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。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(shè)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。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。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，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。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；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)對音頻信號的時域一頻域變換以便于分析處理的；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(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(luò)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(shè)計中的一些傳統(tǒng)認識與做法。電容在EMC設(shè)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(shè)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。