CN110264985A - 一种动态声学处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种动态声学处理系统及方法，该系统包括声音处理单元以及上位机程序模块，声音处理单元通过串行接口与上位机程序模块进行信息交互，由上位机程序模块进行声学均衡数据库的建立，声音处理单元包括音量设置模块、主控模块、信号处理单元、扬声器系统，主控模块接收音量设置模块所发送的音量状态信号，主控模块输出音频处理信号至信号处理单元，信号处理单元用于将主控模块输出的音频处理信号进行数模转换、功率放大并经扬声器系统输出。该方法应用于动态声学处理系统。本发明解决了现有电鸣乐器在不同音量和音色下主观听感不一致的问题，使得电鸣乐器在各种音色、音量场合下均能够获得更加优美、自然、清晰的主观听感。

Description

一种动态声学处理系统及方法

【技术领域】

本发明涉及电鸣乐器技术领域，具体的，涉及一种动态声学处理系统以及应用于该系统的动态声学处理方法。

【背景技术】

电鸣乐器(electrophone)以电子方法改变或摹拟传统乐器的发音的乐器，电鸣乐器在较小音量下使用时(例如在安静的家居环境中)，其扬声器发出声音的声压级相对较低，可闻频段的两端响度均有所缺失，通常在主观听感上表现为乐器声欠饱满、不清晰、距离远，细节差。而电鸣乐器的音效如果以“小音量下饱满富含细节”为原始目标进行设计，则会出现中、大音量下的声音轰鸣与刺耳的问题。

相关心理声学研究表明：人类对不同频率声音响度的感知规律随声压级减少而变化，即在可闻频段的两端(较高频段和较低频段)人类对响度感知的下降速率快于在中频段的下降速率。

在普通音响产品行业中，部分产品使用了等响补偿电路来克服上述问题。在电鸣乐器音响系统中，申请人对大量的扬声器系统、放大电路以及真实乐器的声音样本在不同响度下的主观听感作了深入研究，基于这些统计数据设计出一种新型动态声学系统(D.A.S动态声学系统)。

【发明内容】

本发明的主要目的是提供一种可以对电鸣乐器的声音和声学特性进行优化调控的动态声学处理系统。

本发明的另一目的是提供一种可以对电鸣乐器的声音和声学特性进行优化调控的动态声学处理方法。

为了实现上述的主要目的，本发明提供的一种动态声学系统包括声音处理单元以及上位机程序模块，所述声音处理单元通过串行接口与所述上位机程序模块进行信息交互，由所述上位机程序模块进行声学均衡数据库的建立；所述声音处理单元包括音量设置模块、主控模块、信号处理单元、扬声器系统，所述主控模块接收所述音量设置模块所发送的音量状态信号，所述主控模块输出音频处理信号至所述信号处理单元，所述信号处理单元用于将主控模块输出的音频处理信号进行数模转换、功率放大并经所述扬声器系统输出。

进一步的方案是，所述信号处理单元包括数字信号处理单元、功率放大器，所述数字信号处理单元输出数模转换后的模拟音频信号至所述功率放大器，所述功率放大器输出信号放大后的模拟音频信号至所述扬声器系统。

更进一步的方案是，所述音量设置模块可以是乐器上的音量开关、音量旋钮或用户显示界面上设置音量数值的虚拟按键。

更进一步的方案是，所述声学均衡数据库由一系列的音量状态、与一系列音量状态下对应的多组滤波器组参数构成。

由此可见，本发明提供的动态声学处理系统可以根据乐器音色特点和扬声器系统发声的实际响度，通过合理地设计滤波器组的各个参数，利用各类型(如高通、低通、带通、带阻等)滤波器的组合，动态地对乐器声中的各个频段和幅度范围的比例进行增减，解决了现有电鸣乐器在不同音量和音色下主观听感不一致的问题，使得电鸣乐器在各种音色、音量场合下均能够获得更加优美、自然、清晰的主观听感。

所以，通过该系统处理过的电鸣乐器在各种音色、音量场合下均能够获得更加优美、自然、清晰的主观听感，使用户能够得到如同演奏真实乐器般身临其境的体验，沉浸在音乐作品中。

为了实现上述的另一目的，本发明还提供的一种动态声学处理方法，应用于一种动态声学处理系统，该系统包括声音处理单元以及上位机程序模块，所述声音处理单元包括音量设置模块、主控模块、信号处理单元、扬声器系统；该方法包括：在确定所述动态声学处理系统处于工作状态后，判断所述音量设置模块是否接收到音量调整信号，如是，所述音量设置模块向所述主控模块输出音量状态信号，所述主控模块访问声学均衡数据库并获取与乐器当前的音量状态信息相对应的滤波器组参数，所述主控模块发送所述滤波器组参数至所述信号处理单元，由所述信号处理单元实现对乐器声音的均衡化处理，并将处理后的音频信号输送至所述扬声器系统输出外放，其中，由所述上位机程序模块进行声学均衡数据库的建立。

