音乐喷泉设计——自动控制技术的应用

音乐喷泉是一种集美感和音乐于一体的一种现代的生活休闲娱乐设施，从最原始的单纯喷泉发展成为现在的音乐喷泉，再到后来的电影喷泉，它走过了一个不断发展的路程，在今天变得更加美观和新潮。今天将带给大家一个音乐喷泉产生的原理。

音乐喷泉是通过千变万化的喷泉造型，结合五颜六色的彩光照明，来反映音乐的内涵及音乐的主题，一座好的音乐喷泉，水形的变化应该能够充分地表现乐曲。是在程序控制喷泉的基础上加入了音乐控制系统，计算机通过对音频及MIDI 信号的识别，进行译码和编码，最终将信号输出到控制系统，使喷泉的造型及灯光的变化与音乐保持同步，从而达到喷泉水型、灯光及色彩的变化与音乐情绪的完美结合，使喷泉表演更加生动更加富有内涵及体现水的艺术。音乐喷泉：可以根据音乐的高低起伏变化。用户可以在编辑界面编写自己喜爱的音乐程序。播放系统可以实现音乐、水、灯光气氛统一，播放同步。

简单得来说，音乐喷泉的原理：其实就是将音频信号转换成电频信号电频信号通过变频器控制水泵使水泵的压力随音乐的节奏的变化。根据播放的音乐来控制水柱，达到与音乐同步的效果，而水柱是由水泵来控制的，而水泵是由三相异步电动机组成的，三相异步电动机的转速如果通入工频电源，转速是不变化的，变频器是专门针对电机调速的装置。由变频器控制电机的转速，使水柱发生变化。改变频率就改变了电机的转速，也就改变了水泵的压力，音乐的不同频率经单片机处理送到变频电机的控制端，使电机转速随音乐的音调，节奏，和强弱变化，水泵的压力随之变化，喷岀的水就有了高低变化，而且是由几套设备对多组喷嘴实施控制喷泉的形成是水泵。将音乐的节奏和强度转变为控制信号，此信号再控制一个电压控制器件，电源经过这个电压控制器件后，输出电压也随音乐的变化而改变，然后控制水泵电机。

在音乐喷泉中，一些公司采用了目前国际最先进的基于WINDOWS NT下的分布式计算机控制系统。系统具有先进性、开放性、实用性、安全性等五大特性。

自动控制技术是音乐喷泉中最关键的技术，其主要特点表现在以下几个方面：

一、高水平的音乐信号处理系统　

利用中科院自动化所在语言识别方面的国际领先技术，研制了音乐信号32位计算机处理系统（M UCS ），将音乐信号进行频谱分析和延时处理，提取音乐信号中适合喷泉控制的有效成分送给主控机，并能将音乐信号任意延时，使喷泉和音乐同步。

二、集中分散式控制系统

本喷泉由主控机直接控制，主控机具有如下特征：

1．音乐信号采集功能，按频率特征抽取有效成分。

2．对喷泉设备进行故障诊断，可以对主机运行状态、漏电及驱动柜工作状态进行诊断。

3．中文菜单式操作系统，使操作者能够在短时间内学会操作，具有音乐喷泉的各种动态造型和花样变化显示功能，使操作人员通过计算机屏幕就能观察到喷泉的各种变化，极大地方便了音乐喷泉的配曲和操作人员使用。

4．开放式结构，人机界面友好，通讯接口及编程技巧对用户开放，只需通过鼠标的两个键即可完成音乐喷泉的配曲，这样就容易使音乐喷泉配曲库不断丰富，总给人耳目一新的感觉。

5．对音乐喷泉的直接控制，直接驱动泵、变频器或伺服器。

6．摇摆电机的摇摆速度及方向控制，最大控制量1024或更多。喷泉控制器采用了MUCS系统，能够与任何音源相接（CD机、录音机、现场演出等），在保证音乐信号不失真的情况下，使音乐与喷泉完全同步。

三、安全及可靠性

1．每一路被控制设备均安装过电压、过电流、漏电保护装置，一旦发生故障，能够自动切断电源，可靠的保护该路喷泉设备不受损失，保证人身安全。

2．从工业控制工程实践中总结出一套独特的接地保护方式，进一步提高安全性。

3．驱动器部分大规模地采用大功率无触点继电器，减少了电磁火花干扰，大大减少了主回路的故障，延长了使用寿命。

作为音乐喷泉，不可能在一天内长时间表演，这里因为：第一耗电量大，第二长时间开启会使之缺乏新鲜感，尤其在白天无灯光时，效果欠佳。喷泉作为整个广场的一景，除音乐表演外还需考虑作为固定景点时水型的艺术效果。固定水型的使用时间是最长的。因此，喷泉水型设计与选择上除考虑表演音乐时的美感，同时也考虑作为水景时的效果，所以控制上的设置有不同的功能。

1．手动控制：在白天或夜间音乐表演间歇时，点击鼠标独立打开某些水型，形成一组合造型固定不变。节约用电，平时最常用。

2．程序控制：如果您希望有不同的组合造型变化，则可打开程度功能，使水型按设定的程序变化，出现不同的造型，使人感受不同景色的美妙。

3．实时声控：为目前国内绝大多数公司普遍采用的一种控制方式，它的特点是可响应任何音源信号，现场演奏卡拉OK等，但此种控制方式有一些缺点。　　首先，水型动作要比音乐滞后，使人感觉喷泉动作与音乐不协调。其次，水型的出现组合与出现时间长短，为固定重复的而且不论任何曲目，所以会出现表演水型与音乐所表达的情感不一致。如激昂的乐符，可能出现摆动水型，而轻柔旋律时，又出现高大的水体，使人听觉感受与视觉感受不一致。第三，乐曲的情感段落与水型变化时间不符，而且千篇一律。

4．预编控制方式：是根据某一首乐曲的情感与意境，人工编制各种水型、动作、灯光、水泵的开启和关闭，使喷泉的表演与音乐的情感和意境相吻合。此功能在控制技术、计算机技术、通讯技术方面有一定的综合难度。