CN111553260A - 一种交互式教学方法和系统 - Google Patents

一种交互式教学方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种交互式教学方法和系统。所述交互式教学方法采集弹奏的音频信号;将弹奏的音频信号的音符序列和标准乐谱的音符序列进行匹配,并将匹配结果进行显示;若匹配结果为正确,用户继续弹奏;否则,执行唱谱流程,所述唱谱流程包括:采集用户唱谱的音频信号;将唱谱的音频信号的唱谱内容与标准乐谱的音符序列进行匹配,并将匹配结果进行显示;若匹配结果为正确,用户进行弹奏。所述交互式教学方法和系统,在用户学习乐器的过程中使用这种方式做乐器弹奏之前的乐谱内容认识校正和弹奏后错误内容的矫正,提高用户对乐器学习的效率。

Description

一种交互式教学方法和系统
技术领域
本发明涉及一种交互式教学方法和系统。
背景技术
在乐器学习时,首先需要学生对乐理知识和五线谱有一定的认识,老师在教学过程中普遍会让学生先唱谱,唱正确后再进行乐器弹奏练习,在弹奏出现错误时,也会让学生先通过唱谱的方式纠正学生对乐谱的认识后再纠正乐器弹奏错误。这种大量标准化重复练习,更多的依赖人工纠错,需要耗费大量时间和精力,且不能完全避免疏漏。目前,随着语音识别技术和音乐信号识别技术的发展,使通过语音准确获取乐谱唱名和通过音乐信号准确获取音高/起止之间/力度等信息成为可能,人们需要一种可以不依赖于人工纠错实现音乐练习的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种交互式教学方法和系统,增加用户对乐谱的认识,提高学习效率。
为了解决上述技术问题,本发明的技术方案是:
一种交互式教学方法,包括:
采集弹奏的音频信号;
将弹奏的音频信号的音符序列和标准乐谱的音符序列进行匹配,并将匹配结果进行显示;
若匹配结果为正确,用户继续弹奏;
否则,执行唱谱流程,所述唱谱流程包括:
采集用户唱谱的音频信号;
将唱谱的音频信号的唱谱内容与标准乐谱的音符序列进行匹配,并将匹配结果进行显示;
若匹配结果为正确,用户进行弹奏。
作为优选,所述将唱谱的音频信号的唱谱内容与标准乐谱的音符序列进行匹配,还包括,若匹配结果为错误,继续进行唱谱流程。
作为优选,所述将唱谱的音频信号的唱谱内容与标准乐谱的音符序列进行匹配,包括,对于单音的情况,采用单独识别;对于多音的情况,采用单独识别,或者由高到低识别。
作为优选,所述单独识别,包括,将唱谱的唱谱内容的唱名和起止时间直接与标准乐谱的音符序列的唱名和起止时间做匹配。
作为优选,所述采用由高到低识别,包括对音高进行由高到低识别。
作为优选,对于多音的情况,采用由高到低识别,从标准乐谱中获取唱名时也要按照由高到底的规则获取,并且相应修改对应唱名的起止时间。
作为优选,所述将唱谱的音频信号的唱谱内容与标准乐谱的音符序列进行匹配,包括,利用语音识别技术或单音音高识别,识别唱谱的音频信号中的唱谱内容,将唱谱的音频信号的唱谱内容与标准乐谱的音符序列进行匹配。
作为优选,所述将匹配结果进行显示,包括,将匹配成功的音符和匹配不成功的音符进行区别显示。
作为优选,匹配成功的音符进行染色显示,或者做标记显示。
作为优选,在用户弹奏之前,还包括所述唱谱流程。
作为优选,所述将弹奏的音频信号的音符序列与标准乐谱的音符序列进行匹配,包括,利用深度神经网络模型识别弹奏的音频信号中的音符序列,将弹奏的音频信号的音符序列与标准乐谱的音符序列进行匹配。
本发明还公开了一种交互式教学系统,包括:
唱谱信号获取单元,用于获取唱谱的音频信号;
唱谱信号识别单元,对所述唱谱信号获取单元获取的唱谱的音频信号进行实时处理,获取唱谱的音频信号的唱谱内容;
弹奏信号获取单元,用于获取弹奏的音频信号;
弹奏信号识别单元,对所述弹奏信号获取单元获取的音频信号进行实时处理,获取弹奏的音频信号的音符序列;
信号匹配单元,用于将所述唱谱信号识别单元识别的唱谱的音频信号的唱谱内容与标准乐谱的音符序列进行匹配,以及用于将所述弹奏信号识别单元识别的弹奏的音频信号的音符序列与标准乐谱的音符序列进行匹配;
交互单元,用于显示信号匹配单元得到的匹配结果。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:本发明所述一种交互式教学方法和系统,通过用户唱谱的音信信号与标准乐谱做比对,确认用户对乐谱的正确认识,通过弹奏的音频信号的识别与标准乐谱做比对,确认用户对乐器弹奏的正确性,并在用户学习乐器的过程中使用这种方式做乐器弹奏之前的乐谱内容认识校正和弹奏后错误内容的矫正,提高用户对乐器学习的效率。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的,而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外,图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的,用于帮助对本发明的理解,并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下,可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。在附图中:
