一种具有空间音效感的可柔性配置扬声器阵列的电子乐器的制作方法

本发明涉及电子乐器实现和电子设备技术，具体涉及利用可柔性配置的扬声器阵列来实现一种具有空间音效感的通用电子乐器的装置。

背景技术：

电子乐器是指演奏者通过特定手段触发电子信号，使其利用电子合成技术或是采样技术来通过电声设备发出声音的乐器，如电子琴、电子鼓等。

传统乐器一般靠弦、膜、簧、板或金属体等的振动发出声音。如提琴类、胡琴类和弹弦类乐器，均由弦振动而发出声音，而锣和拔类乐器则由金属体振动发出声音。有“乐器之王”美称的钢琴，由88个琴键(52个白键，36个黑键)和金属弦音板组成，演奏者通过按下键盘上的琴键，牵动钢琴里面包着绒毡的小木槌，继而敲击钢丝弦发出声音。小提琴也是通过弦振动而发出声音，它共有四根弦，分为：1弦(E弦)、2弦(A弦)、3弦(D弦)和4弦(G弦)。它们的音质基本上受制于材质和相应的结构，取决于材质的振动频率和它对弦振动的反应，优质琴弦能把发出的每个声音的基音和泛音都同样灵敏地传播出去。琴弦振动，对于琴弦上的每个质点来说产生简谐振动，其振动方向与波的传播方向垂直，发出横波，再通过空气传入人耳的

电子乐器的发音体是电声转换元件，电声转换元件将电信号转换为声音，也叫扬声器或者喇叭，用的比较多的是电动式扬声器，其主要元件是线圈，当不同的电子能量传至线圈时，线圈产生一种能量与磁铁的磁场互动，这种互动造成纸盘振动，使空气的疏密程度产生变化而产生声音，这种媒介质点的振动方向与波的传播方向一致，形成“纵波”。

电子乐器的种类很多，使用最多的是电子琴和具有MIDI功能的各种电子合成器。两者最大的区别在于电子琴使用固化的音色采样，大部分不提供音色编辑功能，而合成器可以提供音色编辑制作和控制功能，将音色进行修改，进而创造自己独有的音色。

电子乐器不同于传统乐器，各有优劣，主要体现在：1)电子乐器的发音体是电声转换元件，把音乐电信号转换成音频信号。而传统乐器的发音体，基本上是弦、膜、簧、板或金属体等。2)传统乐器是一种单一乐器的音色，而电子乐器则可通过电子滤波、润色或调制，表现单一音色，也可以模拟表现复合音色。3)传统乐器受制于乐器本身的物理属性，受自身的音域、音量、音色、演奏技法等方面的先天属性“形”的影响。所有的传统乐器无法呈现纯粹的音波，诸如正弦波、三角波、方波等，比如小提琴，它只能呈现其中高音区的音域范围，不能去呈现低音的音域。电子乐器则打破音乐创作和演奏过程中受制于“形”的状态。4)传统乐器的单一音色比较自然圆润，而电子乐器在模仿各类管、弦乐器时，技法略显单调，音质较差。5)传统乐器容易受自然气候条件的影响，如竹笛在不同温度的环境中会出现音高的差异，鼓类或弦类乐器受湿度影响，也会出现音色、音高的变化。而电子乐器只是受电压、电流或电子元件质量等因素的影响，相对来说，不容易受自然气候条件的影响。

目前的电子乐器能够解决小型歌唱及舞厅的伴奏问题，可以事先由一个人制作伴奏音乐乐曲或背景音乐，而不需要乐队，或者部分代替乐队，因此在乐器中占有一席之地，但是因为音质的差异还是无法替代传统乐器，究其原因，传统乐器的声音是通过琴弦的简谐振动发出的，是一种横波，而电子乐器用扬声器的纵波来模拟横波有一定的局限性，其次，其发音体数目有限，导致声带数有限。目前电子乐器的改进重在：1)在软件上研究制作产生音色，如把若干个正弦波振荡器连在一起，改变各自的频率、振幅，产生不同音色；或者采用压控方法，对频率、振幅、波形、时值、包络线等进行调制；或者采用调频的方法，波形记忆方法，脉冲数码调制方法等，也可以把以上各种方法混合使用。2)在硬件上，则扩展容量，包括扩展槽口，增加软盘驱动器或硬盘，增加最大发音数目，增大存贮量，扩展琴键等，使功能多样化，如把一台合成器变成同时可以发二种、四种甚至几种音色的乐器，即一台当作几台使用等，使得电子乐器越来越笨重和配置固定化。3)为提升听觉音效，围绕感和扩展感等，对左、右两路独立的放音通道进行立体声重放，在音响接收端布置多个扬声器，使得听者置身于这些扬声器包围中，以达到环绕立体声的效果。目前电子乐器的改进很少在软件和硬件上结合，特别是在声源端，从传统乐器的演奏机械发声机理和电子乐器的发音体(电声转换元件)播放声音的原理来提升音质和空间音效感，如电子琴模拟钢琴演奏，音色库出来的声音电子信号经过扬声器播放，是基于左右声道，扬声器只是起到电声转换，所以播放出来没有空间音效感，使得音质无法和钢琴琴弦发出的声音比拟，后期接收端或者扩音端再用立体声的效果来播放或扩音，仍然达不到好的听觉效果。

