【摘要】：自從世界上第一個(gè)電子樂器在十九世紀(jì)末被發(fā)明以來,電子樂器的性能品質(zhì)不斷提高,目前已得到大規(guī)模普及。電子琴輕便緊湊,音色變化多樣,因而受到眾多音樂愛好者的喜歡。但是電子琴畢竟只是對(duì)傳統(tǒng)樂器的一種模擬,還無法代替?zhèn)鹘y(tǒng)樂器。如何進(jìn)一步增強(qiáng)電子琴的性能和表現(xiàn)力,是電子琴未來發(fā)展需要解決的問題。特別是我國(guó)的民族樂器很多為弦樂器,缺乏自己的音源芯片,如何在弦樂器基音頻率連續(xù)變化的情況下實(shí)現(xiàn)MIDI準(zhǔn)確記譜和準(zhǔn)確重播是一個(gè)難題。本文從電子琴的頻譜合成發(fā)聲技術(shù)、電子琴的結(jié)構(gòu)形式和弦樂器的MIDI記譜方法等三個(gè)方面,對(duì)電子琴進(jìn)行了探索研究。論文所完成的研究工作和成果總結(jié)如下。論文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種基于計(jì)算機(jī)視覺的復(fù)合電子琴。在硬件方面,該復(fù)合電子琴用有機(jī)玻璃盒做琴體,琴面采用LED燈帶側(cè)光照明的有機(jī)玻璃板,通過廣角攝像頭監(jiān)測(cè)手指的演奏位置。在軟件方面,該復(fù)合電子琴在Visual Studio 2015開發(fā)環(huán)境下,借助OpenCV庫(kù)函數(shù)進(jìn)行圖像處理,實(shí)時(shí)獲取手指指尖的質(zhì)心位置。在鍵盤樂器演奏模式下,系統(tǒng)調(diào)用傳統(tǒng)MIDI功能進(jìn)行發(fā)聲、記譜和演奏;在弦樂器演奏模式下,系統(tǒng)調(diào)用本論文提出的增強(qiáng)的MIDI功能進(jìn)行記譜,并通過頻譜合成進(jìn)行準(zhǔn)確發(fā)聲和演奏。從而實(shí)現(xiàn)了弦樂器和鍵盤樂器的統(tǒng)一。論文對(duì)弦樂器進(jìn)行了物理建模和MATLAB仿真,進(jìn)一步對(duì)幾種典型樂器進(jìn)行了傅里葉頻譜分析,證實(shí)了通過基音和振動(dòng)頻率為基音頻率整數(shù)倍的泛音,根據(jù)頻譜包絡(luò)線確定的音型進(jìn)行頻譜合成,可以在很大程度上還原原始聲波,但是仍然可以聽出兩者在音質(zhì)上的差異。論文進(jìn)一步對(duì)基音和泛音周圍鄰域的頻譜貢獻(xiàn)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)考察,總結(jié)出了雙十規(guī)則:對(duì)大多數(shù)樂器,只要取包括基音在內(nèi)的前十個(gè)泛音頻譜,同時(shí)取每個(gè)泛音周圍正負(fù)十赫茲內(nèi)的頻譜,根據(jù)頻譜包絡(luò)線確定的音型進(jìn)行頻譜合成,可以較為準(zhǔn)確地還原原始聲波,幾乎聽不出兩者的差異。對(duì)某些頻譜譜峰比較寬的樂器,在進(jìn)行頻譜合成發(fā)聲時(shí)可以適當(dāng)擴(kuò)大每個(gè)泛音周圍頻譜的范圍。論文針對(duì)連續(xù)發(fā)聲的弦樂器,提出了一種增強(qiáng)的MIDI記譜方法,該方法首先找到弦樂器演奏某一樂音時(shí),比該樂音頻率稍低的最近鄰的標(biāo)準(zhǔn)音名(假設(shè)兩者的頻率差為m赫茲),并采用此標(biāo)準(zhǔn)音名,按照傳統(tǒng)MIDI指令進(jìn)行記譜。進(jìn)一步,再增加一條同樣的MIDI指令,但新增的指令做兩點(diǎn)改變,第一,音名序號(hào)變?yōu)閙;第二,時(shí)戳加上一個(gè)很大的時(shí)間常數(shù),使得時(shí)戳指向整首樂曲演奏完以后的某一個(gè)時(shí)刻。這樣在播放時(shí),如果采用傳統(tǒng)MIDI播放器,由于新增的指令指向整首樂曲演奏完以后,不會(huì)影響當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)音名樂音的演奏,但演奏效果稍差;如果采用根據(jù)本文方法增強(qiáng)的MIDI播放器,則在發(fā)現(xiàn)超長(zhǎng)時(shí)戳后,自動(dòng)減去一個(gè)很大的時(shí)間常數(shù),并提取該指令所帶音名參數(shù)m,將m加上標(biāo)準(zhǔn)音名對(duì)應(yīng)的基音頻率,得到準(zhǔn)確的基音頻率,再根據(jù)前述雙十規(guī)則進(jìn)行頻譜合成發(fā)聲,即可實(shí)現(xiàn)弦樂器的準(zhǔn)確發(fā)聲。
【圖文】：

