JP5573263B2 - 信号処理装置および弦楽器 - Google Patents

Description

本発明は、弦楽器の共鳴の効果を音声信号に付与する技術に関する。

ギターなどの弦楽器には、ピックアップに圧電素子を用いて、弦から伝播した振動を電気信号にして出力する構成を有しているものがある。このような電気信号を増幅して、スピーカから出力することにより、大音量でギター音を聴取することができる。一方、このような圧電素子により電気信号として出力された音は、ギターの胴などによる共鳴成分がほとんど含まれない。したがって、そのままの音では、聴取者に対して、アコースティックギターなどにより演奏される音とは異なる印象を与えていた。
この電気信号にＦＩＲ（Finite impulse response）フィルタにより畳み込み演算をすることにより、胴の共鳴音などを付加する技術が、特許文献１に開示されている。

特開２００５−２４９９７号公報

特許文献１に開示された技術により、ある機種のギターにおける胴の共鳴音を再現するように畳み込み演算を行うと、畳み込み演算を行わない場合に比べて、胴の共鳴音が付加されたようには聞こえるものの、再現しようとする機種のギターにおける胴の共鳴音とは全く違う印象を受けるものになっていた。この現象は、再現しようとする機種のギターとは異なる機種のギターから出力される電気信号に対して畳み込み演算を行うことで、より顕著に現れていた。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、弦楽器に張られた弦から伝播した振動を示す電気信号に、別の弦楽器における胴の共鳴音を付加する畳み込み演算を施した場合に、その胴の共鳴音の再現性を向上させることを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明は、弦楽器に張られた弦から伝播した振動に応じた信号を出力する出力手段から、当該信号を取得する信号取得手段と、設定されたフィルタ係数を用いて畳み込み演算を施すフィルタを有し、前記信号取得手段によって取得された信号に対して、当該フィルタによって畳み込み演算を施して出力する信号処理手段とを具備し、前記フィルタは、前記弦楽器とは別の弦楽器における胴の共鳴に応じたピーク波形が特定周波数範囲内に複数現れる周波数特性をもち、かつ前記畳み込み演算後の信号において前記弦の振動における基音の成分の減衰よりも早く当該ピーク波形の成分を減衰させる伝達関数に対応するフィルタ係数が設定されていることを特徴とする信号処理装置を提供する。

また、別の好ましい態様において、前記信号処理手段は、設定されたフィルタ係数を用いて畳み込み演算を施す第２フィルタをさらに有し、前記信号取得手段によって取得された信号に対して、前記フィルタおよび当該第２フィルタの双方によって畳み込み演算を施して出力し、前記第２フィルタは、前記信号取得手段によって取得された信号から、前記弦の振動成分以外の信号を低減させるようにフィルタ係数が設定されていることを特徴とする。

また、別の好ましい態様において、前記第２フィルタは、前記弦から発生した振動が前記出力手段から信号として出力されるまでの伝達関数の逆関数に対応するフィルタ係数が設定されることにより、前記弦の振動成分以外の信号を低減させることを特徴とする。

また、別の好ましい態様において、前記弦から発生した振動が前記出力手段から信号として出力されるまでの伝達関数の逆関数に関する第１情報、および前記弦楽器とは別の弦楽器の弦から発生した音が当該別の弦楽器での共鳴を経て受音されるまでの伝達関数に関する第２情報を取得する情報取得手段と、前記別の弦楽器における胴の共鳴に応じたピーク波形が特定周波数範囲内に複数現れる周波数特性をもち、かつ前記畳み込み演算後の信号において前記弦の振動における基音の成分の減衰よりも早く当該ピーク波形の成分を減衰させる伝達関数を、前記情報取得手段によって取得された第１情報および第２情報に基づいて算出し、当該算出した伝達関数に対応するフィルタ係数を前記フィルタに設定する設定手段とを更に具備することを特徴とする。

また、本発明は、弦楽器に張られた弦から伝播した振動に応じた信号を出力する出力手段から、当該信号を取得する信号取得手段と、設定されたフィルタ係数を用いて畳み込み演算を施すフィルタを有し、前記信号取得手段によって取得された信号に対して、当該フィルタによって畳み込み演算を施して出力する信号処理手段と、前記弦から発生した振動が前記出力手段から信号として出力されるまでの伝達関数の逆関数に関する第１情報、および前記弦楽器とは別の弦楽器の弦から発生した音が当該別の弦楽器での共鳴を経て受音されるまでの伝達関数に関する第２情報を取得する情報取得手段と、前記情報取得手段によって取得された第１情報および第２情報に基づいて、前記別の弦楽器での共鳴を経た音を再現する信号を前記信号処理手段から出力させる伝達関数を算出し、当該算出した伝達関数に対応したフィルタ係数を、前記フィルタに設定する設定手段とを具備することを特徴とする信号処理装置を提供する。

