一種樂器音色高精度檢測方法技術

一種樂器音色高精度檢測方法。主要方法：將樂器發出的標準音信號通過音頻信號的時域特性經信號運算控制單元運算得到頻譜特性中標準音頻率和各諧波音成分的組成之間的關系和各諧波音的強度，通過比較待檢樂器與標準樂器的時域特性和頻譜特性的區別以此獲得樂器音色的檢測結果，將處理結果傳送到結果顯示單元。用戶可根據檢測結果采用調整或優化所測量樂器的性能，找到相應的改進方法，可用于方便快捷的鑒定所用樂器的音色。它包括電源、音頻信號輸入單元、信號采集單元、數據存儲單元、信號運算控制單元、結果顯示單元。本發明專利技術具有測量精度高、使用方便、直觀準確，可用于各種樂器的定音器、調音器、節拍器等。為樂器音色檢測提供一種可靠的方法。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于樂器的檢測
，具體涉及。
技術介紹
音色是聲音的特色，聲音的感覺特性，是樂音的品質特征；能夠將音高、音強和音長都相同的兩個音區別開來的一種聲音的屬性。每一種不同的樂器，由于生產過程不同或制造材料不同，做出的同一種樂器其音色也有所區別，是因為它們發出的聲音除了一個基音外，還有許多不同頻率的諧波音伴隨，正是這些諧波音作用于人的聽覺系統，人耳對這些諧波音頻率進行分析、合成最后在大腦中生成不同音色的感覺，使人能辨別出是不同的樂器發出的聲音。人耳主要通過分析聲音的諧波音列結構和起時狀態(樂音從無聲到有聲的一瞬間的狀態)來識別音色。通常各類樂器的調音或定音都是由經驗豐富的經過嚴格訓練的專業人員(如校音師、調琴師、金耳朵)來完成。但這樣一來對樂器的調音或定音存在較大的人為因素，難以保證調音的準確性，有時也會存在誤差或錯覺，而對于業余愛好者來說，就更無法準確的鑒定樂器的音色。雖然也有采用頻率計或定音器來定音或調音，如ZL200610032982. 8定音器，采用單片機手段來檢測，但都是通過采集基音的標準頻率進行比對或檢測，測得的結果不能全面的反映樂器所發出的音色，因此，檢測效果不是很理想，不能達到很高的精度，往往還需要其他輔助手段來補充。
技術實現思路
本專利技術目的是解決現有樂器檢測手段的檢測效果不很理想，不能達到很高精度的問題，提供，以滿足大批量生產高品質樂器的需要，也能為樂器工作者和使用者提供高效快捷的檢測方法。本專利技術提供的樂器音色高精度檢測方法包括第I步、將標準樂器和待檢樂器發出的標準音信號輸入到音頻信號輸入單元，將音頻信號轉換為電信號；隨后將該信號送入信號采集單元進行采樣處理，將模擬信號轉為數字信號，并存入數據存儲單元。第2步、在信號運算控制單元通過調用第I步中所述數據存儲單元中的音頻的數據時域信號，進行頻譜解析，將標準樂器和待檢樂器發出的音頻信號的時域特性經過數學運算傅里葉變換處理得到相應的頻譜特性，解析上述的音頻信號頻譜特性中標準音頻率和各諧波音列的組成成分、相互的關系以及每個諧波音的強度值，然后將其結果送到數據存儲單元。第3步、將第2步所述數據存儲單元中的音頻頻譜數據調入信號運算控制單元進行比較分析，并設定相應的誤差范圍，然后比較標準樂器和待檢樂器音頻信號頻譜數據中標準音頻率、各諧波音列的組成成分、以及各諧波音列的之間的關系，音強的值的區別并比較第I步中數據存儲單元的音頻時域信號中信號從無到有變化的區別，將比較的結果存入數據存儲單元。第4、通過結果顯示單元將信號運算控制單元解析后的待檢樂器與標準樂器的頻譜特性以及待檢樂器與標準樂器的標準音的時域特性分別從第I步和第2步所述的數據存儲單元中調出進行顯示，并將第3步數據存儲單元中經過比較后的待檢樂器與標準樂器的頻譜特性和時域特性區別的結果顯示出來，從而實現待檢樂器音色的檢測。