本發(fā)明涉及樂器調(diào)音和音高判斷技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，涉及一種借助聲音波形的樂器調(diào)音方法和歌曲音高判斷方法。

背景技術(shù)：

樂器在使用過程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生實(shí)際聲音頻率偏離標(biāo)準(zhǔn)音高頻率的問題，以鋼琴為例：鋼琴是西洋古典音樂中的一種鍵盤樂器，它由88個(gè)琴鍵(52個(gè)白鍵，36個(gè)黑鍵)和金屬弦音板組成，因其優(yōu)美的音色、具有獨(dú)奏與合奏的多種功能，有“樂器之王”的美稱。鋼琴的音域范圍從A2(27.5Hz)至C5(4186Hz)，幾乎囊括了樂音體系中的全部樂音，是除了管風(fēng)琴以外音域最廣的樂器。鋼琴優(yōu)美的音色是建立在良好的機(jī)械狀態(tài)的基礎(chǔ)之上的。鋼琴的音律是靠琴弦的張緊度來保證音準(zhǔn)的，由于琴弦長(zhǎng)期處于張緊狀態(tài)，在演奏時(shí)琴弦還會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，因此琴弦會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力蠕變，從而導(dǎo)致音調(diào)發(fā)生變化。另外，外界震動(dòng)、鋼琴機(jī)械構(gòu)造本身的原因以及氣候、溫度的變化影響都必然導(dǎo)致琴弦松懈，偏離標(biāo)準(zhǔn)的音律，這樣我們彈上去就感覺聲音不對(duì)，不如剛調(diào)好音律時(shí)好聽，尤其是專業(yè)演奏，對(duì)音準(zhǔn)的要求更是非常嚴(yán)格。因此，鋼琴一般每年都需要調(diào)弦一到兩次。

鋼琴調(diào)音是一項(xiàng)專業(yè)性較高的工作，當(dāng)前鋼琴調(diào)音技術(shù)主要是靠人工調(diào)音，且對(duì)調(diào)音人員的要求很高，需要具備很靈敏的鋼琴音調(diào)識(shí)別能力。人工調(diào)音主要是調(diào)音人員依據(jù)人耳聽到鋼琴發(fā)音來判斷鋼琴的音準(zhǔn)，再用調(diào)音工具調(diào)節(jié)琴弦，琴弦、簧片的繃緊程度，從而使其固有振動(dòng)頻率達(dá)到該音的標(biāo)準(zhǔn)頻率，聽起來達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)音高。整個(gè)調(diào)音過程不僅很繁瑣，對(duì)專業(yè)人員要求很高，且精確度不高。隨著社會(huì)的發(fā)展，鋼琴在普通家庭中的普及，能勝任鋼琴調(diào)音工作的調(diào)音師遠(yuǎn)不能滿足人們的需求。雖然現(xiàn)有的相關(guān)機(jī)械設(shè)備也有很多，但由于技術(shù)不成熟，對(duì)于信號(hào)的分析及結(jié)果的顯示都需要一些專門器材，不適用于廣大音樂愛好者進(jìn)行自我調(diào)音，實(shí)際應(yīng)用上還是偏向?qū)I(yè)調(diào)音師進(jìn)行人工調(diào)音。

聲音都是具有波形的，通過聲音的波形能夠準(zhǔn)確地計(jì)算出聲音的頻率，且相對(duì)于其他聲音來說，樂器的聲音波形具有更加平滑的形狀。目前，隨著計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展，家用計(jì)算機(jī)或平板電腦上能夠錄制聲音波形的軟件非常容易獲得。因此，需要提供一種借助聲音波形的樂器調(diào)音方法，能夠利用家用計(jì)算機(jī)或平板電腦錄制聲音波形，通過對(duì)波形的分析計(jì)算，得出樂器的頻率并與標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)普通音樂愛好者根據(jù)需要進(jìn)行自主調(diào)音。

另外，普通人和演唱者自身對(duì)演唱歌曲的音準(zhǔn)判斷不夠?qū)I(yè)，不能對(duì)音準(zhǔn)做出準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，不利于演唱者演唱水平的提高。因此，需要提供一種借助聲音波形的音高判斷方法，能夠利用家用計(jì)算機(jī)或平板電腦錄制聲音波形，通過對(duì)波形的分析計(jì)算，對(duì)演唱聲音的實(shí)際頻率與標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)普通音樂愛好者根據(jù)比較結(jié)果進(jìn)行音準(zhǔn)評(píng)價(jià)和練習(xí)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種借助聲音波形的樂器調(diào)音方法，能夠利用家用計(jì)算機(jī)或平板電腦錄制聲音波形，通過對(duì)波形的分析計(jì)算，得出樂器的頻率并與標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)普通音樂愛好者根據(jù)需要進(jìn)行自主調(diào)音。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種借助聲音波形的樂器調(diào)音方法，該方法包括以下步驟：