また、別の好ましい態様において、前記第１情報を記憶する記憶手段を更に具備し、前記情報取得手段は、前記記憶手段から前記第１情報を取得することを特徴とする。

また、本発明は、弦楽器に張られた弦から伝播した振動に応じた信号を出力する出力手段から、当該信号を取得する信号取得手段と、設定されたフィルタ係数を用いて畳み込み演算を施す第１フィルタ、および前記信号取得手段によって取得された信号から、前記弦の振動成分以外の信号を低減させるようにフィルタ係数が設定された第２フィルタを有し、前記信号取得手段によって取得された信号に対して、当該第１フィルタおよび当該第２フィルタの双方によって畳み込み演算を施して出力する信号処理手段と、前記弦楽器とは別の弦楽器の弦から発生した音が当該別の弦楽器での共鳴を経て受音されるまでの伝達関数に関する第２情報を取得する情報取得手段と、前記情報取得手段によって取得された伝達関数に対応するフィルタ係数を、前記第１フィルタに設定する設定手段とを具備することを特徴とする信号処理装置を提供する。

また、別の好ましい態様において、前記第２フィルタは、前記弦から発生した振動が前記出力手段から信号として出力されるまでの伝達関数の逆関数に対応するフィルタ係数が設定されることにより、前記弦の振動成分以外の信号を低減させることを特徴とする。

また、本発明は、上記記載の信号処理装置と、弦と、前記弦の振動に応じた信号を出力する出力手段とを具備し、前記信号取得手段によって取得される信号は、前記出力手段から出力される信号であることを特徴とする弦楽器を特徴とする。

本発明によれば、弦楽器に張られた弦から伝播した振動を示す電気信号に、別の弦楽器における胴の共鳴音を付加する畳み込み演算を施した場合に、その胴の共鳴音の再現性を向上させることができる。

本発明の実施形態におけるギター１の外観を説明する図である。 本発明の実施形態における信号処理装置１０の構成を説明するブロック図である。 本発明の実施形態における設定情報を説明する図である。 本発明の実施形態における伝達関数ＩＲｐｍ（ｔ）のある時点における周波数特性を説明する図である。 本発明の実施形態における畳み込み演算が施された信号のピークｆ１成分の減衰と弦の基音Ｆ０成分の減衰との違いを説明する図である。 本発明の実施形態における畳み込み演算が施された信号の周波数特性を説明する図である。 アコースティックギターの１弦Ｅを鳴らしたときの周波数分布の時間変化を示す図である。 アコースティックギターの１弦Ｅを鳴らしたときの各周波数の時間変化を示す図である。 ギター１の１弦Ｅを鳴らしたときの畳み込み演算を施さない場合における周波数分布の時間変化を示す図である。 ギター１の１弦Ｅを鳴らしたときの畳み込み演算を施した場合における周波数分布の時間変化を示す図である。 本発明の変形例１における設定情報を説明する図である。

＜実施形態＞
[外観構成]
図１は、本発明の実施形態におけるギター１の外観を説明する図である。ギター１は、弦２、ピックアップ３、および胴４を有するアコースティックギターに信号処理装置１０、操作部５およびインターフェイス６が設けられた弦楽器である。なお、ギター１は、アコースティックギターでなく、エレクトリックギターなどであってもよい。また、胴４を有しないギターであってもよい。
また、ギター１は、信号処理装置１０から出力されるオーディオ信号Ｓｏｕｔを外部装置に供給する端子を有する。スピーカ、アンプなどを有する放音部１００と、この端子とをシールド線などにより接続することにより、ギター１は、オーディオ信号Ｓｏｕｔを放音部１００に供給して放音させる。

ピックアップ３は、圧電素子を有し、弦２の振動が伝播してピックアップ３の位置に到達した振動を、圧電素子により電気信号（以下、オーディオ信号Ｓｉｎという）に変換して出力する出力手段である。
操作部５は、ロータリースイッチ、操作ボタンなどを有し、利用者による操作が受け付けられると、その操作内容を示す情報を出力する。操作部５には、メニュー画面などを表示する表示部が設けられていてもよい。
インターフェイス６は、外部装置と接続して情報のやり取りを行う。例えば、インターフェイス６は、不揮発性メモリを用いた記録媒体が差し込まれるスロット部を有し、差し込まれた記録媒体に記録されたデータを読み出して信号処理装置１０に出力する。また、インターフェイス６は、他の装置と無線通信または有線通信により接続してもよい。
信号処理装置１０は、ピックアップから出力されるオーディオ信号Ｓｉｎ、操作部５およびインターフェイス６から出力される情報を取得する。続いて、信号処理装置１０の構成について図２を用いて説明する。

