第一章 簡介
電腦編曲是被研究已久的題目，累積了相當多的研究方法，而變奏雖然也是 屬於電腦編曲的研究議題之一，但是因其多變性，至今沒有一套系統能夠解釋所 有的變奏。在欠缺通則的情況下，研究方法分別朝向了提出分類規則和分析關鍵 差異，在[1]對變奏的歷史發展提出了研究與分析，其中也提及了相關研究，例 如:Nelson 曾經在 1948 年提出依據其年代去分類變奏手法，kurt von Fisher 則朝 向音樂元素的變化分門別類，而在電腦編曲上往往採用某種特殊的變奏手法，該 方法以模仿編曲上的手法為主，例如： 對位法[2]。
變奏方法千百種目的也不盡相同，本論文著重在探討風格轉換的變奏，輸入 一段旋律，如何用系統化的方法和自動化的過程，且不限定於以某風格為主體的 架構下，提出一個計算的方法進行變奏，而使用者並不需具備音樂相關知識即可 使用該系統，並且我們探討如何評估風格轉換的變奏方法。
1.1 研究背景動機
由於科技發展日新月異，以往人們聽音樂的習慣也跟著改變，從傳統的類比、
到 CD、隨身聽再到今日的數位音樂串流甚至網路串流平台，音樂變得更容易取 得，也變得更容易傳播，相關平台和應用也蓬勃發展，例如以線上聽音樂聞名的 KKBOX、Spotify，或是數位音效工作室（Digital Audio Workstation，DAW)、作 曲輔助系統如（Propellerhead Reason）、互動式系統如微軟的（Song Smith），
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電腦編曲則有 Experiment in Music Intelligence（EMI) [3]，甚至是近一兩年 Sony 的 Flow Machines1和 Google 的 Magenta2等等。
而人們到喜歡的音樂，往往會有複唱或是以自己擅長的樂器演奏，甚至加上 一點變化讓其風格轉變，或是電影、遊戲中背景音樂也常使用此技巧，主題旋律 在不同的情境中重複，並加入一點變化，以串聯整個主體，例如:電影星際大戰 的主題曲以些微節奏變換的方式穿梭在電影情節中。
此研究的目標為自動化完成風格的改編，在商業用途上掌握以下設計概念，
使用系統盡可能的簡單，不需要任何音樂知識，盡量讓所有使用者能盡情的玩音 樂或應用在相關的表演之中，而在研究用途上，希望能作為找出研究風格變換規 則的一個可行性。
1.2 研究方法
此論文將仿照作曲家作曲的步驟，理論作曲[4]中，提到了作曲會先有一個 動機(motif)或是主題(theme)，再考慮發展與變化，因此進行風格變換的編曲，假 定最先的動機或主題為目標風格之音樂，可能包含了目標風格特有的音樂元素，
且和旋律本身相關，如常用的和弦行進、節奏，而後再考慮結構面的變化與發展，
例如:曲式結構、樂器編制等等，因此本論文將風格變奏分成主要兩大階段，第 一大階段為產生一段目標風格的節奏，第二大階段為該段節奏的發展。
1 http://www.flow-machines.com/
2 https://magenta.tensorflow.org/performance-rnn
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每種音樂風格（Genre ) 雖都有其特有的音樂元素，但共通性卻也不少，尤 其在 20 世紀後，音樂創作更加變化多端，彰顯了音樂的自由性和無限性，因此 在編曲上發明一個系統化的方法產生或發現所有的規則是一項極為艱難的挑戰，
對於此多變性，曾使用過旋律線、和弦行進、動機結構等等的方法，經過諸多嘗 試，我們決定以節奏來做為風格變奏的要素。
以節奏作為風格變換的工作，沒有如和弦和旋律線上會發生的匹配、錯位、
節奏不穩定問題，另外在評估的方法上，尤其針對普通使用者的使用評量上，較 可避免因為已經知道改編前的音樂資訊內容而給予偏頗判斷的問題。而節奏就如 同動機結構會有重複的規律，而找出這規律也是一項被研究已久的議題，而某些 類別音樂，特別是單一主題或是在同一樂章的在譜面化之後，往往時值能反映出 節奏的重複結構，對於多主題多篇章的音樂，例如: 古典樂，節奏會在篇章之間 呈現截然不同的變換，但因其曲式架構，再現部則會回到原本的節奏架構。
現今大多商業音樂朝向短句或把握單一主題創作，節奏架構穩定，但節奏變 換仍然多端，基於節奏的架構較為穩定，在大多數風格之間也穩定，也因為可理 解的架構是從聲音中辨別為音樂最重要的因素之一，最終決定了以節奏作為風格 變奏的要素，而風格則以流行樂作為例子，較能快速走向應用。
1.3 系統架構
此研究系統架構如下圖。
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圖1.1:自動節奏變奏系統架構圖
當使用者輸入一段旋律，系統會計算原本的旋律節奏、調性，而後從資料集 產生一段可變奏的節奏片段，再將旋律套用該節奏後產生數段節奏變奏的音樂，
而這變化是輸入的一段變換過後再重複再加上一些變化產生而成。步驟簡述如
下：
一、首先，針對想要轉換的風格類型，進行基本的前處理，前處理的目 的在於取得節奏的相關資訊，即時值和節拍，而後為了精確的估計 節奏，透過頻道、音軌、樂器的分類或是計算方法取得單音旋律，
再從檔案標頭或是透過計算的方式取得時值、節拍，產生一個節奏 的資料集。
二、基於這些節奏片段和音樂重複的特性，建立了一個模型，將音樂的 節奏視為兩部分，第一部分是節奏的圖形(pattern)產生，第二部分 是圖形的重複，針對節奏圖形，採用一階馬爾可夫模型計算，從資 料集中計算後產生節奏圖形，針對第二部分，考慮到節奏狀態的變 換，採用馬爾可夫鍊計算，計算後會產生一個節奏片段。產生具有 風格性的節奏後，直接替代節奏，產生新的變奏片段。
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1.4 文章架構
本文會在第二章中，將歸納和討論電腦編曲以及電腦變奏的相關過往研究，
包含傳統的 Graphical Model 或是基於樂理上規則的語意模型到近來類神經網路 的計算方法，和變奏使用的幾種系統化模型。
第三章將著重於音樂的前處理，和使用的一些處理演算法，第四章則是介紹 複合的模型和其計算、求解的方法，第五章將提出一個評估辦法和評估方法，而 在最後一章提出結論。
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