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技術 係数測定装置、効果付与装置、および楽音発生装置

出願人 ヤマハ株式会社
発明者 黒木隆一郎
出願日 2008年1月7日 (11年6ヶ月経過) 出願番号 2008-000440
公開日 2009年7月23日 (9年11ヶ月経過) 公開番号 2009-162997
状態 特許登録済
技術分野 電気楽器
主要キーワード インパルスハンマ ピックアップ信号 共鳴特性 設定変更用 帰還音 信号処理系統 取得信号 係数測定装置
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2009年7月23日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

インパルス応答の測定をする必要なく、アコスティック楽器共鳴忠実再現することができる係数測定装置効果付与装置、およびこの効果付与装置を用いた楽音発生装置をを提供する。

解決手段

FIRフィルタ21は、ギター1からマイク3に至る音響経路伝達関数模擬し、ピックアップ11で検出された音声信号フィルタリングして出力信号を生成する。加算器22は、マイク取得信号から出力信号を減算し、誤差信号を出力する。FIRフィルタ21は、誤差信号を入力して伝達関数を更新する。出力信号は、マイク取得信号を模擬したものであり、FIRフィルタ21により都度、マイク取得信号に近づけられる。そのため、ギター1の胴共鳴や残響音を再現した信号を出力することができ、また、いわゆる箱鳴りのような共鳴感も再現することが可能である。

概要

背景

アコスティック楽器楽音ライブ演奏等のために増幅する場合、マイクで収音することが一般的である。しかし、マイクでアコースティック楽器の楽音を収音すると、ハウリングが発生しやすいという問題がある。そこで、ピエゾピックアップを用いて弦振動を拾い、音声信号として出力する場合が多い。

しかし、ピエゾピックアップではアコースティック楽器の共鳴音(例えばアコースティックギターの胴共鳴)を十分に拾うことができない。そこで、ディレイリバーブ等の音響効果を付与し、共鳴音を再現するものが提案されている(例えば特許文献1参照)。また、残響感を再現するためにFIRフィルタを用いて信号処理を行うものも提案されている(例えば特許文献2参照)。
特開2003−15644号公報
特開2005−24997号公報

概要

インパルス応答の測定をする必要なく、アコースティック楽器の共鳴を忠実に再現することができる係数測定装置効果付与装置、およびこの効果付与装置を用いた楽音発生装置をを提供する。FIRフィルタ21は、ギター1からマイク3に至る音響経路伝達関数模擬し、ピックアップ11で検出された音声信号をフィルタリングして出力信号を生成する。加算器22は、マイク取得信号から出力信号を減算し、誤差信号を出力する。FIRフィルタ21は、誤差信号を入力して伝達関数を更新する。出力信号は、マイク取得信号を模擬したものであり、FIRフィルタ21により都度、マイク取得信号に近づけられる。そのため、ギター1の胴共鳴や残響音を再現した信号を出力することができ、また、いわゆる箱鳴りのような共鳴感も再現することが可能である。

目的

そこで、この発明は、インパルス応答の測定をする必要なく、アコースティック楽器の共鳴を忠実に再現することができる係数測定装置、効果付与装置、およびこの効果付与装置を用いた楽音発生装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

楽器弦振動に基づくピックアップ信号を入力するライン入力部と、マイ取得信号を入力するマイク入力部と、前記楽器の共鳴に基づく伝達関数、および前記楽器からマイクに至る音響空間の伝達関数を推定し、当該推定した伝達関数で前記ピックアップ信号を処理した出力信号を生成するとともに、前記出力信号と前記マイク取得信号との差分を参照信号として前記伝達関数を更新する適応フィルタ部と、を備えた係数測定装置

請求項2

前記適応フィルタ部は、前記楽器の共鳴時間に相当するタップ数を備えた請求項1に記載の係数測定装置。

請求項3

楽器の弦振動に基づくピックアップ信号を入力するライン入力部と、請求項1または請求項2に記載の係数測定装置で予め推定された伝達関数が設定され、この設定された伝達関数で前記ピックアップ信号を処理した出力信号を生成するフィルタ部と、前記出力信号を出力する出力部と、を備えた効果付与装置