[信号処理装置１０の構成]
図２は、本発明の実施形態における信号処理装置１０の構成を説明するブロック図である。信号処理装置１０は、取得部１１、イコライザ部（ＥＱ）１２−１、１２−２、フィルタ部１３、設定部１４、記憶部１５および出力部１６を有する。
取得部１１は、ピックアップ３から出力されるオーディオ信号Ｓｉｎを取得し、アナログデジタル変換を施して、イコライザ部１２−１およびフィルタ部１３にオーディオデータＳｄとして出力する。
イコライザ部１２−１、１２−２は、パラメトリックイコライザ、グラフィックイコライザなどであり、設定内容に応じてイコライジング処理を施す機能を有する。イコライザ部１２−１は、オーディオデータＳｄに対して、設定内容に応じたイコライジング処理を施して、オーディオデータＳｅとして出力する。また、イコライザ部１２−２は、フィルタ部１３から出力されるオーディオデータＳｆに対して、設定内容に応じたイコライジング処理を施して、オーディオデータＳｆeとして出力する。イコライザ部１２−１、１２−２に設定される内容は、利用者による操作部５の操作によって決定される。

フィルタ部１３は、ＦＩＲフィルタＡ１３１、ＦＩＲフィルタＢ１３２を有する。フィルタ部１３は、入力されるオーディオデータＳｄに対して、ＦＩＲフィルタＡ１３１、ＦＩＲフィルタＢ１３２により、それぞれ設定されたフィルタ係数を用いて順に畳み込み演算処理を施し、オーディオデータＳｆとして出力する信号処理手段である。双方のフィルタにより畳み込み演算処理が施されれば、処理の順番は逆、すなわち、ＦＩＲフィルタＢ１３２で畳み込み演算処理が施された信号にＦＩＲフィルタＡ１３１で畳み込み演算処理を施してもよい。また、ＦＩＲフィルタを例として説明しているが、以下に示す伝達関数を実現することができるフィルタであれば、他のフィルタを用いてもよい。
ＦＩＲフィルタＡ１３１およびＦＩＲフィルタＢ１３２は、設定部１４からフィルタ係数が設定される。

設定部１４は、記憶部１５に記憶されている設定情報を参照して、伝達関数に関する情報を読み出して取得し、フィルタ部１３のＦＩＲフィルタＡ１３１およびＦＩＲフィルタＢ１３２に、その伝達関数に対応するフィルタ係数を設定する。このように、設定部１４は、伝達関数に関する情報を取得する情報取得手段と、フィルタ係数を設定する設定手段としての機能を有する。設定情報について、図３を用いて説明する。

図３は、本発明の実施形態における設定情報を説明する図である。設定情報には、ギターの機種に対応して伝達関数に関する情報が登録されている。伝達関数に関する情報とは、伝達関数を特定するのに必要な情報である。機種「Ｇ０」は、ギター１を示す機種であり、機種「Ｇ１」から「Ｇ５」は、別の機種を示している。なお、機種「Ｇ１」から「Ｇ５」のうち、いずれかが機種「Ｇ０」と同じもの、すなわちギター１を示す機種であってもよい。
機種「Ｇ０」に対応して登録されている伝達関数は、ギター１の弦２から発生した振動がピックアップ３からオーディオ信号Ｓｉｎとして出力されるまでの伝達関数Ｐｈｐ（ｔ）の逆関数Ｐｈｐ（ｔ）^-1である。この伝達関数は、例えば、ギター１のブリッジ部分をインパルスハンマで打撃し、ピックアップ３から出力されるオーディオ信号Ｓｉｎの内容をインパルス応答として解析することにより算出される。この算出方法は、インパルスハンマを用いる方法だけでなく、公知の算出方法であればどのような算出方法であってもよい。なお、設定情報には、逆関数ではなく伝達関数Ｐｈｐ（ｔ）に関する情報として登録されていてもよい。その場合には、設定部１４において逆関数に変換される。
機種「Ｇ１」から機種「Ｇ５」に対応して登録されている伝達関数は、各機種のギターの弦から発生した音がそのギターの胴などの共鳴を経て、予め決められた受音点で受音されるまでの伝達関数Ｂｈｍ（ｔ）である。ここで、機種「Ｇ１」、「Ｇ２」、・・・「Ｇ５」における伝達関数は、それぞれ、Ｂｈｍ（ｔ）＿１、Ｂｈｍ（ｔ）＿２、・・・、Ｂｈｍ（ｔ）＿５と示すが、それぞれを区別しない場合には、単にＢｈｍ（ｔ）という。この伝達関数は、例えば、対象となる機種のギターにおけるブリッジ部分をインパルスハンマで打撃し、予め決められた受音点（ギター正面の一定距離離れた位置など）においてマイクロフォンを用いて収音した内容をインパルス応答として解析することにより算出される。この算出方法も、上記同様に、インパルスハンマを用いる方法だけでなく、公知の算出方法であればどのような算出方法であってもよい。
以上が、設定情報の内容の説明である。

