CN110534081B - 一种将吉他声音转换成其他乐器声音的实时演奏方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种将吉他声音转换成其他乐器声音的实时演奏方法及系统，包括以下步骤：吉他进行单音演奏，获取模拟的第一声音信号；对所述模拟的第一声音信号进行模数转换生成数字的第二声音信号；解析数字的第二声音信号，获取吉他演奏音符的起音、尾音、力度和频率，并进行编码，形成包含起音、尾音、力度、音高这几个参数的协议指令；预先存储各种其他乐器类型的音源采样；根据用户选择的乐器类型，调取与协议指令中参数特征匹配的乐器音源采样信号；对乐器音源采样信号进行数模转换生成模拟的第三声音信号；播放模拟的第三声音信号。采用本发明的技术方案，可以通过吉他演奏无数种乐器并进行歌曲创作，不仅能方便音色的切换，也能丰富演奏。

Description

一种将吉他声音转换成其他乐器声音的实时演奏方法及系统
技术领域
本发明涉及一种乐器领域，具体地说，是一种将吉他声音转换成其他乐器声音的实时演奏方法及系统。
背景技术
电吉他是现代科学技术的产物，从外型到音响都与传统的吉他有着明显的差别，因音乐表现力的不同，被制作成各类不同的型号与样式。周边设备庞大，如效果器、放大器等。经过周边设备可以使吉他出现各种不同种类的音色，可塑性强，因此在现场演出中广泛应用，在现代音乐中有很重要的位置。
然而，想要高质量的演奏电吉他，除了要求吉他手有高超的演奏技巧、良好的乐感、以及炫酷的舞台表现力之外，对演奏曲目的丰富编曲也是一个关键因素。在现场演出中，经常需要用到各种乐器音色、音效等等，但是，作为一名吉他手，其除了擅长演奏吉他之外，想要让其弹奏其他乐器，比如小提琴，无疑是困难的。如何能通过吉他来演奏各种乐器、音效、采样等，以扩展更多音色，进行混音编曲，增强演出时的表现力，是当前吉他手们面临的一个问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种将吉他声音转换成其他乐器声音的实时演奏方法及系统，其通过处理器解析吉他振动信号的起音、尾音、力度、音高这四个参数，形成一协议指令发送至音源库中，音源库识别这四个参数指令，调取相匹配的其他乐器类型音源，从而使得吉他手切换音色和混音编曲都变得简单化、便捷化。
本发明采用的技术方案为：一种将吉他声音转换成其他乐器声音的实时演奏方法，包括以下步骤：
吉他进行单音演奏，获取模拟的第一声音信号；
对所述模拟的第一声音信号进行模数转换生成数字的第二声音信号；
解析数字的第二声音信号，获取吉他演奏音符的起音、尾音、力度和频率，并进行编码，形成包含起音、尾音、力度、音高这几个参数的协议指令；
预先存储各种其他乐器类型的音源采样；
根据用户选择的乐器类型，调取与协议指令中起音、尾音、力度、音高这几个参数特征匹配的乐器音源采样信号；
对乐器音源采样信号进行数模转换生成模拟的第三声音信号；
播放模拟的第三声音信号。
进一步地，所述预先存储的其他乐器类型音源采样的音名应与吉他演奏的单音音名相对应，每一个音名对应一组音源，且每一组音源是根据力度大小进行分层采样的，且各个音源的时长统一，均为标准音高下的音源，根据内存大小，用户自行定义分层的层数。
进一步地，待调音源采样的音高与吉他演奏音符的音高接近，音名相对应，调取时通过调整音源的输出速度匹配吉他演奏音符的音高；调取时待调音源的力度是比吉他演奏音符的力度大的最接近的那一层音源的力度，播放的音源的力度为吉他演奏音符的力度与待调音源进行线性变换所得。
进一步地，当根据音高与力度找到待调的音源后，根据吉他演奏的起音位置，开始播放待调音源，并根据用户选择的乐器类型的特性以及吉他演奏的尾音位置，匹配播放时音源的时长：当吉他演奏音符的时间比待调的音源采样的时间长时，根据乐器的特性，重复播放中间持续阶段音源直至吉他演奏音符到达尾音位置处开始播放音源的尾音部分，从而使时长匹配；或者直接播放完待调音源采样的时长即停止播放；当吉他演奏音符的时间比待调的音源采样的时间短时，根据吉他演奏的起音位置，开始播放待调音源，当吉他演奏音符到达尾音位置时，即开始播放音源的尾音部分。
