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基于听觉感知特性的中国民族乐器音色属性分析与建模研究

批准号:
62101514
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
刘京宇
依托单位:
学科分类:
多媒体信息处理
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘京宇

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
中国民族乐器是中国传统音乐文化的重要组成部分,但长期以来关于我国民族乐器音色属性的研究较为滞后,这给我国民族乐器工业和民族音乐发展带来诸多不利影响。本项目以乐器的音色属性为研究对象,以客观测量数据为基础,综合运用音频信息处理、音乐声学、实验心理学等多种实验方法和技术手段,围绕如何挖掘计算机能够处理的、能够反应人耳对乐器音色主观感受的音色特征这一科学问题开展系列研究。为此,本项目拟建立用于描述乐器主观听感的音色评价术语体系,构建适用于乐器音色分析的客观声学特征参数集,探寻音色主观听感与客观参数之间的关系,构建乐器音色的感知特征参数模型,并在此基础上研建相关系统工具、开展应用验证。通过本项目的研究,不仅为乐器音色的定量分析提供了理论基础和技术手段,也为在数字化条件下实现中国音乐文化的传承与创新发展提供科学数据,对于推动我国音乐声学领域的发展和民族乐器的产业化进程具有重要意义。
英文摘要
Chinese musical instrument is an important part of Chinese traditional music culture. For a long time, the systematic and comprehensive research on the timbre of Chinese musical instrument is almost blank, which brings a lot of adverse effects to the development of Chinese musical instrument industry and Chinese music. This project takes the timbre properties of Musical Instruments as the entry point and research object, and is based on objective measurement data. In this project, a variety of research methods and experimental means such as audio signal processing, music acoustics and experimental psychology are integrated to study the core scientific problem of how to construct timbre characteristic parameters that can be processed by computers and reflect people's subjective feelings on the timbre of musical instruments. Therefore, this project intends to establish a timbre subjective evaluation term system to describe instruments sound, build the objective acoustic characteristic parameter set of instrument timbre, explore the relationship between the subjective perception characteristics and objective acoustic parameters of the timbre, build the subjective perception characteristics model of the musical instruments timbre, and on this basis, develop system tools and carry out application verification. The research of this project not only provides theoretical basis and technical means for the quantitative analysis of musical instrument timbre, but also provides scientific data for the realization of the inheritance and innovative development of Chinese musical culture under the condition of digitalization. It is of great significance to promote the development of music acoustics and the industrialization of Chinese musical instruments.
音色是一种基本听觉属性,也是声音“四要素”中最为重要的感知属性。音色包含了声音信号的绝大多数声学特征,是人类识别声源和声音事件的重要线索。本项目围绕音乐声的音色感知属性分析与建模这一课题开展了较为深入的研究工作,在大量听觉感知实验的基础上分析并总结音色感知的一般规律,并构建了用于音色定量分析的数学模型。主要研究工作包括以下四个方面:. 1.研究并确定了音色素材库的采录流程以及采录内容规范,并基于这个规范在消声室或录音棚对乐器声音进行采录,构建了72种乐器音色的素材库。研究了乐器的响度平衡模式,并依据该模式对音色素材库中的素材进行响度归一化处理。. 2.本项目构建了一个包含329个音色评价术语的词库;运用因子分析提取音色感知的三个因子,分别为音色品质因子、音色特质因子和音色浑厚度因子,并构建了一个包含31个评价术语的三维语义空间,同时给出了三维语义空间的数学模型。. 3.本项目构建了一个包含166维的客观声学参数集,并基于客观声学数据和主观感知数据,分别采用多元线性回归、支持向量回归、神经网络以及随机森林四种方法构建了一组音色感知特征的数学模型,并对构建的模型进行检验和分析,分析结果表明模型具有较好的预测能力和泛化能力。. 4.本项目提出了一种改进的音色空间构建方法。根据改进的方法设计并完成实验,通过对实验数据进行多维尺度分析,构建了一个中国民族乐器音色的三维音色空间,并确定了音色空间各维度的听觉感知属性。运用回归分析构建音色空间维度属性的数学模型,并对模型的有效性进行了检验。. 本项目的研究成果能为乐器音色的研究提供一种新的分析与评测手段,为在数字化条件下实现中国音乐文化的传承与创新发展提供基础科学数据,对于推动我国音乐声学领域的发展和民族乐器的产业化进程具有一定意义。
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