一种基于光电信息的木钢琴弹奏检测方法技术

本申请涉及钢琴教学技术领域，尤其涉及一种基于光电信息的木钢琴弹奏检测方法。包括：安装传感器；通过传感器对对照弹奏过程进行采样，得到光电对照信号集；分别对每个光电对照信号进行强弱分析和节奏分析，得到光电对照信号分析结果，以及建立弹奏检测模型；通过传感器对实际弹奏过程进行采样，得到光电实际信号集；输入光电实际信号集至弹奏检测模型，所述弹奏检测模型以光电对照信号集为检测依据对光电实际信号集中每个光电实际信号进行强弱检测和节奏检测，输出弹奏过程中基于时序的关于琴键的检测结果。本申请的弹奏检测模型对是否准确按动琴键，以及按动琴键后时相应的光电实际信号的强弱和节奏进行检测，由此可实现全面检测。面检测。面检测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光电信息的木钢琴弹奏检测方法


[0001]本申请涉及钢琴教学
，尤其涉及一种基于光电信息的木钢琴弹奏检测方法。

技术介绍

[0002]在钢琴教育领域中，演奏者在独自练习或是在课上练习时，常常难以定量地把握弹奏时琴键的正确度、强弱和节奏等要素。为此，市面上出现了一些通过琴键对弹奏是否正确进行检测的检测技术装置。
[0003]然而，市面上的同领域产品大部分集中在电钢琴与电子琴的装置上；而木钢琴因其制造工艺的特殊性，导致难以在上面增添相关的检测装置，即使将相关的检测装置勉强增添到木钢琴上，存在以下缺陷：
[0004]1、检测装置与木钢琴原有机械结构耦合度过高。在改造木钢琴时，可能存在破坏木钢琴原有机械结构的风险。
[0005]2、采集的信息要素较少。当前的木钢琴或电子琴琴键检测技术只能对琴音的正确度与节奏进行反馈，不能检测出强弱与情感色彩等信息要素。

