Консонантна акордна модель музичних композицій для гармонізації мелодій генетичним алгоритмом.
DOI:
https://doi.org/10.15276/opu.3.56.2018.07Ключові слова:
генетичний алгоритм, фітнес-функція, хромосома, музична композиція, акорд, правила гармоніїАнотація
Незважаючи на досить добре розвинену теорію побудови музичних творів
спостерігається недостатнє впровадження комп'ютерних засобів, що полегшують роботу композиторів. Метою цієї роботи є
розробка моделі музичних композицій, що дозволяє використовувати генетичні алгоритми для автоматизації додавання акордів до
відомої мелодії при максимальному задоволенні правилам музичної теорії. Розроблена нова модель для представлення музичних
композицій, дозволяє збільшити швидкість гармонізації заданих мелодій генетичним алгоритмом. Результат отриманий завдяки
побудові моделі на більш високому рівні структурної узагальненості, в порівнянні з відомою тональної моделлю. Проведений
аналіз тональної моделі показав надмірність області визначення функції якості музичного твору при використанні цієї моделі. Це і
призводить до недостатньо високої швидкості гармонізації мелодій. Звуження області визначення функції якості за рахунок більш
повного врахування правил гармонії музичних творів дозволило відсікти явно неприйнятні акорди, що і призвело до прискорення
гармонізації при використанні розробленої консонантної акордної моделі. Отримані співвідношення дозволяють виробляти перехід
від акордної моделі до тональної і від неї до звичайного нотного запису. Чисельне моделювання задачі гармонізації відомої мелодії
показало досягнення більш високого рівня гармонізації автоматичними методами в порівнянні з працею композитора, а також
істотне прискорення процесу гармонізації при використанні консонантної акордної моделі, в порівнянні з тональної моделлю. Це
дозволяє рекомендувати використання розробленої моделі в програмах автоматичної гармонізації мелодій. Внесок проведеного
дослідження в теорію генетичних алгоритмів полягає в використаному новому підході до формування хромосом і багатофакторної
функції якості, що дозволили ефективно застосувати генетичні алгоритми до задачі гармонізації музичних творів. Практична
цінність отриманих результатів полягає в автоматизації праці композиторів, які можуть зосередитися повністю на створенні
мелодії. А працю по доповненню мелодії акордами можна перекласти на комп'ютер. Крім цього, отримана висока швидкість
гармонізації дозволяє поліпшити якість мелодій, що генеруються, і їх відповідність динаміці подій в комп'ютерних іграх.
Завантаження
Посилання
Iannis Xenakis. (1992) Formalized Music. Thought and Mathematics in Composition. . NY: Pendragon Press. Stuyvesant.
Dubovsky, I.I., Evseev, S.V., Kobinin, I.V., & Sokolov, V.V. (1965). Harmony Textbook. Moscow: Ed. Music.
Tyulin, Y.N., & Privano, N.G. (1965). Theoretical Foundations of Harmony. Moscow: Ed. Music.
Meinard Müller. Fundamentals of Music Processing. Audio, Analysis, Algorithms, Applications. (eBook) Springer. DOI 10.1007/978-3-319-21945-5.
Montiela, M., & Robert Peck R. (2016). Mathematics and Music: Reports on the American Mathematical Society Special Sessions at the 2016 Spring Southeastern Sectional Meeting and the Forthcoming 2017 Joint Mathematics Meetings. Journal of Mathematics and Music, 10, 3, 245–249. Retrieved from: http://dx.doi.org/10.1080/17459737.2016.1261951.
Patrício da Silva. (2003). David Cope and Experiments in Musical Intelligence. Retrieved from: https://pdfs.semanticscholar.org/82fe/48dcb32bacdb03ce4a95b0bbb3600e56386e.pdf?_ga=2.37590560.1818681109.1552491152-898199006.1552491152.
Collins, T., Laney, R., Willis, A., & Garthwaite, P.H. (2016). Developing and Evaluating Computational Models of Musical Style. Artificial Intelligence for Engineering Design, Analysis and Manufacturing. 30 (1), 16–43. DOI:10.1017/S0890060414000687.
Conklin, D. (2016) Chord sequence generation with semiotic patterns. Journal of Mathematics and Music, 10. Retrieved from http://dx.doi.org/10.1080/17459737.2016.1188172.
Bozapalidou, M. (2013). Automata and music contour functions. Journal of Mathematics and Music, 7, 3, 195–211. Retrieved from http://dx.doi.org/10.1080/17459737.2013.822576.
Barat`e, A., Haus, G., & Ludovico, L.A. (2014). Real-time Music Composition through P-timed Petri Nets. Proc. International Computer Music Conference, 14–20 September 2014, Athens, Greece, 408–415.
Lattner, S., Grachten, M., & Widmer, G. (2018). Imposing Higher-Level Structure in Polyphonic Music Generation using Convolutional Restricted Boltzmann Machines and Constraints. Journal of Creative Music Systems, 2, 1, March 2018. Retrieved from https://arxiv.org/pdf/1612.04742, DOI: 10.5920/jcms.2018.01.
Deng, J., & Kwok, Y.-K. (2017). Large vocabulary automatic chord estimation using bidirectional long short-term memory recurrent neural network with even chance training. Journal of New Music Research. DOI: 10.1080/09298215.2017.1367820.
Kaliakatsos-Papakostas, M., Queiroz, M., Tsougras, C., & Cambouropoulos, E. (2017). Conceptual Blending of Harmonic Spaces for Creative Melodic Harmonisation. Journal of New Music Research. DOI: 10.1080/09298215.2017.1355393.