进一步地，获取起音位置、力度、尾音位置的方法为：求取吉他演奏音符的包络值以获取实时振幅值；以包络上升沿的上升速度大于一定阈值w1时，认为当前是音头，即起音位置，以本次上升沿的幅值作为力度；当求取了吉他演奏音符的实时振幅值后，通过包络线可看出，音符的振幅是随时间推移进行衰减的，那么，令振幅值衰减至阈值w2时，为尾音位置。
进一步地，获取吉他演奏音符的频率的计算方法为：通过极值检测方法获取频率，所述极值检测方法具体为先进行低通滤波，然后记录相邻两个周期极大值X1、X2，极小值x1、x2，当极大值间点数△max与极小值间点数△min差的绝对值小于一阈值，即∣△max-△min∣＜δ，δ自行定义，确定一个周期T＝(△max+△min)/2，则频率f＝1/T，检测时间可只需要振动信号的3/2周期，以满足演奏实时性的要求。
本发明还提供一种技术方案：一种将吉他声音转换成其他乐器声音的系统，包括：
吉他信号采集单元，用于吉他进行单音演奏，获取模拟的第一声音信号；
模数转换单元，用于将模拟的第一声音信号进行模数转换生成数字的第二声音信号；
处理单元，解析数字的第二声音信号，获取吉他演奏音符的起音、尾音、力度和频率，并进行编码，形成包含起音、尾音、力度、音高这几个参数的协议指令，并将指令发送给音源调取单元；
音源库，用于预先储存各种其他类型乐器的音源采样；
音源调取单元，用于接收处理单元发送的调取参数指令，根据用户选择的乐器类型，调取相匹配的乐器音源采样信号；
数模转换单元，对乐器音源采样信号进行数模转换生成模拟的第三声音信号；
声音播放单元，用于播放模拟的第三声音信号。
进一步地，所述处理单元中包括起音和尾音检测单元、力度检测单元、频率检测单元；
所述起音和尾音检测单元，用于检测吉他演奏的起音位置和尾音位置；
所述力度检测单元，用于检测吉他演奏音符的力度；
所述频率检测单元，用于检测吉他演奏音符的频率。
进一步地，所述起音和尾音检测单元确定起音位置和尾音位置的方法为：求取吉他演奏音符的包络值以获取实时振幅值；以包络上升沿的上升速度大于一定阈值w1时，认为当前是音头，即起音位置；当求取了吉他演奏音符的实时振幅值后，通过包络线可看出，音符的振幅是随时间推移进行衰减的，那么，令振幅值衰减至阈值w2时，为尾音位置。
进一步地，所述力度检测单元通过获取音头位置处的振幅值作为力度。
进一步地，所述频率检测单元通过极值检测方法获取频率，所述极值检测方法具体为先进行低通滤波，然后记录相邻两个周期极大值X1、X2，极小值x1、x2，当极大值间点数△max与极小值间点数△min差的绝对值小于一阈值，即∣△max-△min∣＜δ，δ自行定义，确定一个周期T＝(△max+△min)/2，则频率f＝1/T，检测时间可只需要振动信号的3/2周期，以满足演奏实时性的要求。
进一步地，所述音源库中预先存储的其他乐器类型音源采样的音名应与吉他演奏的单音音名相对应，每一个音名对应一组音源，且每一组音源是根据振幅大小进行分层采样的，且各个音源的时长统一，均为标准音高下的音源，根据内存大小，用户自行定义分层的层数。
采用分层采样的原理是因演奏力度的不同除了产生音量的变化，还会产生音色的变化，单一的音源无法体现出不同力度下的音色变化规律，因此，为了更贴近音色的实际变化规律，将音源进行分层采样。
进一步地，所述音源调取单元调取音源播放的具体原理如下：
(1)待调音源的音高与吉他演奏音符的音高接近，二者的音名要相对应，调取时通过调整音源的输出速度匹配吉他演奏音符的音高；
(2)待调音源的力度是比吉他演奏音符的力度大的最接近的那一层音源的力度，播放的音源的力度为吉他演奏音符的力度与待调音源的线性变换所得；
