专利名称：一种音乐处理及输出系统及其方法
技术领域：
本发明属于在音乐教学和娱乐领域中对音乐信号进行采集处理的电子测量系统 及方法，尤其涉及一种针对音乐音高进行采集，转换和测音高并输出的系统及方法。
背景技术：
音乐作为一门艺术学科，其教学过程有着其特殊性。随着科学技术的发展，许多现 代科技不断应用到音乐领域，为它的作曲、演奏、音乐数字化处理、多媒体教学、科学研究等 等领域提供新的技术、新的设备和新的方法，使音乐的发展达到前所未有的高度和普及程 度。然而，现有技术中对音乐的快速准确测量，处理和输出上的需求远未得到满足，需要不 断的向更广更深的领域开拓。现有技术中，虽然很多新设备功能各异，但音乐测量和处理输 出是最基础的部分，测量的精度和速度直接影响设备的性能和档次。有的设备因测量技术 欠佳使一些原本很好的创意达不到预想目标，有的设备因测量单元的复杂开发而加大了试 制周期和产品成本。现有技术中已有一些不同类型的音准仪和节拍器可以辅助声乐训练。其方法是测 量声音的瞬时频率，换算成音高值通过指针显示，或对某一指定时段求出平均值，给出客观 评价。这些方法能为教学提供帮助，但不能满足用户进一步的需求。例如在基础音程模唱 中音准很好，唱不同旋律时就可能有误差甚至跑调。用户希望仪器能反映在不同乐曲中的 音准状况，并提供声音持续过程中的稳定性状况等等。概括地说，用户需要一种能反映声乐 动态连续全过程的、能对每一细节记录和直观阅读的仪器。发明人经过多年的研究发现，如音乐信号处理装置不仅能反映音程模唱的音准， 还能显示整个乐曲演唱过程中每一细节的音准，并能进一步帮助用户分析发声方法上的问 题。再如卡拉0K是广受欢迎和普遍使用的娱乐设备，但人们还希望能在歌唱娱乐中不断提 高。如果将音乐音图仪与卡拉0K设备的功能相结合，把用户的实唱曲线和标准的音准曲线 重叠显示，从曲线的直观对比中了解自己的音准状况、发现需要改进的地方，使现有的娱乐 方式提高到一个新的档次。因此研发一种测量音乐信号并对信号进行处理和输出的系统及 方法对于进行深度创作和音乐教学均是十分重要的。同时，还需要尽量将设备简化，达到易 于实施的效果和目的。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的问题，研发了一种音乐处理及输出系统及其方 法，本发明可以精确地测量和记录用户练唱的全过程数据，在计算机界面上对照乐谱和钢 琴键盘以图形方式画出音图曲线。在此基础上系统还可以根据需求提供某点的瞬时值、某 一时段的音高平均值、最大音高偏差值等各种统计数据。本发明的技术方案如下，—种音乐处理及输出系统，包括音乐信号采集处理器，通讯模块，存储模块，信号 控制模块，音乐信号比对评价模块和输出模块；
5
所述音乐信号采集处理器包括音乐信号探测单元和音乐信号处理单元；所述音乐 信号采集处理器用于采集输入音乐信号，并对音乐信号进行数据处理；所述通讯模块用于将所述音乐信号采集处理器采集的音乐信号输入所述存储模 块和所述信号控制模块，且所述通讯模块将所述信号控制模块的控制指令下传给所述音乐 信号采集处理器；存储模块用于存储系统内各指令，系统参数，乐谱音乐信号参数，探测音乐信号信 息，用户{曰息等；所述音乐信号比对评价模块用于对采集的音乐信号与乐谱音乐信号进行比较，对 音高、音长、节奏、颤音等音乐指标作出比对结果；所述输出模块包括声音输出单元和音图输出单元；所述声音输出单元用于输出乐 谱音信号或采集音信号；所述音图输出单元将输出音图，所述音图包括乐谱区和音图曲线 区；所述乐谱区输出乐谱，所述音图曲线区将输出乐谱标准音曲线和采集音曲线；所述信号控制模块通过所述通讯模块给所述音乐信号采集处理器发出探测指令， 所述音乐信号采集处理器采集音乐信号并将进行处理后的信号通过通讯模块上传回所述 信号控制模块和存储模块；所述信号控制模块给所述音乐信号比对评价模块发出指令，对 在存储模块中的乐谱音乐信号和探测音乐信号完成音乐信号比对；所述信号控制模块通过 所述输出模块输出声音信号和音图。