步驟1：錄制并存儲(chǔ)樂器的演奏聲音；

步驟2：借助具有顯示聲音波形功能的軟件顯示聲音波形圖并計(jì)算該聲音的實(shí)際聲音頻率，具體地

將聲音波形圖橫軸設(shè)定為常規(guī)計(jì)時(shí)；

在波形圖中任取一個(gè)波峰/波谷，作為第一波峰/波谷，記下該波峰/波谷對(duì)應(yīng)的橫軸時(shí)間為t₁；

在波形圖中另取一個(gè)波峰/波谷，作為第二波峰/波谷，記下該波峰/波谷對(duì)應(yīng)的橫軸時(shí)間為t₂；

統(tǒng)計(jì)第一波峰/波谷和第二波峰/波谷之間的聲波數(shù)n；

利用公式求得實(shí)際聲音頻率f：

f＝n/|t₁—t₂|

其中，n為自然數(shù)且n≥1；

步驟3：將實(shí)際聲音頻率與標(biāo)準(zhǔn)音高頻率進(jìn)行比較；

步驟4：根據(jù)上述比較結(jié)果進(jìn)行樂器調(diào)音；

步驟5：重復(fù)上述過程，直至實(shí)際聲音頻率與標(biāo)準(zhǔn)音高頻率之差在誤差范圍內(nèi)。

優(yōu)選地，“計(jì)算實(shí)際聲音頻率”之前還包括：在波形圖中將聲音波形放大。

優(yōu)選地，選取第一波峰/波谷和第二波峰/波谷，使得第一波峰/波谷和第二波峰/波谷之間的聲波數(shù)n大于等于10。

優(yōu)選地，對(duì)實(shí)際聲音頻率進(jìn)行k次計(jì)算，其對(duì)應(yīng)聲音頻率分別為f₁、f₂…f_k，實(shí)際聲音頻率f：

f＝(f₁+f₂+…+f_k)/k

其中，k為自然數(shù)且k≥2。

優(yōu)選地，將實(shí)際聲音頻率與標(biāo)準(zhǔn)音高頻率進(jìn)行比較得到三種比較結(jié)果：實(shí)際聲音頻率低于標(biāo)準(zhǔn)音高頻率、實(shí)際聲音頻率高于標(biāo)準(zhǔn)音高頻率和實(shí)際聲音頻率和標(biāo)準(zhǔn)音高的偏差在誤差范圍內(nèi)。

優(yōu)選地，若實(shí)際聲音頻率低于標(biāo)準(zhǔn)音高頻率，則繃緊調(diào)音裝置；若實(shí)際聲音頻率高于標(biāo)準(zhǔn)音高頻率，則放松調(diào)音裝置。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種借助聲音波形的音高判斷方法，能夠利用家用計(jì)算機(jī)或平板電腦錄制聲音波形，通過對(duì)波形的分析計(jì)算，得出演唱者的實(shí)際聲音頻率，進(jìn)一步判斷其音高與標(biāo)準(zhǔn)音高的差別，對(duì)演唱者音準(zhǔn)做出評(píng)價(jià)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種借助聲音波形的歌曲音高判斷方法，該方法包括以下步驟：

步驟1：錄制并存儲(chǔ)待測(cè)聲音；

步驟2：借助具有顯示聲音波形功能的軟件顯示聲音波形圖并計(jì)算該聲音的實(shí)際聲音頻率，具體地

在波形圖中將聲音波形放大；

將聲音波形圖橫軸設(shè)定為常規(guī)計(jì)時(shí)；

在波形圖中任取一個(gè)波峰/波谷，作為第一波峰/波谷，記下該波峰/波谷對(duì)應(yīng)的橫軸時(shí)間為t₁；

在波形圖中另取一個(gè)波峰/波谷，作為第二波峰/波谷，記下該波峰/波谷對(duì)應(yīng)的橫軸時(shí)間為t₂；

統(tǒng)計(jì)第一波峰/波谷和第二波峰/波谷之間的聲波數(shù)n；

利用公式求得實(shí)際聲音頻率f：

f＝n/|t₁—t₂|；

步驟3：將實(shí)際聲音頻率與標(biāo)準(zhǔn)音高頻率進(jìn)行比較，得到三種比較結(jié)果：實(shí)際聲音頻率低于標(biāo)準(zhǔn)音高頻率、實(shí)際聲音頻率高于標(biāo)準(zhǔn)音高頻率和實(shí)際聲音頻率和標(biāo)準(zhǔn)音高的偏差在誤差范圍內(nèi)；

