用于弦樂器的數字音頻處理系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型用于弦樂器的數字音頻處理系統，包括有電源電路和信號處理器，該信號處理器上設有音頻輸入端和音頻輸出端，所述的信號處理器包括有音頻數字信號處理器DSP、中央處理單元CPU和前置放大器，所述的音頻數字信號處理器DSP接收到音頻輸入端拾取到的弦樂器彈奏音的模擬音頻信號后將其轉換為數字信號，然后再轉回為模擬音頻信號送到前置放大器，經信號放大后由音頻輸出端輸出為弦樂器的彈奏音；所述的中央處理單元CPU用于存儲各種類型風格的頻率響應曲線組合，音頻數字信號處理器DSP將數個輸入結合后通過音頻數字信號處理器DSP將信號轉換為模擬信號，由前置放大器放大輸出音量。本實用新型具有更好的控制和音色調整，靈活性更強，且原音還原效果更好。
【專利說明】
用于弦樂器的數字音頻處理系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種原聲弦樂器的電聲放大及原聲弦樂器的頻率響應均衡應用系統。
【背景技術】
[0002]20世紀40年代人們創造了 “電吉他”。目的是讓吉他表演覆蓋更多聽眾，超過原聲吉他的音量所能覆蓋的范圍。
[0003]當時受人們青睞的樂隊一般由風管樂器和鼓組成，因為這些樂器的原聲(未經電聲放大)足夠響亮，能在諸如舞會之類的場合讓更多的人聽到。
[0004]當時電聲放大還處于起步階段。這個時期被稱為“大樂隊時代”。
[0005]原聲吉他的琴身(或共鳴腔)用來放大琴弦的振動，沒有電聲放大。然而，吉他共鳴腔產生的聲壓水平比起風管樂器來微不足道。
[0006]可是電吉他聽起來并不像原聲吉他。
[0007]20世紀70年代，由于電子技術的進步，原聲吉他拾音系統和前置放大器系統出現了。其目的是在保持“傳統的原聲吉他”音色的同時，放大原聲吉他的演奏音量，使其能夠覆蓋更大范圍的聽眾，因為傳統原聲吉他的音色和電吉他或稱“實心”吉他的音色有著天壤之別。
[0008]主要技術缺陷是:由于吉他的琴身是一個共鳴腔，當吉他音量被放大時，放大后的聲音使腔體振動，同時再次經吉他內的傳感器“拾音”并被重新放大，繼而再次通過放大器系統被再現，形成一個回路，或稱“反饋”(演出人員通常稱之為“嘯叫”)。這種回路通常聽起來像一種持續的嗡鳴聲，甚至是“尖叫”。這種嗡鳴是由吉他琴體“共振頻率”而產生。其中可能有一個以上的主要頻率容易產生反饋，該反饋是對原聲弦樂器進行成功放大的一個主要障礙。
[0009]自1970年代以來，最常用的傳感技術是在吉他馬骨下壓放一套壓電晶體，用來完成放大。馬骨是吉他琴身處琴弦的終點，馬骨的位置決定吉他琴弦的長度，或稱“有效弦長”。由于位于琴弦的末端，它似乎能適當的或有效的拾取琴弦振動，因為琴弦就是從這里來震動吉他的共鳴腔。壓電晶體被采用是因為與麥克風相比較，壓電晶體所產生的反饋要少得多，且壓電晶體也較為經濟。然而，吉他或任何“原聲弦樂器”的聲音，意即樂器經由共鳴腔原始放大后的聲音，以小提琴或大提琴為例，來自樂器的不同的部位或板面，因而很多人都認為只拾取馬骨處的琴弦聲音的壓電晶體傳感器(以下簡稱壓電晶體或傳感器)的聲音不真實或音質欠佳，并非對樂器音色的忠實再現(即原音質再現)。
[0010]最近出現有多個傳感器組合的放大器系統，將一個以上傳感器的輸入混合后輸出;然后將其放大，目的是形成一種更為真實的原聲弦樂器音色，要對比弦樂器的音色是否真實或準確，較為典型的對象是音錄音棚里記錄的演出。
