20世紀(jì)初中國歌曲數(shù)據(jù)分析

文/王軼 中邵勇 蘇鉑硯

1.引言

音樂作品以聲音為表現(xiàn)手段，是聲音的藝術(shù)。任何音樂所發(fā)出的聲音，都是經(jīng)過作者精心思考后創(chuàng)作出來的，滲透著作者的創(chuàng)作思想與靈感。音樂的創(chuàng)作和表現(xiàn)，離不開文化和當(dāng)時的社會背景。古往今來，音樂都在不斷訴說著不同時代人們的聲音。古有遷客騷人借用詩詞歌曲表達自己懷才不遇之情；今有各路rapper 用說唱抒發(fā)自己價值觀念。人們常常將自己的情感置于歌曲之中，因此詞曲能反應(yīng)當(dāng)時人們的情緒。

20世紀(jì)初的中國，經(jīng)歷了半殖民地半封建社會、舊民主主義革命時期、新民主主義革命時期，中華民族處在民族存亡的危急關(guān)頭。期間發(fā)生了很多重大的歷史事件，比如1911年辛亥革命，1912年中華民國成立，1919年五四運動，1921年中國共產(chǎn)黨成立，1927年“四·一二”政變等，這些大事件對1949年新中國成立及發(fā)生的一系列變化產(chǎn)生了巨大的影響。由于特殊的歷史年代，這一時期的音樂家創(chuàng)作的歌曲具有較高的藝術(shù)價值和深刻的思想內(nèi)涵，歌曲從不同角度宣揚了反帝愛國的思想和五四新文化運動所倡導(dǎo)的民主科學(xué)精神，這一時期是中國藝術(shù)歌曲形成和發(fā)展的重要階段，在中國藝術(shù)歌曲發(fā)展史上有著非常重要的地位。本文選取了1900-1930年的14 首代表性歌曲，每一首都帶著時代的烙印，對這些歌曲進行大數(shù)據(jù)研究分析,意圖用這些歌曲去探尋那個時代的主旋律，并詮釋在中國音樂發(fā)展史上具有重要地位的原因。

2.研究方法

2.1.歌曲的選擇

選取20世紀(jì)初期著名音樂家的14 首代表性歌曲，包括：沈心工的《黃河》（1905）、李叔同的《春游》（1931）、《送別》（1915）、黎錦暉的《可憐的秋香》（1921）、《總理紀(jì)念歌》（1925）、《毛毛雨》（1927）、《桃花江》（1928）、《特別快車》（1929）、趙元任的《賣布謠》（1922）、《教我如何不想他》（1926）、蕭友梅的《問》（1922）、陳嘯空的《湘累》（1924）、孫瑜的《萬里尋兄詞》（1930）、青主的《我住長江頭》（1930）。

2.2.整體研究

下載并提取14 首歌曲的音頻文件和全歌歌詞（數(shù)據(jù)采集），運用 MATLAB、Python 編程軟件及Word2Vec 訓(xùn)練模型，分析曲調(diào)旋律（即語音信號的時域特性）和歌詞特征，在編程軟件中對數(shù)據(jù)進行可視化處理，得出曲調(diào)旋律的波形圖和歌詞的分布結(jié)果，分析歌曲的藝術(shù)性及時代特征。

2.2.1 曲調(diào)旋律分析

選取樣本歌曲，針對樣本歌曲的旋律語音信號，利用旋律的短時能量和短時平均過零率兩項數(shù)據(jù)的相關(guān)知識，建立波形圖研究方法，即將樣本歌曲的音頻文件輸入MATLAB 中，編程輸出得到相對準(zhǔn)確的樣本歌曲的語音波形、短時能量波形以及短時平均過零率波形圖，以此可視化數(shù)據(jù)分析總結(jié)歌曲的藝術(shù)特點。

2.2.2 歌詞分析

針對樣本歌曲的歌詞，建立Word2Vec 訓(xùn)練模型，在Python 中輸入14 首歌曲的完整歌詞，對其進行提取、分詞、向量化處理，得到14 首歌中出現(xiàn)頻率最高的詞匯，在該模型中用模擬得出高頻歌詞的相關(guān)詞匯，根據(jù)相關(guān)詞匯分析總結(jié)歌曲的時代特點。

