CN116030775A - 一种模拟乐器的音频合成方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种模拟乐器的音频合成方法及装置，涉及智能家电技术领域。所述音频合成方法应用于音频合成装置，音频合成装置包括MCU和蜂鸣器，MCU包括调制器、音符频率发生器、载波发生器和包络信号发生器，所述方法包括：响应于音频合成触发指令，音符频率发生器输出预设曲调对应的音符频率信号，包络信号发生器输出预设音色对应的包络信号，载波发生器输出载波信号；调制器根据音符频率信号对载波信号进行幅度调制，得到一次调制信号，并根据包络信号和音符频率信号对一次调制信号进行脉宽调制，得到二次调制信号，并将二次调制信号输出到蜂鸣器；蜂鸣器根据二次调制信号的驱动，输出预设曲调和预设音色对应的合成音乐。采用本申请可以简化电路。

Description

一种模拟乐器的音频合成方法及装置

技术领域

本申请涉及智能家电技术领域，特别是涉及一种模拟乐器的音频合成方法及装置。

背景技术

随着人们生活水平的提高，家用电器在人机交互过程中通常加入按键提示音的功能。在早期的家用电器中，按键提示音往往是通过蜂鸣器发出单一频率的“嘀”声，声音比较枯燥、单调。近十多年来，家电领域已出现了很多仿照乐器发出的清脆悦耳声音的按键提示音，以提高用户体验。

然而，现有技术中需要通过外部电路进行适当的处理才能模拟出乐器发出的音色，增加了电路的复杂度和电器的生成成本。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种模拟乐器的音频合成方法及装置。

第一方面，提供了一种模拟乐器的音频合成方法，所述音频合成方法应用于音频合成装置，所述音频合成装置包括MCU(Micro Control Unit，微控制器)和蜂鸣器，所述MCU包括调制器、音符频率发生器、载波发生器和包络信号发生器，所述方法包括：

响应于音频合成触发指令，所述音符频率发生器输出预设曲调对应的音符频率信号，所述包络信号发生器输出预设音色对应的包络信号，所述载波发生器输出载波信号；

所述调制器根据所述音符频率信号对所述载波信号进行幅度调制，得到一次调制信号，并根据所述包络信号和所述音符频率信号对所述一次调制信号进行脉宽调制，得到二次调制信号，并将所述二次调制信号输出到所述蜂鸣器；

所述蜂鸣器根据所述二次调制信号的驱动，输出所述预设曲调和所述预设音色对应的合成音乐。

作为一种可选地实施方式，所述音符频率信号为按照第一预设频率进行周期性翻转的二值信号，所述载波信号为按照第二预设频率进行周期性翻转的二值信号，所述根据所述音符频率信号对所述载波信号进行幅度调制，得到一次调制信号的公式为：

其中，f1表示一次调制信号，Vcarry表示载波信号，Vnote表示音符频率信号。

作为一种可选地实施方式，所述包络信号为按照所述预设音色的声音幅度包络曲线对应的包络数组的数组元素输出的信号，所述根据所述包络信号和所述音符频率信号对所述一次调制信号进行脉宽调制，得到二次调制信号，包括：

将所述一次调制信号的占空比调制为所述包络信号与所述音符频率信号的乘积。

作为一种可选地实施方式，所述将所述二次调制信号输出到所述蜂鸣器，包括：

将所述二次调制信号以互补推挽的方式输出到所述蜂鸣器。

作为一种可选地实施方式，所述音符频率信号的占空比为50％。

作为一种可选地实施方式，所述第二预设频率的取值范围为22.05KHz～44.1KHz。

作为一种可选地实施方式，所述包络数组的容量为256，分辨率为256。

第二方面，提供了一种模拟乐器的音频合成装置，其特征在于，所述音频合成装置包括MCU和蜂鸣器，所述MCU包括调制器、音符频率发生器、载波发生器和包络信号发生器；

所述音符频率发生器，用于响应于音频合成触发指令，输出预设曲调对应的音符频率信号；

所述包络信号发生器，用于响应于所述音频合成触发指令，输出预设音色对应的包络信号；

所述载波发生器，用于响应于所述音频合成触发指令，输出载波信号；

所述调制器，用于根据所述音符频率信号对所述载波信号进行幅度调制，得到一次调制信号，并根据所述包络信号和所述音符频率信号对所述一次调制信号进行脉宽调制，得到二次调制信号，并将所述二次调制信号输出到所述蜂鸣器；

