CN102789712B - 基于球形超声电机的激光标识乐器示教系统和示教方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于球形超声电机的激光标识乐器示教系统和示教方法，该示教系统包括音乐信号采集端、单片机系统、基于球形超声电机的激光投影装置。基于球形超声电机的激光投影装置包括球型超声电机和激光源。音乐信号采集端采集并处理音乐信号并通过无线通信控制单片机系统调节球形超声电机并带动激光源，以产生有序的激光投影信号，用来指示乐器的演奏。示教方法包括初始定位、音乐信号的采集和识别和激光投影示教。该示教系统的示教模式多样，不需要安装在乐器上、体积小、携带方便，无需改变乐器自身的结构；示教方法简单易学、可操作性强，适合于不同年龄和不同乐器演奏水平的使用者，适用范围广泛，可示教的不同的乐器。

Description

基于球形超声电机的激光标识乐器示教系统和示教方法

技术领域

本发明涉及一种乐器示教系统和示教方法，特别涉及一种基于球形超声电机的激光标识乐器示教系统和示教方法。

技术背景

乐器为广大人民大众所喜爱，但是对于新手来说，乐器弹奏培训花费时间长且费用昂贵；对于教师来说，传统的教学模式显得效率低下，因此智能示教系统的开发很有必要。美国专利US20120064498A1报道了一种基于计算机实现的交互式的乐器示教系统，它由乐器、接口、计算机组成，乐器里面需要嵌入视觉标识器，计算机通过软件接收接口信号的同时给出示教的控制信号，控制乐器里面的视觉标识器，为使用者的演奏提示视觉上的信号提示，以达到示教的功能。但该发明涉及的乐器示教系统需要加入视觉标识器，比如针对吉他，需要在吉他的每一根弦增加相应的视觉标识器，因此为了实现交互式的示教需要对乐器本身进行改造，无法广泛地运用到现有的乐器中。

美国专利US2005005761A1报道了一种教授音乐的系统，它实现了乐器弹奏的可视化指示，但是在实现的过程中，指示灯位于乐器附近的地方，如专利的说明书附图的图1所示，指示灯位于乐器按键的上方。由于视觉的指示信号并未准确地显示在乐器的按键上，弹奏过程中需要人为地将信号指示与相应的按键进行对应，增加了弹奏者的学习难度。另外，这样的实现也需要大量的指示灯嵌入到乐器表面，难以广泛地运用到现有的乐器中。

发明内容

本发明的目的在于针对现有乐器教学的不足，提供一种激光标识乐器示教系统，采用如下的技术方案：

一种基于球形超声电机的激光标识乐器示教系统，它包括音乐信号采集端、单片机系统、球形超声电机和激光源，其中球形超声电机和激光源组成了激光投影装置。

所述的音乐信号采集端对音乐信号进行采集和识别，得到文本编码，并且生成控制信号，通过无线通信将控制信号传输至所述的单片机系统；所述的单片机系统接收控制信号，驱动并控制球形超声电机，带动激光源实现乐器的示教。

本发明激光标识示教系统的基本原理是通过音乐信号采集端将采集到的音乐信号转换为文本编码，能被视觉识别的音乐信号(图像信号)可通过图像识别技术转化为文本编码，能被听觉识别的音乐信号(声音信号)可通过音频识别技术转化为文本编码，音乐信号采集端根据此文本编码，通过算法将其转换成坐标、角度、投影时间长度的时间序列，将该时间序列作为控制信号，通过无线通信传输到单片机系统，单片机系统接收控制信号，按照控制信号的时间顺序驱动基于球形超声电机的激光投影装置进行投影示教。

本发明的激光标识示教系统可实现实时示教与再现示教，实时示教是音乐信号采集端在采集和识别的同时，给单片机系统发出控制信号控制球形超声电机并带动激光源进行投影示教。使用者可以通过示教系统做到边听边演奏，或边看边演奏。再现示教是指音乐信号采集端中能够存储文本编码，可以依照使用者的需求，重复的进行示教。

所述的音乐信号包括纸质乐谱、电子乐谱等能够被视觉识别的信号，实时音乐、人声现场音乐会、电视节目录音等能够被听觉识别的信号，MIDI、MP3、WAV等能被计算机或移动智能终端识别的标准音频格式文件。

