基于STM32的钢琴ADSR音色模拟方法

本发明涉及信号波形的产生与调制领域，具体涉及一种基于stm32的钢琴adsr音色模拟方法。

背景技术：

1、电子音乐合成器是一种可以代替乐队进行演奏和自动化编曲的电子化设备，合成器通过将几个正弦波振荡器连接在一起，并调整它们的频率和振幅来产生不同的音乐；在此基础上，进一步进行波形、时值、adsr包络等调制。

2、adsr包络是现在合成音乐中模拟音色的常用方式，在如今主流的合成软件或合成器中都能看到这一功能。采用嵌入式平台实现adsr音色模拟，制作和修改方便、成本低，音效好，所以市场需求量很大，每年都要更新换代，具有极佳的发展前景。

3、音色在频域上的影响因素主要由谐波影响，基波的频率决定了声音的音调，而频率是基波整数倍的谐波通过叠加，能够让音乐的产生不同的音色，叠加的多次谐波越丰富，乐音的音色就越饱满动听。所以人们在合成乐音音色时，考虑选择基波与基波附近合适频率范围内的多次谐波叠加，再根据音色特点调整不同频率谐波的幅值分量，从而近似模拟出乐器的音色。

4、音色在时域上的影响因素主要是时域的幅度包络产生的影响，时域包络又分为4个阶段，即adsr：上升时间(attack time)，下降时间(decay time)，保持时间(sustaintime)和释放时间(release time)。为了得到一个良好的adsr包络，由公式a＝tαe-kt来得到，通过改变α和k的值来调整音色。

5、现有的音乐合成器通常是使用复杂的专用芯片，造价成本高，让不是专业人士难以负担。亦或者使用pc机来实现音乐合成，pc机系统复杂，且仅依靠软件实现，较难使用。

技术实现思路

1、为了解决上述的问题，本发明基于stm32、使用dds技术，实现一种钢琴音色模拟的方法，该方法采用adsr拟合公式，通过调整公式的参数和谐波分量，可以很轻松的产生其他乐器的音色，可拓展能力强。使用价格低廉的stm32单片机，能够十分有效的降低成本。单片机结构简单，内部能实现dds，集成adc模块，实现方便，成本低廉。

2、实现本发明目的的具体技术方案是：

3、一种基于stm32的钢琴adsr音色模拟方法，特点是通过钢琴音色的谐波分量和adsr的拟合公式生成一个dds相位-幅度码表；读取预置的旋律，初始化adsr与dds参数；根据dds相位累加器对应的相位-幅度码表设置dma输出值；dma采用双缓冲方式，将波形数据输送给dac模块，发出对应的声音，其包括以下具体步骤：

4、一种基于stm32g431的钢琴adsr音色模拟方法，该方法包括以下具体步骤：

5、步骤1：对stm32芯片的dma模块、dac模块及tim模块进行初始化；

6、步骤2：通过钢琴音色的谐波分量和波封参数adsr的拟合公式生成一个直接数字频率合成器dds的相位-幅度码表；

7、步骤3：读取预置的旋律，将旋律参数音调(频率)、时长分别换算成dds频率控制字phasedelta和用周波数计数的u32releasetim并存入结构体中；

8、步骤4：开启dma中断，dma采用双缓冲模式，当dma数据半满或者全满时，进行一次传输；dma的缓冲数据，由dds生成，其参考时钟由tim产生；

9、步骤5：dds通过相位累加器和相位-幅度码表，生成当前相位的dac输出值，存入dma中，当dma进入半满或全满状态时，进入步骤7；相位累加器步进频率控制字phasedelta；当相位累加器溢出时，周波计数器+1，表示完成了一个周期的生成；

10、步骤6：当周期数大于u32releasetim后，表示这个音发音结束；读取旋律的下一个音，并回到步骤5；

11、步骤7：dma通过双缓冲，分2组交替传输波形数据，dac输出波形数据，产生旋律。

12、本发明使用预置相位-幅度码表的方式，提前生成，减少了运行过程中的计算量，提高了资源的利用效率。同时，采用adsr拟合公式，通过调整公式的参数和谐波分量，可以很轻松的产生其他乐器的音色，可拓展能力强。

技术特征：

1.一种基于stm32的钢琴adsr音色模拟方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：

技术总结本发明公开了一种基于STM32的钢琴ADSR音色模拟方法，所述方法包括以下操作步骤：通过钢琴音色的谐波分量和ADSR的拟合公式生成一个DDS相位‑幅度码表；读取预置的旋律，初始化ADSR与DDS参数；根据DDS相位累加器对应的相位‑幅度码表设置DMA输出值；DMA采用双缓冲方式，将波形数据输送给DAC模块，发出对应的声音。本发明使用预置相位‑幅度码表的方式，提前生成，减少了运行过程中的计算量，提高了资源的利用效率。同时，采用ADSR拟合公式，通过调整公式的参数和谐波分量，可以很轻松的产生其他乐器的音色，可拓展能力强。此外，使用较为廉价的MCU，在实现同样效果的情况下，成本低廉。技术研发人员：金已集,金豫受保护的技术使用者：华东师范大学技术研发日：技术公布日：2024/4/22