钢琴的自动弹奏原理
FreeKey FreeKey让你的钢琴不再成为摆设
让你的钢琴不再只是摆设你的钢琴会自动说话（tan zou)吗？你的钢琴是不是沉默（bu yong)太久了？你的钢琴是否该解放了？人一天不回话都会闷坏，更何况钢琴呢？原本可以弹奏出美妙的歌曲的钢琴渐渐沦为摆设的（hua ping），你忍心吗？可是你知道吗？一个叫做free key 钢琴自动演奏系统就能改变一切。
原本无人弹奏的钢琴响起了，原本成为摆设的钢琴更加吸引了，原本只是寂静的空间变成了音乐厅。
你造吗？你了解吗？曾经被誉为“魔鬼钢琴”的自动演奏钢琴，吸引了无数认得眼球。
魔鬼钢琴其实就是钢琴自动演奏系统。
最初形式（出现在19世纪末）是在普通钢琴前加用一部可移动的“演奏器”（player），外形极似一架小型足踏簧风琴，有一排65-88个“木手指”置于普通钢琴键盘上方。
演奏器用打孔纸卷（打孔位置与钢琴谱相符）操纵；用足踏风箱鼓风，风通过纸卷缓缓转动的纸卷上的孔位，驱动机械连动相应的“木手指”击琴键奏出音乐。
此后又有设计将外附的演奏器直接装置于钢琴内部，并可控制速度、力度、踏板等。
自动钢琴在20世纪20年代的欧洲曾广为流行于家庭娱乐，有过两年内生产50万台的纪录；至30年代由于无线电及唱机的兴起，才渐被淘汰。
但因为纸卷打孔在数量上不受人手十指的局限，钢琴上的音数和音域都可尽量发挥运用，故自动钢琴仍受现代作曲家的青睐。
拉赫玛尼诺夫、德彪西、马勒、格什温、R-施特劳斯都曾为这一乐器写作乐曲，制成纸带，供演奏使用。
现代自动钢琴（出现在本世纪80年代）随着电子技术的飞速发展，用集成电路和CPU控制钢琴自动演奏装置成为可能。
用此基本原理投入钢琴自动演奏器的全国知名企业雅迪freekey其原理是利用计算机MIDI信号原理，把钢琴键盘的速度和力度信号以及记谱法转换成特定让自动钢琴CPU能识别的信号，驱动40V电力信号，让安装在键盘底端的动力部分推动钢琴的榔头发出声音。
随着采样率的进一步提高，钢琴演奏的表现力大大丰富。
自动钢琴原理
自动钢琴原理
自动钢琴是一种能够自动演奏音乐的乐器，它的原理是通过一
系列精密的机械装置和电子设备，使得钢琴能够模拟人类演奏的动作，从而实现自动演奏。
自动钢琴的原理涉及到机械工程、电子技
术和音乐理论等多个领域，下面我们将逐一介绍自动钢琴的原理。
首先，自动钢琴的机械装置是实现自动演奏的关键。
在自动钢
琴内部，有一套精密的装置，它由一系列的活塞、连杆、齿轮和传
动装置组成，这些装置能够模拟人类的手指动作，按下钢琴键盘上
的琴键。
当自动钢琴接收到音乐信号时，这些机械装置就开始运转，按照预先设定的程序，精准地演奏出音乐。
其次，自动钢琴的电子设备也起着至关重要的作用。
现代的自
动钢琴通常配备有电子控制系统，它能够接收外部的音乐信号，并
将这些信号转化为机械装置的动作指令。
通过这种方式，自动钢琴
能够实现对音乐的精准演奏，同时也能够实现一些人类无法完成的
特殊演奏效果，比如快速的音阶、跳音等。
另外，自动钢琴的原理还涉及到音乐理论。
在自动演奏的过程中，自动钢琴需要准确地演奏出音乐的节奏、音符和音色。
这就要
求自动钢琴具备一定的音乐理论知识，能够理解并准确地演奏出音乐作品的要求。
因此，自动钢琴的制作需要音乐家和技术人员的共同努力，才能够实现高质量的自动演奏。
总的来说，自动钢琴的原理是一个复杂而精密的系统工程，它涉及到机械装置、电子技术和音乐理论等多个领域。
通过精密的机械装置和先进的电子设备，自动钢琴能够实现高质量的自动演奏，为人们带来美妙的音乐享受。
希望通过对自动钢琴原理的介绍，能够让更多的人了解和欣赏这一神奇的音乐装置。
自动演奏钢琴原理
自动演奏钢琴原理自动演奏钢琴是一种能够自动演奏音乐的机械钢琴，它通过内置的电子装置和程序，可以模拟人类弹奏钢琴的动作，从而实现自动演奏的功能。
那么，自动演奏钢琴是如何实现自动演奏的呢？下面将从原理方面进行详细介绍。
首先，自动演奏钢琴的原理是基于电子技术的。
它内置了电子装置，包括传感器、控制芯片、执行机构等。
传感器可以实时感知钢琴键盘的按键动作，将按键信息传输给控制芯片。
控制芯片根据预设的音乐曲谱和节奏，通过执行机构控制琴键的按下和抬起，从而产生音符的音响效果。
整个过程通过电子信号的传递和控制来实现，实现了自动演奏的功能。
其次，自动演奏钢琴的原理还涉及到程序控制。
在自动演奏钢琴的内部系统中，预先存储了大量的音乐曲谱和节奏信息。
当用户选择某首曲目进行演奏时，系统会根据曲谱和节奏信息，通过程序控制执行机构按照特定的顺序和时间节点演奏出相应的音符。
