本發(fā)明涉及音頻處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可編輯的多級音色合成系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

音色(timbre)指的是聲音的色彩、質(zhì)地，用來表述音的感覺特性，在不同發(fā)音體、發(fā)音方式、發(fā)音環(huán)境等條件下產(chǎn)生的音色具有不同的效果。公知的，不同種類的樂器彈奏出的音色是不相同的，但是，由于多種復(fù)雜的原因，包括樂器的不同類型如鋼琴分為三角鋼琴和立式鋼琴)、不同生產(chǎn)廠家、不同型號、不同個體、不同的彈奏者/物、不同的彈奏手法(包括觸鍵/弦等的方式、力度、角度等)，同樣會產(chǎn)生音色的差異。不同廠家生產(chǎn)的樂器，或者型號不同的樂器在制作材質(zhì)、物理結(jié)構(gòu)上有所不同，表現(xiàn)出的音色會不同；同一廠家生產(chǎn)的不同個體，因做工細節(jié)等方面的差異也會使樂器表現(xiàn)出不盡相同的音色；在同一樂器上彈奏同一個音高的音符，由不同的彈奏者/物或不同的彈奏手法來表現(xiàn)，也會表現(xiàn)出不同的音色。

因此，基于以上由多種復(fù)雜原因形成的多種音色效果，定義音色分級的概念。音色的分級是將由同一種樂器在不同彈奏條件下彈奏同一音高的音符所產(chǎn)生的不同音色效果表示為音色的不同級別，定義為多級音色，所述彈奏條件選自樂器類型、樂器生產(chǎn)廠家、樂器型號、樂器個體、彈奏者/物、彈奏手法的任意一種或任意多種，不同的彈奏條件產(chǎn)生多種音色效果，也就是會產(chǎn)生多級音色，每一種音色效果對應(yīng)于一個音色級別。例如，彈奏同一音高的音符，不同品牌的鋼琴彈奏出的音色效果不同，斯坦威鋼琴產(chǎn)生的音色具有雍容華貴的感覺，本森多夫鋼琴的音色深沉含蓄，法奇奧里鋼琴的音色讓人覺得性感撩人，德國名琴布魯茲納的音色玲瓏雅典、略帶暖意，日本品牌雅馬哈鋼琴的音色偏明亮，卡瓦依鋼琴的音色偏柔軟。再例如，在雅馬哈的同一架鋼琴上彈奏標準音la(鋼琴上的a4音，從低音區(qū)數(shù)第49個音，聲音振動頻率440hz)，不同彈奏手法產(chǎn)生的音色也是不同的；彈奏速度快、力度大的方式產(chǎn)生的音色聽起來更明亮有力，彈奏速度慢、觸鍵輕的方式產(chǎn)生的音色聽起來更舒緩，專業(yè)的鋼琴演奏者可以采用不同的彈奏手法將不同的情緒賦予在音樂之中。所述的不同彈奏手法的具體表現(xiàn)包括但不僅限于彈鋼琴時手指觸鍵的方向、高度、力量、速度、深度，不同的觸鍵部位，如指尖、指面多肉部位，不同的彈奏法如非連奏、連奏、跳音彈奏等?？梢姡煌墑e的音色取決于不同的樂器類型、樂器生產(chǎn)廠家、樂器型號、樂器個體、彈奏者/物、彈奏手法等，影響因素特別復(fù)雜。

對于電子樂器來說，音源是影響其品質(zhì)的最重要的因素。目前，電子樂器的音源來源有兩種實現(xiàn)方式：現(xiàn)場音頻采集和購買現(xiàn)成的音源?，F(xiàn)場音頻采集是利用專業(yè)的音頻采集設(shè)備對樂器產(chǎn)生的音色(音頻)進行現(xiàn)場采集，這種方法不僅需要專門的采集環(huán)境(如采集室等)和專業(yè)的音頻采集設(shè)備，還需要專業(yè)的樂器演奏者才能產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的音色，實現(xiàn)起來復(fù)雜、難度高、經(jīng)濟成本高；并且在實際的音頻采集中又面臨諸多問題，如采集過程中可能出現(xiàn)的失真和噪聲，要對每一個音色的不同級別進行音頻采集，可行性差、時間成本高，這些問題均導(dǎo)致最終的采集效果并不理想。另外一種方式是電子樂器的廠家直接購買現(xiàn)成的音色庫或音源(例如，法國dream公司的音源)，除了經(jīng)濟成本高以外，還容易涉及知識產(chǎn)權(quán)問題，而且不能保證音源的質(zhì)量，購買到的音色庫數(shù)據(jù)單一、不可變化，缺乏多樣性和靈活性。

