古琴艺术数字化工程：音乐数据分析

古琴艺术的数字化工程涉及古琴艺术与信息技术的交叉领域，下面以古琴艺术的琴器、琴谱、琴家、琴制、琴艺、琴论、琴声、琴派和琴人等为经，以人工智能、数字媒体技术、AR/VR技术、大数据和互联网等信息技术为纬，来分析古琴艺术数字化工程的内涵。

1.古琴记谱法的计算机研究

古琴乐谱记录了音乐的信息，它采用记录演奏技法的记谱方法，即减字谱记谱法，与欧洲的五线谱记谱法相比，具有简单易学的特点，但是也存在音符时值不能定量描述等缺陷。现存的古琴乐谱数量众多，大约有三千多首不同的琴谱，最早的是南北朝时丘明传谱《碣石调·幽兰》[132]，这些乐谱中大多数并没进行音乐演奏与分析，数字化研究具有广阔的前景。组成古琴乐谱的谱字是由演奏的指法与音乐标记构成，每个谱字由若干个表示指法或音乐标记的基本元素构成，这些基本元素或者是一个汉字，或者是汉字的某个部分，汉字已经有了相应的计算机编码系统，但是汉字的某个部分不一定有相应的编码，因此，许多研究人员对减字谱记谱法进行了编码研究[133]，提出了一些有探索性的编码系统。

2.古琴艺术的信息检索

古琴艺术常以文字、乐谱、音频、视频、动画等数字媒体为载体，在这些蕴含古琴信息的载体中，检索用户需要的信息，满足用户需求，是古琴信息检索技术面临的关键问题。如古琴乐谱的音乐信息识别问题，古琴乐谱的音乐符号是由汉字或者汉字的某个部件组成（即减字），当图像分割得到古琴乐谱的音符以后，可以利用模式识别方法对这些音符进行识别。对古琴谱字进行识别面临的主要困难有：组成谱字的汉字或汉字部件结构多样，数量众多，谱字的各个部件之间粘连现象普遍，同一谱字的手写体存在不同的形态特征。这些困难使得古琴谱字识别很难达到实用的地步，是具有挑战性的工作之一。古琴艺术的历史、人物、作家、故事、古琴音乐理论、琴书等无不以文字为记录的载体，古代大量的古琴研究文献也是以文本记录的信息为研究对象，对古琴文献的信息检索和分析研究是古琴艺术重要的研究方向之一。

3.古琴音乐标注与推荐

古琴音乐的标注能更好地复用乐曲信息，音乐标注可采用基于MIDI、Music XML等数字音乐或五线谱和简谱等传统音乐的方式。一种古琴乐谱的文本标记方法是：最早的古琴乐谱的记谱法使用了汉字来记录演奏的音符，称为文字谱，文字谱阅读与演奏都适合，但是往往一个音符需要许多汉字进行说明，视奏非常不便，因此唐朝曹柔等人发明了减字谱[134]，记录演奏方法显得很简洁，但带来了计算机无法存储问题，因此，需要对减字谱乐谱进行文本标记，用文字谱的方式对古琴乐谱进行标记，达到计算机与人类都能阅读和处理的目标。

4.古琴琴律的律学研究

古琴艺术三千多年的历史是伴随着琴律的动态变化而发展的，琴律是基于中国传统音乐理论而有别于西方音乐律制的民族律制，琴律研究和学术争论一直是古琴艺术的一个焦点，通过构建大容量的古琴乐谱数据库和大容量的古琴琴律理论语料库，利用人工智能方法构建分析模型，寻找出琴律的历史发展规律。

5.古琴流派的音乐风格分析和心理声学与音乐感知

古琴与中国古代文人有千丝万缕的关系，是古代文人素养的基本技能之一。三千多年的古琴情节，使得古琴深入到文人的日常生活与社交活动中，但是由于古代中国地域辽阔，交通不便，音乐交流与感知共鸣受到地域影响，形成了不同的琴派，琴派内的古琴演奏与教学传播具有相似的音乐感知体验，琴派之间有一定的不同之处，如浙派古琴在演奏技法上更加圆润与细腻，感知舒缓[135]。古琴音乐流派的音乐风格分析、流派音色与音效设计、心理声学与音乐感知[136]等是一个值得研究的课题。

6.古琴数据库建设

数据库是主要数据集散方式之一，古琴艺术的数据具有多样性、多源性、结构化与非结构化混合的特点，数据来源于古琴的乐器、乐谱、琴书、琴人、社团等，这些数据以文本、图像、视频、音频、3D数据等媒体呈现。如创建三千多首琴谱的乐谱图像数据库，并进行适当的标注，是一项基础性工作。

