修改複合波形的泛音含量的方法

2023-05-18 15:56:06

專利名稱：修改複合波形的泛音含量的方法
相互參照本專利申請與在此作為參考的1998年10月29日申請的臨時專利申請系列號60/106,150的利益有關並且享有該權利。
本發明一般涉及音頻信號處理和波形處理、周期性音頻信號的泛音含量的修改，尤其涉及為了改變它們的聲音或它們聲音的感覺，動態地改變這種信號的泛音含量的方法。
在這部分收集和規定了這個專利使用的許多術語。
在連續轟擊(bombard)人耳的許多種聲音中，一種是通過對於耳朵持續足夠長和足夠穩定的特性來區別以確定它的幅度、音色(timbre)、音高(pitch)的特性。這種類型的聲音稱為音調(tone)。
音調或音色的質量是使得它與相同頻率和響度或幅度的其他音調區別開的特性。以較少的技術術語，在這方面給出樂器它可識別的品格(personality)或特性，它大部分歸應於隨著時間的它的泛音含量。
一些樂器產生穩定的音調，這些音調可以在特性上保持至少幾秒鐘沒有改變，長到足夠產生幾百個周期。這些音調稱為是周期性的。
包括樂器的大多數聲源產生各種幅度和頻率的正弦波混合的複合波形。提供給複合音調的各個正弦波稱為它的分音(partial)音調或簡單的說分音。通過波節(node)的整數碼，分音或分音頻率定義為限定能量的頻帶，泛音或泛音頻率定義為根據整數關係現象如機械物體，例如弦(string)或風量(air column)的刻度產生的分音。給定的複合音調的音品或音色通過它分開的分音的數量、頻率和幅度，特別是相互間的幅度比例和相對於其它的頻率(即這些部分組合或混合的方式)來確定。當樂器上演奏的音符(note)與在相同的樂器上演奏的另一個音符具有類似的音色時，單獨的頻率不是確定的因子。在處理聲音的示範系統中，分音實際上表示小頻帶的能量並且由與採樣系統有關的採樣率和不確定性來調節。
特別是那些與樂器或人的話音有關的音頻信號具有定義信號如何發出聲音的特徵泛音含量。每個信號包括基音和高次泛音頻率。用於這些組合周期每一個的圖形模式是波形。複合波的詳細波形部分地取決於它泛音的相對幅度。改變泛音中幅度、頻率或相位關係就改變了耳朵對音調的音質或特性的感覺。
基音(也稱為一次泛音或f1)和高次泛音(f2到fN)通常是數學相關的。在典型的樂器產生的聲音中，高次泛音主要是基音的整數倍，但不全部是。2次泛音是基音的2倍，3次泛音是基音的3倍，等等。這些倍數常常稱為次數。一般地，這個專利中使用術語泛音表示所有的泛音，包括基音。
每個泛音具有與基音有關的幅度、頻率和相位；可以控制這些關係來改變感覺的聲音。周期性的複合音調可以被分解為它的各組成部分(基音和高次泛音)。這個分析的圖形表示稱為頻譜。於是，一個給定音符的特徵音色可以用頻譜分布圖形表示。
儘管典型的樂器常常產生主要包含整數倍或接近整數倍的泛音的音符，但是各種其他樂器和源也產生在基音和高次泛音中具有更複雜關係的聲音。許多樂器產生數學上相關但在它們的關係中完全是非整數倍的泛音。另外，不是所有的樂器產生由周期性振動組成的音調。對于波形不是每周期重複的音調，分音頻率不需要與基音相關；這些音調稱為非泛音的。
現代的相等的調音音階(equal-tempered scale)(或西方的音樂音階)是一種方法，通過該方法將音樂音階調節為每八音度包括12個相等間隔的半音調間隔。任何給定半音的頻率是它原有的頻率乘以2的12次根或1.0594631。這產生一個所有的八音度間隔的頻率是比率1∶2的音階。這些八音度僅僅是和音的間隔；所有的其他間隔是不諧和音的。
音階固有的折衷允許鋼琴例如用所有的鍵演奏。然而，對於人耳，樂器如鋼琴在上部音域中精確地相當平緩地調諧到調音音階的聲音，因為在大多數機械樂器中的泛音不是精確的倍數並且「耳朵能聽出這一點」，所以，某些樂器的調諧被「拉長(stretched)」，這意味著調諧包含與簡單的數學公式控制的音高偏差。這些偏差對於簡單的數學公式控制的音符可能稍微陡些或者稍微平緩些。在拉長的調諧中，音符和泛音之間的數學關係仍然存在，但是它們更複雜一些。由多種振蕩/振動裝置包括樂器產生的泛音頻率之間的關係可以通過下面的函數建模fn=f1×G(n)這裡fn是n次泛音的頻率，n是表示泛音次數的正整數。這種函數的例子是a)fn=f1×nb)fn=f1×n×[1+(n2-1)β]1/2這裡β是常數，它取決於樂器或取決於多弦裝置的弦，有時取決於演奏音符的頻率音域。
音頻或音樂音調的感覺的音高一般是(但不總是)周期性信號中基音或最低的頻率。如前面提到的，音樂音符包含相互間不同幅度、頻率和相位關係的泛音。當疊加時，這些泛音產生複合時域信號。信號泛音的數量和幅度給出它音色或音樂品格的最強的表示。
樂器的感覺的音樂音調或特性的另一個方面涉及諧振頻帶，它們是通過樂器的物理現象強調或加重的音頻頻譜的某些段或部分。樂器的物理現象要求的方面如它的設計、尺寸、材料、結構細節、特點、操作方法以及響應特性。這些諧振頻帶相對於音頻頻譜的其他段感覺大聲一些，並且影響樂器的泛音含量。
這種諧振頻帶在頻率上是固定的並且在樂器上演奏不同的音符時保持恆定。這些諧振頻帶並不相對於樂器上演奏的不同音符偏移。通過樂器的物理現象而不是通過在任何給定時間演奏的特定的音符確定諧振頻帶。
泛音含量和諧振頻帶之間的關鍵不同在於它們對於基音的不同關係。泛音隨著基音的變化偏移(即，它們在頻率上移動，直接聯繫到演奏的基音)並且因此總是相對於基音。當基音偏移到新的基音時，它們的泛音隨著它們偏移。
相反，樂器的諧振頻帶在頻率上固定並且不隨著偏移基音函數線性地移動。
除了音符自己的泛音結構和樂器自己的諧振頻帶以外，提供樂器感覺的音調或音樂特性的其他因素要求泛音含量在音樂音符的持續時間變化的方式。音樂音符的持續時間或「壽命」按照次序標記為它的開始(音符被最初敲擊或發出聲音的特徵方式)；持續(當音符隨著時間發出聲音時它的連續特性)；以及衰減(音符終止-例如相對於逐漸衰弱突然截止的特徵方式)。
在所有三個階段-開始、持續和衰減期間音符的泛音含量-對於人耳給出重要的有關音符的主觀上音品的感覺的調子。包括基音的複合時域信號中每個泛音具有它自己明顯的開始和衰減特性，它幫助實時地規定音符的音色。
因為泛音的相對幅度水平可能相對於基音的幅度在音符的持續期間改變(有些被強調，有些被削弱)，因此特定音符的音色在它的持續時間改變。對於彈撥或敲擊的樂器(如鋼琴和吉它)，與低次泛音相比，高次泛音以較快的速率衰減。相反，對於連續演奏的樂器，包括管樂器(如長笛)和弓弦樂器(如小提琴)，泛音連續產生，因為源本身連續產生信號。
例如，對于吉它，形成感覺的音色的兩個最有影響的因素是(1)由弦產生的核心泛音；以及(2)吉它本體的諧振頻帶特性。
一旦弦已經產生基音和它有關的核心組泛音，本體、琴馬和其他部件主要地通過它的諧振特性開始演奏以進一步形成音色，它們是非線性的並且與頻率相關。吉它具有諧振頻帶或區域，在該頻帶或區域內音調的一些泛音被強調而不考慮基音。
吉它演奏者可以使用弦和檔子位置的不同組合在頸上多達六個位置上演奏精確的相同音符(相同的頻率或音高)。然而，由於基音和它的泛音之間不同的關係，六種形式的每一種發出的聲音明顯不同。由弦的構成和設計、弦直徑和/或弦長度的變化導致這些差異。這裡，「長度」不必指整個弦長度而是僅僅指產生音樂音高的振動部分，即從檔子位置到琴馬之間的距離。本體本身的諧振特性不改變，同時因為弦直徑和/或長度的變化，相同音高的不同形式發出明顯不同的聲音。
在許多情況下，希望影響樂器的音色。現代的和傳統的方法採用一種稱為固定頻帶電子均衡器的濾波器的基本形式做到這一點。固定頻帶的電子均衡器影響一個較大頻譜中一個或多個規定的段或頻帶。要求的強調(「加強」)或削弱(「減弱」)僅發生在規定的頻帶內。不影響位於頻帶外的音符或泛音。
給定的頻率根據它相對於改變基音的關係能夠具有任何次的泛音。諧振頻帶濾波器或均衡器僅識別在它固定頻帶內或外的一個頻率；不識別或不響應該頻率的泛音次數。該裝置不能識別輸入頻率是基音、2次泛音、3次泛音等等。因此，固定頻率均衡器的影響不相對於頻率的次數改變或偏移。均衡保持固定，影響指定的頻率而不考慮它們與基音的泛音關係。儘管均衡影響到顯著地影響感覺的音色的泛音的電平，但是它不改變音符、話音、樂器或其他音頻信號的固有的「核心」泛音含量。一旦被調節，是否固定頻帶均衡器具有任何影響完全唯一的取決於輸入音符或信號它本身的頻率。它不取決於該頻率是基音(1次泛音)、2次泛音、3次泛音或其他次數的泛音。
一些現有的均衡器有能力動態地改變它們的濾波器，但是這些改變被時間信號限制而不是泛音次數信息。這些均衡器能夠通過改變如用戶輸入命令定義的濾波器的位置來實時地調節它們的濾波。本發明的一種方法可以看成一個1000-頻帶或多個圖形均衡器，但不同在於幅度和相應影響的頻率在頻率和幅度上瞬時改變和/或相對於頻率和幅度以非常快的速度移動以改變音符的泛音能量含量；並且與合成器一起工作，加上丟失泛音，以及後面的和預期的與用於改變的泛音組有關的頻率。
