基于LabVIEW的多功能电子琴设计

黄俊华　刘富成

摘要：本文研究设计了一种基于LabVIEW的多功能电子琴，该虚拟电子琴有四个主要的功能：鼠标点击虚拟琴键演奏、键盘控制演奏、显示电子琴谱和播放钢琴曲，文中阐述了这四个功能的设计思路与编程实现。

关键词：LabVIEW 电子琴多功能

引言

LabVIEW软件是由美国国家仪器公司（NI）开发的一种功能强大的虚拟仪器和数据处理分析软件，它采用图形化的编程语言 G语言。LabVIEW采用数据流的编程方式，程序的执行顺序由数据流向决定，它自带的函数库可用于数据采集、串行设备的控制、数据分析和显示等。

目前市场上的电子琴种类繁多、功能强大，但价格比较高昂，另外，电子琴的体积较大，占用空间较多，而利用LabVIEW编程设计的虚拟电子琴操作简单、使用方便，不占用室内空间，可在一定程度上满足人们对音乐弹奏的需求，供人们娱乐。

一、电子琴概述

电子琴，又称电子合成器，属于电子乐器类，其发音音量可以自由调节，音域较宽，和声多样，表现力极其丰富。电子琴还可以模仿多种音色，甚至可以奏出常规乐器所无法发出的声音（如合唱声，风雨声等）。另外，电子琴在独奏时，还可随意配上类似打击乐音响的节拍伴奏，适合于演奏节奏性较强的现代音乐。目前，电子琴主要分为玩具型电子琴、家庭型电子琴和演奏型电子琴。

二、系统设计

本文研究设计的基于LabVIEW的电子琴是由36个琴键所构成，包含高音、由音低音的音阶以及半音阶，也就是人们常称的白键和黑键。该设计满足了人们对电子琴音阶的基本需求，能演奏绝大多数的歌曲。

参考实际的电子琴的功能，拟设计的基于LabVIEW的电子琴由四个主要的功能模块组成，它们分别是：虚拟电子琴键（鼠标点击）、虚拟电子琴键（键盘控制）、电子琴谱、播放钢琴曲。根据设计的功能规划，得到系统结构如图l所示。

根据设计的基于LabVIEW的电子琴的功能规划，设计好后的电子琴的前面板如图2所示。

由图2可以看到，前面板的中间主体为琴谱;琴谱选择、琴谱大小缩放、琴谱位置调整等功能位于琴谱的右侧;在前面板的左侧，有结束Vl的“关机”键，还有选择钢琴曲、停止/播放钢琴曲等功能键;虚拟电子琴键位于前面板的下方，一共由36个黑键与白键组成，包含了高音、中音、低音音阶以及半音阶。

如图3所示为虚拟电子琴键的高音、中音、低音音阶以及半音阶的划分示意。

1.鼠标控制电子琴键模块

鼠标控制电子琴键模块的功能是用户可以通过鼠标点击Vl前面板上的虚拟电子琴键获得相应琴键的声音，实现电子琴发声演奏的基本功能。虚拟电子琴键如图3所示。

2.键盘控制电子琴键模块

键盘控制电子琴键模块的功能是用户可以通过按键盘上指定的键来获得电子琴相应琴键的声音，通过键盘实现电子琴发声演奏的基本功能。通过键盘演奏，比通过鼠标点击虚拟琴键演奏更与实际弹奏电子琴相似。

3.电子琴谱模块

电子琴谱模块的功能是为用户提供琴谱，方便用户弹奏时参考琴谱，也可以为用户学习弹奏新的钢琴曲提供便利，这是一项非常实用的功能。结合实际情况后，本文研究设计的电子琴谱模块主要包括四个部分，分别是：琴谱展示窗口、琴谱选择、琴谱大小缩放和调节琴谱位置。

4.播放钢琴曲模块

播放钢琴曲模块的主要功能是播放钢琴曲，不仅可以为用户学习钢琴曲提供方便，而且可以提供娱乐、放松心情的途径。在实际的电子琴中，一般均附带该项功能。

我们设计的播放钢琴曲模块有三个功能，分别是：选择钢琴曲、播放歌曲指示灯、停止/播放钢琴曲。

三、发布应用程序

编写完成多功能电子琴的程序后，用户实际上并不希望程序只能在LabVIEW开发环境中运行。一方面是由于LabVIEW开发环境比较昂贵，另一方面LabVIEW开发环境的安装与运行都是非常耗费时间和计算机资源。许多家庭的计算机中可能并没有安装LabVIEW软件，因此，应该向用户发布独立的安装包或可执行文件。

生成独立可执行文件后，可以将可执行文件和相关支持软件（如LaloVIEW Run-Time引擎、仪器驱动等）打包在一起作为一个安装程序发布，这样就可避免让用户再麻烦地单独安装LabVIEW RunTime引擎或硬件驅动，安装程序即常见的Setup文件。

四、结束语

本文研究设计了一种基于LabVIEW的由36个琴键组成的多功能电子琴，该电子琴除了可实现键盘弹奏外，还能够选择与显示琴谱、选择与播放钢琴曲，为人们的练习电子琴提供了便利。然而，基于LabVIEW的电子琴与实际的电子琴相比仍然存在一定的差距，例如电子琴的音色相当丰富，有钢琴、多种弦乐、多种管乐、多种打击乐音色，本次设计的虚拟电子琴只模仿了钢琴的音色。

参考文献

[1]刘其和，李云明，等.LabVIEW虚拟仪器程序设计与应用[M].北京：化学工业出版社，2011.

[2]张国华，朱丽琴，基于LabVIEW可弹奏电子琴的设计[J].电子世界，2013（12）：123-124.

[3]舒景东，刘龙.基于LabVIEW的简易键盘电子琴设计[J].山西电子技术，2017（4）：66-68