左张弛：基于傅里叶分析方法的钢琴音色识别与电子合成系统研究5-5系统测试 241029

基于傅里叶分析方法的钢琴音色识别与电子合成系统研究5-5系统测试

左张弛（宝鸡职业技术学院）

来源/ 《自动化技术与应用》

图文转码/ 王欣源

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六、系统测试

基于傅立叶分析法的钢琴音色识别与电子合成系统，以PC软件硬件为载体，同时支持Win7系统与WinXP系统，CPU要求2GHz，磁盘空间要求900M。测试时，选择30台计算机安装测试系统性能。其中音色检验结果[7]具体如表1所示。

表1音色检验结果

由表可以看出，以打开与新建乐谱分析其格式与音色检验结果，乐谱打开方式只支持当前打开方式，而曲谱只能根据明确格式添加音符，且音乐播放声音与速度处于固定状态；无法于新建乐谱添加附点，删除尾部音符需重组乐谱音符，最终修改保存乐谱文件名；添加、删除、修改、保存音符时，所检验音色结果都合格，这表明钢琴音色检验结果符合预期。

1、性能测试

基于此，通过Matlab软件测试系统性能，不同方法设计系统性能测试结果[8]具体如图4、图5所示。

图4傅立叶分析法设计的系统性能测试结果

图5改进线性变调法设计的系统性能测试结果

由图可知，基于傅里叶分析法设计的系统，在300Hz频率时，相应振幅于0逐步下降；600-2100Hz频率时，相应振幅保持在稳定状态，并未出现噪声干扰；在2400-2700Hz频率时，相应振幅处于最低状态。

基于改进线性变调法设计的系统，即就音乐语音的边缘音特性，以谐波冲激分离为辅助，划分音乐语言为谐波信号与冲激信号，通过线性预测模型，分解谐波信号，转换为声道传输函数与声门脉冲激励信号，以重采样变调处理分析脉冲激励信号，通过帧信号叠加合成，以保障拼接部分的衔接性，基于频域谐波冲激叠加合成重新构建音乐语音信号。此系统在300-900Hz频率时，相应振幅相对偏高，在频率变化影响下，音色振幅出现较强烈变化区域，并出现了明显的噪声干扰。

通过比较分析可以看出，傅里叶分析法未出现噪声，振幅变化明确，且愈发清晰，音色识别越明晰，这就代表傅里叶分析法设计的系统音色识别性能更佳。

2、正确率测试

基于音色识别性能分析，测试音色识别正确率，选择钢琴曲设计5分钟测试，结果[9]具体如图6所示。

图6音色识别正确率

由图可知，基于傅里叶分析法的钢琴音色识别，在钢琴曲播放1min时，识别正确率即52%，2min时，识别正确率即63%，3-4min时，识别正确率即84%，结尾时，识别正确率即95%，与开始环节对比正确率提高了大约43%。基于改进线性变调法的钢琴音色识别，在钢琴曲播放1min时，识别正确率即22%，2min-4min时，识别正确率即43%，结尾时，识别正确率即64%，与开始环节对比正确率提高了大约42%，整体保持在20-65%间。通过比较分析，基于傅里叶分析法的钢琴音色识别正确率整体保持在50%以上，最高可达95%，这就表明基于傅里叶分析法的钢琴音色识别正确率相对更高，证明系统设计完美度更高。

七、结束语

综上所述，本文基于傅里叶分析法设计了钢琴音色识别与电子合成系统，通过短时傅里叶变化频谱分析，可提取音色特征矩阵；详细分析音强与时间变化关系，可获得音强变化包络曲线；通过音色特征矩阵与音强变化包络曲线，可明确识别钢琴乐音。在此基础上，通过改进线性变调法与傅里叶分析法对比进行了系统测试，结果表明，基于傅里叶分析法的钢琴音色识别与电子合成系统在600-2100Hz频率时，保持在稳定状态，性能良好；音色识别正确率高，这说明系统设计完美度较高。

参考文献:

[7]程美芳.钢琴音色识别与电子合成系统的设计与实现[D].成都:电子科技大学,2014.

[8]张琳,吴建明.基于计算机技术的钢琴音色识别与电子合成系统设计[J].自动化与仪器仪表,2018(10):79-82.

[9]张驰.弦槌特性及其整音技术与钢琴音色的关系[J].音乐生活,2017(5):88-89.

作者简介:左张弛(1983-)，男，硕士,讲师，研究方向:钢琴演奏与教学。