[发明专利]基于音频阵列采集的乐器音板瞬态声场测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于音频阵列采集的乐器音板瞬态声场测量系统及方法，该系统包括人机交互模块、控制模块、声激励生成模块、接触式传声器阵列模块、信号转换模块、数据同步采集模块、存储模块。本发明使用接触式传声器采集乐器音板表面的瞬态声场，避免了空间采集时因反射、折射等物理现象带来的不利影响，保证采集的结果更接近实际的瞬态声场，同时，本发明结合传声器阵列采集技术，降低操作难度与复杂度，避免了单通道测量时因反复测试时因设备状态、测量条件的不一致所带来的误差，增强了结果的准确性与可靠性。

技术领域

本发明涉及数据采集和乐器声场测量技术领域，具体涉及一种基于音频阵列采集的乐器音板瞬态声场测量系统及方法。

背景技术

随着经济水平的提高，人们对精神生活的需求随之增加，日益增长的需求同样促使着中国乐器行业的发展。其中诸如电子钢琴、电子鼓等电子乐器因价格相对低廉、使用方便等因素受到大众青睐，其市场份额逐年上升。但是，这些电子乐器与传统乐器相比，在空间声场方面有所不足，无法带给演奏者传统乐器所带有的现场感。这在一定程度上限制了电子乐器，特别是高端电子乐器的发展。

电子乐器之所以不能产生丰富的空间声场，是因为电子乐器的发声部件通常为单扬声器或双扬声器，只能简单的模仿传统乐器的空间声场。相对而言，传统乐器的发声部件复杂精妙，例如传统钢琴的发声系统由键盘系统、击弦机系统、发声系统组成。当按下琴键，击弦机被激活从而敲击琴弦，琴弦的振动由弦码传导给音板，最后由音板完成扩声，声场丰富细腻。在整个过程中，音板完成了对振动的共鸣与放大。演奏者与听众最终感受到的空间声场也主要是由音板产生。因此，为了促进电子乐器的发展、辅助电子乐器的制造、丰富电子乐器的空间声场，对乐器音板的声场进行测量＝是具有积极意义的。

现有对乐器音板声场的测量方式大致分为两类，一是，使用麦克风从空间中采集乐器的声场信号；二是，使用一枚加速度传感器对乐器音板的振动进行测量。

上述方法不足之处在于，使用麦克风从空间中采集乐器的声场信号无法避免声场传播中因反射、折射、衍射等物理现象带来的不利影响，导致所测量的声场不够准确；使用一枚加速度传感器对乐器音板进行测量的过程十分繁琐，需要对乐器音板的不同位置进行反复操作，在操作中可能因设备状态与测量条件的不一致给结果带来误差，降低了结果的准确性与可靠性，同时，反复测量时不能保证每次测量的起始时间一致，数据结果只能用于乐器音板的模态分析。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于音频阵列采集的乐器音板瞬态声场测量系统与方法，通过使用接触式传声器采集乐器音板表面的瞬态声场，避免了空间采集时因反射、折射、衍射等物理现象带来的不利影响，同时，结合阵传声器阵列采集技术降低了降低操作的难度与复杂度，使得采集过程更加简单便捷，避免了反复测试时因设备状态、测量条件的不一致给测量结果带来的误差，增强了结果的准确性与可靠性，测量数据具有较高的时间一致性，可以应用于各种分析场合。

本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于音频阵列采集的乐器音板瞬态声场测量系统及方法，所述的乐器音板瞬态声场测量系统包括：人机交互模块、控制模块、声激励生成模块、接触式传声器阵列模块、信号转换模块、数据同步采集模块、存储模块，其中，控制模块作为核心与人机交互模块、声激励生成模块、信号转换模块、数据同步采集模块、存储模块连接，接触式传声器阵列模块、信号转换模块、数据同步采集模块、存储模块作为关键采集链路顺次连接，其中，人机交互模块用于接收用户输入系统的采样参数、声激励信号的参数、系统的工作状态；控制模块用于控制声激励生成模块、信号转换模块、数据同步采集模块对人机交互模块的输入做出相应的响应；声激励生成模块用于产生用户设置的声激励信号以带动乐器音板振动产生声场；接触式传声器阵列模块用于获取乐器音板表面的瞬态声场信号并将其转换为模拟信号传入信号转化模块；信号转换模块用于将各通道接触式传声器传入的模拟信号转化为数字信号；数据同步采集模块用于将转化后的数字信号进行排列与组合得到瞬态声场数据；存储模块用于存储采集到的乐器音板瞬态声场数据。