系統整合系統架構

圖5.1 為數字簡譜系統的流程圖，這亦是本系統所建立的基本架構。而圖 5.1 虛線 區塊為本研究探討的範圍，簡單來說，系統在分析 MIDI 資訊中的音符出現與結束時 間、音高、音長等之後，做音名正確拼寫、調性分析以及節拍的歸納，最後分析和弦 加強簡譜的功能性，透過這些分析與歸納的結果再整合後，成為一個擁有基本且重要 架構的簡譜平台。

圖 5. 1 數字簡譜系統流程圖 5.2 模組與機制設計

從使用者的角度來看，輸入一首MIDI 檔案透過系統可以方便的得到樂譜，樂譜 預設以相對音高的數字簡譜呈現，當然系統也提供選擇將相對音高換成絕對音高呈現。

但無論是相對音高或是絕對音高，一首音樂的基本架構首要具備：明確的找到調性，

其次就是節拍的定義，有了前面兩者可以分析和弦的組合。為此我們規劃了調性分析 模組、音名分析與拼寫模組、拍追蹤與節拍歸納模組以及和弦分析模組。

圖5.2 為系統中主要分析模組的流程圖，大致分為兩個主線：一個是音符中音高、

旋律的處理，另一部份是以音符的時間為主要處理對象。旋律處理的流程為音名拼寫 後，再做調性分析與統計；而時間則是分析所有音符的開始時間與音符間的時間長度，

歸納拍子的周期與節拍。最後再結合兩個主線的析後的結果進行和弦分析。

在輸入MIDI 檔案之後，必須有一個前置作業將 MIDI 的訊號轉譯為易讀的事件字 串，而在MIDI 解碼後，我們分析音符事件建立了音符物件，其中包括有音符的 MIDI

音高代號、音符的名稱、音符開始與結束的時間、音符的調性以及音符可能的和絃，

透過音符物件更方便模組之間的群取與溝通。圖5.3 即為完整的系統流程與人機互動，

對照上圖 5.2 的模組圖，在模組分析之前我們將前置作業細分為 MIDI 解碼和音符事 件分析與物件建立兩個部分。MIDI 解碼後輸出字串再分析音符的事件與和建立每個音 符物件；而在調性分析模組完成後，我們已經在音符物件中記錄了每個音符的音名和 調號，並且傳送調號給調性轉移機制，透過此轉移機制可將絕對音高轉置為相對音高；

最後以樂理規則解讀機制將所有包括音符、和絃、小節線等整合，也就是說當所有分 析模組皆已完成後，再透過樂理規則解讀機制將所有分析結果一一解讀為數字簡譜的 形式，在使用者介面輸出。

MIDI 訊息可以依照定義的不同，而有不同的解讀，不同定義之間的樂器將會無 法正確溝通。因此業界制定了一套控制信號以及合成樂器的規範，稱為「通用 MIDI」

(General MIDI)，並且依照制定的詳細程度給予不同的「等級」(Level)。General MIDI Level 1，給予各種控制信號編號；其中包括了音高、調變、預設樂器、延音程度、音 量、力度等常見的數位樂器表現方式。但為了解讀 MIDI 訊息信號，程式設計者須以 背誦位元編號的方式來了解每個 MIDI 訊息裡面所包含的資訊。因此，系統將使用者 輸入的 MIDI 檔案解碼並建立描述事件的字串方便程式編輯者讀取和分析，輸出結果 如表5.1 所表現的 MIDI 格式字串。

圖 5. 2 系統中主要分析模組的流程圖

圖 5. 3 系統流程與人機互動

檔頭 Header format=1 ntrks=1 division=1024 Track 1 contains 999 bytes

音軌

0 Metatext time signature=4/4 樂曲資訊

0 Metatext tempo=120.00 bpm

音符資訊 tick 音符開始 Channel 音符 音量

圖 5.5 為調性轉移機制的流程圖，系統在對調性做了正確的分析後，首先先確定 此樂曲應為大調或小調，然後再計算樂曲本身的調性主音至 C 大調或 a 小調的音程距 離即為位移的距離，最後每一個音符都必須移動上步驟所計算出來的位移量。調性轉 移對相對音高的表示方法是很重要的一個步驟，簡單的說，相對音高表示法即是將各 種大調移置C 大調表示，小調則以 a 小調表示。

圖 5. 5 調性轉移機制的流程圖

樂理規則解讀機制主要在處理需要用到的各種樂理定義，例如同樣都是 Do 這個 音在不同八度上表現的差異等等。此機制分為音符規則和音樂架構規則兩部分，先對 音符的定義對應出音符的字型，再透過音樂架構規則來決定輸出。

圖 5.6 為定義音符輸出格式的流程，首先決定音高對應的數字符號，再從每一個 音長定義音長符號的表現，接著判斷音符的臨時升降記號，最後依照音高八度的位置 附加上加點或下加點的高度符號，在使用者介面以數字簡譜字型輸出。

圖 5.7 則為音樂架構規則的流程圖，分作兩個部分，一個是調性的表現定義，另 一個是與時間軸和輸出的座標位置有關的：先定義小節線的寫法和座標位置，然後決 定每一個音符的座標位置，最後再定義和弦的寫法並且決定和弦的座標位置。另外，

