人工智能在传统音乐领域中的应用与探索

李 靓

随着互联网的普及，一项项以其为纽带的技术发明正悄然走进大众生活。近年来，大数据、云计算、人工智能等技术的兴起加速了各行各业的发展，“互联网+”“大数据+”“AI+”逐渐成为社会发展的新常态。在这种大背景下，科技与音乐的结合已是大势所趋，传统音乐的发展在这场变革中也迎来了新的契机。大数据、人工智能等技术与传统音乐的融合发展，极大地创新了音乐传播与普及的形式，使音乐传播路径从原始的、单向度的口耳相传转变为多维度、不受地域与时空限制的多元化传播。人工智能在传统音乐领域的应用为大众带来了全新的艺术体验。

一、人工智能与传统音乐的综合效应

(一)人工智能的含义与特征

人工智能，即Artificial Intelligence(以下简称为AI)，由麦卡锡于1956年的Dartmouth会议中首次提出。该项技术主要是以人的智能理论、方法、技术及应用系统为研究对象，研究并应用于模拟、延伸和扩展人类智能的一种新兴科技[1]。其主要是以互联网为纽带，以大数据为基础，应用于计算机、数学、心理学、哲学等人文社科类领域。其作用路径是借助互联网模拟人类的思维过程和行为，而这个模拟的过程又可以分为两个路径：一是结构的模拟，该行为主要是模仿人脑创造出可以拥有人类行为的机器，比如现今出现在各公共服务场所中的智能机器人，它可以以最快的速度识别问题并提供帮助；二是功能的模拟，主要是对人类思维的信息过程的模拟，如“AlphaGo”[2]战胜国际象棋大师李世石。

目前AI主要应用于医疗、教育、智能交通、区块链等，也就是说，“AI+”已经成为社会、经济发展的新趋势。就当下的发展境况来看，AI表现出以下两大特征：1.智能化，即利用互联网、大数据实现万物互联，大量释放人力物力，为人类提供精准的服务，如无人驾驶汽车的出现打破了传统的驾驶方式，在行驶过程中完全依靠计算机系统操作，大大降低事故的发生率；2.虚拟化，各种智能终端在互联网的连接下构成虚拟的网络空间，类似于“淘宝”这样的虚拟购物商店早已颠覆了传统的经营方式。

(二)人工智能与传统音乐的融合

自五四新音乐文化出现以来，传统音乐的发展逐渐陷入窘境，振兴和发扬民族文化一直是人民的迫切追求，但由于地理、制度、资金等限制因素，导致传统音乐的发展也出现了现代化危机。

伴随着互联网的普及，传统音乐的传承与发展似乎找到了新的契机。信息技术与音乐的结合最早可追溯到20世纪初期“电子音乐”的产生，这一革新彻底改变了音乐只能依附于人声和乐器的传统现状。随后，在科技的推动下，音乐又经历了数字时代，主要体现在数字乐谱，还有以MIDI为代表的数字音序等技术方面。现今，AI与传统音乐的融合为我们带来了全新的音乐艺术体验，并出现了“音乐人工智能”(Music AI)这一专业术语。2013年，杭州师范大学陈根方教授首次提出了“智能音乐学”这一名词，意味着人工智能和音乐的结合在未来将会成为一个新的研究领域。2018年，中央音乐学院与印第安纳大学联合举办了“AI之夜——音乐人工智能伴奏系统音乐会”，展现了AI与二胡相结合的表演魅力，这是国内音乐院校第一次将AI运用于传统音乐的创新性突破。2019年，中央音乐学院成立了音乐人工智能与音乐信息科技系，并开始招收该方向的博士研究生，大力培养音乐与科技交叉融合的复合型人才，更加表明AI在未来音乐发展中的重要性。

再以传统音乐中古琴演奏的记存方式为例。早先，古人为了保存古琴的弹奏指法、弦序和音位发明了减字谱，但令人惋惜的是大部分乐谱早已消失在历史的洪流中。上海音乐学院赵维平教授在一次采访中透露，他们正联合华为团队研究如何用AI来解读这些“天书”，重构古曲。这一过程需要电脑程序员将减字谱的记谱规律编写成程序，再用智能设备拍下谱例，并智能翻译成简谱收录数据库中。随后，通过云计算等技术手段在服务器上训练神经网络模型，进行减字谱的深度学习，使得AI具备识别减字谱的音高规律的能力，这一操作就是在现代社会借助于AI还传统音乐以本来面目。

