一種實時泛音編輯電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種實時泛音編輯電路，該電路由級聯(lián)的冪生成電路和泛音綜合電路兩部分組成，音頻信號輸入冪生成電路，冪生成電路的輸出端連接泛音綜合電路的輸入端，泛音綜合電路輸出處理完成的泛音信號。本實用新型采用模擬電路實現(xiàn)倍頻功能，利用了模擬電路速度快的特點，能夠?qū)θ我庖纛l輸入信號進(jìn)行運算，得到包含高次諧波的信號。
【專利說明】
一種實時泛音編輯電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型屬于音頻信號編輯領(lǐng)域，尤其是一種實時泛音編輯電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 音頻信號頻率為(20~20000)Hz，跨度達(dá)到3個數(shù)量級。如果考慮到泛音，則頻率上 限至少達(dá)到100kHz。音頻信號頻譜細(xì)微的變化都會引起不同的聽感。因此音頻信號的處理 早已成為電子音頻制作和表演匯總中不可或缺的手段。
[0003] 泛音是基頻與倍頻信號的疊加。基頻決定音調(diào)，而倍頻決定音色，因此泛音是帶有 音色的。電子音樂制作或現(xiàn)場表演經(jīng)常需要得到特定的音色，各種效果器能夠?qū)崿F(xiàn)豐富的 音色。但是效果器得到的音色都是固定的。例如電吉他常用的效果器包括延時、調(diào)頻、限幅、 濾波等?？梢詮臅r域或者頻域看出對頻譜的修飾作用。但是這些效果器無一例外，都不能從 諧波層面編輯泛音。這一技術(shù)上的欠缺就好比畫家作畫時沒有三原色，是很難調(diào)制出理想 的色調(diào)的。他所調(diào)制出的只能是"能夠"調(diào)制出的色調(diào)而非"想要"的色調(diào)。
[0004] 可以將音頻信號分為兩類，即確定性的和隨機(jī)性的。前者指在處理之前已經(jīng)知道 其全部信息的音頻信號。這類信號可以使用數(shù)字技術(shù)編輯泛音。例如將一首樂曲的數(shù)據(jù)讀 入計算機(jī)，就可以對其頻譜進(jìn)行整體編輯。但是很多的時候，例如演出現(xiàn)場，無法預(yù)先獲取 整首樂曲的信息，這就需要一種實時的泛音編輯方法。
[0005] 還應(yīng)注意到用于音頻信號實時處理的倍頻電路不同于一般倍頻電路。根本原因在 于音頻信號對于電路來說是隨機(jī)的寬頻信號，而一般倍頻電路是為確定頻率信號而設(shè)計 的，其選頻濾波器無法跟隨信號頻率實時變換。借助于數(shù)字采樣存儲技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)寬頻信 號的倍頻，但卻無法滿足苛刻的實時性要求。因為采樣后存儲實質(zhì)上是將隨機(jī)信號延時，使 之成為對電路來說確定的信號。
[0006] 經(jīng)過檢索，未發(fā)現(xiàn)相近的已公開專利。 【實用新型內(nèi)容】
[0007] 本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種實時泛音編輯方法及 編輯電路。
[0008] 本實用新型解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0009] -種實時泛音編輯電路，其特征在于：該電路由級聯(lián)的冪生成電路和泛音綜合電 路兩部分組成，音頻信號輸入冪生成電路，冪生成電路的輸出端連接泛音綜合電路的輸入 端，泛音綜合電路輸出處理完成的泛音信號。
[0010] 而且，所述冪生成電路的輸入端與輸出端之間的母線上連接有多級冪運算電路， 第一級模擬乘法器的兩個輸入端均連接在母線上，之后每一級的模擬乘法器的兩個輸入端 分別連接母線和上一級模擬乘法器的輸出端，以此類推，分別對輸入的音頻信號進(jìn)行處理， 每個模擬乘法器的輸出端得到一個輸出信號。
[0011] 而且，泛音綜合電路包括運算放大器、電阻器和電位器，以冪生成電路的輸出為輸 入，冪生成電路的每一級的輸出均對應(yīng)泛音綜合電路的一級輸入，在輸入端與輸出端之間 的母線上串聯(lián)有電位器，與電位器并聯(lián)有多級運算放大器，且每一級運算放大器的輸出端 線路上均串聯(lián)有一電位器獨立控制，多級運算放大器的泛音信號運算結(jié)果經(jīng)輸出端的運算 放大器后輸出，該輸出端的運算放大器并聯(lián)有一電阻器。
[0012] 而且，電路整體準(zhǔn)確度可達(dá)到0.1%。
[0013] 本實用新型的優(yōu)點和積極效果是：
[0014] 本實用新型采用模擬電路實現(xiàn)倍頻功能，利用了模擬電路速度快的特點，能夠?qū)?任意音頻輸入信號進(jìn)行運算，得到包含高次諧波的信號。
【附圖說明】
[0015] 圖1為實時音頻信號編輯電路示意圖；
[0016]圖2為舉生成電路圖；
[0017] 圖3為泛音綜合電路圖。
【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖并通過具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳述，以下實施例只是描 述性的，不是限定性的，不能以此限定本實用新型的保護(hù)范圍。
[0019] -種實時泛音編輯電路，該電路由級聯(lián)的冪生成電路和泛音綜合電路兩部分組 成，音頻信號輸入冪生成電路，冪生成電路的輸出端連接泛音綜合電路的輸入端，泛音綜合 電路輸出處理完成的泛音信號。兩部分電路具體為：
