CN102831796B - 激光标识键盘乐器示教系统和示教方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光标识键盘乐器示教系统和示教方法，该示教系统包括移动智能终端、单片机系统、激光投影装置。移动智能终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激光投影装置，以产生有序的激光投影信号，用来指示乐器的演奏。示教方法包括键盘乐器的初始定位及校正、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。

Description

激光标识键盘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，特别涉及一种激光标识键盘乐器示教系统。

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US 20120064498A1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，提供一种激光标识键盘乐器示教系统，采用如下的技术方案：

一种激光标识键盘乐器示教系统，它包括移动智能终端、单片机系统和激光投影装置，所述的移动智能终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，驱动并控制激光投影装置实现键盘乐器的示教。

本发明激光标识键盘乐器示教系统的基本原理是通过移动智能终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，移动智能终端根据此文本编码，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激光投影装置进行投影示教。

本发明的激光标识键盘乐器示教系统可实现实时示教与再现示教，实时示教是移动智能终端在采集和识别的同时，给单片机系统发出控制信号控制激光投影装置进行示教。使用者可以通过示教系统做到边听边演奏，或边看边演奏。再现示教是指移动智能终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。

移动智能终端对乐谱、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。

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移动智能终端发送的控制信号，单片机用于根据控制信号控制激光投影装置进行投影。

所述的激光投影装置可以由舵机、激光源和平面反射镜组成，也可以由激光源、驱动电路、光偏转器和棱镜组成。

1.由激光源、舵机和平面反射镜组成的激光投影装置

激光源用于产生指示用的激光，用激光闪烁的频率表示音乐的节奏；舵机用于控制平面反射镜旋转的角度；平面反射镜用于将激光源发射出的激光反射到需要使用者弹拨/击打/触碰的乐器部位。激光源产生激光、平面反射镜反射由激光源射来的激光，舵机用于控制平面反射镜旋转的角度，把激光投射到乐器上进行示教。

适用范围：可适用于任何场合，特别适合于节奏慢，需要指示范围大的场合。

2.由激光源、驱动电路、光偏转器和棱镜组成的激光投影装置

激光源用以产生指示用的激光，用激光闪烁的频率表示音乐的节奏；驱动电路用于控制光偏转器；光偏转器用于改变激光的偏转角度；棱镜用于将激光折射到需要使用者弹拨/击打/触碰的乐器部位。激光源产生激光，光偏转器使激光源产生的激光发生偏转，棱镜折射从光偏转器中射出的光使它进一步偏转，把激光投射到乐器上进行示教。

适用范围：可适用于任何场合，特别适用于音乐的节奏快，指示要求精度高的场合。

本发明的激光标识键盘乐器示教系统还包括初始时刻激光投影的自动定位，即在复位的时候，激光投影自动扫描，以获得乐器的边角轮廓信息，以实现初始定位。

本发明的激光标识键盘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。

所述的键盘乐器是有固定排列顺序的琴键、并且每个琴键有固定音高的乐器，包括但不限于钢琴、管风琴、手风琴或电子琴。

所述的激光投影装置的驱动电路是由压控振荡电路或者数字频率合成器组成。

本发明涉及的激光标识键盘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，不需要在键盘乐器上安装示教设备，因此不需要改变键盘乐器本身的结构，可以很方便地应用到现有的键盘乐器中。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，对于不同的键盘乐器，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。

本发明还提供一种激光标识键盘乐器示教系统的示教方法，包括如下步骤：

(1)键盘乐器的初始定位；

(2)键盘乐器的坐标校正；

(3)根据初始定位及校正时确立最终采用的坐标系；

(4)移动智能终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；

(5)单片机系统接收控制信号，驱动并控制激光投影装置实现键盘乐器的示教。

其中：

步骤(1)具体是指使用者在软件界面选择所要示教的键盘乐器，示教系统根据使用者的选择所要使用的坐标系，并给出激光投影装置的推荐摆放位置，使用者可根据推荐进行摆放。

步骤(2)具体指使用者摆放完激光投影装置后示教系统可以根据激光源摆放的位置进行偏移量矫正；使用者给移动智能终端发送命令让激光向键盘的一侧扫描，直到激光到达键盘的一个端点，使用者通过移动智能终端的软件界面点击结束告知移动智能终端一个端点已到；然后确认乐器另一端点的位置，移动智能终端发送命令让激光向另一侧扫描，直到激光识别到键盘的另一个端点，校正结束。