技术实现思路

[0006]本申请提供了一种基于光电信息的木钢琴弹奏检测方法，能够解决现有的应用到木钢琴上弹奏检测装置存在的与木钢琴耦合度过高以及采集的信息要素较少的问题。
[0007]本申请的技术方案是一种基于光电信息的木钢琴弹奏检测方法，所述方法包括：
[0008]S1：根据木钢琴中的琴键安装传感器；
[0009]S2：确定若干个目标曲目，以及基于预设的采样周期，通过传感器对木钢琴正确弹奏目标曲目时的对照弹奏过程进行采样，得到每个目标曲目的对照弹奏过程中基于时序的关于被按压的琴键的光电对照信号集；
[0010]S3：分别对光电对照信号集中的每个光电对照信号进行强弱分析和节奏分析，得到光电对照信号分析结果，以及基于光电对照信号分析结果建立基于若干个目标曲目的弹奏检测模型；
[0011]S4：基于预设的采样周期，通过传感器对木钢琴实际弹奏目标曲目时的实际弹奏过程进行采样，得到实际弹奏过程中基于时序的关于被按压的琴键的光电实际信号集；
[0012]S5：输入光电实际信号集至弹奏检测模型，所述弹奏检测模型以光电对照信号集为检测依据对光电实际信号集中每个光电实际信号进行强弱检测和节奏检测，输出弹奏过程中基于时序的关于琴键的检测结果。
[0013]可选地，所述步骤S1包括：
[0014]S11：根据木钢琴中的琴键安装传感器，每个琴键对应两个传感器；
[0015]以及，所述步骤S2包括：
[0016]S21：确定目标曲目，以及基于预设的采样周期，通过传感器对木钢琴正确弹奏目
标曲目时的对照弹奏过程进行采样，得到对照弹奏过程中基于时序的关于被按压的琴键的包括若干个初始光电对照信号的初始光电对照信号集；
[0017]每个初始光电对照信号包括：在预设的采样周期中，弹奏过程中被按压的琴键对应的两个传感器分别得到的初始光电对照子信号；
[0018]S22：依次对初始光电对照信号集中的若干个初始光电对照子信号进行去噪处理、标准化处理和整合处理，得到若干个光电对照信号，以及相应地得到光电对照信号集；
[0019]以及，所述步骤S4包括：
[0020]S41：基于预设的采样周期，通过传感器对木钢琴实际弹奏目标曲目时的实际弹奏过程进行采样，得到实际弹奏过程中基于时序的关于被按压的琴键的包括若干个初始光电实际信号的初始光电实际信号集；
[0021]每个初始光电实际信号包括：在预设的采样周期中，弹奏过程中被按压的琴键对应的两个传感器分别得到的初始光电实际子信号；
[0022]S42：依次对初始光电实际信号集中的若干个初始光电实际子信号进行去噪处理、标准化处理和整合处理，得到若干个光电实际信号，以及相应地得到光电实际信号集。
[0023]可选地，所述步骤S22包括：
[0024]S221：基于小波变换原理的去噪处理公式，分别对若干个初始光电对照子信号进行去噪处理，得到若干个去噪光电对照子信号和相应的去噪光电对照信号集；
[0025]基于小波变换原理的去噪处理公式如下所示：
[0026]S(t)＝f(t)+ke(t)，t＝0，1，2，...n；
[0027]式中，S(t)表示采集到的包含噪声信号的初始光电对照子信号或者表示采集到的包含噪声信号的初始光电实际子信号，f(t)表示去噪光电对照子信号或者表示去噪光电实际子信号，e(t)为噪声信号，k为噪声强度，t为小波分解的层数；
[0028]运算过程中，通过小波变换原理消去公式中的e(t)，用于重构f(t)，使得S(t)＝f(t)；
[0029]S222：根据光电信号的标准化公式对去噪光电对照子信号进行标准化处理，得到若干个标准光电对照子信号和相应的标准光电对照信号集；
[0030]光电信号的标准化公式如下所示：
[0031]f(t)'＝(f(t)
‑
max)/(max
‑
min)；
[0032]其中，max表示去噪光电对照子信号的在最大值或者表示去噪光电实际子信号的最大值，min表示去噪光电对照子信号的在最小值或者表示去噪光电实际子信号的最小值；f(t)'表示标准光电对照子信号或者表示标准光电实际子信号；
[0033]S223：整合相应于每个琴键的两个标准光电对照子信号，得到若干个光电对照信号和相应的光电对照信号集。
[0034]可选地，所述步骤S223包括：
[0035]S2231：确定相应于每个琴键的两个标准光电对照子信号，以及计算相应于每个琴键的两个标准光电对照子信号之间的相关性，得到相关性矩阵；
[0036]计算相关性矩阵的公式如下所示：
[0037][0038]式中，d12表示相应于每个琴键的两个标准光电对照子信号之间的相关性矩阵或者相应于每个琴键的两个标准光电实际子信号之间的相关性矩阵；
[0039]x
1k
和x
2k
分别表示相应于每个琴键的两个标准光电对照子信号或者表示相应于每个琴键的两个标准光电实际子信号；
[0040]k表示第k个琴键，n表示琴键的总数量；
[0041]S2232：根据相关性矩阵，建立对应的协方差矩阵，以及对协方差矩阵进行归一化处理，得到协方差的绝对值；
[0042]S2233：确定协方差的绝对值阈值为0.8，以及将协方差的绝对值与0.8进行比较，如果大于0.8，对相应于每个琴键的两个标准光电对照子信号进行合并，得到光电对照信号；
