乐器辅助学习机的制作方法
专利名称：乐器辅助学习机的制作方法
技术领域：
本发明涉及乐器领域，具体而言，涉及ー种乐器辅助学习机。
背景技术：
从乐器和乐曲教学的角度来说，传统的乐器学习是通过对照乐谱反复在乐器上练习的方式实现的。以键盘乐器为例这种方法有着以下多种不便1、由于传统的乐谱印刷在纸张上，所以在演奏的过程中需要不断的翻阅乐谱。2、在演奏的过程中演奏者需要不断的在乐器上寻找对应的键。3、乐谱通常印刷在书籍上，由于受到书籍的出版速度和流通范围的影响，演奏者往往不易找到想要演奏的乐谱。4、演奏过程单调，乐器本身无法对演奏者的水平进行评判，难以起到激励演奏者的作用。
发明内容
本发明提供ー种乐器辅助学习机，用以克服演奏过程中需要不断翻阅乐谱的问题。为达到上述目的，本发明提供了ー种乐器辅助学习机，其包括乐曲文件存储单元，用于存储设定格式的乐曲文件；数据处理単元，用于读取乐曲文件存储单元中的乐曲文件，得到乐曲文件的标准參数数据，并根据演奏順序和设定的节拍，将乐曲文件中每ー音符对应的标准參数数据传 is至显示单元显示；显示单元，用于显示乐曲文件中每ー音符对应的标准參数数据；输入设备，用于接收用户输入的演奏音符，并将演奏音符传送至数据处理单元播放并记录；数据处理单元还用于提取演奏音符的演奏參数数据，将其与乐曲文件中对应音符的标准參数数据进行对比，将不一致音符所在的一段音符另存为単独演奏文件并通过显示単元提示用户重复演奏。较佳的，乐曲文件为midi文件，标准參数数据和演奏參数数据分别包括节拍、音
高、音量和音色。较佳的，数据处理单元还用于播放乐曲文件。较佳的，数据处理単元还用于判断用户当前输入音符的演奏參数数据与显示単元当前显示音符的标准參数数据是否一致，若一致，播放当前输入音符，否则，禁止播放当前输入音符并通过显示单元提示用户重新演奏当前显示音符。较佳的，数据处理単元还用于根据每ー音符的标准參数数据和设定的评分规则对用户输入音符进行评分。较佳的，数据处理单元还用于根据上述评分结果或用户的设置调整乐曲文件的节癸。较佳的，数据处理单元还用于通过显示单元接受用户对乐曲文件数据流的起始点和结束点进行选择，以选取一段乐曲进行演奏。较佳的，显示单元还用于提示用户乐曲文件中ー个或多个待演奏音符的演奏时刻。较佳的，显示单元为液晶显示屏或LED器件。在上述实施例中，演奏者可以參考显示单元的提示进行演奏，演奏的过程中无论演奏者输入的音符信息和显示设备提示的音符信息是否一致，学习机都会把演奏者输入的音符以声音的形式播放，克服了演奏过程中需要不断翻阅乐谱的问题。
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为本发明一实施例的乐器辅助学习机示意图；图加为图1实施例的乐曲文件人工演奏提示流程图；图2b为图1实施例的乐曲文件人工演奏执行流程图；图3为本发明一实施例的乐曲文件自动演奏流程图；图4为本发明一实施例的乐曲半自动演奏流程图；图5为本发明一实施例的演奏效果评价流程图；图6为本发明一实施例的特定乐曲区间演奏流程图。
具体实施例方式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付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。本发明的实施例借助计算机和电子技术采用软硬件结合的方式构成，由处理器分别从乐曲文件和人机交互接ロ获取音色、节拍、音符、音量等信息，并进行分析、处理，从而实现所描述的各种功能。以下是其所要实现的各主要功能的描述1、自动演奏功能可以依据乐曲文件中的音符信息自动演奏乐曲。2、人工演奏功能演奏者可以參考显示设备的提示进行演奏，演奏的过程中无论演奏者输入的音符信息和显示设备提示的音符信息是否一致，学习机都会把演奏者输入的音符以声音的形式播放。3、半自动演奏功能演奏者可以參考显示设备的提示进行演奏，演奏的过程中只有演奏者输入的音符信息和显示设备提示的音符信息一致，学习机才会对节拍进行计吋， 并把演奏者输入的音符以声音的形式播放。4、演奏效果评判功能学习机可以对比乐曲文件中的音符信息对演奏者的实际演
