一種聲樂教學演唱技能檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種聲樂教學演唱技能檢測系統(tǒng)，包括聲音采集模塊，喉頭位置檢測模塊，特征信號采集模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，聲音處理模塊，音高提取器，節(jié)拍提取器，泛音特征提取模塊，音符音高和音符時值模型構(gòu)建模塊，演唱技能初級評估模塊，演唱技能綜合評估模塊，專家決策模塊，中央處理器。本發(fā)明基于計算機系統(tǒng)完成了整個聲樂技能檢測過程中的數(shù)據(jù)的采集以及評估，自動化程度高，且涉及面廣，可一次性完成喉頭的位置及穩(wěn)定性情況、聲音的音色情況、音頻穿透力情況、泛音運用情況以及吐字在發(fā)聲中的保持情況的檢測分析，從而可以得出針對性的培訓方案。
【專利說明】
一種聲樂教學演唱技能檢測系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及聲樂教學領(lǐng)域，具體涉及一種聲樂教學演唱技能檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在音樂教育的教學過程中，主要課程包括樂理、視唱、練耳、聲樂、器樂、歌曲寫作、舞臺表演、心理學等，其中的聲樂訓練，目的在于培養(yǎng)并發(fā)展學生對聲樂技能的的掌握以及運用能力，目前現(xiàn)有技術(shù)中大多通過教師進行人工的評定，一定程度會出現(xiàn)偏差，且很多演唱技能無法進行檢測，比如喉頭的位置判定、聲音穿透力的判定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述問題，本發(fā)明提供了種聲樂教學演唱技能檢測系統(tǒng)，基于計算機系統(tǒng)完成了整個聲樂技能檢測過程中的數(shù)據(jù)的采集以及評估，自動化程度高，且涉及面廣，可一次性完成喉頭的位置及穩(wěn)定性情況、聲音的音色情況、音頻穿透力情況、泛音運用情況以及吐字在發(fā)聲中的保持情況的檢測分析，從而可以得出針對性的培訓方案。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0005]—種聲樂教學演唱技能檢測系統(tǒng)，包括:
[0006]聲音采集模塊，用于采集外界的音頻數(shù)據(jù)，并將采集到的音頻數(shù)據(jù)發(fā)送到聲音處理模塊；
[0007]喉頭位置檢測模塊，用于安裝在彈力頸套內(nèi)的若干薄膜壓力傳感器進行壓力數(shù)據(jù)的采集，并將采集到的數(shù)據(jù)通過北斗模塊發(fā)送到數(shù)據(jù)處理模塊；
[0008]特征信號采集模塊，用于按照預設(shè)頻率通過傳感器組采集發(fā)聲者的特征信號，并將采集到的特征信號通過北斗模塊發(fā)送到數(shù)據(jù)處理模塊，所述特征信號包括聲門下壓、聲門氣流和聲級；
[0009]數(shù)據(jù)處理模塊，用于接收特征信號，通過聲門下壓法和波流指數(shù)法分別對特征信號進行計算，獲得兩種算法下的發(fā)聲效率，按照預設(shè)的算法輸出音頻穿透力評估結(jié)果，并以聲門下壓法測量結(jié)果為橫坐標，以波流指數(shù)法測量結(jié)果為縱坐標建立聲帶振動發(fā)聲效率坐標圖；還用于接收薄膜壓力傳感器所采集到的壓力數(shù)據(jù)，并根據(jù)預設(shè)的算法進行喉頭位置的輸出；
[0010]聲音處理模塊，用于對采集到的音頻進行消噪處理；
[0011]音高提取器，用于從消噪處理聲音信號的音頻幀中提取音高；
[0012]節(jié)拍提取器，用于從音高提取器獲取音頻幀的音高，累積分析音頻幀的音高變化情況，判斷出其中包含的旋律段后提取該旋律段的節(jié)拍信息；
[0013]泛音特征提取模塊，用于從消噪處理聲音信號的音頻幀中提取泛音特征數(shù)據(jù)，并將提取的特征數(shù)據(jù)發(fā)送到演唱技能綜合評估模塊；
