一种基于大数据的音乐乐器生产的音色校准系统

1.本发明涉及管乐器的零部件或附件领域，尤其涉及一种基于大数据的音乐乐器生产的音色校准系统。


背景技术：

2.目前，音乐教学中进行音准培训，采用电子教学的方式，首先将原始声信号(诸如人的嗓音和古典乐器的声音等的源于自然声源的声音)记录成音频信号，然后从这种音频信号再现能够准确地反映原始声信号(特别是还反应原始声信号的自然性质，诸如人的嗓音或古典乐器等的特性)的声信号。
3.如cn203456087u现有技术公开了一种改进的校音器，采用乐音的振动频率识别程序来显示乐器音高的电子产品，现已广泛应用于各种乐器的调音中。根据适用乐器的不同，又分为吉他校音器、古筝校音器、小提琴校音器等等。与传统的调音工具(音笛、音叉等)相比，具有准确度高、不易受气候条件影响、操作简单易学等优点，尤其有助于各种乐器的初学者快速掌握该乐器的定音技术和提高听辨音高的能力。
4.另一种典型的如cn213483373u的现有技术公开的一种用于钢琴音色校准的工具，钢琴调音是维持钢琴准确音调和优美音色的必要手段,现有技术中钢琴音色校准工具容易被外界噪音干扰，造成校准的准确性。
5.为了解决本领域普遍存在音色校准不准确、适用范围窄、极易受到外界干扰、智能程度低、交互性能差、不能自动提示和预警程度低等等问题，作出了本发明。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于，针对目前所存在的不足，提出了一种基于大数据的音乐乐器生产的音色校准系统。
7.为了克服现有技术的不足，本发明采用如下技术方案：
8.一种基于大数据的音乐乐器生产的音色校准系统，所述音色校准系统包括服务器、机壳本体，所述音色校准系统还包括评估模块、交互模块、预警模块，所述评估模块、所述交互模块和所述预警模块均设置在所述机壳本体上；
9.所述服务器分别与所述评估模块、所述交互模块和所述预警模块连接，所述交互模块根据操作者选定的乐器类型，触发所述评估模块对所述乐器类型的声音数据采集，所述评估模块用于对乐器的声音数据进行采集，并对声音数据进行评估，所述预警模块根据所述评估模块的评估结果触发预警信号；
10.所述评估模块包括收音单元和评估单元，所述收音单元用于对所述乐器的声音进行采集形成声音信号，所述评估单元根据所述声音信号进行评估，所述收音单元包括收音构件和声音记录器，所述收音构件用于对所述乐器发出的声音进行拾音操作，所述声音记录器用于对所述收音构件的拾音声音波形进行存储。
11.可选的，所述收音构件包括拾音器和海螺腔体，所述海螺腔体用于对所述乐器产
出的声音进行放大，形成声音的共振腔，所述拾音器用于对传导至所述海螺腔体中的声音进行拾取；
12.其中，所述拾音器设置在所述海螺腔体中。
13.可选的，所述评估单元获取一个测试周期中所述收音构件所测得的单个音调的拾音声音波形，并将所述拾音声音波形拆分形成一个声音片段拾音矩阵voice：
[0014][0015]
其中，m为拾音声音波形对应的采样点总数，n为拾音声音波形对应的监测片段总数，b
ij
表示单个音调的第i个监测片段的第j个采样点声音幅值；
[0016]
所述评估单元获取校准的同类型的标准乐器一个测试周期中标准声音波形，并将所述标准声音波形进行拆分形成一个标准声音矩阵nomal：
[0017][0018]
其中，u为标准声音波形对应的采样点总数，v为标准声音波形对应的监测片段总数，c
ij
表示单个音调的第i个监测片段的第j个采样点声音幅值；其中，v＝m，u＝n，以使所述标准声音矩阵nomal和拾音矩阵voice的项数相同；
[0019]
可选的，所述评估单元根据所述拾音矩阵voice和标准声音矩阵nomal进行比对，计算出差异度different：
[0020][0021]
式中，f
zx
为所述标准乐器的幅度谱的重心，满足：
[0022][0023]
式中，p为所述标准乐器声音信号的频点总数，k为频点序号，w[k]为归一化后的幅度谱，满足：
[0024][0025]
式中，n-1为所述标准乐器的幅度谱中采样的频点总数，s[k]为所述标准乐器的声音信号幅度谱，满足：
[0026]
s[k]＝|f[x(d)]|
[0027]
式中，f[x(d)]为对所述标准乐器的声音波形x(d)进行离散傅里叶变换的值，|f[x(d)]|为对所述标准乐器的声音波形x(d)进行离散傅里叶变换的值进行取模运算；