設定部１４は、機種「Ｇ０」に対応する伝達関数Ｐｈｐ（ｔ）^-1を、設定情報を参照して読み出して、伝達関数Ｐｈｐ（ｔ）^-1に対応する係数をＦＩＲフィルタＡ１３１に設定する。この例においては、ＦＩＲフィルタＡ１３１に設定されるフィルタ係数は、この伝達関数Ｐｈｐ（ｔ）^-1に対応するものとして決められているから、予め設定された状態として、設定部１４による設定を行わなくてもよい。
このようにしてＦＩＲフィルタＡ１３１にフィルタ係数を設定することにより、入力されたオーディオデータＳｄに対して、ＦＩＲフィルタＡ１３１によって畳み込み演算が施されると、ＦＩＲフィルタＡ１３１から出力されるオーディオデータは、弦２の振動成分以外の信号が低減したものになる。弦２の振動成分以外の信号とは、例えば、ピックアップ３の電気的特性、弦２が張られたギター１の胴４の構造などに起因する信号成分である。そのため、理想的なフィルタ係数がＦＩＲフィルタＡ１３１に設定されれば、ＦＩＲフィルタＡ１３１から出力されるオーディオデータは、オーディオデータＳｄから弦２の振動成分が抽出されたものになる。

また、設定部１４は、利用者によって操作部５が操作されることにより指定された機種に対応する伝達関数Ｂｈｍ（ｔ）を、設定情報を参照して読み出して、伝達関数Ｂｈｍ（ｔ）に対応する係数をＦＩＲフィルタＢ１３２に設定する。
このようにＦＩＲフィルタＢ１３２にフィルタ係数を設定することにより、入力されるオーディオデータに対して、ＦＩＲフィルタＢ１３２によって畳み込み演算が施されると、ＦＩＲフィルタＢ１３２から出力されるオーディオデータＳｆは、対応する機種のギターの共鳴成分が付与されたものとなる。
ここで、ＦＩＲフィルタＢ１３２に入力されるオーディオデータは、上述したように、ギター１に張られた弦２の振動成分が抽出されたオーディオデータである。したがって、オーディオデータＳｆは、ピックアップ３から出力されるオーディオ信号Ｓｉｎ（オーディオデータＳｄ）の音に対してではなく、ギター１に張られた弦２の振動に対して、利用者によって指定された機種のギターの共鳴が付与されたものになる。そのため、単にピックアップ３から出力されるオーディオ信号Ｓｉｎ（オーディオデータＳｄ）に対して畳み込み演算を行うよりも、その機種のギターにおける胴などの共鳴音の再現性を向上させることができる。

上述のようにして、ＦＩＲフィルタＡ１３１およびＦＩＲフィルタＢ１３２にフィルタ係数が設定されると、フィルタ部１３全体としては、Ｐｈｐ（ｔ）^-1・Ｂｈｍ（ｔ）（＝ＩＲｐｍ（ｔ））の伝達関数として設定される。伝達関数ＩＲｐｍ（ｔ）は、例えば、図４に示すような特性を示している。

図４は、本発明の実施形態における伝達関数ＩＲｐｍ（ｔ）のある時点（ｔ＝α）における周波数特性を説明する図である。図４に示すスペクトルＡＧは、アコースティックギターの共鳴を再現する周波数特性である。スペクトルＣＢは、アコースティックギターの比較対象の一例として、コントラバスの共鳴を再現する周波数特性である。以下、アコースティックギターの場合について説明する。

図４に示すように、この周波数特性には、アコースティックギターの胴の共鳴音に対応した特徴的な複数のピーク波形（この例においては、２つのピークｆ１、ｆ２）を持つ。このピークｆ１、ｆ２は、低音域の特定周波数範囲（例えば、５０から３５０Ｈｚ程度）に現れる複数のピーク波形である。この例においては、ピークｆ１、ｆ２のピーク値となる周波数は、それぞれ、約１００Ｈｚ、２００Ｈｚである。これは、胴の形状、サウンドホールなどの影響によりヘルムホルツ共鳴を起こすことにより生じるピークである。なお、コントラバスの共鳴においても、ピークとなる周波数は異なるが、ピークｆ１、ｆ２に相当するピークが周波数特性に現れる。
また、伝達関数ＩＲｐｍ（ｔ）の時間変化については、畳み込み演算が施された信号、すなわちオーディオデータＳｆが図５に示すような特性になるようになっている。

