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本文介绍了市场上的钢琴，并分析了一种智能钢琴的软件设计实现。下一篇文章将对智能钢琴在教学中的应用以及智能钢琴的未来发展进行阐述和分析。

智能钢琴是互联网时代的一个全新概念。它将智能设备与应用程序连接起来，引导学习者自主学习，降低学习难度，让钢琴学习比传统钢琴更有趣。除了学习之外，学生课后还要做大量的练习。智能钢琴完美解决了练习过程中专业指导的刚性需求。

目前市场上与钢琴教学相关的智能产品有两类。第一类是基于软件的智能钢琴产品，结合音乐声音识别技术实现智能化。代表软件是AI音乐学院；第二类是基于硬件的智能钢琴产品。通过硬件采集用户的表现数据，然后通过配套软件对数据进行分析呈现。代表软件有The One Smart Piano、Pianist、Find Piano。

由于音乐音调识别技术的限制，基于软件的智能产品尚无法应用于专业教学。在实际的钢琴教学中，普遍使用基于硬件的智能产品。

1.基于硬件的智能钢琴的分类及介绍基于硬件的智能钢琴分为两类：一类是与智能设备连接的钢琴，另一类是智能设备与钢琴巧妙融合的智能钢琴。本文旨在分析第一种智能钢琴系统，仅简单介绍第二种智能钢琴。

1、钢琴与智能设备连接此类智能钢琴将数码钢琴与手机、平板等设备连接，然后通过设备上的App进行钢琴练习，形成人机交互，如下图所示。

目前市面上提供的有The One智能钢琴App、海伦钢琴的钢琴家App、罗兰钢琴的彩虹钢琴App等。用户可以操作智能设备学习练琴、听音乐、搜索乐谱、获取智能陪练和其他用户体验。

图：钢琴连接智能设备（来源：The one官网）

该款智能钢琴通过观看App中的教学视频来学习乐理知识和钢琴技巧。教学视频由各大音乐院校的钢琴教授或钢琴导师录制。比如《The One》的教学视频是著名钢琴家郎朗和中央音乐学院钢琴老师录制的，学生可以在家上大师课。

在陪练功能中，最常用的是追光模式。当音符正确演奏时，指示灯会变成蓝色或绿色，并前进到下一个音符。当弹奏错误的音符时，指示灯会变成红色并停留在当前弹奏的音符上。追光模式可以帮助学习者在练习过程中熟悉关键位置，并在无人陪伴的情况下正确练习。

图片跟随灯光系统（来源：The one官网）

游戏功能可以提高学习者学习钢琴的兴趣。例如，The One Smart Piano App 中内置了类似于节奏大师的音乐游戏。海伦钢琴App内置了推塔、找麻烦等游戏。游戏模式称为瀑布流。用户弹奏钢琴，让用户在享受乐趣的同时规范指法练习并熟悉琴键位置。

2、钢琴与智能设备结合第二类智能钢琴是数码钢琴与传统钢琴相结合的新型钢琴，如Find智能钢琴、BOE智能钢琴等，都是在传统钢琴的基础上进行改造，消除了传统钢琴的缺点。按键的顶部。琴盖和乐谱架化为高清大屏，可同时显示4页乐谱，如下图。

该类型钢琴操作简单，使用方便。用户通过点击功能图标对应的按键，即可完成搜索乐谱、观看演奏或教学视频等操作。

集成智能设备的钢琴图片（来源：找钢琴官网）

功能上，APP可远程控制学习进度、自动表演演示、演奏表现大数据分析为学习者提供精准指导和建议，云平台提供名师教学课程、视频等海量资源。

该类型钢琴具有较大的教学特点：

自动演奏，乐谱库中的海量教学资源和名曲资源均由专业钢琴教授录制，突破教师自身演奏技巧的限制。学生可以欣赏到大师级的演奏，提高音乐欣赏水平。对于录音和备课，钢琴具有录音和恢复功能。教师可以在课前提前录制需要演示的轨迹，并在课堂上根据教学流程一一调用。播放课件可以播放老师制作的课件并从钢琴输出到电视屏幕上，提供音乐课的信息化教学。评价系统利用云平台和大数据记录每个学生在音乐课堂上的行为，如演奏状态、班级统计、测试成绩等，通过量化指标为音乐教学提供综合评价标准。

