模擬電子琴鍵盤輸入的樂譜生成軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李社蕾

【摘 要】論文的關(guān)鍵就是要實(shí)現(xiàn)輸出4個(gè)高八度以上的音域范圍，并有相應(yīng)的伴音輸出。具體要實(shí)現(xiàn)三個(gè)要求：（1）按對應(yīng)的鍵，輸出該鍵對應(yīng)的音；（2）按下即發(fā)聲，松開聲音即停止，按鍵多長時(shí)間，發(fā)出多長時(shí)間的聲音；（3）根據(jù)輸入，顯示音符簡譜以及對時(shí)值的附加顯示。實(shí)現(xiàn)多音色，可調(diào)節(jié)音量，鍵盤及鼠標(biāo)輸入并發(fā)聲的電子琴（鋼琴）制譜軟件。

【關(guān)鍵詞】模塊功能；模塊處理

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，人性化軟件逐漸成為我們生活中很重要的一部分，我們都會應(yīng)用大量的人性化軟件來滿足人們?nèi)找嬖鲩L的精神文化需求。制譜軟件是現(xiàn)代電子科技與音樂結(jié)合的產(chǎn)物，是新時(shí)代的催生物。它在現(xiàn)代音樂扮演著重要的角色，C#語言因?yàn)槠浔旧愍?dú)特的衍生方式，而具有強(qiáng)大的控制功能和靈活的編程實(shí)現(xiàn)特性，它已經(jīng)融入現(xiàn)代人們的生活中成為人類計(jì)算機(jī)應(yīng)用中不可替代的一部分。越來越多的人工智能產(chǎn)品都是由C#語言編寫程序控制的， C#語言簡單易懂，而且也較易于對硬件進(jìn)行操作，所以它成了編寫人工智能產(chǎn)品程序的首選。論文關(guān)鍵就是應(yīng)用C#語言的Winmm庫來實(shí)現(xiàn)多音色，可調(diào)節(jié)音量，鍵盤及鼠標(biāo)輸入并發(fā)聲的電子琴（鋼琴）制譜軟件。

1 模塊功能介紹及其設(shè)計(jì)

1.1 輸入部分

輸入情況設(shè)計(jì)為以下3種：（1）鍵盤輸入，通過對鍵盤輸入的監(jiān)聽，完成對按鍵狀態(tài)的記錄儲存，并發(fā)聲，同時(shí)將按鍵對應(yīng)的音頻音符（簡譜）輸出顯示；（2）鼠標(biāo)輸入，通過對鼠標(biāo)位置，鼠標(biāo)左鍵狀態(tài)的同步監(jiān)聽，完成對鼠標(biāo)操作相關(guān)的音頻文件的發(fā)聲，以及音頻音符（簡譜）輸出顯示；（3）Windows窗體中其他控件的鼠標(biāo)操作[14]。

1.2 琴鍵定義部分

（1）通過定義琴鍵類，將所有可能發(fā)生的琴鍵操作全部在這個(gè)類中表示出來，包括鍵名，熱鍵，琴鍵狀態(tài)；

（2）琴鍵面板類，通過開發(fā)環(huán)境中提供的畫板控件的相關(guān)操作，省去通過圖片建立模擬琴鍵的方式，直接將模擬琴鍵以圖畫的形式生動地繪畫出來，包括面板中琴鍵對應(yīng)的音符（簡譜），黑鍵（伴音）的音符（國際標(biāo)準(zhǔn)），通過構(gòu)造函數(shù)（初始化）的方式，定義并完善琴鍵畫板類所要實(shí)現(xiàn)的各種事件監(jiān)聽及響應(yīng)功能；

（3）功能類，定義一個(gè)聲音集合，用于實(shí)現(xiàn)多種樂器音色模擬。在這三者中琴鍵面板類將作為本次設(shè)計(jì)的核心，該類將直接作用于用戶體驗(yàn)。見圖1琴鍵的分布以及圖2音符分布圖。

論文選用的4組高八度音階，是winmm庫中對人類聽覺舒適度最適中的國際標(biāo)準(zhǔn)音階，在琴鍵位置的設(shè)計(jì)上，為了滿足4個(gè)八度，以及可能出現(xiàn)的多重和弦特別將1'，2'，1''，2''，3''增加一個(gè)，這樣不僅能有效緩解和弦問題，同時(shí)提高了鍵盤模擬電子琴演奏的舒適度，本設(shè)計(jì)并沒有將黑鍵（伴音）添加鍵盤輸入，僅僅設(shè)置了鼠標(biāo)輸入的方式，根本原因有兩個(gè)：（1）開發(fā)是所用電腦鍵盤大小有限，不便于實(shí)現(xiàn)雙排4階的八度按鍵排列方式；（2）在實(shí)際演奏中黑鍵的使用頻率遠(yuǎn)低于白鍵，所以沒有納入鍵盤排列。

1.3 輸出顯示部分

輸出結(jié)果是琴鍵對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)音符音高的簡譜既琴鍵標(biāo)示名內(nèi)容中的簡譜，通過對窗體模塊的編程，添加文本空間，獲取按鍵對應(yīng)的簡譜信息以及按鍵持續(xù)的時(shí)值，以文本形式輸出，在相應(yīng)模塊給出相應(yīng)的顯示，并且通過在窗體界面上添加控件的方式，對不同控件進(jìn)行編輯，以實(shí)現(xiàn)多種附加功能。