所述蜂鸣器，用于根据所述二次调制信号的驱动，输出所述预设曲调和所述预设音色对应的合成音乐。

作为一种可选地实施方式，所述音符频率信号为按照第一预设频率进行周期性翻转的二值信号，所述载波信号为按照第二预设频率进行周期性翻转的二值信号。

作为一种可选地实施方式，所述音频合成装置还包括保护电阻，所述保护电阻的一端与所述MCU连接，另一端与所述蜂鸣器连接。

作为一种可选地实施方式，所述包络信号为按照所述预设音色的声音幅度包络曲线对应的包络数组的数组元素输出的信号，所述调制器，具体用于：

将所述一次调制信号的占空比调制为所述包络信号与所述音符频率信号的乘积。

作为一种可选地实施方式，所述调制器，具体用于：

将所述二次调制信号以互补推挽的方式输出到所述蜂鸣器。

作为一种可选地实施方式，所述音符频率信号的占空比为50％。

作为一种可选地实施方式，所述第二预设频率的取值范围为22.05KHz～44.1KHz。

作为一种可选地实施方式，所述包络数组的容量为256，分辨率为256。

第三方面，提供了一种计算机设备，包括存储器及处理器，所述存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面所述的方法步骤。

第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的方法步骤。

本申请提供了一种模拟乐器的音频合成方法及装置，本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：首先，响应于音频合成触发指令，音符频率发生器输出预设曲调对应的音符频率信号，包络信号发生器输出预设音色对应的包络信号，载波发生器输出载波信号。其中，预设曲调和预设音色可以由工程人员根据实际需求进行设置。然后，调制器根据音符频率信号对载波信号进行幅度调制，得到一次调制信号，并根据包络信号和音符频率信号对一次调制信号进行脉宽调制，得到二次调制信号，并将二次调制信号输出到蜂鸣器。最后，蜂鸣器根据二次调制信号的驱动，输出预设曲调和预设音色对应的合成音乐。通过以上方法，可以在MCU内部产生包络信号并得到模拟乐器音色的调制信号，不需要通过特定的外部电路处理就可以输出模拟乐器音色的合成音乐，具有电路简洁、成本较低、可靠性高的优点。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种现有技术中模拟乐器的音频合成装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种模拟乐器的音频合成装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种模拟乐器的音频合成装置的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种模拟乐器的音频合成方法的流程图；

图5为本申请实施例提供的一种典型的敲击乐器的声音幅度包络曲线的示意图；

图6为本申请实施例提供的一种计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

为了便于理解，本申请实施例首先对现有技术中家用电器的音频合成装置进行介绍。图1为本申请实施例提供的一种现有技术中模拟乐器的音频合成装置的结构示意图，如图1所示，为了输出模拟敲击乐器的合成音乐，该音频合成装置包括MCU1、包络信号发生器单元110、放大单元120和蜂鸣器BUZ1。其中，包络信号发生器单元110包括电阻R1、电阻R2、三极管Q1、电阻R4、电阻R5、三极管Q2、电阻R6和电解电容C1，也称为储能电容充电电路和蜂鸣器电荷泄放电路；放大单元120包括电阻R3、电阻R7、三极管Q3和电阻R8，也称为方波信号放大器。MCU1在接收到音频合成的触发信号后，可以在输出端口输出驱动脉冲，电解电容C1在驱动脉冲的驱动下快速充电，从而模拟敲击乐器的敲击过程。然后，MCU1在输出端口输出音符频率信号，音符频率信号经过放大单元120的放大后，驱动蜂鸣器BUZ1发出声音，此时电解电容C1随之缓缓放电，从而模拟敲击乐器在敲击后的余音。

然而，在如图1所示的现有技术中，外部电路(即放大单元120和包络信号发生器单元110)涉及的元件较多，并且需要提供额外的12V电压以驱动蜂鸣器BUZ1发出足够大的声音，导致电路的复杂度增加、可靠性降低以及占用空间增加，在一些成本低廉的小电器中，还将增加可观的材料成本。

