[发明专利]用于产生代表具有键盘和弦的乐器的声音的信号的设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于通过数字装置产生信号的设备，所述信号代表具 有模拟某种乐器的响度的声音，所述乐器具有键盘并具有连接到所述乐器 的共鸣板的弦，这些声音每一个都对应于所述乐器的音符。

背景技术

根据预先录制的钢琴声音用数字装置实时产生钢琴声音的方法是已知 的。在这种方法中，所产生的声音的音色取决于产生所录制的声音的钢琴 的响度，所述钢琴被称为来源钢琴。因而，已知一些方法，根据所述方法 在处理过程中修改预先录制的声音，以调整在过程最后得到的钢琴声音的 音色。通过应用信号处理技术进行这些修改。然而，虽然有这些修改，用 这种方法产生的钢琴声音的音色依然和来源钢琴的响度特性紧密关联。此 外，实现这些方法需要极大的存储器空间来大量存储预先录制的钢琴声音， 以产生高质量的钢琴声音。

此外，利用波导的所谓合成方法是已知的(如，公开出版物″Modeling piano sound using waveguide digital filtering techniques″Guy E.Garnett，1987 ICMC Proceedings″和″Physically informed signal processing methods for piano sound synthesis：a research overview″EURASIP Journal on Applied Signal Processing 2003：10，941-952 XP-002419785)，根据该方法，乐器(如钢琴弦) 的共鸣箱用如下的延迟环来代表，该延迟环包括用于对信号进行线性处理 的单元(具体为滤波器)，其转移函数被确定作为共鸣箱的特性(共鸣和衰减) 的函数。为了合成每个音符，利用激励在延迟环中引入波形。

在这些方法中，通过为待模拟的每个乐器结构反复实验来手动调整每 个滤波器(该过程漫长复杂，提供的结果不十分可靠，而且不能快速容易地 改变结构)、或者根据从传统结构的声学钢琴获得的录制信号(这种情况下模 拟非常不完美，这是因为实际的钢琴不是由波导网络组成的)来获得激励波 形和延迟环滤波器的设计参数。因而，利用波导的这些方法的应用领域严 格受限于对一个乐器响度的不完美且不十分真实的模仿，其中该乐器对应 于滤波器的手动调整，或者从该乐器获得录制信号的录音。

此外，如果确实可以考虑到乐器的完整物理模型(例如，利用使用有限 元法或者其等价方法的网格和数字分析)，很清楚的是，这种对于待产生的 每个声音都要求进行大量计算的方法和使用当前可用的数据处理设备进行 的实时模拟是完全矛盾的。

文献BENSA J.：“Analyse et synthèse de sons de piano par modèles physiques et de signaux”，doctoral thesis，Universitéde la Mediterranée，23 May 2003，XP 007903720描述了一种基于耦合数字波导的钢琴声音合成方法，为 了对弦之间的能量传输进行建模，模型的源用利用减法合成的信号模型进 行模拟，使得可以获得数字钢琴，其的一些音色特征可以被修改。该文献 提出，为了模拟乐器的特性，使用含有称为“物理”模型的混合模块，为 了模拟乐器产生的感觉效果，使用信号模型。用数字波导对共鸣箱进行建 模，而其源用与根据减法合成的音锤/弦的交互相对应的非线性信号模型进 行建模。该文献中，混合模型中仅考虑了钢琴弦和音锤速度的最相关的物 理特性。尤其是，没有对共鸣板进行建模。因而，该文献指出，可以利用 一组线性滤波器来考虑共鸣板，根据真实钢琴上的测量来为每个音符确定 这些滤波器，每个滤波器和激励信号进行卷积运算以产生总体激励表。利 用该模型，第一阶段用户进行各种参数很困难，而且，在任何情况下，都 没有考虑共鸣板的真实物理参数，因而如该文献指出的，可能会获得非常 奇特的结果。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提出一种用于对具有键盘并具有连接到共 鸣板的弦的乐器(如钢琴)的声音进行实时数字模拟的设备，利用该设备，用 户(即乐器演奏家)可以便捷快速地选择和修改所产生的声音的响度。具体而 言，本发明的目的在于使用户可根据直觉标准定义任何乐器响度，对于所 定义的每个响度，该设备产生声音，该声音的音色具有该响度的鲜明特征。