計(jì)算機(jī)在音樂模擬中的應(yīng)用分析

李小寧

(陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院,710061)

計(jì)算機(jī)在音樂模擬中的應(yīng)用分析

李小寧

(陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院,710061)

由于電腦技術(shù)與信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，電腦已廣泛融入我們生活里的每一個(gè)行業(yè)。電腦音樂形成研究是電腦技術(shù)融入藝術(shù)創(chuàng)作行業(yè)里的一個(gè)備受關(guān)注的領(lǐng)域，它是融信息科學(xué)和藝術(shù)于一體的綜合性科學(xué)。電腦音樂形成探索涵括了多方面內(nèi)容，本文主要探討了依據(jù)音樂的電腦模擬形成的相關(guān)理論與運(yùn)用情況。

多媒體教學(xué)；電教設(shè)施；常見問(wèn)題；處理措施

0 引言

音樂的電腦意識(shí)與智能創(chuàng)造被當(dāng)作是計(jì)算機(jī)音樂的基本目標(biāo)，可是在中國(guó)，電腦音樂意識(shí)與智能創(chuàng)造范圍的探究才剛剛萌芽。由于電腦技術(shù)的迅猛發(fā)展以及多媒體信息技術(shù)的出現(xiàn)，導(dǎo)致電腦運(yùn)用至聲音乃至音樂行業(yè)，邁出了關(guān)鍵性的步伐。多媒體技術(shù)主要涉及視、聽兩大范疇。音頻技術(shù)既為多媒體技術(shù)不可或缺的構(gòu)成，其不僅具備著寬廣的發(fā)展范圍，同時(shí)又具備了長(zhǎng)期的發(fā)展。

聲音由頻率、幅度、長(zhǎng)度與音色四大因素組成。而依據(jù)這四大因素的不斷改變與配合所形成的音樂便是具備聯(lián)系的一組聲音。在音樂里，音符是基礎(chǔ)單位，所有音符的抑揚(yáng)及強(qiáng)弱均依據(jù)這一聲音的頻率與長(zhǎng)度來(lái)確定。所以，從這一意義而言，由于當(dāng)今的電腦技術(shù)不管是在模仿發(fā)聲抑或剖析格律組織模式方面均擁有了極其完善的軟硬件條件，電腦模仿音樂的形成理應(yīng)具備其獨(dú)特的特征。怎樣可以更加精準(zhǔn)高效地歸納出人類所感知的音樂特點(diǎn)，令我們能夠更深入的懂得現(xiàn)存的經(jīng)典曲目，同時(shí)針對(duì)這一前提盡可能快速地獲得人類所熱愛的音樂。為此，我們就打算借助電腦尋出這些音樂特點(diǎn)值，且采用模仿推測(cè)的手段去形成不同風(fēng)格的音樂，借此去實(shí)現(xiàn)人們對(duì)于音樂的需求。

1 計(jì)算機(jī)音樂的存儲(chǔ)格式及特點(diǎn)

在過(guò)去的音樂體系里，已經(jīng)產(chǎn)生了一套完備的音樂記載表現(xiàn)模式。可是在探索電腦音樂時(shí)，我們最先碰到的難題便是怎樣記載、保存并體現(xiàn)音樂。在探索電腦音樂的特點(diǎn)與實(shí)施模仿時(shí)，依據(jù)不同的記載方式所記載的音樂具備著不一樣的剖析手段，因此在進(jìn)行深入探討前我們不得不首先明了音樂在電腦里的保存方式類別。

音樂信息記載方式一般有兩種，即MIDI格式與WAVE格式。所謂MIDI是指樂器的數(shù)字接口，就是為了便于及時(shí)傳送音樂的定時(shí)與掌握信息的一組數(shù)字代碼，加之傳送這些代碼的硬件接口的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。1981年，戴維·斯密司與切特·伍憾在美國(guó)第七十屆音頻工程組織會(huì)議上，闡述了數(shù)字 “通用合成器接口”這一概念，并于1982年更名成“樂器數(shù)字接口”，而且八大制作樂器的商家同意使用相同的技術(shù)參數(shù)。由于MIDI的接口技術(shù)日漸完善，不僅使得多種MIDI器件得以研發(fā)，比如控制器、混合器、處理器、編輯器及檢測(cè)器等；而且還研發(fā)了遠(yuǎn)程的MIDI工作站。因?yàn)镸IDI形式的音樂文件記載了音樂的所有樂譜與表演的整個(gè)過(guò)程，所以當(dāng)前許多的音樂鑒別與音樂特點(diǎn)獲取均采用了這一音樂記載方式。不過(guò)MIDI也具備了許多不足之處，比如規(guī)范呆板、操縱艱澀等。

