一种可三维显示的电子琴谱及其电流控制方法与流程

本发明属于音乐器材技术领域，具体涉及一种可三维显示的电子琴谱及其电流控制方法。

背景技术：

钢琴因其具有其他乐器不可比拟的优越特性，被誉为“乐器之王”。作为欧洲代表国之一的英国，其钢琴教学体系经历了几百年的发展与完善，而中国直到19世纪上半叶即西欧的钢琴音乐进入浪漫主义时期，才传入欧洲现代钢琴。而钢琴真正地飞入寻常百姓家进而得以普及是20世纪80年代。在人民生活水平不断提高的今天，人们更加注重少年儿童的素质教育，学钢琴的儿童日益增多，所以儿童钢琴教学更是近几年广受关注的热点，也有不少的学生在钢琴大赛中脱颖而出。这股学琴热潮像春风、似暖流，对提高民族新一代的文化素质，有着极其深远的影响。

为了方便在弹奏钢琴时观看琴谱，钢琴的盖板上通常设置有摆放琴谱的琴谱板，琴谱板倾斜设置在电钢琴的盖板上，但常规的琴谱架多为固定式结构，难以调节观看角度，并且占用空间很大，不方便进行携带，而遇到一些特殊情况如放置的平面为斜面时，琴谱架往往难以进行固定，需要使用另外的设备对琴谱架进行固定，使用不便且影响琴谱的观看；同时钢琴练习者多将乐谱放在钢琴自有放置乐谱的位置，在练习过程中存在诸多不便之处，一是乐谱很薄时，比如只有几张纸，其乐谱不易竖直在钢琴放乐谱的位置处，二是乐谱很厚时，比如是一本较厚的书，易向下滑动，有时会发生书自动合上的情况，影响训练；而且纸质材料的琴谱，演奏过程中需要手工翻页，纸质琴谱的页数有限，容量较小，演奏者往往要准备许多本纸质琴谱，携带不便。

由于以上诸多不足电子琴谱开始普及，而传统的电子琴谱功能较为单一，大多都用于对琴谱内容进行播放。目前人们的生活节奏加快，音乐成为放松身心的主要方式之一，在聚会上音乐成为必不可少的一部分，而有听力缺陷的人群却难以感受音乐，无法体会到音乐的魅力，更不能较好的对音乐进行学习和练习，传统的电子琴谱更是无法对聚会起到任何作用。

技术实现要素：

基于上述背景技术中提到的问题，本发明提供了一种可三维显示的电子琴谱及其电流控制方法，它能存放大量曲谱，可使听力缺陷者能很好的感受音乐节奏，根据触觉感受即可进行音乐学习。

本发明采用的技术方案如下：

一种可三维显示的电子琴谱，包括显示装置、感受装置、控制单元和电源，其特征在于：所述显示装置包括液晶显示器和全息投影仪，所述控制单元包括微处理器、显卡、存储器、拾音器、USB接口，所述液晶显示器、显卡、存储器、拾音器和USB接口分别与微处理器电连接，所述存储器与USB接口电连接，所述显示器与显示卡电连接，所述感受装置、显示装置与电源之间电连接有电流控制装置，所述电流控制装置与控制单元控制连接，这样的设计，在存储器内存入视频文件，通过全息投影仪对视频文件进行三维显示播放，再通过感受装置对人体形成触觉感受，通过电流控制装置控制电源的输出电流，从而改变感受装置和全息投影仪的输入电流，使全息投影仪的投影画面明暗和感受装置造成触觉的强若处于变化状态，从而使人能通过视觉和触觉的变化感受音乐。

