计算机在音乐模拟中的应用分析

李小宁

(陕西职业技术学院,710061)

计算机在音乐模拟中的应用分析

李小宁

(陕西职业技术学院,710061)

由于电脑技术与信息技术的迅猛发展，电脑已广泛融入我们生活里的每一个行业。电脑音乐形成研究是电脑技术融入艺术创作行业里的一个备受关注的领域，它是融信息科学和艺术于一体的综合性科学。电脑音乐形成探索涵括了多方面内容，本文主要探讨了依据音乐的电脑模拟形成的相关理论与运用情况。

多媒体教学；电教设施；常见问题；处理措施

0 引言

音乐的电脑意识与智能创造被当作是计算机音乐的基本目标，可是在中国，电脑音乐意识与智能创造范围的探究才刚刚萌芽。由于电脑技术的迅猛发展以及多媒体信息技术的出现，导致电脑运用至声音乃至音乐行业，迈出了关键性的步伐。多媒体技术主要涉及视、听两大范畴。音频技术既为多媒体技术不可或缺的构成，其不仅具备着宽广的发展范围，同时又具备了长期的发展。

声音由频率、幅度、长度与音色四大因素组成。而依据这四大因素的不断改变与配合所形成的音乐便是具备联系的一组声音。在音乐里，音符是基础单位，所有音符的抑扬及强弱均依据这一声音的频率与长度来确定。所以，从这一意义而言，由于当今的电脑技术不管是在模仿发声抑或剖析格律组织模式方面均拥有了极其完善的软硬件条件，电脑模仿音乐的形成理应具备其独特的特征。怎样可以更加精准高效地归纳出人类所感知的音乐特点，令我们能够更深入的懂得现存的经典曲目，同时针对这一前提尽可能快速地获得人类所热爱的音乐。为此，我们就打算借助电脑寻出这些音乐特点值，且采用模仿推测的手段去形成不同风格的音乐，借此去实现人们对于音乐的需求。

1 计算机音乐的存储格式及特点

在过去的音乐体系里，已经产生了一套完备的音乐记载表现模式。可是在探索电脑音乐时，我们最先碰到的难题便是怎样记载、保存并体现音乐。在探索电脑音乐的特点与实施模仿时，依据不同的记载方式所记载的音乐具备着不一样的剖析手段，因此在进行深入探讨前我们不得不首先明了音乐在电脑里的保存方式类别。

音乐信息记载方式一般有两种，即MIDI格式与WAVE格式。所谓MIDI是指乐器的数字接口，就是为了便于及时传送音乐的定时与掌握信息的一组数字代码，加之传送这些代码的硬件接口的技术标准。1981年，戴维·斯密司与切特·伍憾在美国第七十届音频工程组织会议上，阐述了数字 “通用合成器接口”这一概念，并于1982年更名成“乐器数字接口”，而且八大制作乐器的商家同意使用相同的技术参数。由于MIDI的接口技术日渐完善，不仅使得多种MIDI器件得以研发，比如控制器、混合器、处理器、编辑器及检测器等；而且还研发了远程的MIDI工作站。因为MIDI形式的音乐文件记载了音乐的所有乐谱与表演的整个过程，所以当前许多的音乐鉴别与音乐特点获取均采用了这一音乐记载方式。不过MIDI也具备了许多不足之处，比如规范呆板、操纵艰涩等。

所谓WAVE形式就是即时播放的音乐信号借助取样与数字编码记载表演情况。它不但可以记录声音，同时还可以记载导致

这些声音形成的各类信息，比方频率、振幅等，这些已经给我们了解声音实质提供了珍贵的第一手信息资料。而且，这些信息还能够针对要求加以调整，给我们探索音乐组成的基础要素提供了前提。通常这一形式广泛运用于PC机的音乐记录，另外不少的应用软件所使用的记载形式也是WAVE形式，笔者在本文里也借助这一形式充当音乐原始记录文件形式。

2 音乐序列的建模及模拟生成

2.1 音乐序列的记录

图1 原始音乐序列

把一段音乐借助变更与A/D转化获得一组数字序列，并将这一数字序列记作：

{xi}(i=l,2,……)

显而易见，此数字序列里涵括了此段音乐的所有资料。我们把该数字序列叫做音乐信号时间序列，简称音乐序列。图1显示的音乐序列就是记载了《I believe》这一流行音乐的前六秒钟，依据取样频率Fs=800oHz所记载的四万八千条信息。

为了方便探讨与阐述，我们把这一音乐序列当作本文的研究目标加以剖析与模仿，同时把它叫做原始音乐序列。针对这一音乐序列，最先应计划引入部分统计特点借此展现音乐的所有情况。