这种程序控制的方式，使得自动演奏钢琴可以演奏出各种不同的音乐作品，实现了多样化的演奏效果。
此外，自动演奏钢琴的原理还涉及到机械结构。
在钢琴的内部，执行机构通过复杂的机械结构来实现按键的按下和抬起。
这些机械结构需要精准的设计和制造，以确保演奏的准确性和稳定性。
同时，机械结构的优化也可以提高自动演奏钢琴的演奏效果和响应速度。
总的来说，自动演奏钢琴的原理是基于电子技术、程序控制和机械结构的综合应用。
通过电子装置的传感、控制芯片的程序控制和执行机构的机械结构，自动演奏钢琴可以实现自动演奏功能。
这种原理的应用，使得自动演奏钢琴成为一种能够自主演奏音乐的音乐器材，为人们带来了全新的音乐体验和享受。
钢琴击弦机的详细介绍说明
钢琴击弦机的详细介绍说明钢琴击弦机是击发琴弦振动的主要部件，也可以说是钢琴的心脏。
那么关于钢琴击弦机很多人不是很了解，下面是小编为你整理的相关知识，希望对大家有帮助!钢琴击弦机介绍击弦机是击发琴弦振动的主要部件，也可以说是钢琴的心脏。
钢琴的设计，以声音宏亮;键子灵活;触感灵敏;没有杂音;能强能弱;以每秒钟8—12次的速度击键，能够不间断发音为前提。
只有这样，才能满足钢琴演奏艺术要求，才能称其为现代钢琴。
其中以保证12次/秒的速度连续击弦为击弦机设计的核心。
为保证上述要求，在机械上有四个重要环节：(1)现代钢琴键子下沉深度为10—11.5毫米，小槌与弦的距离一般为48—50毫米，这样，它们之间的行程比例则为1：5，这是击弦机运动的基础。
(2)小槌在击弦的行进中，直接受弹奏力产生的行程要在距离弦约5毫米时终止，余下的行程(即5毫米)由小槌的惯性完成。
(3)小槌击弦之后要迅速返回，返回后必须停留在。
半路上，即全部行程的1/2处。
(4)击弦时要使止音器在小槌前进到全程的1/2时，才抬起来，也就是键子下沉到5毫米时，止音器开始脱离止音状态。
或者说，当键子下沉到底后，弦可自由振动，当键子抬起到一半时，止音器开始止音，这几个环节，适用于立式钢琴，也适用于三角钢琴.钢琴各个部件的作用1.琴弦。
概述：钢琴的琴弦分为三组，高音区为每音三弦，中音区为每音两弦，低音区为一音一弦;2.铸铁骨架。
概述：骨架是钢琴的框架部件之一，用来支撑来自琴弦的巨大张力，这个张力可以达到18吨;3.音板和码桥。
概述：主要是音板，码桥在传递过程中充当了使者的角色。
两者的合作，有效传递琴弦的振动至音板使得发出的声音被我们的听觉器官所感受到;4.击弦机。
概述：所谓的钢琴的机械部分主要就是这里。
击弦机包括键盘、榔头和当键盘被按下时使榔头敲向琴弦的机械装置;5.木质的琴壳及其它附件。
概述：这方面主要涉及材料的研究，在此不多说了。
6.踏板。
概述：右踏板为延音踏板。
钢琴自动弹奏机械手系统及其控制算法设计
钢琴自动弹奏机械手系统及其控制算法设计魏新宇(沈阳音乐学院音乐科技系,沈阳110818)摘要:在机器人控制理论和钢琴演奏技法的基础上,文章提出了一种通过在机械控制㊁电磁控制㊁软件控制等层面对钢琴自动弹奏系统进行综合设计优化的方法,并设计了一种基于可控力度的琴键击锤系统,以实现钢琴的机器人自动弹奏㊂研究结果表明,在应用机械手弹奏系统时,50名音乐学院钢琴专业本科四年级学生中,有26人认为该机器人的演奏技法达到或者超过了他们的技法掌握程度,占总数的52%㊂另外,音乐厅邀请的50位专业资深钢琴教师中,有22人表示该机器人的演奏水平达到了商业演出标准,占总数的44%㊂虽然该机器人在情感表达上尚有不足,但已经得到了较大比例听众的认可㊂关键词:自动控制;机器人钢琴;自动弹奏;力度控制;主观评价中图分类号:J624.1文献标识码:A 文章编号:2095 9699(2023)06 0032 06早期电子音乐来自M I D I合成技术(M u s i c a l I n s t r u m e n t D i g i t a l I n t e r f a c e),该技术通过电子合成音源,控制扬声器同时发出多个频率声音,拟声合成相应的音乐旋律㊂后期M I D I合成技术通过不断发展,在前者的基础之上可以进行不同力度㊁揉弦等乐器演奏技巧的音乐表达效果高保真还原㊂但是M I D I合成技术最大的短板是其没有原始音源设备,在极端演奏条件下其合成音源的保真度依然不尽如人意,并且无法达到真实乐器的低频共鸣带来的重低音效果,也无法表现出不同乐器因为共鸣腔结构微小差异而带来的听觉感官差异㊂所以音乐从事人员和研究人员找到了新的解决问题思路,即使用机械手系统直接弹奏乐器,且该思路已经成为当前电子拟声音乐的研究重点[1]㊂杭小羽等[2]研究人员以儿童钢琴学习为主要研究对象,分析个性化教学对儿童钢琴学习欲望的作用,明确个性化教学价值,提高儿童钢琴学习效果;余嘉安等[3]研究人员基于人工智能时代背景下,合理应用人工智能技术,创新高校钢琴教学模式,优化教学流程,提高教学效果;杨小影等[4]研究人员通过 