基于ＣＡＴ技術的視唱練耳訓練系統構思

摘要：介紹一種基于CAT技術的視唱練耳訓練系統的構思，提出一種新的視唱練耳訓練方法的思路，對該CAT系統及其具體的操作思路做了闡述。

關鍵詞：CAT 視唱練耳；計算機輔助訓練

中圖分類號：TP391.76文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)33-1502-02

The Conception of Solfeggio Training System based on CAT technology

XUDeng-feng

(School of ArtsDesign， China University of Mining and Technology， Xuzhou， Jiangsu 221116， China)

Abstract：The conception of solfeggio training system based on CAT technology has been introduced in the article. This conception puts forward a new idea of solfeggio methods， elaborates on the CAT system and its specific operation.

Key words：CAT; solfeggio; computer-aided training

CAT（Computer-Aided Training，即計算機輔助訓練）系統，是以計算機為工具，學員自主掌握學習步驟，通過與教學軟件包的通訊，交互式地呈現教學內容，達到教學與訓練目的的輔助訓練工具。在音樂教學過程中，多媒體技術已經廣泛使用，但是人機交互式的訓練還不多見，特別是音樂技能方面的訓練采用計算機輔助來實現還在摸索過程中。音樂的傳統教學常采用小組課或者單一課的模式，所學內容也需要經過大量練習，為了提高效率，減少教學和訓練強度，達到更好的效果，迫切需要尋找新的訓練途徑和方法，筆者借鑒 CAT系統在其他領域中的運用，提出在視唱練耳教學訓練中使用CAT技術的構思，并對構思的訓練方法作闡述。

1 傳統的視唱練耳教學概念

視唱練耳是專業音樂學習的基礎課程，視唱就是看譜即唱，訓練學生包括音高、節奏、節拍、旋律、調式、力度、速度七方面的內容，視唱是獨立地將樂譜轉化為有聲的歌唱，即根據記譜法和樂理的知識辨認出音高與時值、調與調性，想一想唱出來;與此同時，還要根據已經積累的聽覺經驗來辨別和調整音高，并用手擊拍給節奏以尺度。這一過程是在大腦指揮下，通過眼、口、耳、手同時條件反映活動完成的，是高級復雜的音響信號在頭腦中的意識反應。所以，視唱的特點在于視覺器官的刺激，只有狠狠抓住這一特點進行較長時間的強化訓練，才能使視唱練習順利取得成效。

視唱練耳教學中，內心聽覺是非常重要的，內心聽覺是一種聽覺能力，是在長期的、有意無意的外部音響刺激下所形成的內在音樂形象的積累，是通過大腦對舊有音響形象經過再加工改造，形成新的音響形象的心理過程。如果一個人具備良好的內心聽覺能力的話，盡管對樂曲不太熟悉，它也能進行富有藝術表現力的演唱(奏)。音準與節奏等音樂要素通過內心聽覺的判斷才能夠調整到準確的位置。由此可見，內心聽覺的培養訓練就成為視唱練耳的重要任務之一。

2 視唱練耳CAT系統的分析與設計

2.1 系統需要實現功能構思

計算機輔助教育領域中CAT理論已經發展到相當程度，尤其在有關文字類(即動筆類)考核這一領域中已相當完善、完整。然而，視唱練耳是一個技能課，這種以聲音訓練為內容的學習形式，與文字類有截然不同的區別的，系統的構建關鍵是能夠判斷聲音的高低長短的正確性，并做出修改建議，因其準確性，使CAT系統的教學效果更加顯著，在其中視唱與練耳是兩種不同的訓練方法，練耳中的節奏模仿與視唱類似，聽音與其他的CAT考核系統相當，因此，在構建系統時，應該分成兩個部分，這里重點闡述視唱與練耳中發出練習聲音的部分。

2.2 該系統應具有如下功能:

1) 視唱信號采樣與存儲功能能采集并儲存學習者聲音信號；

2) 正確信號的播放與學習者信號的回放；

3) 學習者的信號與正確的信號實現實時處理與比對功能；

4) 信號反饋和交互功能能對學習者的錯誤指出錯誤類型和改進的方法。

2.3 使用的軟件

本系統使用目前常用的一些專業軟件，其中錄音類主要采用Cool Edit Por 和Sound Forge，樂譜編輯軟件用Encore、Sibelius，音序器軟件采用Cakewalk sonar、Cubase sx、TT作曲家。

使用Visual Basic 6.0(簡體中文專業版)可視化高級編程語言進行編制和開發，編寫一個生成波形聲音文件的源代碼，設計一個音頻分析軟件。

2.4 視唱練耳聲音信號分析

傳統的視唱過程是，看樂譜，唱出聲音，用樂器給出音高節奏等要素，對比樂器的演奏，判斷視唱聲音的正確性，調整視唱的不準確的地方，反復練習提高，其中判斷音高等要素的關鍵是內心聽覺，學生練習的過程往往對自己的聲音表達沒有準確的判斷，因此練習效果不好，CAT訓練系統的關鍵是對視唱及練耳的聲音分析。

視唱聲音的分析首先需要對所唱的內容進行采樣，通過Cool Edit Por 或Sound Forge軟件對視唱內容進行錄音并保存為通用的wav格式，這兩款軟件是相當專業的軟件，能夠非常準確的記錄相關的信息，所記錄的wav文件通過VB編寫的一個波形聲音文件生成器程序進行分析，給出振幅、頻率、持續、采樣等參數，形成波形圖譜文件。