其中，n為自然數(shù)且n≥1。

優(yōu)選地，選取第一波峰/波谷和第二波峰/波谷，使得第一波峰/波谷和第二波峰/波谷之間的聲波數(shù)n大于等于10。

優(yōu)選地，對(duì)實(shí)際聲音頻率進(jìn)行k次計(jì)算，其對(duì)應(yīng)聲音頻率分別為f₁、f₂…f_k，實(shí)際聲音頻率f：

f＝(f₁+f₂+…+f_k)/k

其中，k為自然數(shù)且k≥2。

本發(fā)明的有益效果如下：

1.本發(fā)明的借助聲音波形的樂器調(diào)音方法，操作簡(jiǎn)單，設(shè)備簡(jiǎn)便易得，將較難判斷的音高轉(zhuǎn)化為精確計(jì)算的頻率，省去了請(qǐng)調(diào)音師進(jìn)行調(diào)音的麻煩，有效避免了調(diào)音師的經(jīng)驗(yàn)因素與其他因素對(duì)調(diào)音帶的影響。

2.本發(fā)明的借助聲音波形的歌曲音高判斷方法，操作簡(jiǎn)單，設(shè)備簡(jiǎn)便易得，能使普通人和演唱者自身對(duì)演唱歌曲的音準(zhǔn)做出科學(xué)準(zhǔn)確的判斷，有利于普通音樂愛好者根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行音準(zhǔn)評(píng)價(jià)和練習(xí)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1示出聲音波形示意圖。

圖2示出借助聲音波形的樂器調(diào)音方法步驟圖。

圖3示出實(shí)施例1中調(diào)音之前中音1的聲波圖像。

圖4示出鋼琴音高頻率對(duì)照表。

圖5示出實(shí)施例1中調(diào)音之后中音1的聲波圖像。

圖6示出實(shí)施例2中調(diào)音之前低音5的聲波圖像。

圖7示出實(shí)施例2中調(diào)音之后低音5的聲波圖像。

圖8示出借助聲音波形的歌曲音高判斷方法步驟圖。

圖9示出實(shí)施例3中歌曲基準(zhǔn)音高的聲波圖像。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

圖1為聲音的波形圖，在圖1中可以清晰地分辨出聲音波形的波峰和波谷。經(jīng)過比較可知，樂器聲波的形狀更為圓滑，具有更加方便分辨的波峰和波谷。

本發(fā)明中，一種借助聲音波形的樂器調(diào)音方法，能夠利用家用計(jì)算機(jī)或平板電腦錄制聲音波形，通過對(duì)波形的分析計(jì)算，得出樂器的頻率并與標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)普通音樂愛好者根據(jù)需要進(jìn)行自主調(diào)音。

如圖2所示，一種借助聲音波形的樂器調(diào)音方法，該方法包括以下步驟：

S1：錄制并存儲(chǔ)樂器的演奏聲音，此處錄制的演奏聲音為一個(gè)音符的聲音，如鋼琴的一個(gè)琴鍵的彈奏聲音。

S2：借助具有顯示聲音波形功能的軟件顯示聲音波形圖并計(jì)算該聲音的實(shí)際聲音頻率，本發(fā)明中軟件可選用Cool Edit或Gold Wave等能夠顯示聲音波形的軟件，具體包括以下步驟：