[0011 ]錄音棚的環境是專為錄音效果最優化而設計的，通常包括:
[0012]1、各類高質量的昂貴麥克風；
[0013]2、調音臺，可接入多個麥克風或其他輸入或聲源，混合到同一個電聲輸出；
[0014]3、用來修飾聲音的設備通常被稱為“效果器”:特別是聲調均衡單元，可用來修飾或改善麥克風的輸出，以提高錄音質量。所述聲調均衡單元，也稱“圖形均衡”、“參數化均衡”單元。它們是先進的聲調調控單元。錄音棚所用的圖形均衡器一般包括31個音調衰減器，以修飾31個頻段。
[0015]上述錄音棚的技術讓錄音工程師對聲音的質感和色調有著相當大的控制余地。當錄制包含原聲吉他在內的弦樂器時，通常使用兩個或兩個以上昂貴的高品質麥克風，經過均衡或頻率響應修正，混合到一個輸出，得到適合記錄和重放的“演奏再現”。由于一個麥克風的成本可達數千美元，而音調控制或聲音均衡單元同樣價格不菲，且整體系統工程占用空間大，原聲弦樂器現場演奏的聲音品質無法與“錄音棚演奏”匹敵。同樣值得注意的是，錄音棚里沒有大批觀眾，并無大幅放大的必要。
[0016]從上述原聲樂器的電聲放大技術發展所產生的影響可知，其技術改進相對復雜，并且，還會由于以下因素而影響其電聲放大效果。
[0017]1、原聲吉他種類繁多，且品質參差不齊。
[0018]2、音樂的類型也非常豐富，這些類型包括但不限于:西部鄉村、流行、搖滾、民謠、藍調、爵士、放克、拉丁美洲、指彈風格、古典、弗拉門戈；
[0019]3、不同的原聲吉他往往被制作出來以適應某一特定類型的音樂。鄉村和西部風格、珍寶(Jumbo，注:體型較為圓胖的一種琴形)、古典和弗拉門戈吉他只是其中的某一些例子；
[0020]4、音樂的演奏也分場地和環境。比如酒吧、夜總會、禮堂、家中、聚會、戶外節日以及其他集會等；
[0021]5、音樂是通過各種公共廣播(PA)系統(一系列電聲放大器和揚聲器)進行播放的，通過小的“擴音”功放和音響系統，同時也通過“專用的弦樂放大器”進行放大。這種專用的原聲弦樂放大器包括信號輸入、放大器和揚聲器，用以適應原聲弦樂器音量的放大，為其他適應小范圍觀眾的表演，這種專用的弦樂放大器的設計是為了彌補現有擴音功能和音響系統；
[0022]6、音樂人通常會用自己的方式玩各種風格的音樂:以彰顯自己的“藝術性”或“原創性” O
【實用新型內容】
[0023]本實用新型的目的是，為了解決現有原聲弦樂器的電聲放大及原聲弦樂器的頻率響應存在上述的技術問題，提供一種用于弦樂器的數字音頻處理系統。
[0024]用于弦樂器的數字音頻處理系統，包括有電源電路和信號處理器，該信號處理器上設有音頻輸入端和音頻輸出端，所述的信號處理器包括有音頻數字信號處理器DSP、中央處理單元CPU和前置放大器。所述的音頻數字信號處理器DSP接收到音頻輸入端拾取到的弦樂器彈奏音的模擬音頻信號后將其轉換為數字信號，然后再轉回為模擬音頻信號送到前置放大器，經信號放大后由音頻輸出端輸出為弦樂器的彈奏音;所述的中央處理單元CPU用于存儲各種類型風格的頻率響應曲線組合，中央處理單元CPU具有存儲程序、啟動系統、管理程序的下載功能，音頻數字信號處理器DSP將數個輸入結合后通過音頻數字信號處理器DSP將信號轉換為模擬信號，由前置放大器放大輸出音量。
[0025]本實用新型的目的還可以通過以下方案實現:
[0026]進一步的，所述的音頻輸入端設有一個或多個;所述的音頻輸出端為單一的輸出端口。
