使用弱音器的管樂器的演奏的信號處理器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及用于使用弱音器的管樂器的演奏的信號處理器。弱音器單元20附著到小號上。在弱音器單元20內,安裝麥克風21,使得由麥克風21采集的聲音轉換成電信號。將電信號提供給信號處理器30。信號處理器30處理由麥克風21轉換的電信號,使得抵消由弱音器單元20引起的聲音的頻率特性的變化。然后,信號處理器30輸出處理后的信號。
【專利說明】使用弱音器的管樂器的演奏的信號處理器
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于使用弱音器的管樂器的演奏的信號處理器,所述弱音器用于降低由管樂器生成的聲音的音量(樂器的聲音)。
【背景技術】
[0002]通常,如在例如日本專利公開N0.4114171和日本專利公開N0.4124236中所述,眾所周知,將弱音器(消音器)附著到諸如小號的銅管樂器的喇叭口(bell)來降低(減弱)由樂器發出到樂器外部的音量,其中麥克風嵌入在弱音器中使得樂器的演奏者能通過耳機來收聽與由樂器發出的聲音一樣的、由麥克風米集的聲音。
[0003]此外,如在日本專利公開N0.4521778和日本實用新型登記N0.3145588中所述,也眾所周知的是,將諸如薩克斯管的木管樂器容納在由封閉外殼形成的弱音器(消音器)中以降低(減弱)由樂器發出到樂器的外部的音量,其中麥克風嵌入在弱音器中使得樂器的演奏者能通過耳機來收聽與由樂器發出的聲音一樣的、由麥克風米集的聲音。
[0004]此外,日本未審專利公開N0.11-52836公開了一種技術,用于解決以下兩種情況之間的聲音圖像的定位的差異,一種情況下是由耳機再現的聲音定位在演奏者的頭部內,更具體地說,如上所述,演奏者通過耳機來收聽與樂器的聲音一樣的、由嵌入弱音器(消音器)中的麥克風提供的聲音的情形,另一種情況下是在沒有弱音器的情況下演奏管樂器的情形。在該技術中,由對電信號執行卷積運算的聲音圖像定位濾波器處理從嵌入弱音器中的麥克風提供的電信號,使得在沒有弱音器的情況下演奏管樂器的情況的聲音定位的位置處收聽管樂器的再現聲音。
【發明內容】
[0005]如在上述日本專利公開N0.4114171、日本專利公開N0.4124236、日本專利公開N0.4521778和日本實用新型登記N0.3145588中公開的常規技術的情況下,然而,當演奏者通過耳機來收聽從嵌入弱音器中的麥克風提供的管樂器的聲音時,這些常規技術的缺點在于由于例如由管樂器的活塞閥(操作元件)的操作引起的不自然的操作噪聲、由運舌法引起的不舒服噪聲、由弱音器引起的消音(悶音)聲,以及干擾高頻噪聲,具有弱音器的管樂器的聲音不同于不具有弱音器的管樂器的聲音。這些缺點是由于存在弱音器而造成由麥克風米集的聲音的頻率特性的變化引起的。盡管通過在上述日本未審專利公開N0.11-52836中公開的技術,處理從麥克風提供的電信號,但是信號處理僅控制通過耳機再現并定位在頭部內的聲音圖像的位置,而不校正由弱音器引起的頻率特性的變化。因此,該技術與在日本專利公開N0.4114171、日本專利公開N0.4124236、日本專利公開N0.4521778和日本實用新型登記N0.3145588中公開的其他技術類似,也是不利的。
[0006]實現本發明來解決上述問題,以及其目的是提供一種信號處理器,在弱音器附著到樂器的情況下演奏管樂器以允許樂器的演奏者收聽在樂器內部發出并由麥克風采集的聲音的情況下,所述信號處理器將由麥克風米集的聲音轉換成電信號,以及處理所轉換的電信號使得演奏者能收聽與沒有弱音器的管樂器的聲音類似的聲音。關于下述本發明的各個構件的描述,為便于理解,在括號內給出與稍后所述的實施例的組件相對應的數字。然而,本發明的各個構件不限于由實施例的數字表示的相應組件。
[0007]為實現上述目的,本發明的特征是提供一種用于在使用弱音器(20)的管樂器的演奏中使用信號處理器,該弱音器用于降低由管樂器生成的聲音的音量,該信號處理器包括:信號處理電路(30),所述信號處理電路接收從在使用弱音器的狀態下生成的聲音轉換的電信號,處理所接收到的電信號以抵消由弱音器引起的聲音的頻率特性的變化,并且然后輸出處理后的電信號。
[0008]在這種情況下,弱音器可以是要插入在管樂器的喇叭口(13)中的弱音器單元,或例如容納管樂器的弱音器盒。管樂器的喇叭口是在氣息的出氣口附近,其中,逐漸加寬管道的直徑,用于增加管樂器的音量。此外,例如,信號處理電路可以由FIR濾波器(32,32a, 32b)和濾波系數存儲器(33,33a, 33b, 33c)形成,FIR濾波器用于對所接收到的電信號執行卷積運算,以及濾波系數存儲器存儲要用于由FIR濾波器執行的卷積運算以確定傳遞函數的濾波系數。在這種情況下,濾波系數存儲器可以存儲一組濾波系數或可以存儲多組濾波系數。在存儲多組濾波系數的情況下,信號處理器可以具有選擇部,該選擇部從在濾波系數存儲器中存儲的多組濾波系數當中選擇一組濾波系數以將所選擇的一組濾波系數提供給FIR濾波器。將在下文描述根據第一至第三模式,在先獲得濾波系數,并使用濾波系統以便實現由信息處理電路執行的傳遞函數。
[0009]信號處理電路可以在下述第一至第三模式下工作。在第一模式中,在使用弱音器的狀態下,信號處理電路接收從在弱音器內部或弱音器附近采集的聲音轉換的電信號
