CN101344996B

CN101344996B - 一种拉弦乐电子辅助教学系统

Info

Publication number: CN101344996B
Application number: CN 200710054826
Authority: CN
Inventors: 王辉; 杨数强; 熊中朝; 潘留占; 蔡建朋
Original assignee: Luoyang Normal University
Current assignee: Luoyang Normal University
Priority date: 2007-07-10
Filing date: 2007-07-10
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2027-07-10
Also published as: CN101344996A

Abstract

本发明公开一种拉弦乐电子辅助教学系统，其由教师控制台、教师耳机、教师话筒、辅助教学装置、学生耳机和仿真微音琴码组成，教师控制台上有n个并联的与学生人数对应的按钮开关，n个按钮开关的n个信号端口与辅助教学装置的网络端口连接，辅助教学装置的接口连接学生耳机和仿真微音琴码，仿真微音琴码设置在传统拉弦乐器的琴筒与琴弦之间；教师控制台连接教师耳机和教师话筒；辅助教学装置的微电脑芯片EP3C50对仿真微音琴码的音频信号处理，之后信号通过按钮开关传输到教师耳机中，教师的声音通过教师话筒以及教师控制台中的电路处理放大后，通过按钮开关传输到被监听学生的学生耳机中，监听某一学生的演奏或指导学生练习。

Description

一种拉弦乐电子辅助教学系统

技术领域

本发明涉及一种拉弦乐器，尤其是一种利用微电子技术和网络技术的拉弦乐电子辅助教学系统。

背景技术

目前，传统的拉弦乐器，如二胡琴、小提琴、马头琴、板胡琴、坠胡琴、京胡琴等，其发音原理均是通过琴弦的振动，将振动频率通过琴马传递给琴皮，琴皮由于“膜”的作用，把振幅扩大了许多倍，再经过共鸣箱—琴筒的共鸣达到发音的效果。初学者用传统拉弦乐器练习演奏时，难免会发出较大的难听的声音，事实上，即使演奏水平达到一定程度也会产生噪声污染，特别是作为乐器教学，产生的声音干扰邻近教室的教学，当多个学生在一起练习时，也会相互干扰。目前，教师授课一般采用的是一对一的教学模式，教学效率很低，学习成本很高。因此，迫切需要一种现代化的拉弦乐教学设备，解决上述问题。

中国专利CN2847451Y公开一种没蒙皮电子二胡，其主要特征是在音振盒中安装一导音体，在导音体中安装一压力传感器，压力传感器与合成效果器相连，合成效果器与扩音音箱相连。

中国专利CN86103647B公开一种电胡琴，其主要特征是把具有压电效应的压电陶瓷作为音波换能器，压电陶瓷相当于前面提到的音振盒，它把弦振动通过音波换能器或者音振盒转换成电信号，然后把电信号经过音色变换开关，相当于前面提到的合成效果器经过电路放大后推动喇叭发声。

上面的两项发明原理基本相似，都是采用压电陶瓷材料将弦振动转换成电信号，所不同的是前者采用了BOSSME-50专用合成效果器，而后者可以自制。音色是通过电子效果器变换的，对于初学演奏者来说，不提倡使用电子效果器。因此，以上两项发明都没有解决类似前面提到的拉弦乐器教学中存在的问题。

发明内容

为克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种拉弦乐电子辅助教学系统，其利用机械振动、共振及LC谐振原理设计的仿真微音琴码，配合不同的电子元件和不同的材料与结构，可以仿真出不同拉弦乐器的音色，如小提琴、大提琴、二胡琴、板胡琴、京胡琴、坠胡琴等音色；使老师可以逐一监听和指导学生的练习，不会相互干扰；而且利用教学程序，可使初学者在程序引导下练习演奏。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

