計算機在音樂模擬中的應用分析

李小寧

(陜西職業技術學院,710061)

計算機在音樂模擬中的應用分析

李小寧

(陜西職業技術學院,710061)

由于電腦技術與信息技術的迅猛發展，電腦已廣泛融入我們生活里的每一個行業。電腦音樂形成研究是電腦技術融入藝術創作行業里的一個備受關注的領域，它是融信息科學和藝術于一體的綜合性科學。電腦音樂形成探索涵括了多方面內容，本文主要探討了依據音樂的電腦模擬形成的相關理論與運用情況。

多媒體教學；電教設施；常見問題；處理措施

0 引言

音樂的電腦意識與智能創造被當作是計算機音樂的基本目標，可是在中國，電腦音樂意識與智能創造范圍的探究才剛剛萌芽。由于電腦技術的迅猛發展以及多媒體信息技術的出現，導致電腦運用至聲音乃至音樂行業，邁出了關鍵性的步伐。多媒體技術主要涉及視、聽兩大范疇。音頻技術既為多媒體技術不可或缺的構成，其不僅具備著寬廣的發展范圍，同時又具備了長期的發展。

聲音由頻率、幅度、長度與音色四大因素組成。而依據這四大因素的不斷改變與配合所形成的音樂便是具備聯系的一組聲音。在音樂里，音符是基礎單位，所有音符的抑揚及強弱均依據這一聲音的頻率與長度來確定。所以，從這一意義而言，由于當今的電腦技術不管是在模仿發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具備其獨特的特征。怎樣可以更加精準高效地歸納出人類所感知的音樂特點，令我們能夠更深入的懂得現存的經典曲目，同時針對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值，且采用模仿推測的手段去形成不同風格的音樂，借此去實現人們對于音樂的需求。

1 計算機音樂的存儲格式及特點

在過去的音樂體系里，已經產生了一套完備的音樂記載表現模式。可是在探索電腦音樂時，我們最先碰到的難題便是怎樣記載、保存并體現音樂。在探索電腦音樂的特點與實施模仿時，依據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是指樂器的數字接口，就是為了便于及時傳送音樂的定時與掌握信息的一組數字代碼，加之傳送這些代碼的硬件接口的技術標準。1981年，戴維·斯密司與切特·伍憾在美國第七十屆音頻工程組織會議上，闡述了數字 “通用合成器接口”這一概念，并于1982年更名成“樂器數字接口”，而且八大制作樂器的商家同意使用相同的技術參數。由于MIDI的接口技術日漸完善，不僅使得多種MIDI器件得以研發，比如控制器、混合器、處理器、編輯器及檢測器等；而且還研發了遠程的MIDI工作站。因為MIDI形式的音樂文件記載了音樂的所有樂譜與表演的整個過程，所以當前許多的音樂鑒別與音樂特點獲取均采用了這一音樂記載方式。不過MIDI也具備了許多不足之處，比如規范呆板、操縱艱澀等。

所謂WAVE形式就是即時播放的音樂信號借助取樣與數字編碼記載表演情況。它不但可以記錄聲音，同時還可以記載導致

這些聲音形成的各類信息，比方頻率、振幅等，這些已經給我們了解聲音實質提供了珍貴的第一手信息資料。而且，這些信息還能夠針對要求加以調整，給我們探索音樂組成的基礎要素提供了前提。通常這一形式廣泛運用于PC機的音樂記錄，另外不少的應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轉化獲得一組數字序列，并將這一數字序列記作：

{xi}(i=l,2,……)

顯而易見，此數字序列里涵括了此段音樂的所有資料。我們把該數字序列叫做音樂信號時間序列，簡稱音樂序列。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，依據取樣頻率Fs=800oHz所記載的四萬八千條信息。

為了方便探討與闡述，我們把這一音樂序列當作本文的研究目標加以剖析與模仿，同時把它叫做原始音樂序列。針對這一音樂序列，最先應計劃引入部分統計特點借此展現音樂的所有情況。

2.2 模擬生成方法

在此，我們會針對已存的音樂序列開展特點剖析，并以此為前提實施模仿成形的全過程，具體步驟如下：

(l) 剖析原始音樂，計算節奏周期里的周期長度、衰減率與移動平均及大波動的頻率等的特點值序列和每一節奏周期中移動平均后的小波動序列。

(2) 如果上述特點值序列與小波動序列均為穩定序列，那么其推測模仿方式應采用自回歸模型。

(3) 針對上述所獲的所有特點值模仿序列與小波動序列，借助弦振動函數模型依序形成每一節奏周期中的模仿音樂信號序列。

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

2.3 模擬音樂編程軟件

本文所采用的編程軟件是MATLAB6.5，為了達到聲音信號模仿值和數字序列的相互轉變，該軟件為音頻處理提供了許多函數。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用的音頻處理函數。接下來，我們詳細解釋一下錄音函數與放音函數。

表1 MATLAB中把聲音模仿值轉變為數字序列的相關函數

(1)wavrecord: 其作用是借助Windows的音頻設備實施錄音且把記載下的模仿信號轉變成數字信號。采用格式是y=avreeord(n,fs,dtyPe)。這一格式中的n是取樣時間，單位是秒，它標志著錄音的長度。Fs是取樣頻率，也就是每秒所收集的點數，11025Hz是其默認值。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。借助這一函數便能夠將一段音樂的模仿信號轉變成數字序列且保存于數組y里。

(2)soundview:放音函數是音頻輸出函數，其作用是將數組借助發音設備轉變成音樂。采用格式是soundview(y,fs)。其中，y是要求轉變的數組，fs是輸出頻率。借助該函數將數字信號y轉變成能夠經由發音設備實施放間的頻率fs的音頻信號。

2.4 模擬生成效果分析

針對前面模仿形成音樂的實際方法，我們依據原始音樂開展模擬成形實驗。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

針對圖2的模仿間樂，借助MATLAB的放音函數soundview加以回放，可以發現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計特點，且和原始音樂序列加以對比。

（2）自相關系數分析

我們借助自相關系數公式計算了模仿音樂序列，且和原始音樂序列加以對比。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比呈現了些許改變。

（3）頻譜特性

根據對模仿形成的音樂序列作傅立葉轉換，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比。

圖3 整序列頻譜圖

就全局而言，整體頻率特征對整段音樂序列實施傅立葉轉變，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施傅立葉轉變并加以對比，盡管可以自全局觀察音樂序列包含的頻譜，可是我們在剖析音樂序列的過程中發現，如果節奏周期不一樣，音樂序列也就呈現出不一樣的頻率特征。因此，觀察所有頻率在相異的時間段的音樂序列中所作出的貢獻就變得尤為重要。針對這一情況，我們對模仿音樂序列的多個振動節奏周期實施了傅立葉轉變。經過深入研究，我們發現，就節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了問題的關鍵，也就是因為模仿形成的音樂具備著比較狹窄的頻率范圍，所以音樂感知力也就不那么厚實。

3 結束語

聲音由頻率、幅度、長度與音色四大因素組成。而依據這四大因素的不斷改變與配合所形成的音樂便是具備聯系的一組聲音。當今的電腦技術不管是在模仿發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具備其獨特的特征。

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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，學歷：碩士學歷，講師職稱。主要研究方向：音樂學。

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