(SI),以及信號處理電路基于以下來處理所接收到的電信號:在使用弱音器的狀態下,從管樂器的吹口(11)內部或吹口附近的第一聲音接收點到弱音器內部或弱音器附近的第二聲音接收點的第一傳遞特性(Gl)的反特性(G1—1),以及在不使用弱音器的狀態下,從第一聲音接收點到喇叭口(13)附近或演奏者的耳朵的位置的第三聲音接收點的第二傳遞特性(G2)的基礎上。
[0010]此外,第一模式可以如下。在振動被施加到具有弱音器的管樂器的指定位置的情況下,獲得從在是指定位置或指定位置附近的指定的第一聲音接收點處采集的聲音轉換的電信號(so)、和從在位于弱音器內部或管樂器的喇叭口附近的指定的第二聲音接收點處采集的聲音轉換的電信號(SI),以通過所獲得的兩個電信號(S0和SI),在先獲得第一傳遞函數(Gl)的反函數(Gl-1),該第一傳遞函數表不從在第一聲音接收點處米集的聲音到在第二聲音接收點處采集的聲音的頻率特性的變化;在振動被施加到沒有弱音器的管樂器的指定位置的情況下,獲得從在第一聲音接收點處采集的聲音轉換的電信號(SO)和從在位于管樂器外部的指定的第三聲音接收點處采集的聲音轉換的電信號(S2),以通過使用所獲得的兩個電信號(so和S2),在先獲得第二傳遞函數(G2),該第二傳遞函數表不從在第一聲音接收點處采集的聲音到在第三聲音接收點處采集的聲音的頻率特性的變化;以及信號處理電路接收從在第二聲音接收點處采集的聲音轉換的電信號,作為從在使用弱音器的情況下生成的聲音轉換的電信號,信號處理電路進一步基于復合傳遞函數(=Gr1 *G2)來處理所接收到的電信號,并且輸出處理后的信號,通過將在先獲得的第一傳遞函數(Gl)的反函數(Gr1)和在先獲得的第二傳遞函數(G2)組合來獲得所述復合傳遞函數。在這種情況下,例如,施加振動的指定位置是吹口或吹口附近的位置。
[0011]在第二模式中,在使用弱音器的狀態下,信號處理電路接收從在弱音器內部或弱音器附近采集的聲音轉換的電信號,以及基于傳遞特性(G12)來處理所接收到的電信號,基于在使用弱音器的狀態下弱音器內部或弱音器附近的第二聲音接收點處的聲音信號(SI)、和在不使用弱音器的狀態下喇叭口附近或演奏者的耳朵的位置的第三聲音接收點處的聲音信號(S2),來計算傳遞特性。
[0012]此外,第二模式可以如下。在振動被施加到具有弱音器的管樂器的指定位置的情況下,獲得從在位于弱音器內部或管樂器的喇叭口附近的指定的第二聲音接收點處采集的聲音轉換的電信號(SI),同時與振動被施加到具有弱音器的管樂器類似,在振動被施加到不具有弱音器的管樂器的指定位置的情況下,也獲得從在位于管樂器外部的指定的第三聲音接收點處采集的聲音轉換的電信號(S2),以通過使用所獲得的兩個電信號(SI和S2),在先獲得傳遞函數(G12),傳遞函數表示從在第二聲音接收點處采集的聲音到在第三聲音接收點處采集的聲音的頻率特性的變化;以及信號處理電路接收從在第二聲音接收點處采集的聲音轉換的電信號,作為從在使用弱音器的情況下生成的聲音轉換的電信號,信號處理電路進一步基于所獲得的傳遞函數(G12)來處理所接收到的電信號,并且輸出處理后的信號。同樣在該情形中,施加振動的指定位置是例如吹口或吹口附近的位置。
[0013]在該第三模式中,在使用弱音器的狀態下,信號處理電路接收從在弱音器內部或弱音器附近采集的聲音轉換的電信號(Si),以及信號處理電路基于以下來處理所接收到的電信號:在使用弱音器的狀態下,從第一管樂器的吹口內部或吹口附近的第一聲音接收點到第一管樂器的弱音器內部或弱音器附近的第二聲音接收點的第一頻率特性(Gl)的反特性(G1—1),以及在不使用弱音器的狀態下,從第二管樂器的吹口內部或吹口附近的第三聲音接收點到第二管樂器的喇叭口附近或演奏者的耳朵的位置的第四聲音接收點的第二傳遞特性(G2)的基礎上。
[0014]此外,第三模式可以如下。在振動被施加到具有弱音器的第一管樂器的指定位置的情況下,獲得從在是指定位置或指定位置附近的指定的第一聲音接收點處采集的聲音轉換的電信號(so)、和從在位于弱音器內部或第一管樂器的喇口八口附近的指定的第二聲音接收點處采集的聲音轉換的電信號(SI),以通過使用所獲得的兩個電信號(SI和S2),在先獲得第一傳遞函數(Gl)的反函數(Gr1),第一傳遞函數表不從在第一聲音接收點處米集的聲音到在第二聲音接收點處采集的聲音的頻率特性的變化;在振動被施加到不具有弱音器并且與第一管樂器不同的第二管樂器的指定位置的情況下,獲得從在是指定位置或指定位置附近的指定的第一聲音接收點處采集的聲音轉換的電信號(S0)、和從在位于第二管樂器外部的指定的第三聲音接收點處采集的聲音轉換的電信號(S2),以通過使用所獲得的兩個電信號(S0和S2),在先獲得第二傳遞函數(G2),該第二傳遞函數表示從在第一聲音接收點處采集的聲音到在第三聲音接收點處采集的聲音的頻率特性的變化;以及信號處理電路接收從在第二聲音接收點處采集的聲音轉換的電信號,作為從在使用弱音器的情況下生成的聲音轉換的電信號,信號處理電路進一步基于復合傳遞函數(=Gr1 *G2)來處理所接收到的電信號,并且輸出處理后的信號,通過將在先獲得的第一傳遞函數(Gl)的反函數(Gr1)和在先獲得的第二傳遞函數(G2)組合來獲得所述復合傳遞函數。同樣在這種情況下,施加振動的指定位置是例如吹口或吹口附近的位置。[0015]當在使用弱音器的情況下演奏管樂器時,與不使用弱音器的情形相比,由樂器生成的聲音的頻率特性的變化發生。根據如上所述構造的本發明,然而,信號處理電路抵消由弱音器引起的聲音的頻率特性的變化。因此,即使當在附著弱音器的情況下演奏管樂器時,本發明也允許演奏者舒服地收聽與不使用弱音器的管樂器的聲音類似的管樂器的美妙聲
曰?