所述的拉弦乐电子辅助教学系统，其由教师控制台、教师耳机、教师话筒、辅助教学装置、学生耳机和仿真微音琴码组成，教师控制台上有n个并联的与学生人数对应的按钮开关，n个按钮开关的n个信号端口与辅助教学装置的网络端口连接，辅助教学装置的接口连接学生耳机和仿真微音琴码，仿真微音琴码设置在传统拉弦乐器的琴筒与琴弦之间，即传统拉弦乐器的原琴码位置处；教师控制台连接教师耳机和教师话筒；来自仿真微音琴码的音频信号转换为数字信号，输入辅助教学装置的微电脑芯片EP3C50中，进行处理；信号经放大后，传输到学生耳机中，或通过按钮开关传输到教师耳机中；教师的声音通过教师话筒转换成电信号，经教师控制台中的音频放大集成电路LM386放大后，通过按钮开关传输到被监听学生的学生耳机中，监听某一学生的演奏或指导学生练习。

所述的拉弦乐电子辅助教学系统，其仿真微音琴码呈柱状，由壳体、弦振膜、空气腔、电振膜、线圈、海绵、磁铁、固定卡簧和桥码组成，琴码通过壳体上端的固定卡簧固定在琴杆上，琴弦通过桥码与弦振膜紧贴，空气腔位于电振膜与弦振膜之间，电振膜与线圈相连，线圈位于磁铁的磁场中，磁铁置于上端的海绵中。

所述的拉弦乐电子辅助教学系统，其仿真微音琴码的线圈可配一合适的电容C和电阻R形成LC谐振回路，可以改变电振膜的固有振动频率。

所述的拉弦乐电子辅助教学系统，其辅助教学装置由壳体、壳体上的按键、显示屏和内部的微电脑芯片EP3C50组成，微电脑芯片对来自仿真微音琴码的音频信号进行高速高精度采样，采样数据直接送至现场可编程门阵列FPGA内部；利用内部资源设计的滤波器对音频信号进行时域-频域变换。

所述的拉弦乐电子辅助教学系统，其可在拉弦乐器中安装无线装置，由壳体和振荡电路、谐振电路及外围电路组成，无线装置的输入端与仿真微音琴码连接。

所述的拉弦乐电子辅助教学系统，其无线装置的振荡电路由高频三极管V1和电容C3、C5、C6组成，为一个电容三点式振荡器；三极管V1集电极的负载C4、L组成一个谐振电路；来自仿真微音琴码的音频信号经电容三点式振荡器产生振荡频率，再经电容C4、电感L组成的谐振电路调频，将发射信号通过C7耦合到天线发射到空中。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

1、本发明拉弦乐电子辅助教学系统不需要特殊工艺，可以大规模生产，成本较低，解决了长期困扰拉弦乐学习者的入门难、费用昂贵等问题。

2、仿真微音琴码可以运用到所有拉弦乐器如二胡琴、小提琴、马头琴，板胡琴、坠胡琴、京胡琴中，有效解决噪声污染问题。由于拉弦乐器和辅助教学装置可以随身携带，练琴者可以在家庭、公共场所练习，不产生噪声，解决了练习时的噪音污染问题。

3、利用该拉弦乐电子辅助教学系统，教师可以通过控制台上的按键对每个学生进行指导，学生们可以根据自身情况自由练琴，互不干扰。该系统的建立大大提高了教学效率，有利于高素质人才的培养。

4、采用无线传输技术，解决现代舞台移动表演时的拾音难问题。

5、可以按照音乐教材，在辅助教学装置中预制乐句，利用比对功能，判断初学者模仿的是否正确，正确进级，不正确重来，从而使学生的学习循序渐进，步步提高。

6、辅助教学装置中设计的教学程序，具有定音功能、节拍功能、拾音功能、响度判断功能、音准判别功能、助教提示功能、录音等功能，不论是对于初学者还是对于演奏者，学习和表演效果比传统形式强很多。

