基于myDAQ的電子鼓設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

沈冰夏，王宏偉

（北京信息科技大學(xué)信息與通信工程學(xué)院，100101）

基于myDAQ的電子鼓設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

沈冰夏，王宏偉

（北京信息科技大學(xué)信息與通信工程學(xué)院，100101）

針對(duì)傳統(tǒng)實(shí)體架子鼓體積大、噪聲大、不便攜帶與練習(xí)等問(wèn)題，采用NI myDAQ數(shù)據(jù)采集硬件平臺(tái)和LabVIEW圖形化編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款便攜、美觀、使用簡(jiǎn)單的電子鼓，系統(tǒng)包括音頻讀取模塊、數(shù)字采集模塊、音頻處理模塊、模擬輸出模塊，不僅可以實(shí)現(xiàn)電子鼓的基本演奏功能，用戶還可通過(guò)自定義演奏音效與節(jié)奏實(shí)現(xiàn)符合自己演奏習(xí)慣與風(fēng)格的電子鼓。

數(shù)據(jù)采集；NI myDAQ；LabVIEW；電子鼓

0　引言

演奏用架子鼓通常體積較大、運(yùn)送不便，練習(xí)起來(lái)音量大、擾民，對(duì)存放和練習(xí)場(chǎng)地都有較高的要求。相比而言，電子鼓具有極大的便攜與靜音優(yōu)勢(shì)，鼓手只需要帶上一個(gè)手提包就可以隨時(shí)隨地完成練習(xí)與演奏。

NI myDAQ［1，2］是低成本的數(shù)據(jù)采集（DAQ）設(shè)備，通過(guò)USB與計(jì)算機(jī)相連，使用LabVIEW編程，具有模擬輸入 （AI）、音頻、電源、模擬輸出 （AO）、數(shù)字輸入/輸出（DIO）和數(shù)字萬(wàn)用表 （DMM）等硬件資源。本文以myDAQ作為電子鼓鍵值采集和音頻輸出設(shè)備，設(shè)計(jì)電子鼓硬件電路，通過(guò)LabVIEW編程進(jìn)行音頻處理，實(shí)現(xiàn)了一款便攜、美觀、使用簡(jiǎn)單的電子鼓。

1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)架子鼓的結(jié)構(gòu)組成包含一個(gè)使用腳踏敲擊的低音大鼓（Bass Drum，底鼓）、一個(gè)軍鼓、兩個(gè)或兩個(gè)以上嗵嗵鼓（Tom-Tom Drum）、一個(gè)或兩個(gè)吊镲（Crash Cymbal）、一個(gè)節(jié)奏镲（Ride Cymbal）和一個(gè)帶踏板的踩镲（Hi-Hat），電子鼓的硬件電路使用8個(gè)街機(jī)按鍵模擬架子鼓的擊打部分，使用myDAQ采集8個(gè)街機(jī)按鍵中所按下的鍵值，根據(jù)鍵值提取對(duì)應(yīng)的鼓聲音效。系統(tǒng)依據(jù)常規(guī)演奏習(xí)慣內(nèi)置了11種鼓聲音效，如表1所示，用戶還可依據(jù)自己的習(xí)慣自行添加其他音效。

表1　電子鼓音效

電子鼓的軟件設(shè)計(jì)包括音頻讀取模塊、數(shù)字采集模塊、音頻處理模塊以及模擬輸出模塊四部分，軟件設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1　軟件設(shè)計(jì)流程圖

（1）音頻讀取模塊。使用簡(jiǎn)易讀取聲音文件VI將預(yù)置的11種鼓聲.wav音頻文件數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，并存儲(chǔ)為波形數(shù)組。

（2）數(shù)字采集模塊。通過(guò)DAQmx創(chuàng)建通道VI定義NI myDAQ數(shù)據(jù)采集卡的8個(gè)數(shù)字輸入通道，在任務(wù)運(yùn)行在開(kāi)始狀況時(shí)，DAQmx開(kāi)始任務(wù)VI進(jìn)行按鍵數(shù)值采集，然后將采集到的鍵值輸出到DAQmx讀取VI，讀取電子鼓硬件電路的按鍵狀態(tài)，存儲(chǔ)為布爾型鍵值數(shù)組。

（3）音頻處理模塊。該模塊使用For循環(huán)、Case結(jié)構(gòu)、移位寄存器等結(jié)構(gòu)，依據(jù)數(shù)字采集模塊中生成的鍵值數(shù)組，提取出按鍵對(duì)應(yīng)的波形數(shù)組，如果同時(shí)有多個(gè)按鍵按下，則對(duì)多種音效進(jìn)行疊加運(yùn)算。

（4）模擬輸出模塊。在模擬輸出過(guò)程中，重點(diǎn)是確定輸出波形的頻率，它由更新率和緩存中波形的周期數(shù)兩個(gè)條件決定，計(jì)算公式為：信號(hào)頻率=周期數(shù)×刷新率÷緩存中的點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

最終實(shí)現(xiàn)的電子鼓如圖2所示，使用8種不同顏 色的街機(jī)按鈕模擬不同的鼓，經(jīng)測(cè)試可依據(jù)自定義的鼓聲音效及延時(shí)進(jìn)行演奏，鼓聲旋律清晰、節(jié)奏準(zhǔn)確，既可實(shí)現(xiàn)單個(gè)按鍵鼓聲音效，也可模擬同時(shí)敲擊多個(gè)鼓的音效。音頻的輸出可以使用音箱外放，也可以連接耳機(jī)自行練習(xí)。

2　結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)綜合運(yùn)用了myDAQ硬件采集設(shè)備及LabVIEW軟硬件編程方法，完整實(shí)現(xiàn)了一款攜帶方便、使用簡(jiǎn)單、功能豐富的電子鼓，經(jīng)測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、演奏效果較好。

［1］ 美國(guó)國(guó)家儀器有限公司（NI）. myDAQ 使用手冊(cè)中文［EB/ OL］.http：//www.ni.com/.

［2］ 譚志向， 張懿， 敬李，等. 基于myDAQ和LabVIEW的胎心音實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)［J］. 中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志， 2014， 31（2）.

Design and Realization of Electronic Drum Based on myDAQ

Shen Bingxia，Wang Hongwei
（School of Information and Communication Engineering，Beijing Information Science and Technology University，Beijing 100101，China）

Regarding the issue of traditional drums entity bulky， noisy，inconvenient to carry and practice，this paper designed and realized an electronic drum which is portable，aesthetic，easy to use.The system based on NI myDAQ and LabVIEW，consisted of audio reading module，data acquisition module，audio processing module and analog ouput module.The system not only achieve the basic functions of the electronic drum playing， but also the user could customize the sound and rhythm to meet their habits and style.

Data Acquisition；NI myDAQ；LabVIEW；electronic drum

圖2　電子鼓實(shí)物圖

TP_311

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