人的話音可以認為是一種樂器，具有許多在其他樂器系列可以找到的相同音質和特性。因為它在空氣壓力下工作，它基本上是一種管樂器，但從頻率產生的觀點來看，話音類似於弦樂器，因為多個泛音振動是由各段組織產生的，這些組織的振動頻率可以通過調節它們的張力來改變。不像音響吉它本體，具有它固定的諧振室，一些話音諧振頻帶是可以瞬時調節的，因為諧振腔的某些方面可以通過揚聲器改變，既使在單個音符的持續時間內進行多次。通過鼻腔和口腔的構造、舌頭的位置以及在稱為聲道的整體的其他方面影響諧振。
現有技術Matsumoto的美國專利5,847,303描述了一種修改人的話音輸入的頻譜的話音處理設備。本專利包括若干個處理和計算步驟來均衡輸入的話音信號使得它發出像另一種話音的聲音(例如，專業歌手的聲音)。它還聲稱能夠改變感覺的歌手性別。
Matsumoto專利的頻譜修改通過使用傳統的諧振頻帶類型濾波方法來完成，該方法通過分析原始的話音來模擬聲道或諧振器的形狀。用於壓縮器/擴展器和濾波器的有關係數存儲在裝置的存儲器或磁碟上，並且是固定的(不可以由終端用戶選擇)。Matsumoto專利的頻率跟隨效應(frequence-folowing effect)使用話音輸入的基音信息以偏移和調諧該話音為「適當的」或「正確的」音高。通過電子鐘速率控制以偏移該區域內共振峰頻率來完成音高改變。這個信息隨後饋送到合成整個波形的電子裝置上。特定的泛音不被合成，不相對於基音單獨地調節，整個信號被同樣處理。
Grob-Da Veiga的美國專利5,218,160描述了一種通過產生低音或泛音來增強弦樂器聲音的方法。本發明使用一種方法用於提取基音並且將該頻率乘以整數或小的分數以產生泛音有關的低音或泛音。這樣，低音或泛音直接從基音中獲得。
Slaney的美國專利5,749,073提出音頻信息的自動變種。音頻變種是將每個具有可識別特性的兩個或多個聲音混合為一個具有兩個原始源的合成特性的新聲音的過程。
Slaney使用多步驟方法。首先，兩個不同的輸入聲音轉換為一種允許分析的形式，使得它們以各種方式匹配，識別泛音關係和非泛音關係。一旦輸入被轉換，音高和共振峰頻率用於匹配兩個原始的聲音。一旦被匹配，聲音被交叉衰落(即，以某一預選比例求和或混合)並且隨後被反相以產生一個為兩個聲音組合的新的聲音。利用的方法使用經過濾波的音高改變和頻譜外形控制。如同先前提到的專利，該方法要求諧振類型濾波和格式化信息的控制。
與Slaney專利緊密相關的是E.Tellman、L.Haken和B.Holloway的標題為「具有不同數量特性的聲音的音色音素」(Journal of AudioEngineering Society,Vol.43,No.9,Sep.1995)的文章中描述的技術。該技術要求使用Lemur分析和合成的聲音中音素的算法。Tellman/Haken/Holloway音色音素概念涉及時標修改(使通道減速或加速)以及各個正弦(基於正弦波)分量的幅度和頻率修改。
Robert A.Moog的美國專利4,050,343涉及電子音樂合成器。由用戶按下的鍵盤鍵獲得音符信息。按下的鍵盤鍵控制電壓/控制振蕩器，該振蕩器的輸出控制帶通濾波器、低通濾波器和輸出放大器。帶通濾波器的中心頻率和帶寬通過應用電壓控制來調節。低通濾波器的低通截止頻率通過應用控制電壓來調節並且放大器的增益由控制電壓來調節。
在稱為電離器(Ionizer)[Arboretum System]的產品中，一種方法開始是使用「預分析」以獲得包含在信號中噪聲的頻譜一它僅僅是噪聲的特性。這實際上在音頻系統中相當有用，因為磁帶嘶嘶聲、錄放機噪聲、哼哼聲和嗡嗡聲是經常的噪聲類型。通過提取聲音印跡，這可以用作一種參考以產生「抗噪聲」並且從源信號中減去它(不必是直接的)。在程序的聲音設計部分的通道中「找出峰值」的使用實現了512-頻帶選通EQ，它能夠產生非常陡的「磚牆(brick wall)」濾波器以拉出各個泛音或去除某些聲音元素。它們實現允許創建動態濾波器的門限值特性。但是，使用的該方法不跟隨或跟蹤基音，並且泛音去除必須再次落在頻帶中，它不跟蹤樂器的整個通道。
Kyma-5是一種通過符號的聲音開發的硬體和軟體的組合。Kyma-5是通過Capybara硬體平臺加速的軟體。Kyma-5主要是一種合成工具，但輸入可以來自現有記錄的聲音文件。它具有實時處理性能，但主要是一種靜態文件處理工具。Kyma-5的一個方面是能夠從聲音通道和應用處理的頻譜顯示中圖形地選擇分音。Kyma-5從視覺上接近選擇的分音並且識別頻帶內頻譜顯示的「連接」點，而不是通過泛音次數。如果泛音落在人工設置頻帶內則可以選擇它們。Kyma-5能夠通過分析靜態文件的泛音並且應用各種合成算法，包括加性合成，由靜態文件重新合成聲音或通道。然而，當音符隨著時間變化時沒有相對於基音跟蹤泛音的自動處理。Kyma-5允許用戶選擇一個基音。在Kyma頻譜分析工具上點的識別可以識別嚴格的非泛音的點。最後，Kyma不對於聲音應用拉長常數。
本發明的方法和結果本發明以用戶規定的方式，當複合音頻信號隨著時間前進時，通過修改每個特定的泛音和每個基音和/或音符，影響信號、波形、音符或通過任何源產生的其他信號的音品或音色。例如，用戶對於音樂音符(或其他信號波形)泛音確定的改變也可以應用於下一個音符或信號，並且應用於之後的音符和信號，以及當音樂通道隨著時間進行時應用於每個隨後的音符或信號。重要的是注意到隨著時間在幅度和頻率上移動目標時本發明的所有方面可以考慮到音符、聲音、分音、泛音、音調、非泛音、信號等等，並且隨著時間通過在幅度和頻率上移動可調節的調節器來調節移動的目標。
本發明包括下列方法·動態地和單獨地改變複合波形的任何泛音(f1到f∞)的能量；·相對於任何其他泛音，產生具有規定的幅度和相位關係的新的泛音或非泛音(如從所要求的聲音中「丟失」的泛音)；·根據整數或用戶規定的泛音關係如fn=f1×n×(S)log2(n)識別和自然地模仿合成聲音中產生的泛音；·提取、修改並且將泛音重新插入音符中；·根據頻率、幅度和/或其他參數插值信號，使能夠調節選擇的音符的泛音結構，然後，根據任何若干個用戶規定的曲線或輪廓，從這些用戶調節點中的一個偏移所有音樂範圍的信號的泛音結構到另一個；·動態地改變開始(attack)速率、衰減速率和/或泛音的持續參數；·從複合信號中分開任何泛音，以進行不同種類的處理；·根據信號內分音的頻率和幅度改變它們的電平；·由高次泛音頻率確定分音和它們次數的泛音關係；·根據泛音的次數和幅度連續改變複合信號的泛音的電平；·在貫穿整個選擇的通道(passage)或者在該通道內任何部分，增加或減少泛音一個固定量或可變量；
·恢復源信號的特徵信息，該信號可能已經丟失、損壞或者在記錄過程中或經過原始的磁性介質或記錄信息的其它介質的惡化已經改變；·使用fn=f1×n×(S)log2(n)拉長函數，計算分音和泛音位置；·利用上述泛音調節和泛音合成的實施例的組合，和諧地變換一個聲音信號以匹配、類似或部分類似於另一個信號類型的信號；·為新樂器提供基礎，包括但不限於新型的吉它合成器、低音合成器、吉它、低音樂器、鋼琴、鍵盤、播音室聲音修改設備、主聲音修改設備、新型的均衡裝置、以及屬於上述方法的新音頻數字硬體和軟體技術，以改變音符、聲音或信號；對於幅度、頻率和時間參數改變泛音次數參數，結果可能包括·將各個話音、樂器、音樂音符、分音、泛音、正弦波、其它聲音或信號(或者部分聲音或信號)從話音、樂器聲音或其它音頻信號的集合中分開或隔離；·突出在其它這種信號的集合內先前很難聽到的話音、樂器、音樂音符、泛音、分音、其它聲音或信號、或聲音或信號部分；·取消噪聲或降低噪聲；·平滑或衰減在其它這種信號集合內先前刺耳的或過分突出的話音、樂器、音樂音符、泛音、分音、其它聲音或信號、或聲音或信號部分；·增強音樂或其它複合時域信號通道中低音量和/或衰減或減弱相對高音量的音符、分音、泛音、非泛音或其它信號；·消除分音的某些幅度範圍使得較低電平的信息能夠更容易地識別和/或處理；·以及一般產生話音、樂器、音樂音符、泛音、分音、其它聲音或信號、或者聲音或信號部分更希望的平衡；方法概括說明這種處理不限於傳統的樂器，也可以應用於任何輸入源信號波形或材料以改變它的感覺的音質，增強音色的特別的方面，或削弱特定的方面。對於給定的信號，通過頻譜的各個泛音和/或分音的控制完成這一點。藉助於本發明，泛音或分音的調節在限定的時間周期內進行。這不同於一般的、固定頻帶均衡的影響，它在無限的時間周期上保持。