[0016]在第一模式中,更具體地說,信號處理電路基于復合傳遞函數(=Gr1.G2)來處理信號,通過將為一種管樂器提供的第一傳遞函數(Gl)的反函數(Gr1)和第二傳遞函數(G2)組合來獲得所述復 合傳遞函數。此外,同樣在第二模式中,信號處理電路基于用于一個管樂器的傳遞函數(G12)來處理信號。因此,通過第一和第二模式,將再現由演奏者演奏的管樂器的聲音。然而,在第三模式中,信號處理電路基于復合傳遞函數(G12 = Gr1 *G2)來處理信號,通過將為第一管樂器提供的第一傳遞函數(Gl)的反函數(G1—1)和為與第一管樂器不同的第二管樂器提供的第二傳遞函數(G2)組合來獲得所述復合傳遞函數。因此,通過第三模式,將再現由演奏者演奏的與第一管樂器不同的第二管樂器的聲音。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是表示將根據本發明的弱音器單元和信號處理器應用于小號的整個聲音系統的不意圖;
[0018]圖2是表示圖1所示的信號處理器的電路框圖;
[0019]圖3 (A)至(C)是解釋用于獲得圖2所示的FIR濾波器的系數(脈沖響應)的第一至第三過程的圖示;
[0020]圖4 (A)至(C)是代表由在第一至第三過程計算的傳遞函數引起的信號的頻率特性的曲線圖;
[0021]圖5是表示根據實施例的修改的信號處理器的一部分的電路框圖;
[0022]圖6是表示根據實施例的另一修改的信號處理器的一部分的電路框圖;以及
[0023]圖7是表示根據實施例的又一修改的信號處理器的一部分的電路框圖。
【具體實施方式】
[0024]現在,將描述根據本發明的實施例的信號處理器。圖1是表示將根據本實施例的弱音器(弱音器)和信號處理器應用于小號的整個聲音系統的示意圖。
[0025]小號具有吹口 11、活塞閥12和喇叭口 13。吹口 11位于管道的一端,以及吹口 11是氣息的進氣口。喇叭口 13位于管道的另一端,以及逐漸加寬接近氣息的出口氣的部分,用于增加聲音的音量。活塞閥12位于管道的中部。弱音器單元(消音器單元)20是中空圓柱體,在軸向方向上在弱音器單兀20的中心具有大直徑,以及其直徑在軸向方向上朝弱音器單元20的兩端逐漸減小。弱音器單元20從喇叭口 13的末端插入,使得將弱音器單元20安裝在小號上來減弱(降低)由小號生成的聲音的音量。換句話說,弱音器單元20至少減小音量。在弱音器單兀20內部,嵌入麥克風21,使得麥克風21可以米集管樂器內發出的聲音(即,不是在管樂器外部發出的聲音,而是由弱音器單元20減弱的聲音),以將所采集的聲音轉換成電信號來輸出所轉換的信號。
[0026]將電信號從麥克風21提供給信號處理器30。在這種情況下,更具體地說,電信號經由與弱音器單元20相連的連接器41從麥克風21提供給信號處理器30,使得連接器41可以拆卸,電纜42和連接器43與信號處理器30相連,使得連接器41可以拆卸。信號處理器30處理從麥克風21提供的電信號,以及將處理后的電信號經由與信號處理器30相連的可拆卸的連接器44和電纜45提供給一組耳機46。
[0027]如圖2所示,信號處理器30具有A/D轉換器31、FIR (有限脈沖響應)濾波器32、濾波系數存儲器33、D/A轉換器34、放大器35和音量器36。A/D轉換器31將從麥克風21接收到的模擬電信號轉換成數字信號。然后,將模數轉換信號提供給FIR濾波器32。通過使用濾波系數對所接收到的數字信號執行卷積運算,FIR濾波器32基于傳遞函數來改變所接收到的數字信號的頻率特性,以將所改變的信號輸出到D/A轉換器34。在本實施例中,將傳遞函數稱為G12。濾波系數存儲器33存儲FIR濾波器32執行的卷積運算所需的濾波系數,以及將濾波系數提供給FIR濾波器32。D/A轉換器34將所接收到的數字信號轉換成模擬信號,并且然后將模擬信號輸出到放大器35。放大器35放大從D/A轉換器34提供的模擬信號,并且然后,將放大的信號經由音量器36輸出到耳機46。根據未示出但在信號處理器30上提供的操作元件的用戶操縱,音量器36可變地控制要從信號處理電路輸出的模擬信號的電平。
[0028]現在,將解釋通過使用濾波系數由卷積運算獲得的FIR濾波器32的傳遞函數G12。通過稍后所述的第一至第三過程,獲得傳遞函數G12,而用于獲得傳遞函數G12的濾波系數在先存儲在濾波系數存儲器33中。
[0029]在第一過程,在弱音器單元20安裝在喇叭口 13上的狀態下,獲得傳遞函數G1,傳遞函數Gl表示從在指定的第一聲音接收點(在本實施例中,吹口 11的進氣口)處采集的聲音(作為氣振的聲音信號)到在位于弱音器單兀20內部的第二聲音接收點(麥克風21米集聲音的位置)處采集的聲音(作為氣振的聲音信號)的頻率特性(頻率分布特性)的變化,以通過使用上述傳遞函數Gl來獲得反函數Gl'如圖3 (A)所示,更具體地說,作為激振器的揚聲器51安裝在吹口 11上,其中弱音器單元20附著到喇叭口 13,而將測量信號(例如,白噪聲信號、隨機信號等等)被提供給揚聲器51。在這種狀態下,通過使用嵌入在吹口 11中的麥克風14,在吹口 11的進氣口上采集聲音,以將所采集的聲音轉換成電信號來獲得該電信號。同時,由嵌入弱音器單兀20中的麥克風21米集聲音,以將所米集的聲音轉換成電信號來獲得該電信號。
[0030]將與由麥克風14采集的聲音相對應的電信號視作S0,以及將與由麥克風21采集的聲音相對應的電信號視作SI,計算用于將電信號SO轉換成電信號SI的傳遞函數Gl (見圖3 (A)的上箭頭)。換句話說,獲得第一傳遞函數G1,第一傳遞函數Gl表示從位于第一聲音接收點處的聲音到位于第二聲音接收點處的聲音的頻率特性的變化。電信號SO和SI間的關系以及傳遞函數Gl可以被表達為下述等式I。
