一种具有自动调音功能的机械臂调音器

作者:李周航; 刊名:科技传播 上传者:万贤风

【摘要】随着电子信息与通信技术的发展,数字音频、多媒体通信等数字音频处理技术在社会上得到了越来越多的应用。在乐器方面,譬如小提琴、大提琴、贝斯、古筝和吉他等乐器也被越来越多的人所关注。调音器是这些乐器使用时不可或缺的一个设备,而目前市面上的乐器调音器的种类不多,且其实用性和准确性都存在一些问题,各项技术有待提高。因此,文章在目前现有的调音器的基础上,设计了一款具有自动调音功能的机械臂调音器。

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在提琴、吉他等大多乐器的使用中,为了保证可以完美的发挥出乐器本身的性能,需要对乐器的音准进行校准。然而某些初学者在并未习得调音技能的情况下进行调音时会存在音准不准、力度不适等方面的问题。因此,设计出具有自动调音功能的调音器是十分必要的,可自动调音的调音器便可以有效的解决上述问题。本文首先介绍了自动调音器的相关概念,目前市场上的调音器所具备的特点以及存在的问题,并在此基础上设计了一款可应用于提琴系列和吉他系列的具有自动调音功能的机械臂调音器。1设计背景[1]数字音频技术于20世纪60年代出现,加之电子信息以及通信技术的快速发展,音频、多媒体和广播等数字音频处理技术在当今社会中取得了广泛的应用,人们日常生活受此影响也越来越深远。一般情况下,人的耳朵接听到的声音是模拟信号,而音频信号需要经过采样编码、量化等一系列的数字化处理才能变成数字信号,紧接着再把数字化处理后得到的数字信号还原成人耳可以听见的模拟信号,最后再把模拟信号转换成声音。目前数字音频技术可以用在乐器调音、数字音响设备、多媒体、广播节目制作系统、数字化广播电视等方面。而调音器作为数字音频技术的一个应用,被广泛地应用在人们在日常生活中。现在市场上除了少数比较高端的调音器是将振动原理和声音原理配合起来进行调音外,大部分的调音器都是基于振动原理来设计的。另外,还有一种调音方式就是手机调音,通过在手机上下载调音软件,使声音由空气传播到手机自带的麦克风里面,然后利用我们提前下载的软件来对接收到的声音的音调进行分析和调节,从而达到调音的目的。利用软件调音的优点是十分方便,因为我们的手机几乎每时每刻都在我们的身边;但其也有缺点,倘若我们身处于嘈杂的环境中,传到手机中的声音除了乐器发出的声音外还有其余杂音,乐器发出的声音与这些杂音一起经由手机软件分析,那么杂音中的音调势必会对调音的结果造成影响,进而使得调音结果会不精准;同样的,当手机的麦克风接收到了人说话的声音时,也会对最终的调节结果造成影响。调音器可以分析输入至其中的声音信号,分析出声音信号的声调,然后有效的实现乐器的调音。平时最常见的吉他调音器,该调音器是通过振动原理来达到调音的目的的[2]:首先在吉他的琴头夹上调音器,让调音器感受琴弦的振动。然而目前用于其他乐器的调音器还不是像吉他条一起一样常见,因此对其他乐器的调音器的设计、或者可以让多种乐器共同使用的调音器的设计是十分必要的。2基本概念2.1调音器和自动调音器调音器是一种乐器辅助工具,主要指电子调音器,用于各种弦乐器的调音,包括小提琴调音器、大提琴调音器、贝斯调音器、吉他调音器、古筝调音器和尤克里里调音器等。而自动调音器是指不需要人手动操作调弦,调音的整个过程仅由自动调音器来自动完成的调音器。2.2机械臂[3]简单来说,机械臂就是一个高精度的机器手。实际上,机械臂是一个复杂系统。这个系统中存在一些不确定性,例如外界干扰、参数摄动、未建模动态等,这些不确定性造成了机械臂的建模模型也同样有不确定性。机械臂在面对不同的工作任务时需要特定的针对该工作情况单独的规划关节空间的运动轨迹。机械臂有非结构不确定性和结构不确定性这两种不确定性。前者是由外界干扰、测量时的噪声等因素引起的;后者是由建模的模型本身引起的,有未建模动态和参数不确定性两种。最近,由于机器人技术也得到了快速的发展,具有高精度、高负载自重比特性的机器人结构收到了很多的关注。在机械臂的运动过程中,关节和连杆的柔性效应造成了执行任务的精度的降低[4]。因此在设计机械臂时,其柔性特性也要考虑进去。而柔性的机械臂[5]是一个非常复杂的动力学系统,也是一

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