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研究生:林保成
研究生(外文):Pao Cheng Lin
論文名稱:以數位訊號處理(DSP)之方法達成不同樂器之音質與音量演奏補償
論文名稱(外文):It use a method of Digital Signal Process,It make up for the music’squality and music’s volume
指導教授:翁琳松翁琳松引用關係
指導教授(外文):Lin Song Weng
學位類別:碩士
校院名稱:明新科技大學
系所名稱:電子工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:133
中文關鍵詞:數位訊號處理器 (DSP)多頻帶濾波器 (MBPF)有限脈衝響應濾波器(FIR)漢明窗 (HW)
外文關鍵詞:Digital Signal Processor (DSP)Miti-Band Pass Filter (MBPF)Finite Impulse Response Filter (FIR)Hamming Window (HW)
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利用數位信號處理之方法,將一特定之音樂演奏曲,給予以數位濾波分析,然後再依據其分析之結果,檢討該演奏曲內之某一特定之樂器的演奏情況,並依該樂器之演奏所產生之音質與音量,以數位信號處理之方式做頻譜之改善後,將其所改善後之結果,重新搭配該演奏曲,使能提供給該演奏曲做樂器之音質與音量之補償。
本研究由於演奏樂曲須被輸入到電腦來做分析,所以系統須要有一個硬體介面來做輸入與輸出信號之轉換,因此採用了德州儀器的 TMS320C5510數位訊號處理器(Digital Signal Processor,DSP)來做為輸入音樂與演奏訊號輸出之介面,至於演奏樂曲資料當其訊號經過此介面時,系統將輸入信號預先做了一些基本的濾波,此濾波為一DSP數位之濾波如低通濾波器、帶通濾波器、高通濾波器等多頻帶之濾波 (Miti-band pass)之選擇,此皆為本研究依研究實驗後所做之選擇,當所有之信號進入DSK模擬板後,數位濾波器就可以把要的訊號留下來,被選擇後之訊號經過量化轉換成256等分之PCM信號,存入記憶體中。此被存入記憶體中之信號,後再經本研究之實驗與實做各種數位濾波處理後,再將其數位信號之振幅,依使用者之實際聽覺,由使用者透過電腦鍵盤輸入其控制訊號的振幅來放大其倍率,使經過FIR(Finite Impulse Response Filter)的有限脈衝響應濾波器來消除噪音與提供頻譜修正。至於最後有關信號因數位濾波時所產生的吉比斯(Gibbs)問題,系統也透過漢明窗(Hamming)的軟體來修正,並使其過濾衰減到-50dB以下,最後系統再將其訊號送至DAC,經由DAC輸出後再經一類比低通濾波器,讓訊號變的連續後,就可輸出至揚聲器送入使用者之耳朵。
我們選取一音樂演奏會歌曲,透過電腦播放,音源訊號經由電腦連接訊號線至TMS320C5510 DSK模擬板,然後訊號經過DSK模擬板內的撰寫程式處理,我們選取了小提琴頻譜為例子,小提琴頻譜為200~400Hz及1~2KHz,訊號經過過濾及振幅放大後,訊號送至dsk模擬板後送出,再過揚聲器傳至耳朵,聽起來就像是樂器演奏會小提琴獨奏。
It used digital signal process of method , This experiment use the absolute music and analyzes the digital signal of the filter and gives the results , This experiment treated spectrum of the music’s quality and music’s volume , It selected the musical instruments , This experiment make up for the music’s quality and music’s volume final ,In this paper , This experiment used Texas instrument’s Digital Signal Processor ( TMS320C5510 DSK ) , The signals imported to DSK , The signals processed to digital filter , For instance , Low Pass filter , Band Pass filter , High Pass filter or Miti-band Pass filter ,It slelected the spectrum range ,The signals passed to Analog / Digital Controller ,The signals had been quantification , It passed Finite Impulse Response Filter ( FIR ) , Finite Impulse Response Filter eliminated noise and revised frequency ,Because it has a problem , That had Gibbs effect , This experiment used Hamming Window and revised Gibbs effect ,The signals had attenuation gain 50dB , The amplification has enhanced , The signals passed to Digital / Analog Controller ,It passed to Low Pass Filter , The Low Pass Filter can continuous of the signals , The signals can play music of the speaker , final .
The user selected a music ,The computer playing the music , The signals exported comtuter’s LINE OUT port and connect to TMS320C5510 DSK’s LINE IN port , The signals processed of a program , It selected Fiddle’s spectrum ,The fiddle’s spectrum is 200 ~ 400Hz and 1 ~ 2KHz , The signals processed Miti-band Pass Filter and amplification has enhanced ,The signals passed to TMS320C5510 DSK’s LINE OUT port , The signals can play music of the speaker ,The user listen to music ,It like to fiddle soloist .