智能+钢琴 教育构想,使用全新设计的机械手硬件系统,配合相关算法,实现了对人手演奏的相关触感㊁力度及常见弹奏技法的模拟,改变了早期研究中只可对节奏进行有效控制的系统缺陷,使机械手的钢琴弹奏效果更接近人手,且因为机械手为每个琴键均配置对应击锤,有效拓展了人手手指数量的限制㊂从钢琴演奏模式分析,其属于按键式击弦乐器,且有弱音(落下弱音板)㊁延音(抬起切音板)等功能模式㊂受限于手指生理构造限制,人手演奏时手指的岔开距离限制了和弦音的表达方式,在弹奏大跨度四联和弦音时,局限性即被表现出来㊂使用机械手系统可以为每个琴键布置专用击锤,且对钢琴的多个功能踏板布置按压装置,这就让钢琴的实际表现能力得到有效提升㊂文章重点研究琴键击锤的机械控制模式和音乐解码模式,以进一步提升钢琴弹奏机器人的实际演奏效果㊂1琴键击锤的机械控制模式设计从机械原理分析,钢琴琴键按下时,并非直接作用于琴弦,而是根据按下力度和时间,由打弦机判断控制击弦锤和止音器对琴弦作出相应操作㊂打弦机由一系列连杆滑块机构构成,不同品牌和价位的钢第38卷第6期2023年12月景德镇学院学报J o u r n a l o f J i n g d e z h e n U n i v e r s i t yV o l.38N o.6D e c.2023收稿日期:2021 09 24作者简介:魏新宇(1982 ),男,辽宁葫芦岛人,讲师,主要从事钢琴调律教学研究㊂琴,打弦机结构有所差异,但基本保证按下琴键时,止音器抬起,击弦锤落下并迅速复位,抬起琴键时,止音器复位㊂该机械手操作一个外部击锤以不同的弹奏手法击发琴键,触动打弦机操作㊂此时应该严格控制机械手击锤按下的力度和抬起的时间[5]㊂上述机械手琴键击锤与打弦机的联合控制模式,如图1所示㊂图1琴键击锤与钢琴内打弦机的机械耦合模式图1中,机械手控制模组共有2套结构,当提键电磁组通电时,琴键击锤被提起,弹簧片蓄力,当其断电时,琴键击锤在弹簧片的蓄力释放作用下落下,敲击琴键㊂根据弹簧片的预应力状态不同,琴键击锤敲击琴键后,可能因弹簧片地正校核而直接弹起,也可能因为弹簧片地过校核而始终按压琴键并等待提键电磁组的下一次通电作用㊂弹簧片的预紧力通过承力支点后部的力度电磁组吸引弹簧片尾端的力度永磁体来实现㊂早期的钢琴弹奏机器人,使用螺杆定位法控制击锤弹簧片的预紧力,但其受制于步进电机的转速而有较大的力度调整延迟时间,演奏需要快速调整力度时,此模式无法提供快速响应功能[6],所以,该设计将螺杆系统转为力度电磁组系统,该系统采用给不同电磁组通电的方式,快速调整弹簧片力度,使其的响应速度高于人手的响应速度㊂上述机械手控制机构中最复杂的部分为力度电磁组部分,其结构图局部放大后,如图2所示㊂图2力度电磁组局部放大图图2中,共给出7种不同力度,其中ʃ0㊁-1㊁-2控制了琴键击锤的弹性抬起过程;1㊁2㊁3㊁4控制了琴键击锤的持续按压过程㊂7个电磁装置呈扇形安装在一个回转机构上,该回转机构在步进电机的控制下,可以做出小角度回转,以实现对按键力度的高精度微调[7]㊂上述琴键击锤的力度电磁组功能定义,如表1所示㊂表1力度电磁组功能定义表力度级别按键力度按键后按键释放模拟手法-2极轻弹起弹力轻抚-1轻弹起弹力轻柔ʃ0普通抬起弹力常规1普通轻按电磁保持2重按压电磁发力3较重按压电磁重击4极重重压电磁重击表1中,通过按键力度步进电机进行精确定位,在对应的力度电磁组中选择某个电磁阀通电实现对按键击锤弹簧片力度永磁体的吸引并设定按键力度㊂松开提键电磁组后,实现琴键激发,同时控制提键电磁组的复电时间,控制琴键提起㊂2机械手的电控模式设计该机械手的核心控制目标是控制88个琴键上配置的88个琴键击锤㊂常规的钢琴配置,分为88键㊁85键㊁83键㊁65键㊁92键等,其中88键布局(含52个白键和36个黑键)是最为常见的钢琴键盘布局[8]㊂该研究针对88键布局进行电控模式设计㊂根据前文分析,为了实现对琴键击锤的控制,每个琴键击锤的机械手控制模组中共包含8个电磁铁阀组(7个力度阀和1个提键阀)和1个步进电机㊂电磁控制阀通过1个数据位控制,步进电机通过4个数据位控制,控制过程共使用12个数据位[9],控制系统详见图3㊂图3中,步进电机控制器中的控制模块包括电磁控制阀(每个琴键击锤配置8个,共704个)和解码模块(每个琴键击锤配置1个,共88个)㊂㊃33㊃第6期魏新宇:钢琴自动弹奏机械手系统及其控制算法设计图3机械手电控模块示意图(1)电磁控制阀设计思路㊂电磁控制阀的核心控制思路是通过大容量电容器控制电磁绕组的瞬时力度㊂首先晶闸管接收控制信号后,将电磁控制阀释放㊂在释放过程中,电容器的充电状态不应中断㊂此时,D