄制的wav音頻直接拿來播放音色就比較好。而沒有找到現(xiàn)成的鋼琴按鍵音頻文件，所以通過利用adobeaudition專業(yè)音頻處理軟件來錄制、截取，升降調(diào)制作了鋼琴的單鍵聲音。對應(yīng)的程序框圖如下:找到相應(yīng)wav文件寫入讀出:110000SoundFileInfoA/ioundFileOpen./iSoundFileRead.v/iSoundOutputCordHgureviISII,正弦波基波與高次諧波的疊加：由于音色是由于正弦波基波與其高次諧波成分比例多少不同而不同的，所以通過加入不同的諧波成分，可以來改變音色，效果要比只

4、加入基波成分好很多，此次設(shè)計(jì)中可以調(diào)節(jié)二，三，四次諧波的比例成分。而且，又考慮到真實(shí)按鍵音會(huì)隨著時(shí)間變化音量減小，所以在設(shè)計(jì)過程中也對此作了相應(yīng)處理。程序框圖如下：通過公式節(jié)點(diǎn)來計(jì)算出對應(yīng)的聲音頻率，參考了十二平均律音調(diào)園至-m音量調(diào)節(jié)Contiriuou5m|JesT|jlerate(S/5)公式波形與合成的正弦波形相乘，實(shí)現(xiàn)了音量隨著時(shí)間而減小，而且，通過時(shí)間計(jì)時(shí)器，實(shí)現(xiàn)了音長的控制。0-Or已用時(shí)間0J5國已用比.間區(qū),當(dāng)前日期和時(shí)間卜8二由汽1III.三角波形的低通濾波三角波經(jīng)過低通濾波后只會(huì)出現(xiàn)基波和偶次諧波成分，音色聽起來會(huì)比較和諧。而低通濾波的設(shè)計(jì)不止一種，低通濾波函數(shù)提供給我們

5、幾種濾波方法，所以可以有幾種音色的選擇，實(shí)際效果雖然不如第二種設(shè)計(jì)方法好，但還湊合。程序框圖如下:LaFsA自可調(diào)液應(yīng)00-+n其他的音量調(diào)節(jié)等見上圖一目了然。C.子vi的調(diào)用子vi定義了八個(gè)輸入接口，用來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。在主vi的調(diào)用中，使用了靜態(tài)的方式，而且，為了子vi能夠同時(shí)多次調(diào)用，并實(shí)現(xiàn)子vi的并行，所以對子vi添加了可重用的屬性。瑞W扈性首曲I行案統(tǒng)與調(diào)用方相伺一啟用自動(dòng)者誤處建口打開時(shí)運(yùn)行調(diào)用時(shí)掛起調(diào)用時(shí)清空顯示控件$運(yùn)行時(shí)白動(dòng)姐寐單類別執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)先二宣允拚調(diào)試團(tuán)重入執(zhí)行在實(shí)例國共享副本（減少內(nèi)存使用）4為各個(gè)安施盼副本（保持各個(gè)實(shí)例的狀態(tài)）在調(diào)用VI中內(nèi)嵌子VI確定取消都助D.

6、控件的顯示在選擇音色的過程中，在前面板上，對應(yīng)于某一種音色選擇的其他一些輸入控件并沒有作用，所以，我們可以通過屬性節(jié)點(diǎn)來讓這些控件在要用的時(shí)候才被顯示出來，而不用的時(shí)候就將其設(shè)為不可見，這些控件是可調(diào)濾波控件，二次諧波控件，三次諧波控件，四次諧波控件。程序框圖如下:音色酶，置皮wa|n|»»-«.«.Visible»TF15IbE四次塔皮?!?!lolVisible可調(diào)謝S-Visible可調(diào)蹋皮VisibleE.聲音錄制嚴(yán)首的錄制vi如下:6強(qiáng)應(yīng)LL理Visible三次暗皮觀乳-Visible四次諧波一空lundlfilesIContinuQ

7、UigSmmpies.|1口回lay.wvHBOpe伸iSoundAleWritei22050£oundInputConfigure»i+status:妙胸ffitgAr波拶圖表oundInputRedMS用ijridR但00ss三.前面板效果四.實(shí)驗(yàn)總結(jié)本次實(shí)驗(yàn)對labview的使用可以說大大提升。從一點(diǎn)都不懂簡單的編程到現(xiàn)在能實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的作品。學(xué)會(huì)了應(yīng)用各種程序結(jié)構(gòu)，對聲音的輸入，輸出，文件的寫入與讀取都有了自己的認(rèn)識(shí)。在程序設(shè)計(jì)的過程中，也碰到了不少的問題，通過查找labview幫助，查看工具書，上網(wǎng)查找資料和cnki上的論文對問題的解決有了自己的方法。當(dāng)然，有些問題確實(shí)也沒有得到實(shí)質(zhì)上的解決，比如主從vi的并行，比如對某些事件的響應(yīng)順序，再比如數(shù)字濾波器的具體應(yīng)用與選擇方法等等沒有找到好的解決辦法，這個(gè)都是在以后的學(xué)習(xí)過程中要改進(jìn)的地方。