CN104036766A - 一种智能钢琴及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能钢琴及系统，包括设有琴键的钢琴键盘、指示灯模块、第一数据通信模块、琴键检测模块，MIDI数据处理模块、MIDI合成器、音频编码器、音频放大器和扬声器，第一数据通信模块接收乐谱数据和音色数据，发送至MIDI数据处理模块和MIDI合成器，MIDI数据处理模块对乐谱数据进行处理发送至指示灯模块指示对应位置的琴键是否应该被按下，琴键检测模块检测琴键的运动信号并发送至MIDI数据处理模块处理，MIDI合成器将处理后的运动信号和音色数据合成音频模拟信号发送至音频编码器进行编码，经音频放大器放大由扬声器播放。本发明可以实现识别五线谱、纠错评分、更换音色以及作曲等功能，提高钢琴学习的效率。

Description

一种智能钢琴及系统
技术领域
本发明属于乐器领域，具体地涉及一种同时具备识谱、纠错、即兴作曲以及更换音色等功能的智能钢琴及系统。
背景技术
钢琴是一种源自西洋古典乐器中的键盘乐器，由88个琴键和金属弦音板组成，弹奏者通过按下键盘上的琴键，牵动钢琴里面的小木槌，继而敲击钢丝弦发出声音。钢琴因其音色优美被誉为乐器之王。随着人们生活水平的提高，学习钢琴演奏的人越来越多，而钢琴的演奏除了天赋之外，还需要钢琴老师面对面的教导，因此学员在没有钢琴老师的指导下进行自主练习困难较大。目前，已有的趣乐钢琴学习机在五线谱识谱方面通过软件虚拟琴键指示，不能给学习者直观的提示，而且指示是单向的，不能实现双向功能(指示和反馈)。之后，随之而出的智能钢琴可以实现双向功能，但是通过声音识别弹奏出来的音乐，然后比较乐谱数据和声音识别出来的乐谱数据，由于声音识别误差较大，导致纠错误差大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能钢琴及系统。
根据本发明的一方面，提供一种智能钢琴，包括：设有琴键的钢琴键盘、指示灯模块、第一数据通信模块、琴键检测模块，MIDI数据处理模块、MIDI合成器、音频编码器、音频放大器和扬声器，
其中，所述第一数据通信模块接收乐谱数据和音色数据，并将所述乐谱数据发送至MIDI数据处理模块进行处理，以及将所述音色数据发送至MIDI合成器，
所述MIDI数据处理模块将处理后的所述乐谱数据发送至所述指示灯模块，
所述指示灯模块根据处理后的所述乐谱数据指示对应位置的琴键是否应该被按下，
所述琴键检测模块检测琴键的运动状况，并将检测到的运动信号发送至所述MIDI数据处理模块进行处理，
所述MIDI数据处理模块将处理后的所述运动信号发送至所述第一数据通信模块以及所述MIDI合成器，
所述MIDI合成器将处理后的所述运动信号和所述音色数据合成音频模拟信号并发送至所述音频编码器，
所述音频编码器将所述音频模拟信号进行编码生成音频数字信号并发送至所述音频放大器，
所述音频放大器将所述音频数字信号放大并发送至所述扬声器，
所述扬声器播放放大后的所述音频数字信号。
优选地，所述指示灯模块包括控制信号生成单元、控制电路单元和灯光指示单元，其中，所述控制信号生成单元根据接收到的所述乐谱数据生成第一控制信号并发送至所述控制电路单元；所述控制电路单元根据所述第一控制信号控制灯光指示单元指示对应位置的琴键是否应该被按下。
优选地，所述灯光指示单元至少包括一组LED指示灯，每组LED指示灯包括多个LED灯与琴键一一对应。
优选地，所述LED指示灯显示不同的颜色指示不同的手摁下对应位置的琴键。
优选地，所述LED指示灯显示不同的颜色指示对应位置的琴键当前是否被按下以及下一时刻是否被按下。
优选地，所述LED指示灯显示不同的数字指示不同的手指摁下对应位置的琴键。
优选地，所述第一数据通信模块至少包括信号线、蓝牙模块和无线网络(Wi-Fi)模块中的一种。
