一种钢琴弹奏的教学辅助系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111627409A(43)申请公布日2020.09.04(21)申请号202010419283.9(22)申请日2020.05.18(71)申请人潍坊工程职业学院地址262500山东省潍坊市青州市云门山南路8979号(72)发明人赵妍郑清李媛(74)专利代理机构青岛致嘉知识产权代理事务所(普通合伙)37236代理人高维波(51)Int.Cl.G10G3/04(2006.01)G10H1/00(2006.01)G10H1/34(2006.01)G10H1/40(2006.01)G09B15/00(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图1页(54)发明名称一种钢琴弹奏的教学辅助系统(57)摘要本发明涉及一种钢琴弹奏的教学辅助系统。将电子结构安装到机械钢琴上，避免了现有的数字钢琴或者电子钢琴其本身的手感不适或者声音不真实的问题；其次使用电容的力度采集方式，采集时对于手感的影响降至最低；使用力度采集和音频采集双采集模式，采集力度时多线程处理，提高采集速度，降低采集延迟，且可以将力度和响度同时对比，避免了钢琴不同键位区声音对于力度的响应的非线性问题。标准电子乐谱可以随意编辑，增强了系统对于不同阶段练习者的适应性。此外，本系统的设备都不影响机械钢琴本身的结构，音频采集器和力度感应器都可以安装在普通的机械钢琴上，经济性更强。CN111627409ACN111627409A权利要求书1/2页1.一种钢琴弹奏的教学辅助系统，包括主控制模块、机械钢琴、力度感应器、音频采集器、音频播放器、比对处理器、显示器、存储器、输入设备；其特征在于：力度感应器、音频采集器、音频播放器、比对处理器、显示器、存储器、输入设备均连接之主控制模块；主控制模块同时收集力度感应器和音频采集器采集的力度信号和音频信号，并将力度信号和音频信号转换成演奏电子乐谱，比对处理器将演奏电子乐谱和存储器内存储的标准电子乐谱进行比对；主控制器将比对的结果显示在显示器上。2.根据权利要求1所述的一种钢琴弹奏的教学辅助系统，其特征在于：机械钢琴为普通的立式钢琴或者三角钢琴，具有琴键（1）和音板；力度感应器设置在琴键（1）下方，可以采集每一个琴键（1）被按下时的时间、释放的时间和力度，并将琴键（1）的编码、按压时间、释放时间和力度发送给主控制模块；音频采集器设置于机械钢琴的音板上，可以采集机械钢琴发出的声音，并将声音转换成数字信号发送至主控制模块；音频播放器包括扩音器，用于在主控制模块的控制下播放存储在存储器内的音频文件；输入设备包括输入键盘，用于向主控制模块内输入控制信号，实现对主控制模块内软件的控制。3.根据权利要求2所述的一种钢琴弹奏的教学辅助系统，其特征在于：每一个琴键（1）设置一个力度感应器，力度感应器包括第一电容传感器（4）、第二电容传感器（5）和信号处理器（3）；机械钢琴包括琴键（1）以及用于安装琴键（1）的支架底板（2），第一电容传感器（4）包括两个电极片，分别设置在靠近琴键（1）根部的琴键（1）下侧和其对应位置的支架底板（2）上，第二电容传感器（5）包括两个电极片，分别设置在靠近琴键（1）头部的琴键（1）下侧和其对应位置的支架底板（2）上；当按压琴键（1）时，第一电容传感器（4）的两个电极片之间的距离变化，导致第一电容传感器（4）的电容值发生变化，同时第二电容传感器（5）的电容值也发生变化，且第二电容传感器（5）的电容变化比第一电容传感器（4）的变化更大；信号处理器（3）采集第一电容传感器（4）的电容值曲线和第二电容传感器（5）的电容值曲线；当第一电容传感器（4）和第二电容传感器（5）的电容值变化时，信号处理器（3）将第一电容传感器（4）的电容值进入一定阈值范围的时刻记录为琴键（1）按下的时刻，将第一电容传感器（4）的电容值离开一定阈值范围的时刻记录为琴键（1）释放的时刻；信号处理器（3）将琴键（1）按下时刻对应的第二电容值变化曲线的导数记录为按下的力度；第一电容传感器（4）和第二电容传感器（5）并行工作，且信号处理器（3）对第一电容传感器（4）和第二电容传感器（5）的分析并行处理。4.根据权利要求2所述的一种钢琴弹奏的教学辅助系统，其特征在于：音频采集器采集音板发出的声音，并将其转换成音频数字信号；主控制器模块收集音频数字信号，并对其进行分析，将音频数字信号和力度感应器发送的数据进行时间上的对准；然后主控制模块将每一个琴键（1）被按下时刻到琴键（1）释放时刻时间段内的音频数字信号进行傅里叶变换；从傅里叶变换后的频谱信号中筛选出与被按下的琴键（1）的音对应的频率范围，并计算该频率范围的响度；此时获得了琴键的编码N，琴键（1）被按下的时刻T1，琴键（1）释放的时刻T2，琴键（1）被按下的力度F