請求項4

弦振動を検出し、ピックアップ信号を生成するピックアップ、および前記ピックアップ信号を出力する出力部を備えた楽器と、請求項3に記載の効果付与装置と、を備え、前記ライン入力部に前記出力部を接続して、当該ライン入力部に前記楽器のピックアップ信号を入力する楽音発生装置

技術分野

0001

この発明は、アコスティック楽器共鳴忠実再現することができる係数測定装置効果付与装置、およびこの効果付与装置を用いた楽音発生装置に関する。

背景技術

0002

アコースティック楽器の楽音ライブ演奏等のために増幅する場合、マイクで収音することが一般的である。しかし、マイクでアコースティック楽器の楽音を収音すると、ハウリングが発生しやすいという問題がある。そこで、ピエゾピックアップを用いて弦振動を拾い、音声信号として出力する場合が多い。

0003

しかし、ピエゾピックアップではアコースティック楽器の共鳴音(例えばアコースティックギターの胴共鳴)を十分に拾うことができない。そこで、ディレイリバーブ等の音響効果を付与し、共鳴音を再現するものが提案されている(例えば特許文献1参照)。また、残響感を再現するためにFIRフィルタを用いて信号処理を行うものも提案されている(例えば特許文献2参照)。
特開2003−15644号公報
特開2005−24997号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかし、特許文献1のように、ディレイやリバーブ等の音響効果を付与するだけではアコースティック楽器の箱鳴り(特定の周波数が強調されたり減衰されたりすること。)のような共鳴感を表現できなかった。

0005

また、特許文献2のようにFIRフィルタを用いる場合には、事前インパルス応答を測定する必要があった。インパルス応答を測定するには、インパルスハンマ加振器で加振することが一般的であるが、インパルスハンマの測定では測定のばらつきが多く、安定した測定ができないという問題があった。また、加振器の測定では、加振器を楽器に接触させるため、実際の演奏時と共鳴特性が変わってしまうという問題があった。

0006

そこで、この発明は、インパルス応答の測定をする必要なく、アコースティック楽器の共鳴を忠実に再現することができる係数測定装置、効果付与装置、およびこの効果付与装置を用いた楽音発生装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

この発明の係数測定装置は、楽器の弦振動に基づくピックアップ信号を入力するライン入力部と、マイク取得信号を入力するマイク入力部と、ピックアップ信号を入力する適応フィルタ部と、を備えている。また、この発明の効果付与装置は、楽器の弦振動に基づくピックアップ信号を入力するライン入力部と、前記係数測定装置で予め推定された伝達関数が設定され、この設定された伝達関数で前記ピックアップ信号を処理した出力信号を生成するフィルタ部と、前記出力信号を出力する出力部と、を備えている。適応フィルタ部は、楽器の共鳴に基づく伝達関数、および楽器からマイクに至る音響空間の伝達関数を推定する。適応フィルタ部は、この推定した伝達関数でピックアップ信号を処理して出力信号を生成する。また、適応フィルタ部は、出力信号とマイク取得信号との差分を参照信号として伝達関数を更新する。出力信号は、適応フィルタ部が伝達関数を都度更新することでマイク取得信号に近づけられる。そのため、出力信号には、共鳴音や残響音が含まれる。このようにして推定された伝達関数を設定したフィルタ部を備えた装置であれば、アコースティック楽器の共鳴音や残響音を再現した信号を出力することができ、また、いわゆる箱鳴りのような共鳴感も再現することが可能である。また、ピックアップ信号には、音響空間のノイズ帰還音声(外部で増幅された後に放音された出力信号)が含まれていないため、出力信号がループしてハウリングが発生するおそれも少ない。

0008

また、上記発明の係数測定装置において、適応フィルタ部は、楽器の共鳴時間に相当するタップ数を備えていることが望ましい。タップ数が多いと適応フィルタ部の演算量が増大するだけでなく、実際の共鳴時間よりも多いタップ数はノイズ成分として寄与することとなる。また、タップ数が少ない場合は胴共鳴を再現することができない。そのため、実験等により実際のアコースティック楽器の共鳴時間を測定するか、一般的なアコースティック楽器の平均共鳴時間を設定しておくことが望ましい。

0009

また、この発明の楽音発生装置は、上記効果付与装置に加え、弦振動を検出し、ピックアップ信号を生成するピックアップ、および前記ピックアップ信号を出力する出力部を備えた楽器と、をさらに備え、効果付与装置のライン入力部に出力部を接続することを特徴とする。

