阅读说明：本技术 一种模拟声音处理器音色的方法、装置、终端设备及计算机可读存储介质 (Method, device, terminal equipment and computer readable storage medium for simulating tone of sound processor ) 是由 沈平 唐镇宇 张建雄 于 2019-10-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种模拟声音处理器音色的方法、装置、终端及计算机可读存储介质,所述方法通过构建非线性模型来模拟目标声音处理器的音色特性,所述非线性模型由前置滤波器、饱和特征曲线、后置滤波器组成；向目标声音处理器发送高电平信号,对获取的第一输出信号进行滤波,并进行频谱分析,获取后置滤波器的频率响应；向目标声音处理器发送低电平信号,对获取的第二输出信号进行滤波,并进行频谱分析,获取前置滤波器和后置滤波器的频率响应乘积。本发明通过选用与实际声音处理器电路特性较为吻合的维纳-哈默斯坦模型进行非线性系统的物理建模,可模拟各种声音处理器的音色,并将其带到任何地方以便以后使用,为乐手的演出带来了便利性。(The invention discloses a method, a device, a terminal and a computer readable storage medium for simulating the timbre of a sound processor, wherein the method simulates the timbre characteristic of a target sound processor by constructing a nonlinear model, and the nonlinear model consists of a pre-filter, a saturation characteristic curve and a post-filter; sending a high-level signal to a target sound processor, filtering the acquired first output signal, performing spectrum analysis, and acquiring the frequency response of a post filter; and sending a low-level signal to the target sound processor, filtering the acquired second output signal, performing spectrum analysis, and acquiring a frequency response product of the pre-filter and the post-filter. The invention selects the wiener-Hammerstein model which is more consistent with the circuit characteristics of the actual sound processor to carry out the physical modeling of the nonlinear system, can simulate the tone colors of various sound processors, and brings the tone colors to any place for later use, thereby bringing convenience for the performance of musicians.)

一种模拟声音处理器音色的方法、装置、终端设备及计算机可 读存储介质

技术领域

本发明属于音频技术领域，尤其涉及一种模拟声音处理器音色的方法、装置、终端设备及计算机可读存储介质。

背景技术

在音频领域中，声音处理器经常用于产生不同的声音效果，增加音乐的表现力和震撼力，常用的声音处理器有吉他音箱、效果器、功放、调音台、胆机等，这些设备通常体积较大和笨重，不方便乐手们演出时携带外出，另外由于这些设备价格一般较为昂贵，一个普通的用户通常不可能购买多个声音处理器，当需要多种其他的声音音色时，此时选用能模拟各种声音处理器音色的模拟设备，对乐手们来说是一个明智的选择。

以吉他音箱为例，吉他音箱是为吉他(包括电吉他和木吉他)打造的，对于一名吉他手来说，一台好音箱与一把好吉他同等重要，因为即使是一把再昂贵的电吉他，如果没有一台音箱的话，它就只能是个哑巴。但是，在一些情况下，比如演出现场，可能不提供音箱或者提供的音箱因使用时间较长，设备已经老化，音色质量不尽如意，而音箱体积笨重，若每次演出都携带外出，对乐手来说也是不方便的。另外，一台好的音箱价格昂贵，对于需要多种其他音箱音色的人来说，购买多台音箱成本无疑也是很高的，因此，现有技术中出现了能模拟各种音箱音色的音箱模拟设备。现有的音箱模拟设备多采用频响拟合技术，即先找到失真音色接近的音箱作为源音箱，分析源音箱与目标音箱频率响应的差异，对二者频率响应的差异进行补偿，以使源音箱的音色与目标音箱的音色接近，这种模拟方法是一种线性模拟方法，不能模拟音箱的失真音色，即不能模拟音箱的非线性特性，当源音箱的失真音色与目标音箱的失真音色不接近时，模拟出的目标音箱的音色也不接近。

实际上，大部分的声音处理器电路是由滤波电路和失真电路复合而成，属于一个非线性系统，这样的电路特性可以表征为由至少一个滤波器以及饱和特征曲线组合而成，或者是这几个块的多个组合而成。