基于以上問題，產(chǎn)生了利用電子模擬合成的方式模擬樂器真實多級音色的需求。電子模擬合成的方法是通過計算機、各種音色合成器、音色合成系統(tǒng)對音色進行合成、制作和修改?，F(xiàn)有的計算機模擬樂音重構(gòu)技術(shù)合成的音色存在著明顯的電音問題，即合成的音色表現(xiàn)出明顯的電子合成痕跡，專業(yè)人士可以立即分辨出其是否為合成音色，模擬效果差。就樂音合成的相關(guān)技術(shù)而言，有以分析樂器實體的物理特性為樂音合成基礎(chǔ)，來取代單純的電子音效的方法，如專利tw457470提出了一種樂器實體分析裝置和方法。這種分析樂器實體模仿樂器發(fā)聲的方法需要模仿不同的樂器實體類型，分別對應(yīng)不同的方法和裝置，構(gòu)成較為復(fù)雜，且不具備一致性。常用的計算機數(shù)字音樂合成技術(shù)主要是調(diào)頻和波表合成，現(xiàn)有合成效果不理想。因此，具有真實感、沒有電子合成痕跡的電子音色合成系統(tǒng)顯得更加迫切。

隨著電子樂器的發(fā)展，對音源品質(zhì)的要求越來越高，提出了模擬傳統(tǒng)物理樂器真實多級音色的需求，也就是希望更精確地模擬出傳統(tǒng)物理樂器能夠彈奏出的多級音色。打個比方來說，就像顏料的制作不僅僅是做出紅色顏料，而是更精確的表現(xiàn)出櫻桃紅、玫瑰紅、石榴紅、高粱紅、梅紅、粉紅、洋紅等更細致的級別，其中每一種紅對應(yīng)一個顏色的級別。對于音色來說，同一音高的音符也對應(yīng)于多個音色的級別。這就對電子音源提出了更高端的需求，希望能夠更精確地模擬出傳統(tǒng)物理樂器彈奏的同一音高的音符對應(yīng)的多個音色級別。

此外，電子樂器不再滿足于只能模擬對應(yīng)的傳統(tǒng)物理樂器的音色，而是希望能夠?qū)⒍喾N多級的源音色進行混合編輯以產(chǎn)生新的音源，豐富電子樂器的音樂表現(xiàn)力。所述的多種多級的源音色進行混合編輯指的是將不止一個音源(具有不同音色效果，不同級別的音色)進行混合編輯，使其具有多種音色級別的混合效果。例如，將一個具有木質(zhì)感的音色(標準音la)與一個具有明快感的音色(標準音la)混合編輯，合成的音色兼具木質(zhì)感和明快感，產(chǎn)生一種新的音色，表現(xiàn)力更豐富。

目前為止，現(xiàn)有技術(shù)中未見既能對樂器的真實音色實現(xiàn)重現(xiàn)(能夠模擬出傳統(tǒng)物理樂器彈奏的同一音高的音符對應(yīng)的多個音色級別)，又能夠?qū)⒍喾N多級的源音色進行混合編輯以產(chǎn)生新的音源的系統(tǒng)和方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可編輯的多級音色合成系統(tǒng)和方法。具體地，本發(fā)明提供一種既能對樂器的真實音色實現(xiàn)重現(xiàn)(能夠模擬出傳統(tǒng)物理樂器彈奏的同一音高的音符對應(yīng)的多個音色級別)，又能夠?qū)⒍喾N多級的源音色進行混合編輯以產(chǎn)生新的音源的系統(tǒng)和方法。

本發(fā)明提供的可編輯的多級音色合成系統(tǒng)能模擬樂器的真實音色，實現(xiàn)音色的重現(xiàn)，系統(tǒng)合成的音色與源音色的頻域特征信息完全一致，時域波形幾乎完全重合，人耳聽感一致，本發(fā)明的可編輯音色合成系統(tǒng)能夠完全模擬源音色，實現(xiàn)源音色的重現(xiàn)。

本發(fā)明提供的可編輯的多級音色合成系統(tǒng)能模擬傳統(tǒng)物理樂器真實多級音色，也就是能更精確地模擬出傳統(tǒng)物理樂器能夠彈奏出的多級音色。對于音色來說，同一音高的音符對應(yīng)于多個音色的級別。本發(fā)明能夠產(chǎn)生更高端的電子音源，能夠精確地模擬出傳統(tǒng)物理樂器彈奏的同一音高的音符對應(yīng)的多個音色級別。

本發(fā)明提供的可編輯的多級音色合成系統(tǒng)不僅能模擬對應(yīng)的傳統(tǒng)物理樂器的音色，也能將多種多級的源音色進行混合編輯以產(chǎn)生新的音源，豐富電子樂器的音樂表現(xiàn)力。所述的多種多級的源音色進行混合編輯指的是將不止一個源音色(具有不同音色效果，不同級別的音色)進行混合編輯，使其具有多種音色級別的混合效果，所述不同源音色可以是來自不同樂器個體的基頻相同的音色，也可以是來自不同種樂器的基頻相同的音色。例如，將一個具有木質(zhì)感的音色(標準音la)與一個具有明快感的音色(標準音la)混合編輯，合成的音色兼具木質(zhì)感和明快感，產(chǎn)生一種新的音色，表現(xiàn)力更豐富。