4奏效果进行判断。5、乐曲区间演奏功能演奏者可以选择乐曲中的一段进行循环演奏。图1为本发明一实施例的乐器辅助学习机示意图；如图1所示，乐器辅助学习机包括用于处理乐曲信息的主处理器模块10，负责人机交互的具有显示和输入功能的人机交互模块20，以及负责发声的乐曲发声模块30。主处理模块包含主数据处理単元102，乐曲文件存储单元101，辅助电路和人机交互接ロ。辅助电路负责向数据处理単元供其正常工作所必需的电源，时钟等。人机交互接 ロ负责与音符输入和音符显示输出设备的连接。乐曲发声模块负责将主处理器模块传来的等待播放的具有乐曲信息的数据转换成声音使用户可以听见。如图1所示，其包括音源芯片(也可以通过处理器利用软件模拟其功能)，数字模拟转换器和功率放大电路以及喇叭耳机等设备。其中音源设备负责将以音符、音色、音量等信息为特征记录的乐曲信息转换成记录电压或电流变化的数字信号，数字模拟转换电路负责将数字信号转换成真实的电压和电流，功率放大电路负责调节电流和电压的増益，而耳机和喇叭这些终端设备负责将声音由电压和电流还原。音源芯片的选择决定了音质的好坏，可以选择专用midi音源芯片。主处理器模块10包括乐曲文件存储单元101和数据处理単元102，人机交互模块 20包括显示单元201和输入设备202。乐曲文件存储单元101，用于存储设定格式的乐曲文件，乐曲文件存储单元可以包含大容量存储器，可连接移动存储设备的存储卡的插槽，与外界数据沟通的数据线接口和无线网卡。数据处理単元102，用于读取乐曲文件存储单元101中的乐曲文件，得到乐曲文件的标准參数数据，并根据演奏順序和设定的节拍，将乐曲文件中每ー音符对应的标准參数数据传送至显示单元201显示；数据处理单元可以采用单片机，CPLD等数字逻辑器件。显示单元201，用于显示乐曲文件中每ー音符对应的标准參数数据，还可以用于向用户显示当前学习机所处的状态，显示単元可以由液晶显示屏和led等具有显示输出功能的器件实现。输入设备202，用于接收用户输入的音符信息(可以是开始演奏某一音符或停止演奏某一音符)，并将音符信息传送至数据处理単元102播放并记录；其中，为了带来更接近乐器本身的演奏感觉，输入设备可以针对不同的乐器有着不同的结构和外形，以钢琴学习机为例，输入设备可以是カ度键盘，可以告诉处理器演奏者在什么时候按下了什么键，是轻击键盘还是重击键盘等等。数据处理単元102还用于提取演奏音符的演奏參数数据，将其与乐曲文件中对应音符的标准參数数据进行对比，将不一致音符所在的一段音符另存为単独演奏文件并通过显示单元201提示用户重复演奏。为了便于系统的实现，选择midi乐曲文件(或在其基础上发展形成的其它乐曲格式文件)作为系统所支持的主要乐曲文件类型。标准參数数据和演奏參数数据分别包括 节拍、音高、音量和音色。乐曲文件中对ー个新音符的演奏的开始或旧音符的演奏的结束的记录被叫做一个演奏事件。ー个具体的演奏事件既可以记录事件的类型、音色、音高、音量等信息，也可以记录它与上一事件的时间隔也就是节拍的信息。需要指出的是，本发明中所述的midi文件是指midi标准文件以及类似于midi标准文件并可以记录节拍、音色、音调、音量等參数数据的乐曲文件。Midi乐曲文件作为ー种特殊的乐曲文件并不直接记录声音的各个细节，而是以ー 种类似于乐谱的形式对乐曲进行记录。在五线谱中乐曲是以音调、节拍等信息为基础进行记录的，演奏者则可以根据这些记录在五线谱中的基本信息使用乐器，再现乐曲的魅力。而 midi乐曲文件本身也是ー种记录音符信息的乐曲文件，在midi文件中除了记录有音符的音调、节拍这些信息以外还可以记录音色，音量等信息。借助于五线谱人们可以使用乐器演奏出美妙的乐曲，借助midi文件计算机则可以使用声卡上的音源芯片准确完美地演奏乐曲。所不同的只是midi文件取代了五线谱，midi音源设备取代了乐器，而计算机处理器则取代了演奏者。有了替代乐谱的midi文件，替代乐器的midi音源芯片，和处理器以及其他ー些相关的设备，就可以通过对计算机进行编程让它实现前面提到的各种功能了。图加为图1实施例的乐曲文件人工演奏提示流程图；图2b为图1实施例的乐曲文件人工演奏执行流程图。图加所示的向用户显示音符信息的流程按照以下的步骤进行处理(1)从文件中读取两秒钟后要执行的音符的信息(音色，音高，音量，开始/停止演奏)，并将当前时刻与待演奏时刻的时间差T 一同作为音符信息作为待演奏音符的数据进行缓存；(2)从缓存的数据中读取音符信息，送到人机交互模块显示(可根据时间差T的不同分别显示)；(3)等待lOOms(A)，更新缓存数据中的时间差信息，并依次将待演奏音符的时间差信息减少IOOms (B)；(4)从缓存数据中删除时间差T等于O的音符；(5)判断缓存数据中是否已没有未演奏的音符且文件中的音符都已读入缓存中， 如果是则结束，否则返回步骤(1)。图2b所示的执行用户演奏的流程按如下步骤进行(1)初始化人机交互模块；(2)等待用户输入信息(输入信息既可以是某个音符的开始，也可以是某个音符的结束)；(3)判断用户是否有更新的输入信息，如果是执行步骤(4)，否则执行步骤O)；(4)根据输入信息控制发声模块执行声音的处理(音色，音高，音量，开始/停止演奏)，并转入执行步骤O)。例如，为实现乐器的自动演奏，数据处理単元还可以对记录有音高，节拍，音量等音符信息的乐曲文件进行顺序播放。