计算机科学科研项目：用算法创作乐曲——基于计算机音乐技术的音频理解与生成

导师学校介绍

卡内基梅隆大学（CMU）始建于1900年，是世界范围内颇负盛名的私立研究型大学，拥有世界历史最悠久的计算机学院之一，位列CSRankings排名世界第一，U.S.News计算机本科及硕士项目与斯坦福大学，麻省理工学院，加州大学伯克利分校并列全美第一。“截至2019年3月，学校的教员和校友中共有20人获得诺贝尔奖，13人获得图灵奖，22人获评美国艺术与科学院院士，19人进入美国科学促进会，72人入选美国国家学院。”

导师详细介绍

导师昵称

Roger

导师级别

终身正教授

导师学校

卡内基梅隆大学(CMU)

Roger导师是计算机科学、艺术和音乐的教授。他于1982年获得卡内基梅隆大学计算机科学博士学位。他在计算机音乐领域的研究在国际上闻名。他目前的工作包括与人工智能音乐家的现场音乐表演、交互式媒体、用于声音合成的高级语言以及对计算机课程设计的支持。他还是一名小号演奏家和作曲家。他曾在哈莱姆历史悠久的阿波罗剧院(Apollo Theater)和巴黎IRCAM的现代投影空间(space de Projection)等音乐厅演出。除了为音乐家和互动电子音乐创作的众多作品外，Roger教授还曾与Jorge Sastre合作创作了歌剧《La Mare del Peixos》。

Roger is a Professor of Computer Science,Art&Music.He received a Ph.D.in Computer Science from Carnegie Mellon University in 1982.He is internationally known for his research in the field of computer music.His current work includes live music performance with artificial computer musicians,interactive media,high-level languages for sound synthesis,and computer support of curriculum design.He is also a trumpet player and composer.He has performed in concert halls ranging from the historic Apollo Theater in Harlem to the modern Espace de Projection at IRCAM in Paris.Besides numerous compositions for musicians and interactive electronics,he co-composed the opera La Mare dels Peixos with Jorge Sastre.

适合人群

方向：理工

专业：人工智能

适合专业：计算机科学，机器学习，数字媒体，编程语言，人机交互，语音识别，计算机音乐

项目价格：33800/19800

项目周期：7周在线小组科研+5周论文指导

是否建议高中生学习：是

是否建议大学生学习：是

语言：英文

难度：低级/中级难度

建议具备的基础：计算机科学、计算机工程、数据科学、数据处理、机器学习、深度学习等专业的学生；学生需要具备初等微积分或线性代数基础，至少会使用一门编程语言

科研项目产出

7周在线小组科研学习+5周论文指导学习共125课时+不限时论文指导

学术报告

优秀学员获主导师Reference Letter

EI/CPCI/Scopus/ProQuest/Crossref/EBSCO或同等级别索引国际会议全文投递与发表指导（可用于申请）

结业证书

成绩单

项目介绍

导师将首先介绍计算机音乐这一新兴学科的发展现状及其产业与现实生活运用、而后导师将介绍不同作用的多种计算机音乐算法，这将包括Nyquist编程语言的理论与实操、数字音频信号处理等技术。学生将根据个人对音乐种类及算法方向的喜好，在导师的建议下，自选个性化参考课题，进行音频的处理或转换，产出音乐demo，在项目结束时进行成果展示。

个性化参考课题：

用圆周率的数字作曲

对Steve Reich的“Piano Phase”做一个变奏曲

制作一首每一种乐器都有不同节奏的曲子

让乐器改变节奏来发散和收敛

每八度用19个音调而不是12个

创作一首比任何人演奏都要快的曲子

随机结合环境声音构建声景

为任何旋律构建一个自动和声器

制作并演奏合成琵琶或其他中国乐器

制作并使用带有自然颤音的合成乐器

制作一个可以表演不同情绪旋律的程序

项目背景

计算机音乐是利用数字计算机和其他电子数据处理机器的音乐，发展于1948年，应用于音乐作曲和音乐研究。计算机技音乐术允许索引特定的音乐流派或类型(如16世纪的意大利音乐或某个作曲家的作品)，并被证明在风格、音调和和声结构的分析和作曲过程中是有用的。在使用计算机作为创作工具时，作曲者通过编写程序使计算机产生音高、节奏、音色和其他音乐元素，并通过作曲者选择的标准对这些元素进行筛选。输出可以用传统的仪器进行转录，也可以输入另一种设备转换成声音。1963年，在贝尔电话实验室，马克斯·弗农·马修斯和他的同事们设计了一台能够直接合成声音的计算机。作曲家以数学函数形式输入的音乐，被计算机转换成合成的音乐声音，这些声音以数字形式存储，可以随意播放。由于机器灵活而精确，它可以产生各种各样的音乐应用。尽管计算机可以通过编程产生传统风格和器乐色彩的音乐，但它对作曲家的主要吸引力一直在于它能够扩展以前可用的音乐元素的范围，如音色和音高，以及它所创造的音乐形式的新方法。近年来，随着人工智能技术及短视频平台的迅猛发展，计算机音乐技术已经作为主要生产工具，频繁出现在BGM及伴奏生成、基于不同角色情感的配乐自动匹配等应用场景中。

项目大纲介绍

计算机音乐原理 Introduction:How Do Computers Make Sound?

音乐的不同模块及其对应处理方法 Unit Generators:Building Blocks for Sound

基于Nyquist的计算机音乐算法 More Nyquist Including Score Representation

算法作曲 Algorithmic Composition

学术研讨1：教授与各组学生探讨并评估个性化研究课题可行性，帮助学生明晰后续科研思路

Final Project Preparation Session I

学术研讨2：学生将在本周课前完成程序设计原型（prototype）及伪代码（Pseudocode），教授将根据各组进度进行个性化指导，确保学生优质的终期课题产出

Final Project Preparation Session II

项目成果展示 Final Presentation

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