进一步限定，所述感受装置包括头挂，所述头挂两端活动穿设有延展条，所述延展条端部设有连接块，所述连接块上固定连接有接触头，所述接触头包括外接触头，所述外接触头对应面开设有第一盲孔，所述第一盲孔中心处设有导杆，所述第一盲孔于导杆外部设有电磁铁，所述导杆上滑动套设有永磁铁，所述永磁铁远离电磁铁一端开设有第二盲孔，所述导杆端部设有限位片，所述第导杆于第二盲孔内设有弹簧，所述弹簧位于限位片与第二盲孔孔底之间，这样的结构设计，在产生脉冲电流后电磁铁通电形成磁场，电磁铁与永磁铁之间为异性相斥，在电磁铁形成磁场后永磁铁在磁场力的作用下挤压弹簧并沿导杆滑动，对人体产生压力。

进一步限定，所述电流控制装置包括微机脉冲发生器，所述微机脉冲发生器与微处理器电连接。

进一步限定，所述全息投影仪与微处理器电连接，所述存储器内存有曲谱的音符视频文件。

本发明中的电流控制方法如下：

步骤1：获取信号，对演奏音乐的音高进行提取，将获取的音高信号转换的数字信号；

步骤2：根据数字信号生成音高曲线，并对曲线的波峰值、波谷值，以及各波峰、波谷处的时间值进行记录；

步骤3：对数字信号进行分帧，记录同一帧长内波峰与波谷的数量、波峰平均值和波谷平均值；

步骤4：控制电流，根据同一帧长内波峰与波谷的数量、波峰平均值和波谷平均值生成脉冲输出波形图，脉冲电流发生器通过输出波形图产生对应的脉冲电流。

进一步限定，首先对采样得到的语音信号进行预处理，如加窗处理、滤波等；再基于归一化自相关函数计算每帧的基频候选值；对求得的候选值进行精细化处理；最后运用动态规划算法找出最终的基音周期。

进一步限定，所述自相关函数分析步骤如下：

首先通过自相关函数0≤k≤K-1，对语音信号s(n),n≤N,n∈N⁺进行处理，其中s(n+k)为s(n)相邻的语音信号(时延为k)，时延应为基音周期的整数倍；然后对自相关函数做归一化处理得归一化自相关函数其中0≤k≤K-1，求得自相关函数的最大值，此时，函数的延迟值k即为估算的基音周期。

进一步限定，所述步骤3中对数字信号进行分帧时，以步骤2中音高曲线为对象，以相同的周期长度对音高曲线进行分期，单周期内曲线取波峰平均值为该周期内的波峰值，双周期内曲线取波谷平均值为该周期内的波谷值，降低脉冲输出波形图的变化频率，同时保持脉冲输出波形频率与音高曲线频率的相似度。

本发明的有益效果：

1、通过感受装置和全息投影仪使人可从触觉和视觉感受音乐，同时使有听力缺陷的人群同样能感受到音乐，通过全息投影仪将乐符进行裸眼三维成像，观众无需佩戴任何设备即可直观看到立体三维图像，在公共场合使用时，可营造气氛，提高观感效果；

2、通过将声音信号转化为数字信号，对数字信号进行处理生成用于控制微机脉冲发生器的输出波形图，从而产生于符合音乐节奏的脉冲电流，从而使全息投影仪和感受装置形成符合音乐节奏的视觉和触觉；

3、通过符合音乐节奏的触觉感觉，在演奏时能更好的进入节奏，有利集中精力提高练习效果；

4、通过在触觉感受器中设置至电磁铁，电磁铁通过脉冲电流形成变化磁场，进而对永磁铁产生变化磁场力，人体通过感受压力的强弱感受声音，从而使有听力缺陷的人群也能学习、练习演奏。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本发明一种可三维显示的电子琴谱实施例的系统结构示意图；

图2为本发明一种可三维显示的电子琴谱实施例中感受装置的结构示意图；

图3为本发明一种可三维显示的电子琴谱实施例中接触头的纵截面结构示意图；

图4为本发明一种可三维显示的电子琴谱实施例中系统的连接结构示意图；

主要元件符号说明如下：

头挂1、延展条2、连接块3、接触头4、外接触头41、第一盲孔42、导杆43、电磁铁44、限位片45、弹簧46、永磁铁47、第二盲孔48。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。