本發(fā)明中所述的源音色是指用于處理的原始音色，具體是指具有單一基頻的單個音的音色文件。

所述的基音是指發(fā)音體整體振動產(chǎn)生的音(振動長度越大，頻率越小)，基音決定音高，基音的頻率稱作基頻。

所述的諧音是指發(fā)音體部分振動產(chǎn)生的音，也稱為泛音，諧音的多寡及各諧音特性(如頻率分布、相對強度等)決定音色。

所述的倍頻，是基頻的整數(shù)倍頻率，屬于諧音頻率，倍頻在很大程度上決定了音色的效果。

所述的相角又稱相位角，是指音色波形中某一頻率的幅值隨時間變化時，決定頻率在任一時刻狀態(tài)的一個數(shù)值。其中，所述音色波形中每個頻率的波形可以表示為正弦波、余弦波、或者經(jīng)數(shù)學(xué)方法能分解成正弦波或余弦波的波形。優(yōu)選的，所述數(shù)學(xué)方法可以是傅里葉級數(shù)展開。優(yōu)選的，所述音色波形中每個頻率的波形選自正弦波、余弦波、三角波、鋸齒波、矩形波的任意一種或任意多種。

需要說明的是，任何周期信號在滿足direchlet條件時均可表示為多個余弦或正弦函數(shù)的疊加，因此三角波、鋸齒波、矩形波等波形均可表示為多個不同頻率的余弦或正弦函數(shù)的疊加。將源音色表示為三角波、鋸齒波、矩形波等方式進行分解、編輯、合成，本質(zhì)上仍為將其按照余弦或正弦方式進行分解、編輯、合成。

本發(fā)明中所述的余頻是指除基頻和倍頻以外的所有頻率，所述所有頻率的范圍包括1hz～22050hz，涵蓋了人耳的聽覺頻率范圍(20hz～20000hz)。

本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種可編輯的多級音色合成系統(tǒng)，用于編輯合成樂器不同級別的音色，模擬樂器同一音高的音符在不同彈奏條件下產(chǎn)生的不同音色效果，進而模擬樂器的真實音色，所述彈奏條件選自樂器類型、樂器生產(chǎn)廠家、樂器型號、樂器個體、彈奏者/物、彈奏手法的任意一種或任意多種。所述的可編輯的多級音色合成系統(tǒng)包括音色特征單元、音色編輯單元、音色合成單元，其中：所述的音色特征單元用于獲取源音色的音色特征信息，并將所述音色特征信息提供給音色合成單元，所述的音色特征信息包含基頻的頻率、幅值、相角信息，倍頻的頻率、幅值、相角信息，余頻的頻率、幅值、相角信息；所述的音色編輯單元用于編輯音色修改參數(shù)，輸入音色合成單元，不同的音色修改參數(shù)對應(yīng)合成后的不同音色效果，形成不同級別的音色；所述的音色合成單元利用所述音色特征信息和所述音色修改參數(shù)，進行音色的合成，模擬樂器的真實音色，本發(fā)明所述可編輯的多級音色合成系統(tǒng)的組成圖如圖1所示，其信息流向圖如圖2所示。

所述的音色(timbre)又稱“音品”，指的是聲音的色彩、質(zhì)地，是音的一種感覺特性，主要由其諧音的多寡及各諧音特性(如頻率分布、相對強度等)所決定，表示人耳對聲音音質(zhì)的感覺。不同的音色，其頻域中諧音的多少和諧音的相對強度是不同的。

所述的不同級別的音色是指，因發(fā)音體的材料性質(zhì)、結(jié)構(gòu)形狀、發(fā)聲方式等因素不同導(dǎo)致的，不同效果的音色。本發(fā)明中基于多種復(fù)雜原因形成的多種音色效果，定義音色分級的概念。音色的分級是將由同一種樂器在不同彈奏條件下彈奏同一音高的音符所產(chǎn)生的不同音色效果表示為音色的不同級別，定義為多級音色，所述彈奏條件選自樂器類型、樂器生產(chǎn)廠家、樂器型號、樂器個體、彈奏者/物、彈奏手法的任意一種或任意多種。例如，彈奏同一音高的音符，不同品牌的鋼琴彈奏出的音色效果不同，斯坦威鋼琴產(chǎn)生的音色具有雍容華貴的感覺，本森多夫鋼琴的音色深沉含蓄，法奇奧里鋼琴的音色讓人覺得性感撩人，德國名琴布魯茲納的音色玲瓏雅典、略帶暖意，日本品牌雅馬哈鋼琴的音色偏明亮，卡瓦依鋼琴的音色偏柔軟。再例如，在雅馬哈的同一架鋼琴上彈奏標準音la(鋼琴上的a4音，從低音區(qū)數(shù)第49個音，聲音振動頻率440hz)，不同彈奏手法產(chǎn)生的音色也是不同的；彈奏速度快、力度大的方式產(chǎn)生的音色聽起來更明亮有力，彈奏速度慢、觸鍵輕的方式產(chǎn)生的音色聽起來更舒緩，專業(yè)的鋼琴演奏者可以采用不同的彈奏手法將不同的情緒賦予在音樂之中。所述的不同彈奏手法的具體表現(xiàn)包括但不僅限于彈鋼琴時手指觸鍵的方向、高度、力量、速度、深度，不同的觸鍵部位，如指尖、指面多肉部位，不同的彈奏法如非連奏、連奏、跳音彈奏等。由于音色效果的影響因素較多也比較復(fù)雜，因此，對于同一音高的音符，就會對應(yīng)于多個音色級別，也就是多級音色。不同的彈奏條件包括但不限于不同的樂器類型、樂器生產(chǎn)廠家、樂器型號、樂器個體、彈奏者/物、彈奏手法，任意一種或多種彈奏條件的不同，就會導(dǎo)致彈奏同一音高的音符產(chǎn)生不同的音色效果(也就是產(chǎn)生不同的音色級別)。