7、辅助教学装置中的软件可以升级，预制技巧性曲子，引导学生进入高级练习。

附图说明

图1为拉弦乐电子辅助教学系统方框图；

图2为仿真微音琴码结构示意图；

图3为图2的“A-A”剖视图；

图4a为仿真微音琴码在二胡中的安装位置图；

图4b为仿真微音琴码在小提琴中的安装位置图；

图5为辅助教学装置示意图；

图6为辅助教学装置程序流程图；

图7为无线装置电路原理图；

图8为拉弦乐电子辅助教学系统电路原理图；

图中：1-仿真微音琴码；2-弦振膜；3-空气腔；4-电振膜；5-线圈；6-海绵；7-磁铁；8-固定卡簧；9-桥码；10-显示屏；11-按键；12-微电脑芯片EP3C50。

具体实施方式

如图1中所示：该拉弦乐电子辅助教学系统由教师控制台、教师耳机、教师话筒、辅助教学装置、学生耳机、仿真微音琴码(1)组成，教师控制台上有n个并联的与学生人数对应的按钮开关，n个按钮开关的n个信号端口与辅助教学装置的网络端口连接，辅助教学装置的接口连接学生耳机和仿真微音琴码(1)，仿真微音琴码设置在传统拉弦乐器的琴筒与琴弦之间，即传统拉弦乐器的原琴码位置处；教师控制台连接教师耳机和教师话筒。其电路原理图如图8所示。

如图2、3所示：该仿真微音琴码呈柱状，由壳体、弦振膜(2)、空气腔(3)、电振膜(4)、线圈(5)、海绵(6)、磁铁(7)、固定卡簧(8)和桥码(9)组成，琴码通过壳体上端的固定卡簧(8)固定在琴杆上，琴弦通过桥码(9)与弦振膜(2)紧贴，空气腔(3)位于电振膜(4)与弦振膜(2)之间，电振膜与线圈(5)相连，线圈在磁铁(7)的磁场中，磁铁置于上端的海绵(6)中。

线圈(5)配一合适的电容C和电阻R形成LC谐振回路，可以改变电振膜(4)的固有振动频率，起到提升或减弱某一段的频率。由于传统拉弦乐器决定了仿真微音琴码的厚度，改变它的直径可以仿真板胡琴、二胡琴、坠胡琴、小提琴、大提琴、马头琴等的各种拉弦乐器的音色，直径在40mm～100mm之间选择。拉弦乐器在结构和外形上保持与传统拉弦乐器相仿，只把传统拉弦乐器的琴码改换成仿真微音琴码。由于仿真微音琴码是一个封闭的柱体，对外界发出的声音很小，通过改变直径，能够模仿各种拉弦乐器的音色，故命名为仿真微音琴码。

如图4a、4b中所示：仿真微音琴码(1)在二胡琴、小提琴中的安装位置。

如图5中所示：该辅助教学装置由按键(11)、显示屏(10)和微电脑芯片EP3C50(12)组成。

学生在演奏时，琴弦振动带动弦振膜(2)，通过空气腔(3)带动电振膜(4)，电振膜带动线圈(5)在磁场中振动产生电信号；来自仿真微音琴码的音频信号首先经A/D转换电路转换为数字信号，输入辅助教学装置的微电脑芯片EP3C50中，进行12M 16位的高速高精度采样，采样数据直接送至现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)内部10240长度的数据缓存FIFO，FIFO(First In First Out)是一种具有先进先出存储功能的部件；再利用内部的低成本数字信号处理DSP资源，设计FIR滤波器，即有限冲击响应滤波器，并利用快速傅里叶变换FFT(Fast Fourier Transform)实现对音频信号的滤波和时域—频域变换；32位NIOS II软CPU核实现数据处理、分析、显示和控制驱动；信号经放大后，传输到学生耳机中，或通过按钮开关传输到教师耳机中；由图8中可知，教师话筒与音频放大集成电路LM386的输入引脚相连，教师的声音通过教师话筒转换成电信号，经集成电路LM386放大后，通过按钮开关传输到被监听学生的学生耳机中，使教师可以监听某一学生的演奏或指导学生练习。