为了实现准确采集音乐信号的目的，所述音乐信号采集处理器包括音乐信号探测 单元，音乐信号处理单元，音乐信号存储单元，中央信号处理单元；所述音乐信号探测单元包括声音信号输入电路；所述音乐信号探测单元通过所述 音乐信号处理单元与所述中央信号处理单元连接，所述音乐信号探测单元根据中央信号处 理单元发出的指令将采集的信号输入所述音乐信号处理单元，对音乐信号进行处理；所述音乐信号存储单元与所述中央信号处理单元连接，用于存储音乐信号参数；所述中央信号处理单元与所述通讯模块连接，完成数据信号的输入，输出；所述通 讯模块的另一端与所述信号控制模块连接，进行数据交换并获取电源；所述中央信号处理单元控制所述音乐信号探测单元进行信号采集，并将待测音乐 信号输入所述音乐信号处理单元，对音乐信号进行处理；所述中央信号处理单元通过所述 通讯模块获取表征音乐音高的参数，并存储到所述音乐信号存储单元中；所述中央信号处 理单元将所述音乐信号处理单元处理后的待测音乐信号通过计算和转换得到音高数据；并 将得到的音高数据通过所述通讯模块传输给所述信号控制模块和存储模块，完成采集过 程。为了完成采集过程，所述音乐信号处理单元包括滤波电路和比较器，所述输入进 音乐信号处理单元的待测音乐信号经过滤波电路，滤除干扰波；且通过所述比较器将从滤 波电路输出的模拟信号转变成脉冲信号，输入所述中央信号处理单元；所述音乐信号采集处理器还包括一个信号放大单元，所述信号放大单元与滤波电 路连接，用于对信号进行放大，并将放大后的信号输入所述音乐信号处理单元。在系统结构内部，需要对系统参数和乐谱的各项音乐参数进行设置，因此所述信 号控制模块还包括一个参数设置单元，包括系统参数设置例如音高分辨率、时间轴长度比 例、乐谱区和音图区比例、音律、标准音、循环播放控制；和乐谱参数设置，其包括调号、速度、播放区间、主声部，以及各声部的是否播放、乐谱可见性、歌词可见性、音色、歌手性别； 以及用户参数，如用户名称、歌手性别、最高音、最低音。并将设置的各项数据存入存储模块 中。本发明为了实现实时输出音乐结果，所述输出模块中的音图输出单元将输出包括 乐谱区和音图曲线区的音图；所述乐谱区包括乐谱、歌词显示单元，其采用简谱或五线谱方式显示全部或部分 乐谱和歌词；所述音图曲线区包括乐谱标准信号显示单元和采集音乐信号显示单元，所述乐谱 标准信号显示单元将主声部每一音符的音高和时长用音高条在音图曲线区中显示，并显示 主声部音域范围；所述采集音乐信号显示单元将通过所述通讯模块上传的采集音乐音高数 据信号按照参数设置和乐曲播放进度在音图曲线区中显示。在实际的应用中，所述通讯模块采用USB通讯端口电路。本发明还包括一种音乐处理及输出方法，所述方法包括音乐信号采集处理步骤， 通讯步骤，存储步骤，信号控制步骤，音乐信号比对评价步骤和输出步骤；所述音乐信号采集处理步骤用于采集输入音乐信号，并对音乐信号进行数据处 理；所述通讯步骤用于将所述音乐信号采集处理步骤中的音乐信号输入存储模块和 信号控制处理模块中，且所述通讯步骤将信号控制指令下传给所述音乐信号采集处理器；所述存储步骤用于存储系统内各指令，系统参数，乐谱音乐信号参数，探测音乐信 巧fn息，用户f曰息等；所述音乐信号比对评价步骤用于对采集的音乐信号与乐谱标准音乐信号进行比 较，对音高、音长、节奏、颤音等音乐指标作出比对结果；所述输出步骤用于输出声音信号和音图；所述输出声音信号用于输出乐谱音信号 或采集音信号；所述输出音图为输出包括乐谱区和音图曲线区图像；所述音图曲线区将输 出乐谱标准音曲线和采集音乐曲线；所述信号控制步骤用于给所述音乐信号采集处理器发出探测指令，所述音乐信号 采集处理器采集音乐信号并将进行处理后的信号通过通讯步骤上传回所述信号控制模块 和存储模块；所述信号控制步骤还用于控制所述音乐信号比对评价模块，给所述音乐信号比对 评价模块发出指令，对在存储模块中的乐谱音乐信号和采集音乐信号完成音乐信号比对；所述信号控制步骤中还包括给输出模块发出控制指令，通过所述输出模块输出声 音信号和音图。