CN110111642A - 一种基于matlab的多种乐器练习综合辅助校正器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于MATLAB的多种乐器练习综合辅助校正器，包括收音器、存储器、显示屏、MATLAB处理系统，所述收音器、存储器、显示屏均连接MATLAB处理系统；所述MATLAB处理系统包括声音频率振幅分析模块、采集信息对比计算模块、信息对比结果反馈模块。本专利基于MATLAB系统开发设计，通过对乐器最本质的声音信号进行分析研究，为练习者提供精确的分析结果以及指导建议，可以为绝大多数乐器提供练习指导，解决了小众乐器缺少练习帮助的问题，并且对练习者提供节拍，音调，强弱等多个项目的练习指导。

Description

一种基于MATLAB的多种乐器练习综合辅助校正器

技术领域

本发明属于多种声音采集方法以及音频分离分析办法，属于电子信息及信号分析领域，具体涉及一种基于MATLAB的多种乐器练习综合辅助校正器。

背景技术

现如今越来越多人选择学习乐器，并且选择乐器的种类范围越来越广泛。但现在市面上现有的乐器练习辅助工具大多是针对某一种或者某一类的乐器提供帮助，而小种类乐器则很少有提供练习辅导。现有技术中，选择通过AR设备进行图像分析，通过对练习某类乐器的练习者姿势提供矫正指导，但是该设备价格昂贵，且只能对常用的乐器进行图像分析，对于小众的乐器，成本更贵，甚至需要定做。或者通过振动传感器对打击类乐器的练习进行辅导。或甚至设计模拟钢琴等，为练习者提供无实物练习。练习过程中的辅助校正效果较差，难以真正的指导辅助学习乐器。

因此，缺乏乐器尤其是小众乐器的练习辅助校正器，帮助合理规范的学习乐器。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于MATLAB的多种乐器练习综合辅助校正器，本专利基于MATLAB系统开发设计，通过对乐器最本质的声音信号进行分析研究，为练习者提供精确的分析结果以及指导建议。通过对声音分析来为练习者提供帮助，因此在有合适音频资源的情况下，可以为绝大多数乐器提供练习指导，解决了小众乐器缺少练习帮助的问题。并且从音乐的本质上，对练习者提供节拍，音调，强弱等多个项目的练习指导。

为了达到以上目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于MATLAB的多种乐器练习综合辅助校正器，包括收音器、存储器、显示屏、MATLAB处理系统，所述收音器、存储器、显示屏均连接MATLAB处理系统；所述MATLAB处理系统包括声音频率振幅分析模块、采集信息对比计算模块、信息对比结果反馈模块。

进一步的，所述收音器为麦克风。

进一步的，所述存储器为移动硬盘。

本发明还公开了一种基于MATLAB的多种乐器练习综合辅助校正系统，所述系统包括收音器、存储器、显示屏、MATLAB处理系统；所述收音器、存储器、显示屏均连接MATLAB处理系统；所述MATLAB处理系统包括声音频率振幅分析模块、采集信息对比计算模块、信息对比结果反馈模块；所述系统的校正方法，步骤如下：所述MATLAB处理系统对收音器收集的声音进行数据转化，并与存储器内的数据对比，并将处理后的数据在显示屏上显示。

具体步骤如下：

第一步，麦克风收音频率范围为：f1~f2，将乐器发声范围内声音采集；

第二步，麦克风收集到的声音信号S传送到MATTLAB声音分析系统内转换为数字信号Sd，Sd为一个包含了频率，强度，振幅以及分贝的综合信号；

按照设定的节拍速度Sp(Speed)，计算每一节拍的时值T=1(min)/Sp=60(s)/Sp，按照节拍的时值以及音符特征的变换将数字信号Sd分割为每一拍的信号Sd(1),Sd(2),Sd(3),Sd(4)….直到练习结束；

第三步，麦克风收集到的声音信号中的停顿St=x(s),与设定的节拍速度进行计算，得到空拍的长度：P(Pause)=x/Sp.得到空拍长度，

第四步，对数字信号中的各项信号通过MATLAB声音分析系统解析得到：频率信号f(n)，强度信号I(n)，振幅信号a(n)，节拍长度信号T(n)，并按照每一节拍的顺序进行排序，将停顿算在其中，将由麦克风传递而来的声音信号，在转换模块内实时转换为数字信号，并将各个特征信号分离，传送给计算分析模块；

第五步，在计算分析模块中，调用存储器中准备的数字乐谱以及乐曲的分析数据，开始对每一个音符进行计算；

第六步，将计算分析模板处理后的数据反馈到显示屏。

进一步的，频率分析，调用模板中频率数据fi[ideal frequency](n)=a，采集频率为f(n)=b，设定正常频率结果范围为-F~F(数值)，进行比对计算：