t-I N的高电平为+3.3V,V C C保持+12 V供电,G N D给出ʃ0V参照零电势㊂当晶闸管激发时,V C C和电容器同时向电磁绕组输出电量,控制阀连通从电磁绕组尾端接地到电容器负极侧接地的回路㊂在回路上布置一个保护电阻器,保护电阻和电磁绕组的阻抗同时提供电磁吸合回路负荷㊂此时,从D t-I N到V C C的单向二极管并不导通,但可以为其下方的反向晶闸管主回路提供保护电流回路,防止较大功率和杂波将晶闸管击穿㊂此时电容器作为高频杂波的滤波电容[10]㊂综上,该电磁控制阀的核心作用是当D t-I N 输入一个+3.3V高电平时,D t-O U T输出一个+ 12V高电平;当D t-I N恢复ʃ0V或-3.3V低电平时,D t-O U T处于开路浮空状态㊂该模式实现了对复杂电磁阀组的高速模式切换控制,且保持了系统的可靠性和安全性㊂(2)解码模块设计思路㊂解码模块接收一组8位的地址码㊁1位的触发码和16位的数据码㊂当8位地址码与跳线配置结构一致时,对状态锁存器写入信息㊂当触发码置于高电平时,执行锁存器动作㊂解码模块的核心设计思路是接收中央控制器发出的琴键击锤信号并将其翻译为控制器可识别的电控信号[11]㊂因为每个琴键击锤的控制信号均较为复杂,传统模式下,每个琴键击锤都应有独立的嵌入算力进行单独控制,但此举容易因为时钟偏差而造成节奏偏差㊂所以,该解码器的控制时钟应与中央控制器保持一致㊂(3)接地线分层㊂为了增加控制精度,该系统的接地分为:做功接地,提供所有电磁绕组的0~+ 12V做功电流的接地回馈;信号接地,提供0~+3. 3V控制信号的接地回馈,该信号接地与中央控制器嵌入算力系统的G N D引脚相连,确保其信号地0电势与中央控制器0电势相等;安全接地,提供控制系统外壳的安全接地,确保内部电磁屏蔽环境,为整个系统运行提供可靠性保障措施[12]㊂不同线路板之间的接地耦合模式,通过杜邦线连接实现㊂3软件控制模式设计3.1系统控制模式该系统软件控制的核心目标是将乐谱信息翻译成硬件系统可以识别的控制信号,即对乐谱中每个音符进行分解[13],形成如下表2所示的数据结构㊂表2控制信号数据位定义表分段名称数据长度b i t电气意义1时间戳32触发该状态的时间点2动作琴键序号16该指令作用的琴键3力度控制16执行动作的力度电磁阀序号4辅助力度控制8力度步进电机的目标位置5激发状态8提键电磁阀的通断控制6命令种类8选择2~5中的可执行段,可多选7校验8命令校验码在表2中,每行可执行命令都包含96字节的有效信息㊂每个命令分段之间使用4b i t的分隔符(H1001)进行分隔,命令前使用8b i t的起始符(H10101100),命令后使用8b i t的终止符(H00111010)㊂因此,每行命令的最终存储占用量为144b i t㊂由于每条命令只能实现一次琴键抬起或者落下,实际控制中,每一次按键需要两条命令组合完成㊂因此,在实际操作中,每次按键需要占用288b i t的存储空间㊂按照常规的16乐句(64小节)乐谱计算,常规演奏条件下,按键次数可以达到3000~7000次㊂当这个乐谱被编译为可执行文件后,长度约为108K B y t e~252K B y t e㊂为了充分发挥机器人演奏的自由度,在 炫技 的条件下,每16㊃43㊃景德镇学院学报2023年乐句的按键次数可能超过20000次,此时,可执行文件的长度约为720K B y t e㊂这些数据量都在嵌入系统的控制范围内[14]㊂在表2中,除了时间戳和校验分段外,其他控制分段的定义如下:(1)动作琴键序号,控制该命令对应的琴键㊂在常规操作下,同一节拍下可能同时触发3~8个琴键,每个琴键有不同的触发力度和按压延迟,以实现两声部和弦控制㊂所有指令会被硬件部分的解码模块锁定在锁存器中,在时钟计数模块的触发下,这些指令会同时向执行机构释放电信号㊂(2)力度控制和辅助力度控制,用于控制弹簧片的张紧力度㊂在常规演奏下,辅助力度控制的步进电机动作并不频繁㊂这个控制过程也会在锁存器触发的情况下进行㊂(3)激发状态,控制提键电磁阀组㊂例如,当需要大力度弹性重击琴键时,提键电磁阀会在释放瞬间同时加电㊂这样,即使落下的击锤被弹簧片的高蓄力按下,也可以在触发琴键的同时被收回㊂在常规控制模式下,特别是在轻微力度控制下,提键电磁阀组,一般可以在两个节拍中间或者下一次触发之前进行提键操作㊂(4)命令种类与校验码联合控制命令的完整性㊂其中校验码运行在物理层,控制所有数据位的奇偶性;而命令种类运行在逻辑层,判断上述命令中的命令构成是否与命令种类给出的代码一致㊂3.2系统控制算法设计综合上述分析,在系统控制算法的设计中,该系统控制算法的神经网络共有12个双精度浮点变量(D