CN105741826A - 交互式钢琴及交互方法 - Google Patents
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Abstract
一种交互式钢琴及交互的方法，在钢琴上设有由操作部件所触发的光学感应装置，光学感应装置与主控装置电连接。通过光学感应装置采集演奏者的弹奏数据，在主控装置中生成数据文件；通过数据文件的比对实现交互式钢琴的交互。本发明提供的一种交互式钢琴及交互方法，通过在钢琴上设置光学感应装置，获取演奏者的演奏数据，通过与标准数据进行对比，从而能够量化演奏者与标准数据之间的差异，以指导演奏者进行修正，从而提高学习效率。本发明除了能够获得音阶、音符数据之外，还能够通过速度值获得音强数据、由踏板的保持时间获得延音数据，从而使获取的数据与真实演奏具有较高拟合度，在钢琴学习中具有实际的指导意义。
Description
技术领域
本发明涉及钢琴领域，特别是一种交互式钢琴及交互方法。
背景技术
现有的钢琴，演奏者提高演奏技巧较为困难，需要漫长的学习时间，耗费的精力和时间太多，经仔细分析，主要在于纠错的不确定性，即弹奏是否正确，缺乏能够量化的指导或比较。这也是造成培训钢琴演奏的导师价格昂贵的原因。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种交互式钢琴及交互方法，能够指出演奏者在演奏过程中与标准演奏之间的差异，从而缩短演奏者的学习时间，便于演奏者自学。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种交互式钢琴，在钢琴上设有由操作部件所触发的光学感应装置，光学感应装置与主控装置电连接。
所述的钢琴为自动演奏钢琴。
所述的操作部件包括琴键、踏板和与琴键和踏板连接的传动机构，在操作部件上设有触发杆，触发杆附近设有检测触发杆位置的光电传感器。
所述的光电传感器为两个，一个位于操作部件活动行程的起始位，另一个位于操作部件活动行程的终止位。
一种采用上述的交互式钢琴进行交互的方法，包括以下步骤：
通过光学感应装置采集演奏者的弹奏数据，在主控装置中生成数据文件；
通过数据文件的比对实现交互式钢琴的交互。
所述的数据文件为MIDI文件。
将弹奏生成的数据文件与标准的数据文件进行比对，将不同的位置进行标注，并显示在显示装置上。
利用自动演奏装置将弹奏生成的数据文件与标准的数据文件分别自动弹奏，以比较对比。
将弹奏生成的数据文件与标准的数据文件，转换成带时间轴和对比的键盘动画的图形，以查找差异。
采集演奏者的弹奏数据时，采集光学感应装置中的第一光电传感器的第一次触发信号，第二光电传感器的第一次和第二次触发信号，将第一光电传感器的第二次触发信号作为结束信号，从而获得操作部件的单次弹奏速度和保持时间。
本发明提供的一种交互式钢琴及交互方法，通过在钢琴上设置光学感应装置，获取演奏者的演奏数据，通过与标准数据进行对比，从而能够量化演奏者与标准数据之间的差异，以指导演奏者进行修正，从而提高学习效率。本发明除了能够获得音阶、音符数据之外，还能够通过速度值获得音强数据、由踏板的保持时间获得延音数据，从而使获取的数据与真实演奏具有较高拟合度，在钢琴学习中具有实际的指导意义。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明中光学感应装置的结构示意图。
图2为本发明中操作部件按下时的结构示意图。
图3为本发明中光学感应装置的另一种结构示意图。
图4为为本发明中光学感应装置的另一种结构按下时的结构示意图。
图中：琴键1，触发杆2，第一光电传感器3，第二光电传感器4，挡块5。
具体实施方式
实施例1：
