基于Flosc乐器“埙”的交互设计与实现

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【内容摘要】如何借用科学技术对乐器进行交互设计已经成为国内外一项重要研究课题。文章通过引入并阐述了flosc技术的概念，分析了Flosc技术在对埙进行交互设计与实现过程中的改造依据、设计思路和技术路线，并对演示结果进行分析，论证了Flosc技术在以乐器为界面的交互设计中具有较大的应用发展空间。

【关键词】Flosc 埙 交互设计

埙出现于新石器时代，是一种拥有7000年历史的中国传统乐器，其音色古朴悠扬、低沉醇厚。但由于其演奏技术较为复杂，加之作品年代久远，不少已失传，迄今为止，清光绪十四年吴渌源编的《棠湖埙谱》是仅有的一本埙谱。①埙在当今社会中发展滞缓，在音色、音域等方面都不能适应当代音乐创作的需求，难以普及。若想让更多的人了解它，使其运用在音乐创作中，不至于让这一文化瑰宝失传，可考虑借助先进的科学技术对其进行改造，赋予其交互性特征，使其成为人人能够演奏的乐器，并能让演奏者获得视听的双重感受，Flosc技术就能将这一梦想变成现实。

一、Flosc技术简介

Flosc是一种通讯方式，其让Flash与其他软件通过UDP（User Datagram Protocol）数据进行通讯，UDP是一种无连接的传输层协议。Flosc包含Java服务器和Actionscript函数，它们借助Flash XMLSocket特点，使得支持UDP的软件都能与Flash通讯，读取和写入TCP数据。Flosc是由Flash和OSC组成，OSC全名为Open Sound Control，其是一种数据格式，如同MIDI，但是其传输速度更快，也更灵活。Flosc将Actionscript数据转换为OSC格式，通过Actionscript的XMLSocket将OSC数据以TCP格式发送到Java网关服务器，最终将OSC数据以UDP格式发送到Java服务器的另一端，这个过程可以反向，即Flosc既可以发送数据，也可以接收数据。Flosc可以被视作Flash和OSC之间的桥梁，Java网关服务器只是用在TCP和UDP数据相互转换上。

二、“埙”交互系统设计思路

（一）“埙”改造依据

对“埙”的改造在保留其外观的基础上进行，最常见的“埙”为九孔埙（包括吹孔）。埙的顶端有1个吹孔，体上前面有6个音孔，后面有两个音孔。“埙”的发声原理与管乐器相似，靠腔体内空气振动发声，吹孔内空气柱与腔体内空气共振产生的频率决定音高。②演奏技法上，通过嘴在吹孔处吐气和用手指开或闭不同大小的音孔来控制音高。这种演奏技法对于演奏口型、呼吸的方法都有较高的要求，初学者不易掌握。

借鉴埙的基本演奏法，将它简化为“吹”和“按”两个动作，并将其作为交互方式。乐器在此成为了交互界面，通过保留“埙”这一古老乐器的演奏形式，弱化演奏技巧，丰富艺术表现，从而增强参与性、交互性。演奏者不再局限于受过专业训练的艺术家，而是广大艺术爱好者，只需吹、按两种动作就能驾驭这个乐器。此外，该作品突破原先单一的听觉表现形式，加入视觉元素，使得参与者获得视听双重感受。

（二）“埙”交互系统设计

改造后的“埙”的多媒体交互系统由三部分组成：第一，埙的感应系统，由感应器、Arduino组成，起到感应输入作用；第二，MaxMSP―Flash联结系统是通过Flosc通信连接将MaxMSP与Flash两个软件联结起来，实现MaxMSP对Flash的控制；第三，为埙所做的视听交互系统由视觉系统和听觉系统组成，属于内容设计，在视觉系统中，吹孔控制动画帧的播放进度，形成“吹画”效果，而不同的音孔控制不同的分层动画播放；在听觉系统中，吹孔拾取人吹气的声音并进行实时效果处理，音孔控制与分层动画相对应的音效或音乐片段播放。

三、“埙”交互系统技术实现

（一）感应技术实现

改造后的“埙”所运用到的感应器有两种：一种是微型麦克风，用来拾取声音；一种是光敏电阻，可用来感应光线强弱，由光照射到它弯弯曲曲的表面多少来决定它的阻值，光线越暗，阻值越大；光线越亮，阻值越小。在埙交互系统中，利用光敏电阻的工作原理来模拟音孔“开”和“闭”的效果，保留了原有的演奏技法。将所有的感应器嵌入到埙腔体内，不改变原有的外观，感应器嵌入后效果如图1，然后根据图2的电路图将感应器与Arduino连接。

（二）视听联结交互技术实现

就“埙”的交互系统而言，根据麦克风和光敏电阻这两种不同的感应器，感应信号的采集方法也有所不同。就嵌入音孔的光敏电阻而言，信号采集经Arduino，到达MaxMSP，其实现分为两大步骤：第一步是将采集到的感应数据送至MaxMSP，具体操作方式是打开Arduino中的StandardFirmata文件，并上载到Arduino，然后借助Maxuino模块将数据送入MaxMSP；第二步调试感应装置，确定音孔数值阀门，设置程序响应开关。程序如图3所示，虚方框内为麦克风拾取声音程序，当程序采集的音量大于某个数值时，该部分程序将输出“4”这一数值。右边是光敏电阻（音孔）的感应信号采集程序，每个光敏电阻控制一个分支，当音孔被按住时，程序就会送出一个数值，不同的孔对应不同的数值，与麦克风送出的数值相加输出。

运用Flosc技术实现MaxMSP与Flash之间的联结，是“埙”视听联结交互的核心与关键。感应信号采集的数值通过OpenSound―Control物件送入Flash，程序如图4所示。当Flash收到MaxMSP送出的数值时，通过相应的程序播放动画。

四、演示结果分析

感应设备与相应的交互技术是实现“埙”交互功能的依托，通过改造，声音突破了原先一次只能发出一音的局限，可控制播放音乐片段，并可实时对吹孔处吐气的声音进行效果处理。此外，运用Flosc技术使得通过原有的演奏技法就可控制Flas的播放，从而丰富视听体验。

该系统有两点不足之处：第一，由于光敏电阻本身受光照影响，演示环境受到局限，存在一定的不确定性，往往演示只能在只有日光灯照射，不受太阳光影响的室内环境中进行；第二，在“埙”感应装置制作方面，由于使用的是有线形式，再加上感应器使用的数量较多，导致线路繁复，参与者使用起来不太方便，在资金充裕的情况下，可改为无线形式。

结语

运用Flosc技术实现乐器“埙”的改造，不仅为拓展乐器的多感官体验、丰富艺术表现提供了可能，还有助于发挥各个软件和工具的长处，将不同的软件平台进行联结，共同为艺术创作服务。利用当今科学技术对乐器进行改造，使更多的人不经训练就能够演奏，从而了解它，关注它，这对乐器的发展与普及，以及艺术的传承都有重要意义。该项研究还处于起步阶段，若想有成效，需要经历一段漫长的探索过程，希望借此抛砖引玉，让更多的专家、学者参与进来，切磋研究。

（注：本文为2013年“上海高校青年教师培养资助计划”项目“人机互动环境下的声音设计”基金项目，项目编号：ZZSLG13067）

注释：

①张密丽，王丽芬.古代吹孔乐器埙与五声音阶的形成[J]中原文物，1996（3）：119―120.

②石蓓，孟子厚.埙的声学机理分析[J].乐器，2005（4）：61―62.

作者单位：上海出版印刷高等专科学校