多通道多种传感器立体采样钢琴质量分析仪制造技术

一种多通道多种传感器立体采样钢琴质量分析仪，包括一个驻极体拾音器和三个吸盘式压电陶瓷拾音器，驻极体拾音器设置在中央空中，通过前置放大器和模拟信号调理电路后与ADC模数变换电路的输入端连接；三个该吸盘式压电陶瓷拾音器分别吸附在钢琴的左侧板、右侧板和后侧板上，分别通过模拟信号调理电路后与ADC模数变换电路的不同输入端连接；ADC模数变换电路的输出端依次通过FPGA数据采集电路和USB高速数据传输电路后与计算机的输入接口连接。优点是：采用不同类型的拾音器，通过四个通道不同位置立体高速采样。能够快速准确地检测钢琴各琴键基波的音准和各谐波的频率和强度，与优质钢琴的建模数据比较，从而综合判断钢琴的质量。

【技术实现步骤摘要】
多通道多种传感器立体采样钢琴质量分析仪
本专利技术涉及一种多通道多种传感器立体采样钢琴质量分析仪，主要用于对钢琴质量(包括音准和音色)的测量和分析。
技术介绍
普通钢琴由外壳、键盘机械、共鸣盘(张弦总成)和踏瓣机械组成。钢琴的音源主要来自以下三大部分：①弦列部分—由低、中、高音区的220根左右琴弦组成；②共鸣系统—主要包括共鸣体和振波传导结构，共鸣辅助结构三部分：如音板，弦码，音板框，肋木等零件；③结构支撑定位系统—主要包括：背架，弦轴板，弦轴铁板等零部件，其中铁板还被认为具有共鸣特性。音源的三部分是一个综合弹性体，共同决定了钢琴的音准和音色即质量，由于这个综合弹性体本身内应力很大，每根琴弦的平均张力约90公斤，整台钢琴的总张力达20吨左右，一方面在不断地振动发声，同时会受到温度、湿度、气压等影响，所以钢琴的音律和音质还是处于不断的变化之中。这种变化如果不定期进行规范和校正，任其变化，将会使整台钢琴处于混乱状态。钢琴产品检测依据中华人民共和国国家推荐性标准GB/T10159—2015，判定一台钢琴产品的合格与否，是产品经检测后，依据标准中的14个判定项(重要指标)，凡存在3个或3个以上指标超标的，即判定该产品为不合格。普通钢琴都是88个琴键，其中白键52个，黑键36个。第1号键是大字二组的A，即A2。第88号键是小字五组的c，即c5。发音频率范围从最低音第1号键的27.5Hz到第88号键最高音4186.01Hz。钢琴的基准音是第49号键，小字一组的a音，即a1＝440Hz。现代钢琴都是按国际通行的12平均律规则设计，12平均律的音阶关系是按半音频率比值1.0594631呈阶梯状递增或递减。现代钢琴的弦列一般都是采用低音与中、高音交叉排列，并且按单、双、三弦组分列成88组。弦列区分为裸弦、单层缠弦和双层缠弦。铜丝缠弦一般用于低音区和低音区与中音区的交界处。裸弦用于中音和高音区。钢琴一般使用一段时间(2-3个月)就会失准，就需要请调律师调整一次，一方面价格不菲，另一方面调律师的水平参差不齐，仅凭他个人的经验调出的结果相差悬殊。钢琴音准测量系统或钢琴调律设备一般采用单一检测位置，通过单通道传输音频信号，存在测量的信号误差大而导致调音不准的问题
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种多通道多种传感器立体采样钢琴质量分析仪，以解决现有技术存在的只能单点测量和基音频率测不准并且无法测谐波频率和幅度的问题。本专利技术的技术方案是：一种多通道多种传感器立体采样钢琴质量分析仪，其特征在于，包括一个驻极体拾音器和三个吸盘式压电陶瓷拾音器，该驻极体拾音器设置在钢琴中央上方的空中，并通过前置放大器和模拟信号调理电路后与ADC模数变换电路的输入端连接；三个该吸盘式压电陶瓷拾音器分别吸附在钢琴的左侧板、右侧板和后侧板上，并分别通过对应的模拟信号调理电路后与该ADC模数变换电路的不同输入端连接；该ADC模数变换电路的输出端依次通过FPGA数据采集电路和USB高速数据传输电路后与计算机的输入接口连接。本专利技术的优点是：采用不同类型的拾音器，通过四个通道不同位置立体高速采样。经过实验验证，该仪器能够快速准确地检测钢琴各琴键基波的音准和各谐波的频率和强度，然后与优质钢琴的建模数据比较，从而综合判断钢琴的质量。借助友好的用户界面，使钢琴演奏者比较容易判断钢琴是否需要调律是否有其他质量问题，可以作为调律师的的助手，大大提高了调整效率。也可作为钢琴生产厂家和销售商判断钢琴是否合格的标准。附图说明图1是本专利技术的整体结构框图；图2是图1中驻极体拾音器的前置放大器和模拟信号调理电路的原理图；图3是图1中三路压电陶瓷体拾音器的调理电路的原理图；图4是图1中ADC模数转换电路的原理图；图5是图1中FPGA数据采集电路的原理图；图6是图1中USB高速数据传输电路的原理图。