如图1、2中，一种交互式钢琴，在钢琴上设有由操作部件所触发的光学感应装置，光学感应装置与主控装置电连接。所述的操作部件包括琴键1、踏板和与琴键1和踏板连接的传动机构，在操作部件上设有触发杆2，触发杆2附近设有检测触发杆2位置的光电传感器。即触发杆2可以是安装在琴键1上，或者与琴键连接的传动机构上，例如击弦机上，又或者安装在用于延音的踏板上，或者与踏板连接的传动机构上。
优选的方案中，所述的光电传感器为两个，一个位于操作部件活动行程的起始位，另一个位于操作部件活动行程的终止位。
通过光学感应装置，将演奏的音阶、音符数据采集到主控装置中，转换成数据文件。优选的，利用设置在行程起始位和终止位两个光电传感器，本例中采用光电开关，触发杆2与光电开关之间为非接触式触发。光电开关的通、断信号构成两次触发信号，在操作部件例如琴键被按下或踏板被踩下时，触发杆2首先触发第一光电传感器3，获得一个截止信号，此时主控装置中的cpu根据第一光电传感器3的地址ID，即得到了操作部件的位置，从而获得音阶、音符数据；主控装置中的存储装置并记录第一光电传感器3被触发的时间t0。当触发杆2继续下行，触发第二光电传感器4，得到第二光电传感器4被触发的时间t1，触发杆2的行程为s,从而由vn=s/（t1-t0）,得到操作部件的运行速度值vn。根据速度vn，得到音强数据，即模拟击弦机敲击琴弦的力度得到的声音强度的数据，在主控装置中存储有转换表格，在该转换表格中不同的速度值vn对应不同的音强数据。因此，由本发明能够得到包含音阶、音符、节奏间隔和音强的数据文件，从而真实还原演奏者演奏的效果。对于踏板，当与踏板或其传动机构连接的触发杆抬起时，除了第一光电传感器3被触发的时间t0和第二光电传感器4被触发的时间t1，还包括触发杆离开第二光电传感器4的时间t2，即第二光电传感器4发送有触发杆压下时的截止信号以及触发杆离开时的重新连通信号，t2-t1即得到触发杆的保持时间，从而获得包括延音时间的数据。
进一步优选的，为减少软件的复杂程度，对琴键的数据和踏板的数据采用不同的策略，即对于琴键的数据则忽略触发杆离开第二光电传感器4的触发信号，以及第一光电传感器3在触发杆下压过程中产生的重新连通信号。而以第二次触发杆上升时触发的第一光电传感器3的信号作为一次弹奏动作结束的信号。
而对于踏板的数据则需要采集触发杆离开第二光电传感器4的触发信号，忽略第一光电传感器3在触发杆下压过程中产生的重新连通信号。以第二次触发杆上升时触发的第一光电传感器3的信号作为一次弹奏动作结束的信号。
更进一步优选的方案如图3、4中，为减少被触发的信号，所述的触发杆为与操作部件的行程相对应的挡块5，在下压过程中，在触发第一光电传感器3之后，即获得一个截止信号之后，挡块状的触发杆在行程范围内始终阻挡光电传感器3，因此第一光电传感器3在触发杆下压过程中不会产生重新连通的信号。从而减少了数据量，提高了软件的可靠性及反馈速度。即在一次弹奏动作中，第一光电传感器3和第二光电传感器4均只发出一次截止信号和一次重新连通信号，从而减少了数据量。
所述的钢琴为自动演奏钢琴。自动演奏钢琴为现有技术，能够根据数据文件自动进行演奏，原理为利用MIDI文件驱动螺线管，由螺线管带动击弦机敲击琴弦。由此结构，可以将获取的演奏数据和标准的MIDI数据进行演奏比较，从而使演奏者找出差距。
本发明中的光学感应装置，也可以安装在普通钢琴上，主控装置可以将采集到的演奏信息与标准的演奏信息进行对比，以找出差异，指导演奏者进行改进。
实施例2：
在实施例1的基础上，一种采用上述的交互式钢琴进行交互的方法，包括以下步骤：
通过光学感应装置采集演奏者的弹奏数据，在主控装置中生成数据文件；
通过数据文件的比对实现交互式钢琴的交互。生成的数据文件能够通过USB接口，传输到电脑、手机或平板设备中，由程序直接播放，同时播放标准的数据文件，便于比较差异。本例中标准的数据文件是指由高水平的演奏者生成的数据文件，或者直接由数字化技术生成的演奏效果最优的数据文件。