(3)当根据音高与力度找到待调的音源后，根据吉他演奏的起音位置，开始播放待调音源，并根据用户选择的乐器类型的特性以及吉他演奏的尾音位置，匹配播放时音源的时长：当吉他演奏音符的时间比音源库中待调的音源采样的时间长时，根据乐器的特性，重复播放中间持续阶段音源直至吉他演奏音符到达尾音位置处，开始播放音源的尾音部分，从而使时长匹配；或者直接播放完待调音源采样的时长即停止播放；当吉他演奏音符的时间比音源库中待调的音源采样的时间短时，根据吉他演奏的起音位置，开始播放待调音源，当吉他演奏音符到达尾音位置时，即开始播放音源的尾音部分。
本发明在将吉他声音转换成其他乐器声音时，首先由吉他弹奏的音符中获得模拟电信号，该模拟电信号随后被发送到模数转换单元，该模数转换单元将具有连续级数的模拟电信号(特别是电压)转换为具有一系列离散值的数字信号。在模数转换之后，处理单元解析演奏的振动信号，获取其起音、尾音、力度和频率，并进行编码，形成包含起音、尾音、力度、音高这几个参数的协议指令，并将该协议指令发送至音源调取单元中。在音源库中预先存储各种其他乐器的音源采样，根据用户自行选择的乐器类型，音源调取单元读取协议指令中的几个参数，调取音源库中与该几个参数特征匹配的音源信号，该音源信号发送至数模转换单元，数模转换单元将该音源信号转换成模拟电信号，以发送至扬声器中进行播放。
有益效果
采用本发明的技术方案，其有益效果为：通过本发明的方法和系统，可以通过吉他演奏无数种乐器并进行歌曲创作，也即是说间接拥有成千上万的乐器音色，且设置简便，操作起来也较容易上手，对吉他手而言是非常有用的，不仅能方便音色的切换，也能丰富演奏，可以让音乐的世界变得天马行空，也让混音编曲变得唾手可得，可谓一举多得。
附图说明
图1是本发明的一种将吉他声音转换成其他乐器声音的方法实施例的流程图。
图2是本发明实施例的包络曲线图。
图3是本发明实施例的周期变化曲线。
图4是本发明实施例的播放音源输出力度随吉他演奏音符输入力度变化规律图。
图5是本发明实施例的时长匹配图一。
图6是本发明实施例的一种将吉他声音转换成其他乐器声音的系统实施例的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
如图1所示，为本发明吉他转换成其他乐器声音的方法流程图，包括：
步骤101，吉他单音信号采集：吉他进行单音演奏，获取模拟的第一声音信号。
步骤102，模数转换：对所述模拟的第一声音信号进行模数转换生成数字的第二声音信号。
这里所述的吉他是指带有拾音器的电吉他，电吉他是一种拨弦乐器，其发声原理与传统吉他不同，不是以箱体的振动发声，而是运用了电磁学原理，它的琴身是实体的木头，而非空的音箱。在琴身上装有拾音器，拾音器由导体线圈、被线圈围绕的多个磁体以及固定这些零件的框架组成。通过线圈围绕磁体可以使拾音器形成稳定磁场，磁场使金属琴弦磁化，从而用于采集琴弦的振动并转化为模拟信号(电信号)以便输出。
电吉他的结构包括：木制结构件(琴身、琴颈、琴头)，金属件(调音旋钮、琴桥、琴颈调整钢条、摇把、琴枕等)，电器元件(拾音器，旋钮，换挡开关，6.35mm接口，电路以及其中的电子元件等)，琴弦，以及其他一些辅助元件。
电吉他一般有6根弦，琴头朝上，面对吉他指板，从右往左(从细到粗)数分别是1、2、3、4、5、6弦，最高音弦是1弦，最低音弦是6弦。琴头朝上，面对吉他指板，从上往下数，每一格就是一品，一般电吉他从琴枕到琴身为止有22品。