図５は、本発明の実施形態における畳み込み演算が施された信号（オーディオデータＳｆ）のピークｆ１成分の減衰と弦の基音Ｆ０成分の減衰との違いを説明する図である。図５に示すｆ１（ｆ２）は、オーディオデータＳｆが示す音の成分のうち、図４に示す周波数特性のピークｆ１（ｆ２）の成分の時間変化を示す。また、Ｆ０は、オーディオデータＳｆが示す音の成分のうち、弦２を振動させたときの各周波数成分のうち、基音の成分の時間変化を示す。図５に示すように、ピークｆ１（ｆ２）成分の減衰は、基音Ｆ０成分の減衰よりも早いものになっている。すなわちピークｆ１（ｆ２）の減衰時間τａは、基音Ｆ０成分の減衰時間τｂより短い。この減衰時間は、各成分のピーク値からある一定割合に減衰するまでの時間を示す。ここで、基音Ｆ０について比較対象としたが、倍音成分である他の周波数成分（調和振動成分）についても同様であってもよい。ここで、全ての倍音の成分が比較対象でなくてもよく、例えば、２倍音、３倍音など、特定の倍音の成分が比較対象であってもよい。なお、ピークｆ１（ｆ２）成分以外の非調和振動成分についても同様に調和振動成分より早く減衰するものとしてもよい。

上述の伝達関数ＩＲｐｍ（ｔ）の時間変化は、フィルタ部１３における畳み込み演算が施されて出力されるオーディオデータＳｆが、図５に示す特性を満たすようになっている。なお、上述した伝達関数Ｂｈｍ（ｔ）の時間変化についても、伝達関数ＩＲｐｍ（ｔ）と同様であり、伝達関数Ｂｈｍ（ｔ）を用いて畳み込み演算を施しても、オーディオデータＳｆは図５に示す特性を満たすようになっている。そして、伝達関数Ｂｈｍ（ｔ）に伝達関数Ｐｈｐ（ｔ）^-1が乗算された場合（ＩＲｐｍ（ｔ））であっても、図５に示す特性を満たすようになっている。

図６は、本発明の実施形態における畳み込み演算が施された信号（オーディオデータＳｆ）の周波数特性を説明する図である。図６に示すスペクトルｃは、ピックアップ３から出力されるオーディオ信号Ｓｉｎの周波数特性を示している。スペクトルａは、スペクトルｃに対して、ＦＩＲフィルタＢ１３２のみ、すなわちギター１の弦２から発生した振動がピックアップ３からオーディオ信号Ｓｉｎとして出力されるまでの伝達関数の逆関数Ｐｈｐ（ｔ）^-1については畳み込まれず、伝達関数Ｂｈｍ（ｔ）だけで畳み込み演算を施したときの周波数特性を示している。スペクトルｂは、スペクトルｃに対して、ＦＩＲフィルタＡ１３１およびＦＩＲフィルタ１３２の双方、すなわち、伝達関数ＩＲｐｍ（ｔ）で畳み込み演算を施したときの周波数特性を示している。スペクトルａとスペクトルｂとは、ピークｆ１、ｆ２よりも低い低周波数帯域、数ｋＨｚ以上の高周波数帯域において違いが存在している。この違いは、Ｐｈｐ（ｔ）^-1が畳み込まれているか否かの違いである。

図２に戻って説明を続ける。記憶部１５は、不揮発性メモリなどの記憶手段であって、上記設定情報を記憶している。記憶部１５は、インターフェイス６からギターの機種に対応して伝達関数に関する情報を取得した場合には、設定情報にその情報を登録する。このように設定情報に新たな情報を登録する必要が無ければ、インターフェイス６は存在しなくてもよい。
出力部１６は、オーディオデータＳｅおよびオーディオデータＳｆeを取得し、それぞれデジタルアナログ変換処理を施し、それぞれ設定された増幅率で増幅して加算し、オーディオ信号Ｓｏｕｔとしてギター１の端子に出力する。これにより、出力部１６は、この端子に接続された放音部１００にオーディオ信号Ｓｏｕｔを供給する。
上述の増幅率は、利用者による操作部５の操作により指示された内容に応じて設定される。このとき、いずれか一方のオーディオデータについてオーディオ信号Ｓｏｕｔに含まれないようにする場合には、出力部１６は、そのオーディオデータから変換されたオーディオ信号に対しての増幅率を０に設定してもよい。また、そのオーディオデータに対して処理を行う経路上の構成は、その処理を停止するようにしてもよい。
以上が、信号処理装置１０の構成についての説明である。

このように、本発明の実施形態におけるギター１は、ピックアップ３から出力されたオーディオ信号Ｓｉｎに対して、フィルタ部１３における畳み込み演算を施すことにより、別の機種のギターにおける胴などの共鳴音を付加したオーディオ信号Ｓｏｕｔを出力することができる。このとき、フィルタ部１３における伝達関数は、別の機種のギターにおける胴の共鳴に応じたピークｆ１、ｆ２が現れる周波数特性を持ち、畳み込み演算後の信号において弦２の振動における基音の成分の減衰よりも早くピークｆ１、ｆ２の成分を減衰させる伝達関数にすることにより、その機種のギターにおける胴の共鳴の再現性を向上させることができる。
また、ギター１の弦２から発生した振動がピックアップ３からオーディオ信号Ｓｉｎとして出力されるまでの伝達関数の逆関数を用いてフィルタ部１３の伝達関数を決めることにより、単にピックアップ３から出力されるオーディオ信号Ｓｉｎ（オーディオデータＳｄ）に対して畳み込み演算を行うよりも、別の機種のギターにおける胴などの共鳴音の再現性をさらに向上させることができる。