随着互联网的蓬勃发展，互联网网络音乐也得到发展，当前的网络音乐是指音乐产品通过互联网、移动通信网等各种有线和无线方式传播，形成数字化音乐产品制作、传播和消费模式，而面向大众的普及应用则是用户上传自己的音乐以及下载他人的音乐。若能进一步地创作一个曲子，上传到网络，然后再由比较普及通用的电子乐器用不同的演奏方式，包括选择不同的乐器，不同的名家演奏风格等演奏出来，将会使得互联网网络音乐提供个性化的服务，更受人们的喜爱以及曲子的推广，将更利于互联网音乐的发展。

技术实现要素：

针对目前电子乐器通过其电声转换元件发出的纵波来模拟传统乐器通过琴弦的简谐振动发出的横波有一定的局限性，空间音效感缺乏，以及为扩展其功能而大型化和固定化难以普及到家庭个人使用，难以为互联网网络音乐提供个性化服务，本发明提出一种在软件和硬件上结合改进的电子乐器，特别是从传统乐器的机械发声机理和电子乐器的播放声音的原理入手，基于发音体的声源声场分布特性，用可柔性配置的扬声器阵列来实现制作一种通用电子乐器，可以在音源端提升电子乐器的音质及空间音效感，在大型演艺场所取得更好的演奏效果，也可以朝小型化和便携式发展，普及到家庭个人使用。本发明通过如下技术方案实现：

一种具有空间音效感的可柔性配置扬声器阵列的电子乐器包括键盘、总控制端和若干分布式的可柔性配置的扬声器阵列。键盘负责弹奏、输入曲谱给总控制端；总控制端负责对各种乐谱解析，发出控制命令和播放信息给各分布式的可柔性配置的扬声器阵列；若干分布式的可柔性配置的扬声器阵列，根据演奏效果、演奏场景分布式地安装在演奏场所的各个位置，负责根据接收的控制命令和播放信息来有序地播放相应的声音文件。

一种具有空间音效感的可柔性配置扬声器阵列的电子乐器的键盘，可以沿用当前的电子琴的键盘，弹奏、输入曲谱给总控制端。

一种具有空间音效感的可柔性配置扬声器阵列的电子乐器的总控制端，包括总控制台、音色库模块、曲谱解析模块和通信模块。总控制台负责人机交互和发起总的控制，如选择演奏乐器；控制添加音色库，编辑音色库；控制曲谱解析；控制通信模块添加扬声器身份标识符，从而控制与相应实际增加的扬声器的通信。

音色库模块存储各种乐器的音色。音色是指声音的感觉特性，不同的发音体由于材料、结构不同，发出声音的音色也就不同，因而可以通过音色的不同去分辨不同的发音体。人感觉出声音的不同，除了音调和响度，就是音色，音调的高低决定于发音体振动的频率，响度的大小决定于发音体振动的振幅。音色的不同取决于不同的泛音，每一种乐器发出的声音，除了一个基音(音调)外，还有许多不同频率的泛音伴随，正是这些泛音决定了其不同的音色，使人能辨别出不同的乐器。从波形上来看，基音就是基波，或者叫第一谐波(谐音)，泛音就是指频率呈现和基波频率整数倍的这些谐波，可以根据倍数依次称为第二谐波(谐音)、第三谐波(谐音)等等。

音色库模块实际存储各种乐器的音色文件，音色文件是乐器发出声音的波形文件的参数文件，记录的是每个音色各谐波之间的分布关系以及各谐波的幅度。具体来说，是对各音色分析其频谱，提取基波和各谐波(谐音)的频率、幅度参数，形成参数文件。另外，音色库模块还可以根据音律和已有的音色，编辑、修正原有的音色，拓展音色库，而不受制于传统乐器的发音体所限。这里所述音律除了指常见的“纯律”、“五度相生律”和“十二平均律”等，还可以是人为创造的其他音律。

曲谱解析模块负责理解和解析各种曲谱，支持采用不同音律谱写的曲子。总控制台选择相应的乐器演奏后，曲谱解析模块则根据曲谱当前的音符，到音色库中调取相应的音色，根据音色文件，把曲谱翻译成控制信息，包括演奏的声带、强度和时长，以及演奏数据信息，交给通信模块。演奏的声带是指各谐波对应的频率或者频段；强度是调整或者编辑每个扬声器的演奏响度；时长则是由曲谱规定这个音符发音时间的长度。演奏数据是根据每个音色的参数文件来生成对应各谐波的子波形文件(声音文件)。

通信模块负责配置声带和扬声器的序号对应表、封装通信信息和传输通信信息。首先根据声带和扬声器的序号对应表，把演奏的声带信息转换成扬声器的序号(身份标识符，ID)信息，且把此身份标识符信息封装在头文件里面，另外根据所分配的扬声器，设置和计算每个扬声器的延时，且添加和封装到曲谱解析模块翻译的控制信息里面，然后把头文件、控制信息和演奏数据信息组装成通信信息，传输给若干分布式的可柔性配置的扬声器阵列，传输方式可以是有线的也可以是无线的。当用无线方式，数据传输率比较大的时候，可以考虑采用近距离高速无线传输技术，如超宽带等，这样使得键盘和总控制端，与若干分布式的可柔性配置的扬声器阵列是无线分体式的结构，便于居家摆放和舞台布置。

