音樂(lè)噴泉是一種為了娛樂(lè)而創(chuàng)造出來(lái)的可以活動(dòng)的噴泉，它根據(jù)美學(xué)設(shè)計(jì)并且經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生3維的效果。在此過(guò)程中，水流被操控，散射及折射光，然后一個(gè)3維的畫面就產(chǎn)生了。

音樂(lè)噴泉隨著音樂(lè)變換，為城市的人們?cè)谝归g增添一份美輪美奐的視覺(jué)和聽覺(jué)的盛宴，是快節(jié)奏的城市生活夜間一項(xiàng)頗為浪漫閑適的娛樂(lè)項(xiàng)目。

形成特點(diǎn)

音樂(lè)表演噴泉是在程序控制噴泉的基礎(chǔ)上加入了音樂(lè)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)通過(guò)對(duì)音頻及MIDI信號(hào)的識(shí)別，進(jìn)行譯碼和編碼，終將信號(hào)輸出到控制系統(tǒng)，使噴泉的造型及燈光的變化與音樂(lè)保持同步，從而達(dá)到噴泉水型、燈光及色彩的變化與音樂(lè)情緒的完美結(jié)合，使噴泉表演更加生動(dòng)更加富有內(nèi)涵及體現(xiàn)水的藝術(shù)。音樂(lè)噴泉:可以根據(jù)音樂(lè)的高低起伏變化。用戶可以在編輯界面編寫自己喜愛(ài)的音樂(lè)程序。播放系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)音樂(lè)、水、燈光氣氛統(tǒng)一，播放同步。

控制系統(tǒng)

通過(guò)程序控制系統(tǒng)和音樂(lè)控制系統(tǒng)，對(duì)音樂(lè)進(jìn)行編程，使噴泉造型與音樂(lè)旋律、燈光同步結(jié)合而產(chǎn)生千變?nèi)f化的水景，反映音樂(lè)內(nèi)涵及主題。音樂(lè)噴泉聲、光、色、形俱美，如舞臺(tái)上的表演激起人們沉思雀躍的情緒而得到水美的藝術(shù)享受。音樂(lè)噴泉主要應(yīng)用于大型廣場(chǎng)、主題公園、人工湖泊、游樂(lè)場(chǎng)等表演場(chǎng)所。

軟件

利用音樂(lè)文件的物理波形，將其分為若干樂(lè)段，精度達(dá)十毫秒，并且自動(dòng)識(shí)別震撼、思念、抒情、喜悅、激昂、悲哀、歡快、熱烈等樂(lè)曲的基本情感特征，轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)同步處理后通過(guò)信號(hào)輸出卡輸出到外圍具體控制單元，即根據(jù)水型組態(tài)規(guī)則控制潛水泵、電磁閥、水下彩燈和變頻器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，將視覺(jué)感受與聽覺(jué)感受融為一體。

當(dāng)人們感受各種音響時(shí)，會(huì)不自覺(jué)的把這些聽覺(jué)感受和其它非聽覺(jué)器官的感受聯(lián)系起來(lái)，這種現(xiàn)象稱為聯(lián)覺(jué)，屬于一種異質(zhì)異構(gòu)多一同態(tài)對(duì)應(yīng)現(xiàn)象。一般情況下，高音區(qū)的音符經(jīng)

常和明亮的視覺(jué)感受、積極或快樂(lè)的情態(tài)感受等聯(lián)系在一起，低音區(qū)的音符經(jīng)常和昏暗的視覺(jué)感受、消沉或哀傷的情態(tài)感受等聯(lián)系在一起;舒緩的節(jié)奏容易讓人感受到開闊的空間或較為平靜的情緒，而急促的節(jié)奏則容易讓人感到空間狹窄、情緒躁動(dòng)等等。噴泉曲目的編配就是根據(jù)聯(lián)覺(jué)現(xiàn)象來(lái)組態(tài)各種水型，好比編導(dǎo)一場(chǎng)舞蹈一樣，為使演出成功，導(dǎo)演需要考慮舞蹈演員以何種體態(tài)動(dòng)作來(lái)表現(xiàn)音樂(lè)的情感魅力。

