本文對(duì)市面上的鋼琴進(jìn)行介紹，并對(duì)其中一類智能鋼琴的軟件設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方式展開(kāi)分析。下一文將會(huì)對(duì)智能鋼琴在教學(xué)中的應(yīng)用以及智能鋼琴未來(lái)的發(fā)展進(jìn)行闡述分析。

智能鋼琴，是互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的一個(gè)全新概念，以智能設(shè)備連接App，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者進(jìn)行自我學(xué)習(xí)，降低了學(xué)習(xí)入門難度，與傳統(tǒng)鋼琴相比使鋼琴學(xué)習(xí)更有趣味性。除了學(xué)習(xí)，學(xué)生在課后要進(jìn)行大量的練習(xí)，智能鋼琴完美的解決了練習(xí)過(guò)程中需要專業(yè)指導(dǎo)的剛性需求。

目前市面上與鋼琴教學(xué)有關(guān)的智能化產(chǎn)品有兩類，第一類軟件類鋼琴智能化產(chǎn)品，結(jié)合樂(lè)音識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能化，代表軟件是AI音樂(lè)學(xué)院；第二類硬件類鋼琴智能化產(chǎn)品，通過(guò)硬件對(duì)用戶的彈奏數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后由相匹配的軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和呈現(xiàn)，代表軟件是The one智能鋼琴、鋼琴家和Find鋼琴等。

由于樂(lè)音識(shí)別技術(shù)局限性，軟件類智能化產(chǎn)品尚不能應(yīng)用在專業(yè)教學(xué)中，在實(shí)際鋼琴教學(xué)中，普遍使用硬件類智能化產(chǎn)品。

一、硬件類智能鋼琴的分類及介紹

硬件類智能鋼琴分為兩類，一類是與智能設(shè)備連接的鋼琴，另一類是將智能設(shè)備與鋼琴巧妙融合在一起的智能鋼琴。本文旨在分析第一類智能鋼琴系統(tǒng)，只對(duì)第二類智能鋼琴做簡(jiǎn)單地介紹。

1. 與智能設(shè)備連接的鋼琴

這類智能鋼琴將數(shù)碼鋼琴與手機(jī)、平板電腦等設(shè)備進(jìn)行連接，之后通過(guò)設(shè)備中的App進(jìn)行練琴，形成人機(jī)互動(dòng)，如下圖。

目前在市場(chǎng)上可以見(jiàn)到的有The one智能鋼琴App、海倫鋼琴的鋼琴家App以及羅蘭鋼琴的彩虹鋼琴App等等。用戶可通過(guò)操作智能設(shè)備進(jìn)行學(xué)習(xí)練琴、欣賞音樂(lè)、查找樂(lè)譜以及獲得智能陪練等用戶體驗(yàn)。

圖 與智能設(shè)備連接的鋼琴（來(lái)源：The one官網(wǎng)）

該類智能鋼琴通過(guò)觀看App中的教學(xué)視頻學(xué)習(xí)樂(lè)理知識(shí)和鋼琴技能，教學(xué)視頻由各大音樂(lè)院校的鋼琴教授或鋼琴講師參與錄制，例如The one的教學(xué)視頻是由著名鋼琴家郎朗和中央音樂(lè)學(xué)院的鋼琴老師錄制的，學(xué)生在家里就可以上大師課。

在陪練功能中，最常用的是跟燈模式，音符彈對(duì)時(shí)指示燈變?yōu)樗{(lán)色或綠色并前進(jìn)至下一音符，彈錯(cuò)指示燈變?yōu)榧t色并且還停留在目前彈奏的音符上。跟燈模式能夠幫助學(xué)習(xí)者在練習(xí)過(guò)程中熟悉鍵位，能夠在無(wú)人陪同的情況下正確的練習(xí)。

圖 跟燈系統(tǒng)（來(lái)源：The one官網(wǎng)）

游戲功能能夠提高學(xué)習(xí)者對(duì)鋼琴的學(xué)習(xí)興趣，例如The one智能鋼琴App中內(nèi)置的類似節(jié)奏大師的音樂(lè)游戲，海倫鋼琴的App中內(nèi)置推塔、找茬兒等游戲，游戲模式以瀑布流的方式叫用戶彈琴，使用戶在娛樂(lè)的同時(shí)可以規(guī)范練琴的指法和熟悉鍵位。