o u b l e格式)输入,6个双精度浮点变量和1个逻辑型变量(L o g i c a l格式)输出,其数据流结构如图4所示㊂图4中,该神经网络计算模块在本质上是一个由外围变量控制的6列并行神经网络系统㊂外围控制变量为当前钢琴机械手控制中心点坐标及其目标坐标㊂6列并行神经网络的目标是从6个钢琴按键转动角度计算目标转动角度㊂而判断模块数据取自干预变量的降维模块输出量和6列并行神经网络模块的输出量㊂最终,输出一个二值化的L o g i c a l变量C h e c k㊂图4神经网络模块数据流图在图4中,神经网络模块共有3个表达形式㊂(1)降维模块的统计学意义是将6个三维直角坐标系数据信息充分保留㊂这意味着它需要有足够丰富的待回归变量用于保存数据信息㊂在不发生信息损失的前提下,它实现数据降维,将6个D o u b l e 型变量降维为1个D o u b l e型变量,且无数据损失㊂因此,它应采用待回归变量较为丰富且回归曲线细节较为丰富的多项式变量进行控制㊂其基函数如公式(1):Y=ðð5j=0A j X j i(1)式中:X i为输入变量的第i项;Y为节点输出变量; j为多项式阶数,该公式采用0至5阶多项式构成6个多项式项叠加的待回归函数;A j为第j项多项式的待回归系数㊂为增加降维模块的信息容纳能力,该模块应设计为5层,分别为6节点㊁17节点㊁31节点㊁13节点㊁3节点㊂(2)控制模块共有6个结构相同但数据相互独立的神经网络模块,其统计学意义是确定输入角度信息和输出角度信息的线性关系㊂每个模块都有2个D o u b l e型变量输入㊁1个D o u b l e型变量输出,因此,它应使用线性函数进行节点设计㊂其基函数应写作公式(2):Y=ðA㊃X i+B(2)式中:X i为输入变量的第i项;Y为节点输出变量; A㊁B为待回归系数㊂该模块的信息处理任务并不重,且数据损失量并不显著,所以为提高系统的运行效率,其隐藏层设计为2层,每层3个节点㊂(3)判断模块的统计学意义是判断上述数据处理过程是否合法,即是否有关节运动控制超限的问㊃53㊃第6期魏新宇:钢琴自动弹奏机械手系统及其控制算法设计题㊂它的输入量为7个D o u b l e型变量,输出量为1个L o g i c a l型变量㊂因此,它的节点函数应采用二值化函数进行节点设计,其基函数应写作公式(3):Y=ð1A㊃e X i+B(3)式中:X i为输入变量的第i项;Y为节点输出变量; A㊁B为待回归系数;e为自然常数,此处取近似值e =2.718281828㊂该过程无须考虑数据损失,仅做出数据合法性判断㊂考虑到系统运行效率,其隐藏层也应尽可能简化,将隐藏层设计为2层,分别为7节点和3节点㊂考虑到数据降维需求,将7个输入变量降维到1个输出变量㊂4演奏效果评价研究者邀请了50名音乐学院钢琴专业的四年级本科生和50名钢琴专业的资深老师,来实验室内感受该机器人的演奏过程㊂演奏的曲目包括‘小夜曲“‘天鹅湖“‘命运“和‘土耳其进行曲“等,这些乐曲都有不同的表现手法㊂演奏现场设在学校的排练中心乐池,这里具有音乐欣赏的基础隔音和混响环境[15]㊂演奏过程中并未使用电子扩音设备,而是使用立式钢琴直接原声演奏㊂研究者要求上述100名钢琴专业的评委根据他们的主观感受给出评价,满分10分,最差0分㊂评价结果如表3所示㊂表3演奏效果评价结果表比较项目音乐学院学生钢琴专业资深老师最低平均最高最低平均最高小夜曲7.68.529.38.28.859.6天鹅湖7.18.599.57.98.809.5命运4.77.138.25.87.948.7土耳其进行曲5.26.947.46.68.318.9在表3中可以看到,‘小夜曲“和‘天鹅湖“等乐谱的情感表达技巧相对简单;‘命运“的情感表达则需要提供更多的大力度演奏,但同时也需要考虑到钢琴本身的表现能力;‘土耳其进行曲“中快节奏乐句较多,对机器人的高速动作控制能力要求较强㊂在实际的主观感受中,两组评价者均认为机器人在演奏‘小夜曲“和‘天鹅湖“等乐谱时的表达能力超过在演奏‘命运“和‘土耳其进行曲“等乐谱时的表达能力㊂同时,在额外的调查中,50名音乐学院钢琴专业的四年级本科生中,有26人(占52%)认为该机器人的演奏技法达到或者超过他们自己的技法掌握程度