[0031]SI = Gl.SO (等式 I)
[0032]因此,通過使用傳遞函數Gl來計算傳遞函數Gl的反函數Gr1 (見圖3 (A)的下箭頭)。在沒有獲得傳遞函數Gl的情況下,通過使用電信號SO和SI,可以直接獲得反函數Gr1 (與上述反函數Gr1相同)。
[0033]在第二過程,在弱音器單元20未安裝在喇叭口 13上的狀態下,獲得傳遞函數G2,傳遞函數G2表示從位于與第一過程的第一聲音接收點相同的第一聲音接收點處的聲音到位于喇叭口外的指定位置(第三聲音接收點)處的聲音的頻率特性(頻率分布特性)的變化。如圖3 (B)所示,更具體地說,在弱音器單元20未安裝在喇叭口 13上的狀態下,作為激振器的揚聲器51安裝在吹口 11上,其中麥克風52被置于處于小號外的指定位置(第三聲音接收點)處,而測量信號(例如白噪聲信號、隨機信號等等)被提供給揚聲器51,與第一過程類似。在這種狀態下,與第一過程類似,獲得從由麥克風14采集的聲音轉換的電信號。同時,由麥克風52采集聲音以將所采集的聲音轉換成電信號來獲得該電信號。此外,在圖3(B)中,在喇叭口 13的前方,斜定位第三聲音接收點。然而,第三聲音接收點可以位于任何其他位置,諸如位于喇叭口 13的前方的位置或演奏小號的演奏者的耳朵的位置。
[0034]將與由麥克風14采集的聲音相對應的電信號視作S0,以及將與麥克風52采集的聲音相對應的電信號視作S2,計算用于將電信號SO轉換成電信號S2的傳遞函數G2。將電信號SO和S2間的關系,以及傳遞函數G2表達為下述等式2。
[0035]S2 = G2.SO (等式 2)。
[0036]在第三過程,獲得傳遞函數G12,傳遞函數G12表示從位于用在第一過程并且位于弱音器單兀20內部的第二聲音接收點(麥克風21米集聲音的位置)處的聲音到位于用在第二過程并且位于小號外的第三聲音接收點處的聲音的頻率特性(頻率分布特性)的變化。在這種情況下,將與位于弱音器單兀2`0內部的第二聲音接收點的聲音相對應的電信號視作SI,以及將與位于小號外的第三聲音接收點的聲音相對應的電信號視作S2,其中將傳遞函數定義成G12,所述關系可以被表達為下述等式3 (見圖3 (C?.[0037]S2 = G12.SI (等式 3)
[0038]此外,通過將在等式I和2中使用的電信號SI和S2代入等式3來改變等式3,所述關系可以被表達為下述等式4。
[0039]G12 = S2/S1 = (G2.SO)/(Gl.SO) = GF1.G2 (等式 4)
[0040]根據等式4,通過將傳遞函數G2與作為傳遞函數Gl的反函數的反函數Gr1組合(相乘),能獲得傳遞函數G12。因此,在第三過程,在第二過程獲得的傳遞函數G2與在第一過程獲得的傳遞函數Gl的反函數Gr1組合(相乘)來獲得傳遞函數G12 (=Gr1 *G2)。因此,確定用于基于傳遞函數G12實現電信號的轉換的FIR濾波器32的濾波系數,以存儲在濾波系數存儲器33中。圖4表示這些傳遞函數G1、G1'G2和G12的信號的頻率特性。更具體地,圖4 (A)的下半部分表示與傳遞函數Gl相對應的頻率特性,而圖4 (A)的上半部分表示與傳遞函數Gr1 (傳遞函數Gl的反函數)相對應的頻率特性。圖4 (B)表示與傳遞函數G2相對應的頻率特性,而圖4 (C)表示與傳遞函數G12相對應的頻率特性。
[0041]上文已經簡單地描述了傳遞函數和濾波系數的獲得。然而,為獲得傳遞函數,需要用于區段的電信號(即從聲音轉換的電信號)。此外,這些電信號的頻率特性(即,聲音的頻率特性)隨時間改變。在本說明書中,準確地說,有關聲音的頻率特性和電信號的頻率特性的變化的描述表示隨時間改變的頻率特性。
[0042]將具體地說明獲得傳遞函數和濾波系數的方法。首先,將與各個聲音相對應的電信號S0、S1和S2分成每一個具有某一時間段的分段。接著,通過使用與每一個分段相對應的兩組電信號,對每一個分段,獲得與兩組電信號的頻率特性(頻率分布特性)的變化相對應的傳遞函數。然后,獲得濾波用于實現各個分段的傳遞函數的信號處理(在本實施例中,由FIR濾波器處理)所需的多組濾波系數來計算各個分段的濾波系數的各自的平均值,以將所計算的平均值定義成最終濾波系數。能通過各種方案完成濾波系數的平均值的計算。例如,每一個分段的濾波系數被組合在一起來除以分段數以將濾波系數的各自的平均值定義成最終濾波系數。替代地,分別計算第一分段和第二分段的濾波系數的平均值,以計算以上計算的平均值和下一分段的濾波系數之間的平均值,重復平均值的計算直到最后一個分段,以獲得最終濾波系數。
[0043]關于獲得傳遞函數G12和濾波系數,因為通過活塞閥12的用戶操縱在小號內部提供用于聲音信號的8個不同路徑,所以可以有8個不同的傳遞函數和8組不同的濾波系數。因此,優選通過使用下述方法來確定最終傳遞函數和濾波系數。首先,通過活塞閥12的演奏者的操縱,通過上述方案來獲得8個不同的傳遞函數和8組不同的濾波系數。接著,計算8組不同的濾波系數的平均值來將平均值確定為最終濾波系數。并且還基于最終濾波系數來確定最終傳遞函數。盡管優選獲得8組濾波系數來確定最終傳遞函數和濾波系數,但可以通過僅獲得一個平均傳遞函數及其濾波系數,來確定最終傳遞函數和濾波系數。此外,通過使用少于8組濾波系數的多組濾波系數,可以確定最終傳遞函數和濾波系數。