图3为本发明一实施例的乐曲文件自动演奏流程图；如图所示，自动演奏包括以下步骤(1)从文件中读取两秒钟后要执行的音符的信息(音色，音高，音量，开始/停止演奏)，并将当前时刻与待演奏时刻的时间差T 一同作为音符信息作为待演奏音符的数据进行缓存。(2)从缓存数据中读取音符信息，送到人机交互模块显示(可根据时间差T的不同分别显示)。(3)等待IOOms(A)，更新缓存数据中的时间差信息。并依次将待演奏音符的时间差信息减少100ms (B)。(4)从缓存数据中删除时间差等于0的音符，并将其传送至乐曲发声模块处理。(5)判断缓存数据中是否已没有未演奏的音符且文件中的音符都已读入缓存中， 如果是则结束，否则返回步骤(1)。例如，上述数据处理単元还用于判断用户当前输入音符的演奏參数数据与显示单元当前显示音符的标准參数数据是否一致，若一致，播放当前输入音符，否则，禁止播放当前输入音符并通过显示单元提示用户重新演奏当前显示音符。在乐曲文件的播放过程中， 本实施例可以结合人机接ロ传来的用户演奏信息对乐曲文件的播放进行控制，从而实现乐曲的半自动演奏。图4为本发明一实施例的乐曲半自动演奏流程图；如图所示，数据处理单元按照以下的步骤进行处理(1)从文件中读取两秒钟后要执行的音符的信息(音色，音高，音量，开始/停止演奏)，并将当前时刻与待演奏时刻的时间差T 一同作为音符信息作为待演奏音符的数据进行缓存；(2)从缓存的数据中读取音符信息，送到人机交互模块显示(可根据时间差T的不同分别显示)；(3)等待lOOms(A)，更新缓存数据中的时间差信息，并依次将待演奏音符的时间差信息减少100ms (B)；(4)判断如果数据缓存中没有时间差等于0的音符，且文件没有结束，则转入步骤 (1)，否则进入步骤(5)；(5)等待，直到数据处理单元从人机接ロ采集到的音符信息与缓存数据中时间差等于0的音符的信息相同(主要判断音高)；(6)从缓存数据中删除时间差等于0的音符，将其传送至乐曲发声模块处理；(7)判断缓存数据中是否已没有未演奏的音符且文件中的音符都已读入缓存中， 如果是则结束，否则返回步骤(1)。为评判用户的演奏效果，上述数据处理単元还用于根据每ー音符的标准參数数据和设定的评分规则对用户输入音符进行评分。例如，首先对错误的演奏和正确的演奏进行记录，然后按照一定的评价标准得到演奏效果的评价。图5为本发明一实施例的演奏效果评价流程图。数据处理単元在演奏的过程中对比缓存数据中的音符信息和用户在演奏过程中实际演奏的音调、节拍和強弱等信息，记录错误的演奏和正确的演奏，然后按照一定的评判标准根据错误演奏次数和正确演奏次数的记录得到演奏效果的评价。图5中演奏效果评价流程包括以下步骤(1)从人机接ロ获取新的演奏信息A(音色，音高，音量，开始/停止演奏)；( 对比查看缓存数据中的，如果音符信息D演奏信息A—致，且该音符的“时间差信息” T小于一定的值(较佳的值可以是50ms)，则对Right值加1，否则对Wrong值加1 ；(3)如果演奏结束，则根据公式记分，否则继续执行步骤(1)。每个音符在开始通过显示设备显示的同时进行时间T的计时。在规定的时间T内如果有正确的音符信息从人机交互接ロ输入则表示输入正确。如果在规定的时间T内输入的音符不正确，或者在规定时间T以前或以后输入都会认为输入错误。根据所输入的正确音符和错误音符之间的数量关系，便可以得到最后评价。例如正确输入的音符个数为 RIGHT，错误输入的音符个数为WRONG，那么可以通过下面的公式给出ー个0到100之间的合理的分数C。C= (RIGHI7 (RIGHT+WR0NG))*100。为了改变难度，也可以对以上公式进行修改，添加难度系数因子D。当D大余0小于1时，难度降低。当D大于1吋，难度增加。C= (RIGHI7 (RIGHT+WR0NG*D))*100。例如，数据处理单元还用于根据评分单元的评分结果或用户的设置调整乐曲文件的节奏。在上述自动演奏，半自动演奏和人工演奏的流程中，都包括步骤“等待100ms (A)， 更新缓存数据中的时间差信息。将各个带演奏音符的时间差信息减少IOOms (B)”。默认情况下“等待的时间A”和更新吋“减少的时间B”都是100ms。如果更改A和B的比值，则会改变乐曲的节奏。例如A = 200ms, B = 100ms，则意味着节奏变慢了一倍。例如，数据处理单元还用于通过显示单元接受用户对乐曲文件数据流的起始点和结束点进行选择，以在选取的一段特定乐曲区间内进行演奏或循环演奏。图6为本发明一实施例的特定乐曲区间演奏流程图。用户可以设置选择演奏的乐曲区间，当用户选择好区间后，程序记录下数据流的起始端点A和结束端点B，演奏程序在这两个端点之间循环演奏。演奏程序首先将数据流定位在乐曲文件A处，然后进行演奏。每演奏ー个音符后检查要演奏的下ー个音符的位置，如果这个位置为B，则将数据流重新定位到A，继续循环演奏。例如，显示单元还用于提示用户乐曲文件中ー个或多个待演奏音符的演奏时刻， 以使用户在演奏当前音符的同时为演奏下一音符做好准备。