[發明專利]一種基于物聯網的音樂教學裝置

有效

• 申請號: 202010868400.X
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN112037609B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 鈕小靜;王棟
• 申請（專利權）人: 懷化學院
• 主分類號: G09B15/00
• 分類號: G09B15/00
• 代理公司: 長沙湘馳達知識產權代理事務所(普通合伙) 43242
• 代理人: 羅若愚

1.一種基于物聯網的音樂教學裝置，包括外殼體、控制所述音樂教學裝置內各用電器的運行的中央處理器、為所述音樂教學裝置提供用電的電源裝置和由使用者操作進而控制所述音樂教學裝置的控制鍵，其特征在于，所述音樂教學裝置還包括影音投放裝置、聲音收集裝置和為所述中央處理器傳送音樂教學的相關音頻信號的服務器；所述中央處理器通過其信號收發模塊與所述服務器進行基于無線網絡的信息交流和傳輸；所述中央處理器分別連接并控制所述影音投放裝置、所述聲音收集裝置、所述控制鍵和所述電源裝置；

所述影音投放裝置包括解壓相應的影音信息的控制部、對所接收的視頻信號進行視頻以及畫面投放的畫面投射單元和對所接收的語音信號進行相應的聲音播放的聲音播放組件；所述控制部分別與所述畫面投射單元和所述聲音播放組件連接，所述控制部具有處理單元、儲存單元、信號交流單元，所述控制部作為計算機發揮功能，進行所述聲音播放組件所述畫面投射單元的動作的控制，所述畫面投射單元在所述控制部的控制下，對從光源射出的光進行光學處理并投射，所述畫面投射單元收納于所述外殼體并且與所述控制部信號連接；

所述控制部接收所述中央處理器的儲存模塊發送的數據信號，并對所述數據信號進行解碼，生成相應的視頻信號和語音信號，所述畫面投射單元接收所述控制部解碼的所述視頻信號，進一步進行所述視頻信號的視頻畫面生成同時進行投放，所述聲音播放組件接收所述控制部解碼的所述語音信號，并且進行所述語音信號的音頻的播放，進而實現所述音樂教學裝置對相應的音樂教學課程的投放；

所述聲音收集裝置包括聲音收集模塊、聲音去噪模塊、特征提取模塊、聲音處理模塊和儲存模塊；所述聲音去噪模塊包括設置在所述聲音收集裝置上的磁場傳感器、電流傳感器和電壓傳感器，其中所述電流傳感器檢測所述聲音收集裝置的當前運行電流、所述電壓傳感器檢測所述聲音收集裝置的運行電壓，基于所述磁場傳感器能有效的對所述聲音收集裝置當前所處環境的磁場強度和方向進行檢測，所述傳感器分別檢測所述聲音收集裝置運行過程中的運行電壓、運行電流和運行振動幅度，進而獲取所述聲音收集裝置當前所處環境的干擾信息，以得到所述干擾信息并進行有效過濾，根據所述運行電壓、所述運行電流和所述磁場的所述干擾信息對所述聲音收集裝置的所接收音頻進行有效降噪處理；

所述聲音收集裝置的儲存模塊中預存儲有干擾信息庫，所述干擾信息庫中存儲有不同運行電壓、運行電流和磁場干擾信息與對應噪聲數據之間的對應關系，以查詢所述聲音收集裝置當前運行信息下所對應的干擾數據，通過將匹配到的干擾數據與所述聲音收集模塊的所接收音頻數據進一步通過采用頻譜分析、功率譜分析和/或倒頻譜音頻分析的結果，對所述所接收音頻數據進行降噪；對所述所接收音頻數據進行語音邊界檢測，并根據所述語音邊界檢測結果對所述所接收音頻數據進行音頻分割，得到有效音頻和無效音頻，根據所述運行振動幅度對所述所接收音頻中的有效音頻進行音頻降噪，并將音頻降噪后的所述所接收音頻數據傳送至所述特征提取模塊；所述儲存模塊還存儲有經過大量語音樣本數據進行訓練得到的語音識別模型庫，通過大量數據訓練后的模型用于模式匹配，達到較高的識別率；所述儲存模塊是通過大量語音樣本數據進行語音識別模型庫的建立和訓練，通過大量數據訓練后的模型用于模式匹配，達到較高的識別率，所述聲音處理模塊將由所述特征提取模塊輸出的所述使用者的語音特征參數與所述語音識別模型庫內標準語音特征參數之間，通過HMM的語音識別方法進行模式匹配，并將所述使用者的所述語音特征參數作為動態調節參數，并向先通過經過訓練的語音識別模型庫定向提取的標準語音特征參數，將使用者的語音特征參數與所述語音識別模型庫內相應的標準語音 特征參數進行匹配對比；

所述特征提取模塊從經過去噪模塊處理輸出的語音信號中識別提取出相應的語音特征參數，所述特征參數為所述語音信號的音頻高低、強度和長短，所述特征提取模塊將所述語音信號轉換為計算機能夠處理的語音特征向量，同時所述特征提取模塊還能能夠增強所述語音信號并且抑制非語音信號；