[0014]音符音高和音符時值模型構(gòu)建模塊，用于根據(jù)預先建立的音符音高模型集，利用提取的音高分別計算出當前音頻幀屬于所述音符音高模型集中各個音符音高模型的概率值，根據(jù)計算的概率值以及音符音高模型集對當前音頻幀進行音符音高模型匹配識別，若當前音頻幀與其前一相鄰音頻幀分屬不同的音符音高模型時，記錄下當前音頻幀號;在按照上述方式依序處理完采集到的音頻的所有音頻幀后，確定出采集到的音頻所對應(yīng)的音符音高模型序列以及序列中各個音符音高模型的起始音頻幀號，計算出所述各個音符音高模型各自所持續(xù)的音頻幀數(shù);根據(jù)預先建立的音符時值模型集，從確定的音符音高模型序列中依次選取出一個音符音高模型，利用其所持續(xù)的音頻幀數(shù)分別計算出所述音符音高模型屬于所述音符時值模型集中各個音符時值模型的概率值，進行音符時值模型匹配識別;在按照上述方式依序處理完所確定的全部音符音高模型序列后，得出采集到的音頻所包含的各個音符音高模型序列以及各個音符音高模型持續(xù)音頻幀數(shù)所對應(yīng)的音符時值模型，形成一組〈音符音高模型，音符時值模型〉序列；
[0015]演唱技能初級評估模塊，用于將所得的〈音符音高模型，音符時值模型〉序列與標準序列數(shù)據(jù)庫內(nèi)的模型序列進行對比計算后輸出演唱技能初級評估結(jié)果；
[0016]演唱技能綜合評估模塊，用于通過預設(shè)的算法根據(jù)音高提取器、節(jié)拍提取器、泛音特征提取模塊所提取的數(shù)據(jù)，演唱技能初級評估模塊所得的初級評估結(jié)果以及數(shù)據(jù)處理模塊所得的音頻穿透力評估結(jié)果、喉頭位置變化數(shù)據(jù)進行演唱技能的綜合評估，并將評估結(jié)果發(fā)送到顯示屏進行顯示；
[0017]專家決策模塊，用于通過人工專家根據(jù)演唱技能綜合評估模塊的評估結(jié)果進行培訓方案的輸出；
[0018]中央處理器，用于協(xié)調(diào)上述各模塊進行工作。
[0019]優(yōu)選地，所述傳感器組包括口腔氣壓傳感器、口腔氣流傳感器和麥克風。
[0020]優(yōu)選地，所述音符音高模型集包含分別為處于低八度、中八度、高八度區(qū)段中的各個標準音符以及一個靜音所建立的模型。
[0021]優(yōu)選地，所述評估結(jié)果結(jié)果包括喉頭的位置及穩(wěn)定性情況、聲音的音色情況、音頻穿透力情況、泛音運用情況以及吐字在發(fā)聲中的保持情況。
[0022]優(yōu)選地，所述顯示屏內(nèi)設(shè)有
[0023]繪圖模塊，用于根據(jù)喉頭位置檢測模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、音高提取器、節(jié)拍提取器、泛音特征提取模塊所采集到的數(shù)據(jù)生成各種曲線；
[0024]回歸計算模塊，用于通過不同函數(shù)對繪圖模塊所繪制的曲線進行回歸計算；
[0025]技能情況評估模塊，用于將繪圖模塊所繪制的曲線與原標準曲線的對比分析進行技能情況的評估，并將輸出評估結(jié)果。
[0026]優(yōu)選地，還包括一數(shù)據(jù)庫，用于儲存整個檢測過程中所采集以及發(fā)生的數(shù)據(jù)。
[0027]優(yōu)選地，還包括人機操作界面，用于輸入信息調(diào)用命令，所述中央處理器根據(jù)信息調(diào)用命令，從存儲單元中調(diào)用人們所需的數(shù)據(jù)信息。
[0028]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0029]基于計算機系統(tǒng)完成了整個聲樂技能檢測過程中的數(shù)據(jù)的采集以及評估，自動化程度高，且涉及面廣，可一次性完成喉頭的位置及穩(wěn)定性情況、聲音的音色情況、音頻穿透力情況、泛音運用情況以及吐字在發(fā)聲中的保持情況的檢測分析，從而可以得出針對性的培訓方案。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明實施例一種聲樂教學演唱技能檢測系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。
[0031 ]圖2為本發(fā)明實施例喉頭位置檢測模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0032]為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0033]如圖1所示，本發(fā)明實施例提供了一種聲樂教學演唱技能檢測系統(tǒng)，包括:
