CN108538143A - 一种钢琴智能教学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钢琴智能教学系统，涉及教学管理领域。该钢琴智能教学系统包括：教师终端和学生训练平台；该学生训练平台嵌设在学生钢琴上，该学生训练平台包括：无线通信模、输入输出模块、处理器、显示模块、存储模块、音频采集模块，该处理器将该多个音频信号中的每一个音频信号分别按单个音频信号检测方法，依次检测出多个音符，该多个音符组成音符序列，将参考音符序列与音符序列进行对比，统计出错误的音符个数，并将错误音符通过显示模块显示。本发明钢琴智能教学系统使得学生者在训练中及时了解错误的内容，可自我纠正，从而提高了教学效率。

Description

一种钢琴智能教学系统
技术领域
本发明教学管理领域，更具体的涉及一种钢琴智能教学系统。
背景技术
钢琴是人类古老的乐器，现在越来越多的人们喜欢享受音乐，更是越来越多的家长和孩子喜欢学习钢琴，因此，对钢琴教学的要求是越来越高。
现有的钢琴教学，主要是采用投影仪将老师的演奏过程呈现给学生，学生观看教师的演奏手法，进而进行训练，由于学生数量较多，教师无法一一对学生进行指导，因此会存在学生无法及时了解错误的内容，无法自我纠正，从而会导致学生训练效果较差，导致教学效率低的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种钢琴智能教学系统，用以解决现有技术中学生无法及时了解错误的内容，无法自我纠正，从而会导致学生训练效果较差，导致教学效率低的问题。
本发明实施例提供一种钢琴智能教学系统，所述钢琴智能教学系统包括：教师终端和学生训练平台；所述学生训练平台嵌设在学生钢琴上，所述学生训练平台包括：无线通信模、输入输出模块、处理器、显示模块、存储模块、音频采集模块；
所述教师终端，用于将训练曲目信息发送至学生训练平台；其中，所述训练曲目信息包括：曲名、乐谱以及乐谱对应的参考音符序列；
所述无线通信模块，用于与所述教师终端无线通信，接收所述曲目信息；
所述存储模块，用于存储所述曲目信息；
所述输入输出模块，用于检测到开始指令、采集指令和停止指令时，将所述开始指令、采集指令和停止指令发送给处理器，
所述处理器，用于接收到开始指令时，将所述曲名和乐谱通过显示模块显示；用于接收到采集指令时，启动所述音频采集模块；用于接收到停止指令时，关闭所述音频采集模块；用于将所述音频采集模块采集的音频信号按音符间隔分隔成多个音频信号；用于将所述多个音频信号中的每一个音频信号分别按单个音频信号检测方法，依次检测出多个音符，所述多个音符组成音符序列，将参考音符序列与音符序列进行对比，统计出错误的音符个数，并将错误音符通过显示模块显示；其中，所述单个音频信号检测方法包括：将所述单个音频信号与标准音频信号集相乘，得到混频信号集；将所述混频信号集中的每一个混频信号通过低通滤波器进行滤波，并将滤波的混频信号通过平方求和得到低频能量；将多个低频能量中的低频能量最大的一个对应的标准音频信号作为估计音频信号；将所述估计音频信号转换成估计音符，将所述估计音符作为所述单个音频信号对应的音符；
所述音频采集模块，用于采集音频信号，并将所述音频信号储至存储模块。
较佳地，所述处理器，还用于基于错误的音符个数确定对应的练习等级。
较佳地，所述处理器，还用于基于错误的音符个数确定对应的练习等级包括：
所述处理器从多个指定数据范围中，获取所述音符个数所在的指定数据范围，基于获取的指定数据范围，从存储的数据范围与练习等级之间的对应关系中，获取对应的练习等级。
较佳地，所述学生训练平台还包括：管理模块，所述管理模块用于编辑、添加和删除教师信息。
较佳地，所述学生训练平台还包括：多个压力传感器，每一个压力传感器安装在一个钢琴键下端，用于检测弹奏过程中每个钢琴键受到的压力值。
较佳地，所述学生训练平台还包括：对比评价模块和警示模块；所述对比评价模块，用于将每个钢琴键受到的压力值与对应设定数据对比，若所接收到钢琴键受到的压力值高于设定值，所述对比评价模块向所述警示模块发送手形异常报警指令；所述警示模块接收到手形异常报警指令后，进行报警。
本发明实施例提供一种钢琴智能教学系统，通过无线通信模、输入输出模块、处理器、显示模块、存储模块、音频采集模块的配合使用使得处理器将所述音频采集模块采集的音频信号按音符间隔分隔成多个音频信号，并将所述多个音频信号一一按单个音频信号检测方法，依次检测出多个音符，所述多个音符组成音符序列，将参考音符序列与音符序列进行对比，统计出错误的音符个数，并将错误音符通过显示模块显示，从而使得学生者在训练中及时了解错误的内容，可自我纠正，从而提高了教学效率。且处理器基于错误的音符个数确定对应的练习等级，学生通过获知自己本次练习的等级，以增加训练的乐趣，从而有助于提高训练的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种钢琴智能教学系统的框图；
