36、音乐技术相关知识与工具介绍-优快云博客

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音乐技术相关知识与工具介绍

1. 音乐问题解决途径

在处理音乐相关问题时，有几种可行的方法：
- 使用基于规则的引擎的生产版本，这类引擎通常经过优化，能实现更快的处理速度和更好的内存管理。
- 开发更多约束规则，以限制解决方案的数量，并确保这些规则被纳入问题的约束配置文件中。
- 开发一种临时的音高分配方法，该方法并非像规则引擎那样遍历所有音高分配组合，而是基于与旋律和和声原则相关的综合知识库和逻辑启发式进行分配。

此外，还可以将上述部分或全部方法与经过旋律和/或和声训练的人工智能相结合，由其作为旋律质量的评判者。同时，除了旋律规则外，其他音乐元素如节奏、声部进行和和声规则也可纳入基于规则的方法中。

2. 自动化乐谱分析

音乐创作者使用的作曲工具通常难以获取大量的内容库。表演者可以获取和弦表或简易乐谱，基于音频的创作者可以获取无数的音频和MIDI内容用于混音，但作曲家只能使用记谱或类似工具，且这些工具难以获取包含和声或旋律分析的现成内容。虽然有Music XML或MIDI导入等方式来传输音乐数据，但这些只是原始输入，导入后可能需要手动编辑，以便用户对音乐各部分的和声和旋律功能进行分析。

因此，开发一种不仅能读取如和弦表等记谱音乐，还能以对作曲工具具有意义的方式对其进行旋律和和声分析的方法是很有必要的。这种可访问性不仅能让现有的作曲工具受益，还能使一些转换手段融入创作过程。

3. 模态类型

不同的模态类型在音乐中有着各自的特点和应用场景，以下是一些常见的模态类型：
|模态类型|特点|应用场景|
| ---- | ---- | ---- |
|自然大调和小调模态|自然小调模态常用于小调音乐作品中，一般原则是上行音符用旋律小调，下行音符用自然小调。|爵士、流行音乐|
|五声音阶模态|基于五个音构建，三度音可用于跳过全音字母。|爵士及其他音乐场景|
|八声音阶模态|基于交替的2和1半音偏移产生八个音的音阶，有全半和半全两种类型。|现代音乐创作、爵士|
|全音音阶模态|有六个音，没有导音，减三度音程可用于跳过全音字母。|现代音乐创作、爵士|
|布鲁斯音阶模态|有六个音，根据音阶上行或下行，字母标记会发生变化。|布鲁斯音乐|

4. OrderedMap类

OrderedMap是一个专门为时间转换算法设计的实用类，用于将整体时间位置和实际时间映射到时间签名和速度类实例。虽然Python字典提供映射功能，但对于时间转换算法的有效性而言，它缺少一些必要的能力：
- 计算键值的“下限”，即对于一个键值，找到最接近的较低键。例如，对于位置235/16，需要找到立即低于它的键位置223/8，该位置映射到覆盖236/16的时间签名。
- 反向映射，即对于给定的时间签名或速度，从映射本身获取其位置或实际时间。

OrderedMap使用Python集合模块中的OrderedDict以及排序操作来维护一个键有序的映射。floor()操作通过对键进行简单的二分查找来找到下限。同时，OrderedMap内的一个简单OrderedDict Python映射提供反向映射功能。需要注意的是，映射的输入应是一对一的，即不能有不同的键映射到相同的对象。此外，用于时间转换的键（位置或数字）除了__eq__和__hash__外，还应实现比较运算符，以确保键排序成功。

5. 观察者模式

观察者模式是一种简单的通知软件模型，由一个具有多种可变特征的可观察对象和一个监视可观察对象变化的观察者组成。当可观察对象的一个或多个特征发生变化时，该模型确保其观察者会收到这些变化的通知以及具体信息。

这个动态模型有时也被称为发布 - 订阅模式，在某些描述中，可观察对象也被称为主题。该模式的实现因需求而异，这里采用最基本的设计。基于observer.py和observable.py文件的系统代表了这种模式的最基本形式：
- 可观察对象有一个观察者列表，当自身状态变化时，调用update()方法。
- update()为每个注册的观察者调用notification()方法。
- 观察者的notification()方法接收有关变化的描述性数据，并根据通知和可观察对象变化的参数采取相应行动。

以下是Python中观察者和可观察对象类的简单使用逻辑：

@abstractmethod
def notification(self, observable, message_type, message=None, data=None):
    """
    观察者的通知方法
    :param observable: 可观察对象的引用
    :param message_type: 消息类型指示器
    :param message: 描述变化的文本消息
    :param data: 有关变化的数据
    """
    pass

