音樂噴泉是一種為了娛樂而創(chuàng)造出來的可以活動的噴泉，它根據(jù)美學(xué)設(shè)計并且經(jīng)常會產(chǎn)生3維的效果。在此過程中，水流被操控，散射及折射光，然后一個3維的畫面就產(chǎn)生了。音樂噴泉隨著音樂變換，為城市的人們在夜間增添一份美輪美奐的視覺和聽覺的盛宴，是快節(jié)奏的城市生活夜間一項頗為浪漫閑適的娛樂項目。那么，在音樂噴泉中，到底是如何根據(jù)聲音來控制噴泉的呢？
音樂表演噴泉是在程序控制噴泉的基礎(chǔ)上加入了音樂控制系統(tǒng)，計算機通過對音頻及MIDI信號的識別，進行譯碼和編碼，終將信號輸出到控制系統(tǒng)，使噴泉的造型及燈光的變化與音樂保持同步，從而達到噴泉水型、燈光及色彩的變化與音樂情緒的完美結(jié)合，使噴泉表演更加生動更加富有內(nèi)涵及體現(xiàn)水的藝術(shù)。音樂噴泉：可以根據(jù)音樂的高低起伏變化。用戶可以在編輯界面編寫自己喜愛的音樂程序。播放系統(tǒng)可以實現(xiàn)音樂、水、燈光氣氛統(tǒng)一，播放同步。
1、音調(diào)及其提取方法
音量、音調(diào)和音色是反映聲音特征的3個主觀量，它們共同反映了人耳對聲音的感受，其中音調(diào)反映的是人耳對聲音調(diào)子高低的主觀感受。雖然音調(diào)大小也與聲壓等其他因素有關(guān)，但它主要取決于頻率。所以一般頻率越高，音調(diào)也就越高，反之頻率越低則音調(diào)越低。
頻率決定音調(diào)，所以音調(diào)的檢測主要是基頻的檢測，即對音調(diào)周期的研究。系統(tǒng)采用了傳統(tǒng)的自相關(guān)基頻檢測算法，它是一種基于時域分析理論的算法，具有簡單、計算量小等優(yōu)點，還能直接對時域信號采樣值求自相關(guān)函數(shù)。
2、音量信號的處理
音量反映聲音信號的幅值，聲波振幅的大小決定音量的高低。不同音樂信號的音量各不相同，因此在以音量為信號控制水泵工作時，就會出現(xiàn)高低起伏的水柱。但是如果不處理音量信號，當(dāng)聲波幅值比較大時，水柱就會出現(xiàn)明顯的變化；反之，當(dāng)聲波幅值較小時，水柱變化也就不會很明顯。
音樂噴泉是一種集美感和音樂于一體的一種現(xiàn)代的生活休閑娛樂設(shè)施，從原始的單純噴泉發(fā)展成為現(xiàn)在的音樂噴泉，再到后來的電影噴泉，它走過了一個不斷發(fā)展的路程，在今天變得更加美觀和新潮。今天將帶給大家一個音樂噴泉產(chǎn)生的原理。
音樂噴泉是通過千變?nèi)f化的噴泉造型，結(jié)合五顏六色的彩光照明，來反映音樂的內(nèi)涵及音樂的主題，一座好的音樂噴泉，水形的變化應(yīng)該能夠充分地表現(xiàn)樂曲。是在程序控制噴泉的基礎(chǔ)上加入了音樂控制系統(tǒng)，計算機通過對音頻及MIDI 信號的識別，進行譯碼和編碼，終將信號輸出到控制系統(tǒng)，使噴泉的造型及燈光的變化與音樂保持同步，從而達到噴泉水型、燈光及色彩的變化與音樂情緒的完美結(jié)合，使噴泉表演更加生動更加富有內(nèi)涵及體現(xiàn)水的藝術(shù)。音樂噴泉：可以根據(jù)音樂的高低起伏變化。用戶可以在編輯界面編寫自己喜愛的音樂程序。播放系統(tǒng)可以實現(xiàn)音樂、水、燈光氣氛統(tǒng)一，播放同步。
