Способ модификации гармонического содержания сигнала сложной формы

Номер патента: 2990

Опубликовано: 26.12.2002

Авторы: Смит Джек У., Смит Пол Рид

Есть еще 18 страниц.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ модификации амплитуд гармоник спектра определенного тона в сигнале сложной формы, содержащий

привязку функции (14, 14'), модифицирующей амплитуду, к каждый гармонике спектра определенного тона, разделенного по порядку гармоник, где частота каждой функции, модифицирующей амплитуду, постоянно устанавливается (16) на частоту, соответствующую порядку гармоники, по мере того, как частоты спектра определенного тона, содержащего выбранные гармоники, изменяются с течением времени.

2. Способ по п.1, в котором функции (14, 14') модификации амплитуды настраивают по отношению, по меньшей мере, к одной частоте и амплитуде.

3. Способ по п.1, включающий назначение порядка гармоники к каждой функции (14) модифицирования амплитуды и установку (16) частоты функции, модифицирующей амплитуду, на частоту гармоники этого порядка по мере изменения частоты гармоники.

4. Способ по п.3, включающий назначение (16) изменения амплитуды каждой функции, модифицирующей амплитуду.

5. Способ по п.1, в котором функции (14'), модифицирующие амплитуду, устанавливают на фиксированные частоты, функцию, модифицирующую амплитуду, привязывают к выбранной гармонике, когда частота функции, усиливающей амплитуду, и частота гармоники соответствуют друг другу, и производят регулировку модификации амплитуды функции, модифицирующей амплитуду, как функции выбранного порядка гармоники.

6. Способ по п.1, включающий использование способов быстрого поиска основного тона (12) для определения порядков частот гармоник спектра определенного тона.

7. Способ по п.1, включающий определение (12) того, какие парциальные тона являются гармониками спектра тона и порядков их гармоник с использованием способов быстрого поиска основного тона.

8. Способ по п.1, в котором функция (14, 14'), модифицирующая амплитуду, изменяется по частоте и амплитуде с течением времени.

9. Способ по п.1, в котором функция (14, 14'), модифицирующая амплитуду, включает настройку амплитуды выбранных порядков гармоник на заранее определенную величину.

10. Способ по п.1, включающий сравнение (16) амплитуды первой выбранной гармоники с амплитудой второй выбранной гармоники в одном спектре тона и настройку амплитуды первой выбранной гармоники по отношению к амплитуде второй выбранной гармоники на основе сравнения и порядка гармоники.

11. Способ по п.1, включающий использование функции (14, 14'), модифицирующей амплитуду, для синтеза (16) гармоник выбранных порядков и сложения частот синтезированных гармоник с сигналом.

12. Способ по п.11, в котором гармоники синтезируют с использованием функции моделирования n x S log2n, где S представляет собой постоянное число, больше 1, и n представляет собой порядок гармоники.

13. Способ по п.1, включающий использование функции (14), модифицирующей амплитуду, для синтеза выбранных негармонических составляющих и сложения синтезированных негармонических составляющих с сигналом.

14. Способ по п.1, в котором функция (14, 14'), модифицирующая амплитуду, включает модификацию определенных парциальных тонов сигнала сложной формы по частоте, амплитуде и расположению по времени, а также по порядку гармоники для того, чтобы сигнал походил на сигнал сложной формы второго источника.

15. Способ по п.1, в котором функция (14, 14'), модифицирующая амплитуду, включает синтез выбранных парциальных тонов сложного сигнала по частоте, амплитуде и положению, по времени и по гармоникам для того, чтобы сигнал походил на сложный сигнал второго источника.

16. Способ по п.1, включающий установку двух или большего количества параметров на основе частоты, выбор функции интерполяции и настройку (14, 14') амплитуд гармоник на основе параметра, основанного на частоте и функции интерполяции.

17. Способ по п.1, включающий

определение (16, 24) порога динамической энергии как функции частоты по определенной энергии парциальных тонов;

установку (16, 24) порога уровня шума как функции частоты;

постоянное определение (16, 24) с помощью функции масштабирования модификации амплитуды для каждого парциального тона по отношению к порогам;

приложение (14', 24) определенных модификаций к парциальным тонам с функциями, модифицирующими амплитуду.

18. Способ модификации амплитуд парциальных тонов в сигнале сложной формы, содержащий

определение (16, 24) порога динамической энергии как функции частоты по обнаруженной энергии парциальных тонов;

установку (16, 24) порога уровня шума как функции энергии;

постоянное определение (16, 24) с помощью вычисления функции масштабирования модификации амплитуды для каждого парциального тона по отношению к пороговому значению и

приложение (14', 24) определенной модификации к парциальным тонам с функцией, модифицирующей амплитуду.

19. Способ по пп.17 и 18, в котором (16, 24) установку порога уровня шума в функции от частоты выполняют непрерывно.

20. Способ по п.19, в котором порог уровня шума устанавливают (16, 24) как функцию времени.

21. Способ по пп.1, 17 и 18, в котором функции (14', 24), модифицирующие амплитуду, обрабатывают с использованием математических моделей, алгоритмов или функций.

22. Способ по пп.17 и 18, в котором модификацию амплитуды парциальных тонов изменяют (16, 24) с частотой парциального тона по мере того, как частота парциального тона изменяется с течением времени.

23. Способ по пп.17 и 18, в котором частоту каждой функции (14, 24), модифицирующей амплитуду, непрерывно устанавливают на частоту, соответствующую частоте парциального тона по мере того, как частота парциального тона изменяется во времени.

24. Способ по пп.17 и 18, в котором динамический порог энергии определяют (16, 24) по определенной энергии соседних парциальных тонов.

25. Способ по пп.17 и 18, в котором динамический порог энергии определяют (16, 24) по энергии определенных парциальных тонов и частоте в течение определенного периода времени.

26. Способ по пп.17 и 18, в котором динамический порог энергии определяют (16, 24) как среднее значение определенной энергии всех парциальных тонов.

27. Способ по пп.17 и 18, в котором динамический порог энергии определяют (16, 24) для каждого парциального тона из энергии парциального тона в пределах полосы частот этого парциального тона в течение определенного периода времени.

28. Способ по пп.17 и 18, в котором модификацию амплитуды парциального тона определяют (16, 24) по этой амплитуде парциального тона по времени и по ее взаимосвязи с пороговыми значениями в течение этого периода времени.

29. Способ по пп.17 и 18, в котором парциальный тон, энергия которого находится выше динамического порога энергии, настраивают (14', 24) с использованием функции масштабирования.

30. Способ по пп.17 и 18, в котором парциальный тон, энергия которого находится ниже динамического порога энергии, настраивают (14', 24) с использованием функции масштабирования.

31. Способ по пп.17 и 18, включающий определение (16, 24) второго динамического порога энергии как функции частоты по определенной энергии парциальных тонов.

32. Способ по пп. 17 и 18, включающий установку (16, 24) максимального порога ограничения.

33. Способ по пп.17 и 18, в котором функции масштабирования масштабируют (16, 24), когда изменяются уровни порогов.

34. Способ по пп.17 и 18, в котором амплитуды парциальных тонов, имеющих амплитуду, меньшую чем пороговый уровень шума, не подвергают регулировке.

35. Способ по пп.17 и 18, в котором проверяют соответствие значения энергии парциальных тонов пороговым значениям амплитуды для установленной длительности времени перед тем, как парциальные тона будут настраиваться по амплитуде.

36. Способ по п.35, в котором продолжительность (16, 24) времени изменяется.

37. Способ по п.18, включающий модификацию амплитуд гармоник спектра определенного тона в сложном сигнале путем приложения функции (14, 14'), модифицирующей амплитуду, к каждой гармонике, выбираемой по порядку гармоники, где частота каждой функции (14, 14'), модифицирующей амплитуду, постоянно устанавливается на частоту, соответствующую порядку гармоники по мере того, как частота спектра определенного тона, содержащего выбранные гармоники, изменяется с течением времени.

38. Способ по пп.1, 17 и 18, в котором функция (14', 24), модифицирующая амплитуду парциального тона, осуществляет операцию с использованием настраиваемых способов цифровой фильтрации частоты и амплитуды.

39. Способ по пп.1, 17 и 18, в котором функция (14', 24), модифицирующая амплитуду парциального тона, осуществляет операцию с использованием способов обработки фильтров переменной амплитуды с фиксированной частотой.

40. Способ по любому из пп.1-39, включающий запись способа в виде набора инструкций в процессоре (16, 32) цифрового сигнала.

41. Способ по п.40, включающий передачу спектра определенного тона через буфер (24) задержки.

42. Способ по п.40, включающий первоначальное пропускание сигнала сложной формы через аналого-цифровой преобразователь (26).

43. Способ по любому из пп.1-39, включающий запись (16, 30) сигнала сложной формы и определение изменения во времени спектров тонов и частот его гармоник, амплитуд, а также порядков гармоник.

Рисунок 1

 

 