[0028]
若所述差异度different大于设定的校准阈值calibration，则需要对所述乐器执行校准操作，并通过预警模块发出预警信号，使所述操作者根据预警信号对乐器进行调音操作，且在执行调音操作后，对调音后的乐器进行多次拾音，并计算调音后的所述乐器与标准乐器的标准音色的差异度，直至所述乐器与标准乐器的标准音色的差异度小于设定的校准阈值calibration。
[0029]
可选的，所述预警模块包括预警单元和提示单元，所述预警单元根据所述评估单元的评估结果触发预警信号，所述提示单元根据所述预警单元的预警信号向所述操作者发出提示；
[0030]
其中，所述提示单元包括提示屏和转向构件，所述转向构件用于对所述提示屏的位置进行调整，所述提示屏用于显示当前所述乐器的预警信号、以及针对所述预警信号相关联的乐器提示的调校数据。
[0031]
可选的，所述交互模块包括交互单元和模式选定单元，所述交互单元用于采集所述操作者选定的所述乐器类型，所述模块选定单元根据所述交互单元采集到的所述操作者选定的所述乐器的类型后，触发对应类型的所述乐器的声音采集和评估；
[0032]
其中，由所述评估模块对所述乐器进行声音采集和评估。
[0033]
可选的，所述交互单元包括交互屏、悬浮图标、以及设置在所述交互屏上的若干个类型的选定乐器区域，所述交互屏上设有非触发区域和触发区域，所述悬浮图标设置在所述非触发区域中，各个类型的所述选定乐器区域设置在所述触发区域中，各个所述选定乐器区域分别对应不同类型的乐器；
[0034]
其中，各个非接触区域和所述触发区域设置为同心圆环结构。
[0035]
可选的，所述转向构件包括转向座、支撑杆、转向驱动机构、识别子单元，所述转向座与所述支撑杆的一端端部铰接形成铰接部，所述支撑杆的另一端与机壳本体连接，所述转向驱动机构与所述转向座驱动连接，使所述转向座能沿着所述铰接部的轴线进行转动；
[0036]
所述识别子单元用于对所述操作者进行检测，以获取所述操作者当前所在位置，以使所述转向驱动机构根据操作者所在位置驱动所述转向座转动；
[0037]
其中，所述提示屏的背部与所述转向座连接。
[0038]
可选的，第g个所述选定乐器区域满足：
[0039]
且g≥1，
[0040]
式中，(a，b)为所述交互屏的触发区域的圆心坐标，每个所述选定乐器区域为以(a，b)为圆心坐标的圆环区域；rg为第g个选定乐器区域的外环半径，r
g-1
为第g-1个选定乐器区域的外环半径，同时，r
g-1
亦为第g个选定乐器区域的内环半径；(x，y)为所述悬浮图标在所述交互屏上的实时坐标位置。
[0041]
可选的，所述悬浮图标用于供所述操作者在所述交互屏上进行交互拖动，所述交互拖动包括提示所述操作者将所述悬浮图标由所述非触发区域拖入不同类型选定乐器所对应的触发区域的各个类型选定乐器区域中。
[0042]
本发明所取得的有益效果是：
[0043]
1.通过收音单元和评估单元相互配合，使得评估单元对收音单元的数据进行评估，提升音色的准确性；
[0044]
2.通过交互单元对选定乐器区域进行选定，使得操作者能够获得最佳的体验性，
提升整个校准过程的交互舒适性和整个系统的智能程度；
[0045]
3.通过预警单元和提示单元的相互配合，使得操作者能够根据预警信息对乐器进行声音的校准，提升对乐器校准效率和便捷性。
[0046]
4.通过交互模块对操作者选定的乐器类型进行采集，以调用与该种类型乐器相匹配的标准音色数据，以提升校准比对的效率；
[0047]
5.通过所述传音模块收集所述乐器的振动时产生的声音数据，使得所述乐器声音能够被精准的采集，提升对所述乐器声音数据采集的便利性，促使整个系统对所述乐器的校准的效率。
附图说明
[0048]
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
[0049]
图1为本发明的整体方框示意图。
[0050]
图2为本发明的所述评估单元的评估流程示意图。
[0051]
图3为本发明的交互模块和预警模块的结构示意图。
[0052]
图4为本发明的触发区域和非触发区域、悬浮图标的示意图。
[0053]
图5为本发明的传音管的剖视示意图。
[0054]
图6为本发明的吸附单元和传音单元的结构示意图。
[0055]