2. 與智能設(shè)備相結(jié)合的鋼琴

第二類智能鋼琴是將數(shù)碼鋼琴與傳統(tǒng)鋼琴合為一體的新型鋼琴，如Find智慧鋼琴和京東方智能鋼琴，在傳統(tǒng)鋼琴的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，取消了琴鍵上方的琴蓋與譜架，變?yōu)楦咔宕笃聊?，可同時(shí)顯示4頁(yè)曲譜，如下圖。

此類鋼琴操作簡(jiǎn)單易上手，用戶可通過(guò)敲擊功能圖標(biāo)所對(duì)應(yīng)的琴鍵來(lái)完成查找曲譜、觀看演奏或教學(xué)視頻等操作。

圖 與智能設(shè)備相結(jié)合的鋼琴（來(lái)源：find鋼琴官網(wǎng)）

功能上，通過(guò)App遠(yuǎn)程控制掌握學(xué)習(xí)進(jìn)度、自動(dòng)示范演奏功能、大數(shù)據(jù)分析彈奏情況為學(xué)習(xí)者提供準(zhǔn)確的指導(dǎo)建議、云平臺(tái)提供名師教學(xué)課程和欣賞視頻等海量資源。

此類鋼琴在教學(xué)上具有更大的特點(diǎn)：

1. 自動(dòng)演奏，曲譜庫(kù)海量的教學(xué)資源和名曲資源由專業(yè)的鋼琴教授錄制，突破了教師自身彈奏水平的局限性，學(xué)生可以欣賞到大師級(jí)的演奏水平，提高音樂(lè)欣賞水平。
2. 錄制備課，該鋼琴具備錄制還原彈奏功能，上課前老師可以提前錄制好需要演示的曲目，上課時(shí)根據(jù)教學(xué)過(guò)程逐一調(diào)取。
3. 播放課件，可播放教師自制的課件，并由鋼琴輸出到電視屏幕，提供了音樂(lè)課信息化教學(xué)。
4. 評(píng)價(jià)體系，通過(guò)云平臺(tái)和大數(shù)據(jù)，對(duì)每個(gè)學(xué)生在音樂(lè)課上的行為予以記錄，例如彈奏情況、課時(shí)統(tǒng)計(jì)、測(cè)驗(yàn)結(jié)果等，通過(guò)量化指標(biāo)，為音樂(lè)教學(xué)提供全方位的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

二、軟件設(shè)計(jì)方式

本節(jié)介紹與第一類智能鋼琴的軟件設(shè)計(jì)方式。

1. 樂(lè)譜顯示方式

智能鋼琴的軟件系統(tǒng)中首先要解決的就是樂(lè)譜的顯示以及同步的播放。要滿足智能鋼琴的這類需求，需要計(jì)算機(jī)音樂(lè)制版技術(shù)制作的數(shù)字樂(lè)譜，然后開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)的解析和重現(xiàn)技術(shù)。數(shù)字樂(lè)譜的制作平臺(tái)很多，例如Sibelius、Finale、Vexflow、Guido Engine等，他們都具有自己獨(dú)特的功能。

在上述制作數(shù)字樂(lè)譜的工具中，最常用和適合的樂(lè)譜通用交換格式就是Music XML，Music XML是一個(gè)開(kāi)放的基于XML的音樂(lè)文件格式，用于進(jìn)行音樂(lè)交換和音樂(lè)分發(fā)，Music XML旨在創(chuàng)建一個(gè)通用的普通西方音樂(lè)記譜格式。

Music XML有兩類元素：一類用來(lái)標(biāo)識(shí)音樂(lè)應(yīng)該怎樣播放，這些元素通?？梢员挥脕?lái)導(dǎo)出MIDI文件。另一類用來(lái)標(biāo)識(shí)音符在五線譜等上的位置，即譜面，這些元素可以導(dǎo)出XML格式的文件，F(xiàn)inale軟件可以渲染為可讀的譜面。