在所述信号控制步骤还包括一个参数设置过程，其包括系统参数设置步骤和乐谱 参数设置步骤；所述系统参数设置步骤为对音高分辨率、时间轴长度比例、乐谱区和音图区比例、 音律、标准音、循环播放控制过程；所述乐谱参数设置是对调号、速度、播放区间、主声部，以及各声部播放、乐谱可见 性、歌词可见性、音色、以及用户参数进行控制和设置过程；并将设置的各项数据存入存储模块中。
在输出过程中，所述输出步骤中包括音图输出过程；所述音图输出过程用于将包 括乐谱区和音图曲线区的音图输出；所述输出乐谱区步骤为将采用简谱或五线谱方式显示全部或部分乐谱和歌词；所述输出音图曲线区步骤为输出包括乐谱标准信号和采集音乐信号；所述输出乐 谱标准信号将主声部每一音符的音高和时长用音高条在音图曲线区中显示，并显示主声部 音域范围；所述输出采集音乐信号将采集的音乐音高数据信号按照参数设置和乐曲播放进 度在音图曲线区中显示。本发明将快速精确的电子测量技术与计算机所具有的强大计算能力、图形处理能 力、界面交互能力、智能处理能力、存储能力、外设拓展能力和网络处理能力相结合，达到实 时音频测量速度和精度，同时又具有能充分展现音图的丰富信息，实现由此扩展的各种功 能。具有功能强、应用范围广、实用性强、界面友好、易于推广等优点。本发明可以精确地测量和记录用户练唱的全过程数据，在计算机界面上对照乐谱 和钢琴键盘以图形方式画出音图曲线。在此基础上系统还可以根据需求提供某点的瞬时 值、某一时段的音高平均值、最大音高偏差值等各种统计数据。即使是音乐基础很差的人， 也能从音图曲线上清楚地看出整体和细节的音准和节奏状况，帮助我们发现易于忽略的个 别问题和分析规律性问题，帮助用户进行针对性的训练，也使用户能定量地看到自己的进 步，增强学习信心和兴趣。音图的优势不仅在于直观易读，还能让我们观察图形特征，根据图形特征进一步 分析形成这些特征的原因，将应用范围扩展到视唱练耳以外的领域。例如对发声方法和气 息运用的理解和改进。也可以借助它，进行一些与音高相关的未知问题的研究。
图1为本发明系统的结构示意图2为本发明1奢乐信号采集处理器的结构示意图3为本发明1奢乐信号采集处理器中音乐信号探测单元的结构示意图
图4为本发明1奢乐信号采集处理器中音乐信号处理单元的电路模块示意图
图5为本发明1营乐信号采集处理器中音乐信号存储单元和中央信号处理单元连接示意图
图6为本发明1奢乐信号采集处理器中通讯模块电路连接示意图
图7为本发明输出的音图示意图8为本发明方法结构示意图9为本发明1奢乐信号采集处理过程图。
上述各幅附图将结合具体实施方式
加以说明
具体实施例方式图1为本发明系统的结构框图.如图1所示，本发明计算机通过USB接口与音乐 信号采集处理器连接，由计算机提供音乐信号采集处理器电源，下达执行命令，接收测量数 据，在计算机中存储、显示和进一步应用。一种音乐处理及输出系统，包括音乐信号采集处理器，通讯模块，存储模块，信号
8控制模块，音乐信号比对评价模块和输出模块；所述音乐信号采集处理器包括音乐信号探测单元和音乐信号处理单元；所述音乐 信号采集处理器用于采集输入音乐信号，并对音乐信号进行数据处理；所述通讯模块用于将所述音乐信号采集处理器采集的音乐信号输入所述存储模 块和所述信号控制模块，且所述通讯模块将所述信号控制模块的控制指令下传给所述音乐 信号采集处理器；存储模块用于存储系统内各指令，系统参数，乐谱音乐信号参数，探测音乐信号信 息，用户{曰息等；所述音乐信号比对评价模块用于对采集的音乐信号与乐谱音乐信号进行比较，对 音高、音长、节奏、颤音等音乐指标作出比对结果；所述输出模块包括声音输出单元和音图输出单元；所述声音输出单元用于输出乐 谱音信号或采集音信号；所述音图输出单元将输出音图，所述音图包括乐谱区和音图曲线 区；所述乐谱区输出乐谱，所述音图曲线区将输出乐谱标准音曲线和采集音曲线；所述信号控制模块通过所述通讯模块给所述音乐信号采集处理器发出探测指令， 所述音乐信号采集处理器采集音乐信号并将进行处理后的信号通过通讯模块上传回所述 信号控制模块和存储模块；所述信号控制模块给所述音乐信号比对评价模块发出指令，对 在存储模块中的乐谱音乐信号和探测音乐信号完成音乐信号比对；所述信号控制模块通过 所述输出模块输出声音信号和音图。