通過控制泛音(或泛音組)的能量電平，或者通過產生新的泛音(或泛音組)或分音，或者通過完全去除泛音(或泛音組)或分音，完成分配的處理。該控制可以限制於任何其它泛音的響應或者它可以限制於用戶選擇的任何頻率或次數或其它參數。這是非常實用的，因為引用一個泛音情況的例子，如果它們限制的頻率相當慢地衰減，調節的泛音將相當慢地衰減。相反，如果它們限制的頻率相當快地衰減，調節的泛音將相當快地衰減。調節也可以獨立於現有的泛音產生。在某些情況下，可以使用利用的任何組合方法的多種控制。換句話說，泛音或泛音組可以通過各種方法分開，用於各個處理。另外，分音可以被強調或削弱。
泛音控制的優選實施例使用數位訊號處理(DSP)技術。濾波和分析方法通過計算機(例如，DSP或其它微處理器)在數字數據表示實現。數字數據表示模擬信號或已經採樣並且從模擬電子波形轉換為數字數據的複合波形。一旦完成處理，數據可以轉換回模擬電子信號。它也可以用數字形式傳送到另一個系統，以及本地存儲在某些形式的磁介質或其它存儲介質上。信號源是採用數字音頻形式的準實時或預先記錄的，並且軟體用於實現所需的計算和控制。
結合附圖，通過下面的描述，本發明的其他目的、優點和新穎的特性將變得更加明顯。


圖1是四個音符和它的泛音的四個圖形，在頻率與幅度刻度上示出它們相互相關的泛音的褶狀效應。
圖2是在頻率與幅度刻度上特定時間點的音符泛音含量的圖形。
圖3是結合本發明原理，調節圖2音符的各個頻率和合成頻率。
圖4是使用本發明幅度和頻率跟隨濾波器方法，完成圖3中說明方法的系統第一個實施例的示意圖。
圖5是使用本發明鬥鏈(bucket bridge)方法完成圖3方法的系統的方框圖。
圖6是來自440赫茲鋼琴鍵單個敲擊的複合波形的頻譜外形圖，它是頻率(x軸)、時間(Y軸和幅度(Z軸)的函數。
圖7是根據泛音原理和其他分音加重和/或泛音變換修改的信號圖形。
圖8A、8B、8C和8D說明在相同的音符與泛音變換有關時在較早和較晚時刻長笛和鋼琴的頻譜含量。
圖9A是示出完成本發明加重方法的可能門限值曲線的圖形。
圖9B是說明圖9A使用的調節的可能較低電平的圖形。
圖9C是說明泛音和其他分音加重的可能固定門限值的方法的圖形。
圖9D是說明用於泛音和其他分音加重的方法的頻帶動態門限值示範曲線的圖形。
圖10是完成本發明操作的系統方框圖。
圖11是結合本發明原理的軟體或方法步驟的方框圖。
發明描述泛音調節泛音調節和合成的目的是根據它們的次數在各自基礎上控制泛音特性。控制在特定的音符具有幅度的時間周期上進行。通過應用濾波器在其頻率中心可以調節泛音。在本發明中，濾波器也可以採用均衡器、數學模型或算法的形式。根據泛音相對於任何其它泛音在頻率、幅度以及時間中的位置計算濾波器。同時，本發明考慮泛音作為移動頻率和幅度目標。
本發明的一個方面是它能夠預先考慮音頻信號的變化，包括(但不限於)泛音頻率、幅度、相位、泛音含量以及這裡描述的其它方面中的變化，因此響應這些變化進行調節。這裡不考慮信號如何存儲，如是否原始的音頻信號存儲在磁帶、數字裝置或任何其它介質上。在本發明處理之前也不考慮時間，如幾毫秒、秒、分鐘、日、周、月或年。在大多數情況下，本發明「預見」即將到來的信號中所有偏移的方式並且根據計算以及用戶輸入和控制起反應。
準實時的「預見」實際上要求最小時間量的收集數據，使得輸入數據(即音頻信號)的適當的特性可以認為觸發適當的處理。這個信息存儲在延遲緩衝器上直到所需的方面被確認為止。延遲緩衝器繼續添充新的數據並且在不再需要時不需要的數據從緩衝器的「最舊」一端去除。這是少量等待時間如何在準實時情況下產生的。
準實時指的是很小的不超過近似於60毫秒的延遲。它常常描述為多達電影膠片兩幀的持續時間，儘管最好是一幀的延遲。
在本發明中，處理濾波器預先考慮泛音的移動並且當泛音相對於頻率和幅度移動時隨著泛音移動。這樣，當一次泛音(f1)改變時，指定的泛音(或「用於幅度調節的泛音組」)將相對於泛音次數在頻率上偏移數學上固定的量。例如，如果一次泛音(f1)從100Hz改變為110Hz，本發明用於第四次泛音(f4)的泛音調節濾波器從400Hz偏移到440Hz。
圖1示出在給定的時間點一系列四個音符和每個音符的四個泛音的特性泛音含量。這個假定序列示出泛音和濾波器如何相對於基音移動，以及泛音相互間相對移動。隨著時間在幅度和頻率上對這些移動泛音的跟蹤是這裡體現的處理方法的關鍵因素。
頻率之間的分離或距離(相應於濾波器之間的分離)隨著基音的增大而擴大，隨著基音的減小而收縮。用圖形示意，這個處理在這裡稱為「褶狀效應」。
本發明設計為用濾波器隨著時間調節泛音的幅度，該濾波器隨著用於幅度調節的信號的非平穩(頻率改變)泛音移動。
特別地，各個泛音的參數被濾波和/或放大。不根據泛音出現的頻帶(如當前常規裝置實現的)而根據它們的泛音次數和要被濾波的泛音次數，這增加和降低各個演奏音符的頻譜中各種泛音的相對幅度。這可以脫機進行，例如在記錄音樂或複合波形之後，或者準實時地進行。為了準實時地進行，使用一般的頻率檢測方法或快速尋找基音方法(下面描述的)從樂器的頻譜特徵標記中確定各個演奏音符的泛音頻率，然後根據確定的音符完成逐個泛音的濾波。
因為以這種獨特的方式控制泛音，根據各個、精確選擇的泛音影響樂器的整個音色，與採用分配給一個或多個固定諧振頻帶的常規濾波器僅僅影響頻譜的各段不同。
為了便於說明，圖1-圖3的泛音關係模型是fn=f1×n例如，這種形式的濾波將以在2400Hz濾波4次泛音相同的方式濾波在400Hz的4次泛音，既使這兩個音符(圖1的音符l和音符3)的4次泛音是在不同的頻率範圍。應用本發明作為常規的逐個頻帶均衡裝置的補充和/或替代是非常有用的。輸出的演奏音符的這些各個濾波泛音的混合將根據圖4和圖5討論。
圖2示出一個時間點上信號的泛音含量的例子。基音(f1)是100Hz。這樣，以100Hz的倍數，你可以看到在200Hz(f2=f1×2)、300Hz(f3=f1×3)、400Hz(f4=f1×4)等等的這個信號的泛音。為了說明起見，這個例子總共具有10個泛音，但實際上信號常常具有更多的泛音。
圖3示出如採用本發明實現的圖2某些泛音的調節修改。位於200Hz(2次泛音)、400Hz(4次泛音)、500Hz(5次)和1000Hz(10次)的泛音的能量含量和幅度都向上調節。在600Hz(6次泛音)、700Hz(7次泛音)、800Hz(8次)和900Hz(9次)的泛音的能量含量和幅度都向下調節。
藉助於本發明，通過各種方法可以在幅度上增加或減少泛音。一種現有的方法是在感興趣的時幀上應用特別計算的數字濾波器。這些濾波器調節它們的幅度和頻率響應以隨著被調節的泛音頻率而移動。其他的方法還使用數位訊號處理，如將正弦相位匹配於感興趣的泛音，然後(A)為了減少，通過將該波形的反相加到原始信號來減去所要求的量；或者(B)為了增強，加上一個比例型式(即，乘以某一指定因子)。
其他的實施例可以利用一系列在頻率上鄰近的濾波器或一系列固定頻率濾波器，這裡當泛音從一個濾波器的範圍移動到下一個濾波器的範圍時該處理以「鬥鏈」形式越區切換。
圖4示出一個實現實施例。在輸入端10來自拾取的、麥克風或預先存儲數據的信號提供到泛音信號檢測器HSD 12並且提供到濾波器組14。濾波器組14中每一個可編程用於泛音檢測信號的特定的泛音頻率並且由f1、f2、f3…fN表示。控制器16調節每個濾波器的頻率到某一頻率，該頻率匹配於泛音信號檢測器12對於其次數檢測的泛音頻率。各個泛音所需的修改根據用戶輸入由控制器16控制。濾波器組14的輸出在混頻器18中與來自輸入端10的輸入信號組合併且根據使用的特定算法在輸出端20提供作為組合的輸出信號。如下面根據圖3討論的，控制器16還可以在混頻器18提供合成的泛音，與來自均衡器組14和輸入端10的信號相組合。
圖5示出為完成另一種鬥鏈方法修改的系統。均衡器組14』具有一組濾波器，每個具有Fa、Fb、Fc等表示的固定頻率相鄰帶寬。一旦接收到泛音檢測器12識別的泛音信號，控制器16調節濾波器14』的固定帶寬特性的信號修改以匹配於檢測的泛音信號。其中圖4的濾波器組14的每一個具有它調節的頻率並且它的修改特性固定用於所需的泛音，圖5的均衡器排14』的每一個具有它們固定的頻率和根據檢測的泛音信號改變的修改特性。
是否使用褶狀頻率和幅度可調節移動濾波器的方法或預先考慮頻率跟隨的頻率鬥鏈方法，或者這些方法的組合，濾波影響在頻率上隨著用於幅度變化的泛音移動，不只是響應信號的頻率而且響應於它的泛音次數和幅度。
雖然所示的泛音信號檢測器12與控制器16分開，它們可以是通用的DSP或微處理器上的軟體。
最好濾波器14是數字的。數字濾波的一個優點是在原始信號和處理信號之間不需要的相移，稱為相位失真，可以最小。在本發明的一種方法中，根據所需的目的可以使用兩種數字濾波方法的任何一種有限脈衝響應(FIR)方法或無限衝擊響應(IIR)方法。有限脈衝響應方法使用分開的濾波器用於幅度調節和相位補償。可以設計幅度調節濾波器使得所需的響應是輸入信號頻率的函數。為表現這種幅度響應特性所設計的數字濾波器固有地影響或失真數據陣列的相位特性。
