计算机音乐制作与数字音频

乐的创作过程，通过计算机的智能算法作曲功能，详细解释了不同计算机语言在识别音乐时的相关理论基础。同时，在计算

机的辅助功能下，让音乐的旋律实现了音乐的二维可视化。最后，根据音乐旋律中的响度特征实现了音乐的自动识别，分析 了音乐旋律与计算机的关系，为后续的学者分析提供了相应的参考。关键词：计算机；数字音频；智能算法；二维可视化中图分类号：TG4

文献标志码：AComputer Music Production and Digital AudioLIFan(Col ege of Music, BaojiUniversityofArtsAndSciences, Baoji721013)Abstract: In recent years, with the rapid development of computers, the use of computer music production and digital audio productionhasbeenwidelydeveloped Thispaperanalyzesthecreativeprocessofmodernmusic, andexplainstherelevantthe-

oretical basis of different computer languages in recognizing music through the computer intelligent function of composing mu­

sic. At the same time, under the auxiliary function of the computer, the melody of music realizes the two-dimensional visualiza­tion of music. Finally, according to the loudness feature in the music melody, the automatic recognition of music is realized, and the relationship between music melody and computer is analyzed, which provides a corresponding reference for subsequent

scholars analysis.Key words: Computer； Digital audio； Intelligent algorithms； Two-dimensional visualization的。其主要通过旋律、作曲、编曲等方式进行⑵。旋律在音 乐的创作过程中是指利用音乐的十二平均律和纯律等进行

0引言随着科学的快速发展，计算机的应用也变得越来越普

创作，而作曲和编曲是在旋律的基础上进行的乐曲丰富的过 程，其主要是结合了器乐来表现其技法⑶。现代音乐在创作

遍。基于计算机的数字媒体和音乐创作对人们的生活方式 产生了很大的影响，并且这一部分的成果也得到了很多人的 认可和应用现代音乐的创作都是基于传统的音乐基础 上加以改造和创新的，音乐在创新的过程中方式是比较单一表示作曲的过程中会呈现多样化的形式，其基本的创作过程如下图1 所示。制作'混音X'母带、4 O 4表现形式传统的创 作方法演奏排练音乐厅下 的排练演出现场 控制纯硬件母 带处理软硬混合 母带处理波形文件算法作曲传统电子 音乐制作硬件合成音乐程序音乐咨询 系统智能化电 工音乐 制作计算机 合成演出音乐 会等\\)\\)图1现代音乐的创作过程在现代音乐的创作过程中主要分为初步的思想感情的

音、母带过程，再到音乐实体，最终可以形成不同的音乐表现形式&投入，形成一定的律制，然后经过前期的表示、作曲、制作、混

基金项目：宝鸡文理学院校级重点项目（项目编号:ZK2017097）作者简介：李帆（1989-）,女，商洛人，硕士，讲师，研究方向：声乐教学与演唱。・72・Microcomputer Applications Vol. 36,No. 1,2020在计算机快速发展的今天，其对数字音频技术也起到了

基金项目微型电脳％用2020年第36 ）第1期很大的推进作用。数字音频技术是将模拟得到的声音信号

通过特定的方式进行记录、转化和加工处理最终获得连续的 模拟信号，以实现不同的声音应用需求。其主要的应用包 括：电子音乐设备、广播节目、多媒体的应用等&国内外针对计算机的音乐创作和数字音频技术都有过

