Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Факультет кібербезпеки, комп'ютерної та програмної інженерії

Кафедра прикладної інформатики

Курсовий проект

на тему: Комп'ютерне моделювання творчої діяльності. Моделювання в музиці

Виконав:

Головченко Максим Віталійович



Анотація

Курсова робота складається зі вступу, трьох розділів та висновку. У введені обґрунтовано актуальність та практична цінність обраної теми, вказано предмет й об'єкт праці. Об'єктом дослідження є функціональна та логічне програмування.

У першому розділі розглядається принципи та підходи, що є основою комп'ютерного моделювання, також було розглянуто моделювання в музиці. У другому розділі було розглянуто сфери застосування логічного та функціонального програмування, а також мови відповідного програмування. У третьому розділі описується елементи та алгоритми логічного програмування на прикладі програми написаній на мові Prolog. У висновках підводиться підсумок роботи.



Введення

Актуальність даної теми визначається тим, що комп'ютер міцно увійшoв в наше життя і став oбoв'язковим атрибутом освіти. Музично-комп'ютерні програми - одна з найрозвиненіших облaстей інформатики. І вже є багaторічний досвід з'єднання потреби дітей, підлітків та молоді з уже наявними технічними, методологічними та методичними можливостями. Застосування інформаційних технологій на урокaх музики в системі освіти реaльно може стати базою для формування художнього смaку, розвитку творчого потенціалу дитини та гармонійного розвитку особистості в цілому. Зa рейтингом такі уроки музики завжди виходять нa перше місце серед інших предметів шкільного циклу, причому, в опитуванні беруть учaсть не тільки учні, a й їхні батьки. І це вже не просто окремий експеримент, aле реальність, результати якої опубліковані.



Розділ 1. Основні принципи програмування творчості

Будь-який твір мистецтва в будь-якій oбласті можна представити у вигляді набору кінцевого числа цифр: Кожне слово поеми складається з бyкв, які можуть бути закодовані 33 цифрами. При такій відповідності один довгий рядок цифр може розглядатися як кодованих запис поеми. Полотно картини можна розкреслити на найдрібніші клітини і колір кожної клітини закодувати цифрами. Все звучання музичного твору може бути створено однією єдиною кривої на екрані осцилографа. Криву можнa з будь-яким ступенем точності кодувати цифрами.

1.1 Загальні принципи побудови моделей

Принципи побудови моделей: виявити релевантні (істотні) фактори, т.е. чинники, які можуть позначатися нa результатах вирішення даної проблеми aбо пiд кінець розглянутого процесу; вибрати чинники, які можуть бути описані кількісно; об'єднати фактори за загальними ознаками і скоротити їх перелік, виявити інваріанти; встановити кількісні співвідношення між обраними фaкторами i інваріантами.

1.2 Введення в музично-комп'ютерні технології

Результатом процесів, що відбуваються у другій половині XX ст., з'явився новий напрям в музичному мистецтві і моделюванні закономерностей музичної творчості, обумовлене швидким розвитком електронних музичних інструмент (від найпростіших синтезаторів до потужних музичних комп'ютерів). Виникла нова міждисциплінарна сфера професійної діяльності, пов'язана зі створенням і застосуванням спеціалізованих музичних програмно-апаратних коштів, що вимагає знань і умінь як в музичній сфері, так і в галузі інформатики - музично-комп'ютерні технології (МКТ) [3]. Це послужило дієвою основою для побудови моделі музичної творчості, що дозволяє виробляти аналіз і синтез музичних текстів на підставі імовірнісних параметрів фрагментів музичних творів. Відзначимо, що в даній моделі навмисне не використовувалися різного роду готові мікрофрагменти, фрагменти, «заготовки» і «Шаблони». Вони можуть «з'являтися» в процесі генерації, але час життя їх обмежений часом твору одного музичного фрагменту. Такий підхід забезпечує більш безпосереднє вивчення «чистого», інтуїтивного процесу творчості, наближає нас до розгадки таємниць самої творчості, оберігаючи від практики комбінування і тиражування готових штампів. Розробка подібних моделей виявилася здійсненною лише в наш час, оскільки тільки зараз відкрилися необхідні можливості в науці й техніці. В математиці отримали розвиток нові направлення, такі як теорія груп і нові підходи до оброблення статистичної інформації (наприклад: Зайцев В.Ф. «Математичні моделі в точних і гуманітарних науках », 2006; Петрашень М.І., Трифонов Е.Д. «Застосування теорії груп до квантової механіки», 2010 і ін.). В області комп'ютерної техніки, починаючи з 80-х рр. ХХ століття, стала можлива обробка звуку, і лише в середині 90-х рр. потужності комп'ютерів стали достатніми для обробки звуку в реальному часі, з'явилися нові методи інтерактивної взаємодії користувача з моделлю в процесі її роботи, оформилися нові погляди на комп'ютер як інструмент музиканта (Наприклад: Белов Г.Г., Горбунова І.Б., Горельченко А.В. «Музичний комп'ютер - новий інструмент музиканта », 2006).

