鼓點節奏練習與評測系統

樂羊羊

一、設計者介紹

黃羽鳴，12歲，畢業于南寧市逸夫小學，愛好是發明創造。

二、指導老師

陸俊達

三、設計故事

黃羽鳴很喜歡打架子鼓，平時都是在興趣班老師的指導下練習鼓點節奏。可當老師不在身邊時，他的練習效果就沒法評測了。于是，黃羽鳴希望發明一套鼓點節奏練習與評測系統，以便老師不在時也可以自行評測練習的效果。

四、作品意義

本作品可解決人們自學架子鼓時節奏評測難的問題，有助于音樂師資不足的地區開展音樂教學活動。

五、設計思路

利用開源的微控制器板，通過聲光信號來引導用戶學習正確的音樂節奏，即通過Arduino主控板來發送鼓點節奏的引導信號，記錄和比較學習者擊打節奏的時間值，然后經過計算分析得出打鼓節奏準確度的綜合評分。

六、需要材料

Arduino主控板、PM66 語音電路、4 位 LED 數碼顯示屏組件等。

七、科創過程

第一步：設計系統架構

作品的系統架構以Arduino主控板為核心，以外圍的LED燈和語音電路作為鼓點節奏提示設備，用擊鼓傳感器采集用戶擊打節奏的信號，用數碼顯示屏輸出最后的綜合評分。

指導老師陸俊達：這個系統架構可以滿足鼓點節奏練習和評測的基本要求，但音樂的節奏形式是多種多樣的，Arduino主控板無法處理一些復雜節奏和快節奏的音樂，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主控板作為系統的核心電路，是因其能通過各種各樣的傳感器來感知環境，并能通過控制燈光、馬達和其他裝置來反饋、影響環境。

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、微動開關、4位LED數碼顯示屏組件等。

PM66語音電路可將鼓聲、計時聲、人聲錄制進去，然后通過Arduino主控板發出指令，在適當的時候播放這些聲音，這樣整個系統就會變得更有趣好玩了。

擊鼓傳感器由兩個微動開關來實現，按下接通鍵后，便開始收集擊鼓數據;斷開則停止收集。擊鼓評測的結果，由4位LED數碼顯示屏來顯示，通過Arduino主控板發送指令、顯示分數。

指導老師陸俊達：目前，作品僅用一個數碼管顯示屏來負責評分的輸出，人機界面比較單調，對于低齡兒童缺乏足夠的吸引力，后續可以采用彩色的圖形液晶屏幕來改善人機界面的效果。

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，編譯成二進制文件，燒錄進微控制器。

指導老師陸俊達：作為一款開放源代碼的軟件，Arduino IDE界面友好、語法簡單，初學者較容易掌控。因此，黃羽鳴可以更加關注作品創意，更快完成項目，大大節約了時間成本。

第四步：設計與組裝外殼

作品的外殼用AutoCAD 2014設計，用5mm厚度的澳松板為搭建原料。黃羽鳴先用學?？葘嶒炇业募す馇懈顧C，將原料切割成合適的板材，再根據設計圖將板材組裝起來。

指導老師陸俊達：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、結構造型等方面仍需要優化設計，才能承受住用戶的各種擊打力度。

八、未來研究方向

1.增加自動更新作品內部節奏類型和調節速度的功能。目前作品只有一種示例—— 3/4 拍節奏類型，今后可以通過連接計算機，下載更多音樂節奏類型到設備內部;增加可調節速度的功能。

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，提高系統的趣味性和仿真性。

/欄目責編：黃 茜/