进一步的方案是，所述信号处理单元包括数字信号处理单元、功率放大器，当所述信号处理单元实现对乐器声音的均衡化处理时，由所述数字信号处理单元输出数模转换后的模拟音频信号至所述功率放大器，所述功率放大器输出信号放大后的模拟音频信号至所述扬声器系统。

更进一步的方案是，所述音量设置模块可以是乐器上的音量开关、音量旋钮或用户显示界面上设置音量数值的虚拟按键。

更进一步的方案是，所述声学均衡数据库由一系列的音量状态、与一系列音量状态下对应的多组滤波器组参数构成。

由此可见，本发明提供的动态声学处理方法可以根据乐器音色特点和扬声器系统发声的实际响度，通过合理地设计滤波器组的各个参数，利用各类型(如高通、低通、带通、带阻等)滤波器的组合，动态地对乐器声中的各个频段和幅度范围的比例进行增减，解决了现有电鸣乐器在不同音量和音色下主观听感不一致问题，使得电鸣乐器在各种音色、音量场合下均能够获得更加优美、自然、清晰的主观听感。

所以，通过该方法处理过的电鸣乐器在各种音色、音量场合下均能够获得更加优美、自然、清晰的主观听感，使用户能够得到如同演奏真实乐器般身临其境的体验，沉浸在音乐作品中。

【附图说明】

图1是本发明一种动态声学处理系统实施例的原理图。

图2是本发明一种动态声学处理系统实施例中由上位机程序模块建立的应用在立式电钢琴的声学均衡数据库的示意图。

图3是本发明一种动态声学处理系统实施例中立式电钢琴在部分音量状态下的相对声学特性的曲线图。

图4是本发明一种动态声学处理方法实施例的流程框图。

【具体实施方式】

为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限用于本发明。

一种动态声学处理系统实施例：

参见图1，本发明的一种动态声学系统包括声音处理单元10以及上位机程序模块20，声音处理单元10通过串行接口与上位机程序模块20进行信息交互，由上位机程序模块20进行声学均衡数据库的建立。

其中，声音处理单元10包括音量设置模块11、主控模块12、信号处理单元13、扬声器系统16，主控模块12接收音量设置模块11所发送的音量状态信号，主控模块12输出音频处理信号至信号处理单元13，信号处理单元13用于将主控模块12输出的音频处理信号进行数模转换、功率放大并经扬声器系统16输出。

在本实施例中，信号处理单元13包括数字信号处理单元14、功率放大器15，数字信号处理单元14输出数模转换后的模拟音频信号至功率放大器15，功率放大器15输出信号放大后的模拟音频信号至扬声器系统16。

其中，音量设置模块11可以是乐器上的音量开关、音量旋钮或用户显示界面上设置音量数值的虚拟按键。

其中，声学均衡数据库由一系列的音量状态、与一系列音量状态下对应的多组滤波器组参数构成。

具体地，用户在设置或调整电鸣乐器音量的过程中，音量设置模块11向主控模块12的单片微机发送音量状态信息，该单片微机访问根据心理声学原理、乐器与音响审美、人耳听觉的生理特点以及乐器产品实际情况设计而成的声学均衡数据库，该数据库由一系列音量状态和该状态下对应的一组滤波器参数(滤波器类型、中心频率、品质因数、增益)构成，根据电鸣乐器当前所处的音量状态，发送相对应的滤波器组参数给数字信号处理单元14，由数字信号处理单元14实现对乐器声音的均衡优化处理，处理后的信号经功率放大器15放大，输送至扬声器系统16发声，即可实现动态地对电鸣乐器的声音和声学特性进行优化调控的目的。因此，该系统的应用，使得电鸣乐器在不同的音量和音色下均发出优美、自然、清晰的声音。

在实际应用中，本实施例以配备了本发明动态声学处理系统的立式电钢琴为例，如美得理DP280立式电钢琴，如图2所示，图2是适合与上述立式电钢琴乐器音色特点和扬声器系统特性的均衡数据库，图2中有128级音量状态，当然，在实际应用时音量状态的级数根据具体产品的情况可多可少。当用户在调整乐器音量设置时，单片微机以与当前音量设置相匹配的滤波器组参数来设置数字信号处理单元的处理方法，使得用户在各种音量大小理均能够获得饱满、清晰、真实而富有细节的乐器声，提升了演奏体验和乐器的实用价值。如图3所示，图3是本发明一种动态声学处理系统实施例中立式电钢琴在部分音量状态下的相对声学特性的曲线图。

由此可见，本发明提供的动态声学处理系统可以根据乐器音色特点和扬声器系统发声的实际响度，通过合理地设计滤波器组的各个参数，利用各类型(如高通、低通、带通、带阻等)滤波器的组合，动态地对乐器声中的各个频段和幅度范围的比例进行增减，解决了现有电鸣乐器在不同音量和音色下主观听感不一致的问题，使得电鸣乐器在各种音色、音量场合下均能够获得更加优美、自然、清晰的主观听感。

所以，通过该系统处理过的电鸣乐器在各种音色、音量场合下均能够获得更加优美、自然、清晰的主观听感，使用户能够得到如同演奏真实乐器般身临其境的体验，沉浸在音乐作品中。