[0044]在上述實施例中,通過使用揚聲器51,將測量信號提供給吹口 11,使得麥克風14、21和52能獲得電信號S0、SI和S2。然而,可以修改上述實施例使得響應于演奏者對小號的實際演奏,即,響應于由吹奏吹口 11的演奏者施加到吹口 11的振動,在上述第一和第二過程,由麥克風14、21和52獲得電信號S0、S1和S2,以在第一至第三過程通過使用所獲得的電信號S0、SI和S2來獲得傳遞函數G1、G1_\G2和G12。
[0045]此外,在上述實施例中,獲得傳遞函數Gl的反函數Gr1和傳遞函數G2,使得通過使用反函數Gr1和傳遞函數G2來獲得傳遞函數G12 (=GF1.G2).然而,可以修改上述實施例使得在提供除存在弱音器單元20外的完全相同的環境的條件下,其中相同振動被施加到吹口 11,通過使用兩個電信號SI和S2來獲得傳遞函數G12 (=S2/S1),而不獲得傳遞函數Gl和G2,以及反函數Gr1 (見等式4)。
[0046]現在,將從物理觀點解釋傳遞函數G12 (=Gr1 *G2)。反函數Gf1是用于在弱音器單元20附著到小號上的狀態下,從由在弱音器單元20上提供的麥克風21采集的聲音的頻率特性,消除由來自吹口 11的小號下游和弱音器單元20引起的頻率特性的變化的傳遞函數。換句話說,反函數Gr1是用于將在弱音器單元20上提供的吹口 21采集的聲音還原成位于吹口 11內的聲音的傳遞函數。傳遞函數G2是用于在弱音器單元20未附著到小號上的狀態下,將位于吹口 11內的聲音的頻率特性改變成位于小號外部的指定位置的聲音的頻率特性的傳遞函數。因此,通過組合(相乘)反函數Gr1和傳遞函數G2獲得的傳遞函數G12是用于抵消弱音器單元20附著到喇叭口 13的狀態的小號聲音特性的變化以將由在弱音器單元20上提供的麥克風采集的聲音改變(轉換)成在弱音器單元20未附著到喇叭口13的狀態下,具有位于從吹口 11的下游的部分的聲音特性的聲音的傳遞函數。換句話說,傳遞函數G12是用于再現聲音的傳遞函數,其中,基于在弱音器單元20上提供的麥克風21采集的聲音,消除由弱音器單元20引起的聲音信號的頻率特性的變化。
[0047]接著,將解釋如上所述構造的實施例的操作。演奏者準備弱音器單元20和信號處理器30。然后,演奏者將弱音器單元20插入喇叭口 13以將弱音器單元20安裝在小號上,將連接器41連接到弱音器單元20,將連接器43和44連接到信號處理器30,以及戴上耳機46。然后,演奏者開始演奏小號。在這種情況下,因為弱音器單元減弱(降低音量)由小號生成的聲音,所以高聲不會發出到小號外部。
[0048]麥克風21采集弱音器單元20內的聲音,以及將從所采集的聲音轉換的電信號通過連接器41、電纜42和連接器43提供給信號處理器30。信號處理器30將所提供的電信號(模擬信號)在A/D轉換器31處轉換成數字信號,并且然后,將所轉換的數字信號提供給FIR濾波器32。通過使用在濾波系數存儲器33中存儲的濾波系數,對所接收到的數字信號執行卷積運算,FIR濾波器32根據傳遞函數G12來改變所接收到的數字信號的頻率特性,并且然后將所改變的信號提供給D/A轉換器34。D/A轉換器34將接收到的數字信號轉換成模擬信號,并且然后將所轉換的模擬信號通過放大器35和音量器36提供給耳機46。因此,演奏者將收聽具有由FIR濾波器32從由麥克風21在弱音器單元20中取回的聲音改變的頻率特性的聲音。
[0049]在這種情況下,由FIR濾波器32使用的傳遞函數G12基于由在弱音器單元20內部提供的麥克風21采集的聲音來再現由不具有弱音器單元20的小號的聲音特性引起的聲音。因此,甚至弱音器單元20附著到小號,演奏者將收聽已經抵消諸如由活塞閥12的操作生成的操作噪聲、由運舌法引起的噪聲、由弱音器單元20引起的悶聲(弱音),以及干擾高頻噪聲的由弱音器單元20引起的頻率特性(聲音特性)的變化的聲音。根據上述實施例,因此,甚至在演奏者演奏安裝有弱音器單元20的小號的情況下,演奏者能舒服地收聽與演奏者演奏不具有弱音器單兀20的小號的情形的聲音類似的良好音樂聲。
[0050]本發明不限于上述實施例,而是能在不背離本發明的目的的情況下進行各種修改。
[0051]在上述實施例中,FIR濾波器32通過使用傳遞函數G12 (=Gr1.G2)來改變信號屬性。然而,代替FIR濾波器32,如圖5所示,可以使用串聯放置的第一 FIR濾波器32a和第二 FIR濾波器32b,以便與上述實施例類似地改變信號屬性。在該修改中,第一 FIR濾波器32a將上述反函數Gr1用作傳遞函數,而第二 FIR濾波器32b將上述傳遞函數G2用作傳遞函數。因此,濾波系數存儲器33a在先存儲用于允許第一 FIR濾波器32a實現反函數Gr1的傳遞屬性的濾波系數和用于允許第二 FIR濾波器32b實現傳遞函數G2的傳遞屬性的濾波系數,以及將濾波系數提供給第一 FIR濾波器32a和第二 FIR濾波器32b。通過與實施例的第一和第二過程類似的方案,獲得用于第一 FIR濾波器32a的濾波系數和用于第二 FIR濾波器32b的濾波系數。除上文外,與上述實施例類似地構造該修改。
[0052]上述修改也能通過串聯連接的第一 FIR濾波器32a和第二 FIR濾波器32b來實現反函數Gr1和傳遞函數G2的合并(相乘),以實現由與上述實施例類似的傳遞函數G12(=GF1 *G2)引起的傳遞屬性。因此,該修改能產生與由上述實施例產生的效果類似的效果。
[0053]在上述實施例中,此外,將用于允許FIR濾波器32實現傳遞函數G12 (=GF1 *G2)的一組濾波系數存儲在濾波系數存儲器33中。然而,代替濾波系數存儲器33,根據圖6所示的修改的濾波系數存儲器33b可以存儲用于允許FIR濾波器32實現各種不同傳遞屬性的多組濾波系數。多組濾波系數包括下文所述的兩種情形。