A(n)=fi(n)-f(n)=a-b,若A=0则表示该音符的频率标准，若-F≤A≤F则频率在合理范围内，若A<-F则表示该音符演奏的频率过高，若F<A则表示该音符演奏的频率过低。

在演奏频率过高或者过低的情况下，再或划定新的频率范围：-F5~-F以及F~F5，在这两个范围内等分十个区间1级，2级，3级直到10级，得到A再划分到指定的区间内。不同的区间表示频率偏离的程度大小，1级频率偏差较小，10级偏差程度过大。若计算结果在合理范围内或等于0则判定为0级。将频率进行计算后，将计算结果A(n)以及分级结果A’(n)储存并传送至反馈模块。

进一步的，强度分析，调用模板中的强度数据Ii(ideal intensity)(n)=c，采集强度为I(n)=d，设定正常的强度计算结果范围为-I~I(数值)，进行计算：

B(n)=Ii(n)-I(n)=c-d,若B=0则表示此时音符的强度标准，若-I≤B≤I则强度在合理的范围内，若B<-I则表示该音符演奏的强度过高，若I<B则表示该音符演奏的强度过低。

在音符强度过高或者过低的情况下，再对强度重新进行划分：-I5~-I以及I~I5，在这两个范围内等分十个区间1级，2级，3级直到10级，将得到的强度计算结果B按划定偏差级别为n级，同理级别小则强度偏差较小，级别大则强度偏差较大，若 B的值为0或者在合理范围内，则偏差等级为0级。将计算的结果：B(n)以及偏差等级B’(n)储存并传送到反馈模块。

进一步的，振幅分析，调用模板中振幅数据ai(ideal amplitude)(n)=e，采集得到的振幅数据为a(n)=f，设定合理的振幅范围-A~A,进行计算：

C(n)=ai(n)-a(n)=e-f，若C=0则表示该音符的振幅与标准振幅相符合，若-A≤C≤A，则振幅在合理的范围内，若C<-A则说明该音符吹奏时太过用力振幅偏高，若A<C则说明该音符演奏时力度不足振幅偏低。

在振幅偏高或者偏低的情况下重新划定振幅区间，-A5~-A以及A~A5,在这两个范围内如上两个信号的分析方式将区间划为1-10级，由低到高表示振幅偏差的大小，若C的值为0或者在合理范围内则表示为0级。将计算结果C(n)以及振幅分级结果C’(n)保存并发送给反馈模块。

进一步的，节拍分析，调用模板中的节拍数据，并按照设定的节拍速度进行转换，曲库内的数据是默认按60拍进行信号分离即每一拍时值为1s，因此在调用之前先进行转换。设当前节拍速度为Sp1,则每一拍的时值T1=60s/Sp1。得到的T1即为Ti（ideal time）,并将时间信号的分割精确到微秒，并设定计算结果合理范围-T~T(数值),g=Ti(n)，h=T(n)进行计算：

D(n)=Ti(n)-T(n)=g-h，若D=0则表示节拍标准，若-T≤D≤T则表示节拍的误差在合理范围内，若D<-T则表示这一拍的时间过长，若T<D则表示这一拍的时间过短。并在时值过长或过短的基础上，增加新的评定区间-T5~-T以及T~T5,同样将两区间等值划分为1级到10级，等级越高节拍偏差越大，若D的值在合理范围内或为0则设定为0级；结束计算后将D(n)以及分级结果D’(n)保存并传送到反馈模块。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明一种基于MATLAB的多种乐器练习综合辅助校正器，系统通过高精度麦克风进行声音采集，将物理信号转化为数字信号，对其频率，强度，速度快慢转化为可视数据与模板数据进行比对，将偏差部分再提取变为屏幕上显示，为针对练习情况的指导。将不同乐器的乐曲进行录制并对其声波进行数据分析存储，形成一个数据库，作为理想数据。而练习者设置自己所学的乐器，并选择练习曲目，播放录音先听熟曲目，再在演奏过程中，对演奏的声音进行采集，与可视的理想波形进行对比，并且将每一句的对比结果进行暂存，一遍吹奏结束后，用于自己查看问题出在哪里，将声音可视化更加方便的指出问题。

一方面，在练习中，帮助练习者了解自己的不足，及时改正；另一方面，通过准确的指导能够提高练习者的基础演奏水平。无论是个人进行练习，还是有老师进行教学的课后练习，都能够帮助练习者更好的掌握乐器知识以及演奏技巧。