步骤(3)具体指根据初始定位及校正的情况确定最终所采用的坐标系。

步骤(4)具体是指移动智能终端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(5)具体是指单片机系统接收到移动智能终端发来的控制信号，并根据控制信号来控制激光投影装置，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.本发明的激光标识键盘乐器示教系统体积小，便于携带，不需要安装在键盘乐器上，不会改变键盘乐器的本身结构，影响发音效果。

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是本发明的激光标识键盘乐器示教系统的结构示意图；

图2是本发明的激光标识键盘乐器示教系统中移动智能终端采集音乐信号的示意图；

图3是本发明的激光标识键盘乐器示教系统的结构示意图，其中激光投影装置由由舵机、激光源、平面反射镜组成；

图4是本发明的激光标识键盘乐器示教系统的结构示意图，其中激光投影装置由激光源、驱动电路、光偏转器、棱镜组成；

图5是本发明的激光标识键盘乐器示教系统的初始定位流程图

图6是本发明钢琴示教坐标系建立的三视图；

图7是本发明采用由舵机、激光源、平面反射镜组成的激光投影装置的侧视图；

图8是本发明采用由舵机、激光源、平面反射镜组成的激光投影装置的偏转角示意图；

图9是本发明由激光源、驱动电路、光偏转器、棱镜组成的激光投影装置的正视图；

图10是角度计算示意图。

图中所示：1——激光源，2——平面反射镜；

          3——琴键，4——螺丝；

          5——光偏转器；

          6——棱镜。

具体实施方式

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

如图1和图2所示，本发明的激光标识键盘乐器示教系统包括移动智能终端、单片机系统和激光投影装置，移动智能终端对乐谱、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，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，驱动激光投影装置，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。

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音频编码信号。

可被视觉识别的音乐信号，被信息获取装置获取后，在计算机和/或智能移动终端上可通过软件将矩阵信号编码转化为音频编码，存为标准音频格式文件，能被听觉识别的音乐信号也可通过转换软件转化成标准音频格式文件。

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。

如图3所示，由激光源、舵机、平面反射镜组成的激光投影装置的激光标识键盘乐器示教系统的结构中，蓝牙模块接收移动智能终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舵机控制平面反射镜，以控制激光投影方向。这种激光投影装置可适用于任何场合，特别适合于节奏慢，需要指示范围大的场合。

如图4所示，由激光源、驱动电路、光偏转器、棱镜构成的激光投影装置的激光标识键盘乐器示教系统的结构中，蓝牙模块接收移动智能终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控制驱动电路控制光偏转器，以控制激光投影的方向。其中驱动电路是由压控振荡电路或者数字频率合成器组成，它产生的不同频率的信号可以驱动光偏转器产生不同的偏转角。激光通过光偏转器的偏转角很小，通过棱镜的折射作用可以进一步放大激光的偏转角度，扩大指示范围。这种激光投影装置可适用于任何场合，特别适合于音乐的节奏快，指示要求精度高的场合。

下面以钢琴为例说明本发明的激光标识键盘乐器示教系统的实现方式。

实施例1

所采用的激光投影装置由激光源、舵机、平面反射镜组成。

由于钢琴所需要指示的范围比较大，因此可以采用两套激光投影装置，由于都具有单片机系统，所以这两套激光投影装置之间是可以进行信息传递的。

本发明的激光标识键盘乐器示教系统对钢琴示教的步骤如下：

1.初始定位

如图5所示，使用者在软件界面中选择所要示教的乐器为钢琴，本发明的激光示教系统给出激光投影装置的摆放位置和高度，使用者可按照所给定的位置摆放激光投影装置，示教系统会根据摆放位置，对坐标进行偏移量校正，使用者给移动智能终端发送命令让激光向左扫描，直到激光到达键盘的最左端，使用者通过音乐采集端的软件界面点击结束告知移动智能终端左端点已到；然后确认乐器右端点的位置，移动智能终端发送命令让激光向右扫描，直到激光识别到键盘的最右端，校正结束。