音樂噴泉的原理：其實就是將音頻信號轉(zhuǎn)換成電頻信號電頻信號通過變頻器控制水泵使水泵的壓力隨音樂的節(jié)奏的變化。根據(jù)播放的音樂來控制水柱，達到與音樂同步的效果，而水柱是由水泵來控制的，而水泵是由三相異步電動機組成的，三相異步電動機的轉(zhuǎn)速如果通入工頻電源，轉(zhuǎn)速是不變化的，變頻器是專門針對電機調(diào)速的裝置。由變頻器控制電機的轉(zhuǎn)速，使水柱發(fā)生變化。改變頻率就改變了電機的轉(zhuǎn)速，也就改變了水泵的壓力，音樂的不同頻率經(jīng)單片機處理送到變頻電機的控制端，使電機轉(zhuǎn)速隨音樂的音調(diào)，節(jié)奏，和強弱變化，水泵的壓力隨之變化，噴岀的水就有了高低變化，而且是由幾套設(shè)備對多組噴嘴實施控制噴泉的形成是水泵。將音樂的節(jié)奏和強度轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂菩盘?，此信號再控制一個電壓控制器件，電源經(jīng)過這個電壓控制器件后，輸出電壓也隨音樂的變化而改變，然后控制水泵電機。
在音樂噴泉中，一些公司采用了目前國際的基于WINDOWS NT下的分布式計算機控制系統(tǒng)。系統(tǒng)具有先進性、開放性、實用性、性等五大特性。
音樂噴泉主要用于建造公園、廣場等休閑場所，以營造氣氛為目的。而目前的發(fā)展趨勢是噴泉將隨著音樂變化改變其形態(tài)和色彩，并呈現(xiàn)出豐富多彩的花型變化，通過視覺和聽覺共同感受到音樂豐富的內(nèi)涵。由于每支樂曲所表達的情感不同，噴泉的花型也將隨著音樂的節(jié)拍作相應(yīng)的變化。人們對我國古典園林以靜水、流水為主的水景形式和西方固定噴水形式已感到單調(diào)平淡。一方面誅求新奇多變和快節(jié)奏，另一方面則追求回歸大自然，尋求天然野趣和輕松靜謐。
音樂噴泉的電腦控制原理
（一）高水平的音樂信號處理系統(tǒng)利用中科院自動化所在語言識別方面的國際技術(shù)，研制了音樂信號32位計算機處理系統(tǒng)（MUCS），將音樂信號進行頻譜分析和延時處理，提取音樂信號中適合噴泉控制的有效成分送給主控機，并能將音樂信號任意延時，使噴泉和音樂同步。
（二）集中分散式控制系統(tǒng)本噴泉由主控機直接控制，主控機具有如下特征：
2.1音樂信號采集功能，按頻率特征抽取有效成分。
2.2對噴泉設(shè)備進行故障診斷，可以對主機運行狀態(tài)、漏電及驅(qū)動柜工作狀態(tài)進行診斷。
2.3中文菜單式操作系統(tǒng)，使操作者能夠在短時間內(nèi)學(xué)會操作，具有音樂噴泉的各種動態(tài)造型和花樣變化顯示功能，使操作人員通過計算機屏幕就能觀察到噴泉的各種變化，極大地方便了音樂噴泉的配曲和操作人員使用。
2.4開放式結(jié)構(gòu)，人機界面友好，通訊接口及編程技巧對用戶開放，只需通過鼠標(biāo)的兩個鍵即可完成音樂噴泉的配曲，這樣就容易使音樂噴泉配曲庫不斷豐富，總給人耳目一新的感覺。
2.5對音樂噴泉的直接控制，直接驅(qū)動泵、變頻器或伺服器。
2.6搖擺電機的搖擺速度及方向控制，控制量1024或更多。
噴泉控制器采用了MUCS系統(tǒng)，能夠與音源相接（CD機、錄音機等），在保證音樂信號不失真的情況下，使音樂與噴泉完全同步。
（三）及可靠性。
3.1.1每一路被控制設(shè)備均安裝過電壓、過電流、漏電保護裝置，一旦發(fā)生故障，能夠自動切斷電源，可靠的保護該路噴泉設(shè)備不受損失，保證人身。
3.1.2從工業(yè)控制工程實踐中總結(jié)出一套獨特的接地保護方式，進一步提高性。
3.1.3驅(qū)動器部分大規(guī)模地采用大功率無觸點繼電器，減少了電磁火花干擾，大大減少了主回路的故障，延長了使用壽命。
作為音樂噴泉，不可能在內(nèi)長時間表演，這里因為：耗電量大，第二長時間開啟會使之缺乏新鮮感，尤其在白天無燈光時，效果欠佳。噴泉作為整個廣場的一景，除音樂表演外還需考慮作為固定景點時水型的藝術(shù)效果。固定水型的使用時間是長的。因此，噴泉水型設(shè)計與選擇上除考慮表演音樂時的美感，同時也考慮作為水景時的效果，所以控制上的設(shè)置有不同的功能。
3.2.1手動控制：在白天或夜間音樂表演間歇時，點擊鼠標(biāo)獨立打開某些水型，形成一組合造型固定不變。節(jié)約用電，平時常用。