2、软件设计方法本节介绍第一类智能钢琴的软件设计方法。

1、乐谱显示方法智能钢琴软件系统首先要解决的是乐谱的显示和同步播放。为了满足智能钢琴的需求，需要采用计算机乐谱制版技术制作数字乐谱，进而开发相应的分析和再现技术。数字乐谱制作平台有很多，比如Sibelius、Finale、Vexflow、Guido Engine等，它们都有自己独特的功能。

在上述制作数字乐谱的工具中，最常用、最合适的通用乐谱交换格式是Music XML。 Music XML 是一种基于XML 的开放音乐文件格式，用于音乐交换和音乐分发。 Music XML 旨在创建一种通用的西方音乐记谱格式。

Music XML 有两种类型的元素：一种用于标识音乐应如何播放。这些元素通常可用于导出MIDI 文件。另一种类型用于识别音符在五线谱等上的位置，即音乐图表。这些元素可以导出为XML 格式文件，Finale 软件可以将它们呈现为可读的音乐图表。

从数字乐谱的显示方式来看，可分为单层模式和双层模式。

1）单层模式

单层模式使用专用的五线谱字体库或乐谱符号图片，在同一层显示乐谱和播放标记。乐谱信息可以从Music XML 中解析出来。

优点：可以对程序中乐谱的显示进行二次修改，比如改变音符的颜色，使其更有趣或者重新排列乐谱等。 缺点：由于乐谱上的所有信息都需要解析并重新显示，程序设计难度大，复杂乐谱的显示效果难以达到预期。 2）双层模式

双层模式包括两层：背景层和显示整个乐谱的前层。背景层为原始整个乐谱文件、图片或PDF；其他标记放置在前层。

优点：可以完整还原乐谱的所有标记和符号，可以有效减少对电脑性能的消耗。缺点：分数不能修改两次。

2、乐谱播放数字乐谱的一大优点就是可以播放。播放时可以同步音乐的伴奏或其他部分的声音，也可以调节播放速度。乐谱和伴奏的播放方式有两种，即MIDI播放和音频播放。

1）MIDI播放方式

MIDI文件体积小，可以节省大量的存储空间和数据流量，而且MIDI文件易于编辑，因此可以在不降低音质的情况下改变其播放速度。

但由于MIDI文件本身是无声的，因此需要准备软件音源来配合。但平台、操作系统、编程语言不同，实现音源播放的方法和遇到的问题也不同，所以开发相对困难。

2）音频播放方法

音频播放不需要声源，也可以使用真实的乐器录音。还原感和音质都会比MIDI播放更好。音频一般为wav、mp3等格式，因此占用的存储空间和数据流量会大大增加。改变音频速度后，音质会明显下降，并且可能会出现延迟，不利于显示和播放的同步。

3、纠错和评分机制智能钢琴最聪明的地方在于它可以实现演奏过程中的自动纠错和自动评分。在智能钢琴的评审体系中，批评的要点包括准确性、力度、节奏和时机。

1) 准确度

准确性批评可分为漏音、多音和错音。其过程是：

目前还没有相关的论文或理论来支持权重的确定，所以这也是量化音乐评价标准过程中的一个难点。

2) 节奏

判断节奏时存在两个问题。首先，演奏的计时不可能完全准确，因此需要结合音符时长和当前速度来计算一定的时间冗余。其次，节奏无法用计算机语言完全量化为数据。

3）时间价值

每个音符的实际演奏时间=按键抬起的时间-按键按下的时间。

与节奏评估类似，时间价值只能通过严格的量化标准来衡量。

4) 强度

在实力的评价中，不可能用具体的数值来衡量对错好坏，所以实力的判断只能被忽略。

综上所述，在整个评价中，对演奏者音准准确度的批评较为合理，占整个评价的比例最大。节奏和时长所占比例较小，而强度则基本可以忽略不计。

4. 乐谱格式化方法软件中乐谱的格式化方法有两种，包括换行模式和非换行模式。

1) 环绕模式

它采用接近传统纸质五线谱的标准排版方式。当当前行音乐超出页面宽度时，会添加另一行继续排版，如下图。

One Smart Piano应用程序图片截图

这种模式的最大优点是尽可能接近纸质乐谱格式化方法，有助于学习者养成正确的乐谱阅读习惯。但如果使用连接智能设备的钢琴，智能设备终端通常是平板电脑或手机，屏幕尺寸会小于纸质乐谱的尺寸。为了方便预览下一行乐谱，一个页面必须显示至少两行乐谱。这样一来，乐谱的尺寸就会比较小，演奏时阅读乐谱会比较困难。

