一种智能手鼓系统及其实现方法与流程

本发明涉及智能手鼓技术领域，具体的说是一种智能手鼓系统及其实现方法。

背景技术：

现有技术对手鼓进行击打动作或次数的记录，功能单一并且不能给用户提供更多的有效击打准确性记录。而且，同类手鼓产品不能对击打位置、击打声音的准确度等情况进行判断。现有技术中有如下两种手鼓：

1.一种鼓(申请号：201620040053.0)。一种鼓包括感应片、计数器和鼓体，所述鼓体的鼓皮上设有感应片，感应片连接计数器。本实用新型的有益效果在于：通过相互对应的触发器和感应器的配合，记录击打的次数，提高计数的准确性，避免误操作也记录在内。

缺点：该专利利用感应片能够进行记录击打次数的功能，但也仅有记数功能，没有更多的辅助作用。

2.智能鼓(申请号201310643842.4)。智能鼓包含内置可编程控制器、灯光部件、人体触感部件、震动感应部件、无线通信模块；具备普通鼓和电子鼓的功能，又能够通过感应人体或鼓锤的击打动作，控制内部灯光变化，同时通过无线通信模块控制周围的可拼接灯光设备和电脑、电视等智能外设的运行方式、亮度、声音、颜色及其变化规则；多个可拼接灯光设备通过总线接口部件组成灯光阵列，多组灯光阵列通过联网组件关联，实现控制信号联网传递。

缺点：不适合手鼓，因手鼓鼓面有不同的击打位置发出的声音不同，鼓的声音会受到击打位置、击打力量大小、击打频率过快的影响，从而导致声音识别不够准确，同时该智能鼓也不具备识别判断功能。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种智能手鼓系统及其实现方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种智能手鼓系统，包括手鼓鼓体、压电陶瓷片和智能终端，所述手鼓鼓体上连接所述压电陶瓷片，所述压电陶瓷片用于采集所述手鼓鼓体上的击打信息并以电流波形的形式输出，所述压电陶瓷片的输出端连接所述智能终端，所述智能终端内部存储标准手鼓数据库和鼓谱曲库，所述智能终端用于将所述压电陶瓷片输出的电流波形与所述标准手鼓数据库和所述鼓谱曲库中的当前鼓谱信息进行比对，分别计算各个音的电流波形与当前鼓谱信息中对应的电流波形的相似度，根据相似度判断该音是否击打正确，同时判断击打速度是否与所述当前鼓谱信息中存储的击打速度一致，并显示所述判断结果。

所述压电陶瓷片的输出端通过音频连接线或蓝牙模块连接所述智能终端。

所述压电陶瓷片安装在所述手鼓鼓体的鼓皮的内侧的中心位置。

所述标准手鼓数据库包括：预先通过所述压电陶瓷片采集到的击打所述手鼓鼓体的不同音高区域所产生的电流波形；

所述鼓谱曲库包含若干个鼓曲的鼓谱信息，所述鼓谱信息收录鼓曲的击打节奏和击打音高。

所述标准手鼓数据库还包括低音、中音和高音所分别对应的预定力度范围内的电流峰值范围；

所述鼓谱曲库还标识出需要击打预定力度范围的音；

所述智能终端还用于判断所述标识有需要击打预定力度范围的音所对应的采集到的电流波形的峰值是否在所述标准手鼓数据库中对应的电流峰值范围内。

一种智能手鼓系统的实现方法，包括以下步骤：

通过压电陶瓷片采集使用者对手鼓鼓体的击打信息并以电流波形的形式输出；

所述输出的电流输入至智能终端，所述智能终端内部存储标准手鼓数据库和鼓谱曲库；

将所述压电陶瓷片输出的电流波形与所述智能终端中存储的标准手鼓数据库和鼓谱曲库中的当前鼓谱信息进行比对，分别计算各个音的电流波形与当前鼓谱信息中对应的电流波形的相似度，根据相似度判断该音是否击打正确，同时判断击打速度是否与所述当前鼓谱信息中存储的击打速度一致；

显示所述判断结果。

所述标准手鼓数据库包括：预先通过所述压电陶瓷片采集到的击打所述手鼓鼓体的不同音高区域所产生的电流波形；

所述鼓谱曲库包含若干个鼓曲的鼓谱信息，所述鼓谱信息收录鼓曲的击打节奏和击打音高。

所述标准手鼓数据库还包括低音、中音和高音所分别对应的预定力度范围内的电流峰值范围；

所述鼓谱曲库还标识出需要击打预定力度范围的音；

所述实现方法还包括：判断所述标识有需要击打预定力度范围的音所对应的采集到的电流波形的峰值是否在所述标准手鼓数据库中对应的电流峰值范围内。

所述计算各个音的电流波形与当前鼓谱信息中对应的电流波形的相似度，采用余弦相似度计算方法。

所述根据相似度判断该音是否击打正确，具体为：预先设置相似度阈值，当某个音的电流波形与当前鼓谱信息中对应的电流波形的相似度在所述相似度阈值范围内，则判定该音击打正确；否则，判定该音击打错误

本发明具有以下优点及有益效果：

1.本发明可以对手鼓击打力度、击打节奏、击打音高等多项数据进行有效记录，并利用手鼓的声音特点，即用不同的力度、敲击鼓面的不同部位，能发出不同的声音，形成不同的电流波形的特点，实现精确的击打判断。