在數(shù)字樂(lè)譜的顯示方面，可分為單層模式和雙層模式。

1）單層模式

單層模式也就是通過(guò)專門的五線譜字體庫(kù)或樂(lè)譜符號(hào)圖片，將樂(lè)譜和播放標(biāo)記等等安排在同一個(gè)層面顯示出來(lái)，樂(lè)譜信息可從Music XML解析得到。

• 優(yōu)點(diǎn)：可以在程序上對(duì)樂(lè)譜的顯示做二次修改，例如音符改變顏色提高趣味性或者樂(lè)譜重新排版等等。
• 缺點(diǎn)：由于需要將樂(lè)譜上所有的信息全部解析并重新顯示，程序設(shè)計(jì)難度較大，對(duì)于復(fù)雜樂(lè)譜的顯示效果很難達(dá)到預(yù)期。

2）雙層模式

雙層模式包括背景層和前置層兩層來(lái)顯示整個(gè)樂(lè)譜，背景層為原始的整張五線譜文件，圖片或PDF；其他標(biāo)記等都置于前置層。

• 優(yōu)點(diǎn)：能夠完全還原樂(lè)譜的所有標(biāo)記和符號(hào)，能有效的減少對(duì)計(jì)算機(jī)性能的消耗。
• 缺點(diǎn)：無(wú)法對(duì)樂(lè)譜進(jìn)行二次修改。

2. 樂(lè)譜播放

數(shù)字樂(lè)譜的一大優(yōu)點(diǎn)就是可以被播放，播放同時(shí)還可以同步樂(lè)曲的伴奏或其他聲部的音響，也可以調(diào)節(jié)播放的速度。樂(lè)譜和伴奏的播放有兩種方式，分別為MIDI的方式和音頻播放的方式。

1）MIDI播放方式

MIDI文件體積小，可節(jié)省大量存儲(chǔ)空間和數(shù)據(jù)流量，而且MIDI文件方便編輯，所以可在不降低音質(zhì)的同時(shí)改變它的播放速度。

但由于MIDI文件本身是不發(fā)聲的，需要準(zhǔn)備軟件音源配合，但是平臺(tái)、操作系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言不同，實(shí)現(xiàn)音源播放的方法和碰到的問(wèn)題也都不同，所以導(dǎo)致開(kāi)發(fā)難度比較大。

2）音頻播放方式

音頻播放不需要提供音源，而且還可以采用真實(shí)樂(lè)器錄音的方式，還原感和音質(zhì)會(huì)比MIDI播放的方式好。音頻一般為wav，mp3等格式，所以占用的存儲(chǔ)空間和數(shù)據(jù)流量會(huì)大大提高。音頻進(jìn)行變速處理后音質(zhì)會(huì)明顯下降，有可能會(huì)有延時(shí)，不利于顯示和播放的同步。

3. 糾錯(cuò)和評(píng)分機(jī)制

智能鋼琴最智能的地方就是在彈奏過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)糾錯(cuò)和自動(dòng)評(píng)分的功能。智能鋼琴在評(píng)判體系中，主要的批判點(diǎn)包括準(zhǔn)確度，力度，節(jié)奏和時(shí)值。

1）準(zhǔn)確度

準(zhǔn)確度批判可分為漏彈音、多彈音、錯(cuò)彈音。流程為：

關(guān)于權(quán)值的確定目前并沒(méi)有相關(guān)的論文或理論來(lái)支持，所以這也是音樂(lè)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)量化過(guò)程中的一個(gè)難點(diǎn)。

2）節(jié)奏

在節(jié)奏評(píng)判時(shí)，還存在兩個(gè)問(wèn)題。第一，演奏的時(shí)間點(diǎn)不可能完全準(zhǔn)確，所以需要結(jié)合音符時(shí)值和當(dāng)前速度計(jì)算出一定的時(shí)間冗余度。第二，節(jié)奏并不可以完全用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言量化為數(shù)據(jù)。

