本发明涉及计算机领域，特别是一种利用计算机软件自动教学乐器和唱歌的方法。

背景技术：

随着家庭生活质量的提高，越来越多的家庭希望孩子掌握多方面知识，包括学习乐器和唱歌，但是在学习乐器或唱歌时，聘请老师的费用较高，并且老师一般都会选择一对多进行教学，无法精确照顾到每个学生，影响学生的学习效率，并且在回家练习时，无法知道自己练习的效果如何，而且弹得再好或唱得再好也只是一个人独奏或独唱、没有交响乐伴奏，这些因素都影响学生的学习质量和兴趣。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种利用计算机软件自动教学乐器和唱歌的方法。

实现上述目的本发明的技术方案为，一种利用计算机软件自动教学乐器和唱歌的方法，包括如下步骤，

步骤一、构建软件合成器：对各种乐器的声音进行采样和滤波得到不同声音的物理仿真模型，对这些模型用软件算法实现模拟这些乐器的发声，实现声音的合成器，使得各种乐器的声音信号能够输入输出，并将合成器软件存储在计算机内，

步骤二、编辑音乐音符：将音乐编曲成为交响乐，将交响乐数字化成国际标准MIDI文件、对交响乐的各种乐器以及各种乐器的左右手的演奏分别使用不同的通道，并且添加每个音符对应的歌词TEXT文件，然后将上述两种文件加密压缩打包成小尺寸的多米索DMS文件，将对应的文件存储在计算机内，

步骤三、制作瀑谱：由软件根据对应的乐器自动生成与琴键对应的琴键窗口，不同的通道的音符采用不同的颜色进行区分，根据不同通道的音符按照时间越早位置越靠下、音符的持续时间值使用颜色竖条或图案的方式生成对应的瀑谱，并将其在电脑桌面的软件界面上进行显示，

步骤四、设计琴键特别的钢琴：将琴键延长到用户对面一侧的边缘，这样当钢琴摆放到屏幕前面的时候，实体琴键可以完全顶到屏幕上、屏幕瀑谱上一一对应的软件琴键上的按键提示直接指示对应的实体琴键，

步骤五、设计高度可调的钢琴：由于不同电视机这样的屏幕距离地面的高度不一样，从而，钢琴距离地面的高度需要可以调整，并且安全稳定；所以，将钢琴的支架的高度设计为多块木板，

步骤六、切换模式：根据用户不同的需求，可将其切换为软件示范弹琴模式、软件教学弹琴模式或软件游戏弹琴模式，

步骤七、声音识别：使用麦克风将乐器或唱歌的声音实时采集，由滤波器消除杂音，使用快速傅里叶变换和小波分析获得该声音的一个或多个基准频率，最后针对前面已按上述方式获得的一个或多个基准频率序列进行整理和分析，获得尽可能准确的当前声音的基准频率信息，根据当前声音的基准频率信息的时间序列，判断用户当前是正按下琴键，或是持续按住琴键，或是无声状态，将这些已获得的按键消息发送到软件琴键窗口的软件钢琴键盘或软件模拟的乐器界面上，模拟按键状态。

所述步骤一中的合成器兼容国际标准MIDI，能够与国际标准MIDI的输入输出互通，实现对接国际MIDI标准的电子乐器、软音源、硬音源、发声装置。

所述步骤一内的计算机包括电脑主板、中央处理器CPU及制冷系统、内存条、硬盘、USB接口、音视频外接输入输出接口。

所述步骤三内的电脑的显示器只是显示电脑桌面的屏幕的一种，能够显示电脑桌面显示屏、电视机、投影仪都适合本发明。

所述步骤五内的木板的高度分别为1cm、2cm、4cm、8cm、16cm、32cm、64cm，后面一块木板的高度是前一块木板的两倍，

所述步骤七内的乐器可以是任何乐器或由唱歌代替。

利用本发明的技术方案制作的利用计算机软件自动教学乐器和唱歌的方法，通过家中常备的显示屏、电视机、投影仪等屏幕硬件设备显示电脑桌面，并通过软件进行教学，实现随时随地一对一教学，并且此方式可以提升学生的学习兴趣，提高学习效率，将后面一块木板的高度设为前一块木板的两倍，通过以2为底的幂级数多项式展开的方法，可以由用户任意堆垒多块木板而实现1cm至127cm内的任意整数高度。

