스마트 자동 피아노 튜닝 시스템 = Smart Automatic Piano Tuning System

국문 초록 (Abstract)

피아노는 가장 인기 있고 사랑받는 악기 중 하나이다, 또한 악기 중 가장 음역대가 넓고 표현력이 풍부하다. 피아노 조율은 피아노조율기능사 자격증이 있어야 할 정도로 전문 지식이 필요하며 복잡하고 시간이 오래 소요된다.
복잡하고 어려운 조율을 전문가의 도움 없이 피아노 이용자가 빠르고 간편하게 진행할 수 있게 스마트 자동 피아노 튜닝 시스템을 개발했다.
시스템은 피아노에 탈부착할 수 있게 설계되었으며 저장된 위치 데이터를 통해 자동으로 위치를 이동하며 조율을 진행한다. 사용자는 건반을 치는 작업만 반복하며 편리하게 조율을 할 수 있다.
시스템은 스텝모터, 알루미늄 프레임, LM 엑츄에이터, 라즈베리파이, 마이크 등을 이용하여 개발하였다. 라즈베리 파이가 스텝모터를 제어하여 LM 엑츄에이터의 위치를 조정하고, 마이크로 수음된 음성 데이터를 폐 루프 제어로 핀을 자동으로 조율한다.

실험에는 영창피아노 u-108 모델을 이용했다. 주파수 분석에는 자체 알고리즘 개발을 통해 상용화된 기타 조율기와 성능을 비교했고 조율 부분은 분석된 주파수를 토대로 조율이 풀린 핀을 정상 주파수로 맞추는 시간과 조율 정확성을 실험했다.

실험결과 핀 하나 조율하는데 평균 4.5초 소요되었고 10센트 이내의 결과를 얻었다. 이는 단순계산으로 핀이 230개라고 가정하면 전부 조율하는데 17.25분 소요되는 결과로 조율사 평균 조율시간 1~2시간에 비하면 꽤 빠른시간 내에 조율을 마치는 것을 볼 수 있다.

현재 시중에 판매중인 동일 기능의 제품은 없어 2020년 8월3일에 특허 출원을 성공했다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The piano is one of the most popular and beloved instruments, and it has the widest range and expressiveness among the instruments. Piano tuning requires specialized knowledge, complicated and time-consuming, enough to have a piano tuning technician license.
We have developed a smart automatic piano tuning system that allows piano users to perform tuning quickly and easily without the help of experts.
The system is designed to be detachable from the piano and automatically moves and tunes through the stored position data. The user can only repeat the task of playing the keyboard and tune it conveniently.
The system was developed using a step motor, aluminum frame, LM actuator, raspberry pi, and microphone. The Raspberry Pi controls the step motor to adjust the position of the LM actuator, and the voice data received from the microphone is automatically tuned to the pin through closed loop control.

The Youngchang Piano u-108 model was used for the experiment. For frequency analysis, performance was compared with other tuners commercially available through the development of our own algorithm, and the tuning part was experimented with time and tuning accuracy to set the untuned pin to the normal frequency based on the analyzed frequency.

As a result of the experiment, it took an average of 4.5 seconds to tune one pin, and the result was within 10 cents. This is a simple calculation, and assuming that there are 230 pins, it takes 17.25 minutes to tune all of them. It can be seen that tuning is completed in a fairly quick time compared to the average tuning time of a tuner in 1 to 2 hours.

Currently, there is no product with the same function on the market, so the patent application was successful on August 3, 2020.

목차 (Table of Contents)

• 요약 ⅰ
• 표목차 ⅳ
• 그림목차 ⅴ
• I. 서 론 1
• II. 물리적 피아노 특성 3
• 1. 소리의 특성 4
• 2. 현과 부조화 4
• 3. Phantom Partials 8
• 4. 현 조화 8
• III. 주파수 분석 10
• 1. 신호 스펙트럼 계산 10
• 2. 부분 주파수 편차 15
• 3. 실험 및 결과 16
• IV. 피아노 튜닝 프로세스 20
• 1. 튜닝 요소 20
• 2. 위치 데이터 수집 23
• 3. 실험 및 결과 26
• 4. 튜닝 시스템 모델링 33
• V. 결 론 35
• 참고문헌 36