3.2.2程序控制：如果您希望有不同的組合造型變化，則可打開程度功能，使水型按設(shè)定的程序變化，出現(xiàn)不同的造型，使人感受不同景色的美妙。
3.2.3實時聲控：為目前國內(nèi)絕大多數(shù)公司普遍采用的一種控制方式，它的特點是可響應(yīng)任何音源信號，現(xiàn)場演奏卡拉OK等，但此種控制方式有一些缺點。首先，水型動作要比音樂滯后，使人感覺噴泉動作與音樂不協(xié)調(diào)。其次，水型的出現(xiàn)組合與出現(xiàn)時間長短，為固定重復(fù)的而且不論任何曲目，所以會出現(xiàn)表演水型與音樂所表達的情感不一致。如激昂的樂符，可能出現(xiàn)擺動水型，而輕柔旋律時，又出現(xiàn)高大的水體，使人聽覺感受與視覺感受不一致。樂曲的情感段落與水型變化時間不符，而且千篇一律。
3.2.4預(yù)編控制方式：是根據(jù)某一首樂曲的情感與意境，人工編制各種水型、動作、燈光、水泵的開啟和關(guān)閉，使噴泉的表演與音樂的情感和意境相吻合。此功能在控制技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)方面有一定的綜合難度
本文的研究針對使用外部聲源的噴泉系統(tǒng)，
在音樂信號的特征識別之前，必須先完成模擬音樂信號的收集。 音樂信號采集大師
為了包括音頻放大和A / D轉(zhuǎn)換兩個過程，河南噴泉公司將在下面分別分析。
音頻放大電路的設(shè)計
外部音頻源信號的幅度通常很弱，因此原始信號必須先放大，然后才能發(fā)送到A / D轉(zhuǎn)換器。本文選擇LM386芯片來設(shè)計音頻放大器電路。 LM386是美國國家半導(dǎo)體公司（NS）推出的功率放大器集成電路系列之一。 LM386具有功耗低，工作電壓范圍寬和外圍元件少的特點。在電子設(shè)備的音頻放大器電路的設(shè)計中非常有用。它廣泛地使用10個晶體管構(gòu)成輸入級，電壓增益和電流驅(qū)動級。其中，T1?T6構(gòu)成一個PNP型復(fù)合差分放大器，T5和T6是鏡像恒流源，它們充當(dāng)T3和T4的有源負(fù)載，因此輸入級具有穩(wěn)定的增益。電壓增益級由連接到公共發(fā)射極狀態(tài)的T7承擔(dān)，其負(fù)載也使用恒定電流源。整個集成放大器的開環(huán)增益主要由這一階段決定。 T8和T9組合成一個PNP管，T10一起形成互補的對稱發(fā)射極輸出電路，以向負(fù)載提供足夠的電流。 D1和D2提供T8，T9和T10所需的偏置，因此后一級在A和B類狀態(tài)下偏置。 R5?R7形成內(nèi)部反饋回路。從圖3.2.1可以看出，LM386采用雙排8引腳封裝結(jié)構(gòu)。其工作電壓范圍為4?12V，靜態(tài)電流為4mA，輸出功率為660mW，電壓增益為46dB，增益帶寬為300kHz，諧波失真為0.2。 ％。
采樣是指使用較高頻率的開關(guān)脈沖對模擬信號進行采樣，并提取脈沖的到達時間
對應(yīng)于模擬信號的幅度，從而可以獲得一系列幅度變化的離散脈沖。 使用這些
離散脈沖序列會及時替換原始連續(xù)信號，也就是說，模擬信號會及時離散。
單芯片計算機必須收集音樂信號，并相應(yīng)地調(diào)整I / O端口的輸出，以控制水泵和七彩燈。 主芯片是AT89C51微控制器。 AT89C51微控制器是一款低功耗，高性能51核CMOS 8位微控制器。 該芯片包含一個8K空間的Flash只讀存儲器，可以重復(fù)擦除1000次，并具有256字節(jié)的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個I / O端口，一個看門狗定時器，三個16位可編程定時器， 具有ISP功能，可以滿足設(shè)計要求。 簡單易用，價格非常低廉。 因此，系統(tǒng)的主控制器采用該方案。