相关的研究。余心乐等从不同的角度对数字音频广 播系统进行了对比研究，结果表明不同的编码率和调制度对

最终的声音的配置有一定的影响。胡庆等⑺设计了一款简

单的数字音乐盒，通过相应的计算软件和电路元器件，可以

图2系统总体方案示意实现音乐的基本播放、暂停等功能。姚梦茹等⑻基于快速傅

本文设计的系统整个结构硬件示意图如下图3所示&里叶变换算法研究了音频频谱的特性，并设计了一款高效的

实时音频频谱分析系统，在使用的过程中提高了调音器的使

用作用&1计算机智能算法作曲在计算机智能算法作曲的发展过程中有两种相应的算

法：一是随机性的算法作曲；二是确定性的算法作曲两

图3系统硬件设计框图者相比较：随机性的算法作曲能更加增加乐曲在实际编曲过

程中的乐趣。同时，这两种算法的基础都是基于概率分布。11

1/于噪声和音乐在系统的设计过程中WM8731模块主要的作用是实现

系统的信号采集和信号的处理。同时，此模块还能将外部的

信号进行A/D的转换，最后将信号传输到系统的主芯片中&

当1/信号满足下列信号表达式如式（1）。在本系统中时钟模块能为系统提供足够稳定、时长的时间信

宀、\"\"市

/ 八 co nst

⑴号；电源模块可以提供稳定的电源；JTAG配置模块在系统

中的作用主要是起到辅助的功能；LCD显示从字面上可以 理解为系统提供直观的显示功能，可以让测试人员更加清

上式中厂=1/表示的是声音的频率！（Z）函数表示的

是功率谱密度（0）。先对收集的信号进行放大处理！然后对

放大的信号进行傅里叶变化可以得到相应的功率谱密度函 数。此时的功率谱密度主要在100 Hz〜10 kHz,随后对信

晰、直观的感受信号灯额数字频谱&在本文系统的设计中FPGA编程是整个系统的核心部 件，其主要由音频采集模块、音频编码模块、FIFO缓冲模块、

FFT数据处理模块组成。每个功能的实现都是通过HDL

号进行滤波处理，最终可以得到相应的功率谱密度，进行相

应的对数处理就可以得到复合上式的信号函数图像。12

语言进行预先设计实现的&一种典型1/Z分型算法在 系统 频采集 编码 块通 的 方当运用1/Z音乐特征进行相应的作曲模仿时，利用随机

写成WM8731的寄存器&在I2S指定模式下，ADC的输出

数字发生器模拟1/Z波动假设B为第3个随机的发生 器5为3的二进制表达式，若3与3-1的相关二进制存在

不同的表达方式，则会随机生成（0,1/N）个随机数& E为各

数据会产生特定的时序变化如下图4所示&当系统中相关有效的数据发生电平变化后会产生位置 上的改变& Adclrc是一种可以校准时钟的工具，在此工具下

个随机数相加的和，则B,的表达式为式（2）。k=N可以判断系统使用的是左声道或者右声道的数据&其判断

系统的声道主要是通过输出的电平来反应的，当其输出的是

- D+

（2）Bt —

k — 1低电平时,则表明系统输出左声道数据&。Dk—若 ）* 〔0* - 4 *— 13计算机音乐旋律的二维可视化v N- .+，则 random（0,1）,、 ⑶本文从文本处理的角度考虑了音乐的相关特征，通过记 载音乐表现出来的特征音长、响度等，能够提供给用户更加

2基于计算机的数字音频频谱分析本文结合Niosn系统设计了计算机的数字音频频谱分

析系统, 主 的系统

直观的输入方式。为了重点的阐述旋律的可视化，本文从矩

阵的方式输入相应的向量，从而给出歌曲旋律的特征和相应

的。31

2 。的 的 可 化可 化的 果,包含相应的ADC模块、LCD模块等，这些模块和Nios

,系统进行连接，实现完整的控制系统。本系统的设计主要

的

5。考虑的是利用信号的输入，经过内部的不同转化最终形成所

需的 频频谱信 。由于音乐的普遍特性：存在部分的高音和低音（2「13）,本

文将所在的坐标进行相应的扩展&73 -Microcomputer Applications Vol. 36,No. 1,2020基金项目微型电用2020 '第36 ）第1期更快的处理计算的数据，其为傅里叶变换的快速计算方法。