[0034]聲音采集模塊，用于采集外界的音頻數(shù)據(jù)，并將采集到的音頻數(shù)據(jù)發(fā)送到聲音處理模塊;可采用麥克風；
[0035]喉頭位置檢測模塊，用于安裝在彈力頸套內(nèi)的若干薄膜壓力傳感器進行壓力數(shù)據(jù)的采集，并將采集到的數(shù)據(jù)通過北斗模塊發(fā)送到數(shù)據(jù)處理模塊;如圖2所示，薄膜壓力傳感器I為多個，相鄰兩個膜壓力傳感器之間的距離為2-5_，通過粘合層固定安裝在彈力頸套2內(nèi)，彈力頸套2采用具有彈力的棉布材質(zhì)，在使用的時候，將薄膜壓力傳感器I面放置在喉頭上，然后在進行演唱時，通過薄膜壓力傳感器I進行壓力值的測定，且每個薄膜壓力傳感器I內(nèi)設(shè)有北斗模塊，通過短報文通訊的方式完成數(shù)據(jù)的傳輸；
[0036]特征信號采集模塊，用于按照預設(shè)頻率通過傳感器組采集發(fā)聲者的特征信號，并將采集到的特征信號通過北斗模塊發(fā)送到數(shù)據(jù)處理模塊，所述特征信號包括聲門下壓、聲門氣流和聲級;通過口腔氣壓傳感器、口腔氣流傳感器和麥克風分別進行聲門下壓、聲門氣流和聲級的米集；
[0037]數(shù)據(jù)處理模塊，用于接收特征信號，通過聲門下壓法和波流指數(shù)法分別對特征信號進行計算，獲得兩種算法下的發(fā)聲效率，按照預設(shè)的算法輸出音頻穿透力評估結(jié)果，并以聲門下壓法測量結(jié)果為橫坐標，以波流指數(shù)法測量結(jié)果為縱坐標建立聲帶振動發(fā)聲效率坐標圖；還用于接收薄膜壓力傳感器所采集到的壓力數(shù)據(jù)，并根據(jù)預設(shè)的算法進行喉頭位置的輸出；
[0038]聲音處理模塊，用于對采集到的音頻進行消噪處理；
[0039]音高提取器，用于從消噪處理聲音信號的音頻幀中提取音高；
[0040]節(jié)拍提取器，用于從音高提取器獲取音頻幀的音高，累積分析音頻幀的音高變化情況，判斷出其中包含的旋律段后提取該旋律段的節(jié)拍信息；
[0041]泛音特征提取模塊，用于從消噪處理聲音信號的音頻幀中提取泛音特征數(shù)據(jù)，并將提取的特征數(shù)據(jù)發(fā)送到演唱技能綜合評估模塊；
[0042]音符音高和音符時值模型構(gòu)建模塊，用于根據(jù)預先建立的音符音高模型集，利用提取的音高分別計算出當前音頻幀屬于所述音符音高模型集中各個音符音高模型的概率值，根據(jù)計算的概率值以及音符音高模型集對當前音頻幀進行音符音高模型匹配識別，若當前音頻幀與其前一相鄰音頻幀分屬不同的音符音高模型時，記錄下當前音頻幀號;在按照上述方式依序處理完采集到的音頻的所有音頻幀后，確定出采集到的音頻所對應(yīng)的音符音高模型序列以及序列中各個音符音高模型的起始音頻幀號，計算出所述各個音符音高模型各自所持續(xù)的音頻幀數(shù);根據(jù)預先建立的音符時值模型集，從確定的音符音高模型序列中依次選取出一個音符音高模型，利用其所持續(xù)的音頻幀數(shù)分別計算出所述音符音高模型屬于所述音符時值模型集中各個音符時值模型的概率值，進行音符時值模型匹配識別;在按照上述方式依序處理完所確定的全部音符音高模型序列后，得出采集到的音頻所包含的各個音符音高模型序列以及各個音符音高模型持續(xù)音頻幀數(shù)所對應(yīng)的音符時值模型，形成一組〈音符音高模型，音符時值模型〉序列；
[0043]演唱技能初級評估模塊，用于將所得的〈音符音高模型，音符時值模型〉序列與標準序列數(shù)據(jù)庫內(nèi)的模型序列進行對比計算后輸出演唱技能初級評估結(jié)果；
[0044]演唱技能綜合評估模塊，用于通過預設(shè)的算法根據(jù)音高提取器、節(jié)拍提取器、泛音特征提取模塊所提取的數(shù)據(jù)，演唱技能初級評估模塊所得的初級評估結(jié)果以及數(shù)據(jù)處理模塊所得的音頻穿透力評估結(jié)果、喉頭位置變化數(shù)據(jù)進行演唱技能的綜合評估，并將評估結(jié)果發(fā)送到顯示屏進行顯示；
[0045]專家決策模塊，用于通過人工專家根據(jù)演唱技能綜合評估模塊的評估結(jié)果進行培訓方案的輸出；