[0054]在第一情形中,多組濾波系數是允許FIR濾波器32分別實現于不同傳遞函數G2相對應的不同傳遞函數G12的系數,這實現了從位于麥克風11內部并且與第一實施例相同的點的第一聲音接收點(麥克風14采集聲音的位置)到位于小號外部的多個不同位置(第三聲音接收點)的聲音信號的傳遞屬性。關于用于獲得傳遞函數G12的第一至第三過程,在這種情況下,通過與上述實施例的第一過程類似的方式,在第一過程獲得傳遞函數Gl和反函數Gr1(或僅反函數Gr1)。在第二過程,獲得多個不同的傳遞函數G2,其中位于小號外的多個位置被定義為第三聲音接收點。在第三過程,通過使用在第一過程和第二過程獲得的反函數Gr1和多個傳遞函數G2,與第一實施例類似,獲得多個傳遞函數G12和多組濾波系數。將所獲得的多組濾波系數存儲在濾波系數存儲器33b中。
[0055]此外,關于第二情形,多組濾波系數是允許FIR濾波器32實現分別與不同傳遞函數G2相對應的多個不同傳遞函數G12的系數,由此將由上述實施例的傳遞函數G2引起的聲音信號的頻率特性改變成聲音信號的不同頻率特性,而與上述位置(第三聲音接收點)無關。為獲得多組濾波系數,盡管可以僅改變在上述實施例中獲得的傳遞函數G2或傳遞函數G12,但通過下述方案能更精確地模仿現有的管樂器的聲音。
[0056]同樣在該方案中,在第一過程,通過與上述實施例的第一過程相同的方式,獲得傳遞函數Gl和反函數Gr1 (或僅反函數Gr1)。在第二過程,在不使用弱音器單元20的狀態下,將振動施加到與在第一過程施加振動的管樂器(在本實施例中,小號)不同的不同類型的管樂器(例如,號角、長號、薩克斯管、單簧管等等)的各個吹口或各個吹口附近的位置,以將吹口或附近位置定義成第一聲音接收點,從而獲得從位于該第一聲音接收點處的聲音轉換的電信號。此外,在位于不同類型的管樂器外部的各個指定位置被定義為第三聲音接收點的情況下,獲得從位于第三聲音接收點處的聲音轉換的電信號。然后,通過使用上述兩個電信號,獲得多個第二傳遞函數G2,多個第二傳遞函數G2表示從第一聲音接收點的聲音到第三聲音接收點的聲音的頻率特性的各個變化。在第三過程,通過使用在第一和第二過程獲得的反函數Gr1和多個傳遞函數G2,與第一實施例類似,獲得多個傳遞函數G12和多組濾波系數。將所獲得的多組濾波系數存儲在濾波系數存儲器33b中。
[0057]此外,在該修改中,信號處理器30具有選擇部37和濾波屬性設定部38。選擇部37具有用于允許演奏者從在濾波系數存儲器33b中存儲的多組濾波系數當中選擇一組濾波系數的選擇開關。濾波屬性設定部38從濾波系數存儲器33b讀出通過使用選擇部37選擇的該組濾波系數以及將所讀取的濾波系數提供給FIR濾波器32,以允許FIR濾波器32根據傳遞函數G12中的一個來實現傳遞屬性。除上文外,與上述實施例類似地構造該修改。該修改使得能夠實現位于小號外部的不同位置的聲音信號的頻率特性或根據演奏者的喜好的不同類型的聲音信號的頻率特性中的任何一個。此外,通過獲得與不同類型的管樂器的傳遞函數G12作為要存儲在濾波系數存儲器33b中的上述不同傳遞函數G12,小號能根據演奏者對小號的演奏,從耳機46生成不是小號的不同類型的管樂器的聲音。
[0058]此外,還能將根據圖6所示的修改的不同傳遞函數G12的任何一個的選擇應用于圖5所示的修改。在該修改中,與圖5的修改類似,信號處理器30具有第一 FIR濾波器32a和第二 FIR濾波器32b,如圖7所示。此外,濾波系數存儲器33c不僅存儲與圖5的修改類似的與反函數Gr1相對應的一組濾波系數,而且存儲分別與不同傳遞函數G2相對應的多組濾波系數,用于通過組合(相乘)反函數Gr1來獲得與圖6所示的修改類似的不同類型的傳遞函數G12。此外,濾波屬性設定部38a從濾波系數存儲器33c讀出與反函數Gr1相對應的該組濾波系數,并且將所讀取的該組濾波系數提供給第一 FIR濾波器32a。同時,根據通過使用與圖6的修改的情形類似構造的選擇部37進行的選擇,濾波屬性設定部38a選擇分別與不同傳遞函數G2相對應的多組濾波系數中的一個,從濾波系數存儲器33c讀出所選擇的該組濾波系數,并且然后,將所讀取的濾波系數提供給第二FIR濾波器32b。除上文外,與上述實施例類似地構造該修改。
[0059]因此,與圖5的修改的情形類似,該修改能通過第一 FIR濾波器32a和第二 FIR濾波器32b來實現反函數Gr1和傳遞函數G2的合并(相乘)。此外,在該修改中,因為通過由選擇部37完成的選擇,將分別與不同傳遞函數G2相對應的濾波系數組中的一個提供給第二 FIR濾波器32b,所以實現了與傳遞函數G12的一個相對應的傳遞屬性。因此,與圖6的修改的情形類似,該修改使得能夠實現位于小號外部的不同位置的聲音信號的頻率特性或不同類型的聲音信號的頻率特性中的任何一個,具體地,根據演奏者的喜好,除小號外的管樂器的聲音信號屬性中的任何一個。
[0060]此外,在上述實施例中,麥克風21容納在弱音器單元20中。然而,可以在弱音器單元20外部提供麥克風21,例如在圖1所示的弱音器單元20的左端的外部,或可以在喇叭口 13的內部提供麥克風21。在這種情況下,在上述實施例的第一過程,麥克風21要置于上述位置處,其中弱音器單元20安裝在小號上,同時獲得電信號SO和SI,以獲得傳遞函數Gl的反函數Gl'這種情形的第二和第三過程與第一實施例相同。此外,同樣在這種情況下,麥克風14要置于吹口 11的內部。
[0061]此外,麥克風14的位置不限于在上述實施例中嵌入麥克風14的位置,只要麥克風14位于處于聲音信號的路徑上的吹口 11附近。更具體地說,麥克風14可以置于吹口 11內部或附近以獲得電信號S0。