图2为本发明实施例提供的另一种钢琴智能教学系统的框图；
图3为本发明实施例提供的单个音频信号检测流程的框图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
图1示例性的示出了本发明实施例提供的一种钢琴智能教学系统的框图，该钢琴智能教学系统包括教师终端和学生训练平台，该学生训练平台嵌设在学生钢琴上，该学生训练平台包括：无线通信模01、输入输出模块02、处理器03、显示模块04、存储模块05、音频采集模块06。
该无线通信模块01，用于将教师终端的训练曲目信息通过无线通信模块存储至存储模块；其中，曲目信息包括：曲名、乐谱以及乐谱对应的参考音符序列。
该输入输出模块02，用于检测到开始指令、采集指令和停止指令时，将该开始指令、采集指令和停止指令发送给处理器03。
该处理器03，用于接收到开始指令时，将该曲名和乐谱通过显示模块显示；用于接收到采集指令时，启动该音频采集模块；用于接收到停止指令时，关闭该音频采集模块；用于将该多个音频信号中的每一个音频信号分别按单个音频信号检测方法，依次检测出多个音符，该多个音符组成音符序列，将参考音符序列与音符序列进行对比，统计出错误的音符个数，并将错误音符通过显示模块显示；其中，该单个音频信号检测方法包括：将该单个音频信号与标准音频信号集相乘，得到混频信号集；将该混频信号集中的每一个混频信号通过低通滤波器进行滤波，并将滤波的混频信号通过平方求和得到低频能量；将多个低频能量中的低频能量最大的一个对应的标准音频信号作为估计音频信号；将该估计音频信号转换成估计音符，将该估计音符作为该单个音频信号对应的音符。
该音频采集模块06，用于采集音频信号，并将该音频信号06储至存储模块05。
需要说明的是，标准音频信号集预先存储在存储模块05中，该存储方式可以是该系统还包括USB接口，通过USB接口传输至存储模块05中，也可以是教师终端通过该系统中的无线通信模块01与该系统建立连接，并将标准音频信号集存储在存储模块05中，本发明实施例对此不做具体限定。
本发明是实施例的利用原理为钢琴键产生的声音为机械振动发声，其产生的音频信号频率成分单一，不同钢琴键该产生的音符具有不同的振动频率。
定义1、假设钢琴音符序列为A＝{A1、A2…AN}，其中Ai为第i个音符，i大于等于1且小于等于N。
定义2、假设钢琴音频信号集为C(t)＝{c1(t)、c2(t)cN(t)}，其中ci(t)为第i个单个音频信号且Ai对应的音频信号，i大于等于1且小于等于N，(i-1)T≤t≤iT。
定义3、假设钢琴产生所有可能音符有M种，这M种音符组成标准音符集为B＝{B1、B2…BM}，其中，Bj为第j个标准音符，1≤j≤M。
定义4、这M种音符组成标准音符集为B＝{B1、B2…BM}，对应的标准音频信号集为R(t)＝{r1(t)、r2(t)、、、rM(t)}，其中，Bj为第j个标准音符。
其中，利用上述定义1、定义2、定义3和定义4则对该单个音频信号检测方法进行更详细的说明，方法可参考图3所示的框图流程示意图。
假设需要检测钢琴音频信号集的第i个音频信号ci(t)对应的音符，则具体包括：
将音频信号ci(t)与标准音频信号集R(t)＝{r1(t)、r2(t)、、、rM(t)}相乘，得到混频信号集H(t)＝{Pi1(t)、Pi2(t)、、、、Pij(t)}。
将该混频信号集H(t)＝{Pi1(t)、Pi2(t)、、、、Pij(t)}中的每一个混频信号Pij(t)通过低通滤波器进行滤波，并将滤波的混频信号通过平方求和得到低频能量。由于混频信号有M个，则得到的低频能量Eij有M个，且1≤j≤M。
求出多个低频能量Eij(1≤j≤M)中的低频能量最大的低频能量Eimax，并及其对应的索引max的数值，也即j的数值，则此时音频信号ci(t)估计出的音符Ai＝Bmax。
输出估计出的音符。
进一步地，如图1所示，该处理器还用于：基于错误的音符个数确定对应的练习等级，基于错误的音符个数确定对应的练习等级包括：
该处理器从多个指定数据范围中，获取该音符个数所在的指定数据范围，基于获取的指定数据范围，从存储的数据范围与练习等级之间的对应关系中，获取对应的练习等级。
另外，该多个指定数据范围可以事先设置，该存储模块中存储的数据范围与练习等级之间的对应关系是事先设置的。
比如，该处理器11计算出的错误的音符个数为4，该多个指定数据范围为该处理器从该数据范围与练习等级之间的对应关系中获取得到，且该数据范围与练习等级之间的对应关系可以如下表1所示，也即是，该多个指定数据范围可以为0～2、2～5、5～8、大于8。当该处理器11基于该错误的音符个数4确定数据范围为2～5，基于该数据范围确定对应的练习等级为良好，将该练习等级通过显示模块04显示，学生通过获知自己本次练习的练习等级，以增加训练的乐趣，从而有助于提高训练的效果。