[周波数分布比較]
続いて、実際のアコースティックギターの１弦Ｅを鳴らしたときの周波数分布、ギター１の１弦Ｅを鳴らしたときの周波数分布（フィルタ部１３における畳み込み処理有無）についての比較を行う。まず、アコースティックギターの場合について図７、図８を用いて説明する。

図７は、アコースティックギターの1弦Ｅを鳴らしたときの周波数分布の時間変化を示す図である。この周波数分布は、アコースティックギターの音をマイクにより収音した結果得られるオーディオ信号の周波数分布である。各図における各軸は、周波数軸、時間軸、これらの軸に直交する信号レベル軸である。なお、信号レベル軸については、適宜伸縮しているため、例えば、図７（ｂ）と図７（ｃ）とでは、同じ高さのピークでも信号レベルは異なっている。

図７（ａ）は、この周波数分布の全体を示す図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す周波数分布のうち、基音Ｆ０とその倍音の成分を抽出した周波数分布を示す図である。図７（ｃ）は、図７（ａ）に示す周波数分布のうち、基音Ｆ０とその倍音以外の成分を抽出した周波数分布を示す図である。すなわち、図７（ｃ）は、アコースティックギターの共鳴成分の周波数分布を示している。この周波数分布には、特徴的なピークｆ１、ｆ２が現れている。なお、図７（ｂ）に示す周波数分布と図７（ｃ）に示す周波数分布とを加算すると、図７（ａ）に示す周波数分布になる。

図８は、アコースティックギターの１弦Ｅを鳴らしたときの各周波数の時間変化を示す図である。図８（ａ）は、図７（ａ）に対応する図であり、時間軸方向の長さが異なっている。図８（ｂ）は、図８（ａ）における周波数分布の時間変化を低周波数側から見た図である。図８（ｃ）は、図８（ａ）における周波数分布の時間変化を高周波数側から見た図である。

図８（ｂ）に示すように、基音Ｆ０の成分の減衰より早く、ピークｆ１、ｆ２の成分は、減衰するようになっている。本発明は、このようなピークｆ１、ｆ２の成分の減衰が、胴の共鳴感に大きな影響を与えていることに注目して、この減衰の程度を再現するようにしたものである。
続いて、ギター１の１弦Ｅを鳴らしたときの周波数分布について、フィルタ部１３における畳み込み処理有無の違いを図９、図１０を用いて説明する。

図９は、ギター１の１弦Ｅを鳴らしたときの畳み込み演算を施さない場合における周波数分布の時間変化を示す図である。この周波数分布は、ギター１のピックアップ３から出力されるオーディオ信号Ｓｉｎ（オーディオデータＳｄ）の周波数分布である。図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応している。この周波数分布には、図９（ｃ）に示すように、図７（ｃ）において見られたピークｆ１、ｆ２が現れていない。なお、低周波数帯域においてわずかに共鳴成分が現れているが、この成分は、５、６弦が１弦の振動に共鳴して振動したものをピックアップ３において拾われたために現れている。なお、図７（ｃ）においてもこのような成分が含まれている可能性があるが、ピークｆ１、ｆ２の信号レベルに比べて非常に小さいため、はっきりとは見えない。

図１０は、ギター１の１弦Ｅを鳴らしたときの畳み込み演算を施した場合における周波数分布の時間変化を示す図である。この周波数分布は、ギター１のフィルタ部１３から出力されるオーディオデータＳｆの周波数分布である。図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応している。この周波数分布には、図１０（ｃ）に示すように、図７（ｃ）において見られたピークｆ１、ｆ２が現れている。
このようにして、オーディオ信号Ｓｉｎに対してフィルタ部１３において畳み込み演算を施すことにより、図７（ｃ）に示す特徴を備えた図１０（ｃ）に示すような共鳴成分が付加される。したがって、ギター１から出力されるオーディオ信号Ｓｏｕｔは、図７に示すアコースティックギターにおける胴の共鳴を精度よく再現させることができる。

＜変形例＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は以下のように、さまざまな態様で実施可能である。
[変形例１]
上述した実施形態においては、フィルタ部１３は、ＦＩＲフィルタＡ１３１およびＦＩＲフィルタＢ１３２が直列に接続された構成になっていたが、全体として一つのＦＩＲフィルタなどにより構成されていてもよい。この場合には、設定部１４は、実施形態で述べたように、伝達関数Ｐｈｐ（ｔ）^-1と伝達関数Ｂｈｍ（ｔ）とに基づいて伝達関数ＩＲｐｍ（ｔ）を算出して、その伝達関数ＩＲｐｍ（ｔ）に対応するフィルタ係数をフィルタ部１３に設定すればよい。
また、このような場合には、記憶部１５に記憶されている設定情報の内容を、図１１に示すように、実施形態における場合と異なるものとしてもよい。