在前面分析了正確調性之後，調性表現定義決定了大小調的寫法，例如大調以大寫英 文字母M 表示，而小調則為小寫英文字母 m。而判斷小節線則使用節拍歸納模組執行 後的結果，在時間軸上切割小節，並在此步驟決定了小節線的座標位置；決定小節線 的座標之後，定義過字型的音符接著決定其座標位置；最後，和絃依照流行樂上常用 的註記符號，定義和絃的輸出型態，同樣的，在此步驟決定和弦的座標位置。

圖 5. 6 定義音符輸出格式流程

圖 5. 7 音樂架構規則流程圖

調性分析和音名拼寫模組流程與演算法請見第三章，拍追蹤與節拍歸納模組流程 與方法、和弦分析模組流程與演算法請見第四章。

第六章 實作結果

6.1 使用者介面

由圖 5.3 的模組與人機互動的流程圖看，人機介面由使用者選曲的主要有、選擇 絕對或是相對音高、調整小節寬度等按鈕。而圖 6.1 為簡譜系統主要的人機介面設計，

大致分為四個面板：

1. 最上方的控制面板：從左至右依序為，讀取 MIDI 檔、播放 MIDI 檔、輸出數字簡 譜和離開系統四個按鈕。

2. 主畫面中左上的條件控制面板：從上到下依序為，絕對音高或相對音高的選擇鈕以 及調整小節寬度的滑動桿。

3. 主畫面中左下的資訊面板：主要是呈現樂曲的資訊輸出面板，包括調性、節拍、

MIDI 音軌數。

4. 主畫面中右邊的輸出面板：主要是呈現數字簡譜的輸出面板，包括小節線、小節數、

音符、結合線、和弦。

圖 6. 1 系統介面

以搖籃曲為例，圖 6.2 即為系統Demo 樂譜的輸出結果，樂曲資訊部分顯示此樂曲的 調性為C 大調，節拍為 3/4 拍子，MIDI 檔案的音軌數為 1。樂譜顯示部分有以相對音 高表現的數字音高，固定小節寬度的小節線、小節線上顯示小節編號、以及有變化的 和弦標示。而圖6.3 為以 Come On Over 單一音軌版本的 MIDI 檔 Demo 例子，與上個 例子不同的是，此首音樂為 Eb 大調，節拍為 2/4 拍子，很明顯的，這裡調性為非 C 為主音的大調，所以從相對音高看來主音表示為1，但事實上是 Eb 這個音。當然，若 是選擇以絕對音高表現樂譜的話，則主音 Eb 在簡譜上會標示為 b3。而圖 6.4 則是以 Come On Over 多個音軌版本的 MIDI 檔 Demo，每個音軌的排列方式為從左到右，上 下小節對齊。

圖 6. 2 系統 Demo”搖籃曲”樂譜畫面

圖 6. 3 系統 Demo” Come On Over”單一音軌樂譜畫面

圖 6. 4 系統 Demo” Come On Over”多音軌樂譜畫面

6.2 比較其他數字簡譜系統

圖6.5 為商業軟體”CuteMIDI 簡譜作曲家” 與圖 6.4 本文所提之演算法處理相同的 MIDI

檔案，在主畫面中，左邊有顯示其調性，因 MIDI 檔案沒有記載此樂曲的調性所以此軟體會

以預設的C 大調為主，而所有升降記號皆為臨時記號表示。

圖 6. 5 CuteMIDI 簡譜作曲家 Demo” Come On Over”多音軌樂譜畫面

由此可見，本系統比CuteMIDI 多增加了：

1. 最佳調性判斷：分析調性除了有能力給予正確的相對音高表現，主要是可以讓使用 者了解真正的調性，而不是以預設的C 調表現

2. 即時音名拼寫：CuteMIDI 判斷升降記號從已建立的表，而我們可以即時的判斷音 高的升降記號不需建表。

3. 和弦組合標示：每一個小節可以標示出參考的和弦，讓使用者可以更容易自己加上 伴奏或和聲。

4. 單軌或多軌的判斷：CuteMIDI 預設最多 16 音軌，若 MIDI 檔案沒有這麼多音軌，

很容易讓使用者混淆總音軌數。而本系統可以判斷有幾個音軌就產生幾行旋律，若 為單音軌則不以從左到右一直延伸下去的顯示，而是以一行四小節為主的頁面顯 示。

第七章 結論與未來工作

本系統已建立了擁有下列幾項分析功能的數字簡譜軟體：

1.音名拼寫 2.調性分析

3.拍子追蹤與節奏的歸納 4.和絃分析

5.基本音樂理論規則

透過上面的分析技術與規則，系統使用者可以從輸入一個 MIDI 檔案即可得到一 個容易閱讀的相對音高樂譜呈現；另外對於未知節拍音樂也可預測，尤其對於創作音 樂的人只需要錄下直覺的旋律即可得到合理的節拍分析；最後和弦分析的呈現提升使 用者對於音樂伴奏的方便性。因此，此系統除了音符閱讀的便利性之外，對於創作音 樂也提供了一個快速的路徑。

此外，雖然這個系統整合的技術不全是準確率最高或是最有效率的方法，並且系 統的功能只達到基礎的分析功能，但未來若希望能更進一步改進此系統，除了維持原 有的閱讀樂譜的便利性外，仍有更多分析追蹤技術可以和目前架構相結合。如此一來，

就可以讓使用者有更多細緻的操作功能，更多提升音樂創作效率的空間。

參考資料

[1] H. C. Longuet-Higgins and M. J. Steedman. On interpreting bach. Machine Intelligence, 6, 221-241, 1971.

[2] Gabrielsson, A. Studies in rhythm. Acta Universitatis Upsaliensis, 7, 3-19, 1973.

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