一种音乐视唱教学辅助装置的制作方法
专利名称：一种音乐视唱教学辅助装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种教学辅助装置，特别涉及一种音乐视唱教学的辅助装置。
背景技术：
视唱，是音乐教学中一个重要的环节，课程要求学生在曲谱规定的节奏下读谱即唱，音高在规定的误差范围内。传统的视唱教学中，由于学生尚未训练可以判别音高和节奏，这正是视唱学习的目的，要由教师负责听学生的演唱，并判断演唱的时机是否符合节奏，音高是否符合要求。在无导师时不能练习，这限制了学生的自学、练习的场合和时间选择的灵活性。视唱教学分为技术和艺术部分。艺术部分涉及情感表达和曲谱的理解，而技术部分只涉及节奏和音高的准确性。本发明只涉及视唱教学中的技术部分。节拍器是传统音乐教学中常用的装置，用来规律发出声音为演唱打拍子。个人计算机的扬声器3可以在规定时机发出节拍器的声音。节拍，在物理学上对应于单位时间内音符的数量。时值，在音乐上，用节拍表示，在物理上，用持续时间表示，二者的物理意义相同。个人计算机可以在大于50毫秒的时间范围内，通过迈克风对声音采样，采样的范围为20至20K赫兹，相当于人类听力范围，大于人声的范围。基频，是物理学中用于度量音高的概念。有公开文献报道多种可以运行于个人计算机中的算法，用以实时提取声音信号中的基频。获取的基频可以用于指出声音的音高，也即得到曲谱中的唱名。基频与音高具有一一对应关系，例如，国际标准音高规定，中央C上之A音符的基频为440Hz。
发明内容
本发明的目的是提供一种音乐视唱教学辅助装置，用以辅助学生在无教师指导下训练视唱的技术部分。为实现这一目的，本发明提供的音乐视唱教学辅助装置包括曲谱文件12、曲谱部件1、扬声器3、节拍发生器2、麦克风5、时域切割部件6、去节拍器声音部件7、提取基频部件8、音高比对部件9、结果显示部件10、显示器11。曲谱部件1按要记录在曲谱文件12中的节奏，驱动节拍发生器2在规定时间通过连接在节拍发生器2上的扬声器3发声。学生在扬声器3发出的节拍声指导的节奏下演唱，其结果为学生演唱的声音4，按视唱教学要求，符合节奏的将被视为正确演唱，不符合节奏的将被视为错误演唱。学生在节拍发生器2通过扬声器3发出的节拍声的指导下演唱这一行为及演唱的结果学生演唱的声音4，是要视唱教学要训练的内容，也是本发明要自动评判的内容，并非本发明的一部分。因此不会导致本发明包括人类智力活动的规则和方法。学生演唱的声音4和扬声器3的节拍声一起被麦克风5采集，送给时域切割部件6。时域切割部件6按曲谱部件1提供的音符时值，在需要自动评判的当前音符时值对应的时间段内截取一段声音；上述截取的一段声音，由去节拍器声音部件7去除扬声器3发出的节拍声，只保留无节拍声干扰的声音；上述无节拍器干扰的声音传送给提取基频部件8， 采用公知算法提取出声音的基频，也即识别出声音的音高；识别出的音高，由音高比对部件 9与曲谱部件1提供的此时期待学生演唱的音高做对比；对比的结果由结果显示部件10处理，在显示器11上显示为用五线谱表示的正确的音高和学生演唱的音高。本发明的优点在于使用本装置，学生可以在无教师指导下训练视唱的技术部分， 这一部分训练在现有技术中需要教师的指导，因此本发明能节省教师的时间；本发明的优点还在于能为学生节省大量学习费用，因为技术训练需要花费大量的付费时间。本发明的目的、特征及优点将结合实施例，参照附图作进一步的说明。图1是所述的音乐视唱教学辅助装置的示意图。图2是所述的音乐视唱教学辅助装置的节拍声发生部分的工作流程图。图3是所述的音乐视唱教学辅助装置的音高自动评判部分的工作流程图。
