一种演唱和演奏的计算机实时分析系统技术方案

本发明专利技术涉及一种演唱和演奏的计算机实时分析系统，包括：声音信号的分段检包装置，声音信号时间域数据的实时记录、存储、显示和播放装置，短时快速傅里叶变换，绘制“时间－频率－强度”的联合图的装置，短时快速傅里叶变换，绘制“时间－频率”的实时频谱图的装置，声音的基音、泛音和共振峰的识别、分析处理和显示的装置，声音的节奏识别、分析处理和显示装置，根据基音、唱词、节奏和律制等信息，分析整理成曲谱并显示的装置：声音时间域和频率域信号修改、记录、存储、评估、显示、播放和传输的装置。本发明专利技术对声乐和器乐进行计算机实时可视化、系统而定量地测量和测试，并采用计算机图像和视频自动识别技术识别并指导演唱状态和演奏状态。

【技术实现步骤摘要】

专利技术涉及-一种演唱和演奏的计算机实时分析系统。
技术介绍
长期以来，由于科技水平的局限，又由于声乐(演唱)和器乐(演奏)学科本身固有的复杂性(涉及音乐学、数学、物理学、生理解剖学、心理学等多学科)和主观性(难以观察人的活动的内部腔体、个人对美学的自我判断不一、听众受人耳生理阈限的限制无法准确地听到歌手实际演唱的声音的全域等)，人们对声乐和器乐的研究一直只是停留在定性或稍许定量方面，在声乐和器乐的计算机处理实时可视化、系统而定量地测量和测试等方面一直非常欠缺，采用计算机图像和视频自动识别并指导演唱状态和演奏状态就更是至今都鲜有研究。近两百年以来，人们逐步开始从理性和科学的角度来分析和研究声乐和器乐，以便更好更科学地获得所需的音色，也为创立各种民族声乐学派提供基础理论。自从半个多世纪前世界上第一部真正的计算机得以专利技术以来，计算机和其他学科的紧密结合并广泛应用，逐歩在影响和改变着人们的生活和工作，并为其他各学科的高速发展提供了现代化的有力工具，声乐和器乐学科便是其中受益的学科之-一。在声乐(演唱)和器乐(演奏)中，需要结合计算机、数学、物理学等学科的相关知识，以便对声音进行实时分析，获得对声音的真实情况和定量情况的掌握，其原因是由于人、乐器和演奏方法等本身就存在一些听觉上难以克服的问题1.在演唱时，演唱者自身听不到自己的声音的真实情况，其原因主要是演唱者的各个发声器官的振动影响到其听觉神经，使演唱者产生错误听觉；同时，演唱者所发声音的声波是向前传播(特别是较高频的声音)，而不是向演唱者的两旁耳朵传播的，所以导致演唱者在演唱时听不到自身真正真实性的声音情况，从而使演唱者产生错误听觉；另夕卜，人本身对于以前自身和别人演唱的听觉记忆、多次演唱的疲惫或产生的麻木等主观情况也影响演唱时的演唱者听觉的真实反i^;2.在演奏时，演奏者自身听不到自己的声音的真实情况，其原因主要是演奏的乐器的振动通过乐器与人的振动接触影响到其听觉神经，使演唱者产生错误听觉；同时，乐器所发声音的声波是往往是背对演奏者传播的，而不是向演唱者的两旁耳朵传播的，所以导致演奏者在演奏时听不到真正真实性的声音情况，从而使演奏者产生错误听觉；另外，人本身对于以前自身和别人演奏的听觉记忆、多次演奏的疲惫或产生的麻木等主观情况也影响演奏时的演奏者听觉的真实反应。本专利技术中，音乐的节奏、音准、音色及相关名词的含义分别是1. ，节奏指的是音乐中交替出现的有规律的强弱、长短的现象；2. 音准指的是音高(声音的高低，由音波振动的频率来决定)的准确程度；3. —般的乐音都是复合音(Compound Tone,亦简称复音)， 一个复合音中，频率最低的纯音叫做基音(Fundamental Tone)，基音是声音的最主要成分，由发声体整体振动所产生)；除去基音外，所有其余的纯音叫做泛音(Harmonics)，也叫倍音(Overtone)、分音(Partial);一个复合音中的泛音按次序分别称为二倍音(第一泛音)、三倍音(第二泛音)、四倍音(第三泛音)等等；4. ^ (Musical Quality):音色指音的感觉特性，主要由其泛音的多寡及各泛音的相对强度所决定；音色也称音品、音质；音色是音乐中极为吸引人、能直接触动感官的重要表现手段；每个人的声音以及各种乐器所发出的声音的区别，就是由音色不同造成的；5. 共振峰(Formant):对于两个振动频率相同的物体，-'个物体发生振动时将引起另一个物体振动，从而形成共振，也称共鸣。共振的产生能使音量显著增强，并使声音更为饱满。共振峰指的是声音的产生由于存在共振现象，从而使得声音频谱的泛音列在某一特定段所形成的局部高峰。