二、人工智能在传统音乐领域中的实际应用

近30年来，随着信息技术不断的创新突破，在传统音乐领域中的应用也开始逐渐丰富，其中比较突出的是在旋律识别、智能作曲、乐器仿真与虚拟演奏这几个方面的应用。由于前面已介绍过图像识别古琴乐谱功能，故不再赘述。

(一)旋律识别

自古以来各种特征的音乐旋律片段不计其数，如果想从保存下来的旋律中查找一首曲目相当困难，但是人类运用自己的智慧不断寻找解决措施。至今“旋律识别”功能共经历了三个阶段：一是人类自我识别阶段，这需要识别者具有大量的音乐旋律储备，显然困难较大；二是音频文件输入识别，这一操作必须通过计算机来完成，操作者需要具备熟练的计算机操作技能，此外也要求给定音频文件格式完全匹配；三是借助于AI技术实现的智能识别，这一功能建立在智能设备的语音识别功能基础上，不仅拓宽了传统音乐的检索方式，更缩短了检索时间。与传统的给定音频文件的检索方式相似，智能识别要求设备首先要储存大量的音高、旋律、节奏等音乐的基本构成要素，还需要人声和器乐声的录入，在设备内部形成一个音乐数据资源库，再运用计算机算法进行分类形成旋律特征库，并为每一种音色、每一段旋律编制特征码。相比较于给定音频文件的检索方式，AI智能识别不需要再进行繁琐的格式转换和文件输入等步骤，可直接根据播放的音乐旋律进行识别。当智能设备接收到某一段旋律信号时，会运用计算机算法进行筛选、识别，判定该旋律片段是否存在于设备的现存音乐数据资源库中，然后将符合资源库中的音高、节奏等信号提取出来，与现存的旋律进行匹配，最终得出答案。该项功能不光能通过旋律片段识别出乐曲的名称，还能运用互联网、大数据等手段，全面地呈现出该乐曲的相关信息，如作曲家、表演家及创作背景等。

(二)智能作曲

无论是农作间即兴哼唱的小曲还是作曲家谱写的乐曲，“作曲”始终是人类所特有的一项高级思维活动，而计算机的出现打破了这一传统现状，它也能够胜任人所专属的“作曲”的工作。20世纪50年代中期就曾提出了计算机作曲，由于当时的网络和技术并不成熟，最早被称为“算法作曲”。随着人工智能技术的不断进步，AI与算法作曲的结合形成了今天的AI作曲。这一应用的优势表现在传统音乐领域的传承、传播和创新中，它同智能机器人“AlphaGo”一样都运用了“深度学习”的原理，都是赋予机器思考的能力。这种颠覆性的作曲方式借助海量的歌曲、歌词、曲调等音乐元素，在计算机内部形成神经网络，再根据用户的需求自动编配和声，最终输出私人定制的音乐作品。

AI作曲功能不仅能简化作曲的繁杂性，还能提升传统音乐创作的普遍性。2016年，卢森堡的一家AI音乐制作初创公司发布了由AI作曲家Aiva创作的中国音乐专辑《艾娲》，这也是AI作曲领域创作的第一部中国音乐风格的专辑，该专辑的主题源于中国神话故事“女娲补天”，共有《创世之初》《黑龙》《人类史源》《补天》《人类社会》《五彩神石》《四极天柱》《天地》这8首单曲。所有单曲基本运用了中国的五声调式，并大量地融入了二胡、古筝、笛子、唢呐等民族乐器，充满了浓郁的中国特色。《艾娲》专辑的诞生标志着中国传统音乐的发展步入一个新的时代，这是人类借助AI的力量以多元化、现代化的方式传递民族文化的创新性突破。