所述同一音高的音符具體是指基頻相同的音。例如，鋼琴上每一個鍵對應(yīng)的都是某一個確定音高的音符，不同的鍵對應(yīng)的音高不同，標準音la(a4)對應(yīng)鋼琴上從低音區(qū)數(shù)第49個鍵。例如，c調(diào)的1(do)的基頻與g調(diào)的4(fa)相同，它們對應(yīng)于鋼琴上的同一個鍵，為同一音高的音符。

所述的彈奏包括各種樂器的各種彈奏方式，如彈、撥、拉、敲、觸碰等。

進一步地，本發(fā)明的可編輯多級音色合成系統(tǒng)還包括音色分解單元，所述的音色分解單元對源音色進行分解，結(jié)合源音色的時域特征和頻域特征信息，計算出音色特征信息，提供給音色特征單元，所述的音色特征信息包含基頻的頻率、幅值、相角信息，倍頻的頻率、幅值、相角信息，余頻的頻率、幅值、相角信息。

進一步地，所述的音色分解單元先分析源音色的基頻，再確定源音色的倍頻。所述基頻的確定采用計算和矯正相結(jié)合的方式，所述的矯正可以采用數(shù)據(jù)庫和/或人工矯正的方式，以保證基頻的準確性。

進一步地，所述倍頻的確定可以選擇以下兩種方式中的任意一種：方式一是直接根據(jù)其整數(shù)倍頻率來確定對應(yīng)源音色基頻的倍頻，方式二是采用頻域圖上基頻整數(shù)倍前后1/3區(qū)間內(nèi)最大幅值的頻率代替基頻整數(shù)倍的倍頻作為計算倍頻。

進一步地，本發(fā)明的可編輯多級音色合成系統(tǒng)還包括波形顯示單元，所述的波形顯示單元用于顯示和更新音色波形圖以及音色主要特征圖，輔助修改音色，所述音色主要特征圖包含基頻的頻率、幅值信息，倍頻的頻率、幅值信息。

進一步地，本發(fā)明的可編輯多級音色合成系統(tǒng)還包括模擬播放單元，所述的模擬播放單元用于播放合成音色，判斷是否滿意來輔助進行音色修改。

進一步地，本發(fā)明的可編輯多級音色合成系統(tǒng)還包括批量處理單元，所述的批量處理單元按照相同的方式對多個源音色進行自動順序處理，并實時顯示處理進度，便于實現(xiàn)音色庫的構(gòu)建。

進一步地，本發(fā)明的可編輯多級音色合成系統(tǒng)還包括音色輸入單元，所述的音色輸入單元用于從系統(tǒng)外輸入音色、音色特征等音頻、數(shù)據(jù)、信息。

進一步地，所述音色修改參數(shù)選自基頻倍頻段修改參數(shù)和音感類型修改參數(shù)的任意一種或任意兩種；其中，通過調(diào)整所述基頻倍頻段修改參數(shù)來改變源音色中基頻倍頻段的占比，以改變音色效果；通過修改所述音感類型修改參數(shù)來調(diào)整音色的音感效果。

優(yōu)選的，所述的基頻倍頻段修改參數(shù)包括基頻倍頻段幅值修改系數(shù)vk、合成參數(shù)n和調(diào)節(jié)基頻，其中：

所述的基頻倍頻段幅值修改系數(shù)vk，用于確定音色合成時基頻段和倍頻段的幅值修改量；

所述的合成參數(shù)n，用于確定基頻和倍頻段參與修改的頻率范圍dk；

所述的調(diào)節(jié)基頻用于代替源音色的基頻，擴大可以修改的頻率范圍。

優(yōu)選的，所述的dk∈(fk-f1*n，fk+f1*n)，其中，f1表示源音色的基頻，作為基頻段的中心修改頻率，fk表示源音色的k倍頻，作為k倍頻區(qū)段的中心修改頻率；所述的調(diào)節(jié)基頻用于代替源音色的基頻，作為音色合成時參與修改的基頻段中心修改頻率，擴大可以修改的頻率范圍。

優(yōu)選的，所述的音感類型修改參數(shù)包括各音感類型對應(yīng)的縮放系數(shù)、自定義音感設(shè)置，所述音感類型包括沉悶感、厚重感、豐富感、明快感、明亮感、尖銳感，自定義音感設(shè)置用于修改各音感類型的頻率范圍，增加音感類型并設(shè)置其頻率范圍。

所述的音感是指不同音色由于其諧音的多寡和各諧音特性(如頻率分布、相對強度等)不同，給人帶來的聽覺感覺，包括但不限于沉悶感、厚重感、豐富感、明快感、明亮感、尖銳感，可以通過自定義設(shè)置音感類型及其頻率范圍。

