噴泉是一種將水經(jīng)過一定壓力通過噴頭噴灑出來具有特定形狀的組合體?，F(xiàn)在的噴泉一般為完全依靠噴泉設(shè)備的人工造景噴泉。主要就是通過變頻器的控制實(shí)現(xiàn)節(jié)奏韻律，音樂噴泉中水形變化豐富，配合燈光給人真實(shí)直觀的美感。音樂噴泉中的各種搖擺能讓人感受到噴泉的柔性美。徑向搖擺的產(chǎn)生是由于水面下設(shè)搖擺機(jī)構(gòu)，使水景優(yōu)美動(dòng)人，賞心悅目，給人神奇的感覺，是時(shí)代高科技發(fā)展的表現(xiàn)。

搖擺噴泉的位置和運(yùn)動(dòng)速度的變化是產(chǎn)生搖擺水型瀟灑風(fēng)彩的重要因素。噴泉搖擺機(jī)構(gòu)的位置傳感器應(yīng)當(dāng)是防水的不接觸定位裝置。經(jīng)常采用由磁鐵感應(yīng)的霍爾傳感器、光纖引導(dǎo)的光電傳感器或磁鐵吸引的旋轉(zhuǎn)位置編碼器等。例如對(duì)于采用位置編碼器的噴泉搖擺機(jī)構(gòu)的定位裝置包括：裝在搖擺電機(jī)軸上的位置編碼器、高速計(jì)數(shù)器、控制計(jì)算機(jī)以及通信接口等。由于搖擺機(jī)構(gòu)的連桿一般會(huì)有較大的間隙，為了達(dá)到定位只能使搖擺機(jī)構(gòu)從一個(gè)方向到達(dá)定位點(diǎn)，才能保證其重復(fù)精度。因此，搖擺機(jī)構(gòu)需要停車時(shí)，每次都必須從一個(gè)方向到達(dá)定位點(diǎn)。

搖擺機(jī)構(gòu)的定位精度受運(yùn)動(dòng)力矩與阻力矩的影響。運(yùn)動(dòng)力矩決定于電動(dòng)機(jī)的電源電壓和停車前的運(yùn)動(dòng)速度等，而阻力矩則由搖擺機(jī)構(gòu)的摩擦力、水流的速度、周圍的風(fēng)力等合成。可見，這些都是不能事先確定的因素。所以，為了達(dá)到定位的目的，我們必須每次改變其控制參數(shù)。對(duì)于采用電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)來定位的控制參數(shù)一般有兩個(gè)，直流制動(dòng)電流的大小和啟動(dòng)制動(dòng)時(shí)間。對(duì)計(jì)算機(jī)控制較為方便的方式是采用改變制動(dòng)時(shí)間。

在控制系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)間可用檢測(cè)到位點(diǎn)的偏差來進(jìn)行修正。根據(jù)搖擺機(jī)構(gòu)定位偏差值的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)學(xué)模型的計(jì)算，后確定制動(dòng)時(shí)間。

音樂噴泉是一種為了娛樂而創(chuàng)造出來的可以活動(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。音樂噴泉隨著音樂變換，為城市的人們?cè)谝归g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(xiàng)頗為浪漫閑適的娛樂項(xiàng)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(jì)算機(jī)通過對(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保持同步，從而達(dá)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(dòng)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(shí)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(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。

自動(dòng)控制技術(shù)是音樂噴泉中關(guān)鍵的技術(shù)，其主要特點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

一、高水平的音樂信號(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)，研制了音樂信號(hào)32位計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)（M UCS ），將音樂信號(hào)進(jìn)行頻譜分析和延時(shí)處理，提取音樂信號(hào)中適合噴泉控制的有效成分送給主控機(jī)，并能將音樂信號(hào)任意延時(shí)，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(jī)直接控制，主控機(jī)具有如下特征：

1．音樂信號(hào)采集功能，按頻率特征抽取有效成分。

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。

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，極大地方便了音樂噴泉的配曲和操作人員使用。

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，只需通過鼠標(biāo)的兩個(gè)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(kù)不斷豐富，總給人耳目一新的感覺。

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

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)，能夠與任何音源相接（CD機(jī)、錄音機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)演出等），在保證音樂信號(hào)不失真的情況下，使音樂與噴泉完全同步。

三、及可靠性

1．每一路被控制設(shè)備均安裝過電壓、過電流、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。

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．驅(qū)動(dòng)器部分大規(guī)模地采用大功率無觸點(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。

作為音樂噴泉，不可能在內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間表演，這里因?yàn)椋汉碾娏看?，第二長(zhǎng)時(shí)間開啟會(huì)使之缺乏新鮮感，尤其在白天無燈光時(shí)，效果欠佳。噴泉作為整個(gè)廣場(chǎng)的一景，除音樂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。

1．手動(dòng)控制：在白天或夜間音樂表演間歇時(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。

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．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)作要比音樂滯后，使人感覺噴泉?jiǎng)幼髋c音樂不協(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)表演水型與音樂所表達(dá)的情感不一致。如激昂的樂符，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，使人聽覺感受與視覺感受不一致。第三，樂曲的情感段落與水型變化時(shí)間不符，而且千篇一律。

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(dòng)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(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)方面有一定的綜合難度。

【音樂噴泉設(shè)計(jì)需要注意什么】

基于大多數(shù)音樂噴泉的表演程序設(shè)計(jì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的問題，下面將介紹一種音樂噴泉的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)提取音樂的基本特征，分析曲式特點(diǎn)和情感特征，匹配出相應(yīng)的噴泉表演程序，并同時(shí)生成三維仿真動(dòng)畫。該系統(tǒng)具有人機(jī)界面友好的特點(diǎn)。

1、音樂特征識(shí)別

選用MIDI格式的音樂文件進(jìn)行輸入，該文件記錄了音樂的全本樂曲和演奏特征?？梢詮闹刑崛⌒?、和聲、節(jié)奏等信息。

2、音樂特征與噴泉?jiǎng)幼鞯钠ヅ?

匹配包括段匹配和音符匹配。這兩個(gè)層次的匹配即音樂噴泉表演程序的設(shè)計(jì)過程，匹配過程中，段匹配首先找到表達(dá)某一特定情感的典型動(dòng)作序列；接下來音符匹配則根據(jù)特定音符表演特定的噴射動(dòng)作。

3、動(dòng)畫仿真和手動(dòng)修改

動(dòng)畫仿真可以代替直接在噴泉裝置上的演示，省時(shí)省力。并且用戶有修改需求時(shí)，可以直接友好的人機(jī)界面上進(jìn)行修改，而省去修改源程序。

4、編譯控制程序

可以將用戶通過人機(jī)界面設(shè)計(jì)的表演程序編譯并輸出為控制程序。

5、同步播放

同步播放程序可以保持噴射與音樂的同步，有效防止延時(shí)問題。