借助声音波形的乐器调音和歌曲音高判断方法与流程
本发明涉及乐器调音和音高判断技术领域。更具体地，涉及一种借助声音波形的乐器调音方法和歌曲音高判断方法。
背景技术：
乐器在使用过程中不可避免的会产生实际声音频率偏离标准音高频率的问题，以钢琴为例：钢琴是西洋古典音乐中的一种键盘乐器，它由88个琴键(52个白键，36个黑键)和金属弦音板组成，因其优美的音色、具有独奏与合奏的多种功能，有“乐器之王”的美称。钢琴的音域范围从A2(27.5Hz)至C5(4186Hz)，几乎囊括了乐音体系中的全部乐音，是除了管风琴以外音域最广的乐器。钢琴优美的音色是建立在良好的机械状态的基础之上的。钢琴的音律是靠琴弦的张紧度来保证音准的，由于琴弦长期处于张紧状态，在演奏时琴弦还会产生振动，因此琴弦会产生应力蠕变，从而导致音调发生变化。另外，外界震动、钢琴机械构造本身的原因以及气候、温度的变化影响都必然导致琴弦松懈，偏离标准的音律，这样我们弹上去就感觉声音不对，不如刚调好音律时好听，尤其是专业演奏，对音准的要求更是非常严格。因此，钢琴一般每年都需要调弦一到两次。
钢琴调音是一项专业性较高的工作，当前钢琴调音技术主要是靠人工调音，且对调音人员的要求很高，需要具备很灵敏的钢琴音调识别能力。人工调音主要是调音人员依据人耳听到钢琴发音来判断钢琴的音准，再用调音工具调节琴弦，琴弦、簧片的绷紧程度，从而使其固有振动频率达到该音的标准频率，听起来达到标准音高。整个调音过程不仅很繁琐，对专业人员要求很高，且精确度不高。随着社会的发展，钢琴在普通家庭中的普及，能胜任钢琴调音工作的调音师远不能满足人们的需求。虽然现有的相关机械设备也有很多，但由于技术不成熟，对于信号的分析及结果的显示都需要一些专门器材，不适用于广大音乐爱好者进行自我调音，实际应用上还是偏向专业调音师进行人工调音。
声音都是具有波形的，通过声音的波形能够准确地计算出声音的频率，且相对于其他声音来说，乐器的声音波形具有更加平滑的形状。目前，随着计算机软件的发展，家用计算机或平板电脑上能够录制声音波形的软件非常容易获得。因此，需要提供一种借助声音波形的乐器调音方法，能够利用家用计算机或平板电脑录制声音波形，通过对波形的分析计算，得出乐器的频率并与标准频率进行比较，实现普通音乐爱好者根据需要进行自主调音。
另外，普通人和演唱者自身对演唱歌曲的音准判断不够专业，不能对音准做出准确的评价，不利于演唱者演唱水平的提高。因此，需要提供一种借助声音波形的音高判断方法，能够利用家用计算机或平板电脑录制声音波形，通过对波形的分析计算，对演唱声音的实际频率与标准频率进行比较，实现普通音乐爱好者根据比较结果进行音准评价和练习。
技术实现要素：
本发明的一个目的在于提供一种借助声音波形的乐器调音方法，能够利用家用计算机或平板电脑录制声音波形，通过对波形的分析计算，得出乐器的频率并与标准频率进行比较，实现普通音乐爱好者根据需要进行自主调音。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种借助声音波形的乐器调音方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：录制并存储乐器的演奏声音；
步骤2：借助具有显示声音波形功能的软件显示声音波形图并计算该声音的实际声音频率，具体地
将声音波形图横轴设定为常规计时；
在波形图中任取一个波峰/波谷，作为第一波峰/波谷，记下该波峰/波谷对应的横轴时间为t1；
在波形图中另取一个波峰/波谷，作为第二波峰/波谷，记下该波峰/波谷对应的横轴时间为t2；
统计第一波峰/波谷和第二波峰/波谷之间的声波数n；
利用公式求得实际声音频率f：
f＝n/|t1—t2|
其中，n为自然数且n≥1；
步骤3：将实际声音频率与标准音高频率进行比较；
步骤4：根据上述比较结果进行乐器调音；
步骤5：重复上述过程，直至实际声音频率与标准音高频率之差在误差范围内。
优选地，“计算实际声音频率”之前还包括：在波形图中将声音波形放大。
优选地，选取第一波峰/波谷和第二波峰/波谷，使得第一波峰/波谷和第二波峰/波谷之间的声波数n大于等于10。
优选地，对实际声音频率进行k次计算，其对应声音频率分别为f1、f2…fk，实际声音频率f：
f＝(f1+f2+…+fk)/k
其中，k为自然数且k≥2。
优选地，将实际声音频率与标准音高频率进行比较得到三种比较结果：实际声音频率低于标准音高频率、实际声音频率高于标准音高频率和实际声音频率和标准音高的偏差在误差范围内。
优选地，若实际声音频率低于标准音高频率，则绷紧调音装置；若实际声音频率高于标准音高频率，则放松调音装置。