所謂WAVE形式就是即時(shí)播放的音樂信號(hào)借助取樣與數(shù)字編碼記載表演情況。它不但可以記錄聲音，同時(shí)還可以記載導(dǎo)致

這些聲音形成的各類信息，比方頻率、振幅等，這些已經(jīng)給我們了解聲音實(shí)質(zhì)提供了珍貴的第一手信息資料。而且，這些信息還能夠針對(duì)要求加以調(diào)整，給我們探索音樂組成的基礎(chǔ)要素提供了前提。通常這一形式廣泛運(yùn)用于PC機(jī)的音樂記錄，另外不少的應(yīng)用軟件所使用的記載形式也是WAVE形式，筆者在本文里也借助這一形式充當(dāng)音樂原始記錄文件形式。

2 音樂序列的建模及模擬生成

2.1 音樂序列的記錄

圖1 原始音樂序列

把一段音樂借助變更與A/D轉(zhuǎn)化獲得一組數(shù)字序列，并將這一數(shù)字序列記作：

{xi}(i=l,2,……)

顯而易見，此數(shù)字序列里涵括了此段音樂的所有資料。我們把該數(shù)字序列叫做音樂信號(hào)時(shí)間序列，簡(jiǎn)稱音樂序列。圖1顯示的音樂序列就是記載了《I believe》這一流行音樂的前六秒鐘，依據(jù)取樣頻率Fs=800oHz所記載的四萬(wàn)八千條信息。

為了方便探討與闡述，我們把這一音樂序列當(dāng)作本文的研究目標(biāo)加以剖析與模仿，同時(shí)把它叫做原始音樂序列。針對(duì)這一音樂序列，最先應(yīng)計(jì)劃引入部分統(tǒng)計(jì)特點(diǎn)借此展現(xiàn)音樂的所有情況。

2.2 模擬生成方法

在此，我們會(huì)針對(duì)已存的音樂序列開展特點(diǎn)剖析，并以此為前提實(shí)施模仿成形的全過(guò)程，具體步驟如下：

(l) 剖析原始音樂，計(jì)算節(jié)奏周期里的周期長(zhǎng)度、衰減率與移動(dòng)平均及大波動(dòng)的頻率等的特點(diǎn)值序列和每一節(jié)奏周期中移動(dòng)平均后的小波動(dòng)序列。

(2) 如果上述特點(diǎn)值序列與小波動(dòng)序列均為穩(wěn)定序列，那么其推測(cè)模仿方式應(yīng)采用自回歸模型。

(3) 針對(duì)上述所獲的所有特點(diǎn)值模仿序列與小波動(dòng)序列，借助弦振動(dòng)函數(shù)模型依序形成每一節(jié)奏周期中的模仿音樂信號(hào)序列。

(4) 最終把模仿所得的所有節(jié)奏周期信號(hào)序列前后相接便能夠形成整段音樂信號(hào)序列。要想令模仿形成的音樂具備與原始音樂極其相同的音質(zhì)，我們可以采取多個(gè)節(jié)奏周期中大波動(dòng)頻率的弦振動(dòng)累加形成節(jié)奏周期中的波動(dòng)序列。借此得到音質(zhì)更豐富的模仿音樂。

2.3 模擬音樂編程軟件

本文所采用的編程軟件是MATLAB6.5，為了達(dá)到聲音信號(hào)模仿值和數(shù)字序列的相互轉(zhuǎn)變，該軟件為音頻處理提供了許多函數(shù)。這令我們的研究工作更加輕松。表1所顯示的是一些比較習(xí)用的音頻處理函數(shù)。接下來(lái)，我們?cè)敿?xì)解釋一下錄音函數(shù)與放音函數(shù)。

表1 MATLAB中把聲音模仿值轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字序列的相關(guān)函數(shù)

(1)wavrecord: 其作用是借助Windows的音頻設(shè)備實(shí)施錄音且把記載下的模仿信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)。采用格式是y=avreeord(n,fs,dtyPe)。這一格式中的n是取樣時(shí)間，單位是秒，它標(biāo)志著錄音的長(zhǎng)度。Fs是取樣頻率，也就是每秒所收集的點(diǎn)數(shù)，11025Hz是其默認(rèn)值。dtyPe是取樣信息的保存方式，一般具備三種形式，即double、single、ints，在三者之中，前兩者的取樣精度為16位，第三者的取樣精度為8位。借助這一函數(shù)便能夠?qū)⒁欢我魳返哪７滦盘?hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字序列且保存于數(shù)組y里。