从上述描述中可以看出，本发明借助现代电子和计算机技术手段实现ー种带有自动演奏，半自动引导演奏，人工演奏，乐曲区间演奏和演奏效果评判等功能的乐器学习机。 这种学习机的主要特点在干一方面可以播放用户选择的乐曲文件；另一方面还可以根据乐曲文件中的各种信息提示和指导用户正确完整地演奏出所选择的乐曲；另外在演奏的过程中还可以对用户的演奏做出正确与错误的记录，在演奏结束后给出相应的评判。作为ー 种新型的电子产品，乐器辅助学习机不但可以帮助乐器学习者增强对乐器学习的兴趣，迅速学习和掌握乐曲的演奏，而且也可以作为一种娱乐装置给人们的生活带来快乐。通过在乐曲文件中添加其它信息，并编写相应程序还可以开发出声乐学习，指法学习等新的功能。本领域普通技术人员可以理解附图只是ー个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。本领域普通技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的ー个或多个装置中。上
8述实施例的模块可以合并为ー个模块，也可以进ー步拆分成多个子模块。 最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽
管參照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然
可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；
而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
权利要求
1.ー种乐器辅助学习机，其特征在干，包括乐曲文件存储单元，用于存储设定格式的乐曲文件；数据处理単元，用于读取所述乐曲文件存储单元中的乐曲文件，得到所述乐曲文件的标准參数数据，并根据演奏順序和设定的节拍，将所述乐曲文件中每ー音符对应的标准參数数据传送至显示单元显示；所述显示単元，用于显示所述乐曲文件中每ー音符对应的标准參数数据；输入设备，用于接收用户输入的演奏音符，并将所述演奏音符传送至所述数据处理单元播放并记录；所述数据处理单元还用于提取所述演奏音符的演奏參数数据，将其与所述乐曲文件中对应音符的标准參数数据进行对比，将不一致音符所在的一段音符另存为単独演奏文件并通过所述显示单元提示用户重复演奏。
2.根据权利要求1所述的乐器辅助学习机，其特征在干，所述乐曲文件为midi文件，所述标准參数数据和所述演奏參数数据分别包括节拍、音高、音量和音色。
3.根据权利要求1所述的乐器辅助学习机，其特征在干，所述数据处理单元还用于播放所述乐曲文件。
4.根据权利要求1所述的乐器辅助学习机，其特征在干，所述数据处理单元还用于判断用户当前输入音符的演奏參数数据与所述显示単元当前显示音符的标准參数数据是否一致，若一致，播放所述当前输入音符，否则，禁止播放所述当前输入音符并通过所述显示単元提示用户重新演奏所述当前显示音符。
5.根据权利要求1所述的乐器辅助学习机，其特征在干，所述数据处理单元还用于根据每ー音符的标准參数数据和设定的评分规则对用户输入音符进行评分。
6.根据权利要求5所述的乐器辅助学习机，其特征在干，所述数据处理单元还用于根据所述评分结果或用户的设置调整所述乐曲文件的节奏。
7.根据权利要求1所述的乐器辅助学习机，其特征在干，所述数据处理单元还用于通过所述显示单元接受用户对乐曲文件数据流的起始点和结束点进行选择，以选取一段乐曲进行演奏。
8.根据权利要求1所述的乐器辅助学习机，其特征在干，所述显示単元还用于提示用户所述乐曲文件中ー个或多个待演奏音符的演奏时刻。
9.根据权利要求1所述的乐器辅助学习机，其特征在干，所述显示单元为液晶显示屏或LED器件。
全文摘要
本发明公开了一种乐器辅助学习机，其包括乐曲文件存储单元，用于存储设定格式的乐曲文件；数据处理单元，用于读取乐曲文件存储单元中的乐曲文件，得到乐曲文件的标准参数数据，并根据演奏顺序和设定的节拍，将乐曲文件中每一音符对应的标准参数数据传送至显示单元显示；显示单元，用于显示乐曲文件中每一音符对应的标准参数数据；输入设备，用于接收用户输入的演奏音符，并将演奏音符传送至数据处理单元播放并记录；数据处理单元还用于提取演奏音符的演奏参数数据，将其与乐曲文件中对应音符的标准参数数据进行对比，将不一致音符所在的一段音符另存为单独演奏文件并通过显示单元提示用户重复演奏。
文档编号G09B15/04GK102568261SQ20111044690
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者张智 申请人:张智
技术领域：