S201：在波形圖中將聲音波形放大，優(yōu)選地，將波形圖放大到盡可能最大，能減少誤差，提高精度；

S202：將聲音波形圖橫軸設(shè)定為常規(guī)計(jì)時(shí)，常規(guī)計(jì)時(shí)即為分、秒、毫秒計(jì)時(shí)；

S203：在波形圖中任取一個(gè)波峰/波谷，作為第一波峰/波谷，記下該波峰/波谷對(duì)應(yīng)的橫軸時(shí)間為t₁；

S204：在波形圖中另取一個(gè)波峰/波谷，作為第二波峰/波谷，記下該波峰/波谷對(duì)應(yīng)的橫軸時(shí)間為t₂；

S205：統(tǒng)計(jì)第一波峰/波谷和第二波峰/波谷之間的聲波數(shù)n，n為自然數(shù)且n≥1；

S206：利用公式求得實(shí)際聲音頻率f：

f＝n/|t₁—t₂|

應(yīng)注意的是，選取第一波峰/波谷和第二波峰/波谷時(shí)，n的值越大計(jì)算出的實(shí)際聲音頻率越準(zhǔn)確。優(yōu)選地，使得第一波峰/波谷和第二波峰/波谷之間的聲波數(shù)n大于等于10。進(jìn)一步優(yōu)選地，對(duì)實(shí)際聲音頻率進(jìn)行多次計(jì)算能提高計(jì)算的準(zhǔn)確度，如對(duì)實(shí)際聲音頻率進(jìn)行k次計(jì)算，其對(duì)應(yīng)聲音頻率分別為f₁、f₂…f_k，實(shí)際聲音頻率f：

f＝(f₁+f₂+…+f_k)/k

其中，k為自然數(shù)且k≥2。

S3：將實(shí)際聲音頻率與標(biāo)準(zhǔn)音高頻率進(jìn)行比較，得到三種比較結(jié)果：實(shí)際聲音頻率低于標(biāo)準(zhǔn)音高頻率、實(shí)際聲音頻率高于標(biāo)準(zhǔn)音高頻率和實(shí)際聲音頻率和標(biāo)準(zhǔn)音高的偏差在誤差范圍內(nèi)。

S4：根據(jù)上述比較結(jié)果進(jìn)行樂器調(diào)音，若實(shí)際聲音頻率低于標(biāo)準(zhǔn)音高頻率，則繃緊調(diào)音裝置；若實(shí)際聲音頻率高于標(biāo)準(zhǔn)音高頻率，則放松調(diào)音裝置。

S5：重復(fù)上述過程，直至實(shí)際聲音頻率與標(biāo)準(zhǔn)音高頻率之差在誤差范圍內(nèi)。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)上述方法進(jìn)行說明

實(shí)施例1

本實(shí)施例為鋼琴調(diào)音，以一臺(tái)鋼琴的中音1(do)的調(diào)整為例：

S1：錄制并存儲(chǔ)鋼琴的中音1(do)。

S2：在電腦或平板上借助Cool Edit軟件顯示聲音波形圖并計(jì)算該聲音的實(shí)際聲音頻率，具體包括以下步驟：

S201：在波形圖中將聲音波形放到最大，如圖3所示；

S202：將聲音波形圖橫軸設(shè)定為常規(guī)計(jì)時(shí)，常規(guī)計(jì)時(shí)即為分、秒、毫秒計(jì)時(shí)；

S203：在波形圖中選取最左邊標(biāo)記線的一個(gè)波谷，作為第一波谷，記下該波谷對(duì)應(yīng)的橫軸時(shí)間為t₁，t₁＝28.126680s；

S204：在波形圖中選取最右邊標(biāo)記線的一個(gè)波谷，作為第二波谷，記下該波谷對(duì)應(yīng)的橫軸時(shí)間為t₂，t₂＝28.163685s；

S205：統(tǒng)計(jì)第一波谷和第二波谷之間的聲波數(shù)n＝20；

S206：利用公式求得實(shí)際聲音頻率f：

f＝n/|t₁—t₂|＝555.478Hz。

S3：如圖4所示，低音6為440Hz，是國(guó)際上給出的標(biāo)準(zhǔn)定義頻率，其余頻率是由它推導(dǎo)出來，即每相鄰一對(duì)半音，后者是前者頻率的12次根號(hào)下2倍，通過此計(jì)算方法可推出整個(gè)音階的頻率值。查表得知，中音1的頻率應(yīng)該是523Hz，但是此音嚴(yán)重高出標(biāo)準(zhǔn)頻率，應(yīng)該降低音高。

S4：根據(jù)上述比較結(jié)果進(jìn)行鋼琴調(diào)音，將琴弦或簧片適當(dāng)放松，使音調(diào)降低。

S5：放松琴弦，調(diào)節(jié)完畢后，按照上述步驟再測(cè)一次。本次測(cè)量中，如圖5所示，t₁＝27.593740s，t₂＝27.631690s。由圖可知，中間周期個(gè)數(shù)n＝20。代入公式計(jì)算，得到頻率f＝527.009Hz，達(dá)到中音1的標(biāo)準(zhǔn)頻率的誤差允許范圍內(nèi)，調(diào)音完畢。