而且吉他是一种比较完善的和弦乐器，和弦是指同时发出几个音，而且这几个音是按照它们之间一定的章程规律组织起来的。而单音音符是指一次只弹响一根琴弦时发出的音。以六弦、二十四品格的电吉他为例，其常用的单音有49个，分别以该49个单音作为触发信号，发送至处理器中，对应这49个单音形成对应的4个八度，音名分别为：E2、F2、F2#、G2、G2#、A2、A2#、B2、C2、C2#、D2、D2#、E3、F3、F3#、G3、G3#、A3、A3#、B3、C3、C3#、D3、D3#、E4、F4、F4#、G4、G4#、A4、A4#、B4、C4、C4#、D4、D4#、E5、F5、F5#、G5、G5#、A5、A5#、B5、C5、C5#、D5、D5#，E6。如下表1，为十二平均律音高与频率对照表。
Figure BDA0002191844840000091
步骤103，解析振动信号的参数：解析数字的第二声音信号，获取吉他演奏音符的起音、尾音、力度和频率，并进行编码，形成包含起音、尾音、力度、音高这几个参数的协议指令。
音的性质有四种：音高，音值，音量和音色。音高是由发音体在每秒内振动的次数的多少(即频率)来决定的。振动的次数多，音就高；振动的次数少，音就低。音值是由发声体振动时延续时间的长短来决定的。延续时间长，音就长；延续时间短，音就低。音量是由发声体振动时振幅大小来决定的。振幅大，音就强；振幅小，音就弱。音色是由发声体振动时泛音的多少及出现的次序等多种因素所决定的。本发明的转换方法和系统涉及到音色的转换，因此选用决定声音性质的音高、音量、时长这三个参数来定义声音的特性，而时长由计算起音位置和尾音位置可得，音量又可分为起弹时的力度和实时振幅，因预先存储的音源包含了实时振幅特性，所以只要用吉他起音的力度来匹配音源的力度，实时的振幅采用音源自身的振幅特性即可。因此，选用起音、尾音、力度、音高这几个参数来表征声音的性质，同时将音源库中的音源进行分层采样，从而在播放时以体现音色随力度不同的变化规律。
其中，获取吉他演奏音符的起音、尾音、力度的计算方法为：
如图2所示，求取吉他演奏音符的包络值以获取实时振幅值；
包络的概念：将一段时间长度的高频信号的峰值点连线，就可以得到上方(正的)一条线和下方(负的)一条线，这两条线就叫包络线。包络线就是反映高频信号幅度变化的曲线。因此，通过求取包络值获取音符的实时振幅值。
具体方法为：当将模拟电信号通过模数转换单元转换成一系列离散的数字信号之后，对这些数字信号进行分段处理，以每n个点为一段，求取这些段信号绝对值的极大值，以这些极大值为包络，作为吉他演奏音符的实时振幅值，其中n的取值根据实际情况选取，以包络上升沿的上升速度大于一定阈值w1时，认为当前是音头，将起音位置定义在音头位置处，因检测有延迟，但我们认为该延迟可忽略不计，以本次上升沿的幅值作为力度。当求取了吉他演奏音符的实时振幅值后，通过包络线可看出，音符的振幅是随时间推移进行衰减的，那么，令振幅值衰减至阈值w2时，为尾音位置。
其中，获取吉他演奏音符的频率的计算方法为：
如图3所示，通过极值检测方法获取频率。所述极值检测方法具体为：先进行低通滤波，然后记录相邻两个周期极大值X1、X2，极小值x1、x2，当极大值间点数△max与极小值间点数△min差的绝对值小于一阈值，即∣△max-△min∣＜δ，δ自行定义，确定一个周期T＝(△max+△min)/2，则频率f＝1/T，通过频率即可查找出对应的音名，其中，检测时间可只需要振动信号的3/2周期，以满足演奏实时性的要求。
步骤104，预先存储各种其他乐器类型的音源采样。
其中，预先存储的其他乐器类型音源的音名应与吉他演奏的单音音名相对应，即对应于吉他的音域E2到E6，每一个音名对应一组音源，且每一组音源是根据力度大小进行分层采样的，且各个音源的时长统一，均为标准音高下的音源，以分三层为例，那么每个乐器类型下的音源应为147个，当然根据内存大小，用户自行定义分层的层数。
采用分层采样的原理是因演奏力度的不同除了产生音量的变化，还会产生音色的变化，单一的音源无法体现出不同力度下的音色变化规律，因此，为了更贴近音色的实际变化规律，将音源进行分层采样，以分三层为例，如图4所示为播放音源输出力度随吉他演奏音符输入力度变化规律图，输出力度随输入力度线性变化，其中，在本实施例，根据力度大小分别采集低、中、高三个范围内的三个音源，包括低音范围内的力度为0.3的音源，振幅函数：f1(x)，中音范围内的力度为0.7的音源，振幅函数：f2(x)，高音范围内的力度为1的音源，振幅函数：f3(x)。