图1是所述的音乐视唱教学辅助装置的示意图；图2是所述的音乐视唱教学辅助装置的节拍声发生部分的工作流程图；图3是所述的音乐视唱教学辅助装置的音高自动评判部分的工作流程图。
具体实施例方式如图1所示，曲谱文件12与曲谱部件1相连接，曲谱部件1分别与节拍发生器2、 时域切割部件6、音高比对部件9相连接，分别为它们提供节拍声产生的时间、音符时值、学生当前应该演唱的音高，节拍发生器2与扬声器3相连，麦克风5与时域切割部件6、去节拍器声音部件7、提取基频部件8、音高比对部件9、结果显示部件10、显示器11依次串连。其中，曲谱文件12是计算机中的数据文件，用以存储曲谱的节拍类型、乐曲的速度、乐曲中每个音符的音高和时值。节拍类型、乐曲的速度、音高、时值的含义是基本乐理知识，曲谱文件12中存储的内容不超出公知知识。其中，曲谱部件1、节拍发生器2、时域切割部件6、去节拍器声音部件7、提取基频部件8、音高比对部件9、结果显示部件10都是个人计算机中的程序模块。由个人计算机中运行的多任务操作系统控制下述的节拍声产生流程和声音采集并自动评判流程同时工作， 即步骤21和步骤31同时开始并同步执行。节拍声产生的工作流程如图2所示。步骤21为初始动作，从曲谱文件12中解析出乐曲的节拍类型，如2/4拍、3/4拍、4/4拍、6/8拍等，也解析出音乐的速度，如每分钟60 拍，还要计算出音乐总的时间长度。音乐总的时间长度是所有音符时值的总和。步骤22，计算出强弱拍子的发声时机，包括小节的持续时间和小节内拍子的发声时机和声音选择。小节的持续时间、小节内拍子的发声时机和声音选择的计算方法是基本乐理知识，属于公知知识。例如2/4拍，60拍每分钟，其含义为四分音符为1拍，每小节2拍，那么可以算得每小节的持续时间2秒钟内，每秒钟发出节拍声1次，其中前一个节拍声用“强(咚)“音表示， 后一个节拍声用“弱(嗒)“音表示。步骤23，驱动扬声器3按步骤22求得的结果在规定的时机发出指定的节拍器声音，并记录节拍器声音的持续时间。步骤对，判断曲谱是否结束，即此时是否已经超过音乐总的时间长度。如果此时曲谱已经结束，则跳转到步骤25，如果曲谱尚未结束，则跳转到步骤23继续执行。步骤25，流程结束。扬声器3的节拍声指导学生演唱，演唱的结果学生演唱的声音4由麦克风5采集作为本发明的视唱教学自动评判的数据样本，麦克风5同时也采集到扬声器3的节拍声。上述节拍声对于本发明自动评判学生演唱是一种干扰，由去节拍器声音部件7中去除。本发明对学生演唱的声音4的音高自动评判的工作流程如图3所示。步骤31为初始动作。步骤31读曲谱，从曲谱文件12中解析出乐曲中每个音符的时值和音高。步骤 32，由时域切割部件6驱动麦克风5采样声音，作为下一个音符，采样的持续时间为期待学生演唱的当前音符的时值。这样，就从学生演唱的声音4的整首乐曲中切割出下一个音符的时域信号。对于第一次执行步骤32，采样的下一个音符就是第一个音符。时值与持续时间的换算，是基本乐理知识，属于公知知识。例如4/4拍，且每分钟60拍的乐曲，一个四分音符时值的持续时间是1秒钟。步骤33，把步骤32中切割出的时域信号传递给去节拍器声音部件7，去节拍器声音部件7截去传来的时域信号中最初部分，长度为步骤23中记录的节拍器声音的持续时间。被截去的这段时间里，学生演唱的声音4与节拍器声音混杂在一起。 截去这段时间以后的时域信号，传送给提取基频部件8。步骤34，提取基频部件8从去除节拍器声音的时域信号中，按公知的算法提取基频。公知提取基频的算法很多，且在按上述步骤限定了时间范围后足够有效，如倒谱法、过零率法、自相关函数法、最佳梳状滤波器法等。 步骤35，由音高比对部件9比较由步骤34抽取的基频转换得到的音高和由步骤31中曲谱部件1解析出的当前音符的音高，如果音高一致，表明学生演唱的音高和节奏都是正确的。 