音樂(lè)噴泉是一種為了娛樂(lè)而創(chuàng)造出來(lái)的可以活動(dòng)的噴泉，它根據(jù)美學(xué)設(shè)計(jì)并且經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生3維的效果。在此過(guò)程中，水流被操控，散射及折射光，然后一個(gè)3維的畫面就產(chǎn)生了。音樂(lè)噴泉隨著音樂(lè)變換，為城市的人們?cè)谝归g增添一份美輪美奐的視覺(jué)和聽覺(jué)的盛宴，是快節(jié)奏的城市生活夜間一項(xiàng)頗為浪漫閑適的娛樂(lè)項(xiàng)目。那么，在音樂(lè)噴泉中，到底是如何根據(jù)聲音來(lái)控制噴泉的呢？

音樂(lè)表演噴泉是在程序控制噴泉的基礎(chǔ)上加入了音樂(lè)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)通過(guò)對(duì)音頻及MIDI信號(hào)的識(shí)別，進(jìn)行譯碼和編碼，終將信號(hào)輸出到控制系統(tǒng)，使噴泉的造型及燈光的變化與音樂(lè)保持同步，從而達(dá)到噴泉水型、燈光及色彩的變化與音樂(lè)情緒的完美結(jié)合，使噴泉表演更加生動(dòng)更加富有內(nèi)涵及體現(xiàn)水的藝術(shù)。音樂(lè)噴泉：可以根據(jù)音樂(lè)的高低起伏變化。用戶可以在編輯界面編寫自己喜愛(ài)的音樂(lè)程序。播放系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)音樂(lè)、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(gè)主觀量，它們共同反映了人耳對(duì)聲音的感受，其中音調(diào)反映的是人耳對(duì)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(cè)主要是基頻的檢測(cè)，即對(duì)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(cè)算法，它是一種基于時(shí)域分析理論的算法，具有簡(jiǎn)單、計(jì)算量小等優(yōu)點(diǎn)，還能直接對(duì)時(shí)域信號(hào)采樣值求自相關(guān)函數(shù)。

2、音量信號(hào)的處理

音量反映聲音信號(hào)的幅值，聲波振幅的大小決定音量的高低。不同音樂(lè)信號(hào)的音量各不相同，因此在以音量為信號(hào)控制水泵工作時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)高低起伏的水柱。但是如果不處理音量信號(hào)，當(dāng)聲波幅值比較大時(shí)，水柱就會(huì)出現(xiàn)明顯的變化；反之，當(dāng)聲波幅值較小時(shí)，水柱變化也就不會(huì)很明顯。

音樂(lè)噴泉主要用于建造公園、廣場(chǎng)等休閑場(chǎng)所，以營(yíng)造氣氛為目的。而目前的發(fā)展趨勢(shì)是噴泉將隨著音樂(lè)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(guò)視覺(jué)和聽覺(jué)共同感受到音樂(lè)豐富的內(nèi)涵。由于每支樂(lè)曲所表達(dá)的情感不同，噴泉的花型也將隨著音樂(lè)的節(jié)拍作相應(yīng)的變化。人們對(duì)我國(guó)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(lè)噴泉的電腦控制原理

（一）高水平的音樂(lè)信號(hào)處理系統(tǒng)利用中科院自動(dòng)化所在語(yǔ)言識(shí)別方面的國(guó)際技術(shù)，研制了音樂(lè)信號(hào)32位計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)（MUCS），將音樂(lè)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析和延時(shí)處理，提取音樂(lè)信號(hào)中適合噴泉控制的有效成分送給主控機(jī)，并能將音樂(lè)信號(hào)任意延時(shí)，使噴泉和音樂(lè)同步。

（二）集中分散式控制系統(tǒng)本噴泉由主控機(jī)直接控制，主控機(jī)具有如下特征：

2.1音樂(lè)信號(hào)采集功能，按頻率特征抽取有效成分。

2.2對(duì)噴泉設(shè)備進(jìn)行故障診斷，可以對(duì)主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、漏電及驅(qū)動(dòng)柜工作狀態(tài)進(jìn)行診斷。

2.3中文菜單式操作系統(tǒng)，使操作者能夠在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)操作，具有音樂(lè)噴泉的各種動(dòng)態(tài)造型和花樣變化顯示功能，使操作人員通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕就能觀察到噴泉的各種變化，極大地方便了音樂(lè)噴泉的配曲和操作人員使用。

2.4開放式結(jié)構(gòu)，人機(jī)界面友好，通訊接口及編程技巧對(duì)用戶開放，只需通過(guò)鼠標(biāo)的兩個(gè)鍵即可完成音樂(lè)噴泉的配曲，這樣就容易使音樂(lè)噴泉配曲庫(kù)不斷豐富，總給人耳目一新的感覺(jué)。

