matlab频谱合成音乐《追光者》

选择你喜欢的一首钢琴曲，下载并分析曲谱，用matlab工具用频谱合成方法完成这首曲子的音乐合成。

前言：此文章为个人使用Matlab合成一首《追光者》音乐，且带混响和声效果

一.题目

选择你喜欢的一首钢琴曲，下载并分析曲谱，用matlab工具用频谱合成方法完成这首曲子的音乐合成。

二.要求

1、研究音乐合成的原理
2、比较合成后的音乐与原始音乐的频谱区别
3、提出逼近原始音乐的方法，并编程实现。
4、提交电子版课程设计报告和matlab可执行文件
5、若加入混响、和声等效果可以加附加分
5、每位同学提交一份压缩文件，命名格式如下：学号+姓名+曲名名

三.课程设计目的

1.研究音乐合成的原理
2.比较合成后的音乐与原始音乐的频谱区别
3.提出逼近原始音乐的方法，并编程实现。

四.概要设计

通过网上相关资料的查询，让我对使用matlab合成音乐有了一定的了解和思路。声音是一种波，在matlab里面只要将音乐的波形绘制出来，就可以使用sound（）函数将其播放。以下是本次课程设计音乐合成的思路：
1.首先需要下载目标音乐的简谱，利用乐谱的音阶，拍子等基本乐理知识，按铺子对应的每个音阶输出频率，对应每个音阶的街拍。
2.设置采样率，采样率是一秒的声音里我们采样了多少个点（matlab默认的采样率是8192，播放区段是1000Hz_{384000Hz）。人耳能听到的声音范围是20}2000Hz,根据采样定理采样频率fs应该大于40000Hz，采样频率越高则采样带来的失真就会越小，但音频文件也会更大。
3.设置输入信号，通过网上学习，发现音乐合成的输入信号一般用正弦波，即Y=Asin(2piwt)。其中，A控制声音的大小，w控制声调的高低，t的范围控制声音的长短。
4.对照十二平均律表谱出音乐，在代码里编写音乐的频率合集以合成音乐。

5.对信号进行包络处理。正常的声音发出来是有衰减的，要想让声音更自然连贯地播放需要对信号做包络处理，否则我们只能实现单个音的特定时长的发声。
6.增加混音效果，将左右声道合并。
7.将合成的音乐导出，保存为wav音乐格式，这里使用的是audiowrite()文件。
8.绘制合成音乐的频谱。

音乐合成的编程程序流程图如下：

五.详细设计

1.选择乐曲并下载，利用matlab工具查看下载音乐的频谱。
在此次课程设计中，我选择的是一首比较轻缓舒适的曲子，这里选择的是歌曲《追光者》的钢琴伴奏，下载平台是网易云音乐，下载的歌曲格式为mp3。

matlab绘制原音乐频谱图的程序如下：

该代码的运行结果如下：

可以看到左右声道频谱图几乎相同，有略微差别。

2.合成音乐的参数准备

3.根据十二律表绘制各个音的频率：

这里频率的生成是按照以下十二律表生成的：
C、D、E、F、G、A分别对应前八度的do,re,mi,fa,so,la,xi，从左往右音调依次变高。将频率按列表保存方便后续合成音乐的编写。

4.根据音乐的曲谱和第3步中音的频率编写歌曲
由于我选择的是歌曲《追光者》的伴奏音乐，因此在歌曲的合成代码中我编写了两个部分，一个是歌曲的唱音，一个是歌曲背后的伴奏音乐，参考的曲谱为百度搜索得到。代码部分如下：


5.设置输入信号：
为了将音乐演奏出来需要先将合成音乐的信号创建出来，这里将唱音部分和伴奏部分的输入信号分开设置，在后续音乐的合成中同时演奏出来。

6.编写包络信号，设置包络：
为了减小信号的衰减，需要编写包络函数。

7.将编写的合成音乐增加混音效果并结合起来。
唱音和伴奏均为双声道，将唱音和伴奏结合起来再演奏。

8.导出音乐并保存
由于合成的音乐是双声道，一开始我将音乐的左右声道分别导出，但导出的声音聆听效果基本相同，听不出差别。

9.绘制合成音乐的频谱图：
合成的音乐是两个声道，这里分别绘制左声道和右声道。


由上图可以看出，合成的音乐左声道和右声道的频谱图并无差别。

六.测试分析

代码正常运行，且播放的音乐也正常，且合成音乐导出的.wav文件也正常。
出现的问题：点击运行之后代码运行较为缓慢，需等待30s左右音乐才开始播放，这里我用的是MATLAB R2021a软件，问题出现的原因尚不明确。
如下图所示为合成音乐和原音频音乐的频谱对比：

可以看到，我代码合成的音乐频谱的幅值更高，音乐的音调更高，频率也更高。

七.Matlab频谱合成音乐实验源文件

Matlab频谱合成追光者