本发明可以判定学生演唱的节奏是否正确，其原理依据是学生演唱任意音符的时机都应该与计算机根据曲谱计算出的此前所有音符的时值总和是一致的，如果学生演唱的时机与上述计算的时值总和不一致，那么本发明将检测出音高的不同。步骤36，由结果显示部件10 计算对学生演唱自动评判的结果，如果学生的音高是错误的，在显示正确曲谱的同时，叠加显示学生演唱音符的音高。自动评判的结果由显示器11呈现。步骤37，判断曲谱是否结束，即此时是否已经超过音乐总的时间长度。如果此时曲谱已结束，则跳转到步骤38，否则跳转到步骤32。步骤38，流程结束。下面以一个音乐片段，《小星星》第一小节和第二小节为例，说明发出节拍器声音的时机、时域切割和去节拍器声音的方法。为阅读方便起见，这两小节音乐用简谱表示如下每分钟60 拍 4/41 = C1155 I 665-节拍器声音产生时机如下表所示。其中节拍器声音持续时间仅为示例，实际的持续时间可以略做调整，要求短于演唱的最短时值。
时间偏移(秒)持续时间(秒)节拍器声音00. 1强
权利要求
1.一种音乐视唱教学辅助装置，包括曲谱文件(12)、曲谱部件(1)、扬声器(3)、节拍发生器O)、麦克风(5)、时域切割部件(6)、去节拍器声音部件(7)、提取基频部件(8)、音高比对部件(9)、结果显示部件(10)、显示器(11)，其中曲谱文件(12)与曲谱部件(1)相连，曲谱部件(1)分别与时域切割部件(6)、音高比对部件(9)相连接，又曲谱部件(1)依次串连节拍发生器O)、扬声器(3)，麦克风(5)依次串连时域切割部件(6)、去节拍器声音部件(7)、提取基频部件(8)、音高比对部件(9)、结果显示部件(10)、显示器(11)，其中扬声器C3)发出的节拍声和学生演唱的声音(4) 一起被麦克风( 采集进入本装置用于自动评判音高和节奏，其特征在于节拍信号依次经由曲谱部件(1)、节拍发生器O)，驱动扬声器(3)在规定的时间发出规定的节拍声，指导学生按节奏演唱，学生演唱的声音(4)依次经由麦克风(5)、时域切割部件(6)、去节拍器声音部件(7)、提取基频部件(8)、音高比对部件 (9)、结果显示部件(10)，在显示器(10)上显示对学生演唱的自动评判结果，其中节奏和音高评判的标准，分别由时域切割部件(6)和音高比对部件(9)读取自曲谱部件(1)。
2.如权利要求1所述的音乐视唱教学辅助装置，其中所说的去节拍器声音部件(7)采用截除节拍器声音和学生演唱的声音(4)在时域上混杂部分的方法。
3.如权利要求1所述的音乐视唱教学辅助装置，其中所说的音高比对部件(9)，采用对学生演唱的声音(4)中的音符的基频所对应的音高和曲谱部件(1)解析出来的曲谱文件 (12)所记录的音符的音高比对的方法。
全文摘要
本发明属于一种音乐视唱教学辅助装置，包括曲谱文件、曲谱部件、扬声器、节拍发生器、麦克风、时域切割部件、去节拍器声音部件、提取基频部件、音高比对部件、结果显示部件、显示器；曲谱文件经由曲谱部件解析出节奏，由节拍发生器按节奏驱动扬声器在规定的时机发出规定的节拍声；学生演唱的声音依次经由麦克风、时域切割部件、去节拍器声音部件、提取基频部件、音高比对部件、结果显示部件，在显示器上显示学生演唱的视唱教学自动评判结果，其中作为节奏和音高评判的标准，分别由时域切割部件和音高比对部件读取自曲谱部件。本发明的优点在于使用本装置，学生可以在无教师指导下训练视唱的技术部分，节省教师的时间和学生费用。
文档编号G09B15/04GK102222427SQ20111016475
公开日2011年10月19日 申请日期2011年6月20日 优先权日2011年6月20日
发明者孙美, 张健, 李波, 杨贵福, 牛宝乐, 马志强, 高玉涛, 黄秀林 申请人:东北师范大学
