本文介紹了市場上的鋼琴，并分析了一種智能鋼琴的軟件設(shè)計實現(xiàn)。下一篇文章將對智能鋼琴在教學(xué)中的應(yīng)用以及智能鋼琴的未來發(fā)展進行闡述和分析。

智能鋼琴是互聯(lián)網(wǎng)時代的一個全新概念。它將智能設(shè)備與應(yīng)用程序連接起來，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)，降低學(xué)習(xí)難度，讓鋼琴學(xué)習(xí)比傳統(tǒng)鋼琴更有趣。除了學(xué)習(xí)之外，學(xué)生課后還要做大量的練習(xí)。智能鋼琴完美解決了練習(xí)過程中專業(yè)指導(dǎo)的剛性需求。

目前市場上與鋼琴教學(xué)相關(guān)的智能產(chǎn)品有兩類。第一類是基于軟件的智能鋼琴產(chǎn)品，結(jié)合音樂聲音識別技術(shù)實現(xiàn)智能化。代表軟件是AI音樂學(xué)院；第二類是基于硬件的智能鋼琴產(chǎn)品。通過硬件采集用戶的表現(xiàn)數(shù)據(jù)，然后通過配套軟件對數(shù)據(jù)進行分析呈現(xiàn)。代表軟件有The One Smart Piano、Pianist、Find Piano。

由于音樂音調(diào)識別技術(shù)的限制，基于軟件的智能產(chǎn)品尚無法應(yīng)用于專業(yè)教學(xué)。在實際的鋼琴教學(xué)中，普遍使用基于硬件的智能產(chǎn)品。

1.基于硬件的智能鋼琴的分類及介紹基于硬件的智能鋼琴分為兩類：一類是與智能設(shè)備連接的鋼琴，另一類是智能設(shè)備與鋼琴巧妙融合的智能鋼琴。本文旨在分析第一種智能鋼琴系統(tǒng)，僅簡單介紹第二種智能鋼琴。

1、鋼琴與智能設(shè)備連接此類智能鋼琴將數(shù)碼鋼琴與手機、平板等設(shè)備連接，然后通過設(shè)備上的App進行鋼琴練習(xí)，形成人機交互，如下圖所示。

目前市面上提供的有The One智能鋼琴App、海倫鋼琴的鋼琴家App、羅蘭鋼琴的彩虹鋼琴App等。用戶可以操作智能設(shè)備學(xué)習(xí)練琴、聽音樂、搜索樂譜、獲取智能陪練和其他用戶體驗。

圖：鋼琴連接智能設(shè)備（來源：The one官網(wǎng)）

該款智能鋼琴通過觀看App中的教學(xué)視頻來學(xué)習(xí)樂理知識和鋼琴技巧。教學(xué)視頻由各大音樂院校的鋼琴教授或鋼琴導(dǎo)師錄制。比如《The One》的教學(xué)視頻是著名鋼琴家郎朗和中央音樂學(xué)院鋼琴老師錄制的，學(xué)生可以在家上大師課。

在陪練功能中，最常用的是追光模式。當(dāng)音符正確演奏時，指示燈會變成藍色或綠色，并前進到下一個音符。當(dāng)彈奏錯誤的音符時，指示燈會變成紅色并停留在當(dāng)前彈奏的音符上。追光模式可以幫助學(xué)習(xí)者在練習(xí)過程中熟悉關(guān)鍵位置，并在無人陪伴的情況下正確練習(xí)。

圖片跟隨燈光系統(tǒng)（來源：The one官網(wǎng)）

游戲功能可以提高學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)鋼琴的興趣。例如，The One Smart Piano App 中內(nèi)置了類似于節(jié)奏大師的音樂游戲。海倫鋼琴App內(nèi)置了推塔、找麻煩等游戲。游戲模式稱為瀑布流。用戶彈奏鋼琴，讓用戶在享受樂趣的同時規(guī)范指法練習(xí)并熟悉琴鍵位置。

2、鋼琴與智能設(shè)備結(jié)合第二類智能鋼琴是數(shù)碼鋼琴與傳統(tǒng)鋼琴相結(jié)合的新型鋼琴，如Find智能鋼琴、BOE智能鋼琴等，都是在傳統(tǒng)鋼琴的基礎(chǔ)上進行改造，消除了傳統(tǒng)鋼琴的缺點。按鍵的頂部。琴蓋和樂譜架化為高清大屏，可同時顯示4頁樂譜，如下圖。