对于某些专业的音乐学院，校正器也可以作为学生日常练习反馈的作业平台。学生可以将每一次的练习结果记录到存储器中，多次练习的分析结果在存储之后可以在联网的情况下传送到到专业授课老师的设备中，并且将练习的音频一起发送。而老师在上课前查看学生的练习记录，既能指导学生课后有没有完成练习要求也能从反馈来的数据中找到问题更好的指导每一个学生练习。对于家庭练习，校正器可以更好的代替父母陪伴儿童练习，并且以更适宜儿童的指导方式帮助琴童，减少因为练习乐器而产生的家庭矛盾，让父母有更多自己的时间。

通过对练习乐曲中发出的乐器声音进行采集，对每一秒的声音频率，强度以及振幅进行分离和分析。并将每一段分离出来的结果与事先已经分析好的模板进行对比，通过运算得到差值，并将结果按照设定的算法转换为每一乐句中练习出现的问题，通过可视界面将这些结果反馈给练习者。通过及时的准确的反馈，对练习者的演奏进行矫正。并借此提高练习效率，帮助获得更好的练习。

附图说明

图1、系统曲库储备的示意图；

图2、整体矫正系统的结构图；

图3、收音设备分类图；

图4、声音频率振幅分析流程图；

图5、声音信息分析的计算流程图；

图6、反馈模块的工作结构图；

图7、本发明的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

如图1-图7所示的一种基于MATLAB的多种乐器练习综合辅助校正器，实施例公开了一种一种基于MATLAB的多种乐器练习综合辅助校正器，包括壳体、收音器、存储器、显示屏、MATLAB处理系统，所述壳体的内部设有存储器、MATLAB处理系统，所述壳体的外表面上设有收音器、显示屏；所述收音器、存储器、显示屏均连接MATLAB处理系统；所述MATLAB处理系统包括声音频率振幅分析模块、采集信息对比计算模块、信息对比结果反馈模块。其中器为麦克风，储器为移动硬盘。

用移动硬盘作为校正器的存储器，其存储容量能够满足大量音频文件，视频文件以及电子乐谱文件保存的需求，也可以将练习中分析得到的数据完整的保存。移动硬盘方便携带，可以满足练习者在不同的环境下都能展开练习。并且联网情况下，通过练习者选择从线上下载曲目或者其他设备导入乐曲进行保存，避免重复获取资源。曲库是该校正器所储备的乐曲集合，涵盖不同乐器从入门基础练习到考级练习的各项专门曲目。针对个人兴趣练习和专业考级练习进行划分。对不同的等级考试指定曲目进行收集整理，按等级和出版社分类，使练习者有针对性的进行练习。在每次存储器连接电脑室，自动利用存储器中安装的MATLAB系统对曲目音频资源进行信号分离存储，保存在存储器中。在联网获取新的曲目后也同样通过MATLAB声音分析程序包对曲目进行分析。对于兴趣爱好者，可根据其偏好及自身实力进行练习。同时曲库中的存储乐曲可以在练习者开始练习之前进行播放，让练习者对将要练习的目标更加熟悉。曲库的数据是按照不同乐器的特点，有重点的对特征信号进行分离采集。在练习者选择好练习内容后调用，减少练习中的工作任务提高分析效率。选择好曲目后，显示屏上信号发出调用指令，从存储器中调用收音教程视频。完成后，显示器从存储器中调用数据在开始分析时，MATLAB分析程序调用移动硬盘中存储的分析数据进行比对计算内容，在结束分析后将数据返回存储器中原本存储位置。

显示屏作为整个系统的显示界面各项功能显示给练习者。首先在练习者使用时将选择乐器以及练习方式的选项展现，其次再提供不同的曲目选择方法。显示屏与存储器连接，将练习者的命令传送给存储器，以及采集器。存储器将设备收音教程和电子乐谱反馈给显示屏，让练习者能够直观学习如何收音。并在练习缺乏纸质乐谱时，为练习者提供替代乐谱。

收音器选择高品质麦克风。显示器将练习者的选择传送到存储器后，存储器将乐器的收音方法返回给显示器。练习者按照教程将麦克风放在不同的位置，以保证尽量清晰不失真的收录声音。麦克风将采集到的声音由模拟信号的形式传送到MATLAB处理系统中进行转换分析。

声音作为一种物理信号，和别的信号一样有频率，强度，振幅和分贝。利用MATLAB处理系统作为信号采集分离以及分析的总体工作平台。MATLAB处理系统中声音分析程序包首先承担了滤波器作用将超出采集范围外的声音频率滤除，再用MATLAB处理系统中的程序包作为声音初步分离分析方法，按照不同的乐器以及不同的曲式节奏的特征，对相应的时域划分，频率分离参数进行调整。通过不同的分离模式，得到要求进行分析的数字信号信息。并在计算机内部将MATLAB声音特征采集程序中获得的各项数据发送给MATLAB内编写的计算程序。系统收到由存储器通过数据连接线发来的已经分析好的乐曲数据，再将声音程序包传送来的数据都带入计算程序内，开始进行分析。

