用Mathematica演奏巴赫卡农

其实我一直是个音痴,对音乐的了解仅限于网易云曲库,但前段时间看了本大书《哥德尔,埃舍尔,巴赫-集异璧之大成》,很中二的名字,英文名叫《GEB》,啥意思呢?就是这三人的英文名GödelEscherBach,的缩写,集异璧取得是GEB的谐音。有趣的是这本书的封皮,中间的木块在墙面上留下了GEB三个字母,这也正是作者想表达的:这三个人其实是在用不同的方式表达同一种本质。据作者说这个木块是他自己连设计带磨,做了了几个月才完成的。。。

书归正传,说说卡农(不应该是Mathematica么?),卡农不是一首曲子,是一种谱曲方式,它在不同的时间上交叠一串相同的旋律,交错的旋律之间还能巧妙地彼此配合,形成一段新的完整的旋律。

”帕赫贝尔的卡农“的开头

你第一个想到的卡农--“帕赫贝尔的卡农”整首曲子都是由一排旋律交错开形成的,巴赫真是个天才。

你可以在EVA音乐会54分30秒处听到这段旋律,这个版本给了我用Mathematica做卡农的动力。

这个视频可以帮你更好的了解卡农。转自微博刘大可先生


什么是卡农


所以我想,既然旋律是重复的,那不就可以通过编程实现吗。这可以节省2/3的工作量,但事实证明工作量依然很大,主要是扒谱,真是无聊又重复的工作。

我就按照我的思路讲

由于每一段旋律都会重复三遍,所以只需要把旋律的信息交给mathematic,用Sound[]和SoundNote[]函数让Mathematica演奏出来。


我们需要把每段旋律进入的位置告诉给Mathematica,进入的第一段旋律是图中数字1那列第一行里的八个音符,到了下一拍,第二段旋律进入,他们进入的位置就是对应的数字。还要告诉Mathematica每段旋律的音符是什么。

五线谱里的音符从下到上对应音调C4,D4,E4,F4,G4,A4,B4,C5,D5...但挨个敲字母太麻烦,我把位置对应成数字,再构建一个数字和字母的关联,把数字翻译成字母,这样只需要输入数字就可以了

关联(不要在意函数名)


前面数字是进入位置,后面一串数是音符信息

为什么数字串不一样长?这是因为乐谱中音符持续的时间长短不一样。旋律2中出现的音符是4分音符,一共8个,假设每个音符持续时间一秒,旋律2一共8秒。旋律3中的音符是八分音符,音符时值是4分音符的一半,一共16个音符,一共也是8秒。旋律3相当于增加了采样频率,听起来更连贯。

有了每段旋律的信息,接下来编程处理数据。

首先把数字变成音调字母,seq是我设的函数,代表{3,4,5,5,6,3,2,2}这样的数字序列。得到“yinfu”序列

我们需要用到Table[]函数把“yinfu”里的音调字母套进SoundNote[],生成一个SoundNote的序列,然后把这个序列套在Sound[]里,就可以发出连续的音符了。同时我们还需要设置延迟,这是一段音符序列,我们需要3段音符序列连在一起,要让他们的时间错开,下图中的wait+{...}就是干这个的,他定义的是音符序列在整个曲子中对应的时间


因为不同长度的音符占据的时间不同,我们还要设置4种长度的音符的延迟时间


把他们拼在一起后放在Sound[]函数里就可以听到卡农了!


我只扒了18段旋律,一共20多个吧,实在不想扒了,而且到后来的谱子很奇怪,处理起来很麻烦。

有一点忘了说,卡农有个基调,就是从头弹到尾的,以下是代码

viobase[seq_List] :=

Module[{ass, t = 1.2, yinfu, v1, insb}, insb = "Cello";

ass = Association[{-4 -> "A3", -3 -> "B3", -2 -> "C4", -1 -> "D4",

0 -> "E4", 1 -> "F4", 2 -> "G4", 3 -> "A4", 4 -> "B4", 5 -> "C5",

6 -> "D5", 7 -> "E5", 8 -> "F5", 9 -> "G5", 10 -> "A5",

11 -> "B5", 12 -> "C6", 13 -> "D6"}];

yinfu = Replace[seq, ass, 1];

v1 = Table[

Table[SoundNote[Take[yinfu, {n}], 8 t*m + {t*(n - 1), t*n}, insb,

SoundVolume -> 0.3], {n, Length[yinfu]}], {m, 0, 12, 1}];

Return[Flatten[v1]]]

vio[ord_Integer, seq_List] :=

Module[{ass, t, wait, yinfu, v1, v2, v3, tt = 1.2, ins},

If[Length[seq] == 8, t = tt]; If[Length[seq] == 16, t = tt/2];