7.古琴数字信号处理

古琴的数字乐谱图像和数字音频是常见的信号处理对象，如古琴乐谱的图像处理与分割。古琴乐谱图像处理的目的是让乐谱阅读起来更清楚、方便，或者在保持原有信息不丢失的情况下，压缩图像的大小或存储大小，或者把图像转换为二值图像，为图像分割等提供方便，又或者去除噪音、角度校正等。图像分割的目的是从乐谱图像中提取出感兴趣的目标对象，如琴谱的谱字、乐曲名或其他音乐信息。古琴乐谱图像分割的困难之处在于：古代古琴乐谱是手写乐谱，谱字之间或谱字与边框之间时有粘连，谱字的大小不固定，有些谱字占用两个常见谱字大小的空间，有些谱字是另一些谱字大小的一半，因此，提出合适的古琴乐谱图像分割方法是一项具有挑战性的工作。古琴音频信号处理是在古琴音频录制技术优化的基础上，对音频信号进行以去噪、增益、扩缩、检索、创建音色库[137]等工作，达到古琴音乐复用的目的。

8.古琴艺术的声景研究

古琴与中国古代文人有着千丝万缕的关系，在各类古代文献中出现大量文人与古琴的书画，通过这些书画的社会学、音乐学、建筑学分析，我们发现古代的琴弦蚕丝和现代钢丝对演奏空间的要求和受众有很大的区别。综合分析这些因素，有利于丰富古琴艺术的声景研究。

9.古琴乐谱的智能打谱

打谱是古琴的特定行为[138]，流传至今的古琴乐曲多达三千多首，这些乐曲中只有少部分被现代琴家演奏，大量的乐曲尚未进行挖掘，打谱就是对未被演奏的古琴乐曲进行试奏，确定音调、音高、节奏、时值的过程，并得到对应的五线谱乐谱或简谱乐谱。打谱是一个艰苦的过程，不仅在于乐谱的节奏、时值等关键因素无法定量决定，更重要的是不少技法符号现今已经无从考证，而利用机器学习等人工智能技术来处理未演奏的古琴乐曲，转化为五线谱乐谱或简谱乐谱的过程，称为智能打谱，是尚需要深入研究的领域之一。

10.古琴的算法作曲

古琴乐谱的自动生成是古琴记谱法与算法作曲相结合的音乐生成方法，它以音乐作曲理论为基础，结合算法思想，把古琴记谱法运用到自动作曲中。[139]由于古琴乐谱是由指法演奏序列，指法序列中相邻两个指法之间存在一定的动作关联性，通过设定这些关联动作的产生规则，可以为古琴乐谱的自动生成提供约束条件。这是一个值得研究的课题。

11.古琴乐谱电子版本的获取

古琴乐谱的数字化基础工作是把纸质版本乐谱变为电子版本的乐谱，由于现代文档的数字化技术非常成熟，电子版本能有效地保留原有乐谱的音乐信息，并能以数字图像的形式被保存、传播与传承。

12.古琴乐谱数字音乐格式的存储研究

古琴乐谱的音乐信息存储主要针对乐曲谱字的音高与时值信息，用MIDI、MusicXML等数字音乐格式存储，由于现有的数字音乐格式是以欧洲的音乐理论为基础的，参考了五线谱这一定量的记谱法的音乐知识，与古琴记录指法的记谱法有很大区别，对某些谱字定量化处理时，会出现分歧现象，因此，古琴乐谱的音乐信息存储需要设计特定的数字格式。(www.xing528.com)

13.古琴乐谱与五线谱乐谱的互相转换

古琴乐谱与五线谱乐谱都记录了音乐的信息，它们之间可以相互转换，但是面临着以下问题：古琴乐谱是记录演奏技法的乐谱，五线谱乐谱是记录音符信息的乐谱；再者，同一音高的音符可以由多种不同的古琴演奏方法；最后，古琴演奏前后音符之间的弦序位置，左右手的演奏方法有一定的制约性等。这些因素给两种记谱法之间的相互转换增加了难度。

14.古琴乐谱的节奏分析

古琴乐谱记录了演奏的技法，虽然有“急历”等表示演奏速度的音乐符号，但是没有精确的时值标记，乐谱的节奏或节拍分析是乐谱分析的重要内容之一，也是古琴打谱的基础性工作，通过古琴语料库和数据挖掘技术等可以帮助乐谱的节奏分析。