本申请实施例提供的模拟乐器的音频合成方法，可以应用于家用电器中模拟乐器的音频合成装置。如图2所示，该模拟乐器的音频合成装置包括MCU2和蜂鸣器BUZ2，MCU2的输出端口PA0.02和PB0.01分别与蜂鸣器BUZ2的两个输入端口连接。其中，如图3所示，MCU2的内部设立调制器310、音符频率发生器320、载波发生器330、包络信号发生器340和互补输出端口350。当家用电器检测到用户按键动作或特定程序触发时，需要通过音频合成装置输出合成音乐作为按键提示音或操作提示音。此时，响应于音频合成触发指令，音符频率发生器320输出预设曲调对应的音符频率信号，包络信号发生器340输出预设音色对应的包络信号，载波发生器330输出载波信号。然后，调制器310根据音符频率信号对载波信号进行幅度调制(Amplitude-shift Modulation，AM)，得到一次调制信号，并根据包络信号和音符频率信号对一次调制信号进行脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)，得到二次调制信号，并将二次调制信号通过互补输出端口350进行互补驱动输出到蜂鸣器BUZ2。最后，蜂鸣器BUZ2根据二次调制信号的驱动，输出预设曲调和预设音色对应的合成音乐，作为按键提示音或操作提示音。优选的，MCU2的型号为MC96F8316。

下面将结合具体实施方式，对本申请实施例提供的一种模拟乐器的音频合成方法进行详细的说明，图4为本申请实施例提供的一种模拟乐器的音频合成方法的流程图，如图4所示，具体步骤如下：

步骤401，响应于音频合成触发指令，音符频率发生器输出预设曲调对应的音符频率信号，包络信号发生器输出预设音色对应的包络信号，载波发生器输出载波信号。

在实施中，当家用电器检测到用户按键动作或特定程序触发时，家用电器中音频合成装置的MCU可以接收到音频合成触发指令。响应于音频合成触发指令，音符频率发生器输出预设曲调对应的音符频率信号，包络信号发生器输出预设音色对应的包络信号，载波发生器输出载波信号。其中，工程人员可以根据预设曲调对应的音符频率设置输出的音符频率信号的频率，根据预设音色对应的声音幅度包络曲线设置输出的包络信号的幅度。载波信号经过音符频率信号和包络信号的调制后得到的调制信号，可以驱动蜂鸣器输出预设曲调和预设音色对应的合成音乐。

进一步的，音符频率发生器可以由MCU内部的一个定时器PWM单元实现，输出的音符频率信号为按照第一预设频率进行周期性翻转的二值信号(即0和1)。优选的，音符频率信号的占空比为50％。其中，第一预设频率为预设曲调的音符对应的音符频率，在本申请实施例中预设曲调可以由单一音符组成，也可以由多个不同音符组成。表1为本申请实施例提供的一种C调低音、中音和高音各音符与频率的对应关系，工程人员可以根据设计好的预设曲调参照表1设置第一预设频率。

表1

音名

A

B

C

D

E

F

G

低音组

440Hz

494Hz

523Hz

587Hz

659Hz

698Hz

784Hz

中音组

880Hz

988Hz

1047Hz

1175Hz

1319Hz

1397Hz

1568Hz

高音组

1760Hz

1976Hz

2093Hz

2349Hz

2637Hz

2794Hz

3136Hz

进一步的，载波发生器可以由MCU内部的另一个定时器PWM单元实现，输出的载波信号为按照第二预设频率进行周期性翻转的二值信号。优选的，第二预设频率的取值范围为22.05KHz～44.1KHz，主要是考虑到如下两方面的因素：第一，为了使最终输出的合成音乐中的载波成份不被人感知，载波信号的频率(即第二预设频率)应避开人类听觉的频率上限20KHz；第二，为了提高MCU的运行速度，应尽量降低定时器PWM单元的周期性翻转频率(即第二预设频率)。

步骤402，调制器根据音符频率信号对载波信号进行幅度调制，得到一次调制信号，并根据包络信号和音符频率信号对一次调制信号进行脉宽调制，得到二次调制信号，并将二次调制信号输出到蜂鸣器。