練耳的主要內容包括音程和音階，和弦，節奏，音高和旋律。他的練習形式是播放相關的錄音，選擇相關的答案進行比對，因此練耳的內容除節奏模仿外所采用的方法與其他CAT考試形式是一致的，節奏模仿是一種需要發出聲音的模仿過程，可以采用與視唱同樣的原理來實現。市場上有多款練耳軟件具有強大的功能，包括《Aurelia》和“練耳大師”《Ear Masterfissional》，這兩款多媒體聽覺訓練教學軟件都具有良好的交互性。可以將這些強大的軟件集合在CAT系統中。

CAT系統通過對人聲信號和音序器信號進行實時處理，將兩種信號進行比對、信號差異進行實時反饋三項系統功能。例如：CAT系統在接收到一個人聲波形信號后，可以把該數據與標準樣本進行比較，判斷學習者的演唱是否正確。如果發現學習者的演唱有錯誤，則可以進而確定錯誤發生的位置，判斷出錯誤類型。CAT系統還可以播放提前預置的正確信號數據，供學習者參考，系統統計關鍵的錯誤，給出錯誤產生的原因及改進方法，以達到通過測試途徑實現學習和訓練的目的。同時，考慮到測試的特點和學習者要求，CAT系統應具有實時性。綜合以上因素可以得出CAT系統原理框圖如圖1。

3 系統分析聲音信號的過程與實現

3.1 標準庫的預置

視唱練耳的教學在傳統的模式中有很多寶貴經驗，在設計制作系統時應該充分吸收這些寶貴的經驗，在選取教材及練習進度設計方面多做一些工作，這樣系統才能夠更加有效，這里我們不再探討這一問題，把重點放在系統制作過程中。

首先是樂譜的編輯，軟件用Encore或者Sibelius，這兩個樂譜編輯軟件的功能都非常強大，以Encore為例，把樂譜輸入電腦，文件可以保存為MIDI格式，這樣，其他的音序器軟件可以打開，在編輯聲音過程中可以調用，樂譜同時轉換為圖片格式，保存在標準庫中，在CAT系統使用的過程中，顯示樂譜，供練習使用。

與樂譜對應的聲音文件可以用如Cakewalk sonar或者Cubase sx這樣的音序器軟件來制作，音樂的音色可以選擇如長笛或者其他有持續發音特點的樂器，保證在制作頻譜分析的過程中不會因為樂器的特點而影響圖標的形狀，編輯的文件可以制作成WAV格式保存在CAT系統的標準庫中。

用VB編寫的分析聲音的程序來提取視唱樂譜對應的WAV聲音文件用中的相關數據，顯示成為聲音圖譜，圖譜以X軸為時間軸，時間軸與音樂中的節奏要素對應，圖譜的Y軸為頻率軸，頻率對應相音樂中的音高要素。MIDI文件、樂譜圖片文件、聲音文件及聲音圖譜等相關數據在CAT系統中相關聯。

圖1 CAT系統框圖

圖2 對比圖

3.2 練習過程及圖像的對比

CAT系統包括兩個部分，一個是預置的標準庫部分，一個是練習的處理分析與對比部分。首先給計算機配備如聲卡、話筒、音響等相關設備，在練習時，通過話筒和聲卡吧演唱或者節奏模仿的聲音內容錄入計算機，計算機對聲音進行處理，提取演唱聲音的音高和節奏要素，把這些數據與標準庫的相關數據進行對比，結果以直觀的圖形方式在顯示屏上表達出來，兩個不同的圖譜比較后，誤差數據范圍超過一定的值后，在演唱圖譜中用不同的顏色顯示不正確的區域，并提出相關的修改意見，帶著修改意見，進行下一次訓練，直到不出現問題時結束，在CAT系統中保存練習的相關數據進行整體分析，指出出現問題最多的地方，供下次練習參考使用，如對比圖2所示。

上圖中，第一行為五線譜圖，五線譜下方的圖為標準圖譜與練習圖譜的重疊圖，在圖表中出現A、B、C三個點與標準答案不同，A處演唱聲音偏低，B處演唱偏高并且時值不足，C處音高偏低，節奏滯后，通過這個比較圖可以直觀的顯示練習過程中的錯誤，把視唱中關鍵的內心聽覺圖示化，把一個抽象的概念變得具象了，方便視唱練耳的訓練。

4 結束語

CAT系統在視唱練耳訓練中運用，必將成為一個非常有效的訓練工具。與一般課堂教學相比，它具有多媒體、學習自主性、可交互性等特點；相當與在訓練過程中隨時有一位經驗豐富的教師在陪伴練習，有助于提高練習效果和學習效率，隨著計算機技術及其他相關技術領域的不斷進步，CAT系統在技術上的這種發展趨勢將會更加明顯，其在音樂訓練領域的作用將會更大。而任何新的教學訓練工具的出現，也必然會引發教學訓練的理念、模式和組織管理等方面的變化，這一構思的提出是一個新的研究課題，CAT系統用在視唱練耳訓練中在國內查閱不到太多信息，因此，這還處在探索的過程中。

參考文獻：

[1] 張昆琪.鍵盤和聲學的CAT系統設計與實現[J].首都師范大學學報(自然科學版).2001(3).

[2] 李峰.論計算機輔助音樂教學[J].課河職業技術學院學報(綜合版). 2003(12).

[3] 夏驕雄.計算機輔助實驗考核系統[J].計算機應用與軟件. 2000(10).

[4] 馬如林.視唱練耳的基本訓練方法[J].中國音樂.1995(1).