進一步地，如前所述任何一種形式的可編輯多級音色合成系統(tǒng)，所述的音色合成單元采用音色重構(gòu)模型，模擬樂器的音色進行音色合成；所述音色重構(gòu)模型將源音色的音色特征信息分為兩部分：修改部分和保留部分，對所述修改部分的頻率段進行效果的增強或減弱，所述的頻率段包括：基頻到k倍頻段、各類型音感段，所述的k滿足k≤采樣頻率/(2*基頻)且k為整數(shù)。

進一步地，如前所述任何一種形式的可編輯多級音色合成系統(tǒng)，所述的音色特征單元獲取音色特征的方式選自以下方式的任意一種或任意多種：

方式一：使用系統(tǒng)中自帶的音色特征信息；

方式二：直接輸入現(xiàn)有的音色特征信息；

方式三：通過音色分解單元，分解源音色來得到音色特征信息。

進一步地，如前所述任何一種形式的可編輯多級音色合成系統(tǒng)，所述源音色的獲取方式選自以下方式的任意一種或任意多種：

方式一：提取系統(tǒng)內(nèi)部儲存的源音色；

方式二：直接導(dǎo)入音色文件作為源音色；

方式三：采集音色文件作為源音色。

所述源音色的采集可以通過現(xiàn)有的或組合的任意一種音頻采集設(shè)備進行，并可選擇的加入去噪音等輔助設(shè)備。

進一步地，如前所述任何一種形式的可編輯多級音色合成系統(tǒng)，所述的樂器選自傳統(tǒng)物理樂器、電子樂器和混合樂器。

所述的傳統(tǒng)物理樂器是指與電子樂器相對應(yīng)的樂器，其發(fā)聲原理是弦、空氣、鼓面、簧片等產(chǎn)生機械振動。所述的電子樂器所指的是樂手通過特定手段觸發(fā)電子信號，使其利用電子合成技術(shù)或是采樣技術(shù)來通過電聲設(shè)備發(fā)出聲音的樂器，如電子琴、電鋼琴、電子合成器、電子鼓等。所述的混合樂器是兼具傳統(tǒng)物理樂器和電子樂器的樂器。

進一步地，如前所述任何一種形式的可編輯多級音色合成系統(tǒng)，所述的樂器包括弦樂器、鍵盤樂器、發(fā)聲原理是弦振動的其他種類樂器和以上三類樂器對應(yīng)的電子樂器。

所述弦樂器包括但不僅限于小提琴、中提琴、大提琴、豎琴、吉他、古琴、琵琶、箏或貝司等，所述鍵盤樂器包括但不僅限于鋼琴、大鍵琴、管風(fēng)琴、手風(fēng)琴或電子琴等。

本發(fā)明的第二個目的是提供一種可編輯的多級音色合成方法，用于編輯合成樂器不同級別的音色，模擬樂器同一音高的音符在不同彈奏條件下產(chǎn)生的不同音色效果，合成的音色與樂器的真實音色一致，所述彈奏條件選自樂器類型、樂器生產(chǎn)廠家、樂器型號、樂器個體、彈奏者/物、彈奏手法的任意一種或任意多種，所述的合成方法包括如下步驟：

(1)通過音色特征單元獲取源音色的音色特征信息，并將所述音色特征信息提供給音色合成單元，所述的音色特征信息包含基頻的頻率、幅值、相角信息，倍頻的頻率、幅值、相角信息，余頻的頻率、幅值、相角信息；

(2)音色的編輯與修改，在音色編輯單元修改至少一個音色修改參數(shù)，輸入音色合成單元，不同的音色修改參數(shù)對應(yīng)合成后的不同音色效果，形成不同級別的音色；

(3)音色合成單元利用步驟(1)獲得的音色特征信息和步驟(2)獲得的音色修改參數(shù)，合成對應(yīng)于所述音色修改參數(shù)的音色，模擬樂器的真實音色。

進一步地，本發(fā)明的可編輯多級音色合成方法的步驟(1)前還包括音色分解步驟，所述的音色分解步驟對源音色進行分解，結(jié)合源音色的時域特征和頻域特征信息，計算出音色特征信息，提供給音色特征單元，所述的音色特征信息包含基頻的頻率、幅值、相角信息，倍頻的頻率、幅值、相角信息，余頻的頻率、幅值、相角信息。

進一步地，本發(fā)明的可編輯多級音色合成方法的步驟(1)和/或(3)中還包括波形顯示步驟，利用波形顯示步驟顯示和更新音色波形圖以及音色主要特征圖，輔助音色修改，其中，所述音色主要特征圖包含基頻的頻率、幅值信息，倍頻的頻率、幅值信息。

所述波形顯示步驟在步驟(1)中顯示的是源音色的音色波形圖和音色主要特征圖，所述波形顯示步驟在步驟(3)中顯示的是合成音色的音色波形圖和音色主要特征圖，或源音色與合成音色重疊對比的音色波形圖和音色主要特征圖。

進一步地，如前所述任何一種形式的可編輯多級音色合成方法，本發(fā)明的可編輯多級音色合成方法的步驟(3)之后還包括音色的模擬播放步驟和/或音色的批量處理步驟，其中：