(2)soundview:放音函數(shù)是音頻輸出函數(shù)，其作用是將數(shù)組借助發(fā)音設(shè)備轉(zhuǎn)變成音樂。采用格式是soundview(y,fs)。其中，y是要求轉(zhuǎn)變的數(shù)組，fs是輸出頻率。借助該函數(shù)將數(shù)字信號(hào)y轉(zhuǎn)變成能夠經(jīng)由發(fā)音設(shè)備實(shí)施放間的頻率fs的音頻信號(hào)。

2.4 模擬生成效果分析

針對(duì)前面模仿形成音樂的實(shí)際方法，我們依據(jù)原始音樂開展模擬成形實(shí)驗(yàn)。圖2所示為模仿形成的音樂序列。

圖2 模擬音樂序列

（1）音響效果

針對(duì)圖2的模仿間樂，借助MATLAB的放音函數(shù)soundview加以回放，可以發(fā)現(xiàn)模仿音樂和原始音樂具備著比較相似的韻律。為了更明確地剖析模仿所得的音樂序列的效果，我們更深入地剖析了模仿形成音樂序列的統(tǒng)計(jì)特點(diǎn)，且和原始音樂序列加以對(duì)比。

（2）自相關(guān)系數(shù)分析

我們借助自相關(guān)系數(shù)公式計(jì)算了模仿音樂序列，且和原始音樂序列加以對(duì)比。能夠得出模仿音樂與原始音樂的擬似周期平均值均為40上下，基音周期為100上下。不過(guò)就基音周期而言，模仿音樂序列要比原始音樂序列模糊。顯而易見，模仿成形的音樂韻律和原始音樂的韻律對(duì)比呈現(xiàn)了些許改變。

（3）頻譜特性

根據(jù)對(duì)模仿形成的音樂序列作傅立葉轉(zhuǎn)換，能夠明了模仿音樂序列頻域特征，且和原始音樂序列加以對(duì)比。

圖3 整序列頻譜圖

就全局而言，整體頻率特征對(duì)整段音樂序列實(shí)施傅立葉轉(zhuǎn)變，圖3是原始音樂序列及其模仿音樂序列的綜合序列頻譜圖。從上圖可知兩段音樂幾乎具備著相同的整體頻率分布區(qū)域與主頻率，而且上圖也顯示出原始音樂具備著更寬的頻率分布范圍，同時(shí)其頻率成分也較模仿音樂豐厚。

分段頻率特征借助整段音樂序列實(shí)施傅立葉轉(zhuǎn)變并加以對(duì)比，盡管可以自全局觀察音樂序列包含的頻譜，可是我們?cè)谄饰鲆魳沸蛄械倪^(guò)程中發(fā)現(xiàn)，如果節(jié)奏周期不一樣，音樂序列也就呈現(xiàn)出不一樣的頻率特征。因此，觀察所有頻率在相異的時(shí)間段的音樂序列中所作出的貢獻(xiàn)就變得尤為重要。針對(duì)這一情況，我們對(duì)模仿音樂序列的多個(gè)振動(dòng)節(jié)奏周期實(shí)施了傅立葉轉(zhuǎn)變。經(jīng)過(guò)深入研究，我們發(fā)現(xiàn)，就節(jié)奏周期里的頻率分布范圍而言，原始音樂序列依然要比模擬音樂序列寬。

綜上可知，音樂感知方面的不同借助具體的頻譜圖解析展現(xiàn)了問(wèn)題的關(guān)鍵，也就是因?yàn)槟７滦纬傻囊魳肪邆渲容^狹窄的頻率范圍，所以音樂感知力也就不那么厚實(shí)。

3 結(jié)束語(yǔ)

聲音由頻率、幅度、長(zhǎng)度與音色四大因素組成。而依據(jù)這四大因素的不斷改變與配合所形成的音樂便是具備聯(lián)系的一組聲音。當(dāng)今的電腦技術(shù)不管是在模仿發(fā)聲抑或剖析格律組織模式方面均擁有了極其完善的軟硬件條件，電腦模仿音樂的形成理應(yīng)具備其獨(dú)特的特征。

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李小寧，女,出生年月：1980年出生，民族：漢族，籍貫：陜西省西安市人，學(xué)歷：碩士學(xué)歷，講師職稱。主要研究方向：音樂學(xué)。

Analysis on Application of computer in music in the simulation

Li Xiaoning
(Shaanxi Vocational and Technical College,710061)

Due to the rapid development of computer technology and information technology,computer has been widely integrated into every industry of our lives.Computer music research is computer technology into a hot field of artistic creation in the industry,it is a comprehensive science into information science and art in one of the.Computer music exploration formation includes many aspects,this paper mainly discusses the computer simulation based on music theory and application form.

multimedia teaching; audio-visual facilities;problems;measures