技术领域：
本发明涉及一种教学辅助装置，特别涉及一种音乐视唱教学的辅助装置。
背景技术：
视唱，是音乐教学中一个重要的环节，课程要求学生在曲谱规定的节奏下读谱即唱，音高在规定的误差范围内。传统的视唱教学中，由于学生尚未训练可以判别音高和节奏，这正是视唱学习的目的，要由教师负责听学生的演唱，并判断演唱的时机是否符合节奏，音高是否符合要求。在无导师时不能练习，这限制了学生的自学、练习的场合和时间选择的灵活性。视唱教学分为技术和艺术部分。艺术部分涉及情感表达和曲谱的理解，而技术部分只涉及节奏和音高的准确性。本发明只涉及视唱教学中的技术部分。节拍器是传统音乐教学中常用的装置，用来规律发出声音为演唱打拍子。个人计算机的扬声器3可以在规定时机发出节拍器的声音。节拍，在物理学上对应于单位时间内音符的数量。时值，在音乐上，用节拍表示，在物理上，用持续时间表示，二者的物理意义相同。个人计算机可以在大于50毫秒的时间范围内，通过迈克风对声音采样，采样的范围为20至20K赫兹，相当于人类听力范围，大于人声的范围。基频，是物理学中用于度量音高的概念。有公开文献报道多种可以运行于个人计算机中的算法，用以实时提取声音信号中的基频。获取的基频可以用于指出声音的音高，也即得到曲谱中的唱名。基频与音高具有一一对应关系，例如，国际标准音高规定，中央C上之A音符的基频为440Hz。
发明内容
本发明的目的是提供一种音乐视唱教学辅助装置，用以辅助学生在无教师指导下训练视唱的技术部分。为实现这一目的，本发明提供的音乐视唱教学辅助装置包括曲谱文件12、曲谱部件1、扬声器3、节拍发生器2、麦克风5、时域切割部件6、去节拍器声音部件7、提取基频部件8、音高比对部件9、结果显示部件10、显示器11。曲谱部件1按要记录在曲谱文件12中的节奏，驱动节拍发生器2在规定时间通过连接在节拍发生器2上的扬声器3发声。学生在扬声器3发出的节拍声指导的节奏下演唱，其结果为学生演唱的声音4，按视唱教学要求，符合节奏的将被视为正确演唱，不符合节奏的将被视为错误演唱。学生在节拍发生器2通过扬声器3发出的节拍声的指导下演唱这一行为及演唱的结果学生演唱的声音4，是要视唱教学要训练的内容，也是本发明要自动评判的内容，并非本发明的一部分。因此不会导致本发明包括人类智力活动的规则和方法。学生演唱的声音4和扬声器3的节拍声一起被麦克风5采集，送给时域切割部件6。时域切割部件6按曲谱部件1提供的音符时值，在需要自动评判的当前音符时值对应的时间段内截取一段声音；上述截取的一段声音，由去节拍器声音部件7去除扬声器3发出的节拍声，只保留无节拍声干扰的声音；上述无节拍器干扰的声音传送给提取基频部件8， 采用公知算法提取出声音的基频，也即识别出声音的音高；识别出的音高，由音高比对部件 9与曲谱部件1提供的此时期待学生演唱的音高做对比；对比的结果由结果显示部件10处理，在显示器11上显示为用五线谱表示的正确的音高和学生演唱的音高。本发明的优点在于使用本装置，学生可以在无教师指导下训练视唱的技术部分， 这一部分训练在现有技术中需要教师的指导，因此本发明能节省教师的时间；本发明的优点还在于能为学生节省大量学习费用，因为技术训练需要花费大量的付费时间。本发明的目的、特征及优点将结合实施例，参照附图作进一步的说明。图1是所述的音乐视唱教学辅助装置的示意图。图2是所述的音乐视唱教学辅助装置的节拍声发生部分的工作流程图。图3是所述的音乐视唱教学辅助装置的音高自动评判部分的工作流程图。
图1是所述的音乐视唱教学辅助装置的示意图；图2是所述的音乐视唱教学辅助装置的节拍声发生部分的工作流程图；图3是所述的音乐视唱教学辅助装置的音高自动评判部分的工作流程图。