注：图4-图6的电路图为了清晰地显示线条和符号，进行了适当地放大，每一图号上面的电路图可能不在一页上，但是在同一图号上面的各部分电路之间有表示连接关系的字母或数字，仍为一个单元的电路图。具体实施方式参见图1-图6，本专利技术一种多通道多种传感器立体采样钢琴质量分析仪，其特征在于，包括一个驻极体拾音器a和三个吸盘式压电陶瓷拾音器b，该驻极体拾音器a设置在钢琴中央的上方空中，并通过前置放大器c和模拟信号调理电路后与第一路的ADC模数变换电路的输入端连接。三个该吸盘式压电陶瓷拾音器b分别吸附在钢琴的左侧板、右侧板和后侧板上，并分别通过对应的(第2-4路模拟信号调理电路后与该ADC模数变换电路的输入接口连接；该ADC模数变换电路的输出端依次通过FPGA数据采集电路和USB高速数据传输电路后与计算机的输入接口连接。驻极体拾音器a需要前置放大器MAX9812进行预放大处理，之后的信号送入模拟信号调理电路(即ADC驱动级运放)进行调理，转变为可以直接被ADC采集的合适的信号。压电陶瓷拾音器b输出的信号不需要前置放大电路，而直接接入后面的调理电路即可。模拟信号调理电路采用高集成度的运放，大大简化了电路结构。ADC采集转换电路采用四通道HMCAD1511集成电路，小尺寸结构大大降低了线路板的面积及成本；其输出采用LVDS(低电压差分信号)差分对形式，这保障了其高速性，低功耗性及信号完整性。HMCAD1520是一款高分辨率、高速、高性能、低功耗模数转换器(ADC)，分辨率可达14位，最高采样率每秒1G次，在四通道模式和精密模式下，任意输入都可分配至任意ADC通道。内部低抖动可编程时钟分频器使得针对所有工作模式采用单个时钟源成为可能。HMCAD1520基于专利结构，采用内部基准电压源电路、串行控制接口和串行LVDS输出数据。数据和帧同步时钟用于接收机的数据捕捉。针对每一个ADC可单独设置内部数字精调增益，以便校准增益误差。通过串行控制接口(SPI)，可向ADC施加各种模式和配置设置。每个通道都可独立关断，并且输出数据格式可通过此接口选择。可使用单个外部引脚设置全芯片空闲模式。寄存器设置决定了此引脚的确切功能。FPGA数据采集电路主要实现了ADC数据的接收/存储/转发至USB高速数据传输电路，具有承上启下的重要作用，将FPGA作为微处理器CY7C68013的外设，由CY7C68013对其编程，这样实现了FPGA程序的远程升级，选用现场可编程门阵列-芯片使设计非常方便，它可以根据需要随意调整引脚位置，这完全得益于其强大的现场可编程特性，大大简化了PCB设计的难度，帮助设计者更快速的完成设计。本专利技术使用的FPGA为XC6SLX16集成电路。FPGA(Field－ProgrammableGateArray)，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA采用了逻辑单元阵列LCA(LogicCellArray)这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB(ConfigurableLogicBlock)、输出输入模块IOB(InputOutputBlock)和内部连线(Interconnect)三个部分。现场可编程门阵列(FPGA)是可编程器件，与传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多通道多种传感器立体采样钢琴质量分析仪，其特征在于，包括一个驻极体拾音器和三个吸盘式压电陶瓷拾音器，该驻极体拾音器设置在钢琴中央的上方空中，并通过前置放大器和模拟信号调理电路后与ADC模数变换电路的输入端连接；三个该吸盘式压电陶瓷拾音器分别吸附在钢琴的左侧板、右侧板和后侧板上，并分别通过对应的模拟信号调理电路后与该ADC模数变换电路的不同输入端连接；该ADC模数变换电路的输出端依次通过FPGA数据采集电路和USB高速数据传输电路后与计算机的输入接口连接。

【技术特征摘要】
1.一种多通道多种传感器立体采样钢琴质量分析仪，其特征在于，包括一个驻极体拾音器和三个吸盘式压电陶瓷拾音器，该驻极体拾音器设置在钢琴中央的上方空中，并通过前置放大器和模拟信号调理电路后与ADC模数变换电路的输入端连接；三个该吸盘式压电陶瓷拾音器分别吸附在钢琴的左侧板、右侧板和后侧板上，并分别通过对应的模拟信号调理电路后与该ADC模数变换电路的不同输入端连接；该ADC模数变换电路的输出端依次通过FPGA数据采集电路和USB高速数据传输电路后与计算机的输入接口连接。2.根据权利要求1所述的多通道多种传感器立体...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝家栋，
申请(专利权)人：郝家栋，
类型：发明
国别省市：山东,37