MATLAB处理系统的息反馈旨在于用更直观更易懂的方式，帮助练习者了解到在练习中存在的问题。分析程序将得到的结果数据传送给MATLAB处理系统的反馈程序。将显示屏上乐谱作为反馈平台，将练习中出现过的问题在转换为易懂标识后通过计算机与显示屏之间的数据线传送到乐谱上相对应处。要求使用传输速度较高的接口及线，则练习过程中就可以实时进行难点和重点的提示。反馈模块在将结果同时传送到显示屏和存储器，一边校正一边保存练习情况。

具体的综合辅助校正器的结构及使用过程如下：

如图1所示是综合辅助校正器的整体结构，通过准备曲库，分析曲库到开始使用，选择练习目标然后进行练习前的收音准备，再到练习中对于采集到的声音信号进行模数转换得到数字信号。将数字信号传递给计算模块，对信号中需要进行计算的模块与实现储备好的曲库数据进行比较分析，得到的结果再送到反馈模块进行结果评定以及问题总结，实时反馈给正在进行练习的反馈者，并对每一次的练习都做好记录以备长期练习的练习结果分析。通过从练习前的准备，到练习中的采集分析并反馈，再到练习结束后的多次练习问题总结，形成完整的练习辅助矫正系统。

如图2所示，是综合曲库分储备结构以及选择流程图。根据不同使用者的练习乐器以及练习目的，首先选择好乐器再进行目的性选择。兴趣爱好者可以根据自身的实际水平，来选择即将练习的难易程度；再根据所选择的难度中根据喜好的音乐风格或是偏爱的音乐家来选择想要练习的作品。而专业考试练习者的选择划分则更加细致，由于不同地域的练习者报考的等级考试机构不同，以及未来的发展方向不同所以有更多的选择，体现在模块中先选择目标考试机构，然后再选择目标考试等级，针对该等级内的考试曲目进行练习。不同乐器以及不同考试机构在等级考试中所安排的考试内容是不同的，因此在进行了乐器和考试机构的选择后，给出的练习内容选择也会大有不同。从基础的音阶，琶音，练习曲，到国内外名曲和交响曲以及视奏等，练习者自行进行练习选择或者选择按考试流程从头开始全部练习。且乐器的选择在第一次选定后，在今后的使用中保持默认。

如图3所示是练习前的最后准备工作，放置收音设备。根据练习者的练习条件的不同，分为手机收音，麦克风收音和振动设备收音等。由于不同乐器的发声方式，和振动部位不同，按照教程将手机放在固定的收音效果较好的位置。若是选择使用麦克风等相对专业的收音设备，则可以将设备放置在乐器上或者是振动出声口，来进行更好的声音采集。在做好准备工作后，可以选择开始练习。

如图4所示是练习过程中收音采集后，对声音信号的转换过程。在最开始选定练习的乐器后，系统默认调节频率采集的范围。才练习开始后，将采集到的声音从模拟信号转换为电脑或手机等系统所能识别的数字信号，并且根据声音的强度不同，将声音的振幅也进行转换。同时根据设定的节拍速度不同，对每一秒钟的声音信号进行严格的划分，同时练习中的每一次停顿都进行时长的记录。将得到的全部转换分析结果传送到分析模块。

如图5所示是获取的信息的计算比较模块。当收音采集并转换以后，传送到计算比较模块的还有综合曲库中事先分析好并调用的模板数据。将得到的模拟信号以及数字信号与乐谱上的音符一一对应，对每一个音符的不同参数进行计算比较。首先将演奏者演奏的音符与乐谱上的正确音符比较是否演奏的音符是正确的，若为错音进行记录，进行节拍长度以及音符强弱的比较。若音符正确，则与曲库理想数据的频率进行差值对比，在一定的频率范围内算作合格，若超出合格范围，则将计算结果按正或负，计作音调偏高或音偏低。再对分贝和振幅进行计算比较，按照同样的计算方式，划定合格范围，超过范围且过高则为演奏过强，超过范围且过低则为演奏过若。同时，参照乐谱上标记的强弱记号，检测练习者在这些地方有没有适当的增强或者减弱。然后，再根据本次练习选定的节拍速度，计算每一个音符应当占有的时值，将练习者的每一个演奏音符都进行减法计算，得到结果为0则节拍正好，若得到结果为正表示演奏者的本音符时值不够，结果为负则表示本音符演奏过长，都是节拍不合格。进一步，对采集过程中的停顿做分析。根据乐谱上显示的每一个停顿的空拍时长，与采集到的练习过程中的停顿作比较，用计算音长的同样方法计算每一个空拍停顿是否到位。结束对声音要素的计算分析后，根据乐谱上的乐句划分，对每一个乐句的整体频率，振幅，分贝变化作曲线图进行练习中整体节奏频率把控的分析，检查在整体的练习中音调是否平稳，强弱变换曲线和标准数据的变换曲线拟合比较，看强弱表现是否到位。最后再将本次练习的分析数据进行保存，并同时传送给反馈模块。