技术实现思路
本专利技术的演唱和演奏的计算机实时分析系统，包括声音信号的分段检包装置，用于根据声音信号，检测某个音到哪个位置转换成了另外一个音，或者严格限定分段步长，然后按照一定规则进行分段；声音信号时间域数据的实时记录、存储、显示和播放装置，用于根据声音信号的分段检包得到的数据序列，实时记录在内存中，并对这些数据进行存储和显示，获得声音的时间一幅度序列图，并实时发送给扬声器等发生设备进行播放；短时快速傅里叶变换，绘制时间一频率一强度的联合图的装置，对声音的时间域数据进行短时快速傅里叶变换，并由此得到时间一频率一强度/功率，即(声音音色)的联合图，其中时间一频率一强度的联合图用亍反应声音音色的如下信息声音的稳定性和抖动范围情况；声音的共振峰位置及其强度情况；声音的连续行进中，两个基音之间滑音的粘连情况；声音的基音和各泛音的强弱对比情况；声音的基音和各泛音的频率随时间的行进情况；短时快速傅里叶变换，绘制时间一频率的实时频谱图的装置,用于对声音的时间域数据，分段取数据，进行短时快速傅里叶变换，绘制时间一频率的实时频谱声音的基音、泛音和共振峰的识别、分析处理和显示的装置，用于对声音的时间域分段数据进行基音搜索、剔除噪声等一系列识别和分析处理之后，显示声音的基音的值，以及声音的基音跟所选定的律制下的最接近的音的频率偏差值，同时，根据音乐学中音分的定义，即时把这个频率偏差值转换为音分值，并加以显示；通过对频率曲线各个局部峰的搜索，并且根据音乐学的规律进行推算，可以实时分析获得声音的泛音信息，从而得到声音的共振峰状况；声音的节奏识别、分析处理和显示装置，用于对声音的时间域数据，采用时间域分析、频率域分析或时一频联合分析，实时获得声音的节奏及其变化；声音的基音序列的律制分析装置，用于由声音的基音序列对声音的律制进行分析，分析得到声音的曲谱是十二平均律、五度相生律、纯律，还是其他特别的律制体系；根据基音、唱词、节奏和律制等信息，分析整理成曲谱并显示的装置由前述所获得的基音、唱词、节奏和律制等的信息，实时分析整理，获得含有各个音偏移的律制信息的曲谱序列；声音时间域和频率域信号修改、记录、存储、评估、显示、播放和传输的装置，用于对声音的时间域和频率域信号，不做任何修改，直接进行记录、存储、评估、显示、播放和传输；或基于一定的修改规则，对声音的时间域和频率域信号进fiH己录、存储、评估、显示、播放和传输。本专利技术的目的是对声乐(演唱)和器乐(演奏)进行计算机实时可视化、系统而定量地测量和测试，并采用计算机图像和视频自动识别技术识别并指导演唱状态和演奏状态，形成- 套演唱和演奏的计算机实时分析系统。本专利技术的演唱和演奏的计算机实时分析系统主要实时分析声乐(演唱)和器乐(演奏)的声音和视频，解决音乐的三个基本要素问题:节奏、音准、音色。使用本专利技术的演唱和演奏的计算机实时分析系统后，用户能够在短时间内迅速提高对于节奏、音准、音色三者的把握。从计算机辅助声乐和器乐的角度出发，在总结国内外研究现^^的基础上，从音乐学、物理学、声学、数学的角度出发，对现场及录音音频材料做精确测量和分析，将声音以数据、图、表和数据视频等声音用可视化方式详尽显示，精确测量、实时分析出声音的各个物理学参数(包括声音的音准和强度/功率、基音的位置及其强弱、泛音的位置及其强弱、共振峰的位置及其强弱、频谱图、时频图等)和各个音乐学参数(包括音乐序列的节奏、音乐序列的律制、音乐序列的曲谱等)，使得声音视频化后使得声音既可以听得见，还可以看得见；这些信息的分析和输出(音乐信息化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种演唱和演奏的计算机实时分析系统，包括：　