音樂數(shù)字化教學(xué)輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

習(xí)媛媛

摘 要：音樂學(xué)科對促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展具有重要意義，而設(shè)計(jì)并應(yīng)用音樂數(shù)字化教學(xué)輔助系統(tǒng)則能提升音樂教學(xué)質(zhì)量。文章在對WPF、MIDI等音樂數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了具有虛擬鋼琴、樂譜編輯和樂譜播放功能的音樂數(shù)字化教學(xué)輔助系統(tǒng)，在經(jīng)過測試后，各項(xiàng)功能正常，基本滿足音樂教學(xué)的需求。

關(guān)鍵詞：音樂數(shù)字化;教學(xué)輔助系統(tǒng);音樂教學(xué)

注：本文系江西省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目“音樂數(shù)字化教學(xué)輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”（GJJ191467）的階段性成果。

隨著我國信息技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字化系統(tǒng)被應(yīng)用在社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，教學(xué)領(lǐng)域也隨之呈現(xiàn)出數(shù)字化發(fā)展趨勢，越來越多的數(shù)字化產(chǎn)品被應(yīng)用在教學(xué)實(shí)踐中。在音樂教學(xué)中，設(shè)計(jì)一套音樂數(shù)字化教學(xué)輔助系統(tǒng)可以提升學(xué)生對音樂的感官感受，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。當(dāng)前，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)得到廣泛普及，這為音樂數(shù)字化教學(xué)輔助系統(tǒng)在教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用奠定了扎實(shí)基礎(chǔ)。鑒于音樂數(shù)字化教學(xué)輔助系統(tǒng)在我國教育實(shí)踐中的應(yīng)用還相對滯后的現(xiàn)狀，本文根據(jù)音樂教學(xué)的實(shí)際需要對音樂數(shù)字化教學(xué)輔助系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

一、音樂數(shù)字化技術(shù)

傳統(tǒng)的音樂教學(xué)方式主要依賴鋼琴等樂器進(jìn)行伴奏訓(xùn)練，而借助音樂數(shù)字化教學(xué)輔助系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)伴奏音樂提前準(zhǔn)備等，對于提升音樂教學(xué)質(zhì)量具有一定幫助。音樂數(shù)字化教學(xué)輔助系統(tǒng)需要依賴技術(shù)支撐，此次設(shè)計(jì)的音樂數(shù)字化教學(xué)輔助系統(tǒng)主要應(yīng)用了WPF技術(shù)和MIDI技術(shù)。

WPF是微軟推出的開發(fā)技術(shù)，為用戶提供統(tǒng)一的編程模型、語言和框架，集多種特性于一身，具備豐富的應(yīng)用程序開發(fā)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)明確分工，其動(dòng)畫機(jī)制靈活、易擴(kuò)展。此次音樂數(shù)字化教學(xué)輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要使用了DirectX硬件加速技術(shù)、數(shù)據(jù)綁定、用戶控件與可擴(kuò)展程序標(biāo)記語言?；贒irectX硬件加速技術(shù)，用戶可以創(chuàng)建高質(zhì)量的矢量圖并進(jìn)一步渲染，使圖像畫質(zhì)更加平滑。WPF技術(shù)中的數(shù)據(jù)綁定具有多方面優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)UI。WPF中自帶的控件豐富，同時(shí)用戶可根據(jù)自己的需求對其中的控件進(jìn)行自定義。基于可擴(kuò)展應(yīng)用程序標(biāo)記語言，開發(fā)人員能夠快速完成界面設(shè)計(jì)。

MIDI樂器數(shù)字接口技術(shù)可以為電子樂器定義各種彈奏碼、音符，可連接電腦與樂器使之實(shí)現(xiàn)通信。在Windows中，MIDI文件為16進(jìn)制文件，其格式為“.mid”，由文件頭和音軌兩個(gè)部分構(gòu)成。其中文件頭包含14個(gè)16進(jìn)制數(shù)值，音軌代表樂譜中的聲部，音軌數(shù)據(jù)包含時(shí)間差、事件，時(shí)間差采用tick的最小時(shí)間單位，MIDI事件包括音符、控制器、系統(tǒng)信息等。

二、音樂數(shù)字化教學(xué)輔助系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

音樂數(shù)字化教學(xué)輔助系統(tǒng)服務(wù)于音樂教學(xué)，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須依據(jù)音樂教學(xué)的特點(diǎn)進(jìn)行，鋼琴與樂譜是音樂教學(xué)中不可或缺的部分，因此在設(shè)計(jì)音樂數(shù)字化教學(xué)輔助系統(tǒng)時(shí)根據(jù)這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)了三大模塊。