# 当可观察对象的状态变化时
observable.state_change()
observable.update()
# update调用每个观察者的notification方法
for observer in observable.observers:
    observer.notification(observable, message_type, message, data)

notification()方法的参数应尽可能为观察者提供有关变化的信息，其参数包括可观察对象的引用、消息类型指示器、描述变化的文本消息以及有关变化的数据。

6. 和弦类型

在音乐中，不同类型的和弦有着各自独特的结构和特点，以下为你介绍一些常见的和弦类型：
|和弦类型|结构特点|示例|
| ---- | ---- | ---- |
|三和弦|基于三度音构建，有大三和弦、小三和弦、减三和弦、增三和弦等。|CMaj（大三和弦）: P1, M3, P5；CMin（小三和弦）: P1, m3, P5|
|七和弦|在三和弦基础上增加一个音，有大七和弦、小七和弦、属七和弦等。|CMaj7（大七和弦）: P1, M3, P5, M7；CMin7（小七和弦）: P1, m3, P5, m7|
|特殊和弦|如意大利六和弦、法国六和弦、德国六和弦等。|CIt（意大利六和弦）: m6, P1, A4|
|二级和弦|基于二度音构建，有大大、大小、小大、小小四种。|GMajMaj（大大二级和弦）: P1, M2, M2|
|四级和弦|基于四度音构建，有完全/完全、完全/增四度、增四度/完全三种值得注意的四级三和弦。|EPerPer（完全/完全四级和弦）: P1, P4, P4|

7. XML简介

XML（可扩展标记语言）是一种标准化的数据格式，用于结构化数据输入和数据共享。其灵活性使得结构化数据可以在不同应用程序和平台之间轻松共享。以下简要介绍XML的相关内容：
- 标签、元素和属性 ：XML中的数据通过各种可识别的关键字（称为标记）进行结构化。主要标记是标签，用于标识一段数据输入，用<标签名>和</标签名>来界定。标签之间的数据称为元素，起始标签本身可包含基于关键字的额外信息（称为属性），为标签和元素增添语义。例如：

<Title category="Fiction" pub="1-28-1813">Pride and Prejudice</Title>

数据结构 ：XML通过标签嵌套形成树状结构来组织数据。例如：

<Instrument name="Double Bass">
    <Range>
        <Low>c:2</Low>
        <High>c:5</High>
    </Range>
    <Transpose direction="down" interval="P:8"/>
</Instrument>

使用Python读取XML文件 ：Python提供了读取XML文件的API，将XML文件读取到称为文档对象模型（DOM）的内部表示中，便于计算机（程序）分析。以下是获取DOM树根节点的代码：

import xml.etree.ElementTree as ET
# ...
tree = ET.parse(full_file_path)
tree_root = tree.getroot()

要访问直接子节点，只需遍历根节点的子节点：

for child in tree_root:
    # 处理子节点
    pass

根据节点类型，可以通过特定的API获取信息。例如，node.tag可获取标签名，node.get(attr_name)可获取属性值。在遍历树时，代码逻辑必须遵循正在处理的XML DOM的结构，否则容易导致错误信息或故障。

音乐技术相关知识与工具介绍

8. 音乐问题解决途径的综合应用

在实际的音乐创作和处理中，前面提到的音乐问题解决途径可以相互结合，发挥更大的作用。例如，将基于规则的引擎与人工智能相结合，能够更精准地处理旋律和和声问题。以下是一个简单的流程说明：
1. 选择规则引擎 ：选用经过优化的基于规则的引擎生产版本，确保其具备良好的性能和内存管理。
2. 开发约束规则 ：根据具体的音乐问题，开发更多的约束规则，限制解决方案的数量，并将其纳入问题的约束配置文件。
3. 结合人工智能 ：使用经过旋律和/或和声训练的人工智能，作为旋律质量的评判者。当规则引擎生成多个解决方案时，由人工智能进行筛选和评估。
4. 应用临时音高分配方法 ：在某些情况下，使用临时的音高分配方法，基于综合知识库和逻辑启发式进行音高分配，提高创作效率。

通过这样的综合应用，可以更有效地解决音乐创作中的各种问题，提高音乐作品的质量。

9. 自动化乐谱分析的重要性与挑战

自动化乐谱分析对于音乐创作者来说具有重要的意义。它可以帮助创作者更深入地理解音乐作品的旋律和和声结构，为创作提供更多的灵感和参考。然而，目前自动化乐谱分析还面临着一些挑战：
|挑战|描述|解决方案|
| ---- | ---- | ---- |
|内容获取困难|音乐创作者使用的记谱工具难以获取大量的内容库，且导入的音乐数据可能需要手动编辑。|开发更便捷的内容获取和处理工具，如能够直接从印刷乐谱或图像中提取音乐信息的工具。|
|分析方法有限|现有的分析方法可能无法满足复杂音乐作品的分析需求。|研究和开发更先进的分析算法，结合人工智能和机器学习技术，提高分析的准确性和深度。|
|数据标准化问题|不同的音乐文件格式和数据表示方式可能导致分析结果的不一致。|推动音乐数据的标准化，制定统一的标准和规范，便于数据的共享和分析。|