声音信号的分段检包装置，用于根据声音信号，检测某个音到哪个位置转换成了另外一个音，或者严格限定分段步长，然后按照一定规则进行分段；　声音信号时间域数据的实时记录、存储、显示和播放装置， 用于根据声音信号的分段检包得到的数据序列，实时记录在内存中，并对这些数据进行存储和显示，获得声音的时间－幅度序列图，并实时发送给扬声器等发生设备进行播放；　短时快速傅里叶变换，绘制“时间－频率－强度”的联合图的装置，对声音的时间域数据 进行短时快速傅里叶变换，并由此得到“时间－频率－强度／功率”，即（声音音色）的联合图，其中“时间－频率－强度”的联合图用于反应声音音色的如下信息：　声音的稳定性和抖动范围情况；　声音的共振峰位置及其强度情况；　声音的连续行 进中，两个基音之间滑音的粘连情况；　声音的基音和各泛音的强弱对比情况；　声音的基音和各泛音的频率随时间的行进情况；　短时快速傅里叶变换，绘制“时间－频率”的实时频谱图的装置，用于对声音的时间域数据，分段取数据，进行短时快速 傅里叶变换，绘制“时间－频率”的实时频谱图；　声音的基音、泛音和共振峰的识别、分析处理和显示的装置，用于　对声音的时间域分段数据进行基音搜索、剔除噪声等一系列识别和分析处理之后，显示声音的基音的值，以及声音的基音跟所选定的律制下 的最接近的音的频率偏差值，同时，根据音乐学中音分的定义，即时把这个频率偏差值转换为音分值，并加以显示；　通过对频率曲线各个局部峰的搜索，并且根据音乐学的规律进行推算，可以实时分析获得声音的泛音信息，从而得到声音的共振峰状况；　声 音的节奏识别、分析处理和显示装置，用于对声音的时间域数据，采用时间域分析、频率域分析或“时－频”联合分析，实时获得声音的节奏及其变化；　声音的基音序列的律制分析装置，用于由声音的基音序列对声音的律制进行分析，分析得到声音的曲谱是十二平 均律、五度相生律、纯律，还是其他特别的律制体系；　根据基音、唱词、节奏和律制等信息，分析整理成曲谱并显示的装置：　由前述所获得的基音、唱词、节奏和律制等的信息，实时分析整理，获得含有各个音偏移的律制信息的曲谱序列；　声音时 间域和频率域信号修改、记录、存储、评估、显示、播放和传输的装置，用于　对声音的时间域和频率域信号，不做任何修改，直接进行记录、...

【技术特征摘要】
1.一种演唱和演奏的计算机实时分析系统，包括声音信号的分段检包装置，用于根据声音信号，检测某个音到哪个位置转换成了另外一个音，或者严格限定分段步长，然后按照一定规则进行分段；声音信号时间域数据的实时记录、存储、显示和播放装置，用于根据声音信号的分段检包得到的数据序列，实时记录在内存中，并对这些数据进行存储和显示，获得声音的时间-幅度序列图，并实时发送给扬声器等发生设备进行播放；短时快速傅里叶变换，绘制“时间-频率-强度”的联合图的装置，对声音的时间域数据进行短时快速傅里叶变换，并由此得到“时间-频率-强度/功率”，即(声音音色)的联合图，其中“时间-频率-强度”的联合图用于反应声音音色的如下信息声音的稳定性和抖动范围情况；声音的共振峰位置及其强度情况；声音的连续行进中，两个基音之间滑音的粘连情况；声音的基音和各泛音的强弱对比情况；声音的基音和各泛音的频率随时间的行进情况；短时快速傅里叶变换，绘制“时间-频率”的实时频谱图的装置，用于对声音的时间域数据，分段取数据，进行短时快速傅里叶变换，绘制“时间-频率”的实时频谱图；声音的基音、泛音和共振峰的识别、分析处理和显示的装置，用于对声音的时间域分段数据进行基音搜索、剔除噪声等一系列识别和分析处理之后，显示声音的基音的值，以及声音的基音跟所选定的律制下的最接近的音的频率偏差值，同时，根据音乐学中音分的定义，即时把这个频率偏差值转换为音分值，并加以显示；通过对频率曲线各个局部峰的搜索，并且根据音乐学的规律进行推算，可以实时分析获得声音的泛音信息，从而得到声音的共振峰状况；声音的节奏识别、分析处理和显示装置，用于对声音的时间域数据，采用时间域分析、频...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宋，
申请(专利权)人：李宋，
类型：发明
国别省市：11[]