钢琴坐标系的建立方法如下：

如图6所示，钢琴88键分为左右两个半区。左右两个半区采用相同的坐标系，左半区的坐标系为X1O1Y1，右半区的坐标系为X2O2Y2，琴键3的横坐标(X轴上的位置)依次为：

左半区：

[x₁01,x₁02,x₁03,x₁04,x₁05,x₁06,…,x₁43,x₁44]

右半区：

[x₂01,x₂01,x₂02,x₂03,x₂04,x₂05,…,x₂43,x₂44]。

由标准数据计算得到的具体数值为：

左半区：

[-30,-28.8,-27.6,-25.2,-24,-22.8,-21.6,-20.4,-18,-16.8,-15.6,-14.4,-13.2,-12,-10.8,-8.4,-7.2,-6,-4.8,-3.6,1.2,0,1.2,2.4,3.6,4.8,6,8.4,9.6,10.8,12,13.2,15.6,16.8,18,19.2,20.4,21.6,22.8,25.2,26.4,27.6,28.8,30]

右半区：

[-30,-28.8,-27.6,-26.4,-25.2,-24,-22.8,-20.4,-19.2,-18,-16.8,-15.6,-13.2,-12,-10.6,-9.6,-8.4,-7.2,-6,-3.6,-2.4,-1.2,0,1.2,3.6,4.8,6,7.2,8.4,9.6,10.8,13.2,14.4,15.6,16.8,18,20.4,21.6,22.8,24,25.2,26.4,27.6,30]。

钢琴是以钢琴键盘所在的平面为XOY平面，以坐标(x,y)表示琴键的位置，以激光有节奏的指示表示音乐信号的节奏来实现钢琴的示教，其他的键盘乐器实现方式类似。键盘乐器可以建立空间坐标系，以键盘所在的平面为XOY平面，以坐标(x,y)指示键的位置，以激光有节奏的指示表示音乐信号的节奏。

2.移动智能终端采集并识别音乐信号

将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，将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。移动智能终端根据所得到的文本编码，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。

3.角度的计算与投影控制

如图7所示，采用由舵机、激光源1、平面反射镜2组成的激光投影装置的侧视图中，通过松开支架上的螺丝4，旋转可调节β(激光与平面反射镜2的法线MM’的夹角)的角度，用于调试投影点P在琴键3上纵坐标y的位置，调试完毕后拧紧螺丝4。图6中O1为左半区坐标系原点。

如图8所示，图中为左半区坐标系，DD’和MM’为平面反射镜2的法线，AB为从激光源1射出的激光，BC为AB经平面反射镜2反射的激光，z为反射点B的高度，z的大小取值范围为(20cm,30cm)。左半区投影点C纵坐标y，反射点B的高度z与角度β（激光与平面反射镜2的法线MM’的夹角）的关系为：y＝z×tan(2β)-d，其中d为激光投影装置到琴键3的垂直距离，并可以知道角度β的调节范围为左半区投影点C横坐标x，反射点B的高度z与角度α（激光与平面反射镜2的法线DD’的夹角）的关系为因为右半区的坐标系建立的方法与左半区相同，所以右半区投影点坐标与角度的关系式可遵循左半区投影点与角度的关系式，右半区琴键和角度的对应关系可遵循左半区琴键与角度的关系。