图1 《艾娲》专辑中单曲《补天》演奏时的可视化图像

(三)乐器仿真与虚拟演奏

由于认知、接受水平有限，人们无法同时精通所有乐器，但是AI可以通过乐器仿真和虚拟技术帮我们实现演奏各种传统乐器的梦想。这要借助于乐器仿真技术，其实该技术并不是近几年才出现，只是由于当时的智能设备还并未全面普及，所以获得这一技术体验的人大部分都是电子音乐研究者。而如今，只要我们拥有具备支持这项技术的智能设备，就可以获得任意传统乐器的演奏体验，但是演奏方式却截然不同。我们将这种人机交互的新型演奏方式称为“虚拟演奏”，即演奏者并非需要手持真实的乐器，而是在乐器仿真系统中首先选定需要演奏的乐器，再通过智能设备的智能屏幕、高清摄像头、红外感应器等技术来识别演奏者的手势、肢体等信号产生音乐，比早先更先进的是，机器已不再需要通过数据手套来获得手势信息，而是直接识别感应。由于传统乐器的演奏方式不尽相同，比如弦乐器有拨弦、拉弦之分，所以计算机需要设置不同的检测点来识别动作信息。对于在乐器仿真系统中选定的不是很熟悉、甚至并不会演奏选定乐器的体验者无需担心，AI会提示演奏动作，也可以根据所识别的乐音自动编配和声，达到演奏真实乐器的体验。但“虚拟演奏”并不适用于传统乐器的真实演奏实践中，因为它无法实现乐器演奏中“琴人合一”的高深境界。当然这并不代表这种软件毫无开发价值，它在传统音乐的传播中有着重要的作用，此外也节省了乐器制作的成本和购买成本。

三、“人工智能+传统音乐”将面临的挑战

任何一项新技术的兴起，必将会对现有的社会体系造成一定的影响，AI的出现也不例外。著名的物理学家霍金曾经说过：“人工智能的全面发展可能意味着人类的终结。”这说明人类在享受AI带来的便利的同时，也在恐惧着它对人类生存的威胁。从AI在各领域的运用角度来看，这项新技术尚处于发展初期并未完全成熟，在实际运用中依然存在许多问题待我们去挖掘、研究。

(一)技术瓶颈

习近平总书记在中科院第十七次院士大会上曾说过：“科技是国家强盛之基，创新是民族进步之魂。”虽然科技确实解决了现实生活中的不少难题，但在传统音乐领域依然还有很大的进步空间。

目前，AI技术在传统音乐领域中的应用存在三大瓶颈：1.音色失真问题。在传统声乐和器乐的传播中音色的失真问题较为严重，尽管当下已经出现了像“洛天依”[3]这样的虚拟歌手，但是歌手的声音在经过电子设备处理后无法与真声完全相似，而且这些虚拟歌手在表演民族民间歌曲时并不能像传统艺人那样表演得淋漓尽致，因为它没有民间的生活体验更没有田野采风的经历，它主要是模仿，而音乐这门听觉艺术会因为音色的差异直接影响到情感的表达和欣赏者的听觉体验。2.音乐延迟问题。传统情况下，发声体振动产生的乐音会第一时间通过空气传播到人的耳朵里，而当下的“AI+传统音乐”的所有应用还并不能完全脱离互联网，因此传播中必然会受到网速的影响而有所延迟。3.技术应用不全面。由于技术的限制，目前仅开发了前面提及的几项基本应用，在保证这些应用基本成熟的基础上能否延伸开发出更先进的产品供音乐爱好者们体验，是研究工作者未来的使命。当然，技术的局限不应成为传统音乐创新路上的绊脚石。近年来，我国的人工智能市场规模正逐年扩大，为避免专业人才短缺，我国正在扩大该领域的培养规模，相信不久的将来这些难题会逐一被攻破。

(二)伦理道德困境

在这个社会群体中，任何事物的存在都必须符合社会行为规范和道德原则，AI为我们带来行业转机的同时也隐藏了一些道德问题：AI替代了大量劳动力，但被替代的工作人员该何去何从？既然AI可以批量作曲，那么是否还需要培养作曲家？当我们想要聆听和研究传统音乐时，AI可以以最快的速度提供精准的服务，那么还需不需要跋山涉水去寻求传统艺人的帮助？这些问题值得我们深思。清华大学胡晓林教授曾在2018年音乐人工智能(Music+AI)发展大会上提到，AI作曲只是通过大数据深度学习在计算机内部形成模型，再根据给定的音乐资源模拟人类自动创作出相似风格的音乐作品，而人类作曲是作曲家所有经验和情感的表达，AI是无法企及的，但是在未来的音乐作品创作过程中AI可以协助人类，共同创作。随着“AI+传统音乐”的应用逐渐被开发，传统音乐也开始走上了商业化道路，带来了更多的利益之争：如版权归属问题之争，音乐版权到底是归音乐资源的原创者、软件开发公司还是软件使用者，这都是我们需要界定的问题。