発明の効果

0010

この発明によれば、インパルス応答の測定をする必要なく、アコースティック楽器の共鳴を忠実に再現することができる。

発明を実施するための最良の形態

0011

以下、本発明に係る実施形態として、ギター、係数測定装置、および共鳴シミュレーション装置(効果付与装置)について説明する。図1は、ギターおよび係数測定装置の構成を示す図である。

0012

ギター1は、ピックアップ11を有するエレクトリックアコースティックギターである。ピックアップ11は、ギター1の下部に設けられており、ギター1の筐体や弦等の振動を音声信号として検出する。ピックアップ11で検出された音声信号は、フロントエンドアンプで増幅され、出力端子(不図示)を経て外部に出力される。ピックアップ11には、電磁誘導により振動を検出するマグネティックピックアップ圧電効果により振動を検出する圧電素子等が用いられる。

0013

係数測定装置2は、FIRフィルタ21、加算器22、ライン入力端子23、マイク入力端子24、および出力端子25を備えている。上記ギター1の出力端子から出力された音声信号は、ライン入力端子23に入力され、A/D変換処理によりデジタル音声信号としてFIRフィルタ21に入力される。

0014

また、マイク入力端子24には、マイク3が接続され、マイク3で収音したマイク信号アナログ音声信号)が入力される。マイク入力端子24に入力されたマイク信号は、A/D変換処理によりデジタル音声信号として加算器22に入力される。本実施形態では、マイク3は、ギター1が発する楽音を収音する。

0015

FIRフィルタ21は、ギター1からマイク3に至る音響経路の伝達関数、および楽器1の共鳴に基づく伝達関数を模擬し、ピックアップ11で検出された音声信号をフィルタリングする有限長の適応型フィルタである。

0016

図2は、係数測定装置2の信号処理系統を示したブロック図である。なお、同図に示す音声信号は全てデジタル音声信号である。同図に示すように、FIRフィルタ21には、ピックアップ11で検出された音声信号である入力信号x(k)が入力される。FIRフィルタ21は、入力信号x(k)をフィルタリングし、出力信号y(k)を生成する。FIRフィルタ21のフィルタ係数は、上記のように音響経路の伝達関数を模擬したものであるため、出力信号y(k)は、ギター1からマイク3に至る音声を模擬した信号となる。出力信号y(k)は、出力端子25を経て外部へ出力される。外部へ出力された出力信号y(k)は、例えばアンプやスピーカを備えたサウンドシステムへ出力され、音声として放音される。なお、係数測定装置2をフィルタ係数の推定にのみ用いる場合であれば出力端子25は必須ではなく、出力信号y(k)を外部に出力する構成は必須ではない。

0017

加算器22には、マイク信号(目標信号)d(k)が入力される。加算器22は、目標信号d(k)から出力信号y(k)を減算し、誤差信号e(k)を出力する。誤差信号e(k)は、FIRフィルタ21に入力される。この誤差信号e(k)は、FIRフィルタ21のフィルタ係数を更新するための参照信号として用いられる。すなわち、FIRフィルタ21は、目標信号d(k)および誤差信号e(k)に基づいて、フィルタ係数がギター1からマイク3に至る音響経路の伝達関数に一致するようにフィルタ係数を逐次更新する。なお、フィルタ係数がある程度収束したところで更新を止めるようにしてもよい。更新を止めることで、ハウリングが発生しやすいフィルタ係数に変更されるおそれもない。また、後述のように、ある程度収束したフィルタ係数が設定されたフィルタ部を内蔵した共鳴シミュレーション装置を実現することも可能である(図3を参照)。

0018

上記フィルタ係数の更新には所定の適応アルゴリズムを用いる。例えば、LMS(Least Mean Square)アルゴリズムを用いる。LMSアルゴリズムでは、誤差信号e(k)の2乗平均値J=E[e(k)^2](ただし、E[・]は期待値)とすれば、Jを最小にするようなフィルタ係数が演算により推定される。無論、他の適応アルゴリズムを用いるようにしてもよく、共鳴を再現する楽器に応じてアルゴリズムを変更するようにしてもよい。

