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基本信息
- 項目名稱：
- 一種新型電子古箏及其集體教學(xué)系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本項目采用電子電路技術(shù)、微傳感器技術(shù)及信號與信息處理技術(shù)對傳統(tǒng)彈撥樂器古箏進行改進，研制出一種既具傳統(tǒng)外觀風(fēng)格又有新穎教學(xué)功能的電子古箏，系統(tǒng)中加入無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，設(shè)計出彈撥樂器電子輔助教學(xué)系統(tǒng)，可改進傳統(tǒng)樂器教學(xué)一對一指導(dǎo)的教學(xué)模式，實現(xiàn)彈拔類樂器教學(xué)集體授課。
- 詳細介紹：
- 1.項目概述 彈撥樂器(如古箏)是中華民族的一項文化魁寶，也是人們業(yè)余生活中喜聞樂見的一種樂器。但是在樂器的學(xué)習(xí)過程中，卻出現(xiàn)諸多問題。一是樂器學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的噪聲干擾嚴重影響他人生活；二是樂器教學(xué)過程中只能采用一對一的教學(xué)模式，教學(xué)場地緊張、教學(xué)效率低，成本費用高。為了有效地解決傳統(tǒng)彈撥樂器中存在的噪聲及效率低的問題，進一步發(fā)揚傳統(tǒng)樂器，本項目研制開發(fā)一種新型電子古箏及其集體教學(xué)系統(tǒng)。 2.系統(tǒng)組成 該彈撥樂器電子教學(xué)系統(tǒng)主要由三大部分組成：電子古箏、無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)終端機和教學(xué)輔助學(xué)習(xí)軟件系統(tǒng)。該項目設(shè)計時遵循可靠性、可操作性、適用性的原則，在確保信息安全，提高系統(tǒng)的抗干擾能力的同時通訊接口采用新型的USB接口，使得彈撥樂器電子輔助教學(xué)系統(tǒng)不需要其他復(fù)雜的接口設(shè)備就可以直接與計算機通訊，使其有即插即用、方便適用、便于安裝的特點。 2.1電子古箏 項目首先研制電子古箏，電子古箏相比于傳統(tǒng)的古箏在外形上保持一致,而改變其原有發(fā)聲結(jié)構(gòu),采用微型傳感器技術(shù)實現(xiàn)音源信號電子化。即在研制設(shè)計的新型電子古箏的每根琴弦上安裝一微型傳感器，通過微電子電路處理即可實現(xiàn)對音調(diào)高低的控制從而達到與實際樂器相同的音色和音高。 該系統(tǒng)采用德州TI儀器TAS3108專用型音頻數(shù)字信號處理器。TAS3108 DSP配有專為音頻處理進行優(yōu)化的全套工具，能高效實施專有算法與標(biāo)準特性，其中包括均衡技術(shù)、音色與音量控制等。有關(guān)工具基本分為兩個部分，一是圖形開發(fā)環(huán)境(GDE)，二是集成開發(fā)環(huán)境(IDE)。TAS3108音頻DSP擁有足夠音頻處理能力，能幫助音頻開發(fā)人員完全控制音頻處理的設(shè)計工作，包括矩陣解碼與各種環(huán)繞音響方案。音源信號輸入到數(shù)字音頻處理芯片TAS3108中,其數(shù)字音頻處理芯片內(nèi)置的8051軟處理核參與音頻信號的處理任務(wù)，控制數(shù)字音頻處理核和I2C接口之間的數(shù)據(jù)交換，并實現(xiàn)音頻信號數(shù)據(jù)分析、顯示和控制驅(qū)動；處理后的音頻信號經(jīng)放大后，傳送到學(xué)生耳機中，或通過相應(yīng)的按鍵控制傳送到教師耳機中。 2.2無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu) 電子古箏集體教學(xué)系統(tǒng)中有一個教師終端機，若干個學(xué)生終端機，每個學(xué)生終端設(shè)置一個地址（可通過外部預(yù)留端口進行配置），分配一個私有頻道。