具体实施例方式如图1所示，曲谱文件12与曲谱部件1相连接，曲谱部件1分别与节拍发生器2、 时域切割部件6、音高比对部件9相连接，分别为它们提供节拍声产生的时间、音符时值、学生当前应该演唱的音高，节拍发生器2与扬声器3相连，麦克风5与时域切割部件6、去节拍器声音部件7、提取基频部件8、音高比对部件9、结果显示部件10、显示器11依次串连。其中，曲谱文件12是计算机中的数据文件，用以存储曲谱的节拍类型、乐曲的速度、乐曲中每个音符的音高和时值。节拍类型、乐曲的速度、音高、时值的含义是基本乐理知识，曲谱文件12中存储的内容不超出公知知识。其中，曲谱部件1、节拍发生器2、时域切割部件6、去节拍器声音部件7、提取基频部件8、音高比对部件9、结果显示部件10都是个人计算机中的程序模块。由个人计算机中运行的多任务操作系统控制下述的节拍声产生流程和声音采集并自动评判流程同时工作， 即步骤21和步骤31同时开始并同步执行。节拍声产生的工作流程如图2所示。步骤21为初始动作，从曲谱文件12中解析出乐曲的节拍类型，如2/4拍、3/4拍、4/4拍、6/8拍等，也解析出音乐的速度，如每分钟60 拍，还要计算出音乐总的时间长度。音乐总的时间长度是所有音符时值的总和。步骤22，计算出强弱拍子的发声时机，包括小节的持续时间和小节内拍子的发声时机和声音选择。小节的持续时间、小节内拍子的发声时机和声音选择的计算方法是基本乐理知识，属于公知知识。例如2/4拍，60拍每分钟，其含义为四分音符为1拍，每小节2拍，那么可以算得每小节的持续时间2秒钟内，每秒钟发出节拍声1次，其中前一个节拍声用“强(咚)“音表示， 后一个节拍声用“弱(嗒)“音表示。步骤23，驱动扬声器3按步骤22求得的结果在规定的时机发出指定的节拍器声音，并记录节拍器声音的持续时间。步骤对，判断曲谱是否结束，即此时是否已经超过音乐总的时间长度。如果此时曲谱已经结束，则跳转到步骤25，如果曲谱尚未结束，则跳转到步骤23继续执行。步骤25，流程结束。扬声器3的节拍声指导学生演唱，演唱的结果学生演唱的声音4由麦克风5采集作为本发明的视唱教学自动评判的数据样本，麦克风5同时也采集到扬声器3的节拍声。上述节拍声对于本发明自动评判学生演唱是一种干扰，由去节拍器声音部件7中去除。本发明对学生演唱的声音4的音高自动评判的工作流程如图3所示。步骤31为初始动作。步骤31读曲谱，从曲谱文件12中解析出乐曲中每个音符的时值和音高。步骤 32，由时域切割部件6驱动麦克风5采样声音，作为下一个音符，采样的持续时间为期待学生演唱的当前音符的时值。这样，就从学生演唱的声音4的整首乐曲中切割出下一个音符的时域信号。对于第一次执行步骤32，采样的下一个音符就是第一个音符。时值与持续时间的换算，是基本乐理知识，属于公知知识。例如4/4拍，且每分钟60拍的乐曲，一个四分音符时值的持续时间是1秒钟。步骤33，把步骤32中切割出的时域信号传递给去节拍器声音部件7，去节拍器声音部件7截去传来的时域信号中最初部分，长度为步骤23中记录的节拍器声音的持续时间。被截去的这段时间里，学生演唱的声音4与节拍器声音混杂在一起。 截去这段时间以后的时域信号，传送给提取基频部件8。步骤34，提取基频部件8从去除节拍器声音的时域信号中，按公知的算法提取基频。公知提取基频的算法很多，且在按上述步骤限定了时间范围后足够有效，如倒谱法、过零率法、自相关函数法、最佳梳状滤波器法等。 步骤35，由音高比对部件9比较由步骤34抽取的基频转换得到的音高和由步骤31中曲谱部件1解析出的当前音符的音高，如果音高一致，表明学生演唱的音高和节奏都是正确的。 本发明可以判定学生演唱的节奏是否正确，其原理依据是学生演唱任意音符的时机都应该与计算机根据曲谱计算出的此前所有音符的时值总和是一致的，如果学生演唱的时机与上述计算的时值总和不一致，那么本发明将检测出音高的不同。