王 玉

(1.同濟(jì)大學(xué) 設(shè)計(jì)創(chuàng)意學(xué)院，上海 200092；2.上海視覺藝術(shù)學(xué)院 流行音樂舞蹈學(xué)院，上海 201620)

1 研究背景

樂器新媒體化是音樂科技創(chuàng)新設(shè)計(jì)的重要研究方向之一.新媒體交互設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)樂器的創(chuàng)新融合愈加常見.在音樂表演領(lǐng)域，這種融合與表演形式的創(chuàng)新相互激勵(lì)，“樂器作為音樂家身體的延伸”的概念得到了新的詮釋，拓展了傳統(tǒng)樂器的表現(xiàn)形式.例如，美國麻省理工大學(xué)媒體實(shí)驗(yàn)室的研究人員將音樂家Jacob Collier的音樂視頻作品轉(zhuǎn)換成了“一人樂隊(duì)”的演出形式，并為其開發(fā)了名為“人聲和聲器”(Vocal Harmonizer)的電子鍵盤樂器——這些工作增強(qiáng)了音樂家演出的原創(chuàng)性和魅力.新媒體樂器往往作為特殊的、實(shí)驗(yàn)性的樂器出現(xiàn).它的設(shè)計(jì)既要吸取現(xiàn)有樂器設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，又要適當(dāng)利用新媒體技術(shù)的各種特性.Essl[1]于2006年提出了一套設(shè)計(jì)新實(shí)體樂器的框架與方法，該研究初步探索了觸覺等多個(gè)感覺通道在樂器設(shè)計(jì)中的工作機(jī)制.在此基礎(chǔ)上，不同的研究者嘗試探索并設(shè)計(jì)了新的樂器及樂器的交互模式，例如Lauren[2]研究并發(fā)展一種了增強(qiáng)型樂器(混合鋼琴)，通過探索多模態(tài)和觸覺反饋的概念，將演奏視為感知引導(dǎo)的行為，以提高演奏者的體驗(yàn).He等[3]利用物理手勢采集系統(tǒng)對古琴的左手演奏技術(shù)進(jìn)行分類，探索了古琴的交互模式.曾令筏等[4]探索了一種基于光學(xué)隧穿效應(yīng)的新型拾音器方案.Brazil[5]從人機(jī)交互的角度探索了聲音交互設(shè)計(jì)的方法.這些工作啟發(fā)更多學(xué)者開展新媒體樂器的交互設(shè)計(jì)與研發(fā)工作[6].

對研究領(lǐng)域內(nèi)的文獻(xiàn)調(diào)研表明，對于電子樂器的新媒體交互化和人工智能化值得進(jìn)行深入地探索.國內(nèi)的李復(fù)斌、陳宬等論述過民族樂器改革的必要性及目前的改良現(xiàn)狀.對于部分民族樂器的工作原理和電聲化改造的研究已有一些研究基礎(chǔ)和研究成果，但尚缺乏較完整的、注重交互設(shè)計(jì)與音樂科技結(jié)合的研究工作[7-8]，尚缺乏設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)一個(gè)具體的新媒體樂器作為載體來體現(xiàn)該方面理論研究的應(yīng)用.