根据本发明的另一方面，提供一种智能钢琴系统，包括智能终端和上述实施例中所述的智能钢琴，所述智能终端包括纠错评分模块和第二数据通信模块，其中，所述第一数据通信模块与第二数据通信模块双向通信，所述智能终端将乐谱数据、音色数据发送至所述智能钢琴，所述智能钢琴根据所述乐谱数据控制指示灯模块指示被按下的琴键，检测琴键的运动状况，将检测到的琴键的运动信号转换成演奏数据并发送至所述智能终端，所述智能终端的纠错评分模块将所述乐谱数据和演奏数据进行比较生成纠错数据和评分数据，所述智能终端的显示模块显示所述评分数据。
优选地，所述智能终端还包括作曲模块，所述作曲模块根据接收到的演奏数据制作成乐谱并发送至所述显示模块显示。
优选地，所述智能终端还用于将所述纠错数据发送至所述智能钢琴，所述智能钢琴还用于根据所述纠错数据控制指示灯模块显示所述纠错数据。
优选地，所述第二数据通信模块至少包括信号线、蓝牙模块和无线网络(Wi-Fi)模块中的一种。
本发明的优点在于：
根据本发明提供的智能钢琴，通过第一数据通信模块接收乐谱数据以及音色数据，并将上述乐谱数据转换成灯控制信号，用来控制LED指示模块提示要弹奏的琴键，以及将所述音色数据传输给MIDI合成器，用以生成不同音色的音乐。智能钢琴根据乐谱数据转换LED指示，直观地提示用户要弹奏的琴键，解决用户不识五线谱的问题，同时还可以根据音色数据更换不同的音色，弹奏出任何一台钢琴的音色。本发明提供的智能钢琴系统，还可以比较所述乐谱数据和演奏数据生成纠错数据，并根据纠错数据控制指示灯模块显示，提示用户弹奏错误，便于纠错评分，同时还可以根据接收到的演奏数据制作成乐谱。
附图说明
图1示出根据本发明的实施例的智能钢琴的结构框图；
图2示出根据本发明的实施例的指法示意图；
图3示出根据本发明的实施例的智能钢琴系统的结构框图。
具体实施方式
以下公开为实施本申请的不同特征提供了许多不同的实施方式或实例。下面描述了部件或者布置的具体实施例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例并不旨在限制本发明。
此外，在说明书和权利要求书中，术语“第一”、“第二”等用于在类似元素之间进行区分，而未必描述时间顺序、空间顺序、等级顺序或者任何其他方式的顺序、应当理解，如果使用的这些术语在适当的环境下可互换，并且此处描述的本发明的实施例能够以本文描述或示出以外的其他顺序来操作。
应当注意，在权利要求书中使用的术语“包括”不应被解释为限于下文所列出的手段，它并不排除其他元件或步骤。由此，它应当被解释为指定如涉及的所述特征、数字、步骤或部件的存在，但是并不排除一个或多个其他特征、数字、步骤或部件、或者其组合的存在或添加。因此，措词“包括装置A和B的设备”的范围不应当仅限于仅由组件A和B构成的装置。这意味着相对于本发明而言，设备的相关组件是A和B。
在本说明书通篇中对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。由此，在说明书的各处出现的短语“在一个实施例中”或者“在实施例中”不一定都指同一实施例，但是可能如此。此外，根据本发明公开对本领域技术人员而言显而易见的是，在一个或多个实施例中，特定特征、结构或特性可以任何合适的方式组合。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
类似地，应当理解，在本发明的示例性实施例的描述中，处于使本发明公开流畅且有助于理解各发明性方面的一个或多个方面的目的，本发明的各个特征有时被一起编组在单个实施例、附图、或者对实施例和附图的描述中。然而，该公开方法不应被解释为反映所要求保护的发明需要比每项权利要求中所明确记载的更多特征的意图。相反，如以下权利要求反映的，发明性方面在于，比单个以上公开的实施例的所有特征少。由此，具体实施方式之后的权利要求被明确地结合到该具体实施方式中，其中每项权利要求独立地代表本发明的一个单独的实施例。