図１１は、本発明の変形例１における設定情報を説明する図である。変形例１における設定情報は、実施形態における場合と異なり、ギター１とは異なる機種に対応して、予め実施形態における方法で算出された伝達関数ＩＲｐｍ（ｔ）が登録されている。このようにすれば、設定部１４は、利用者によって指定された機種に対応する伝達関数ＩＲｐｍ（ｔ）を読み出せばよいから、伝達関数Ｐｈｐ（ｔ）^-1と伝達関数Ｂｈｍ（ｔ）とに基づいて伝達関数ＩＲｐｍ（ｔ）を算出する処理を行わなくてもよい。

[変形例２]
上述した実施形態においては、伝達関数Ｂｈｍ（ｔ）、ＩＲｐｍ（ｔ）には、ピークｆ１、ｆ２が存在し、また、畳み込み演算後の信号において弦２の振動における各周波数成分の減衰よりも早く当該ピークｆ１、ｆ２の成分を減衰させるものとして決められていたが、必ずしもそのような条件を満たさなくてもよい。
このような場合であっても、ＦＩＲフィルタＡ１３１において設定された伝達関数Ｐｈｐ（１）^-1の存在により、ギター１の弦２の振動成分が抽出された信号に対して、ＦＩＲフィルタＢ１３２において畳み込み演算を施すことができるから、付与される共鳴などの音響効果が胴の共鳴でなくても、その音響効果の再現性をより向上させることができる。これによれば、ピークｆ１、ｆ２を持つ周波数特性を持たないような共鳴をもつ弦楽器についても、その音響効果を再現することができる。

[変形例３]
上述した実施形態においては、信号処理装置１０は、ギター１の一部の構成であったが、ギター１の一部の構成でなくてもよい。この場合には、信号処理装置１０は、オーディオ信号Ｓｉｎを取得するための入力端子、操作部５およびインターフェイス６に相当する構成を有するようにしてもよい。また、記憶部１５に記憶される設定情報には、伝達関数Ｐｈｐ（ｔ）^-1についても複数の機種のギターに対応して登録されるようにしてもよい。
このような構成において、利用者は、信号処理装置１０にオーディオ信号Ｓｉｎを供給するギターの機種を、操作部５を操作して指定する。これにより、設定部１４は、指定された機種の伝達関数Ｐｈｐ（ｔ）^-1に対応するフィルタ係数をＦＩＲフィルタＡ１３１に設定する。そして、実施形態において示したように、利用者は、再現したい共鳴を持つギターの機種を指定すると、設定部１４は、指定された機種の伝達関数Ｂｈｍ（ｔ）に対応するフィルタ係数をＦＩＲフィルタＢ１３２に設定する。
これにより、利用者は、信号処理装置１０を用いることで、様々なギターにより演奏をすることができ、そのギターとは異なる機種のギターの共鳴を再現した音を出力させることができる。

[変形例４]
上述した実施形態においては、ギター１は、弦楽器の一例として説明したものであり、ギターなどの撥弦楽器以外であってもよい。例えば、バイオリンなどの擦弦楽器、ピアノなどの打弦楽器など、発音源として弦を用いたものであればよい。そして、その弦楽器には、ピックアップ３のように、弦から伝播した振動を電気信号に変換して出力する出力手段が設けられていればよい。
また、共鳴音を再現したい弦楽器についても、ギター以外の様々な弦楽器が適用可能である。適用したい弦楽器については、実施形態において述べた算出方法により伝達関数Ｂｈｍ（ｔ）を予め算出しておけばよい。
このようにすれば、信号処理装置１０は、利用者によってバイオリンが弾かれることによって出力されたオーディオ信号Ｓｉｎを取得して、チェロの胴の共鳴を再現する伝達関数を用いてフィルタ部１３により畳み込み演算を施すことで、バイオリンを弾きながらもチェロのような共鳴音をもった音のオーディオ信号Ｓｏｕｔを出力することができる。また、このバイオリンが、エレクトリックバイオリンなどの実質的に胴を持たない弦楽器であっても、実際の共鳴する胴を持つ弦楽器における胴の共鳴を再現することができる。このとき、伝達関数Ｐｈｐ（ｔ）^-1が含まれる伝達関数に対応するフィルタ係数により畳み込み演算を行うことで、より共鳴音の再現性を向上させることができるのである。

１…ギター、２…弦、３…ピックアップ、４…胴、５…操作部、６…インターフェイス、１０…信号処理装置、１１…取得部、１２…イコライザ部、１３…フィルタ部、１３１…ＦＩＲフィルタＡ、１３２…ＦＩＲフィルタＢ、１４…設定部、１５…記憶部、１６…出力部、１００…放音部

Claims (9)