1.2.1 Вивчення закономірностей

Для вивчення закономірностей в досліджуваній звуковий послідовності (музичному тексті) необхідні інструмент уявлення запису звукових подій у вигляді набору статистичних параметрів і модель, яка дозволяла б здійснювати синтез тексту (звукового фрагмента), задовольняючись заданим статистичним параметрам. Такий інструмент дослідження дає можливість отримати конкретні результати в наступних теоретичних і практичних областях:

· побудова моделей звукових послідовностей, які відповідають заданим умовами;

· вивчення особливостей сприйняття звукових сигналів як інформаційного потоку;

· установлюючи приналежності різних звукових фрагментів до певних типів;

· встановлення авторства звукових записів;

· відновлення втрачених фрагментів звукових записів;

· імітації звукових сигналів заданого характеру і т.п.

1.2.3 Формат MIDI

Окрему групу досліджень складають практичні розробки, серед яких виділимо роботи московської компанії Widisoft, зокрема, програму WIDI Recognition System, призначену для розпізнавання музики за допомогою комп'ютера і спрямовану на отримання читабельного нотного запису в форматі MIDI з музичного аудіозапису формату mp3 і wave. Сьогодні можна виділити два класи розробок у цій галузі: системи, які порівнюють аудіо відбитки мелодії, і системи, що працюють з об'єктним форматом мелодії, орієнтовані, як правило, на широкого користувача (наприклад, TrackID, Sylvain Demongeot і ін.). Дані системи або існують у вигляді спеціалізованого програмного забезпечення, або можуть бути інтегровані в сервіси стільникових операторів для різних мобільних пристроїв. У пропонованому підході музичні фрагменти у форматі MIDI (партитури) розглядаються як абстрактний текст. Основна увага приділяється обробці і структизації статистичної інформації, отриманої при аналізі тексту стандартними методами. Дослідження на даному етапі дозволяють виділити більшу кількість закономірностей (у порівнянні зі стандартним підходом), зробити можливими моделювання та інтерактивні експерименти і в перспективі забезпечити можливість проведення семантичного аналізу. Такий інструмент дослідження дає можливість отримати конкурентні результати в наступних теоретичних і практичних областях:

· побудова моделей звукових послідовностей, що задовольняють заданим умовами;

· вивчення особливостей сприйняття звукових сигналів як інформаційного потоку;

· встановлення приналежності різних звукових фрагментів до певних типам;

· встановлення авторства звукових записів;

· відновлення втрачених фрагментів звукових записів; імітації звукових сигналів заданого характеру і т. п.

Одним з істотних додатків завдання є розпізнавання і ідентифікакація музичного тексту і вирішення проблеми плагіату i aнтиплагіату в музичній творчості.

1.2.4 Фундаментальна наукова проблема

Розробка методу побудови моделей важко формаваних предметних областей і застосування розробленого підходу для створення моделі музичної творчостві, заснованої на аналізі музичних текстів, циклічному структуруванні статистичних даних і структурному аналізі статистичної інформації та що дозволяє виробляти імітацію створення текстів, які відповідають отриманим раніше або заданий ним «вручну» параметрам.

1.2.3 Фундаментальна задача

Конкретна фундаментальна задача, розроблена в рамках зазначеної проблеми: побудова моделі процесу музичної творчості, що дозволяє проводити аналіз і синтез музичних текстів на підставі імовірнісних параметрів фрагментів музичних текстів. Розроблений підхід може бути використаний для аналізу інших типів абстрактних важкоформаваних текстів в різних предметних областях, наприклад, при дослідах біологічних і соціальних процесів.



Розділ 2. Сучасний стан досліджень в даній галузі науки

2.1 Навіщо і де застосовують логічне програмування

У багатьох наукових центрах світу ведуться дослідження в області моделювання логічних закономірностей музики, цифрового синтезу, аналізу та Перетворювання звуків: University of Hertfordshire, The University of Salford, Access to Music Ltd., Bedford College в Великобританії; Institut fur Musik und Akustik (Zentrum fur Kunst und Medientechnologie) в Німеччині; CEMAMu (Centre d'Etudes Mathematiques et Automatiques Musicales), Інститут досліджень і координації акустики і музики (IRCAM) при Центрі імені Ж. Помпіду у Франції; Центр Музичного експерименту University of California; Центр комп'ютерних дослід ваний музики і акустики (CCRMA) Stanford University, New York University, Full Sail University (Флоріда) в США), Науково-навчальний центр МКТ (до 2006 р - Ви числовий центр) Московської державної консерваторії ім. П.І. Чайковського та ін.

Питання формалізації різних аспектів музичної творчості і його моделювання на основі МКТ розглядалися також в процесі проведе ряду дисертаційних досліджень, виконаноних під керівництвом І.Б. Горбунової:

«Методика навчання основам музичного програмування» (Кібіткіна Е.В., 2011); «Методика навчання ін форматіке учнів музичних шкіл з вико ристанням звукового програмно-апаратного комплек са» (Чорна М.Ю., 2012);

«Інформаційна образо Серйозна середовище навчання інформатиці учнів в школах з поглибленим вивченням предметів музикального циклу »(Привалова С.Ю., 2012);

«Шляхи реалізації концепції музично-комп'ютерного обрертання в підготовці педагога музиканта» (Камеріс А., 2007);

«Операційна знань з інформатики учнів старших класів шкіл музичного профілю на базі МКТ »(Горельченко А.В., 2007) і ін.

Комп'ютерне моделювання процесу музичної творчості, розпізнавання та ідентифікація мелодії з використанням МКТ здійснювалися ав торами статті, зокрема, при розробці цифрових освітніх ресурсів і дистанційних музикально-освітніх програм, частина з яких знаходиться на відкритому доступі в мережі.