在系统结构内部，需要对系统参数和乐谱的各项音乐参数进行设置，因此所述信 号控制模块还包括一个参数设置单元，包括系统参数设置例如音高分辨率、时间轴长度比 例、乐谱区和音图区比例、音律、标准音、循环播放控制；和乐谱参数设置，其包括调号、速 度、播放区间、主声部，以及各声部的是否播放、乐谱可见性、歌词可见性、音色、歌手性别； 以及用户参数，如用户名称、歌手性别、最高音、最低音。并将设置的各项数据存入存储模块 中。在实际的应用中，所述通讯模块采用USB通讯端口电路。其中，信号控制模块与存储模块，通讯模块，输出模块，参数设置模块，音乐信号比 对评价模块相连接，将接收到的命令经过处理后传达到相应模块执行。参数设置模块根据用户的设置修改参数、读写数据库，作为各功能模块执行命令 的条件。输出模块中的乐谱播放按用户命令以循环、升/降调、随机方式控制乐曲的播放， 按用户指定参数如调号、速度，全声部或部分声部播放乐曲，并通知统计评价模块，进行播 放次数统计、训练时间统计和训练日志生成。在播放乐曲同时，通过上位机通讯模块向声乐 处理器发出实时测量命令。音图显示从通讯模块获得音乐信号处理器上传的音高数据，按命令、参数和乐曲 播放进度在音图坐标系中画出曲线，可提供音图数据进行统计分析，也可将音图曲线和歌 手录音存入数据库，再现和回放。统计评价模块可统计训练内容、有效训练时间、播唱次数，按用户生成训练日志存 储于数据库；也可根据音图数据获取瞬时音高值、音符平均值、最大波动值、音准评分、颤音 分析等评价。
工具模块与界面管理和数据库模块相连。用以生成一些人性化的管理方式、个性 化参数，存入数据库，在应用中作为控制方式和参数使用这些信息。例如生成音律定义表、 节拍器定义表、用户参数表、随机乐曲选择表、随机音色选择表等。数据库管理模块与命令控制、参数设置以及各功能模块相连。一方面提供系统参 数和个性化参数、控制方式的管理和使用，另一方面保存大量用户训练信息，为用户的统计 分析、总结研究提供支持。通讯模块实现计算机软件系统对声乐处理器的命令控制和后者对前者的数据提{共。图2为本发明音乐信号采集处理器的结构示意图。为了实现准确采集音乐信号的 目的，所述音乐信号采集处理器包括音乐信号探测单元，音乐信号处理单元，音乐信号存储 单元，中央信号处理单元；所述音乐信号探测单元包括声音信号输入电路；所述音乐信号探测单元通过所述 音乐信号处理单元与所述中央信号处理单元连接，所述音乐信号探测单元根据中央信号处 理单元发出的指令将采集的信号输入所述音乐信号处理单元，对音乐信号进行处理；所述音乐信号存储单元与所述中央信号处理单元连接，用于存储音乐信号参数；所述中央信号处理单元与所述通讯模块连接，完成数据信号的输入，输出；所述通 讯模块的另一端与所述信号控制模块连接，进行数据交换并获取电源；所述中央信号处理单元控制所述音乐信号探测单元进行信号采集，并将待测音乐 信号输入所述音乐信号处理单元，对音乐信号进行处理；所述中央信号处理单元通过所述 通讯模块获取表征音乐音高的参数，并存储到所述音乐信号存储单元中；所述中央信号处 理单元将所述音乐信号处理单元处理后的待测音乐信号通过计算和转换得到音高数据；并 将得到的音高数据通过所述通讯模块传输给所述信号控制模块和存储模块，完成采集过 程。为了完成采集过程，所述音乐信号处理单元包括滤波电路和比较器电路，所述输 入进音乐信号处理单元的待测音乐信号经过滤波电路，滤除干扰波；且通过所述比较器电 路将模拟信号转变成脉冲信号，输入所述中央信号处理单元。