图1是本发明一具体实施例的交互式教学方法的流程图;
图2是本发明一具体实施例的交互式教学系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案,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做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,当元件被称为“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施例。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参见图1,一种交互式教学方法,包括:
弹奏流程,具体的,
S101:采集用户弹奏乐谱的音频信号。
S102:采用人工智能的方式对弹奏的音频信号的音符序列做实时处理,具体的,采用深度神经网络模型进行实时处理,获取弹奏的音频信号的音符序列,并将弹奏的音频信号的音符序列和标准乐谱的音符序列进行匹配,并将匹配结果进行显示。具体的,利用深度神经网络模型识别所述音频信号中的音符序列,具体的,将已经进行过音符起始点、结束点以及音高标注的训练样本集中的音频信号进行常数q变换(cqt变换),得到音频信号的频谱数据,将频谱数据输入卷积神经网络(CNN)进行特征提取,得到特征时间序列,然后使用长短期记忆模型(LSTM)对特征时间序列进行模型训练,用训练好的模型对输入的音频信号进行分析识别,输出音符序列,包含音高,力度,起止时间信息。
S103:判断匹配结果是否正确。
S104:若匹配结果为正确,用户继续弹奏,选择重复练习来提高掌握的熟练度,或者选择换一首乐谱进行弹奏。
若匹配结果为不正确,执行唱谱流程,提高用户对乐谱的认识。所述唱谱流程包括:
S201:采集用户唱谱的音频信号;
S202:采集用户唱谱的音频信号采用语音识别技术或者单音音高识别(音高提取),本实施例中采用。
具体的匹配方法如下所述:对于单音的情况,采用单独识别的方式,即将唱谱的唱谱内容的唱名和起止时间直接与标准乐谱的唱谱内容的唱名和起止时间做匹配。
对于多音的情况,可以采用单独识别的方式,也可以采用由高到低识别的方式。单独识别的方式如前所述,将唱谱的唱谱内容的唱名和起止时间直接与标准乐谱的音符序列的唱名和起止时间做匹配。由高到低识别的方式,将音高由高到低进行识别,相应的,从标准乐谱中获取唱名时也要按照由高到底的规则获取,并且相应修改对应唱名的起止时间。
对于匹配成功的音符和未匹配成功的音符,采用不同的显示方式在标注乐谱上进行区别显示。对于匹配成功的音符,可以进行染色显示,或者做标记显示。
S203:判断匹配结果是否正确。
S204:若匹配结果为正确,用户进行弹奏该乐谱。
若匹配结果为错误,继续进行唱谱流程,直至唱谱匹配结果显示为正确,则进行相应乐谱的弹奏联系。
上述先弹奏,对于错误部分使用唱谱的方式校正的方法,适用于有一定经验的用户。
对于初学者,需要先进行唱谱,对于错误部分使用唱谱的方式校正,然后再弹奏,对于错误部分再使用唱谱的方式校正的方法,确保初学者对乐谱的正确认识。
具体教学方法包括:
唱谱流程:采集用户唱谱的音频信号。
采用语音识别技术或者单音音高识别获取唱谱的音频信号的唱谱内容,将唱谱的音频信号的唱谱内容与标准乐谱的音符序列进行匹配,并将匹配结果进行显示。
若匹配结果为正确,执行弹奏流程。
若匹配结果为错误,继续进行唱谱流程,直至唱谱匹配结果显示为正确,则进行相应乐谱的弹奏练习。
所述弹奏流程包括:
采集用户弹奏乐谱的音频信号。
采用人工智能的方式对弹奏的音频信号做实时处理,具体的,采用深度神经网络模型进行实时处理,获取弹奏的音频信号的音符序列,并将弹奏的音频信号的音符序列和标准乐谱的音符序列进行匹配,并将匹配结果进行显示。
若匹配结果为正确,用户继续弹奏,选择重复练习来提高掌握的熟练度,或者选择换一首乐谱进行弹奏。
若匹配结果为不正确,执行所述唱谱流程。
所述交互式教学方法,通过用户唱谱的音频信号与乐谱内容做比对,确认用户对乐谱的正确认识,通过弹奏的音频信号的识别与乐谱内容做比对,确认用户对乐器弹奏的正确性。并且,在用户学习乐器的过程中使用这种方法做乐器弹奏之前的乐谱内容认识校正和弹奏后错误内容的矫正,提高学习效率。
请参见图2,本发明还公开了一种交互式教学系统,包括:
唱谱信号获取单元30,采用麦克风获取唱谱的音频信号;
