1 引言

在初學(xué)者用傳統(tǒng)拉弦樂器練習(xí)演奏時(shí)，難免會(huì)發(fā)出較大且難聽的聲音，事實(shí)上，即使演奏水平達(dá)到一定程度也會(huì)產(chǎn)生噪聲污染。特別是樂器教學(xué)，當(dāng)多個(gè)學(xué)生在一起練習(xí)時(shí)，產(chǎn)生的聲音既會(huì)相互干擾，也會(huì)干擾鄰近教室的教學(xué)。初學(xué)者在沒有教師手把手指導(dǎo)的情況下也很難入門，更難以提高。教師授課一般只采用一對(duì)一的教學(xué)模式，教學(xué)效率低下，學(xué)習(xí)成本較高。傳統(tǒng)樂器在舞臺(tái)表演時(shí)多采用有線或無線MIC來完成音頻的采集，這就難免會(huì)引入環(huán)境噪聲干擾，降低舞臺(tái)表演效果。這就迫切需要一種新的方案來減小練習(xí)時(shí)的噪音污染、降低初學(xué)者的學(xué)習(xí)難度、提高教學(xué)效率和舞臺(tái)表演效果。

利用機(jī)械振動(dòng)、共振及LC諧振原理設(shè)計(jì)的仿真微音電子琴碼，是一個(gè)封閉的柱體，對(duì)外界發(fā)出的聲音很小，有效降低了噪音污染。其輸出信號(hào)直接為電信號(hào)，排除了環(huán)境噪聲對(duì)信號(hào)的影響。其配合不同的電子元件和不同的材料與結(jié)構(gòu)，可以仿真出不同拉弦樂器的音色，例如小提琴、大提琴、二胡琴、板胡琴、京胡琴、墜胡琴等音色。通過仿真微音電子琴碼把弦振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸入到微處理器中，由微處理器進(jìn)行鑒頻，與教學(xué)軟件中預(yù)制的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較分析，從而給出比較結(jié)果并為練習(xí)者予以提示指導(dǎo)。系統(tǒng)還集合了無線傳輸模塊、集體授課組網(wǎng)接口等。由于仿真微音電子琴碼本身具備電子化之功效，能夠輸出純凈的演奏音效，不但有利于教學(xué)，更使拉弦樂與舞臺(tái)音響的連接不便得以解決，給舞臺(tái)表演帶來極大方便。

2 系統(tǒng)總體構(gòu)成及基本原理

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)由仿真微音電子琴碼、教學(xué)輔助裝置和教師控制臺(tái)3部分組成如圖1所示。

其工作原理是：教師控制臺(tái)上有n個(gè)與學(xué)生人數(shù)對(duì)應(yīng)的按鈕開關(guān)，分別控制學(xué)生輔助教學(xué)裝置的連接，教師可以監(jiān)聽某一學(xué)生的演奏或指導(dǎo)學(xué)生練習(xí)。n個(gè)按鈕開關(guān)對(duì)應(yīng)n個(gè)學(xué)生終端接口，教師需要監(jiān)聽和指導(dǎo)哪個(gè)學(xué)生，就按哪個(gè)按鈕開關(guān)，教師的聲音通過話筒轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大后傳給那個(gè)學(xué)生，學(xué)生演奏的信號(hào)通過仿真微音琴碼轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由輔助教學(xué)裝置對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集處理，回傳給指導(dǎo)教師，以便教師監(jiān)聽指導(dǎo)。系統(tǒng)還可以提供定音、指法單音練習(xí)等功能，還可以按照音樂教材預(yù)置樂句，利用比對(duì)功能，判斷初學(xué)者模仿的是否正確，正確進(jìn)級(jí)，不正確重來，從而使學(xué)生的學(xué)習(xí)徐徐漸進(jìn)，步步提高，以便于學(xué)生自學(xué)。系統(tǒng)集成的高穩(wěn)定性、高品質(zhì)、高性能的無線模塊又可提供優(yōu)異的無線數(shù)據(jù)傳輸效果。