[0043]如果小于0.8，计算相应于每个琴键的两个标准光电对照子信号的融合值，以及以融合值作为光电对照信号；
[0044]计算融合值的公式如下所示：
[0045]U＝min(U1,U2)；
[0046]U1＝A1+(a2‑
a1)(a2‑
A1)
T
，U2＝A2+(a1‑
a2)(a1‑
A2)
T
；
[0047]式中，U本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光电信息的木钢琴弹奏检测方法，其特征在于，所述方法包括：S1：根据木钢琴中的琴键安装传感器；S2：确定若干个目标曲目，以及基于预设的采样周期，通过传感器对木钢琴正确弹奏目标曲目时的对照弹奏过程进行采样，得到每个目标曲目的对照弹奏过程中基于时序的关于被按压的琴键的光电对照信号集；S3：分别对光电对照信号集中的每个光电对照信号进行强弱分析和节奏分析，得到光电对照信号分析结果，以及基于光电对照信号分析结果建立基于若干个目标曲目的弹奏检测模型；S4：基于预设的采样周期，通过传感器对木钢琴实际弹奏目标曲目时的实际弹奏过程进行采样，得到实际弹奏过程中基于时序的关于被按压的琴键的光电实际信号集；S5：输入光电实际信号集至弹奏检测模型，所述弹奏检测模型以光电对照信号集为检测依据对光电实际信号集中每个光电实际信号进行强弱检测和节奏检测，输出弹奏过程中基于时序的关于琴键的检测结果。2.根据权利要求1所述的一种基于光电信息的木钢琴弹奏检测方法，其特征在于，所述步骤S1包括：S11：根据木钢琴中的琴键安装传感器，每个琴键对应两个传感器；以及，所述步骤S2包括：S21：确定若干个目标曲目，以及基于预设的采样周期，通过传感器对木钢琴正确弹奏目标曲目时的对照弹奏过程进行采样，得到每个目标曲目的对照弹奏过程中基于时序的关于被按压的琴键的包括若干个初始光电对照信号的初始光电对照信号集；每个初始光电对照信号包括：在预设的采样周期中，弹奏过程中被按压的琴键对应的两个传感器分别得到的初始光电对照子信号；S22：依次对初始光电对照信号集中的若干个初始光电对照子信号进行去噪处理、标准化处理和整合处理，得到若干个光电对照信号，以及相应地得到光电对照信号集；以及，所述步骤S4包括：S41：基于预设的采样周期，通过传感器对木钢琴实际弹奏目标曲目时的实际弹奏过程进行采样，得到实际弹奏过程中基于时序的关于被按压的琴键的包括若干个初始光电实际信号的初始光电实际信号集；每个初始光电实际信号包括：在预设的采样周期中，弹奏过程中被按压的琴键对应的两个传感器分别得到的初始光电实际子信号；S42：依次对初始光电实际信号集中的若干个初始光电实际子信号进行去噪处理、标准化处理和整合处理，得到若干个光电实际信号，以及相应地得到光电实际信号集。3.根据权利要求2所述的一种基于光电信息的木钢琴弹奏检测方法，其特征在于，所述步骤S22包括：S221：基于小波变换原理的去噪处理公式，分别对若干个初始光电对照子信号进行去噪处理，得到若干个去噪光电对照子信号和相应的去噪光电对照信号集；基于小波变换原理的去噪处理公式如下所示：S(t)＝f(t)+ke(t)，t＝0，1，2，...n；式中，S(t)表示采集到的包含噪声信号的初始光电对照子信号或者表示采集到的包含
噪声信号的初始光电实际子信号，f(t)表示去噪光电对照子信号或者表示去噪光电实际子信号，e(t)为噪声信号，k为噪声强度，t为小波分解的层数；运算过程中，通过小波变换原理消去公式中的e(t)，用于重构f(t)，使得S(t)＝f(t)；S222：根据光电信号的标准化公式对去噪光电对照子信号进行标准化处理，得到若干个标准光电对照子信号和相应的标准光电对照信号集；光电信号的标准化公式如下所示：f(t)'＝(f(t)
‑
max)/(max
‑
min)；其中，max表示去噪光电对照子信号的在最大值或者表示去噪光电实际子信号的最大值，min表示去噪光电对照子信号的在最小值或者表示去噪光电实际子信号的最小值；f(t)'表示标准光电对照子信号或者表示标准光电实际子信号；S223：整合相应于每个琴键的两个标准光电对照子信号，得到若干个光电对照信号和相应的光电对照信号集。4.根据权利要求3所述的一种基于光电信息的木钢琴弹奏检测方法，其特征在于，所述步骤S223包括：S2231：确定相应于每个琴键的两个标准光电对照子信号，以及计算相应于每个琴键的两个标准光电对照子信号之间的相关性，得到相关性矩阵；计算相关性矩阵的公式如下所示：式中，d
12
表示相应于每个琴键的两个标准光电对照子信号之间的相关性矩阵或者相应于每个琴键的两个标准光电实际子信号之间的相关性矩阵；x
1k
和x
2k
分别表示相应于每个琴键的两个标准光电对照子信号或者表示相应于每个琴键的两个标准光电实际子信号；k表示第k个琴键，n表示琴键的总数量；S2232：根据相关性矩阵，建立对应的协...

【专利技术属性】
技术研发人员：娄刚宁，李骏，苑景熙，王音合，朱旭升，张宗达，薛兴政，吴建豪，江琳艺，郑源樟，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：