[0027]進一步的，所述的音頻數字信號處理器DSP設有一連接外部電腦使用相應軟件操作編輯各個頻段的頻率響應曲線及其相互均衡的創作接入端口，和一個程序寫入端口。在彈奏弦樂器的同時通過所述的創作接入端口對頻率響應曲線組合進行實時修改或編輯，創制出的頻率響應曲線組合在經過編寫代碼之后通過程序寫入端口作為程序存儲于CPU內，供用戶按需調用。
[0028]進一步的，所述的音頻輸入端為壓電傳感器、麥克風或/和磁性拾音器等的一個或多個傳感器的輸入端，所述的壓電傳感器、麥克風或/和磁性拾音器拾取的音頻信號通過音頻輸入端傳送至音頻數字信號處理器DSP。
[0029]進一步的，所述的音頻輸出端的輸出端口連接到功放和擴音器。
[0030]進一步的，所述信號處理器連接有一控制器，該控制器包括有行業標準的三段或兩段EQ調節按鍵，用于調節高、中、低頻的音量、有程序切換按鈕，用于在CPU中選擇要加載進DSP進行處理的程序、以及總音量控制按鍵用于控制前置放大器的輸出音量，三段或二段EQ調節按鍵的音量控制，該控制器采用模擬方式或數字方式輸出外接到放大器，再接到功率放大器，再接到揚聲器。
[0031]進一步的，所述的電源電路連接有一儲電池，由儲電池進行供電。
[0032]本實用新型的有益效果:
[0033]1、本實用新型通過音頻數字信號處理器DSP對弦樂器的演奏原聲進行處理，將感應器/拾音裝置拾取的弦樂器演奏原聲的模擬信號轉換為數字信號進行處理，處理后再轉回為模擬音頻信號送到前置放大器，經信號放大后由音頻輸出端輸出。通過創作接入端口使用外接電腦上的軟件對演奏音色進行實時編輯和修飾，并將編輯后效果滿意的頻率響應組合經過編寫代碼后，由程序寫入端口存儲于CPU內，供用戶按需調用。使用時按鍵切換至需要的程序，程序被從CPU內下載至DSP進行處理，繼而通過前置放大器進行放大。具有更好的控制和音色調整，靈活性更強，且原音還原效果更好。
[0034]2、本實用新型的音頻數字信號處理器DSP和中央處理單元CPU分為兩塊電路芯片，由此有效地降低本實用新型的用電量，提高儲電池使用的持久性能，為外出演出提供更好的條件。
[0035]3、本實用新型的信號處理器還具有儲存各種類型風格的頻率響應曲線組合及編輯等功能，實用性更強。
[0036]4、本實用新型的信號處理器包括有音頻數字信號處理器DSP和中央處理單元CPU相結合，并同時設有控制器和前置放大器，由此可有效地優化本實用新型的整體結構，有效減小音頻轉換輸出設備的整體體積，并大大地降低生產成本。
[0037]5、本實用新型各種傳感器混合到一個單一的電路輸出，音頻輸入端或不同類型的傳感器放置在吉他內部或周圍的固定位置，相較錄音棚內高度依賴麥克風精準位置的難以復制的錄音環境，這是極大的優勢。由此，能夠更方便的對每個傳感器實施細微高質量的音調或聲音頻率的修改或“均衡”，結構簡單，容易操作，使用性能更好。
[0038]6、本實用新型的音頻輸入端為壓電傳感器、麥克風或/和磁性拾音器的一個或多個傳感器的輸入端，所述的壓電傳感器、麥克風或/和磁性拾音器拾取的音頻信號通過音頻輸入端輸入傳送至音頻數字信號處理器DSP。使用者可對每個傳感器的數量或音頻幅度，及每個傳感器的音色以及聲音頻率均衡進行細微調制。為此，本實用新型能夠更好地適應環境變化和電聲放大的需要，及更好得符合吉他的款式、藝術家/客戶的演奏風格和原聲弦樂器的復雜音色要求。