如六所示是信息反馈分析模块，计算模块将全部计算好的信息传输反馈模块后，在反馈模块中先对分析结果分类，再根据选择的实时模式或者是整体模式，将分析结果以不同颜色标注在每一个音符上。且反馈的同时对问题的发生次数进行计数，若超过5次则将该问题直接显示在乐谱空白处的提示栏。在练习结束后，对练习中存在的各项问题以及演奏整体的水平进行扣分加权计算，并给出评分，由高到低SSS,SS,S,A,B,C,D，同时后台对每一次练习的全部记录都保存。将本次的练习记录与前几次的记录进行分析比较，得出进步的部分以及仍需要改正的部分。同时，每五次练习记为一次大的记录，定期的反馈给练习者，以及指导练习的老师或家长。同时，通过练习记录的观察，得到若前几次内出现的问题在慢慢改善或已经改正，并在一定次数的练习内没有再发生，则可以将提示栏中的提示撤除。

通过选择乐器到，选定练习曲目，收音并分析计算反馈练习结果。完成一次乐器练习。

当开始练习，对乐器种类，难易程度以及练习曲目进行选定后，从数据库中调用该练习曲目的模板以及模板数据。并根据练习者设置的不同参数，对本次练习的标准数据模板进行计算并调整。

当进行好前期选择后，练习者按照教程说明，将收音设备安放在能够尽可能完整清晰收集乐器发声及振动的位置。

开始练习时，收音设备将练习者发出的声音完整的采集，根据选定的乐器划定采集频率范围，滤除练习环境中的杂音。将该模拟信号转化为数字信号传送到分析模块。

分析模块将采集得到的数字信息，与事先已准备的数字信息，按照特定乐器不同的分析算法，对需要分析的各值进行计算。并将计算后的各值按规定的划分方法归为不同等级的结果，再通过将不同分析项的结果综合加权平均计算。将分析的各项结果传送给反馈模块。

反馈模块在接收到信息后，将练习中出现的问题及时的反馈在主体的动态乐谱上，以笔记的形式标注提醒正在进行练习的练习者。同时将练习中反馈的结果按照分类归为某一类演奏技巧问题，在反馈过程中将分类后的问题暂存，当一次练习中某一类的问题出现超过5次，则在本次练习结束后，将该类问题计入重点注意问题且在每次练习反馈刷新中不可被刷新掉，且该类问题中包含的练习问题在乐谱上用不同的笔记方式着重标出。在反馈模块的问题存储部分中有计数部分，对练习者的练习次数进行累计，当一个类的问题在接下来的一定数量练习中都没有再出现时，则可以进行判断是否将此问题保留为练习中的重点注意事项。在每一次练习后结合上一次的练习反馈数据，对近五次练习做出比较，反馈一个对于练习中各方面都包括的整体报告，使练习者更加直观的感受到每一次练习带来的变化。

实施例2

本发明还公开了一种基于MATLAB的多种乐器练习综合辅助校正系统，采用实施例1和实施例2的基于MATLAB的多种乐器练习综合辅助校正器，其中的辅助校正方法如下：MATLAB处理系统对收音器收集的声音进行数据转化，并与存储器内的数据对比，并将处理后的数据在显示屏上显示。

具体步骤如下：

第一步，麦克风收音频率范围为：f1~f2，将乐器发声范围内声音采集；

第二步，麦克风收集到的声音信号S传送到MATTLAB声音分析系统内转换为数字信号Sd，Sd为一个包含了频率，强度，振幅以及分贝的综合信号；

按照设定的节拍速度Sp(Speed)，计算每一节拍的时值T=1(min)/Sp=60(s)/Sp，按照节拍的时值以及音符特征的变换将数字信号Sd分割为每一拍的信号Sd(1),Sd(2),Sd(3),Sd(4)….直到练习结束；

第三步，麦克风收集到的声音信号中的停顿St=x(s),与设定的节拍速度进行计算，得到空拍的长度：P(Pause)=x/Sp.得到空拍长度，

第四步，对数字信号中的各项信号通过MATLAB声音分析系统解析得到：频率信号f(n)，强度信号I(n)，振幅信号a(n)，节拍长度信号T(n)，并按照每一节拍的顺序进行排序，将停顿算在其中，将由麦克风传递而来的声音信号，在转换模块内实时转换为数字信号，并将各个特征信号分离，传送给计算分析模块；