2.5對(duì)音樂(lè)噴泉的直接控制，直接驅(qū)動(dòng)泵、變頻器或伺服器。

2.6搖擺電機(jī)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(jī)、錄音機(jī)等），在保證音樂(lè)信號(hào)不失真的情況下，使音樂(lè)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(guò)電壓、過(guò)電流、漏電保護(hù)裝置，一旦發(fā)生故障，能夠自動(dòng)切斷電源，可靠的保護(hù)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(shí)踐中總結(jié)出一套獨(dú)特的接地保護(hù)方式，進(jìn)一步提高性。

3.1.3驅(qū)動(dòng)器部分大規(guī)模地采用大功率無(wú)觸點(diǎn)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(zhǎng)了使用壽命。

作為音樂(lè)噴泉，不可能在內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間表演，這里因?yàn)椋汉碾娏看螅诙L(zhǎng)時(shí)間開啟會(huì)使之缺乏新鮮感，尤其在白天無(wú)燈光時(shí)，效果欠佳。噴泉作為整個(gè)廣場(chǎng)的一景，除音樂(lè)表演外還需考慮作為固定景點(diǎn)時(shí)水型的藝術(shù)效果。固定水型的使用時(shí)間是長(zhǎng)的。因此，噴泉水型設(shè)計(jì)與選擇上除考慮表演音樂(lè)時(shí)的美感，同時(shí)也考慮作為水景時(shí)的效果，所以控制上的設(shè)置有不同的功能。

3.2.1手動(dòng)控制：在白天或夜間音樂(lè)表演間歇時(shí)，點(diǎn)擊鼠標(biāo)獨(dú)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(shí)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(shí)時(shí)聲控：為目前國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)公司普遍采用的一種控制方式，它的特點(diǎn)是可響應(yīng)任何音源信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)演奏卡拉OK等，但此種控制方式有一些缺點(diǎn)。首先，水型動(dòng)作要比音樂(lè)滯后，使人感覺(jué)噴泉?jiǎng)幼髋c音樂(lè)不協(xié)調(diào)。其次，水型的出現(xiàn)組合與出現(xiàn)時(shí)間長(zhǎng)短，為固定重復(fù)的而且不論任何曲目，所以會(huì)出現(xiàn)表演水型與音樂(lè)所表達(dá)的情感不一致。如激昂的樂(lè)符，可能出現(xiàn)擺動(dòng)水型，而輕柔旋律時(shí)，又出現(xiàn)高大的水體，使人聽覺(jué)感受與視覺(jué)感受不一致。樂(lè)曲的情感段落與水型變化時(shí)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(lè)曲的情感與意境，人工編制各種水型、動(dòng)作、燈光、水泵的開啟和關(guān)閉，使噴泉的表演與音樂(lè)的情感和意境相吻合。此功能在控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(duì)使用外部聲源的噴泉系統(tǒng)，

在音樂(lè)信號(hào)的特征識(shí)別之前，必須先完成模擬音樂(lè)信號(hào)的收集。 音樂(lè)信號(hào)采集大師

為了包括音頻放大和A / D轉(zhuǎn)換兩個(gè)過(guò)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(jì)

外部音頻源信號(hào)的幅度通常很弱，因此原始信號(hào)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(lái)設(shè)計(jì)音頻放大器電路。 LM386是美國(guó)國(guó)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(diǎn)。在電子設(shè)備的音頻放大器電路的設(shè)計(jì)中非常有用。它廣泛地使用10個(gè)晶體管構(gòu)成輸入級(jí)，電壓增益和電流驅(qū)動(dòng)級(jí)。其中，T1?T6構(gòu)成一個(gè)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(jí)具有穩(wěn)定的增益。電壓增益級(jí)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(gè)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(gè)PNP管，T10一起形成互補(bǔ)的對(duì)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(jí)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(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，并提取脈沖的到達(dá)時(shí)間

對(duì)應(yīng)于模擬信號(hào)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(huì)及時(shí)替換原始連續(xù)信號(hào)，也就是說(shuō)，模擬信號(hào)會(huì)及時(shí)離散。

單芯片計(jì)算機(jī)必須收集音樂(lè)信號(hào)，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(gè)8K空間的Flash只讀存儲(chǔ)器，可以重復(fù)擦除1000次，并具有256字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)I / O端口，一個(gè)看門狗定時(shí)器，三個(gè)16位可編程定時(shí)器， 具有ISP功能，可以滿足設(shè)計(jì)要求。 簡(jiǎn)單易用，價(jià)格非常低廉。 因此，系統(tǒng)的主控制器采用該方案。