所述音色的模擬播放步驟是根據(jù)模擬播放單元播放的合成音色，判斷是否滿意來輔助進行音色修改，若對音色效果不滿意，則重復(fù)執(zhí)行步驟(2)與步驟(3)，若對音色效果滿意則進行保存。

所述音色的批量處理步驟是利用批量處理單元按照相同的方式對多個源音色進行自動順序處理，并實時顯示處理進度，音色的批量處理便于實現(xiàn)音色庫的構(gòu)建。

本發(fā)明還提供一種設(shè)備，其特征在于，所述的設(shè)備包含如前所述任何一種形式的可編輯多級音色合成系統(tǒng)，所述設(shè)備的類型包括但不僅限于計算機、單片機、嵌入式設(shè)備、移動智能終端、電子樂器等。所述的移動智能終端為能夠捕獲外部信息，能進行計算、分析和處理，并在不同終端之間能夠進行信息傳輸?shù)谋銛y式設(shè)備。所述的移動智能終端包括但不限于智能手機、平板電腦、筆記本電腦、智能手表等。

本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明提供的可編輯的多級音色合成系統(tǒng)能夠模擬樂器的真實音色，實現(xiàn)音色的重現(xiàn)，系統(tǒng)合成的音色與源音色的頻域特征信息完全一致，時域波形幾乎完全重合，合成音色對人耳聽覺來說完全一致。

2.本發(fā)明提出了一種樂器音色分級的概念，將由同一種樂器在不同彈奏條件下彈奏同一音高的音符所產(chǎn)生的不同音色效果表示為音色的不同級別，定義為多級音色，所述彈奏條件選自樂器類型、樂器生產(chǎn)廠家、樂器型號、樂器個體、彈奏者/物、彈奏手法的任意一種或任意多種。

3.本發(fā)明提供的可編輯的多級音色合成系統(tǒng)能模擬傳統(tǒng)物理樂器真實多級音色，也就是能更精確地模擬出傳統(tǒng)物理樂器能夠彈奏出的多級音色。對于音色來說，同一音高的音符對應(yīng)于多個音色的級別。本發(fā)明能夠產(chǎn)生更高端的電子音源，能夠精確地模擬出傳統(tǒng)物理樂器彈奏的同一音高的音符對應(yīng)的多個音色級別。

4.本發(fā)明提供的可編輯的多級音色合成系統(tǒng)在合成音色時可以觀察音色主要特征和合成試聽，根據(jù)不同的需求和效果實時修改并總結(jié)不同音色的規(guī)律，并提供批量合成功能，實現(xiàn)對多個源音色的自動順序處理和音色合成，便于音色庫的制作。

5.本發(fā)明提供的可編輯的多級音色合成系統(tǒng)不僅能模擬對應(yīng)的傳統(tǒng)物理樂器的音色，也能將多個多級的源音色進行混合編輯以產(chǎn)生新的音源，豐富電子樂器的音樂表現(xiàn)力。所述的多個多級的源音色進行混合編輯指的是將不止一個源音色(具有不同音色效果，不同級別的音色)進行混合編輯，使其具有多種音色級別的混合效果，所述不同源音色可以是來自不同樂器個體的基頻相同的音色，也可以是來自不同種樂器的基頻相同的音色。例如，將一個具有木質(zhì)感的音色(標準音la)與一個具有明快感的音色(標準音la)混合編輯，合成的音色兼具木質(zhì)感和明快感，產(chǎn)生一種新的音色，表現(xiàn)力更豐富。

附圖說明

圖1為本發(fā)明可編輯的多級音色合成系統(tǒng)的組成圖；

圖2為本發(fā)明可編輯的多級音色合成系統(tǒng)的信息流向圖；

圖3為本發(fā)明可編輯的多級音色合成系統(tǒng)的實例中參數(shù)1的結(jié)果圖，圖中，a圖為源音色的時域波形，b圖為合成音色的時域波形，c圖為源音色的頻域信息圖，d圖為合成音色的頻域信息圖，e圖為源音色與合成音色重合對比的頻域信息圖，f圖為源音色與合成音色做差對比的頻域信息圖。

圖4為本發(fā)明可編輯的多級音色合成系統(tǒng)的實例中參數(shù)2的結(jié)果圖，a圖為源音色的時域波形，b圖為合成音色的時域波形，c圖為源音色的頻域信息圖，d圖為合成音色的頻域信息圖，e圖為源音色與合成音色重合對比的頻域信息圖，f圖為源音色與合成音色做差對比的頻域信息圖。

圖5為本發(fā)明可編輯的多級音色合成系統(tǒng)實例中的周期性三角波x(t)的示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合具體的實施例詳細說明本發(fā)明。但是需要認識到，本發(fā)明不局限于所說明的實施例，并且在不脫離基本原理的前提下，本發(fā)明的各種修改是可能的，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

本實施例所述的可編輯的多級音色合成系統(tǒng)包括音色特征單元、音色編輯單元、音色合成單元，還包括音色輸入單元、音色分解單元、波形顯示單元、模擬播放單元、批量處理單元。