所述聲音處理模塊將所述影音信息與所述語音識別模型庫內儲存的對應教學課程的對應練習檢測的標準音譜的聲音特征信號進行對比分析，并根據預先編程于所述聲音處理模塊的計算程序進行評分計算，進而獲得所述使用者所練習的影音信息的評分數值，得出所述使用者所聲調的準確度，進而指導使用者的準確聲調，并根據使用者的分數與預先設定的閾值分數進行比較進而生成信號和/或不及格信號并傳送至所述中央處理器；

所述中央處理器包括控制模塊和信號收發模塊，所述中央處理器通過所述信號收發模塊與所述服務器無線信號交流，所述中央處理器連接并控制所述影音投放裝置和聲音收集裝置，所述控制模塊接收所述服務器發送的影音信息進一步通過所述控制模塊的開啟，同時將所述影音信息發送至所述影音播放裝置進行相應的音樂教學視頻的投放，并且在所述教學視頻播放后進行相應教學視頻的知識點的練習檢測，進而確定學習者對本次課程的掌握程度，在練習檢測的分數低于閾值分數時則判斷為本次課程學習不及格，所述影音投放裝置生成不及格信號發送至所述中央處理器，所述中央處理器接收所述不及格信號并通過所述信號收發模塊將所述不及格信號、所述音樂教學裝置相應的裝置編號信息和對應課程序號打包成信息信號并無線上次至所述服務器，所述服務器根據所述信息信號控制相應的所述音樂教學裝置的視頻播放范圍，在所述練習檢測的分數不低于所述閾值分數時則判斷為及格，所述影音投放裝置生成及格信號發送至所述中央處理器，所述中央處理器接收所述及格信號并通過所述信號收發模塊將所述及格信號、相應的裝置編號信息和對應課程序號打包成信息信號無線上次至所述服務器，所述服務器根據所述信息信號控制開放對應的所述音樂教學裝置的相對于本次教學視頻次序后的教學視頻的投放權限，進而實現所述使用者在本次教學視頻的練習檢測通過時，才能夠開啟相對于所述本次教學視頻后續的教學視頻，以達到所述音樂教學裝置對學習者的教學質量的保證；

所述外殼體包括上殼面、下殼面、第一側殼面、第二側殼面、第三側殼面和第四側殼面，其中所述上殼面、所述下殼面、所述第一側殼面、所述第二側殼面、所述第三側殼面和所述第四側殼面之間通過螺絲、焊接和/或卡接互相配合銜接進而圍接成所述外殼體；

所述服務器的數據庫內建立有不同樂理基礎教學的教學課程的相關影音播放信息、練習檢測信息和所述練習檢測所對應的標準答案信息之間組合而成的數據模型；

其中所述影音信息內包括對應的練習檢測信息，所述練習檢測包括關于相應教學課程內的相關音樂理論知識的客觀題和發聲練習題，所述客觀題通過所述音樂教學裝置的控制鍵進行選擇作答，所述使用者通過調控所述音樂教學裝置的控制鍵選取相應的答案，所述中央處理器接收所述控制鍵的調控信息進而確定所述使用者的選取答案并通過所述中央處理器的控制模塊與所述影音信息內的標準答案信息進行對比進而判斷所述使用者的答題分數，所述發聲練習題為通過所述影音投放裝置投射的音譜和音符進行相應音譜符號的發聲，進而判斷所述使用者對其相應音譜的學習情況，在所述教學視頻播放完并開始所述練習檢測的發聲練習題時，所述控制部發生相應信號至所述中央處理器，所述中央處理器接收所述信號并開啟所述聲音收集裝置，所述聲音收集裝置將練習者的聲音進行收集和處理生成相應的影音信息然后通過所述控制模塊與所述發聲練習題所對應的答案的標準聲音特征參數進行計算比較進而得出所述練習者的發音練習題的相應分數；

所述服務器的數據庫內建立不同樂理基礎教學的教學課程的影音播放信息、練習檢測信息和所述練習檢測所對應的標準答案信息的數據模型，所述服務器根據所述音樂教學裝置開啟時，所述中央處理器產生并發送相應的信號至所述服務器，所述服務器進行相應數據模型的引擎并通過處理生成相應數據信號發送至所述音樂教學裝置；

所述使用者通過調控所述控制鍵開啟所述音樂教學裝置，所述中央處理器接收所述控制鍵的調控信號，并連通所述音樂教學裝置的電源裝置，通過所述信號收發模塊發送所述調控信號至所述服務器，所述服務器根據所述調控信號的信息和所述音樂教學裝置的編號信息進行所述數據庫內所述音樂教學裝置允許播放范圍內的教學課程的相應的數據模型的引擎提取，并將所述數據模型生成相應的影音信息發送至目標的所述音樂教學裝置，所述音樂教學裝置進行所述影音信息內相應的音樂教學課程的影音投放，并在所述教學課程的影音投放后進行相應練習檢測的投放，所述使用者根據所述練習檢測的題型類型通過所述控制鍵和/或所述聲音收集裝置進行答題，所述中央處理器和/或所述聲音收集裝置將所述使用者的答題信息進行收集處理并通過與所述數據模型內的所述答案標準進行對比進而獲得的成績情況所述使用者的練習檢測分數，并且基于所述閾值判斷所述練習者的對應的教學課程的學習質量情況，所述中央處理器將所述學習情況反饋至所述服務器進而改變所述音樂教學裝置的所述教學課程的允許播放范圍內。