2.2 Пропоновані методи дослідження та підходи

В якості методів дослідження використовуються статистичний аналіз, теорія графів, целочисленні методи вирішення статистичних завдань. Комп'ютерна реалізація розроблених алгоритмів розробилась на основі об'єктно-орієнтованого підходу. Розроблено такі нові підходи:

1. Модель, що складається з окремих незалежних блоків, що відображають закономірності звукової після довательности, що дозволяє вивчати закономірності як незалежно, так і в їх зв'язку один з одним, рас розглядати як внутрішні зв'язки конкретного блоку моделі, так і роль кожного блоку в моделі самостійного.

2. У моделі не використовуються різного роду жорсткі шаблони, що містять частини готових звукових фрагментів.

3. Модель побудована таким чином, що зраді ня параметрів в процесі її роботи не викликає помилок в розрахунку і дозволяє вносити зміни в процесі роботи моделі, що забезпечує проведе ня експериментів в інтерактивному режимі.

Зазначені особливості виділяють пропоновану модель серед аналогів і забезпечують її преимущества як інструменту вивчення закономірностей в звукових записах в порівнянні з існуючими моделями. Пропонується метод поетапного аналізу потоку звукових подій, націлений на виявлення закономірностей в уже згадуваному потоці:

1) визначення аналізованих параметрів і типу їх значень;

2) визначення області допустимих значень для всіх параметрів;

3) попередній частотний аналіз значень параметрів;

4) пошук циклів / періодів;

5) вторинний частотний аналіз з урахуванням періодів;

6) аналіз кореляції частотності з періодами;

7) аналіз матриць перехідних коефіцієнтів;

8) семантичний аналіз всередині періодів.

Також в якості одного з підходів використовують ся способи формалізації музичної нотації, в тому числі співвіднесення сучасних форм компьютерной нотації із загальною математичною теорією множин і математичними моделями, враховую ймовірносно-статистичні параметри музикальной логіки [4, 5]. Модель складається з максимально незалежних блоків. У наших роботах (див., Наприклад, [6]) докладно викладені сполучні елементи розглянутої моделі, представлені на малюнку.

2.3 Пошук рішень

Наведені далі формули описують залежності всередині блоків схеми, сама ж схема показує залежності між блоками. Така структура дозволяє вивчати залежності окремо один від одного (наприклад, робити експерименти з блоком "Ритм (тимчасові характеристики)", не змінюючи залежності в блоці "мелодія» (звуковисотного)", або досліджувати залежності між блоками, як експерименту розриваючи або змінюючи зв'язку між ні ми). Всі ці експерименти модель дозволяє проводити в реальному часі, відразу отримуючи результат. Музичний текст розглядається як завершений набір звуків, що характеризуються становищем на часовій шкалі (час виникнення, час звучання), висотою (основний частотою), гучністю (Потужністю звукового тиску) і тембром (частот но-тимчасовими характеристиками), які визначаються традицією.



Рис. 2.2. Структура моделі звукового фрагменту в форматі MIDI

Таким чином, музичний фрагмент - це набір векторів виду:

де ti - час початку звуку; Ti - тривалість звуку; Fi - основна частота звуку; Vi - гучність; Di (k, t) - спектр, набір k гармонік, які є функ ціями від часу t.

Вибір конкретних характеристик для кожного зву ка визначається творчою фантазією композитів ра / музиканта і традицією створення і виконання творів заданого виду в даній країні.

(Існує також можливість використання в цій якості живого композитора.) Традиції цілком визначають форму про винищення, рамки допустимих і бажаних (т. Е. Ймовірність) значень. При вивченні стохастичною складовою в ній можна помітити імовірнісні закономірності, які відразу ж переводять отриманий закон в розряд ймовірно детермінованого, в результаті роль недетермінірованних факторів сильно знижується і дозволяє цілком зосередитися на вивченні традиційних закономірностей. Таким чином, завдання моделювання полягає в описі найбільшого числа закономерностей, що визначаються різними традиціями, що накладаються на випадкову послідовність, щоб «відфільтрувати» з неї музичний текст.

2.3 Виконання

Для того щоб зменшити межі моделі, виділимо ті характеристики звуків, які залежать від виконання і виключимо їх з розгляду. В характеристики, що визначають виконання, будемо включати:

· тембр - індивідуальний тембр інструменту, який визначається конструктивними рисами інструменту, індивідуальними особливостями звуковидобування, властивими музиканту, артикуляцією, зазначеної в партитурі;

· гучність, яка визначається конструктивними особливостями інструменту і умов прослуховування, бажану гучність інструменту, що встановлюється при прослуховуванні, подачу і артикуляцію, зазначену в партитурі.

Виділені закономірності виконання досить складні і підлягають окремому вивченню. У роботі не розглядається їх аналіз, однак реалізовані мінімальні можливості синтезу. При моделюванні синтезу досить обмежитися можливостями існуючих синтезаторів, що дозволяють відтворювати звук різних музикальних інструментів з яким-небудь фіксованим тембром і гучністю.

