樂羊羊

一、設(shè)計(jì)者介紹

黃羽鳴，12歲，畢業(yè)于南寧市逸夫小學(xué)，愛好是發(fā)明創(chuàng)造。

二、指導(dǎo)老師

陸俊達(dá)

三、設(shè)計(jì)故事

黃羽鳴很喜歡打架子鼓，平時(shí)都是在興趣班老師的指導(dǎo)下練習(xí)鼓點(diǎn)節(jié)奏。可當(dāng)老師不在身邊時(shí)，他的練習(xí)效果就沒法評(píng)測了。于是，黃羽鳴希望發(fā)明一套鼓點(diǎn)節(jié)奏練習(xí)與評(píng)測系統(tǒng)，以便老師不在時(shí)也可以自行評(píng)測練習(xí)的效果。

四、作品意義

本作品可解決人們自學(xué)架子鼓時(shí)節(jié)奏評(píng)測難的問題，有助于音樂師資不足的地區(qū)開展音樂教學(xué)活動(dòng)。

五、設(shè)計(jì)思路

利用開源的微控制器板，通過聲光信號(hào)來引導(dǎo)用戶學(xué)習(xí)正確的音樂節(jié)奏，即通過Arduino主控板來發(fā)送鼓點(diǎn)節(jié)奏的引導(dǎo)信號(hào)，記錄和比較學(xué)習(xí)者擊打節(jié)奏的時(shí)間值，然后經(jīng)過計(jì)算分析得出打鼓節(jié)奏準(zhǔn)確度的綜合評(píng)分。

六、需要材料

Arduino主控板、PM66 語音電路、4 位 LED 數(shù)碼顯示屏組件等。

七、科創(chuàng)過程

第一步：設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)

作品的系統(tǒng)架構(gòu)以Arduino主控板為核心，以外圍的LED燈和語音電路作為鼓點(diǎn)節(jié)奏提示設(shè)備，用擊鼓傳感器采集用戶擊打節(jié)奏的信號(hào)，用數(shù)碼顯示屏輸出最后的綜合評(píng)分。

指導(dǎo)老師陸俊達(dá)：這個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)可以滿足鼓點(diǎn)節(jié)奏練習(xí)和評(píng)測的基本要求，但音樂的節(jié)奏形式是多種多樣的，Arduino主控板無法處理一些復(fù)雜節(jié)奏和快節(jié)奏的音樂，因此，若能采用32位的ARM7處理器作為主控制器，效果會(huì)更好。

第二步：部件選型

黃羽鳴選擇開源的Arduino主控板作為系統(tǒng)的核心電路，是因其能通過各種各樣的傳感器來感知環(huán)境，并能通過控制燈光、馬達(dá)和其他裝置來反饋、影響環(huán)境。

為了提高作品的趣味性，黃羽鳴還在老師的推薦下使用了PM66語音電路、微動(dòng)開關(guān)、4位LED數(shù)碼顯示屏組件等。

PM66語音電路可將鼓聲、計(jì)時(shí)聲、人聲錄制進(jìn)去，然后通過Arduino主控板發(fā)出指令，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候播放這些聲音，這樣整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)變得更有趣好玩了。

擊鼓傳感器由兩個(gè)微動(dòng)開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，按下接通鍵后，便開始收集擊鼓數(shù)據(jù);斷開則停止收集。擊鼓評(píng)測的結(jié)果，由4位LED數(shù)碼顯示屏來顯示，通過Arduino主控板發(fā)送指令、顯示分?jǐn)?shù)。

指導(dǎo)老師陸俊達(dá)：目前，作品僅用一個(gè)數(shù)碼管顯示屏來負(fù)責(zé)評(píng)分的輸出，人機(jī)界面比較單調(diào)，對(duì)于低齡兒童缺乏足夠的吸引力，后續(xù)可以采用彩色的圖形液晶屏幕來改善人機(jī)界面的效果。

第三步：編寫代碼，燒錄固件

作品的軟件編寫與固件編譯下載，均使用與Arduino 主控板配套的Arduino IDE。主控板上的微控制器可以通過Arduino的編程語言來編寫程序，編譯成二進(jìn)制文件，燒錄進(jìn)微控制器。

指導(dǎo)老師陸俊達(dá)：作為一款開放源代碼的軟件，Arduino IDE界面友好、語法簡單，初學(xué)者較容易掌控。因此，黃羽鳴可以更加關(guān)注作品創(chuàng)意，更快完成項(xiàng)目，大大節(jié)約了時(shí)間成本。

第四步：設(shè)計(jì)與組裝外殼

作品的外殼用AutoCAD 2014設(shè)計(jì)，用5mm厚度的澳松板為搭建原料。黃羽鳴先用學(xué)?？葘?shí)驗(yàn)室的激光切割機(jī)，將原料切割成合適的板材，再根據(jù)設(shè)計(jì)圖將板材組裝起來。

指導(dǎo)老師陸俊達(dá)：澳松板雖然有一定的硬度，但容易受潮變形，所以，要想使作品更可靠，在外殼選材、結(jié)構(gòu)造型等方面仍需要優(yōu)化設(shè)計(jì)，才能承受住用戶的各種擊打力度。

八、未來研究方向

1.增加自動(dòng)更新作品內(nèi)部節(jié)奏類型和調(diào)節(jié)速度的功能。目前作品只有一種示例—— 3/4 拍節(jié)奏類型，今后可以通過連接計(jì)算機(jī)，下載更多音樂節(jié)奏類型到設(shè)備內(nèi)部;增加可調(diào)節(jié)速度的功能。

2.增加音色。目前作品只包含了底鼓和軍鼓兩種音色，今后可以增加更多樂器的音色，如不同類型的鼓及镲、鑼等，提高系統(tǒng)的趣味性和仿真性。

/欄目責(zé)編：黃 茜/