可根據檢測結果采用調整或優化所測量樂器的性能，找到相應的改進方法，以此來方便快捷的鑒定所用樂器的音色。所述的音色精確檢測方法通過如下具體裝置完成，如圖1所示，該裝置包括電源、音頻信號輸入單元、信號采集單元、數據存儲單元、信號運算控制單元和結果顯示單元；所述的音頻信號輸入單元依次連接信號采集單元和數據存儲單元，數據存儲單元雙向連接信號運算控制單元，信號運算控制單元再和結果顯示單元連接，音頻信號輸入單元、信號采集單元、數據存儲單元、信號運算控制單元和結果顯示單元同時連接電源；所述的音頻信號輸入單元，主要完成音頻信號與電信號的轉換，信號采集單元主要完成對信號進行采樣量化；數據存儲單元主要完成來自頻信號輸入單元的時域信號、信號采集單元的信號采樣處理結果和信號運算控制單元進行頻譜解析和頻譜比較和時域比較運算結果的存儲，信號運算控制單元進行頻譜解析并比較待檢樂器與標準樂器的頻譜特性和時域特性的區別，結果顯示單元顯示待檢樂器與標準樂器的頻譜特性和時域特性以及最終的比較分析處理結果。本專利技術的原理前面說過人耳主要通過分析聲音的諧波音列結構和起時狀態(樂音從無聲到有聲的一瞬間的狀態)來識別音色。樂器發出的音頻信號如果從時域轉換到頻域就可發現除了標準音頻率之外，還存在一些諧波音成分。例如，鋼琴上的Cl鍵的頻率為261. 6Hz，那么這個音還存在有以下頻率的諧波音523. 2Hz，784. 8Hz, 1046Hz, 1308Hz, 1570Hz, 1831Hz,2093Hz，2354Hz，2616Hz，2878Hz，3139Hz。每個樂器音色的異同主要是由諧波音的三個因素決定一是諧波音的組成成分、二是每個諧波音的強度、三是各個諧波音列之間的關系，即各諧波音的頻率比。如果諧波音的數量不同，音色感就會有差異；假如諧波音的數量相同，但每個諧波音之間的強度關系不同，音色也會發生變化。因此將樂器發出的標準音信號進行電信號采集，然后對采集到的信號的頻域特性中的進行頻譜解析，得到相應標準音頻率和各諧波音成分、相互關系、每個諧波音強度值這些頻譜特性，為了精確起見還可根據輸入到音頻信號的時域特性得到相應的起時狀態，比較待測樂器與所設定的標準樂器頻譜特性和時域特性的區別，據此樂器工作者采用調整或優化所測量樂器的性能，找到相應的改進方法，使發出的標準音信號的頻譜特性和時域特性達到滿意的效果。樂器使用者也可采用此方法方便快捷的鑒定所用樂器的音色音質，這樣會大大減少樂器的調音或定音過程中存在較大的人為因素，減少誤差，方便準確的檢測樂器的音色。本專利技術的優點和積極效果本專利技術可以提高樂器工作者調諧樂器音色的工作效率，也大大提高了樂器音色檢測的精確性，為樂器使用者提供了方便快捷精確的檢測方法。附圖說明圖1是本專利技術方法使用的檢測裝置原理框圖。圖2是本專利技術方法的實施流程。具體實施方式:如圖1所示，本專利技術提供的樂器音色高精度檢測方法，該方法是將標準樂器和待檢樂器發出的音頻信號的時域特性經過數學運算傅里葉變換處理得到相應的頻譜特性，解析標準音頻率和各諧波音列的組成成分和關系以及每個諧波音的強度值，比較標準樂器和待檢樂器發出的音頻信號的頻譜特性和時域特性，從而得到標準樂器和待檢樂器的音色區另IJ。該方法使用的裝置包括:電源、音頻信號輸入單元、信號采集單元、數據存儲單元、信號運算控制單元和結果顯示單元；所述的音頻信號輸入單元依次連接信號采集單元和數據存儲單元，數據存儲單元雙向連接信號運算控制單元，信號運算控制單元再和結果顯示單元連接，音頻信號輸入單元、信號采集單元、數據存儲單元、信號運算控制單元和結果顯示單元同時連接電源；本專利技術提供的樂器音色高精度檢測方法的具體過程包括:實施例1第I 步我們以對鋼琴進行音色高精度檢測為例，首先整個系統上電，電源系統采用外部獨立供電以提高該裝置的靈活性，如采用幾節五號電池，經過改造也可采用直流變壓器供電。