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音乐的数字信号处理-一种计算机听觉的视角
首都师范大学音乐学院译著系列
上海音乐出版社
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所属分类：
音乐神童加工厂
《首都师范大学音乐学院译著系列?音乐的数字信号处理：一种计算机听觉的视角》是有关数字信号处理在音乐音频信号及计算机音乐应用方面的导论，内容包括人耳听觉及其局限性、时域信号处理、正弦波、线性时不变系统、频率响应、滤波器、频域与傅立叶变换、谱分析及语音合成等八个部分，每一部分都有详细的图表、MATLAB源代码和饶有趣味的乐例分析，让读者从数学、物理和音乐等多个层面感受音乐数字信号处理的魅力。
朴泰弘，出生于奥地利维也纳。2000年在美国达特茅斯大学获电子音乐硕士学位，随后在美国普林斯顿大学获音乐学博士学位。时任纽约大学音乐系助理教授，ICMC／ICMA（国际计算机音乐学会）主席和AES（国际音频工程学会）分会秘书长，曾任美国杜兰大学音乐系助理教授及音乐科技与研究中心主任，纽约大学音乐系副教授，主持过音乐特征调制系统FMS、新形态音乐研究等多项科研项目，多次在ICMC、《电脑音乐杂志》（Computer
Joinml）等国际重要会议和期刊上发表学术论文，出版过多部专著，在SantaFe国际电子音乐节、我国中央音乐学院主办的国际电子音乐节等知名音乐会上展演过多首电子音乐作品，是电子音乐、计算机音乐学及音乐声学领域的国际知名青年学者之一。　　　　邓志勇，广西柳州人，通信与信息系统专业工学博士，建筑学硕士及舞台科技艺术专业硕士，首都师范大学音乐学院讲师，硕士生导师，美国杜兰大学人文学院音乐系访问学者，英国谢菲尔德大学访问学者，I-INCE美国国际噪声控制工程学会副会员，在国际学术会议上发表论文10余篇，主持、参与多项国家级和省部级科研项目，曾主持和参加北京五棵松奥运篮球馆、上海世博会城市之窗主题馆和深圳交响团音乐厅等重要观演建筑的扩声系统及建筑声学设计。研究领域包括计算机音乐、音乐声学和声景学，对Sound
Design及舞台剧也颇感兴趣。
著者简介、译者简介、原著封面简介原著评论序译序原序著者致谢第1章
声学，人耳听觉的局限性及采样1.引言2.正弦波3.人耳听觉及其局限性3.1
振幅与声级3.4
听觉掩蔽4.采样：离散化的艺术4.1
采样定理4.2
频率混叠5.量化与脉冲编码调制（PCM）信噪比（SNR）和量化信噪比（QSNR）6.DC直流分量7.失真与方波抖动8.乐例参考文献与扩展阅读第2章
时域信号处理（一）1.引言2.振幅包络与ADSR结构3.波表合成4.时窗分析，RMS与振幅包络4.1
时窗分析的进一步讨论4.2
RMS与振幅包络5.时域内的基频提取方法5.1
自相关函数5.3
互相关函数6采样率变换6.1
减采样7.叠加叠加算法的局限及其解决办法8.乐例分析参考文献与扩展阅读第3章
时域信号处理（二）1.引言2.粒子合成2.1
粒子合成的基本参数2.2
异步粒子合成2.3
移调与时间延展及压缩2.4
用粒子合成进行声变形3.振幅失真与波形整形3.1
动态压缩3.2
动态扩展3.4
磁带饱和度失真3.5
波形整形合成4.几个相似的时域DSP效果4.1
等功率平移4.2
延迟5.乐例分析参考文献与扩展阅读第4章
正弦波1.引言2.正弦曲线3.虚数，复数与欧拉公式欧拉公式4.正弦波调制技术（1）：调幅4.1
振幅调制与环形调制4.3
振幅调制（AM）4.4
环形调制5.正弦波调制技术（2）：调频5.1
调频：旁频与贝塞尔函数5.2
调制指数5.3
频率调制的控制参数6.乐例分析参考文献与扩展阅读第5章
线性时不变系统1.引言2.差分方程：移动平均算法2.1
差分方程的一般形式3.线性时不变LTI系统3.1
线性：伸缩不变性与可加性3.2
时不变性：时移不变3.3
数字信号处理中LTI系统的重要性4.脉冲响应4.1
有限脉冲响应（FIR）与无限脉冲响应（IIR）4.2
稳定性与IIR系统5.卷积必须知道的卷积性质6.系统流程图与数字系统框图7.乐例分析第6章
频率响应1.引言2.频率响应2.1
H（e）的特征与性质2.2
频率响应的其他性质3.相位响应和相位失真3.1
相位延迟3.2
线性与相位3.3
相位响应与连续相位3.4
群延迟4.神奇的Z变换4.1
Z变换的含义（1）4.2
Z变换的含义（2）：极点和零点4.3
