[发明专利]基于麦克风阵列的时频联合特征乐器音质评价系统及方法

说明书

本发明提出基于麦克风阵列的时频联合特征乐器音质评价系统及方法。该系统包括麦克风阵列模块、硬件预处理模块和时频联合评价模块；通过麦克风阵列采集乐器传播到不同位置处的立体声场声波信号，随后提取不同麦克风采集信号之间的关系作为声波信号时域特征值，以及各个麦克风采集信号的频域特征值，各自训练神经网络模型，然后通过生成的模型来自动对需要评价的乐器进行音质上的评价，获得评价结果。本系统采用对同一曲目不同麦克风所采集的声波信号作互相关来提取阵列相关时域特征，反应了声场的特性，另外采用时频联合特征来判断音质，可以提高评价的准确率。神经网络的自动评价节省了主观人力资源。

技术领域

本发明属于音乐学和信息科学的交叉技术领域，特别涉及基于麦克风阵列的时频联合特征乐器音质评价系统及方法。

背景技术

随着物质生活水平的不断提升，人们对精神生活的需求日益增加，其中，音乐艺术在人们的精神生活中所占的比重也越来越大，而乐器演奏则是作为音乐产生的重要一环。乐器的价位区间从低档到高档往往千差万别。如何去客观地评价同一价位乐器的音质，这是当前面临的问题。

乐器演奏出的音质的好坏，是用于评价乐器价位水平高低的最重要依据之一。影响乐器音质的主要因素包括有乐器本身的品质、乐器结构上的差异以及演奏者对同一种乐器的把控能力。当前乐器的音质评价方面完全依赖于人工的主观判断，一般乐器行有专业人员，对同一个价位的乐器，通过多人演奏反复做对比，得出判断的结果。主观判断往往能对特定乐器的不足提出很中肯的意见，但是，这样的缺点也是显而易见，评审人的审美疲劳，参考标准的变化，以及现场的环境变化都能影响到评审人的评判。此外，专业人员的缺失导致人力的高昂成本也是不可小视的问题。

乐器弹奏时，不同位置的观众一般会有不一样的听觉感官，这是因为声波按声源的辐射特性向各个方向不受阻碍和干扰地传播，也就有了声场的概念。目前，对于声场分布的探索，主流的方法都是倾向于麦克风阵列的研究，阵列一般用3到5个单声道麦克风组成，这种麦克风对于基本的声场定源等是足够的，但对于乐器演奏时的分布状态，显然，更多的麦克风，更合适的排布组成的阵列才更能提取出声场的时域特性。

音质评价主要应用在音响的生产领域上。主流的评判方法一般是通过提取音频的频率畸变，频率响应，输出波形的包络作为特征值，判断标准对应频率响应曲线是否平直，波形包络和乐器的音频特征接近程度等多方面。目前时域上的研究主要是基于单声道和双声道的采集数据，而没有进一步的考虑麦克风阵列采集到的信号之间的时域特征提取。另外，频域也反应了信号在不同频率分量成分的大小，同一种乐器不同品质在不同频率段上的能量各不相同。所以，若将这两者相结合能更显著的描述声场的特征。

神经网络天生具备拟合任何复杂数据的特点，因此神经网络的拟合能力很强，同时，由于神经网络的参数众多，可以通过调节参数得到比传统方法更好的结果。因此通过神经网络来拟合提取的时频特征生成评价模型是一个不错的选择。

相比现有的以主观评价为主的评价方法，本方法无需对特定乐器本身的音频特征做过多研究，通过结合神经网络，使计算机能够运用提取的时频特性自动耦合出结果，鲁棒性强，实现简单。

发明内容

针对现实生活中遇到的对乐器音质评价标准不一，以及同一价位的乐器不知如何选择的情况，本发明提出一种基于麦克风阵列的时频联合特征乐器音质评价系统，该系统通过麦克风阵列采集乐器声波信号，随后通过提取信号相应的时域、频域特征值的方法传入神经网络，获得评价模型，然后通过生成的模型来自动对需要评价的乐器进行音质上的评价，获得评价结果。

基于麦克风阵列的时频联合特征乐器音质评价系统，其包括麦克风阵列模块、硬件预处理模块和时频联合评价模块；麦克风阵列模块用于乐器演奏时的声波信号采集，硬件预处理模块用于把采集的电信号转数字信号以及前置放大滤波，时频联合评价模块主要生成神经网络模型，并通过模型判断乐器的音质；时频联合评价模块包括信号重组降噪单元、声场时域特征值提取单元、频域特征值提取单元以及神经网络评价单元。