【信号处理】基于GUI界面信号发生器之电子琴【Matlab 206期】

一、简介

1 背景
电子琴是随着电子技术的广泛应用而产生。1959年，世界上第一台全晶体管双排键电子琴在日本诞生。从此，电子琴技术不断发展成熟，电子琴的普及也越来越广。
电子琴在中国的推广始于20世纪八十年代，至今在音色、音质、演奏的便利性等方面都达到了相当成熟的地步，而且随着集成电路技术的发展，其升级换代可以在保持原有结构不变的情况下，通过简单的芯片更换实现。但是，电子琴也有明显的不足之处：与非电子乐器，如钢琴、管弦乐器等的协奏问题，限制了电子琴在重要音乐场所的使用，这极大的影响了电子琴的应用和推广。协调电子琴与非电子乐器的协奏，是当前音乐界人士和电子琴开发商的当务之急。

2 电子琴发音原理
物体振动时会发出声音，振动的频率不同，声音的音调就不同。在电子琴里，虽然没有振动的弦、簧、管等物体，却有许多特殊的电装置，每个电装置一工作，就会使喇叭发出一定频率的声音。当按动某个琴键时，就会使与它对应的电装置工作，从而使喇叭发出某种音调的声音。
电子琴的音量控制器，实质上是一个可调电阻器。当转动音量控制器旋扭时，可调电阻器的电阻就随着变化。电阻大小的变化，又会引起喇叭声音强弱的变化。所以转动音量控制旋扭时，电子琴发声的响度就随之变化。
当乐器发声时，除了发出某一频率的声音──基音以外，还会发出响度较小、频率加倍的辅助音──谐音。我们听到的乐器的声音是它发出的基音和谐音混合而成的。不同的乐器发出同一基音时，不仅谐音的数目不同，而且各谐音的响度也不同。因而使不同的乐器具有不同的音品。在电子琴里，除了有与基音对应的电装置外，还有与许多谐音对应的电装置，适当地选择不同的谐音电装置，就可以模仿出不同乐器的声音来。

3 基于 Matlab的数字电子琴实现原理
振动频率不同，音调就不同。电子琴的每一按键对应一个频率不同的正弦波，按下按键，产生正弦波，播放波形即可听到对应按键的基音。

二、源代码

function varargout = graph1(varargin)
gui_Singleton = 1;
gui_State = struct('gui_Name',       mfilename, ...
                   'gui_Singleton',  gui_Singleton, ...
                   'gui_OpeningFcn', @graph1_OpeningFcn, ...
                   'gui_OutputFcn',  @graph1_OutputFcn, ...
                   'gui_LayoutFcn',  [] , ...
                   'gui_Callback',   []);
if nargin && ischar(varargin{
    
    1})
    gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{
    
    1});
end

if nargout
    [varargout{
    
    1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{
    
    :});
else
    gui_mainfcn(gui_State, varargin{
    
    :});
end
function graph1_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)
handles.output = hObject;
guidata(hObject, handles);
function varargout = graph1_OutputFcn(hObject, eventdata, handles) 
varargout{
    
    1} = handles.output;


function playsound(soundtype, frequency, amp, phase)
Fs=41000;
x=[0:1/Fs:1];
switch soundtype
    case 1 %正弦波
        y=amp*sin(2*pi*frequency*x+phase);
    case 2  %三角波
        y=amp*sawtooth(2*pi*frequency*x+phase,0.5);
    case 3  %锯齿波
        y=amp*sawtooth(2*pi*frequency*x+phase);
    case 4  %方波
        y=amp*square(2*pi*frequency*x+phase);
    case 5  %白噪声
        y=amp*(2*rand(size(x))-1);
    otherwise
        errordlg('Illegal wave type','Choose errer');%向界面发送错误的对话框
end
plot(x,y);% 显示波形
axis([0,0.01,-200,200]);
wavplay(y,Fs,'async');%播放声音，使用async(异步)模式可以实现发声的混迭

function frequency_Callback(hObject, eventdata, handles)
handles.frequency=str2double(get(hObject,'String'));
guiddata(hObject,handles);

function frequency_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)
if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))
    set(hObject,'BackgroundColor','white');
end

function amp_Callback(hObject, eventdata, handles)
handles.ampe=str2double(get(hObject,'String'));
guiddata(hObject,handles);
function amp_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)
if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))
    set(hObject,'BackgroundColor','white');
end

function phase_Callback(hObject, eventdata, handles)
handles.phase=str2double(get(hObject,'String'));
guiddata(hObject,handles);
function phase_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)
if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))
    set(hObject,'BackgroundColor','white');
end

三、运行结果

在这里插入图片描述

四、备注