基于myDAQ的電子鼓設計與實現

沈冰夏，王宏偉

（北京信息科技大學信息與通信工程學院，100101）

基于myDAQ的電子鼓設計與實現

沈冰夏，王宏偉

（北京信息科技大學信息與通信工程學院，100101）

針對傳統實體架子鼓體積大、噪聲大、不便攜帶與練習等問題，采用NI myDAQ數據采集硬件平臺和LabVIEW圖形化編程語言設計并實現了一款便攜、美觀、使用簡單的電子鼓，系統包括音頻讀取模塊、數字采集模塊、音頻處理模塊、模擬輸出模塊，不僅可以實現電子鼓的基本演奏功能，用戶還可通過自定義演奏音效與節奏實現符合自己演奏習慣與風格的電子鼓。

數據采集；NI myDAQ；LabVIEW；電子鼓

0　引言

演奏用架子鼓通常體積較大、運送不便，練習起來音量大、擾民，對存放和練習場地都有較高的要求。相比而言，電子鼓具有極大的便攜與靜音優勢，鼓手只需要帶上一個手提包就可以隨時隨地完成練習與演奏。

NI myDAQ［1，2］是低成本的數據采集（DAQ）設備，通過USB與計算機相連，使用LabVIEW編程，具有模擬輸入 （AI）、音頻、電源、模擬輸出 （AO）、數字輸入/輸出（DIO）和數字萬用表 （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備，設計電子鼓硬件電路，通過LabVIEW編程進行音頻處理，實現了一款便攜、美觀、使用簡單的電子鼓。

1　系統設計

傳統架子鼓的結構組成包含一個使用腳踏敲擊的低音大鼓（Bass Drum，底鼓）、一個軍鼓、兩個或兩個以上嗵嗵鼓（Tom-Tom Drum）、一個或兩個吊镲（Crash Cymbal）、一個節奏镲（Ride Cymbal）和一個帶踏板的踩镲（Hi-Hat），電子鼓的硬件電路使用8個街機按鍵模擬架子鼓的擊打部分，使用myDAQ采集8個街機按鍵中所按下的鍵值，根據鍵值提取對應的鼓聲音效。系統依據常規演奏習慣內置了11種鼓聲音效，如表1所示，用戶還可依據自己的習慣自行添加其他音效。

表1　電子鼓音效

電子鼓的軟件設計包括音頻讀取模塊、數字采集模塊、音頻處理模塊以及模擬輸出模塊四部分，軟件設計流程如圖1所示。

圖1　軟件設計流程圖

（1）音頻讀取模塊。使用簡易讀取聲音文件VI將預置的11種鼓聲.wav音頻文件數據進行讀取，并存儲為波形數組。

（2）數字采集模塊。通過DAQmx創建通道VI定義NI myDAQ數據采集卡的8個數字輸入通道，在任務運行在開始狀況時，DAQmx開始任務VI進行按鍵數值采集，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，存儲為布爾型鍵值數組。

（3）音頻處理模塊。該模塊使用For循環、Case結構、移位寄存器等結構，依據數字采集模塊中生成的鍵值數組，提取出按鍵對應的波形數組，如果同時有多個按鍵按下，則對多種音效進行疊加運算。

（4）模擬輸出模塊。在模擬輸出過程中，重點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兩個條件決定，計算公式為：信號頻率=周期數×刷新率÷緩存中的點的個數。

最終實現的電子鼓如圖2所示，使用8種不同顏 色的街機按鈕模擬不同的鼓，經測試可依據自定義的鼓聲音效及延時進行演奏，鼓聲旋律清晰、節奏準確，既可實現單個按鍵鼓聲音效，也可模擬同時敲擊多個鼓的音效。音頻的輸出可以使用音箱外放，也可以連接耳機自行練習。

2　結束語

本系統綜合運用了myDAQ硬件采集設備及LabVIEW軟硬件編程方法，完整實現了一款攜帶方便、使用簡單、功能豐富的電子鼓，經測試系統運行穩定、演奏效果較好。

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

［2］ 譚志向， 張懿， 敬李，等. 基于myDAQ和LabVIEW的胎心音實驗系統［J］. 中國醫學物理學雜志， 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　電子鼓實物圖

TP_311

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