图7为本发明的乐器与传音模块的应用场景示意图。
[0056]
图8为本发明的海螺腔体和拾音器的结构示意图。
[0057]
附图标号说明：1、非触发区域；2、悬浮图标；3、转向座；4、提示屏；5、交互屏；6、连接单元；7、机壳本体；8、支撑杆；9、传音管；10、接触块；11、活动腔；12、吸附嘴；13、吸附座；14、乐器；15、拾音件；16、海螺腔体。
具体实施方式
[0058]
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。
[0059]
实施例一。
[0060]
根据图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8所示，本实施例提供一种基于大数据的音乐乐器生产的音色校准系统，所述音色校准系统包括服务器、机壳本体7，所述音色校准系统还包括评估模块、交互模块、预警模块，所述评估模块、所述交互模块和所述预警模块均设置在所述机壳本体7上；
[0061]
所述服务器分别与所述评估模块、所述交互模块和所述预警模块连接，其中，各个种类的乐器14的标准声音波形均存储在所述服务器的数据库中；
[0062]
所述交互模块根据操作者选定的乐器14类型，触发所述评估模块对所述乐器14类
型的声音数据的采集，所述评估模块用于对乐器14的声音数据进行采集，并对声音数据进行评估，所述预警模块根据所述评估模块的评估结果触发预警信号；
[0063]
所述音色校准系统还包括处理器，所述处理器分别与评估模块、交互模块、预警模块控制连接，并基于所述处理器对所述评估模块、交互模块、预警模块进行集中控制；
[0064]
其中，通过所述交互模块对所述操作者选定的乐器14类型进行采集，以调用与该种类型乐器14相匹配的标准音色数据，以提升校准比对的效率；
[0065]
可选的，所述交互模块包括交互单元和模式选定单元，所述交互单元用于采集所述操作者选定的所述乐器14类型，所述模块选定单元根据所述交互单元采集到的所述操作者选定的所述乐器14的类型后，触发对应类型的所述乐器14的声音采集和评估；
[0066]
其中，由所述评估模块对所述乐器14进行声音采集和评估；
[0067]
可选的，所述交互单元包括交互屏5、悬浮图标2、以及设置在所述交互屏5上的若干个类型的选定乐器区域，所述交互屏5上设有非触发区域1和触发区域，所述悬浮图标2设置在所述非触发区域1中，各个类型的所述选定乐器区域设置在所述触发区域中，各个所述选定乐器区域分别对应不同类型的乐器14；
[0068]
其中，各个非接触区域和所述触发区域设置为同心圆环结构；
[0069]
所述触发区域设置在所述非触发区域1的外边，且所述触发区域和所述非触发区域1同心不同半径设置；其中，各个类型的选定乐器区域所对应的半径不相同；
[0070]
可选的，第g个所述选定乐器区域满足：
[0071]
且g≥1，
[0072]
式中，(a，b)为所述交互屏的触发区域的圆心坐标，每个所述选定乐器区域为以(a，b)为圆心坐标的圆环区域；rg为第g个选定乐器区域的外环半径，r
g-1
为第g-1个选定乐器区域的外环半径，同时，r
g-1
亦为第g个选定乐器区域的内环半径；(x，y)为所述悬浮图标在所述交互屏上的实时坐标位置。即，第g个所述选定乐器区域对应的以(a，b)为圆心坐标的圆环区域：是以r
g-1
为半径的圆作为所述圆环区域的内环，以rg为半径的圆作为所述圆环区域的外环，所述内环和外环构成了所述圆环区域；
[0073]
在本实施例中，如图4所示，共设置有g个类型乐器，当所述悬浮图标被拖动至该种类型的所述选定乐器区域中时，触发对该种乐器的音乐进行校准；
[0074]
其中，g个类型乐器对应的选定乐器区域分别包括：第一选定乐器区域、第二选定乐器区域、第三选定乐器区域、
……
、第g选定乐器区域：
[0075]
第一选定乐器区域满足：
[0076]
式中，r0为所述非接触区域的半径，r1为所述第一选定乐器区域的外环半径；
[0077]
第二选定乐器区域满足：
[0078]
式中，r1为所述第一选定乐器区域的外环半径，r2为所述第二选定乐器区域的外环半径；
[0079]
第三选定乐器区域满足：
[0080]
式中，r2为所述第二选定乐器区域的外环半径，r3为所述第三选定乐器区域的外环半径；
[0081]
……