步骤36，由结果显示部件10 计算对学生演唱自动评判的结果，如果学生的音高是错误的，在显示正确曲谱的同时，叠加显示学生演唱音符的音高。自动评判的结果由显示器11呈现。步骤37，判断曲谱是否结束，即此时是否已经超过音乐总的时间长度。如果此时曲谱已结束，则跳转到步骤38，否则跳转到步骤32。步骤38，流程结束。下面以一个音乐片段，《小星星》第一小节和第二小节为例，说明发出节拍器声音的时机、时域切割和去节拍器声音的方法。为阅读方便起见，这两小节音乐用简谱表示如下每分钟60 拍 4/41 = C1155 I 665-节拍器声音产生时机如下表所示。其中节拍器声音持续时间仅为示例，实际的持续时间可以略做调整，要求短于演唱的最短时值。
时间偏移(秒)持续时间(秒)节拍器声音00. 1强
权利要求
1.一种音乐视唱教学辅助装置，包括曲谱文件(12)、曲谱部件(1)、扬声器(3)、节拍发生器O)、麦克风(5)、时域切割部件(6)、去节拍器声音部件(7)、提取基频部件(8)、音高比对部件(9)、结果显示部件(10)、显示器(11)，其中曲谱文件(12)与曲谱部件(1)相连，曲谱部件(1)分别与时域切割部件(6)、音高比对部件(9)相连接，又曲谱部件(1)依次串连节拍发生器O)、扬声器(3)，麦克风(5)依次串连时域切割部件(6)、去节拍器声音部件(7)、提取基频部件(8)、音高比对部件(9)、结果显示部件(10)、显示器(11)，其中扬声器C3)发出的节拍声和学生演唱的声音(4) 一起被麦克风( 采集进入本装置用于自动评判音高和节奏，其特征在于节拍信号依次经由曲谱部件(1)、节拍发生器O)，驱动扬声器(3)在规定的时间发出规定的节拍声，指导学生按节奏演唱，学生演唱的声音(4)依次经由麦克风(5)、时域切割部件(6)、去节拍器声音部件(7)、提取基频部件(8)、音高比对部件 (9)、结果显示部件(10)，在显示器(10)上显示对学生演唱的自动评判结果，其中节奏和音高评判的标准，分别由时域切割部件(6)和音高比对部件(9)读取自曲谱部件(1)。
2.如权利要求1所述的音乐视唱教学辅助装置，其中所说的去节拍器声音部件(7)采用截除节拍器声音和学生演唱的声音(4)在时域上混杂部分的方法。
3.如权利要求1所述的音乐视唱教学辅助装置，其中所说的音高比对部件(9)，采用对学生演唱的声音(4)中的音符的基频所对应的音高和曲谱部件(1)解析出来的曲谱文件 (12)所记录的音符的音高比对的方法。
全文摘要
本发明属于一种音乐视唱教学辅助装置，包括曲谱文件、曲谱部件、扬声器、节拍发生器、麦克风、时域切割部件、去节拍器声音部件、提取基频部件、音高比对部件、结果显示部件、显示器；曲谱文件经由曲谱部件解析出节奏，由节拍发生器按节奏驱动扬声器在规定的时机发出规定的节拍声；学生演唱的声音依次经由麦克风、时域切割部件、去节拍器声音部件、提取基频部件、音高比对部件、结果显示部件，在显示器上显示学生演唱的视唱教学自动评判结果，其中作为节奏和音高评判的标准，分别由时域切割部件和音高比对部件读取自曲谱部件。本发明的优点在于使用本装置，学生可以在无教师指导下训练视唱的技术部分，节省教师的时间和学生费用。
文档编号G09B15/04GK102222427SQ20111016475
公开日2011年10月19日 申请日期2011年6月20日 优先权日2011年6月20日
发明者孙美, 张健, 李波, 杨贵福, 牛宝乐, 马志强, 高玉涛, 黄秀林 申请人:东北师范大学
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