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基于DSP的电吉他数字音效器设计.pdf

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http://www.paper.edu.cn 基于DSP的电吉他数字音效器设计 林志琦1，2；杨东鑫1；佟大鹏1 1.长春工业大学电气与电子工程学院长春130012， 2.长春理工大学光电工程院长春130022 EmailZhiQiLn@yahoo.com 摘要：本文、设计了DSP为核心处理器的数字音效处理系统，研究了数字失真类音效算法的建 模和实现。该系统包含延时、合唱、失真、布鲁斯、混响、均衡等17种音响效果。其中的失真 类音效包括Amplify、Dist、Metal、Overdrive，这些音效按照其特性可分为线性失真音效和非 线性失真音效，Amplify属于线性失真音效，Dist、Metal和Overdrive音效则属于非线性失真 音效。本文以TI公司的TMS320VC5402为核心处理器实现数字音效处理系统的设计方案。然后， 从硬件设计方面着手进行了具体的系统设计，本文对于Amplify音效，介绍了采用基于自应滤波 器的系统辨识的方法建立线性失真音效的数学模型的过程。在软件设计中，具体介绍了音频信号 的延时、混响、压缩、均衡、失真等效果的设计处理及单片机的显示键盘控制部分。 关键词：效果器；数字信号处理；Amplify音效 中图分类号：TN3-05 一基于DSP数字音效的优点 所谓效果器[14]，顾名思义，给音色施加effect(效果、影响)，不仅是电吉他，许多乐器、 合唱等都使用它，当您听到的音乐，基本上都上经过加工而制成的。而不经过加工的音乐 （no,effector）就给人一种美中不足的感觉。可以说效果器在音乐的构成中，已经是必不可少 的了。吉他演奏如果只能弹奏的话，是不能称为合格的。弹奏曲子、乐句时，必须能迅速定出与 弹奏本人的个性相适合的音色来。如果音色、音量错了，好好的乐句就成了毫无意义的东西，又 [1] 破坏了它的协调性。 基于DSP数字音效处理系统较之模拟音效处理系统具有高度集成、设计灵活方便、可靠性高、 可编程控制等优点，目前广泛的应用在电子乐器、高级组合音响、数字音频工作站等领域。基于 DSP的数字音效处理系统与模拟音效处理系统的具体比较如下表1。 目前国内的效果器市场多被国外产品所垄断,价格昂贵。国产的效果器又多为模拟实现，成 本高、损耗大、干扰大、稳定性差且参数不易修改。而基于DSP的数字效果器，是一种具有内置 的数字接口且可进行数字音频处理的音响系统，它能克服以上缺点，达到令人满意的效果。国内 基于DSP的专业数字音效处理产品主要由美国和日本研制和生产，国内音响厂商和科研单位尚未 见有自主知识产权的研究成果或产品出现，以DSP为基础的数字音效处理系统在国内基本上还是 空白基于DSP的电吉他效果器的结构框图见图1。 近年来，随着DSP技术的普及和低廉的价格、高性能DSP芯片的出现，DSP已越来越多地被 广大的工程师所接受，并越来越广泛地被应用于各个领域，例如：语音处理、图像处理、模式识 别及工业控制等，并且已日益显示出其巨大的优越性。DSP是利用专门或通用的数字信号处理芯 片，以数字计算的方法对信号进行处理，具有处理速度快、灵活、精确、抗干扰能力强、体积小 及可靠性高等优点，满足了对信号进行快速、精确、实时处理及控制的要求。 1 http://www.paper.edu.cn 表1DSP数字音效处理系统与模拟音效处理系统的比较 比较方面基于DSP的数字音效处理系统模拟音效处理系统 功能多样化单一 体积小较大 性能指标高低 系统集成度高低 灵活性方便差 开发周期短较长 可靠性较高低 成本较低高 图1基于DSP的电吉他效果器的结构框图见 近年来，随着DSP技术的普及和低廉的价格、高性能DSP芯片的出现，DSP已越来越多地被 广大的工程师所接受，并越来越广泛地被应用于各个领域，例如：语音处理、图像处理、模式识 别及工业控制等，并且已日益显示出其巨大的优越性。DSP是利用专门或通用的数字信号处理芯 片，以数字计算的方法对信号进行处理，具有处理速度快、灵活、精确、抗干扰能力强、体积小 及可靠性高等优点，满足了对信号进行快速、精确、实时处理及控制的要求。 考虑到数字音频处理系统的特殊性，在设计系统方案时，需要注意到如下几个问题： （1）一个要达到CD音质的数字音频处理系统，其采样频率至少为44.1kHz系统动态范围至 少需要90dB。CD音质的具体指标如表2所示。 表2CD音质的指标 指标CD音质 频率范围20Hz~20kHz 信噪比≥90dB 动态范围≥90dB 采样频率44.1kHz 量化位数16位 因此，方案中从前级的A/D到核心的DSP，再到后级的D/A各个部分都必须符合要求。 （2）音频处理具有实时性，高质量的数字音频要求48kHz