Ритм і звуковисотного (основні параметри). Для початкових експериментів введемо обмеження в розглянуту модель, яка дозволить нам виключити ще одну характеристику - тривалість звуку. Звук здебільшого інструментів має короткий час наростання і тривалий час загасання; таким чином, найбільше значення має час початку звуку в порівнянні з часом його закінчення. Будемо вважати, що час закінчення звуку збігається з моментом початку наступного. Тривалістю звуку будемо вважати часовий інтервал між часом початку звуку і часом початку наступного звуку. Дане припущення істотно для інструментів, що мають безперервний звук, проте такі інструменти в абсолютній більшості є одноголосними (т. е. не можуть видавати одночасно кілька звуків); отже, для них змішання попереднього і наступного звуку також не відбувається. Таким чином, після ряду спрощень, музичний фрагмент буде представляти собою набір векторів виду

де ti - час початку звуку; Fi-основна частота звуку (висота тону). Нотний запис в такому вигляді і буде представляти об'єкт аналізу / синтезу моделі. Крім того, можна спробувати аналізувати обидва параметри окремо. Розглядати окремо набір значень часів (ti) і набір значень тону (Fi). Набір (ti) будемо називати ритмом, а набір (Fi) - звуковисотними.

Дискретизація тривалостей. Для опису значень часів виникнення звуків досить вибрати систему тимчасових координат, т. е. початок відліку і мінімальний квант відліку (зазвичай становить 0,2 с). Оскільки у всіх відомих музичних тра діціях тривалості кратні один одному, зручно за мінімальний квант вимірювання прийняти мінімальну тривалість елементарного звуку усередині музичного фрагмента або класу музичних творів (позначається нотою). Наприклад, музичну дли тельность «1/64».

Тоді переважна більшість тривалостей може бути описано формулой:

D = C / 2^n,

де C - тривалість цілої ноти; n - натуральне число діапазону [1... 6]. Проблема продовження тривалості на наступну частку такту вирішується шляхом приєднання необхідної додаткової тривалості (тривалостей) з цього ж ряду, що зливається з основною в процесі звучання. При аналізі існуючої музики проводиться зворотний процес виділення додаткової тривалості. За початок відліку логічно приймається початок му зикального фрагмента.

Дискретизація тону. Хроматична гамма. Уявімо звук функцією миттєвої амплітуди від часу. Якщо виходити з математичних законів, то стає ясно, що будь-яка функція може бути представлена її спектром, т.е. нескінченною сумою гармоні чеських коливань з частотами F, 2F, 3F, 4F,... званими гармоніками:

Інтервал між квартою (4/3) і квінтою (3/2) історично став одиницею виміру і отримав назву Тон. Його половину назвали півтонів. Якщо розділити октаву на підлозі тони (логарифмічно), то їх вкладеться приблизно 12, і цілочисельні інтервали натурального звукоряду в межах 4, 5 октав будуть дуже близько збігатися з отриманими частотами. За гамою з 12 звуків, розділених півтонами, в Новий час утвердилося назва ня хроматичної. Для завдання параметра звуку «висота», ми повинні вказати одне з дискретних значень хроматичної гами:



де С - константа визначає початок звукоряду, задана згідно тієї чи іншої традиції. Параметр n будемо називати ступенем хроматичної гами. У розглянутій моделі діапазон висот обмежений трьома октавами, тому параметр n приймає натуральних значення в інтервалі [1... 36].

Лад. Якщо розглянути діаграми частотності вживання різної висоти тону в деяких музичних творах, можна виявити, що деякі інтервали використовуються часто, інші ж не використовуються зовсім. Основна причина цього явища - у використанні конкретного традиційного звукоряду, в основі якого в тій чи іншій ступеня лежать цілі відносини між частотами. У різних культурах використовують різний склад і число музичних інтервалів. Таким чином, можливі випадки, коли всі звуки обраного музичного фрагмента будуть відповідати (з високою точністю) деяким сходами хроматичного звукоряду, але не всі щаблі хроматичного звукоряду будуть використані. Це видно з того, що в багатьох проявах європейської традиції використовуються звукоряди, що мають лише сім ступенів. Крім того, в різних традиціях вказується роль ступенів гами в музичному фрагменті: наприклад, деякі ступені мають тенденцію використовуватися в закінченнях музичних фраз (закінчуючий тон), інші, згідно з традицією, оголошуються

«Нестійкими», і після них завжди йдуть «стійкі» і т. Д. Розглянемо ролі ступені нижче, під час обговорення структури музичних фраз. Тут же для визначення лада обмежимося завданням використовуваних і невикористовуваних ступенів хроматичного звукоряду. Для опису висоти звуку в музичному фрагменті досить задати число nт в діапазоні [1... k], що позначає номер ступені традиційної гами (в межах європейської музичної традиції). Тут до називається розмірністю традиційної гами і приймає значення менше або рівні 12 (часто 7 або навіть 5). Для отримання значення частоти звуку треба спочатку зробити перетворення n n m >, а потім n > F.

Інтервали. Застосувавши перетворення Мл до музичного уривка і знову провівши статистичний аналіз використання висот тону, можна знову помітити нерівномірність використання різних висот звуку. Тут діє вторинна причина нерівномірності. Пояснюється вона, швидше за все, особливостями традицій, характерною особливістю творчої особистості автора і конкретним художнім задумом. Для опису нерівномірності використання ступенів традиційних гам скористаємося Марковськими мережами. Простором вершин є набір значень [1... k], т. Е. Його розмірність збігатиметься з розмірністю традиційної гами. Для опису частотності використання ступенів залежно від попереднього ступеня скористаємося матрицею перехідних ймовірностей між ступенями традиційного ладу:

де nт - номер ступені наступного звуку; nт prev - номер ступені попереднього звуку; Mp - матриця перехідних ймовірностей. Згідно з номером ступені попереднього звуку вибирається номер рядка матриці. Рядок матриці є значення дискретній функції розподілу ймовірності. Сума значень по рядку дорівнює 1. Значення в стовпці говорить про величину ймовірності вибору подальшого значення з номером, рав ним номером даного стовпчика. Згідно заданому імовірнісному закону, відбувається ви бор подальшого значення.