此外，尽管此次描述的一些实施例包括其他实施例中所包括的一些特征但没有其他实施例中包括的其他特征，不同实施例的特征的组合意图落在本发明的范围内，并且形成将按本领域技术人员理解的不同实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求的实施例中的任何一个可以任何组合使用。
应当注意的是，在描述本发明的特定特征或方面时所使用的特定术语不应该被认为是暗示了该术语是此次被重新定义来限制为包括与本术语相关联的本发明的特征或方面的任何特定特性。
在此次提供的描述中，阐述了多个具体细节。然而应当理解，本发明的实施例没有这些具体细节的情况下实践。在其他实施例中，为了不妨碍对本说明书的理解，未详细地示出公知方法、结构和技术。
本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。
图1示出根据本发明实施例的智能钢琴的结构框图，所述智能钢琴100包括第一数据通信模块11、MIDI数据处理模块12、指示灯模块13、设有琴键的钢琴键盘14、琴键检测模块15、MIDI合成器16、音频编码器17、音频放大器18和扬声器19，
其中，所述第一数据通信模块11接收乐谱数据和音色数据，并将所述乐谱数据发送至MIDI数据处理模块12进行处理，以及将所述音色数据发送至MIDI合成器16。
在本实施例中，第一数据通信模块作为一个通信模块，可以为信号线、蓝牙模块和无线网络(Wi-Fi)模块其中的一种，可以接收智能终端发送的乐谱数据和音色数据。
所述MIDI数据处理模块12将处理后的所述乐谱数据发送至所述指示灯模块。
在本实施例中，该乐谱数据以MIDI文件格式传输，其中，MIDI(Musical Instrument Digital Interface)乐器数字接口仅仅是一个通信标准，它是由电子乐器制造商们建立起来的，用以确定电脑音乐程序、合成器和其他电子音响的设备互相交换信息与控制信号的方法。MIDI是一种电子乐器之间以及电子乐器与电脑之间的统一交流协议。MIDI传输的不是声音信号，而是音符、控制参数等指令。很多流行的游戏、娱乐软件中都有不少以MID、RMI为扩展名的MIDI格式音乐文件。MIDI文件是一种描述性的“音乐语言”，它将所要演奏的乐曲信息用字节进行描述。
所述指示灯模块13根据处理后的所述乐谱数据指示对应位置的琴键是否应该被按下。
具体地，指示灯模块13包括控制信号生成单元131、控制电路单元132和灯光指示单元133，其中，所述控制信号生成单元131根据接收到的所述乐谱数据生成第一控制信号并发送至所述控制电路单元132；
所述控制电路单元132根据所述第一控制信号控制灯光指示单元指示对应位置的琴键是否应该被按下。
在本实施例中，控制信号生成单元根据所述乐谱数据传输生成第一灯控制信号，用来点亮对应的发光管，提示对应的要弹的琴键。
优选地，所述灯光指示单元至少包括一组LED指示灯，每组LED指示灯包括多个LED灯与琴键一一对应。
在本实施例中，灯光指示单元可以有一组LED指示灯，也可以有多组LED指示灯，用来实现不同的指示，比如弹奏指示、纠错指示等等。每组LED指示灯由多个发光管组成，分别与多个琴键一一对应，当某个发光管点亮，则弹对应的琴键，给学习钢琴的人们直观上的提示。
优选地，所述LED指示灯显示不同的颜色指示不同的手摁下对应位置的琴键。
在本实施例中，LED指示灯可以显示不同的颜色来区分使用左右手摁下对应的琴键，比如，当LED指示灯显示蓝色时，使用左手摁下对应的琴键，当LED指示灯显示红色时，使用右手摁下对应的琴键。
优选地，所述LED指示灯显示不同的颜色指示对应位置的琴键当前是否被按下以及下一时刻是否被按下。
优选地，所述LED指示灯显示不同的数字指示不同的手指摁下对应位置的琴键。
在本实施例中，LED指示灯还可以LED数码管，既可以显示不同的颜色区分使用左右手摁下对应的琴键，还可以根据显示的数字使用不同的手指摁下对应的琴键。比如，如图2所示，“1”代表拇指，“2”代表食指，“3”代表中指，“4”代表无名指，“5”代表小指。