綜上所述，國內(nèi)新媒體樂器方面的研究與發(fā)明專利較少，缺乏系統(tǒng)的研究以及建立具體的應(yīng)用案例，在新媒體技術(shù)、音樂科技與樂器文化結(jié)合方面有待深入的探索并亟需提供一個(gè)可供研究的新媒體樂器原型系統(tǒng)作為研究載體.因此，本研究在現(xiàn)代設(shè)計(jì)思想和方法的指引下，結(jié)合新媒體交互設(shè)計(jì)與音樂科技創(chuàng)新技術(shù)，以傳統(tǒng)樂器古箏為原型系統(tǒng)，探索并系統(tǒng)比較了兩種綜合運(yùn)用光學(xué)觸控傳感設(shè)備及物理反饋組件、智能硬件設(shè)備以及配套開發(fā)交互程序的新媒體樂器設(shè)計(jì)模式，建立了一種有效可行的面向新媒體光感樂器的設(shè)計(jì)框架，并最終形成了一種新媒體樂器裝置——“交互式光感電子古箏”.不同于目前已有的激光豎琴等借助激光控制的音樂裝置[9]，本“交互式光感電子古箏”系統(tǒng)不僅將光作為一種媒介置于新媒體樂器的開發(fā)設(shè)計(jì)之中，并基于前人的研究[10]，著重于將光的演奏觸控信號轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄓ玫臄?shù)字樂器接口(Musical Instrument Digital Interface,MIDI)信息，以拓展傳統(tǒng)樂器的表現(xiàn)與交互新形式，并為新媒體樂器的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供借鑒和指導(dǎo).

2 構(gòu)建設(shè)計(jì)模式

新媒體樂器主要是指與新媒體技術(shù)相結(jié)合的樂器.新媒體樂器的交互設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)部分：1)設(shè)計(jì)演奏者與樂器之間的控制-反饋過程；2)設(shè)計(jì)音響、顯示設(shè)備等多通道感覺(聽覺、視覺、觸覺等)體驗(yàn)組件上所呈現(xiàn)的效果.

新媒體樂器“交互式光感電子古箏”的設(shè)計(jì)基于傳統(tǒng)樂器古箏的雛形，并以其為原型系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)模式的構(gòu)建.但此設(shè)計(jì)研究并非以利用新媒體技術(shù)還原古箏的演奏方法與特性為目的，而是在于整合貫通傳統(tǒng)樂器設(shè)計(jì)、音樂科技與新媒體交互技術(shù)，創(chuàng)新拓展樂器表現(xiàn)的新形式與多感官演奏體驗(yàn)，建立新媒體光感樂器的設(shè)計(jì)框架并實(shí)現(xiàn)具象實(shí)物載體.

2.1 整體設(shè)計(jì)模式

基于傳統(tǒng)古箏的雛形以及演奏者在演奏過程中與琴弦交互的過程，“交互式光感電子古箏”的設(shè)計(jì)選取21對對射式光學(xué)傳感器形成的激光感應(yīng)弦作為感知觸控設(shè)備，模擬“琴弦”的觸控過程.其中，演奏者與光感古箏的控制過程為：演奏者通過不同演奏技法的手勢動(dòng)作觸發(fā)激光感應(yīng)弦，激光弦將演奏者的多樣化觸控操作轉(zhuǎn)為演奏信息再進(jìn)行傳遞.由于激光的特性，其演奏模式也不限于原始古箏的撥弦、刮奏等形成的單音與復(fù)音，甚至可以用煙霧進(jìn)行激光感應(yīng)弦的觸發(fā)控制.滑音等裝飾音演奏則用Pitch Bend裝置模擬實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)調(diào)則通過集成相應(yīng)程序的轉(zhuǎn)調(diào)撥碼開關(guān)實(shí)現(xiàn).光感古箏對于演奏者觸控的反饋過程則包括將演奏者的演奏觸控操作轉(zhuǎn)化為聲音信息或視覺聯(lián)動(dòng)信息等.

表1 信息轉(zhuǎn)化對應(yīng)表Tab.1 Information transformation correspondence table

本設(shè)計(jì)模式主要探索將激光觸控信號轉(zhuǎn)化為可聽化聲音信號的過程.其中，光學(xué)傳感器模擬的激光感應(yīng)弦可產(chǎn)生的信息及其轉(zhuǎn)化對應(yīng)如表1所示.

