关于在提高音乐练习中应用大数据统计分析软件的探索

董政宇

【摘 要】一种提高音乐练习数据的软件，主要是靠收音装置进行采集练习音频并转换成信号数据，并与数据库的标准数据及设置标准偏差值进行对比分析，能对使用不同演奏方式的练习者所演奏的音乐进行数据转换并加以统计分析，找到练习过程中的问题并汇总出结果，使练习者和专业老师可以进一步了解练习状况，并针对性进行纠正和练习，达到练习更有指导性，学习进步更快的目的。

【关键词】音乐练习软件;声音数据转换;数据对比统计分析

中图分类号：J6    文献标志码：A             文章编号：1007-0125（2019）17-0042-02

加拿大作家麦尔坎·葛拉威尔在《异数》一书中指出：“人们眼中的天才之所以卓越非凡，并非天资超人一等，而是付出了持续不断的努力[1]。只要经过1万小时的锤炼，任何人都能从平凡变成超凡。”他将此称为“一万小时定律”。

一、背景

第一，音乐初学者在日常练习过程中关键在于音乐练习的音准要规范;第二，音乐练习者暂时没有其他辅助设备或良好听力能力来检测每天的练习情况;第三，每周的音乐练习过程中，大多数家长不能对音乐练习者的练习情况进行有效的监督和指导;第四，专业老师每周进行授课时，不能全面了解上一周每天的练习情况和经常出现的问题点;第五，音乐练习软件可以对每天练习的内容及演奏过程中的音程、节奏情况进行汇总;第六，音乐练习软件可以对练习者在指法、练习曲、乐曲演奏中的问题进行识别并进行汇总;第七，音乐练习软件可通过历史数据的分析对练习者的练习成长过程进行记录，帮助找到经常出现的问题和改正的情况;第八，专业艺术老师可以根据练习的练习的情况，调整授课内容，有效提高音乐练习者的演奏水准。

二、软件功能

该软件通过手机麦克风等声音收集装置，将音频转换成数字信号，并与数据库内数据进行对比评价，支持多种乐器声音，快速、精确的根据每天音乐练习的时间、内容、音高、节奏进行数据统计与分析。具有如下特色功能。

第一，支持对各种不同演奏方式的乐器进行选择;第二，支持不同乐器练习内容的选择;第三，支持不同演奏乐器中的的基本单音、双音音阶选择练习、练习曲、乐曲及分阶段曲目的选择;第四，支持通过音频转换信号数字数据功能;第五，支持转换数据与标准数据库数据的对比功能;第六，支持音频数据中音分偏移、波动指示功能;第七，支持音频数据中音量强弱指示功能;第八，支持音频数据节奏正确显示功能;第九，支持三种抗噪级别：最低抗噪能够进行0.1s时长的短音检测，最高抗噪能够在杂音为4倍基音震幅下检测出准确的标准基音，默认设置是II，为最高抗噪级别;第十，支持三种精度设置：0.1音分、1音分、3音分，默認设置是：O，为最高精度状态;第十一，三种信号输入模式：麦克风、拾音器、蓝牙。

三、软件构成的模块分析

数据统计在音乐练习中的作用是通过对练习者在基本音阶练习、练习曲和乐曲的演奏中的音频转换信号数据后，将演奏的数据与数据库演奏的数据进行对比，对演奏的音高得分、音长得分、音强得分、节奏得分进行分析，判断在哪些方面存在不足，找出练习中的短板，进行针对性的练习或提升[2]。软件分为信息选取与评价显示系统，数据输入与设置系统，音频转换与数据对比系统。

（一）信息选取与评分系统。包括信息登陆单元、界面选择单元、当日评比数据单元、历史数据分析单元、数据库操作单元;信息登陆单元将练习人员信息、时间等相关信息进行录入，支持联网登陆并了解相关练习信息，便于随时查询练习数据;界面选择单元是对练习演奏的方式、练习的课目的显示界面;数据库操作单元主要实现对数据库的数据操作，在练习时，可以选择查询储存单元中储存的练习内容、练习曲目，点取曲库中的曲目后，学生还可以查询本曲目的背景信息，帮助学生练习前复习。

当日评比数据单元主要显示当日练习内容中，关于音阶练习、指法练习、练习曲练习、乐曲练习的分类练习中的音长、音强、节奏的分值，同时来显示不同的练习时间段演奏的问题，对出现的问题进行对比描述。