为了方便演奏者翻页，连接智能设备的钢琴一般采用自动滚动，而集成智能设备的钢琴一般会增加两个翻页踏板，解放双手，尽情弹奏。

2）非换行模式

将一首乐谱排成一行。在播放乐谱的过程中，程序会自动将乐谱向左移动，以达到最终的显示目的，如下图所示。

由于这种模式只需要在屏幕上排列一行音乐，因此其最大的优点是可以以更大的尺寸打印音乐。这种模式有很多缺点。首先，需要保留乐谱左侧开头的谱号、拍号、调号，这就破坏了乐谱的完整性。当乐谱中出现重复标记和其他跳跃标记时，乐谱需要及时使用程序跳转，演奏者很难跟上乐谱的显示。其次，这种展示方式不利于学习者养成正确的阅读乐谱的习惯。

5、智能钢琴演奏模式目前智能钢琴软件中常用的演奏模式有两种，即跟随音乐模式和演奏模式。

1）遵循评分模式

在五线谱表的基础上，加上标记方式，标记方式通常是用演奏线或者其他标记来标记要演奏的音符，如下图所示，当演奏者在对应的时间点演奏音符并演奏时他们正确。“标记”将移动到下一组需要演奏的音符。在此模式下，不受搅拌器的限制。如果你玩错了，它会保持在原来的位置。

图：Pianist App 乐谱跟踪模式截图

以下模式也称为向前播放模式或步进模式。在这种模式下，基本上不需要考虑时间和节奏问题。演奏者有足够的时间来阅读音乐。以下模式可以帮助学习者熟悉音乐。一步步。

2) 表演模式

性能模式也可以称为纠错模式或跟随模式。该模式主要采用纠错和评分机制。这种模式也是基于人员表的。节拍器开始演奏后，演奏者需要尝试在相应的时间正确演奏。软件会将演奏结果实时显示在乐谱上，达到纠错、评分的目的。这种模式可以帮助学习者遵循每首乐曲的演奏标准，不断磨练自己的演奏技巧。

图Pianist App 音乐跟随模式截图

上图是该模式的评测截图。图中绿色音符表示演奏者在演奏该音符时对准确性、节奏和时值的控制良好；黄色音符表示节奏感和时间值稍差；注释是红色的。它代表复调或错误的音调；音符头没有变化表示缺少音调。

6.钢琴游戏——瀑布流。 Waterfall Flow的屏幕顶部是一个像瀑布一样落下的正方形或长条，底部是键盘。演奏者通过触摸与条带对应的琴键或在与其连接的钢琴上演奏来完成该过程。如下图所示进行播放。

图One智能钢琴app游戏模式

瀑布流模式游戏可以起到玩过程中熟悉关键位置的作用。学习者可以通过记住琴键位置来完成一首简单的钢琴曲。即使钢琴水平较低的人也可以根据提示弹奏完整的曲子。音乐增强了弹钢琴的乐趣和成就感。下图是学生使用人员和瀑布流的表现对比折线图。

图员工与瀑布流得分对比，折线图

可以看到，使用瀑布流游玩后的分数比使用法杖游玩后的分数要高。瀑布流功能可以使钢琴初学者在短时间内将一首乐曲的准确率从15.7%提高到76.6%，这表明智能钢琴已经出现，可以让从未弹过钢琴的人也能学会钢琴。学弹钢琴实现了钢琴教育的大众化。

3 总结与思考在软件设计与实现方法中，如何处理数字乐谱是最重要的部分。无论单层模式还是双层模式，都需要一定的研发精力和测试工作。基于目前现有的技术，智能钢琴能够解决的问题存在一定的局限性。我们需要正确认识智能钢琴的影响，既不要忽视也不要夸大其作用。现阶段，我们需要尊重钢琴教学的规则，让这种方法与老师配合，提高教学效率。科技与艺术的碰撞将催生新的模式和领域。这些新模型是对传统钢琴教学的补充。从业者应保持对这一领域的重视，投入精力进行创新研究和实践。我相信随着科技的发展，也许有一天它可以完全取代钢琴老师来指导学习者。本文最初由@puzhihui 发表在《人人都是产品经理》上。未经作者许可禁止转载。

题图来自Unsplash，基于CC0许可证。