一种动态声学处理方法实施例：

参见图4，本发明的动态声学处理方法在对电鸣乐器的声音进行处理时首先，确定动态声学处理系统是否处于工作状态，在确定动态声学处理系统处于工作状态后，执行步骤S1，判断音量设置模块11是否接收到音量调整信号，如是，则执行步骤S2，音量设置模块11向主控模块12输出音量状态信号，

执行步骤S3，主控模块12访问声学均衡数据库并获取与乐器当前的音量状态信息相对应的滤波器组参数。

执行步骤S4，主控模块12发送滤波器组参数至信号处理单元13。

执行步骤S5，由信号处理单元13实现对乐器声音的均衡化处理，并将处理后的音频信号输送至扬声器系统16输出外放，其中，由上位机程序模块20进行声学均衡数据库的建立。

进一步的，信号处理单元13包括数字信号处理单元14、功率放大器15，当信号处理单元13实现对乐器声音的均衡化处理时，由数字信号处理单元14输出数模转换后的模拟音频信号至功率放大器15，功率放大器15输出信号放大后的模拟音频信号至扬声器系统16。

进一步的，音量设置模块11可以是乐器上的音量开关、音量旋钮或用户显示界面上设置音量数值的虚拟按键。

进一步的，声学均衡数据库由一系列的音量状态、与一系列音量状态下对应的多组滤波器组参数构成。

由此可见，本发明提供的动态声学处理方法可以根据乐器音色特点和扬声器系统发声的实际响度，通过合理地设计滤波器组的各个参数，利用各类型(如高通、低通、带通、带阻等)滤波器的组合，动态地对乐器声中的各个频段和幅度范围的比例进行增减，解决了现有电鸣乐器在不同音量和音色下主观听感不一致问题，使得电鸣乐器在各种音色、音量场合下均能够获得更加优美、自然、清晰的主观听感。

所以，通过该方法处理过的电鸣乐器在各种音色、音量场合下均能够获得更加优美、自然、清晰的主观听感，使用户能够得到如同演奏真实乐器般身临其境的体验，沉浸在音乐作品中。

需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种动态声学处理系统，其特征在于，包括：

声音处理单元以及上位机程序模块，所述声音处理单元通过串行接口与所述上位机程序模块进行信息交互，由所述上位机程序模块进行声学均衡数据库的建立；

所述声音处理单元包括音量设置模块、主控模块、信号处理单元、扬声器系统，所述主控模块接收所述音量设置模块所发送的音量状态信号，所述主控模块输出音频处理信号至所述信号处理单元，所述信号处理单元用于将主控模块输出的音频处理信号进行数模转换、功率放大并经所述扬声器系统输出。

2.根据权利要求1所述的动态声学处理系统，其特征在于：

所述信号处理单元包括数字信号处理单元、功率放大器，所述数字信号处理单元输出数模转换后的模拟音频信号至所述功率放大器，所述功率放大器输出信号放大后的模拟音频信号至所述扬声器系统。

3.根据权利要求1所述的动态声学处理系统，其特征在于：

所述音量设置模块可以是乐器上的音量开关、音量旋钮或用户显示界面上设置音量数值的虚拟按键。

4.根据权利要求1至3任一项所述的动态声学处理系统，其特征在于：

所述声学均衡数据库由一系列的音量状态、与一系列音量状态下对应的多组滤波器组参数构成。

5.一种动态声学处理方法，应用于如权利要求1至4任一项所述的一种动态声学处理系统，该系统包括声音处理单元以及上位机程序模块，所述声音处理单元包括音量设置模块、主控模块、信号处理单元、扬声器系统；

其特征在于，该方法包括：

在确定所述动态声学处理系统处于工作状态后，判断所述音量设置模块是否接收到音量调整信号，如是，所述音量设置模块向所述主控模块输出音量状态信号，所述主控模块访问声学均衡数据库并获取与乐器当前的音量状态信息相对应的滤波器组参数，所述主控模块发送所述滤波器组参数至所述信号处理单元后，由所述信号处理单元实现对乐器声音的均衡化处理，并将处理后的音频信号输送至所述扬声器系统输出外放，其中，由所述上位机程序模块进行声学均衡数据库的建立。

6.根据权利要求5所述的动态声学处理方法，其特征在于：

所述信号处理单元包括数字信号处理单元、功率放大器，当所述信号处理单元实现对乐器声音的均衡化处理时，由所述数字信号处理单元输出数模转换后的模拟音频信号至所述功率放大器，所述功率放大器输出信号放大后的模拟音频信号至所述扬声器系统。

7.根据权利要求5所述的动态声学处理方法，其特征在于：

所述音量设置模块可以是乐器上的音量开关、音量旋钮或用户显示界面上设置音量数值的虚拟按键。

8.根据权利要求5至7任一项所述的动态声学处理方法，其特征在于：

所述声学均衡数据库由一系列的音量状态、与一系列音量状态下对应的多组滤波器组参数构成。