第一，鋼琴模塊。數(shù)字化鋼琴模塊的設(shè)計(jì)有助于強(qiáng)化音樂教師與學(xué)生之間的彈奏互動(dòng)。此次設(shè)計(jì)的鋼琴模塊包含了界面顯示、彈奏和發(fā)聲三個(gè)子模塊。界面顯示模塊主要用于顯示鋼琴鍵按下和彈起的效果，設(shè)計(jì)該模塊時(shí)綜合考慮了音階確定和鍵位清晰展示兩個(gè)部分，通過對每個(gè)鍵的音進(jìn)行展示幫助學(xué)生確定音階，通過放大、縮小功能設(shè)計(jì)清晰展示彈奏鍵位;彈奏子模塊主要對各類彈奏行為進(jìn)行處理，既包括基本的單鍵、多鍵彈奏，還包括長按鍵彈奏等各種復(fù)雜的彈奏;發(fā)聲子模塊主要負(fù)責(zé)處理彈奏后的發(fā)聲。

第二，樂譜編輯模塊。樂譜是音樂演奏和音樂教學(xué)中不可缺少的成分，因此在音樂數(shù)字化教學(xué)輔助系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了樂譜編輯模塊以滿足音樂教學(xué)的需要。此次設(shè)計(jì)的樂譜編輯模塊采用五線譜記譜，分別設(shè)置了初始化、編輯、預(yù)覽三個(gè)子模塊。初始化模塊設(shè)計(jì)了新建樂譜和已有樂譜編輯兩個(gè)部分，用戶可以創(chuàng)建一個(gè)新的樂譜進(jìn)行編輯，也可以打開系統(tǒng)中已經(jīng)存在的樂譜進(jìn)行編輯;編輯子模塊設(shè)計(jì)了音符添加、音符刪除、拖拽修改三個(gè)部分，可以對各種音符、附點(diǎn)進(jìn)行添加和刪除，可以對拍號、調(diào)號、譜號進(jìn)行拖拽修改;預(yù)覽子模塊主要用于顯示繪制好的五線譜。

第三，樂譜播放模塊。播放樂譜有助于提升師生之間的互動(dòng)，對學(xué)生深刻了解樂譜具有重要作用。因此，此次音樂數(shù)字化教學(xué)輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)具有多種播放形式的樂譜播放模塊，基于該模塊可以實(shí)現(xiàn)多種形式的播放需求，樂譜播放模塊共設(shè)計(jì)了樂譜聯(lián)動(dòng)播放顯示、播放控制和播放音效處理三個(gè)子模塊。樂譜聯(lián)動(dòng)播放顯示子模塊主要用于鋼琴位置切換、樂譜放大縮小、不同形式樂譜播放效果的顯示;播放控制模塊主要對音量、速度進(jìn)行控制，同時(shí)包括循環(huán)播放控制功能;音效處理模塊主要用于處理播放音效，提升音質(zhì)。

三、音樂數(shù)字化教學(xué)輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

第一，鋼琴模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。對于鋼琴顯示子模塊，采用WPF技術(shù)實(shí)現(xiàn)各類縮放顯示，以便于學(xué)生觀看鋼琴演奏細(xì)節(jié)。在啟動(dòng)虛擬鋼琴后，系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)初始化并顯示鋼琴界面，而后會(huì)對鋼琴界面的控制操作進(jìn)行監(jiān)聽，當(dāng)監(jiān)聽到鋼琴縮放、平移等界面操作時(shí)，做出相應(yīng)處理，完成操作后回到顯示界面，未監(jiān)聽到相關(guān)行為時(shí)則持續(xù)處于監(jiān)聽狀態(tài)。

鋼琴彈奏子模塊綜合應(yīng)用了多點(diǎn)觸控交互與WPF技術(shù)，在啟動(dòng)虛擬鋼琴并完成初始化顯示界面后，對鋼琴彈奏事件（鋼琴鍵按下、彈起、滑動(dòng)）進(jìn)行監(jiān)聽，監(jiān)聽到彈奏事件時(shí)做出相應(yīng)處理。

在鋼琴音效處理子模塊通過軟音源的方式優(yōu)化發(fā)聲效果，在啟動(dòng)音樂數(shù)字化教學(xué)輔助系統(tǒng)并完成VST音源加載后，當(dāng)觸發(fā)鋼琴彈奏事件后，先將彈奏事件轉(zhuǎn)化成VST事件，而后調(diào)用VST函數(shù)庫完成播放。