步骤105，调取音源信号：根据用户选择的乐器类型，调取与协议指令中起音、尾音、力度、音高这几个参数特征匹配的乐器音源采样信号。
步骤106，数模转换：对乐器音源采样信号进行数模转换生成模拟的第三声音信号。
步骤107，播放音源：播放模拟的第三声音信号。
其中，调取音源播放的具体原理如下，以小提琴为例进行说明：
(1)待调音源的音高与吉他演奏音符的音高接近，二者的音名要相对应，调取时通过调整音源的输出速度匹配吉他演奏音符的音高，例如，吉他演奏音符的频率为222HZ，对应的音名是A3，根据音名对应原理，那么在调取小提琴音源时，应选取音名为A3的标准音高音源，即因选定频率为220HZ的小提琴音源，而由于音高是由频率决定的，因此，在为进一步匹配吉他音符的音高，将待调的小提琴音源的输出速度加快一点,以222/200的速度输出即可，反之，减慢输出速度即可。
(2)待调音源的力度是比吉他演奏音符的力度大的最接近的那一层音源的力度，播放的音源的力度为吉他演奏音符的力度与待调音源的线性变换所得。
例如，当吉他演奏音符的力度为0.8，比力度0.8大的最接近的音源为高音范围内的力度为1的音源，振幅函数：f3(x)，那么在调取时，选取力度为1的音源，而为进一步匹配吉他音符的力度，将吉他演奏音符的力度与力度为1的音源进行线性变换，即播放的音源力度函数为0.8*f3(x)；当吉他演奏音符的力度为0.5，比力度0.5大的最接近的音源为中音范围内的力度为0.7的音源，振幅函数：f2(x)，那么在调取时，选取力度为0.7的音源，而为进一步匹配吉他音符的力度，将吉他演奏音符的力度与力度为0.7的音源进行线性变换，即播放的音源力度函数为0.5*f2(x)/0.7；当吉他演奏音符的力度为0.2，比力度0.2大的最接近的音源为低音范围内的力度为0.3的音源，振幅函数：f1(x)，那么在调取时，选取力度为0.3的音源，而为进一步匹配吉他音符的力度，将吉他演奏音符的力度与力度为0.3的音源进行线性变换，即播放的音源力度函数为0.2*f1(x)/0.3。
(3)当根据音高与力度找到待调的音源后，根据吉他演奏的起音位置，开始播放待调音源，并根据用户选择的乐器类型的特性以及吉他演奏的尾音位置，匹配播放时音源的时长：当吉他演奏音符的时间比待调的音源采样的时间长时，根据乐器的特性，重复播放中间持续阶段音源直至吉他演奏音符到达尾音位置处，开始播放音源的尾音部分，从而使时长匹配；或者直接播放完待调音源采样的时长即停止播放；当吉他演奏音符的时间比待调的音源采样的时间短时，根据吉他演奏的起音位置，开始播放待调音源，当吉他演奏音符到达尾音位置时，即开始播放音源的尾音部分。
例如，当吉他演奏音符的时长大于待调音源的时长时，如图5所示，即当待调音源已播放至其尾音位置B点时，但是吉他演奏音符还没有到达尾音位置，此时，根据乐器的特性进行时长匹配，如像小提琴这种适合尾音延长的乐器，可以选择重复播放中间持续阶段(即AB段)音源直至吉他演奏音符到达尾音位置，此时开始播放小提琴尾音部分，以与吉他演奏时长匹配。但是像鼓这种不适合尾音延长的乐器，当吉他演奏音符的时长大于鼓音源的时长时，选择直接播放完鼓音源采样的时长即停止播放。
当吉他演奏音符时长小于待调音源的时长时，即当吉他演奏音符已经到达其尾音位置，但是待调音源还未播放至尾音位置B点处，假设播至D点处，此时，不再播放DB段音源，而是直接开始播放音源的尾音部分以与吉他演奏时长匹配。
一种将吉他声音转换成其他乐器声音的系统，如图6所示，包括：
吉他信号采集单元，用于吉他进行单音演奏，获取模拟的第一声音信号；
模数转换单元，用于将模拟的第一声音信号进行模数转换生成数字的第二声音信号；