一种具有空间音效感的可柔性配置扬声器阵列的电子乐器的可柔性配置的扬声器阵列由若干扬声器排列而成。扬声器可以选用体积小的。扬声器的数目根据需要柔性配置；另外，扬声器排列在柔性的电路板上，使得扬声器阵列可以方便地按需调整，柔性地展成或者卷成任意形状，如平面的线性、圆形，曲面，立体状等，摆在舞台上，或者悬挂在台架上，也可以形成穿戴式的装置随身携带使用。可柔性配置的扬声器需要编号，且在总控制端的通信模块登记，即是形成声带和扬声器的序号对应表，便于总控制端的集中控制和柔性配置。

上述扬声器阵列可以有不同的排列和组合方法，可以根据扬声器支持的发出声音的频率或者频段来进行排列，如分成低音带阵列、中音带阵列和高音带阵列或者更细致的音带的划分。支持相同频率或者频段的扬声器有多个，分布在空间不同的位置，当各自在不同的起始时刻播放同一演奏数据(声音文件)，即采用不同的延时时，则可以模拟一根琴弦某个谐波的振动。根据音色谐波(谐音)的规则，选择多个支持相应的声音的频率或者频段的扬声器，按照一定的延时规则有序播放相应的演奏数据，则可以模拟一根琴弦或者多根琴弦发出的声音。采用多个扬声器按照一定的延时规则有序播放演奏数据来模拟琴弦空间上的振动，而且每个扬声器的空间分布位置不同，以及前面提到的扬声器的阵列可以卷成任意形状，形成一定的振动腔或者共鸣腔，使得演奏出来的声音具有很强的空间音效感。

上述扬声器有固定的窄带宽度，支持带宽内频率的演奏数据播放。

上述扬声器包括电声转换单元、通信单元、控制单元、数模转换单元、功率放大单元。电声转换单元，将电信号转换为声音。每个扬声器的通信单元都设置一个身份标识符，和自己的扬声器编号对应。通信单元负责把总控制端的通信模块发送过来的通信信息进行解封，解读头文件，若头文件里面有自己的身份标识符，则接收该通信信息里面的控制信息和演奏数据信息，否则丢弃该信息。控制单元根据接收的控制信息，包括演奏的声带、强度、延时和时长，发出控制命令。强度是调整演奏的响度；延时是控制何时播放；时长是播放的时间长度，根据控制信息发出控制命令。数模转换单元则对演奏数据信息进行数模转换，然后通过功率放大单元放大后给电声转换单元。电声转换单元则结合控制单元给出的控制命令对演奏数据信息进行有序的播放。

进一步说明扬声器阵列模拟琴弦发音的原理：

首先，单个扬声器独立工作时，作为独立的声源在空气中振动，一会儿压缩空气，使其变得“稠密”，一会儿空气膨胀，变得“稀疏”，形成一系列疏密变化的波，将振动能量传送出去，媒介质点的振动方向与波的传播方向一致形成“纵波”。

而传统乐器通过琴弦的简谐振动发出声音，以横波的形式传播。一根弦演奏某个音色引起弦的振动，弦的振动可以分为很多频率的振动。如，某个音色其基频为f₁，依次第二次谐波f₂＝2f₁、第三次谐波f₃＝2f₁，…，第N次谐波f_N＝Nf₁，分解出每个谐波对应的幅度A_i和初始相位即是音色的频谱分解。通过记录每个谐波的频率、幅度、初始相位，就可以描述这个谐波对应的简谐运动其中谐波重要的参数是幅度和频率，初始相位可以都认为是0，因而可以简化成x_i(A_i,f_i)，这个音色就可以用来描述。

某次谐波在琴弦上的传播，可以看成是琴弦有很多质点的同频振动，而这些质点是分布在琴弦上不同位置处的。故可以用支持相同频率或者频段的扬声器来模拟这些质点，放置在谐波的波峰、波谷等不同位置，控制其播放同一演奏数据(声音文件)的不同起始时刻，则可以模拟一根琴弦某个谐波的振动。这里把播放同一演奏数据的这些扬声器，由于播放起始时刻不一样而称为某次谐波的延时扬声器组。

前面已经提到一根弦演奏的某个音色的频谱可以分解成多个谐波，因此选择多个支持相应的谐波频率或者频段的扬声器，按照一定的延时规则有序播放相应的演奏数据，则可以模拟一根琴弦或者多根琴弦发出的声音。对于某个音色，基波传播慢，其需要的延时扬声器个数少，而随着谐波的频率增加，要想更好地描述此谐波，则相应的延时扬声器个数需增多。延时扬声器组的个数以及基波的延时扬声器组中的每个扬声器的延时根据演奏的需要预先设置，谐波的延时扬声器组中的每个扬声器的延时则可以根据谐波的倍数关系和基波的延时扬声器组中的每个扬声器的延时按照算法进行推导。

