钢琴校音计算机软件的设计

发布时间：2020-06-25 12:22

【摘要】：如今,随着社会的快速发展与进步,人类物质生活水平及精神生活水平的不断提高,人们对于音乐的向往和追求也越来越强烈,钢琴作为弦乐器的典型代表,以其宽广的音域,动听的旋律,强烈的听觉复合感受,快速普及到千家万户。因为钢琴琴弦的物理特性使得需要对其进行定期校正,所以钢琴校音工作的需求也越来越大。由于计算机等工具学科中与乐器校音相关的理论与技术发展起步较晚,且未能得到及时深入地应用,时至今日,钢琴校音工作一般都是靠专业校音师通过听觉判断钢琴音符的音准,人工操作调整琴弦来完成。现有的少数校音器,主要是通过发出参考音或以单片机模拟滤波测频方式工作,方法上存在缺限,无法从本质上辨别音高的误差。如此便出现两个问题需要解决,一方面是受专业校音师的生理,心理以及客观环境的影响,难免会出现主客观上对音准判断的偏差；另一方面是在钢琴快速普及的今天,少量的专业校音人员难以满足众多普通用户的校音需求,这使得钢琴校音工作成为难题。为此,本文致力于通过分析语音及乐音基音特征识别理论的本质,探索语音数字信号分析理论在乐音信号分析与处理过程中的适用性,寻求钢琴弦鸣乐器乐音基音识别的理论与方法,并利用计算机仿真与开发平台,设计出能够实现钢琴乐音基音识别与校音的计算机软件系统,可以作为校音人员的辅助工具,帮助其精确判断钢琴音符音准并快速完成校音工作。本文从对钢琴单音符乐音与浊语音的发声模型和声学本质的共性认知开始,深入研究语音信号处理与特征识别的时、频域理论和方法,论证其在钢琴单音符乐音基音特征识别与检测中的可用性,结合钢琴乐音的声学特性及钢琴校音的本质问题,对相关的时域和频域分析基本理论、常用方法进行了借鉴和改进,使其能够更有效地应用于钢琴音符基音特征的识别与提取中去。在信号采样时,采用了基于DSP和音频编码解码器的方式,保证了采样精度和速度；在钢琴低频音符的识别中采用基于频率特征及动态窗长的基音特征识别时域方法,高频音符识别中采用时域自相关法及频域谐波峰值法相结合的基音特征识别时频域复合方法。通过实验检测,结果表明该方法对钢琴音符基音特征检测的效果较好,并且能够满足基音特征识别的精度要求。本文通过Matlab仿真开发平台调试完成的校音软件系统,能够完成钢琴音符基音特征识别分析和实际校音工作,对其它弦鸣类型乐器的基音特征识别与基音校正具有现实的推广意义,对于专用信号处理芯片(如DSP等)也具有理论移植推广价值。本文所给出的乐音信号基音特征识别处理的相关理论和方法可用于相似乐器的乐音信号分析与处理或相关的课题中。
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TN912.3;TP368.1
【图文】：

琴弦,钢琴,振动模型

2.3.1琴弦的振动模型我们对钢琴主要发声部件琴弦进行研究，简单的来看，大致可以认为琴弦的振动模型可如图2.1所示，是由左右两边的刚性支架固定起来，通过受到轴向拉力t的作用而产生张直和振动〔8〕。2扮《夕球31琴弦的固定点2钢琴弦线3弦线的支架图2.1钢琴琴弦的振动模型根据上图所示的钢琴琴弦振动模型，我们能够得出如下波动方程:_护y‘护夕。，一八即吞-二-=‘一‘-代丁一2又砚以J，—日t乙击“‘口t(2一1)公式中:y表示琴弦受力点的位移距离，t表示琴弦受到的张力，‘表示琴弦的线密度;口表示琴弦的振动基频，R(动表示琴弦的上单位长度具有的有效摩擦阻。对方程2一1进行求解

波形,钢琴,单音,频域

图2.2某钢琴单音符A4音时、频域波形我们对上图进行分析，可以总结出:基音和泛音共同构成钢琴的声音，因此，认为如果我们在对钢琴的单音符信号进行检测的时候，能将其基音信号提取出可确定其对应的频率，然后对比由十二平均律推导出的钢琴各音符的国际标准，即可找到其对应的音符，从而可以实现钢琴音符的校音。2.4钢琴的音乐特性通过了解音乐相关理论，我们知道乐器音符的音高(也可称为音符的基音频其精确的定义，通常把约定音符音高的方案叫做律制。音乐的律制通常依照一则顺序来制定:①指定某个标准音符的音高;②制定某种约定的数学计算方法据①和②，我们将在一个倍频程内，由指定音符的音高开始用数学方法进行推次得到其余的音高。

【引证文献】