乐器的调音设备和其中使用的计算机程序制造技术

一种便携式调音设备（１），包括麦克风（４）、数据处理系统（１ｂ）和触摸板液晶显示设备（３），并且协助用户对直立式钢琴（２）进行调音工作；当用户按下键时，表示音调的声波被传播到麦克风（４），并被转换为音频信号，所述音频信号的波形被转换为音频数据代码；数据处理系统（１ｂ）首先对少量的延迟波形（ｘ（ｋ－ｍ））的音频数据代码计算初步自相关（Ｒ（ｍ）），以便确定音调所属的音区，并且随后对该音区中的延迟波形（ｘ（ｉ－ｍ），ｘ（ｊ－ｍ））的音频数据代码计算主自相关（Ｒ（ｍ）’，Ｒ（ｍ）”），以便估计音调的音高；由于通过初步自相关（Ｒ（ｍ））将音域压窄到所述音区，因此在主自相关（Ｒ（ｍ）’，Ｒ（ｍ）”）中，计算量相对较小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于乐器的调音设备，特别涉及一种用于在对乐器的调音工作中判断音调的音高的调音设备以及其中使用的计算机程序。
技术介绍
调音设备被设计用来协助用户对乐器进行调音工作。当用户在乐器中产生音调时，调音设备分析声波以得到音名、八度音(octave)和与目标音高的差，即乐器的当前调音状态，并且通过可视图像向用户通知当前调音状态。在日本专利公开第Hei 3-42412号中公开了现有技术调音设备的典型示例。在下文中简要描述在该日本专利公开中公开的现有技术方法。当将声波从乐器提供给现有技术调音设备时，调音设备将该声波转换为音频输入信号，并且从该音频输入信号产生脉冲序列。当音频输入信号保持电势电平高于0时，现有技术调音设备也将脉冲保持在高电平上。在音频输入信号衰减到低于0时，所述脉冲被衰减为低电平。如果音频输入信号在长时间内保持电势电平高于0，则对应的脉冲具有长脉冲宽度。另一方面，如果音频输入信号在短时间内将电势电平升高为高于0，则对应的脉冲缩小脉冲宽度。由于这一原因，无规律的脉冲形成所述脉冲序列，并且脉冲宽度是可变的。现有技术调音设备将等于从超过0的第一脉冲上升到超过0的下一脉冲上升的时间周期的延迟时间引入原始脉冲序列，并且产生第一延迟脉冲序列。还将等于从超过0的第二脉冲上升到超过0的第三脉冲上升的时间周期的延迟时间引入第一延迟脉冲序列，并且产生第二延迟脉冲序列。以这一方式，将分别等于第二脉冲周期之后的原始脉冲序列的脉冲间隔的延迟时间相继引入延迟脉冲序列。随后，现有技术调音设备为了与原始脉冲序列的相关性而检查延迟脉冲序列。如果总延迟时间量等于与音调的音高强相关的音频输入信号的主要重复周期，则发现与原始脉冲序列的相关性较高。另一方面，如果总延迟时间量与音频输入信号的主要重复周期不同，则延迟脉冲序列具有与原始脉冲序列的低相关值。因此，尽管存在短重复周期对音频输入信号的不良影响，但是可以通过对延迟脉冲序列的相关性分析来确定关于声波的音调的音高。在下文中，将在所述日本专利公开中公开的现有技术调音设备称为“第一现有技术调音设备”。在日本专利申请公开第Hei 9-257558号中公开了另一现有技术调音设备，其为对在所述日本专利公开中公开的现有技术调音设备的改进。在该日本专利申请公开中公开的现有技术调音设备将音频输入信号与使得有可能辨别音频输入信号中的高电平峰值的阈值、和使得有可能辨别音频输入信号中的低电平峰值的另一阈值进行比较，并且确定高电平峰值和低电平峰值。还从音频输入信号产生原始脉冲序列，并且还从该原始脉冲序列产生延迟脉冲序列。现有技术调音设备确定在所述峰值处原始脉冲序列和每个延迟脉冲序列之间的相关性，并且进一步在总延迟时间量的基础上确定音调的音高。在下文中，将在所述日本专利申请公开中公开的现有技术调音设备称为“第二在所述日本专利申请公开中还描述了另一种调音方法，并且在下文中将其称为“第三现有技术调音设备”。将时间延迟连续地引入音频输入信号中，并且第三现有技术调音设备在整个波形中确定延迟的音频输入信号和音频输入信号之间的相关性。在第一现有技术调音设备和第二现有技术调音设备中遇到以下问题相关性的准确性易受零交叉点周围的噪声和强谐波损害。假设噪声分量紧接在主要重复周期的脉冲升高之前将音频输入信号的电势电平迅速升高超过0。该噪声使主要重复周期比通常长。结果，相关性降低。强谐波也使主要重复周期模糊不清。在原始脉冲序列中出现极多数量的零交叉点，并且每个零交叉点具有强相关性的可能性。由于这一原因，第一和第二现有技术调音设备在所有零交叉点处确定极大数量的延迟脉冲序列，并且必须为了所有零交叉点处的相关性而进行大量计算。结果，某些零交叉点处的相关性的值互相接近，并且噪声的影响变得严重。