水滴乐器对自然音符演奏的科学艺术设计

1、水滴乐器对自然音符演奏的科学艺术设计关键词：水滴乐器 自然音符 艺术设计一、引言随着信息化时代的迅猛发展，给传统的经济发展提出了一系列新的问题，使用户需求下的个性化、品质化变得越来越突出。因此，让人们在休闲场所及酒店、广场等小区域空间享受到静态优雅环境的同时，也去体验由水滴乐器;演奏自然音符所带来的多维艺术的交叠美感，实现科技、艺术和自然生态的大融合。通过对乐器声学、自动控制、流体力学等相关理论的分析和制作材料的选择，依照对视觉空间和听觉空间的真实感受，综合多维艺术设计的宏观架构理念，提出了水滴乐器的设计思想和研制方案。对水滴乐器的结构、音质、音量、音域、音色等方面进行了科学测试和实验研究，使

2、其更具原生态的韵律和回归大自然的感觉。二、水滴乐器的科学艺术设计餐桌上要测试每位客人酒杯中的酒斟得是否一样多，经常采用的办法是：先将酒杯中的酒斟到大致相同的高度，然后用筷子敲击酒杯的边沿，声音一致则说明液面为同一高度，反之液面高度不同（见图1）。测试准确的前提条件是酒及酒杯的材料性质和几何条件要完全一致！同理，不同高度的液面就会敲击出不同的声音，可以形成音阶，奏出乐曲（见图2）。为保持液面的高度恒定，如图2在每个玻璃管的液面附近都留一个溢水口，使多余的水流出玻璃管以维持稳定的音阶。改变敲击方式，如果用自然的水滴来有节奏地敲击不同高度的自然水面（见图3），就会柔柔地演奏出乐曲，给出艺术的、生态的

3、、超自然的享受！下面我们从设计角度来简述水滴乐器的原理和功能。（一）两种形态设计：从不同的视角看，会发现其同时存在两种形态，一种是它的机械形态，另一种是它的声学形态。机械形态是按照机械学的理论构成的，这种形态也是乐器在物质世界的存在形态，是看得见、摸得着的（如图4）；而声学形态是按照声学理念所构成的，这种形态是乐器在思维领域的存在形态，看不见、摸不着，但是它是乐器的灵魂（如图5）。（二）结构设计：水滴乐器的科学艺术设计;是一种全新的设计理念，思路是通过选取透明材料制成的容器，使其液面高度不同，运用水滴敲击液面所发出的不同单线音构成音阶，要求其与自然声源发出的原生态单线音具有同样的声学效果（如图

4、3、图4）。（三）优质水滴设计：运用流体力学理论确定优质水滴形成的条件，要具有稳定一致的表面张力。辅以现代电子技术和计算机控制方法，使饱满、大小相同的优质水滴按照乐曲规定的时间及时有效地释放出来（如图3），同时要保证敲击液面时的一致性。多余的部分，通过溢水口快速排出。（四）控制系统设计：主控制系统采用以TI(T e x a sInstruments)的KeyStone多核数字处理器(DSP+ARM)为中央处理器的工业级计算机。水滴音乐控制系统采用总线控制方式，分为两个部分，即主控和分控。主控是对输入的音乐数据进行运算，把运算后的数据分成两部分分别传给分控和灯光控制系统。主控可以控制若干个分控系

5、统。主控通过USB、CANBUS、EtherNET、RS422和计算机交互数据。还有一个基于JA VA的跨平台的软件用来做人机交互，这样可以使主控几乎与所有的终端（手机、PDA、PC机、平板电脑等）进行数据交换。在主控内部可以集成GPRS、WCDMA移动互联网络系统，可以远程随时掌控设备。分控接收主控传来的数据，数据解码后分别控制电磁阀和灯光。三、水滴乐器的演奏过程在电脑的控制下，将一般乐曲的音效进行分解，使其对应不同的水滴按乐曲规定的时间敲击不同高度的液面以形成音乐。为了达到整体音乐效果的均衡，每个玻璃管口附近均设置一个音频信号采集装置，并将原始振动元的振动放大，从而加大音量（一级放大），最

6、终的音效合成结果即是一曲优美的乐曲。运用电脑解压音符，将自动控制水滴发声器的识别效果做到最好，尽量不要延迟，或者同步延迟，这样才能达到最佳效果。外观需要光源加以修饰，增强视觉冲击力，让环境具有原生态的视觉效应，具有大自然鸟语花香或梦幻森林的感觉。四、小结1选取某种材质设计制作出系列容器阵列以构成水滴乐器的发声主体。采用自动控制方法，完成在计算机控制下按照乐曲节奏形成有效水滴敲击液面，发出声音。2水滴乐器的声学构造是由不同的声学元所组成，在每一个液面附近均设置一个音频信号采集装置，它将原始振动元的振动信号采集并实现一级放大，从而加大乐器音量。3将采集放大的音频信号进行数字化合成，合成的结果即是一曲优美完整的音乐，最后再将整合结果进一步放大。参考文献：【1】罗兆麟，王俊梅，张辉.软体大提琴的6D设计.乐器，2016.1【2】乐器声学品质评价方法，中国标准出版社GB/T 31109-2014【3】王福云，宋磊.空间设计.化学工业出版社，2010.9【4】罗兆麟，铁梅，张辉.3D max &CorelDRAW在乐器设计中的应用研究.乐器，2016.2【5】罗兆麟，王利.以三原色为基底的笛卡尔色彩空间中的美术设计新规则.沈阳师范大学学报，2015.5【6】Richard C.Dorf,Robert H. Bishop 著，谢红卫译，现代