1.4  本文研究内容 

    本文从研究钢琴琴音特征入手，从物理成面上首先明确了音乐信号特征检测的可操作性，从钢琴琴音信号本质特征出发，目的是探讨什么是可以提取的钢琴琴音特征，并对这些钢琴琴音信号特征进行分析。研究不同的钢琴琴音信号特征和时频分析方法各自的优缺点，完成用不同时频方法对不同钢琴单音、混合音的检测。我的工作还包含录取制作合成一些可以用于实验的钢琴琴音音频文件(.wav)，制作相应的数据存储文件；对系统程序进行调试等等。论文工作的目标是通过本课题的研究，学习有关乐音时域频域分析技术的原理和实现方式，重点讨论钢琴琴音的单音及多音混合的信号特征提取；熟悉常用的Matlab仿真分析工具；掌握信号处理系统设计、开发的基本思路及方法；加强理论联系实际能力，加深对时频分析技术的理解和应用。

2 基础乐理知识

    本章将介绍基础乐理知识和概念，初步了解钢琴键盘的组成成分和发音原理，探讨钢琴琴键各个音之间的排列组合关系，介绍各个乐音的特点。

2.1音乐的基础知识

人声带会发出语音，敲击琴键琴会发出琴音，这都是由于震动，由此产生的声波在人耳可接受的范围内被称为声音。人所能感知的声音范围只是很小的一部分，大概20-2000Hz,海豚听觉范围就在150-150000Hz，蝙蝠发出的超声波在2万Hz以上。

音有音高、音长、强弱和音色四种特征，音高通俗的讲就是听起来尖锐高昂还是浑厚低沉，拿本次研究对象钢琴琴音来讲，钢琴的高音区由于琴弦比较短，所以震动频率就高，听起来越尖锐，钢琴的低音区由于琴弦比较长，所以震动频率就低，听起来越低沉。音长就是发出了多长时间的音，在钢琴的乐理概念中，全音符是发声时间最长的音符，其它音符发声时间是它小于1的整数倍，如8分音符[ ]发声时间是全音符的 ，4分音符发声时间是它的 。四分音符是一拍，八分音符是半拍，钢琴演奏时通过踏板和与之相连的止音器来控制音符的长短，当踩下脚踏板，止音器在力的作用下抬起，弦子受到的阻力小震动时间就会长，音符发出声音就会长，不踩的时候，止音器搭在弦子上，通过影响它的震动来达到影响发声的目的。音强通俗来讲就是声音大不大，能不能听得到。它与震动幅度有关，用力敲击键盘，使得琴弦震动幅度大，声音强度就会增大。音色代表的物理量就是频率分布，不同的乐器有不同的频率特征，即有各自的音色。对于乐曲来讲，是由音符和节奏组成，音符代指不同音高的乐音，节奏实际上是由音长决定的，改变音色即用不同的乐器来演奏，改变强弱只是改变声音的大小，不会从根本上改变乐曲本身，但是改变前两者，乐曲将发生本质变化，甚至变成另外一首曲子。所以本文的主要任务严格来讲是识别钢琴琴音的音高和时值。

2.2钢琴键盘

图2.1 钢琴局部键盘命名示意图

     图2.1是钢琴键盘局部示意图，键盘一共有52个白键，36个黑键共88个键。每七个白键为一组，从左往右依次被命名为C、D、E、F、G、A、B，中间穿插了5个黑键，黑键根据与之相邻的白键来命名，比如F、G之间插入黑键，可命名为升F(F#)或降G(Gb)，#表示升高半音，b表示降低半音。这样一组包含的12个音符为：C、＃C、D、＃D、E、F、＃F、G、＃G、A、＃A、B。简谱中七个白键被命名为1、2、3、4、5、6、7，唱名依次为do、re、mi、fa 、sol、la、si。

    上文提到两个白键之间的黑键有两种命名方式，这是由音高的概念来定义的，每一组12个音符被命名为一个八度，从左至右琴音依次相差半个音。 Matlab时频分析方法在琴音信号检测中的应用(3):http://www.chuibin.com/jixie/lunwen_205781.html