該類型鋼琴操作簡單，使用方便。用戶通過點擊功能圖標(biāo)對應(yīng)的按鍵，即可完成搜索樂譜、觀看演奏或教學(xué)視頻等操作。

集成智能設(shè)備的鋼琴圖片（來源：找鋼琴官網(wǎng)）

功能上，APP可遠(yuǎn)程控制學(xué)習(xí)進度、自動表演演示、演奏表現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析為學(xué)習(xí)者提供精準(zhǔn)指導(dǎo)和建議，云平臺提供名師教學(xué)課程、視頻等海量資源。

該類型鋼琴具有較大的教學(xué)特點：

自動演奏，樂譜庫中的海量教學(xué)資源和名曲資源均由專業(yè)鋼琴教授錄制，突破教師自身演奏技巧的限制。學(xué)生可以欣賞到大師級的演奏，提高音樂欣賞水平。對于錄音和備課，鋼琴具有錄音和恢復(fù)功能。教師可以在課前提前錄制需要演示的軌跡，并在課堂上根據(jù)教學(xué)流程一一調(diào)用。播放課件可以播放老師制作的課件并從鋼琴輸出到電視屏幕上，提供音樂課的信息化教學(xué)。評價系統(tǒng)利用云平臺和大數(shù)據(jù)記錄每個學(xué)生在音樂課堂上的行為，如演奏狀態(tài)、班級統(tǒng)計、測試成績等，通過量化指標(biāo)為音樂教學(xué)提供綜合評價標(biāo)準(zhǔn)。

2、軟件設(shè)計方法本節(jié)介紹第一類智能鋼琴的軟件設(shè)計方法。

1、樂譜顯示方法智能鋼琴軟件系統(tǒng)首先要解決的是樂譜的顯示和同步播放。為了滿足智能鋼琴的需求，需要采用計算機樂譜制版技術(shù)制作數(shù)字樂譜，進而開發(fā)相應(yīng)的分析和再現(xiàn)技術(shù)。數(shù)字樂譜制作平臺有很多，比如Sibelius、Finale、Vexflow、Guido Engine等，它們都有自己獨特的功能。

在上述制作數(shù)字樂譜的工具中，最常用、最合適的通用樂譜交換格式是Music XML。 Music XML 是一種基于XML 的開放音樂文件格式，用于音樂交換和音樂分發(fā)。 Music XML 旨在創(chuàng)建一種通用的西方音樂記譜格式。

Music XML 有兩種類型的元素：一種用于標(biāo)識音樂應(yīng)如何播放。這些元素通?？捎糜趯?dǎo)出MIDI 文件。另一種類型用于識別音符在五線譜等上的位置，即音樂圖表。這些元素可以導(dǎo)出為XML 格式文件，F(xiàn)inale 軟件可以將它們呈現(xiàn)為可讀的音樂圖表。

從數(shù)字樂譜的顯示方式來看，可分為單層模式和雙層模式。

1）單層模式

單層模式使用專用的五線譜字體庫或樂譜符號圖片，在同一層顯示樂譜和播放標(biāo)記。樂譜信息可以從Music XML 中解析出來。

優(yōu)點：可以對程序中樂譜的顯示進行二次修改，比如改變音符的顏色，使其更有趣或者重新排列樂譜等。 缺點：由于樂譜上的所有信息都需要解析并重新顯示，程序設(shè)計難度大，復(fù)雜樂譜的顯示效果難以達到預(yù)期。 2）雙層模式

雙層模式包括兩層：背景層和顯示整個樂譜的前層。背景層為原始整個樂譜文件、圖片或PDF；其他標(biāo)記放置在前層。

優(yōu)點：可以完整還原樂譜的所有標(biāo)記和符號，可以有效減少對電腦性能的消耗。缺點：分?jǐn)?shù)不能修改兩次。

2、樂譜播放數(shù)字樂譜的一大優(yōu)點就是可以播放。播放時可以同步音樂的伴奏或其他部分的聲音，也可以調(diào)節(jié)播放速度。樂譜和伴奏的播放方式有兩種，即MIDI播放和音頻播放。

1）MIDI播放方式

MIDI文件體積小，可以節(jié)省大量的存儲空間和數(shù)據(jù)流量，而且MIDI文件易于編輯，因此可以在不降低音質(zhì)的情況下改變其播放速度。