Текст

Смотреть все

1 Настоящая заявка связана с предварительной заявкой на патент 60/106,150, поданной 29 октября 1998 г., которая приводится здесь в качестве ссылки и в соответствии с которой заявляются права настоящей заявки. Пояснение терминов, предпосылки создания и краткое описание изобретения Настоящее изобретение относится, в общем, к обработке звуковых сигналов, обработке формы сигналов, а также к модификации гармонических составляющих периодических звуковых сигналов и, в частности, к способам динамического изменения гармонических составляющих таких сигналов с целью изменения их звучания или восприятия их звучания. Многие термины, используемые в настоящем патенте, собраны и определены в этом разделе. Среди многих видов звуков, которые непрерывно воздействуют на ухо человека, одни отличаются достаточно длительным звучанием,когда звуки являются достаточно длительными,чтобы ухо могло определить такие их характеристики, как амплитуда, тембр и высота тональности. Такой вид звука называется тоном. Качество тона или тембр является характеристикой, которая позволяет отличать его от других тонов такой же частоты и громкости или амплитуды. Аспект узнаваемой индивидуальности или характера музыкального инструмента,который в значительной степени создается благодаря изменениям гармонического содержания в течением времени, в меньшей степени привязан к технической терминологии. Некоторые музыкальные инструменты воспроизводят устойчивые тона, которые могут оставаться неизменными по своему характеру в течение, по меньшей мере, нескольких секунд,что достаточно долго для того, чтобы произошло несколько сотен циклов колебаний. Такие тона называются периодическими. Большинство источников звука, включая музыкальные инструменты, генерируют сигналы сложной формы, которые представляют собой смесь синусоидальных сигналов различной амплитуды и частоты. Отдельные синусоидальные сигналы, составляющие сложный тон, называются частичными тонами или просто парциальными тонами. Парциальный тон или парциальная частота определяется как определяющая энергичная полоса частот и гармоники или частоты гармоник определяются как парциальные тона, которые генерируются в соответствии с явлением, основывающимся на целочисленной взаимозависимости,такой как деление механического объекта, например струны или колонки воздуха, на целое число узлов. Качество тона или тембр данного сложного тона определяется количеством, частотой и амплитудой его отдельных парциальных тонов, в частности пропорцией их амплитуд по отношению друг к другу и частотами по отношению друг к другу (то есть, способом, с помощью которого 2 эти элементы комбинируются или смешиваются). Частота сама по себе не является определяющим фактором, поскольку нота, воспроизводимая на инструменте, имеет тембр, аналогичный другой ноте, играемой на том же инструменте. В различных вариантах воплощения систем обработки звуков парциальные тона в действительности представляют энергию в узкой полосе частот и управляются скоростями выборки и понятиями изменчивости, связанными с системами выборки. Звуковые сигналы, особенно сигналы, относящиеся к музыкальным инструментам или голосу человека, имеют характеристическое гармоническое содержание, которое определяет звучание этих сигналов. Каждый сигнал состоит из частоты основной гармоники и частот гармоник более высокого ранга. Графически каждое из этой комбинации колебание можно изобразить в виде сигнала определенной формы. Точная форма сложного сигнала зависит частично от относительных амплитуд его гармоник. Изменения по амплитуде, частоте или фазе между гармониками изменяет восприятие ухом музыкального качества или характера тона. Основная частота (которая также называется 1-ой гармоникой или f1) и гармоники более высокого порядка (f2-fn) обычно имеют математическую взаимосвязь. В звуках, воспроизводимых обычными музыкальными инструментами,частоты гармоник более высокого порядка в основном, но не исключительно представляют собой произведение на целое число от частоты основной гармоники: 2-ая гармоника имеет частоту в 2 раза большую, чем частота основной гармоники, 3-я гармоника имеет частоту в 3 раза большую, чем частота основной гармоники, и так далее. Эти кратные числа называются номерами порядка или рангом. В общем, термин гармоника в данном патенте используется для представления всех гармоник, включая основную. Каждая гармоника взаимосвязана по амплитуде, частоте и фазе с гармоникой основной частоты; эти взаимозависимости могут изменяться для изменения восприятия звука. Периодичный сложный тон может быть разбит на составляющие элементы (основная и гармоники более высокого порядка). Графическое представление этого состава называется спектром. Характерный тембр данной ноты может быть представлен графически в виде профиля спектра. Хотя обычные музыкальные инструменты часто воспроизводят ноты, которые, в основном,содержат целочисленно кратные или близкие к целочисленно кратным гармоники, большое количество других инструментов и источников генерируют звуки, в которых между основной и более высокими гармониками существуют более сложные зависимости. Большое количество инструментов создают парциальные тона, которые не имеют целочисленной взаимосвязи меж 3 ду собой. Эти тона называются негармоническими. Современная равномерно темперированная гамма (или Западная музыкальная гамма) представляет собой инструмент, с помощью которого музыкальная гамма настраивается таким образом, что она содержит в октаве 12 отделенных друг от друга равными интервалами полутонов. Частота любого данного полушага представляет собой частоту предшествующего тона, умноженную на корень 12-ой степени из 2 или на 1,0594631. Это позволяет генерировать гамму, в которой частоты всех интервалов октавы относятся друг к другу как 1:2. Такие октавы представляют собой единственные гармоничные интервалы; все другие интервалы являются диссонансными. Свойственные данной гамме компромиссы позволяют, например, играть, используя все клавиши на фортепьяно. Однако для человеческого уха такие инструменты как фортепьяно,точно настроенные на равномерно темперированную шкалу, звучат достаточно плоско (в бемольной тональности) на верхних регистрах,поскольку гармоники большинства механических инструментов не являются точными произведениями и "ухо это знает", так что настройка некоторых инструментов "растягивается", и это означает, что при настройке образуются определенные отклонения от высоты звука, диктуемой простыми математическими формулами. Эти отклонения могут быть либо немного выше,либо немного ниже по тональности по сравнению с нотами, диктуемыми простыми математическими формулами. При растянутой настройке математические взаимозависимости между нотами и гармониками сохраняются, но они являются более сложными. Такие взаимозависимости между частотами гармоник, генерируемых большим количеством классов колебательных (вибрирующих) устройств, включая музыкальные инструменты, могут быть смоделированы функциейfn = f1 x G(n) где fn представляет собой частоту n-той гармоники и n представляет собой положительное целое число, которое представляет порядок гармоники. Примерами таких функций являетсяb) fn = f1 х n х [1+ (n2 - 1)]1/2 гдепредставляет собой постоянную величину,которая зависит от инструмента или ноты устройств с большим количеством струн и иногда от частоты регистра играемой ноты. Воспринимаемая частота звукового или музыкального тона обычно (но не всегда) представляет собой основную или самую низкую частоту периодичного сигнала. Как было указано выше, музыкальная нота содержит гармоники с различными взаимозависимостями между амплитудой, частотой и фазой по отношению 4 друг к другу. При наложении эти гармоники создают сложным образом изменяющийся по времени сигнал. Количество и амплитуда гармоник этого сигнала придают наибольшую характеристику его тембру или музыкальную индивидуальность. Другой аспект воспринимаемого музыкального тона или характера инструмента включает полосы резонанса, которые представляют собой определенные фрагменты или порции воспринимаемого ухом спектра, которые выражены или подчеркнуты конструкцией инструмента, его размерами, материалами, деталями конструкции, особенностями и способами работы с ними. Эти резонансные полосы воспринимаются как более громкие по сравнению с другими фрагментами воспринимаемого спектра. Такие резонансные полосы являются фиксированными по частоте и остаются постоянными по мере воспроизведения различных нот данного инструмента. Эти резонансные полосы не смещаются по отношению к различным играемым на данном инструменте нотам. Они определяются физическими параметрами инструмента, а не конкретной звучащей нотой в любой момент времени. Ключевая разница между гармоническим содержанием и резонансными полосами лежит в их различной взаимосвязи по отношению к основным частотам. Гармоники смещаются при изменении основной частоты (то есть, они смещаются по частоте, будучи непосредственно связанными с играемой основной нотой) и, таким образом, всегда сохраняется их взаимозависимость с основной нотой. Когда основные ноты смещаются на воспроизведение новых основных нот, их гармоники смещаются вместе с ними. В отличие от этого, резонансные полосы инструмента являются фиксированными по частоте и не смещаются линейно, как функция смещения основных нот. Кроме собственной гармонической структуры ноты и собственных резонансных полос инструмента другие факторы, влияющие на воспринимаемый тон инструмента или музыкальный характер, связаны с манерой, с которой содержание гармоник изменяется по сравнению с длительностью музыкальной ноты. Продолжительность или "интервал жизни" музыкальной ноты характеризуется ее атакой (характеристическая манера, с которой по ноте первоначально ударяют или озвучивают); поддержанием (характеристика продолжительности ноты по мере ее звучания с течением времени); и затуханием(характеристическая манера окончания ноты,например резкое прерывание по сравнению с постепенным затуханием) в указанном порядке. Содержание гармоник ноты в течение всех трех фаз: атака, поддержание и затухание, представляет собой важные ключевые моменты восприятия для человеческого уха в отношении 5 субъективного тонального качества ноты. Каждая гармоника в сложно изменяющемся по времени сигнале, включая основную гармонику,имеет свои собственные отличительные характеристики атаки и затухания, которые позволяют определить изменение тембра ноты во времени. Поскольку относительные уровни амплитуд гармоник могут изменяться в течение продолжительности звучания ноты по отношению к амплитуде основного тона (некоторые могут выделяться, а некоторые скрадываться), тембр определенной ноты может соответственно изменяться по мере ее звучания. В инструментах,в которых струны щипают или ударяют (такие,как фортепьяно или гитара), гармоники более высокого порядка затухают с большей скоростью, чем гармоники более низкого порядка. В отличие от этого, в инструментах с постоянным возбуждением, включая духовые инструменты(такие, как скрипка), гармоники генерируются постоянно. У гитары, например, наибольшее влияние на формирование воспринимаемого тембра оказывают два фактора: (1) центральные гармоники, создаваемые струнами, и (2) резонансная полоса, которая является характеристикой корпуса гитары. Когда струны генерируют основную частоту и связанный с нею набор центральных гармоник, корпус, кобылка и другие компоненты вступают в игру так, что они дополнительно формируют тембр, в основном с помощью их собственных резонансных характеристик, которые являются нелинейными и не зависят от частоты. Гитара имеет резонансные полосы или области, в пределах которых некоторые гармоники тона выделяются независимо от основной частоты. Гитарист может играть одну и ту же ноту(с той же частотой или высотой тональности),по меньшей мере, в шести местах шейки, используя различные комбинации струн и положений ладов. Однако каждая из этих шести версий будет звучать вполне определенным образом из-за различных взаимосвязей между основным тоном и его гармониками. Эти различия, в свою очередь, вызываются вариациями в компоновке и конструкции струн, диаметра струн и/или длины струн. Здесь, "длина" относится необязательно к общей длине струны, но только к вибрирующей части, которая создает музыкальный тон, то есть к расстоянию от положения лада до кобылки. Резонансные характеристики самого корпуса при этом не изменяются, и только из-за этих изменений в диаметре струны и/или ее длины различные версии звука одной и той же высоты тона будут заметно различными. Во многих случаях желательно воздействовать на тембр инструмента. Современные и 6 традиционные способы позволяют выполнить это в зачаточной форме с помощью фильтра определенного вида, который называется электронным эквалайзером с фиксированными полосами. Электронные эквалайзеры с фиксированными полосами воздействует на один или большее количество определенных фрагментов или полос в пределах более широкого спектра частот. Требуемое выделение ("подъем") или снижение ("срез") происходит только в определенной полосе частот. Ноты или гармоники,попадающие за пределы полосы или полос, не подвергаются воздействию. Определенная частота может иметь любой гармонический порядок, в зависимости от ее взаимосвязи с изменением основного тона. Резонансный полосовой фильтр или эквалайзер распознает частоту только как находящуюся внутри или за пределами его фиксированной полосы частот; он не распознает или не создает отклик на гармонику определенного порядка данной частоты. Такое устройство не может различать, является ли поступающая частота основной частотой, 2-ой гармоникой, 3-ей гармоникой и т.д. Поэтому воздействие эквалайзеров с фиксированными полосами частот не изменяется и не сдвигается по отношению к определенному порядку данной частоты. Воздействие эквалайзера остается фиксированным, причем он воздействует на определенные частоты,независимо от взаимной зависимости их гармоник по отношению к основным тонам. Хотя эквалайзер воздействует на уровни гармоник, которые существенно влияют на восприятие тембра, он не меняет присущее звучанию "внутреннее" гармоническое содержание ноты, голоса,инструмента или другого звукового сигнала. После настройки влияние, если таковое имеет место вообще, эквалайзера с фиксированными полосами частот зависит только от частоты поступающей ноты или сигнала. Оно не зависит от того, является ли данная частота основным тоном (1-ой гармоникой), 2-ой гармоникой, 3-ей гармоникой или гармоникой другого порядка. Некоторые современные эквалайзеры имеют способность динамической перенастройки фильтров, но эти изменения привязаны скорее к временным рамкам, чем к гармонической ранжировке информации. В таких эквалайзерах имеется возможность регулировки фильтров по времени путем изменения расположения фильтров, которое определяется командами, вводимыми пользователем. Один из способов, в соответствии с настоящим изобретением, может рассматриваться как 1000-полосный эквалайзер или эквалайзер с большим количеством частот,но он отличается тем, что амплитуда и соответствующие частоты, на которые производится воздействие, мгновенно изменяются по частоте и амплитуде настройки и/или перемещаются с очень высокими скоростями по отношению к частоте и амплитуде так, что изменяется содер 7 жание энергии гармоник нот; и работает в унисон с синтезатором, добавляя отсутствующие гармоники и все следующие и ожидаемые частоты, связанные с гармониками, установленными для изменения. Голос человека также может рассматриваться как музыкальный инструмент, причем ему присуще большое количество тех же качеств и характеристик, что и другим семействам инструментов. Поскольку он работает с помощью воздуха, поступающего под давлением, в основе своей он представляет собой духовой инструмент, но в смысле генерации частот, голос представляет собой струнный инструмент, в виду того, что генерируются вибрации с большим количеством гармоник с помощью частей ткани человеческого тела, частота вибрации которых может изменяться при изменении их напряженности. В отличие от корпуса акустической гитары, который представляет собой фиксированную резонансную камеру, некоторые резонансные полосы голоса могут регулироваться мгновенно, поскольку аспекты резонансной полости могут изменяться говорящим человеком даже в течение продолжительности