一种钢琴自动教学系统的制作方法

1.本发明涉及钢琴自动教学领域，特别是涉及一种钢琴自动教学系统。


背景技术：

2.现有的钢琴，演奏者提高演奏技巧较为困难，需要漫长的学习时间，耗费的精力和时间太多，在弹奏过程中需要老师多次的引导和纠错，而老师的精力有限，难以随时指导，对于纠错，也主要依靠老师的主观判断，存在纠错的不确定性，即弹奏是否正确，缺乏能够量化的指导或比较。这也是造成培训钢琴演奏的导师价格昂贵的原因，因此，需要一种能够记录演奏者的演奏方式，进而能针对下药的钢琴自动教学系统。


技术实现要素：

3.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种钢琴自动教学系统，能够自动获取钢琴乐曲学习音频和钢琴教学视频，并且基于钢琴乐曲学习音频进行钢琴教学演示；能够采集钢琴乐曲练习音频数据，并且钢琴乐曲练习音频数据进行分析纠错，获取个性化的学习推荐。
4.本发明提供一种钢琴自动教学系统，包括无线电子钢琴，与无线电子钢琴通讯连接的客户终端、与客户终端通讯连接的服务器；所述无线电子钢琴包括钢琴本体，设置于钢琴本体上的电路板，所述电路板包括灯光提示器，音频播放器、音频采集器、显示器、控制器以及无线通讯模组；所述客户终端上设置有乐曲资源获取模块、音频获取模块、教学控制模块、音频纠错模块以及个性学习推荐模块；
5.所述乐曲资源获取模块：从服务器中获取钢琴乐曲学习音频和钢琴教学视频；
6.所述音频获取模块：从音频采集器获取钢琴乐曲练习音频；
7.所述教学控制模块：发送输入指令到控制器，通过控制器控制灯光提示器、音频播放器、音频采集器以及显示器工作；
8.所述音频纠错模块：将钢琴乐曲练习音频与对应的钢琴乐曲学习音频进行音频比较，获取错误音频片段；
9.所述个性学习推荐模块：根据预设时间段内的所有的错位音频片段，进行神经网络模型学习，判断薄弱学习点，并且根据薄弱学习点生成个性化的钢琴学习推荐。
10.于本发明的一实施例中，所述灯光提示器包括若干led提示灯，所述led提示灯设置于钢琴本体的按键上，通过led提示灯亮灭的位置和led提示灯亮灭的时长进行钢琴练习提示。
11.于本发明的一实施例中，所述音频播放器用于播放钢琴乐曲学习音频；所述显示器用于播放钢琴教学视频；所述音频采集器用于采集钢琴乐曲练习音频；所述无线通讯模组用于与服务器、客户终端通讯连接；所述控制器用于控制灯光提示器，音频播放器、音频采集器以及显示器工作。
12.于本发明的一实施例中，所述无线通讯模组包括wifi模块、4g模块以及nb-iot模
块。
13.于本发明的一实施例中，所述神经网络模型包括输入层、隐含层以及输出层；所述神经网络模型判断薄弱学习点之前，需要进行模型训练处理。
14.于本发明的一实施例中，所述模型训练处理步骤为：
15.采集若干错位音频片段作为训练集的特征数据，所述错位音频片段与预先判定的薄弱学习点一一对应；
16.通过输入层输入训练集的特征数据，并且通过隐含层对特征数据依次进行线性变换、非线性变换以及下采样；
17.3)通过输出层对薄弱学习点进行匹配，输出匹配度最高的薄弱学习点。
18.于本发明的一实施例中，所述个性学习推荐模块对若干薄弱学习点进行聚类统计，并且按照聚类统计的数量排列生成个性化的钢琴学习推荐。
19.如上所述，本发明的一种钢琴自动教学系统，具有以下有益效果：本发明能够自动获取钢琴乐曲学习音频和钢琴教学视频，并且基于钢琴乐曲学习音频进行钢琴教学演示；能够采集钢琴乐曲练习音频数据，并且钢琴乐曲练习音频数据进行分析纠错，获取个性化的学习推荐。
附图说明
20.图1显示为本发明实施例中公开的钢琴自动教学系统的结构框图。
21.图2显示为本发明实施例中公开的客户终端的结构框图。
22.图3显示为本发明实施例中公开的电路板的结构框图。
23.图4显示为本发明实施例中公开的神经网络模型的结构框图。
24.图5显示为本发明实施例中公开的神经网络模型的训练流程图。
25.图6显示为本发明实施例中公开的钢琴自动教学系统的工作流程图。
具体实施方式
26.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