本发明涉及乐器领域，具体而言，涉及ー种乐器辅助学习机。
背景技术：
从乐器和乐曲教学的角度来说，传统的乐器学习是通过对照乐谱反复在乐器上练习的方式实现的。以键盘乐器为例这种方法有着以下多种不便1、由于传统的乐谱印刷在纸张上，所以在演奏的过程中需要不断的翻阅乐谱。2、在演奏的过程中演奏者需要不断的在乐器上寻找对应的键。3、乐谱通常印刷在书籍上，由于受到书籍的出版速度和流通范围的影响，演奏者往往不易找到想要演奏的乐谱。4、演奏过程单调，乐器本身无法对演奏者的水平进行评判，难以起到激励演奏者的作用。
发明内容
本发明提供ー种乐器辅助学习机，用以克服演奏过程中需要不断翻阅乐谱的问题。为达到上述目的，本发明提供了ー种乐器辅助学习机，其包括乐曲文件存储单元，用于存储设定格式的乐曲文件；数据处理単元，用于读取乐曲文件存储单元中的乐曲文件，得到乐曲文件的标准參数数据，并根据演奏順序和设定的节拍，将乐曲文件中每ー音符对应的标准參数数据传 is至显示单元显示；显示单元，用于显示乐曲文件中每ー音符对应的标准參数数据；输入设备，用于接收用户输入的演奏音符，并将演奏音符传送至数据处理单元播放并记录；数据处理单元还用于提取演奏音符的演奏參数数据，将其与乐曲文件中对应音符的标准參数数据进行对比，将不一致音符所在的一段音符另存为単独演奏文件并通过显示単元提示用户重复演奏。较佳的，乐曲文件为midi文件，标准參数数据和演奏參数数据分别包括节拍、音
高、音量和音色。较佳的，数据处理单元还用于播放乐曲文件。较佳的，数据处理単元还用于判断用户当前输入音符的演奏參数数据与显示単元当前显示音符的标准參数数据是否一致，若一致，播放当前输入音符，否则，禁止播放当前输入音符并通过显示单元提示用户重新演奏当前显示音符。较佳的，数据处理単元还用于根据每ー音符的标准參数数据和设定的评分规则对用户输入音符进行评分。较佳的，数据处理单元还用于根据上述评分结果或用户的设置调整乐曲文件的节癸。较佳的，数据处理单元还用于通过显示单元接受用户对乐曲文件数据流的起始点和结束点进行选择，以选取一段乐曲进行演奏。较佳的，显示单元还用于提示用户乐曲文件中ー个或多个待演奏音符的演奏时刻。较佳的，显示单元为液晶显示屏或LED器件。在上述实施例中，演奏者可以參考显示单元的提示进行演奏，演奏的过程中无论演奏者输入的音符信息和显示设备提示的音符信息是否一致，学习机都会把演奏者输入的音符以声音的形式播放，克服了演奏过程中需要不断翻阅乐谱的问题。
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为本发明一实施例的乐器辅助学习机示意图；图加为图1实施例的乐曲文件人工演奏提示流程图；图2b为图1实施例的乐曲文件人工演奏执行流程图；图3为本发明一实施例的乐曲文件自动演奏流程图；图4为本发明一实施例的乐曲半自动演奏流程图；图5为本发明一实施例的演奏效果评价流程图；图6为本发明一实施例的特定乐曲区间演奏流程图。
具体实施例方式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付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。本发明的实施例借助计算机和电子技术采用软硬件结合的方式构成，由处理器分别从乐曲文件和人机交互接ロ获取音色、节拍、音符、音量等信息，并进行分析、处理，从而实现所描述的各种功能。以下是其所要实现的各主要功能的描述1、自动演奏功能可以依据乐曲文件中的音符信息自动演奏乐曲。2、人工演奏功能演奏者可以參考显示设备的提示进行演奏，演奏的过程中无论演奏者输入的音符信息和显示设备提示的音符信息是否一致，学习机都会把演奏者输入的音符以声音的形式播放。3、半自动演奏功能演奏者可以參考显示设备的提示进行演奏，演奏的过程中只有演奏者输入的音符信息和显示设备提示的音符信息一致，学习机才会对节拍进行计吋， 并把演奏者输入的音符以声音的形式播放。4、演奏效果评判功能学习机可以对比乐曲文件中的音符信息对演奏者的实际演
4奏效果进行判断。5、乐曲区间演奏功能演奏者可以选择乐曲中的一段进行循环演奏。图1为本发明一实施例的乐器辅助学习机示意图；如图1所示，乐器辅助学习机包括用于处理乐曲信息的主处理器模块10，负责人机交互的具有显示和输入功能的人机交互模块20，以及负责发声的乐曲发声模块30。主处理模块包含主数据处理単元102，乐曲文件存储单元101，辅助电路和人机交互接ロ。辅助电路负责向数据处理単元供其正常工作所必需的电源，时钟等。人机交互接 ロ负责与音符输入和音符显示输出设备的连接。乐曲发声模块负责将主处理器模块传来的等待播放的具有乐曲信息的数据转换成声音使用户可以听见。如图1所示，其包括音源芯片(也可以通过处理器利用软件模拟其功能)，数字模拟转换器和功率放大电路以及喇叭耳机等设备。