0019

また、FIRフィルタ21には、アコースティックギターの胴鳴り時間を想定したタップ数が設定されている。アコースティックギターの胴鳴り時間は実験等により測定するか、一般的なアコースティックギターの胴鳴り時間(例えば10数ミリ秒程度)を設定すればよい。タップ数が多いとFIRフィルタ21の演算量が増大するだけでなく、実際の胴鳴り時間よりも多いタップ数はノイズ成分として寄与する可能性もある。また、タップ数が少ない場合はギター1の胴共鳴を再現することができない。そのため、あらかじめギター1の胴鳴り時間を測定し、測定した時間に合致するようにタップ数を設定することが望ましい。なお、利用者手動でタップ数を変更できるようにしてもよい。その場合、共鳴シミュレーション装置2に設定変更用ユーザインタフェースを設ければよい。

0020

ここで、入力信号x(k)は、ピックアップ11で検出された音声信号であるため、主に弦振動を検出したものであり、ギター1の胴共鳴を検出したものではない。一方で、目標信号d(k)は、マイク3の収音信号であるため、実際のギター1の楽音(放音音声)を検出したものであり、共鳴音や残響音も含まれる。出力信号y(k)は、目標信号d(k)を模擬したものであり、FIRフィルタ21により都度、目標信号に近づけられるため、共鳴音や残響音が再現された信号となる。

0021

そのため、本実施形態の係数測定装置2によれば、音響経路の伝達関数、および楽器の共鳴に基づく伝達関数を推定することができるとともに、ギター1の胴共鳴や残響音を再現した信号を出力することができ、また、いわゆる箱鳴りのような共鳴感も再現することが可能である。また、その場で収音した実際の楽器音声を目標信号として用いるため、経年変化等による楽器の音の変化も再現することが可能である。さらに、ピックアップ11は、音響空間のノイズ、帰還音声(外部で増幅された後に放音された出力信号)を取得することがないため、出力信号y(k)がループしてハウリングが発生するおそれも少ない。

0022

次に、上記係数測定装置2で推定された伝達関数を用いた共鳴シミュレーション装置について説明する。図3は、共鳴シミュレーション装置4の構成を示すブロック図である。なお、図1と共通する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

0023

共鳴シミュレーション装置4は、FIRフィルタ41、ライン入力端子43、および出力端子45を備えている。ギター1の出力端子から出力された音声信号は、ライン入力端子43に入力され、A/D変換処理によりデジタル音声信号としてFIRフィルタ45に入力される。FIRフィルタ41は、係数測定装置2で推定された伝達関数が設定されている。そのため、FIRフィルタ41は、ライン入力端子43から入力された音声信号をフィルタ処理することで、ギター1の胴共鳴や残響音を再現した出力信号を生成することができる。この出力信号は、出力端子45から外部に出力さる。外部に出力された出力信号は、例えばアンプやスピーカを備えたサウンドシステムへ出力され、音声として放音される。

0024

このように、共鳴シミュレーション装置4は、係数測定装置2で推定された伝達関数が設定されているFIRフィルタを備えているため、エレクトリックアコースティックギターのピックアップ信号を入力するだけで、共鳴音や残響音が再現された信号を出力することができる。

0025

なお、本実施形態では、ギター1としてエレクトリックアコースティックギターを示したが、通常のアコースティックギターであっても共鳴シミュレーション装置を用いることができる。この場合、アコースティックギターに別途ピックアップを取り付け、このピックアップで取得した信号を上記ライン入力端子23(ライン入力端子43)に入力すればよい。

0026

また、本実施形態では、胴共鳴をシミュレートする対象楽器としてギターを示したが、無論、他のアコースティック楽器の共鳴をシミュレートしてもよい。

0027

また、本実施形態の共鳴シミュレーション装置2において、加算器22の後段に他のエフェクタ(ディレイ、リバーブ等)を設け、出力信号をさらに信号処理することも可能である。例えば残響音を強調したい場合等に好適である。

図面の簡単な説明

0028

ギターおよび係数測定装置の構成を示す図である。
係数測定装置2の信号処理系統を示したブロック図である。
ギターおよび共鳴シミュレーション装置の構成を示す図である。

符号の説明

0029

1−アコースティックギター
2−共鳴シミュレーション装置
3−マイク
11−ピックアップ
21−FIRフィルタ
22−加算器
23−ライン入力端子
24−マイク入力端子
25−出力端子

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