摘 要：根據(jù)目前拉弦樂學習入門難、提高難、集體授課難且學習成本高的現(xiàn)狀，介紹一種基于仿真微音電子琴碼的拉弦樂教學系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用機械振動、共振及LC諧振原理設計的仿真微音電子琴碼取代了傳統(tǒng)拉弦樂器的琴碼及諧振腔。仿真微音電子琴碼把弦振動轉(zhuǎn)換成電信號輸入到微處理器中，由微處理器進行鑒頻，其配合不同的電子元件和不同的材料與結(jié)構(gòu)，可仿真出不同拉弦樂器的音色。微處理器采用Altera公司的CycloneⅡ系列FPGA設計的32位NIOS Ⅱ軟核，并采用DSP軟核和硬件FFT進行算法處理和數(shù)字濾波。實踐表明：該系統(tǒng)具有減少噪聲污染，降低學習入門難度，便于集體授課和舞臺表演等優(yōu)點，在集體授課中極大地提高了教學效率并取得舞臺表演理想的效果。

關(guān)鍵詞：拉弦樂；微音;濾波器；教學系統(tǒng)

中圖分類號：TN15文獻標識碼：A文章編號：1004373X(2008)2016603

Study about the StringedMusic Teaching System Based on the

Vivid Electronic QinMa with Microphony

YANG Shuqiang，YU Chengbo

( Research Institute of Remote Test Control，Chongqing Institute of Technology，Chongqing，400050，China)

Abstract：According to the actuality that the stringed music study is difficult to access and improve.It is also hard to teach in groups，and cost of the study is dearness.A kind of system which is applied to the stringed music teaching is introduced.The system is based on mechanical vibration，resonance and LC resonance principle.The vivid electronic QinMa with microphony replaces the structure of the traditional QinMa and resonance cavity，transforming the vibration of strings to electrical signal.The signal is sent to the microprocessor，and it′s frequency is discriminated by the microprocessor.It can also emulate the tone of different kinds of stringed instruments by being assigned with different kind of electronic components，replacing material and modifying its structure.Microprocessor based on 32-bit Nios Ⅱ soft core，regarding CycloneII FPGA of ALTERA Company as the core is used.DSP soft core is embedded and FFT on hardware design is introduced to precess algorithms and digital filter.Practice certificates that the system takes advantage in noise pollution reduction，accidence study lower，teaching groups convenience and arena performance，which has greatly improved the teaching efficiency，and has got perfect stage performace effect.

Keywords：stringed music;microphony;filter;teaching system

1 引 言

在初學者用傳統(tǒng)拉弦樂器練習演奏時，難免會發(fā)出較大且難聽的聲音，事實上，即使演奏水平達到一定程度也會產(chǎn)生噪聲污染。特別是樂器教學，當多個學生在一起練習時，產(chǎn)生的聲音既會相互干擾，也會干擾鄰近教室的教學^［1］。初學者在沒有教師手把手指導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一的教學模式，教學效率低下，學習成本較高。傳統(tǒng)樂器在舞臺表演時多采用有線或無線MIC來完成音頻的采集，這就難免會引入環(huán)境噪聲干擾，降低舞臺表演效果。這就迫切需要一種新的方案來減小練習時的噪音污染、降低初學者的學習難度、提高教學效率和舞臺表演效果。

利用機械振動、共振及LC諧振原理設計的仿真微音電子琴碼，是一個封閉的柱體，對外界發(fā)出的聲音很小，有效降低了噪音污染。其輸出信號直接為電信號，排除了環(huán)境噪聲對信號的影響^［2，3］。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轉(zhuǎn)換成電信號輸入到微處理器中，由微處理器進行鑒頻，與教學軟件中預制的標準信號進行比較分析，從而給出比較結(jié)果并為練習者予以提示指導^［4，5］。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，更使拉弦樂與舞臺音響的連接不便得以解決，給舞臺表演帶來極大方便。