本发明的另一个目的在于提供一种借助声音波形的音高判断方法，能够利用家用计算机或平板电脑录制声音波形，通过对波形的分析计算，得出演唱者的实际声音频率，进一步判断其音高与标准音高的差别，对演唱者音准做出评价。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种借助声音波形的歌曲音高判断方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：录制并存储待测声音；
步骤2：借助具有显示声音波形功能的软件显示声音波形图并计算该声音的实际声音频率，具体地
在波形图中将声音波形放大；
将声音波形图横轴设定为常规计时；
在波形图中任取一个波峰/波谷，作为第一波峰/波谷，记下该波峰/波谷对应的横轴时间为t1；
在波形图中另取一个波峰/波谷，作为第二波峰/波谷，记下该波峰/波谷对应的横轴时间为t2；
统计第一波峰/波谷和第二波峰/波谷之间的声波数n；
利用公式求得实际声音频率f：
f＝n/|t1—t2|；
步骤3：将实际声音频率与标准音高频率进行比较，得到三种比较结果：实际声音频率低于标准音高频率、实际声音频率高于标准音高频率和实际声音频率和标准音高的偏差在误差范围内；
其中，n为自然数且n≥1。
优选地，选取第一波峰/波谷和第二波峰/波谷，使得第一波峰/波谷和第二波峰/波谷之间的声波数n大于等于10。
优选地，对实际声音频率进行k次计算，其对应声音频率分别为f1、f2…fk，实际声音频率f：
f＝(f1+f2+…+fk)/k
其中，k为自然数且k≥2。
本发明的有益效果如下：
1.本发明的借助声音波形的乐器调音方法，操作简单，设备简便易得，将较难判断的音高转化为精确计算的频率，省去了请调音师进行调音的麻烦，有效避免了调音师的经验因素与其他因素对调音带的影响。
2.本发明的借助声音波形的歌曲音高判断方法，操作简单，设备简便易得，能使普通人和演唱者自身对演唱歌曲的音准做出科学准确的判断，有利于普通音乐爱好者根据判断结果进行音准评价和练习。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出声音波形示意图。
图2示出借助声音波形的乐器调音方法步骤图。
图3示出实施例1中调音之前中音1的声波图像。
图4示出钢琴音高频率对照表。
图5示出实施例1中调音之后中音1的声波图像。
图6示出实施例2中调音之前低音5的声波图像。
图7示出实施例2中调音之后低音5的声波图像。
图8示出借助声音波形的歌曲音高判断方法步骤图。
图9示出实施例3中歌曲基准音高的声波图像。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
图1为声音的波形图，在图1中可以清晰地分辨出声音波形的波峰和波谷。经过比较可知，乐器声波的形状更为圆滑，具有更加方便分辨的波峰和波谷。
本发明中，一种借助声音波形的乐器调音方法，能够利用家用计算机或平板电脑录制声音波形，通过对波形的分析计算，得出乐器的频率并与标准频率进行比较，实现普通音乐爱好者根据需要进行自主调音。
如图2所示，一种借助声音波形的乐器调音方法，该方法包括以下步骤：
S1：录制并存储乐器的演奏声音，此处录制的演奏声音为一个音符的声音，如钢琴的一个琴键的弹奏声音。
S2：借助具有显示声音波形功能的软件显示声音波形图并计算该声音的实际声音频率，本发明中软件可选用Cool Edit或Gold Wave等能够显示声音波形的软件，具体包括以下步骤：
S201：在波形图中将声音波形放大，优选地，将波形图放大到尽可能最大，能减少误差，提高精度；
S202：将声音波形图横轴设定为常规计时，常规计时即为分、秒、毫秒计时；
S203：在波形图中任取一个波峰/波谷，作为第一波峰/波谷，记下该波峰/波谷对应的横轴时间为t1；
S204：在波形图中另取一个波峰/波谷，作为第二波峰/波谷，记下该波峰/波谷对应的横轴时间为t2；
S205：统计第一波峰/波谷和第二波峰/波谷之间的声波数n，n为自然数且n≥1；
S206：利用公式求得实际声音频率f：
f＝n/|t1—t2|
应注意的是，选取第一波峰/波谷和第二波峰/波谷时，n的值越大计算出的实际声音频率越准确。优选地，使得第一波峰/波谷和第二波峰/波谷之间的声波数n大于等于10。进一步优选地，对实际声音频率进行多次计算能提高计算的准确度，如对实际声音频率进行k次计算，其对应声音频率分别为f1、f2…fk，实际声音频率f：
f＝(f1+f2+…+fk)/k
其中，k为自然数且k≥2。
S3：将实际声音频率与标准音高频率进行比较，得到三种比较结果：实际声音频率低于标准音高频率、实际声音频率高于标准音高频率和实际声音频率和标准音高的偏差在误差范围内。
S4：根据上述比较结果进行乐器调音，若实际声音频率低于标准音高频率，则绷紧调音装置；若实际声音频率高于标准音高频率，则放松调音装置。
S5：重复上述过程，直至实际声音频率与标准音高频率之差在误差范围内。