聲音信號的轉(zhuǎn)化與實(shí)現(xiàn)方法主要有2種.其一，將激光感應(yīng)弦所采集的演奏者觸控信息轉(zhuǎn)化為MIDI信息并傳給計(jì)算機(jī)相關(guān)音序平臺，通過采樣音色庫進(jìn)行聲音轉(zhuǎn)化產(chǎn)出，最終通過音響組件發(fā)聲.此過程的聲音產(chǎn)出模塊與光感樂器主體為兩個(gè)獨(dú)立的模塊，可自由組合.其二，將聲音產(chǎn)出裝置集成于光感樂器主體之中，此時(shí)光感古箏系統(tǒng)自帶發(fā)聲模塊.集成性的一體化光感樂器制作趨于成熟階段的產(chǎn)品產(chǎn)出.在探索階段，本研究選取第1種方法構(gòu)建新媒體光感古箏的設(shè)計(jì)模式.

2.2 兩種信息轉(zhuǎn)化模式的探索和構(gòu)建

基于將激光感應(yīng)弦的采集信息轉(zhuǎn)化為MIDI信息進(jìn)而實(shí)現(xiàn)聲音產(chǎn)出的前提，本文主要從以下兩種設(shè)計(jì)模式進(jìn)行“交互式光感電子古箏”的光弦采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息轉(zhuǎn)化的設(shè)計(jì)探索.

模式1：通過MIDI輸入設(shè)備鍵盤模塊實(shí)現(xiàn)信息轉(zhuǎn)化

該模式的轉(zhuǎn)化信息流為：激光感應(yīng)弦(光電傳感器陣列)采集演奏者的演奏操作信息并將其傳給微控制單元(Microcontroller Unite,MCU)，再通過執(zhí)行模塊(光耦繼電器(Optocoupler relay))將信息傳給MIDI鍵盤通訊模塊進(jìn)行MIDI信息轉(zhuǎn)化，最終由MIDI鍵盤通訊模塊將轉(zhuǎn)化好的MIDI信息傳送給計(jì)算機(jī)或其他可讀取MIDI信息的終端設(shè)備，經(jīng)由連接的音序軟件、采樣音色庫及音響系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)發(fā)聲.

模式2：通過MIDI協(xié)議設(shè)計(jì)相應(yīng)程序?qū)崿F(xiàn)信息轉(zhuǎn)化

MIDI協(xié)議即樂器數(shù)字接口協(xié)議，是一種標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)，其底層端口是由Electronic Industries Alliance制定的異步傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口協(xié)議(RS-232通訊協(xié)議).可通過三線完成設(shè)備之間、計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與設(shè)備之間的通訊.

在特定Baud rate下，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式可將音符等數(shù)據(jù)傳送給上位端.標(biāo)準(zhǔn)MIDI協(xié)議通訊可實(shí)現(xiàn)1 ms以內(nèi)傳送1個(gè)音符數(shù)據(jù)，上位端合成軟件可實(shí)現(xiàn)復(fù)音算法.因此，可直接通過支持MIDI協(xié)議的MCU與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊.模式2的轉(zhuǎn)化信息流為：激光感應(yīng)弦采集人的演奏控制信息，并將其輸送到MCU進(jìn)行處理，最終輸送給計(jì)算機(jī)的音序軟件，通過與采樣音色庫連接的音響系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聲音輸出.

對比模式1和模式2的構(gòu)建邏輯，可以看出兩種模式在信息采集端與聲音輸出端是一樣的，即共用光電傳感器陣列采集演奏者的演奏信息，并通過上位端音序軟件進(jìn)行聲音的輸出.從轉(zhuǎn)化信息流的復(fù)雜性來看，模式1的信息流相比模式2更為復(fù)雜，但相較于模式1直接利用MIDI鍵盤通訊模塊轉(zhuǎn)化信息，模式2的開發(fā)難度則更大.

3 實(shí)現(xiàn)及比較

3.1 演奏者信息采集端的實(shí)現(xiàn)

演奏者的演奏觸控信息采集端通過將21對對射式光學(xué)傳感器形成光電感應(yīng)陣列，來模擬古箏原型系統(tǒng)的21根琴弦.激光傳感器的布置方式為相鄰排列的方式組成陣列式，相鄰兩根激光感應(yīng)弦之間的距離設(shè)置為15 mm，每對激光傳感器兩端距離(激光感應(yīng)弦長)設(shè)置為20 cm，如圖1所示.

