1  绪论

    本章作为论文的切入点，将介绍为什么使用时频方法来分析钢琴琴音信号，目前的研究现状和本次毕设将打算从哪里着手开始。

1.1  提出问题

    随着西方古典音乐对生活的逐渐渗透，越来越多的人开始通过学习欣赏以钢琴曲为代表的西方古典音乐娱乐放松。人们可以通过手机APP、CD、磁盘等直接下载电子版钢琴曲，随意选择自己喜欢的曲子甚至循环播放，不必专门去音乐厅聆听钢琴家现场弹奏，经济简单、灵活方便。聆听一场钢琴演奏会在今天快节奏生活条件下已经成为奢侈品，演奏会不仅由于时间、场地的原因使听众数量有限，同时现场演奏者的水平决定了乐曲的发挥，体力和精力条件受到限制，弹奏者状态不理想、心理紧张、连续弹奏疲劳等因素都可能导致弹错音、节奏错乱、音色单一等状况，影响乐曲本身，这些制约性可由计算机构造的音乐系统来进行弥补，在乐曲的演奏中，时间轴是节奏的变换交替，频率轴是高音低音的变换交替。在乐曲的进行之中，能够正确听辨音的高低显得尤为重要。周杰伦曾经表演过随意敲击一个琴键，他能迅速判断出哪个音，计算机构造的音乐系统就是要模拟人的这种对音乐的认知，甚至模拟人对音乐的创作。 

1.2  选题研究背景

    现代科学技术的发展日新月异，数字信号处理理论的日益成熟和计算机的广泛应用，为将传统古典钢琴音乐与现代科学技术相结合、将时频分析方法应用于钢琴琴音的分析提供了可操作性。电脑音乐[ ]及其相关技术近年来发展很快，促进了CD、VCD、DVD、数字广播媒体等的普及和接受，具有巨大的市场潜力。电子音乐产生的主要任务是研究音乐的组成成分和性质特点，通过模拟人对音乐的认知，采用数字化形式模拟音乐效果，涉及到的相关内容复杂，多为新兴产业，应该说，目前为止，这方面的研究只是起步而已。

    计算机的出现使电子音乐的发展获得了长足进步。电脑多媒体技术和时频分析技术的出现和其在音乐认知辨识与创作等领域的不断进步，使以CD为代表的当代电子音乐技术发展得如火如荼。基于电脑技术的多轨录音、合成、降噪、压缩、扩展、音乐信号特征提取等音频处理技术日趋成熟。 

    将现代科技电子信息技术运用于音乐辨识创作上，不仅可以减少音乐相关工作人员的工作量，为他们的工作带来方便；而且电子音乐的发展将使得音乐的辨识、创作模式化，智能化。所以必须寻找一个合适的契机促进这门交叉学科发展，相关技术例如音乐编码、音乐合成、音乐识别、降噪等相关技术已经展开研究。电子音乐能够智能地分析辨识音乐，对于指导钢琴演奏具有重要实践意义。

1.3  目前研究现状 

    当前电子音乐技术有以听音识曲为代表的辨识技术，以MIDI[ ]为代表的制作技术，以MidoMi为代表的检索技术。音乐认知，既包括对音高、响度等音乐符号的辨识，还包括鉴赏音乐，演奏音乐等模拟仿真电脑系统。音乐创作，一方面包括创造不同风格类型的曲子或者将音乐片段排列组合形成乐曲，另一方面包括视听相结合，创造出画面。音乐数据库检索技术目前已经相当成熟，大量音乐APP都运用了此功能，此功能可以根据某一音乐片段在乐库中检索出完整的曲子。

    因为音乐信号是非平稳信号，具有随机性，含有的噪声会影响原来的音乐信号，无法用数学方程式概括总结，也很难从单一的时间维度或频率维度去描述，可以考虑从时间—频率维度或时间-频率-幅度维度去描述音乐信号。早期的研究方法大多围绕傅里叶变换产生的，短时傅里叶变换顾名思义就是在原来傅里叶变换基础上加了一个有限长的窗函数，每次仅分析窗函数内的信号，通过窗函数的移动实现时间轴上的遍历，缺点是分辨率固定不能根据实际情况进行调整。小波变换是在STFT的基础上给窗函数在平移的基础上增加了伸缩的特性，能够根据不同的频率特点采用不同分辨率的窗函数，更加灵活，缺点是采用不同小波基会导致不同分析结果，窗函数尺度因子与研究对象频率无直接关系。S变换是在STFT和WT基础上，使得窗函数的长度与分析对象频率倒数呈正比，不仅能灵活调整分辨率，而且母小波统一采用高斯函数，不存在小波变换的困扰。 Matlab时频分析方法在琴音信号检测中的应用(2):http://www.chuibin.com/jixie/lunwen_205781.html