在实施中，由于音乐的曲调对应声音频率的高低，因此，调制器根据音符频率信号对载波信号进行幅度调制得到的一次调制信号，可以驱动蜂鸣器输出预设曲调的合成音乐。而音乐的音色可以表现为音量(也可称为响度、声音幅度)随时间变化的波形，例如图5为本申请实施例提供的一种典型的敲击乐器的声音幅度包络曲线的示意图。如图5所示，该敲击乐器被敲击后所发出的声音的幅度随时间的变化过程可以分为三个区间，首先，声音幅度在A区间急剧增大然后小幅度回落，然后在B区间维持一段时间，最后在C区间以指数曲线规律衰减至接近0。因此，调制器根据包络信号和音符频率信号，将一次调制信号中每个音符对应的占空比调制为与包络信号的幅度成正比的数值(即对一次调制信号进行脉宽调制)，得到二次调制信号，并将该二次调制信号输出到蜂鸣器，可以驱动蜂鸣器输出的合成音乐中每个音符的音量变化过程与预设音色的声音幅度包络曲线相符，从而实现模拟乐器的音色。需要说明的是，虽然幅度调制和脉宽调制在上文的描述中存在执行顺序的先后，但是在实际应用中，从宏观角度来看幅度调制和脉宽调制几乎是同时进行，人耳听觉可以忽略幅度调制和脉宽调制执行的时间差。

作为一种可选的实施方式，音符频率信号为按照第一预设频率进行周期性翻转的二值信号，载波信号为按照第二预设频率进行周期性翻转的二值信号，因此调制器根据音符频率信号对载波信号进行幅度调制的调制深度优选为100％，得到一次调制信号的公式为：

其中，f1表示一次调制信号，Vcarry表示载波信号，Vnote表示音符频率信号。

作为一种可选的实施方式，为了便于进行脉宽调制，可以将预设音色的声音幅度包络曲线量化为一个容量和分辨率适当的包络数组。其中，容量表示将声音幅度包络曲线从时间层面(即图5的横轴方向)划分的等份数量，分辨率表示将声音幅度包络曲线从声音幅度层面(即图5的纵轴方向)划分的等份数量，容量和分辨率可以由工程人员根据经验设置。这样，包络信号可以为按照预设音色的声音幅度包络曲线对应的包络数组的数组元素输出的信号，调制器根据包络信号和音符频率信号对一次调制信号进行脉宽调制，得到二次调制信号的处理过程如下：将一次调制信号的占空比调制为包络信号与音符频率信号的乘积。

在实施中，调制器将一次调制信号的占空比调制为包络信号与音符频率信号的乘积。当音符频率信号＝1时，调制后的二次调制信号的占空比＝音符频率信号*包络信号＝包络信号；当音符频率信号＝0时，调制后的二次调制信号的占空比＝音符频率信号*包络信号＝0。这样，当预设曲调由单个音符组成时，随着时间输出包络信号可以将一次调制信号的占空比调制为与声音幅度包络曲线中的声音幅度成正比的数值；当预设曲调由多个不同音符组成时，包络信号可以为按照预设音色的声音幅度包络曲线对应的包络数组的数组元素循环输出的信号，随着时间输出包络信号可以将一次调制信号中每个音符的占空比，调制为与声音幅度包络曲线中的声音幅度成正比的数值，从而使输出的合成音乐中每个音符的音量变化过程与预设音色的声音幅度包络曲线相符，最终实现合成音乐模拟乐器的音色。需要说明的是，包络数组中更大的容量和更深的分辨率可以提升输出的合成音乐的音质，但将明显增加MCU的运算开销。因此，优选的，包络数组的容量为256，分辨率为256。

步骤403，蜂鸣器根据二次调制信号的驱动，输出预设曲调和预设音色对应的合成音乐。

在实施中，蜂鸣器根据二次调制信号的驱动，可以输出预设曲调和预设音色对应的合成音乐。需要说明的是，在如图1所示的现有技术中，通过外部电路的处理仅能使输出的合成音乐的音色近似模拟一种乐器的包络波形(即音色)，能够模拟的音色单一，可变化的形式较少。而本申请实施例中，工程人员可以根据设计需求设置多种预设音色对应的包络信号，从而实现在一组音频合成装置的基础上通过软件模拟输出多种乐器音色的合成音乐，可变化的形式更多，并且模拟的效果更加逼真。