[0020] 冪生成電路參見附圖2所示，冪生成電路的輸入端與輸出端之間的母線上連接有 多級冪運算電路，本實施例所示的冪運算電路采用三級模擬乘法器，第一級模擬乘法器的 兩個輸入端均連接在母線上，之后每一級的模擬乘法器的兩個輸入端分別連接母線和上一 級模擬乘法器的輸出端，以此類推，分別對輸入的音頻信號c 〇S(23ift)進(jìn)行處理，每個模擬 乘法器的輸出端得到一個輸出信號，本實施例可得到1至4次冪；
[0021] 泛音綜合電路參見附圖3所示，包括運算放大器、電阻器和電位器，以冪生成電路 的輸出為輸入，冪生成電路的每一級的輸出均對應(yīng)泛音綜合電路的一級輸入，在輸入端與 輸出端之間的母線上串聯(lián)有電位器，與電位器并聯(lián)有多級運算放大器，本實施例中設(shè)置有 三級運算放大器，且每一級運算放大器的輸出端線路上均串聯(lián)有一電位器獨立控制，4次泛 音信號運算結(jié)果最終經(jīng)一運算放大器后輸出，輸出端的運算放大器并聯(lián)有一電阻器分流提 高輸出精度。
[0022] 輸出
沖kd電位器SWm獨立控制，在該電路中1=〇。
[0023]本實施例測試于不高于4次泛音的生成，更高次泛音的原理相同。
[0024]本實施例中，運算放大器使用0P07,乘法器使用AD539模擬乘法器芯片，該芯片具 有0.01 %的低失真。諧波綜合電路中所有運放的反饋電阻準(zhǔn)確度應(yīng)達(dá)到0.01%，其余電阻 達(dá)到1 %。電路整體準(zhǔn)確度可達(dá)到0.1 %。
[0025]上述實時泛音編輯電路的計算原理，音頻信號可以看作余弦信號的線性疊加，因 此實時音頻信號編輯的問題等價于對頻率為f的余弦信號C〇S(23Tft)進(jìn)行變換，得到形如 (1)式的輸出信號：
[0026]
爐 i (1)
[0027]式（1)中km必須可以根據(jù)需要設(shè)置，由于人耳對音頻信號的相位不敏感，因此對爐》 不作要求。
[0028] 為便于推導(dǎo)，令0 = 2Jift，根據(jù)歐拉公式ei<5 = C〇S0+i Sin0可以得到
[0029]
[0030]
[0031] 込. / )
[0032] 其中p是自然數(shù)，□的作用是向下取整。注意到（e10)n = cos ηθ+i sin ηθ因而Re {(e10)n}=C〇S ηθ，可以得到如下關(guān)系
[0033]
[0034]根據(jù)(2)式可以計算出
[0035] cos 2Θ = 2 cos20-l,
[0036] cos 3Θ = 4 cos39-3 cosB,
[0037] cos 4Θ = 8 cos49-8 cos29+1,
[0038] 倍角與冪的關(guān)系也可以表示為矩陣A = TB，其中
[0039] A=(cos9,cos 29,cos 39,cos 4Θ)Τ
[0040] B = (cosB , cos20 ,cos30, cos40)T
[0041]
[0042] 可見余弦函數(shù)的n次冪雖然包含n倍頻，但是也包含其他頻率;反之，n倍頻則是不 高于η次冪的線性組合。矩陣T的作用是解除各次冪之間的耦合，得到純凈的倍頻余弦函數(shù)。
[0043] 而最終所要得到的泛音信號，則是不高于η倍頻余弦的線性組合。因此（1)式的矩 陣表達(dá)式為
[0044] C=KTA (3)
[0045] 其中1(=(1^1，1?，1?，1^4)1'，當(dāng)然也可以將(3)式看作是與之等價的
[0046] C=(KTT)B (4)
[0047] 即任意泛音從不高于η倍頻的線性組合得到。
[0048]但是相比（4)式，（3)式的物理意義更為明確:km決定第m次諧波的幅度，使得各次 諧波的調(diào)節(jié)相互獨立，從而實現(xiàn)泛音的編輯。
[0049]盡管為說明目的公開了本實用新型的實施例和附圖，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以 理解:在不脫離本實用新型及所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可 能的，因此，本實用新型的范圍不局限于實施例和附圖所公開的內(nèi)容。
【主權(quán)項】
1. 一種實時泛音編輯電路，其特征在于：該電路由級聯(lián)的冪生成電路和泛音綜合電路 兩部分組成，音頻信號輸入冪生成電路，冪生成電路的輸出端連接泛音綜合電路的輸入端， 泛音綜合電路輸出處理完成的泛音信號； 所述冪生成電路的輸入端與輸出端之間的母線上連接有多級冪運算電路，第一級模擬 乘法器的兩個輸入端均連接在母線上，之后每一級的模擬乘法器的兩個輸入端分別連接母 線和上一級模擬乘法器的輸出端，以此類推，分別對輸入的音頻信號進(jìn)行處理，每個模擬乘 法器的輸出端得到一個輸出信號； 泛音綜合電路包括運算放大器、電阻器和電位器，以冪生成電路的輸出為輸入，冪生成 電路的每一級的輸出均對應(yīng)泛音綜合電路的一級輸入，在輸入端與輸出端之間的母線上串 聯(lián)有電位器，與電位器并聯(lián)有多級運算放大器，且每一級運算放大器的輸出端線路上均串 聯(lián)有一電位器獨立控制，多級運算放大器的泛音信號運算結(jié)果經(jīng)輸出端的運算放大器后輸 出，該輸出端的運算放大器并聯(lián)有一電阻器。
【文檔編號】H04R3/00GK205622843SQ201620398241
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年5月5日
【發(fā)明人】郭景濤, 張萌, 張一萌, 王強(qiáng)
【申請人】天津市計量監(jiān)督檢測科學(xué)研究院