關(guān)于在提高音樂練習(xí)中應(yīng)用大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析軟件的探索

董政宇

【摘 要】一種提高音樂練習(xí)數(shù)據(jù)的軟件，主要是靠收音裝置進(jìn)行采集練習(xí)音頻并轉(zhuǎn)換成信號(hào)數(shù)據(jù)，并與數(shù)據(jù)庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)及設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)偏差值進(jìn)行對(duì)比分析，能對(duì)使用不同演奏方式的練習(xí)者所演奏的音樂進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并加以統(tǒng)計(jì)分析，找到練習(xí)過(guò)程中的問(wèn)題并匯總出結(jié)果，使練習(xí)者和專業(yè)老師可以進(jìn)一步了解練習(xí)狀況，并針對(duì)性進(jìn)行糾正和練習(xí)，達(dá)到練習(xí)更有指導(dǎo)性，學(xué)習(xí)進(jìn)步更快的目的。

【關(guān)鍵詞】音樂練習(xí)軟件;聲音數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換;數(shù)據(jù)對(duì)比統(tǒng)計(jì)分析

中圖分類號(hào)：J6? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?? ?文章編號(hào)：1007-0125（2019）17-0042-02

加拿大作家麥爾坎·葛拉威爾在《異數(shù)》一書中指出：“人們眼中的天才之所以卓越非凡，并非天資超人一等，而是付出了持續(xù)不斷的努力[1]。只要經(jīng)過(guò)1萬(wàn)小時(shí)的錘煉，任何人都能從平凡變成超凡?！彼麑⒋朔Q為“一萬(wàn)小時(shí)定律”。

一、背景

第一，音樂初學(xué)者在日常練習(xí)過(guò)程中關(guān)鍵在于音樂練習(xí)的音準(zhǔn)要規(guī)范;第二，音樂練習(xí)者暫時(shí)沒有其他輔助設(shè)備或良好聽力能力來(lái)檢測(cè)每天的練習(xí)情況;第三，每周的音樂練習(xí)過(guò)程中，大多數(shù)家長(zhǎng)不能對(duì)音樂練習(xí)者的練習(xí)情況進(jìn)行有效的監(jiān)督和指導(dǎo);第四，專業(yè)老師每周進(jìn)行授課時(shí)，不能全面了解上一周每天的練習(xí)情況和經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題點(diǎn);第五，音樂練習(xí)軟件可以對(duì)每天練習(xí)的內(nèi)容及演奏過(guò)程中的音程、節(jié)奏情況進(jìn)行匯總;第六，音樂練習(xí)軟件可以對(duì)練習(xí)者在指法、練習(xí)曲、樂曲演奏中的問(wèn)題進(jìn)行識(shí)別并進(jìn)行匯總;第七，音樂練習(xí)軟件可通過(guò)歷史數(shù)據(jù)的分析對(duì)練習(xí)者的練習(xí)成長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行記錄，幫助找到經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題和改正的情況;第八，專業(yè)藝術(shù)老師可以根據(jù)練習(xí)的練習(xí)的情況，調(diào)整授課內(nèi)容，有效提高音樂練習(xí)者的演奏水準(zhǔn)。

二、軟件功能

該軟件通過(guò)手機(jī)麥克風(fēng)等聲音收集裝置，將音頻轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并與數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)，支持多種樂器聲音，快速、精確的根據(jù)每天音樂練習(xí)的時(shí)間、內(nèi)容、音高、節(jié)奏進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。具有如下特色功能。

第一，支持對(duì)各種不同演奏方式的樂器進(jìn)行選擇;第二，支持不同樂器練習(xí)內(nèi)容的選擇;第三，支持不同演奏樂器中的的基本單音、雙音音階選擇練習(xí)、練習(xí)曲、樂曲及分階段曲目的選擇;第四，支持通過(guò)音頻轉(zhuǎn)換信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)功能;第五，支持轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的對(duì)比功能;第六，支持音頻數(shù)據(jù)中音分偏移、波動(dòng)指示功能;第七，支持音頻數(shù)據(jù)中音量強(qiáng)弱指示功能;第八，支持音頻數(shù)據(jù)節(jié)奏正確顯示功能;第九，支持三種抗噪級(jí)別：最低抗噪能夠進(jìn)行0.1s時(shí)長(zhǎng)的短音檢測(cè)，最高抗噪能夠在雜音為4倍基音震幅下檢測(cè)出準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)基音，默認(rèn)設(shè)置是II，為最高抗噪級(jí)別;第十，支持三種精度設(shè)置：0.1音分、1音分、3音分，默認(rèn)設(shè)置是：O，為最高精度狀態(tài);第十一，三種信號(hào)輸入模式：麥克風(fēng)、拾音器、藍(lán)牙。

