計算機接口使19世紀管風(fēng)琴自行彈奏

作者：時(shí)間：2013-04-07 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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蘇格蘭愛(ài)丁堡的一群工程師如何利用賽靈思 Spartan-3E入門(mén)套件創(chuàng )造出機器人管風(fēng)琴手

正如許多新奇的創(chuàng )造一樣，這一切都始于酒吧里的一次談話(huà)。

“您知道樓上森林咖啡屋里的管風(fēng)琴嗎？”

“知道?！?

“我們應該創(chuàng )造一個(gè)機器人管風(fēng)琴手來(lái)演奏它?！?

“當然，我們應該這樣做！”

一次漫不經(jīng)心的交談促使我們著(zhù)手開(kāi)展“WaldflOte項目”。

我的日常工作是擔任賽靈思蘇格蘭公司IP部門(mén)的設計經(jīng)理，但在業(yè)余時(shí)間，我是“dorkbot”這個(gè)非正式組織的一分子，該組織旨在推進(jìn)工程科學(xué)界與藝術(shù)界之間的草根協(xié)作；活動(dòng)口號是“用電做離奇的事情”。我屬于愛(ài)丁堡地區的dorkbot（可以稱(chēng)作“dorkbot alba”或“dorkbot Edinburgh”，主要取決于您對誰(shuí)講）。我們的成員創(chuàng )造了很多新奇的東西，包括像素映射LED禮帽、自動(dòng)牙刷、幻覺(jué)魔術(shù)設備、電磁改錐和各種噪音發(fā)生盒。鮮有意外傷害事故發(fā)生。

dorkbot Edinburgh團隊每隔一周于周二在森林咖啡屋聚會(huì )，這間咖啡屋位于愛(ài)丁堡大學(xué)附近，是由志愿者經(jīng)營(yíng)的非贏(yíng)利性聚會(huì )場(chǎng)所。我參加了幾周在這家咖啡屋舉行的聚會(huì )，一天晚上，當我到樓上修理舞臺照明設備時(shí)，驚奇地發(fā)現自己置身教堂之中，這里有布道臺和唱詩(shī)班樓座，最重要的是，這里有一臺16英尺高的管風(fēng)琴。

事實(shí)上，咖啡屋所在的建筑曾經(jīng)是愛(ài)丁堡公理教會(huì )的會(huì )場(chǎng)——因此有管風(fēng)琴。但這里并不是這臺管風(fēng)琴最初的家。19世紀末，倫敦著(zhù)名的管風(fēng)琴制造商Gray和Davison首次將這臺管風(fēng)琴安裝在愛(ài)爾蘭的都柏林城堡，1900年，不知什么原因，這臺管風(fēng)琴被轉移到愛(ài)丁堡。自此，這臺管風(fēng)琴經(jīng)過(guò)數次維修，一直留在愛(ài)丁堡。

酒吧閑聊之后，我們并沒(méi)有立即行動(dòng)起來(lái)。在隨后7個(gè)月的聚會(huì )中，我們不斷地思考、探究、討論，最后設計出了幾種操縱管風(fēng)琴鍵盤(pán)的方式。

我們將這個(gè)項目取名為“Project WaldflOte”，是因為管風(fēng)琴上的一個(gè)音栓叫“WaldflOte”。在德語(yǔ)中，它的意思是“森林長(cháng)笛”。由于管風(fēng)琴位于森林咖啡屋，因此聽(tīng)起來(lái)還有些詩(shī)情畫(huà)意。

采用正確的機械部件

在開(kāi)發(fā)的初始階段我們就明確地將問(wèn)題分為機械和電子兩部分。如果我們能夠找到解決機械問(wèn)題的方案，就能相對獨立地打造這兩個(gè)部分。

制約我們的主要因素之一是資金——我們沒(méi)有多少資金可用，全部資金僅為我們幾個(gè)核心成員自己籌集的資金。我們走遍尾貨市場(chǎng)，找到了一些價(jià)格合適的電磁鐵。我們能夠以1英磅左右（約合1.5美元）的單價(jià)得到100個(gè)這樣的電磁鐵，我們訂購了6個(gè)在管風(fēng)琴上進(jìn)行試驗。

我們發(fā)現電磁鐵的尺寸非常理想，但電磁鐵芯的運動(dòng)距離比要始終如一地觸動(dòng)管風(fēng)琴白鍵所需的運動(dòng)距離略短。盡管我們可以直接利用電磁鐵芯來(lái)驅動(dòng)黑鍵，但我們仍然需要某種杠桿來(lái)驅動(dòng)白鍵。

電磁鐵組裝的首個(gè)原型如圖1所示，圖1為電磁鐵的工作原理圖。對于白鍵而言，頂部的膠合板杠桿的后面用管道膠帶作鉸鏈連接，當電磁鐵通電時(shí)，它會(huì )受到下拉的力量。當電磁鐵斷電時(shí)，管風(fēng)琴鍵自身會(huì )提供向上力——因此無(wú)需另外使用彈簧。對于黑鍵而言，從電磁鐵底部伸出的小銷(xiāo)可以足夠的力量直接按壓琴鍵，彈奏音符。

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圖1：電磁體組件原型

組件測試表明的確可以成功地按壓琴鍵。同時(shí)也表明，我無(wú)法做到將放置電磁鐵的空間七等分，其間隔無(wú)法接近鍵盤(pán)八度音階的實(shí)際間隔，因此，我們只能一次測試一個(gè)鍵。但我們證實(shí)了這個(gè)原理是可行的，因此，我們繼續開(kāi)發(fā)工作，訂購了適用于整個(gè)鍵盤(pán)的部件，然后開(kāi)始著(zhù)手電子設計。

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圖2：機械布局

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