2.3 軟件的選擇

選取軟件MATLAB、Python 進行數(shù)據(jù)分析，并對數(shù)據(jù)進行編程求解，分析數(shù)據(jù)。

2.3.1 曲調(diào)旋律部分采用MATLAB 的語音信號的時域特性分析——短時能量、短時平均過零率兩項數(shù)據(jù)分析，利用最終得出的音頻數(shù)據(jù)分析不同歌曲的特征。

2.3.2 歌詞部分采用Word2Vec 訓(xùn)練模型，在Python 上將詞匯轉(zhuǎn)換成向量形式，并以詞匯作為樣本進行構(gòu)建和訓(xùn)練，有助于分析歌曲的時代特征。

2.4 研究假設(shè)

（1）所有數(shù)據(jù)均為原始數(shù)據(jù)，來源真實可靠。

（2）將每首歌的音頻剪輯下來，保存為wav 格式，錄入MATLAB 進行讀取。

（3）每首歌曲的剪輯音頻均為歌曲全曲，以確保特征分析的真實性、完整性。

（4）對于語音信號中的平均短時過零率，因為噪音環(huán)境與清音難以分辨，所以假設(shè)排除了所有的噪音干擾。

（5）對于歌詞分析得出的相關(guān)詞匯，認為其較為具有相關(guān)性，以此進行分析總結(jié)。

3.研究過程

3.1 語音信號的時域特性分析（曲調(diào)旋律分析）

3.1.1 短時能量介紹

由于語音信號是隨時間變動的非平穩(wěn)隨機過程，因此在對語音分析中可采用短時分析的方法。語音雖然是時變的然而具備短時相關(guān)性，這個相關(guān)性來源于人體發(fā)出聲音的器官具有慣性，因而語音的狀態(tài)不會發(fā)生漸變，在短時間內(nèi)語音信號的共性不會有較大變化，稱之為語音的短時平穩(wěn)性，在這短時的穩(wěn)定性中包含的能量就叫短時能量。

3.1.2 短時能量提取

短時能量可以通過下面公式來計算：

3.1.3 過零率介紹

過零率是指在每幀中，語音信號通過零點的次數(shù)，也就是信號在正負間變換的次數(shù)。

3.1.4 過零率計算

其中S 是采樣點的值，T 為幀長，函數(shù)π{A}在A 為真時值為1，否則為0。

3.1.5 讀取歌曲數(shù)據(jù)

我們在14 首歌曲中選取了6 首作為分析樣本，將它們的音頻保存為wav 格式，之后在MATLAB 中讀取運行，運行程序后得出的語音波形和短時能量圖如圖所示：

3.1.6 曲調(diào)旋律總體分析

通過對6 首歌曲語音波形、短時能量和短時平均過零率圖的數(shù)據(jù)分析，得出歌曲的曲調(diào)旋律總體分析：

（1）除了《我住長江頭》外，幾乎所有樣本歌曲的平均音調(diào)都較高，存在低音部分也占少量時長，副歌以高音為主，可以在一定程度上認定該時代的歌曲大多數(shù)以積極的情緒為主基調(diào)，結(jié)合時代背景分析，這些歌曲可能是為了喚醒大眾、增強民族凝聚力，給予人們堅持不懈、奮起抗?fàn)幍挠職夂托判摹?/p>

（2）大部分歌曲的平均短時能量都較高，即使像《送別》存在大段短時能量較低時刻的歌曲也有短時能量爆發(fā)的副歌時刻，可以認定所選歌曲的整體聲音變化都較為劇烈，結(jié)合時代背景分析，那時候大部分歌曲很可能是為了鼓舞人心、激勵人們以積極樂觀的態(tài)度面對壓迫和困難。

（3）短時平均過零率呈現(xiàn)出與短時能量類似的情況，大部分歌曲短時平均過零率較高，此項數(shù)據(jù)主要是為了進行端點檢測，尤其是用來檢測清音的起止點，對于情感分析幫助不大，但是有助于我們分析歌曲結(jié)構(gòu)。

（4）我們不難發(fā)現(xiàn)，樣本歌曲全部具有一定的周期性，可以認定上世紀(jì)初的歌曲有大量重復(fù)段落。分析原因如下：一是為了增強節(jié)奏感，唱起來使人感到親切、流暢和純樸；二是為了突出主題思想，有利于抒發(fā)作者的情感，增強作品的感染力，更好的喚醒大眾以堅韌的精神去面對艱難困苦并與列強抗?fàn)帯?/p>