第五步，在计算分析模块中，调用存储器中准备的数字乐谱以及乐曲的分析数据，开始对每一个音符进行计算；

第六步，将计算分析模板处理后的数据反馈到显示屏。

进一步的，频率分析，调用模板中频率数据fi[ideal frequency](n)=a，采集频率为f(n)=b，设定正常频率结果范围为-F~F(数值)，进行比对计算：

A(n)=fi(n)-f(n)=a-b,若A=0则表示该音符的频率标准，若-F≤A≤F则频率在合理范围内，若A<-F则表示该音符演奏的频率过高，若F<A则表示该音符演奏的频率过低。

在演奏频率过高或者过低的情况下，再或划定新的频率范围：-F5~-F以及F~F5，在这两个范围内等分十个区间1级，2级，3级直到10级，得到A再划分到指定的区间内。不同的区间表示频率偏离的程度大小，1级频率偏差较小，10级偏差程度过大。若计算结果在合理范围内或等于0则判定为0级。将频率进行计算后，将计算结果A(n)以及分级结果A’(n)储存并传送至反馈模块。

进一步的，强度分析，调用模板中的强度数据Ii(ideal intensity)(n)=c，采集强度为I(n)=d，设定正常的强度计算结果范围为-I~I(数值)，进行计算：

B(n)=Ii(n)-I(n)=c-d,若B=0则表示此时音符的强度标准，若-I≤B≤I则强度在合理的范围内，若B<-I则表示该音符演奏的强度过高，若I<B则表示该音符演奏的强度过低。

在音符强度过高或者过低的情况下，再对强度重新进行划分：-I5~-I以及I~I5，在这两个范围内等分十个区间1级，2级，3级直到10级，将得到的强度计算结果B按划定偏差级别为n级，同理级别小则强度偏差较小，级别大则强度偏差较大，若 B的值为0或者在合理范围内，则偏差等级为0级。将计算的结果：B(n)以及偏差等级B’(n)储存并传送到反馈模块。

进一步的，振幅分析，调用模板中振幅数据ai(ideal amplitude)(n)=e，采集得到的振幅数据为a(n)=f，设定合理的振幅范围-A~A,进行计算：

C(n)=ai(n)-a(n)=e-f，若C=0则表示该音符的振幅与标准振幅相符合，若-A≤C≤A，则振幅在合理的范围内，若C<-A则说明该音符吹奏时太过用力振幅偏高，若A<C则说明该音符演奏时力度不足振幅偏低。

在振幅偏高或者偏低的情况下重新划定振幅区间，-A5~-A以及A~A5,在这两个范围内如上两个信号的分析方式将区间划为1-10级，由低到高表示振幅偏差的大小，若C的值为0或者在合理范围内则表示为0级。将计算结果C(n)以及振幅分级结果C’(n)保存并发送给反馈模块。

进一步的，节拍分析，调用模板中的节拍数据，并按照设定的节拍速度进行转换，曲库内的数据是默认按60拍进行信号分离即每一拍时值为1s，因此在调用之前先进行转换。设当前节拍速度为Sp1,则每一拍的时值T1=60s/Sp1。得到的T1即为Ti（ideal time）,并将时间信号的分割精确到微秒，并设定计算结果合理范围-T~T(数值),g=Ti(n)，h=T(n)进行计算：

D(n)=Ti(n)-T(n)=g-h，若D=0则表示节拍标准，若-T≤D≤T则表示节拍的误差在合理范围内，若D<-T则表示这一拍的时间过长，若T<D则表示这一拍的时间过短。并在时值过长或过短的基础上，增加新的评定区间-T5~-T以及T~T5,同样将两区间等值划分为1级到10级，等级越高节拍偏差越大，若D的值在合理范围内或为0则设定为0级。结束计算后将D(n)以及分级结果D’(n)保存并传送到反馈模块。

实施例3

设定小提琴6级练习者A想通过本校正器为中央音乐学院乐器等级考试准备，准备进行练习曲2练习

在第一次练习开始时，A在初始界面上选择演奏的乐器为小提琴，并在等级考试与兴趣爱好选项中选择等级考试。

在选定等级考试后，在机构中选择“中央音乐学院”，在练习等级中选择“6级”，完成选项后进入该机构该等级的选择界面。

在该机构该等级的乐曲选择界面上，选择练习曲第2首，在开始前，设定节拍为90.

当A选定练习曲目后，显示屏将命令发送到存储器中曲库并调用练习曲2音源，分析数据以及乐谱。由于数据分析默认的节拍速度为60，所以在调用数据分析前，将数据转换各拍的时值变化为T=60/90，时值缩减为原来的2/3.