圖1 激光傳感器布置Fig.1 Layout of laser sensor

選取M5小型激光對射傳感器作為激光感應(yīng)弦，其基本參數(shù)如表2所示.

表2 激光傳感器的基本參數(shù)Tab.2 Basic parameter of laser sensor

NPN常開的輸出方式是該激光傳感器的固有工作屬性，如圖2所示，NPN常開可理解為一個(gè)位于負(fù)載低側(cè)的開關(guān)，開關(guān)閉合即產(chǎn)生電流，常開表示當(dāng)激光對射，其元器件內(nèi)開關(guān)斷開，負(fù)載檢測到高電平.可據(jù)此設(shè)計(jì)相關(guān)的電路，滿足激光感應(yīng)弦采集端的觸控信號采集需求.此處的負(fù)載實(shí)物為2個(gè)電阻，因開關(guān)閉合信號無法直接被讀取，需利用2個(gè)電阻將其閉合信號轉(zhuǎn)化為電壓變化的信息.

對射式激光傳感器的發(fā)射端發(fā)射激光信號，接收端接收，此時(shí)其內(nèi)部開關(guān)斷開，依據(jù)光電效應(yīng)(Photoelectric effect)產(chǎn)生電信號，實(shí)現(xiàn)將演奏者的演奏信息轉(zhuǎn)化為電信號.其具體交互控制過程為：演奏者無觸控操作，則激光感應(yīng)弦不被遮擋，傳感器的發(fā)射端與接收端激光對射，接受端內(nèi)元器件開關(guān)斷開.演奏者發(fā)生光弦觸控操作，則激光感應(yīng)弦被遮擋，激光信號因遮擋而阻斷，接收端內(nèi)元器件開關(guān)閉合.

由于MCU的輸入與輸出只可接收模擬量在特定范圍內(nèi)的變化信息或電平的高低信息，開關(guān)信號不能直接被MCU系統(tǒng)所接收，需設(shè)計(jì)如圖2(見 第274頁)所示的附加電路，通過2個(gè)電阻分壓，使內(nèi)部元器件開關(guān)在激光射入時(shí)檢測到高電平信號，在激光被遮擋時(shí)檢測到低電平信號.

3.2 模式1的實(shí)現(xiàn)

模式1通過MIDI輸入設(shè)備鍵盤模塊實(shí)現(xiàn)信息轉(zhuǎn)化，本設(shè)計(jì)模式的實(shí)現(xiàn)基于對成品MIDI鍵盤按鍵模塊的拆解和分析，將光感采集端的觸控信息傳送至MIDI鍵盤按鍵模塊(鍵盤電路、Pitch Bend等)，再通過MIDI鍵盤內(nèi)部的邏輯控制元器件接收并讀取按鍵觸控和Pitch Bend觸控狀態(tài)信息，繼而向上位機(jī)傳送信號.

鍵盤按鍵模塊通過兩個(gè)開關(guān)和內(nèi)部控制單元來接收、判斷并讀取按鍵的觸控狀態(tài)與按壓信息.按鍵模塊的兩個(gè)開關(guān)為常開型，當(dāng)發(fā)生觸控按壓操作時(shí)，開關(guān)1先于開關(guān)2導(dǎo)通，形成時(shí)間差.利用此時(shí)間差，MIDI鍵盤的控制模塊可算出與時(shí)間呈反相關(guān)的力度信息.按壓琴鍵的觸控信息實(shí)際對應(yīng)為2個(gè)開關(guān)的閉合時(shí)間差，可設(shè)計(jì)如圖3所示電路對鍵盤觸控模塊進(jìn)行處理.將可控的Optocoupler relay并聯(lián)在開關(guān)兩端，模擬原始琴鍵模塊中電路開關(guān)的斷開或閉合，鍵盤的Pitch Bend模塊可直接使用.