Ритм. Оскільки тривалості є дискретними і описуються законом n D = C / 2, для завдання тривалості необхідно визначити лише число n, що лежить в діапазоні [1... 6] (як це було визначено раніше). При аналізі існуючого музикального уривка слід визначити ймовірність виникнення всіх можливих тривалостей з даного набору. В результаті характеристикою ритму буде вектор ймовірностей. При створенні музичного фрагмента треба згенерувати випадкове число в діапазоні [1... 6] згідно із заданими ймовірностями, а потім обчислити тривалість.

Однак цього недостатньо. Традиціями різних культур встановлюються різні періоди можливої повторюваності ритму: фрази, музичні пропозиції, такти. В європейський музичний традиції Нового і частково Новітнього часу мінімальним періодом в цьому відношенні є такт. Будемо вважати, що такт не завжди означає обов'язкове повторення ритму, однак є мінімальним ритмічним побудовою, яке повинно мати початок і закінчення. Для перших дослідів приймемо, що все такти музикального уривка мають однакову тривалість. Отже, сума всередині всіх тактів повинна мати однакове значення. Для забезпечення роботи даного обмеження скористаємося наступним найпростішим алгоритмом:

1) Обнулити значення акумулятора.

2) Згенерувати випадкове число діапазону [1... 6] відповідно до дискретної функції розподілу ймовірності.

3) За формулою D = C / (2n) Визначити тривалість тимчасового інтервалу.

4) Якщо значення акумулятора + значення тривалості D більше заданого розміру такту, збільшити n на 1 (т. е. скоротити тривалість вдвічі).

5) Додати значення тривалості до значення акумулятора.

6) Якщо значення акумулятора одно заданому розміру такту - завдання завершена

В музичній практиці можуть бути присутні й інші повторювані тимчасові структури, в тому числі розмір яких менше розміру такту і які теж грають роль в рамках деяких традицій.

Фразування і лад. Щаблі традиційного ладу виконують різну функцію, зокрема, певні ступені можуть переважно використовуються в певних місцях твори, фрагмента, такту. Перевага використання може бути задано високим значенням ймовірності в матриці перехідних ймовірностей. Однак в цьому випадку ця ймовірність буде високою в будь-якій частині музичного фрагмента. Звідси випливає, що ці ймовірності повинні бути різні в різних місцях музичного фрагмента, фрази, такту. Для обліку цієї закономірності логічно ввести кілька різних матриць Mp для різних випадків, виникнення яких повністю визначається структурою музичних фраз і тактів.

Отже, в процесі створення музичного уривка перед вибором чергового значення ступені спочатку необхідно визначити характеристику місця в музичному фрагменті, після чого вибрати відповідну матрицю перехідних ймовірностей. Характеристики випадків можуть мати такий вигляд:

· основна матриця (використовується за умовчанням);

· друга сильна частка такту;

· сильна частка такту;

· кінець музичної фрази;

· кінець музичного фрагмента.

Оскільки випадки перераховані за ступенем «стійкості», є можливість використання матриць для сусідніх в списку випадків замість безпосередньо обчислюваних.

Фразування і кореляція музичних фраз. У будь-яких традиціях для музичних фраз характерна повторюваність. У даній моделі кореляція музичних фраз описується ймовірносними законами. Оскільки, увійшовши в стан повторення, система залишається в цьому стані деякий час, зручно описати групу законів кореляції у вигляді простору станів з ймовірними переходами між ними. Для кожного стану програми введемо ймовірності переходу в усі інші стани. Це знову зручно зробити у вигляді матриці перехідних ймовірностей між станами. Будемо називати ці стани програми мікростиль

де s - наступний мікростиль; s prev - попередній мікростиль; Ms - матриця перехідних ймовірностей між стилями. Ця формула показує, як перемикається мікростиль, який мікростиль буде обраний наступним. Для того щоб визначити, в який момент слід переключити мікростиль, т. е. який час перебування в заданому стані або наскільки ймовірним є виходу з нього, введемо вектор ймовірностей виходу зі стану Mout. Перевірка можливості виходу зі стану може здійснюватися після генерації кожного звуку або на межі тактів. На кордонах музичних фраз зміна мікростиль здійснюється з більшою ймовірністю, оскільки нова музична фраза повинна мати по можливості від особистий від попередньої характер.