3.2 歌詞分析

3.2.1 模型思想

運用Word2Vec 將詞語編碼映射到一個新的多維空間，在這個新的空間中，詞義相近的詞會有相近的位置，并且最終形成稠密矩陣。選取其中的Skip-gram 模型，提取出14 首歌曲中的20 個高頻詞匯，輸入計算他們的相關(guān)詞匯，尋求歌曲特征。

3.2.2 處理并讀取歌詞數(shù)據(jù)

（1）將歌詞提取出并進行分詞處理，之后將這些歌詞進行向量化處理，以便在之后的分析中利用研究詞匯之間的相關(guān)性，最后計算并提取14 首歌曲中20 個出現(xiàn)最高頻的詞匯，如下圖

（2）選取其中幾個情感偏向較為明顯的詞匯（其中包含一個不屬于出現(xiàn)頻率前20 名的詞“紀(jì)念”作為對比），輸入到Skip-gram模型當(dāng)中，推測它們的原始語境（相關(guān)詞匯），結(jié)果如下圖

前20 名中出現(xiàn)頻率最高的為“秋香”（11 次），出現(xiàn)頻率最低的為“夕陽”（4 次）。

與“秋香”最相關(guān)的詞有“財主”“哈”“血如花”“疏鐘”“好”；與“我們”最相關(guān)的詞有“埋怨”“微風(fēng)細雨”“華年”“垂”“腮”；與“可憐”最相關(guān)的詞有“從”“他”“梅花”“犧牲”“張開”；與“不要”最相關(guān)的詞有“一見”“君”“都”“一點兒”“繁華”；與“不想”最相關(guān)的詞有“餓倒”“挨”“麻煩”“又”“勻”；與“紀(jì)念”最相關(guān)的詞有“知不知道”“推翻”“地之角”“挨”“民主”（所有相關(guān)詞與原詞匯均來自于同一首歌）。

3.2.3 歌詞結(jié)果分析

我們首先分析所有歌曲的總體歌詞，總結(jié)出20世紀(jì)初期的歌曲大致可以分為民族愛國、苦難抗?fàn)?、歌頌愛情、展現(xiàn)生活四個主題。

（1）“軍伍”“革命”“血如花”“民主”等詞，營造了一種宏偉的氛圍，將當(dāng)時中國的艱難處境、人民在苦難中堅持不懈地反抗以及革命的主題融合在一起，歌曲中的這一系列歌詞激勵著人們，給予人們不愿低頭、反抗壓迫的力量。

（2）“桃花”“戀愛”“蜜”等詞，以一些生活中平淡又使人心情愉悅的詞營造出一種歡快的氛圍，這些詞語符合當(dāng)時人們對于美好愛情的期盼，且贊美女性、贊美愛情的語句毫不遮遮掩掩，讓人們能夠感同身受地體會到對愛情和生活的美好向往。

（3）“盛會”“飲酒”“賣補”“補褲”等一系列表現(xiàn)生活狀態(tài)的詞語顯示出了兩種截然相反的生活狀態(tài)，一邊是宴會上的歡歌笑語，一邊則是為生計發(fā)愁的貧困生活。通過描寫人們不同的生活狀況，把宴會的歡快舞動氛圍和底層人民的艱苦生活狀態(tài)描繪的淋漓盡致，表現(xiàn)出當(dāng)時社會貧富差距過大等現(xiàn)狀，更表達了對勞動人民生活艱辛的同情之心。

（4）“毛毛雨”“微風(fēng)”“黃河”“春風(fēng)”“梨花”等詞，都是歌曲的景物主題或襯托景象，歌曲借景抒情，對于毛毛雨、黃河、春日等景象的描繪生動又引人入勝，在贊美大自然的同時抒發(fā)了作者的真摯情感，表達了作者對祖國山河的熱愛和對自由愛情的追求。

4.結(jié)論

4.1 運用數(shù)學(xué)軟件和模型研究，可以分析歌曲的藝術(shù)性和時代特征。本研究運用 MATLAB、Python 編程軟件及Word2Vec 訓(xùn)練模型，對采集歌曲的曲調(diào)旋律的波形圖和歌詞的分布位置研究，可以較為科學(xué)、真實的分析歌曲的藝術(shù)性和時代特征。