中文摘要 ……………………………......……..………………………....……...i
英文摘要 .……………………………….........…….……………………...…….iii
誌謝 .…………………………………………….…….………………………….iv
目錄 .……………………………………………….……...……………………...v
表目錄 .……………………………………………….……….………………….viii
圖目錄 ………………………………………………………………………….......x
第一章緒論
1.1 研究背景 .………………………………………………...……….…...…..1
1.2 研究動機與目的 ..…………..…………………………..……...…..……...1
1.3 研究方法 ……..……………………………...……………...…………….. 1
1.4 論文組織架構 .……………..…………………………………..….……….2
第二章 以數位信號方法分析音樂演奏效果既有之成果………………………....3
第三章 以數位信號方法分析音樂演奏效果之研究方法與系統架構…………....6
3.1 DSP的優點…………………………………………………………...............6
3.2 DSK5510 硬體介紹…………………………………………………………..7
3.3 研究方法……………………………….........................................................8
3.4 研究流程架構……………………………….................................................8
第四章 系統硬體架構……………………………………………………………....10
4.1各類類此濾波器之射計與音波輸入之關係………………………………...10
4.2各種類比濾波器結構及種類…………………………………………….…..10
4.2.1 低通濾波器………………………………………………………….….10
4.2.2 帶通濾波器……………………………………………………………..12
4.2.3 高通濾波器……………………………………………………………..13
4.2.4 多頻帶濾波器………………………………………………………......15
4.3以德州儀器的TMS320C5510數位訊號處理器(Digital Signal Processor,DSP)模擬板McBSP完成音樂樂曲硬體輸入介面……………………………..………..15
4.3.1 德州儀器TMS320C5510的特色……………………..………………..15
4.3.2 德州儀器TMS320C5510 的McBSP基本結構………………………16
4.3.3 德州儀器TMS320C5510的McBSP資料傳輸路徑………………….19
4.3.4 德州儀器TMS320C5510的McBSP傳輸通道…………………….....20
4.3.5 系統整體硬體架構……………………………………………………..20
4.3.6 聲音壓縮的應用各數位濾波器之軟體設計…………………………..22
第五章 系統軟體之結構與實際程式寫作………………………………………....30
5.1 以各類數位濾波器之做聲音音樂之分析 ……………………………….30
5.1.1 音樂數位化基本步驟…………………………………………………..30
5.1.2 編碼位元與音質上的關係……………………………………………..31
5.1.3 聲音壓縮的應用………………………………………………………..32
5.1.4 聲音編碼基本特性……………………………………………………..33
5.1.5 聲音信號壓縮方式……………………………………………………..34
5.1.6 晶片的典型應用………………………………………………………..34
5.2 FIR(Finite Impulse Response Filter)的有限脈衝響應濾波器基本工作
原理與理論分析……………………………………………………………..36
5.2.1 FIR數位濾波器的設計………………………………………………...36
5.2.2 直接型FIR濾波器結構…………………………………………….….37
5.2.3 線性相位FIR濾波器結構…………………………………………..…37
5.2.4 頻幅響應………………………………………………………………..39
5..3 漢明窗(Hamming) 基本工作原理與理論分析及輸出的結果及影響…...40
5.3.1 吉比斯(Gibbs)現象……………………………………………………..40
5.3.2 漢明窗的功能…………………………………………………………..42
第六章 實驗過程及實現音質與音量補償之方法………………………………....44
6.1硬體實務……………………………………………………………………...44
6.2軟體重點……………………………………………………………………...45
6.3各種樂器音源的頻率範圍表………………………………………………...47
6.4 DSP數位濾波器的實現……………………………………………………..49
6.5濾波前與濾波後的語音訊號………………………………………………...49
6.6 FIR濾波器及漢明窗……………………………………………………..….51
6.7實驗結果………………………………………………………………….......52
第七章 結果與驗證………………………………………………………………....53
7.1 獨立之音波數位衰減與增益之提高……………………………………..53
7.1.1 接收音樂演奏電路………………………………………………….….53
7.1.2獨立之音波數位增益隨距離而衰減………………………………....56
7.2 合成音響理演奏時之衰減與增益分析…………………………………..…59
7.3 多音頻之同時演奏之衰減與增益提昇之結果………………………….….63
第八章 結論………………………………………………………………………..66
參考文獻…………………………………………………………………………... 67
符號彙編………………………………………………………………………..…..70
作者簡介………………………………………………………………………..…..71
附錄...…………………………………………………………………………..…...73
附1 實驗平台及接線圖……………………………………………………….….73
附2 McBSP暫存器說明……………………………………………………….....74
附3 McBSP串列阜的數據傳送與接收流程…………………………………….88
附4 TMS320C5510 模擬板軟體 Code Composer Studio
v2操作說明………………………………………………………………….89
附5 合成音響演奏時之衰減與增益分析(續)…..…………………………….97
附6 投稿論文證明…………………………….………………………………….110
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