所述音乐信号采集处理器还 包括一个信号放大单元，所述信号放大单元与滤波电路连接，用于将模拟信号进行放大，并 将放大后的信号输入所述音乐信号处理单元。图3为本发明音乐信号采集处理器中音乐信号探测单元的结构示意图为了完成对音乐信号探测的过程，包括声音信号输入电路，其包括拾音器和信号 放大单元。拾音器为高灵敏度驻极体麦克，型号为C2F9767-ol。而信号放大单元采用音频放 大器，为通用双极型运算放大器，可采用的型号LM324等。放大倍数视拾音器灵敏度而定， 一般可取200左右。音频放大器作用是将音乐的声音信号转变成电信号。图4为本发明音乐信号采集处理器中音乐信号处理单元的电路模块示意图所述音乐信号处理单元包括滤波电路和比较器，所述输入进音乐信号处理单元的 待测音乐信号经过滤波电路，滤除干扰波；且通过所述比较器将从滤波电路输出的模拟信 号转变成脉冲信号，输入所述中央信号处理单元。如图3中所示的所述音乐信号处理单元包括的信号放大单元，所述信号放大单元与滤波电路连接，用于将模拟信号进行放大，并将放大后的信号输入所述音乐信号处理单兀。所述音频低通滤波器采用八阶低通滤波器MAX7400，其低通带宽由中央信号处理 单元提供的时钟决定，该滤波器可以滤掉声音的高次谐波和其他噪声。施密特比较器将滤 波器出来的模拟信号转变成脉冲信号，在中央信号处理单元的控制下，存入音乐信号存储 单元。图5为本发明音乐信号采集处理器中音乐信号存储单元和中央信号处理单元连 接示意图在实际的应用中，音乐信号存储单元和中央信号处理单元包含在一个单片机内。 单片机可采用AT89C52或者MEGA16等通用单片机。音乐信号存储单元可以直接使用单片机 内部的EEPR0M和SRAM，用于存储用户参数和暂时存放多次采样结果。中央信号处理单元是 本装置的核心，它接收来自上位机的指令并提供本装置其他模块需要的所有控制信号，同 时处理来自音乐信号存储单元的音乐信号，最后通过USB 口送达上位机进行处理和显示。图6为本发明音乐信号采集处理器中通讯模块电路连接示意图所述通讯模块由USB 口专用芯片CH372和USB 口组成，它将上位机的控制指令传 输给本装置，并将本装置接收和处理后的音乐信号送达上位机。本发明通过标准的USB接口可以与计算机、教学设备、娱乐设备等主设备相连，实 现数据的双向传输。音乐音高测量仪通过USB通讯单元接受主设备发出的指令和参数，按 主设备要求进行音乐测量，并将测量结果回传给主设备，供进一步的统计分析和绘图显示。图7为本发明输出的音图示意图；本发明为了实现实时输出音乐结果，所述输出 模块中的音图输出单元将输出包括乐谱区和音图曲线区的音图；所述乐谱区包括乐谱、歌词显示单元，其采用简谱或五线谱方式显示全部或部分 乐谱和歌词；所述音图曲线区包括乐谱标准信号显示单元和采集音乐信号显示单元，所述乐谱 标准信号显示单元将主声部每一音符的音高和时长用音高条在音图曲线区中显示，并显示 主声部音域范围；所述采集音乐信号显示单元将通过所述通讯模块上传的采集音乐音高数 据信号按照参数设置和乐曲播放进度在音图曲线区中显示。在界面的上方是菜单区，中间是乐谱区，下方是音图区。用户的操作通过菜单区实 现。乐谱区显示简谱或五线谱、歌词。音图区显示钢琴键盘和音高 时间的二维坐标系，在 坐标系中画出与键盘对应的音高坐标线和小节时长坐标线，进一步按乐谱主声部画出标准 音高条和实测音图曲线。图8为本发明方法流程图。一种音乐处理及输出方法，所述方法包括音乐信号采 集处理步骤，通讯步骤，存储步骤，信号控制步骤，音乐信号比对评价步骤和输出步骤；所述音乐信号采集处理步骤用于采集输入音乐信号，并对音乐信号进行数据处 理；所述通讯步骤用于将所述音乐信号采集处理步骤中的音乐信号输入存储模块和 信号控制处理模块中，且所述通讯步骤将信号控制指令下传给所述音乐信号采集处理器；所述存储步骤用于存储系统内各指令，系统参数，乐谱音乐信号参数，探测音乐信 巧fn息，用户f曰息等；