音乐信号采集端对乐谱、实时声音信号等能够被视觉(图像)或听觉(声音)识别的音乐信号进行采集和识别，得到文本编码，并且能够生成控制信号。

所述的音乐信号采集端包括计算机和/或移动智能终端。

所述的移动智能终端指能够捕获外部信息，能进行计算、分析和处理，并在不同终端之间能够进行信息传输的便携式设备；所述的移动智能终端包括但不限于各种智能手机、PDA、笔记本电脑、上网本、平板电脑（如ipad等）、掌上电脑、智能掌上游戏机、Pocket PC、Tablet PC等。

所述的音乐信号采集端可以有三种方式：计算机、移动智能终端、由计算机和移动智能终端组成的复合系统。

所述的音乐信号采集端的使用范围在于：

1.采用计算机或移动智能终端作为音乐信号采集端适合于任何场合，特别适合于个人、家庭等等需要处理的信息量小的私人场合；

2.由计算机和移动智能终端组成的复合系统作为音乐信号采集端适合于任

何场合，特别适合于工作室、演唱会等需要处理的信息量大的公开场合。所述的音乐信号采集端有三种具体实现方式：

1.计算机

计算机通过内置或外部配置的信息获取装置获得能够被视觉识别和/或听觉识别的音乐信号，能被视觉识别的音乐信号(即图像信号)可通过图像识别技术将图形转换成处理器可识别的文本编码，能被听觉识别的音乐信号(即声音信号)可通过音频识别技术转换为处理器可识别的文本编码，标准音频格式文件可以通过播放器播放，转换成声音信号，然后通过音频识别技术将其转换为处理器可识别的文本编码，然后计算机以此文本编码为基础，通过算法生成时间序列，该时间序列作为控制信号通过无线通信把控制信号发送给单片机系统。

2.移动智能终端

移动智能终端通过内置或外部配置的信息获取装置获得能够被视觉识别和/或听觉识别的音乐信号，能被视觉识别的音乐信号(即图像信号)可通过图像识别技术将图形转换成处理器可识别的文本编码，能被听觉识别的音乐信号(即声音信号)可通过音频识别技术转换为处理器可识别的文本编码，标准音频格式文件可以通过播放器播放，转换成声音信号，然后通过音频识别技术将其转换为处理器可识别的文本编码，移动智能终端以此文本编码为基础，通过算法生成时间序列，该时间序列作为控制信号通过无线通信把控制信号发送给单片机系统。

3.由计算机和移动智能终端组成的复合系统

(1)通过计算机内置或外部配置的信息获取装置获得能够被视觉识别和/或听觉识别的音乐信号，输出到移动智能终端。能被视觉识别的音乐信号(即图像信号)可通过图像识别技术将图形转换成处理器可识别的文本编码，能被听觉识别的音乐信号(即声音信号)可通过音频识别技术转换为处理器可识别的文本编码，标准音频格式文件可以通过播放器播放，转换成声音信号，然后通过音频识别技术将其转换为处理器可识别的文本编码，以此文本编码为基础，移动智能终端通过算法生成时间序列，该时间序列作为控制信号，然后通过无线通信把控制信号发送给单片机系统。

(2)由移动智能终端内置或外部配置的信息获取装置获得能够被视觉识别和/或听觉识别的音乐信号，输出到计算机。能被视觉识别的音乐信号(即图像信号)可通过图像识别技术将图形转换成处理器可识别的文本编码，能被听觉识别的音乐信号(即声音信号)可通过音频识别技术转换为处理器可识别的文本编码，标准音频格式文件可以通过播放器播放，转换成声音信号，然后通过音频识别技术将其转换为处理器可识别的文本编码，以此文本编码为基础，计算机通过算法生成时间序列，该时间序列作为控制信号，通过无线通信把控制信号发送给单片机系统。

所述的信息获取装置是指能够将现实中的信息（如图像、声音、文字、数据等）转化为计算机和/或智能移动终端能够识别的编码和/或电信号的装置，包括但不限于摄像设备、录音设备、扫描设备等。

所述的单片机系统包括单片机和蓝牙模块。其中蓝牙模块用于接收音乐信号采集端发送的控制信号，单片机用于根据控制信号控制激光投影装置进行投影。

所述的激光源用以产生激光，用激光闪烁的频率表示音乐的节奏，激光所指示到的位置表示使用者需要演奏的位置；激光源安装在球形超声电机上，球形超声电机用以控制激光源的方向，从而控制射出激光的角度，即可以控制激光指示的位置。这种激光投影装置的灵敏度高，指示范围大，因而适用于任何场合。