以上角度的计算都可以在移动智能终端中编程完成。

4.投影示教

移动智能终端将标准音频格式文件，通过算法转换成由坐标、角度和投影时间长度构成的时间序列，其中坐标和角度的关系有第4步角度的计算得来，投影时间长度可以通过算法自动分析得出，该时间序列作为控制信号传至单片机系统后，单片机按照时间序列的时间先后，通过内部的计时器控制投影时间长度，同时单片机控制舵机来完成平面反射镜的角度改变，在移动智能终端传送给单片机的控制信号中，控制舵机旋转的信号是在移动智能终端所计算出的角度差角度差Δα=α_n-α_n-1，Δα>0时，舵机正转，Δα<0时，舵机反转，舵机转动的角度可以通过改变脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）的占空比来调节。当从左半区投影到右半区，由于两个激光投影装置是连动的，左半区的投影装置关闭，右半区的投影装置启动；从右半区投影到左半区时，右半区的投影装置关闭，左半区的投影装置启动。单片机系统判断控制信号，即时间序列是否结束，若结束则停止投影，否则继续进行投影示教。

实施例2

由激光源1、驱动电路、光偏器6、棱镜7组成的激光投影装置。

初始定位、移动智能终端采集和识别音乐信号、角度计算与实施例1相同，投影控制与实施例1有区别。

如图9所示，由激光源1、驱动电路、光偏转器5、棱镜6组成的激光投影装置中，由于光偏转器5实际可以偏转的角度比较小，可以采用三个激光源1和三个光偏转器5，并通过棱镜6的折射作用，使得光线投射的方位可以相对发散，以便覆盖钢琴的整个键盘。坐标与偏转角的对应关系可按照实施例1步骤4，移动智能终端生成控制信号传到单片机系统，单片机系统控制驱动电路改变激光通过光偏转器5的偏转角，通过棱镜的折射作用，将通过光偏器的偏转角放大为γ，γ即为激光最终的偏转角，通过改变γ角可以使得激光投影到钢琴键盘上不同的按键上。

如图10所示，键盘乐器的校正需要知道δ_i的值，下面提供两种方式得到δ_i的值，δ_i为射到第i个键的激光与三角形高h的夹角，以钢琴为例，图中三角形由激光点与钢琴两端构成，a为琴键的宽度，i代表第i个琴键，i=0,1,2,....88，钢琴校正可采用以下公式，D3为激光点到钢琴端点的距离，D为整个钢琴键盘的长度，h为此三角形的高。ξ₁、ζ₂为射到端点的激光与键盘所在平面夹角。D3、ξ₁、ξ₁、D都为已知。σ_i为射向端点的激光与射向第i个琴键的激光的夹角。这两种方式不仅仅限于钢琴的计算，只要激光点能够与乐器的两端点，形成一个三角形，就可以用这两种方式得到δ_i的值，并进行校正。

方法一：

h、D1、D2可根据以下公式进行计算

$\frac{h}{D1}=\tan \left({\mathrm{\&xi;}}_1\right)\&RightArrow;D1=\frac{h}{\tan \left({\mathrm{\&xi;}}_1\right)}=h\&times;\cot \left({\mathrm{\&xi;}}_1\right)$

$\frac{h}{D2}=\tan \left({\mathrm{\&xi;}}_2\right)\&RightArrow;D1=\frac{h}{\tan \left({\mathrm{\&xi;}}_2\right)}=h\&times;\cot \left({\mathrm{\&xi;}}_2\right)$

D1+D2＝D

$h\&times;\cot \left({\mathrm{\&xi;}}_1\right)+h\&times;\cot \left({\mathrm{\&xi;}}_2\right)=D\&RightArrow;h=D\frac{D}{\cot \left({\mathrm{\&xi;}}_1\right)+\cot \left({\mathrm{\&xi;}}_2\right)}$

δ_i可根据以下公式进行计算

$(i-1)\&times;a+\frac{1}{2}a=(i-0.5)a$

$\tan \left({\mathrm{\&delta;}}_i\right)=\frac{D1-(i-0.5)a}{h}$

方法二：

δ_i可根据以下公式进行计算

$\frac{h}{D3}=\sin \left({\mathrm{\&xi;}}_1\right)\&DoubleLeftRightArrow;\frac{h}{\sin \left({\mathrm{\&xi;}}_1\right)}=D3$