Z变换的含义（3）：单位圆与z平面4.4
更“复杂”的系统5.收敛域ROC5.1
因果系统的收敛域5.2
复合因果系统5.3
收敛域ROC小结6.稳定性与单位圆7.逆Z变换7.1
泰勒级数展开法7.3
曲线积分与留数定理8.有用的MATIAB工具包9.乐例分析参考文献与扩展阅读第7章
滤波器1.引言2.低通、高通、带通和带阻滤波器2.1
滤波器的设计技术参数2.2
通带、阻带与过渡带2.3
截止频率2.4
滤波器的阶数、锐度和纹理2.5
MATLAB的滤波器设计工具3.滤波器实例3.1
减法合成与滤波器3.2
双二次滤波器与颤音滤波器3.3
梳状滤波器3.4
弦振动与驻波3.5
物理建模合成与弹拨乐器模型3.6
相位在滤波器中的应用4.乐例分析参考文献与扩展阅读第8章
频域与傅立叶变换1.引言2.加法合成3.傅立叶变换4.离散时域傅立叶变换与离散傅立叶变换4.1
DFT的幅值、相位与其他基本性质4.2
DFT的时域分辨率与频域分辨率5.短时傅立叶变换STFT6.零填充7.频率混叠的再次讨论8.另一个视角的减采样与过采样8.1
过采样9.时窗的频域分析9.1
布莱克曼窗9.5
切比雪夫窗与凯瑟窗9.6
时窗的其他问题10.快速傅立叶变换11.卷积的再讨论循环卷积与时域混叠12.抖动13.光谱图14.傅立叶变换性质小结15.MATLAB与傅立叶变换16.乐例分析参考文献与扩展阅读第9章
频谱分析、声码器及其他问题1.引言音乐信号与重要术语2.频谱分析2.1
长时平均频谱2.2
对数坐标与线性坐标2.3
频谱的峰、谷和频谱包络2.4
基频及其谐波的提取3.声码器3.1
通道声码器3.2
线性预测编码3.3
LPC系数的计算3.4
相位声码器4.计算机音乐的若干研究专题4.1
显著特征量的提取4.2
音乐信息检索MIR4.3
特征调制合成系统FMS5.乐例分析参考文献与扩展阅读附录1.伸缩还是不伸缩，是一个问题1.1
等程尺度1.2
Bark尺度1.4
Mel尺度2.本书的MATLAB程序参考文献与扩展阅读索引
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基于DSP的高精度波形发生器系统设计
使用TMS320VC54X系列控制模数转换器AD7846，设计出幅度可精确至1毫伏的波形发生器。文中给出了具体的硬件实现框图以及用来产生波形的DSP汇编源程序。&&
随着电子技术的发展，波形发生器已经广泛的应用在通信，控制，测量等各个领域。在很多地方，如测试测量领域，需要输出的波形能够精确地定位在某一整数值上，但通常由于ADC参考电平的限制，使之很难达到所需的精度，给系统的调试及软件设计带来诸多不便。本文采用了高精度的电压参考芯片ADR434为模数变换器提供参考电平，使波形发生器的最低可调电压达到125μV，为精确地输出整数值电压及其相应波形提供了方便的硬件环境。本设计具有输出精确，控制灵活方便等特点。&&
系统设计&&
本系统采用TI公司生产的TMS320VC54X系列DSP作为核心控制器件，并采CYPRESS工司生产的CY7CRAM)来扩充DSP的外部数据存储空间。在DSP与ADC及RAM之间的数据接口加入TI公司的74LVC16245（16位总线变换器）以增加DSP的驱动能力，并用来隔断器件间的干扰。DSP与DAC之间的逻辑控制采用CPLD实现，这样可以方便系统的设计与调试，本文中采用CPLD为ALETRA公司的EPM7064SLC84-10。整个系统的方框图如图1所示&&
器件简介 本系统所采用的模数变换器为AD7846，它是美国AD（Analog Deve）公司基于LC2MOS工艺生产的16位数模转换器。它有和两个参考电平输入端以及一个片内放大器。标准情况下可以将其配置为单极性输出（0V到+5V,0V到+10V）或双极性输出（，）。当然，改变和两个参考电平输入端的电平，也可以改变其输出的动态范围。如本文中便是采用高精度电压参考芯片AD434提供参考电平，使DA的动态范围设置为。&&
AD7846采用分段式结构。DAC锁存器的高4位选通16个电阻串中的一段，段的两端接有运放作为缓冲，运放的输出反馈至12位的模数变换电路，并由该电路提供后12位分辨率。这种结构可以确保16位单调性，两个缓冲运放间输入失调电压的高度匹配还确保了优良的积分非线性。&&
除了优良的精度指标外，AD7846与微处理器的连接也非常方便。它有16位数据I/O口以及四根控制线（,R/,以及）。R/与用来控制对I/O锁存器的读写，信号用于多DAC系统中同步更新多片DAC数据，用于将DAC的输出复位至0V。&&