作为一种可选的实施方式，调制器将二次调制信号输出到蜂鸣器的处理过程如下：将二次调制信号以互补推挽的方式输出到蜂鸣器。

在实施中，可以利用MCU端口自带的驱动功能将二次调制信号以互补推挽的方式输出到蜂鸣器，从而将输出的二次调制信号放大，起到增大合成音乐的音量的作用。相比如图1所示的现有技术，简化了放大单元的电路，进一步降低了电路的成本。

本申请实施例提供了一种模拟乐器的音频合成方法，首先，响应于音频合成触发指令，音符频率发生器输出预设曲调对应的音符频率信号，包络信号发生器输出预设音色对应的包络信号，载波发生器输出载波信号。其中，预设曲调和预设音色可以由工程人员根据实际需求进行设置。然后，调制器根据音符频率信号对载波信号进行幅度调制，得到一次调制信号，并根据包络信号和音符频率信号对一次调制信号进行脉宽调制，得到二次调制信号，并将二次调制信号输出到蜂鸣器。最后，蜂鸣器根据二次调制信号的驱动，输出预设曲调和预设音色对应的合成音乐。通过以上方法，可以在MCU内部产生包络信号并得到模拟乐器音色的调制信号，不需要通过特定的外部电路处理就可以输出模拟乐器音色的合成音乐，具有电路简洁、成本较低、可靠性高的优点。

应该理解的是，虽然图4的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图4中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

可以理解的是，本说明书中上述方法的各个实施例之间相同/相似的部分可互相参见，每个实施例重点说明的是与其他实施例的不同之处，相关之处参见其他方法实施例的说明即可。

本申请实施例还提供了一种模拟乐器的音频合成装置，如图2和图3所示，该装置包括MCU2和蜂鸣器BUZ2，MCU2包括调制器310、音符频率发生器320、载波发生器330和包络信号发生器340；

音符频率发生器320，用于响应于音频合成触发指令，输出预设曲调对应的音符频率信号；

包络信号发生器340，用于响应于音频合成触发指令，输出预设音色对应的包络信号；

载波发生器330，用于响应于音频合成触发指令，输出载波信号；

调制器310，用于根据音符频率信号对载波信号进行幅度调制，得到一次调制信号，并根据包络信号和音符频率信号对一次调制信号进行脉宽调制，得到二次调制信号，并将二次调制信号输出到蜂鸣器BUZ2；

蜂鸣器BUZ2，用于根据二次调制信号的驱动，输出预设曲调和预设音色对应的合成音乐。

作为一种可选地实施方式，音符频率信号为按照第一预设频率进行周期性翻转的二值信号，载波信号为按照第二预设频率进行周期性翻转的二值信号。

作为一种可选地实施方式，该音频合成装置还包括保护电阻，保护电阻的一端与MCU连接，另一端与蜂鸣器连接。

在实施中，由于蜂鸣器属于容性器件，在信号发生交变时会产生短暂的冲击电流。因此，如图2所示，为了避免冲击电流对MCU2造成损害，音频合成装置还包括保护电阻R9，保护电阻R9的一端与MCU2的输出端口PA0.02连接，另一端与蜂鸣器BUZ2的输入端口连接，可以在冲击电流产生时给MCU2的输出端口一个缓冲，起到保护芯片(即MCU2)的作用。