одной ноты. Резонанс изменяется с помощью конфигурации носовой полости или ротовой полости,положения языка и благодаря другим аспектам,которые, в общем, называются вокальным трактом. Предшествующий уровень техники В американском патенте 5 847 303 (автор Матсумото) (Matsumoto) описано устройство обработки голоса, которое модифицирует спектр частот вводимого голоса человека. В этом патенте описаны варианты воплощения нескольких этапов обработки и вычислений,которые должны производить обработку эквалайзером поступающего сигнала голоса так, что его звучанию может быть придано звучание другого голоса (например, голоса профессионального певца). В нем также заявлена возможность изменения воспринимаемого пола певца. Модификация спектра частот в патенте автора Матсумото выполняется с использованием традиционных способов фильтрации типа полосы резонанса, которые имитируют форму вокального тракта или резонатора путем анализа оригинального голоса. Соответствующие коэффициенты для компрессора/расширителя и фильтров записаны в память устройства или на диске и являются фиксированными (не предоставляют возможности выбора для конечного пользователя). Эффект следования за частотой в патенте Матсумото представляет собой использование информации об основной частоте, получаемой по входному голосовому сигналу, для смещения и настройки голоса "соответствующей" или "скорректированной" тональности. Изменение тональности выполняется с помощью электронных манипуляций с частотой синхронизации, которая смещает частоты формата 8 в пределах тракта. Эта информация затем подается в электронное устройство, которое синтезирует полный сигнал. Конкретные гармоники не синтезируются и не регулируются отдельно по отношению к основной частоте, весь сигнал обрабатывается полностью. В аналогичном патенте 5 750 912 (автор Матсумото) описано устройство модификации голоса, предназначенное для модификации голоса для имитации голоса модели. Анализатор последовательно анализирует сохраненный образец голоса певца для выделения из него действительных данных форманта, представляющих резонансные характеристики собственного вокального органа певца, который физически активизируется для воссоздания голоса певца. Синтезатор работает синхронно с прогрессией голоса певца для последовательного формирования опорных данных форманта, которые индицируют вокальное качество голоса модели, и которые скомпонованы таким образом, что они соответствуют прогрессии голоса певца. Компаратор последовательно проводит сравнение действительных данных форманта и опорного форманта друг с другом для обнаружения разности между ними во время прогрессии голоса певца. Эквалайзер модифицирует частотные характеристики записанного голоса певца в соответствии с определенной разностью так, что производится имитация вокального качества голоса модели. Эквалайзер производит сравнение множества полосовых фильтров, имеющих регулируемые центральные частоты и регулируемый коэффициент усиления. Полосовые фильтры имеют индивидуальные частотные характеристики, основанные на пиковых частотах форманта, пиковых частотах и уровнях пика. В американском патенте 5 536 902 авторов Серра и др. (Serra et al.) описаны устройство и способ, предназначенные для анализа и синтеза звука путем выделения параметра звука и управления им. В нем используется технология спектрального синтеза моделирования (ССМ)(SMS). Данные, поступающие на анализ, представляют собой данные, отображающие множество компонентов, составляющих оригинальную форму звуковых колебаний. Данные для анализа анализируются для получения характеристики,относящейся к заранее определенному элементу, и затем данные, касающиеся полученных характеристик, выделяются в виде параметра звука или музыки. Характеристика, соответствующая выделенному музыкальному параметру,удаляется из анализируемых данных, и оригинальный звуковой сигнал представляется комбинацией, таким образом, модифицированных анализируемых данных и музыкального параметра. Эти данные записываются в память. Пользователь может управлять музыкальным параметром с изменением его. Характеристика,соответствующая управляемому музыкальному параметру, добавляется в анализируемые дан 9 ные. Таким образом, синтезируется звуковой сигнал на основе анализируемых данных, к которым была добавлена управляемая характеристика. При такой технологии синтеза звука типа анализа возможно применять свободное управление по отношению к различным элементам звука таким, как формант и вибрато. В американском патенте 5 504 270 (автор Сетарес - Sethares) описаны устройство и способ, предназначенные для анализа и снижения или повышения диссонанса электронного звукового входного сигнала путем идентификации парциальных тонов звукового входного сигнала по частоте и амплитуде. Диссонанс входных парциальных тонов вычисляется по отношению к набору опорных парциальных тонов в соответствии с описанной здесь процедурой. Один или большее количество входных парциальных тонов затем смещаются и повторно вычисляется диссонанс. Если диссонанс изменяется требуемым образом, смещенные парциальные тона могут заменять входные парциальные тона, из которых они были получены. Затем производится выходной сигнал, который содержит смещенные входные парциальные тона так, что выходной сигнал является в большей или меньшей степени диссонансным, чем входной сигнал, в соответствии с установленными требованиями. Входной сигнал и опорные парциальные тона могут поступать из различных источников, например от исполнителя и от аккомпанемента, соответственно, так что выходной сигнал будет в большей или в меньшей степени диссонансным сигналом по сравнению со входным сигналом по отношению к источнику опорных парциальных тонов. В качестве альтернативы опорные парциальные тона могут выбираться из входного сигнала для снижения внутреннего диссонанса входного сигнала. В американском патенте 5 218 160 автора Гроб-Да-Вейга (Grob-Da Veiga) описан способ улучшения звучания струнного инструмента путем создания полутонов или обертонов. В данном изобретении используется способ выделения основной частоты и умножения этой частоты на целые числа или малые дроби для создания гармонически связанных полутонов или обертонов. Таким образом, полутона и обертона получаются непосредственно из основной частоты. В американском патенте 5 749 073 автора Слэни (Slaney) описывается автоматический морфинг (плавное преобразование) звуковой информации. Звуковой морфинг представляет собой смешение двух или большего количества звуков, каждый из которых имеет распознаваемые характеристики, с образованием нового звука, который имеет составные характеристики от обоих оригинальных источников. Автор Слэни использует многоэтапный подход. Сначала два различных входных звука 10 преобразуются в такую форму, которая пригодна для анализа, так, что они могут сопоставляться различными способами и при этом распознаются как взаимосвязи между гармониками,так и взаимосвязи между негармоническими составляющими. После преобразования входных сигналов частота тональности и форманта используются для сопоставления двух оригинальных звуков. После сопоставления звуки подвергаются перекрестному затуханию (то есть, суммируются или смешиваются в определенных, заранее выбранных пропорциях) и затем инвертируются для создания нового звука,который представляет собой комбинацию двух звуков. В этом способе используется изменение тональности и манипуляция со спектральным профилем с помощью фильтрации. Как и в выше упомянутых патентах, в этих способах необходимо применять фильтрацию резонансного типа и манипуляцию с информацией формата. Технология, описанная в статье (авторы Е. Тельман, Л. Хэкен и Б. Холловэй) под названием "Морфинг тембра звуков с неравным количеством признаков" (Журнал Общества аудио инженеров, том 43, Номер 9, сентябрь 1995 г.) - Е.Features" (Journal of Audio Engineering Society,Vol.43, No. 9, Sept. 1995), является близкой к описанной в патенте автора Слэни. Эта технология состоит в использовании алгоритма для морфинга между звуками с использованием анализа и синтеза Лемура (Lemur). Концепция морфинга тембра Тельмана/Хэкена/Холловейя включает временные модификации (замедление или ускорение пассажа), а также амплитудные и частотные модификации отдельных синусоидальных (на основе синусоидальных колебаний) компонентов. В американском патенте 4 050 343 (автор Роберт А. Муг - Robert A. Moog) описан электронный музыкальный синтезатор. Информация о ноте получается от клавиши клавиатуры, на которую нажимает пользователь. Нажатая клавиша клавиатуры управляет генератором,управляемым напряжением, выходы которого управляют полосовым фильтром, фильтром низкой частоты и выходным усилителем. Как центральная частота, так и полоса пропускания полосовых фильтров регулируются путем приложения управляющего напряжения. Частота среза низкочастотного фильтра регулируется путем приложения управляющего напряжения,и коэффициент усиления усилителя регулируется с помощью управляющего напряжения. В устройстве, которое называется Ионизатор [Арборетум Системc (Arboretum Systems)],способ начинается с использования "предварительного анализа" для получения спектра шума,содержащегося в сигнале, который представляет собой единственную характеристику шума. Эта характеристика действительно является доста 11 точно полезной в аудиосистемах, так как шипение ленты, шум устройства, воспроизводящего запись, жужжание и гул являются часто повторяющимися типами шума. Путем снятия отпечатка звука он может использоваться в качестве опорного сигнала для создания "антишума", и для вычитания его (необязательно непосредственно) из исходного сигнала. Использование"поиска пика" в пассаже в части программы Конструирования Звука (Sound Design) осуществляет 512-полосный стробированный эквалайзер, с помощью которого могут создаваться фильтры с очень крутыми характеристиками типа "кирпичной стены", которые могут выделять индивидуальные гармоники или удалять определенные звуковые элементы. При этом используют пороговое свойство, которое позволяет создавать динамические фильтры. Однако при использовании этого способа также не отслеживается или не выделяется основная частота, и удаление гармоники также должно попадать в полосу частот, которая затем не отслеживает общий пассаж инструмента. Устройство Куmа-5 представляет собой комбинацию аппаратных средств и программного обеспечения, разработанных компанией Симболик Саунд (Symbolic Sound).Kyma-5 представляет собой программу,которая ускоряется аппаратной платформой Кэпибара (Capybara). Kyma-5, прежде всего,представляет собой инструмент типа синтезатора, но на его входы могут подаваться существующие записанные звуковые файлы. Оно имеет возможность обработки в режиме реального времени, но предпочтительно представляет собой инструмент для обработки статического файла. Одни из аспектов устройства Kyma-5 представляют собой способность графического выбора парциальных тонов из спектрального отображения звукового пассажа и применение обработки. Kyma-5 производит выбор парциальных тонов визуально и идентифицирует "соединенные" точки спектрального отображения в частотных полосах, не используя номер порядка гармоники. Гармоники могут выбираться, если они попадают в полосу пропускания, установленную вручную. Устройство Kyma-5 позволяет производить повторный синтез звука или пассажа из статического файла путем анализа его гармоник и применения различных алгоритмов синтеза, включая аддитивный синтез. Однако в нем отсутствует автоматический процесс отслеживания гармоник по отношению к основной частоте при изменении нот с течением времени. Устройство Kyma-5 позволяет пользователю производить выбор одной основной частоты. Идентификация точек инструмента спектрального анализа Куmа позволяет идентифицировать точки, которые являются строго негармоничными. И, наконец, устройство Куmа не применяет константы растягивания по отношению к звукам. 12 Способы и результаты настоящего изобретения Настоящее изобретение воздействует на тональное качество или тембр сигнала, форму сигнала, ноты или другого сигнала, генерируемого любым источником, путем модификации специфических гармоник каждой основной частоты и/или ноты заданным пользователем образом по мере того, как сложный звуковой сигнал изменяется с течением времени. Например, заданные пользователем изменения гармоник музыкальной ноты (или другой формы сигнала) могут также применяться к следующей ноте или сигналу и к ноте или сигналу, следующей после нее, а также к каждой последующей ноте или сигналу по мере изменения пассажа или музыки со временем. Важно отметить, что все аспекты настоящего изобретения рассматривают ноты,звуки, парциальные тона, гармоники, тона, негармонические составляющие, сигналы и т.д.,как подвижные цели по времени, как по амплитуде, так и по частоте, и регулируют эти подвижные цели путем перемещения регулируемых модифицируемых параметров амплитуды и частоты по времени. В настоящем изобретении воплощаются следующие способы: динамического и индивидуального изменения энергии любой гармоники (от f1 до f) сигнала сложной формы; создания новых гармоник (таких, как гармоники, "отсутствующие" в требуемом звуке) с определенными взаимозависимостями между амплитудой и фазой и любыми другими гармониками; идентификации и имитации естественно возникающих гармоник в синтезированных звуках на основе целого числа или заданных пользователем взаимозависимостей между гармониками, таких как fn = f1 x n x Slog2n; выделения, модифицирования и повторного ввода гармоник в ноты; интерполяции сигналов в зависимости от частоты, амплитуды и/или других параметров для осуществления возможности регулировки гармонической структуры выбранных нот, затем смещение гармонической структуры всех сигналов вдоль музыкального диапазона от одной из регулируемых пользователем точек в другие в соответствии с любой из нескольких заданных пользователем кривых или контуров; динамического изменения скоростей нарастания, скоростей затухания и/или параметров поддержания гармоник; отделения каких-либо гармоник от сложного сигнала путем обработки различного типа; изменения уровней парциальных тонов в пределах сигнала на основе их частоты и амплитуды; 13 постоянного изменения уровней гармоник сложного сигнала на основании их порядка и амплитуды; увеличения или уменьшения числа гармоник на фиксированную величину или на переменные величины либо по всему выбранному пассажу, либо в любой его части в пределах этого пассажа; восстановления характеристической информации сигнала источника, которая могла быть утеряна, повреждена или изменена либо в процессе записи, либо из-за повреждения оригинального магнитного или другого носителя записанной информации; вычисления местоположения парциальных тонов и гармоник с использованием функции растяжения fn = f1 x n x Slog2n; гармонического преобразования одного звукового сигнала так, чтобы он соответствовал,имел сходство или частичное сходство с другим сигналом такого типа, в котором используются комбинации вышеупомянутых вариантов воплощения гармонической регулировки и гармонического синтеза; создания основы для новых музыкальных инструментов, включая, но не ограничиваясь новыми типами синтезаторов гитар, синтезаторов басов, гитар, басов, фортепьяно, клавиатуры, студийного оборудования для модификации звука, монтажного оборудования для модификации звука, устройств эквалайзеров новых стилей и новых технологий цифрового аудио оборудования и программного обеспечения, относящегося к вышеупомянутым способам изменения ноты, звука или сигнала; выделения или изоляции голосов, инструментов, парциальных тонов, гармоник, других звуков или сигналов (или частей звуков или сигналов) из массы голосов, звуков инструментов или других аудиосигналов; выделения плохо слышимых ранее голосов, инструментов, музыкальных нот, гармоник,парциальных тонов, других звуков или сигналов или частей звуков или сигналов из массы других таких сигналов; удаления или снижения шума; сглаживания или ослабления ранее резких или перекрывающих выдающихся голосов, инструментов, музыкальных нот, гармоник, парциальных тонов, других звуков или сигналов или частей звуков или сигналов среди массы других таких сигналов; улучшения низкого уровня громкости и/или ослабления или уменьшения относительно высокого уровня громкости, парциальных тонов, гармоник, негармонических