[0046]中央處理器，用于協(xié)調(diào)上述各模塊進行工作。
[0047]所述音符音高模型集包含分別為處于低八度、中八度、高八度區(qū)段中的各個標準音符以及一個靜音所建立的模型。
[0048]所述評估結(jié)果結(jié)果包括喉頭的位置及穩(wěn)定性情況、聲音的音色情況、音頻穿透力情況、泛音運用情況以及吐字在發(fā)聲中的保持情況。
[0049]所述顯示屏內(nèi)設(shè)有
[0050]繪圖模塊，用于根據(jù)喉頭位置檢測模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、音高提取器、節(jié)拍提取器、泛音特征提取模塊所采集到的數(shù)據(jù)生成各種曲線；
[0051]回歸計算模塊，用于通過不同函數(shù)對繪圖模塊所繪制的曲線進行回歸計算；
[0052]技能情況評估模塊，用于將繪圖模塊所繪制的曲線與原標準曲線的對比分析進行技能情況的評估，并將輸出評估結(jié)果。
[0053]還包括一數(shù)據(jù)庫，用于儲存整個檢測過程中所采集以及發(fā)生的數(shù)據(jù)。
[0054]還包括人機操作界面，用于輸入信息調(diào)用命令，所述中央處理器根據(jù)信息調(diào)用命令，從存儲單元中調(diào)用人們所需的數(shù)據(jù)信息，可采用觸控屏。
[0055]其中，數(shù)據(jù)處理模塊至少包括前置放大電路，低通濾波電路和工頻濾波電路;傳感器組以及薄膜壓力傳感器的輸出端與前置放大電路的輸入端相連，前置放大電路的輸出端與低通濾波電路的輸入端相連，低通濾波電路的輸出端與工頻濾波電路的輸入端相連，工頻濾波電路的輸出端與演唱技能綜合評估模塊的輸入端相連。
[0056]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種聲樂教學演唱技能檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括: 聲音采集模塊，用于采集外界的音頻數(shù)據(jù)，并將采集到的音頻數(shù)據(jù)發(fā)送到聲音處理模塊； 喉頭位置檢測模塊，用于安裝在彈力頸套內(nèi)的若干薄膜壓力傳感器進行壓力數(shù)據(jù)的采集，并將采集到的數(shù)據(jù)通過北斗模塊發(fā)送到數(shù)據(jù)處理模塊； 特征信號采集模塊，用于按照預設(shè)頻率通過傳感器組采集發(fā)聲者的特征信號，并將采集到的特征信號通過北斗模塊發(fā)送到數(shù)據(jù)處理模塊，所述特征信號包括聲門下壓、聲門氣流和聲級； 數(shù)據(jù)處理模塊，用于接收特征信號，通過聲門下壓法和波流指數(shù)法分別對特征信號進行計算，獲得兩種算法下的發(fā)聲效率，按照預設(shè)的算法輸出音頻穿透力評估結(jié)果，并以聲門下壓法測量結(jié)果為橫坐標，以波流指數(shù)法測量結(jié)果為縱坐標建立聲帶振動發(fā)聲效率坐標圖；還用于接收薄膜壓力傳感器所采集到的壓力數(shù)據(jù)，并根據(jù)預設(shè)的算法進行喉頭位置的輸出； 聲音處理模塊，用于對采集到的音頻進行消噪處理； 音高提取器，用于從消噪處理聲音信號的音頻幀中提取音高； 節(jié)拍提取器，用于從音高提取器獲取音頻幀的音高，累積分析音頻幀的音高變化情況，判斷出其中包含的旋律段后提取該旋律段的節(jié)拍信息； 泛音特征提取模塊，用于從消噪處理聲音信號的音頻幀中提取泛音特征數(shù)據(jù)，并將提取的特征數(shù)據(jù)發(fā)送到演唱技能綜合評估模塊； 音符音高和音符時值模型構(gòu)建模塊，用于根據(jù)預先建立的音符音高模型集，利用提取的音高分別計算出當前音頻幀屬于所述音符音高模型集中各個音符音高模型的概率值，根據(jù)計算的概率值以及音符音高模型集對當前音頻幀進行音符音高模型匹配識別，若當前音頻幀與其前一相鄰音頻幀分屬不同的音符音高模型時，記錄下當前音頻幀號;在按照上述方式依序處理完采集到的音頻的所有音頻幀后，確定出采集到的音頻所對應(yīng)的音符音高模型序列以及序列中各個音符音高模型的起始音頻幀號，計算出所述各個音符音高模型各自所持續(xù)的音頻幀數(shù);根據(jù)預先建立的音符時值模型集，從確定的音符音高模型序列中依次選取出一個音符音高模型，利用其所持續(xù)的音頻幀數(shù)分別計算出所述音符音高模型屬于所述音符時值模型集中各個音符時值模型的概率值，進行音符時值模型匹配識別;在按照上述方式依序處理完所確定的全部音符音高模型序列后，得出采集到的音頻所包含的各個音符音高模型序列以及各個音符音高模型持續(xù)音頻幀數(shù)所對應(yīng)的音符時值模型，形成一組〈音符音高模型，音符時值模型〉序列； 