[0039]7、本實用新型允許客戶有多種混合輸入，例如:從兩種到六種甚至更多。通過外接電腦上的軟件由創作接入端口進行修改參數，可得到更多的“音景”，由此可制作更多符合用戶的口味和要求的音色。并且還可與用戶、音樂人或客戶提供無限互動的靈活性，實現更多復雜混合音頻的調試或選擇，可為客戶或與客戶一起進行定制，具有潛在的用戶交互式性能。進一步的，本實用新型還可為客戶提供更優質或個性化的選擇，即客戶可以購買“混合音頻”，將其安裝到其系統中，只需在線重新編程，或購買“電子卡”，電子卡可輕易地插入本實用新型系統中，即可下載到更適應他們的演奏風格、設備或樂器的音景。
[0040]8、本實用新型不但可提供高質量的具體均衡控制，還能夠減少反饋的影響(減少引起麻煩的頻率)，由此大大提高了使用麥克風時的效果。換言之，本實用新型避免了現有技術因使用麥克風時如果不能進行高度的控制，容易引起反饋，影響音質效果，導致產品主要依賴琴馬處的壓電感應器作為拾音來源的情況。當壓電感應器是唯一被使用的感應器時，會使音質變得低劣，更準確地說，馬骨下面的壓電晶體在單獨使用時并不能準確地再現原聲吉他的復雜音色。
[0041]9、本實用新型的信號處理器連接有一控制器，該控制器包括有行業內標準的三段或兩端EQ，用于調節高、中、低頻的音量;程序切換/選擇按鍵和音量控制鍵。控制器的輸出端連接于放大器、繼而連接到功率放大器，再接到揚聲器。用戶可以按自己的需要和口味切換多種頻率響應曲線組合程序或更多的“音景”，操作簡單、便捷。
【附圖說明】
[0042]圖1為本實用新型的原理方框圖。
【具體實施方式】
[0043]以下結合附圖對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0044]參照圖1所示的用于弦樂器的數字音頻處理系統，包括有電源電路I和信號處理器，該信號處理器上設有音頻輸入端2和音頻輸出端3，所述的信號處理器包括有音頻數字信號處理器DSP4、中央處理單元CPU5和前置放大器6，所述的音頻數字信號處理器DSP4接收到音頻輸入端2拾取到的弦樂器彈奏音的模擬音頻信號后將其轉換為數字信號，然后再轉回為模擬音頻信號送到前置放大器6，經信號放大后由音頻輸出端3輸出為弦樂器的彈奏音;所述的中央處理單元CPU5用于存儲各種類型風格的頻率響應曲線組合，中央處理單元CPU5具有存儲程序、啟動系統、管理程序的下載功能，音頻數字信號處理器DSP4將數個輸入結合后通過音頻數字信號處理器DSP4將信號轉換為模擬信號，由前置放大器6放大輸出音量。
[0045]實施例中，所述的音頻輸入端2設有一個或多個;所述的音頻輸出端3為單一的輸出端口。所述的音頻數字信號處理器DSP4和中央處理單元CPU5分為兩塊電路芯片，其功能分工不同，具體為:所述的音頻數字信號處理器DSP4和中央處理單元CPU5為各自獨立連接在電源線路I上，即音頻數字信號處理器DSP4和中央處理單元CPU5采用并聯連接在電源線路I上。
[0046]通過所述的創作接入端口41對頻率響應曲線組合進行實時修改或編輯，創制出的程序之后存儲于CPU內，供用戶按需調用。所述的音頻數字信號處理器DSP4設有一連接外部電腦使用軟件操作編制程序的創作接入端口 41。該創作接口入端41可接入電腦使用配套軟件根據需要編制多感應器輸入混合頻率響應曲線組合類型，創制符合用戶的口味和要求的音色，為用戶、音樂人或客戶提供無限的靈活性，實現更多復雜混合音色頻率曲線組合類型的調試或選擇，可為客戶或與客戶一起進行定制，具有潛在的用戶交互式性能。