所述琴键检测模块检测琴键的运动状况，并将检测到的运动信号发送至所述MIDI数据处理模块进行处理。
在本实施例中，琴键与琴键检测模块连接，检测琴键的运动状况，并将检测到的运动信号(琴键弹奏产生的电信号)发送至所述MIDI数据处理模块进行处理。另外，琴键检测模块还可以检测声音信号，当每个键按下时，会产生对应赫兹的声音信号，琴键检测模块检测该声音信号并发送至MIDI数据处理模块进行处理。
所述MIDI数据处理模块将处理后的所述运动信号发送至所述第一数据通信模块以及所述MIDI合成器。
在本实施例中，MIDI数据处理模块将检测到的运动信号进行处理，转换成MIDI格式的演奏数据，并将该演奏数据发送至第一数据通信模块以及MIDI合成器。
所述MIDI合成器将处理后的所述运动信号和所述音色数据合成音频模拟信号并发送至所述音频编码器。
在本实施例中，MIDI合成器根据接收到的演奏数据以及音色数据生成音频模拟信号。
所述音频编码器将所述音频模拟信号进行编码生成音频数字信号并发送至所述音频放大器。
所述音频放大器将所述音频数字信号放大并发送至所述扬声器。
所述扬声器播放放大后的所述音频数字信号。
根据本发明实施例的智能钢琴，通过第一数据通信模块接收乐谱数据以及音色数据，并将上述乐谱数据转换成灯控制信号，用来控制LED指示模块提示要弹奏的琴键，以及将所述音色数据传输给MIDI合成器，用以生成不同音色的音乐。智能钢琴根据乐谱数据转换LED指示，直观地提示用户要弹奏的琴键，解决用户不识五线谱的问题，同时还可以根据音色数据更换不同的音色，弹奏出任何一台钢琴的音色。
图3示出根据本发明实施例的智能钢琴系统的结构框图，所述智能钢琴系统包括上述实施例中的智能钢琴100和智能终端300，其中，所述智能钢琴100包括第一数据通信模块11、MIDI数据处理模块12、指示灯模块13、设有琴键的钢琴键盘14、琴键检测模块15、MIDI合成器16、音频编码器17、音频放大器18和扬声器19，本实施例中的智能钢琴与上述实施例中的智能钢琴一样，在此不再具体赘述。
所述智能终端300包括纠错评分模块31、第二数据通信模块32和显示模块33，所述智能终端将乐谱数据、音色数据发送至所述智能钢琴，所述智能钢琴根据所述乐谱数据控制指示灯模块指示被按下的琴键，检测琴键的运动状况，将检测到的琴键的运动信号转换成演奏数据并发送至所述智能终端，所述智能终端的纠错评分模块将所述乐谱数据和演奏数据进行比较生成纠错数据和评分数据，所述智能终端的显示模块显示所述评分数据。
在本实施例中，智能终端可以是平板电脑或手机的一种，第二数据通信模块与第一数据通信模块一样，都至少包括信号线、蓝牙模块和无线网络(Wi-Fi)模块中的一种。智能终端通过所述第一数据通信模块11和第一数据通信模块32接收MIDI数据处理模块12输出的MIDI格式的演奏数据，并将所述演奏数据与所述乐谱数据进行比较生成纠错数据。
在上述实施例的基础上，所述智能终端还包括作曲模块34，所述作曲模块34根据接收到的演奏数据制作成乐谱并发送至所述显示模块33显示。
在上述实施例的基础上，所述智能终端还用于将所述纠错数据发送至所述智能钢琴，所述智能钢琴还用于根据所述纠错数据控制指示灯模块显示所述纠错数据。
在本实施例中，智能终端还可以将纠错数据发送给智能钢琴，智能钢琴的MIDI数据处理模块对纠错数据进行处理并发送至指示灯模块，指示灯模块的控制信号生成单元根据接收到的所述纠错数据生成第二控制信号并发送至所述控制电路单元，所述控制电路单元根据所述第二控制信号控制灯光指示单元指示对应位置的琴键未被按下提示该琴键应该被按下。