三、軟件構(gòu)成的模塊分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)在音樂練習(xí)中的作用是通過(guò)對(duì)練習(xí)者在基本音階練習(xí)、練習(xí)曲和樂曲的演奏中的音頻轉(zhuǎn)換信號(hào)數(shù)據(jù)后，將演奏的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)演奏的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)演奏的音高得分、音長(zhǎng)得分、音強(qiáng)得分、節(jié)奏得分進(jìn)行分析，判斷在哪些方面存在不足，找出練習(xí)中的短板，進(jìn)行針對(duì)性的練習(xí)或提升[2]。軟件分為信息選取與評(píng)價(jià)顯示系統(tǒng)，數(shù)據(jù)輸入與設(shè)置系統(tǒng)，音頻轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)對(duì)比系統(tǒng)。

（一）信息選取與評(píng)分系統(tǒng)。包括信息登陸單元、界面選擇單元、當(dāng)日評(píng)比數(shù)據(jù)單元、歷史數(shù)據(jù)分析單元、數(shù)據(jù)庫(kù)操作單元;信息登陸單元將練習(xí)人員信息、時(shí)間等相關(guān)信息進(jìn)行錄入，支持聯(lián)網(wǎng)登陸并了解相關(guān)練習(xí)信息，便于隨時(shí)查詢練習(xí)數(shù)據(jù);界面選擇單元是對(duì)練習(xí)演奏的方式、練習(xí)的課目的顯示界面;數(shù)據(jù)庫(kù)操作單元主要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)操作，在練習(xí)時(shí)，可以選擇查詢儲(chǔ)存單元中儲(chǔ)存的練習(xí)內(nèi)容、練習(xí)曲目，點(diǎn)取曲庫(kù)中的曲目后，學(xué)生還可以查詢本曲目的背景信息，幫助學(xué)生練習(xí)前復(fù)習(xí)。

當(dāng)日評(píng)比數(shù)據(jù)單元主要顯示當(dāng)日練習(xí)內(nèi)容中，關(guān)于音階練習(xí)、指法練習(xí)、練習(xí)曲練習(xí)、樂曲練習(xí)的分類練習(xí)中的音長(zhǎng)、音強(qiáng)、節(jié)奏的分值，同時(shí)來(lái)顯示不同的練習(xí)時(shí)間段演奏的問(wèn)題，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行對(duì)比描述。

歷史數(shù)據(jù)分析單元是對(duì)練習(xí)者長(zhǎng)期練習(xí)過(guò)程中的在基本音階練習(xí)、指法練習(xí)、練習(xí)曲練習(xí)中的音高、音長(zhǎng)、音強(qiáng)的分析及出錯(cuò)點(diǎn)位置進(jìn)行查詢，并可以根據(jù)演奏水平，系統(tǒng)自動(dòng)評(píng)判處音高得分、音長(zhǎng)得分、音強(qiáng)得分、節(jié)奏得分和綜合得分，能夠更方便的讓學(xué)生了解自己的學(xué)習(xí)糾證錯(cuò)誤情況和專老師適當(dāng)調(diào)整授課內(nèi)容的有力依據(jù)。

（二）數(shù)據(jù)輸入與設(shè)置系統(tǒng)。包括演奏練習(xí)方式單元、基本練習(xí)單元、指法練習(xí)單元、練習(xí)曲練習(xí)單元、樂曲練習(xí)單元。

演奏練習(xí)方式單元指聲樂、鋼琴、管弦樂器、民族樂器、打擊樂器等方式的輸入存儲(chǔ)數(shù)據(jù);基本功練習(xí)單元是根據(jù)不同練習(xí)方式的對(duì)基本功的練習(xí)要求，將相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)輸入存儲(chǔ);指法練習(xí)單元是根據(jù)不同的演奏方式對(duì)指法練習(xí)的要求不同而進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入的存儲(chǔ)單元;練習(xí)曲單元是不同演奏方式對(duì)練習(xí)曲目要求的音高、音長(zhǎng)、音強(qiáng)進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入并設(shè)置根據(jù)樂曲的要求設(shè)置偏值。

此系統(tǒng)是負(fù)責(zé)將各種樂器基本音階練習(xí)、指法練習(xí)、練習(xí)曲練習(xí)、樂曲練習(xí)的各種數(shù)據(jù)按不同的時(shí)間階段，將該階段內(nèi)的音強(qiáng)、音長(zhǎng)、節(jié)奏等數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入存儲(chǔ)，同時(shí)將該階段的音強(qiáng)、音長(zhǎng)、節(jié)奏根據(jù)作曲者的要求設(shè)置不同的標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍，以便與轉(zhuǎn)換的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