составляющих или других сигналов в пассаже музыки или других сложных сигналов во временной области; устранения определенных диапазонов амплитуды парциальных тонов, так что информа 002990 14 ция с низким уровнем может быть более легко различимой и/или обрабатываемой; достижение более желательного баланса голосов, инструментов, музыкальных нот, гармоник, парциальных тонов, других звуков или сигналов или частей звуков или сигналов. Краткое описание способов изобретения Такая обработка не ограничивается традиционными музыкальными инструментами, но может применяться к входному сигналу любой формы или материалу для изменения его воспринимаемого качества, для улучшения определенных аспектов тембра или для устранения выделения определенных аспектов. Это выполняется путем манипуляции с индивидуальными гармониками и/или другими парциальными тонами спектра данного сигнала. С помощью настоящего изобретения настройка гармоник или парциальных тонов выполняется в течение конечного периода времени. Это отличается от эффекта групповой обработки эквалайзером с фиксированной полосой пропускания, которая выполняется в течение бесконечного периода времени. Данная обработка выполняется путем управления энергетическим уровнем гармоники(или группы гармоник), или путем генерации новой гармоники (или группы гармоник) или парциальных тонов, или путем полного удаления гармоники (или группы гармоник) или парциальных тонов. Эти манипуляции могут быть связаны с откликом любой другой гармоники,или с какой-либо частотой или номером (номерами) порядка, или с другими параметрами по выбору пользователя. Настройки также могут быть сгенерированы независимо от существующих гармоник. В определенных случаях могут использоваться многочисленные манипуляции с использованием комбинаций различных способов. В других случаях гармоника или группа гармоник может быть выделена для индивидуальной обработки с помощью различных средств. В других вариантах воплощения могут быть выделены парциальные тона или их выделение может быть устранено. В предпочтительном варианте воплощения манипуляции с гармониками используется технология цифровой обработки сигналов (DPS). Способы фильтрации и анализа выполняются в отношении представления в виде цифровых данных с помощью компьютера (например, с помощью микропроцессора DSP (цифровой процессор обработки сигналов) или другого микропроцессора). Цифровые данные представляют аналоговый сигнал или комплексный сигнал, в котором были сделаны выборки и который был преобразован из аналогового электрического сигнала в цифровые данные. После завершения обработки данные могут быть преобразованы обратно в аналоговый электрический сигнал. Он также может быть преобразован в цифровую форму в другой системе, а также мо 15 жет быть записан в данном месте с использованием магнитного или другого носителя данных определенной формы. Источники сигнала представляют собой источники, работающие в режиме квазиреального времени, или сигналы на них были предварительно записаны в цифровом аудио формате, причем для выполнения необходимых вычислений и манипуляций используется соответствующее программное обеспечение. Другие цели, преимущества и новые свойства настоящего изобретения станут очевидны из следующего подробного его описания при рассмотрении его совместно с прилагаемыми чертежами. Краткое описание чертежей На фиг. 1 представлены четыре схемы для четырех нот и четырех их гармоник, показывающие взаимозависимости амплитуды от частоты, которые представляют эффект аккордеона для гармоник, соотносящихся друг с другом; фиг. 2 представляет график содержания гармоник ноты в определенный момент времени, который представляет зависимость амплитуды от частоты; фиг. 3 иллюстрирует способ регулировки индивидуальных частот и синтезированных частот ноты по фиг. 2 согласно изобретению; фиг. 4 представляет схему первого варианта воплощения системы, предназначенной для осуществления способа, со ссылкой на фиг. 3, с использованием фильтрации следующей амплитуды и частоты в соответствии с настоящим изобретением; фиг. 5 представляет блок-схему системы,предназначенной для осуществления способа согласно фиг. 3 с использованием способа цепочки в соответствии с настоящим изобретением; фиг. 6 представляет график спектрального профиля сложного сигнала, полученного в результате одного удара по клавише фортепиано с частотой 440 Гц, в функции частоты (ось X),времени (ось Y) и амплитуды (ось Z); фиг. 7 представляет график сигнала, модифицированного в соответствии с принципами гармонического и другого частичного выделения и/или гармонического преобразования; фиг. 8 А, 8 В, 8 С и 8D иллюстрируют спектральный состав сигналов флейты и фортепиано в моменты, когда инструменты опережают и запаздывают в одной и той же ноте, в отношении к гармоническому преобразованию; фиг. 9 А представляет график, изображающий линии порога потенциала для выполнения способа выделения в соответствии с настоящим изобретением; фиг. 9 В представляет график, иллюстрирующий низкие уровни потенциала настройки,которые используются в соответствии с фиг. 9 А; фиг. 9 С представляет график, иллюстрирующий способ фиксированного порога потен 002990 16 циала гармоники и другого парциального выделения; фиг. 9D представляет график, иллюстрирующий кривую динамического порога полосы частот для одного из способов гармонического и другого парциального выделения; фиг. 10 представляет блок-схему системы для выполнения работы в соответствии с настоящим изобретением; фиг. 11 представляет блок-схему программного обеспечения или этапов способа согласно настоящему изобретению. Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения настройки гармоники Целью настройки и синтеза гармоники является манипуляция характеристиками гармоник на индивидуальной основе с учетом номера их порядка. Манипуляция выполняется в течение периода времени, во время которого определенная нота имеет определенную амплитуду. Гармоника может регулироваться путем применения фильтров, настроенных на ее частоту. В описании настоящего изобретения фильтр может также быть выполнен в форме эквалайзера,математической модели или алгоритма. Фильтры вычисляются на основании расположения гармоники по частоте, амплитуде и времени по отношению к какой-либо другой гармонике. Настоящее изобретение рассматривает гармоники как объекты подвижной частоты и амплитуды. Способ в соответствии с настоящим изобретением "производит подготовку" ко всем вариантам смещения в поступающих сигналах и реагирует в соответствии с вычислением, а также вводимыми пользователями командами управления. "Подготовка", производимая в режиме квазиреального времени, фактически представляет собой сбор данных в течение минимального времени так, что соответствующие характеристики поступающих данных (то есть,аудио сигналы) могут быть распознаны для включения соответствующей обработки. Эта информация записывается в буфер задержки до тех пор, пока необходимые аспекты не будут выполнены. В буфер задержки непрерывно поступают новые данные, а ненужные данные удаляются с "самого старого" конца буфера,когда они больше не нужны. Таким образом,происходит небольшая задержка в ситуациях в режиме квазиреального времени. Квазиреальное время представляет собой очень малую задержку, приблизительно до 60 мс. Она часто описывается как приблизительно длительность до двух кадров фильма, хотя задержка в одни кадр является более предпочтительной. В настоящем изобретении фильтры обработки предвидят движение гармоник и перестраиваются вместе с гармониками по мере того, как гармоники перемещаются по отношению к первой гармонике (f1). Обозначенная гармо 17 ника (или "набор гармоник" для регулировки амплитуды) будет смещаться по частоте на определенные математически фиксированные величины в соответствии с порядком гармоник. Например, если первая гармоника (f1) изменяется со 100 до 110 Гц, фильтр регулировки гармоник в соответствии с настоящим изобретением для четвертой гармоники (f4) сдвигается с 400 до 440 Гц. На фиг. 1 изображена последовательность из четырех нот и характерное содержание гармоник для четырех гармоник каждой ноты в данный момент времени. Эта гипотетическая последовательность показывает, как гармоники и фильтры перемещаются по отношению к основному тону, гармоникам и по отношению друг к другу. Отслеживание этих перемещающихся гармоник как по амплитуде, так и по частоте во времени является основным элементом в способах обработки, воплощение которых описано в данном изобретении. Разделение или расстояние между частотами (соответствующее разделению между фильтрами) увеличивается по мере того, как увеличивается частота основного тона и, наоборот, уменьшается, когда частота основного тона уменьшается. Процесс, показанный на графике известен, как "эффект аккордеона". Настоящее изобретение предназначено для регулировки амплитуд гармоник по времени с помощью фильтров, которые перемещаются с нестационарными (изменяющимися по частоте) гармониками сигналов, установленных для регулировки амплитуды. В частности, выполняется параметрическая фильтрация и/или усиление отдельных гармоник. Это увеличивает или уменьшает относительные амплитуды различных гармоник в спектре индивидуально играемых нот не на основании частотного диапазона, в котором гармоники появляются (так, как это в настоящее время выполняется с обычными устройствами),а на основании порядковых номеров гармоник и на основании того, какие порядки гармоник установлены для фильтрации. Это может быть выполнено автономно, независимо от основной работы, например, после записи музыки со сложным сигналом, или в режиме квазиреального времени. Для выполнения этого процесса в режиме квазиреального времени частоты гармоник отдельно играемых нот определяются с использованием известного способа определения частоты или способа быстрого поиска основного тона, и затем в отношении определенных нот выполняется фильтрация гармоники за гармоникой. Поскольку манипуляции с гармониками выполняются таким уникальным образом, производится воздействие на общий тембр инструмента по отношению к индивидуальным, точно выбранным гармоникам в противоположность простому воздействию на фрагменты спектра со 18 стандартными фильтрами, которым назначаются одна или большее количество резонансных полос. Для упрощения иллюстрации модель взаимосвязи гармоник, представленная на фиг. 1-3, будет принята равной fn = f1 x n. Например, при такой форме фильтрации будет производиться фильтрация 4-ой гармоники частоты 400 Гц также, как и фильтрация 4-ой гармоники частоты 2400 Гц, даже если 4-е гармоники этих двух нот (нота 1 и нота 3 по фиг. 1) находятся в различных частотных диапазонах. Такое применение настоящего изобретения будет полезно в качестве дополнения к стандартным устройствам эквалайзеров типа полосачастот-на-полосу-частот и/или для их замены. Смешение этих индивидуально фильтруемых гармоник играемых нот для подачи их на выход будет описано при рассмотрении фиг. 4 и 5. На фиг. 2 изображен пример набора гармоник сигнала в определенный момент времени. Основная частота (f1) равна 100 Гц. При этом величины, кратные 100 Гц, которые представляют собой гармоники этого сигнала, равны 200 Гц (f2 = f1 x 2), 300 Гц (f3 = f1 x 3), 400 Гц (f4 =f1 x 4) и т.д. Для иллюстрации в этом примере приведено всего 10 гармоник, но реальные сигналы часто имеют намного больше гармоник. На фиг. 3 изображена модификация регулировки, которая может быть выполнена в соответствии с настоящим изобретением в отношении тех же гармоник, которые изображены на фиг. 2. Гармоники, расположенные на частоте 200 Гц (2-ая гармоника), 400 Гц (4-ая гармоника), 500 Гц (5-ая) и 1000 Гц (10-ая) регулируются вверх по содержанию энергии и амплитуде. Гармоники на частоте 600 Гц (6-ая гармоника),700 Гц (7-ая гармоника), 800 Гц (8-ая) и 900 Гц(9-ая) регулируются вниз по содержанию энергии и амплитуде. В настоящем изобретении гармоники могут либо увеличиваться, либо уменьшаться по амплитуде с использованием различных способов, которые здесь называются функцией модификации амплитуды. Один из современных способов представляет собой применение определенным образом вычисленных цифровых фильтров в требуемых временных рамках. Отклик этих фильтров регулируется по амплитуде и частоте так, что они перемещаются вместе с частотой регулируемой гармоники. В других способах также используется цифровая обработка сигналов, такая как сопоставление фазы синусоид по отношению к интересующей гармонике, затем (А) вычитание требуемой величины путем добавления к оригинальному сигналу обратного сигнала для уменьшения; или (В),прибавление определенной части версии сигнала (то есть, сигнала, который был умножен на определенный коэффициент) для увеличения. В других вариантах воплощения могут использоваться последовательности фильтров, 19 расположенные рядом друг с другом по частоте,или последовательности фильтров с фиксированной частотой, в которых обработка выполняется по способу "цепочки" по мере того, как гармоника перемещается от диапазона одного фильтра в диапазон следующего фильтра. На фиг. 4 представлен один из вариантов воплощения. Сигнал со входа 10, который может представлять собой звукосниматель, микрофон или заранее записанные данные, подается на детектор HSD 12 гармонического сигнала, а также на банк 14 фильтров. Каждый из фильтров в банке 14 программируется на конкретную частоту гармоники сигнала, с помощью которого определяются гармоники, и представлен значениями f1, f2, f3fn. Контроллер 16 подстраивает частоту каждого из фильтров на частоту, которая соответствует частоте гармоники,определяемой детектором 12 гармонического сигнала в соответствии с их порядком. Требуемая модификация индивидуальных гармоник управляется с помощью контроллера 16 на основании вводимой пользователем информации. Выход банка 14 фильтров комбинируется в смесителе 18 с входным сигналом со входа 10 и подается на выход, как комбинированный сигнал на выходе 20, зависящий от конкретного применяемого алгоритма. Как будет ниже описано со ссылкой на фиг. 3, контроллер 16 также может комбинировать синтетические гармоники в смесителе 18 с сигналом, подаваемым с банка 14 фильтров и со входа 10. На фиг. 5 представлена модифицированная система, предназначенная для выполнения альтернативного способа цепочки. Банк 14' эквалайзера содержит банк фильтров, каждый из которых имеет такую полосу частот, что они располагаются рядом друг с другом, причем частоты фильтров представлены величинами Fa,Fb, Fc и т.