Для цього можна ввести окремий вектор ймовірностей або просто завжди здійснювати зміну мікростилів на кінцях фраз. Будемо вважати, що для кожного мікростиль характерна своя залежність і ступінь кореляції музичних фраз, т. е. свій алгоритм кореляції. алгоритми кореляції можуть бути різними, і число їх може бути розширюваністю в процесі роботи над моделлю. Створення нової мелодії / ритму, згідно описаним вище алгоритмам, є частинним (але найбільш часто використовуваних) випадком. Повторення може бути як повним, так і частковим, наприклад, повторення ритмічного малюнка (т. е. точна копія длительності при інших значеннях висоти тону) або мелодійний (т. е. точне дотримання такої ж висоти тону, але на основі іншого ритмічного малюнка). Таким чином, можна раз ділити мікростилі для тимчасових характеристик звуку (т. Е. Ритму) і мікростилі кореляції для звуковисотності і розглядати їх окремо. Перерахуємо деякі з можливих мікростилів для звуковисотності: створення нової мелодії згідно алгоритмам залежностей звуковисотності; копіювання мелодії з зазначеної в параметрі фрази; копіювання мелодії від початку цієї фрази; створення нової мелодії, застосування правила перетворення ступенів до іншого інструменту оркестру; використання альтернативних матриць звуковисотними для різних мікростилів.

Мікростілі для ритмічного стану побудови фрази: створення нового ритму згідно імовірнісним параметрами; копіювання ритму (т.е. всіх значень тривалостей) з вказаною в параметрі фрази; копіювання ритму (т.е. всіх значень тривало стей) від початку цієї фрази; множення ритму (т. е. подвоєння тривалості) зазначеного інструменту оркестру; розподіл ритму (т. е. зменшення тривалості) зазначеного інстррумента оркестру; використання альтернативних імовірнісних параметрів для різних мікростилів.

Відзначимо, що в даний момент, з одного боку, виникла необхідність в під готуванні музикантів, які знаються на сучасних МКТ та інформаційних технологіях в музиці; з іншого - фахівців технічного профілю, що мають основи загальної музичної освіти і володіють знаннями в області програмування звуку, звуко синтезу, аудіоінжінірингу, звукотембрального програмування, моделювання музи кально-творчих процесів і професійно володіють технологіями студійної звукозапису, спеціалізованим програмним забезпеченням; фахівців, здатних займатися моделюванням як одним з перспективних методів об'єктивного дослі дження музичної творчості.



Розділ 3. Основні елементи, конструкції, алгоритми, що використовуються в музиці

3.1 Програми, що використовуються

Програми для редагування і цифрової обробки звуку (музичні редактори). Основні можливості цих програм передбачають наступний набір функцій:

- операції з файлами (запис, відтворення, імпорт, зберігання і ін.);

- редагування (копіювання, вирізання, збільшення або зменшення гучності, мікшування, інвертування, реверс і ін.);

- процесорна обробка (реверберація, луна, хорус, ділей, Флен-жер, вібрато, еквалайзер, компресія, зрушення висоти тону і ін.);

- робота з MIDI-інтерфейсом (синхронізація за кодом з MIDI-секвенсором, введення інформації з MIDI-клавіатури, наявність віртуальної MIDI-клавіатури та ін.);

- синтез звуку; синхронізація SMPTE;

- робота з відеофайлами і ін.

До перелічених вище власних можливостей цих програм слід віднести можливість підключення додаткових модулів (plug-in) - наприклад, фірм Steinberg, Sonic Foundry, Waves і ін., Які дозволяють реставрувати записи, створювати віртуальні тривимірні звукові поля і т. Д. Всі ці програми відповідають єдиним стандартом Direct X, що дозволяє працювати з ними всім музичним редакторам.

Найбільш відомі програми цієї групи, які використовуються в даний час, - Sound Forge, WaveLab, Cool Edit Pro і ін.

2. Програми багатоканального запису і монтажу звуку є аналогами стрічкових Многодорожечной магнітофонів. Вони дозволяють записувати, мікшувати і обробляти процесорами ефектів кілька незалежних звукових доріжок. Запис на жорсткий диск має ряд переваг: миттєвий доступ до будь-якого фрагменту, довільний вибір послідовності фрагментів для відтворення, можливість не руйнує монтажу, широкий вибір редакторських можливостей. Прикладом таких програм можуть служити Samplitude Studio, Cool Edit Pro, Software Audio Workshop і ін [5].

3. Віртуальні студії включають в себе програми, які дозволяють працювати як з аудіо- (цифровим звуком), так і з MIDI-доріжками (синтезованим звуком) в одному вікні. Кожна з них має великий вибір ефект-процесорів, цифрових мікшерів, синтезаторів, дозволяє застосовувати спеціальні MIDI-прийоми редагування (квантування, транспонування, зміна тембрів і вибір інструментів і т. Д.) І може працювати з будь-якими MIDI-пристроями. Прикладом таких програм можуть служити Cubase VST SX, Cakewalk Sonar, Nuendo, Logic Audio Platinum, Reason і ін.

4. Віртуальні синтезатори: здійснюють програмним шляхом імітацію різних типів синтезаторів (наприклад, аналогових). У них використовуються спеціальні постійно удосконалюються математичні алгоритми, які дозволяють синтезувати складні звуки різного тембру і мелодійні послідовності, експортувати синтезований звук в стандартний звуковий файл, записувати і відтворювати його. Крім синтезу такі програми зазвичай використовують банки записаних семплів (виступають в ролі семплером). Прикладом таких програм можуть служити Reality, Audio Architect, Mellosoftron, Seq-303, MouSing, Gigasampler і ін [7, 89].