㊂而在被邀请的50名专业资深钢琴教师中,有22人(占44%)表示该机器人的演奏水平达到了商业演出的标准㊂这些调查结果表明,尽管机器人演奏在情感表达上尚不健全,但已经可以得到较大比例听众的认可㊂5结论该研究的核心创新点在于对钢琴演奏机器人的机械手控制系统进行了机械控制㊁电磁控制和软件控制层面的综合设计,使其在钢琴演奏过程中的表现技法更为丰富,有效提升了钢琴演奏机器人演奏音乐的现场表现程度㊂由于研究条件的限制,本研究仅涉及了钢琴演奏机器人的机械和机械控制部分,仅从硬件控制角度进行钢琴弹奏机器人的控制升级,未涉及人工智能乐谱识别等人工智能功能㊂在后续的研究中,研究者将通过软件优化等技术路径,进一步提升机器人演奏的技法表达和感情的诠释能力,使其演奏效果得到进一步提升㊂参考文献:[1]人工智能解放双手,科技助力艺术传播[J].钢琴艺术, 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[N].中国艺术报,2018 05 07(4).[9]宋致.2017世界机器人大会:机器人的大狂欢[J].科学启蒙,2017(12):53,1 2.[10]赵悦.一种钢琴演奏机器人[J].机械制造与自动化, 2017,46(2):143 145.[11]黄承承.钢琴演奏自动评估系统开发与设计[J].自动化技术与应用,2020,39(9):151 154.㊃63㊃景德镇学院学报2023年[12]跨时空的变革:雅马哈自动演奏钢琴D i s k l a v i e r 帮考生圆梦[J ].钢琴艺术,2020(8):62 63.[13]雅马哈跨界钢琴将音乐带进每个家庭[J ].钢琴艺术,2020(5):62 63.[14]刘南.以听众视角聆听自我的新途径:论现代自动演奏钢琴复奏功能的应用[J ].南京艺术学院学报(音乐与表演),2018(4):147 151.[15]本刊+K L A S S I K OM 音乐资讯中心.施坦威全球典藏版系列钢琴与施坦威㊃S P I R I O 新悦高解析度自动演奏钢琴亮相中国(上海)国际乐器展[J ].音乐爱好者,2016(12):71.责任编辑:肖祖铭D e s i g n o f A u t o m a t i c P i a n o p l a y i n g M a n i p u l a t o r S y s t e m a n d I t s C o n t r o l A l go r i t h m W E I X i n yu (M u s i c T e c h n o l o g y D e p a r t m e n t ,S h e n y a n g C o n s e r v a t o r y O f M u s i c ,S h e n y a n g 110818,C h i n a )A b s t r a c t :B a s e d o n r o b o t c o n t r o l t h e o r y a n d p i a n o p l a y i n g t e c h n i q u e s ,i n t e g r a t e d d e s i g n o pt i m i z a t i o n o f a n a u t o m a t i c p i a n o p l a y i n g s y s t e m t h r o u g h m e c h a n i c a l ,e l e c t r o m a g n e t i c a n d s o f t w a r e c o n t r o l i s p r o p o s e d .A u t o m a t i c p i a n o p l a y i n g b y ro b o t s c a n b e r e a l i z e d b y d e s i g n i n g a k e y b o a r d h a mm e r i n g s y s t e m b a s e d o n c o n t r o l l a b l e f o r c e .T h e r e s u l t s o f t h e s t u d y s h o w t h a t 26o u t o f 50s e n i o r u n d e r g r a d u a t e s m a j o r i n g i n p i a n o a t t h e C o n s e r v a t o r y