[0047]在中央處理單元CPU5設有一程序寫入端口 51，通過所述的程序寫入端口 51將DSP4通過外接電腦上的軟件創制的各種類型風格的頻率響應曲線組合在經過編寫代碼后以程序的形式存儲至中央處理單元CPU5 ο進一步的說，所述中央處理單元CPU5具有存儲、啟動系統、和管理程序下載的功能。在通過程序切換按鈕調用所需程序時，音色程序即從中央處理單元CPU5加載至音頻數字信號處理器DSP4進行處理，繼而通過前置放大器6輸出，經過放大器和揚聲器，輸出為樂器的實時演奏音。
[0048]應用時，程序是音頻數字信號處理器DSP4上的程序創制接入端口41外接電腦通過相應軟件進行編輯，編輯后編寫為代碼，經過程序寫入端口 51存儲于中央處理單元CPU5內。通過程序切換按鈕312，從中央處理單元CPU5中調用需要的程序，下載到音頻數字信號處理器DSP4中進行處理，然后從前置放大器6輸出，連接到功率放大器，再連接到擴音器7(揚聲器)處。所述中央處理單元CPU5在演奏的時候，除了用程序切換按鈕312調用程序時外，都處于休眠狀態。用戶在演奏的時候，利用程序切換按鈕312切換到自己喜歡的音色，這個音色的程序(就是編寫的代碼)就會從存儲的中央處理單元CPU5下載到音頻數字信號處理器DSP4，音頻數字信號處理器DSP4再對這個音色程序進行處理，讓用戶的演奏音色彈出來是他選擇的這種頻率響應曲線的效果。
[0049]所述的音頻輸入端2為壓電傳感器、麥克風或/和磁性拾音器的一個或多個傳感器的輸入端，該一個或多個傳感器被固定在吉他內部或周圍。所述的壓電傳感器、麥克風或/和磁性拾音器的模擬音頻信號通過音頻輸入端2輸入傳送至音頻數字信號處理器DSP4。使用時，可采用多個相同或不同傳感器的混合，即結合一至多個各種傳感器的調音幅度和各傳感器的音色以及聲音頻率均衡，使其更好地適應環境變化和電聲放大的需要，及適應各種吉他的款式、藝術家/用戶的演奏風格和原聲弦樂器的復雜音色要求。選擇傳感器的種類和數量混合，如選用多個壓電傳感器、多個麥克風或/和一個磁性拾音器的傳感器混合，則每個傳感器可實現細微高質量的音調或聲音頻率的修改或“均衡”，由此形成多個或/和多種傳感器混合后形成用戶喜愛的音色風格后由單一的電路輸出，所述的音頻輸出端3的輸出端口連接到功放和擴音器。所述選擇混合多個傳感器/拾音裝置的頻率響應曲線組合(程序)作為音色程序，該音色程序在用戶使用的時候，插上音響系統進行彈奏，同時選擇音色程序對實時彈奏的音色進行處理，通過音響系統傳播出來。
[0050]所述信號處理器連接有一控制器31，該控制器31的輸出端連接于擴音器，用于控制輸出音頻的總音量和音頻類型比重，以及切換音色程序。控制器31包括有高、中、低頻的音量微調鍵311和總音量控制按鈕313，以及音色程序切換鍵312。具體的所述控制器31包括有行業標準的三段或二段EQ調節按鍵311用于調控高、中、低頻各自的音量比重，有程序切換按鈕312用于在CPU中選擇要加載進DSP進行處理的程序，以及總音量控制按鍵313用于控制前置放大器6的輸出音量，三段或二段EQ調節按鍵311的音量控制，該控制器31采用模擬方式或數字方式輸出外接到放大器，再接到功率放大器，再接到揚聲器。使用時，通過選擇按鍵312選擇/切換音色程序，即通過按鈕或開關，在中央處理單元CPU5中選擇要加載進音頻數字信號處理器DSP4的程序，以進行“音色處理”，讓客戶或音樂人根據自己喜愛的風格選擇不同的混合傳感器頻率響應組合，彈奏出具有特色的原聲吉他音色。
