乐器演奏分析和评测方法技术

本发明专利技术提供一种乐器演奏分析方法，包括音频采集；对采集到的采样样本进行加Hanning窗；使用FFTW变换库得到频域谱图；在处理频域谱图过程中忽略高度较小的频率进行降噪，对具有波峰特征的位置进行处理，得到并记录该点的频率；处理所有波峰特征，得到相应频率列表；根据按键的标准频率对照表，得出演奏谱表。评测的方法为，获取标准音频格式；根据标准音频格式得到标准谱表；将演奏谱表与标准谱表进行比较，实现对用户的演奏进行评测。通过采用以上方法，能够实时指导反馈，更加有效地指导用户进行自学。即使没有老师指导的环境中也能够完成自学。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及演奏技巧学习领域，特别是一种乐器演奏分析和评测方法，适用于敲击类的演奏乐器，例如键盘乐器中的钢琴、电子琴，打击乐器中的架子鼓、云锣。
技术介绍
当前学习乐器，例如钢琴的学习过程中，评价一位学生的钢琴演奏是否存在问题，一般采取由专业老师在一旁聆听指导的方法，而此种方法需要老师进行一对一辅导，效率较低，耗费大量人力、时间资源，人工成本较高。应用市场上存在一些针对电子钢琴的教学应用，而此类应用的使用范围只能针对电子钢琴，应用范围狭窄，而且只能对钢琴按键键位进行指导，不具备完整的分析评价技术，无法处理钢琴在用户的演奏过程中出现的各种问题。例如中国专利文献CN103531189A，一种用于智能电钢琴的演奏评价器，即公开了一种用于智能电钢琴的演奏评价器，通过程序构建在智能电钢琴的主控制器中，演奏评价器接收智能电钢琴主控制器中乐曲文件解析器输出的MIDI事件作为参考事件，以及接收智能电钢琴主控制器中MIDI音序器输出的MIDI事件作为输入事件，通过将输入事件与参考事件进行比较，从而对用户的演奏进行评估。这需要乐器具有相应的电子化输入装置。中国专利文献CN101777341A，公开了一种在乐器上进行音乐演奏练习的音乐演奏练习装置及方法，也需要专门的电子化输入器件，这不能用于普通非电子化乐器的演奏练习中。网络上存在一些对已经弹奏完成的录制音频处理分析的方法，但是此方法不能够做到实时处理，无法对学习者进行实时指导，效果较差。现有的演奏技法难以进行量化，使用户很难对演奏技巧及时进行纠正。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种乐器演奏分析方法，能够实时获取用户在非电子化乐器上的演奏谱表。本专利技术所要解决的另一技术问题是提供一种乐器演奏的评测方法，能够评价用户演奏的按键准确度，优选的方案中，还能够评测用户的节奏准确度和演奏按键力度。导电滑环，能够在抽油机的减速器与曲柄之间的狭窄位置安装，并能够可靠的传导动力电源和控制电信号。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种乐器演奏分析方法，包括以下步骤：一、音频采集；二、对采集到的采样样本进行加Hanning窗；三、使用FFTW变换库对加窗后的样本进行实数到实数的FFT变换，得到double数组M，M数组的长度为L；由L、采样率fs可以计算出f(Hz)的频率在数组M中对应的位置，并得到频域谱图；四、在处理频域谱图过程中忽略高度较小的频率进行降噪，对具有波峰特征的位置进行处理，得到并记录该点的频率；五、处理所有波峰特征，得到相应频率列表；六、根据按键的标准频率对照表，得出演奏谱表。优选的，步骤四中，忽略因音频频率较为接近而无法识别的按键，以特殊标志代替。优选的，步骤四中，对跨八度和弦的基波、谐波同化处理；若两个或多个波峰特征高度相差低于设定阀值，则判定为同时出现；若两个或多个波峰特征高度相差高于设定阀值，则同化为较高波峰特征的频率。优选的，对于非跨八度和弦，对和弦产生的各个合格波峰特征均进行记录。一种采用上述的乐器演奏分析方法进行评测的方法，包括以下步骤：一、获取标准音频格式；二、根据标准音频格式得到标准谱表；三、采集用户演奏音频，得到演奏谱表；四、将演奏谱表与标准谱表进行比较，实现对用户的演奏进行评测。优选的，步骤一中，将不是wav格式的音频文件转化为wav格式。优选的，步骤二中，从文件中获取比特率Rb，单位：bps；由比特率Rb可以计算出采样率fs；根据采样率按照与演奏谱表的同等时间读取该音频文件的字节流得到采样样本；对采集到的采样样本进行加Hanning窗；使用FFTW变换库对加窗后的样本进行实数到实数的FFT变换，得到double数组M，M数组的长度为L；则由L、fs可以计算出f(Hz)的频率在数组M中对应的位置，并得到频域谱图；在处理频域谱图过程中忽略高度较小的频率进行降噪，对具有波峰特征的位置进行处理，得到并记录该点的频率；处理所有波峰特征，得到相应频率列表；根据按键的标准频率对照表，得出标准谱表。优选的，在演奏谱表进行FFT变换的过程中，转换时间控制在小于200ms。优选的，获取标准谱表和演奏谱表中每个按键的初始时间点，比较标准谱表与演奏谱表中各个按键的初始时间点的差异，得到演奏节奏的评测。优选的，获取标准谱表和演奏谱表中每个按键的音量大小，以沿音轨布置的水平柱状图表示，比较标准谱表与演奏谱表中各个按键的音量大小，得到演奏按键力度的评测。随着Android、iPhone等智能手机的推广、普及和完善，APP应用的发展迎来了前所未有的机遇，而在此背景下，智能手机提供的音频获取通道为本专利技术提供了资源获取的基础支持，除此之外还用到以下技术：1、频域与时域的相互转换：使用了由MIT的M.Frigo和S.Johnson开发的开源FFTW变换库；2.JAVA、Swift编程技术：使用了由Google公司、苹果公司提供编程技术。本专利技术提供的一种乐器演奏分析和评测方法，通过采用以上的方案，具有以下的有益效果：1、本专利技术是软件层技术，适用于各种编程语言，可以实现例如Android、iPhone和windows等多平台适配。2、本专利技术通过计算机软件实现了节约人力、时间的目的，使得用户可以随时随地，即使在没有老师指导的环境中也能够完成自学。3、本专利技术通过实时得出的演奏谱表，通过实时指导反馈，能够更加有效地指导用户进行自学。4、本专利技术采用自动化处理方式，可以更加高效的适应多种敲击类乐器，例如钢琴、架子鼓，更多的曲目，拥有更加广泛的适用性。5.本专利技术是基于频率分析的技术，对于任何一台标准的钢琴，无论钢琴新旧好坏，只要钢琴本身发出的声音是标准的，就不会对程序处理产生影响。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：图1为本专利技术中频域及降噪处理示意图。图2为钢琴按键与频率对照表。图3为本专利技术中评测方法的流程示意图。图4为本专利技术中标准谱表与用户实时的演奏谱表进行比较的示意图。图5为本专利技术中标准谱表的节奏与用户实时的演奏谱表的节奏进行比较的示意图。图6为本专利技术中标准谱表的音量与用户实时的演奏谱表的音量进行比较的示意图。具体实施方式实施例1：如图1、3中，一种乐器演奏分析方法，包括以下步骤：一、音频采集；本例中采用操作系统为Android或iPhone的智能设备，例如手机、平板等设备作为硬件，以录音的方式进行采集。硬件设备对声音的采样率，不同硬件是不同的，但每个设备自身都有其固定的值：fs（采样率），单位Hz（赫兹）。硬件设备在采样过程中的拥有一个最短采样时间：t单位：s（秒），即硬件设备每t秒采样一次，由此可以计算出一次采样得到的样本数。二、对采集到的采样样本进行加Hanning窗；优选的，本例中，h(n)=0.5－0.5×cos（2πn／(N-1)）(0≤n＜N－1)或h(n)=0(其他)其中n为单个样本，N为窗口大小。三、使用FFTW变换库对加窗后的样本进行实数到实数的FFT变换，得到double数组M，M数组的长度为L；由L、fs可以计算出f(Hz)的频率在数组M中对应的位置，并得到频域谱图，如图1中所示。四、在处理频域谱图过程中忽略高度较小的频率进行降噪，对具有波峰特征的位置进行处理，得到并记录该点的频率；如图1中所示，低于1/2高度线以下的波峰均被忽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种乐器演奏分析方法，其特征是包括以下步骤：一、音频采集；二、对采集到的采样样本进行加Hanning窗；三、使用FFTW变换库对加窗后的样本进行实数到实数的FFT变换，得到double数组M，M数组的长度为L；由L、采样率fs可以计算出f(Hz)的频率在数组M中对应的位置，并得到频域谱图；四、在处理频域谱图过程中忽略高度较小的频率进行降噪，对具有波峰特征的位置进行处理，得到并记录该点的频率；五、处理所有波峰特征，得到相应频率列表；六、根据按键的标准频率对照表，得出演奏谱表。