针对上述模拟方法的不足，本发明旨在提出一种可模拟声音处理器非线性特性的方法。现有技术中可模拟非线性系统的数学模型一般有神经网络模型、模糊数学和维纳-哈默斯坦模型等，神经网络模型的计算量大，对CPU的要求较高，模糊数学建模手段复杂，实际操作时难以实现，而维纳-哈默斯坦模型是由两个线性子系统以及一个非线性子系统组成的非线性系统模型，该模型在物理上与声音处理器电路特性较为吻合，且算法简单、数据量小，因此，本发明采用维纳-哈默斯坦模型来对目标声音处理器的特性进行建模，通过辨识模型的参数来模拟声音处理器的音色特性。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明目的在于提供一种模拟声音处理器音色的方法、装置、终端设备及计算机可读存储介质。通过本发明的技术方案，可模拟各种声音处理器的音色，并将其带到任何地方以便以后使用，为乐手的演出带来了便利性。

需指出的是，本发明中声音处理器指包括输入输出，声音经输入输出后发生变化的一种声音处理装置。优选地，所述声音处理器为吉他音箱、效果器、功放、调音台、胆机。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

第一方面，本发明实施例提供一种模拟声音处理器音色的方法，其特征在于，所述方法通过构建非线性模型来模拟目标声音处理器的音色特性，所述非线性模型由前置滤波器、饱和特征曲线、后置滤波器组成；向目标声音处理器发送高电平信号，对获取的第一输出信号进行滤波，并进行频谱分析，获取后置滤波器的频率响应；向目标声音处理器发送低电平信号，对获取的第二输出信号进行滤波，并进行频谱分析，获取前置滤波器和后置滤波器的频率响应乘积。

进一步地，通过前置滤波器和后置滤波器的频率响应乘积结合后置滤波器的频率响应以获得前置滤波器的频率响应。

进一步地，优选地，通过对前置滤波器和后置滤波器的频率响应进行逆傅里叶变换或者最优化算法获取用于模拟目标声音处理装置特性的非线性模型的对应滤波器参数。

优选地，所述高电平信号为扫频信号、白噪声或者复合频率正弦波。

优选地，所述低电平信号为扫频信号、白噪声或者复合频率正弦波。

进一步地，向目标声音处理器发送一串从小到大的逐渐变化的信号，对获取的第三输出信号进行能量变化监测；根据能量变化监测结果获取用于模拟目标声音处理器特性的非线性模型的饱和特征曲线参数。

进一步地，向目标声音处理器发送高电平信号和低电平信号的先后顺序可互换。

第二方面，本发明实施例提供一种模拟声音处理器音色的装置，其特征在于，所述装置通过构建非线性模型来模拟目标声音处理设备的音色特性，所述非线性模型由前置滤波器、饱和特征曲线、后置滤波器组成；包括信号发送模块、滤波模块、频谱分析模块，所述信号发送模块向目标声音处理器发送高电平信号和低电平信号；滤波模块对获取的第一输出信号和第二输出信号进行滤波；频谱分析模块对滤波后的第一输出信号和第二输出信号进行频谱分析，分别获取后置滤波器的频率响应以及前置滤波器和后置滤波器的频率响应乘积。

进一步地，通过前置滤波器和后置滤波器的频率响应乘积结合后置滤波器的频率响应以获得前置滤波器的频率响应。

进一步地，所述装置还包括模型参数生成模块；优选地，所述模型参数生成模块通过对前置滤波器和后置滤波器的频率响应进行逆傅里叶变换或者最优化算法获取用于模拟目标声音处理器音色特性的非线性模型的对应滤波器参数。

进一步地，所述信号发送模块为信号发生设备或者录音设备。

优选地，所述高电平信号为扫频信号、白噪声或者复合频率正弦波。

优选地，所述低电平信号为扫频信号、白噪声或者复合频率正弦波。

进一步地，所述装置还包括饱和曲线检测模块，信号发送模块向目标声音处理器发送一串从小到大的逐渐变化的信号，饱和曲线检测模块对获取的第三输出信号进行能量变化监测，模型参数生成模块根据监测结果获取用于模拟目标声音处理器音色特性的非线性模型的饱和特征曲线参数。

