211service.com
Muzikale genres geclassificeerd met behulp van de entropie van MIDI-bestanden
Communicatie is het proces van het reproduceren van een bericht dat in een puntruimte op een ander punt in de ruimte is gecreëerd. Het is diepgaand bestudeerd door talloze wetenschappers en ingenieurs, maar het is de wiskundige behandeling van communicatie die de grootste invloed heeft gehad.
Voor wiskundigen zijn de details van een bericht niet van belang. Het enige dat telt is dat de boodschap kan worden gezien als een geordende reeks symbolen. Wiskundigen weten al lang dat deze verzameling wordt beheerst door fundamentele wetten die voor het eerst zijn uiteengezet door Claude Shannon in zijn wiskundige theorie van communicatie.
Het werk van Shannon heeft een revolutie teweeggebracht in de manier waarop ingenieurs over communicatie denken, maar het heeft ook verstrekkende gevolgen op andere gebieden. Taal omvat de overdracht van informatie van het ene individu naar het andere en informatietheorie biedt een venster waardoor de aard ervan kan worden bestudeerd en begrepen. Bij informatica worden gegevens van de ene locatie naar de andere verzonden en de informatietheorie biedt de theoretische basis waardoor dit het meest efficiënt kan worden gedaan. En in de biologie kan reproductie worden gezien als de overdracht van genetische informatie van de ene generatie naar de volgende.
Ook muziek kan worden gezien als de overdracht van informatie van de ene locatie naar de andere, maar wetenschappers hebben veel minder succes gehad met het gebruik van informatietheorie om muziek te karakteriseren en de aard ervan te bestuderen.
Vandaag verandert dat dankzij het werk van Gerardo Febres en Klaus Jaffé aan de Simon Bolivar Universiteit in Venezuela. Deze jongens hebben een manier gevonden om informatietheorie te gebruiken om de aard van bepaalde soorten muziek te onderscheiden en om automatisch verschillende muziekgenres te classificeren, een beroemde moeilijke taak in de informatica.
Een van de redenen waarom muziek zo moeilijk te bestuderen is, is dat het zich niet gemakkelijk laat vertalen in een geordende reeks symbolen. Muziek bestaat vaak uit veel instrumenten die tegelijkertijd verschillende noten spelen. Elk van deze kan verschillende kwaliteiten van timbre, luidheid, enzovoort hebben.
Dit alles vastleggen in een reeks symbolen, samen met welke individuele interpretatie de muzikant ook toevoegt, is een lastige zaak. Dat weerhoudt onderzoekers er niet van om het te proberen, zij het met beperkte mate van succes.
Febres en Jaffé pakken dit probleem op een opmerkelijk eenvoudige manier aan met behulp van een gemeenschappelijke standaard voor het digitaliseren van muziek genaamd MIDI. Een MIDI-bestand is een digitale weergave van een muziekstuk dat kan worden gelezen door een grote verscheidenheid aan computers, muziekspelers en elektronische instrumenten.
Elk bestand bevat informatie over de toonhoogte en snelheid, het volume, het vibrato, enzovoort van een muziekstuk. Hierdoor kan muziek die op de ene locatie is gemaakt, nauwkeurig worden weergegeven op een andere locatie.
Maar een MIDI-bestand zelf is gewoon een geordende reeks van nullen en enen en dit gaf Febres en Jaffé een manier om het te analyseren met behulp van standaard informatietheorie. Ze openden inderdaad gewoon elk bestand als een .txt en lazen de resulterende reeks schijnbaar willekeurige symbolen.
Het mooie van informatietheorie is dat de tools die zijn ontwikkeld voor het comprimeren van berichten die naar Mars worden verzonden of voor het analyseren van de componenten van taal, evenzeer kunnen worden toegepast op elke reeks symbolen. En dat hebben Febres en Jaffé gedaan.
Ze begonnen met het comprimeren van elke set symbolen tot het minimum aantal dat nodig is om de originele muziek te genereren. Met deze fundamentele set konden ze vervolgens de entropie of informatie-inhoud meten die bij elk muziekstuk hoort.
Maar ze bestudeerden ook de manier waarop deze entropie in de loop van de tijd varieerde. Ze bestudeerden inderdaad hoe deze entropie van de tweede orde varieerde in 450 stukken van 71 componisten en 15 verschillende periodes of muzieksoorten.
Tot hun verbazing ontdekten ze dat muziek uit hetzelfde genre vergelijkbare waarden deelde voor deze entropie van de tweede orde. Tegelijkertijd laat dit type analyse zien hoe muziekgenres zich in de loop van de tijd hebben ontwikkeld.
Dat is interessant werk dat een fascinerende nieuwe manier biedt om muziek te bestuderen. Er zijn natuurlijk enkele kanttekeningen. Terwijl sommige muziekgenres op deze manier duidelijk herkenbaar zijn, overlappen andere schijnbaar verschillende stijlen elkaar.
Venezolaanse en Indiase ragamuziek bezetten bijvoorbeeld unieke regio's in deze parameterruimte. Verschillende klassieke componisten bezetten ook specifieke regio's en kunnen dus potentieel worden geïdentificeerd door deze methode.
Maar gemiddeld overlappen rockmuziek en klassieke muziek elkaar sterk, waardoor het moeilijk is om ze automatisch te identificeren. Toekomstig werk kan de zaken verbeteren, bijvoorbeeld door de omvang van de database te vergroten.
Toch hebben Febres en Jaffé grote stappen gezet met een techniek die breed toepasbaar zou moeten zijn. Hun volgende taak, als ze dat willen, is om een manier te vinden om hun methode toe te passen, misschien voor systemen voor muziekaanbevelingen, voordat iemand anders in actie komt.
Referentie: arxiv.org/abs/1510.01806 : Muziek bekeken door zijn entropie-inhoud: een nieuw venster voor vergelijkende analyse