本发明的激光标识乐器示教系统包括初学者模式、普通模式、高级模式或专业模式等多种示教模式，不同的模式采用不同的时间间隔，这样可以实现循序渐进的示教。

所述的初学者模式适用于从未演奏过所示教乐器的使用者或是曾经演奏过但长时间未接触所示教乐器、无法演奏出完整曲目的使用者。所述的初学者模式节奏约在慢板到行板之间（包括慢板，不包括行板），即速度在每分钟52拍到每分钟66拍之间（包括每分钟52拍，不包括每分钟66拍）。

所述的普通模式适用于已经接触过所示教乐器并能够完整演奏简单曲目的使用者。所述的普通模式节奏约在行板到快板之间（包括行板，不包括快板），即速度在每分钟66拍到每分钟120拍之间（包括每分钟66拍，不包括120拍）。

所述的高级模式适用于已经接触过所示教乐器并能够完整演奏中等复杂度曲目的使用者。所述的高级模式可以将原有曲目的节奏调节为快板，即速度在每分钟120拍到每分钟168拍之间（包括每分钟120拍，不包括阿每分钟168拍）。

所述的专业模式适用于已经接触过所示教乐器并能够完整演奏高难度曲目的使用者。所述的专业模式可以将原有曲目的节奏加快，上限为最急板(每分钟208拍)，即最快速度小于等于208拍。

所述的乐器包括通过弹、拨、敲击、触碰手段发出声音的任何装置。

本发明所涉及的乐器能够通过空间的坐标位置确定所要弹/拨/敲击/触碰的位置，通过弹/拨/敲击/触碰的时间点的不同显示音乐的节奏，并通过空间的坐标位置和音乐节奏的组合表示音乐的旋律。

本发明涉及的激光标识乐器示教系统采用激光进行示教标识，因为使用激光投影指示，不需要在乐器上安装示教设备，因此不需要改变乐器本身的结构，可以很方便地应用到现有的乐器中。另外，由于采用软件的方式实现主要的控制功能，使得本发明的示教系统具有很广泛的应用范围，对于不同的乐器，只需要在计算机上编写相应的控制程序或将相应的控制程序嵌入到移动智能终端上即可实现对不同乐器的示教。

本发明还提供一种基于球形超声电机的激光标识乐器示教系统的示教方法，包括如下步骤：

(1)初始定位；

(2)根据初始定位的情况确定所采用的坐标系；

(3)音乐信号采集端对音乐信号进行采集和识别，得到文本编码，并且生成控制信号，通过无线通信将控制信号传输至所述的单片机系统；

(4)单片机系统接收控制信号，驱动并控制球形超声电机，带动激光源转动，实现乐器的示教。

其中：

步骤(1)的初始定位分为两种情况：针对有标准形状尺寸、固定音阶排序、发声单位有标准音高的乐器，示教系统会推荐一个激光投影装置的摆放位置，使用者依据推荐位置进行摆放，示教系统根据激光投影装置的摆放位置进行偏移量矫正；针对每一发声单位有标准音高，但是形状尺寸和音阶排序均不固定的乐器，使用者可自行确定激光投影装置的摆放位置，使用者敲击每一发声单位，音乐信号采集端可识别和捕获每一发声单位的音高和坐标。

步骤(2)根据初始定位的情况确定所采用的坐标系：规则乐器定位采用示教系统中内置的坐标系；不规则乐器定位采用初始定位时使用者自定义的坐标系。

步骤(3)具体是指音乐信号采集端对音乐信号进行采集和识别，能被视觉识别的音乐信号(即图像信号)通过图像识别技术将图形转换成处理器可识别的文本编码，能被听觉识别的音乐信号(即声音信号)通过音频识别技术转换为处理器可识别的文本编码，标准音频格式文件可以通过播放器播放，转换成声音信号，然后通过音频识别技术将其转换为处理器可识别的文本编码，并通过算法将此文本编码转换成坐标、角度和投影时间长度，将这些参数按时间先后存成时间序列，该时间序列作为控制信号，控制信号通过无线通信传输到单片机系统。

步骤(4)具体是指单片机系统接收到音乐信号采集端发来的控制信号，并根据控制信号来控制基于球形超声电机的激光投影装置，激光投影装置改变激光的投影角度和投影时长进行投影示教。