圖2 傳感器附加電路圖Fig.2 Additional sensor circuit diagram

圖3 模式1的電路原理圖Fig.3 Schematic diagram of the circuit in mode 1

如圖3所示，MCU(STM32F103VCT6)通過附加電路讀取激光感應(yīng)弦的觸控輸入信息，經(jīng)MCU處理輸送至Optocoupler relay(TLP172G)，最后轉(zhuǎn)為附著于Optocoupler relay上控制開關(guān)的狀態(tài)信息(即其閉合產(chǎn)生的時(shí)間差)以實(shí)現(xiàn)MIDI鍵盤模塊的信息流傳遞.

當(dāng)激光感應(yīng)弦未被遮擋，Optocoupler relay的開關(guān)閉合.反之則開關(guān)斷開，程序發(fā)送音符關(guān)(Note off)信號，開啟時(shí)間記錄模式，直至演奏觸控操作過程結(jié)束，激光感應(yīng)弦的狀態(tài)由遮擋轉(zhuǎn)變?yōu)槲凑趽?，兩個(gè)Optocoupler relay以一定范圍內(nèi)的延時(shí)依次閉合，時(shí)間記錄模式關(guān)閉，程序發(fā)送音符開(Note on)信號.直至激光感應(yīng)弦被再一次觸發(fā)，兩個(gè)Optocoupler relay的開關(guān)斷開，此過程不斷循環(huán).兩個(gè)Optocoupler relay先后閉合的時(shí)間差和其獨(dú)自的開關(guān)由斷開狀態(tài)到閉合狀態(tài)的時(shí)間差共計(jì)2組來控制撥弦的力度.由于這2組時(shí)間差并不對等，通過MCU內(nèi)正相關(guān)函數(shù)程序?qū)⑵潢P(guān)聯(lián)，以精確實(shí)現(xiàn)通過觸控激光感應(yīng)弦的速度來控制音符力度參數(shù)的過程.

模式1的程序設(shè)計(jì)思路如圖4所示.

圖4 模式1的程序設(shè)計(jì)思路圖Fig.4 Workflow chart of mode 1

模式1的實(shí)現(xiàn)程序分為大小兩個(gè)循環(huán).大循環(huán)為主循環(huán)，小循環(huán)用于計(jì)算觸控激光感應(yīng)弦產(chǎn)生的被遮擋時(shí)間差.主循環(huán)每10 ms產(chǎn)生1次中斷進(jìn)入小循環(huán)，從小循環(huán)運(yùn)行退出后再回到主循環(huán)，此過程不斷重復(fù).

3.3 模式2的實(shí)現(xiàn)

模式2通過MIDI協(xié)議設(shè)計(jì)相應(yīng)程序?qū)崿F(xiàn)信息轉(zhuǎn)化，本設(shè)計(jì)模式的實(shí)現(xiàn)基于對MIDI協(xié)議的分析.MIDI通訊的底層為RS-232通訊，本設(shè)計(jì)模式采用USB MIDI轉(zhuǎn)接器連接“交互式光感電子古箏”的主體與計(jì)算機(jī).經(jīng)分析，本模式的相關(guān)MIDI協(xié)議信息部分如表3所示.

表3 相關(guān)MIDI協(xié)議信息Tab.3 Related MIDI protocol information

在進(jìn)行演奏觸控操作時(shí)，采集端向上位機(jī)發(fā)送表3所示的相應(yīng)幀數(shù)據(jù)，上位機(jī)接收、讀取并產(chǎn)生對應(yīng)的聲音信息.

為實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)調(diào)，本模式另設(shè)有12位轉(zhuǎn)調(diào)撥碼(Dial switch)模塊，每1位撥碼位對應(yīng)1個(gè)轉(zhuǎn)調(diào)開關(guān)，其調(diào)的設(shè)置可根據(jù)需求做相應(yīng)的程序預(yù)制與調(diào)整.撥動(dòng)某位撥碼即可實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)入預(yù)設(shè)調(diào).此模式設(shè)計(jì)中，采集系統(tǒng)的MCU實(shí)時(shí)讀取12位撥碼的狀態(tài)信息，即可判斷當(dāng)前的調(diào).