表1
数据范围 练习等级
0～2 优秀
2～5 良好
5～8 合格
大于8 不合格
需要说明的是，在本公开实施例中，仅以上述表1所示的数据范围与练习等级之间的对应关系为例进行说明，上述表1并不对本公开实施例构成限定。
具体地，如图2所示，该学生训练平台还包括：管理模块07，该管理模块用于编辑、添加和删除教师信息，学生训练平台还包括多个压力传感器09，每一个压力传感器安装在一个钢琴键下端，用于检测弹奏过程中每个钢琴键受到的压力值。学生训练平台还包括对比评价模块09和警示模块10，该处理器将多个钢琴键受到的压力值发送给该对比评价模块；该对比评价模块09一一将每个钢琴键受到的压力值与对应设定数据对比，若所接收到钢琴键受到的压力值高于设定值，该对比评价模块向该警示模块10发送手形异常报警指令；该警示模块10接收到手形异常报警指令后，进行报警。
本发明实施例提供一种钢琴智能教学系统，通过无线通信模、输入输出模块、处理器、显示模块、存储模块、音频采集模块的配合使用使得处理器将该音频采集模块采集的音频信号按音符间隔分隔成多个音频信号，并将该多个音频信号一一按单个音频信号检测方法，依次检测出多个音符，该多个音符组成音符序列，将参考音符序列与音符序列进行对比，统计出错误的音符个数，并将错误音符通过显示模块显示，从而使得学生者在训练中及时了解错误的内容，可自我纠正，从而提高了教学效率。且处理器基于错误的音符个数确定对应的练习等级，学生通过获知自己本次练习的等级，以增加训练的乐趣，从而有助于提高训练的效果。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种钢琴智能教学系统，其特征在于，所述钢琴智能教学系统包括：教师终端和学生训练平台，所述学生训练平台嵌设在学生钢琴上，所述学生训练平台包括：无线通信模块、输入输出模块、处理器、显示模块、存储模块、音频采集模块；
所述教师终端，用于将训练曲目信息发送至学生训练平台；其中，所述训练曲目信息包括：曲名、乐谱以及乐谱对应的参考音符序列；
所述无线通信模块，用于与所述教师终端无线通信，接收所述曲目信息；
所述存储模块，用于存储所述曲目信息；
所述输入输出模块，用于检测到开始指令、采集指令和停止指令时，将所述开始指令、采集指令和停止指令发送给处理器，
所述处理器，用于接收到开始指令时，将所述曲名和乐谱通过显示模块显示；用于接收到采集指令时，启动所述音频采集模块；用于接收到停止指令时，关闭所述音频采集模块；用于将所述音频采集模块采集的音频信号按音符间隔分隔成多个音频信号；用于将所述多个音频信号中的每一个音频信号分别按单个音频信号检测方法，依次检测出多个音符，所述多个音符组成音符序列，将参考音符序列与音符序列进行对比，统计出错误的音符个数，并将错误音符通过显示模块显示；其中，所述单个音频信号检测方法包括：将所述单个音频信号与标准音频信号集相乘，得到混频信号集；将所述混频信号集中的每一个混频信号通过低通滤波器进行滤波，并将滤波的混频信号通过平方求和得到低频能量；将多个低频能量中的低频能量最大的一个对应的标准音频信号作为估计音频信号；将所述估计音频信号转换成估计音符，将所述估计音符作为所述单个音频信号对应的音符；
所述音频采集模块，用于采集音频信号，并将所述音频信号储至存储模块。
2.如权利要求1所述的钢琴智能教学系统，其特征在于，所述处理器，还用于基于错误的音符个数确定对应的练习等级。
3.如权利要求2所述的钢琴智能教学系统，其特征在于，所述处理器，还用于基于错误的音符个数确定对应的练习等级；包括：
所述处理器从多个指定数据范围中，获取所述音符个数所在的指定数据范围，基于获取的指定数据范围，从存储的数据范围与练习等级之间的对应关系中，获取对应的练习等级。
4.如权利要求1所述的钢琴智能教学系统，其特征在于，所述学生训练平台还包括：管理模块，所述管理模块用于编辑、添加和删除教师信息。
5.如权利要求1所述的钢琴智能教学系统，其特征在于，所述学生训练平台还包括：多个压力传感器，每一个压力传感器安装在一个钢琴键下端，用于检测弹奏过程中每个钢琴键受到的压力值。
6.如权利要求5所述的钢琴智能教学系统，其特征在于，所述学生训练平台还包括：对比评价模块和警示模块；所述对比评价模块，用于将每个钢琴键受到的压力值与对应设定数据对比，若所接收到钢琴键受到的压力值高于设定值，所述对比评价模块向所述警示模块发送手形异常报警指令；所述警示模块，用于接收到手形异常报警指令后，进行报警。
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