傅里 变 的 ! 可以 析的 高频采样频率的一半，并且函数傅里叶变换的相应的返回值是以

的频

的。在处理信号的过程中，傅里叶变换处理后的频谱图可以对不同的信号采样，正常情况下其

的点为N/2 + 1个。绘制的频谱

7根据传统的音阶普遍表现可以将音阶分为以下不同的

两个基调：［12,3,4,5,6,7）、［8,9!0!1!2!3!4）,两者

的是基

阶和高八度的音阶。同理可得［ — 6,—5,—4,一3,—2,—1,01表示的则为低八度的音阶。纵坐标

从c到'代表的 高音的变化 。横坐 三根度进行划分的，随机的表明了

的

的 。为了能够

可 化

’歌图7 Nyquist频率之前的频谱图的可 果，在绘图的过程中了 的网格。 绘制 的多级音高 节线的从图7中可以看岀：乂轴的最大频率为FS/2,同时乂轴也表示了信号的不同频率成分；》轴为频率的幅值。在本文

6 。中，为了能够分析 的范围。的信号，采样的 选却了足够大

由于图7的频谱图表示的太宽泛，对图7进行相应的放

大，选取部分的频率区域如图8所示。3. 2旋律中响度特征的自动识别在分析

的响度

，可以利用傅里叶分析，其可以对信号的频 、频率带宽等相应的 进行细致的分析方法与传统的时域分析方法不析（4）。这 傅里

，可以 域分析方法进行转换! 频率的分析。利

通过此方法还能确定音乐响度的音高所在区域。对本

文使用的样品音乐进行分析可知：第8456序列号的频率值为 312. 84 Hz。用的原理主 任何连续的时域或者信 能够经过的转换变 计算机发展的制

的 波的 。由 的，只能处理 列数据，故在计算中使用傅里叶变化的过程中，需要考虑输

这些量也决定了计算的

的量!4总结计算机作为现代科技的发展潮流，其对各行各业的发展

74。 速傅里叶变换能够Microcomputer Applications Vol. 36 , No. 1,2020都起到了一定的促进作用。本文结合计算机的智能算法作

基金项目微型电脑％用2020年第36 )第1期(1):15-19% 7 &胡庆，余晨.基于STM32单片机的数字音乐盒设计

[J&.成都大学学报(自然科学版),2018 ,37 (4)： 395-398曲功能，从理论上分析了不同计算机语言在识别音乐时的可

行性。同时，本文通过对音乐旋律相关特征的提取，可以根

据音乐的旋律实现了音乐的二维可视化，提高大众对于音乐

的认知水平，也丰富了人们的欣赏方向&% 8 & 姚梦茹，胡永兵，李慧.基于Avalon总线的音频频谱

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114-118频播放器的设计与实现[J&.今H电子，2018(9)：

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蟀鸣声结构的比较研究(直翅目：蟋蟀总科)[J]. Zoo- logicalSystematics!2002!27(3):491-497角度对昆虫鸣声信号进行了研究&(1) 蜻蜓、蟋蟀、蝎蝎鸣声信号具有明显的周期性，蜻蜓

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学学 !2008!27(3):53-56鸣声信号的脉冲组重复时间最短；知了鸣声信号周期性稍

差，脉冲组重复时间长。(2)

蜻蜓振翅的主频最大，振翅频率分布范围最宽；知 %] 贾春花，郭敏.基于HHT方法的果蝇鸣声特征提取

及分类％].云南大学学报(自然科学版),2011, 33

了鸣声的主频最低，蝎蝎鸣声的频率分布范围最低。(3)

四种昆虫鸣声的MFCC动态参数和静态参数均存 (2):152-157在明显差异&%] 张明真，郭敏.储粮害虫活动声信号去噪方法研究

%].东北师大学报(自然科学版),2013 , 45(2) 61 -

66研究结果不仅可以实现昆虫的分类与识别，还可为进一 步实现对害虫的智能预测与防治打下基础&参考文献[1& 曹凤勤，程立生.昆虫鸣声的研究进展及其应用概—%] 张明真，郭敏.基于流形学习和SVM的储粮害虫声

信号识别研究[J].云南大学学报(自然科学版) 2014 36(2):174-180[J&.热带生物学报，2004, 10(1)：29-33.( : 20181018)[2& 芦荣胜，杨培林，石福明，等.历山自然保护区!种蟋75・