模拟钢琴弦共振音频信号的方法、系统以及电钢琴的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电钢琴领域，特别是涉及一种模拟钢琴弦共振音频信号的方法、系统 以及电钢琴。
【背景技术】
[0002] 电钢琴（Electronicalpiano),是一种电声乐器，在二十世纪六七十年代兴起、 八十年代至九十年代早期流行，用于在某些场合代替钢琴的乐器，其发声原理是将键盘作 为通断开关，一旦按下琴键，内部的晶振开始工作，并产生一定频率的波形，随后经过分频 器的放大，送入扬声器发声。整个发声过程依靠简单的分频模拟电路，所以键盘没有力度和 击弦感觉，声首也较为机械单调。
[0003] 早期的电子钢琴比较专一化地、只有几种钢琴或类钢琴的音色，能调音量，除此之 外，造价全花在了键盘手感上。电钢琴的键盘经历了三个发展时期。
[0004] 1、拉簧配重；利用简单的弹簧结构产生键盘力度，力度感很生硬，与声学钢琴相差 明显。
[0005] 2、配重键盘：利用复杂的阻尼装置使电钢琴键盘在按下使不至于过于生脆，回弹 时有一些延缓，手感上已经相当接近声学钢琴。按照不同人群对键盘力度的喜好又分为半 配重和全配重。在此基础上，为了模拟声学钢琴低音区比高音区的琴弦更粗带来的击打力 度差异，又发展出了逐级配重键盘，在不同音高配重大小存在细微差异，这种键盘已经十分 接近声学钢琴了。
[0006] 3、击槌键盘：为了模拟钢琴琴槌击打琴弦的力度感觉，研发人员又在键盘上加入 了击槌机机制，按下琴键的同时会有模拟的琴槌和琴弦完成击槌的过程，这个过程是无声 的。21世纪以来的电钢琴普遍采用了全配重击锤键盘以便更好的模拟声学钢琴的物理感 觉，使弹奏者能够平滑地在声学钢琴和电钢琴之间过渡。当然一些为了适应手感需要或特 殊用途的产品会采用比较生僻的配置，比如49键半配重的便携电钢琴，88键半配重的轻型 电钢琴等。
[0007] 随着人们对于音乐的喜好多元化，部分电钢琴加装上了成套的音色、节奏与伴奏 控制；部分高端产品甚至具有基于延音踏板的弦共振功能。然而，目前大部分带有此功能的 现有电钢琴产品或者钢琴音源产品都使用采样法，也就是实际录取真钢琴延音踏板踩下以 后的各单音作为样本予以保存，比如YAMAHACVP系列，GalaxySteinway音源。采样法的 缺点会消耗大量的存储资源，并且非常难以处理在同音中切换踏板的情况，造成同音切换 踏板时会有共振音的异常，尤其在YAMAHA的电钢琴系列中，该问题尤为突出。
【发明内容】
[0008] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种模拟钢琴弦共振音的 方法及系统，以模拟出真实钢琴延音踏板踩下和放开后的共振音。
[0009] 本发明的另一目的在于提供一种具有弦共振的电钢琴。
[0010] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种模拟钢琴弦共振音的方法，其 至少包括：
[0011] 1)对待处理的音频信号分别进行两种高阶全通滤波；
[0012] 2)将滤波后的两个音频信号分别进行共振模拟处理后予以合并，其中，每一共振 模拟处理的过程为：先将音频信号分别进行多种不同延迟时间的延迟及衰减处理，再将延 迟及衰减处理后的音频信号各自进行FIR低通滤波后再与未经过延迟及衰减处理的音频 信号合并后再进行相应延迟及衰减处理；
[0013] 3)将合并后的音频信号进行音色滤波及音量调节后形成弦共振。
[0014] 本发明还提供一种模拟钢琴弦共振音的模拟系统，其特征至少包括：
[0015] 高阶全通滤波模块，用于对待处理的音频信号分别进行两种高阶全通滤波；
[0016] 共振模拟处理模块，用于将滤波后的两个音频信号分别进行共振模拟处理后予以 合并，其中，每一共振模拟处理的方式包括：先将音频信号分别进行多种不同延迟时间的延 迟及衰减处理，再将延迟及衰减处理后的音频信号各自进行FIR低通滤波后再与未经过延 迟及衰减处理的音频信号合并后再进行相应延迟及衰减处理；
[0017] 形成模块，用于将合并后的音频信号进行音色滤波及音量调节后形成弦共振音。
[0018] 优选地，每一种延迟时间均基于所模拟的钢琴的一条共振弦的音高及回放率来确 定。
[0019] 优选地，每一衰减处理的衰减步长基于相应的延迟时间及所模拟的钢琴的一条共 振弦衰减40dB所需时间来确定。
【主权项】