學(xué)生可根據(jù)自身情況選擇自由練習(xí)，同時教師也可以利用教師終端機上的按鍵和對應(yīng)學(xué)生之間建立通信連接，通過麥克、耳機和樂音傳輸系統(tǒng)對每個學(xué)生進行針對性指導(dǎo)，從而達到獨奏、重奏和合奏互不干擾的效果。這樣就徹底打破了傳統(tǒng)古箏一對一的教學(xué)模式，實現(xiàn)音器教學(xué)的集體授課，解決相互之間的干擾問題，提高教學(xué)效率，降低教學(xué)成本，有利于民族樂器古箏的傳承發(fā)展和人才的培養(yǎng)。 2.3教學(xué)輔助學(xué)習(xí)軟件系統(tǒng) 多功能電子教學(xué)軟件功能的實現(xiàn)主要是運用信號處理領(lǐng)域開發(fā)的專用語音芯片，芯片將在特定微小時段內(nèi)采集到的聲音頻率（每秒鐘25個測試點），與軟件中預(yù)制的聲音頻率進行比對、判斷、打分，實現(xiàn)定音、拾音、響度判斷、音準判別等基本功能。對于達到一定水平的練習(xí)者還可以通過軟件中預(yù)制的較為復(fù)雜的樂曲示范逐句逐音進行樂曲練習(xí)和技巧性練習(xí)。在以上功能使用過程中，我們的軟件均可通過語音、圖像、打分等助教提示實現(xiàn)與學(xué)生的互動交流。興趣是最好的老師，啟發(fā)學(xué)生的興趣則是我們不斷改進教學(xué)軟件的目的所在。為了滿足初學(xué)者的使用習(xí)慣，我們通過人性化可視化的學(xué)習(xí)軟件設(shè)定初級、高級學(xué)習(xí)系統(tǒng)，增大了使用者的選擇靈活度，幫助初學(xué)者盡快掌握音準、音高，降低入門者學(xué)習(xí)難度。學(xué)生可以通過此教學(xué)軟件降低樂器學(xué)習(xí)過程中對老師的依賴程度，從而實現(xiàn)早日入門。 3.項目技術(shù)關(guān)鍵及創(chuàng)新點 該系統(tǒng)主要由三大部分組成：電子古箏、無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)終端機和教學(xué)輔助學(xué)習(xí)軟件系統(tǒng)。其主要技術(shù)關(guān)鍵和創(chuàng)新點如下： 3.1技術(shù)關(guān)鍵 1)研制小型傳感器，將之安裝在琴弦，把彈奏出的聲音轉(zhuǎn)換成電信號，進而達到控制該樂器響度的效果。通過微電子芯片仿真出與實際樂器相同的音色和音高，即可實現(xiàn)對音調(diào)高低的控制。 2)該系統(tǒng)通過外接音頻設(shè)備把電信號進行放大、發(fā)聲，使學(xué)生能夠通過耳機聆聽自己的曲子，學(xué)生還可以將電信號與學(xué)習(xí)系統(tǒng)預(yù)設(shè)語句對比，校準音高與音準。 3)可視化的輔助教學(xué)系統(tǒng)，可通過無線網(wǎng)絡(luò)語音通信終端機來實現(xiàn)。 3.2創(chuàng)新點 1)該新型電子古箏及其集體教學(xué)系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)彈撥樂器依靠空氣振動的發(fā)聲結(jié)構(gòu)，采用電子技術(shù)、微型傳感器技術(shù)、信號與信息處理技術(shù)將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號，消除樂器彈奏時出現(xiàn)的干擾問題。 2)該彈撥樂器電子教學(xué)系統(tǒng)可使學(xué)生演奏時樂器幾乎不發(fā)聲，傳感器將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號，并通過外接音頻放大器對電信號進行放大，使學(xué)生戴上耳機后可以聆聽到自己的曲子，并能夠自行對照輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的預(yù)設(shè)語句，準確定音定調(diào)。 3)教師可通過操作無線網(wǎng)絡(luò)通訊終端機，對每一個學(xué)生單獨進行指導(dǎo)，實現(xiàn)了樂器授課一對多的教學(xué)模式，提高教學(xué)效率。 