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乐器练习辅助器的制作方法

发布时间:2019-06-27 00:41 来源:未知 编辑:admin

  在乐器练习过程中,一首乐曲是通过音乐中的每一个音符音准和时长来表现,如果音符或节拍错误会影响练习效果,对每个演奏者来说最重要的是演奏过程如何判断音准和节拍正确,因此一般练习过程中需要使用节拍器或计时器进行练习辅助。传统的音乐练习节拍器只能提供某一固定的节拍效果,并不能判断演奏的音符和节拍是否准确,尤其是初学者乐感较差,其辅助效果不明显反而加重练习负担。

  乐器练习辅助器,所述辅助器包括控制模块、数据采集模块、存储模块和比对演示模块;所述数据采集模块包括拾音模块和与拾音模块相连的模数转换模块;所述存储模块内贮有标准演奏音频数据;所述比对演示模块包括显示模块;所述比对演示模块与存储模块、模数转换模块相连;当辅助器工作时,所述模数转换模块经拾音模块采集练习者演奏音频并将其转换为练习音频演示数据;所述比对演示模块分别把练习音频演示数据和标准演奏音频数据转换为演示内容,按标准演奏音频的时间进度在显示模块处进行显示比对。

  所述比对演示模块还包括误差提示灯,当辅助器工作时,所述比对演示模块计算练习者演奏音频数据与标准演奏音频数据间的差异程度值和差异类型,并按差异程度值的大小及和差异类型控制误差提示灯的点亮动作。

  所述拾音模块包括麦克风或拾音器;所述数据采集模块还包括与拾音模块相连的音频处理模块;所述音频处理模块对拾音模块采集的音频进行放大后送至模数转换模块;所述模数转换模块包括微处理器;所述模数转换模块把练习者演奏音频转为数字信号后,再由微处理器进行FFT变换,以精确地计算出练习者演奏音频的信号频率数据,并把信号频率数据转换为与之匹配的练习音频演示数据;所述练习音频演示数据包括标准音名数据、标准音阶数据、音分值误差数据及频率持续时长数据。

  当微处理器进行FFT变换时,先以FFT算法分析音频信号频谱,经过滤波后得到音频主要的频率信息。

  所述显示模块包括液晶显示屏;所述比对演示模块的演示内容包括在液晶显示屏处显示的音名、节拍、时长。

  所述存储模块包括SD卡;所述显示模块包括分辨率为240*320的彩色LCD显示屏。

  所述辅助器包括电源和设备外壳;所述设备外壳处设有液晶显示屏、喇叭、功能按键、音频输入端子和误差提示灯;所述音频输入端子与拾音模块相连。

  所述误差提示灯包括正确提示灯、音符类型错误提示灯、音符时长错误提示灯;当练习者演奏音频数据与标准演奏音频数据间的差异程度值小于阈值时,正确提示灯点亮;当练习者演奏音频数据与标准演奏音频数据间的差异类型属于音符类型错误时,音符类型错误提示灯点亮;当练习者演奏音频数据与标准演奏音频数据间的差异类型属于音符时长错误时,音符时长错误提示灯点亮。

  本发明的优点在于,通过提供一种方便有效的智能乐器练习辅助器,与已有的乐器练习辅助设备相比,通过微处理器更有效的采集与分析乐器声音信号,有效解决了演奏者在练习过程无法判断当前演奏音符和节拍正确的问题,练习者可以通过声光提示有效地调整练习方法。

  图中:1-误差指示灯;2-设备外壳;3-功能按键;4-喇叭;5-音频输入端子;6-液晶显示屏。

  如图1-4所示,乐器练习辅助器,所述辅助器包括控制模块、数据采集模块、存储模块和比对演示模块;所述数据采集模块包括拾音模块和与拾音模块相连的模数转换模块;所述存储模块内贮有标准演奏音频数据;所述比对演示模块包括显示模块;所述比对演示模块与存储模块、模数转换模块相连;当辅助器工作时,所述模数转换模块经拾音模块采集练习者演奏音频并将其转换为练习音频演示数据;所述比对演示模块分别把练习音频演示数据和标准演奏音频数据转换为演示内容,按标准演奏音频的时间进度在显示模块处进行显示比对。

  所述比对演示模块还包括误差提示灯,当辅助器工作时,所述比对演示模块计算练习者演奏音频数据与标准演奏音频数据间的差异程度值和差异类型,并按差异程度值的大小及和差异类型控制误差提示灯的点亮动作。

  所述拾音模块包括麦克风或拾音器;所述数据采集模块还包括与拾音模块相连的音频处理模块;所述音频处理模块对拾音模块采集的音频进行放大后送至模数转换模块;所述模数转换模块包括微处理器;所述模数转换模块把练习者演奏音频转为数字信号后,再由微处理器进行FFT变换,以精确地计算出练习者演奏音频的信号频率数据,并把信号频率数据转换为与之匹配的练习音频演示数据;所述练习音频演示数据包括标准音名数据、标准音阶数据、音分值误差数据及频率持续时长数据。

  当微处理器进行FFT变换时,先以FFT算法分析音频信号频谱,经过滤波后得到音频主要的频率信息。

  所述显示模块包括液晶显示屏;所述比对演示模块的演示内容包括在液晶显示屏处显示的音名、节拍、时长。

  所述存储模块包括SD卡;所述显示模块包括分辨率为240*320的彩色LCD显示屏。

  所述辅助器包括电源和设备外壳2;所述设备外壳处设有液晶显示屏6、喇叭4、功能按键3、音频输入端子5和误差提示灯1;所述音频输入端子与拾音模块相连。

  所述误差提示灯包括正确提示灯、音符类型错误提示灯、音符时长错误提示灯;当练习者演奏音频数据与标准演奏音频数据间的差异程度值小于阈值时,正确提示灯点亮;当练习者演奏音频数据与标准演奏音频数据间的差异类型属于音符类型错误时,音符类型错误提示灯点亮;当练习者演奏音频数据与标准演奏音频数据间的差异类型属于音符时长错误时,音符时长错误提示灯点亮。

  本例产品由设备外壳、微处理器、液晶显示屏、功能按键、音频输入(麦克风或拾音器)、喇叭、指示灯(红色、绿色、黄色三个LED灯)、电源、音频处理模块组成,其中数据采集模块的微处理器可采用STM32系列高性能单片机处理器,典型芯片型号为STM32F103VET6,液晶显示屏采用分辨率为240*320的彩色LCD显示屏。

  由于麦克风或拾音器采集输出的电压信号非常微弱,一般只有几毫伏,因此采用集成芯片AD8367进行放大处理,放大电路如图3所示,其中VIN为麦克风/拾音器输入信号。STM32F103VET6内置有模数(A/D)转换电路,将音频放大信号快速进行FFT变换、滤除高次谐波和噪声,分析出乐器演奏的音符。

  由于音乐学习中,需作为比对样本存储的标准乐曲音频数据文件较大、数量较多,因此使用SD卡存储。

  比对演示模块内置的处理器读取当前练习的标准乐曲数据与当前演奏的音符信息数据进行比较,以标准演奏音频数据的演奏进度作为比对时间线,在液晶显示屏上显示当前演奏的音符、标准乐曲的音符和时长以及两者对比结果,同时当演奏无误时控制绿色LED指示灯亮,音符错误时控制红色LED指示灯亮,音符时长有误时控制黄色LED指示灯亮,设备工作流程如图4所示。

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