本发明的有益效果是：

1.本发明可以通过多种方式采集音乐信号，如通过扫描乐谱、录音、摄像或者采用已有的标准音频格式文件的方式采集音乐信号；

2.本发明采用激光投影的方式把键序信息按照一定的时间间隔有序地投影在乐器的弹奏部位上，乐器的使用者可根据激光的指示进行演奏；

3.本发明提供不同的示教模式以适应不同水平使用者的需求；

4.本发明采用软件的方式实现主要的控制功能，使得本发明的示教系统具有很广泛的应用范围，对于不同的乐器，不同的平台，只需在计算机上编写相应的控制程序或编写相应的控制程序嵌入到移动智能终端上即可。

5.本发明的基于球形超声电机的激光标识乐器示教系统体积小，便于携带，不需要安装在乐器上，不会改变乐器的本身结构，影响发音效果。并且指示范围大、灵敏度高，适用于许多场合。

6.本发明提供的乐器示教方法，简单易学，适合于不同年龄范围，不同演奏水平的人群，适用范围广。

附图说明

图1是本发明的基于球形超声电机的激光标识乐器示教系统的结构示意图；

图2是本发明的基于球形超声电机的激光标识乐器示教系统中音乐信号采集端的示意图；

图3是本发明的基于球形超声电机的激光标识乐器示教系统的结构示意图，其中激光投影装置由球形超声电机、激光源组成；

图4是本发明的基于球形超声电机的激光标识乐器示教系统的由球形超声电机和激光源组成的激光投影装置结构图；

图5是本发明的基于球形超声电机的激光标识乐器示教系统的规则初始定位流程图；

图6是本发明的基于球形超声电机的激光标识乐器示教系统的不规则初始定位流程图；

图7是本发明的基于球形超声电机的激光标识乐器示教系统的水杯示教示意图；

图8是本发明的基于球形超声电机的激光标识乐器示教系统的乐器组合示教示意图。

图中所示：1——激光源，2——球形超声电机；

3——支架，4——底座

5——由水杯组成的乐器，6——扬琴、钢琴等乐器，

7——古筝、竖琴等乐器，

8——三角铁、钹等乐器，9——架子鼓、定音鼓等乐器，

10——吉他、电子琴等乐器，11—编钟、木鱼等乐器。

具体实施方式

为了更详细地说明本发明的激光标识乐器示教方法和激光标识乐器示教系统，下面根据附图和实施例详细说明本发明。

如图1所示，本发明的激光标识乐器示教系统包括音乐信号采集端、单片机系统和激光投影装置。音乐信号采集端对乐谱、实时声音信号等能够被视觉(图像)或听觉(声音)识别的音乐信号进行采集和识别，得到处理器可识别的文本编码，并且能够生成控制信号，通过无线通信将信号传输至所述的单片机系统。单片机系统接收控制信号，驱动并控制球形超声电机，带动激光源转动，有序地激光投影(即跟随控制信号有节奏地)实现乐器的示教。

如图2所示，所述的音乐信号采集端有三种方式：计算机、移动智能终端、由计算机和移动智能终端组成的复合系统。

所述的音乐信号采集端的使用范围在于：

1.采用计算机或移动智能终端作为音乐信号采集端适合于任何场合，特别适合于个人、家庭等等需要处理的信息量小的私人场合；

2.由计算机和移动智能终端组成的复合系统作为音乐信号采集端适合于任

何场合，特别适合于工作室、演唱会等需要处理的信息量大的公开场合。所述的音乐信号采集端有三种具体实现方式：

1.计算机

计算机通过内置或外部配置的信息获取装置获得能够被视觉识别和/或听觉识别的音乐信号，能被视觉识别的音乐信号(即图像信号)可通过图像识别技术将图形转换成处理器可识别的文本编码，能被听觉识别的音乐信号(即声音信号)可通过音频识别技术转换为处理器可识别的文本编码，标准音频格式文件可以通过播放器播放，转换成声音信号，然后通过音频识别技术将其转换为处理器可识别的文本编码，音乐采集端以此文本编码为基础，通过算法生成时间序列，该时间序列作为控制信号，通过无线通信把控制信号发送给单片机系统。