在模式2的實(shí)現(xiàn)中，設(shè)計(jì)將Pitch Bend模塊直接集成于光感采集端.由于Pitch Bend模塊的運(yùn)行原理為滑動(dòng)變阻器的電壓輸出變化與彎音數(shù)據(jù)的對應(yīng)，在Pitch Bend模塊的使用中，只需要通過MCU的模數(shù)轉(zhuǎn)化端口進(jìn)行電壓變化信息的讀取，繼而換算相應(yīng)的彎音數(shù)據(jù)，即可實(shí)現(xiàn)“交互式光感電子古箏”的彎音演奏.可設(shè)計(jì)如圖5所示的對應(yīng)電路.

圖5 模式2的電路原理圖Fig.5 Schematic diagram of circuit in mode 2

模式2主要通過依據(jù)MIDI協(xié)議所設(shè)計(jì)編寫的相應(yīng)程序來控制光感采集端的信息轉(zhuǎn)化，相較于模式1中利用成品MIDI鍵盤的觸控模塊，模式2是完全由所設(shè)計(jì)的程序來控制所有變量.其中，力度變量數(shù)據(jù)需通過設(shè)計(jì)相關(guān)函數(shù)將其與撥弦速度(激光感應(yīng)弦被遮擋的時(shí)間)關(guān)聯(lián)，根據(jù)實(shí)際的演奏體驗(yàn)和激光感應(yīng)弦的反饋特性，初步設(shè)計(jì)二者的對應(yīng)關(guān)系如表4所示(隨著采集端的體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)與完善，其函數(shù)可在其后進(jìn)一步改善).

表4 力度與撥弦速度的關(guān)系對應(yīng)表Tab.4 Corresponding table of the relationship between strength and plucking speed

模式2的程序設(shè)計(jì)思路如圖6所示.

圖6 模式2的程序設(shè)計(jì)思路圖Fig.6 Workflow chart of mode 2

模式2的實(shí)現(xiàn)程序與模式1相似，同樣為大小兩個(gè)循環(huán)，大循環(huán)為主循環(huán)，小循環(huán)用于計(jì)算觸控激光感應(yīng)弦產(chǎn)生的被遮擋時(shí)間差.其不同之處在于主循環(huán)的程序邏輯，此部分相較于模式1，增添了對于Pitch Bend和12位實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)調(diào)撥碼開關(guān)的數(shù)據(jù)讀取程序，用于判別當(dāng)前的調(diào)和讀取彎音信息.

3.4 兩種模式的實(shí)現(xiàn)效果與對比

經(jīng)實(shí)驗(yàn)，模式1和模式2的設(shè)計(jì)均可實(shí)現(xiàn)將演奏者觸控激光感應(yīng)弦陣列產(chǎn)生的信息流傳送至上位機(jī).其中，模式1的設(shè)計(jì)存在一些弊端.因模式1基于成品MIDI鍵盤的觸控感應(yīng)模塊進(jìn)行信息流的讀取與轉(zhuǎn)換，其演奏音域受到MIDI鍵盤按鍵主體的限制，各激光感應(yīng)弦之間所對應(yīng)的音及音與音的關(guān)系是固定且不能任意改變的，而其形成的“交互式光感電子古箏”的布線較為復(fù)雜，裝置成品的表現(xiàn)力受到一定限制.再者，MCU控制的Optocoupler relay的閉合過程被MIDI鍵盤控制模塊識別會造成一定范圍內(nèi)的延時(shí)，當(dāng)演奏者觸控激光感應(yīng)弦時(shí)，會產(chǎn)生一定的時(shí)間誤差，影響音符開啟的速度與力度.