基于扬声器阵列模拟琴弦发音的原理，总结形成空间音效感的方法：

一根弦音色的频谱分解得到N个演奏数据x_i(A_i，f_i)，i＝1，L，N，根据其频谱特点，不同次谐波的延时扬声器个数，选择相应的扬声器，同时根据设置的基波的延时扬声器组中的每个扬声器的延时，得到各谐波的延时扬声器组中的每个扬声器的延时。对应的扬声器得到这些演奏数据，则从里面选出自己的演奏数据，再根据相应的延时来进行播放，由于播放声音文件的时间(时序)不一样，即是有不同的延时，这好似在琴弦发出的横波的的不同位置(如波峰、波谷等)放置扬声器，这样就模拟出一根弦的音色。若同时以相同的方式来处理多根弦对应的音色的演奏数据，那就模拟出多根弦的空间音效。对应的扬声器可能处于不同的音带阵列，分布在空间不同位置；另外扬声器的阵列可以卷成任意形状，形成一定的振动腔或者共鸣腔，使得演奏出来的声音的空间音效感更强。

一种具有空间音效感的可柔性配置扬声器阵列的电子乐器的可柔性配置的扬声器阵列，可以作为一个多声带的外置音响独立于键盘和总控制端工作。如电脑或者手机需要播放某个音频文件时，采用一个控制软件对音频文件进行频谱分析成多子带的音频文件，然后再发送给可柔性配置的扬声器阵列支持相应频带的扬声器进行播放。

一种具有空间音效感的可柔性配置扬声器阵列的电子乐器装置的工作流程说明如下：

总控制端的音色库模块已经存储各种乐器及编辑的音色文件，通信模块已经配置好声带和扬声器的序号对应表，即是知道有哪些扬声器可以控制。当有一个曲谱要演奏时，打开键盘、总控制端和可柔性配置的扬声器阵列各自的电源，开始如下工作步骤：

1)选择演奏乐器，打开键盘、输入曲谱。总控制端的总控制台选择一种或者多种演奏乐器，演奏者在键盘上按相应的琴键，即是输入曲谱相应的音符。曲谱的输入也可以通过总控制台的读谱软件来输入。

2)曲谱解析。总控制端的曲谱解析模块理解和解析各种曲谱，支持采用不同的音律谱写的曲子。根据选择的演奏乐器和曲谱当前的音符，曲谱解析模块到音色库中调取相应的音色，然后把曲谱翻译成控制信息，包括演奏的声带、强度和时长，以及演奏数据信息这一时序数据。演奏数据是根据每个音色来生成对应各谐波的子波形文件。时序数据是指在这一时长内的有效数据，下一阶段又根据输入或弹奏的曲谱生成下一时序数据。

3)集中产生的时序数据分发给可柔性配置的扬声器阵列。曲谱解析模块翻译的时序数据交给通信模块，通信模块根据演奏的声带信息，以及已配置的声带和扬声器的序号对应表，把演奏的声带信息转换成扬声器的身份标识符信息，且把这些身份标识符信息封装在头文件里面，表明要发给哪些扬声器；另外根据所分配的扬声器，设置和计算每个扬声器的延时，且添加和封装到曲谱解析模块翻译的控制信息里面，然后把头文件、控制信息和演奏数据信息组装成通信信息，以广播的形式传输给若干分布式的可柔性配置的扬声器阵列。

4)相应扬声器接收时序数据。每个扬声器的通信单元都设置一个标识符，和自己的扬声器编号对应。每个扬声器的通信单元负责把总控制端的通信模块发送过来的通信信息进行解封，解读头文件，若头文件里面有自己的身份标识符，则接收该通信信息里面的控制信息和演奏数据信息，否则丢弃该信息。

5)分布式可柔性配置的扬声器阵列播放时序数据。接收了该时序数据的扬声器，即是接收该时序数据里面的控制信息和演奏数据信息。相应的控制单元根据接收的控制信息，包括演奏的声带、强度、延时和时长，发出控制命令。延时是控制何时播放；时长是播放的时间长度。数模转换单元则对演奏数据信息进行数模转换，然后通过功率放大单元放大后给电声转换单元。电声转换单元则结合控制单元给出的控制命令对演奏数据信息进行有序的播放。

6)曲谱的继续演奏播放。若曲谱没有演奏结束，则根据演奏者输入的音符继续处理，跳转到2)翻译下一时序数据，然后再分发给对应的可柔性配置的扬声器阵列进行播放，直至演奏播放结束。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)提出的电子乐器在软件和硬件上结合改进，从传统乐器的发声机理和电子乐器的播放声音的原理入手，基于发音体的声源声场分布特性，用可柔性配置的扬声器阵列来实现制作一种通用电子乐器，提升电子乐器的音质及空间音效感。