因此，幅度調節濾波器後面跟隨著串行設置的第二濾波器，相位補償濾波器。相位補償濾波器是單位增益裝置，它抵消幅度調節濾波器引入的相位失真。
濾波器和其它聲音處理器可以應用於兩種類型的輸入音頻信號實時的或非實時的(固定的或靜態的)。實時信號包括實況播放性能，可以在私人裝置、公共活動場所或記錄播音室產生。一旦以數字形式在磁帶上或在某些其它介質上捕獲到複合波形，它可以考慮為固定的或靜態的；可以進一步處理它。
在數字處理能夠應用於輸入信號之前，該輸入信號本身必須轉換為數字信息。陣列是指示信號數字表示的數字序列。濾波器能夠以正向應用於陣列，從陣列的開始到結尾；或者反向地從結尾到開始。
在第二種數字濾波方法中，無限衝擊響應(IIR)、零相位濾波可以通過在感興趣的數據陣列的兩個方向應用濾波器，採用非實時(固定、靜態)信號完成。因為相位失真在兩個方向上相等，最後的效果是當濾波器在兩個方向上工作時這種失真被去除。這種方法限於靜態(固定的、記錄的)數據。
本發明的一種方法利用高速數字計算裝置以及量化數位化音樂的方法，改進附屬於高速傅立葉和/或小波分析的數學算法。數字裝置將分析現有的音樂，調節泛音的音量或幅度到所需的電平。如圖4描述的，本方法採用頻率隨著泛音和所需的泛音電平的變化而移動的非常快速變化、複雜準確的數字均衡窗口來實現。
本發明可以應用於但不限制于吉它、低音樂器、鋼琴、記錄中使用的均衡和濾波裝置、控制裝置、電子鍵盤、風琴、樂器音調調節器以及其他波形調節器。
泛音合成在需要調節音樂音符或其他音頻信號的泛音含量的能量電平的許多情況下，如果泛音含量是間歇的或實際上不存在的，則不可能做到這一點。當泛音漸漸小於源信號的噪聲「基底」(最小可識別的能量電平)時這種情況可能發生。藉助於本發明，這些丟失或低於基底的泛音可能「從刻痕(scratch)」產生即電子合成。最好一起產生完全新的泛音、非泛音或子泛音(低於基音的泛音頻率)，與源信號的關係為整數乘數或非整數乘數。同時，這種創建或產生處理是一種合成。如同自然產生的泛音，合成的泛音一般與它們的基音數學相關。
在泛音調節時，本發明產生的合成的泛音在頻率上是不穩定的它們相對於其他泛音移動。它們可以相對於任何單獨的泛音(包括f1)合成，並且其頻率隨著音符在頻率上的變化而移動，預先考慮變化以正確地調節泛音合成器。
如圖2所示，原始信號的泛音含量包括高達1000Hz(100Hz基音的10次泛音)的頻率；不存在11次或12次泛音。圖3示出這些經過泛音合成創建的丟失泛音的存在。這樣，新的泛音頻譜包括高達1200Hz(12次泛音)的泛音。
不僅通過聲譜的泛音的相對電平而且通過泛音相對於基音的相位(可以隨著時間改變的關係)來定義樂器。這樣，泛音合成也允許創建幅度相關和相位校準(即一致的而不是任意地匹配於或相關於基音)的泛音。最好濾波器組14和14』是數字裝置，它們還是數字的正弦波發生器，並且最好使用一個不是fn=f1×n的函數創建合成的泛音。最好用於產生新的泛音的關係是fn=f1×n×(S)log2(n)。S是大於1的數字，例如1.002。已經發現這種關係對於樂器，包括人的話音是非常準確的。
泛音調節和合成泛音調節和合成的組合體現在能夠根據泛音的次數動態地控制包含在音符中它們所有的幅度，包括那些認為「丟失」的幅度。這種控制泛音的能力在處理用戶喜歡的各種音符或信號的音色時為他或她提供了更大的靈活性。該方法認為可以根據特別的輸入信號的泛音電平要求不同的處理。它體現了泛音調節和合成。與僅僅影響已經存在的頻譜段相反，它影響到樂器的整個音色。
當泛音漸漸低於源信號的噪聲「基底」時，如果該泛音含量是間歇的或實際上不存在，也許不可能調節信號泛音含量的能量電平。藉助於本發明，這些丟失的或低於基底的泛音可以「從刻痕」或電子合成中產生，然後混合回原始的和/或泛音調節的信號。
為了說明這一點，泛音合成還可以結合泛音調節來使用以改變源信號的整個泛音響應。例如，如圖6說明的，電吉它的10次泛音比低次數泛音衰減的更快一些。感興趣使用合成不僅是加強這個音符初始部分的泛音電平，而且在音符整個存在時完全地保持它。可以在選擇的部分或通道的所有音符上進行合成。這樣，現有的泛音可以在它超過某一門限值的部分的期間調節，並且隨後在音符的剩餘部分的期間合成(以它調節的形式)(見圖7)。
也可以要求對若干個泛音完成這一點。在這種情況下，泛音採用所需的相位校準合成以在所需的門限值上保持一個幅度。相位校準可以從任意的設置中得出，或者相位可以採用用戶選擇的泛音以某一方式校準。這種方法在頻率和幅度上改變和/或以非常快的速度移動以改變音符的泛音能量含量，並且與合成器一起工作以加上丟失的所需的泛音。這些泛音和合成的泛音將與在數字裝置軟體上以百分比設置的一組泛音幅度在音量上成比例。最好用函數fn=f1×n×(S)log2(n)產生新的泛音。
為了避免試圖加強不存在的泛音，本發明使用信號檢測算法表示有足夠的信號存在來保證調節。一般地，這種信號檢測方法基於輸入信號總的能量，使得只要對於某一任意規定的時間周期，信號能量(或幅度)在門限值以上，就可以考慮它是存在的。
泛音變換泛音變換指的是本發明能夠將一個聲音或信號(用於改變的文件組)與另一個聲音或信號(第二個文件)相比較，然後使用泛音調節和泛音合成來調節用於改變的信號組，使得它更接近類似於第二個文件，或者如果需要，在音色上複製第二個文件。這些方法組合先前提到的本發明的若干方面以完成組合音頻聲音或改變一個聲音更加類似於另一個聲音的總的目標。實際上，它可以用於使一個記錄的樂器或話音聲音幾乎精確地類似於另一個樂器或話音。
當你看到相對於時間通過樂器或話音的泛音頻率含量產生的給定音符時(圖6)，你能看到每個泛音具有開始特性(該泛音的初始部分隨著時間上升多快和它如何達到峰值)、持續特性(在開始部分之後泛音結構如何表現)、以及衰減特性(在音符結束時泛音如何停止或衰落)。在一些情況下，特別的泛音可以在基音本身結束之前完全地衰落。
一種類型樂器(例如，兩個鋼琴)的不同的例子能夠以許多方式改變。一種改變是在特定的複合時域信號的泛音含量上。例如，在一個鋼琴上發出中間「C」音符的聲音可以與在不同的鋼琴上發出的相同音符的聲音具有明顯不同的泛音含量。
兩個鋼琴可以不同的另一種方法是隨著時間的泛音含量。在兩個不同鋼琴上演奏的相同的音符不僅具有不同的泛音結構，而且這些結構將隨著時間以不同的方式表現。與不同鋼琴上發出相同音符的聲音泛音結構的情況隨著時間相比，該音符的某些泛音將以明顯不同的方式持續或衰減。
通過各自處理記錄樂器產生的每個信號的泛音，該樂器的響應可以做得接近類似於或匹配於不同樂器的泛音。這種技術稱為泛音變換。它可以包括動態地改變每個音符內泛音能量電平並且隨後形成它們的能量響應以接近匹配於另一個樂器的泛音能量電平。當它與泛音次數相關時，通過頻帶比較完成這一點。第一個文件(泛音變換的文件)的泛音與目標聲音文件相比較以匹配第二個文件泛音的開始、持續和衰減特性。
因為這不是泛音的一對一匹配，因此通過算法要求比較分析以創建調節的規則。這種處理也可以在一般處理發生時由用戶輸入來幫助。
可以看到採用長笛和鋼琴的這種處理的一個例子。圖8a到圖8d示出在特定時間點鋼琴和長笛的頻譜含量圖。圖8a示出典型的在音符較早時刻的長笛的頻譜含量。圖8b示出在相同音符較晚時刻的長笛的泛音含量。圖8c示出在典型的鋼琴上如同圖8a相同的時間點的相同的音符。在這些時間點上，有大量的較高泛音能量。然而，較後的時間，每個音符的相對泛音含量明顯地改變。圖8d是在鋼琴上如同圖8b相同時間點上相同的音符。在音符的這個點上，鋼琴的較高泛音含量比長笛的泛音含量少很多。
因為一個聲音文件能夠做得更加接近類似於很大一批其他聲源，該信息不必直接來自第二個聲音文件。經過各種方法可以開發出一個模型。一種方法是根據它在時間上的情況一般地表徵另一個聲音，聚焦在特徵泛音或分音含量情況上。這樣，可以創建各種數學或其他邏輯規則來引導要被改變的聲音文件的每個泛音的處理。模型文件可以由另一個聲音文件創建，可以是完全理論的模型，或者實際上可以由用戶任意規定。
假定用戶希望使鋼琴發出像長笛的聲音；這種處理要求考慮兩種樂器的相對特性。在音符的一開始，鋼琴在它的泛音能量上有一個大的爆發，接著是能量含量的急劇下降。相比而言，長笛最初開始發出較小的聲音並且不具有泛音。藉助於本發明，在每個音符的這個階段將調節鋼琴的每個泛音，使得近似於或如果需要，合成長笛的相應的泛音和丟失的分音。
在鋼琴的音符的持續部分期間，它的較高泛音能量含量很快地衰減，而長笛的較高泛音能量含量在整個音符的持續時間存在。這樣，在這個部分期間，要求鋼琴泛音的連續動態地調節。實際上，在某一點，當泛音掉到相當低的電平時要求合成來代替泛音含量。最後，在這兩個樂器上，音符的衰減也稍微不同，需要再次適當的調節來匹配長笛。