例如將某國產鋼琴作為標準樂器，按下其f3鍵，將該鍵發出的音頻信號通過如無指向性的傳聲器或采用一些抗噪聲性能好的麥克風，將音頻信號輸入，把音頻信號轉變為電信號，在本實施例中可采用44.1K采樣頻率，16bit量化的信號采集單元將該電信號送入進行采樣處理(若要改變精度可根據實際需要改變所選信號采集單元的采樣頻率和量化位數)，將模擬信號轉為數字信號，并存入數據存儲單元。然后以同樣的方法在同樣的環境下將待檢本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種樂器音色高精度檢測方法，其特征在于該檢測方法是基于音色的頻譜特性和時域特性的方法，具體包括：第1步、將標準樂器和待檢樂器發出的標準音信號輸入到音頻信號輸入單元得到音頻的電信號，隨后將該信號送入信號采集單元進行采樣處理，并存入數據存儲單元；第2步、在信號運算控制單元通過調用第1步數據存儲單元中來自信號采集單元的數據信號，進行頻譜解析，將標準樂器和待檢樂器發出的音頻信號的時域特性經過數學運算傅里葉變換處理得到相應的頻譜特性，解析上述的音頻信號頻譜特性中標準音頻率和各諧波音列的組成成分和關系以及每個諧波音的強度值，然后將其結果送到數據存儲單元；第3步、將第2步所述數據存儲單元中的音頻頻譜特性數據調入信號運算控制單元進行比較分析標準樂器和待檢樂器音頻信號頻譜特性的區別以及來自第1步中數據存儲單元音頻信號輸入單元的音頻時域信號的區別，將比較的結果存入數據存儲單元；第4步、通過結果顯示單元將信號運算控制單元解析后的待檢樂器與標準樂器的頻譜特性以及待檢樂器與標準樂器的標準音由音頻信號輸入單元輸入的時域特性分別從第1步和第2步所述的數據存儲單元中調出進行顯示，并將信號運算控制單元中經過比較的待檢樂器與標準樂器的頻譜特性和時域信號的區別的結果從第3步數據存儲單元調出并顯示出來，從而實現待檢樂器音色的檢測。...

【技術特征摘要】
1.一種樂器音色高精度檢測方法，其特征在于該檢測方法是基于音色的頻譜特性和時域特性的方法，具體包括:第I步、將標準樂器和待檢樂器發出的標準音信號輸入到音頻信號輸入單元得到音頻的電信號，隨后將該信號送入信號采集單元進行采樣處理，并存入數據存儲單元；第2步、在信號運算控制單元通過調用第I步數據存儲單元中來自信號采集單元的數據信號，進行頻譜解析，將標準樂器和待檢樂器發出的音頻信號的時域特性經過數學運算傅里葉變換處理得到相應的頻譜特性，解析上述的音頻信號頻譜特性中標準音頻率和各諧波音列的組成成分和關系以及每個諧波音的強度值，然后將其結果送到數據存儲單元；第3步、將第2步所述數據存儲單元中的音頻頻譜特性數據調入信號運算控制單元進行比較分析標準樂器和待檢樂器音頻信號頻譜特性的區別以及來自第I步中數據存儲單元音頻信號輸入單元的音頻時域信號的區別，將比較的結果存入數據存儲單元；第4步、通過結果顯示單元將信號運算控制單元解析后的待檢樂器與標準樂器的頻譜特性以及待檢樂器與標準樂器的標準音由音頻信號輸入單元輸入的時域特性分別從第I步和第2步所述的數據存儲單元...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉慧敏，姜訓勇，
申請(專利權)人：天津理工大學，
類型：發明
國別省市：