(2)该装置可柔性配置的扬声器阵列分成低音带阵列、中音带阵列和高音带阵列或者更细致的音带的划分，使得音色的谐波成分更加丰富和饱满，演奏的音质更好。

(3)该装置利用支持相同频率或者频段的扬声器在不同的起始时刻播放同一演奏数据，进而模拟一根琴弦某个谐波的振动。若同时以相同的方式来处理多根弦对应的音色的演奏数据，那就模拟出多根弦的空间音效。而且对应的扬声器可能处于不同的音带阵列，分布在空间不同位置；另外扬声器的阵列可以卷成任意形状，形成一定的振动腔或者共鸣腔，使得演奏出来的声音的空间音效感更强。

(4)该装置扬声器阵列排列在柔性的电路板上，使得扬声器阵列可以方便地按需调整排列，柔性地展成或者卷成任意形状，如平面的线性、圆形，曲面，立体状等，摆在舞台上，或者悬挂在台架上。扬声器的数目也可以根据应用按需柔性配置，当扬声器使用个数较少时，可以小型化为一个便于随身携带穿戴式的装置；也可以使用较多的扬声器，使得频带进行更细致的划分，摆设成大型的不同形状的播放音响装置，分布式布置在演艺会场、剧场、体育场馆等场所，实现高质的演奏播放效果。

(5)该装置可柔性配置的扬声器阵列，可以作为一个多声带的外置音响独立于键盘和总控制端工作，提升音响效果。如电脑或者手机需要播放某个音频文件时，采用一个控制软件来对音频文件进行频谱分析成多子带的音频文件，然后再发送给可柔性配置的扬声器阵列支持相应频带的扬声器进行播放。由于在软件上进行了多子带的划分，在硬件上扬声器阵列模拟空间音效感，因而可以提升音响效果。

(6)该装置不像传统乐器，如钢琴受制于工艺限制和琴键的个数，使其音调“调”的划分比较少，如C调，G调等，对绝对音高有一定的限制，只能是少量的琴键担任此角色。而该发明可柔性配置的扬声器阵列所支持的频率可以很细致的划分，因此可以不拘泥于“调”，任意频率都可以成为某个“调”的绝对音高。

(7)该装置可以直接面对网络上作曲家的曲谱，选用不同的演奏方式，包括选择不同的乐器，不同的名家演奏风格等，演奏或者播放出来，提供个性化的服务，推进网络音乐的发展。

附图说明

图1是本实施例具有空间音效感可柔性配置扬声器阵列的电子乐器装置结构示意框图(其中图1(a)为有线方式，图1(b)为无线方式)。

图2(a)是本实施例具有空间音效感可柔性配置扬声器阵列的电子乐器装置的扬声器结构示意框图。

图2(b)是本实施例具有空间音效感可柔性配置扬声器阵列的电子乐器装置的扬声器正面示意图。

图2(c)是本实施例具有空间音效感可柔性配置扬声器阵列的电子乐器装置的扬声器背面示意图。

图3(a)是本实施例可柔性配置的扬声器阵列的平面排列示意图。

图3(b)是本实施例可柔性配置的扬声器阵列的曲面排列示意图。

图3(c)是本实施例可柔性配置的扬声器阵列的立体排列示意图。

图4是本实施例演奏声带和可柔性配置的扬声器阵列的分布、扬声器的序号对应示意图。

图5(a)是本实施例一根琴弦演奏某个音色的频谱分解示意图。

图5(b)是本实施例一个延时扬声器组模拟一个单频波的示意图。

图6是本实施例具有空间音效感可柔性配置扬声器阵列的电子乐器装置的集中控制示意图。

图7是本实施例可柔性配置的扬声器阵列作为一个多声带的外置音响的工作示意图。

图8是本实施例具有空间音效感可柔性配置扬声器阵列的电子乐器装置的互联网音乐示意图。

图9是本实施例具有空间音效感可柔性配置扬声器阵列的电子乐器装置的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，但本发明的实施不限于此。

实施例

如图1所示，是本实施例所述一种具有空间音效感的可柔性配置扬声器阵列的电子乐器装置结构示意图，包括键盘、总控制端和若干分布式的可柔性配置的扬声器阵列。键盘负责弹奏、输入曲谱给总控制端；总控制端负责对各种乐谱解析，发出控制命令和播放信息给各分布式的可柔性配置的扬声器阵列；若干分布式的可柔性配置的扬声器阵列，根据演奏效果、演奏场景分布式地安装在演奏场所的各个位置，负责根据接收的控制命令和播放信息来有序地播放相应的声音文件。

一种具有空间音效感的可柔性配置扬声器阵列的电子乐器的键盘，可以沿用当前的电子琴的键盘，弹奏、输入曲谱给总控制端。

一种具有空间音效感的可柔性配置扬声器阵列的电子乐器的总控制端，包括总控制台、音色库模块、曲谱解析模块和通信模块。

总控制台负责人机交互和发起总的控制，如选择演奏乐器；控制添加音色库，编辑音色库；控制曲谱解析；控制通信模块添加扬声器身份标识符，从而控制与相应实际增加的扬声器的通信。

音色库模块存储各种乐器的音色文件，音色文件是乐器发出声音(如音名为C，D，E，F，G，A，B的音，其唱名为do，re，mi，fa sol，la，si)波形文件的参数文件，记录的是每个音色各谐波之间的分布关系以及各谐波的幅度。具体来说，是对各音色分析其频谱，提取基波和各谐波(谐音)的频率、幅度参数，形成参数文件。另外，音色库模块还可以根据音律和已有的音色编辑，修正原有的音色，拓展音色库，而不受制于传统乐器的发音体所限。