（ＹＡＭＡＨＡ）株式會(huì)社成功生產(chǎn)出的世界上第一臺(tái)帶著三層鍵盤的立式電子琴伊萊逡逑克通。２０世紀(jì)８０年代集成電路的出現(xiàn)，電子琴越來越趨向小型化，比較有特色的逡逑相關(guān)產(chǎn)品也相繼問世，如圖１．１所示為Ｙａｍａｈａ生產(chǎn)的電子合成器ＧＸ－１和ＥＬＳ系逡逑列電子琴。逡逑Ｉ邐；逡逑ｉ邋ＭｌＪＳＳ＾ＳｉＳ＾Ｊ逡逑ＨｕｉｗＢＨＵＢＬＨｂＨｒ逡逑圖１．１電子合成器ＧＸ－ｌ邋（圖左）和ＥＬＳ系列電子琴（圖右）逡逑我國(guó)第一臺(tái)電子琴出自北京郵電學(xué)院研制的電子管單音電子琴，此后因?yàn)楦鞣N逡逑事因?qū)е律鲜兰o(jì)７０年代才開始大批生產(chǎn)。而對(duì)于樂器的聲學(xué)研究從上世紀(jì)８０年代逡逑才開始起步，就目前來看，雖然與西方樂器的評(píng)定體系接近，但總體而言，并未取逡逑較大突破，造成很多樂器的生產(chǎn)沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，給我國(guó)樂器發(fā)展帶來諸多不逡逑利，成為我國(guó)樂器工業(yè)的薄弱環(huán)節(jié)。如今隨著工業(yè)發(fā)展，電子琴的發(fā)展也己到新的逡逑階段，各樣式層出不窮、功能風(fēng)格層次各異，電子琴己然不只是一種樂器，更多的逡逑是一種文化、一種產(chǎn)業(yè)。然而就像移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能的出現(xiàn)一樣，沒有哪個(gè)新逡逑鮮事物的出現(xiàn)是盡善盡美的，電子琴的出現(xiàn)也一樣，其也有不可避免的缺點(diǎn)。盡管逡逑它有優(yōu)于傳統(tǒng)樂器的特色

圖像處理技術(shù)的潛在應(yīng)用可能性也引發(fā)強(qiáng)烈關(guān)注，另一方面的成功逡逑應(yīng)用在醫(yī)療方面。１９７２年，英國(guó)電器與樂器工業(yè)有限公司（ＥＭＩ）工程師豪斯費(fèi)爾逡逑德發(fā)明了頭部診斷的Ｘ射線計(jì)算機(jī)斷層掃描裝置，也即ＣＴ掃描儀（圖１．３所示）。逡逑ＣＴ的出現(xiàn)不僅對(duì)原來用途的醫(yī)學(xué)產(chǎn)生了革命性影響，同時(shí)也對(duì)整個(gè)圖像處理技術(shù)逡逑有著深刻的意義，，而它的基本原理就是通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)人的頭部截面投影來處理逡逑５逡逑
【學(xué)位授予單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：J628;TP391.41

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本文編號(hào)：2626361