开始练习前，A参照收音指导放置麦克风，将小型麦克风夹在面板上对准琴弦。设定采集频率范围为200~450Hz，1k~2kHz,6k~10kHz

开始练习时，A可以使用显示屏上的电子乐谱或者是纸质谱，A练习中演奏出的声音被麦克风收集，并传递给处理器（电脑）中MATLAB中声音分析程序包，开始由模拟信号转变为数字信号。将得到的综合信号按照音符频率的变换以及每个音符占2/3秒两种方式结合，将每个音符的综合信号分离出来，得到Sd(1),Sd(2)…..边采集边转换分离。将分离的综合信号继续进行分离，得到频率信号f(n),强度信号I(n),振幅信号a(n),以及节拍信号T(n)。将分离后的信号传送给计算模块

对A演奏的练习曲中的第一个乐句进行分析，首先调用模板数据从频率开始分析，

第一个音符为LA，拉A弦，Fi(1)=440Hz,采集得到F(1)=438Hz,设定的合理计算值范围为-5~0以及0~5，A(1)=Fi(1)-F(1)=440-438=2，-5<2<5则该音符虽然频率未达到标准但是在合格范围内。则偏差等级A’(1)=0。

音符的强度分析，Ii(1)=22dB,I(1)=22dB,设定合理计算值范围为-3~0以及0~3，B(1)=Ii(1)-I(1)=0，则第一个音符的强度是标准，其偏差等级为0.

再对振幅(响度)分析，ai(1)=5cm,a(1)=5.7cm,设定合理计算值范围为-1~0以及0~1，C(1)=ai(1)-a(1)=5-5.7=-0.7,则表明音符的响度过高，并判别偏差程度，-0.7属于7级偏差，属于较大偏差。

再进行节拍的分析，Ti(1)=1/3s，T(1)=1/3s，设定合理计算值范围为-0.1~0以及0~0.1，D(1)=Ti(1)-T(1)=1/3-1/3=0,表明节拍准确，偏差等级为0。结束了第一个音符的四项特征值分析，将计算结果保存以后发送到反馈模块，再开始第二个音符的分析。

第二个音符为Re，拉D弦，Fi(2)=293Hz,采集得到F(2)=290Hz，A(2)=293-295=-2Hz,则说明该音符的频率偏高，但是-5<-2<5在合理范围内，所以偏差等级A’(2)=0.

再对强度进行计算Ii(2)=25dB,I(2)=24.5dB，B(2)=25-24.5=0.5，结果表明第二个个音符的强度稍弱但仍在合理范围内且偏差不大，偏差等级B’(2)=0。

对振幅进行计算ai(2)=6.5dB，a(2)=6.7dB，C(2)=6.5-6.7=-0.2表明声音的响度是偏高的且仍然在合理范围内，偏差程度C’(2)=2。

最后对节拍进行计算，Ti(2)=1s,T(2)=4/3s,D(2)=1-4/3=-1/3，计算表明这个音符节拍超出了应有的长度，并且高于偏差范围所以默认D’(2)=10.将第二个音符的全部信息保存并发送到反馈模块，由此往复对接收到的每一个音符的信号进行计算分析直到练习结束。

在反馈模块中，调取了数字乐谱，第一个音符LA的频率强度和节奏都没有问题，但是响度过高，所以在乐谱上对第一个音符用深色标注“音量放低”，第二个音符的频率，强度没有问题但是振幅偏高节拍严重不准确，所以对第二个音符，用浅色标注“音量稍微低一点”，用深色标注“节拍要在注意”，并同时对这几个标注动作进行累计计数。在第一个乐句中，前两个音符已经累计振幅问题2次，节拍问题1次。再进行第三个音符反馈标注，直至乐曲练习结束。

假设到练习结束A某的练习中节拍问题都较为严重，多次因为节拍问题失误，多次达到十级，但音准没有太大问题计算结果都是在合理范围内，只是响度上仍有欠缺。于是在结束练习后，反馈中对标注类型和数量进行了统计，将标注数量超过5条的乐句用红色重点标出，并将节奏不稳定，音量整体偏低的问题写在乐谱空白处的标注栏中，最后再进行综合评分：

A(final)=100-(A(1)+A(2)+A(3)+……+A(n))*0.1

B(final)=100-(B(1)+B(2)+B(3)+……+B(n))*0.1

C(final)=100-(C(1)+C(2)+C(3)+……+C(n))*0.1

D(final)=100-(D(1)+D(2)+D(3)+……+D(n))*0.1

Score=[A(final)+B(final)+C(final)+D(final)]/4得到最后的加权平均分，显示在显示屏上供A某参考，并保存作为以后练习的分析参考数据。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于MATLAB的多种乐器练习综合辅助校正器，其特征在于：包括收音器、存储器、显示屏、MATLAB处理系统，所述收音器、存储器、显示屏均连接MATLAB处理系统；所述MATLAB处理系统包括声音频率振幅分析模块、采集信息对比计算模块、信息对比结果反馈模块。

