用于改变音频信号音质和/或进行音调控制的方法和装置制造方法及图纸

一种从一个输入信号产生一个音质改变的输出信号的方法，它包括下列步骤：接收一个已经用一个第一速率采样的一个输入信号的数字表达；利用一个与该第一速率不同的第二速率，对一个输入信号的所述数字表达进行重新采样；通过周期性地抽取该重新采样的输入信号的一个片段，并且以一个与该输出信号的基频相等的速率，再现该各个抽取片段来产生该音质改变了的输出信号的一个数字表达。２．一种从一个输入信号产生一个音质、音调改变的输出信号的方法，它包括下列步骤：接收已经用一个第一速率采样的一个输入信号的一个数字表达；通过周期性地抽取该输入信号的一个片段，并且以一个与该音调改变了的输出信号的基频相等的速率，再现该抽取的各个片段来产生一个音调改变的输出信号的数字表达；通过以一个和该第一速率不同的第二速率，对该音调改变的输出信号的数字表达进行重新采样，来产生该音质改变的输出信号的一个数字表达。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利技术的领域本专利技术一般来说涉及电子音频效果，具体地说，涉及改变音频信号的音质和/或进行音调控制的音乐效果。专利技术的背景在任何一种周期性的音符中，一般都具有一个基频，它决定该音符的音调，还有许多谐音。这些谐音提供了该音符的特性或音质。该多个谐音频率与该基频的特定组合可使，例如，吉它和小提琴演奏彼此不同的同一音符的声音。该基频分量的振幅与一个乐器或声音产生的该多个谐音的振幅的相互关系称为谱色线。在诸如吉它、长笛或萨克斯管一类乐器中，当音符的音调调高或调低时，该乐器奏出的该音符的谱色线会成比例地，或多或少地扩展和收缩。各种电子音调改变器可产生各种音乐效果，它们接收一个输入音符，并产生一个具有不同音调的输出音符。通常，可利用这些效果使单一一个音乐家演唱等如同几个音乐家演唱一样。对于多个乐器，可以对由该乐器发出的声音进行采样和记录，然后，用比记录该多个采样的速率高或低的速率，将所采样和记录的声音奏出，而改变音符的音调。用这种方法产生的各种输了音符发出的声音相当自然，因为各种音调变化后的声音的谱色线与该乐器产生的声音如何随着音调变化的谱色线极其相似。与各种乐器产生的音符相反，口头发声的音符的音调改变时，该口头发声音符或声音的谱色线不会成比例地改变。然而，构成这个谱色线的各个单个频率的相对大小可以改变。当唱歌或说话时，通过对音符的采样，改变一个口头发声音符的单调，并且以不同的速度将该多个采样奏出时所发出的声音不自然，因为该处理与音调变化量成比例地改变该谱色线的形状。为了逼真地改变一个口头发声声音的音调，需要一种方法，该方法可以改变基频，而只是轻微地改变谱色线的总的形状。在我们先前的专利5231671号(“671专利”)中描述了一种装置，该装置可以改变口头发声音符的音调，用以实时地产生各种谐音。在“671专利”中所描述的音调改变方法是由刊登在“计算机音乐杂志”第13卷，第4期(1989)的兰特，K(Lent，K.)的一篇文章“数字采样声音的音调改变的一种有效方法”(“兰特方法”)改编而来的。该兰特方法可以不改变谱色线而改变一个数字采样声音的音调。简要地说，该兰特方法可以通过利用比基频输入音符较快或较慢的速率重现一个存贮输入信号的各个部分来改变一个口头发声音符的音调。虽然这种改变口头发声音符音调的方法工作良好，但该音调改变的音符的声音不完全自然，因为当音符的音调改变时，该谱色线保持固定不变。如上所述，存在着二个利用电子方法改变一个音符音调的方法。第一个方法称为重新采样法。它可以与音调改变量成比例地改变谱色线。第二个方法称为兰特方法。它不管音调改变量如何，或多或少地保持着该谱色线。这两种方法都不能使该谱色线以可控制的方式进行改变。因此，需要有一种与音符的音调无关的改变一个音符的谱色线的方法。利用这种方法，可以产生更逼真的各种谐音。另外，通过改变音符的音质，同时改变或不改变输出音调，可以使一种乐器的声音象另一种乐器的声音，或者一个人的声音象另一个人的声音。专利技术梗概为了改变口头发声音符和各种乐器产生的音符的音质，本专利技术通过改变信号的采样速率和根据兰特方法进行音调改变，使用了一种改变音调的新的组合方式。在优选实施例中，输入信号用第一种速率采样，而所产生的数字表达存贮在缓冲存贮器中。然后，用由使用者决定的第二种速率，对所存贮的数字输入信号重新采样。该重新采样的输入信号再存贮在第二个缓冲存贮器中。然后，利用一个窗函数，以和理想的输出音符的基频相等的速率，对该重新采样的输入信号进行定标，可以改变该重新采样输入信号的音调。假如希望只改变音符的音质，不改变音符的音调，则窗函数用以给该重新采样的输入信号定标的速率与该输入音符的基频相同。