基于Matlab的数字电子琴的设计与实现

基于Matlab的数字电子琴的与实现 数字信号处理算法与实践 之 基于Matlab的数字电子琴的设计与实现 学生: 吕柳燕 班级:机硕0701 学号:200770438 指导教师:何岭松 日期:2007-9-28 基于Matlab的数字电子琴的设计与实现 学生:吕柳燕 基于Matlab的数字电子琴的设计与实现 电子琴发展概况 电子琴是随着电子技术的广泛应用而产生。1959年，世界上第一台全晶体管双排键电子琴在日本诞生。从此，电子琴技术不断发展成熟，电子琴的普及也越来越广。 电子琴在中国的推广始于20世纪八十年代，至今在音色、音质、演奏的便利性等方面都达到了相当成熟的地步，而且随着集成电路技术的发展，其升级换代可以在保持原有结构不变的情况下，通过简单的芯片更换实现。但是，电子琴也有明显的不足之处:与非电子乐器，如钢琴、管弦乐器等的协奏问题，限制了电子琴在重要音乐场所的使用，这极大的影响了电子琴的应用和推广。协调电子琴与非电子乐器的协奏，是当前音乐界人士和电子琴开发商的当务之急。 电子琴发音原理 物体振动时会发出声音，振动的频率不同，声音的音调就不同。在电子琴里，虽然没有振动的弦、簧、管等物体，却有许多特殊的电装置，每个电装置一工作，就会使喇叭发出一定频率的声音。当按动某个琴键时，就会使与它对应的电装置工作，从而使喇叭发出某种音调的声音。 电子琴的音量控制器，实质上是一个可调电阻器。当转动音量控制器旋扭时，可调电阻器的电阻就随着变化。电阻大小的变化，又会引起喇叭声音强弱的变化。所以转动音量控制旋扭时，电子琴发声的响度就随之变化。 当乐器发声时，除了发出某一频率的声音??基音以外，还会发出响度较小、频率加倍的辅助音??谐音。我们听到的乐器的声音是它发出的基音和谐音混合而成的。不同的乐器发出同一基音时，不仅谐音的数目不同，而且各谐音的响度也不同。因而使不同的乐器具有不同的音品。在电子琴里，除了有与基音对应的电装置外，还有与许多谐音对应的电装置，适当地选择不同的谐音电装置，就可以模仿出不同乐器的声音来。 基于 Matlab的数字电子琴实现原理 振动频率不同，音调就不同。电子琴的每一按键对应一个频率不同的正弦波，按下按键，产生正弦波，播放波形即可听到对应按键的基音。 基于Matlab的数字电子琴的实现 在Matlab环境下，设置如图,1所示的数字电子琴界面，编程实现按键A 1 第 页 共3页 基于Matlab的数字电子琴的设计与实现 学生:吕柳燕 至O的消息映射即可。 实现要点 (1) 按键A至O对应的正弦波频率(HZ)依次为:131、147、165、175、196、 220、247、262、294、330、349、392、440、494、523 (2) 按键对应正弦波频率的数字显示 下面是按键A对应的消息映射:，其余按键代码相同，只是频率f值不同 图,1 数字电子琴交互界面 ,映射函数 function pushbutton3_Callback(hObject, eventdata, handles) ,映射代码:由设计者编写 A=1; ,正弦波幅度 f=131; ,正弦波频率 Fs=11025; ,PC声卡抽样频率 P=60; ,正弦波初始相位 ,数字正弦波产生代码 T=1.0/f; dt=T/Fs; N=T/dt; t=linspace(0,1,N); y=A*sin(2*pi*f*t+P); Phandel=findobj('Tag','edit1'); 2 第 页 共3页 基于Matlab的数字电子琴的设计与实现 学生:吕柳燕 set(Phandel,'String',f,'FontSize',15.0) ;,显示正弦波频率 plot(t,y,'r'); ,显示正弦波波形 grid ; axis([0,0.1,-1.5,1.5]); wavplay(y,11025); ,按键发音(基音) pause(1); cla; ,波形显示1秒后消失 设计尚需完善之处 (1)实际上，当按下电子琴的某一键，电子琴除了发出某一频率的声音??基音以外，还会发出响度较小、频率加倍的辅助音??谐音。我们听到的乐器的声音是它发出的基音和谐音混合而成的。 需要对映射代码稍加修改，添加谐音成分，使发音更加逼近电子琴实体。 (2)设计的电子琴界面中，琴键由鼠标操控;若能实现PC键盘上的A至O键与电子琴琴键,至O的对应关系，即按下键盘A键与用鼠标按下琴键A等价， 则电子琴交互界面更加友好。 3)设计的电子琴无法实现音量控制。 ( 参考文献: 伊泽明，丁春利，《精通Matlab 6》，清华大学出版社 3 第 页 共3页 基于Matlab的数字电子琴的设计与实现 学生:吕柳燕 4 第 页 共3页