本實施例從音色庫中選取一個標準音a4(頻率＝440hz)的鋼琴音色文件作為源文件進行處理，采樣頻率為44100hz，選取最高計算倍頻數(shù)為14倍頻(k＝14)。本實施例對應(yīng)2組音色修改參數(shù)進行了音色合成。

步驟一：利用音色分解單元對源音色進行分解，計算出源音色的音色特征信息(包含基頻的頻率、幅值、相角信息，倍頻的頻率、幅值、相角信息，余頻的頻率、幅值、相角信息)，并輸入音色特征單元。

1.源音色輸入和預(yù)處理

首先選擇一個音色文件作為源音色輸入音色分解單元，由音色分解單元分析源音色的時域信息，并將其進行傅里葉變換計算出其頻域信息，包括各頻率及其對應(yīng)的幅值、相角信息。源音色的時域波形如圖3(a)所示，表示源音色隨時間變化的波形變化(采樣頻率為44.1khz)。

2.基頻分析

音色分解單元對源音色的頻域信息進行分析，尋找頻域圖中最大幅值的頻率，根據(jù)小波變換法結(jié)合音色波形特點確定基頻，再通過數(shù)據(jù)庫矯正測定的基頻，最終確定源音色的基頻。

3.倍頻分析

音色分解單元中可選兩種倍頻的確定方法，本實施例中選擇第一種：直接根據(jù)其整數(shù)倍頻率來確定對應(yīng)源音色基頻的倍頻。

步驟二：將從音色分解單元中獲取的音色特征信息(包含基頻的頻率、幅值、相角信息，倍頻的頻率、幅值、相角信息，余頻的頻率、幅值、相角信息)保存，通過波形顯示單元顯示音色的波形圖和音色的主要特征圖，音色主要特征圖包含基頻的頻率、幅值信息，倍頻的頻率、幅值信息。

步驟三：通過音色編輯單元編輯音色修改參數(shù)，可以選擇基頻倍頻段修改參數(shù)和音感類型修改參數(shù)的任意一種或任意兩種；其中，通過調(diào)整所述基頻倍頻段修改參數(shù)來改變源音色中基頻倍段的占比，以改變音色效果；通過修改所述音感類型修改參數(shù)來調(diào)整音色的音感效果。

基頻倍頻段修改參數(shù)包括基頻倍頻段幅值修改系數(shù)vk、合成參數(shù)n和調(diào)節(jié)基頻，其中：所述的基頻倍頻段幅值修改系數(shù)vk用于確定音色合成時基頻和倍頻段的幅值修改量；所述的合成參數(shù)n用于確定基頻和倍頻段參與修改的頻率范圍dk，dk∈(fk-f1*n，fk+f1*n)，其中，f1表示源音色的基頻，作為基頻段的中心修改頻率，fk表示源音色的k倍頻，作為k倍頻段的中心修改頻率；所述的調(diào)節(jié)基頻用于代替源音色的基頻，作為音色合成時修改部分的基頻段中心修改頻率，擴大可以修改的頻率范圍。

所述的音感類型修改參數(shù)包括各音感類型對應(yīng)的縮放系數(shù)、自定義音感設(shè)置，所述音感類型包括沉悶感、厚重感、豐富感、明快感、明亮感、尖銳感，通過設(shè)定不同的頻率范圍來設(shè)定不同的音感類型，通過修改所述的各音感類型對應(yīng)的縮放系數(shù)調(diào)整音色的音感效果，自定義音感設(shè)置用于修改各音感類型的頻率范圍，增加音感類型并設(shè)置其頻率范圍。

步驟四：通過音色合成單元合成音色，音色單元采用音色重構(gòu)模型，模擬樂器的音色進行音色合成；音色合成后利用波形顯示單元更新音色波形圖和音色主要特征圖，合成音色的時域波形如圖3(b)所示，表示合成音色隨時間變化的波形變化(采樣頻率為44.1khz)。

音色重構(gòu)模型將源音色的音色特征信息分為兩部分：修改部分和保留部分，對所述修改部分的頻率段進行效果的增強或減弱，所述的頻率段包括：基頻到k倍頻段、各類型音感段，所述的k滿足k≤采樣頻率/(2*基頻)且k為整數(shù)，具體如下：

其中，為某件樂器在基頻為f1時的樂音；等式加號左側(cè)為修改部分，加號右側(cè)為保留部分。af表示源音色對應(yīng)頻率f的幅值，sf表示修改系數(shù)的加權(quán)，乘積sf*vk表示對應(yīng)各頻率的實際修改系數(shù)，乘積sf*vk*af表示修改后對應(yīng)各頻率的幅值；表示源音色對應(yīng)頻率f的相角。

對于基頻倍頻段的修改，vk表示對應(yīng)的基頻或倍頻段幅值修改系數(shù)，k表示k倍頻，k＝1即基頻段，k表示參與修改的最高倍為k倍頻，k＝1,2,3，…，合成時根據(jù)實際音源的基頻進行靈活選擇；k倍頻段參與修改的頻率f的范圍dk由合成參數(shù)n確定，f∈(fk-f1*n，fk+f1*n)，其中，f1表示源音色的基頻，fk表示源音色的k倍頻。