根据本发明的智能钢琴系统，通过信号线、蓝牙、无线网络中的一种通信方式将智能终端的乐谱数据、纠错数据以及音色数据传输给智能钢琴的第一数据通信模块，并将上述乐谱数据和纠错数据转换成灯控制信号，用来控制LED指示模块提示乐谱和纠错，以及将所述音色数据传输给MIDI合成器，用以生成不同音色的音乐。该智能钢琴系统不仅可以根据乐谱数据转换LED指示，直观地提示用户要弹奏的琴键，解决用户不识五线谱的问题，还根据纠错数据转换成LED指示，提示用户弹奏错误，便于纠错评分，同时还可以根据音色数据更换不同的音色，弹奏出任何一台钢琴的音色。此外，智能钢琴系统中的智能终端还可以根据用户随意弹奏上传到智能终端的MIDI数据作出乐谱。
上述实施例只是本发明的举例，尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (11)

1.一种智能钢琴，包括：设有琴键的钢琴键盘、指示灯模块、第一数据通信模块、琴键检测模块，MIDI数据处理模块、MIDI合成器、音频编码器、音频放大器和扬声器，
其中，所述第一数据通信模块接收乐谱数据和音色数据，并将所述乐谱数据发送至MIDI数据处理模块进行处理，以及将所述音色数据发送至MIDI合成器，
所述MIDI数据处理模块将处理后的所述乐谱数据发送至所述指示灯模块，
所述指示灯模块根据处理后的所述乐谱数据指示对应位置的琴键是否应该被按下，
所述琴键检测模块检测琴键的运动状况，并将检测到的运动信号发送至所述MIDI数据处理模块进行处理，
所述MIDI数据处理模块将处理后的所述运动信号发送至所述第一数据通信模块以及所述MIDI合成器，
所述MIDI合成器将处理后的所述运动信号和所述音色数据合成音频模拟信号并发送至所述音频编码器，
所述音频编码器将所述音频模拟信号进行编码生成音频数字信号并发送至所述音频放大器，
所述音频放大器将所述音频数字信号放大并发送至所述扬声器，
所述扬声器播放放大后的所述音频数字信号。
2.根据权利要求1所述的智能钢琴，其中，所述指示灯模块包括控制信号生成单元、控制电路单元和灯光指示单元，其中，所述控制信号生成单元根据接收到的所述乐谱数据生成第一控制信号并发送至所述控制电路单元；
所述控制电路单元根据所述第一控制信号控制灯光指示单元指示对应位置的琴键是否应该被按下。
3.根据权利要求2所述的智能钢琴，其中，所述灯光指示单元至少包括一组LED指示灯，每组LED指示灯包括多个LED灯与琴键一一对应。
4.根据权利要求3所述的智能钢琴，其中，所述LED指示灯显示不同的颜色指示不同的手摁下对应位置的琴键。
5.根据权利要求3或4所述的智能钢琴，其中，所述LED指示灯显示不同的颜色指示对应位置的琴键当前是否被按下以及下一时刻是否被按下。
6.根据权利要求3或4所述的智能钢琴，其中，所述LED指示灯显示不同的数字指示不同的手指摁下对应位置的琴键。
7.根据权利要求1所述的智能钢琴，其中，所述第一数据通信模块至少包括信号线、蓝牙模块和无线网络(Wi-Fi)模块中的一种。
8.一种智能钢琴系统，包括智能终端和上述权利要求1-7中任一项所述的智能钢琴，所述智能终端包括纠错评分模块、第二数据通信模块和显示模块，其中，所述第一数据通信模块与第二数据通信模块双向通信，
所述智能终端将乐谱数据、音色数据发送至所述智能钢琴，所述智能钢琴根据所述乐谱数据控制指示灯模块指示被按下的琴键，检测琴键的运动状况，将检测到的琴键的运动信号转换成演奏数据并发送至所述智能终端，所述智能终端的纠错评分模块将所述乐谱数据和演奏数据进行比较生成纠错数据和评分数据，所述智能终端的显示模块显示所述评分数据。
9.根据权利要求8所述的智能钢琴系统，其中，所述智能终端还包括作曲模块，所述作曲模块根据接收到的演奏数据制作成乐谱并发送至所述显示模块显示。
10.根据权利要求8所述的智能钢琴系统，其中，所述智能终端还用于将所述纠错数据发送至所述智能钢琴，
所述智能钢琴还用于根据所述纠错数据控制指示灯模块显示所述纠错数据。
11.根据权利要求8所述的智能钢琴系统，其中，所述第二数据通信模块至少包括信号线、蓝牙模块和无线网络(Wi-Fi)模块中的一种。
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