但由于MIDI文件本身是無聲的，因此需要準(zhǔn)備軟件音源來配合。但平臺、操作系統(tǒng)、編程語言不同，實現(xiàn)音源播放的方法和遇到的問題也不同，所以開發(fā)相對困難。

2）音頻播放方法

音頻播放不需要聲源，也可以使用真實的樂器錄音。還原感和音質(zhì)都會比MIDI播放更好。音頻一般為wav、mp3等格式，因此占用的存儲空間和數(shù)據(jù)流量會大大增加。改變音頻速度后，音質(zhì)會明顯下降，并且可能會出現(xiàn)延遲，不利于顯示和播放的同步。

3、糾錯和評分機制智能鋼琴最聰明的地方在于它可以實現(xiàn)演奏過程中的自動糾錯和自動評分。在智能鋼琴的評審體系中，批評的要點包括準(zhǔn)確性、力度、節(jié)奏和時機。

1) 準(zhǔn)確度

準(zhǔn)確性批評可分為漏音、多音和錯音。其過程是：

目前還沒有相關(guān)的論文或理論來支持權(quán)重的確定，所以這也是量化音樂評價標(biāo)準(zhǔn)過程中的一個難點。

2) 節(jié)奏

判斷節(jié)奏時存在兩個問題。首先，演奏的計時不可能完全準(zhǔn)確，因此需要結(jié)合音符時長和當(dāng)前速度來計算一定的時間冗余。其次，節(jié)奏無法用計算機語言完全量化為數(shù)據(jù)。

3）時間價值

每個音符的實際演奏時間=按鍵抬起的時間-按鍵按下的時間。

與節(jié)奏評估類似，時間價值只能通過嚴(yán)格的量化標(biāo)準(zhǔn)來衡量。

4) 強度

在實力的評價中，不可能用具體的數(shù)值來衡量對錯好壞，所以實力的判斷只能被忽略。

綜上所述，在整個評價中，對演奏者音準(zhǔn)準(zhǔn)確度的批評較為合理，占整個評價的比例最大。節(jié)奏和時長所占比例較小，而強度則基本可以忽略不計。

4. 樂譜格式化方法軟件中樂譜的格式化方法有兩種，包括換行模式和非換行模式。

1) 環(huán)繞模式

它采用接近傳統(tǒng)紙質(zhì)五線譜的標(biāo)準(zhǔn)排版方式。當(dāng)當(dāng)前行音樂超出頁面寬度時，會添加另一行繼續(xù)排版，如下圖。

One Smart Piano應(yīng)用程序圖片截圖

這種模式的最大優(yōu)點是盡可能接近紙質(zhì)樂譜格式化方法，有助于學(xué)習(xí)者養(yǎng)成正確的樂譜閱讀習(xí)慣。但如果使用連接智能設(shè)備的鋼琴，智能設(shè)備終端通常是平板電腦或手機，屏幕尺寸會小于紙質(zhì)樂譜的尺寸。為了方便預(yù)覽下一行樂譜，一個頁面必須顯示至少兩行樂譜。這樣一來，樂譜的尺寸就會比較小，演奏時閱讀樂譜會比較困難。

為了方便演奏者翻頁，連接智能設(shè)備的鋼琴一般采用自動滾動，而集成智能設(shè)備的鋼琴一般會增加兩個翻頁踏板，解放雙手，盡情彈奏。

2）非換行模式

將一首樂譜排成一行。在播放樂譜的過程中，程序會自動將樂譜向左移動，以達到最終的顯示目的，如下圖所示。

由于這種模式只需要在屏幕上排列一行音樂，因此其最大的優(yōu)點是可以以更大的尺寸打印音樂。這種模式有很多缺點。首先，需要保留樂譜左側(cè)開頭的譜號、拍號、調(diào)號，這就破壞了樂譜的完整性。當(dāng)樂譜中出現(xiàn)重復(fù)標(biāo)記和其他跳躍標(biāo)記時，樂譜需要及時使用程序跳轉(zhuǎn)，演奏者很難跟上樂譜的顯示。其次，這種展示方式不利于學(xué)習(xí)者養(yǎng)成正確的閱讀樂譜的習(xí)慣。