下面结合具体实施例对上述方法进行说明
实施例1
本实施例为钢琴调音，以一台钢琴的中音1(do)的调整为例：
S1：录制并存储钢琴的中音1(do)。
S2：在电脑或平板上借助Cool Edit软件显示声音波形图并计算该声音的实际声音频率，具体包括以下步骤：
S201：在波形图中将声音波形放到最大，如图3所示；
S202：将声音波形图横轴设定为常规计时，常规计时即为分、秒、毫秒计时；
S203：在波形图中选取最左边标记线的一个波谷，作为第一波谷，记下该波谷对应的横轴时间为t1，t1＝28.126680s；
S204：在波形图中选取最右边标记线的一个波谷，作为第二波谷，记下该波谷对应的横轴时间为t2，t2＝28.163685s；
S205：统计第一波谷和第二波谷之间的声波数n＝20；
S206：利用公式求得实际声音频率f：
f＝n/|t1—t2|＝555.478Hz。
S3：如图4所示，低音6为440Hz，是国际上给出的标准定义频率，其余频率是由它推导出来，即每相邻一对半音，后者是前者频率的12次根号下2倍，通过此计算方法可推出整个音阶的频率值。查表得知，中音1的频率应该是523Hz，但是此音严重高出标准频率，应该降低音高。
S4：根据上述比较结果进行钢琴调音，将琴弦或簧片适当放松，使音调降低。
S5：放松琴弦，调节完毕后，按照上述步骤再测一次。本次测量中，如图5所示，t1＝27.593740s，t2＝27.631690s。由图可知，中间周期个数n＝20。代入公式计算，得到频率f＝527.009Hz，达到中音1的标准频率的误差允许范围内，调音完毕。
实施例2
为弓弦乐器调音时，本实施例以一支马头琴低音5(so)为例进行说明。
其余步骤同实施例1，调音前波形如图6所示。可知，该马头琴的波形更加复杂，但是周期非常明显。该声波的波峰比波谷更明显，本实施例中使用波峰作为标记，计数n＝20个周期。放大后，得到t1＝6.12545s，t2＝6.17880s，代入公式，得到频率f＝374.88Hz，接近于低音4#(低音升fa)，但是，此音原本应该是低音5(so)。因此，应该将琴弦拧紧，使音变高(即频率变大)一些。调整完毕，再次测量，并进行更细致的调节，直到达到标准392Hz。调音后，如图7所示，t1＝6.09880s，t2＝6.12431s，代入公式计算f＝392.003Hz，与标准音非常接近，调音完毕。
本发明的另一个目的在于提供一种借助声音波形的音高判断方法，能够利用家用计算机或平板电脑录制声音波形，通过对波形的分析计算，得出演唱者的实际声音频率，进一步判断其音高与标准音高的差别，对演唱者音准做出评价。
如图8所示，本发明中，一种借助声音波形的歌曲音高判断方法，该方法包括以下步骤：
S1：录制并存储待测歌曲。
S2：借助具有显示声音波形功能的软件显示声音波形图并计算该声音的实际声音频率，具体地
S201：在波形图中将声音波形放大；
S202：将声音波形图横轴设定为常规计时；
S203：在波形图中任取一个波峰/波谷，作为第一波峰/波谷，记下该波峰/波谷对应的横轴时间为t1；
S204：在波形图中另取一个波峰/波谷，作为第二波峰/波谷，记下该波峰/波谷对应的横轴时间为t2；
S205：统计第一波峰/波谷和第二波峰/波谷之间的声波数n，优选地，选取第一波峰/波谷和第二波峰/波谷，使得第一波峰/波谷和第二波峰/波谷之间的声波数n大于等于10。
S206：利用公式求得实际声音频率f：
f＝n/|t1—t2|。
S3：将实际声音频率与标准音高频率进行比较，得到三种比较结果：实际声音频率低于标准音高频率、实际声音频率高于标准音高频率和实际声音频率和标准音高的偏差在误差范围内；其中，n为自然数且n≥1。
应注意的是，对实际声音频率进行多次计算能提高准确度，如对实际声音频率进行k次计算，其对应声音频率分别为f1、f2…fk，实际声音频率f：
f＝(f1+f2+…+fk)/k
其中，k为自然数且k≥2。
下面结合一个实施例来进行说明
实施例3
本实施例中，为了确定某歌手演唱歌曲的基准音高，将该歌曲的mp3文件导入Cool edit中。找到该歌手演唱的第一个音，如图9所示。
在以上声波中选取15个周期，因为人声比正弦声波更加复杂，更容易产生误差，所以多选取几个周期以达到减小误差的目的。放大波形，调整到左边的记号线处，得到时间t1＝25.738425s，再调整到右边的记号线处，得到t2＝25.786000s。代入公式，计算得到频率f＝315.29Hz。可见基准音应该是低音2#，就是升re。
得出结论：该歌手的音高并不是十分准确，但与标准频率相差很小。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
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