[0062]此外,已經將上述實施例解釋為將本發明應用于小號的例子。然而,本發明也能應用于其他銅管樂器,諸如長號和號角。此外,本發明不僅能應用于銅管樂器,而且能應用于木管樂器,諸如單簧管和薩克斯管。此外,本發明還能應用于電子管樂器和結合電子樂器和聲學樂器的混合管樂器。
[0063]此外,將上述實施例和修改設計成使得弱音器單元20附著到管樂器。然而,如在上述相關技術中作為現有技術引用的日本專利公開N0.4521778和日本實用新型登記N0.3145588的情形中,本發明也能應用于管樂器容納在由封閉外殼形成的弱音器盒(弱音器)中以減弱由樂器生成以發出到外部的聲音的情形。另外,這些日本專利公開N0.4521778和日本實用新型登記N0.3145588的描述被并入本說明書中。在這種情況下,可以在由容納管樂器的外殼形成的弱音器盒內提供麥克風(與上述實施例的麥克風21相對應的麥克風),其中麥克風(與上述實施例的麥克風14相對應的麥克風)提供在管樂器的吹口或吹口附近,使得通過與在上述實施例中所述的第一過程類似的方式,獲得傳遞函數Gl的反函數Gl'
[0064]在第一過程后,將管樂器從由外殼形成的弱音器盒移出,以如在本實施例的第二過程中所述獲得傳遞函數G2。接著,如在本發明的第三過程中所述,要獲得傳遞函數G12,同時獲得濾波系數以存儲在濾波系數存儲器33中。當演奏管樂器時,將管樂器容納在由外殼形成的弱音器盒中,以如在上述實施例中所述允許演奏者通過耳機收聽由在弱音器盒內提供的麥克風采集的聲音。該修改還產生與由上述實施例產生的效果類似的效果。此外,與上述實施例類似,還能不同地改變該修改。
[0065]此外,上述實施例將插入喇叭口 13中的弱音器單元20用作弱音器,同時上述修改將容納管樂器的弱音器盒用作弱音器。然而,代替弱音器單元20和弱音器盒,能將各種物件用作弱音器,只要這些物件能減弱聲音。例如,可以采用覆蓋喇叭口 13的板狀構件或片狀構件來減弱聲音。此外,通過將填充材料插入管內使得填充材料能放在喇叭口 13和活塞閥12間,可以減弱聲音。
[0066]在上述實施例和各種修改中,將振動施加到吹口 11。然而,可以將振動施加到管樂器的任何部件。例如,可以將振動施加到管樂器的吹管部,即,施加到吹口 11所連接到的吹管的入口。在這種情況下,使空氣振動直接施加到吹管的入口,穿過吹口 11或移出吹口
11。此外,可以將振動施加到除吹口 11和吹管以外的管樂器的任何部件。
[0067]此外,在上述實施例中,將由信號處理器30處理的電信號提供給耳機46以允許演奏者收聽演奏者演奏的聲音。然而,可以修改實施例使得將處理后的電信號提供給除耳機外的聲音轉換器(例如揚聲器),用于將電信號轉換成聲音信號(聲音),以允許演奏者或除演奏者外的他人收聽演奏聲音。此外,沒有提供給信號處理器30的電信號(例如由麥克風21轉換的模擬信號或由模擬信號轉換的數字信號)可以提供給不同地點來與信號處理器30類似地處理這些信號,從而允許該地點的聽眾收聽聲音。在這種情況下,例如,在網絡上提供從模擬信號轉換的數字信號,使得連接到網絡的信號處理器可以處理信號。
[0068]在上述實施例及其修改中,FIR濾波器32、第一 FIR濾波器32a和第二 FIR濾波器32b對由麥克風21轉換的電信號執行卷積運算,以根據傳遞函數G12、GF1和G2來改變電信號的頻率特性。然而,各種信號處理電路可以用作信號處理電路,只要該信號處理電路能根據傳遞函數G12、Gl_i和G2來改變電信號的頻率特性。例如,可以使用DSP (數字信號處理器)、EQ (均衡器)等等。此外,信號處理器30能勝任,只要它能處理由麥克風21轉換的電信號以及能將處理后的信號提供給耳機46。因此,作為信號處理器30,可以使用各種裝置,諸如個人計算機、智能設備和數字裝置。
【權利要求】
1.一種用于在使用弱音器的管樂器的演奏中使用的信號處理器,所述弱音器用于降低由所述管樂器生成的聲音的音量,所述信號處理器包括: 信號處理電路,所述信號處理電路接收從在使用弱音器的狀態下生成的聲音轉換的電信號,處理所接收到的電信號以抵消由所述弱音器引起的所述聲音的頻率特性的變化,并且然后輸出處理后的電信號。
2.根據權利要求1所述的用于使用弱音器的管樂器的演奏的信號處理器,其中, 所述弱音器是要插入在所述管樂器的喇叭口中的弱音器單元,或容納所述管樂器的弱音器盒。
3.根據權利 要求1所述的用于使用弱音器的管樂器的演奏的信號處理器,其中, 所述信號處理電路由FIR濾波器和濾波系數存儲器形成,所述FIR濾波器用于對接收到的電信號執行卷積運算,所述濾波系數存儲器存儲濾波系數,所述濾波系數要被用于由所述FIR濾波器執行的所述卷積運算以確定傳遞函數。
4.根據權利要求3所述的用于使用弱音器的管樂器的演奏的信號處理器,其中,所述濾波系數存儲器存儲多組濾波系數,以及所述信號處理器進一步包括: 選擇部,所述選擇部從在所述濾波系數存儲器中存儲的多組濾波系數當中選擇一組濾波系數,以將所選擇的一組濾波系數提供給所述FIR濾波器。
5.根據權利要求1至4的任一項所述的用于使用弱音器的管樂器的演奏的信號處理器,其中, 在使用所述弱音器的狀態下,所述信號處理電路接收從在所述弱音器內部或所述弱音器附近采集的聲音轉換的電信號,以及 所述信號處理電路基于以下來處理所接收到的電信號: 在使用所述弱音器的狀態下,從所述管樂器的吹口內部或所述吹口附近的第一聲音接收點到所述弱音器內部或所述弱音器附近的第二聲音接收點的第一傳遞特性的反特性,以及 在不使用所述弱音器的狀態下,從所述第一聲音接收點到喇叭口附近或演奏者的耳朵的位置的第三聲音接收點的第二傳遞特性。