д. Контроллер 16 после приема гармонического сигнала, идентифицированного детектором 12 гармонического сигнала, регулирует модификацию сигнала с помощью характеристик фильтров банка 14' с фиксированной шириной полосы пропускания так, что они будут соответствовать обнаруженным сигналам гармоник. Частота каждого из фильтров в банке 14 по фиг. 4 регулируется таким образом, что характеристика ее изменения является фиксированной для требуемой гармоники, причем каждый из эквалайзеров банка 14' на фиг. 5 имеет фиксированную частоту, и его характеристика модификации изменяется в зависимости от определенной гармоники сигнала. Независимо от применяемого способа способа аккордеона, перемещения фильтра с регулируемой частотой и амплитудой, или способа цепочки, следования частоты ожидаемой частоте, или комбинации этих способов, фильтрация состоит в перемещении по частоте совместно с гармоникой, выбранной для изменения 20 амплитуды, в ответ не только на частоту сигнала, но и на порядок и амплитуду его гармоники. Хотя детектор 12 сигнала гармоники показан отдельным от контроллера 16, оба эти устройства могут быть выполнены программным способом в общем DSP (цифровом процессоре сигнала) или микрокомпьютере. Предпочтительно, фильтры 14 являются цифровыми. Одно из преимуществ цифровой фильтрации состоит в том, что нежелательные сдвиги по фазе между оригинальным и обработанным сигналом, которые называются фазовыми искажениями, могут быть минимизированы. В одном из способов в соответствии с настоящим изобретением могут использоваться любые из двух способов цифровой фильтрации в зависимости от требуемой цели: конечный способ импульсного отклика (FIR) или бесконечный способ импульсного отклика (IIR). В конечном способе импульсного отклика используются отдельные фильтры для регулировки амплитуды и для компенсации сдвига фазы. Фильтр(фильтры) регулировки амплитуды может быть сконструирован так, что требуемый отклик будет представлять собой функцию частоты поступающего сигнала. Цифровые фильтры, разработанные так, что у них будет такая характеристика отклика амплитуды, по своей природе воздействуют на фазу или искажают фазовые характеристики массива данных. В результате, после фильтра регулировки амплитуды следует второй расположенный последовательно фильтр - фильтр компенсации сдвига фазы. Фильтры компенсации сдвига фазы представляют собой устройства с единичным коэффициентом усиления, которые компенсируют фазовые искажения, вводимые фильтрами регулировки амплитуды. Фильтры и другие звуковые процессоры могут применяться для любого из двух типов поступающих аудиосигналов: сигнала, поступающего в реальном времени, или сигнала не в режиме реального времени (фиксированного или статического сигнала). Сигналы в режиме реального времени включают представления в режиме прямой трансляции, которые встречаются либо в частной обстановке, на публичной арене, либо в студии звукозаписи. Как только сигнал сложной формы будет записан на магнитную ленту, или в цифровой форме, или на какой-либо другой носитель записи, он рассматривается как фиксированный или статический; при этом он может подвергаться дальнейшей обработке. Перед применением цифровой обработки поступающего сигнала сам входной сигнал должен быть преобразован в цифровую информацию. Массив представляет собой последовательность чисел, индицирующих цифровое представление сигнала. Фильтр может применяться по отношению к массиву в прямом направлении, от начала массива к его концу; или в 21 обратном направлении, от конца к началу массива. При втором способе цифровой фильтрации фильтрация с нулевой фазой с бесконечным откликом импульса (IIR) может быть выполнена для сигналов не в режиме реального времени(фиксированных, статических данных) путем применения фильтров в обоих направлениях требуемого массива данных. Поскольку фазовые искажения будут одинаковыми в обоих направлениях, результирующий эффект будет таким, что эти искажения будут компенсироваться, когда фильтры будут работать в обоих направлениях. Этот способ ограничен статическими (фиксированными, записанными) данными. В одном из способов в соответствии с настоящим изобретением используются быстродействующие устройства цифрового вычисления, а также способы квантования цифровой музыки и улучшенные математические алгоритмы, предназначенные для приложений, выполняющих высокоскоростное преобразование Фурье и/или импульсный анализ. С помощью цифрового устройства производится анализ существующей музыки, регулируется уровень громкости или амплитуды гармоник до требуемых уровней. Этот способ выполняется с очень быстрым изменением комплексного, точно настроенного цифрового окна эквализации, которое передвигается по частоте совместно с гармониками, и уровень требуемой гармоники изменяется так, как представлено на фиг. 4. Применение данного изобретения не ограничивается только гитарами, басами, фортепиано, устройствами эквалайзера и фильтрации,монтажными устройствами, используемыми при записи, электронными клавиатурами, органами,модификаторами тона инструмента и другими модификаторами формы сигнала. Синтез гармоник Во многих ситуациях требуется регулировать уровни энергии музыкальных нот или другого содержания звукового сигнала, при этом выполнение такой регулировки может быть невозможным, если гармоническое содержание является прерывистым или эффективно несуществующим. Это может происходить, когда гармоника затухает ниже уровня шума (минимально различимый уровень энергии) сигнала источника. В настоящем изобретении отсутствующие или расположенные ниже уровня шума гармоники могут генерироваться "на пустом месте", то есть могут синтезироваться электронным путем. Может также потребоваться создать совершенно новую гармонику, негармоническую составляющую или подгармонику(гармонику с частотой ниже основного тона) все вместе, с целочисленной зависимостью или с не целочисленной зависимостью по отношению к сигналу источника. Отметим еще раз, что этот процесс создания или генерирования представляет собой тип синтеза. Так же, как и естествен 002990 22 но возникающие гармоники, синтезированные гармоники обычно имеют математическое отношение к их основным частотам. Как и при регулировке гармоник синтезированные гармоники, генерируемые в соответствии с настоящим изобретением, не являются стационарными по частоте: они перемещаются по отношению к другим гармоникам. Они могут синтезироваться по отношению к любым индивидуальным гармоникам (включая f1) и перемещаются по частоте по мере изменения частоты ноты, предугадывая изменение для правильной регулировки гармонического синтезатора. Как показано на фиг. 2, гармоническое содержание оригинального сигнала включает частоты до 1000 Гц (10-ая гармоника основного тона 100 Гц); причем 11-ая или 12-ая гармоники отсутствуют. На фиг. 3 представлено наличие этих отсутствующих гармоник, так как они создаются с помощью гармонического синтеза. При этом новый спектр гармоник включает гармоники с частотой до 1200 Гц (12-ая гармоника). Инструменты определяются не только по относительным уровням гармоник их слышимого спектра, но также по фазе гармоник по отношению к основным тонам (взаимозависимость,которая может изменяться со временем). При этом гармонический синтез также позволяет создавать гармоники, которые являются как коррелированными по амплитуде, так и совмещенными по фазе (то есть, последовательно, а не случайным образом соответствующие или относящиеся к основному тону). Предпочтительно банки 14 и 14' фильтров представляли собой цифровые устройства, которые являются также цифровыми генераторами синусоидальных колебаний и предпочтительно синтетические гармоники создавались бы с использованием других функций, вместо функций fn=f1 x n. Предпочтительной зависимостью для генерирования новых гармоник является fn = f1 х n хSlog2n. Где S представляет собой число большее 1, например 1,002. Регулировка и синтез гармоник Комбинации регулировки и синтеза гармоник позволяют воплотить способность динамического управления амплитудой всех гармоник,содержащихся в ноте, на основании их порядка,включая те, которые рассматриваются как "отсутствующие". Эта способность управлять гармониками дает пользователю большую гибкость в манипуляции тембром различных нот или сигналов в соответствии с его или ее вкусом. В данном способе признается, что различные манипуляции могут потребоваться исходя из уровня гармоник конкретного поступающего сигнала. Вариант его воплощения содержит регулировку гармоник и регулировку синтеза гармоник. При этом производится воздействие на весь тембр инструмента, в отличие от простого 23 воздействия на фрагменты уже существующего спектра. Может оказаться невозможным регулировать уровни энергии гармонического содержания сигнала, если это содержание является прерывистым или эффективно несуществующим, и когда гармоники затухают ниже уровня шума источника сигнала. В соответствии с настоящим изобретением эти потерянные или находящиеся ниже уровня шума гармоники могут генерироваться "на пустом месте" или синтезироваться электронным способом и затем обратно подмешиваться к оригинальному и/или гармонически настроенному сигналу. С этой целью синтез гармоник также может использоваться совместно с регулировкой гармоник для изменения общего отклика гармоник сигнала источника. Например, 10-ая гармоника электрогитары затухает намного быстрее,чем гармоники низшего порядка, как показано на фиг. 6. Может оказаться интересным использовать синтез не только для подъема уровня этой гармоники в исходной части ноты, но также и для удержания ее в течение всего времени существования ноты. Синтез может выполняться в отношении всех нот в выбранных секциях или пассажах. При этом существующая гармоника может регулироваться в течение части, в которой она превышает определенный уровень порога, и затем синтезироваться (в ее отрегулированной форме) в течение остальной части ноты (см. фиг. 7). Может также потребоваться выполнять такую регулировку в отношении нескольких гармоник. В этом случае гармоника синтезируется с требуемым совмещением фазы для поддержания амплитуды на требуемом уровне порога. Совмещение фазы может быть выполнено по произвольным установкам, или фаза может совмещаться определенным способом с гармоникой, выбранной пользователем. Настройка в соответствии с этим способом изменяется по частоте и амплитуде и/или перемещается с очень высокой скоростью для изменения энергетического содержания гармоник нот и работает в унисон с синтезатором так, что он добавляет потерянные требуемые гармоники. Эти гармоники и синтезированные гармоники будут пропорциональны по уровню громкости установленной амплитуде гармоники в процентном отношении, которое задано с помощью программного обеспечения цифрового устройства. Предпочтительно, для генерирования новых гармоник используется функция fn = f1 х n хSlog2n. Для предотвращения попытки чрезмерного усиления не существующей гармоники в настоящем изобретении используется алгоритм определения, предназначенный для указания того, что присутствует достаточное количество парциальных тонов, чтобы выполнить гарантированную настройку. Обычно такие способы 24 обнаружения основываются на энергии парциального тона так, что все время, пока энергия(или амплитуда) парциального тона будет выше порогового уровня в течение некоторого произвольно определенного периода времени, он рассматривается как присутствующий. Преобразование гармоник Преобразование гармоник в настоящем изобретении обозначает способность сравнить один звук или сигнал (файл, назначенный для преобразования) с другим звуком или сигналом(вторым файлом), и затем используется настройка гармоник и синтез гармоник для настройки сигнала, назначенного для преобразования так, чтобы он более близко повторял второй файл или, если требуется, дублировал второй файл по тембру. В этих способах комбинируются несколько аспектов указанных ранее изобретений для выполнения общей цели комбинирования звуков или изменения одного звука так, чтобы он более близко повторял другой звук. Он может использоваться фактически для того, чтобы звучание одного записанного инструмента или голоса почти точно повторяло звучание другого инструмента или голоса. При рассмотрении определенной ноты,воспроизводимой некоторым инструментом или голосом, в смысле ее гармонического частотного содержания по отношению ко времени (фиг. 6), можно видеть, что каждая гармоника имеет характеристику нарастания (насколько быстро исходная часть этой гармоники растет по времени и какие характеристики имеет ее пик), характеристику поддержания (как структура гармоники ведет себя после части нарастания), и характеристику затухания (как гармоника прекращает свое звучание или затухает в конце ноты). В некоторых случаях определенные гармоники могут полностью затухать прежде, чем закончится сам основной тон. Различные экземпляры музыкальных инструментов одного типа (например, два фортепиано) могут отличаться по различным параметрам. Одно отличие состоит в гармоническом содержании определенного сложно изменяющегося по времени сигала. Например, средняя нота "С"(до), звучащая на одном фортепиано, может иметь сильно отличающееся гармоническое содержание от той же ноты, звучащей на другом фортепиано. Другой вариант отличия двух фортепиано друг от друга относится к изменению гармонического содержания с течением времени. Одна и та же нота, играемая на двух различных фортепиано, будет иметь не только различные гармонические структуры, но также поведение этих структур с течением времени будет различным. Определенные гармоники одной ноты будут поддерживаться или будут затухать различными способами по сравнению с поведением по времени гармонической структуры той же ноты,озвученной на другом фортепиано. 25 Путем индивидуальной манипуляции с гармониками каждого сигнала записанного инструмента отклик этого инструмента может быть приведен к тому, что он будет близко повторять или соответствовать отклику другого. Эта техника называется преобразование гармоник. Она может состоять в динамическом изменении уровней энергии гармоник в пределах каждой ноты и формирования их энергии отклика по времени так, чтобы они близко соответствовали уровням энергии гармоник другого инструмента. Это достигается путем сравнения частотной полосы, поскольку она связана с порядком гармоник. Гармоники первого файла(файла, гармоники которого будут преобразовываться) сравниваются с целевым звуковым файлом так, чтобы они соответствовали по характеристикам атаки, поддержания и затухания гармоникам второго файла. Поскольку невозможно обеспечить точное соответствие всех гармоник, для создания правил настройки необходимо производить сравнительный анализ с помощью определенного алгоритма. На этот процесс можно также воздействовать с помощью данных, вводимых пользователем при выполнении общей обработки. Пример такой манипуляции можно видеть на примере флейты и фортепиано. На фиг. 8a-8d представлены графики спектрального содержания для фортепиано и для флейты в определенные моменты времени. На фиг. 8 а показано спектральное содержание типичной флейты вначале звучания ноты. На фиг. 8b изображено гармоническое содержание флейты гораздо позже во время звучания той же ноты. На фиг. 8 с изображено звучание той же ноты, в тот же относительный момент времени, что и на 8 а,воспроизводимой обычным фортепиано. В эти моменты времени верхние гармоники имеют большое количество энергии. Однако, позже по времени относительное гармоническое содержание каждой ноты существенно изменяется. На фиг. 8d представлен тот же относительный момент времени, для той же ноты, что и на фиг. 8b, но озвученной с помощью фортепиано. В этот момент звучания ноты содержание верхних гармоник фортепиано намного более скудно,чем у флейты. Так как один звуковой файл может быть преобразован таким образом, что он будет более близко повторять большое количество массивов других источников звука, необязательно подавать информацию непосредственно из второго звукового файла. Может быть разработана модель с помощью различных средств. В одном способе используется общая характеристика другого звука на основании его поведения в течение времени, фокусируясь на поведении характеристических гармоник или содержании парциальных тонов. При этом могут быть созданы различные математические или другие логические правила для направления обработки 26 каждой гармоники звукового преобразуемого файла. Модели файлов могут быть созданы на основании другого звукового файла, могут представлять собой полностью теоретические модели или фактически могут быть произвольно определены пользователем. Предположим, что пользователь желает,чтобы фортепиано звучало как флейта; этот процесс требует рассмотрения относительных характеристик обоих инструментов. Фортепиано имеет большой выход энергии в гармоники в начале ноты; после чего следует резкое падение содержания их энергии. По сравнению с этим первоначальное нарастание звука флейты является менее выраженным и содержит негармонические составляющие. В соответствии с настоящим изобретением каждая гармоника фортепиано может быть настроена соответственно в течение этой фазы каждой ноты так, что она будет аппроксимировать или, если необходимо,синтезировать соответствующие гармоники и отсутствующие парциальные тона флейты. В течение части удержания ноты в фортепиано содержание энергии ее верхних гармоник очень быстро затухает, в то время как у флейты содержание энергии верхних гармоник существует в течение всей длительности ноты. Таким образом, в течение этой части звучания требуется непрерывная динамическая настройка гармоник фортепиано. Фактически, в определенный момент времени требуется синтез для замены содержания гармоник, когда гармоники падают до существенно низкого уровня. Наконец, у этих двух инструментов также несколько отличающийся характер затухания ноты, и снова необходима соответствующая настройка для того, чтобы фортепиано соответствовало флейте. Это достигается путем использования цифровых фильтров, параметров настройки,пороговых уровней и синтезаторов синусоидальных сигналов, которые используются в комбинации и которые перемещаются вместе с ожидаемыми изменениями различных аспектов сигналов или нот, представляющих интерес,включая