2.2 模拟生成方法

在此，我们会针对已存的音乐序列开展特点剖析，并以此为前提实施模仿成形的全过程，具体步骤如下：

(l) 剖析原始音乐，计算节奏周期里的周期长度、衰减率与移动平均及大波动的频率等的特点值序列和每一节奏周期中移动平均后的小波动序列。

(2) 如果上述特点值序列与小波动序列均为稳定序列，那么其推测模仿方式应采用自回归模型。

(3) 针对上述所获的所有特点值模仿序列与小波动序列，借助弦振动函数模型依序形成每一节奏周期中的模仿音乐信号序列。

(4) 最终把模仿所得的所有节奏周期信号序列前后相接便能够形成整段音乐信号序列。要想令模仿形成的音乐具备与原始音乐极其相同的音质，我们可以采取多个节奏周期中大波动频率的弦振动累加形成节奏周期中的波动序列。借此得到音质更丰富的模仿音乐。

2.3 模拟音乐编程软件

本文所采用的编程软件是MATLAB6.5，为了达到声音信号模仿值和数字序列的相互转变，该软件为音频处理提供了许多函数。这令我们的研究工作更加轻松。表1所显示的是一些比较习用的音频处理函数。接下来，我们详细解释一下录音函数与放音函数。

表1 MATLAB中把声音模仿值转变为数字序列的相关函数

(1)wavrecord: 其作用是借助Windows的音频设备实施录音且把记载下的模仿信号转变成数字信号。采用格式是y=avreeord(n,fs,dtyPe)。这一格式中的n是取样时间，单位是秒，它标志着录音的长度。Fs是取样频率，也就是每秒所收集的点数，11025Hz是其默认值。dtyPe是取样信息的保存方式，一般具备三种形式，即double、single、ints，在三者之中，前两者的取样精度为16位，第三者的取样精度为8位。借助这一函数便能够将一段音乐的模仿信号转变成数字序列且保存于数组y里。

(2)soundview:放音函数是音频输出函数，其作用是将数组借助发音设备转变成音乐。采用格式是soundview(y,fs)。其中，y是要求转变的数组，fs是输出频率。借助该函数将数字信号y转变成能够经由发音设备实施放间的频率fs的音频信号。

2.4 模拟生成效果分析

针对前面模仿形成音乐的实际方法，我们依据原始音乐开展模拟成形实验。图2所示为模仿形成的音乐序列。

图2 模拟音乐序列

（1）音响效果

针对图2的模仿间乐，借助MATLAB的放音函数soundview加以回放，可以发现模仿音乐和原始音乐具备着比较相似的韵律。为了更明确地剖析模仿所得的音乐序列的效果，我们更深入地剖析了模仿形成音乐序列的统计特点，且和原始音乐序列加以对比。

（2）自相关系数分析

我们借助自相关系数公式计算了模仿音乐序列，且和原始音乐序列加以对比。能够得出模仿音乐与原始音乐的拟似周期平均值均为40上下，基音周期为100上下。不过就基音周期而言，模仿音乐序列要比原始音乐序列模糊。显而易见，模仿成形的音乐韵律和原始音乐的韵律对比呈现了些许改变。

（3）频谱特性

根据对模仿形成的音乐序列作傅立叶转换，能够明了模仿音乐序列频域特征，且和原始音乐序列加以对比。

图3 整序列频谱图

就全局而言，整体频率特征对整段音乐序列实施傅立叶转变，图3是原始音乐序列及其模仿音乐序列的综合序列频谱图。从上图可知两段音乐几乎具备着相同的整体频率分布区域与主频率，而且上图也显示出原始音乐具备着更宽的频率分布范围，同时其频率成分也较模仿音乐丰厚。

分段频率特征借助整段音乐序列实施傅立叶转变并加以对比，尽管可以自全局观察音乐序列包含的频谱，可是我们在剖析音乐序列的过程中发现，如果节奏周期不一样，音乐序列也就呈现出不一样的频率特征。因此，观察所有频率在相异的时间段的音乐序列中所作出的贡献就变得尤为重要。针对这一情况，我们对模仿音乐序列的多个振动节奏周期实施了傅立叶转变。经过深入研究，我们发现，就节奏周期里的频率分布范围而言，原始音乐序列依然要比模拟音乐序列宽。

综上可知，音乐感知方面的不同借助具体的频谱图解析展现了问题的关键，也就是因为模仿形成的音乐具备着比较狭窄的频率范围，所以音乐感知力也就不那么厚实。

3 结束语

声音由频率、幅度、长度与音色四大因素组成。而依据这四大因素的不断改变与配合所形成的音乐便是具备联系的一组声音。当今的电脑技术不管是在模仿发声抑或剖析格律组织模式方面均拥有了极其完善的软硬件条件，电脑模仿音乐的形成理应具备其独特的特征。

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李小宁，女,出生年月：1980年出生，民族：汉族，籍贯：陕西省西安市人，学历：硕士学历，讲师职称。主要研究方向：音乐学。

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