曲谱解析模块负责理解和解析各种曲谱，支持采用不同的音律谱写的曲子，如常见的“纯律”、“五度相生律”和“十二平均律”等，总控制台选择相应的演奏乐器后，曲谱解析模块则根据曲谱当前的音符，到音色库中调取相应的音色，根据音色文件，把曲谱翻译成控制信息，包括演奏的声带、强度和时长，以及演奏数据信息，交给通信模块。演奏的声带是指各谐波对应的频率或者频段；强度是调整或者编辑每个扬声器的演奏响度；时长则是由曲谱规定这个音符发音时间的长度。演奏数据是根据每个音色的参数文件来生成对应各谐波的子波形文件。

通信模块负责配置声带和扬声器的序号对应表、封装通信信息和传输通信信息。首先根据声带和扬声器的序号对应表，把演奏的声带信息转换成扬声器的序号(身份标识符，ID)信息，且把此身份标识符信息封装在头文件里面，另外根据所分配的扬声器，设置和计算每个扬声器的延时，且添加和封装到曲谱解析模块翻译的控制信息里面，然后把头文件、控制信息和演奏数据信息组装成通信信息，传输给若干分布式的可柔性配置的扬声器阵列，传输方式可以是有线的也可以是无线的。当用无线方式，数据传输率比较大的时候，可以考虑采用近距离高速无线传输技术，如超宽带等，这样使得键盘和总控制端，与若干分布式的可柔性配置的扬声器阵列是无线分体式的结构，便于居家摆放和舞台布置。图1(a)所示是有线的形式，图1(b)所示是无线的形式。

如图2所示，是本实施例所述一种具有空间音效感的可柔性配置扬声器阵列的电子乐器装置的扬声器结构示意框图，包括通信单元、控制单元、数模转换单元、功率放大单元和电声转换单元。每个扬声器的通信单元都设置一个身份标识符，和自己的扬声器编号对应。通信单元负责把总控制端的通信模块发送过来的通信信息进行解封，解读头文件，若收到的通信信息头文件有自己的身份标识符，则接收该通信信息里面的控制信息和演奏数据信息，否则丢弃该信息。控制单元根据接收的控制信息，包括演奏的声带、强度、延时和时长，发出控制命令。强度是调整演奏的响度；延时是控制何时播放；时长是播放的时间长度。数模转换单元则对演奏数据信息进行数模转换，然后通过功率放大单元放大后给电声转换单元。电声转换单元则结合控制单元给出的控制命令对演奏数据信息进行播放。图2(b)是本实施例扬声器正面示意图；图2(c)是本实施例扬声器背面示意图，示意了通信单元201，控制单元202、数模转换单元203、功率放大单元204放置在电声转换单元205的背面。

如图3所示，是本实施例所述可柔性配置的扬声器阵列的排列示意图。可柔性配置的扬声器阵列由若干扬声器排列而成，排列在柔性的电路板上，使得扬声器阵列可以柔性的展成或者卷成任意形状，如线性，圆形，曲面，立体状等，也使其可以形成穿戴式的装置，便于随身携带。可柔性配置的扬声器阵列需要编号，如扬声器1，扬声器2，扬声器3，扬声器4，…，扬声器M。图3(a)是本实施例可柔性配置的扬声器阵列的平面线阵排列示意图，可以悬挂在墙上；图3(b)是本实施例可柔性配置的扬声器阵列的曲面排列示意图，可以穿戴在携带的包上；图3(c)是本实施例可柔性配置的扬声器阵列的立体排列示意图，组装成一个葫芦丝的形状，可以摆在舞台上，或者悬挂在台架上。

如图4所示，是本实施例所述声带和可柔性配置的扬声器阵列的分布、扬声器的序号对应示意图。扬声器阵列可以有不同的排列和组合方法，图4示意根据扬声器支持的演奏声带，即是发出声音的频段来进行排列，如分成低音带阵列、中音带阵列和高音带阵列。总的扬声器个数为18个，支持相同频率或者频段的声音的扬声器有多个，如，支持f_1l＜f＜f_1h频段的扬声器有2个。当用不同的延时来播放相同的演奏数据，则可以模拟某次谐波在琴弦上的传播。当需要播放相同频率或者频段的演奏数据，以及不同频率或者频段的演奏数据，都通过此声带和扬声器的序号对应表，选取相应的扬声器来工作。

如图5所示，是本实施例所述一种具有空间音效感的可柔性配置扬声器阵列的电子乐器装置模拟一根弦发出具有空间音效感声音的示意图。图5(a)示意了一根弦演奏某个音色的频谱分解。一根弦演奏某个音色引起弦的振动，弦的振动可以分为很多频率的振动，如其基频为f₁，依次第二次谐波f₂＝2f₁、第三次谐波f₃＝2f₁，…，第N次谐波f_N＝Nf₁，分解出每个谐波对应的幅度A_i和初始相位用每个谐波的频率、幅度、初始相位，就可以描述这个谐波对应的简谐运动其中重要的参数是幅度和频率，而初始相位可以都认为是0，因而可以简化成x_i(A_i,f_i)，这也是前面提到的支持频率f_i播放的扬声器的演奏数据，即是谐波i的子波形文件。图5(a)示意了低音提琴(bass)“do”音的频谱分解，主要有f₁，f₂，f₃，f₆，各自为110Hz，220Hz，330Hz，660Hz的这四条谱线，得到x₁(A₁,f₁)，x₂(A₂,f₂)，x₃(A₃,f₃)，x₆(A₆,f₆)演奏数据。

