左张弛：基于傅里叶分析方法的钢琴音色识别与电子合成系统研究5-2音乐特征数字化分析 241028

基于傅里叶分析方法的钢琴音色识别与电子合成系统研究5-2音乐特征数字化分析

左张弛（宝鸡职业技术学院）

来源/ 《自动化技术与应用》

图文转码/ 王欣源

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三、音乐特征数字化分析

1、钢琴频谱分析

在钢琴演奏时，急板乐曲节拍，频率每分240个节拍，设定乐音信号处于11ms以内，频谱结构稳定性良好，可选择傅里叶变换分析法，最低分辨率即17Hz，钢琴最低频即28.5Hz，由此可知，钢琴全部发音频率段都保持于傅里叶变换分析区域。人耳基于听觉神经系统全面感知乐音频谱，可感受钢琴音色，所以选择频谱结构分析，实际上也是人耳听觉神经系统模拟仿真。调音师只能评估超过0.5Hz频率的误差，为保证频谱精确化明确，利用专业的电子频率仪器，通过校音设备测试钢琴的发音基频，以准确调节琴弦声高，基于Matlab软件，根据傅里叶变换原理，编制FFT()函数程序，获得单音频谱分析图，表明钢琴带有多元倍频泛音以及倍频振动，以此明确钢琴音色独具丰富特色。

2、音色特征提取

由于加权柯西函数波形与钢琴波形相接近，并可描述基频与倍频分析，仿真效果类似于实际音色，因此选用五次倍频法仿真提取钢琴音色。假定离散事件信号x(m)的离散傅里叶变换即X(iλ)，可表达为：

其中，λj代表j音基频或者倍频；Bj代表振幅；bj代表调整λj周围波形宽度；Pj代表正余弦函数，基于加权柯西函数，构建频域波形，以FFT变换进行钢琴弹奏仿真，精确仿真弹奏音色、强度、音高，以实现计算机演奏。

函数模拟具有局限性，即表现力与音色欠缺，函数计算繁杂、负荷过大，所以基于傅立叶分析法设计钢琴音色识别与电子合成系统，以音色矩阵为载体详细记录振幅比例关联性，在倍频点配置相应振动总能，以电子合成音色。通过傅里叶分析法面向国际标准音倍频点振幅分析，获得振动能量分配比例，基于Matlab开发频谱特征提取功能，运行代码，便可获取钢琴音乐频点具体振幅，然后获得倍频点二维矩阵[4]。

3、音强包络函数

为电子合成钢琴乐音，需提取包络函数。包络函数可呈现音强的时间变化特征，以提取应用包络函数，可确保乐音电子合成符合函数变化形势。通过国际标准音钢琴乐音振幅特征波形分析，为电子合成钢琴乐音，需确保时间维度上振动能量的精准化配置，以仿真分析，即：

此包络函数钢琴乐音振动曲线匹配，直接促进了乐音电子合成。

参考文献:

[4]高雪松.基于MIDI的乐器控制系统和音符的自动识别方法研究[D].南京:南京理工大学,2012.