[發(fā)明專利]一種音樂教育練習系統(tǒng)及其方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711478066.1
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN107967827A
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 凌娜
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶師范大學(xué)
• 主分類號: G09B5/06
• 分類號: G09B5/06;G09B15/00
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司44245
• 代理人: 李歐

1.一種音樂教育練習系統(tǒng)，其特征在于：包括用于錄取彈奏指法的圖像采集單元、用于錄取彈奏聲音的音頻采集單元、用于顯示音符曲線和圖像的顯示器、用于處理老師彈奏聲音和學(xué)生彈奏聲音的數(shù)據(jù)處理單元，用于建立老師彈奏標準的標準模塊單元、用于存儲老師彈奏音樂數(shù)據(jù)的儲存單元、用于建立學(xué)生彈奏聲音的聲音處理單元、用于將學(xué)生彈奏音樂數(shù)據(jù)與老師彈奏音樂數(shù)據(jù)進行對比的對比評判單元；所述圖像采集單元包括攝像頭，所述攝像頭與儲存單元通信連接，所述攝像頭安裝于鋼琴的琴鍵上方；所述音頻采集單元包括音頻采集器，所述音頻采集器與數(shù)據(jù)處理單元通信連接；所述數(shù)據(jù)處理單元包括第一AD轉(zhuǎn)換模塊、音頻切分模塊、wave音高提取模塊、音強提取模塊、音色提取模塊、音長提取模塊和節(jié)奏提取模塊；所述標準模塊單元包括信號加窗分幀模塊、音長標準模塊、音強標準模塊、音色標準模塊、音高標準模塊和節(jié)奏標準模塊；所述聲音處理單元包括音高處理模塊、音長處理模塊、音強處理模塊、音色處理模塊和節(jié)奏處理模塊，所述對比評判單元包括網(wǎng)絡(luò)通信模塊、曲目下載模塊、音高對比曲線模塊、音長對比曲線模塊、音色對比曲線模塊、音強對比曲線模塊和節(jié)奏對比曲線模塊；所述網(wǎng)絡(luò)通信模塊包括連接狀態(tài)管理模塊、數(shù)據(jù)請求收發(fā)模塊、回復(fù)信息解析模塊；所述曲目下載模塊包括FTP協(xié)議解析模塊、數(shù)據(jù)有效性驗證模塊。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種音樂教育練習系統(tǒng)，其特征在于：所述鋼琴琴鍵上設(shè)置有用于檢測在彈奏過程中鋼琴鍵受到壓力值的壓力傳感單元，所述壓力傳感單元電連接有第二AD轉(zhuǎn)換模塊，所述第二AD轉(zhuǎn)換模塊與儲存單元通信連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種音樂教育練習系統(tǒng)，其特征在于：所述音樂教育練習系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)庫操作單元，所述數(shù)據(jù)庫操作單元包括曲庫查詢模塊，所述曲庫查詢模塊下設(shè)有音高查詢模塊、音長查詢模塊、音強查詢模塊和音色查詢模塊。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種音樂教育練習系統(tǒng)，其特征在于：所述圖像采集單元還包括第一電源模塊、第一藍牙模塊，所述第一藍牙模塊與攝像頭通訊連接，所述第一藍牙模塊和攝像頭均與第一電源模塊電連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種音樂教育練習系統(tǒng)，其特征在于：所述音樂教育練習系統(tǒng)還包括用于播放錄取后的音頻播放器。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種音樂教育練習系統(tǒng)，其特征在于：所述音頻采集單元和音頻播放器均設(shè)置在顯示器上。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種音樂教育練習系統(tǒng)，其特征在于：所述音樂教育練習系統(tǒng)還包括彈奏評分計算單元，所述彈奏評分計算單元包括音高得分計算模塊、音長得分計算模塊、音強得分計算模塊、音色得分計算模塊、節(jié)奏得分計算模塊和加權(quán)計算模塊。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種音樂教育練習系統(tǒng)的方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)圖像采集單元的攝像頭采集老師彈奏時的指法，音頻采集單元錄取老師鋼琴彈奏時彈奏的聲音；

(2)使用數(shù)據(jù)處理單元對聲音進行處理，第一AD轉(zhuǎn)換模塊將聲音的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，音頻切分模塊將連續(xù)的數(shù)字信號切分為數(shù)據(jù)段，使用音長提取模塊對每個錄音數(shù)據(jù)每間隔15毫秒，切割成一個數(shù)據(jù)段，得到音長標準模塊，將音頻數(shù)字信號切分后，使用wave音高提取模塊的wave文件進行音高提取，并使用信號加窗分幀模塊通過對語音信號加窗分幀，音高處理模塊通過自相關(guān)函數(shù)計算，然后使用100-800HZ的帶通濾波器，去掉過高或者過低的峰值，并利用semitone＝12*log₂(frequency/440)+69計算極值點，提取出基音周期，得到音高標準模塊；

(3)使用音強提取模塊先對每個語音數(shù)據(jù)段的語音信號加窗分幀，讀取每幀信號的平均幅值作為此幀的音強值，設(shè)定的聲音信號采樣率為6-8kHz采樣點數(shù)為256，每幀長為12-15ms，幀移為0，對每個數(shù)據(jù)段的每個音符提取音強特征，得到音強標準模塊；

(4)使用音色提取模塊將每個錄音數(shù)據(jù)段分解為每個音符，對每個音符使用FM算法，包括使用合成矩陣ID、各種震蕩器的波形ID、ADSR的參數(shù)來定義音色的各種信息，并將音色轉(zhuǎn)換為數(shù)字系統(tǒng)碼；

(5)學(xué)生在自己練習時，播放器播放圖像采集單元采集的老師彈奏指法，學(xué)生通過顯示器學(xué)習老師彈奏的指法，在練習時，提取學(xué)生彈奏鋼琴時的音高模塊、音長模塊、音強模塊、音色模塊和節(jié)奏模塊；

(6)使用對比評判單元進行對比，對比時，包括音強對比、音長對比、音色對比、音高對比和節(jié)奏對比，以建立的音強標準模塊、音長標準模塊、音色標準模塊、音高標準模塊和節(jié)奏標準模塊作為基準，將學(xué)生演奏的音強模塊、音長模塊、音色模塊、音高模塊和節(jié)奏模塊的算術(shù)平均值規(guī)整到與音強標準模塊、音長標準模塊、音色標準模塊、音高標準模塊和節(jié)奏標準模塊的算術(shù)平均值同一水平線上，利用余弦相似度公式計算在二維空間向量中兩組數(shù)據(jù)的趨勢，由顯示器顯示學(xué)生彈奏曲線與老師彈奏的標準曲面。