模式2則不存在上述因延時(shí)而造成誤差的問題.模式2的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)時(shí)，Pitch Bend模塊可正常運(yùn)行且實(shí)時(shí)改變聲音的彎音效果.12位轉(zhuǎn)調(diào)開關(guān)的設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)調(diào)和音區(qū)的變化.而且實(shí)體布線方便，結(jié)構(gòu)較為簡潔，控制單元模塊可直接集成并固定于“交互式光感電子古箏”的面板上，局限性較小.

對比之下，模式1的設(shè)計(jì)不適合作為“交互式光感電子古箏”的成品實(shí)現(xiàn)，而模式2的設(shè)計(jì)適合作為一種新媒體光感樂器的設(shè)計(jì)框架.

3.5 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)成品的介紹

新媒體樂器“交互式光感電子古箏”主要由21對激光傳感器模擬古箏的21根琴弦，同時(shí)設(shè)置有Pitch Bend控制滑音，12位的撥碼開關(guān)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)調(diào).設(shè)計(jì)成品如圖7所示.

圖7 “交互式光感電子古箏”系統(tǒng)的組圖Fig.7 Group diagrams of “the interactive laser sensing electronic Zheng”system

“交互式光感電子古箏”系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)將激光信號直接轉(zhuǎn)變?yōu)镸IDI信息，并將其通過MIDI接口輸出，其核心為單片機(jī)電路系統(tǒng)，用于處理采集的光感信號并進(jìn)行轉(zhuǎn)化.

演奏者通過手指遮擋激光感應(yīng)弦實(shí)現(xiàn)撥弦演奏，在撥弦力度的控制上，“交互式光感電子古箏”系統(tǒng)以撥弦的速度去控制力度.發(fā)聲系統(tǒng)則是通過預(yù)先調(diào)制的采樣音色庫和連接的音響系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)聲.在演奏體驗(yàn)方面，可實(shí)現(xiàn)撥弦、掃弦、刮奏等演奏技法，也可以通過Pitch Bend控制滑音.在演奏的表現(xiàn)方式上，“交互式光感電子古箏”可以實(shí)現(xiàn)復(fù)音滑音的創(chuàng)新演奏法.此外，由于激光的可塑性，也可以通過煙霧觸發(fā)激光感應(yīng)弦來演奏.

由于本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)將激光演奏信號直接轉(zhuǎn)變?yōu)镸IDI信息，因此在交互的反饋過程中，不僅可以通過MIDI信息作為橋梁，連接各類音色庫進(jìn)行聲音反饋(其可視化效果見圖8)，還可以將演奏的MIDI信息傳送至上位端的視覺軟硬件系統(tǒng)，為演奏旋律及不同的演奏技法等做視覺效果的設(shè)計(jì).在演奏時(shí)，實(shí)時(shí)進(jìn)行聲音可視化的反饋(圖8).甚至可以設(shè)計(jì)將激光演奏信號轉(zhuǎn)換的MIDI信息輸送至AI音樂生成系統(tǒng)及AI視覺圖像生成系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的音樂與視覺生成反饋，其反饋的結(jié)果是多樣的.

圖8 “交互式光感電子古箏”系統(tǒng)的視覺反饋組圖Fig.8 Group diagrams of the visual feedback for “the interactive laser sensing electronic Zheng”system

4 結(jié) 語

本研究以光感電子古箏的交互式設(shè)計(jì)為例，探索樂器新媒體化的設(shè)計(jì)模式及設(shè)計(jì)思路.本研究以傳統(tǒng)樂器古箏為原型，系統(tǒng)比較了兩種綜合運(yùn)用多層面軟硬件技術(shù)的設(shè)計(jì)模式，分析了兩種模式各自的優(yōu)劣點(diǎn)，最終以其中一種模式形成了一種新媒體樂器裝置——“交互式光感電子古箏”.該裝置作為一個(gè)典型的樂器新媒體化的原型系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了將激光演奏信號直接轉(zhuǎn)變?yōu)镸IDI信息的轉(zhuǎn)換方式，拓展了傳統(tǒng)樂器的交互設(shè)計(jì)思路及樂器反饋的多樣性，可以為新媒體樂器的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了借鑒和指導(dǎo).