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、教學輔助裝置和教師控制臺3部分組成如圖1所示。

其工作原理是：教師控制臺上有n個與學生人數(shù)對應的按鈕開關(guān)，分別控制學生輔助教學裝置的連接，教師可以監(jiān)聽某一學生的演奏或指導學生練習。n個按鈕開關(guān)對應n個學生終端接口，教師需要監(jiān)聽和指導哪個學生，就按哪個按鈕開關(guān)，教師的聲音通過話筒轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大后傳給那個學生，學生演奏的信號通過仿真微音琴碼轉(zhuǎn)換成電信號，由輔助教學裝置對信號進行采集處理，回傳給指導教師，以便教師監(jiān)聽指導。系統(tǒng)還可以提供定音、指法單音練習等功能，還可以按照音樂教材預置樂句，利用比對功能，判斷初學者模仿的是否正確，正確進級，不正確重來，從而使學生的學習徐徐漸進，步步提高，以便于學生自學。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^［2］，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。演奏時弦振動帶動弦振膜，改變空氣腔中的聲壓從而激勵電振膜，電振膜振動帶動線圈在磁場中振動產(chǎn)生電信號，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頻率，起到增強或抑制某一段頻率的作用^［3］。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)樂器進行學習訓練。

2.3 輔助教學裝置

輔助教學裝置由鍵盤、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。輔助教學裝置對來自仿真微音電子琴碼的音頻信號進行12 MHz 16位的高速高精度采樣^［4］；再利用4 096點FIR濾波器對輸入信號進行濾波以獲取高保真的音品效果；利用FFT實現(xiàn)對音頻信號的時域—頻域變換以便于分析處理的^［5］；然后再對獲取數(shù)據(jù)進行處理、分析，將結(jié)果顯示出來。輔助教學系統(tǒng)具備網(wǎng)絡數(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，選擇輔助教學裝置把從自仿真微音電子琴碼獲取的數(shù)據(jù)信號通過高穩(wěn)定性、高品質(zhì)、高性能的無線調(diào)頻發(fā)射模塊或教學網(wǎng)絡接口發(fā)送出去，以便用于舞臺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，輔助教學裝置中可預置訓練樂句。系統(tǒng)會先發(fā)出標準音，提示初學者進行模仿，將獲取的信號與庫中的標準信號進行比對分析，判斷初學者模仿的是否正確，正確則提示進級，不正確則提示錯誤所在并要求重新模仿。從而使學生的學習循序漸進，步步提高，特別適合與初學者在沒有教師在場時自學。拉弦類樂器的定音問題不僅是初學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。輔助教學裝置具有樂器定音功能，可以幫助使用者快速準確地定音。輔助教學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、音準判別功能、助教提示功能、錄音等功能，不論是對于初學者還是對于演奏者，學習和表演效果比傳統(tǒng)形式強很多。

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系統(tǒng)已在教學實踐中獲得滿意效果，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、西北民族大學等的多名專家的認可和贊賞。

由于基于仿真微音電子琴碼的拉弦樂教學系統(tǒng)具有以下主要優(yōu)點：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；提供集體授課單獨指導的課堂教學模式從而大大提高教學效率；有效地解決現(xiàn)代舞臺移動表演問題；軟件可升級，可編制技巧性曲子，引導學生自學提高。因而具有良好的社會前景和廣闊的市場前景。

不斷糾正或放棄電容在EMC設計中的一些傳統(tǒng)認識與做法。電容在EMC設計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設計中的作用，及時了解相關(guān)研究的新進展，及時采用新技術(shù)，是非常重要的。

參考文獻

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［2］周小東.錄音工程師手冊——現(xiàn)代錄音技術(shù)叢書\\.北京:中國廣播電視出版社，2006.

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［4］郭書軍，王玉花，葛紉秋.嵌入式處理器原理及應用——Nios系統(tǒng)設計和C語言編程\\.北京:清華大學出版社，2004.

［5］Vinay K.Ingle，\\John G.Proakis.Digital Signal Processing\\.劉樹棠，譯.西安：西安交通大學出版社，2002.

［6］鄒崇濤，盧志華.NiosⅡ系統(tǒng)在數(shù)字式心電診監(jiān)測設備中的應用\\.現(xiàn)代電子技術(shù)，2006，29(18):18-19，27.

作者簡介 楊數(shù)強 男，1979年出生，重慶工學院，碩士研究生。研究方向為信號與信息處理。

余成波 男，1965年出生，教授，重慶大學工學博士，中北大學博士生導師，重慶工學院碩士生導師。研究方向為遠程測試與控制技術(shù)、信號與信息處理。