2.如权利要求1所述的一种基于MATLAB的多种乐器练习综合辅助校正器，其特征在于：所述收音器为麦克风。

3.如权利要求1所述的一种基于MATLAB的多种乐器练习综合辅助校正器，其特征在于：所述存储器为移动硬盘。

4.一种基于MATLAB的多种乐器练习综合辅助校正系统，其特征在于：所述系统包括收音器、存储器、显示屏、MATLAB处理系统；所述收音器、存储器、显示屏均连接MATLAB处理系统；所述MATLAB处理系统包括声音频率振幅分析模块、采集信息对比计算模块、信息对比结果反馈模块；所述系统的校正方法，步骤如下：所述MATLAB处理系统对收音器收集的声音进行数据转化，并与存储器内的数据对比，并将处理后的数据在显示屏上显示。

5.如权利要求4所述的一种基于MATLAB的多种乐器练习综合辅助校正系统，其特征在于：第一步，麦克风收音频率范围为：f1~f2，将乐器发声范围内声音采集；

第二步，麦克风收集到的声音信号S传送到MATTLAB声音分析系统内转换为数字信号Sd，Sd为一个包含了频率，强度，振幅以及分贝的综合信号；

按照设定的节拍速度Sp(Speed)，计算每一节拍的时值T=1(min)/Sp=60(s)/Sp，按照节拍的时值以及音符特征的变换将数字信号Sd分割为每一拍的信号Sd(1),Sd(2),Sd(3),Sd(4)….直到练习结束；

第三步，麦克风收集到的声音信号中的停顿St=x(s),与设定的节拍速度进行计算，得到空拍的长度：P(Pause)=x/Sp.得到空拍长度，

第四步，对数字信号中的各项信号通过MATLAB声音分析系统解析得到：频率信号f(n)，强度信号I(n)，振幅信号a(n)，节拍长度信号T(n)，并按照每一节拍的顺序进行排序，将停顿算在其中，将由麦克风传递而来的声音信号，在转换模块内实时转换为数字信号，并将各个特征信号分离，传送给计算分析模块；

第五步，在计算分析模块中，调用存储器中准备的数字乐谱以及乐曲的分析数据，开始对每一个音符进行计算；

第六步，将计算分析模板处理后的数据反馈到显示屏。

6.如权利要求4所述的一种基于MATLAB的多种乐器练习综合辅助校正系统，其特征在于：频率分析，调用模板中频率数据fi[ideal frequency](n)=a，采集频率为f(n)=b，设定正常频率结果范围为-F~F(数值)，进行比对计算：

A(n)=fi(n)-f(n)=a-b,若A=0则表示该音符的频率标准，若-F≤A≤F则频率在合理范围内，若A<-F则表示该音符演奏的频率过高，若F<A则表示该音符演奏的频率过低。

7.如权利要求4所述的一种基于MATLAB的多种乐器练习综合辅助校正系统，其特征在于：强度分析，调用模板中的强度数据Ii(ideal intensity)(n)=c，采集强度为I(n)=d，设定正常的强度计算结果范围为-I~I(数值)，进行计算：

B(n)=Ii(n)-I(n)=c-d,若B=0则表示此时音符的强度标准，若-I≤B≤I则强度在合理的范围内，若B<-I则表示该音符演奏的强度过高，若I<B则表示该音符演奏的强度过低。

8.如权利要求4所述的一种基于MATLAB的多种乐器练习综合辅助校正系统，其特征在于：节拍分析，调用模板中的节拍数据，并按照设定的节拍速度进行转换，曲库内的数据是默认按60拍进行信号分离即每一拍时值为1s，设当前节拍速度为Sp1,则每一拍的时值T1=60s/Sp1；得到的T1即为Ti（ideal time）,并将时间信号的分割精确到微秒，并设定计算结果合理范围-T~T(数值),g=Ti(n)，h=T(n)进行计算：

D(n)=Ti(n)-T(n)=g-h，若D=0则表示节拍标准，若-T≤D≤T则表示节拍的误差在合理范围内，若D<-T则表示这一拍的时间过长，若T<D则表示这一拍的时间过短；并在时值过长或过短的基础上，增加新的评定区间-T5~-T以及T~T5,同样将两区间等值划分为1级到10级，等级越高节拍偏差越大，若D的值在合理范围内或为0则设定为0级；结束计算后将D(n)以及分级结果D’(n)保存并传送到反馈模块。