If[Length[seq] == 32, t = tt/4]; If[Length[seq] == 64, t = tt/8];

wait = 8 tt*ord;

ass = Association[{-6 -> "F3", -5 -> "G3", -4 -> "A3", -3 ->

"B3", -2 -> "C4", -1 -> "D4", 0 -> "E4", 1 -> "F4", 2 -> "G4",

3 -> "A4", 4 -> "B4", 5 -> "C5", 6 -> "D5", 7 -> "E5", 8 -> "F5",

9 -> "G5", 10 -> "A5", 11 -> "B5", 12 -> "C6", 13 -> "D6",

14 -> "E6", 100 -> None}];

yinfu = Replace[seq, ass, 1]; ins = "Violin";

v1 = Table[SoundNote[Take[yinfu, {n}], wait + {t*(n - 1), t*n}, ins

, If[Length[yinfu] == 16, SoundVolume -> 0.5,

If[Length[yinfu] == 64, SoundVolume -> 1,

SoundVolume -> 0.6]]], {n, Length[yinfu]}];

v2 = Table[

SoundNote[Take[yinfu, {n}], 8 t + wait + {t*(n - 1), t*n}, ins,

If[Length[yinfu] == 16, SoundVolume -> 0.5,

If[Length[yinfu] == 64, SoundVolume -> 1,

SoundVolume -> 0.6]]], {n, Length[yinfu]}];

v3 = Table[

SoundNote[Take[yinfu, {n}], 16 t + wait + {t*(n - 1), t*n}, ins,

If[Length[yinfu] == 16, SoundVolume -> 0.5,

If[Length[yinfu] == 64, SoundVolume -> 1,

SoundVolume -> 0.6]]], {n, Length[yinfu]}];

Return[Flatten[{v1, v2, v3}]]]

音符数据

viobase0 = viobase[{4, 1, 2, -1, 0, -3, 0, 1}]; vio1 = vio[1, {8, 7, 6, 5, 4, 3, 4, 5}]; vio2 = vio[2, {6, 5, 4, 3, 2, 1, 3, 0}]; vio3 = vio[3, {-1, 1, 3, 2, 1, -1, 1, 0, -1, -3, -1, 3, 2, 4, 3, 2}]; vio4 = vio[4, {1, -1, 0, 5, 6, 8, 10, 4, 5, 2, 3, 1, -1, 6, 6, 5}]; vio5 = vio[ 5, {8, 7, 8, -1, -2, 3, 0, 1, -1, 6, 5, 4, 5, 8, 10, 11, 9, 8, 7, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0, 2, 1, 0}]; vio6 = vio[ 6, {-1, 0, 1, 2, 3, 0, 3, 2, 1, 4, 3, 2, 3, 2, 1, 0, -1, -3, 4, 5, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0, 4, 3, 4, 3, 2}]; vio7 = vio[7, {1, 7, 6, 8, 11, 10, 11, 12}]; vio8 = vio[8, {13, 6, 5, 5, 100, 4, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 9, 7, 10}]; vio9 = vio[ 9, {10, 10, 8, 9, 10, 10, 8, 9, 10, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 8, 8, 6, 7, 8, 8, 1, 2, 3, 4, 3, 2, 3, 1, 2, 3, 2, 2, 4, 3, 2, 2, 1, 0, 1, 0, -1, 0, 1, 2, 3, 4, 2, 2, 4, 3, 4, 4, 5, 6, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}]; vio10 = vio[ 10, {8, 8, 6, 7, 8, 8, 7, 6, 7, 5, 6, 7, 8, 7, 6, 5, 6, 6, 4, 5, 6, 6, -1, 0, 1, 2, 1, 0, 1, 6, 5, 6, 4, 4, 6, 5, 4, 4, 3, 2, 3, 2, 1, 4, 3, 4, 5, 6, 4, 4, 6, 5, 6, 6, 5, 4, 5, 6, 7, 6, 5, 6, 4, 5}]; vio11 = vio[ 11, {6, 100, 5, 100, 4, 100, 6, 100, -1, 100, -1, 100, -1, 100, 0, 100}]; vio12 = vio[ 12, {100, 3, 100, 3, 100, 1, 100, 3, 100, 2, 100, 1, 100, 3, 100, 7}]; vio13 = vio[ 13, {8, 1, 2, 1, 0, 7, 8, 7, 6, 1, -1, 4, 3, -4, -5, -4, -4, -4, 5, 4, 3, -4, -5, -4, -3, 4, 3, 4, 5, -2, -3, -2}]; vio14 = vio[ 14, {-1, 6, 7, 6, 5, -2, -1, -2, -3, 4, 3, 4, 5, -2, 1, 0, -1, 6, 7, 9, 8, 1, 3, 8, 6, 9, 8, 9, 7, 3, 2, 3}]; vio15 = vio[ 15, {1, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 3, 3, 2, 2, 2, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 4, 4, 3, 3, 7, 5}]; vio16 = vio[ 16, {3, 8, 8, 8, 7, 7, 7, 7, 6, 6, 6, 6, 10, 10, 10, 10, 11, 11, 11, 11, 10, 10, 10, 10, 11, 11, 11, 11, 12, 5, 5, 5}]; vio17 = vio[17, {6, 0, 1, 1, -2, 6, 7, 5, 4, -2, -1, -3, -2, 2, 1, 0}]; vio18 = vio[ 18, {1, 5, 6, 1, 3, 4, 5, 3, 1, 7, 8, 6, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 4, 5, 6, 7, 6, 8, 9, 5, 4, 4, 3, 0, 3, 3}];

输出

Sound[Join[viobase0, Flatten[ToExpression[ StringJoin["vio", ToString@#] & /@ Range[11]]]]]

最后输出的是前11段旋律,因为后面的就听不出来是卡农了。。

不能插入音频,放张图片

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