处理单元，解析数字的第二声音信号，获取吉他演奏音符的起音、尾音、力度和频率，并进行编码，形成包含起音、尾音、力度、音高这几个参数的协议指令，并将指令发送给音源调取单元；
音源库，用于预先储存各种其他类型乐器的音源采样；
音源调取单元，用于接收处理单元发送的调取参数指令，根据用户选择的乐器类型，调取相匹配的乐器音源采样信号；
数模转换单元，对乐器音源采样信号进行数模转换生成模拟的第三声音信号；
声音播放单元，用于播放模拟的第三声音信号。
其中，所述处理单元中包括起音和尾音检测单元、力度检测单元、频率检测单元；
所述起音和尾音检测单元，用于检测吉他演奏的起音位置和尾音位置；
所述力度检测单元，用于检测吉他演奏音符的力度；
所述频率检测单元，用于检测吉他演奏音符的频率。
所述起音和尾音检测单元确定起音位置和尾音位置的方法为：
求取吉他演奏音符的包络值以获取实时振幅值；包络是指将一段时间长度的高频信号的峰值点连线，就可以得到上方(正的)一条线和下方(负的)一条线，这两条线就叫包络线。包络线就是反映高频信号幅度变化的曲线。因此，通过求取包络值获取音符的实时振幅值。
具体方法为：当将模拟电信号通过模数转换单元转换成一系列离散的数字信号之后，对这些数字信号进行分段处理，以每n个点为一段，求取这些段信号绝对值的极大值，以这些极大值为包络，作为吉他演奏音符的实时振幅值，其中n的取值根据实际情况选取，以包络上升沿的上升速度大于一定阈值w1时，认为当前是音头，将起音位置定义在音头位置，认为起音与音头之间的延迟可忽略不计。当求取了吉他演奏音符的实时振幅值后，通过包络线可看出，音符的振幅是随时间推移进行衰减的，那么，令振幅值衰减至阈值w2时，为尾音位置。
所述力度检测单元通过获取音头位置处的振幅值作为力度。
所述频率检测单元通过极值检测方法获取频率。所述极值检测方法具体为：先进行低通滤波，然后记录相邻两个周期极大值X1、X2，极小值x1、x2，当极大值间点数△max与极小值间点数△min差的绝对值小于一阈值，即∣△max-△min∣＜δ，δ自行定义，确定一个周期T＝(△max+△min)/2，则频率f＝1/T，通过频率即可查找出对应的音名，其中，检测时间可只需要振动信号的3/2周期，以满足演奏实时性的要求。
所述音源库中预先存储的其他乐器类型的音源采样其音名应与吉他演奏的单音音名相对应，每一个音名对应一组音源，且每一组音源是根据振幅大小进行分层采样的，且各个音源的时长统一，均为标准音高下的音源，根据内存大小，用户自行定义分层的层数。
采用分层采样的原理是因演奏力度的不同除了产生音量的变化，还会产生音色的变化，单一的音源无法体现出不同力度下的音色变化规律，因此，为了更贴近音色的实际变化规律，将音源进行分层采样。
所述音源调取单元调取音源播放的具体原理如下：
(1)待调音源的音高与吉他演奏音符的音高接近，二者的音名要相对应，调取时通过调整音源的输出速度匹配吉他演奏音符的音高。
(2)待调音源的力度是比吉他演奏音符的力度大的最接近的那一层音源的力度，播放的音源的力度为吉他演奏音符的力度与待调音源的线性变换所得。因为采集的音源不可能保证无噪声，如果将音源由小往大调，那么噪声也会随之增大，因此，为降低噪声，将音源由大往小调，从而使噪声随之减小。
(3)当根据音高与力度找到待调的音源后，根据吉他演奏的起音位置，开始播放待调音源，并根据用户选择的乐器类型的特性以及吉他演奏的尾音，匹配播放时音源的时长：当吉他演奏音符的时间比音源库中待调的音源采样的时间长时，根据乐器的特性，重复播放中间持续阶段音源直至吉他演奏音符到达尾音位置处开始播放音源的尾音部分，从而使时长匹配；或者直接播放完待调音源采样的时长即停止播放；当吉他演奏音符的时间比音源库中待调的音源采样的时间短时，根据吉他演奏的起音位置，开始播放待调音源，当吉他演奏音符到达尾音位置时，即开始播放音源的尾音部分。