所述音乐信号比对评价步骤用于对采集的音乐信号与乐谱标准音乐信号进行比 较，对音高、音长、节奏、颤音等音乐指标作出比对结果；所述输出步骤用于输出声音信号和音图；所述输出声音信号用于输出乐谱音信号 或采集音信号；所述输出音图为输出包括乐谱区和音图曲线区图像；所述音图曲线区将输 出乐谱标准音曲线和采集音乐曲线；所述信号控制步骤用于给所述音乐信号采集处理器发出探测指令，所述音乐信号 采集处理器采集音乐信号并将进行处理后的信号通过通讯步骤上传回所述信号控制模块 和存储模块；所述信号控制步骤还用于控制所述音乐信号比对评价模块，给所述音乐信号比对 评价模块发出指令，对在存储模块中的乐谱音乐信号和采集音乐信号完成音乐信号比对；所述信号控制步骤中还包括给输出模块发出控制指令，通过所述输出模块输出声 音信号和音图。在所述信号控制步骤还包括一个参数设置过程，其包括系统参数设置例如音高分 辨率、时间轴长度比例、乐谱区和音图区比例、音律、标准音、循环播放控制；和乐谱参数设 置，其包括调号、速度、播放区间、主声部，以及各声部的是否播放、乐谱可见性、歌词可见 性、音色、歌手性别；以及用户参数，如用户名称、歌手性别、最高音、最低音。并将设置的各 项数据存入存储模块中。在输出过程中，所述输出步骤中包括音图输出过程；所述音图输出过程用于将包 括乐谱区和音图曲线区的音图输出；所述输出乐谱区为将采用简谱或五线谱方式显示全部或部分乐谱和歌词；所述输出音图曲线区为输出包括乐谱标准信号和采集音乐信号；所述输出乐谱标 准信号将主声部每一音符的音高和时长用音高条在音图曲线区中显示，并显示主声部音域 范围；所述输出采集音乐信号将采集的音乐音高数据信号按照参数设置和乐曲播放进度在 音图曲线区中显示。图9为本发明音乐信号采集处理过程图如图2-图6所示，音乐信号采集处理器，音频输入电路、滤波电路、比较器电路和 中央处理单元串行连接，中央处理单元与EEPR0M单元连接，与USB通讯电路连接。并通过 USB 口从计算机获得电源。音乐信号采集处理器接收到计算机的工作命令后，启动测量电路，通过音频输入 电路、滤波电路、比较器电路进行声乐信号的处理，在中央处理单元采样、脉冲计数、周期换 算、音高单位转换，通过USB通讯电路将音高数据传送到上位计算机。本发明可在以下方面辅助歌手训练1.听力训练利用本发明的随机播放功能和用户参数表、随机乐曲选择表、随机 音色选择表，进行单音和音程的模唱。帮助歌手克服由于音色的不同所造成的听力错觉，提 高对基音的分辨能力和音高的听辨精度。2.音高控制能力训练用本发明可描绘唱歌全过程的音图曲线，清楚反映由于唱 歌状态、发声位置、气息运用等问题引起的音头、音尾及持续过程中的短时音高偏差。对各 类音准偏差情况，本发明还提供智能音准问题分析库，提示可能导致每类状况的多种原因， 使歌手能进行有针对性的训练
12
3.音程记忆能力训练利用本发明的主声部静音功能，歌手凭音程记忆视唱，根 据实唱曲线与目标音高位置的偏差，修正音程记忆，逐步建立正确的音准概念。4.旋律音准训练本发明的开放性可以允许导入不同旋律、不同风格乐谱，可进 行高层次的旋律音准训练。5.节奏训练解读本发明音图上的节奏信息，纠正偏差6.气息控制训练从本发明音图曲线的波动中，能看出歌手气息运用的均勻性、 控制能力的强弱，利用本发明的音图实时显示特性，可以让歌手实时地体验不同唱法和气 息控制效果。6.直声训练合唱需要直声，本发明音图能记录歌手颤音的幅度、频率和相位，量 化地表达颤音状况，帮助改进。7.重唱合唱训练本发明对多声部的支持和播放控制、主声部选择功能，可让歌 手模拟与其它声部的合练，并记录歌手声部音图曲线。在一个人的情况下进行合唱或与其 它歌手的重唱训练。上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本 发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本 发明上述具体实施方式