3）時(shí)值

每個(gè)音符實(shí)際演奏時(shí)值 = 按鈕抬起時(shí)間點(diǎn) – 按鈕按下時(shí)間點(diǎn)。

與節(jié)奏評(píng)判類似，時(shí)值也只能時(shí)值只能用一個(gè)刻板的量化標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量。

4）力度

在力度的評(píng)判上，無(wú)法用一個(gè)具體的數(shù)值來(lái)衡量對(duì)錯(cuò)或者好壞，所以只能忽略力度的評(píng)判。

綜上，在整個(gè)評(píng)判中，對(duì)于演奏者音高準(zhǔn)確度的批判是較為合理的，占了整個(gè)評(píng)判的最大比重，節(jié)奏和時(shí)值占很小的比重，而力度基本可以不予考慮。

4. 譜面排版方式

曲譜在軟件的排版方式也有兩種，包括折行模式和非折行模式。

1）折行模式

采用接近傳統(tǒng)紙質(zhì)五線譜的標(biāo)準(zhǔn)排版方式，當(dāng)本行樂(lè)譜超過(guò)頁(yè)面寬度后，會(huì)另起一行繼續(xù)排版，如下圖。

圖 The one智能鋼琴App截圖

這種模式最大的優(yōu)點(diǎn)就是最大限度的接近紙質(zhì)譜排版方式，有利于學(xué)習(xí)者養(yǎng)成正確的讀譜習(xí)慣。但如果使用與智能設(shè)備連接的鋼琴，其智能設(shè)備終端一般為平板或手機(jī)，屏幕的大小會(huì)小于紙質(zhì)樂(lè)譜的大小，為了方便預(yù)先看到下一行曲譜，一個(gè)版面至少要顯示兩行曲譜，這就導(dǎo)致樂(lè)譜的大小會(huì)相對(duì)較小，在彈奏時(shí)識(shí)譜會(huì)比較吃力。

為了方便彈奏者翻譜方便，與智能設(shè)備連接的鋼琴一般會(huì)采用自動(dòng)滾動(dòng)的方式，而與智能設(shè)備相結(jié)合的鋼琴一般會(huì)增加兩個(gè)踏板用來(lái)翻頁(yè)，可以解放雙手，盡情演奏。

2）非折行模式

將一首樂(lè)譜排版在一行中，播放樂(lè)譜的過(guò)程中，通過(guò)程序自動(dòng)將樂(lè)譜向左邊移動(dòng)，從而達(dá)到最終顯示目的，如下圖。

由于這種模式在屏幕中只需要安排一行樂(lè)譜，它最大的優(yōu)點(diǎn)是樂(lè)譜可以以較大的尺寸排版。而該模式有很多的缺點(diǎn)，首先需要將譜號(hào)、拍號(hào)、調(diào)號(hào)一直保持在樂(lè)譜左邊開(kāi)始處，破壞了樂(lè)譜的整體性，當(dāng)樂(lè)譜中出現(xiàn)反復(fù)記號(hào)以及其他跳轉(zhuǎn)記號(hào)等情況時(shí)，樂(lè)譜需要及時(shí)利用程序跳轉(zhuǎn)，彈奏者很難跟上樂(lè)譜的顯示，其次該模式這種顯示方式也不利于學(xué)習(xí)者養(yǎng)成正確的看譜習(xí)慣。

5. 智能鋼琴表現(xiàn)模式

智能鋼琴在目前軟件中常用的解決方案有兩種表現(xiàn)模式，分別為跟譜模式和演奏模式。

1）跟譜模式

以五線譜譜面為基礎(chǔ)，加上標(biāo)示方法，標(biāo)識(shí)方法通常為一條播放線或其他標(biāo)識(shí)標(biāo)識(shí)需要彈奏的音符，如下圖，當(dāng)彈奏者在彈奏對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的音符并彈對(duì)的情況下，“標(biāo)識(shí)”就會(huì)移動(dòng)到下一組需要彈奏的音符上，在該模式下不受拍器的限制，彈奏錯(cuò)誤則保持原位置不動(dòng)。