历史数据分析单元是对练习者长期练习过程中的在基本音阶练习、指法练习、练习曲练习中的音高、音长、音强的分析及出错点位置进行查询，并可以根据演奏水平，系统自动评判处音高得分、音长得分、音强得分、节奏得分和综合得分，能够更方便的让学生了解自己的学习纠证错误情况和专老师适当调整授课内容的有力依据。

（二）数据输入与设置系统。包括演奏练习方式单元、基本练习单元、指法练习单元、练习曲练习单元、乐曲练习单元。

演奏练习方式单元指声乐、钢琴、管弦乐器、民族乐器、打击乐器等方式的输入存储数据;基本功练习单元是根据不同练习方式的对基本功的练习要求，将相关的标准数据输入存储;指法练习单元是根据不同的演奏方式对指法练习的要求不同而进行数据输入的存储单元;练习曲单元是不同演奏方式对练习曲目要求的音高、音长、音强进行数据输入并设置根据乐曲的要求设置偏值。

此系统是负责将各种乐器基本音阶练习、指法练习、练习曲练习、乐曲练习的各种数据按不同的时间阶段，将该阶段内的音强、音长、节奏等数据进行输入存储，同时将该阶段的音强、音长、节奏根据作曲者的要求设置不同的标准偏差范围，以便与转换的信号数据进行对比。

（三）音频转换与数据对比系统。包括标准模块单元、声音处理模块单元、声音评判单元。标准模块单元包括信号加窗分帧模块、音长标准模块、音强标准模块、音色标准模块、音高标准模块和节奏标准模块;声音处理单元包括音高处理模块、音长处理模块、音强处理模块、音色处理模块和节奏处理模块。

当AD转换模块将声音的模拟信号转换为数字信号，音频切分模块将连续的数字信号切分为与数据库输入演奏相同时间数据段，使用音长提取模块对每个录音数据每间隔XX毫秒，切割成一个数据段，得到音长标准模块，将音频数字信号切分后，使用wave音高提取模块的wave文件进行音高提取，并使用信号加窗分帧模块通过对语音信号加窗分帧，音高处理模块通过自相关函数计算，然后使用带通滤波器，去掉过高或者过低的峰值提取出基音周期，得到音高标准模块;再对每个语音数据段的语音信号加窗分帧，读取每帧信号的平均幅值作为此帧的音强值，设定的声音信号采样率为6-8kHz采样点数为256，每帧长为12-15ms，帧移为0，对每个数据段的每个音符提取音强特征，得到音强标准模块。

声音评判单元是将音频转换的数据对比数据库内音长、音强、节奏模块进行一个对比评判并进行显示存储差异值，包括音高得分计算模块、音长得分计算模块、音强得分计算模块、节奏得分计算模块和加权计算模块。

音高计算模块用于计算音高得分，音长计算模块用于计算音长得分，音强计算模块用于计算音强得分，音色计算模块用于计算音色得分，节奏得分计算模块用于计算节奏得分[3]。

最后使用加权计算模块根据每项所占权重，得到最终的演奏成绩。对练习者所选择的演奏方式在基本功、指法练习、练习曲练习、乐曲练习中的音高、音长、音强、音色在练习过程中的分值及出现问题的点。

四、软件实际应用分析

音乐练习时，随机提取演奏的音高模块、音长模块、音强模块、节奏模块，使用对比评判单元进行对比，找出练习过程中的问题，有针对性进行反复练习固化练习成果，从而可以针对性的练习并达到持续改善和提高演奏音准。

该软件可以储存多种乐器演奏方式和多个标准音乐曲目，练习时，可以查询储存单元中储存的各个曲目，根据自己的喜好点取某个曲目进行练习，点取曲库中的曲目后，还可以设定不同的演奏阶段，并查询本曲目的音高、音长、音强和音色等要求信息，帮助练习前复习，提高练习者有效的提高音乐练习水准和艺术素养。

参考文献：

[1]颜胤盛，佘琳.音乐软件在曲式分析教学中运用之研究——以音乐软件Sibelius为例[J].北方音乐，2018，（9）99-100.

[2]张萍.声势律动在音乐教学中的应用分析[J].学周刊，2018，（5）：166-167.

[3]薛亮，黄美帆.华语流行音乐的歌词情绪分析——基于新媒体音乐终端的大数据分析方法[J].音乐传播，2017，（4）：91-94.