另外，可以按照音乐教材，在辅助教学装置中编制教学程序，以预制标准乐句，利用比对功能，判断初学者的模仿音是否正确，发音正确，就进入下一练习音；发音不正确则重来，直至达到正确为止，从而使学生的学习循序渐进，步步提高，流程如图6的流程图所示。

当学生在舞台上表演时，将无线装置安装在拉弦乐器中，如琴筒的底座上，输入端与仿真微音琴码(1)连接；来自仿真微音琴码的音频信号经高频三极管V1和电容C3、C5、C6组成的电容三点式振荡器产生振荡频率，再经电容C4、电感L组成的谐振电路调频，谐振频率即调频话筒的发射频率，将发射信号通过C7耦合到天线发射到空中。使表演者可在舞台上移动表演，发音效果好，不会存在拾音难的问题。

Claims

1.一种拉弦乐电子辅助教学系统，其特征在于：其由教师控制台、教师耳机、教师话筒、辅助教学装置、学生耳机和仿真微音琴码(1)组成，教师控制台上有n个并联的与学生人数对应的按钮开关，n个按钮开关的n个信号端口与辅助教学装置的网络端口连接，辅助教学装置的接口连接学生耳机和仿真微音琴码，仿真微音琴码设置在传统拉弦乐器的琴筒与琴弦之间；所述仿真微音琴码呈柱状，由壳体、弦振膜(2)、空气腔(3)、电振膜(4)、线圈(5)、海绵(6)、磁铁(7)、固定卡簧(8)和桥码(9)组成，琴码通过壳体上端的固定卡簧(8)固定在琴杆上，琴弦通过桥码(9)与弦振膜(2)紧贴，空气腔(3)位于电振膜(4)与弦振膜(2)之间，电振膜与线圈(5)相连，线圈在磁铁(7)的磁场中，磁铁置于上端的海绵(6)中；教师控制台连接教师耳机和教师话筒；来自仿真微音琴码的音频信号转换为数字信号，输入辅助教学装置的微电脑芯片EP3C50中，进行处理；信号经放大后，传输到学生耳机中，或通过按钮开关传输到教师耳机中；教师的声音通过教师话筒转换成电信号，经教师控制台中的音频放大集成电路LM386放大后，通过按钮开关传输到被监听学生的学生耳机中，监听某一学生的演奏或指导学生练习。

2.如权利要求1所述的拉弦乐电子辅助教学系统，其特征在于：所述的仿真微音琴码(1)，其线圈(5)的电感L配一合适的电容C和电阻R形成LC谐振回路，从而改变电振膜(4)的固有振动频率。

3.如权利要求1所述的拉弦乐电子辅助教学系统，其特征在于：其辅助教学装置由壳体、壳体上的按键(11)、显示屏(10)和内部的微电脑芯片EP3C50(12)组成，微电脑芯片对来自仿真微音琴码的音频信号进行高速高精度采样，采样数据直接送至现场可编程门阵列FPGA内部；利用内部资源设计的滤波器对音频信号进行时域-频域变换。

4.如权利要求1所述的拉弦乐电子辅助教学系统，其特征在于：其在拉弦乐器中安装无线装置，由壳体和振荡电路、谐振电路及外围电路组成，无线装置的输入端与仿真微音琴码(1)连接。

5.如权利要求4所述的拉弦乐电子辅助教学系统，其特征在于：其无线装置的振荡电路由高频三极管V1和电容C3、C5、C6组成，为一个电容三点式振荡器；三极管V1集电极的负载C4、L组成一个谐振电路；来自仿真微音琴码的音频信号经电容三点式振荡器产生振荡频率，再经电容C4、电感L组成的谐振电路调频，将发射信号通过C7耦合到天线发射到空中。