[发明专利]重现弦乐器的声音的系统

说明书

技术领域

本工业发明的专利申请涉及一种系统，用于重现弦乐器特别是钢琴的声音，其通过对振动分量或泛音的建模和数字合成来实现，振动分量或泛音是由于乐器的弦和其他弦一起被强迫的弦的激励产生，正如钢琴弦的情况。

背景技术

在对乐器的声音进行数字合成中使用的最普遍的方法是在合成器的存储器中存储从真实乐器采样来的声音的样本。这些样本在存储之前能够被预先处理，并且能够连续地实时重现，在合成期间，添加使它们符合演奏者要求的目标的后处理。所述处理在不同程度上通过专用的计算资源对记录的声音进行修改，因此允许在存储之前进行按比例处理。随着计算资源的增加，样本能够以波表的格式进行简化或者根据整波技术进一步将样本简化为存储器中的少量数据。

替换样本的使用的方法通过物理模型准备将乐器的声音进行完全地合成。通过模拟乐器的特定组件的力度，当一个通常被识别为“激励器”的组件对被识别为“谐振器”的剩余部分进行施压时，这些模型模仿在现实中发生的情况。在钢琴的情况下，基于数字波导的锤弦模型的使用是已知的，其能够重现从音锤在弦上的冲击速度的信息开始在琴桥处的弦的动作，然后，通过在弦模型下不具备反馈效应音板的一个模型的离散时间实现对相应的动作信号进行处理(参见2003年Bank等人的欧洲信号处理协会EURASIP的应用信号处理期刊，第2003卷，941-952页(Bank et al.,EURASIP journal on Applied Signal Processing,vol.2003,pp.941-952,2003))。

在上述两种方法之间的是使用物理模型一类的方法，其中，通过在模型中注入一个信号来实现激励，该信号是演奏者施加的力量的间接函数。参考钢琴，已知的模型是通过音锤-音板-乐器主体组件激励的数字波导模型(如Smith的美国专利第5,777,255号的转换合成)以及通过弦-音板组件的有限元件所告知的阻尼正弦分量的附加合成模型，通过对钢琴直接进行测量得到的信号进行激励，即从和前面段落(参见Guillaume，美国专利第7,915,515B2号)描述的模型相类似的物理模型所进行的模拟仿真得到的信号。

前面提到的现有技术，关于钢琴模拟仿真的描述，并没有提供通过数字设备实现的方法，其中弦(谐振器)的可调节模型根据演奏者按压琴键的力量，通过音锤模型(激励器)进行施压，从而产生声音，然后该声音考虑到在之前产生的声音上的音板-乐器主体的动作被送到后处理步骤基础。这种方法的理论基础通过文献(参考Balázs Bank,Stefano Zambon和Federico Fontana的IEEE Transactions on Audio,Speech and Language Processing，2010年5月第4号，第18卷，第809-821页)可知：特别地，相同的理论能够保证标准88键钢琴的弦产生的所有部分的表现，以及源自弦的纵向动作的振动分量。

EP 2 261 891公开了用于合成音色信号的方法以及用于产生音色信号的系统，特别是电子钢琴。

发明内容

本发明的主要目的是消除现有技术的缺点，并实现基于音锤、弦和音板-乐器主体模型相互连接的系统，通过在不同演奏条件下乐器的所有振动的泛音和瞬间纵向分量的表现来合成数字的钢琴声音。

另外的目的是在声音真实方面尽可能准确地以及在计算成本方面尽可能有效率地提供音锤、弦和音板-乐器主体模型的实现。

再一个目的是提供音锤和弦模型的实现，当音锤和弦被调整时，允许模仿乐器类似于在真实的乐器中发生的那样的精细调音。

本发明基于大量文献中熟知的特定的假设，在这些大量文献中对依赖于乐器的机械特性以及在不同演奏条件下的操作的钢琴声音的可测量特征进行量化。基于这些假设，使用能够用于设置操作参数的相同文献提出的量化结果，本发明提供用于建模：

a.音锤力的力度，其根据弹奏各个琴键时产生的速率而变化；

b.可闻的振动分量，其依赖于上述力是如何在被击打的弦上以及在其余的弦上通过沿着弦的动作传递而进行传播；

c.振动分量的可变衰减，其为了重现所谓的乐器的泛音分量的双衰减的现象；

d.演奏者对音符的衰减时间的控制，通过释放相应的琴键和逐渐地使用右踏板(在此定义为“共振踏板”)进行；

e.在此定义为“初级的”分量的合成，由通过音锤直接激励的弦的泛音振动分量(在此定义为“线性的”)以及由通过音锤直接激励的弦的张力调制的振动分量(在此定义为“二次式的”)进行；