4.系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)及參數(shù) 1)教學(xué)輔助學(xué)習(xí)軟件部分：滿足初學(xué)者的基礎(chǔ)練習(xí)； 2)彈撥樂器網(wǎng)絡(luò)教練室：滿足20人同時上課，練習(xí)演奏時互不干擾； 3)無線傳輸距離：30-100米，保證在舞臺上移動演奏具有良好的拾音效果。 4)收發(fā)頻率： 2400 - 2483MHz； 5)通訊頻道：20個； 6)支持麥克風(fēng)和立體聲音頻兩種輸入模式，并可以支持不斷電在線實時切換； 7)低功耗，輸入電壓范圍寬。 5.應(yīng)用領(lǐng)域 該項目研制開發(fā)的新型電子古箏及其集體教學(xué)系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于相關(guān)的彈撥樂器如琵琶、柳琴、揚琴等民族樂器。主要適用群體范圍有：彈撥樂器初學(xué)者入門學(xué)習(xí)、高校和藝術(shù)類學(xué)校樂器教學(xué)使用、高級專業(yè)人員演奏時拓寬音域，彰顯樂器表現(xiàn)力。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計目的： 該系統(tǒng)針對傳統(tǒng)彈撥樂器（如古箏）在入門學(xué)習(xí)階段存在的聲音干擾、入門學(xué)習(xí)難度大，指法力度難易掌握，以及在教學(xué)過程中多采用一對一授課模式，教學(xué)效率低等問題，研制出一種新型電子古箏及其集體教學(xué)系統(tǒng)。 基本思路： 該作品由電子古箏、無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)終端機和教學(xué)輔助學(xué)習(xí)軟件系統(tǒng)組成。電子古箏改變傳統(tǒng)古箏依靠空氣振動的發(fā)聲結(jié)構(gòu)，采用電子技術(shù)、微型傳感器技術(shù)、信號與信息處理技術(shù)將聲信號轉(zhuǎn)化為電信號，實現(xiàn)正常練習(xí)時幾乎不發(fā)聲；該電子古箏可通過無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)終端機實現(xiàn)無線組網(wǎng)，與配套的學(xué)習(xí)軟件結(jié)合使用，實現(xiàn)一對多的教學(xué)模式，解決樂器教學(xué)效率低的難題。 創(chuàng)新點： 1.采用電子技術(shù)、微型傳感器技術(shù)、信號與信息處理技術(shù)將聲信號轉(zhuǎn)化為電信號，消除樂器練習(xí)時相互干擾的現(xiàn)象。 2.練習(xí)時樂器幾乎不發(fā)聲，傳感器將聲信號轉(zhuǎn)化為電信號，再經(jīng)音頻放大器放大，學(xué)生戴上耳機可聆聽自己的曲子。 3.教師可通過操作無線網(wǎng)絡(luò)終端機實現(xiàn)一對多的教學(xué)模式。 技術(shù)關(guān)鍵： 1.研制微型傳感器，將之安裝在琴弦，把彈奏出的聲轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)電子電路處理、音效合成產(chǎn)生與傳統(tǒng)樂器相似的音質(zhì)音效； 2.外接音頻設(shè)備將電信號放大，使學(xué)生通過耳機聆聽自己的曲子； 3.無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，實現(xiàn)一對多的教學(xué)模式。 技術(shù)指標(biāo)： 1.傳感器：8 *5（mm），噪音小于20分貝； 2.無線有效傳輸距離：30-100米； 3.通信信道:20個； 4.彈撥樂器網(wǎng)絡(luò)教練室：可同時滿足20人上課，練習(xí)演奏時互不干擾。
科學(xué)性、先進性