作为一种可选地实施方式，包络信号为按照预设音色的声音幅度包络曲线对应的包络数组的数组元素输出的信号，该调制器，具体用于：

将一次调制信号的占空比调制为包络信号与音符频率信号的乘积。

作为一种可选地实施方式，该调制器，具体用于：

将二次调制信号以互补推挽的方式输出到蜂鸣器。

作为一种可选地实施方式，音符频率信号的占空比为50％。

作为一种可选地实施方式，第二预设频率的取值范围为22.05KHz～44.1KHz。

作为一种可选地实施方式，包络数组的容量为256，分辨率为256。

本申请实施例提供了一种模拟乐器的音频合成装置，首先，响应于音频合成触发指令，音符频率发生器输出预设曲调对应的音符频率信号，包络信号发生器输出预设音色对应的包络信号，载波发生器输出载波信号。其中，预设曲调和预设音色可以由工程人员根据实际需求进行设置。然后，调制器根据音符频率信号对载波信号进行幅度调制，得到一次调制信号，并根据包络信号和音符频率信号对一次调制信号进行脉宽调制，得到二次调制信号，并将二次调制信号输出到蜂鸣器。最后，蜂鸣器根据二次调制信号的驱动，输出预设曲调和预设音色对应的合成音乐。通过以上方法，可以在MCU内部产生包络信号并得到模拟乐器音色的调制信号，不需要通过特定的外部电路处理就可以输出模拟乐器音色的合成音乐，具有电路简洁、成本较低、可靠性高的优点。

关于音频合成装置的具体限定可以参见上文中对于音频合成方法的限定，在此不再赘述。上述音频合成装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，如图6所示，包括存储器及处理器，所述存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述音频合成的方法步骤。

在一个实施例中，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述音频合成的方法的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

还需要说明的是，本申请所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于展示的数据、分析的数据等)，均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种模拟乐器的音频合成方法，其特征在于，所述音频合成方法应用于音频合成装置，所述音频合成装置包括微控制器MCU和蜂鸣器，所述MCU包括调制器、音符频率发生器、载波发生器和包络信号发生器，所述方法包括：

响应于音频合成触发指令，所述音符频率发生器输出预设曲调对应的音符频率信号，所述包络信号发生器输出预设音色对应的包络信号，所述载波发生器输出载波信号；

所述调制器根据所述音符频率信号对所述载波信号进行幅度调制，得到一次调制信号，并根据所述包络信号和所述音符频率信号对所述一次调制信号进行脉宽调制，得到二次调制信号，并将所述二次调制信号输出到所述蜂鸣器；

所述蜂鸣器根据所述二次调制信号的驱动，输出所述预设曲调和所述预设音色对应的合成音乐。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述音符频率信号为按照第一预设频率进行周期性翻转的二值信号，所述载波信号为按照第二预设频率进行周期性翻转的二值信号，所述根据所述音符频率信号对所述载波信号进行幅度调制，得到一次调制信号的公式为：

其中，f1表示一次调制信号，Vcarry表示载波信号，Vnote表示音符频率信号。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述包络信号为按照所述预设音色的声音幅度包络曲线对应的包络数组的数组元素输出的信号，所述根据所述包络信号和所述音符频率信号对所述一次调制信号进行脉宽调制，得到二次调制信号，包括：

将所述一次调制信号的占空比调制为所述包络信号与所述音符频率信号的乘积。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述二次调制信号输出到所述蜂鸣器，包括：

将所述二次调制信号以互补推挽的方式输出到所述蜂鸣器。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述音符频率信号的占空比为50％。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二预设频率的取值范围为22.05KHz～44.1KHz。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述包络数组的容量为256，分辨率为256。

8.一种模拟乐器的音频合成装置，其特征在于，所述音频合成装置包括微控制器MCU和蜂鸣器，所述MCU包括调制器、音符频率发生器、载波发生器和包络信号发生器；

所述音符频率发生器，用于响应于音频合成触发指令，输出预设曲调对应的音符频率信号；

所述包络信号发生器，用于响应于所述音频合成触发指令，输出预设音色对应的包络信号；

所述载波发生器，用于响应于所述音频合成触发指令，输出载波信号；

所述调制器，用于根据所述音符频率信号对所述载波信号进行幅度调制，得到一次调制信号，并根据所述包络信号和所述音符频率信号对所述一次调制信号进行脉宽调制，得到二次调制信号，并将所述二次调制信号输出到所述蜂鸣器；

所述蜂鸣器，用于根据所述二次调制信号的驱动，输出所述预设曲调和所述预设音色对应的合成音乐。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述音符频率信号为按照第一预设频率进行周期性翻转的二值信号，所述载波信号为按照第二预设频率进行周期性翻转的二值信号。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述音频合成装置还包括保护电阻，所述保护电阻的一端与所述MCU连接，另一端与所述蜂鸣器连接。

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