AD7846参考电压的设计&&
为了使系统的输出波形在幅度上能够精确到1毫伏，本文采用AD434为AD7846提供参考电压。ADR434为AD公司生产的低噪声，高精度，低温漂的电压参考芯片。它采用了AD公司的温漂曲率修正专利技术，可以使其电压对温度的非线性达到最小。二者的具体连接如图2所示。&&
图2所示的连接方法使AD7846工作在双极性输出状态下。AD434为DA提供+4.096V的参考电平，DA根据此电平经过双极十六位线性分解，所得的最低可调电压为4.096V/215=125μV。具体的编码表如表1所示。 表1 AD7846编码表ADC锁存器中的&&
二进制数 模拟输出（ ） 最高位 最低位&&
+4.096V()=+4.095875V&&
+4.096V(8/32768) =+0.001V&&
+4.096V(1/32768) =+0.000125V&&
+4.096V(0/32768) =0V&&
-4.096V(1/32768) =-0.000125V&&
-4.096V()=-4.096V&&
逻辑控制及软件实现&&
本文使用CPLD作为DSP控制DA的逻辑编程器件，将DA映射在DSP的I/O口，地址为4000H & 7FFFH。AD7846一共有四根控制线，它们组成的控制逻辑如表2所示。 表2 AD7846控制逻辑真值表 /CS R/W /LDAC /CLR 功能&&
0 使DAC的I/O锁存器呈高阻态&&
数据(DB15&DB0)装入I/O锁存器&&
I/O锁存器中的数据输出到数据线上& &
I/O锁存器中的数据装入DAC锁存器&&
DAC锁存器装入数据000…000&&
DAC锁存器装入数据100…000&&
CPLD中烧入的逻辑图如图3所示。
对于波形的产生，通常有两种方法。一种方法为使用算法计算输出波形某点的幅度编码值（如正弦波可通过泰勒级数展开得到），这种方法可直接精确地计算出每个角度的波形值，所占用的存储空间小，但对于任意波形的输出，所需的算法较为复杂，系统实时性也会受到影响。另一种方法为查表法，该方法可能需要占用较大的存储空间，但软件控制却非常方便，实时性也更高。采用查表法的软件控制可由如下代码实现。 .mmregs&&
.global main&&
ori: stm #SINtable,ar2 ；将数据表头地址送入ar2&&
ld #13H,a ；循环输出20个样点值&&
JUMP: portw *ar2+,4000h ；AD7846被配置在I/O口的4000H & 7FFFFH处&&
rpt #1fffh ；改变rpt的值可以改变正弦波的频率&&
sub #1d,a& &
bc JUMP,aneq&&
SINtable ；正弦波幅度编码表&&
.word 7FFFH .word 0A78DH .word 0CB3CH .word 0EF8DH .word 0F9BCH&&
.word 0FFFFH .word 0F9BCH .word 0E78DH .word 0CB3CH .word 0A78DH&&
.word 8000H .word 5872H .word 34C3H .word 1872H .word 0643H&&
.word 0000H .word 0643H .word 1872H .word 34C3H .word 5872H&&
.end 该段程序可使AD7846输出标准正弦波，幅度范围为4.096，频率可通过改变rpt的值加以调节。若提供大量采样点，可使其实时输出高精度的任意波形。当然，利用DSP强大的运算处理能力，也可用软件计算出所需波形的各点采样值，这样可以节省存储空间，降低系统硬件成本。&&
本系统已经过实际测量，系统各部分工作正常，AD7846可精确稳定地输出所需波形。该方案不仅达到了很高的精度与系统实时性，还具有控制灵活方便等特点，是一种很好的波形发生器。
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Dsp正弦函数程序&&R) g4 P+ k&&}7 R" C
1 正余弦的泰勒级数展开式
正弦函数和余弦函数可以展开的泰勒级数如下：8 z/ V* W&&?4 s. j
* ^: `1 m% [; B+ H7 G
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