本发明在将吉他声音转换成其他乐器声音时，首先由吉他弹奏的音符中获得模拟电信号，该模拟电信号随后被发送到模数转换单元，该模数转换单元将具有连续级数的模拟电信号(特别是电压)转换为具有一系列离散值的数字信号。在模数转换之后，处理单元解析演奏的振动信号，获取其起音、尾音、力度和频率，并进行编码，形成包含起音、尾音、力度、音高这几个参数的协议指令，并将该协议指令发送至音源调取单元中。在音源库中预先存储各种其他乐器的音源采样，根据用户自行选择的乐器类型，音源调取单元读取协议指令中的几个参数，调取音源库中与该几个参数特征匹配的音源信号，该音源信号发送至数模转换单元，数模转换单元将该音源信号转换成模拟电信号，以发送至扬声器中进行播放。
上述实施例仅为本发明的优选方案，并非作为对本发明的进一步限定，不能以此来限制本发明的保护范围，凡是根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种将吉他声音转换成其他乐器声音的实时演奏方法，其特征在于，包括以下步骤：
吉他进行单音演奏，获取模拟的第一声音信号；
对所述模拟的第一声音信号进行模数转换生成数字的第二声音信号；
解析数字的第二声音信号，获取吉他演奏音符的起音、尾音、力度和频率，并进行编码，形成包含起音、尾音、力度、音高这几个参数的协议指令；
预先存储各种其他乐器类型的音源采样；
根据用户选择的乐器类型，调取与协议指令中起音、尾音、力度、音高这几个参数特征匹配的乐器音源采样信号；
对乐器音源采样信号进行数模转换生成模拟的第三声音信号；
播放模拟的第三声音信号；
其中，待调音源采样的音高与吉他演奏音符的音高接近，音名相对应，调取时通过调整音源的输出速度匹配吉他演奏音符的音高；调取时待调音源的力度是比吉他演奏音符的力度大的最接近的那一层音源的力度，播放的音源的力度为吉他演奏音符的力度与待调音源进行线性变换所得。
2.根据权利要求1所述的一种将吉他声音转换成其他乐器声音的实时演奏方法，其特征在于，所述预先存储的其他乐器类型音源采样的音名应与吉他演奏的单音音名相对应，每一个音名对应一组音源，且每一组音源是根据力度大小进行分层采样的，且各个音源的时长统一，均为标准音高下的音源，根据内存大小，用户自行定义分层的层数。
3.根据权利要求2所述的一种将吉他声音转换成其他乐器声音的实时演奏方法，其特征在于，当根据音高与力度找到待调的音源后，根据吉他演奏的起音位置，开始播放待调音源，并根据用户选择的乐器类型的特性以及吉他演奏的尾音位置，匹配播放时音源的时长：当吉他演奏音符的时间比待调的音源采样的时间长时，根据乐器的特性，重复播放中间持续阶段音源直至吉他演奏音符到达尾音位置处开始播放音源的尾音部分，从而使时长匹配；或者直接播放完待调音源采样的时长即停止播放；当吉他演奏音符的时间比待调的音源采样的时间短时，根据吉他演奏的起音位置，开始播放待调音源，当吉他演奏音符到达尾音位置时，即开始播放音源的尾音部分。
4.根据权利要求3所述的一种将吉他声音转换成其他乐器声音的实时演奏方法，其特征在于，获取起音位置、力度、尾音位置的方法为：求取吉他演奏音符的包络值以获取实时振幅值；以包络上升沿的上升速度大于一定阈值w1时，认为当前是音头，即起音位置，以本次上升沿的幅值作为力度；当求取了吉他演奏音符的实时振幅值后，通过包络线可看出，音符的振幅是随时间推移进行衰减的，那么，令振幅值衰减至阈值w2时，为尾音位置。
5.根据权利要求4所述的一种将吉他声音转换成其他乐器声音的实时演奏方法，其特征在于，获取吉他演奏音符的频率的计算方法为：通过极值检测方法获取频率，所述极值检测方法具体为先进行低通滤波，然后记录相邻两个周期极大值X1、X2，极小值x1、x2，当极大值间点数△max与极小值间点数△min差的绝对值小于一阈值，即∣△max-△min∣＜δ，δ自行定义，确定一个周期T＝(△max+△min)/2，则频率f＝1/T，检测时间可只需要振动信号的3/2周期，以满足演奏实时性的要求。