5. Програми для створення MIDI-композицій: до їх числа відносяться, перш за все, MIDI-секвенсори - програми, що дозволяють записувати, редагувати MIDI-повідомлення та представляти їх у вигляді треків. Як і в апаратних секвенсорах, в них запам'ятовується вся керуюча інформація. Такі секвенсори дозволяють редагувати MIDI-повідомлення (редактор списку, нотний редактор, редактор управління темпом, мікшерний пульт і ін.), Забезпечують можливість імпорту / експорту MIDI-файлів, роботу з зовнішніми MIDI-пристроями, містять аранжувальник, логічний редактор, забезпечують можливість цифровий записи, редагування звукових файлів, виклику зовнішніх редакторів і т. д. Прикладами таких програм можуть служити Cubase Audio VST, Cakewalk Pro Audio, Logic Audio, Music Time 3.0, Digital Orchestrator Plus, Concertware, Power Chords Pro, Recording Session, Studio 4 і ін.

До цієї ж групи програм відносяться автоаранжіровщіков, здатні створювати музичні партії на основі заданої акордової схеми в різних музичних стилях і жанрах (Visual Arranger, Band and Box, Jammer Pro, Easy Keys і ін.), Музичні конструктори, що забезпечують створення музичного файлу на основі шаблонів або спеціальних алгоритмів (DoReMix, Koan X Platinum, Dance Machine і ін.)

6. Нотні редактори виконують: уявлення звукової інформації в нотному вигляді з урахуванням загальноприйнятих музичних символів; відкриття одночасно декількох нотних станів; підтримку різних музичних ключів; експорт окремої партії з партитури; експорт нотного тексту в графічний файл; друк з усіма символами; програвання нотного тексту за допомогою MIDI, конвертація MIDI-файлу в нотний текст і ін. [3].

До числа таких програм можна віднести Encore, Finale, Sibelius, Score і ін. Є також програми, що забезпечують переклад нот в MIDI-повідомлення (Midiscan), конвертація звукового файлу в MIDI і нотний текст (Autoscore, Sound2Midi, AKoff Composer, Gama з використанням одного з перерахованих вище MIDI-секвенсор).

7. Мультимедіа-плеєри (аудіорекордер, MIDI-плеєри) призначені для відтворення різних звукових і MIDI-файлів, аудіокомпакг-дисків та ін., При цьому вони забезпечують управління процесом відтворення, зміна параметрів виконання, пошук потрібних файлів, складання альбомів та ін. (Winamp, Midi Master, Music Genie, Media і ін.)

8. Навчальні музичні програми, які зараз активно розвиваються, призначені для вирішення різних завдань: навчання теорії музики, розвитку слуху (Piano Professor, Music Lessons, Music Tutorial і ін.), Вивчення музичної літератури (Midisoft Sound Explorer, Music mentor, Music Magic і ін.), навчання грі на якомусь інструменті (Midisoft Play Piano, The Jazz Guitarist, Chord Wizard) і навчання вокалу (Singing Tutor) і ін.

Крім цих програм, є велика різноманітність інших програмних продуктів, що забезпечують роботу з музичними файлами.

Таким чином, сучасні комп'ютери, оснащені набором спеціальних програм, забезпечують технічні засоби для створення, запису та редагування музичних творів, т. Е. Є по суті новим видом музичних інструментів.

Поява таких можливостей є базою для розвитку існуючих і створення нових напрямків в музичному мистецтві (в т.ч. Електронної або комп'ютерної музики), а також основою для розвитку наукових і технічних досліджень в області музичної акустики.

Початок XXI століття відзначено формуванням синтезу музичного мистецтва, музичної акустики (як його природничо основи) і комп'ютерних технологій, що дозволяє очікувати принципово нових відкриттів у всіх цих напрямках.

3.2 Cubase

Steinberg Cubase - професійне програмне забезпечення для створення, запису та мікшування музики, випущений в 1989 році Карлом Штейнбергом і Манфредом Рюрюпом, ними ж була організована компанія Steinberg [6].

Cubase оснащений усіма можливостями для створення професійних музичних композицій.

Програма Steinberg Cubase SX 3 належить до числа найбільш потужних музичних редакторів професійного рівня.

Сучасні комп'ютерні музичні редактори універсальні. Вони дозволяють працювати з музикою і звуком на всіх етапах створення композиції. Маючи в своєму розпорядженні достатньо потужний комп'ютер зі звуковою картою, MIDI-клавіатуру і мікрофон, ви можете: зберегти начерки мелодії; гармонізувати і аранжувати твір; підібрати самі підходящі для нього звуки; записати голоси вокалістів і партії живих інструментів; обробити отримані треки різними ефектами; звести композицію, домігшись необхідного громкостного, частотного балансу і найбільш вражаючого розподілу звуків на Стереопанорама (або навіть на круговій панорамі); виконати мастеринг; підготувати альбом для запису на різні носії. Словом, техніка і програмне забезпечення здатні на багато що, якщо тільки вміти ними користуватися [5].

По суті програма Cubase SX переросла рівень, що відповідає поняттю "музичний редактор", і стала повноцінним віртуальним студією. За рахунок появи скоєних віртуальних синтезаторів, ефектів і обробок Cubase SX 3 все менше і менше потребує реальної студійної апаратурі. Хоча при наявності такої Cubase SX 3 прекрасно справляється з роллю програмного середовища, яка інтегрує віртуальні і апаратні компоненти в ефективно функціонує єдине ціле. При цьому важливе значення має впроваджена в Cubase SX 3 технологія VST System Link, що дозволяє розподіляти завдання, пов'язані з ресурсоємними обчисленнями, між декількома комп'ютерами, об'єднаними в мережу.

