基于LabVIEW的多功能電子琴設(shè)計(jì)

黃俊華　劉富成

摘要：本文研究設(shè)計(jì)了一種基于LabVIEW的多功能電子琴，該虛擬電子琴有四個(gè)主要的功能：鼠標(biāo)點(diǎn)擊虛擬琴鍵演奏、鍵盤控制演奏、顯示電子琴譜和播放鋼琴曲，文中闡述了這四個(gè)功能的設(shè)計(jì)思路與編程實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：LabVIEW 電子琴多功能

引言

LabVIEW軟件是由美國國家儀器公司（NI）開發(fā)的一種功能強(qiáng)大的虛擬儀器和數(shù)據(jù)處理分析軟件，它采用圖形化的編程語言 G語言。LabVIEW采用數(shù)據(jù)流的編程方式，程序的執(zhí)行順序由數(shù)據(jù)流向決定，它自帶的函數(shù)庫可用于數(shù)據(jù)采集、串行設(shè)備的控制、數(shù)據(jù)分析和顯示等。

目前市場上的電子琴種類繁多、功能強(qiáng)大，但價(jià)格比較高昂，另外，電子琴的體積較大，占用空間較多，而利用LabVIEW編程設(shè)計(jì)的虛擬電子琴操作簡單、使用方便，不占用室內(nèi)空間，可在一定程度上滿足人們對音樂彈奏的需求，供人們娛樂。

一、電子琴概述

電子琴，又稱電子合成器，屬于電子樂器類，其發(fā)音音量可以自由調(diào)節(jié)，音域較寬，和聲多樣，表現(xiàn)力極其豐富。電子琴還可以模仿多種音色，甚至可以奏出常規(guī)樂器所無法發(fā)出的聲音（如合唱聲，風(fēng)雨聲等）。另外，電子琴在獨(dú)奏時(shí)，還可隨意配上類似打擊樂音響的節(jié)拍伴奏，適合于演奏節(jié)奏性較強(qiáng)的現(xiàn)代音樂。目前，電子琴主要分為玩具型電子琴、家庭型電子琴和演奏型電子琴。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文研究設(shè)計(jì)的基于LabVIEW的電子琴是由36個(gè)琴鍵所構(gòu)成，包含高音、由音低音的音階以及半音階，也就是人們常稱的白鍵和黑鍵。該設(shè)計(jì)滿足了人們對電子琴音階的基本需求，能演奏絕大多數(shù)的歌曲。

參考實(shí)際的電子琴的功能，擬設(shè)計(jì)的基于LabVIEW的電子琴由四個(gè)主要的功能模塊組成，它們分別是：虛擬電子琴鍵（鼠標(biāo)點(diǎn)擊）、虛擬電子琴鍵（鍵盤控制）、電子琴譜、播放鋼琴曲。根據(jù)設(shè)計(jì)的功能規(guī)劃，得到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖l所示。

根據(jù)設(shè)計(jì)的基于LabVIEW的電子琴的功能規(guī)劃，設(shè)計(jì)好后的電子琴的前面板如圖2所示。

由圖2可以看到，前面板的中間主體為琴譜;琴譜選擇、琴譜大小縮放、琴譜位置調(diào)整等功能位于琴譜的右側(cè);在前面板的左側(cè)，有結(jié)束Vl的“關(guān)機(jī)”鍵，還有選擇鋼琴曲、停止/播放鋼琴曲等功能鍵;虛擬電子琴鍵位于前面板的下方，一共由36個(gè)黑鍵與白鍵組成，包含了高音、中音、低音音階以及半音階。

如圖3所示為虛擬電子琴鍵的高音、中音、低音音階以及半音階的劃分示意。

1.鼠標(biāo)控制電子琴鍵模塊

鼠標(biāo)控制電子琴鍵模塊的功能是用戶可以通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊Vl前面板上的虛擬電子琴鍵獲得相應(yīng)琴鍵的聲音，實(shí)現(xiàn)電子琴發(fā)聲演奏的基本功能。虛擬電子琴鍵如圖3所示。

2.鍵盤控制電子琴鍵模塊

鍵盤控制電子琴鍵模塊的功能是用戶可以通過按鍵盤上指定的鍵來獲得電子琴相應(yīng)琴鍵的聲音，通過鍵盤實(shí)現(xiàn)電子琴發(fā)聲演奏的基本功能。通過鍵盤演奏，比通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊虛擬琴鍵演奏更與實(shí)際彈奏電子琴相似。

3.電子琴譜模塊

電子琴譜模塊的功能是為用戶提供琴譜，方便用戶彈奏時(shí)參考琴譜，也可以為用戶學(xué)習(xí)彈奏新的鋼琴曲提供便利，這是一項(xiàng)非常實(shí)用的功能。結(jié)合實(shí)際情況后，本文研究設(shè)計(jì)的電子琴譜模塊主要包括四個(gè)部分，分別是：琴譜展示窗口、琴譜選擇、琴譜大小縮放和調(diào)節(jié)琴譜位置。

4.播放鋼琴曲模塊

播放鋼琴曲模塊的主要功能是播放鋼琴曲，不僅可以為用戶學(xué)習(xí)鋼琴曲提供方便，而且可以提供娛樂、放松心情的途徑。在實(shí)際的電子琴中，一般均附帶該項(xiàng)功能。

我們設(shè)計(jì)的播放鋼琴曲模塊有三個(gè)功能，分別是：選擇鋼琴曲、播放歌曲指示燈、停止/播放鋼琴曲。

三、發(fā)布應(yīng)用程序

編寫完成多功能電子琴的程序后，用戶實(shí)際上并不希望程序只能在LabVIEW開發(fā)環(huán)境中運(yùn)行。一方面是由于LabVIEW開發(fā)環(huán)境比較昂貴，另一方面LabVIEW開發(fā)環(huán)境的安裝與運(yùn)行都是非常耗費(fèi)時(shí)間和計(jì)算機(jī)資源。許多家庭的計(jì)算機(jī)中可能并沒有安裝LabVIEW軟件，因此，應(yīng)該向用戶發(fā)布獨(dú)立的安裝包或可執(zhí)行文件。

生成獨(dú)立可執(zhí)行文件后，可以將可執(zhí)行文件和相關(guān)支持軟件（如LaloVIEW Run-Time引擎、儀器驅(qū)動等）打包在一起作為一個(gè)安裝程序發(fā)布，這樣就可避免讓用戶再麻煩地單獨(dú)安裝LabVIEW RunTime引擎或硬件驅(qū)動，安裝程序即常見的Setup文件。

四、結(jié)束語

本文研究設(shè)計(jì)了一種基于LabVIEW的由36個(gè)琴鍵組成的多功能電子琴，該電子琴除了可實(shí)現(xiàn)鍵盤彈奏外，還能夠選擇與顯示琴譜、選擇與播放鋼琴曲，為人們的練習(xí)電子琴提供了便利。然而，基于LabVIEW的電子琴與實(shí)際的電子琴相比仍然存在一定的差距，例如電子琴的音色相當(dāng)豐富，有鋼琴、多種弦樂、多種管樂、多種打擊樂音色，本次設(shè)計(jì)的虛擬電子琴只模仿了鋼琴的音色。

參考文獻(xiàn)

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