Phon-Amnuaisuk, S., Tuson, A., & Wiggins, G. (1999). Evolving Musical Harmonisation. Proc. International Conference: Artificial Neural Nets and Genetic Algorithms. Portorož, (pp. 229–234). Slovenia, Retrieved from https://pdfs.semanticscholar.org/f560/abdb8b5fd0c23bc5812c5b9b071
d907dd928.pdf.
Semenkin, E.S., Zhukova, M.N., Zhukov, V.G., Panfilov, I.A., & Tynchenko, V.V. (2007). Evolutionary Methods for Modeling and Optimizing Complex Systems. Lecture notes. Krasnoyarsk.
Panchenko, T.V. (2007). Genetic methods. University of Astrakhan.
Ferreira, C. (2001). Gene expression programming: a new adaptive algorithm for solving problems. Complex Systems, vol. 13, 87–129.
Burton, A. R., & Vladimirova, T. (1997). Applications of genetic techniques to musical composition. Retrieved from https://www.researchgate.net/publication/243766382_Applications_of_Genetic_Techniques_to_Musical_Composition.
Matic, D. (2010) A Genetic Algorithm for Composing Music. Yugoslav Journal of Operations Research, 20, 1, 157–177. DOI: 10.2298/YJOR1001157M.
Tomasz M. Oliwa. (2007). Genetic Algorithms and the abc Music Notation Language for Rock Music Composition. Miranda, E. R., and Biles, J. A., (Editors). Evolutionary Computer Music, Springer. 1603–1609.
Bresson, J., Bouche, D., Carpentier, T., Schwarz, D., & Garcia, J. (2017). Next-generation Computeraided Composition Environment: A New Implementation of OpenMusic. International Computer Music Conference Proceedings, 253–258.
Carlos Guedes. (2017). Real-Time Composition, why it still matters: A look at recent developments and potentially new and interesting applications. International Computer Music Conference Proceedings, 162–167.
Biles, J. A. (1994). GenJam: A genetic algorithm for generating jazz solos. In ICMC Proceedings 1994. The Computer Music Association. P. 131–137.
Spector, L. & Alpern, A. (1994). Criticism, culture, and the automatic generation of artworks. In Proceedings of the 12th National Conference on Artificial Intelligence. P. 3–8.
Burton, A. R., & Vladimirova, T. (1997). A genetic algorithm for utilising neural network fitness evaluation for musical composition. In Proceedings of the 1997 International Conference on Artificial Neural Networks and Genetic Algorithms, 220–224.
Johanson, B., & Poli, R. (1998). Gp-music: An interactive genetic programming system for music generation with automated fitness raters. In Proceedings of the 3rd International Conference on Genetic Programming, GP’98. MIT Press.
Ponce de León, P.J., Iñesta, J.M., Calvo-Zaragoza, J., & Rizo, D. (2016). Data-based melody generation through multi-objective evolutionary computation. Journal of Mathematics and Music. Retrieved from http://dx.doi.org/10.1080/17459737.2016.1188171.
Whorley R.P., Conklin D.(2016) Music Generation from Statistical Models of Harmony / Journal of New Music Research. DOI: 10.1080/09298215.2016.1173708.
McIntyre, R. A. (1994). Bach in a box: The evolution of four-part baroque harmony using a genetic algorithm. In First IEEE Conference on Evolutionary Computation, 852–857.
Horner, A. & Ayers, L. (1995). Harmonisation of musical progression with genetic algorithms. In ICMC Proceedings 1995, (pp.483–484). The Computer Music Association.
Honing, H. (1993). Issues on the representation of time and structure in music. Contemporary Music Review, 9, 1 & 2, 221–238.
Wiggins, G., Miranda, E., Smaill, A., & Harris, M. (1993). A Framework for the Evaluation of Music Representation Systems. Computer Music Journal, 17(3), October, 31–42, DOI: 10.2307/3680941.
Janikow, C. Z. (1993). A knowledge-intensive genetic algorithm for supervised learning. Machine Learning, 13, 189–228, DOI: 10.1007/BF00993043.
Togelius, J., Yannakakis, N. G., Stanley, K. O., & Browne, C. (2011). Search-Based Procedural Content Generation: A Taxonomy and Survey. IEEE Transactions on Computational Intelligence and AI in Games, 3, 3, 172–186. DOI: 10.1109/TCIAIG.2011.2148116.
Gen, M., & Cheng, R. (2007). Genetic Algorithms and Engineering Optimization. John Wiley & Sons, Inc. DOI:10.1002/9780470172261.
Scirea, M., & Brown, J.A. (2015). Evolving Four Part Harmony Using a Multiple Worlds Mode. Conference: 7th International Conference on Evolutionary Computation Theory and Applications. (pp. 220–227). Lisbon, Portugal. DOI: 10.5220/0005595202200227.
Sposobin, I.V. (1996). Elementary theory of music. Moscow: Kifara.
MIDI. wikipedia.org. Retrieved from https://ru.wikipedia.org/wiki/MIDI.
Amelie Anglade, Rafael Ramirez, & Simon Dixon. (2009). Genre Classification Using Harmony Rules Induced from Automatic Chord Transcriptions. 10th International Society for Music Information Retrieval Conference (ISMIR 2009). (pp. 669–674).
Phon-Amnuaisuk, S., & Wiggins, G. (1999). The Four-Part Harmonisation Problem: A comparison between Genetic Algorithms and a Rule-Based System. In Proceedings of the AISB’99 Symposium on Musical Creativity, (pp. 28–34), AISB.
Benward, B., & Saker, M. (2015). Music in Theory and Practive. Eighth Edition, Volume I. McGrawHill.
Kholopov, Yu.N. (2005). Harmony. A practical course. Moscow, publishing house Composer.