[0082]
第g选定乐器区域满足：
[0083]
式中，r
g-1
为第g-1个选定乐器区域的外环半径，rg为第g个选定乐器区域的外环半径；
[0084]
同时，设定几个选定乐器区域根据需要校准的乐器类型数进行设定，这是本领域的技术人员所能熟知的技术手段，因而在本实施例中不再一一赘述；
[0085]
可选的，所述悬浮图标2用于供所述操作者在所述交互屏5上进行交互拖动，所述交互拖动包括提示所述操作者将所述悬浮图标2由所述非触发区域1拖入不同类型选定乐器所对应的触发区域中；
[0086]
当所述操作者的指尖在所述交互屏5上通过拖动所述悬浮图标2，使得所述悬浮图标2移动至选定乐器区域中，使得所述处理器能触发对对应乐器14的校准操作；
[0087]
其中，所述校准操作包括触发与选定乐器14相对应的标准声音波形，使得对该种类型的乐器14进行音色校准；
[0088]
通过所述交互单元对所述选定乐器区域进行选定，使得所述操作者能够获得最佳的体验性，提升整个校准过程的交互舒适性和整个系统的智能程度；
[0089]
其中，所述评估模块包括收音单元和评估单元，所述收音单元用于对所述乐器14的声音进行采集形成声音信号，所述评估单元根据所述声音信号进行评估；
[0090]
所述收音单元包括收音构件和声音记录器，所述收音构件用于对所述乐器14发出的声音进行拾音操作，所述声音记录器用于对所述收音构件的拾音声音波形进行存储；
[0091]
所述收音构件包括拾音器和海螺腔体，所述海螺腔体用于对所述乐器14产出的声音进行放大，形成声音的共振腔，所述拾音器用于对传导至所述海螺腔体中的声音进行拾取；
[0092]
其中，所述拾音器设置在所述海螺腔体中；
[0093]
所述海螺腔体对称设置在所述机壳本体上，以实现对所述乐器进行校准；
[0094]
所述评估单元获取一个测试周期中所述收音构件所测得的单个音调的拾音声音波形，并将所述拾音声音波形拆分形成一个声音片段拾音矩阵voice：
[0095][0096]
其中，m为拾音声音波形对应的采样点总数，n为拾音声音波形对应的监测片段总数，b
ij
表示单个音调的第i个监测片段的第j个采样点声音幅值；
[0097]
所述评估单元获取校准的同类型的标准乐器一个测试周期中标准声音波形，并将所述标准声音波形进行拆分形成一个标准声音矩阵nomal：
[0098]
[0099]
其中，u为标准声音波形对应的采样点总数，v为标准声音波形对应的监测片段总数，，c
ij
表示单个音调的第i个监测片段的第j个采样点声音幅值；其中，v＝m，u＝n，以使所述标准声音矩阵nomal和拾音矩阵voice的项数相同；
[0100]
所述评估单元根据所述拾音矩阵voice和标准声音矩阵nomal进行比对，计算出差异度different：
[0101][0102]
式中，f
zx
为所述标准乐器的幅度谱的重心，满足：
[0103][0104]
式中，p为所述标准乐器声音信号的频点总数，k为频点序号，w[k]为归一化后的幅度谱，满足：
[0105][0106]
式中，n-1为所述标准乐器的幅度谱中采样的频点总数，s[k]为所述标准乐器的声音信号幅度谱，满足：
[0107]
s[k]＝|f[x(d)]|
[0108]
式中，f[x(d)]为对所述标准乐器的声音波形x(d)进行离散傅里叶变换的值，|f[x(d)]|为对所述标准乐器的声音波形x(d)进行离散傅里叶变换的值进行取模运算；
[0109]
在本实施例中，对于所述标准乐器的声音波形是根据触发的各个音调的声高或音色产生，且经过滤波、降噪等操作获得标准声音波形，这是本领域的技术人员可以理解并熟知的方式和方法；
[0110]
若所述差异度different大于设定的校准阈值calibration，则需要对所述乐器14执行校准操作，并通过预警模块发出预警信号，使所述操作者根据预警信号对乐器14进行调音操作，且在执行调音操作后，对调音后的乐器14进行多次拾音，并计算调音后的所述乐器14与标准乐器的标准音色的差异度，直至所述乐器14与标准乐器的标准音色的差异度小于设定的校准阈值calibration；
[0111]
在本实施例中，通过所述收音单元和评估单元相互配合，使得所述评估单元对所述收音单元的数据进行评估，提升音色的准确性；
[0112]