解决这些挑战需要音乐技术领域的不断创新和发展，为音乐创作者提供更好的支持。

10. 模态类型的应用与变化

不同的模态类型在音乐创作中有着广泛的应用，并且可以根据需要进行变化和组合。例如，在爵士乐中，常常会使用多种模态类型来创造丰富的音乐色彩。以下是一些模态类型的应用示例：
- 自然大调和小调模态 ：在小调音乐作品中，自然小调常用于下行音符，旋律小调常用于上行音符，以实现半音解决。
- 五声音阶模态 ：五声音阶模态简单而富有特色，常用于流行音乐和民间音乐中。
- 八声音阶模态 ：八声音阶模态具有现代感，常用于现代音乐创作和爵士乐中。
- 全音音阶模态 ：全音音阶模态没有导音，能够创造出独特的音乐氛围，常用于现代音乐和实验音乐中。
- 布鲁斯音阶模态 ：布鲁斯音阶模态是布鲁斯音乐的核心，具有独特的情感表达。

创作者可以根据自己的创作意图和风格，选择合适的模态类型，并进行适当的变化和组合，创造出独特的音乐作品。

11. OrderedMap类的实际应用

OrderedMap类在时间转换算法中有着重要的应用。以下是一个简单的mermaid流程图，展示了OrderedMap类在时间转换中的应用流程：

graph TD;
    A[输入时间位置和实际时间] --> B[使用OrderedMap进行映射];
    B --> C[查找下限键值];
    C --> D[获取对应的时间签名和速度];
    D --> E[进行时间转换];
    E --> F[输出转换后的时间];

在实际应用中，OrderedMap类可以帮助我们快速准确地进行时间转换，提高算法的效率和准确性。同时，它的通用性也使得它可以在其他领域得到应用。

12. 观察者模式的扩展与优化

观察者模式在软件设计中具有广泛的应用，并且可以根据具体的需求进行扩展和优化。例如，在多线程环境下，需要考虑并发问题，确保观察者列表的完整性和一致性。以下是一些观察者模式的扩展和优化方法：
- 引入线程安全机制 ：使用锁或其他同步机制，确保在多线程环境下观察者列表的安全访问。
- 优化通知机制 ：采用异步通知的方式，提高系统的响应速度。例如，使用消息队列来实现异步通知。
- 增加观察者管理功能 ：提供更多的观察者管理功能，如观察者的优先级设置、动态添加和删除观察者等。

通过这些扩展和优化，可以提高观察者模式的性能和可靠性，更好地满足实际应用的需求。

13. 和弦类型的组合与创新

在音乐创作中，和弦类型的组合和创新可以创造出丰富多样的音乐效果。创作者可以将不同类型的和弦进行组合，形成新的和弦进行和和声结构。以下是一些和弦类型组合的示例：
|组合方式|示例|效果|
| ---- | ---- | ---- |
|三和弦与七和弦组合|CMaj - CMaj7 - CMin7|创造出丰富的和声色彩，增加音乐的层次感。|
|不同类型的三和弦组合|CMaj - CDim - CAug|产生强烈的和声对比，营造出紧张和变化的氛围。|
|和弦与模态类型结合|在自然小调模态中使用GMinMaj和弦|为音乐增添独特的风格和色彩。|

通过不断地尝试和创新，创作者可以发现更多的和弦组合方式，为音乐创作带来新的活力。

14. XML在音乐数据处理中的应用

XML在音乐数据处理中有着重要的应用。它可以用于存储和传输音乐信息，实现不同音乐软件之间的数据共享。以下是一个使用XML存储音乐信息的示例：

<Music>
    <Title>My Song</Title>
    <Composer>John Doe</Composer>
    <Instrument>
        <Name>Piano</Name>
        <Range>
            <Low>A:1</Low>
            <High>C:7</High>
        </Range>
    </Instrument>
    <Chords>
        <Chord>CMaj</Chord>
        <Chord>CMin</Chord>
        <Chord>CDom7</Chord>
    </Chords>
</Music>

通过XML，我们可以将音乐的各种信息进行结构化存储，便于计算机的处理和分析。同时，Python提供的XML处理API可以帮助我们轻松地读取和操作XML文件，实现音乐数据的自动化处理。

总之，音乐技术领域涉及到多个方面的知识和工具，包括音乐问题解决途径、自动化乐谱分析、模态类型、OrderedMap类、观察者模式、和弦类型以及XML等。通过不断地学习和应用这些知识和工具，音乐创作者可以提高自己的创作能力和效率，推动音乐技术的发展和创新。