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中企时代:音律控制变频调速技术在音乐喷泉中的应用

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中企时代喷泉10月18日号讯:


针对音乐喷泉的造型变化(喷水扬程)不能很好的跟随音乐节奏感的变化的难题,介绍了变频器在音乐喷泉系统中的变频调速应用,主要阐述了模拟人体听觉感受的音乐节奏感信号的获取方法及用其控制变频器的调速和控制音乐喷泉造型的过程。

1 引言
音乐喷泉的造型(喷水扬程)应跟随音乐节奏的变化而起伏变化,这样能给人一种合谐的音乐感受。但在实际应用中许多音乐喷泉的造型变化是按照固定的程序规律控制其变化的,缺乏音乐节奏感,出现与音乐节奏不合谐的现象。本文介绍一种用变频器调速控制的音乐喷泉系统,这种音乐喷泉的造型是用音乐节奏的变化来控制的,随着音乐节奏强弱的变化喷泉的造型起伏变幻,具有十分明显的音乐节奏感。
2 喷泉系统的组成与工作原理
喷泉系统主要由“音乐节奏感”转换电路,调速变频器和电动机(水泵)等组成。如图1所示,“音乐节奏感”转换电路将音乐信号的节奏变化转换成控制变频器调速的模拟输入电压变化,用其控制变频器的运转频率,实现用音乐节奏的变化控制音乐喷泉的造型变化。
2.1 “音乐节奏感”转换电路
“音乐节奏感”转换电路将音乐信号的节奏变化转换成电压变化,用电压变化控制变频器的输出频率变化,实现对水泵电机的变频调速控制。
(1) 人体听觉系统对音乐的感受规律
人体的听觉系统对音频信号的感受程度是随频率而变化的,频率越高听觉灵敏度越高,听觉阀值越低,频率越低听觉灵敏度越低,听觉阀值越高。人体的这种听觉感受如图2所示。
(2) 模拟人体听觉感受的“音乐节奏感”信号的获取方法
停听觉阀值曲线上可以看出人体听觉对音乐节奏强弱的感受主要是由音乐信号的频率决定的,因此对音乐信号进行频率/电压(V/F)转换可获得一个电压信号Vf,它的变化是由音乐信号的频率f控制的,随着频率f的增高音乐节奏感增强,Vf电压的幅度增大,Vf电压的这种变化已接近听觉系统对音乐节奏强弱变化的感受,所以可以用Vf电压近似的做为“音乐节奏感”信号。V/F转换电路的特性曲线如图3所示,电压Vf与音乐频率f之间的关系。
(3) 对音乐节奏感信号的修正
只考虑了音乐信号的频率变化,并没有考虑音乐信号的幅度变化,所以不能十分正确的模拟人的听觉系统对音乐节奏强弱变化的感受,为了获得与人的听觉感受更加接近的“音乐节奏感”信号,可以用音乐信号的幅度Vif与该信号频率所对应的听觉阀值Vnf之比做为权系数,对式(1)所表示的“音乐节奏感”信号Vif进行进一步的修正,将式(1)修正后得:
2.2 变频器的调速控制
用“音乐节奏感”的变化信号做为变频器的模拟输入电压控制变频器的输出频率变化。如图5所示,变频器的输出频率F与“音乐节奏感”信号Vf之间成线性关系[1],可用线性方程式表达:
2.3 喷泉造型(水泵扬程H)与变频器输出频率F的关系
可见喷泉造型(扬程)是受音乐信号控制的,图4中图d是喷泉扬程变化曲线,可以看出用变频器进行调速控制的音乐喷泉其造型变化很好的跟随着音乐节奏的变化。
3 结论
变频器无极调速的优点能比较好的满足音乐喷泉的调速要求,用变频器调速控制喷泉的造型,能使造型跟随“音乐节奏感”的变化产生十分明显的变化,因此变频器在音乐喷泉系统中的应用具有实际推广意义。

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来源:http://www.bjyypq.com/knowledge/2016-10-18/1387.html