其中音源设备负责将以音符、音色、音量等信息为特征记录的乐曲信息转换成记录电压或电流变化的数字信号，数字模拟转换电路负责将数字信号转换成真实的电压和电流，功率放大电路负责调节电流和电压的増益，而耳机和喇叭这些终端设备负责将声音由电压和电流还原。音源芯片的选择决定了音质的好坏，可以选择专用midi音源芯片。主处理器模块10包括乐曲文件存储单元101和数据处理単元102，人机交互模块 20包括显示单元201和输入设备202。乐曲文件存储单元101，用于存储设定格式的乐曲文件，乐曲文件存储单元可以包含大容量存储器，可连接移动存储设备的存储卡的插槽，与外界数据沟通的数据线接口和无线网卡。数据处理単元102，用于读取乐曲文件存储单元101中的乐曲文件，得到乐曲文件的标准參数数据，并根据演奏順序和设定的节拍，将乐曲文件中每ー音符对应的标准參数数据传送至显示单元201显示；数据处理单元可以采用单片机，CPLD等数字逻辑器件。显示单元201，用于显示乐曲文件中每ー音符对应的标准參数数据，还可以用于向用户显示当前学习机所处的状态，显示単元可以由液晶显示屏和led等具有显示输出功能的器件实现。输入设备202，用于接收用户输入的音符信息(可以是开始演奏某一音符或停止演奏某一音符)，并将音符信息传送至数据处理単元102播放并记录；其中，为了带来更接近乐器本身的演奏感觉，输入设备可以针对不同的乐器有着不同的结构和外形，以钢琴学习机为例，输入设备可以是カ度键盘，可以告诉处理器演奏者在什么时候按下了什么键，是轻击键盘还是重击键盘等等。数据处理単元102还用于提取演奏音符的演奏參数数据，将其与乐曲文件中对应音符的标准參数数据进行对比，将不一致音符所在的一段音符另存为単独演奏文件并通过显示单元201提示用户重复演奏。为了便于系统的实现，选择midi乐曲文件(或在其基础上发展形成的其它乐曲格式文件)作为系统所支持的主要乐曲文件类型。标准參数数据和演奏參数数据分别包括 节拍、音高、音量和音色。乐曲文件中对ー个新音符的演奏的开始或旧音符的演奏的结束的记录被叫做一个演奏事件。ー个具体的演奏事件既可以记录事件的类型、音色、音高、音量等信息，也可以记录它与上一事件的时间隔也就是节拍的信息。需要指出的是，本发明中所述的midi文件是指midi标准文件以及类似于midi标准文件并可以记录节拍、音色、音调、音量等參数数据的乐曲文件。Midi乐曲文件作为ー种特殊的乐曲文件并不直接记录声音的各个细节，而是以ー 种类似于乐谱的形式对乐曲进行记录。在五线谱中乐曲是以音调、节拍等信息为基础进行记录的，演奏者则可以根据这些记录在五线谱中的基本信息使用乐器，再现乐曲的魅力。而 midi乐曲文件本身也是ー种记录音符信息的乐曲文件，在midi文件中除了记录有音符的音调、节拍这些信息以外还可以记录音色，音量等信息。借助于五线谱人们可以使用乐器演奏出美妙的乐曲，借助midi文件计算机则可以使用声卡上的音源芯片准确完美地演奏乐曲。所不同的只是midi文件取代了五线谱，midi音源设备取代了乐器，而计算机处理器则取代了演奏者。有了替代乐谱的midi文件，替代乐器的midi音源芯片，和处理器以及其他ー些相关的设备，就可以通过对计算机进行编程让它实现前面提到的各种功能了。图加为图1实施例的乐曲文件人工演奏提示流程图；图2b为图1实施例的乐曲文件人工演奏执行流程图。图加所示的向用户显示音符信息的流程按照以下的步骤进行处理(1)从文件中读取两秒钟后要执行的音符的信息(音色，音高，音量，开始/停止演奏)，并将当前时刻与待演奏时刻的时间差T 一同作为音符信息作为待演奏音符的数据进行缓存；(2)从缓存的数据中读取音符信息，送到人机交互模块显示(可根据时间差T的不同分别显示)；(3)等待lOOms(A)，更新缓存数据中的时间差信息，并依次将待演奏音符的时间差信息减少IOOms (B)；(4)从缓存数据中删除时间差T等于O的音符；(5)判断缓存数据中是否已没有未演奏的音符且文件中的音符都已读入缓存中， 如果是则结束，否则返回步骤(1)。图2b所示的执行用户演奏的流程按如下步骤进行(1)初始化人机交互模块；(2)等待用户输入信息(输入信息既可以是某个音符的开始，也可以是某个音符的结束)；(3)判断用户是否有更新的输入信息，如果是执行步骤(4)，否则执行步骤O)；(4)根据输入信息控制发声模块执行声音的处理(音色，音高，音量，开始/停止演奏)，并转入执行步骤O)。例如，为实现乐器的自动演奏，数据处理単元还可以对记录有音高，节拍，音量等音符信息的乐曲文件进行顺序播放。图3为本发明一实施例的乐曲文件自动演奏流程图；如图所示，自动演奏包括以下步骤(1)从文件中读取两秒钟后要执行的音符的信息(音色，音高，音量，开始/停止演奏)，并将当前时刻与待演奏时刻的时间差T 一同作为音符信息作为待演奏音符的数据进行缓存。