$\frac{(i-0.5)a\&times;\sin \left({\mathrm{\&xi;}}_1\right)}{D3-(i-0.5)a\&times;\cos \left({\mathrm{\&xi;}}_1\right)}=\tan \left({\mathrm{\&sigma;}}_i\right)$

$\cos ({\mathrm{\&sigma;}}_i+{\mathrm{\&delta;}}_i)=\frac{h}{D3}=\sin \left({\mathrm{\&xi;}}_1\right)$

δ_i＝90°-ξ₁-σ_i

其他键盘乐器的构造与钢琴类似，都有有固定排列顺序的琴键、并且每个琴键有固定音高。因此其他键盘乐器均可以按照钢琴的示教方式进行示教。

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 (9)

1.一种激光标识键盘乐器示教系统，其特征在于包括移动智能终端、单片机系统和激光投影装置；

所述的移动智能终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，驱动并控制激光投影装置实现键盘乐器的示教；

所述的激光标识键盘乐器示教系统的示教方法包括以下步骤：

(1)键盘乐器的初始定位:使用者在软件界面选择所要示教的键盘乐器，示教系统根据使用者的选择所要使用的坐标系，并给出激光投影装置的推荐摆放位置，使用者可根据推荐进行摆放；

(2)键盘乐器的坐标校正:示教系统根据激光源摆放的位置进行偏移量矫正；使用者给移动智能终端发送命令让激光向键盘的一侧扫描，直到激光到达键盘的一个端点，使用者通过移动智能终端的软件界面点击结束告知移动智能终端一个端点已到；然后确认乐器另一端点的位置，移动智能终端发送命令让激光向另一侧扫描，直到激光识别到键盘的另一个端点，校正结束；

(3)根据初始定位及校正时确立最终采用的坐标系；

(4)移动智能终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；

(5)单片机系统接收控制信号，驱动并控制激光投影装置实现键盘乐器的示教。

2.根据权利要求1所述的激光标识键盘乐器示教系统，其特征在于所述的移动智能终端是能够捕获外部信息，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。

3.根据权利要求2所述的激光标识键盘乐器示教系统，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。

4.根据权利要求1所述的激光标识键盘乐器示教系统，其特征在于所述的单片机系统包括单片机和蓝牙模块。

5.根据权利要求1所述的激光标识键盘乐器示教系统，其特征在于所述的激光投影装置由舵机、激光源和平面反射镜组成或由激光源、驱动电路、光偏转器和棱镜组成。

6.根据权利要求1所述的激光标识键盘乐器示教系统，其特征在于所述的键盘乐器是有固定排列顺序的琴键、并且每个琴键有固定音高的乐器。

7.根据权利要求6所述的激光标识键盘乐器示教系统，其特征在于所述的键盘乐器包括钢琴、管风琴、手风琴或电子琴。

8.根据权利要求1至7任一项所述的激光标识键盘乐器示教系统，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。

9.一种激光标识键盘乐器示教系统的示教方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)键盘乐器的初始定位:使用者在软件界面选择所要示教的键盘乐器，示教系统根据使用者的选择所要使用的坐标系，并给出激光投影装置的推荐摆放位置，使用者可根据推荐进行摆放；

(2)键盘乐器的坐标校正:示教系统根据激光源摆放的位置进行偏移量矫正；使用者给移动智能终端发送命令让激光向键盘的一侧扫描，直到激光到达键盘的一个端点，使用者通过移动智能终端的软件界面点击结束告知移动智能终端一个端点已到；然后确认乐器另一端点的位置，移动智能终端发送命令让激光向另一侧扫描，直到激光识别到键盘的另一个端点，校正结束；

(3)根据初始定位及校正时确立最终采用的坐标系；

(4)移动智能终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；

(5)单片机系统接收控制信号，驱动并控制激光投影装置实现键盘乐器的示教。