通過使用數字濾波器、調節參數、門限值和正弦波合成器來獲得這一點，它們在組合中使用並且隨著或預先考慮在感興趣的信號或音符包括基音的各個方面的偏移而移動。
泛音和其他分音的加重在本發明中，泛音和其他分音加重提供了一種調節正弦波、分音、非泛音、泛音或根據在相關頻率範圍內相對於其他信號的幅度的它們的幅度的其他信號的方法。這是使用頻率範圍中的幅度來代替泛音次數作為濾波器幅度位置指導或準則的泛音調節的改變。同樣，作為泛音調節，分音的頻率是濾波器頻率調節指導，因為分音在頻率以及幅度上移動。在許多音頻元素典型的音樂通道或其他複合音頻信號中，藉助於本發明，那些弱的可以相對於其他的加強，那些強的可以相對於其他的減弱，如用戶選擇的採用或不採用壓縮它們動態的範圍。
本發明(1)隔離或突出相當安靜的聲音或信號；(2)減小相當大聲或其他選擇的聲音或信號，包括其中的背景噪聲、失真或混亂、對抗或用戶不希望的其他音頻信號；以及(3)完成更清晰的或其他希望的多個分音、話音、音樂音符、泛音、正弦波、其他聲音或信號的混合；或者聲音或信號的部分。
常規的電子壓縮器和擴展器僅根據本發明考慮的部分參數而不是所有的參數來操作。另外，這種壓縮/擴展裝置的操作基本上與本發明的操作不同。藉助於加重，信號的調節不僅根據它的幅度而且根據在它的頻率範圍內相對於其他信號幅度的它的幅度。例如，為了聽到，在地板上拖著的腳步聲可以調節或不必調節。在另外一個安靜的房間裡，聲音可能不需要調節，而在相對於強烈對抗的分音、聲音或信號的背景下產生的相同幅度的相同聲音可能要求加重以便聽到。本發明可以做出這種決定並且因此動作。
在本發明的一種方法中，一段音樂被數位化並且被修改幅度以加重安靜的分音。現在的(present)技術通過在一個固定的頻率範圍內壓縮音樂來完成這一點，使得整個信號根據它總的動態範圍被影響。最後的效果是通過放大較安靜的通道來強調較安靜的部分。本發明的這個方面工作在不同的原理。計算機軟體檢驗複合波形的頻譜範圍並且提高低於特別設置的門限值電平的各個分音的電平。同樣，高於特定門限值的分音的電平可能在幅度上降低。軟體將檢驗隨著時間複合波形中所有的分音頻率並且僅修改用於改變的門限值組內的波形。在這種方法中，模擬和數字硬體和軟體將數位化音樂並且在某種形式的存儲器存儲它。採用快速傅立葉變換、小波(wavelet)和/或其他適當的分析方法，複合波形將被非常準確地檢驗。有關的軟體隨著時間將計算的分音與幅度、頻率和時間門限值和/或參數比較，並且決定哪個分音頻率將在用於幅度修改的門限值內。這些門限值是動態的並且取決於在任一側上圍繞某些規定頻率範圍內預定調節的分音的對抗分音。
本發明的這部分作為複雜的、頻率選擇均衡或濾波裝置，這裡可以選擇的頻率數量幾乎是無限的。數字均衡窗口將被產生和去除，因此，通過修改其開始、峰值和結束幅度，使很難聽到的聲音的分音現在對於聽眾更加明顯。
當感興趣的幅度的信號相對於其它信號的幅度偏移時，本發明的靈活性允許調節(1)在連續可變的基礎上，或者(2)在固定的、非連續可變的基礎上。實際的效果是不僅準確定位到需要調節的音頻信號的部分和進行這種調節，而且當需要它們時並且僅當需要它們時完成它們。注意如果濾波器變化超過每秒大約30個周期，則它們將產生它們自己的聲音。這樣，不建議以比這種情況更快的速率變化，除非低音聲音可以被濾掉。
本發明的主要方法(或它們的組合)要求濾波器根據所需的頻率和幅度移動以在特定的時間點對於特定的分音(或它的一段)完成所需的調節。
在本發明的第二種方法中，當用於幅度調節的分音組從一個濾波器範圍移動到下一個濾波器的範圍時，該處理以「鬥鏈」形式「越區切換」。
如前所述，本發明的兩種方法要求「預見」的能力，即非實時或準實時地預先考慮包括複合音頻信號(或它的部分)的要被調節的幅度以及頻率或分音的泛音含量。這樣，本發明可以檢驗頻率、隨著時間的頻率、隨著時間頻帶的對抗泛音、幅度以及隨著時間的幅度。然後，如上所述當需要獲得目標、結果或效果時，通過使用頻率和幅度可調節濾波器、數學模型和算法，它動態地調節這些分音、泛音或其它信號(或它的部分)的幅度。在這兩種方法中，在估計分音、其它信號或它的部分的頻率和幅度之後，本發明確定是否根據門限值調節信號向上、向下或完全不調節。
加重取決於幅度門限值和調節曲線。為了獲得所需的結果，在本發明中有三種實現門限值或調節的方法。第一種方法利用一個門限值，根據複合波形的總能量動態地調節幅度門限值。能量門限值保持一致的頻率相關性(即門限值曲線斜率在整個能量變化範圍是一致的)。第二種方法在圍繞要被調節的分音的頻帶內完成插值的門限值曲線。門限值是動態的並且定位在圍繞這個分音的頻率區域。該調節在相同的頻帶上也是動態的並且隨著圍繞幅度變化的區域的分音變化。因為分音可以在頻率上移動，門限值和調節頻帶也是頻率動態的，當它移動時要被調節的分音一起移動。第三種方法利用一個固定的門限值電平。幅度在門限值以上的分音被向下調節。那些在門限值以下和在噪聲基底以上的幅度向上調節。下面討論這三種方法。
在所有的三種方法中，調節電平取決於「定標函數」。當泛音或分音超過或低於門限值時，它超過或低於門限值的量值確定調節的程度。例如，僅僅超過上限門限值的分音僅向下調節一個小量，但是超過門限值還將導致較大的調節產生。調節量的轉變是一個連續的函數。最簡單的函數將是線性函數，但可以應用任何定標函數。當採用任何數學函數時，超過或低於門限值的分音調節的範圍可以被定標或偏置。當定標函數影響被標定時，在分音超過門限值時相同的調節量產生，而不考慮是否門限值已經改變。例如，在上面列出的第一種方法中，當在波形中有更多的能量時門限值改變。定標函數可能在要被調節的分音的0％和25％調節之間，但當波形中有更多的能量時僅在較小的幅度範圍內。對於這種情況的另一個方法是僅僅偏置定標函數某個百分比。這樣，如果在信號中有更多的能量，範圍將不相同。例如，它現在的範圍可以從0％到僅僅10％。但是，調節中的改變量將相對於超過門限值的分音的能量保持一致。
通過遵循第一個門限值和調節的方法，可能最好通過規定幅度的最小和最大限制來作用一部分信號分音含量。理想情況下，這種處理將信號保持在兩個門限值的邊界內一個上限或最高限度；以及一個下限或基底。分音的幅度不允許在一組周期超過上限門限值或低於下限門限值。如圖9A說明的這些門限值是頻率相關的。必須建立噪聲基底以防止分音的調節實際上恰恰是低電平噪聲。噪聲基底作為加重考慮的總的下限並且可以人工地或經過分析過程建立。與頻率相關門限值曲線共存的是頻率相關調節曲線。每個輸入分音可以與兩個門限值曲線相比，然後向上調節(在能量上加強)、向下調節(在能量上降低)或完全不調節。因為任何需要的加強或減少是相對於分音頻率範圍的總的信號幅度的，門限值曲線同樣地根據在任何給定時間點的總的信號能量改變。如果分音幅度的固定調節被保持在門限值以上或以下，很可能調節的分音變得低於圍繞要被調節的分音的其他分音。為了避免這種情況，調節量根據現有的特定點的分音電平改變。如上所述，調節根據定標函數產生。然後調節根據超過或低於門限值的要被調節的分音的能量而改變。
在第二種門限值和調節方法中，分音與在分音的時間周期內圍繞要被調節的分音的頻帶的「對抗」分音相比較。這個頻帶具有若干個特點。它們在圖9D示出。1)帶寬可以根據所需的結果修改。例如，帶寬可以表示低於分音頻率的75％和高於分音頻率的125％。2)門限值和調節區域的形狀是連續的曲線，並且分段(graduated)滿足整個曲線的「線性」部分。曲線的線性部分表示的頻率在這個分音的比較和調節區域之外。然而，該曲線的線性部分的總的「偏置」取決于波形中全部能量。這樣，你可以看到門限值偏置的整個偏移，但是特別的分音的調節不改變，因為它的調節取決於在它自己頻率區域的分音。比較頻帶的上限門限值與對抗分音一起上升。用於調節門限值線以上分音的定標函數偏移或也重新標定。比較頻帶的下限門限值與對抗分音一起下降。同樣，用於調節分音的定標函數偏移或也重新標定。3)調節量被分段。當分音超過或低於門限值時，它的調節取決於幅度超過或低於門限值多少。調節量是圍繞被跟隨的分音的對抗分音中被能量偏置的連續的參數。例如，如果分音僅僅超過上限門限值，它可以僅在幅度上向下調節5％。最極限的情況可以看到如果它的幅度超過上限門限值較大的量則分音調節25％。然而，如果總的信號能量不同，這種調節量將相對於門限值偏置的總的偏移被偏置某一百分比。4)必須建立噪聲基底以防止實際上僅在低電平噪聲的分音的調節。噪聲基底作為用於加重考慮的總的下限並且可以人工地或經過分析過程建立。