實(shí)施例2

為弓弦樂器調(diào)音時(shí)，本實(shí)施例以一支馬頭琴低音5(so)為例進(jìn)行說明。

其余步驟同實(shí)施例1，調(diào)音前波形如圖6所示。可知，該馬頭琴的波形更加復(fù)雜，但是周期非常明顯。該聲波的波峰比波谷更明顯，本實(shí)施例中使用波峰作為標(biāo)記，計(jì)數(shù)n＝20個(gè)周期。放大后，得到t₁＝6.12545s，t₂＝6.17880s，代入公式，得到頻率f＝374.88Hz，接近于低音4#(低音升fa)，但是，此音原本應(yīng)該是低音5(so)。因此，應(yīng)該將琴弦擰緊，使音變高(即頻率變大)一些。調(diào)整完畢，再次測(cè)量，并進(jìn)行更細(xì)致的調(diào)節(jié)，直到達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)392Hz。調(diào)音后，如圖7所示，t₁＝6.09880s，t₂＝6.12431s，代入公式計(jì)算f＝392.003Hz，與標(biāo)準(zhǔn)音非常接近，調(diào)音完畢。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種借助聲音波形的音高判斷方法，能夠利用家用計(jì)算機(jī)或平板電腦錄制聲音波形，通過對(duì)波形的分析計(jì)算，得出演唱者的實(shí)際聲音頻率，進(jìn)一步判斷其音高與標(biāo)準(zhǔn)音高的差別，對(duì)演唱者音準(zhǔn)做出評(píng)價(jià)。

如圖8所示，本發(fā)明中，一種借助聲音波形的歌曲音高判斷方法，該方法包括以下步驟：

S1：錄制并存儲(chǔ)待測(cè)歌曲。

S2：借助具有顯示聲音波形功能的軟件顯示聲音波形圖并計(jì)算該聲音的實(shí)際聲音頻率，具體地

S201：在波形圖中將聲音波形放大；

S202：將聲音波形圖橫軸設(shè)定為常規(guī)計(jì)時(shí)；

S203：在波形圖中任取一個(gè)波峰/波谷，作為第一波峰/波谷，記下該波峰/波谷對(duì)應(yīng)的橫軸時(shí)間為t₁；

S204：在波形圖中另取一個(gè)波峰/波谷，作為第二波峰/波谷，記下該波峰/波谷對(duì)應(yīng)的橫軸時(shí)間為t₂；

S205：統(tǒng)計(jì)第一波峰/波谷和第二波峰/波谷之間的聲波數(shù)n，優(yōu)選地，選取第一波峰/波谷和第二波峰/波谷，使得第一波峰/波谷和第二波峰/波谷之間的聲波數(shù)n大于等于10。

S206：利用公式求得實(shí)際聲音頻率f：

f＝n/|t₁—t₂|。

S3：將實(shí)際聲音頻率與標(biāo)準(zhǔn)音高頻率進(jìn)行比較，得到三種比較結(jié)果：實(shí)際聲音頻率低于標(biāo)準(zhǔn)音高頻率、實(shí)際聲音頻率高于標(biāo)準(zhǔn)音高頻率和實(shí)際聲音頻率和標(biāo)準(zhǔn)音高的偏差在誤差范圍內(nèi)；其中，n為自然數(shù)且n≥1。

應(yīng)注意的是，對(duì)實(shí)際聲音頻率進(jìn)行多次計(jì)算能提高準(zhǔn)確度，如對(duì)實(shí)際聲音頻率進(jìn)行k次計(jì)算，其對(duì)應(yīng)聲音頻率分別為f₁、f₂…f_k，實(shí)際聲音頻率f：

f＝(f₁+f₂+…+f_k)/k

其中，k為自然數(shù)且k≥2。

下面結(jié)合一個(gè)實(shí)施例來進(jìn)行說明

實(shí)施例3

本實(shí)施例中，為了確定某歌手演唱歌曲的基準(zhǔn)音高，將該歌曲的mp3文件導(dǎo)入Cool edit中。找到該歌手演唱的第一個(gè)音，如圖9所示。

在以上聲波中選取15個(gè)周期，因?yàn)槿寺暠日衣暡ǜ訌?fù)雜，更容易產(chǎn)生誤差，所以多選取幾個(gè)周期以達(dá)到減小誤差的目的。放大波形，調(diào)整到左邊的記號(hào)線處，得到時(shí)間t₁＝25.738425s，再調(diào)整到右邊的記號(hào)線處，得到t₂＝25.786000s。代入公式，計(jì)算得到頻率f＝315.29Hz?？梢娀鶞?zhǔn)音應(yīng)該是低音2#，就是升re。

得出結(jié)論：該歌手的音高并不是十分準(zhǔn)確，但與標(biāo)準(zhǔn)頻率相差很小。

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定，對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，這里無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。