До основних властивостей Cubase SX 3 можна віднести наступні:

· - можливість запису і редагування MIDI-композицій, наявність MIDI-ефектів;

· - можливість запису, редагування і відтворення звуку, оцифрованого з частотою дискретизації до 96 кГц і розрядністю до 32 біт;

· - повна підтримка декількох багатоканальних форматів звуку (surround) аж до формату 6.0;

· - можливість роботи з VST плагінами і DX-плагінами (аудіоефектів і обробками реального часу);

· - можливість автоматизації будь-якого параметра відтворення, обробки і синтезу звуку;

· - наявність підключаються віртуальних синтезаторів (VST-інструментів);

· - наявність функції "заморожування" (Freeze) для VST-інструментів, що дозволяє економити ресурси процесора;

· - імпорт і експорт цифрового звуку в різних форматах;

· - відтворення цифрового відео;

· - уявлення музики у вигляді нот, відбитків клавіш фортепіано, списку повідомлень;

· - графічне управління параметрами синтезу звуку;

· - мікшування сигналів і управління студійним обладнанням;

· - наявність зручних засобів для роботи з лупами;

· - можливість завантаження проектів іншого програмного продукту фірми Steinberg - Nuendo;

· - можливість об'єднання студійних комп'ютерів в мережу на основі технології VST System Link;

· - можливість спільної роботи Cubase SX 3 з додатками, що підтримують протокол ReWire;

Спільно з Cubase SX 3 поставляються VST-інструменти. Керувати ними, як і справжніми синтезаторами / семплерами, можна і за допомогою традиційних MIDI-команд, і за допомогою даних автоматизації, записаних на MIDI-треки, в вигляді огинають (інтерактивних графіків зміни тих чи інших параметрів).

У комплект поставки Cubase SX 3 включено велику кількість VST-аудіоплагінов, що відрізняються здатністю до управління за допомогою автоматизації і наявністю великої кількості цікавих пресетів. Тут і віртуальні прилади динамічної обробки, і частотні фільтри, і безліч найрізноманітніших звукових ефектів (від банальної реверберації до екзотичного модулятора, що додає голосу звучання, яке могло б виникнути, якби наші голосові зв'язки були зроблені з металу). Є засоби підтримки зовнішніх керуючих пристроїв. Можна відредагувати таблицю закріплення ударних інструментів за клавішами MIDI-клавіатури. Є спеціальний редактор, призначений для створення партій ударних інструментів. Нотний редактор, що входить в Cubase SX 3, за своїми можливостями можна порівняти з кращими зразками спеціалізованих програм, призначених для підготовки партитур до видання. Клавішний MIDI-редактор дозволяє записувати музику користувачам, які не володіють нотною грамотою. Редактор-список повідомлень для кращого відтворення точність установки значень параметрів синтезу, тривалості і моментів вилучення звуків.



Висновок

комп'ютерний музика програмний технологія

В цій курсовій роботі було розглянуто принципи та підходи комп'ютерного моделювання творчої діяльності, зокрема моделювання в музиці, та їх застосування. Були розглянуті програми, такі як Cubase.



Список літератури

1. Горбунова І. Б. Інформаційні технології в музиці. Т. 1: Архітектоніка музичного звуку: Навчальний посібник. СПб.: Изд-во РГПУ ім. А. І. Герцена, 2009. 175 с.

2. Горбунова І. Б. Інформаційні технології в музиці. Т. 3: Музичний комп'ютер: Учеб посібник. СПб.: Изд-во РГПУ ім. А. І. Герцена, 2011. 412 с.

3. Горбунова І. Б. Феномен музично-комп'ютерних технологій як нова освітня творче середовище // Известия РГПУ ім. А. І. Герцена: Науковий журнал. 2004. № 4 (9). С. 123-138.

4. Горбунова І. Б., Залівадний М. С. Інформаційні технології в музиці. Т. 4: Музика, математика, інформатика: Навчальний посібник. СПб.: Изд-во РГПУ ім. А. І. Герцена, 2013. 190 с.

5. Горбунова І. Б., Залівадний М. С. Досвід математичного уявлення музично логічних закономірностей в книзі Я. Ксенакіса «Формалізована музика» // Суспільство - Середовище - Розвиток: Науково-теоретичний журнал. 2012. № 4 (25). С. 135-139.

6. Горбунова І. Б., Залівадний М. С., Кібіткіна Е. В. Основи музичного програмування: Навчальний посібник. СПб.: Изд-во РГПУ ім. А. І. Герцена, 2012. 195 с.

7. Горбунова І. Б., Залівадний М. С. Про математичних методах в дослідженні музики і підготовки музикантів // Проблеми музичної науки. 2014. № 1 (12). С. 272-276.

8. Горбунова І. Б., Кібіткіна Е. В. Музичне програмування: питання підготовки спеціалістів // Мистецтво та освіта. 2010. № 5 (67). С. 104-111.

9. Горбунова І. Б., Романенко Л. Ю., Родіонов П. Д. Музично-комп'ютерні технології в формуванні інформаційної компетентності сучасного музиканта // Науково-технічні Ведо мости Санкт-Петербурзького державного політехнічного університету. 2013. № 1 (167). С. 39-48.

10. Горбунова І. Б., Чібірев С. В. Музично-комп'ютерні технології: до проблеми моделюється процесу музичної творчості: Монографія. СПб.: Изд-во РГПУ ім. А. І. Герцена, 2012. 160 с.

Размещено на Allbest.ru