- 本項目采用先進的微電子技術(shù)對傳統(tǒng)的彈撥樂器進行改革，解決長期困擾彈撥樂器教學(xué)中的許多關(guān)鍵問題： 1.該彈撥樂器電子教學(xué)系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)彈撥樂器依靠氣流推動空氣振動的發(fā)聲原理，利用傳感器將氣流振動轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺瑴p少了練習(xí)過程中產(chǎn)生的噪聲干擾。 2.利用外接音頻設(shè)備對電信號進行放大，學(xué)生可通過耳機自己聆聽，大大減少了傳統(tǒng)彈撥樂器練習(xí)過程中相互間產(chǎn)生的干擾。 3.教師可以通過操作終端機對每個學(xué)生單獨進行指導(dǎo)，實現(xiàn)一對多的教學(xué)模式，解決了以往因一對一的教學(xué)而產(chǎn)生的場地不足、教學(xué)費用高等問題。 4.有效地解決現(xiàn)代舞臺移動表演問題。通過精心設(shè)計，實現(xiàn)了彈撥音樂的無線傳輸、放大功能，這樣就給表演者以極大的舞臺靈活性，使現(xiàn)代舞臺移動表演問題得到較為滿意的解決。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品 現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 使用說明： 1.使用者打開電源開關(guān)，系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)。 2.根據(jù)功能鍵選擇，進入自主練習(xí)和集體教學(xué)模式； 3.參照音樂教材，在該產(chǎn)品中預(yù)制短樂句，利用比對功能判斷初學(xué)者模仿的是否準確，并給予指導(dǎo)，從而使學(xué)生循序漸進地學(xué)習(xí)，逐步提高。 技術(shù)特點和優(yōu)勢： 本產(chǎn)品采用模塊化設(shè)計，可進行標(biāo)準化生產(chǎn)，成本低，使用極為方便。 適應(yīng)范圍及前景預(yù)測： 本產(chǎn)品和學(xué)習(xí)軟件可以運用到相關(guān)的彈撥樂器如琵琶、柳琴、揚琴等民族樂器中。目前國內(nèi)外尚無同類產(chǎn)品面市。由于該項目對傳統(tǒng)樂器進行了大膽創(chuàng)新，對提高樂器教學(xué)效率和質(zhì)量都有較好的推動作用，該產(chǎn)品面向大眾的設(shè)計理念及物美價廉的特點符合時代發(fā)展趨勢，具有較強的競爭力。
同類課題研究水平概述
- 隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，人們對精神生活的要求也愈來愈高，彈撥樂器也成為人們業(yè)余生活的選擇之一。在傳統(tǒng)的彈撥樂器教學(xué)過程中主要采用一對一的教學(xué)模式，該模式存在效率低，練習(xí)時產(chǎn)生噪音相互干擾、自學(xué)時出錯難以察覺等問題，本系統(tǒng)利用現(xiàn)代微電子技術(shù)對傳統(tǒng)古箏進行改造而成的微音古箏，在保留傳統(tǒng)古箏特色的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了樂音的有線、無線傳輸和放大功能，解決了彈奏中產(chǎn)生的噪音問題；同時基于DSP平臺，應(yīng)用微處理器開發(fā)的輔助教學(xué)系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)古箏教學(xué)過程中難于上集體課而產(chǎn)生的教學(xué)場地緊張、教學(xué)效率低等問題，編制出的學(xué)習(xí)軟件給學(xué)習(xí)者的自學(xué)帶來很大便利。 日本研制出了電子鋼琴，解決了鋼琴教學(xué)中存在的問題，使多個學(xué)生可以在同一個教室上課。我們研制的電子彈撥樂器，就是為了解決彈撥樂器教學(xué)效率低和練習(xí)場地少的難題。目前，市場上還出現(xiàn)了電子琴、電琵琶等電子樂器，均旨在改善這些彈撥樂器在演奏及教學(xué)過程中產(chǎn)生的類似問題。