2.移动智能终端

移动智能终端通过内置或外部配置的信息获取装置获得能够被视觉识别和/或听觉识别的音乐信号，能被视觉识别的音乐信号(即图像信号)可通过图像识别技术将图形转换成处理器可识别的文本编码，能被听觉识别的音乐信号(即声音信号)可通过音频识别技术转换为处理器可识别的文本编码，标准音频格式文件可以通过播放器播放，转换成声音信号，然后通过音频识别技术将其转换为处理器可识别的文本编码，音乐采集端以此文本编码为基础，通过算法生成时间序列，该时间序列作为控制信号，通过无线通信把控制信号发送给单片机系统。

3.由计算机和移动智能终端组成的复合系统

(1)通过计算机内置或外部配置的信息获取装置获得能够被视觉识别和/或听觉识别的音乐信号，输出到移动智能终端。能被视觉识别的音乐信号(即图像信号)可通过图像识别技术将图形转换成处理器可识别的文本编码，能被听觉识别的音乐信号(即声音信号)可通过音频识别技术转换为处理器可识别的文本编码，标准音频格式文件可以通过播放器播放，转换成声音信号，然后通过音频识别技术将其转换为处理器可识别的文本编码，以此文本编码为基础，移动智能终端通过算法生成时间序列，该时间序列作为控制信号，然后通过无线通信把控制信号发送给单片机系统。

(2)由移动智能终端内置或外部配置的信息获取装置获得能够被视觉识别和/或听觉识别的音乐信号，输出到计算机。能被视觉识别的音乐信号(即图像信号)可通过图像识别技术将图形转换成处理器可识别的文本编码，能被听觉识别的音乐信号(即声音信号)可通过音频识别技术转换为处理器可识别的文本编码，标准音频格式文件可以通过播放器播放，转换成声音信号，然后通过音频识别技术将其转换为处理器可识别的文本编码，以此文本编码为基础，计算机通过算法生成时间序列，该时间序列作为控制信号，通过无线通信把控制信号发送给单片机系统。

如图3所示，音乐信号采集端采集音乐信号，通过技术处理得到文本编码，并根据此文本编码，通过算法产生时间序列，该时间序列作为控制信号，由无线通信的方式传送到单片机系统。单片机系统中的蓝牙模块接收音乐信号采集端通过无线通信发送来的控制信号，通过串口传送给单片机，一方面单片机控制激光源发光的频率和间隔时间，另一方面单片机通过球形超声电机控制激光源的朝向，从而控制射出激光的角度，即可以控制激光指示的位置。这种激光投影装置的灵敏度高，指示范围大，因而适用于任何场合。

如图4所示，球形超声电机2上安装有激光源1，通过支架3与底座4相连，球形超声电机2可分别绕Z轴旋转360°，绕X轴旋转300°，绕Y轴旋转300°。所以这种激光投影装置的指示范围很大。球形超声电机2的速度可达400rpm，即每分钟400转，反应速度很快，所以具有很高的灵敏度。

实施例1—激光标识乐器示教系统的示教

本实施例主要用于描述了基于球形超声电机的激光标识乐器示教系统所使用的示教方法。该示教方法能够实现准确的投影定位与投影时长的控制，而不同乐器的演奏均需要准确的演奏位置和演奏时间，因此本示教方法适用于任意乐器的示教。

1.初始定位

初始定位有两种方式：规则乐器定位和不规则乐器定位，所述的规则乐器定位为激光投影装置的摆放位置是由示教系统给定的，所述的不规则乐器定位为激光投影装置的摆放位置是用户自定义的。当乐器有标准形状尺寸、固定音阶排序、发声单位有标准音高的时，如钢琴，电子琴，木琴等，使用者可以采用两种定位方法定位，推荐采用规则乐器定位方法，当乐器的每一发声单位有标准音高，但是形状尺寸和音阶排序均不固定时，如自由组合的水杯、多种乐器组成的乐器组合使用者采用不规则乐器定位方法。

(1)规则乐器定位

如图5所示，在音乐信号采集端中可以预存规则乐器的坐标系，使用者只需要在软件界面选择所要示教的乐器，给出激光投影装置应该放置的位置，使用者按照所给定的位置摆放激光投影装置，然后进行校正即可。音乐信号采集端可以根据激光投影装置摆放位置的差异进行偏移量校正。校正的方法：使用者在音乐采集端的软件界面点击开始，让音乐信号采集端发送命令进行激光扫描，待激光扫描到端点处，使用者点击软件界面中停止按钮，使得扫描结束，校正结束。