2.2 仿真微音電子琴碼

仿真微音電子琴碼結(jié)構(gòu)如圖2所示，固定支架可以把仿真微音電子琴碼安裝在相關(guān)的拉弦樂器中取代傳統(tǒng)的拉弦樂琴碼及共振腔。演奏時(shí)弦振動(dòng)帶動(dòng)弦振膜，改變空氣腔中的聲壓從而激勵(lì)電振膜，電振膜振動(dòng)帶動(dòng)線圈在磁場中振動(dòng)產(chǎn)生電信號(hào)，利用線圈的電感L再配一合適的電容C和電阻R形成LC諧振回路，可以改變電振膜的固有振動(dòng)頻率，起到增強(qiáng)或抑制某一段頻率的作用。改變仿真微音電子琴碼材料與結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)可以仿真板胡琴、二胡琴、墜胡琴、小提琴、大提琴、馬頭琴等的音色。安裝仿真微音電子琴碼的拉弦樂器在結(jié)構(gòu)和外形上保持與傳統(tǒng)拉弦樂器相仿，從而可以取代傳統(tǒng)樂器進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練。

2.3 輔助教學(xué)裝置

輔助教學(xué)裝置由鍵盤、顯示器和微控制處理器組成(如圖3所示)。采用集成度高的大規(guī)模集成電路，來實(shí)現(xiàn)整體控制和數(shù)據(jù)處理，從而大大節(jié)省空間并提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。輔助教學(xué)裝置對(duì)來自仿真微音電子琴碼的音頻信號(hào)進(jìn)行12 MHz 16位的高速高精度采樣；再利用4 096點(diǎn)FIR濾波器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波以獲取高保真的音品效果；利用FFT實(shí)現(xiàn)對(duì)音頻信號(hào)的時(shí)域一頻域變換以便于分析處理的；然后再對(duì)獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，將結(jié)果顯示出來。輔助教學(xué)系統(tǒng)具備網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接口和無線發(fā)射接口，用戶可以根據(jù)具體的需要，選擇輔助教學(xué)裝置把從自仿真微音電子琴碼獲取的數(shù)據(jù)信號(hào)通過高穩(wěn)定性、高品質(zhì)、高性能的無線調(diào)頻發(fā)射模塊或教學(xué)網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送出去，以便用于舞臺(tái)表演或教師集體授課。

2.4 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)工作流程如圖4所示，輔助教學(xué)裝置中可預(yù)置訓(xùn)練樂句。系統(tǒng)會(huì)先發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)音，提示初學(xué)者進(jìn)行模仿，將獲取的信號(hào)與庫中的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比對(duì)分析，判斷初學(xué)者模仿的是否正確，正確則提示進(jìn)級(jí)，不正確則提示錯(cuò)誤所在并要求重新模仿。從而使學(xué)生的學(xué)習(xí)循序漸進(jìn)，步步提高，特別適合與初學(xué)者在沒有教師在場時(shí)自學(xué)。拉弦類樂器的定音問題不僅是初學(xué)者必須面臨的倍感頭疼的問題，也是許多專業(yè)人士所必須面臨的棘手問題。輔助教學(xué)裝置具有樂器定音功能，可以幫助使用者快速準(zhǔn)確地定音。輔助教學(xué)裝置除具有定音功能外，還有節(jié)拍輸出功能、拾音功能、響度判斷功能、音準(zhǔn)判別功能、助教提示功能、錄音等功能，不論是對(duì)于初學(xué)者還是對(duì)于演奏者，學(xué)習(xí)和表演效果比傳統(tǒng)形式強(qiáng)很多。

3 總結(jié)及前景展望

基于仿真微音電子琴碼的拉弦樂電子輔助教學(xué)系統(tǒng)已在教學(xué)實(shí)踐中獲得滿意效果，仿真微音電琴碼的音純及音色效果也得到了洛陽二胡協(xié)會(huì)、西北民族大學(xué)等的多名專家的認(rèn)可和贊賞。

由于基于仿真微音電子琴碼的拉弦樂教學(xué)系統(tǒng)具有以下主要優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單生產(chǎn)成本較低；可以有效解決噪聲污染問題從而可隨身攜帶，在家庭、公共場所練習(xí)；提供集體授課單獨(dú)指導(dǎo)的課堂教學(xué)模式從而大大提高教學(xué)效率；有效地解決現(xiàn)代舞臺(tái)移動(dòng)表演問題；軟件可升級(jí)，可編制技巧性曲子，引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)提高。因而具有良好的社會(huì)前景和廣闊的市場前景。不斷糾正或放棄電容在EMC設(shè)計(jì)中的一些傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)與做法。電容在EMC設(shè)計(jì)中的作用大小與多種因素有關(guān)，且其中的很多因素一直在不斷的研究與變化中。所以，要充分發(fā)揮電容在EMC設(shè)計(jì)中的作用，及時(shí)了解相關(guān)研究的新進(jìn)展，及時(shí)采用新技術(shù)，是非常重要的。