假如希望改变输出音符的音调及其音质，则窗函数用以给该重新采样的输入信号定标的速率与该输入音符的基频不同。根据本专利技术的另一方面，说明了一种音乐效果发生器。该发生器可以改变一个输入音频信号的音质和/或音调，使它与在MIDI通过上接收的音调匹配。最好，该音乐效果发生器与一个MIDI卡拉OK系统一起使用。该卡拉OK系统可向该音乐效果发生器提供一连串的旋律或谐音音符。该音乐效果发生器阅读在MIDI通道上的音符，并且自动地将音质改变的量赋与该音符。通过将谐音音符的音调与一个或多个阈值，或与从一个该卡拉OK系统使用者处接收的一个输入音频信号的音调进行比较，可以实现这种赋与。分派给每一个音符的音质的量可使各种谐音音符的声音与输入的音频信号不同，或者，假如音调升高或降低时，可以模仿该输入音频符号是如何改变的。附图的简要说明本专利技术的上述各个方面和附带的许多优点参考下列结合附图进行的详细说明将更快地明了和更好地理解。其中，附图说明图1A～1D为各种有声信号的谱的有代表性的图形，它们表示作为先前技术的音质/音调改变方法的结果，以及本专利技术的音质/音调改变方法的结果，各种谱色线是如何改变的；图2A为本专利技术所进行的，用于改变一个输入音符的音质和/或音调的多个步骤的流程图；图2B为由本专利技术所进行的，用于从一个输入口头发声音符中产生音质改变的，各种谐音音符的多个步骤的流程图；图3为用于根据本专利技术的方法产生各种声音谐音的一种音乐效果发生器的方框图；图4A和图4B为一些图形和相应的存贮器流程图，它们表示根据本专利技术的方法的步骤，一个输入的有声信号是如何被重新采样的；图5为表示根据本专利技术的方法编程的一个数字信号处理器所能发挥的功能的方框图；图6为表示在该数字信号处理器内的一个加窗的音频发生器所发挥的各种功能的方框图；图7A和7B为根据本专利技术的改变一个数字采样有声信号的音调的方法的图形表示；图8A和8B表示根据本专利技术的方法，汉宁(Hanning)窗是如何产生和存贮在存贮器中的；和图9A和9B为动态地选择加在一个音符上的音质改变量的音乐效果发生器的方框图。优选实施例的详细说明本专利技术提供一种用于改变一个音符的音质的系统，该系统比已知的各种系统产生的音质改变更逼真。本方法的最简单的形式可以用来改变一个音符的音质，但不改变音符的音调。例如，可以利用该方法使由一个男声唱和说出的有声信号好象是由一名妇女唱或说同一音符一样。除了改变一个音符的音质之外，本专利技术的方法可以用来改变一个音符的音调和音质。例如，可以利用本专利技术使由一个女声唱出的一个音符象由一个男声唱出的另一个音符一样。最后，可以利用本专利技术的当前的优选实施例，从一个输入音符中产生音质改变的、各种谐音音符。虽然，下面的说明最初是针对从一个输入的口头发声音符产生不同的谐音音符的，但可以理解，该音符不需要一定是一个口头发出的音符，可以从任何一个声源产生，并且输出音符不需要一定是与输入的音调不同或与输入音调谐和的。图1A～1D比较了当根据先前技术的方法和采用本专利技术的方法改变音符的音调时，一个口头发声音符的谱色线是如何改变的。图1A表示一个频谱30a，它是一个典型的口头发声音符的代表。该频谱的总的形状由一个开多个共振峰或顶峰32a决定。该口头发声音符的特性或音质由该音符和各个谐音的基频的相对大小和位置决定(用多个箭头34a表示)。为了逼真地改变一个口头发声音符的音调，必需改变音符的基频，同时保持谱的共振峰接近原来的口头发声音符的共振峰。图1B表示一个音调改变了的口头发声音符的频谱30b。该频谱30b为在拥有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种从一个输入信号产生一个音质改变的输出信号的方法，它包括下列步骤接收一个已经用一个第一速率采样的一个输入信号的数字表达；利用一个与该第一速率不同的第二速率，对一个输入信号的所述数字表达进行重新采样；通过周期性地抽取该重新采样的输入信号的一个片段，并且以一个与该输出信号的基频相等的速率，再现该各个抽取片段来产生该音质改变了的输出信号的一个数字表达。2.一种从一个输入信号产生一个音质、音调改变的输出信号的方法，它包括下列步骤接收已经用一个第一速率采样的一个输入信号的一个数字表达；通过周期性地抽取该输入信号的一个片段，并且以一个与该音调改变了的输出信号的基频相等的速率，再现该抽取的各个片段来产生一个音调改变的输出信号的数字表达；通过以一个和该第一速率不同的第二速率，对该音调改变的输出信号的数字表达进行重新采样，来产生该音质改变的输出信号的一个数字表达。3.如权利要求1或2所述的方法，它还包括将该音质改变的输出信号的数字表达送至一个数模转换器，以便将该音质改变的输出信号的数字表达转换为该音质改变的输出信号的模拟表达的步骤。