数字古琴音乐自动合成研究与实现

摘要

古琴,是中华民族传统文化的瑰宝,更是世界人类文明的重要文化遗产。当前,随着信息科学与技术应用领域的不断深入,各学科领域的信息化、数字化工作正以前所未有之势开展,计算机和艺术的交叉性研究也因此成为一门引人注目的学科热点,这为古琴艺术的数字化研究迎来了春天。本文进行了用计算机模拟人对古琴曲谱进行智能演奏的研究,具体目标是通过输入古琴曲谱,由计算机实现对曲谱的数字转化、机器理解和节奏生成,并自动合成出可以播放的古琴音乐。论文中主要集中讨论了以下几方面的问题:
　　 1、设计数字古琴音乐自动合成模型,该音乐模型包括古琴音色仿真与变调、琴曲弹奏动作处理、琴曲节奏生成和古琴音乐混音合成等四个功能模块和一个数字古琴知识库构成。在数字古琴知识库中,数字曲谱库是本文进行音乐自动合成的基础,音色素材库是音乐自动合成的素材来源,琴曲分类库是音乐自动合成的重要参考依据。
　　 2、古琴音色仿真与变调是构建数字古琴的尝试性探索,通过分析古琴发声原理和古琴律制,构建音色仿真和变调模型,以线性预测分析法(LPA)构建信号滤波器,通过自相关函数法搜索基音周期,根据基频合成激励谱,然后合成古琴音色。古琴音色变调通过调整基频比例因子和修改共振峰频率来实现。
　　 3、对数字曲谱进行基本单元分割,并采用五位混合编码组合音型抽取算法实现对演奏指令信息的抽取,根据指令信息获取单音素材。由于古琴音乐节奏的不确定性,提出了一种从曲谱全局到谱字的分步节奏处理方案,并设计节奏适应度函数,以遗传算法(GA)来进化并自动生成古琴音乐的节奏。
　　 4、根据生成的琴曲节奏,设计混音算法对从音色素材库检索到的单音素材文件进行合成,完成数字古琴音乐的自动合成,验证音乐合成模型的有效性。
　　 采用本文所提出方法合成的古琴音乐在播放时能够比较完整地表达出琴曲的旋律特征和音乐内涵,琴曲音乐节奏符合人们的听觉特性,能够较好的满足人们欣赏古琴曲的审美需求。该研究成果对于古琴文化的保护和传承有着积极作用,同时在古琴音乐的商业化需求推广方面,也有着很好的实用价值。