面对AI技术使用背后的繁杂问题，我们首先应当从源头出发提高科学家的社会责任感与法律意识，避免开发威胁人类社会安全的技术产品。此外，政府应联合技术部门共同建立相关管理机构，建立合理的归责机制，明确责任的归属问题，以及预测与遏制AI在今后发展中将面临的问题。

四、对“人工智能+传统音乐”发展前景的展望

纵观几千年的历史文明，社会总是在不断地变化和进步中前行，传统音乐的发展亦是如此。AI作为新时代技术革命的产物，为传统音乐的传播提供了新的思路和方法。未来已来，传统音乐要想实现可持续发展必须顺应时代，就目前的发展境况看来，AI和传统音乐的结合将会有全新的、更广阔的发展前景，但是我们也必须从多方面去努力。

(一)加大宣传力度

目前，我们对于AI的认知程度还不是很深，特别是偏远地区的居住民们还没有意识到这一革命性的变化。如果想要推动AI在传统音乐领域中的发展，当务之急还是要扩大信息的推广，提升社会知晓度。首先，政府及相关部门需要投入大量的宣传工作，借助于各大媒体和社交平台，推广AI的信息和应用，让人们意识到人工智能时代的到来。其次，艺术院校应该重视这一方向的信息宣讲工作，比如开设专题讲座，邀请技术团队共同开展音乐会或者大量投入AI设备的使用，毕竟青少年对于新兴技术具有浓烈的兴趣和迅速的掌握能力。2019年，中央音乐学院首招“音乐人工智能与音乐信息科技”专业的博士生，正式成立“音乐智能”方向的学科，也说明了我们试图迈向这一交叉研究领域的决心。若想真正实现宣传的意义还应该加强学科建设与交流，尽管20世纪末各大音乐院校都纷纷成立了“音乐工程系”，着重研究科技在音乐方面的应用，但侧重点依然偏向于“电子音乐”的研究领域，多促进艺术生与人工智能专业的学生交流，也是拓宽认知领域的有效方法。

(二)扩展应用领域

技术的革新日新月异，不久的将来，AI会逐渐渗透到传统音乐发展的每个角落。除本文重点介绍的几个应用领域外，还有更多可以挖掘的应用价值，比如传统音乐的可视化。音乐作为一种听觉艺术，一直是通过听觉感受刺激欣赏者的情感从而获得审美体验的，而AI可以借助屏幕画面、影像等媒介实现音乐的可视化。最基础的可视化应用便是根据旋律线条和节奏强弱智能输出的音频波动线，这一功能让欣赏者在聆听的同时也能直观感受，特别是应用于没有音乐基础知识的人群，更有利于理解音乐。更先进的可视化应用是运用AI结合虚拟现实等技术，营造与音乐背景相关的三维虚拟画面，将欣赏者置身于虚拟传统音乐境遇中，享受“身临其境”的艺术体验。除此之外，AI在传统音乐保护方面的应用也指日可待。由于传统音乐有着深厚的历史，部分文化的流失在所难免。利用AI保护传统音乐体现在乐谱和表演两个方面，我们可以将比较古老的乐谱进行影像化保存，以防在馆藏过程中受物理条件影响而毁坏，在此基础上可建立数字云资源库，实现随时随地的资源共享。在表演方面，可以利用类似于虚拟歌姬这样的角色来传承传统音乐表演技艺，避免技艺的流失。总之，我们应该大胆地拓宽“AI+传统音乐”应用领域，采用最新颖的方式促进传统音乐的传播和传承，以此获得更高的关注度。

结 语

科技与艺术的结合已经成为不可阻挡的趋势，“AI+传统音乐”也已逐渐渗透到演唱、演奏、创作等多个方面，尽管还有许多问题有待完善，但音乐工作者们仍看到了中国传统音乐创新路径中的新契机，我们满怀期待有更多的应用被开发并投入使用。让我们秉持积极的态度，在国家政府的重视及社会群体的关怀下，依靠科技和学术的力量，努力去建设新的生态文明，使中国传统音乐借助于AI有更广阔的发展前景。

注释:

[1]https://baike.baidu.com/item/人工智能/9180?fr=aladdin.

[2]AlphaGo：2016年，由谷歌团队开发的第一个打败人类职业围棋选手的人工智能机器人。

[3]洛天依：国内首位登上主流电视媒体并实现盈利的虚拟歌手，形象首次公布于2012年。