在第三種門限值和調節方法中，使用所有相同的調節方法，但比較是對於單個固定的門限值進行。在前面的方法中，門限值取決于波形總的能量，或者取決於圍繞要被調節的泛音或分音的頻帶內的泛音或分音。圖9c示出這樣一個門限值的例子。這種方法也用於分段的調節量。當分音超過或低於門限值時，它的調節取決於幅度超過或低於門限值多少。調節量是一個圍繞被跟隨的分音的對抗分音中被能量偏置或重新標定的連續參數。同樣，如先前方法描述的，必須建立噪聲基底以防止實際上僅在低電平噪聲的分音的調節。
在所有的門限值和調節方法中，門限值(單個門限值或分開的上限和下限門限值)不可能是平坦的，因為人耳本身不是平坦的。耳朵不能識別以一致的或線性的方式音頻範圍上的幅度。代替的是為了獲得給定的響度上感覺的增加，較高的頻率必須比較低的頻率加上更多的能量。因為我們的聽覺響應是頻率相關的(感覺一些頻率具有比其他的頻率更大的能量)，本發明的能量調節也是頻率相關的。
通過在最大的和最小的幅度調節之間內插調節量，可以獲得更加連續的和一致的調節。例如，具有接近最大電平(接近限幅)的幅度的分音將比幅度僅僅超過向下調節門限值的分音在能量上更多地向下調節。時間門限值被設置使得一組頻率範圍中的對抗分音得到限制。門限值曲線和調節曲線可以表示用戶要求的規定和基於人耳聽覺的經驗感知曲線的組合。
圖9A示出一個示範門限值曲線，圖9B示出用於門限值和調節方法1的有關示範調節曲線。門限值取決於總的信號能量(例如，較低的總的能量將使門限值較低)。當輸入分音的幅度超過圖9A的上限能量門限值曲線或最高限度時，分音的能量被減少(向下調節)圖9B該頻率有關調節曲線定義的量值。同樣地，當分音的幅度低於下限能量門限值曲線或基底時，它的能量被加強(向上調節)同樣由該頻率有關調節曲線定義的量值。幅度的增加和/或減少可以是某一預定量。
圖9B的調節曲線定義在給定頻率調節的最大量。為了避免將失真引入分音的幅度，調節量隨時間逐漸減少，使得平滑轉變到最大調節。轉變周期可以通過任意的函數定義，並且可以如線性曲線一樣簡單。沒有逐漸的減少，波形可能被太快地調節，或者產生不連續，它在調節信號中產生不要求的和/或不希望的失真。類似地，當向上調節分音時也應用逐漸減少。
圖9C示出與第二種門限值和調節方法有關的例子。
在信號的持續時間，它的泛音/分音可能在幅度上相當恆定，或者有時它們的幅度變化相當大。這些方面是頻率和時間相關的，具有表現一種關於對抗分音的方式的某些泛音的幅度和衰減特性。
除了先前討論的用於控制泛音(作為單個泛音或作為泛音組)的最大幅度和最小幅度的門限值以外，還可以由用戶設置基於時間的門限值。這些必須滿足以便本發明從它的分音調節開始進行。
基於時間的門限值對於規定的調節設置開始時間、持續時間和完成時間，使得幅度門限值必須滿足用戶規定的時間周期以便本發明開始起作用。例如，如果超過幅度門限值，但不能保持超過用戶規定的時間，就不處理幅度調節。例如，信號落在最小門限值以下(1)曾經滿足該門限值但隨後低於它；或者(2)從不在第一個位置滿足它，也不被調節。當調節信號並且用戶可調節時軟體識別這種差別是非常有用的。
插值法一般地說，插值法是一種根據給定數量和已知變量間的關係，估計或計算兩個給定數量之間未知數量的方法。在本發明中，插值法可應用於泛音調節、泛音調節和合成、分音變換以及泛音變換。這表示一種方法，通過該方法用戶可以調節通過樂器或人的話音發出聲音的某一點的音符的泛音結構。然後根據用戶規定的任何若干曲線或輪廓或插值函數，本發明對所有音樂範圍上的泛音結構從這些用戶調節點中的一個到另一個進行偏移。這樣，以連續的方式控制改變演奏音符的泛音含量。
話音或樂器的聲音可以改變作為音域的函數。因為需要在不同音域中改變聲音，歌手或音樂家可能希望保持一個音域的特性或音色，儘管聲音音符在不同的音域中。在本發明中，插值不僅能夠使他們這樣做，而且能夠以可控制的方式對於所有音樂頻譜上的音符的泛音結構從一個用戶調節點到另一個調節點自動地調節。
假定用戶希望強調高音域音符的3次泛音，而不是強調中間音域的第10次泛音。一旦用戶設置這些需要的參數，本發明自動地完成這些點之間音符的泛音結構的偏移，它具有用戶控制的可變換特性。
簡單地說，用戶在某些點設置泛音，並且插值自動地調節這些「設置點」之間的每件事情。更準確地說，它完成兩件事情·首先，用戶可以調節在該話音或樂器範圍內不同點的話音或樂器的音符(或選擇範圍內的音符組)的泛音結構；這樣，用戶可以正確地感覺聲音的缺陷，或者調節聲音以產生特別的效果，或者強調希望的泛音，或者減少或刪除不希望的泛音，或者可能是無論什麼事情；·其次，一旦用戶調節這些選擇的音符或音域的聲音，本發明根據用戶預先選擇的公式，偏移或變換在設置點之間音樂頻譜上所有的音符和所有的感覺泛音的泛音結構。
插值函數(即，從一個設置點的泛音結構到另一個的偏移的特性或曲線)可以是線性的，或者對數的，或者用戶選擇的另一種形式。
頻率刻度可以用圖表示出各種音符、泛音、分音或其他信號的位置。例如，刻度可以用圖表示一個八音度分開的頻率的位置。本發明調節用戶設置點之間所有的泛音結構的方式可以由用戶選擇變換可以是線性的、對數的、順著二次曲線分段、或者用戶選擇的任何函數。
模仿自然泛音一個好的泛音頻率的模型是fn=f1×n×Slog2n，因為它可以在寬諧振頻帶設置近似於自然的「陡峻」。例如，f1=185Hz的10次泛音是1862.3Hz而不是使用10×185的1850Hz。更重要的是該模型模擬和音泛音，例如泛音1與泛音2、泛音2與泛音4、泛音3和泛音4、泛音4和泛音5、泛音4和泛音8、泛音6和泛音8、泛音8和泛音10、泛音9和泛音12等等。當用於產生泛音時，這些泛音甚至比自然泛音產生的更強和更多迴響。它還可以用於泛音調節和合成以及自然的泛音。這個函數或模型是找出接近匹配於樂器產生的「陡的」高次泛音的好方法。這樣，拉長函數可以用於模仿自然的泛音INH。
函數fn=f1×n×(S)log2n用於對隨著n增加逐漸更陡的泛音建模。S是銳化常數，一般設置在1和1.003之間，n是正整數1、2、3…T，這裡T一般等於17。藉助於這個函數，S的值確定陡的程度。它建模的泛音是和音的，如同當fn=n×f1時泛音是和音一樣。即如果fn和fm是音符的n次和m次泛音，則fn/fm=f2n/f2m=f3n/f3m=…=fkn/fkm有許多方法能夠用於確定基音和泛音頻率的位置，如快速尋找基音、短時間傅立葉變換方法，或者經過濾波器組或自相關技術明顯地定位頻率。在特定操作中需要的準確度和速度是用戶定義的，它幫助選擇適當的頻率尋找算法。
分開泛音影響本發明和它的方法的另一個擴展允許唯一的處理音頻，本發明應用於音頻處理的其他領域。由用戶選擇感興趣的泛音並且通過使用先前提到的可變數字濾波器與原始的數據分開。用於分開信號的濾波方法可以是任何方法，但特別的應用是數字濾波器，該濾波器的係數可以根據輸入數據重新計算。
然後分開的泛音饋送到其他信號處理單元(例如，對樂器的作用如迴響、合唱、法蘭(連接)盤(flange)等等)，並且最後以用戶選擇的混合或比例混頻回原始的信號。
實現一種實現的變型包括連接到主計算機系統如臺式個人計算機24的音頻信號的源22，該計算機24具有若干個安裝到系統中的附加卡來完成附加的功能。源32可以是實況的或來自存儲的文件。這些卡包括模數轉換卡26和數模轉換卡28，以及用於實現高速數學和濾波操作的附加的數位訊號處理卡。主計算機系統主要控制用戶接口操作。然而，通用的個人計算機處理器可以單獨地實現所有的數學操作而不用安裝數位訊號處理器卡。
輸入的音頻信號應用於模數轉換單元26，該單元將電子聲音信號轉換為數字表示。在典型的應用中，模數轉換使用一個20到24位轉換器實現並且以48kHz-96kHz[以及可能更高]的採樣率工作。個人計算機一般具有支持8kHz-44.1kHz採樣率的16位轉換器。這些可能對於一些應用是足夠的。然而，大的字長度一例如20位、24位、32位一導致更好的結果。較高的採樣率也改進了轉換信號的質量。數字表示是隨後存儲到硬碟30的一長串數字。硬碟可以是獨立的盤驅動器如高性能可移動盤類型介質，或者它可以是用於計算機駐留的其他數據和程序相同的盤。為了性能和靈活性，該盤是可移動類型的。
一旦數位化音頻信號存儲在盤30上，選擇一個程序以完成所需的信號處理。程序可以實際上包括一系列完成所需目的的程序。這種處理算法通過存儲在處理算法控制的隨機存取存儲器(RAM)中的可變大小單位從盤32讀出計算機數據。當完成處理時處理的數據存回計算機盤30。
在本發明中，盤的讀和寫操作可以是迭代的和/或遞歸的，使得讀和寫可以混合，數據段可以被讀和寫許多次。音頻信號的實時處理常常要求盤的訪問和數字音頻信號的存儲最少，因為它將延遲引入系統。通過僅利用RAM，或利用超高速緩衝存儲器，系統性能可以增加，以致於某些處理能夠以實時的或準實時的方式完成。實時意味著以一種速率進行處理使得用戶獲得的結果具有很小或沒有顯著的延遲時間。根據處理類型和用戶優先級，處理數據可以重寫或與原始的數據混合。也可以或不可以一起寫到一個新的文件。