2.本发明通过压电陶瓷片采集电流波形数据，对采集到的波形数据进行分析，与智能终端中存储的标准手鼓数据库进行比对后，智能判断用户的手鼓击打是否正确。

3.本发明能够为用户提供完善的学习辅助，帮助用户实现精确击打和更简单的手鼓学习。

4.本发明硬件成本低，安装简单。本发明的所有部分都遵循简单使用原则，用户根据安装说明，就能自行安装软件使用，不必对鼓做复杂改造，而且简便易携带。

附图说明

图1为本发明一个实施例的总体结构图；

图2为本发明的击打力度示意图；

图3为本发明的击打音高示意图；

图4为本发明的击打节奏示意图；

图5为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，本发明所述的一种智能手鼓系统的一个实施例，包括手鼓鼓体、压电陶瓷片和智能终端，所述手鼓鼓体上连接所述压电陶瓷片，所述压电陶瓷片用于感测所述手鼓鼓体上的击打信息并以电流波形的形式输出，所述压电陶瓷片的输出端连接所述智能终端，所述智能终端内部存储标准手鼓数据库和鼓谱曲库，用于将所述压电陶瓷片输出的电流波形和所述标准手鼓数据库和当前鼓谱进行比对，根据波形差异情况判断出击打力度、击打节奏和击打音高是否与所述。

在手鼓鼓皮内侧中心位置，粘贴压电陶瓷片。压电陶瓷片也可以设置在鼓皮的其他位置，或者设置在鼓帮上。

压电陶瓷片与音频连接线相连，音频连接线的另一端插入智能终端的音频输入插孔。压电陶瓷片与智能终端的通信还可以通过蓝牙模块实现，压电陶瓷片连接蓝牙模块，该蓝牙模块与智能终端中的蓝牙建立连接。智能终端可以是电脑、平板电脑或者是手机。智能终端接收压电陶瓷片产生的电流信息，然后通过软件系统记录并保存电流的波形数据。

智能终端实现以下功能：

①建立标准手鼓数据库。标准手鼓数据库包括：预先通过所述压电陶瓷片采集到的击打所述手鼓鼓体的不同音高区域所产生的电流波形，如图3所示；还包括低音、中音和高音所分别对应的预定力度范围内的电流峰值范围，如图2所示。电流峰值范围是邀请专业人员，以不同的力度多次击打鼓的不同位置(高音、中音、低音位于鼓面的不同区域)，产生手鼓标准的低音、中音和高音，并且通过压电陶瓷片产生对应的电流波形，通过系统采集分析后，形成不同音高的标准电流波形数据段。

②建立手鼓学习的鼓谱曲库。鼓谱曲库包含若干个鼓曲的鼓谱信息，所述鼓谱信息收录鼓曲的音高信息(即每个音对应高音、中音还是低音)和节奏信息。其中，节奏信息为各个音之间的时间间隔，如图4所示。鼓谱曲库还标识出需要击打预定力度范围的音。

③当用户开始击打时，通过压电陶瓷片采集不同的电流波形数据，将电流波形数据传输给智能终端，智能终端将电流波形与标准手鼓数据库中对应的电流波形进行比对，根据余弦相似度方法计算出相似度。相似度在预设相似度阈值范围内时，判定击打音高正确。

智能终端还检测电流波形与鼓谱曲库中对应的击打节奏是否一致。对于手鼓，击打节奏指每分钟多少拍。例如，某个手鼓鼓曲的节奏为80拍/分钟，智能终端在一分钟之内需要检测到80个音的电流波形才能判定击打节奏正确。

④手鼓的击打需要不同力度的渲染。因此在某些情况下，鼓谱曲库还标识出需要击打预定力度范围的音，标准手鼓数据库中要存储有低音、中音和高音所分别对应的预定力度范围内的电流峰值范围。在某个需要力度渲染的音上做出强音标识，用户需要大力击打该音，通过压电陶瓷片采集到的波形的峰值就会相对较大，该峰值在标准手鼓数据库中对应的电流峰值范围内时，可以判定该音击打力度正确。

⑤将用户按照鼓谱击打后的力度、节奏及准确度结果显示在电脑/平板电脑/手机上，让用户对自己的击打练习有一个清晰的认知。

⑥教学辅助。对用户的学习进度、练习结果、击打准确率等数据进行记录和分析，并将分析结果数据发送到教师端，教师根据分析结果对用户进行有针对性的辅导和教学，实现高效的一对多教学效果。

⑦学习辅助。用户在练习过程中，智能终端还可以播放相应鼓曲，使用户处于该鼓曲的氛围中。通过软件系统播放鼓谱或伴奏乐，显示击打提示，让用户能够进行快速的入门学习，降低手鼓的学习难度。同时通过将用户击打数据与标准数据库的比对，让用户清晰的了解自身的不足之处，进行改正，迅速提高自己的手鼓水平。

如图5所示，本发明系统的实现方法包括以下步骤：

通过压电陶瓷片采集使用者对手鼓鼓体的击打信息并以电流波形的形式输出；

所述输出的电流输入至智能终端，所述智能终端内部存储标准手鼓数据库和鼓谱曲库；

将所述压电陶瓷片输出的电流波形与所述智能终端中存储的标准手鼓数据库和鼓谱曲库中的当前鼓谱信息进行比对，分别计算各个音的电流波形与当前鼓谱信息中对应的电流波形的相似度，根据相似度判断该音是否击打正确，同时判断击打速度是否与所述当前鼓谱信息中存储的击打速度一致；

显示所述判断结果。

所述根据相似度判断该音是否击打正确，具体为：预先设置相似度阈值，当某个音的电流波形与当前鼓谱信息中对应的电流波形的相似度在所述相似度阈值范围内，则判定该音击打正确；否则，判定该音击打错误。