o f M u s i c f e l t t h a t t h e r o b o t 's p e r f o r m a n c e t e c h n i qu e w i t h a m a n i p u l a t o r p l a y i n g s y s t e mm e t o r e x c e e d e d t h e i r m a s t e r y o f t e c h n i q u e ,a c c o u n t i n g fo r 52%;24o u t o f 50p r o f e s s i o n a l s e n i o r p i a n o t e a c h e r s i n v i t e d b y t h e c o n c e r t h a l l c o n s i d e r e d t h a t t h e r o b o t 's p e r f o r m a n c e l e v e l w a s u p t o t h e s t a n d a r d o f c o mm e r c i a l p e r f o r m a n c e ,a c c o u n t i n g f o r 44%.T h e r e s u l t s s u g g e s t t h a t t h e r o b o t 's p e r f o r m a n c e c a n b e r e c o g n i z e d b y a l a r g e p e r c e n t a g e o f t h e a u d i e n c e ,a l t h o u g h i t i s n o t y e t s o u n d i n t e r m s o f e m o t i o n a l e x pr e s s i o n .K e y wo r d s :a u t o m a t i c c o n t r o l ;r o b o t p i a n o ;a u t o m a t i c p l a y i n g ;f o r c e c o n t r o l ;s u b j e c t i v e e v a l u a t i o n ㊃73㊃第6期 魏新宇:钢琴自动弹奏机械手系统及其控制算法设计。
钢琴击弦机工作原理
钢琴击弦机工作原理
钢琴是一种美妙的乐器，其独特的声音和优美的旋律深受人们
喜爱。
而钢琴的击弦机正是赋予其如此动人声音的关键组成部分之一。
本文将介绍钢琴击弦机的工作原理，帮助读者更好地理解这一
神奇的乐器。
钢琴的击弦机主要由琴弦、琴槌和撞击点组成。
当演奏者按下
琴键时，琴键会触发一个复杂的机械系统，这个系统将通过杠杆和
其他机械装置将力量传递到击弦机上。
这个力量会使得琴槌向琴弦
方向移动，最终撞击到琴弦上。
琴槌的撞击力量和速度决定了琴弦振动的幅度和频率，从而产
生不同音调的声音。
同时，撞击点的位置也会影响琴弦的振动方式，进而影响音色的表现。
这就是为什么钢琴能够产生如此丰富多彩的
声音。
除了上述的基本原理外，现代钢琴的击弦机还经过了许多技术
改进和创新。
例如，一些高端的钢琴采用了复合材料制造的琴槌，
以提高音色的表现和耐久性。
此外，一些电子琴还采用了电子传感
器来替代传统的击弦机构，从而实现更精确的音色控制和演奏技巧。
总的来说，钢琴的击弦机是一个精密而复杂的机械系统，通过精妙的设计和制造，使得演奏者能够通过琴键传递出丰富多彩的音乐。
希望本文能够帮助读者更好地理解钢琴击弦机的工作原理，从而更加欣赏这一古老而优雅的乐器。
自动伴奏的钢琴原理
自动伴奏的钢琴原理
自动伴奏钢琴的工作原理可概括如下:
1. 读取乐谱
光学识谱系统会自动扫描并识读印刷或手写的琴谱。
2. 音乐编辑
所识读的琴谱经过音乐编辑软件的转换处理,提取Playable音乐数据。
3. 自动播放
经过解译的音乐数据将传送到钢琴的自动弹奏系统。
4. 线性传动
弹奏系统利用电机驱动线性传动机构,带动钢琴键盘按键产生乐音。
5. 速度控制
传动系统具有位置和速度双闭环控制,可以灵活控制按键的力度与速度。
6. 踏板控制
电子控制的踏板可以实时变化效果,如延音等。
7. 音源合成
也有采用合成音源的电子合成方式产生音乐。
8. 节奏控制
音乐播放系统具有精确的节拍控制功能,确保速度正确。
9. 人机交互
液晶屏显示播放进度,弹键允许人工干预和控制。