основную частоту. Выделение гармоник и других парциальных тонов В настоящем изобретении выделение гармоник и других парциальных тонов представляет собой способ настройки синусоидальных колебаний, парциальных тонов, негармонических составляющих, гармоник или других сигналов на основании их амплитуды по отношению к амплитуде других сигналов в пределах связанных диапазонов частот. В качестве принципа управления или критерия положения амплитуды фильтра используется изменение настройки гармоник с использованием амплитуд в определенном диапазоне частот для замены порядка гармоник. Кроме того, также как и при регулировке гармоник, частоты парциальных тонов 27 являются критерием настройки частот фильтров, поскольку парциальные тона перемещаются по частоте так же, как и амплитуда. Среди многих звуковых элементов, типичных для музыкальных пассажей или других сложных звуковых сигналов, слабые элементы могут в соответствии с настоящим изобретением быть усилены по отношению к другим, а сильные могут быть срезаны по отношению к другим, с компрессией их динамического диапазона или без нее, по выбору пользователя. Настоящее изобретение: 1) изолирует или выделяет относительно тихие звуки или сигналы; 2) ослабляет относительно громкие или другие выбранные звуки или сигналы, включая среди прочих шум фона, искажения или отвлекающие, конкурирующие или другие аудиосигналы, которые рассматриваются пользователем как нежелательные; и 3) выполняет более рациональное или в другом отношении более желательное смешение парциальных тонов, голосов, музыкальных нот, гармоник, синусоидальных колебаний, других звуков или сигналов; или частей звуков или сигналов. Обычные электронные компрессоры и экспандеры работают в соответствии только с очень небольшим количеством параметров, которые рассматриваются в настоящем изобретении, и ни в коем случае не используют все эти параметры. Кроме того, работа таких устройств сжатия/расширения существенно отличается от настоящего изобретения. При выделении настройка сигнала основывается не только на его амплитуде, но также может быть по амплитуде связана с амплитудами других сигналов в пределах его частотного диапазона. Например, звук шарканья ног по полу может не потребоваться регулировать так, чтобы его было слышно. В тихой во всех других отношениях комнате может не потребоваться регулировать звук, в то время как некоторые звуки с такой же амплитудой, возникающие на фоне сильно конкурирующих парциальных тонов, звуков или сигналов, может потребоваться выделить так, чтобы их было слышно. Настоящее изобретение позволяет выполнить такое определение и соответствующее действие. В одном из способов в соответствии с настоящим изобретением часть музыки преобразуется в цифровую форму и амплитуда модифицируется для выделения тихих парциальных тонов. Настоящая технология выполняет это с помощью сжатия музыки в фиксированном диапазоне частот так, что производится воздействие на весь сигнал на основании его общего динамического диапазона. Конечный эффект состоит в том, что выделяются более тихие секции благодаря усилению более тихих пассажей. Этот аспект настоящего изобретения работает с использованием отличающегося принципа. Компьютерное программное обеспечение производит анализ спектрального диапазона коле 002990 28 бания сложной формы и повышает уровень отдельных парциальных тонов, которые находятся ниже определенным образом установленного уровня порога. Аналогично, уровень парциальных тонов, которые находятся выше определенного уровня порога, может быть понижен по амплитуде. Программное обеспечение анализирует по времени все частоты парциальных тонов в колебании сложной формы и модифицирует только те из них, которые находятся в пределах пороговых значений, установленных для изменения. В этом способе аналоговое и цифровое оборудование и программное обеспечение будут производить преобразование в цифровую форму музыки, и накапливать ее в запоминающем устройстве определенного рода. Сигнал сложной формы анализируется с высокой степенью точности с использованием быстрых преобразований Фурье, импульсного анализа и/или других соответствующих способов анализа. Соответствующее программное обеспечение производит сравнение рассчитанных по времени парциальных тонов по амплитуде, частоте и временным пороговым значениям и/или параметрам и определяет, какая из частот парциальных тонов находится в пределах пороговых значений по изменению амплитуды. Эти пороговые значения являются динамическими и зависят от конкурирующих парциальных тонов, с обеих сторон окружающих парциальный тон, назначенный для настройки в пределах определенного частотного диапазона. Эта часть настоящего изобретения действует как сложное, частотно-избирательное устройство эквалайзера или устройство фильтра, в котором количество частот, которые могут быть выбраны, является почти неограниченным. Окна цифровой эквализации будут генерироваться и убираться так, что парциальные тона в звуке,которые было очень трудно услышать, теперь будут более явно выраженными для слушателя,благодаря модификации их начала, пика и амплитуд. По мере того, как сигнал требуемой амплитуды смещается по отношению к амплитудам других сигналов, гибкость настоящего изобретения позволяет производить настройку либо (1) на непрерывно изменяющейся основе,либо (2) на фиксированной, не являющейся непрерывно изменяемой основе. Практический эффект состоит в обеспечении возможности не только точного выделения частей звуковых сигналов, которые необходимо настраивать, и выполнения такой настройки, но также в возможности выполнять ее тогда, когда она необходима, и только тогда, когда она необходима. Следует отметить, что, если изменения фильтра будут производиться быстрее, чем приблизительно 30 циклов в секунду, они будут создавать свои собственные слышимые звуки. При этом изменения с большей скоростью не пред 29 лагаются до тех пор, пока звуки низкочастотной полосы могут быть отфильтрованы. Предпочтительный способ в соответствии с настоящим изобретением (или применение его в комбинации с другими способами) состоит в использовании фильтров, которые перемещаются по частоте и амплитуде в соответствии с требованиями для выполнения требуемой настройки определенного парциального тона (или его фрагмента) в определенный момент времени. Во вторичном способе в соответствии с настоящим изобретением обработка "передается" по типу "цепочки" по мере того, как набор парциальных тонов для настройки амплитуды перемещается из одного диапазона фильтра в следующий диапазон фильтра. Настоящее изобретение позволяет производить анализ частоты, изменение частоты по времени, конкурирующих парциальных тонов в частотных диапазонах с течением времени, амплитуды и изменения амплитуды с течением времени. Затем с использованием фильтров настраиваемых по частоте и амплитуде, математических моделей или алгоритмов, производится динамическая настройка амплитуд этих парциальных тонов, гармоник или других сигналов(или их частей) по мере необходимости, для достижения целей, результатов или эффектов,описанных выше. В обоих способах после осуществления доступа к частоте и амплитуде парциального тона, других сигналов или их частей,настоящее изобретение определяет необходимость регулировки этого сигнала вверх, вниз или отсутствие необходимости его регулировки на основании пороговых значений. Выделение основывается на пороговых значениях амплитуды и кривых настройки. Существует три способа осуществления пороговых значений и настроек в настоящем изобретении для достижения требуемых результатов. В первом способе используется порог, который динамически настраивает порог амплитуды на основании общей энергии сигнала сложной формы. Порог энергии поддерживает последовательную зависимость от частоты (то есть, наклон кривой порога является согласованным с общими изменениями энергии). Второй способ осуществляется в виде интерполированной кривой порога в пределах полосы частот, окружающей настраиваемый парциальный тон. Это порог является динамическим и локализован в области частот вокруг этого парциального тона. Настройка также является динамической в той же полосе частот и изменяется по мере того, как окружающие парциальные тона в пределах этой области изменяются по амплитуде. Поскольку парциальный тон может перемещаться по частоте, пороговое значение и настраиваемая полоса частот также является динамично изменяющимися по частоте, перемещаясь вместе с парциальным тоном, который должен настраиваться по мере его перемещения. В третьем способе 30 используется фиксированный уровень порога. Парциальные тона, амплитуда которых выше уровня порога, настраиваются в сторону их уменьшения. Те тона, амплитуда которых меньше уровня порога и выше уровня шума,настраиваются с повышением их амплитуды. Эти три способа описаны ниже. Во всех трех способах уровни регулировки зависят от "функции масштабирования". Когда гармоника или парциальный тон превышает пороговое значение или падает ниже него, величина, на которую он превышает пороговое значение или находится ниже него, определяет степень настройки. Например, парциальный тон,который просто превышает верхнее пороговое значение, будет только настроен по направлению вниз на небольшую величину, но дальнейшее превышение порогового значения приведет к большей степени регулировки. Изменение величины регулировки представляет собой непрерывную функцию. Самая простая функция представляет собой линейную функцию, но может применяться любая функция масштабирования. Как и в случае любой математической функции диапазон регулировки парциальных тонов, превышающих пороговые значения или находящихся ниже него, может быть либо масштабирован, либо смещен. Когда действие функции масштабирования выражается в масштабировании, количественно одинаковая регулировка производится, когда парциальный тон превышает пороговое значение, независимо от того, изменилось ли само пороговое значение. Например, в первом способе, приведенном выше, пороговые значения изменяются, когда сигнал содержит большое количество энергии. Когда сигнал содержит больше энергии, функция масштабирования может все еще находится в диапазоне от 0 до 25% регулировки настраиваемого парциального тона, но в меньшем диапазоне амплитуды. В качестве альтернативы производится всего лишь смещение функции масштабирования на определенный процент. При этом, если сигнал будет содержать больше энергии, диапазон не будет оставаться таким же. В данном случае диапазон может, например, составлять от 0 до только 10%. Однако величина изменения при регулировке должна оставаться соответствующей по отношению к величине энергии парциального тона, на которую он превышает пороговое значение. Следуя первому способу порога и регулировки, может потребоваться оказывать воздействие на часть содержания парциального тона сигнала путем определения минимального и максимального ограничения амплитуды. В идеале такая обработка удерживает сигнал между двух пороговых значений: верхней границей или потолком; и нижней границей или полом. Амплитудам парциальных тонов не разрешается превышать верхнее пороговое значение или падать ниже нижнего порогового значения боль 31 ше, чем на определенный период. Эти пороговые значения являются частотно-зависимыми,как показано на фиг. 9 А. Для предотвращения регулировки парциальных тонов, которые просто представляют собой шумы низкого уровня,должен быть установлен уровень шума. Уровень шума действует как общий нижний предел для выделения и может быть установлен вручную или с помощью процедуры анализа. Каждый поступающий парциальный тон может сравниваться с двумя кривыми порога, затем может регулироваться по направлению вверх (с усилением энергии), вниз (с уменьшением энергии) или не изменяться вообще. Поскольку любые усиления или ослабления выполняются по отношению к общей амплитуде сигнала в частотном диапазоне парциального тона, кривые порога также изменяются, в зависимости от общей энергии сигнала в любой данный момент времени. Величина регулировки изменяется в соответствии с уровнем парциального тона. Как описано выше, регулировка производится на основании функции масштабирования. Регулировка затем изменяется в зависимости от величины энергии, на которую парциальный тон,регулировка которого производится, превышает пороговое значение, или на которую он ниже порога. Во втором способе порога и регулировки парциальный тон сравнивается с "конкурирующими" парциальными тонами в частотном диапазоне, окружающем парциальный тон, регулировка которого производится в течение периода времени существования парциального тона. Этот частотный диапазон имеет несколько свойств. Они представлены на фиг. 9D: 1) ширина полосы может быть модифицирована в соответствии с требуемыми результатами; 2) кривая порога по форме и область регулировки представляют собой непрерывную кривую, и она является сглаженной для соответствия "линейным" частям общей кривой. Линейная часть кривой представляет частоты за пределами области сравнения и регулировки для этого парциального тона. Однако общее "смещение" линейной части кривой зависит от общей энергии сигнала. При этом можно видеть общий сдвиг в смещении порога, но регулировка конкретного парциального тона может не изменяться, поскольку его регулировка зависит от парциальных тонов, находящихся в его собственном диапазоне частот. Верхний порог в частотном диапазоне сравнения повышается при наличии конкурирующих парциальных тонов. Функция масштабирования для регулировки парциального тона выше линий порога также сдвигается или повторно сопоставляется. Нижний порог в сравниваемом частотном диапазоне также понижается при наличии конкурирующих парциальных тонов. И снова функция масштабирования для регулировки парциального тона также смещается или повторно сопоставляется; 3) ко 002990 32 гда парциальный тон превышает пороговое значение или падает ниже него, его регулировка зависит от того, насколько амплитуда превышает порог или расположена ниже порога. Величина этой регулировки представляет собой непрерывный параметр, который также смещен,благодаря энергии конкурирующих парциальных тонов, окружающих парциальный тон, отслеживание которого производится. Например,если парциальный тон просто превышает верхнее пороговое значение, он может быть отрегулирован по амплитуде вниз, например, только на 5%. В более экстремальном случае можно видеть, что парциальный тон регулируется на 25% по амплитуде, когда он превышает верхнее пороговое значение на большую величину. Однако, если общая энергия сигнала будет другой,эта величина регулировки будет смещена на некоторое процентное значение по отношению к общему сдвигу смещения порога; 4) уровень шума должен быть установлен для предотвращения регулировки парциальных тонов, которые в действительности представляют собой шумы низкого уровня. Этот уровень шума воздействует как общая нижняя граница для анализа выделения и может быть установлен вручную или с помощью процедуры анализа. В третьем способе порога и регулировки используются такие же способы регулировки,но сравнение выполняется по отношению к одиночному фиксированному порогу. На фиг. 9 с изображен пример такого порога. Когда парциальный тон превышает пороговое значение или падает ниже него, его регулировка зависит от того, насколько амплитуда превышает порог или падает ниже порога. Величина регулировки представляет собой непрерывный параметр,который также смещается или производится его повторное соответствие по энергии и в парциальных тонах. И снова должен быть установлен уровень шума для предотвращения регулировки парциальных тонов, которые в действительности представляют собой всего лишь шумы низкого уровня так же, как указано в предыдущих способах. Во всех способах порога и регулировки пороговые значения (одиночный порог или отдельные верхний и нижний пороги) могут не быть плоскими, поскольку характеристики самого человеческого уха не являются плоскими. Ухо не распознает амплитуду по равномерной или линейной характеристике в пределах диапазона слышимости. Поскольку отклик нашего слуха является частотно-зависимым (некоторые частоты воспринимаются как имеющие большую энергию, чем другие), регулировка энергии в соответствии с настоящим изобретением также является частотно-зависимой. Путем интерполяции величины регулировки между максимальной и минимальной регулировкой амплитуды, может быть достигнута более