如图5(b)所示，是本实施例一个延时扬声器组模拟一个单频波的示意图。某次谐波(单频波)在琴弦上传播，可以看成是琴弦有很多质点的同频振动，而这些质点是分布在琴弦上不同位置处的。故可以用支持相同频率或者频段的扬声器来模拟这些质点，放置在谐波的波峰、波谷等不同位置，控制其播放同一演奏数据的不同起始时刻，则可以模拟一根琴弦某个谐波的振动。图5(b)示意图5(a)的基波在琴弦上的传播，用一个延时扬声器组，包含2个扬声器，控制不同的延时τ₁₁,τ₁₂来播放相同的演奏数据x₁(A₁,f₁)，实现空间音效感。

结合图5(a)和5(b)，假设基波x₁(A₁,f₁)用2个扬声器组成的延时扬声器组(各自的延时为τ₁₁,τ₁₂)来模拟，x₂(A₂,f₂)用2个扬声器组成的延时扬声器组(各自的延时为τ₂₁,τ₂₂)来模拟，x₃(A₃,f₃)用3个扬声器组成的延时扬声器组(各自的延时为τ₃₁,τ₃₂,τ₃₃)来模拟，x₆(A₆,f₆)用3个扬声器组成的延时扬声器组(各自的延时为τ₆₁,τ₆₂,τ₆₃)来模拟。则把相应的延时信息和演奏数据发送给各自支持110Hz，220Hz，330Hz，660Hz这四个频率的四个扬声器来进行播放则能模拟出琴弦发出的具有空间音效感的“do”音。基于相同的原理，选择多个支持相应的谐波频率或者频段的扬声器，按照一定的延时规则有序播放相应的演奏数据，则可以模拟多根琴弦发出的声音。

如图6所示，是本实施例所述一种具有空间音效感的可柔性配置扬声器阵列的电子乐器装置的集中控制示意图。可柔性配置的扬声器阵列已经编号，如扬声器1，扬声器2，扬声器3，扬声器4，…，扬声器18。总控制台选择相应的乐器后，曲谱解析模块则根据曲谱当前的音符，到音色库中调取相应的音色，根据音色文件，把曲谱翻译成控制信息，包括演奏的声带、强度和时长，以及演奏数据信息，交给通信模块。演奏数据是根据每个音色来生成对应各谐波的子波形文件x_i(A_i,f_i)。总控制端的通信模块则根据内置的声带和扬声器的序号对应表和演奏的声带，分配不同次谐波的延时扬声器个数，选择相应的扬声器，同时根据设置的基波的延时扬声器组中的每个扬声器的延时，得到各谐波的延时扬声器组中的每个扬声器的延时。然后把扬声器的序号信息，封装在头文件里面，把延时信息封装到控制信息，再把头文件、控制信息和演奏数据信息进行组装，然后以广播的方式传输给所有分布式的可柔性配置的扬声器阵列。相应的扬声器发现有与之相关的数据，则接收下来进行播放。

图6示意了图5中的低音提琴(bass)“d o”音分解为基频f₁，2次谐波f₂，3次谐波f₃，6次谐波f₆，有x₁(A₁,f₁)，x₂(A₂,f₂)，x₃(A₃,f₃)，x₆(A₆,f₆)演奏数据；通信模块根据内置的声带和扬声器的序号对应表和演奏的声带，分配基波x₁(A₁,f₁)用2个扬声器(扬声器1、扬声器2)组成的延时扬声器组(各自的延时为τ₁₁,τ₁₂)，x₂(A₂,f₂)用2个扬声器(扬声器3、扬声器4)组成的延时扬声器组(各自的延时为τ₂₁,τ₂₂)，x₃(A₃,f₃)用3个扬声器(扬声器7、扬声器8、扬声器9)组成的延时扬声器组(各自的延时为τ₃₁,τ₃₂,τ₃₃)，x₆(A₆,f₆)用3个扬声器(扬声器16、扬声器17、扬声器18)组成的延时扬声器组(各自的延时为τ₆₁,τ₆₂,τ₆₃)。通信模块把扬声器的序号信息，封装在头文件里面，把延时信息封装到控制信息。头文件、控制信息、演奏数据信息这三种信息组装后以无线广播的方式传输给所有分布式的可柔性配置的扬声器阵列，然后相应的扬声器(扬声器1、2、3、4、7、8、9、16、17、18)发现有与之相关的数据，则接收下来按照控制信息有序播放相关的演奏数据。