一旦完成處理，數據再次從計算機盤或存儲器30讀出用於收聽或別的外部處理裝置34。數位化數據從盤30讀出並且寫到數模轉換單元28，該單元將數位化數據轉換回計算機34外部使用的模擬信號。另一方面，數位化數據可以以數字形式經過各種方法(如AES/EBU或SPDIF數字音頻接口格式或其它形式)直接寫到外部裝置。外部裝置包括記錄系統、控制裝置、音頻處理單元、廣播單元、計算機等。
處理以一種速率產生使得用戶獲得的結果具有很小或沒有顯著的延遲時間。根據處理類型和用戶優先級，處理的數據可以重寫或與原始的數據混合。也可以或不可以一起寫到一個新的文件。
一旦完成處理，數據再次從計算機盤或存儲器30讀出用於收聽或別的外部處理裝置34。數位化數據從盤30讀出並且寫到數模轉換單元28，該單元將數位化數據轉換回計算機34外部使用的模擬信號。另一方面，數位化數據可以以數字形式經過各種方法(如AES/EBU或SPDIF數字音頻接口格式或其它形式)直接寫到外部裝置。外部裝置包括記錄系統、控制裝置、音頻處理單元、廣播單元、計算機等。
快速尋找泛音這裡描述的實現還利用如快速尋找基音方法的技術準實時進行處理。這種快速尋找方法技術使用算法以非常快的方式從較高泛音的泛音關係中推斷出音頻信號的基音，使得要求實時完成的隨後的算法可以這樣做而不會有明顯的(或具有輕微的)延遲時間。快速尋找算法可以提供泛音頻率位置的信息使得泛音的處理可以快速而有效地實現。
該方法包括在信號中選擇至少兩個候選頻率。接著，確定是否候選的頻率是一組具有泛音關係的合理的泛音頻率。最後，基音是從合理的頻率中推斷出的。
在一種方法中，如果所有的項是合理的泛音頻率則檢測的分音之間的關係與普遍的可比較關係進行比較。比較的關係包括頻率比率、頻率的差值、這些差值的比率、以及通過泛音次數的函數建模的泛音頻率產生的唯一的關係。使用可以由信號源產生的基音和/或高次泛音頻率的下限和上限也篩選出候選的頻率。
該方法使用高次泛音之間的關係、限制選擇的條件、高次泛音具有的與基音的關係、以及可能的基音範圍。fn=f1×n×G(n)建模n次泛音的頻率。例如a)候選頻率fH、FM、FL的比率必須近似等於通過替代泛音模型中它們的次數RH、RM、RL獲得的比率，即fH÷fM≈{RH×G(RH)}÷{RM×G(RM)}，以及fM÷fL≈{RM×G(RM)}÷{RL×G(RL)}。
b)候選頻率之間差值的比率必須與建模的頻率的差值的比率一致，即(RH-RM)÷(RM-RL)≈[{RH×G(RH)}-{RM×G(RM)}]÷[{RM×G(RM)}÷{RL×G(RL)}]。
c)候選頻率分音fH、fM、fL必須在源或樂器可以產生的頻率範圍裡。
d)泛音次數RH、RM、RL不必包含FL以下或FH以上的基音、可以由源或樂器產生的基音的範圍。
e)例如，當匹配整數變量比率以獲得可能的三個一組次數時，整數比率RH/RM中的整數RM必須與整數比率RM/RL中整數RM相同。這種關係用於將次數對{RH,RM}和{RM,RL}加入到可能的三個一組{RH,RM,RL}中。
即使沒有推斷出基音，候選頻率和它的次數可以用在先前描述的方法中以修改或合成感興趣的泛音。
用於確定合理的泛音頻率並且推斷出基音的另一種方法包括將一組候選頻率與基音和它的泛音比較以找出滿意的匹配。這包括創建一個用於基音和所有它的泛音的泛音乘數刻度。候選的分音頻率刻度採用候選頻率創建並且與泛音乘數刻度比較以找出滿意的匹配。候選頻率的次數通過兩個刻度的匹配來確定。然後這些次數用於確定是否該組是一組合理的頻率。如果是這種情況，該匹配也可以用於確定基音或者可以完成另外的計算。最好該刻度是對數刻度。
本發明不完全依靠快速尋找基音來完成它的操作。有許多方法能夠用於確定基音和泛音頻率的位置，如短時間傅立葉變換方法，或者經過濾波器組或自相關技術明顯地定位頻率。特別操作中所需的準確度和速度是用戶定義的，它幫助選擇適當的頻率尋找算法。
圖11說明了根據本發明原理用於修改複合波形的各種系統和方法的可能的相互關係。輸入信號如複合波形提供到聲音文件。然後這個信息可以提供給快速尋找基音方法或電路。這可以用於快速確定複合波形的基音或作為預報器提供信息用於進一步的泛音調節和/或合成。如果分析被準實時地完成這是特別實際的。
泛音調節和/或合成取決於相對幅度和頻率可調節的移動目標或修改裝置。在脫機模式下，泛音調節/合成將直接從聲音文件接收它的輸入。輸出可以來自泛音調節/合成。
另一方面，泛音調節合成信號與任何分開作用的泛音、插值或模仿自然泛音相結合可以作為輸出信號提供。
基於活動目標的泛音加重也可以脫機地直接從複合波形的聲音文件的輸入端接收輸入信號或者作為泛音調節和/或合成的輸出形式。它提供輸出信號作為系統的輸出或者作為泛音變換的輸入。泛音變換也基於活動目標並且包括目標文件、插值和模仿自然泛音。
本發明已經描述說明了情況。該描述只是對本發明的說明而不是一種限制方式。上面提供了可能的許多修改、組合和變化。因此，應該理解本發明實際上可以採用許多方式而不僅僅是這裡特別描述的方式。
權利要求書按照條約第19條的修改1．一種修改包括具有泛音頻率的周期性複合音調的複合波形的方法，該方法包括確定波形中存在的複合音調的泛音頻率的次數；修改確定的泛音頻率的預選次數以修改波形；以及重複確定和修改步驟以用波形中泛音信號的頻率變化修改泛音頻率的相同的預選次數。
2．如權利要求1所述的方法，其中在波形中預選次數的修改隨著時間變化。
3．如權利要求1所述的方法，其中修改包括調節泛音頻率的預選次數的幅度一個預定值。
4．如權利要求1所述的方法，其中修改包括相對于波形中其他預選次數的幅度調節泛音頻率的預選次數的幅度。
5．如權利要求1所述的方法，其中修改包括通過次數修改來自一個源的波形到類似於第二個源的信號。
6．如權利要求1所述的方法，其中修改包括確定泛音頻率中丟失的預選次數，合成丟失的泛音頻率並且將合成的泛音頻率加到波形上。
7．如權利要求6所述的方法，其中使用建模的函數n×(S)log2n合成丟失的泛音頻率，這裡S是大於1的常數，n是泛音的次數。
8．如權利要求1所述的方法，其中修改包括確定丟失的預選的非整數的非泛音，合成丟失的非泛音並且將合成的非泛音加到波形上。
9．如權利要求1所述的方法包括使用快速尋找基音的方法確定哪個分音是相同的泛音音調頻譜的泛音以及它們的泛音次數。
10．如權利要求1所述的方法包括設置兩個或多個基於頻率的參數；選擇插值函數；以及根據基於頻率的參數和插值函數調節泛音的幅度。
11．如權利要求1所述的方法包括多種修改裝置，可以相對於頻率和幅度中至少一個調節，並且包括通過修改裝置在它的頻率位置處處理預選次數的泛音頻率。
12．如權利要求11所述的方法包括分配一個次數給每個修改裝置並且調諧該修改裝置到該次數的確定的泛音頻率的頻率。
13．如權利要求11所述的方法，其中修改裝置設置到固定的頻率；以及包括調節修改裝置的修改效果作為泛音頻率預選次數的函數。
14．如權利要求1所述的方法包括存儲該方法作為數位訊號處理器的指令。
15．一種修改複合波形的泛音含量的方法包括確定波形的泛音頻率；確定波形中存在的泛音頻率的預選次數；合成波形中缺少的預選泛音頻率；將任何合成的泛音頻率加到波形中；以及重複確定和合成步驟以隨著波形中泛音頻率的頻率變化修改泛音頻率的相同的預選次數。
16．如權利要求15所述的方法，其中使用建模函數函數n×(Slog2n)合成丟失的泛音頻率，這裡S是大於1的常數，n是泛音次數。
17．如權利要求15所述的方法，包括調節波形中存在的泛音頻率的預選次數的幅度。
18．如權利要求17所述的方法，包括多種修改裝置，可以相對於頻率和幅度中至少一個調節，並且包括通過修改裝置在它的頻率位置處處理預選次數的泛音頻率。
19．如權利要求15所述的方法包括存儲該方法作為數位訊號處理器的指令。
20．一種泛音調節的方法包括存儲複合波形；確定波形中包括隨著時間它們的頻率、幅度和泛音次數的泛音；根據泛音次數和預置參數調節選擇泛音的幅度。
21．如權利要求20所述的方法，其中使用頻率和幅度可調節數字濾波器來完成調節。
22．如權利要求20所述的方法，包括將泛音與波形中鄰近的泛音比較並根據該比較相對鄰近泛音調節該泛音。
23．如權利要求20所述的方法，包括設置兩個或多個基於頻率的參數；選擇插值函數；以及根據基於頻率的參數和插值函數調節泛音的幅度。
24．如權利要求20所述的方法，包括根據泛音次數和預置參數合成選擇的泛音以及將任何合成的泛音加到波形中。
25．如權利要求20所述的方法，包括多種修改裝置，可以調節頻率和幅度；以及包括通過修改裝置處理預選次數的泛音頻率。
26．如權利要求20所述的方法，包括存儲該方法作為數位訊號處理器的指令。