在所述评估单元对校准的所述乐器14与标准的乐器14进行评估后，所述预警模块根据所述评估结果触发预警，以提示所述操作者当前的预警信号；
[0113]
可选的，所述预警模块包括预警单元和提示单元，所述预警单元根据所述评估单元的评估结果触发预警信号，所述提示单元根据所述预警单元的预警信号向所述操作者发出提示；
[0114]
其中，所述提示单元包括提示屏4和转向构件，所述转向构件用于对所述提示屏4的位置进行调整，所述提示屏4用于显示当前所述乐器14的预警信号、以及针对所述预警信号相关联的乐器14提示的调校数据；
[0115]
所述提示屏4设置在所述转向构件上，所述转向构件对所述提示屏4的显示角度进行调整，以适配不同的校准场景的需要；
[0116]
可选的，所述转向构件包括转向座3、支撑杆8、转向驱动机构、识别子单元，所述转向座3与所述支撑杆8的一端端部铰接形成铰接部，所述支撑杆8的另一端与机壳本体7连接，所述转向驱动机构与所述转向座3驱动连接，使所述转向座3能沿着所述铰接部的轴线进行转动；
[0117]
所述识别子单元用于对所述操作者进行检测，以获取所述操作者当前所在位置，以使所述转向驱动机构根据操作者所在位置驱动所述转向座3转动；
[0118]
其中，所述提示屏4的背部与所述转向座3连接；
[0119]
通过所述预警单元和所述提示单元的相互配合，使得所述操作者能够根据预警信息对所述乐器14进行声音的校准，提升对所述乐器14校准效率和便捷性。
[0120]
实施例二。
[0121]
本实施例应当理解为至少包含前述任一一个实施例的全部特征，并在其基础上进一步改进，根据图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8所示，还在于所述音色校准系统还包括传音模块，所述传音模块用于对所述乐器14发出的声音进行采集，并将所述乐器14发出的声音传输至所述收音构件中；
[0122]
其中，所述传音模块包括传音单元、吸附单元、连接单元6，所述传音单元用于将所述乐器14产生的振动传导至所述收音构件中，所述吸附单元用于将所述传音单元的一端与所述乐器14进行连接，所述连接单元6用于将所述传音单元的另一端与所述乐器14进行连接；
[0123]
其中，所述吸附单元和连接单元6分别设置在所述传音单元的两端；
[0124]
其中，所述传音单元包括传音管9、设置在所述传音管9管壁上的若干个活动腔11、以及对应设置在各个所述活动腔11上的接触块10，所述接触块10将所述乐器14发音腔产生的振动传输至所述海螺腔体中；
[0125]
当所述传音管9的两端分别与所述收音构件的海螺腔体和乐器14的发音腔进行连接时，使所述乐器14的发音腔发出的声音能够传输至所述海螺腔体中，并被设置在海螺腔体中的拾音器采集；
[0126]
具体的，所述传音管9的一端与所述海螺腔体进行连接，所述传音管9的另一端通过所述吸附单元与所述乐器14发音腔的内壁进行吸附连接；
[0127]
所述吸附单元包括吸附嘴12、吸附泵、吸附控制器和吸附座13，所述吸附座13用于对所述吸附嘴12、所述吸附控制器和所述传音管9的一端进行支撑，所述吸附嘴12用于将所述传音管9吸附在所述乐器14发音腔的内壁上，所述吸附控制器用于对所述吸附泵的吸附操作进行控制，所述吸附泵用于将所述吸附嘴12中的空气进行排出，以使得所述吸附嘴12能吸附在所述乐器14的发音腔上；
[0128]
其中，所述吸附控制器与所述吸附泵电连接，以使得所述吸附泵能够将所述吸附嘴12内的空气进行排净，使得所述吸附嘴12和所述吸附座13能够吸附在所述乐器14的发音腔上；
[0129]
所述连接单元6包括连接头和连接座，所述连接头用于对所述传音管9进行连接，所述连接座与所述海螺腔体进行连接；
[0130]
其中，所述连接头与所述连接座可拆卸连接；
[0131]
值得注意的是，所述传音模块的乐器14振动传输至所述海螺腔体后，使得设置在所述海螺腔体中的所述拾音器能对产生的声音振动进行采集，形成当前检测的所述乐器14的声音波形；
[0132]
通过所述传音模块收集所述乐器的振动时产生的声音数据，使得所述乐器声音能够被精准的采集，提升对所述乐器声音数据采集的便利性，促使整个系统对所述乐器的校准的效率。
[0133]
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内，此外，随着技术发展其中的元素可以更新的。