(2)从缓存数据中读取音符信息，送到人机交互模块显示(可根据时间差T的不同分别显示)。(3)等待IOOms(A)，更新缓存数据中的时间差信息。并依次将待演奏音符的时间差信息减少100ms (B)。(4)从缓存数据中删除时间差等于0的音符，并将其传送至乐曲发声模块处理。(5)判断缓存数据中是否已没有未演奏的音符且文件中的音符都已读入缓存中， 如果是则结束，否则返回步骤(1)。例如，上述数据处理単元还用于判断用户当前输入音符的演奏參数数据与显示单元当前显示音符的标准參数数据是否一致，若一致，播放当前输入音符，否则，禁止播放当前输入音符并通过显示单元提示用户重新演奏当前显示音符。在乐曲文件的播放过程中， 本实施例可以结合人机接ロ传来的用户演奏信息对乐曲文件的播放进行控制，从而实现乐曲的半自动演奏。图4为本发明一实施例的乐曲半自动演奏流程图；如图所示，数据处理单元按照以下的步骤进行处理(1)从文件中读取两秒钟后要执行的音符的信息(音色，音高，音量，开始/停止演奏)，并将当前时刻与待演奏时刻的时间差T 一同作为音符信息作为待演奏音符的数据进行缓存；(2)从缓存的数据中读取音符信息，送到人机交互模块显示(可根据时间差T的不同分别显示)；(3)等待lOOms(A)，更新缓存数据中的时间差信息，并依次将待演奏音符的时间差信息减少100ms (B)；(4)判断如果数据缓存中没有时间差等于0的音符，且文件没有结束，则转入步骤 (1)，否则进入步骤(5)；(5)等待，直到数据处理单元从人机接ロ采集到的音符信息与缓存数据中时间差等于0的音符的信息相同(主要判断音高)；(6)从缓存数据中删除时间差等于0的音符，将其传送至乐曲发声模块处理；(7)判断缓存数据中是否已没有未演奏的音符且文件中的音符都已读入缓存中， 如果是则结束，否则返回步骤(1)。为评判用户的演奏效果，上述数据处理単元还用于根据每ー音符的标准參数数据和设定的评分规则对用户输入音符进行评分。例如，首先对错误的演奏和正确的演奏进行记录，然后按照一定的评价标准得到演奏效果的评价。图5为本发明一实施例的演奏效果评价流程图。数据处理単元在演奏的过程中对比缓存数据中的音符信息和用户在演奏过程中实际演奏的音调、节拍和強弱等信息，记录错误的演奏和正确的演奏，然后按照一定的评判标准根据错误演奏次数和正确演奏次数的记录得到演奏效果的评价。图5中演奏效果评价流程包括以下步骤(1)从人机接ロ获取新的演奏信息A(音色，音高，音量，开始/停止演奏)；( 对比查看缓存数据中的，如果音符信息D演奏信息A—致，且该音符的“时间差信息” T小于一定的值(较佳的值可以是50ms)，则对Right值加1，否则对Wrong值加1 ；(3)如果演奏结束，则根据公式记分，否则继续执行步骤(1)。每个音符在开始通过显示设备显示的同时进行时间T的计时。在规定的时间T内如果有正确的音符信息从人机交互接ロ输入则表示输入正确。如果在规定的时间T内输入的音符不正确，或者在规定时间T以前或以后输入都会认为输入错误。根据所输入的正确音符和错误音符之间的数量关系，便可以得到最后评价。例如正确输入的音符个数为 RIGHT，错误输入的音符个数为WRONG，那么可以通过下面的公式给出ー个0到100之间的合理的分数C。C= (RIGHI7 (RIGHT+WR0NG))*100。为了改变难度，也可以对以上公式进行修改，添加难度系数因子D。当D大余0小于1时，难度降低。当D大于1吋，难度增加。C= (RIGHI7 (RIGHT+WR0NG*D))*100。例如，数据处理单元还用于根据评分单元的评分结果或用户的设置调整乐曲文件的节奏。在上述自动演奏，半自动演奏和人工演奏的流程中，都包括步骤“等待100ms (A)， 更新缓存数据中的时间差信息。将各个带演奏音符的时间差信息减少IOOms (B)”。默认情况下“等待的时间A”和更新吋“减少的时间B”都是100ms。如果更改A和B的比值，则会改变乐曲的节奏。例如A = 200ms, B = 100ms，则意味着节奏变慢了一倍。例如，数据处理单元还用于通过显示单元接受用户对乐曲文件数据流的起始点和结束点进行选择，以在选取的一段特定乐曲区间内进行演奏或循环演奏。图6为本发明一实施例的特定乐曲区间演奏流程图。用户可以设置选择演奏的乐曲区间，当用户选择好区间后，程序记录下数据流的起始端点A和结束端点B，演奏程序在这两个端点之间循环演奏。演奏程序首先将数据流定位在乐曲文件A处，然后进行演奏。每演奏ー个音符后检查要演奏的下ー个音符的位置，如果这个位置为B，则将数据流重新定位到A，继续循环演奏。例如，显示单元还用于提示用户乐曲文件中ー个或多个待演奏音符的演奏时刻， 以使用户在演奏当前音符的同时为演奏下一音符做好准备。