圖 鋼琴家App跟譜模式截圖

跟譜模式也叫彈對(duì)前進(jìn)模式或者步進(jìn)模式，在該模式下，基本不用考慮時(shí)間和節(jié)奏的問(wèn)題，彈奏者有充足的的時(shí)間來(lái)識(shí)譜，跟譜模式能幫助學(xué)習(xí)者熟悉譜子，循序漸進(jìn)。

2）演奏模式

演奏模式也可稱為糾錯(cuò)模式或者跟曲模式，糾錯(cuò)和評(píng)分機(jī)制主要應(yīng)用在此模式中，該模式也是基于五線譜的譜面，節(jié)拍器開(kāi)始播放后，演奏者需要在對(duì)應(yīng)時(shí)間盡量演奏正確的音符，軟件實(shí)時(shí)將演奏結(jié)果顯示在曲譜上，達(dá)到糾錯(cuò)和評(píng)分的目的。該模式可以幫助學(xué)習(xí)者遵照每首曲子的演奏標(biāo)準(zhǔn)，不斷磨煉彈奏水平。

圖 鋼琴家App跟曲模式截圖

上圖為該模式的評(píng)判截圖，圖中符頭為綠色代表演奏者彈奏該音符時(shí)準(zhǔn)確度、節(jié)奏及時(shí)值掌控很好；符頭為黃色代表節(jié)奏和時(shí)值稍微差一點(diǎn)；符頭為紅色代表多音或錯(cuò)音；符頭沒(méi)有變化代表漏音。

6. 鋼琴游戲——瀑布流

瀑布流的屏幕上方是像瀑布一樣下落的方塊或長(zhǎng)條，下方是鍵盤，彈奏者通過(guò)觸摸與長(zhǎng)條相對(duì)應(yīng)的琴鍵或者在與其相連的鋼琴上彈奏來(lái)完成彈奏，如下圖。

圖 The one智能鋼琴App游戲模式

瀑布流模式的游戲，在彈奏過(guò)程中可以起到熟悉鍵位的作用，學(xué)習(xí)者可通過(guò)對(duì)琴鍵位置的記憶完成一首簡(jiǎn)單的鋼琴作品即使鋼琴水平再低的人也可以根據(jù)提示彈奏完整的曲子，提高了彈琴的樂(lè)趣與成就感。下圖為學(xué)生使用五線譜和瀑布流的成績(jī)對(duì)比折線圖。

圖 五線譜和瀑布流的成績(jī)對(duì)比折線圖

可以看到使用瀑布流彈奏后的成績(jī)比使用五線譜彈奏的成績(jī)要高，瀑布流功能可以使鋼琴初學(xué)者將一首曲子從15.7%的正確率短時(shí)間提升到76.6%，表明智能鋼琴的出現(xiàn)能夠讓從來(lái)不會(huì)彈鋼琴的人學(xué)會(huì)彈奏鋼琴，實(shí)現(xiàn)了鋼琴的普及教育。

三、總結(jié)與思考

1. 在軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法中，如何處理數(shù)字樂(lè)譜是最重要的一個(gè)組成部分，無(wú)論單層模式還是雙層模式，都需要投入一定的研發(fā)精力和測(cè)試工作。
2. 基于目前已有的技術(shù)，智能鋼琴能解決的問(wèn)題具有一定局限性，我們需要正確認(rèn)識(shí)智能鋼琴帶來(lái)的影響，既不能忽視其作用，也不能夸大其作用。目前階段，我們需要尊重鋼琴教學(xué)的規(guī)律，讓這種方式配合教師共同為提高教學(xué)效率服務(wù)。
3. 技術(shù)與藝術(shù)的碰撞會(huì)誕生新的模式和領(lǐng)域，這些新的模式作為傳統(tǒng)鋼琴教學(xué)的補(bǔ)充，從業(yè)者應(yīng)該保持對(duì)這個(gè)領(lǐng)域的重視并投入精力去做創(chuàng)新的研究和實(shí)踐，相信隨著科技的發(fā)展，或許有一天能夠完全替代鋼琴教師來(lái)對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行指導(dǎo)。

本文由 @蒲智輝 原創(chuàng)發(fā)布于人人都是產(chǎn)品經(jīng)理，未經(jīng)作者許可，禁止轉(zhuǎn)載。

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