【技术特征摘要】
1.一种乐器演奏分析方法，其特征是包括以下步骤：一、音频采集；二、对采集到的采样样本进行加Hanning窗；三、使用FFTW变换库对加窗后的样本进行实数到实数的FFT变换，得到double数组M，M数组的长度为L；由L、采样率fs可以计算出f(Hz)的频率在数组M中对应的位置，并得到频域谱图；四、在处理频域谱图过程中忽略高度较小的频率进行降噪，对具有波峰特征的位置进行处理，得到并记录该点的频率；五、处理所有波峰特征，得到相应频率列表；六、根据按键的标准频率对照表，得出演奏谱表。2.根据权利要求1所述的一种乐器演奏分析方法，其特征是：步骤四中，忽略因音频频率较为接近而无法识别的按键，以特殊标志代替。3.根据权利要求1所述的一种乐器演奏分析方法，其特征是：步骤四中，对跨八度和弦的基波、谐波同化处理；若两个或多个波峰特征高度相差低于设定阀值，则判定为同时出现；若两个或多个波峰特征高度相差高于设定阀值，则同化为较高波峰特征的频率。4.根据权利要求1所述的一种乐器演奏分析方法，其特征是：对于非跨八度和弦，对和弦产生的各个合格波峰特征均进行记录。5.一种采用权利要求1~4任一项所述的乐器演奏分析方法进行评测的方法，其特征是包括以下步骤：一、获取标准音频格式；二、根据标准音频格式得到标准谱表；三、采集用户演奏音频，得到演奏谱表；四、将演奏谱表与标准谱表进行比较，实现对用...

【专利技术属性】
技术研发人员：向华，王琮，
申请(专利权)人：长江大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42