音高移位技术：延迟与音高的关系

背景简介

• 音频信号处理是数字音乐制作和音频工程中的一个重要分支。音高移位技术允许音乐制作人员和音频工程师调整音频信号的音高，而不需要改变其播放速度。这种技术在音乐制作、声音设计和语音处理等领域有着广泛的应用。
• 在本章节中，我们将深入了解音高移位技术背后的原理，特别是通过调制延迟来改变音频信号的频率。我们将探讨如何通过MATLAB脚本实现这一过程，并讨论如何使用低频振荡器（LFO）来保持信号的持续时间不变。

音高移位的基础知识

• 首先，音阶由一系列半音组成，每个半音代表了音阶中的半步。一个八度音阶包含十二个半音。
• 音高移位器的典型用途是将整个信号以相同的相对量改变。这意味着所有的频率都会增加或减少一定的量，例如一个小三度或纯四度。
• 音高移位并不旨在将信号的频率变为音乐音阶中的绝对音高，如标准A440 Hz。

延迟时间与音高变化的关系

• 当延迟时间增加时，每个周期的持续时间会变得更长，这与频率降低有关。相反，当延迟时间减少时，周期的持续时间会变得更短，与频率增加相关。
• 例如，降低一个八度的音高可以通过逐渐增加延迟时间来实现，每个后续样本的延迟时间增加半样本。这导致信号长度加倍，从而频率降低一个八度。

MATLAB脚本示例

• 通过MATLAB中的脚本示例，我们可以具体看到如何实现调制延迟效果。这些脚本展示了如何创建1赫兹的测试信号，并通过音高移位器处理来降低或提高一个八度的音高。

音高移位的计算方法

• 音高移动的相对量取决于延迟时间的变化率。通过调整延迟时间的变化率，我们可以控制音高变化的量。例如，要将信号降低一个八度，相邻样本之间的延迟时间差应为0.5。相应地，提高一个八度的延迟时间差应为-1。

保持信号持续时间的音高移位

• 当使用调制延迟对信号进行音高移位时，其持续时间会发生变化。为了保持信号的持续时间不变，可以使用低频振荡器（LFO）在可接受的延迟范围内调制延迟时间。这样，处理后的信号的时序永远不会与输入信号相差超过最大延迟时间。

结论与启发

• 通过本章节的学习，我们可以了解到音高移位技术在音频处理中的重要性和实用性。掌握了音高移位的原理和技术，音乐制作人和音频工程师可以更加自由地操控音频信号，创作出独特而富有表现力的音乐作品。

• 音高移位技术不仅限于音乐制作，它在语音处理、声音设计等多个领域都有着广泛的应用前景。理解其背后的科学原理和实现方法，可以帮助我们更好地利用现代音频技术进行创新和实验。

• 读者在阅读完本文后，可以尝试使用MATLAB或其他音频处理软件实践音高移位技术，深入探索其潜力和应用场景。同时，对于音频信号处理感兴趣的读者，可以进一步阅读更多关于数字信号处理的文献和资料，以获得更全面的理解和应用能力。