第二，樂譜編輯模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。樂譜編輯模塊功能主要基于WPF技術(shù)實(shí)現(xiàn)，在樂譜編輯初始化子模塊，當(dāng)用戶選擇新建樂譜后，系統(tǒng)對是否存在未保存樂譜進(jìn)行判斷，當(dāng)存在未保存樂譜時(shí)，系統(tǒng)將其保存為MIDI格式樂譜，而后開始樂譜初始化設(shè)置，如果不存在未保存樂譜則直接進(jìn)行初始化設(shè)置，可對曲譜的基本信息進(jìn)行設(shè)置。樂譜編輯子模塊，在開啟樂譜編輯后進(jìn)入待編輯狀態(tài)，而后可選擇音符、附點(diǎn)并將其添加到樂譜上，最終將音符添加到對應(yīng)音軌。樂譜預(yù)覽模塊綜合了VST軟音源技術(shù)和MIDI技術(shù)，在停止樂譜編輯后，用戶可對樂譜進(jìn)行預(yù)覽。

第三，樂譜播放模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。在樂譜播放顯示子模塊，用戶可以打開待顯示樂譜，并對樂譜顯示進(jìn)行更改。在樂譜播放控制子模塊，在打開待播放MIDI樂譜文件后開啟播放設(shè)置對話框，進(jìn)行更改后則重新生成臨時(shí)播放文件，可對播放音軌、音調(diào)、樂器等進(jìn)行選擇。在音效處理子模塊，當(dāng)啟動(dòng)系統(tǒng)后加載VST音源，打開并播放樂譜文件，調(diào)用VST函數(shù)庫進(jìn)行處理。

四、系統(tǒng)測試

在完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，對系統(tǒng)功能進(jìn)行了測試。

第一，鋼琴模塊測試。對鋼琴模塊的測試分別從鋼琴縮放、平移和彈奏三個(gè)方面進(jìn)行。在對虛擬鋼琴縮放進(jìn)行測試時(shí)，設(shè)置了兩種不同的縮放標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過測試可以在不同的標(biāo)準(zhǔn)中實(shí)現(xiàn)自由縮放，通過手指和鼠標(biāo)均能實(shí)現(xiàn)正常工作;在對鋼琴平移功能進(jìn)行測試時(shí)，能夠在各種縮放標(biāo)準(zhǔn)下平移至兩端;在鋼琴彈奏方面，通過鼠標(biāo)和手指分別進(jìn)行單鍵按下、釋放以及滑動(dòng)彈奏，并對兩種不同彈奏方式的音效進(jìn)行對比，測試結(jié)果合格。

第二，樂譜編輯模塊測試。分別對打開樂譜、編輯樂譜、樂譜預(yù)覽等內(nèi)容進(jìn)行了測試。在打開樂譜測試時(shí)，能夠順利打開不同大小的樂譜，打開空樂譜時(shí)提示為空樂譜，打開其他格式文件時(shí)會(huì)提示僅支持特定格式文件。在未打開或新建樂譜時(shí)添加音符、附點(diǎn)提示樂譜為空，在按規(guī)則進(jìn)行各種音符組合時(shí)，可以順利完成，不符合規(guī)則時(shí)則會(huì)提示無法添加;操作刪除音符、附點(diǎn)時(shí)，選擇的音符、附點(diǎn)被順利刪除;譜號、調(diào)號、拍號的拖拽修改功能正常。預(yù)覽樂譜時(shí)，可以縮放到不同比例。

第三，樂譜播放模塊測試。首先，對不同音軌、音調(diào)、樂器進(jìn)行選擇，選擇后能正常顯示所選內(nèi)容，未選擇的不顯示，設(shè)置不同樂器播放時(shí)的發(fā)聲正常。其次，選取特定小節(jié)進(jìn)行循環(huán)播放，選擇單個(gè)或多個(gè)小節(jié)時(shí)均能正常循環(huán)播放，取消小節(jié)后則播放整個(gè)樂譜。再次，進(jìn)行樂譜和鋼琴聯(lián)動(dòng)播放，聯(lián)動(dòng)播放時(shí)的各項(xiàng)操作正常。

總之，在音樂教學(xué)過程中，數(shù)字化教學(xué)輔助系統(tǒng)對提升音樂教學(xué)質(zhì)量的作用不容忽視。本文以WPF技術(shù)、MIDI技術(shù)為主，結(jié)合VST軟音源技術(shù)設(shè)計(jì)的音樂數(shù)字化教學(xué)輔助系統(tǒng)包含鋼琴、樂譜編輯與樂譜播放的功能，能夠滿足音樂教學(xué)的基本需求，但還需要在教學(xué)實(shí)踐過程中不斷進(jìn)行更新完善，以為音樂教學(xué)提供最大化的幫助。

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作者單位：

南昌職業(yè)大學(xué)