непрерывная и последовательная регули 33 ровка. Например, парциальный тон с амплитудой, близкой к максимальному уровню (вблизи к уровню ограничения сигнала), будет регулироваться по энергии вниз в большей степени,чем парциальный тон, амплитуда которого всего лишь превышает пороговое значение регулировки вниз. Пороги по времени устанавливаются так, чтобы конкурирующие парциальные тона в заданном диапазоне частоты имели определенные границы. Кривые порога и кривые регулировки могут представлять собой комбинацию требуемых пользователем определений и эмпирических кривых восприятия, основанных на характеристиках слуха человека. На фиг. 9 А представлен образец кривой порога и на фиг. 9 В представлена соответствующая кривая регулировки образца для способа 1 порога и регулировки. Пороги зависят от общей энергии сигнала (например, более низкое значение общей энергии будет иметь более низкие пороги). Когда амплитуда входного парциального тона превышает кривую порога верхней энергии или потолок по фиг. 9 А, этот парциальный тон ослабляется (регулируется вниз) по энергии на величину, определяемую соответствующей кривой регулировки для частоты, представленной на фиг. 9 В. Аналогично, когда амплитуда парциального тона падает ниже нижней кривой порога энергии или пола, ее энергия усиливается (регулируется вверх) также на величину, определяемую соответствующей функцией регулировки для этой частоты. Увеличение и/или уменьшение амплитуды может выполняться на определенную заранее заданную величину. Функции регулировки, изображенные на фиг. 9 В, определяют величину максимальной регулировки, выполняемой в отношении данной частоты. Для предотвращения ввода искажений в амплитуду парциального тона величина регулировки производится постепенно по времени так, что обеспечивается гладкий переход до максимальной величины регулировки. Переход может определяться с помощью произвольной функции и может представлять собой простую линейную функцию. Без постепенного перехода форма сигнала может регулироваться слишком быстро или создавать разрывы, в результате которых будут получаться нежелательные и/или неподходящие искажения регулируемого сигнала. Аналогично постепенный переход также применяется при регулировке парциального тона вверх. На фиг. 9 С представлен пример, который относится ко второму способу порога и регулировки. По мере длительности звучания сигнала его гармоники/парциальные тона могут быть достаточно постоянными по амплитуде или они могут изменяться, иногда существенно, по амплитуде. Эти аспекты являются частотнозависимыми и зависимыми от времени, при 34 этом характеристики амплитуды и затухания определенных гармоник ведут себя не так, как у конкурирующих парциальных тонов. Кроме вышеописанных порогов, предназначенных для управления максимальной и минимальной амплитудой гармоник (либо в виде отдельных гармоник, либо в виде групп гармоник), существуют также пороги, зависимые от времени, которые могут быть установлены пользователем. Они должны учитываться в настоящем изобретении для использования их при обработке парциальных тонов. Пороги, основанные на времени, устанавливают начальное время, продолжительность и время окончания определенной регулировки так, чтобы пороги по амплитуде учитывались в течение периода времени, определенного пользователем для использования настоящего изобретения. Если порог амплитуды, например,превышается, но его превышение не сохраняется в течение времени, определенного пользователем, регулировка амплитуды не выполняется. Например, сигнал, падающий ниже минимального порога, либо (1) однажды понижался до уровня порога и затем упал ниже него; либо (2) никогда в начале не снижался до него, также не подвергается регулировке. Такие различия распознаются программным обеспечением при регулировке сигналов и имеется возможность регулировки пользователем. Интерполяция В общем случае интерполяция представляет собой способ оценки или вычисления неизвестной величины, расположенной между двумя заданными величинами на основании взаимозависимости между заданными величинами и известными переменными. В настоящем изобретении интерполяция применяется к настройке гармоник, настройке и синтезу гармоник, преобразованию парциальных тонов и преобразованию гармоник. Она относится к способу, с помощью которого пользователь может настраивать в определенные моменты времени структуру гармоник нот, озвучиваемых с помощью инструмента или человеческого голоса. Сдвиг в структуре всех гармоник вдоль музыкального диапазона из одной из настраиваемых пользователем точек в другую выполняется в соответствии с настоящим изобретением в соответствии с любой из нескольких кривых или контуров функции интерполяции, предписанных пользователем. При этом изменение содержания гармоник воспроизводимых нот управляется непрерывным образом. Звук голоса или музыкального инструмента может изменяться как функция регистра. Изза различной желательности звуков в различных регистрах для певцов или музыкантов может оказаться желательным сохранять характер или тембр одного регистра при озвучивании нот в отличающемся регистре. В соответствии с настоящим изобретением, интерполяция не только 35 позволяет им выполнять это, но также позволяет осуществлять управляемую автоматическую настройку структур гармоник всех нот вдоль музыкального спектра от одной настраиваемой пользователем точки до другой. Предположим, что пользователь желает выделить 3-ю гармонику ноты верхнего регистра, вместо выделения 10-й гармоники среднего регистра. Как только пользователь установит требуемые параметры в соответствии с настоящим изобретением, производится автоматическое смещение в гармонической структуре нот между этими точками, причем характер преобразования управляется пользователем. Попросту говоря, пользователь устанавливает гармоники в определенных точках, и интерполяция автоматически настраивает все находящееся между этими "установленными точками". Более конкретно, она выполняет две вещи:во-первых, пользователь может настраивать структуру гармоник ноты (или группы нот в пределах выбранного диапазона) голоса или инструмента в различных точках в пределах диапазона этого голоса или инструмента; при этом пользователь может корректировать воспринимаемые недостатки звука или настраивать звук так, что будут получаться специальные эффекты, или будет производиться выделение гармоник, которые считаются желательными,или будет уменьшаться громкость звучания, или будут удаляться гармоники, которые рассматриваться нежелательными, или выполняется другая функция, требуемая в данном случае;во-вторых, после того, как пользователь настроит звуки этих выбранных нот или регистров, в соответствии с настоящим изобретением производится смещение или преобразование структуры гармоник всех нот и всех воспринимаемых гармоник вдоль музыкального спектра между установленными точками, в соответствии с формулой, предварительно выбранной пользователем. Функция интерполяции (то есть характер или кривая сдвига от гармонической структуры одной установленной точки к другой) может быть линейной или логарифмической, или может представлять собой другой контур, выбранный пользователем. На шкале частот может быть отмечено расположение различных нот, гармоник, парциальных тонов или других сигналов. Например,на шкале может быть нанесено положение частот, смещенных на октаву. Способ, в соответствии с настоящим изобретением, с помощью которого производится настройка всех структур гармоник между установленными пользователем точками, может быть выбран пользователем. Имитация натуральных гармоник Хорошей моделью частот гармоник является функция fn = n x f1 x Slog2n, поскольку она 36 может быть установлена так, что она будет аппроксимировать натуральный "подъем" на полтона в широких резонансных полосах. Например, 10-я гармоника частоты f1 = 185 Гц находится на частоте 1862,3 Гц, а не на частоте 1850 Гц, которая получается при перемножении 10 х 185. Что более важно, она является моделью,которая имитирует консонансные гармоники,например гармонику 1 с гармоникой 2, 2 с 4, 3 с 4, 4 с 5, 4 с 8, 6 с 8, 8 с 10, 9 с 12 и т.д. При использовании ее для генерации гармоник эти гармоники будут усиливаться и звучать громче,чем натуральные гармоники. Она также может использоваться для регулировки и синтеза гармоник и натуральных гармоник. Эта функция или модель представляет собой хороший способ поиска близко соответствующих гармоник, которые генерируются инструментами, в которых"повышается" тональность верхних гармоник. С помощью этого способа функция растяжения может использоваться при имитации натуральных гармоник ИНГ (INH). Функция fn = f1 x n x Slog2n используется для моделирования гармоник, тональность которых прогрессивно повышается по мере увеличения n. S представляет собой постоянную повышения тональности, которая обычно устанавливается между 1 и 1,003, и n представляет собой положительное целое число 1, 2, 3, , Т, где Т обычно равно 17. С помощью этой функции величина S определяет степень повышения тональности. Гармоники, которые моделируются с ее помощью, являются консонантными таким же образом, как и гармоники, являются консонантными, когда fn = n x f1. То есть, если fn иfn/fm = f2n/f2m = f3n/f3m = = fkn/fkm Существует множество способов, которые могут использоваться для определения частоты основного тона и частот гармоник, такие как способ быстрого поиска основного тона или точное определение местоположения частот с помощью банка фильтров или технологии автокорреляции. Необходимая степень точности и скорость при определенной работе задаются пользователем, который помогает выбрать соответствующий алгоритм поиска частоты. Отделение гармоник для воздействия на них Дополнительное использование настоящего изобретения и его способов позволяет выполнить уникальные манипуляции со звуком и позволяет применять настоящее изобретение в других областях обработки звука. Гармоники,представляющие интерес, выбираются пользователем и затем отделяются от первоначальных данных с использованием вышеуказанных переменных цифровых фильтров. Для фильтрации, используемой для отделения сигнала, могут использоваться любые способы, но особенно применимыми являются цифровые фильтры, 37 коэффициенты которых могут пересчитываться на основании вводимых данных. Выделенная гармоника (гармоники) затем подается в другие блоки обработки сигналов(например, блоки придания эффектов звучанию инструмента таких, как реверберация, хор, расширение и т.д.) и, наконец, подмешивается обратно в оригинальный сигнал с использованием выбранного пользователем способа смешения или пропорции. Воплощение Один вариант воплощения включает источник 22 аудиосигналов, подключенный к системе главной вычислительной машины, такой как настольный персональный компьютер 24,который имеет несколько дополнительных карт,установленных в систему для выполнения дополнительных функций. Источник 32 может представлять собой источник прямой трансляции звука или быть в виде записанного файла. Эти карты включают карту 26 аналогоцифрового преобразования и карту 28 цифроаналогового преобразования, а также дополнительную карту цифровой обработки сигналов,которая используется для выполнения математических операций и операций фильтрования с высокой скоростью. Система главного компьютера управляет большинством операций интерфейса пользователя. Однако обычный процессор персонального компьютера может выполнять все математические операции самостоятельно, без установленной карты цифровой обработки сигналов. Поступающий аудиосигнал подается в блок аналогово-цифрового преобразования, который преобразует электронный звуковой сигнал в цифровую форму. В типичных прикладных программах аналого-цифровое преобразование может выполняться с использованием от 20- до 24-битного преобразователя и работает с частотой выборки 48 - 96 кГц [и возможно с более высокой частотой]. Персональные компьютеры обычно имеют 16-битовые преобразователи, которые поддерживают частоту выборки от 8 до 44,1 кГц. Это может быть достаточным для некоторых вариантов применения. Однако большие размеры слова, например 20 бит, 24 бита, 32 бита, обеспечивают лучшие результаты. Более высокие частоты выборки также улучшают качество преобразованного сигнала. Цифровое преобразование представляет собой длинный поток чисел, которые затем записываются на жесткий диск 30. Жесткий диск может представлять собой либо отдельный привод жесткого диска, такой как высокопроизводительный съемный носитель типа диска, или может представлять собой тот же диск, на котором записаны другие данные или программы для компьютера. Для улучшения функционирования и обеспечения гибкости, выбирается диск съемного типа. 38 После того, как оцифрованные звуковые данные будут записаны на диск 30, выбирается программа для выполнения требуемых манипуляций с сигналом. Эта программа может в действительности содержать ряд программ, которые выполняют определенную задачу. Алгоритм обработки считывает компьютерные данные с диска узла 32 обработки сигнала в виде блоков переменного размера и записывает их в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) в соответствии с алгоритмом обработки. Обработанные данные записываются обратно на диск 30 компьютера после выполнения обработки. В настоящем изобретении процесс считывания с диска и записи на него может выполняться итеративно и/или рекурсивно так, что считывание и запись могут быть взаимно смешаны и секции данных могут много раз считываться и записываться. Обработка в режиме реального времени аудиосигналов часто требует,чтобы обращение к диску и запись цифровых аудиосигналов были минимизированы, поскольку они вводят задержки в систему. Используя только ОЗУ или, используя память типа кэш, можно улучшить функциональные характеристики системы до величины, когда определенная обработка может быть выполнена в режиме реального времени или в режиме квазиреального времени. Реальное время означает, что обработка происходит с такой скоростью, что результаты получаются с незначительной или с незаметной задержкой для пользователя. В зависимости от типа обработки и предпочтений пользователя обрабатываемые данные могут перезаписываться или смешиваться с оригинальными данными. Они также все вместе могут быть или могут не быть записаны в новый файл. После выполнения обработки данные считываются с диска 30 компьютера или запоминающего устройства еще раз для прослушивания или для дополнительной внешней обработки в блоке 34. Оцифрованные данные считываются с диска 30 и записываются в блок 28 цифроаналогового преобразования, который преобразует оцифрованные данные обратно в аналоговый сигнал для использования за пределами компьютера в блоке 34. В качестве альтернативы оцифрованные данные могут быть записаны на внешние устройства непосредственно в цифровой форме с использованием различных средств (таких, как форматы цифрового аудиоинтерфейса AES/EBU или SPDIF или в альтернативных формах). Внешние устройства включают системы записи, устройства монтажа, блок обработки звука, блоки широковещательной передачи, компьютеры и т.д. Обработка происходит с такой скоростью,что результаты получаются с незначительной или с незаметной задержкой для пользователя. В зависимости от типа обработки и предпочтений пользователя, обработанные данные могут 39 быть записаны поверх или могут быть смешаны с оригинальными данными. Они также все вместе могут быть или могут не быть записаны в новом файле. После завершения обработки данные считываются с компьютерного диска 30 или запоминающего устройства еще раз для прослушивания их или дополнительной внешней обработки в блоке 34. Оцифрованные данные считываются с диска 30 и записываются в блок 28 цифроаналогового преобразования, который преобразует оцифрованные данные обратно в аналоговый сигнал для использования их за пределами компьютера. В качестве альтернативы оцифрованные данные могут быть записаны на внешнее устройство непосредственно в цифровой форме с использованием различных средств (таких, как цифровые форматы аудиоинтерфейса AES/EBU или SPDIF или в альтернативных формах). Внешние устройства включают системы записи, устройства монтажа, блоки обработки звука, блоки широковещательной передачи, компьютеры и т.