第三现有技术调音设备中固有的问题是对于相关性的大量计算。如果要在大量目标音高上为乐器调音，则该调音工作需要长时间周期，使得第三现有技术调音设备较不可行。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个重要目的是提供一种调音设备，其在不经大量计算的情况下准确地确定音调的实际音高。本专利技术的另一重要目的是提供一种在所述调音设备中加载的计算机程序。本专利技术人考虑到现有技术中固有的问题，并且注意到对于要分析的每个音调，存在等于钢琴的键的数目的多种可能性。钢琴典型地具有88个键，使得对于要分析的每个音调，存在88种可能性。在此情形中，对于88个延迟值，要重复88次自相关，所述88个延迟值相当于分别表示这88个钢琴音调的波形的88个重复周期。对每个钢琴音调的估计需要大量计算。本专利技术人将其努力集中在如何减少计算量上。本专利技术人注意到应当把自相关集中于有可能在其中发现要分析的音调的音区(register)中的候选者。为了达到所述目的，本专利技术提出通过多步自相关或者自相关的重复来逐步缩小表示音调的波形的频率范围。根据本专利技术的一个方面，提供一种用于协助用户对乐器进行调音工作的调音设备，包括转换器，将代表在所述乐器中产生的音调的振动转换为代表该振动的电信号；数据处理系统，连接于转换器，并且对所述电信号的波形进行多步自相关，以便逐步缩小以所述音调为特征的频率范围；以及人机界面，连接于所述数据处理系统，并且显现多步自相关的结果。根据本专利技术的另一方面，提供一种表示用于协助对乐器进行调音工作的方法的计算机程序，并且所述方法包括以下步骤a)将代表在乐器中产生的音调的振动转换为代表该振动的电信号；b)将代表所述电信号的波形的数据信息积存在数据存储器中；c)通过重复对所述数据信息的自相关，缩小以所述音调为特征的波形的频率范围；以及d)显现缩小的频率范围。附图说明根据结合附图进行的以下描述，将更清楚地理解所述调音设备和计算机程序的特征及优点，在附图中图1是示出根据本专利技术的便携式调音设备的外观的示意图，图2是示出合并在便携式调音设备中的电子系统的系统配置的框图，图3A和3B是示出在便携式调音设备的触摸板液晶显示设备上产生的可视图像的正视图，图4是示出代表音调的声波的电信号的基频分量和基本图像的关系的曲线图，图5A和5B是示出用来产生灰度图像的基本图像的叠加的视图，图6是示出主例程中的作业序列的流程图，图7是示出用于显现相位差的子例程中的作业序列的流程图，图8A和8B是示出基本图像的叠加的视图，图9是示出用于估计实际音高的子例程的作业序列的流程图，图10是示出用于自相关的子例程的作业序列的流程图，图11是示出在对于钢琴的自相关中使用的变量的视图，图12A是示出所述变量和自相关之间的关系的曲线图，图12B是示出对于高音区中的音调的自相关的最大值的曲线图，图12C是示出对于低音区中的音调的自相关的最大值的曲线图，图13是示出合并在根据本专利技术的另一调音设备中的触摸板液晶显示板的正视图，以及图14是示出在该调音设备中进行的作业序列的流程图。具体实施例方式在对乐器的调音工作中使用实施本专利技术的调音设备。换言之，用户借助便携式调音设备来给乐器调音。调音设备包括转换器、连接到该转换器的数据处理系统、以及连接到数据处理单元的人机界面。当在乐器中产生音调时，代表该音调的振动被输入到转换器中，并且转换器将该振动转换为代表所述振动的电信号。表示所述音调的数据信息形成电信号的波形，并且该电信号被提供给数据处理单元。数据处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于协助用户对乐器（２）进行调音工作的调音设备，包括：　　　　转换器（４；４Ａ），将代表在所述乐器（２）中产生的音调的振动转换为代表所述振动的电信号；　　　　数据处理系统，连接于所述转换器，并且向所述用户提供协助；以及　　　　人机界面（３；３Ａ），连接于所述数据处理系统，并且显现所述协助，　　　　其特征在于　　　　所述数据处理系统（１ｂ，ＳＢ２；ＳＢ２’）对所述电信号的波形进行多步自相关（Ｒ（ｍ），Ｒ（ｍ）’／Ｒ（ｍ）”）、以便逐步缩小以所述音调为特征的频率范围，并且请求所述人机界面（３；３Ａ）显现所述多步自相关（Ｒ（ｍ），Ｒ（ｍ）’／Ｒ（ｍ）”）的结果。

【技术特征摘要】