1. 弦楽器に張られた弦から伝播した振動に応じた信号を出力する出力手段から、当該信号を取得する信号取得手段と、
   設定されたフィルタ係数を用いて畳み込み演算を施すフィルタを有し、前記信号取得手段によって取得された信号に対して、当該フィルタによって畳み込み演算を施して出力する信号処理手段と
   を具備し、
   前記フィルタは、前記弦楽器とは別の弦楽器における胴の共鳴に応じたピーク波形が特定周波数範囲内に複数現れる周波数特性をもち、かつ前記畳み込み演算後の信号において前記弦の振動における基音の成分の減衰よりも早く当該ピーク波形の成分を減衰させる伝達関数に対応するフィルタ係数が設定されている
   ことを特徴とする信号処理装置。
2. 前記信号処理手段は、設定されたフィルタ係数を用いて畳み込み演算を施す第２フィルタをさらに有し、前記信号取得手段によって取得された信号に対して、前記フィルタおよび当該第２フィルタの双方によって畳み込み演算を施して出力し、
   前記第２フィルタは、前記信号取得手段によって取得された信号から、前記弦の振動成分以外の信号を低減させるようにフィルタ係数が設定されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
3. 前記第２フィルタは、前記弦から発生した振動が前記出力手段から信号として出力されるまでの伝達関数の逆関数に対応するフィルタ係数が設定されることにより、前記弦の振動成分以外の信号を低減させる
   ことを特徴とする請求項２に記載の信号処理装置。
4. 前記弦から発生した振動が前記出力手段から信号として出力されるまでの伝達関数の逆関数に関する第１情報、および前記弦楽器とは別の弦楽器の弦から発生した音が当該別の弦楽器での共鳴を経て受音されるまでの伝達関数に関する第２情報を取得する情報取得手段と、
   前記別の弦楽器における胴の共鳴に応じたピーク波形が特定周波数範囲内に複数現れる周波数特性をもち、かつ前記畳み込み演算後の信号において前記弦の振動における基音の成分の減衰よりも早く当該ピーク波形の成分を減衰させる伝達関数を、前記情報取得手段によって取得された第１情報および第２情報に基づいて算出し、当該算出した伝達関数に対応するフィルタ係数を前記フィルタに設定する設定手段と
   を更に具備する
   ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
5. 弦楽器に張られた弦から伝播した振動に応じた信号を出力する出力手段から、当該信号を取得する信号取得手段と、
   設定されたフィルタ係数を用いて畳み込み演算を施すフィルタを有し、前記信号取得手段によって取得された信号に対して、当該フィルタによって畳み込み演算を施して出力する信号処理手段と、
   前記弦から発生した振動が前記出力手段から信号として出力されるまでの伝達関数の逆関数に関する第１情報、および前記弦楽器とは別の弦楽器の弦から発生した音が当該別の弦楽器での共鳴を経て受音されるまでの伝達関数に関する第２情報を取得する情報取得手段と、
   前記情報取得手段によって取得された第１情報および第２情報に基づいて、前記別の弦楽器での共鳴を経た音を再現する信号を前記信号処理手段から出力させる伝達関数を算出し、当該算出した伝達関数に対応したフィルタ係数を、前記フィルタに設定する設定手段と
   を具備することを特徴とする信号処理装置。
6. 前記第１情報を記憶する記憶手段を更に具備し、
   前記情報取得手段は、前記記憶手段から前記第１情報を取得する
   ことを特徴とする請求項５に記載の信号処理装置。
7. 弦楽器に張られた弦から伝播した振動に応じた信号を出力する出力手段から、当該信号を取得する信号取得手段と、
   設定されたフィルタ係数を用いて畳み込み演算を施す第１フィルタ、および前記信号取得手段によって取得された信号から、前記弦の振動成分以外の信号を低減させるようにフィルタ係数が設定された第２フィルタを有し、前記信号取得手段によって取得された信号に対して、当該第１フィルタおよび当該第２フィルタの双方によって畳み込み演算を施して出力する信号処理手段と、
   前記弦楽器とは別の弦楽器の弦から発生した音が当該別の弦楽器での共鳴を経て受音されるまでの伝達関数に関する第２情報を取得する情報取得手段と、
   前記情報取得手段によって取得された伝達関数に対応するフィルタ係数を、前記第１フィルタに設定する設定手段と
   を具備することを特徴とする信号処理装置。
8. 前記第２フィルタは、前記弦から発生した振動が前記出力手段から信号として出力されるまでの伝達関数の逆関数に対応するフィルタ係数が設定されることにより、前記弦の振動成分以外の信号を低減させる
   ことを特徴とする請求項７に記載の信号処理装置。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の信号処理装置と、
   弦と、
   前記弦の振動に応じた信号を出力する出力手段と
   を具備し、
   前記信号取得手段によって取得される信号は、前記出力手段から出力される信号である
   ことを特徴とする弦楽器。