15.古琴乐谱复原与修复

古琴乐谱年代久远，有些乐谱已经破损或被污染，乐谱的复原与修复工作主要利用图像的数字复原与修复技术，达到还原原有乐谱谱面的目的。

16.古琴乐谱的重建

古琴乐谱的重建是利用原有的古琴乐谱，在图形界面或Web界面下对乐谱进行重建的过程，常见的有在微软操作系统下的古琴字形创建与重建，以及基于Web的古琴乐谱重建两个研究方向。

17.古琴乐谱的IO软件系统与字体设计

古琴乐谱的输入与演奏系统解决古琴乐谱的人机界面交互、乐曲播放、文件保存传播、出版和印刷服务[140]等功能，是一项基础性工作。

18.古琴声学研究

古琴音色由古琴乐器的琴体、琴弦、音律和演奏方法决定。古琴声学研究内容包括：古琴音律的研究、古琴声学特征分析、古琴音色的模拟合成、古琴音色采集、古琴音色库建设[141]、VR古琴创建、古琴与其他乐器的音色比较等内容。

19.古琴语料库

语料库技术是针对真实语言材料的资料库，古琴语料库主要针对古琴乐谱的资料库，包括曲名语料库、乐谱语料库、琴歌语料库。曲名语料库收集古琴曲名、曲作者、收集的古琴乐谱集、页码范围、题跋、流传范围、主要演奏代表等信息；乐谱语料库收集古琴乐谱的曲名、作者、乐谱集名、题跋、段序、段名、谱字等，其中谱字可采用标记文本来表示，达到用文字表示乐谱的目的；琴歌语料库是古琴乐谱语料库的子集，琴歌中的歌词是汉字，所以可以在乐谱语料库中增加歌词信息，但是由于有些谱字本身就是汉字，为了避免歌词与谱字混淆，可以把歌词用符号“[]”进行标记，符号“[]”并没出现在中国古代的乐谱文献中，因此用它标记歌词比较合适。

20.古琴演奏分析与辅助教学

古琴有着特殊的演奏技法，在三千多年的发展历史中，演奏技法不断地变化和完善。古琴演奏研究的主要内容包括：古琴演奏技法研究[142]、古琴书籍中插图的演奏姿势分析、演奏姿势的模式识别、演奏技法识别、左手演奏技法研究、古琴音频处理、音乐信息识别（调性、节奏、音高、时值等）与标注、古琴教学的辅助系统研究设计以及机器人古琴演奏等。

21.古琴乐器学与文物研究

古琴乐器与其他乐器相比有不同的特征：一般弦乐器的共鸣器只占乐器的一部分，古琴是全身；一般弦乐器的指板是一条很小的木片或木柱，古琴是全身的；一般的弦乐器共鸣腔正面是平的，古琴是圆弧的，等等。琴谱中所见古琴式样达五十余种，现今所见琴型大多数为仲尼式。古琴文物包括古琴乐器、古琴乐谱古籍、古琴艺术相关文物等。现存最古老的古琴为唐代（618-907年），共有18张，唐以后留世的琴更多。古琴琴器的数字研究内容包括：斫琴过程的数字化、斫琴艺术的审美分析、VR（虚拟现实）古琴、古琴琴器形制与部件的改良历史研究、古琴文物的数字化保护、古琴文物的数字修复、古琴文物鉴定过程的数字化、古琴文物的数字鉴定、古琴文物的3D重建、文物拍卖等内容。

22.古琴音乐疗法

古琴音乐疗法主要研究人工智能在古琴音乐疗法中的应用，如古琴音乐疗法与中医心理的关系研究、古琴音乐与气功养生疗法的理论分析、古琴音乐疗法对改善失眠症的研究、古琴音乐疗法与中医儿科的临床运用等。

23.古琴美学研究

古琴美学的研究通常会以个别事例为佐证，在大数据时代，针对大容量的古琴音频数据库和文本语料库，利用人工智能方法对古琴美学特征进行分析研究，包括琴乐演奏与美学认知研究[143]、古琴与宗教美学研究、古琴美学的历史发展研究、古琴与生态美学研究等。

24.琴歌研究

琴歌是古琴艺术的重要组成部分，是一种古老的艺术形式，现存大约有五百多首琴歌[144]。琴歌一般都有故事情节，富有叙事性，利用古琴琴歌乐谱语料库，结合NLP技术对琴歌中的曲词进行分析研究，从社会学、历史学、经济学等多角度挖掘，还原古代社会的音乐生活。