唱谱信号识别单元40,对所述唱谱信号获取单元获取的唱谱的音频信号进行实时处理,获取唱谱的音频信号的唱谱内容;
弹奏信号获取单元50,采用麦克风,或者拾振器,或者麦克风、拾振器同时使用,获取弹奏的音频信号;
弹奏信号识别单元60,对所述弹奏信号获取单元获取的音频信号进行实时处理,获取弹奏的音频信号的音符序列;
乐谱信号存储单元70,存储标准乐谱的音符序列。
信号匹配单元80,用于将所述唱谱信号识别单元识别的唱谱的音频信号的唱谱内容与标准乐谱的音符序列进行匹配,以及用于将所述弹奏信号识别单元识别的弹奏的音频信号的音符序列与标准乐谱的音符序列进行匹配。所述乐谱信号存储单元可以单独设置一个单元,也可以设置在所述信号匹配单元里面。
交互单元90,用于显示信号匹配单元得到的匹配结果。
目前市面上的产品都是仅基于乐谱的识别,且大部分都是物理装置,终端乐器学习产品专注于纠正学生在学习乐器过程中所犯的错误,默认学生对乐谱的认识是完成状态,而实际上,对乐理的学习,唱名准确与乐器。所述交互式教学方法,通过用户唱谱的音频信号与乐谱内容做比对,确认用户对乐谱的正确认识,通过弹奏的音频信号的识别与乐谱内容做比对,确认用户对乐器弹奏的正确性。并且,在用户学习乐器的过程中使用这种方法做乐器弹奏之前的乐谱内容认识校正和弹奏后错误内容的矫正,提高学习效率。
应该理解,以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述,在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此,本教导的范围不应该参照上述描述来确定,而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的,所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容,也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (10)

1.一种交互式教学方法,其特征在于,包括:
采集弹奏的音频信号;
将弹奏的音频信号的音符序列和标准乐谱的音符序列进行匹配,并将匹配结果进行显示;
若匹配结果为正确,用户继续弹奏;
否则,执行唱谱流程,所述唱谱流程包括:
采集唱谱的音频信号;
将唱谱的音频信号的唱谱内容与标准乐谱的音符序列进行匹配,并将匹配结果进行显示;
若匹配结果为正确,用户进行弹奏。
2.根据权利要求1所述的交互式教学方法,其特征在于,所述将唱谱的音频信号的唱谱内容与标准乐谱的音符序列进行匹配,还包括,若匹配结果为错误,继续进行唱谱流程。
3.根据权利要求1所述的交互式教学方法,其特征在于,所述将唱谱的音频信号的唱谱内容与标准乐谱的音符序列进行匹配,包括,对于单音的情况,采用单独识别;对于多音的情况,采用单独识别,或者由高到低识别。
4.根据权利要求3所述的交互式教学方法,其特征在于,所述单独识别,包括,将唱谱的唱谱内容的唱名和起止时间直接与标准乐谱的音符序列的唱名和起止时间做匹配。
5.根据权利要求3所述的交互式教学方法,其特征在于,所述采用由高到低识别,包括对音高进行由高到低识别。
6.根据权利要求1所述的交互式教学方法,其特征在于,所述将唱谱的音频信号的唱谱内容与标准乐谱的音符序列进行匹配,包括,利用语音识别技术或进行单音音高识别,识别唱谱的音频信号中的唱谱内容,将唱谱的音频信号的唱谱内容与标准乐谱的音符序列进行匹配。
7.根据权利要求1所述的交互式教学方法,其特征在于,所述将匹配结果进行显示,包括,将匹配成功的音符和匹配不成功的音符进行区别显示。
8.根据权利要求1所述的交互式教学方法,其特征在于,所述将弹奏的音频信号的音符序列与标准乐谱的音符序列进行匹配,包括,利用深度神经网络模型识别弹奏的音频信号中的音符序列,将弹奏的音频信号的音符序列与标准乐谱的音符序列进行匹配。
9.根据权利要求1所述的交互式教学方法,其特征在于,在用户弹奏之前,还包括所述唱谱流程。
10.一种交互式教学系统,其特征在于,包括:
唱谱信号获取单元,用于获取唱谱的音频信号;
唱谱信号识别单元,对所述唱谱信号获取单元获取的唱谱的音频信号进行实时处理,获取唱谱的音频信号的唱谱内容;
弹奏信号获取单元,用于获取弹奏的音频信号;
弹奏信号识别单元,对所述弹奏信号获取单元获取的音频信号进行实时处理,获取弹奏的音频信号的音符序列;
乐谱信号存储单元,用于存储标准乐谱的唱谱内容和音符序列;
信号匹配单元,用于将所述唱谱信号识别单元识别的唱谱的音频信号的唱谱内容与标准乐谱的音符序列进行匹配,以及用于将所述弹奏信号识别单元识别的弹奏的音频信号的音符序列与标准乐谱的音符序列进行匹配;
交互单元,用于显示信号匹配单元得到的匹配结果。
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