27．一種修改複合波形中泛音含量的方法包括確定第一個聲音波形中的泛音，隨著時間(變化)，包括它們的頻率、幅度和泛音次數；確定目標聲音波形中的泛音，隨著時間(變化)，包括它們的頻率、幅度和泛音次數；隨著時間(變化)，根據目標聲音波形的相應次數泛音的幅度通過次數調節第一個聲音波形的泛音幅度。
28．如權利要求27所述的方法包括合成泛音和相對於基於泛音次數的目標波形在第一個聲音波形中丟失的非泛音。
29．如權利要求27所述的方法包括多種修改裝置，可以相對於頻率和幅度中至少一個調節；以及包括通過修改裝置在它的泛音頻率位置處處理預選次數的泛音頻率。
30．如權利要求27所述的方法包括存儲該方法作為數位訊號處理器的指令。
31．一種處理複合波形的方法包括確定波形中隨著時間(變化)的分音頻率和它們的幅度；比較鄰近的分音頻率的幅度；以及根據該比較調節選擇的分音頻率的幅度。
32．如權利要求31所述的方法，其中比較和調節隨著時間與分音頻率一起移動。
33．如權利要求31所述的方法包括調節幅度以保持一對門限值內選擇的分音頻率。
34．一種修改複合波形的方法包括計算隨著時間(變化)的動態幅度門限值；根據偏離門限值的分音量確定調節的程度；以及通過確定調節的程度調節分音的幅度。
35．如權利要求34所述的方法包括確定用於複合波形的噪聲門限值並且不調節其幅度具有小於噪聲基底的分音。
36．一種修改複合波形中已知次數的泛音幅度的方法，該方法包括通過次數修改預選泛音的幅度；以及當各種預選泛音次數的頻率隨著時間變化時重複修改步驟。
37．一種修改複合波形中已知次數的泛音幅度的方法，該方法包括通過次數修改預選泛音的幅度；合成預選泛音次數；將合成的泛音次數加到波形中；以及當波形隨著時間變化時重複該步驟。
38．一種根據目標波形的幅度修改複合波形中泛音幅度的方法，該方法包括在每個音符的開始、持續和衰減階段通過頻率範圍確定泛音的相對幅度的差別；通過次數修改泛音的幅度；在每個音符的開始、持續和衰減階段通過頻率範圍合成丟失的泛音，並且將它們加到波形上；以及當波形隨著時間變化時重複該步驟。
39．一種修改複合波形中分音幅度的方法，該方法包括隨著時間(變化)，頻率和動態可調節地設置平均能量門限值變量；設置噪聲基底門限值隨著頻率變化；相對於門限值確定分音的幅度；作為分音幅度與門限值確定關係的函數和定標函數修改分音的幅度；隨著分音在時間上變化重複這些步驟。
40．如權利要求36到38中一個所述的方法包括使用快速尋找基音方法確定哪個分音是相同的泛音音調頻譜的泛音。
41．如權利要求36到39中一個所述的方法，其中使用頻率和幅度可調節數字濾波完成修改。
42．如權利要求36到38中一個所述的方法包括使用快速尋找基音的方法確定泛音次數。
43．如權利要求38所述的方法，其中調節泛音的幅度包括通過每個音符的開始、持續和衰減階段通過頻率範圍調節分音和非泛音的幅度。
44．如權利要求39所述的方法包括設置隨著頻率變化的上限能量門限值。
權利要求
1．一種處理包括具有基音和高次泛音頻率的泛音信號的複合波形的方法，該方法包括確定波形中存在的泛音信號的泛音頻率的次數；修改確定的泛音頻率的預選次數以處理波形；以及重複確定和修改的步驟以用波形中泛音信號的頻率變化修改泛音頻率的相同預選次數。
2．如權利要求1所述的方法，其中a)預選次數和b)修改的一個或多個在波形內隨著時間變化。
3．如權利要求1所述的方法，其中修改包括調節泛音頻率的預選次數的幅度到預定值。
4．如權利要求1所述的方法，其中修改包括相對于波形中分音頻率調節泛音頻率的預選次數的幅度。
5．如權利要求1所述的方法，其中修改包括通過次數修改來自一個源的波形到類似於第二個源的信號。
6．如權利要求1所述的方法，其中修改包括確定泛音頻率的丟失的預選次數，合成丟失的泛音頻率並且將合成的泛音頻率加到波形上。
7．如權利要求6所述的方法，其中使用建模函數(S)log2n合成丟失的泛音頻率，這裡S是大於1的常數，n是泛音的次數。
8．如權利要求1所述的方法，其中修改包括確定丟失的預選非泛音頻率，合成丟失的非泛音頻率並且將合成的非泛音頻率加到波形上。
9．如權利要求1所述的方法，其中確定次數包括選擇波形中的頻率；確定哪個選擇的頻率具有泛音關係；從確定的具有泛音關係的選擇的頻率中確定預選次數的頻率。
10．如權利要求9所述的方法，其中確定泛音關係包括使用建模函數(S)log2n，這裡S是大於1的常數，n是泛音次數。
11．如權利要求1所述的方法包括多種修改裝置，可以相對於頻率和幅度中至少一個調節，並且包括通過修改裝置在它的頻率位置處處理預選次數的泛音頻率。
12．如權利要求11所述的方法包括分配一個泛音次數給每個修改裝置並且調諧該修改裝置到確定的泛音頻率的頻率。
13．如權利要求11所述的方法，其中修改裝置設置到固定的頻率；以及包括調節修改裝置的修改效果作為預選泛音頻率的頻率函數。
14．如權利要求1所述的方法包括存儲該方法作為數位訊號處理器的指令。
15．一種修改複合波形的泛音含量的方法包括確定波形的泛音頻率；確定波形中存在的泛音頻率的預選次數；合成波形中缺少的預選泛音頻率；將任何合成的泛音頻率加到波形中；以及重複確定和合成步驟以用波形中泛音頻率的頻率變化修改泛音頻率的相同的預選次數。
16．如權利要求15所述的方法，其中使用建模函數(S)log2n合成丟失的泛音頻率，這裡S是大於1的常數，n是泛音次數。
17．如權利要求15所述的方法，包括調節波形中存在的泛音頻率的預選次數的幅度。
18．如權利要求17所述的方法，包括多種修改裝置，可以相對於頻率和幅度中至少一個調節，並且包括通過修改裝置在它的頻率位置處處理預選次數的泛音頻率。
19．如權利要求15所述的方法包括存儲該方法作為數位訊號處理器的指令。
20．一種泛音調節的方法包括存儲複合波形；確定波形中的泛音，隨著時間(變化)，包括它們的頻率、幅度和泛音次數；根據泛音次數和預置參數調節選擇的泛音的幅度。
21．如權利要求20所述的方法包括使用建模函數(S)log2n確定泛音，這裡S是大於1的常數，n是泛音次數。
22．如權利要求20所述的方法包括將泛音與波形中鄰近的分音頻率比較並且根據相對於該比較的泛音調節泛音。
23．如權利要求20所述的方法包括設置兩個或多個基於頻率的參數；選擇插值函數；以及根據基於頻率的參數和插值函數調節泛音的幅度。
24．如權利要求20所述的方法包括根據泛音次數和預置參數合成選擇的泛音以及將任何合成的泛音加到波形中。
25．如權利要求20所述的方法包括多種修改裝置，可以相對於頻率和幅度中至少一個調節，並且包括通過修改裝置在它的頻率位置處處理預選次數的泛音頻率。
26．如權利要求20所述的方法包括存儲該方法作為數位訊號處理器的指令。
27．一種泛音調節的方法包括確定第一個聲音波形中的泛音，隨著時間(變化)，包括它們的頻率、幅度和泛音次數；確定在目標聲音波形中的泛音，隨著時間(變化)，包括它們的頻率、幅度和泛音次數；根據目標聲音波形的相應次數泛音的幅度調節第一個聲音波形的泛音幅度。
28．如權利要求27所述的方法包括合成泛音和非泛音，它們為基於泛音次數與目標波形相比在第一個聲音波形中所丟失的。
29．如權利要求27所述的方法包括多種修改裝置，可以相對於頻率和幅度中至少一個調節，並且包括通過修改裝置在它的頻率位置處處理預選次數的泛音頻率。
30．如權利要求27所述的方法包括存儲該方法作為數位訊號處理器的指令。
31．一種處理複合波形的方法包括確定波形中隨著時間(變化)的分音頻率和它們的幅度；比較鄰近的分音頻率的幅度；以及根據該比較調節選擇的分音頻率的幅度。
32．如權利要求31所述的方法，其中比較和調節隨著時間與分音頻率一起移動。
33．如權利要求31所述的方法包括調節幅度以保持一對門限值內選擇的分音頻率。
34．一種處理複合波形的方法包括計算隨著時間(變化)的動態幅度門限值；以及隨著時間調節分音的幅度以轉換動態的門限值。
35．如權利要求34所述的方法包括根據偏離門限值的分音量確定調節的程度。
36．如權利要求34所述的方法包括確定複合波形的噪聲門限值並且不調節其幅度小於噪聲基底的分音。
全文摘要
一種通過考慮泛音和分音頻率隨著時間在幅度和頻率作為移動目標,並且通過在幅度和頻率上移動調節器來調節移動目標以處理複合波形的方法。泛音頻率的處理和泛音頻率的合成基於泛音次數。調節器根據次數隨著頻率的移動而移動。泛音變換通過次數修改一個源的波形為第二個或目標源的波形。泛音和其他分音的加重識別每個頻率和它與鄰近頻率的關係以及固定的或移動的門限值並且做出適當的調節。本發明還公開了插值法以及模擬自然泛音的模型。
文檔編號G10H1/38GK1325525SQ99812882
公開日2001年12月5日 申請日期1999年10月29日 優先權日1998年10月29日
發明者保羅·裡德·史密斯, 傑克·W·史密斯 申請人:保羅－裡德－史密斯－吉塔爾斯股份合作有限公司