[0051]所述的前置放大器6信號接入端連接于音頻數字信號處理器DSP4信號輸出端，前置放大器6信號輸出端連接至所述的一個或多個擴音器。所述的電源電路I連接有一儲電池7，由儲電池7進行供電，即本實用新型的用于弦樂器的數字音頻處理系統的供電由行業標準的9伏方塊電池或類似的電池供電。
[0052]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案范圍內，利用上述揭示的結構及技術內容作出變動、修改等變化的等效實施，均屬于本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.用于弦樂器的數字音頻處理系統，包括有電源電路(I)和信號處理器，該信號處理器上設有音頻輸入端(2)和音頻輸出端(3)，其特征是:所述的信號處理器包括有音頻數字信號處理器DSP(4)、中央處理單元CPU(5)和前置放大器(6)， 所述的音頻數字信號處理器DSP(4)接收到音頻輸入端(2)拾取到的弦樂器彈奏音的模擬音頻信號后將其轉換為數字信號，然后再轉回為模擬音頻信號送到前置放大器(6)，經信號放大后由音頻輸出端(3)輸出為弦樂器的彈奏音； 所述的中央處理單元CPU(5)用于存儲各種類型風格的頻率響應曲線組合，中央處理單元CPU( 5)具有存儲程序、啟動系統、管理程序的下載功能，音頻數字信號處理器DSP (4)將數個輸入結合后通過音頻數字信號處理器DSP(4)將信號轉換為模擬信號，由前置放大器(6)放大輸出音量。2.根據權利要求1所述的用于弦樂器的數字音頻處理系統，其特征是:所述的音頻輸入端(2)設有一個或多個;所述的音頻輸出端(3)為單一的輸出端口。3.根據權利要求1所述的用于弦樂器的數字音頻處理系統，其特征是:所述的音頻數字信號處理器DSP(4)設有一連接外部電腦、用軟件操作編制程序的創作接入端口(41)和一個程序寫入端口(51)，通過所述的創作接入端口(41)對頻率響應曲線組合進行實時修改或編輯，創制出的頻率響應曲線組合在經過編寫代碼之后通過程序寫入端口(51)作為程序存儲于中央處理單元CPU(5)內，供用戶按需調用。4.根據權利要求1所述的用于弦樂器的數字音頻處理系統，其特征是:所述的音頻輸入端(2)為壓電傳感器、麥克風或/和磁性拾音器的一個或多個傳感器的輸入端，所述的壓電傳感器、麥克風或/和磁性拾音器拾取的音頻信號通過音頻輸入端(2)傳送至音頻數字信號處理器DSP(4)。5.根據權利要求1所述的用于弦樂器的數字音頻處理系統，其特征是:所述的音頻輸出端(3)的輸出端口連接到功放和擴音器。6.根據權利要求1所述的用于弦樂器的數字音頻處理系統，其特征是:所述信號處理器連接有一控制器(31)，該控制器(31)包括有行業標準的三段或二段EQ調節按鍵(311)用于調控高、中、低頻各自的音量比重，有程序切換按鈕(312)用于在CPU中選擇要加載進DSP進行處理的程序，以及總音量控制按鍵(313)用于控制前置放大器(6)的輸出音量，三段或二段EQ調節按鍵(311)的音量控制，該控制器(31)采用模擬方式或數字方式輸出外接到放大器，再接到功率放大器，再接到揚聲器。7.根據權利要求1所述的用于弦樂器的數字音頻處理系統，其特征是:所述的電源電路(I)連接有一儲電池(7)，由儲電池(7)進行供電。
【文檔編號】H04R3/00GK205726356SQ201620407635
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年5月5日
【發明人】布萊德里·羅伊·克拉克
【申請人】廣州博創樂器有限公司