5、智能鋼琴演奏模式目前智能鋼琴軟件中常用的演奏模式有兩種，即跟隨音樂模式和演奏模式。

1）遵循評分模式

在五線譜表的基礎(chǔ)上，加上標(biāo)記方式，標(biāo)記方式通常是用演奏線或者其他標(biāo)記來標(biāo)記要演奏的音符，如下圖所示，當(dāng)演奏者在對應(yīng)的時間點演奏音符并演奏時他們正確?！皹?biāo)記”將移動到下一組需要演奏的音符。在此模式下，不受攪拌器的限制。如果你玩錯了，它會保持在原來的位置。

圖：Pianist App 樂譜跟蹤模式截圖

以下模式也稱為向前播放模式或步進模式。在這種模式下，基本上不需要考慮時間和節(jié)奏問題。演奏者有足夠的時間來閱讀音樂。以下模式可以幫助學(xué)習(xí)者熟悉音樂。一步步。

2) 表演模式

性能模式也可以稱為糾錯模式或跟隨模式。該模式主要采用糾錯和評分機制。這種模式也是基于人員表的。節(jié)拍器開始演奏后，演奏者需要嘗試在相應(yīng)的時間正確演奏。軟件會將演奏結(jié)果實時顯示在樂譜上，達到糾錯、評分的目的。這種模式可以幫助學(xué)習(xí)者遵循每首樂曲的演奏標(biāo)準(zhǔn)，不斷磨練自己的演奏技巧。

圖Pianist App 音樂跟隨模式截圖

上圖是該模式的評測截圖。圖中綠色音符表示演奏者在演奏該音符時對準(zhǔn)確性、節(jié)奏和時值的控制良好；黃色音符表示節(jié)奏感和時間值稍差；注釋是紅色的。它代表復(fù)調(diào)或錯誤的音調(diào)；音符頭沒有變化表示缺少音調(diào)。

6.鋼琴游戲——瀑布流。 Waterfall Flow的屏幕頂部是一個像瀑布一樣落下的正方形或長條，底部是鍵盤。演奏者通過觸摸與條帶對應(yīng)的琴鍵或在與其連接的鋼琴上演奏來完成該過程。如下圖所示進行播放。

圖One智能鋼琴app游戲模式

瀑布流模式游戲可以起到玩過程中熟悉關(guān)鍵位置的作用。學(xué)習(xí)者可以通過記住琴鍵位置來完成一首簡單的鋼琴曲。即使鋼琴水平較低的人也可以根據(jù)提示彈奏完整的曲子。音樂增強了彈鋼琴的樂趣和成就感。下圖是學(xué)生使用人員和瀑布流的表現(xiàn)對比折線圖。

圖員工與瀑布流得分對比，折線圖

可以看到，使用瀑布流游玩后的分?jǐn)?shù)比使用法杖游玩后的分?jǐn)?shù)要高。瀑布流功能可以使鋼琴初學(xué)者在短時間內(nèi)將一首樂曲的準(zhǔn)確率從15.7%提高到76.6%，這表明智能鋼琴已經(jīng)出現(xiàn)，可以讓從未彈過鋼琴的人也能學(xué)會鋼琴。學(xué)彈鋼琴實現(xiàn)了鋼琴教育的大眾化。

3 總結(jié)與思考在軟件設(shè)計與實現(xiàn)方法中，如何處理數(shù)字樂譜是最重要的部分。無論單層模式還是雙層模式，都需要一定的研發(fā)精力和測試工作?；谀壳艾F(xiàn)有的技術(shù)，智能鋼琴能夠解決的問題存在一定的局限性。我們需要正確認(rèn)識智能鋼琴的影響，既不要忽視也不要夸大其作用?，F(xiàn)階段，我們需要尊重鋼琴教學(xué)的規(guī)則，讓這種方法與老師配合，提高教學(xué)效率?？萍寂c藝術(shù)的碰撞將催生新的模式和領(lǐng)域。這些新模型是對傳統(tǒng)鋼琴教學(xué)的補充。從業(yè)者應(yīng)保持對這一領(lǐng)域的重視，投入精力進行創(chuàng)新研究和實踐。我相信隨著科技的發(fā)展，也許有一天它可以完全取代鋼琴老師來指導(dǎo)學(xué)習(xí)者。本文最初由@puzhihui 發(fā)表在《人人都是產(chǎn)品經(jīng)理》上。未經(jīng)作者許可禁止轉(zhuǎn)載。

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