从上述描述中可以看出，本发明借助现代电子和计算机技术手段实现ー种带有自动演奏，半自动引导演奏，人工演奏，乐曲区间演奏和演奏效果评判等功能的乐器学习机。 这种学习机的主要特点在干一方面可以播放用户选择的乐曲文件；另一方面还可以根据乐曲文件中的各种信息提示和指导用户正确完整地演奏出所选择的乐曲；另外在演奏的过程中还可以对用户的演奏做出正确与错误的记录，在演奏结束后给出相应的评判。作为ー 种新型的电子产品，乐器辅助学习机不但可以帮助乐器学习者增强对乐器学习的兴趣，迅速学习和掌握乐曲的演奏，而且也可以作为一种娱乐装置给人们的生活带来快乐。通过在乐曲文件中添加其它信息，并编写相应程序还可以开发出声乐学习，指法学习等新的功能。本领域普通技术人员可以理解附图只是ー个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。本领域普通技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的ー个或多个装置中。上
8述实施例的模块可以合并为ー个模块，也可以进ー步拆分成多个子模块。 最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽
管參照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然
可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；
而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
权利要求
1.ー种乐器辅助学习机，其特征在干，包括乐曲文件存储单元，用于存储设定格式的乐曲文件；数据处理単元，用于读取所述乐曲文件存储单元中的乐曲文件，得到所述乐曲文件的标准參数数据，并根据演奏順序和设定的节拍，将所述乐曲文件中每ー音符对应的标准參数数据传送至显示单元显示；所述显示単元，用于显示所述乐曲文件中每ー音符对应的标准參数数据；输入设备，用于接收用户输入的演奏音符，并将所述演奏音符传送至所述数据处理单元播放并记录；所述数据处理单元还用于提取所述演奏音符的演奏參数数据，将其与所述乐曲文件中对应音符的标准參数数据进行对比，将不一致音符所在的一段音符另存为単独演奏文件并通过所述显示单元提示用户重复演奏。
2.根据权利要求1所述的乐器辅助学习机，其特征在干，所述乐曲文件为midi文件，所述标准參数数据和所述演奏參数数据分别包括节拍、音高、音量和音色。
3.根据权利要求1所述的乐器辅助学习机，其特征在干，所述数据处理单元还用于播放所述乐曲文件。
4.根据权利要求1所述的乐器辅助学习机，其特征在干，所述数据处理单元还用于判断用户当前输入音符的演奏參数数据与所述显示単元当前显示音符的标准參数数据是否一致，若一致，播放所述当前输入音符，否则，禁止播放所述当前输入音符并通过所述显示単元提示用户重新演奏所述当前显示音符。
5.根据权利要求1所述的乐器辅助学习机，其特征在干，所述数据处理单元还用于根据每ー音符的标准參数数据和设定的评分规则对用户输入音符进行评分。
6.根据权利要求5所述的乐器辅助学习机，其特征在干，所述数据处理单元还用于根据所述评分结果或用户的设置调整所述乐曲文件的节奏。
7.根据权利要求1所述的乐器辅助学习机，其特征在干，所述数据处理单元还用于通过所述显示单元接受用户对乐曲文件数据流的起始点和结束点进行选择，以选取一段乐曲进行演奏。
8.根据权利要求1所述的乐器辅助学习机，其特征在干，所述显示単元还用于提示用户所述乐曲文件中ー个或多个待演奏音符的演奏时刻。
9.根据权利要求1所述的乐器辅助学习机，其特征在干，所述显示单元为液晶显示屏或LED器件。
全文摘要
本发明公开了一种乐器辅助学习机，其包括乐曲文件存储单元，用于存储设定格式的乐曲文件；数据处理单元，用于读取乐曲文件存储单元中的乐曲文件，得到乐曲文件的标准参数数据，并根据演奏顺序和设定的节拍，将乐曲文件中每一音符对应的标准参数数据传送至显示单元显示；显示单元，用于显示乐曲文件中每一音符对应的标准参数数据；输入设备，用于接收用户输入的演奏音符，并将演奏音符传送至数据处理单元播放并记录；数据处理单元还用于提取演奏音符的演奏参数数据，将其与乐曲文件中对应音符的标准参数数据进行对比，将不一致音符所在的一段音符另存为单独演奏文件并通过显示单元提示用户重复演奏。
文档编号G09B15/04GK102568261SQ20111044690
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者张智 申请人:张智
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