如图7所示，是本实施例可柔性配置的扬声器阵列，作为一个多声带的外置音响独立于键盘和总控制端的工作示意。如手机需要播放某个音频文件时，采用一个控制软件(如手机的APP)来对音频文件通过频谱分析模块进行频谱分析成多子带的音频文件，相当于前面提到的演奏数据(根据每个音色来生成对应各谐波的子波形文件x_i(A_i,f_i))。通信模块实现同样的功能，根据内置的声带和扬声器的序号对应表和演奏的子带，分配不同子带的延时扬声器个数，选择相应的扬声器，同时根据设置的最低频率的子带的延时扬声器组中的每个扬声器的延时，得到各子带的延时扬声器组中的每个扬声器的延时。然后通信模块把扬声器的序号信息，封装在头文件里面，把延时信息封装到控制信息。头文件、控制信息、演奏数据信息这三种信息组装后以无线广播的方式传输给所有分布式的可柔性配置的扬声器阵列，相应的扬声器发现有与之相关的数据，则接收下来进行播放。由于在软件上进行了多子带的划分，在硬件上扬声器阵列模拟空间音效感，因而可以提升音响效果。

如图8所示，是本实施例一种具有空间音效感的可柔性配置扬声器阵列的电子乐器装置的互联网音乐示意图。互联网上的一个曲谱，简谱或者五线谱，下载到本地后，由本实施例具有空间音效感可柔性配置扬声器阵列的电子乐器装置的总控制端的总控制台根据人工选择相应的乐器，然后曲谱解析模块根据当前曲谱的音符，到音色库中调取相应的音色，把曲谱翻译成演奏的声带、强度、时长、演奏数据。通信模块则负责把扬声器的序号信息，封装在头文件里面，把延时信息封装到控制信息，形成头文件、控制信息和演奏数据信息的封装，然后以广播无线的方式传输给若干分布式的可柔性配置的扬声器阵列，被选中的扬声器则根据总控制端的通信模块发送过来的控制信息和演奏数据信息进行接收，处理后电声转换单元结合控制信息对演奏数据信息进行演奏播放。这样互联网上的一个曲谱，可以根据不同的听众的喜好，选择不同的乐器，不同的名家演奏风格等演奏出来，提供个性化的服务，推进互联网音乐的发展。

图9是本发明一种具有空间音效感的可柔性配置扬声器阵列的电子乐器装置的工作流程图。

总控制端的音色库模块已经存储各种乐器及编辑的音色文件，通信模块已经配置好声带和扬声器的序号对应表，即是知道有哪些扬声器可以控制。当有一个曲谱要演奏时，打开键盘、总控制端和可柔性配置的扬声器阵列各自的电源，开始如下工作步骤：

(1)选择演奏乐器，打开键盘、输入曲谱。总控制端的总控制台选择一种或者多种演奏乐器，演奏者在键盘上按相应的琴键，即是输入曲谱相应的音符。曲谱的输入也可以通过总控制台的读谱软件来输入。

(2)曲谱解析。总控制端的曲谱解析模块理解和解析各种曲谱，支持采用不同的音律谱写的曲子。根据选择的演奏乐器和曲谱当前的音符，曲谱解析模块到音色库中调取相应的音色，然后把曲谱翻译成控制信息，包括演奏的声带、强度和时长，以及演奏数据信息这一时序数据。演奏数据是根据每个音色来生成对应各谐波的子波形文件。时序数据是指在这一时长内的有效数据，下一阶段又根据输入或弹奏的曲谱生成下一时序数据。

(3)集中产生的时序数据分发给可柔性配置的扬声器阵列。曲谱解析模块翻译的时序数据交给通信模块，通信模块根据演奏的声带信息，以及已配置的声带和扬声器的序号对应表，把演奏的声带信息转换成扬声器的身份标识符信息，且把这些身份标识符信息封装在头文件里面，表明要发给哪些扬声器；另外根据所分配的扬声器，设置和计算每个扬声器的延时，且添加和封装到曲谱解析模块翻译的控制信息里面，然后把头文件、控制信息和演奏数据信息组装成通信信息，以广播的形式传输给若干分布式的可柔性配置的扬声器阵列。

(4)相应扬声器接收时序数据。每个扬声器的通信单元都设置一个标识符，和自己的扬声器编号对应。每个扬声器的通信单元负责把总控制端的通信模块发送过来的通信信息进行解封，解读头文件，若头文件里面有自己的身份标识符，则接收该通信信息里面的控制信息和演奏数据信息，否则丢弃该信息。

(5)分布式可柔性配置的扬声器阵列播放时序数据。接收了该时序数据的扬声器，即是接收该时序数据里面的控制信息和演奏数据信息。相应的控制单元根据接收的控制信息，包括演奏的声带、强度、延时和时长，发出控制命令。延时是控制何时播放；时长是播放的时间长度。数模转换单元则对演奏数据信息进行数模转换，然后通过功率放大单元放大后给电声转换单元。电声转换单元则结合控制单元给出的控制命令对演奏数据信息进行有序的播放。

(6)曲谱的继续演奏播放。若曲谱没有演奏结束，则根据演奏者输入的音符继续处理，跳转到(2)翻译下一时序数据，然后再分发给对应的可柔性配置的扬声器阵列进行播放，直至演奏播放结束。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。