6.一种将吉他声音转换成其他乐器声音的系统，其特征在于，包括：
吉他信号采集单元，用于吉他进行单音演奏，获取模拟的第一声音信号；
模数转换单元，用于将模拟的第一声音信号进行模数转换生成数字的第二声音信号；
处理单元，解析数字的第二声音信号，获取吉他演奏音符的起音、尾音、力度和频率，并进行编码，形成包含起音、尾音、力度、音高这几个参数的协议指令，并将指令发送给音源调取单元；
音源库，用于预先储存各种其他类型乐器的音源采样；
音源调取单元，用于接收处理单元发送的调取参数指令，根据用户选择的乐器类型，调取相匹配的乐器音源采样信号；
数模转换单元，对乐器音源采样信号进行数模转换生成模拟的第三声音信号；
声音播放单元，用于播放模拟的第三声音信号；
所述音源调取单元调取音源时，待调音源的音高与吉他演奏音符的音高接近，二者的音名要相对应，调取时通过调整音源的输出速度匹配吉他演奏音符的音高；待调音源的力度是比吉他演奏音符的力度大的最接近的那一层音源的力度，播放的音源的力度为吉他演奏音符的力度与待调音源的线性变换所得。
7.根据权利要求6所述的一种将吉他声音转换成其他乐器声音的系统，其特征在于，所述处理单元中包括起音和尾音检测单元、力度检测单元、频率检测单元；
所述起音和尾音检测单元，用于检测吉他演奏的起音位置和尾音位置；
所述力度检测单元，用于检测吉他演奏音符的力度；
所述频率检测单元，用于检测吉他演奏音符的频率。
8.根据权利要求7所述的一种将吉他声音转换成其他乐器声音的系统，其特征在于，所述起音和尾音检测单元确定起音位置和尾音位置的方法为：求取吉他演奏音符的包络值以获取实时振幅值；以包络上升沿的上升速度大于一定阈值w1时，认为当前是音头，即起音位置；当求取了吉他演奏音符的实时振幅值后，通过包络线可看出，音符的振幅是随时间推移进行衰减的，那么，令振幅值衰减至阈值w2时，为尾音位置。
9.根据权利要求7所述的一种将吉他声音转换成其他乐器声音的系统，其特征在于，所述力度检测单元通过获取音头位置处的振幅值作为力度。
10.根据权利要求7所述的一种将吉他声音转换成其他乐器声音的系统，其特征在于，所述频率检测单元通过极值检测方法获取频率，所述极值检测方法具体为先进行低通滤波，然后记录相邻两个周期极大值X1、X2，极小值x1、x2，当极大值间点数△max与极小值间点数△min差的绝对值小于一阈值，即∣△max-△min∣＜δ，δ自行定义，确定一个周期T＝(△max+△min)/2，则频率f＝1/T，检测时间可只需要振动信号的3/2周期，以满足演奏实时性的要求。
11.根据权利要求7所述的一种将吉他声音转换成其他乐器声音的系统，其特征在于，所述音源库中预先存储的其他乐器类型音源采样的音名应与吉他演奏的单音音名相对应，每一个音名对应一组音源，且每一组音源是根据振幅大小进行分层采样的，且各个音源的时长统一，均为标准音高下的音源，根据内存大小，用户自行定义分层的层数。
12.根据权利要求6所述的一种将吉他声音转换成其他乐器声音的系统，其特征在于，进一步地，所述音源调取单元调取音源播放时，当根据音高与力度找到待调的音源后，根据吉他演奏的起音位置，开始播放待调音源，并根据用户选择的乐器类型的特性以及吉他演奏的尾音位置，匹配播放时音源的时长：当吉他演奏音符的时间比音源库中待调的音源采样的时间长时，根据乐器的特性，重复播放中间持续阶段音源直至吉他演奏音符到达尾音位置处，开始播放音源的尾音部分，从而使时长匹配；或者直接播放完待调音源采样的时长即停止播放；当吉他演奏音符的时间比音源库中待调的音源采样的时间短时，根据吉他演奏的起音位置，开始播放待调音源，当吉他演奏音符到达尾音位置时，即开始播放音源的尾音部分。
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