д. Способы быстрого поиска основного тона В вариантах воплощения, описанных здесь, также может использоваться такая технология, как способ быстрого поиска основного тона. В этой технологии способа быстрого поиска используются алгоритмы для определения частоты основного тона аудиосигнала из взаимозависимости гармоник высших гармоник с очень большой скоростью так, что последующие алгоритмы, которые требуются для выполнения их функций в режиме реального времени,могут выполнять свою функцию без заметной(или с несущественной) задержкой. И с такой же скоростью алгоритм быстрого поиска основного тона может определять порядковые номера определяемых частот высших гармоник и частоты и порядковые номера высших гармоник, которые еще не были обнаружены, и он может выполнять это без знания или определения частоты основного тона. Способ включает выбор набора, по меньшей мере, из двух частот-кандидатов в сигнале. Затем определяется, формируют ли члены набора из частот кандидатов группу разрешенных частот гармоник, имеющих гармоническую взаимосвязь. Он определяет порядковый номер каждой частоты гармоники. И, наконец, частота основной гармоники определяется по разрешенным частотам. В одном из алгоритмов способа взаимозависимость между и среди определенных парциальных тонов сравнивается со сравнимыми взаимозависимостями, которые будут превалировать, если все члены будут представлять собой разрешенные частоты гармоник. Эти сравниваемые взаимозависимости включают отношения частот, разности частот, отношения этих разностей и уникальные взаимозависимости,которые получаются в результате того факта, 002990 40 что частоты гармоник моделируются с помощью функции целочисленной переменной. Частоты-кандидаты также отсеиваются с использованием нижнего и верхнего пределов частот основных тонов и/или частот высших гармоник,которые могут генерироваться с помощью источника сигнала. В алгоритме используются взаимозависимости между и среди высших гармоник, условия, которые ограничивают варианты выбора,взаимозависимости, которые высшие гармоники имеют по отношению к основному тону, и диапазон возможных частот основного тона. Еслиfn представляет собой частоту n-ой гармоники,f1 представляет собой частоту основного тона иn представляет собой положительное целое число, примеры взаимозависимости между частотами парциальных тонов и среди них, которые должны преобладать, если они представляют собой частоты разрешенных гармоник, которые происходят от одного и того же основного тона,представляют собойa) отношение частот кандидатов fн, fм, fL должны быть приблизительно равны отношениям, полученным путем замены их порядковых номеров RH, RM, RL в модели гармоник, т.е,fHfMG (RH)G (RM) и fMfLG(RM)G (RL),b) отношения разностей между частотами кандидатами должны быть согласующимися с отношениями разностей моделируемых частот,то есть,(RH - RM)(RM - RL)[С (RH) - G (RM)][G (RM)G (RL)],c) парциальные тона RH, RM, RL частоты кандидата должны быть в диапазоне частот,которые могут воспроизводиться источником звука или инструментом,d) номера RH, RM, RL порядка гармоник не должны предполагать частоту основного тона,которая расположена ниже или выше диапазона частот основного тона, которые могут генерироваться источником звука или инструментом,е) при сопоставлении отношений целочисленной переменной для получения возможных троек порядковых номеров, целое число RM в отношении целых чисел RH/RM должно быть,например, таким же, как и целое число RM в отношении целых чисел RM/RL. Эта взаимозависимость используется для соединения пар RH,RM и RM, RL порядковых чисел в возможные тройки RH, RM, RL. В другом алгоритме используется модель"логарифмической линейки" для быстрой идентификации наборов измеренных частот парциальных тонов, которые находятся в гармонической взаимозависимости и порядковых номеров каждой из частот основного тона, из которого они происходят. В этом способе используется шкала, по которой величины множителей гармоник маркируются в соответствии с величина 41 ми G(n) в уравнении fn = f1 x G(n). Каждый отмеченный множитель помечается соответствующей величиной n. Частоты измеренных парциальных тонов отмечаются на аналогичной шкале и шкалы затем сравниваются по изменению их взаимных положений для изоляции наборов парциальных частот, которые соответствуют наборам множителей. Порядковые номера могут считываться непосредственно со шкалы множителя. Они представляют собой соответствующие величины n. Порядковые номера и частоты затем используются для определения того, какие наборы представляют собой разрешенные гармоники, и соответствующая частота основной гармоники также может считываться непосредственно со шкалы множителя. Полное описание упомянутых выше алгоритмов и других связанных с ними алгоритмов приведено в заявке РСТ/US 99/25294 "Способ быстрого поиска основного тона", WO 00/26896,11 мая 2000 г. ("Fast Find Fundamental Method"WO 00/26896, 11 May 2000). Другие варианты воплощения Потенциальные взаимозависимости различных систем и способов, предназначенных для модификации сигналов сложной формы в соответствии с принципами настоящего изобретения, представлены на фиг. 11. Входные сигналы поступают в звуковой файл в виде сигналов сложной формы. Эта информация затем может передаваться в способ или в схему быстрого поиска основного тона. Она может использоваться для быстрого определения частоты основной гармоники сигнала сложной формы или в качестве предшественника для подачи информации в дальнейшую настройку и/или синтез гармоник. Регулировка и/или синтез гармоник основывается на модифицирующих устройствах,которые настраиваются по отношению к амплитуде и частоте. В автономном режиме синтез/настройка гармоник получает входной сигнал непосредственно из звукового файла. Выходной сигнал может представлять собой выходной сигнал непосредственно после настройки и синтеза гармоник. В качестве альтернативы, сигнал настройки и синтеза гармоник, полученный с помощью комбинации с любых из способов, описанных здесь, может использоваться в качестве выходного сигнала. Воздействие на гармоники и парциальные тона на основе перемещающихся целей также может принимать входной сигнал в автономном режиме непосредственно со входа звукового файла сигнала сложной форм или в качестве выхода из настройки и/или синтеза гармоник. Этот способ формирует выходной сигнал, который либо выходит за пределы системы, либо используется в качестве входа для преобразования гармоник. Преобразование гармоник осно 002990 42 вано также на перемещающейся цели и включает целевые файлы, интерполяцию и имитацию натуральных гармоник. Настоящее изобретение было описано таким образом, что его описание представляет собой иллюстрацию предмета изобретения. Описание предназначено для описания настоящего изобретения и не представляет собой какое-либо ограничение. В отношении способов,описанных выше, возможны различные модификации, комбинации и вариации. Следует поэтому понимать, что настоящее изобретение может выполняться по-другому, чем конкретно описано здесь. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ модификации амплитуд гармоник спектра определенного тона в сигнале сложной формы, содержащий привязку функции (14, 14'), модифицирующей амплитуду, к каждый гармонике спектра определенного тона, разделенного по порядку гармоник, где частота каждой функции, модифицирующей амплитуду, постоянно устанавливается (16) на частоту, соответствующую порядку гармоники, по мере того, как частоты спектра определенного тона, содержащего выбранные гармоники, изменяются с течением времени. 2. Способ по п.1, в котором функции (14,14') модификации амплитуды настраивают по отношению, по меньшей мере, к одной частоте и амплитуде. 3. Способ по п.1, включающий назначение порядка гармоники к каждой функции (14) модифицирования амплитуды и установку (16) частоты функции, модифицирующей амплитуду, на частоту гармоники этого порядка по мере изменения частоты гармоники. 4. Способ по п.3, включающий назначение(16) изменения амплитуды каждой функции,модифицирующей амплитуду. 5. Способ по п.1, в котором функции (14'),модифицирующие амплитуду, устанавливают на фиксированные частоты, функцию, модифицирующую амплитуду, привязывают к выбранной гармонике, когда частота функции, усиливающей амплитуду, и частота гармоники соответствуют друг другу, и производят регулировку модификации амплитуды функции, модифицирующей амплитуду, как функции выбранного порядка гармоники. 6. Способ по п.1, включающий использование способов быстрого поиска основного тона(12) для определения порядков частот гармоник спектра определенного тона. 7. Способ по п.1, включающий определение (12) того, какие парциальные тона являются гармониками спектра тона и порядков их гармоник с использованием способов быстрого поиска основного тона. 43 8. Способ по п.1, в котором функция (14,14'), модифицирующая амплитуду, изменяется по частоте и амплитуде с течением времени. 9. Способ по п.1, в котором функция (14,14'), модифицирующая амплитуду, включает настройку амплитуды выбранных порядков гармоник на заранее определенную величину. 10. Способ по п.1, включающий сравнение(16) амплитуды первой выбранной гармоники с амплитудой второй выбранной гармоники в одном спектре тона и настройку амплитуды первой выбранной гармоники по отношению к амплитуде второй выбранной гармоники на основе сравнения и порядка гармоники. 11. Способ по п.1, включающий использование функции (14, 14'), модифицирующей амплитуду, для синтеза (16) гармоник выбранных порядков и сложения частот синтезированных гармоник с сигналом. 12. Способ по п.11, в котором гармоники синтезируют с использованием функции моделирования n x S log2n, где S представляет собой постоянное число, больше 1, и n представляет собой порядок гармоники. 13. Способ по п.1, включающий использование функции (14), модифицирующей амплитуду, для синтеза выбранных негармонических составляющих и сложения синтезированных негармонических составляющих с сигналом. 14. Способ по п.1, в котором функция (14,14'), модифицирующая амплитуду, включает модификацию определенных парциальных тонов сигнала сложной формы по частоте, амплитуде и расположению по времени, а также по порядку гармоники для того, чтобы сигнал походил на сигнал сложной формы второго источника. 15. Способ по п.1, в котором функция (14,14'), модифицирующая амплитуду, включает синтез выбранных парциальных тонов сложного сигнала по частоте, амплитуде и положению, по времени и по гармоникам для того, чтобы сигнал походил на сложный сигнал второго источника. 16. Способ по п.1, включающий установку двух или большего количества параметров на основе частоты, выбор функции интерполяции и настройку (14, 14') амплитуд гармоник на основе параметра, основанного на частоте и функции интерполяции. 17. Способ по п.1, включающий определение (16, 24) порога динамической энергии как функции частоты по определенной энергии парциальных тонов; установку (16, 24) порога уровня шума как функции частоты; постоянное определение (16, 24) с помощью функции масштабирования модификации амплитуды для каждого парциального тона по отношению к порогам; 44 приложение (14', 24) определенных модификаций к парциальным тонам с функциями,модифицирующими амплитуду. 18. Способ модификации амплитуд парциальных тонов в сигнале сложной формы, содержащий определение (16, 24) порога динамической энергии как функции частоты по обнаруженной энергии парциальных тонов; установку (16, 24) порога уровня шума как функции энергии; постоянное определение (16, 24) с помощью вычисления функции масштабирования модификации амплитуды для каждого парциального тона по отношению к пороговому значению и приложение (14', 24) определенной модификации к парциальным тонам с функцией, модифицирующей амплитуду. 19. Способ по пп.17 и 18, в котором (16,24) установку порога уровня шума в функции от частоты выполняют непрерывно. 20. Способ по п.19, в котором порог уровня шума устанавливают (16, 24) как функцию времени. 21. Способ по пп.1, 17 и 18, в котором функции (14', 24), модифицирующие амплитуду,обрабатывают с использованием математических моделей, алгоритмов или функций. 22. Способ по пп.17 и 18, в котором модификацию амплитуды парциальных тонов изменяют (16, 24) с частотой парциального тона по мере того, как частота парциального тона изменяется с течением времени. 23. Способ по пп.17 и 18, в котором частоту каждой функции (14, 24), модифицирующей амплитуду, непрерывно устанавливают на частоту, соответствующую частоте парциального тона по мере того, как частота парциального тона изменяется во времени. 24. Способ по пп.17 и 18, в котором динамический порог энергии определяют (16, 24) по определенной энергии соседних парциальных тонов. 25. Способ по пп.17 и 18, в котором динамический порог энергии определяют (16, 24) по энергии определенных парциальных тонов и частоте в течение определенного периода времени. 26. Способ по пп.17 и 18, в котором динамический порог энергии определяют (16, 24) как среднее значение определенной энергии всех парциальных тонов. 27. Способ по пп.17 и 18, в котором динамический порог энергии определяют (16, 24) для каждого парциального тона из энергии парциального тона в пределах полосы частот этого парциального тона в течение определенного периода времени. 28. Способ по пп.17 и 18, в котором модификацию амплитуды парциального тона определяют (16, 24) по этой амплитуде парциального 45 тона по времени и по ее взаимосвязи с пороговыми значениями в течение этого периода времени. 29. Способ по пп.17 и 18, в котором парциальный тон, энергия которого находится выше динамического порога энергии, настраивают(14', 24) с использованием функции масштабирования. 30. Способ по пп.17 и 18, в котором парциальный тон, энергия которого находится ниже динамического порога энергии, настраивают(14', 24) с использованием функции масштабирования. 31. Способ по пп.17 и 18, включающий определение (16, 24) второго динамического порога энергии как функции частоты по определенной энергии парциальных тонов. 32. Способ по пп. 17 и 18, включающий установку (16, 24) максимального порога ограничения. 33. Способ по пп.17 и 18, в котором функции масштабирования масштабируют (16, 24),когда изменяются уровни порогов. 34. Способ по пп.17 и 18, в котором амплитуды парциальных тонов, имеющих амплитуду, меньшую чем пороговый уровень шума,не подвергают регулировке. 35. Способ по пп.17 и 18, в котором проверяют соответствие значения энергии парциальных тонов пороговым значениям амплитуды для установленной длительности времени перед тем, как парциальные тона будут настраиваться по амплитуде. 36. Способ по п.35, в котором продолжительность (16, 24) времени изменяется. 37. Способ по п.18, включающий модификацию амплитуд гармоник спектра определен 002990 46 ного тона в сложном сигнале путем приложения функции (14, 14'), модифицирующей амплитуду,к каждой гармонике, выбираемой по порядку гармоники, где частота каждой функции (14,14'), модифицирующей амплитуду, постоянно устанавливается на частоту, соответствующую порядку гармоники по мере того, как частота спектра определенного тона, содержащего выбранные гармоники, изменяется с течением времени. 38. Способ по пп.1, 17 и 18, в котором функция (14', 24), модифицирующая амплитуду парциального тона, осуществляет операцию с использованием настраиваемых способов цифровой фильтрации частоты и амплитуды. 39. Способ по пп.1, 17 и 18, в котором функция (14', 24), модифицирующая амплитуду парциального тона, осуществляет операцию с использованием способов обработки фильтров переменной амплитуды с фиксированной частотой. 40. Способ по любому из пп.1-39, включающий запись способа в виде набора инструкций в процессоре (16, 32) цифрового сигнала. 41. Способ по п.40, включающий передачу спектра определенного тона через буфер (24) задержки. 42. Способ по п.40, включающий первоначальное пропускание сигнала сложной формы через аналого-цифровой преобразователь (26). 43. Способ по любому из пп.1-39, включающий запись (16, 30) сигнала сложной формы и определение изменения во времени спектров тонов и частот его гармоник, амплитуд, а также порядков гармоник.

МПК / Метки

МПК: G10H 1/06

Метки: гармонического, формы, сложной, модификации, способ, сигнала, содержания

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/26-2990-sposob-modifikacii-garmonicheskogo-soderzhaniya-signala-slozhnojj-formy.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ модификации гармонического содержания сигнала сложной формы</a>

Похожие патенты