进一步地，信号发送模块向目标声音处理器发送高电平信号和低电平信号的先后顺序可互换。

第三方面，本发明实施例提供一种终端设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器和存储器相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置为用于调用所述程序指令，执行上述第一方面的模拟声音处理器音色的方法。

第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行的计算机程序，其特征在于，所述可执行的计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面的模拟声音处理器音色的方法。

有益效果

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明提供一种声音处理器音色的模拟方法，该方法可在模拟目标声音处理器的音色时，不依赖于源声音处理器的音色，因而模拟方法更加简单，模拟精度更高。

(2)本发明的声音处理器音色模拟方法选用与实际声音处理器电路特性较为吻合的维纳-哈默斯坦模型进行非线性系统的物理建模，相比其他建模方法，算法简单、数据量小、且准确有效。

(3)本发明提供的声音处理器音色模拟方法，可模拟各种声音处理器的音色，且模拟精度高，可实现在一台终端设备上存储有各种声音处理器的音色，且该终端设备体积较小，便于乐手携带使用，无需再携带多个声音处理器外出演出。

(4)本发明提供的用于模拟声音处理器音色的装置可应用于手机移动端，通过手机处理器的调用，实现模拟各种声音处理器的音色。由于手机已逐渐成为生活必备设备，因此不会产生附加成本，而且普及度高，方便用户操作，给音色模拟带来的极大的便利。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的一种模拟声音处理器音色的方法步骤流程图一；

图2为本发明实施例1提供的一种模拟声音处理器音色的方法步骤流程图二；

图3为本发明实施例1提供的一种模拟声音处理器音色的方法的饱和特征曲线图；

图4为本发明实施例1提供的一种模拟声音处理器音色的方法步骤流程图三；

图5为实施例2提供的一种模拟声音处理器音色的装置模块结构图；

图6为实施例3提供的一种模拟声音处理器音色的方法的硬件结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

实施例1

第一方面，如图1-2所示，本发明实施例提供一种模拟声音处理器音色的方法，其特征在于，所述方法通过构建非线性模型来模拟目标声音处理器的音色特性，所述非线性模型由前置滤波器、饱和特征曲线、后置滤波器组成；向目标声音处理器发送高电平信号，对获取的第一输出信号进行滤波，并进行频谱分析，获取后置滤波器的频率响应；向目标声音处理器发送低电平信号，对获取的第二输出信号进行滤波，并进行频谱分析，获取前置滤波器和后置滤波器的频率响应乘积。

其中，如图3所示，饱和特征曲线特性之一为具有对电子管、稳压二极管等电路的削波特性，当电压加载在具有该特性的电路上时，随着输入电压的升高，输出电压被限制在一定范围内。

饱和特征曲线另一特性为对输入信号的不同幅值具有不同的增益，因此当输入信号为低电平信号时，饱和特征曲线将目标声音处理器保持在线性区域(OA段)，此时饱和特征曲线的参数可近似为一常数k，因此，在低电平信号输入时，目标声音处理器输出信号经过滤波和频谱分析后得到的频率响应为前置滤波器和后置滤波器的频率响应乘积；当输入信号为高电平信号时，饱和特征曲线将目标声音处理器保持在非线性区域(AB段)，此时饱和曲线趋向饱和，前置滤波器的频率响应可忽略，因此，目标声音处理器输出信号经滤波和频谱分析后得到的频率响应为后置滤波器的频率响应。

进一步地，通过前置滤波器和后置滤波器的频率响应乘积结合后置滤波器的频率响应以获得前置滤波器的频率响应。

进一步地，优选地，通过对前置滤波器和后置滤波器的频率响应进行逆傅里叶变换或者最优化算法获取用于模拟目标声音处理器音色特性的非线性模型的对应滤波器参数。

优选地，所述高电平信号为扫频信号、白噪声或者复合频率正弦波。

优选地，所述低电平信号为扫频信号、白噪声或者复合频率正弦波。

其中，若所述高电平信号或低电平信号为扫频信号，对所述输出信号进行频谱分析具体为：可直接得到相应的频率响应；若所述高电平信号或低电平信号为白噪声或者复合频率正弦波，对所述输出信号进行频谱分析具体为：对输出信号进行傅里叶变换获得相应的频率响应。