1. 一种模拟钢琴弦共振音的方法，其特征在于，所述模拟钢琴弦共振音的方法至少包 括： 1) 对待处理的音频信号分别进行两种高阶全通滤波； 2) 将滤波后的两个音频信号分别进行共振模拟处理后予以合并，其中，每一共振模拟 处理的过程为：先将音频信号分别进行多种不同延迟时间的延迟及衰减处理，再将延迟及 衰减处理后的音频信号各自进行FIR低通滤波后再与未经过延迟及衰减处理的音频信号 合并后再进行相应延迟及衰减处理； 3) 将合并后的音频信号进行音色滤波及音量调节后形成弦共振音。
2. 根据权利要求1所述的模拟钢琴弦共振音的方法，其特征在于：每一种延迟时间均 基于所模拟的钢琴的一条共振弦的音高及回放率来确定。
3. 根据权利要求1或2所述的模拟钢琴弦共振音的方法，其特征在于：每一衰减处理 的衰减步长基于相应的延迟时间及所模拟的钢琴的一条共振弦衰减40dB所需时间来确 定。
4. 根据权利要求1所述的模拟钢琴弦共振音的方法，其特征在于：基于来进行 高阶全通滤波，其中，al为预定常数，n为阶数。
5. 根据权利要求1或4所述的模拟钢琴弦共振音的方法，其特征在于：两种高阶全通 滤波所采用的阶数不同。
6. 根据权利要求1所述的模拟钢琴弦共振音的方法，其特征在于：基于a2+ (l-a2)Z4 来进行FIR低通滤波，其中，a2为预定常数。
7. 根据权利要求1所述的模拟钢琴弦共振音的方法，其特征在于：基
来进行音色滤波，其中，kl、k2、k3为预定常数。
8. -种模拟钢琴弦共振音的模拟系统，其特征在于，所述模拟钢琴弦共振音的模拟系 统至少包括： 高阶全通滤波模块，用于对待处理的音频信号分别进行两种高阶全通滤波； 共振模拟处理模块，用于将滤波后的两个音频信号分别进行共振模拟处理后予以合 并，其中，每一共振模拟处理的方式包括：先将音频信号分别进行多种不同延迟时间的延迟 及衰减处理，再将延迟及衰减处理后的音频信号各自进行FIR低通滤波后再与未经过延迟 及衰减处理的音频信号合并后再进行相应延迟及衰减处理； 形成模块，用于将合并后的音频信号进行音色滤波及音量调节后形成弦共振。
9. 根据权利要求8所述的模拟钢琴弦共振音的模拟系统，其特征在于：每一种延迟时 间均基于所模拟的钢琴的一条共振弦的音高及回放率来确定。
10. 根据权利要求8或9所述的模拟钢琴弦共振音的模拟系统，其特征在于：每一衰减 处理的衰减步长基于相应的延迟时间及所模拟的钢琴的一条共振弦衰减40dB所需时间来 确定。
11. 根据权利要求8所述的模拟钢琴弦共振音的模拟系统，其特征在于：基于 来进行高阶全通滤波，其中，al为预定常数，n为阶数。
12. 根据权利要求8或11所述的模拟钢琴弦共振音的模拟系统，其特征在于：两种高 阶全通滤波所采用的阶数不同。
13. 根据权利要求8所述的模拟钢琴弦共振音的模拟系统，其特征在于：基于a2+ (l-a2)z4来进行FIR低通滤波，其中，a2为预定常数。
14. 根据权利要求8所述的模拟钢琴弦共振音的模拟系统，其特征在于：基于
来进行音色滤波，其中，kl、k2、k3为预定常数。
15. -种具有弦共振的电钢琴，其特征在于，所述电钢琴至少包括： 键盘扫描模块，用于确定电钢琴的各键盘的当前状态； 钢琴音色合成模块，用于基于各键盘的当前状态来形成合成音； 干声模块，用于基于所形成的合成音的音色及延音踏板是否踩下或放开来输出相应的 合成原音； 权利要求8至14任一项所述的模拟钢琴弦共振音的模拟系统，其接入由所述钢琴音色 合成模块输出的合成音； 总合并模块，用于将所述干声模块输出的合成原音及所述模拟钢琴弦共振音的模拟系 统形成的弦共振音频信号合并； 数模转换模块，用于将所述总合并模块输出的音频信号进行数模转换； 延音踏板监测模块，用于当延音踏板踩下或放开时输出启动信号至模拟钢琴弦共振音 的模拟系统，并输出相应检测信号至所述干声模块。
【专利摘要】本发明提供一种模拟钢琴弦共振音的方法、系统及电钢琴。其中，根据本发明的方法，先对待处理的音频信号分别进行两种高阶全通滤波：随后，将滤波后的两个音频信号分别进行共振模拟处理后予以合并，其中，每一共振模拟处理的过程为：先将音频信号分别进行多种不同延迟时间的延迟及衰减处理，再将延迟及衰减处理后的音频信号各自进行FIR低通滤波后再与未经过延迟及衰减处理的音频信号合并后再进行相应延迟及衰减处理；最后，再将合并后的音频信号进行音色滤波及音量调节后形成弦共振音。基于本发明的模拟系统可形成电钢琴电路。本发明的优点包括：能模拟出真实钢琴延音踏板踩下和放开后的共振音。
【IPC分类】G10H3-18, G10H1-34
【公开号】CN104700825
【申请号】CN201310647155
【发明人】陈洁珺, 张国稳, 葛兴华
【申请人】得理电子(上海)有限公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2013年12月4日