4.如权利要求1所述的方法，其中该输入信号具有一个基频，并且其中，该音质改变的输出信号具有一个与该输入信号的基频一样的基频。5.如权利要求1所述的方法，其中，该输入信号具有一个基频，并且其中，该音质改变的输出信号具有一个与该输入信号的基频不同的基频。6.如权利要求1或2所述的方法，其中，接收该输入信号的一个数字表达的步骤包括下列步骤接收该输入信号的一个模拟表达；和将该输入信号的该模拟表达送至一个模数转换器，以便将该输入信号的该模拟表达转换为该输入信号的一个数字表达。7.如权利要求1或2所述的方法，其中，该输入信号为由一种乐器产生的一个音符。8.如权利要求1或2所述的方法，其中，该输入信号为一口头发音的音符。9.一种从一个输入的有声信号产生一个音质改变的输出有声信号的方法，它包括下列步骤接收一个已经以一个第一速率采样的该输入有声信号的一个数字表达，并且以一个与该第一采样速率不同的第二采样速率，对该输入有声信号的该数字表达进行重新采样，以产生一个重新采样的输入有声信号；和通过利用一个窗函数周期性地抽取该重新采样的输入有声信号的一个片段，并且以一个与该输出有声信号的基频相等的速率，再现该多个抽取片段而产生该音质改变的输出有声信号的一个数字表达。10.一种从一个输入有声信号产生一个音质，音调改变的输出有声信号的方法，它包括下列步骤接收一个已经以一个第一速率采样的该输入有声信号的一个数字表达，并且通过利用一个窗函数周期性地抽取该输入有声信号的一个片段，并以一个与该输出有声信号的基频相等的速率再现该被抽取的多个片段而产生该音调改变的输出有声信号的一个数字表达；和通过以一个和该第一采样速率不同的第二采样速率，对该音调改变的输出有声信号的该数字表达进行重新采样，而产生该音质改变的输出有声信号的一个数字表达。11.如权利要求9或10所述的方法，其中，接收该输入有声信号的一个数字表达的步骤包括下列步骤接收该输入有声信号的一个模拟表达；和将该输入有声信号的该模拟表达送至一个模数转换器，以便将该输入有声信号的该模拟表达转换为该输入有声信号的一个数字表达。12.如权利要求9或10的方法，它还包括将该音质改变的输出有声信号的该数字表达送至一个数模转换器，以便将该音质改变的输出有声信号的该数字表达转换为该音质改变的输出有声信号的一个模拟表达的一些步骤。13.如权利要求9或10的方法，其中，该输入有声信号具有一个基频，并且该音质改变的输出有声信号具有一个与该输入有声信号的基频相同的基频。14.如权利要求9或10所述的方法，其中，该输入有声信号具有一个基频，而该音质改变的输出有声信号具有一个与该输入有声信号的基频不同的基频。15.如权利要求9所述的方法，其中，该输入有声信号和该音质改变的输出有声信号具有一个基频，而且其中，抽取该重新采样的输入有声信号的一个片段的步骤还包括下列步骤产生一个窗函数，该窗函数的持续时间为该输入有声信号的基频和该音质改变的输出有声信号的基频之差的函数；和将该窗函数与该重新采样的输入有声信号的该数字表达相乘。16.如权利要求10所述的方法，其中，该输入有声信号和该音调改变的输出有声信号具有一个基频，并且其中，抽取该输入有声信号的一个片段的步骤还包括下列步骤产生一个窗函数，该窗函数的持续时间为该输入有声信号的基频和该音调改变的输出有声信号的基频之差的函数；和将该窗函数与该音调改变的输出有声信号的该数字表达相乘。17.如权利要求9所述的方法，其中，在重新采样之前，将该输入有声信号的该数字表达存贮在一个数字存贮器中，并且其中，该输入有声信号的该数字表达包括许多循环，每一个循环占据许多存贮位置，对该输入有声信号的该数字表达进行重新采样的步骤还包括下列步骤假如该第二采样速率比该第一采样速率快，则将每个循环的重新采样的输入有声信号存贮在比该输入有声信号的该数字表达所占据的存贮器位置数目更多的存贮器位置中；和假如该第二采样速率比该第一采样速率慢，则将每个循环的该重新采样的输入有声信号存贮在比该输入有声信号的该数字表达所占据的存贮器位置数目更少的存贮器位置中。18.如权利要求10所述的方法，其中，在重新采样之前，将该音调改变的输出有声信号的该数字表达存贮在一个数字存贮器中，并且其中，该音调改变的输出信号的该数字表达包括许多循环，每一循环占据许多存贮器位置，对该音调改变的输出有声信号的该数字表达进行重新采样的步骤还包括下列步骤假如该第二采样速率比该第一采样速率快，则将每循环的该重新采样的音调改变的输出有声信号存贮在比该音调改变的输出有声信号的该数字表达所占据的存贮器数目更多的存贮器位置中；和...

【专利技术属性】
技术研发人员：布赖恩·查尔斯·吉布森，克里斯托弗·迈克尔·朱宾，布赖恩·约翰·罗登，
申请(专利权)人：IVL技术有限公司，
类型：发明
国别省市：