(2)不规则乐器定位

如图6所示，使用者自定义坐标原点的位置，即可以任意摆放激光投影装置。然后使乐器每一发声单位发声，比如有8个水杯组成的乐器系统，敲击每个水杯，让每个水杯发音，音乐信号采集端识别并捕获乐器每一发声单位的音高和坐标。使用者点击软件界面中停止按钮，使得扫描结束，校正结束。

2.音乐信号采集端采集并识别音乐信号

音乐信号采集端通过信息获取装置采集音乐信号，采集完成后对音乐信号进行处理：其中将能被视觉识别的音乐信号(图像信号)通过图像识别技术得到处理器可识别的文本编码，将能被听觉识别的音乐信号(声音信号)通过音频识别技术得到处理器可识别的文本编码。标准音频格式文件可以通过播放器播放，转换成声音信号，然后通过音频识别技术将其转换为处理器可识别的文本编码。音乐信号采集端根据所得到的标准音频格式文件，通过算法转换成坐标、角度和投影时间长度。角度和坐标以及投影时间长度存在着对应关系，这些参数按时间先后存成时间序列，该时间序列作为控制信号由无线通信发至单片机系统。

角度与坐标的关系可用以下方法确定：

(1)如图7所示，乐器的长度为L₁，在L₁方向上其发声部位的个数为N；

乐器的宽度为L₂，在L₂方向上其发声部位的个数为M，投影装置在L₁方向上的投影范围为T，投影装置在L₂方向上的投影范围为S。

其中，L₁,L₂分别为水杯占用空间的长度与宽度，N=3，M=2，T=120°，S=90°。

(2)在长度（即L₁）方向上的坐标间隔在宽度(即L₂)方向上的坐标间隔通过坐标间隔可确定每一发声部位在坐标轴上的坐标 $x=\frac{x_n+x_{n-1}}{2},$ $y=\frac{y_m+y_{m-1}}{2}.$

(3)在长度(即L₁)方向上，投影的角度间隔为在宽度(即L₂)方向上的投影角度间隔为在L₁方向上，

每一个坐标间隔Δx对应一个角度间隔Δα，在L₂方向上，每一个坐标间隔Δy对应一个角度间隔Δβ。

(4)坐标间隔的起点对应角度间隔的起点，坐标间隔的终点对应角度间隔的终点，即x_n对应α_n，y_m对应β_m，x_n-1对应α_n-1，y_m-1对应β_m-1，可建立角度与坐标之间的一一对应关系：对应

$\mathrm{\α}=\frac{{\mathrm{\α}}_n+{\mathrm{\α}}_{n-1}}{2},$ $y=\frac{y_m+y_{m-1}}{2}$ 对应 $\mathrm{\β}=\frac{{\mathrm{\β}}_m+{\mathrm{\β}}_{m-1}}{2}.$

3.激光投影示教

单片机系统接收到控制信号后，按照控制信号中的时间序列通过改变球形超声电机旋转的角度继而改变激光源投影的方向，来改变投影示教的位置，通过控制单片机中计时器的时长来改变投影时长进行示教。

如图7所示，在乐曲演奏过程中需要先敲击由水杯组成的乐器5中的水杯A，然后要敲击由水杯组成的乐器5中的水杯B，音乐信号采集传送给单片机系统的由A、B的坐标、角度、投影时间长度构成的时间序列。单片机系统收到控制信号后，控制球形超声电机2带动激光源1，在A指示完成后，转向B进行投影，在B指示完成后，单片机系统判断控制信号是否结束，若没有结束则继续按照时间序列进行投影示教，若控制信号结束则投影示教结束。

如图8所示，此激光示教系统还可以适用于不同乐器的组合，起到指挥的作用。图8中，6—11编号的乐器可以为任意的键盘乐器、弹拨乐器、击打乐器，可以为用户自行制作或改造的乐器，可以为任意的不规则发声体，例如，在乐曲演奏过程中需要先演奏编钟、木鱼等乐器11，然后要演奏三角铁、钹等乐器8，音乐信号采集传送给单片机系统的由乐器11、乐器8的坐标、角度、投影时间长度构成的时间序列。单片机系统收到控制信号后，控制球形超声电机2带动激光源1，在乐器11指示完成后，转向乐器8进行投影，在乐器8指示完成后，单片机系统判断控制信号是否结束，若没有结束则继续按照时间序列进行投影示教，若控制信号结束则投影示教结束。