6.根據權利要求1至4的任一項所述的用于使用弱音器的管樂器的演奏的信號處理器,其中, 在振動被施加到具有所述弱音器的所述管樂器的指定位置的情況下,獲得從在是所述指定位置或所述指定位置附近的指定的第一聲音接收點處采集的聲音轉換的電信號、和從在位于所述弱音器內部或所述管樂器的喇叭口附近的指定的第二聲音接收點處采集的聲音轉換的電信號,以通過所獲得的兩個電信號,在先獲得第一傳遞函數的反函數,所述第一傳遞函數表示從在所述第一聲音接收點處采集的聲音到在所述第二聲音接收點處采集的聲音的頻率特性的變化; 在振動被施加到沒有所述弱音器的所述管樂器的指定位置的情況下,獲得從在所述第一聲音接收點處采集的聲音轉換的電信號、和從在位于所述管樂器外部的指定的第三聲音接收點處采集的聲音轉換的電信號,以通過使用所獲得的兩個電信號,在先獲得第二傳遞函數,所述第二傳遞函數表示從在所述第一聲音接收點處采集的聲音到在所述第三聲音接收點處采集的聲音的頻率特性的變化;以及所述信號處理電路接收從在所述第二聲音接收點處采集的聲音轉換的所述電信號,作為從在使用所述弱音器的情況下生成的聲音轉換的電信號,所述信號處理電路進一步基于復合傳遞函數來處理所接收到的電信號,并且輸出處理后的信號,通過將在先獲得的所述第一傳遞函數的反函數和在先獲得的第二傳遞函數組合來獲得所述復合傳遞函數。
7.根據權利要求6所述的用于使用弱音器的管樂器的演奏的信號處理器,其中, 將所述振動施加到吹口或所述吹口附近的位置。
8.根據權利要求1至4的任一項所述的用于使用弱音器的管樂器的演奏的信號處理器,其中, 在使用所述弱音器的狀態下,所述信號處理電路接收從在所述弱音器內部或所述弱音器附近采集的聲音轉換的電信號,以及基于傳遞特性來處理所接收到的電信號, 基于在使用所述弱音器的狀態下所述弱音器內部或所述弱音器附近的第二聲音接收點處的聲音信號、和在不使用弱音器的狀態下喇叭口附近或演奏者的耳朵的位置的第三聲音接收點處的聲音信號,來計算所述傳遞特性。
9.根據權利要求1至4的任一項所述的用于使用弱音器的管樂器的演奏的信號處理器,其中, 在振動被施加到具有所述弱音器的所述管樂器的指定位置的情況下,獲得從在位于所述弱音器內部或所述管樂器的喇叭口附近的指定的第二聲音接收點處采集的聲音轉換的電信號,同時與所述振動被施加到具有所述弱音器的所述管樂器的類似,在振動被施加到不具有所述弱音器的所述管樂器的指定位置的情況下,也獲得從在位于所述管樂器外部的指定的第三聲音接收點處采集的聲音轉換的電信號,以通過使用所獲得的兩個電信號,在先獲得傳遞函數,所述傳遞函數表示從在所述第二聲音接收點處采集的聲音到在所述第三聲音接收點處采集的聲音的頻率 特性的變化;以及 所述信號處理電路接收從在所述第二聲音接收點處采集的聲音轉換的所述電信號,作為從在使用所述弱音器的情況下生成的聲音轉換的電信號,所述信號處理電路進一步基于所獲得的傳遞函數來處理所接收到的電信號,并且輸出處理后的信號。
10.根據權利要求9所述的用于使用弱音器的管樂器的演奏的信號處理器,其中, 將所述振動施加到吹口或吹口附近的位置。
11.根據權利要求1至4的任一項所述的用于使用弱音器的管樂器的演奏的信號處理器,其中, 在使用所述弱音器的狀態下,所述信號處理電路接收從在所述弱音器內部或所述弱音器附近采集的聲音轉換的電信號,以及 所述信號處理電路基于以下來處理所接收到的電信號: 在使用所述弱音器的狀態下,從第一管樂器的吹口內部或所述吹口附近的第一聲音接收點到所述第一管樂器的所述弱音器內部或所述弱音器附近的第二聲音接收點的第一傳遞特性的反特性,以及 在不使用所述弱音器的狀態下,從第二管樂器的吹口內部或所述吹口附近的第三聲音接收點到所述第二管樂器的喇叭口附近或演奏者的耳朵的位置的第四聲音接收點的第二傳遞特性。
12.根據權利要求1至4的任一項所述的用于使用弱音器的管樂器的演奏的信號處理器,其中, 在振動被施加到具有所述弱音器的第一管樂器的指定位置的情況下,獲得從在是所述指定位置或所述指定位置附近的指定的第一聲音接收點處采集的聲音轉換的電信號、和從在位于所述弱音器內部或所述第一管樂器的喇叭口附近的指定的第二聲音接收點處采集的聲音轉換的電信號,以通過使用所獲得的兩個電信號,在先獲得第一傳遞函數的反函數,所述第一傳遞函數表示從在所述第一聲音接收點處采集的聲音到在所述第二聲音接收點處采集的聲音的頻率特性的變化; 在振動被施加到不具有所述弱音器并且與所述第一管樂器不同的第二管樂器的指定位置的情況下,獲得從在是所述指定位置或所述指定位置附近的指定的第一聲音接收點處采集的聲音轉換的電信號、和從在位于所述第二管樂器外部的指定的第三聲音接收點處采集的聲音轉換的電信號,以通過使用所獲得的兩個電信號,在先獲得第二傳遞函數,所述第二傳遞函數表示從在所述第一聲音接收點處采集的聲音到在所述第三聲音接收點處采集的聲音的頻率特性的變化;以及 所述信號處理電路接收從在所述第二聲音接收點處采集的聲音轉換的電信號,作為從在使用所述弱音器的情況下生成的聲音轉換的電信號,所述信號處理電路進一步基于復合傳遞函數來處理所接收到的電信號,并且輸出處理后的信號,通過將在先獲得的所述第一傳遞函數的反函數和在先獲得的第二傳遞函數組合來獲得所述復合傳遞函數。
13.根據權利要求12所述的用于使用弱音器的管樂器的演奏的信號處理器,其中, 將所述振動施加到吹口或所述吹口附近的位置。
【文檔編號】H04R3/04GK103702263SQ201310450023
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年9月27日 優先權日:2012年9月27日
【發明者】篠田亮, 高野壽子 申請人:雅馬哈株式會社