进一步地，如图4所示，向目标声音处理器发送一串从小到大的逐渐变化的信号，对获取的第三输出信号进行能量变化监测；根据能量变化监测结果获取用于模拟目标声音处理器音色特性的非线性模型的饱和特征曲线参数。

进一步地，向目标声音处理器发送高电平信号和低电平信号的先后顺序可互换。

需指出的是，在本发明中，无论是先向目标声音处理器发送高电平信号，然后对输出信号进行滤波和频谱分析获取后置滤波器的频率响应，还是先向目标声音处理器发送低电平信号，然后对输出信号进行滤波和频谱分析获取前置滤波器和后置滤波器的频率响应乘积，对本发明的模拟结果不影响。

实施例2

第二方面，如图5所示，本发明实施例提供一种模拟声音处理器音色的装置，其特征在于，所述装置通过构建非线性模型来模拟目标声音处理设备的音色特性，所述非线性模型由前置滤波器、饱和特征曲线、后置滤波器组成；包括信号发送模块、滤波模块、频谱分析模块，所述信号发送模块向目标声音处理器发送高电平信号和低电平信号；滤波模块对获取的第一输出信号和第二输出信号进行滤波；频谱分析模块对滤波后的第一输出信号和第二输出信号进行频谱分析，分别获取后置滤波器的频率响应以及前置滤波器和后置滤波器的频率响应乘积。

进一步地，通过前置滤波器和后置滤波器的频率响应乘积结合后置滤波器的频率响应以获得前置滤波器的频率响应。

进一步地，所述装置还包括模型参数生成模块；优选地，所述模型参数生成模块通过对前置滤波器和后置滤波器的频率响应进行逆傅里叶变换或者最优化算法获取用于模拟目标声音处理器音色特性的非线性模型的对应滤波器参数。

进一步地，所述信号发送模块为信号发生设备或者录音设备。

优选地，所述高电平信号为扫频信号、白噪声或者复合频率正弦波。

优选地，所述低电平信号为扫频信号、白噪声或者复合频率正弦波。

进一步地，所述装置还包括饱和曲线检测模块，信号发送模块向目标声音处理器发送一串从小到大的逐渐变化的信号，饱和曲线检测模块对获取的第三输出信号进行能量变化监测，模型参数生成模块根据监测结果获取用于模拟目标声音处理器音色特性的非线性模型的饱和特征曲线参数。

进一步地，信号发送模块向目标声音处理器发送高电平信号和低电平信号的先后顺序可互换。

需要说明的是：上述实施例提供的模拟声音处理器音色的装置在实际运行时，仅以上述各程序模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述处理分配由不同的程序模块完成，即将模拟声音处理器音色的装置的内部结构划分成不同的程序模块，以完成以上描述的全部或者部分处理。另外，上述实施例提供的模拟声音处理器音色的装置与方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

实施例3

第三方面，如图6所示，为了实现上述模拟声音处理器音色的方法，本发明实施例还提供了一种模拟声音处理器音色方法的硬件结构。下面对本发明实施例的模拟声音处理器音色方法的硬件结构做进一步说明，图6是本申请实施例提供的终端设备的示意框图。

本实施例提供一种终端设备1，其特征在于，包括处理器2和存储器3，所述处理器2和存储器3相互连接，其中，所述存储器3用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令4，所述处理器2被配置为用于调用所述程序指令4，执行如前述实施例1中的方法。或者，所述处理器2被配置为用于调用所述程序指令4时执行如前述实施例2中各模块/单元的功能。

示例性的，计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器3中，并由所述处理器2执行，以完成本申请。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述可执行程序在所述终端设备1中的执行过程。

所述终端设备1包括但不仅限于处理器2、存储器3。本领域技术人员可以理解，图6仅仅是终端设备1的一个示例，并不构成对终端设备1的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入设备、输出设备、网络接入设备、总线等。

所述处理器2可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器3可以是所述终端设备1的内部存储单元，例如终端设备1的硬盘或内存。所述存储器3也可以是所述终端设备1的外部存储设备，例如所述终端设备1上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器3还可以既包括所述终端设备1的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器3用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器3还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

实施例4

第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行计算机程序，其特征在于，所述可执行计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面的模拟声音处理器音色的方法。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。

其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

本领域普通技术人员应明白，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。