自动伴奏钢琴利用光电机械一体化实现自动识谱和弹奏,是音乐教学的有益帮助。
智能化钢琴演奏系统设计与优化
智能化钢琴演奏系统设计与优化随着科技的不断发展，智能化产品越来越普及，智能化钢琴演奏系统也成为了钢琴爱好者们追求的目标。
智能化钢琴演奏系统通过结合音乐与科技，使钢琴演奏更加简单、高效和富有创意。
本文将介绍智能化钢琴演奏系统的设计与优化，以满足用户的需求和提升用户体验。
首先，智能化钢琴演奏系统的设计需要考虑钢琴演奏的基本原理和乐理知识。
钢琴演奏系统需要具备自动识谱能力，能够将谱曲转化为钢琴键盘上的音符。
通过一系列传感器和算法，系统能够实时地识别弹奏者的手指位置和力度，并将其转化为相应的钢琴音符。
设计系统时需要考虑不同乐器的音域和音色特点，从而能够准确地模拟出各种乐器的声音。
其次，智能化钢琴演奏系统的优化需要关注用户体验和演奏感受。
系统应该提供多种演奏模式，以适应各类用户的需求。
初学者可以选择自动演奏模式，通过简单的按键操作就能弹奏出优美的音乐。
高级用户可以选择自由演奏模式，利用系统提供的功能进行即兴创作和演奏。
此外，系统应该提供音乐教学功能，通过指导和乐谱展示帮助用户学习和提升钢琴演奏技巧。
通过不断的用户反馈和改进，优化系统的使用界面和交互方式，使用户能够更加便捷和愉悦地使用系统。
智能化钢琴演奏系统的设计与优化还需要考虑钢琴演奏的真实性和表现力。
系统应该能够准确地模拟出钢琴的声音和演奏技巧。
通过精确的采样和算法处理，系统能够还原钢琴的音色和共鸣效果。
同时，系统还应该提供各种效果和调节选项，以便用户根据自己的喜好进行个性化设置，如调节音量、音色、延音等。
系统还可以提供录制和回放功能，以便用户能够保存和分享自己的演奏作品。
除了基本的钢琴演奏功能外，智能化钢琴演奏系统还可以融合其他智能化技术，为用户提供更多的创作和演奏可能性。
例如，系统可以与智能设备进行互联，通过蓝牙或Wi-Fi无线连接，可以与智能手机、平板电脑等设备进行数据交互，实现更方便的操作和控制。
用户可以通过手机或平板电脑下载各类音乐曲谱，直接传输到钢琴演奏系统中，实现更加丰富多样的演奏。
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Find钢琴的自主弹奏原理
钢琴通过琴弦的震动来产生音源，传统钢琴通过人手敲击琴键来间接敲动琴弦，而find钢琴则通过其自身的自主弹奏系统来进行自动弹奏，达到不适用人手来敲打琴弦产生声音，钢琴有上千个零部件，主要由音源部分、键盘机械、踏瓣系统和外壳4个部分组成。
立式钢琴的规格以其背板高度划分，大致分为118cm、120cm、121cm、122cm、123cm、125cm、130cm、131cm、132cm等；重量从200～400公斤不等；音源部分是钢琴的发音体。
琴弦经过击发将振动传至音板而发出悦耳的音响。
弦列的长度、粗细、张力决定声音的振动基频产生丰富的泛音。
张弦部分应保持良好的音准稳定性和声学品质，通过调整弦轴可调音。
钢琴音域按国标标准自A2至C5，共88个琴键。
Find钢琴的自动弹奏主要是采用机电一体化，通过编程，让机械的琴弦与电脑程序相连，从而实现自主弹奏，钢琴在没有人操作的情况下自动演奏。
Find智慧钢琴这个功能，可以远程操控钢琴自动演奏，通过APP连接实现控制，不过首先Find钢琴要先通电，这款钢琴还有个很厉害的设计，就是弹对前进，当你弹错的时候，五线谱是停止的，只有弹的时候才会继续走谱，能有效的让练习者准确识读五线谱，提高练琴效率。
通过自动演奏系统、键盘采集系统或蓝牙等智能硬件或软件的安装，可以让钢琴自主弹奏和产生更弹的功能，FIND钢琴可以自动演奏，并且以音锤的机械方式，呈现出原汁原味的钢琴音乐。
在视觉上，透视的钢琴设计可以看到钢琴内部的音锤，宛如精致的机械腕表一样更带给人视觉上的享受。
从某种意义上讲，find的这款钢琴的自动弹奏系统具有着跨时代的意义。
他成功的将现代科技与传统乐器完美的结合在了一起，却并没有过度的改变他，智能钢琴不通电的话，它本身就是一台传统声学钢琴，
发声原理及弹奏触感、音色，都和传统钢琴没有区别。
当然，使用寿命也是一样的。
真正控制琴键去敲击琴弦，带动音板共鸣形成自动演奏。
Find里面有丰富的古典音乐资源、怀旧经典的金曲老歌以及当下流行音乐，而Find瀑布流跟弹功能是通过动态多媒体和满屏的瀑布流效果展现，超大屏幕可呈现和真钢琴键盘1:1 尺寸对应的多视角、全高清专业大师的内容讲解和教学辅助示范视频、乐谱，更可自动纠错、自动评分，自动入数据库。
这些都充分的说明了科技与传统的结合，现代互联网给世界的影响。