詳見圖3窗體設(shè)計(jì)圖

2 各模塊處理流程

（1）鍵盤定義部分：就是定義好所用到的計(jì)算機(jī)鍵盤按鍵，模擬48鍵電子琴（鋼琴）的MIDI琴鍵，其中包括MIDI琴鍵類，琴鍵面板類兩大部分，通過對這兩部分的設(shè)計(jì)，完成了課題主體的架構(gòu)設(shè)計(jì)。琴鍵面板類如圖4所示。

其實(shí)鍵盤定義就是簡單的在電腦鍵盤上找出4組合適的按鍵，以滿足課題中要求的4組高八度的音符，定義好每個(gè)按鍵對應(yīng)的發(fā)聲音符，這種定義要盡量滿足實(shí)際的鍵盤分布。然后，每個(gè)音符對應(yīng)的鍵盤熱鍵也要定義好。以上流程就是鍵盤定義的工作流程。其中省略了部分按鍵的重復(fù)定義部分。

（2）輸入部分：實(shí)際上就是彈奏的時(shí)候，判斷被按下的是哪個(gè)按鍵，接收原理其實(shí)是每個(gè)按鍵都對應(yīng)一個(gè)鍵盤值，如果哪個(gè)按鍵被按下，該鍵的值就會送入相應(yīng)的程序處理模塊，對掃描碼進(jìn)行響應(yīng)的處理，致使發(fā)聲。輸入部分流程圖如圖3.7所示。

首先定義每個(gè)按鍵所對應(yīng)的熱鍵，然后循環(huán)不斷的監(jiān)控接收被按下鍵的值；接收到一個(gè)按鍵的值，先判斷按鍵狀態(tài)，進(jìn)一步做后續(xù)處理，包括發(fā)出聲音和在屏幕上顯示音符的字符樣式。

（3）發(fā)聲部分：C#語言的WinMM庫中提供的函數(shù)已經(jīng)把對該硬件電路部分的操作封裝好，編程人員可以直接調(diào)用，只是要根據(jù)需要的不同而有所不同，發(fā)聲部分的難點(diǎn)在于多音色的定義，調(diào)用WinMM庫實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)生這兩點(diǎn)。

（4）顯示部分：論文最終不僅要實(shí)現(xiàn)音符聲音的輸出，為了聲文并茂，還要在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出按下的鍵對應(yīng)的聲音來。比如按下“Z”鍵，它所對應(yīng)的聲音是低音的Do（.1），在發(fā)聲的時(shí)候同時(shí)在屏幕上顯示“.1”這樣的字符，同時(shí)，通過對按鍵狀態(tài)的監(jiān)聽獲取到KeyDown到KeyUp過程所經(jīng)過的時(shí)間。這兩項(xiàng)就是需要輸出顯示的內(nèi)容。輸出顯示部分流程圖如圖3.3.5輸出顯示部分流程圖。首先程序要循環(huán)掃描計(jì)算機(jī)鍵盤是否有鍵被按下，如果有則開始計(jì)時(shí)，截至到按鍵彈起，計(jì)時(shí)結(jié)束，輸出按鍵對應(yīng)音符（簡樸）以及發(fā)聲時(shí)值，同時(shí)發(fā)出連續(xù)聲音。輸出部分的不容易掌握的部分集中在按鍵長按狀態(tài)的單次字符輸出，為了解決這一問題，本文采用了調(diào)用System.Diagnostics.Stopwatch sw的方法，在按鍵按下式開始計(jì)時(shí)，在按鍵抬起時(shí)結(jié)束計(jì)時(shí)，同時(shí)將字符輸出的時(shí)間點(diǎn)延后在按鍵抬起時(shí)，這樣的設(shè)計(jì)不僅解決的連續(xù)發(fā)生的問題，也將單次輸出按鍵音符（簡譜）的目的輕松完成，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了對發(fā)生時(shí)值的計(jì)便于將其直接輸出在窗體中文本控件中。

3 程序?qū)崿F(xiàn)

3.1 總程序流程

（1）做好鍵盤定義部分，即電腦按鍵和音節(jié)的對應(yīng)關(guān)系。

（2）編寫程序接收鍵盤輸入，先判斷被按下的按鍵是否是琴鍵定義中的部分，如果是，獲取按鍵值監(jiān)聽按鍵狀態(tài)。對琴鍵定義部分中的相關(guān)按鍵，做相應(yīng)處理，發(fā)出對應(yīng)的聲音。例如按下的“Z”鍵，則調(diào)用發(fā)聲函數(shù)，MidiKeys[m].isDown = true；發(fā)出“Z”鍵對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)音。

（3）輸出顯示，就是在電腦屏幕上顯示按下的鍵對應(yīng)的音符的字符樣式以及發(fā)音時(shí)值。

最后，是完善程序的用戶體驗(yàn)，既所謂的附加功能模塊，用于窗體中其他控件的可操作性編輯，包括：音色選擇，音量選擇，Richtextbox中的內(nèi)容存儲文本（.txt格式），打開文本（.txt格式）的附加功能等。

3.2 程序運(yùn)行主要界面如圖5所示。

至此，模擬電子琴鍵盤輸入的樂譜生成軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)已經(jīng)基本完成。通過運(yùn)行，該設(shè)計(jì)可以順利實(shí)現(xiàn)4組標(biāo)準(zhǔn)音的輸出（低音、中音、次高音、高音的7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)音），持續(xù)發(fā)音也得到了很好的解決，聲音不但可以很連續(xù)的輸出，而且還實(shí)現(xiàn)了多重音色選擇，音量控制，樂譜文本保存，打開演奏幫助文本的功能。

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]