27.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
28.请参阅图1，本发明提供一种钢琴自动教学系统，包括无线电子钢琴，与无线电子钢琴通讯连接的客户终端、与客户终端通讯连接的服务器；所述无线电子钢琴包括钢琴本体，设置于钢琴本体上的电路板，请参阅图3，所述电路板包括灯光提示器，音频播放器、音频采集器、显示器、控制器以及无线通讯模组；请参阅图2，所述客户终端上设置有乐曲资源获取模块、音频获取模块、教学控制模块、音频纠错模块以及个性学习推荐模块；
29.所述乐曲资源获取模块：从服务器中获取钢琴乐曲学习音频和钢琴教学视频；
30.所述音频获取模块：从音频采集器获取钢琴乐曲练习音频；
31.所述教学控制模块：发送输入指令到控制器，通过控制器控制灯光提示器、音频播放器、音频采集器以及显示器工作；
32.所述音频纠错模块：将钢琴乐曲练习音频与对应的钢琴乐曲学习音频进行音频比较，获取错误音频片段；
33.所述个性学习推荐模块：根据预设时间段内的所有的错位音频片段，进行神经网络模型学习，判断薄弱学习点，并且根据薄弱学习点生成个性化的钢琴学习推荐。
34.其中，所述灯光提示器包括若干led提示灯，所述led提示灯设置于钢琴本体的按键上，通过led提示灯亮灭的位置和led提示灯亮灭的时长进行钢琴练习提示。
35.具体的，所述音频播放器用于播放钢琴乐曲学习音频；所述显示器用于播放钢琴教学视频；所述音频采集器用于采集钢琴乐曲练习音频；所述无线通讯模组用于与服务器、客户终端通讯连接；所述控制器用于控制灯光提示器，音频播放器、音频采集器以及显示器工作。
36.其中，所述无线通讯模组包括wifi模块、4g模块以及nb-iot模块。
37.请参阅图4，所述神经网络模型包括输入层、隐含层以及输出层，所述输入层包括a个神经元，输出层包括b个神经元；隐含层共计三层，每层神经元个数依次为(3a 1)/4、(a 1)/2、(a 3b)/4。
38.所述神经网络模型判断薄弱学习点之前，需要进行模型训练处理。
39.请参阅图5，所述模型训练处理步骤为：
40.1)采集若干错位音频片段作为训练集的特征数据(包括x1，x2
……
xn)，所述错位音频片段与预先判定的薄弱学习点一一对应；
41.2)通过输入层输入训练集的特征数据，并且通过隐含层对特征数据依次进行线性变换、非线性变换以及下采样；
42.3)通过输出层对薄弱学习点进行匹配，输出匹配度最高的薄弱学习点(包括y1、y2
……
yn)。
43.具体的，所述个性学习推荐模块对若干薄弱学习点进行聚类统计，并且按照聚类统计的数量排列生成个性化的钢琴学习推荐。
44.请参阅图6，本发明的工作原理如下：
45.1.通过客户终端的乐曲资源获取模块获取服务器中预先存储的钢琴乐曲学习音频和钢琴教学视频；
46.2.通过教学控制模块对无线电子钢琴进行控制：
47.当需要进行钢琴乐曲学习音频的演示和钢琴教学视频播放时，发送输入指令到控制器，通过控制音频播放器和显示器进行钢琴乐曲学习音频播放和钢琴教学视频播放；
48.当需要进行钢琴乐曲学习音频练习时，发送输入指令到控制器，通过控制钢琴本体的按键上的led提示灯亮灭的位置和led提示灯亮灭的时长进行钢琴练习提示；
49.当需要进行纠错时，发送输入指令到控制器，通过控制音频采集器获取钢琴乐曲练习音频，并且通过音频纠错模块将钢琴乐曲练习音频与对应的钢琴乐曲学习音频进行音频比较，获取错误音频片段。
50.3.通过个性学习推荐模块对预设时间段内的所有的错位音频片段，进行神经网络模型学习，判断薄弱学习点，并且根据薄弱学习点生成个性化的钢琴学习推荐。
51.综上所述，本发明能够自动获取钢琴乐曲学习音频和钢琴教学视频，并且基于钢琴乐曲学习音频进行钢琴教学演示；能够采集钢琴乐曲练习音频数据，并且钢琴乐曲练习音频数据进行分析纠错，获取个性化的学习推荐。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
52.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。