上述实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (11)

1.一种基于球形超声电机的激光标识乐器示教系统，其特征在于包括音乐信号采集端、单片机系统、球形超声电机和激光源；

所述的音乐信号采集端对音乐信号进行采集和识别，得到文本编码，并且生成控制信号，通过无线通信将控制信号传输至所述的单片机系统；所述的单片机系统接收控制信号，驱动并控制球形超声电机，带动激光源实现乐器的示教；

所述的基于球形超声电机的激光标识乐器示教系统的示教方法包括以下步骤：

(1)初始定位：示教系统在对乐器进行识别的基础上，针对规则乐器给出推荐的激光投影装置摆放位置，在使用者依据推荐位置进行摆放后再进行偏移量校正；针对不规则乐器，由使用者敲击每一发声单位，音乐信号采集端识别和捕获每一发声单位的音高和坐标，以确定激光投影装置的摆放位置；

(2)根据初始定位的情况确定所采用的坐标系：规则乐器定位采用示教系统中内置的坐标系；不规则乐器定位采用初始定位时使用者自定义的坐标系；

(3)音乐信号采集端对音乐信号进行采集和识别，得到文本编码，并且生成控制信号，通过无线通信将控制信号传输至所述的单片机系统；

(4)单片机系统接收控制信号，驱动并控制球形超声电机，带动激光源转动，实现乐器的示教。

2.根据权利要求1所述的基于球形超声电机的激光标识乐器示教系统，其特征在于所述的音乐信号采集端为计算机。

3.根据权利要求1所述的基于球形超声电机的激光标识乐器示教系统，其特征在于所述的音乐信号采集端为移动智能终端、或者计算机和移动智能终端。

4.根据权利要求3所述的基于球形超声电机的激光标识乐器示教系统，其特征在于所述的移动智能终端为能够捕获外部信息，能进行计算、分析和处理，并在不同终端之间能够进行信息传输的便携式设备。

5.根据权利要求4所述的基于球形超声电机的激光标识乐器示教系统，其特征在于所述的移动智能终端包括智能手机、笔记本电脑、平板电脑或掌上电脑。

6.根据权利要求1所述的基于球形超声电机的激光标识乐器示教系统，其特征在于所述的单片机系统包括单片机和蓝牙模块。

7.根据权利要求1所述的基于球形超声电机的激光标识乐器示教系统，其特征在于所述的乐器包括通过弹、拨、敲击、触碰手段发出声音的任何装置。

8.根据权利要求7所述的基于球形超声电机的激光标识乐器示教系统，其特征在于所述的乐器包括弦乐器、打击乐器、键盘乐器、有固定音高但形状尺寸不规则的乐器。

9.根据权利要求8所述的基于球形超声电机的激光标识乐器示教系统，其特征在所述的弦乐器包括竖琴、吉他、古琴、琵琶、筝或贝司；所述的打击乐器包括木琴、钢片琴、管钟、编钟、鼓、锣、三角铁、钹、响板或砂槌；所述的键盘乐器包括钢琴、管风琴、手风琴或电子琴；所述的有固定音高但形状尺寸不规则的乐器包括由水杯组成的乐器、使用者自行制作或改造的乐器。

10.根据权利要求1至9任一项所述的基于球形超声电机的激光标识乐器示教系统，其特征在于所述示教系统的示教模式包括初学者模式、普通模式、高级模式或专业模式。

11.一种基于球形超声电机的激光标识乐器示教系统的示教方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)初始定位：示教系统在对乐器进行识别的基础上，针对规则乐器给出推荐的激光投影装置摆放位置，在使用者依据推荐位置进行摆放后再进行偏移量校正；针对不规则乐器，由使用者敲击每一发声单位，音乐信号采集端识别和捕获每一发声单位的音高和坐标，以确定激光投影装置的摆放位置；

(2)根据初始定位的情况确定所采用的坐标系：规则乐器定位采用示教系统中内置的坐标系；不规则乐器定位采用初始定位时使用者自定义的坐标系；

(3)音乐信号采集端对音乐信号进行采集和识别，得到文本编码，并且生成控制信号，通过无线通信将控制信号传输至单片机系统；

(4)单片机系统接收控制信号，驱动并控制球形超声电机，带动激光源转动，实现乐器的示教。