所描述的方法，因此前面描述的方式只是一个具体的实施例，而并 不具有限制性的意义。
权利要求
一种音乐处理及输出系统，包括音乐信号采集处理器，通讯模块，存储模块，其特征在于，所述系统还包括信号控制模块，音乐信号比对评价模块和输出模块；所述音乐信号采集处理器包括音乐信号探测单元和音乐信号处理单元；所述音乐信号采集处理器用于采集输入音乐信号，并对音乐信号进行数据处理；所述通讯模块用于将所述音乐信号采集处理器采集的音乐信号输入所述存储模块和所述信号控制模块，且所述通讯模块将所述信号控制模块的控制指令下传给所述音乐信号采集处理器；存储模块用于存储系统内各指令，系统参数，乐谱音乐信号参数，探测音乐信号信息，用户信息等；所述音乐信号比对评价模块用于对采集的音乐信号与乐谱音乐信号进行比较，对音高、音长、节奏、颤音等音乐指标作出比对结果；所述输出模块包括声音输出单元和音图输出单元；所述声音输出单元用于输出乐谱音信号或采集音信号；所述音图输出单元将输出音图，所述音图包括乐谱区和音图曲线区；所述乐谱区输出乐谱，所述音图曲线区将输出乐谱标准音曲线和采集音曲线；所述信号控制模块通过所述通讯模块给所述音乐信号采集处理器发出探测指令，所述音乐信号采集处理器采集音乐信号并将进行处理后的信号通过通讯模块上传回所述信号控制模块和存储模块；所述信号控制模块给所述音乐信号比对评价模块发出指令，对在存储模块中的乐谱音乐信号和探测音乐信号完成音乐信号比对；所述信号控制模块通过所述输出模块输出声音信号和音图。
2.根据权利要求1所述的一种音乐处理及输出系统，其特征在于，所述音乐信号采集处理器包括音乐信号探测单元，音乐信号处理单元，音乐信号存储 单元，中央信号处理单元；所述音乐信号探测单元包括声音信号输入电路；所述音乐信号探测单元通过所述音乐 信号处理单元与所述中央信号处理单元连接，所述音乐信号探测单元根据中央信号处理单 元发出的指令将采集的信号输入所述音乐信号处理单元，对音乐信号进行处理； 所述音乐信号存储单元与所述中央信号处理单元连接，用于存储音乐信号参数； 所述中央信号处理单元与所述通讯模块连接，完成数据信号的输入，输出；所述通讯模 块的另一端与所述信号控制模块连接，进行数据交换并获取电源；所述中央信号处理单元控制所述音乐信号探测单元进行信号采集，并将待测音乐信号 输入所述音乐信号处理单元，对音乐信号进行处理；所述中央信号处理单元通过所述通讯 模块获取表征音乐音高的参数，并存储到所述音乐信号存储单元中；所述中央信号处理单 元将所述音乐信号处理单元处理后的待测音乐信号通过计算和转换得到音高数据；并将得 到的音高数据通过所述通讯模块传输给所述信号控制模块和存储模块，完成采集过程。
3.根据权利要求2所述的一种音乐处理及输出系统，其特征在于，所述音乐信号处理单元包括滤波电路和比较器，所述输入进音乐信号处理单元的待测 音乐信号经过滤波电路，滤除干扰波；且通过所述比较器将从滤波电路输出的模拟信号转 变成脉冲信号，输入所述中央信号处理单元；所述音乐信号采集处理器还包括一个信号放大单元，所述信号放大单元与滤波电路连 接，用于对信号进行放大，并将放大后的信号输入所述音乐信号处理单元。
4.根据权利要求1所述的一种音乐处理及输出系统，其特征在于，所述信号控制模块还包括一个参数设置单元，包括系统参数设置部分和乐谱参数设置 部分；所述系统参数设置部分是对音高分辨率、时间轴长度比例、乐谱区和音图区比例、音 律、标准音、循环播放控制；所述乐谱参数设置是对调号、速度、播放区间、主声部，以及各声 部播放、乐谱可见性、歌词可见性、音色、以及用户参数进行控制和设置，并将设置的各项数 据存入存储模块中。