4.2 總結(jié)20世紀(jì)初中國歌曲的藝術(shù)性和特征。根據(jù)歌曲的數(shù)據(jù)研究結(jié)果，結(jié)合時代背景，20世紀(jì)初中國歌曲總體有以下幾個方面的特點：

（1）開創(chuàng)了中國新音樂創(chuàng)作的先河。這一時期的音樂家絕大多數(shù)是留洋歸國的，在音樂創(chuàng)作時借鑒、運用西洋作曲的技術(shù)和方法，歌曲的有些曲調(diào)帶有強烈的外來色彩，歌詞則帶有濃郁的舊體詩詞的韻調(diào)，洋為中用，古為今用，使外來文化和中國民族傳統(tǒng)文化得到完美的結(jié)合，推動了學(xué)堂樂歌及中國近現(xiàn)代音樂文化的發(fā)展，宣告了一個新的音樂時代的到來。

（2）題材廣泛。歌曲涵蓋了田園風(fēng)光、美好愛情、懷念親友、歌頌偉人、愛國憂國、苦難抗?fàn)?、展現(xiàn)生活等題材，符合人們多樣化的興趣愛好，深受廣大民眾的喜愛，表現(xiàn)出當(dāng)時音樂家深厚的文化底蘊和音樂素養(yǎng)。

（3）樂觀積極。在江河破碎的沉悶?zāi)甏?，音樂家仍然對祖國的未來充滿希望、對生活充滿期待，他們歌頌愛情、贊美山水田園，表達了人們對美好生活的向往。

（4）愛國憂國。當(dāng)時的中國，外有帝國主義的欺凌壓榨，內(nèi)有軍閥連年混戰(zhàn)，人民遭受著無比深重的災(zāi)難。音樂家們受“五四”新文化運動的影響，思想積極，在民族存亡的危機時刻，不忘用音樂喚醒民眾，用歌聲號召百姓，增強愛國救國的民族意識和凝聚力，鼓勵國人對侵略者和軍閥的殘酷壓迫奮起反抗、勇敢戰(zhàn)斗，表現(xiàn)出知識分子強烈的愛國情懷、抗擊侵略者的迫切愿望和中國人民必勝的堅定信心。

4.3 分析歌曲的意義。上述歌曲的特點表明，20世紀(jì)初音樂家創(chuàng)作的歌曲體現(xiàn)了鮮明的民族特色和獨特的時代特征，具有較高的藝術(shù)價值和深刻的思想內(nèi)涵，這一時期成為中國藝術(shù)歌曲形成和發(fā)展的重要階段，在中國歌曲發(fā)展史上具有非常重要的地位，也是世界音樂文化的瑰寶。

5.思考

（1）眾所周知，音樂更多的是感性，是心靈和情感在聲音方面的外化，數(shù)學(xué)更多的是理性，是事物高度抽象和邏輯思維的產(chǎn)物。通過本研究我們發(fā)現(xiàn)，豐富、有趣、充滿情感的感性音樂與單調(diào)、枯燥、冷漠的理性數(shù)學(xué)之間存在著密切關(guān)系的，他們用不同的方式來描述世間萬物，互相滲透，互相促進，體現(xiàn)了音樂和數(shù)學(xué)都能描述和揭示自然界和諧統(tǒng)一的規(guī)律。感性的音樂中處處閃現(xiàn)著理性的數(shù)學(xué)的影子。

（2）通過對大量數(shù)據(jù)的研究分析發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)今計算機和信息技術(shù)飛速發(fā)展的時代，可以嘗試用數(shù)學(xué)軟件對最受公眾歡迎的各類型歌曲進行分析比對，模仿創(chuàng)作出更多類似元素的歌曲，以更好的滿足廣大消費者的不同需求。我們期待大數(shù)據(jù)為音樂創(chuàng)作提供更廣闊的平臺，為傳統(tǒng)的音樂創(chuàng)作轉(zhuǎn)型升級為互聯(lián)網(wǎng)+音樂創(chuàng)作奠定堅實的基礎(chǔ)。我們相信在未來的音樂事業(yè)中,數(shù)學(xué)將會發(fā)揮越來越重要的作用。（作者單位：西北大學(xué)）