JP 2005-7-4 194792/051.一种用于协助用户对乐器(2)进行调音工作的调音设备，包括转换器(4；4A)，将代表在所述乐器(2)中产生的音调的振动转换为代表所述振动的电信号；数据处理系统，连接于所述转换器，并且向所述用户提供协助；以及人机界面(3；3A)，连接于所述数据处理系统，并且显现所述协助，其特征在于所述数据处理系统(1b，SB2；SB2’)对所述电信号的波形进行多步自相关(R(m)，R(m)’/R(m)”)、以便逐步缩小以所述音调为特征的频率范围，并且请求所述人机界面(3；3A)显现所述多步自相关(R(m)，R(m)’/R(m)”)的结果。2.如权利要求1所述的调音设备，其中，所述数据处理系统包括第一执行器(1b，SB2；1b，SB2’)，计算自相关，以便确定所述音调落入的某个音区，和第二执行器(1b，S33)，对于与所述某个音区中的音调相对应的延迟波形计算另一自相关，以便确定所述音调的音高。3.如权利要求2所述的调音设备，其中，所述第一执行器具有预计算例程(10，S40a，S40b，S41，S42)，对于从所述波形(x(k))延迟了延迟时间(m)的值的假定波形(x(k-m))计算所述自相关(R(m))，如此选择所述延迟时间(m)的值，以便使对于表示一音区中的音调的波形的假定波形(x(k-m))的所述自相关(R(m))表现出与对于表示另一音区中的音调的波形的假定波形(x(k-m))的所述自相关(R(m))的趋势不同的趋势，以及判断例程(10，S43)，检查所述自相关的结果，以查看对于从所述波形延迟的假定波形的所述自相关(R(m))是否表现出任一趋势，并且确定所述某个音区。4.如权利要求3所述的调音设备，其中，如此选择所述延迟时间的值，使得对于所述音区中的所述假定波形的所述自相关(R(m))表现出与对于由所述另一音区中的所述假定波形的所述自相关(R(m))表现出的极性改变不同的极性改变。5.如权利要求3所述的调音设备，其中，所述自相关由下式表示R(m)=Σk=0M-mx(k)x(k-m)]]>其中x是表示所述波形的样本，M是所述样本的数目，并且m是所述延迟时间的值。6.如权利要求3所述的调音设备，其中，所述判断例程(10，S43)确定所述自相关(R(m))的值是否被发现处于正区域和负区域之一中，或者在所述负区域和所述正区域之间改变，并且判断所述音区之一是所述某个音区。7.如权利要求2所述的调音设备，其中所述第二执行器(1b，S33)包括预计算例程(10，S44，S45)，对于从所述波形(x(i)，x(j))延迟的、并且分别表示所述某个音区中的音调的假定波形(x(i-m)，x(j-m))，计算所述另一自相关(R(m)’，R(m)”)，和判断例程(10，S46，S47)，在所述另一自相关(R(m)’，R(m)”)的结果中搜索所述另一自相关(R(m)’，R(m)”)的最大值，并且基于在所述最大值处引入假定波形(x(i-m)，x(j-m))之一的延迟时间(m)，确定表示所述音调的所述波形的波长。8.如权利要求7所述的调音设备，其中所述另一自相关由下式表示R(m)′=Σj=0M1-mx(j)x(j-m)]]>其中，x是表示所述波形的样本，M1是样本的数目，并且m是延迟时间的值。9.如权利要求7所述的调音设备，其中，所述另一自相关由分别用于所述音区中的音调和所述另一音区中的音调的以下等式之一表示，R(m)′=Σj=0M1-mx(j)x(j-m)]]>其中，x是表示所述波形的样本，M1是样本的数目，并且m是延迟时间的值，以及R(m)′′=Σj=0M2-m/2x(j)x(j-m)]]>其中，x是表示所述波形的样本，M2是样本的数目，并且m是延迟时间的值。10.如权利要求1所述的调音设备，还包括另一数据处理系统(1b，SB1)，连接于所述转换器(4；4A)和所述人机界面(3；3A)，并且通过对所述波形的分析，产生表示所述音调的目标频率和所述音调的实际频率之间的相位差的合成图像(32a，32b；32Ab)。11.如权利要求10所述的调音设备，其中，所述另一数据处理系统(1b；SB1)包括基本图像产生器(10，S20-S27)，连接于所述转换器(4；4A)，并且如此产生代表在所述音调中包含的某个频率分量的重复周期的多个基本图像(41a-41e；41f-41j)，使得将所述基本图像(41a-41e；41f-41j)的窗口时间周期彼此部分重叠，以及合成图像产生器(10，S28，S...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥山福太郎，
申请(专利权)人：雅马哈株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]