实施例

如图1～4所示，一种可三维显示的电子琴谱，包括显示装置、感受装置、控制单元和电源，显示装置包括液晶显示器和全息投影仪，控制单元包括微处理器、显卡、存储器、拾音器、USB接口和电磁，显示器、显卡、存储器、拾音器、USB接口和电磁分别与微处理器电连接，存储器与USB接口电连接，显示器输入端与显卡输出端电连接，感受装置、显示装置与电源之间电连接有电流控制装置，感受装置、全息投影仪电源输出端连接电流控制装置的电源输出端，电流控制装置的电流输入端连接电源输出端，电流控制装置的控制端与微处理器电连接；在存储器内存入视频文件，通过全息投影仪对视频文件进行三维显示播放，再通过感受装置对人体形成触觉感受，通过电流控制装置控制电源的输出电流，从而改变感受装置和全息投影仪的输入电流，使全息投影仪的投影画面明暗和感受装置造成触觉的强若处于变化状态，从而使人能从视觉和触觉的变化感受音乐。

优选，感受装置包括头挂1，头挂1两端活动穿设有延展条2，延展条2端部设有连接块3，连接块3上固定连接有接触头4，接触头4包括外接触头41，外接触头41对应面开设有第一盲孔42，第一盲孔42中心处设有导杆43，第一盲孔42于导杆43外部设有电磁铁44，导杆43上滑动套设有永磁铁47，永磁铁47远离电磁铁44一端开设有第二盲孔48，导杆43端部设有限位片45，第导杆47于第二盲孔48内设有弹簧46，弹簧46位于限位片45与第二盲孔48孔底之间，这样的结构设计，在产生脉冲电流后电磁铁通电形成磁场，电磁铁与永磁铁之间为异性相斥，在电磁铁形成磁场后永磁铁在磁场力的作用下挤压弹簧并沿导杆滑动，对人体产生压力。

优选，电流控制装置包括微机脉冲发生器，微机脉冲发生器与微处理器电连接。

优选，全息投影仪与微处理器电连接，存储器内存有曲谱的音符视频文件。

本发明中的电流控制方法如下：

S1：获取信号，对演奏音乐的音高进行提取，将获取的音高信号转换的数字信号；

S2：根据数字信号生成音高曲线，并对曲线的波峰值、波谷值，以及各波峰、波谷处的时间值进行记录；

S3：对数字信号进行分帧，记录同一帧长内波峰与波谷的数量、波峰平均值和波谷平均值；

S4：控制电流，根据同一帧长内波峰与波谷的数量、波峰平均值和波谷平均值生成脉冲输出波形图，脉冲电流发生器通过输出波形图产生对应的脉冲电流。

首先通过拾音器数字语音信号，再将得到的语音信号进行预处理，如加窗处理、滤波等；再基于归一化自相关函数计算每帧的基频候选值；对求得的候选值进行精细化处理；最后运用动态规划算法找出最终的基音周期。

自相关函数分析步骤如下：

首先通过自相关函数0≤k≤K-1，对语音信号s(n),n≤N,n∈N⁺进行处理，其中s(n+k)为s(n)相邻的语音信号(时延为k)，时延应为基音周期的整数倍；然后对自相关函数做归一化处理得归一化自相关函数其中0≤k≤K-1，求得自相关函数的最大值，此时，函数的延迟值k即为估算的基音周期；

然后，根据基音周期得到基音曲线，并记录波峰值为Pa与波谷值为Pb，以及各波峰值和波谷值对应的时间Ta和Tb；

然后，定义时间t为周期划分值，然后以t时长将Ta和Tb按顺序划分的多区间并以阿拉伯数字排序，取单数周期内Pa平均值为该周期的波峰值，取单数周期内Pb平均值为该周期的波谷值，从而降低脉冲输出波形图的变化频率，同时保持脉冲输出波形频率与音高曲线频率的相似度。

以上对本发明提供的一种可三维显示的电子琴谱及其电流控制方法进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。