5.根据权利要求1所述的一种音乐处理及输出系统，其特征在于， 所述输出模块中的音图输出单元包括乐谱区和音图曲线区的音图；所述乐谱区包括乐谱、歌词显示单元，其采用简谱或五线谱方式显示全部或部分乐谱 和歌词；所述音图曲线区包括乐谱标准信号显示单元和采集音乐信号显示单元，所述乐谱标准 信号显示单元将主声部每一音符的音高和时长用音高条在音图曲线区中显示，并显示主声 部音域范围；所述采集音乐信号显示单元将通过所述通讯模块上传的采集音乐音高数据信 号按照参数设置和乐曲播放进度在音图曲线区中显示。
6.根据权利要求1所述的一种音乐处理及输出系统，其特征在于， 所述通讯模块采用USB通讯端口电路。
7.根据权利要求1-6所述的一种音乐处理及输出系统所采用的一种音乐处理及输出 方法，其特征在于，所述方法包括音乐信号采集处理步骤，通讯步骤，存储步骤，信号控制步骤，音乐信号 比对评价步骤和输出步骤；所述音乐信号采集处理步骤用于采集输入音乐信号，并对音乐信号进行数据处理； 所述通讯步骤用于将所述音乐信号采集处理步骤中的音乐信号输入存储模块和信号 控制处理模块中，且所述通讯步骤将信号控制指令下传给所述音乐信号采集处理器；所述存储步骤用于存储系统内各指令，系统参数，乐谱音乐信号参数，探测音乐信号信 息，用户{曰息等；所述音乐信号比对评价步骤用于对采集的音乐信号与乐谱标准音乐信号进行比较，对 音高、音长、节奏、颤音等音乐指标作出比对结果；所述输出步骤用于输出声音信号和音图；所述输出声音信号用于输出乐谱音信号或采 集音信号；所述输出音图为输出包括乐谱区和音图曲线区图像；所述音图曲线区将输出乐 谱标准音曲线和采集音乐曲线；所述信号控制步骤用于给所述音乐信号采集处理器发出探测指令，所述音乐信号采集 处理器采集音乐信号并将进行处理后的信号通过通讯步骤上传回所述信号控制模块和存 储模块；所述信号控制步骤还用于控制所述音乐信号比对评价模块，给所述音乐信号比对评价 模块发出指令，对在存储模块中的乐谱音乐信号和采集音乐信号完成音乐信号比对；所述信号控制步骤中还包括给输出模块发出控制指令，通过所述输出模块输出声音信 号和音图。
8.根据权利要求7所述的一种音乐处理及输出方法，其特征在于，在所述信号控制步骤还包括一个参数设置过程，其包括系统参数设置步骤和乐谱参数设置步骤；所述系统参数设置步骤为对音高分辨率、时间轴长度比例、乐谱区和音图区比例、音 律、标准音、循环播放控制过程；所述乐谱参数设置是对调号、速度、播放区间、主声部，以及各声部播放、乐谱可见性、 歌词可见性、音色、以及用户参数进行控制和设置过程； 并将设置的各项数据存入存储模块中。
9.根据权利要求7所述的一种音乐处理及输出方法，其特征在于， 所述输出步骤中包括音图输出过程；所述音图输出过程用于将包括乐谱区和音图曲线 区的音图输出；所述输出乐谱区步骤为将采用简谱或五线谱方式显示全部或部分乐谱和歌词； 所述输出音图曲线区步骤为输出包括乐谱标准信号和采集音乐信号；所述输出乐谱标 准信号将主声部每一音符的音高和时长用音高条在音图曲线区中显示，并显示主声部音域 范围；所述输出采集音乐信号将采集的音乐音高数据信号按照参数设置和乐曲播放进度在 音图曲线区中显示。
全文摘要
本发明属于在音乐教学和娱乐领域中对音乐信号进行采集处理的电子测量系统及方法，尤其涉及一种针对音乐音高进行采集，转换和测音高并输出的系统及方法。一种音乐处理及输出系统，包括音乐信号采集处理器，通讯模块，存储模块，其特征在于，所述系统还包括信号控制模块，音乐信号比对评价模块和输出模块；本发明可以精确地测量和记录用户练唱的全过程数据，在计算机界面上对照乐谱和钢琴键盘以图形方式画出音图曲线。在此基础上系统还可以根据需求提供某点的瞬时值、某一时段的音高平均值、最大音高偏差值等各种统计数据。
文档编号G10H1/02GK101853650SQ20091008137
公开日2010年10月6日 申请日期2009年4月3日 优先权日2009年4月3日
发明者尹作重, 张伟, 朱小明, 朱能滨, 王路露, 赵瑾, 魏明择 申请人:王路露