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节拍器

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一、任务需求

在本实验中，我们将根据给出的音乐，生成与之对应的节拍器。

生成节拍器最关键的函数是librosa.clicks和librosa.beat.beat_track。

要求：利用librosa.clicks和librosa.beat.beat_track实现节拍器功能。

二、任务目标

1、掌握clicks轨迹

2、掌握动态编程节拍跟踪器函数

三、任务环境

1、jupyter开发环境

2、python3.6

3、tensorflow2.4

四、任务实施过程

在本实验中，我们将根据给出的音乐，生成与之对应的节拍器。

生成节拍器最关键的函数是librosa.clicks和librosa.beat.beat_track，librosa.clicks函数专门用来生成clicks轨迹，其参数如下：

• times: 每秒放置clicks次数
• frames: 用于放置clicks的帧索引
• sr: 采样率
• length: 输出信号所需样本数
• click_freq: 默认clicks信号的频率（以赫兹为单位）。默认为 1KHz
• click_duration: 默认clicks信号的持续时间（以秒为单位）。默认值为 100 毫秒。

函数返回值为合成clicks信号

而librosa.beat.beat_track则是动态编程节拍跟踪器函数

1、加载工具和数据

import librosa
import librosa.display
import numpy as np
import IPython.display as ipd
import matplotlib.pyplot as plt

读取并播放音频，这是一段Drum-bass（某种鼓）的音乐

# 检测beat事件
y, sr = librosa.load('/home/jovyan/datas/admiralbob77_-_Choice_-_Drum-bass.ogg', duration=10)
ipd.Audio(y,rate=sr)

2、观察数据

在生成节拍器之前，我们先来查看波形图

plt.figure(figsize=(12,3))
librosa.display.waveshow(y,sr)

<librosa.display.AdaptiveWaveplot at 0x7f7923993cf8>

从波形图上，可以看出这段音频应该存在一定的节奏，接下来我们就要用librosa.beat.beat_track来生成节奏，这是一个动态编程节拍跟踪器函数。生成节奏以后，使用librosa.clicks来合成节奏。

3、生成节奏

# 使用beat_track生成节奏
tempo, beats = librosa.beat.beat_track(y=y, sr=sr)
y_beats = librosa.clicks(frames=beats, sr=sr)

查看一下beats，显然，这是节奏所在的帧序号

beats

array([  3,  21,  40,  59,  78,  96, 116, 135, 154, 173, 192, 211, 230,
       249, 268, 287, 306, 325, 344, 363])

或者通过下面这种方法产生和y长度相同的信号

y_beats_len = librosa.clicks(frames=beats, sr=sr, length=len(y))

或者使用计时而不是帧索引生成节奏信号（将帧转换为计时）

times = librosa.frames_to_time(beats, sr=sr)
y_beat_times = librosa.clicks(times=times, sr=sr)

或使用880Hz的点击频率和500ms的采样生成节奏信号

y_beat_times880 = librosa.clicks(times=times, sr=sr,
                                 click_freq=880, click_duration=0.5)

4、绘制节拍器

我们可以将生成的节奏波形图绘制出来，方便你对不同节拍器进行区别。

# 绘制不同的节拍器
fig, ax = plt.subplots(nrows=4, sharex=True,figsize=(12,6))
librosa.display.waveshow(y_beats, sr=sr, label='y_beats', ax=ax[0],x_axis=None)
librosa.display.waveshow(y_beats_len, sr=sr, label='y_beats_len', ax=ax[1],x_axis=None)
librosa.display.waveshow(y_beat_times, sr=sr, label='y_beat_times', ax=ax[2],x_axis=None)
librosa.display.waveshow(y_beat_times880, sr=sr, label='y_beat_times880', ax=ax[3])

[ax[i].legend() for i in range(4)];

当然，我们还可以将原始音频的频谱图和节拍器波形图放在一起比较

import matplotlib.pyplot as plt
fig, ax = plt.subplots(nrows=2, sharex=True)
S = librosa.feature.melspectrogram(y=y, sr=sr)
# 绘制频谱图
librosa.display.specshow(librosa.power_to_db(S, ref=np.max),
                         x_axis='time', y_axis='mel', ax=ax[0])
# 绘制波形图
librosa.display.waveshow(y_beats_len, sr=sr, label='Beat clicks',
                         ax=ax[1])
ax[1].legend()
ax[0].label_outer()
ax[0].set_title(None);

5、节拍器演示

我们也可以听一听生成的节拍器

ipd.Audio(y_beats_len,rate=sr)

也可以把音频和节拍器组合在一起，需要注意这是一个双声道音频

two_channel = np.vstack((y,y_beats_len))
ipd.Audio(two_channel,rate=sr)

将双声道音频转换为单声道音频，也许能帮助你更好的理解节拍器

ipd.Audio(librosa.to_mono(two_channel),rate=sr)

五、任务小结

本实验中，我们 通过librosa节拍器函数生成节拍，并找到节拍对应的位置。

然后使用可视化工具将节拍绘制出来，并将节拍器通过音频播放出来。

–end–

说明

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