EPFL位于人文學(xué)院的數(shù)字與認(rèn)知音樂學(xué)實(shí)驗(yàn)室的研究人員使用一種無(wú)??監(jiān)督的機(jī)器學(xué)習(xí)模型來(lái)“監(jiān)聽”并分類了13,000多首西方古典音樂，揭示了主要和次要的模式在整個(gè)歷史中是如何變化的。

許多人可能無(wú)法定義音樂中的次要模式，但是大多數(shù)人幾乎可以肯定會(huì)識(shí)別以次要鍵演奏的樂曲。這是因?yàn)槲覀冎庇^地將屬于小調(diào)的音符集(通常聽起來(lái)暗，緊張或悲傷)與大調(diào)的音符區(qū)分開，大聲調(diào)通常表示幸福，力量或輕盈。

但是，縱觀整個(gè)歷史，有時(shí)還會(huì)使用除主要和次要之外的多種其他模式，或者根本找不到明確的模式分離。

數(shù)字和認(rèn)知音樂學(xué)實(shí)驗(yàn)室(DCML)的研究人員Daniel Harasim，F(xiàn)abian Moss，Matthias Ramirez和Martin Rohrmeier在最近的一項(xiàng)研究中著眼于理解和可視化這些差異，該研究已發(fā)表在開放存取雜志Humanities上和社會(huì)科學(xué)傳播。在他們的研究中，他們開發(fā)了一種機(jī)器學(xué)習(xí)模型，可以分析15世紀(jì)至19世紀(jì)超過(guò)13,000首音樂，涵蓋了文藝復(fù)興時(shí)期，巴洛克時(shí)期，古典時(shí)期，浪漫主義早期和浪漫主義后期。

“例如，我們已經(jīng)知道，在文藝復(fù)興時(shí)期[1400-1600]中，存在兩種以上的模式。但是，在[1750-1820]古典時(shí)代之后的時(shí)期中，兩種模式之間的區(qū)別就變得模糊了。我們想看看是否我們可以更具體地確定這些差異。”

機(jī)器聽力(和學(xué)習(xí))

研究人員使用數(shù)學(xué)模型來(lái)推斷西方古典音樂在這五個(gè)歷史時(shí)期中模式的數(shù)量和特征。他們的工作產(chǎn)生了新穎的數(shù)據(jù)可視化效果，顯示了文藝復(fù)興時(shí)期的音樂家，如喬瓦尼·皮耶魯吉·達(dá)·帕萊斯特里納，喜歡使用四種模式，而巴洛克作曲家的音樂，例如約翰·塞巴斯蒂安·巴赫，則圍繞主要和次要模式進(jìn)行了旋轉(zhuǎn)。有趣的是，研究人員沒有發(fā)現(xiàn)由弗朗茲·李斯特(Franz Liszt)等晚期浪漫作曲家創(chuàng)作的復(fù)雜音樂的模式之間沒有明確的分離。

Harasim解釋說(shuō)DCML的方法是獨(dú)特的，因?yàn)檫@是第一次使用未標(biāo)記的數(shù)據(jù)來(lái)分析模式。這意味著他們的數(shù)據(jù)集中的音樂片段以前沒有被人類分類為各種模式。

“我們想知道如果讓計(jì)算機(jī)有機(jī)會(huì)分析數(shù)據(jù)而又不引入人為偏見會(huì)是什么樣子。因此，我們應(yīng)用了無(wú)監(jiān)督的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，其中計(jì)算機(jī)“聆聽”音樂并找出這些模式本身沒有元數(shù)據(jù)標(biāo)簽。”

盡管執(zhí)行起來(lái)要復(fù)雜得多，但是這種“無(wú)監(jiān)督”的方法產(chǎn)生了特別有趣的結(jié)果，據(jù)哈拉西姆說(shuō)，就人類如何聽和解釋音樂而言，這種結(jié)果更具“認(rèn)知上的合理性” 。

“我們知道音樂結(jié)構(gòu)可能非常復(fù)雜，而且音樂家需要多年的訓(xùn)練。但是與此同時(shí)，就像孩子學(xué)習(xí)母語(yǔ)一樣，人們會(huì)在不知不覺中學(xué)習(xí)這些結(jié)構(gòu)。這就是為什么我們開發(fā)了一個(gè)簡(jiǎn)單的模型來(lái)逆轉(zhuǎn)使用認(rèn)知科學(xué)家使用的一類所謂的貝葉斯模型來(lái)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)過(guò)程，以便我們也可以利用他們的研究成果。”

從課堂項(xiàng)目到出版及以后

Harasim滿意地注意到，這項(xiàng)研究源于他和他的合著者M(jìn)oss和Ramirez在EPFL教授羅伯·韋斯特(Robert West)教授的應(yīng)用數(shù)據(jù)分析課程中一起完成的一項(xiàng)課堂項(xiàng)目。他希望通過(guò)將他們的方法應(yīng)用于其他音樂問(wèn)題和體裁來(lái)進(jìn)一步推進(jìn)該項(xiàng)目。

“對(duì)于模式發(fā)生變化的樂段，準(zhǔn)確地識(shí)別出這種變化發(fā)生在什么位置是很有趣的。我也想將相同的方法應(yīng)用于爵士樂，這是我的博士論文的重點(diǎn)，因?yàn)榫羰繕返囊粽{(diào)爵士樂不僅僅只有兩種模式。”

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