對于各類型音感段的修改，vk表示每個音感類型對應(yīng)的縮放系數(shù)，k表示第k個音感類型；第k個音感類型參與修改的頻率f的范圍dk已確定，可由自定義音感設(shè)置修改其頻率范圍，音感類型個數(shù)k可以通過自定義音感設(shè)置增加。

將源音色按照如上式余弦表達式進行分解、編輯、合成，與將其表示為三角波、鋸齒波、矩形波等方式進行分解、編輯、合成，兩者本質(zhì)相同。證明如下：

如圖5的一個周期三角波x(t)，周期為t0，幅值為a。則x(t)的一個周期可表示為

其傅里葉級數(shù)展開式為

其中，

可以得出結(jié)論，周期性三角波函數(shù)可以表示為多個余弦或正弦函數(shù)的和，即三角波可分解為多個不同頻率的余弦或正弦函數(shù)的疊加。將源音色表示為三角波形式，本質(zhì)上仍為余弦或正弦形式。

任何周期信號f(t)，周期為t0，基波角頻率為在滿足direchlet條件時，其傅里葉級數(shù)展開式為

其中a0為直流分量，an為余弦分量的幅度，bn為正弦分量的幅度。

即任何周期信號在滿足direchlet條件時均可表示為多個余弦或正弦函數(shù)的疊加，因此三角波、鋸齒波、矩形波等波形均可表示為多個不同頻率的余弦或正弦函數(shù)的疊加。將源音色表示為三角波、鋸齒波、矩形波等方式進行分解、編輯、合成，本質(zhì)上仍為將其按照余弦或正弦方式進行分解、編輯、合成。

步驟五：音色的模擬播放，由模擬播放單元播放的合成音色，根據(jù)試聽效果判斷是否滿意來輔助進行音色修改，若對音色效果不滿意，則重復(fù)執(zhí)行步驟三與步驟四，若對音色效果滿意則進行保存。

步驟六：音色的批量處理，利用批量處理單元實現(xiàn)對多個源音色的打包批量處理和音色合成，并實時顯示處理進度，音色的批量處理便于實現(xiàn)音色庫的構(gòu)建。

合成結(jié)果：

參數(shù)1：默認參數(shù)不變，即源音色的重現(xiàn)。

從圖3的a圖與b圖的對比中，可以觀察到源音色與合成音色的時域波形幾乎完全一致，人眼無法看出區(qū)別，只有微小差別；對比源音色的頻域信息圖(c圖)合成音色的頻域信息圖(d圖)，結(jié)合源音色與合成音色重合對比的頻域信息圖(e圖)可以看出，源音色與合成音色的頻域信息圖完全重合，進一步由源音色與合成音色做差對比的頻域信息圖(f圖)看出，兩者差為0，說明源音色與合成音色的頻域信息圖完全一致；試聽源音色與合成音色，對人耳聽覺來講兩者音色完全一致。根據(jù)音色由其包含的頻率、幅值信息決定，兩個包含相同的頻率、幅值信息的音頻，其音色是相同的，可以驗證兩者音色完全一致。

綜上，源音色與合成音色的頻域特征信息完全一致，時域波形幾乎完全重合，合成音色與源音色在音色上完全一致，本發(fā)明的可編輯音色合成系統(tǒng)完全模擬了源音色，實現(xiàn)了源音色的重現(xiàn)。

參數(shù)2：修改參數(shù)如下：

基頻倍頻段幅值修改系數(shù)vk＝[1,1,1,1,0.6,2.6,0.4,1.8,0.2,0.6,0.2,2.6,1,1.2]，合成參數(shù)n＝0.3

從圖4的a圖與b圖的對比中，可以很明顯的觀察到源音色與合成音色的時域波形有所區(qū)別；結(jié)合源音色的頻域信息圖(c圖)與合成音色的頻域信息圖(d圖)，觀察源音色與合成音色重合對比的頻域信息圖(e圖)，可以明顯的發(fā)現(xiàn)，源音色和合成音色的頻域信息具有一些差別，例如，在e圖中從左邊數(shù)第5個峰源音色(藍色)對應(yīng)頻率的幅值大，第6個峰合成音色(紅色)對應(yīng)頻率的幅值大，其他區(qū)別不再詳述；f圖源音色與合成音色做差對比的頻域信息圖更直觀明顯的顯示了源音色與合成音色在頻域信息上的差別；試聽源音色與合成音色，可以聽出合成音色具有鋼琴的音質(zhì)，并且比源音色聽起來更明亮一些。根據(jù)音色由其包含的頻率、幅值信息決定，兩個包含不同的頻率、幅值信息的音頻，其音色是有區(qū)別的，可以驗證兩者音色是不同的。

綜上，在修改參數(shù)2下，源音色與合成音色的頻域特征信息不一致，時域波形有區(qū)別，合成音色與源音色在音色效果上不同，是不同級別的音色，本發(fā)明的可編輯音色合成系統(tǒng)對源音色進行了編輯修改，合成了不同效果的音色，即不同級別的音色，且音色滿足鋼琴的音色特點，實現(xiàn)了音色的分級和樂器的真實音色重現(xiàn)，參數(shù)可進行連續(xù)的修改，不同參數(shù)對應(yīng)不同級別的音色，形成多級音色。