优选的，所述的数据文件为MIDI文件。在较高精度例如128位及以上的MIDI文件中，记录有音阶、音符、节奏间隔、延音和音强数据，与真实演奏的拟合度较高。
优选的，将弹奏生成的数据文件与标准的数据文件进行比对，将不同的位置进行标注，并显示在显示装置上。本例将数据文件转换成文字符号界面的文件进行对比，例如类似五线谱或简谱的曲谱方式进行对比，从而找出差异位置，例如音阶、音符的差异，节奏间隔的差异，延音时间的差异，以及音强的差异，此处音强的差异可以被标注为击键速度存在的误差，以指导演奏者修正。
优选的，对于自动演奏钢琴而言，利用自动演奏装置将弹奏生成的数据文件与标准的数据文件分别自动弹奏，以比较对比。由此步骤，能够使演奏者非常直观的感受到与标准演奏之间的差异。
进一步优选的，将弹奏生成的数据文件与标准的数据文件通过USB接口，传输到电脑、手机或平板设备中，转换成带时间轴和对比的键盘动画的图形，例如弹奏生成的数据文件和标准的数据文件根据时间轴一一对应的生成键盘动画，由此方式非常直观的便于演奏者查找差异，以进行改进。对于音强数据，可以通过类似音量柱的方式对比表达，即弹奏生成的数据文件和标准的数据文件分别对应至少一根音量柱，通过音量柱的高度对比音强数据。该步骤中，能够同步切换弹奏生成的数据文件和标准的数据文件的播放进行对比，也能够以不同的声道分别播放弹奏生成的数据文件和标准的数据文件进行对比，进一步更为直观的获得与标准演奏之间的差异。
采集演奏者的弹奏数据时，采集光学感应装置中的第一光电传感器3的第一次触发信号，第二光电传感器4的第一次和第二次触发信号，将第一光电传感器3的第二次触发信号作为结束信号，从而获得操作部件的单次弹奏速度和保持时间。
本发明中未描述的光电传感器的信号采集、存储和转换均为现有技术中常用的，此处不再赘述。通过自动演奏的演示，直观量化的差异修正，演奏者的学习效率大幅提高。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种交互式钢琴，其特征是：在钢琴上设有由操作部件所触发的光学感应装置，光学感应装置与主控装置电连接。
2.根据权利要求1所述的一种交互式钢琴，其特征是：所述的钢琴为自动演奏钢琴。
3.根据权利要求1所述的一种交互式钢琴，其特征是：所述的操作部件包括琴键（1）、踏板和与琴键（1）和踏板连接的传动机构，在操作部件上设有触发杆（2），触发杆（2）附近设有检测触发杆（2）位置的光电传感器。
4.根据权利要求3所述的一种交互式钢琴，其特征是：所述的光电传感器为两个，一个位于操作部件活动行程的起始位，另一个位于操作部件活动行程的终止位。
5.一种采用权利要求1~4任一项所述的交互式钢琴进行交互的方法，其特征是包括以下步骤：
通过光学感应装置采集演奏者的弹奏数据，在主控装置中生成数据文件；
通过数据文件的比对实现交互式钢琴的交互。
6.根据权利要求5所述的一种交互式钢琴的交互方法，其特征是：所述的数据文件为MIDI文件。
7.根据权利要求5或6所述的一种交互式钢琴的交互方法，其特征是：将弹奏生成的数据文件与标准的数据文件进行比对，将不同的位置进行标注，并显示在显示装置上。
8.根据权利要求6所述的一种交互式钢琴的交互方法，其特征是：利用自动演奏装置将弹奏生成的数据文件与标准的数据文件分别自动弹奏，以比较对比。
9.根据权利要求5或6所述的一种交互式钢琴的交互方法，其特征是：将弹奏生成的数据文件与标准的数据文件，转换成带时间轴和对比的键盘动画的图形，以查找差异。
10.根据权利要求5所述的一种交互式钢琴的交互方法，其特征是：采集演奏者的弹奏数据时，采集光学感应装置中的第一光电传感器（3）的第一次触发信号，第二光电传感器（4）的第一次和第二次触发信号，将第一光电传感器（3）的第二次触发信号作为结束信号，从而获得操作部件的单次弹奏速度和保持时间。
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