附图说明

图1是本发明所述利用计算机软件自动教学乐器和唱歌的方法的流程示意图；

图2是本发明所述钢琴的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-2所示。

在本实施方案中，第一步、准备：对各种乐器的声音建立物理仿真模型，对这些模型用软件算法调用实现模拟这些乐器的发声，实现声音的合成器，将音乐编曲成为交响乐，数字化成国际标准MIDI文件，对交响乐的各种乐器以及各种乐器的左右手的演奏分别使用不同的通道，并且添加每个音符对应的歌词TEXT文件，然后将上述两种文件加密压缩打包成小尺寸的多米索DMS文件，根据对应的乐器和音乐由软件自动生成对应的瀑谱，在此过程中，可通过声音识别基准频率的方法对多种乐器的声音进行收集，便于进行教学，

第二步、设计琴键特别的钢琴：将琴键延长到用户对面一侧的边缘，这样当钢琴摆放到屏幕前面的时候，实体琴键可以完全顶到屏幕上、屏幕瀑谱上一一对应的软件琴键上的按键提示直接指示对应的实体琴键，在此过程中，便于用户跟随屏幕上一一对应的琴键提示进行弹琴，教学效果更好，

第三步、设计高度可调的钢琴：将钢琴的支架的高度设计为多块木板，这些木板的高度分别为：1cm、2cm、4cm、8cm、16cm、32cm、64cm，以此类推，后面一块木板的高度是前一块木板的两倍，在此过程中，通过以2为底的幂级数多项式展开的方法，可以由用户任意堆垒多块木板而实现1cm至127cm内的任意整数高度，以便于钢琴的琴键和屏幕瀑谱上的琴键能够一一对齐，钢琴距离地面的高度需要可以调整，并且安全稳定，

第四步、模式选择：将钢琴摆放在屏幕前方，使得物理琴键与屏幕上的软件琴键一一对应，调整钢琴高度，将物理琴键高度置于屏幕上的软件琴键窗口下方，使用者根据需要选择对应的教弹模式：在软件示范弹琴模式时，瀑谱往下流动和播放音符，这些音符对应的颜色条往下面流过对应的实体琴键的用户另一侧，便于用户实时观察；在软件教学弹琴模式时，瀑谱往下流动和播放音符，这些音符对应的颜色条直接“落到”对应的实体琴键上，便于用户实时观察；在软件教学弹琴模式时，用户可以选择设置一个或多个通道用于教学弹琴；用户没有选择的通道自动播放，选择的那些通道的音符则不发声，并且需要等待用户全部按对了这些通道的音符，瀑谱才继续往下流动和播放其他音符；由于用户可以任意修改调整屏幕上的软件琴键窗口上的钢琴琴键的长、宽、位置，所以，如果屏幕上的软件琴键窗口上面的软件琴键的宽度和用户正在弹的实体钢琴的琴键左右对齐，并且实体钢琴的琴键尽可能接触到屏幕，实现琴键窗口上面的软件琴键和实体琴键进行一一对应，则可以实现自动教学弹琴；在软件游戏弹琴模式时，用户选择的通道的音符不等待用户按对了才继续往下播放、只管往下持续不断地播放，而是在这些音符达到琴键窗口最上边缘附近的时候，判断用户对该音符的按键时间，根据时间差的多少统计得分，而且还可以根据用户按键的时间长短与该音符对应的颜色条往下流动的时间差统计得分，还可以根据用户按键的力度与该音符的力度的差统计得分；弹的时候统计已经播放过了的时间已经一共得了多少分数，从而实现用户弹琴的时候感觉像在打游戏一样，增加了趣味性和挑战性，同时便于检测弹奏的效果，在此过程中，通过选取不同模式，便于对使用者进行更好的教学，并且增加了趣味性，上述的钢琴实体也可以是其他乐器，因为实体钢琴琴键和其他乐器的音符对应的按点都是音乐中音符的发声按键，只要按对了这些乐器的音符的发声按键，即可实现上述的各种弹琴模式；上述的音符颜色条可以使用图案代替，增加趣味性，

第五步、声音识别：在使用者弹钢琴或弹其他乐器或唱歌时，由麦克风将声音实时采集，并由滤波器消除杂音，将处理后的声音信号传送到计算机内，通过软件分析计算获得声音对应的基准频率信息，由计算机判断使用者此时实体琴键的按键或音符的发声状态，同时显示上述识别获得的用户弹的琴键的基准频率信息与这个琴键对应的标准音之间的差别数值，并将获得的状态信息发送到软件琴键窗口上，模拟按键状态并显示，在此过程中，使用者可精确地看到自身弹琴或唱歌的状态，便于实时调整声音的节奏、音准、音色。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。