演唱技能初級評估模塊，用于將所得的〈音符音高模型，音符時值模型〉序列與標準序列數(shù)據(jù)庫內(nèi)的模型序列進行對比計算后輸出演唱技能初級評估結(jié)果； 演唱技能綜合評估模塊，用于通過預設(shè)的算法根據(jù)音高提取器、節(jié)拍提取器、泛音特征提取模塊所提取的數(shù)據(jù)，演唱技能初級評估模塊所得的初級評估結(jié)果以及數(shù)據(jù)處理模塊所得的音頻穿透力評估結(jié)果、喉頭位置變化數(shù)據(jù)進行演唱技能的綜合評估，并將評估結(jié)果發(fā)送到顯示屏進行顯示； 專家決策模塊，用于通過人工專家根據(jù)演唱技能綜合評估模塊的評估結(jié)果進行培訓方案的輸出； 中央處理器，用于協(xié)調(diào)上述各模塊進行工作。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聲樂教學演唱技能檢測系統(tǒng)，其特征在于，其特征在于，所述傳感器組包括口腔氣壓傳感器、口腔氣流傳感器和麥克風。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聲樂教學演唱技能檢測系統(tǒng)，其特征在于，其特征在于，所述音符音高模型集包含分別為處于低八度、中八度、高八度區(qū)段中的各個標準音符以及一個靜音所建立的模型。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聲樂教學演唱技能檢測系統(tǒng)，其特征在于，其特征在于，所述評估結(jié)果結(jié)果包括喉頭的位置及穩(wěn)定性情況、聲音的音色情況、音頻穿透力情況、泛音運用情況以及吐字在發(fā)聲中的保持情況。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聲樂教學演唱技能檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示屏內(nèi)設(shè)有 繪圖模塊，用于根據(jù)喉頭位置檢測模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、音高提取器、節(jié)拍提取器、泛音特征提取模塊所采集到的數(shù)據(jù)生成各種曲線； 回歸計算模塊，用于通過不同函數(shù)對繪圖模塊所繪制的曲線進行回歸計算； 技能情況評估模塊，用于將繪圖模塊所繪制的曲線與原標準曲線的對比分析進行技能情況的評估，并將輸出評估結(jié)果。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聲樂教學演唱技能檢測系統(tǒng)，其特征在于，還包括一數(shù)據(jù)庫，用于儲存整個檢測過程中所采集以及發(fā)生的數(shù)據(jù)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聲樂教學演唱技能檢測系統(tǒng)，其特征在于，還包括人機操作界面，用于輸入信息調(diào)用命令，所述中央處理器根據(jù)信息調(diào)用命令，從存儲單元中調(diào)用人們所需的數(shù)據(jù)信息。
【文檔編號】G09B15/00GK106097828SQ201610665552
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月12日 公開號201610665552.3, CN 106097828 A, CN 106097828A, CN 201610665552, CN-A-106097828, CN106097828 A, CN106097828A, CN201610665552, CN201610665552.3
【發(fā)明人】戈麗珠, 戈麗芳, 祖晶
【申請人】淮陰師范學院