（三）音頻轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)對(duì)比系統(tǒng)。包括標(biāo)準(zhǔn)模塊單元、聲音處理模塊單元、聲音評(píng)判單元。標(biāo)準(zhǔn)模塊單元包括信號(hào)加窗分幀模塊、音長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)模塊、音強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)模塊、音色標(biāo)準(zhǔn)模塊、音高標(biāo)準(zhǔn)模塊和節(jié)奏標(biāo)準(zhǔn)模塊;聲音處理單元包括音高處理模塊、音長(zhǎng)處理模塊、音強(qiáng)處理模塊、音色處理模塊和節(jié)奏處理模塊。

當(dāng)AD轉(zhuǎn)換模塊將聲音的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，音頻切分模塊將連續(xù)的數(shù)字信號(hào)切分為與數(shù)據(jù)庫(kù)輸入演奏相同時(shí)間數(shù)據(jù)段，使用音長(zhǎng)提取模塊對(duì)每個(gè)錄音數(shù)據(jù)每間隔XX毫秒，切割成一個(gè)數(shù)據(jù)段，得到音長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)模塊，將音頻數(shù)字信號(hào)切分后，使用wave音高提取模塊的wave文件進(jìn)行音高提取，并使用信號(hào)加窗分幀模塊通過(guò)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)加窗分幀，音高處理模塊通過(guò)自相關(guān)函數(shù)計(jì)算，然后使用帶通濾波器，去掉過(guò)高或者過(guò)低的峰值提取出基音周期，得到音高標(biāo)準(zhǔn)模塊;再對(duì)每個(gè)語(yǔ)音數(shù)據(jù)段的語(yǔ)音信號(hào)加窗分幀，讀取每幀信號(hào)的平均幅值作為此幀的音強(qiáng)值，設(shè)定的聲音信號(hào)采樣率為6-8kHz采樣點(diǎn)數(shù)為256，每幀長(zhǎng)為12-15ms，幀移為0，對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)段的每個(gè)音符提取音強(qiáng)特征，得到音強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)模塊。

聲音評(píng)判單元是將音頻轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)對(duì)比數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)音長(zhǎng)、音強(qiáng)、節(jié)奏模塊進(jìn)行一個(gè)對(duì)比評(píng)判并進(jìn)行顯示存儲(chǔ)差異值，包括音高得分計(jì)算模塊、音長(zhǎng)得分計(jì)算模塊、音強(qiáng)得分計(jì)算模塊、節(jié)奏得分計(jì)算模塊和加權(quán)計(jì)算模塊。

音高計(jì)算模塊用于計(jì)算音高得分，音長(zhǎng)計(jì)算模塊用于計(jì)算音長(zhǎng)得分，音強(qiáng)計(jì)算模塊用于計(jì)算音強(qiáng)得分，音色計(jì)算模塊用于計(jì)算音色得分，節(jié)奏得分計(jì)算模塊用于計(jì)算節(jié)奏得分[3]。

最后使用加權(quán)計(jì)算模塊根據(jù)每項(xiàng)所占權(quán)重，得到最終的演奏成績(jī)。對(duì)練習(xí)者所選擇的演奏方式在基本功、指法練習(xí)、練習(xí)曲練習(xí)、樂曲練習(xí)中的音高、音長(zhǎng)、音強(qiáng)、音色在練習(xí)過(guò)程中的分值及出現(xiàn)問(wèn)題的點(diǎn)。

四、軟件實(shí)際應(yīng)用分析

音樂練習(xí)時(shí)，隨機(jī)提取演奏的音高模塊、音長(zhǎng)模塊、音強(qiáng)模塊、節(jié)奏模塊，使用對(duì)比評(píng)判單元進(jìn)行對(duì)比，找出練習(xí)過(guò)程中的問(wèn)題，有針對(duì)性進(jìn)行反復(fù)練習(xí)固化練習(xí)成果，從而可以針對(duì)性的練習(xí)并達(dá)到持續(xù)改善和提高演奏音準(zhǔn)。

該軟件可以儲(chǔ)存多種樂器演奏方式和多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)音樂曲目，練習(xí)時(shí)，可以查詢儲(chǔ)存單元中儲(chǔ)存的各個(gè)曲目，根據(jù)自己的喜好點(diǎn)取某個(gè)曲目進(jìn)行練習(xí)，點(diǎn)取曲庫(kù)中的曲目后，還可以設(shè)定不同的演奏階段，并查詢本曲目的音高、音長(zhǎng)、音強(qiáng)和音色等要求信息，幫助練習(xí)前復(fù)習(xí)，提高練習(xí)者有效的提高音樂練習(xí)水準(zhǔn)和藝術(shù)素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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