JP5857930B2 - 信号処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、管楽器から発生される音（楽器音）の音量を下げるための弱音器を用いて管楽器を演奏する際に使用される信号処理装置に関する。

従来から、例えば下記特許文献１，２に示されているように、トランペットのような金管楽器のベルに弱音器（消音器）を装着することにより、外部へ発生される楽器音を弱音（消音）するとともに、弱音器内にマイクロホンを組込んで、マイクロホンによって収音した音をイヤホンを介して演奏者が楽器音として聞き取るようにすることはよく知られている。

また、例えば下記特許文献３，４に示されているように、サクソフォンのような木管楽器を密閉型の筐体からなる弱音器（消音器）内に収容することにより、外部へ発生される楽器音を弱音（消音）するとともに、弱音器内にマイクロホンを組込んで、マイクロホンによって収音した音をイヤホンを介して演奏者が楽器音として聞き取るようにすることも従来からよく知られている。

また、下記特許文献５には、演奏者が前記のように弱音器（消音器）内にマイクロホンを組込んでイヤホンを介した音を楽器音として聞き取る場合、イヤホンによる再生音が頭内に音像定位して、弱音器無しで管楽器を演奏した場合と音像定位位置が異なることを解決するために、弱音器内に組込んだマイクロホンからの電気信号を畳み込み演算処理を行う音像定位フィルタで信号処理して、管楽器の再生音が弱音器無しで管楽器を演奏した場合の音像定位位置から聞こえるようにする技術が示されている。

特許第４１１４１７１号公報 特許第４１２４２３６号公報 特許第４５２１７７８号公報 実用新案登録第３１４５５８８号公報 特開平１１−５２８３６号公報

しかしながら、上記特許文献１〜４に示された従来技術のように、弱音器内にマイクロホンを組込んでイヤホンを介して楽器音を聞き取ると、管楽器のピストンバルブ（演奏操作子）の操作音が不自然に聞こえたり、タンキング時のノイズが不快に聞こえたり、楽器音が弱音器によるこもった音（ミュート的な音）に聞こえたり、高周波ノイズが気になったりするなど、弱音器無しで管楽器を演奏をした場合と異なる楽器音が聞こえるという問題があった。これは、弱音器により、マイクロホンによって収音される音の周波数特性が変化したことによるものである。また、上記特許文献５に示された技術はマイクロホンからの電気信号を信号処理するものの、この信号処理はイヤホンによる再生音が頭内に定位する音像位置を変更制御するもので、弱音器による音の周波数特性の変化を是正するものではないので、前記特許文献１〜４の場合と同様な問題は残る。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、その目的は、弱音器を管楽器に装着した状態で演奏して、マイクロホンからの楽器内部の音を聞く場合に、弱音器無しで管楽器を演奏した場合と同様な楽器音が聞こえるように、マイクロホンで収音した音を電気信号に変換し、変換した電気信号を信号処理する信号処理装置を提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、後述する実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、この実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。

上記目的を達成するために、第１の発明の構成上の特徴は、管楽器から発生される音の音量を下げる弱音器（２０）を用いて管楽器を演奏する際に使用される信号処理装置であって、弱音器を用いた状態で、管楽器を所定の加振位置にて加振して、管楽器のマウスピース（１１）内又はマウスピース近傍の所定の第１位置における音を変換した電気信号（Ｓ０）と、弱音器内又は管楽器のベル（１３）近傍位置の所定の第２位置における音を変換した電気信号（Ｓ１）とを取得し、前記取得した２つの電気信号（Ｓ０，Ｓ１）を用いて第１位置における音から第２位置における音への周波数特性の変化を表す伝達関数（Ｇ１）の逆関数（Ｇ１ ^-1 ）を第１伝達関数として予め求めるとともに、弱音器を用いない状態で、管楽器を前記加振位置にて加振して、第１位置における音を変換した電気信号（Ｓ０）と、管楽器外部の所定の第３位置における音を変換した電気信号（Ｓ２）とを取得し、前記取得した２つの電気信号（Ｓ０，Ｓ２）を用いて第１位置における音から第３位置における音への周波数特性の変化を表す第２伝達関数（Ｇ２）を予め求めておき、弱音器を用いた状態で前記第２位置の音を変換した電気信号を入力し、第１伝達関数と第２伝達関数を合成した合成伝達関数（Ｇ１^-1・Ｇ２）に基づく信号処理を前記入力した電気信号に施して出力する信号処理回路（３０）を備えた信号処理装置にある。

また、第２の発明の構成上の特徴は、管楽器から発生される音の音量を下げる弱音器（２０）を用いて管楽器を演奏する際に使用される信号処理装置であって、弱音器を用いた状態で、管楽器を所定の加振位置にて加振して、弱音器内又は管楽器のベル（１３）近傍位置の所定の第２位置における音を変換した電気信号（Ｓ１）と、弱音器を用いない状態で、前記弱音器を用いた状態での管楽器の加振と同様に、管楽器を前記加振位置にて加振して、管楽器外部の所定の第３位置における音を変換した電気信号（Ｓ２）とを取得し、前記取得した２つ電気信号（Ｓ１，Ｓ２）を用いて第２位置における音から第３位置における音への周波数特性の変化を表す伝達関数（Ｇ12）を予め求めておき、弱音器を用いた状態で第２位置の音を変換した電気信号を入力し、前記伝達関数に基づく信号処理を前記入力した電気信号に施して出力する信号処理回路を備えた信号処理装置にある。

また、第３の発明の構成上の特徴は、管楽器から発生される音の音量を下げる弱音器（２０）を用いて管楽器を演奏する際に使用される信号処理装置であって、弱音器を用いた状態で、第１の管楽器をマウスピース又はマウスピースの近傍位置にて加振して、第１の管楽器のマウスピース（１１）内又はマウスピース近傍の所定の第１位置における音を変換した電気信号（Ｓ０）と、弱音器内又は第１の管楽器のベル（１３）近傍位置の所定の第２位置における音を変換した電気信号（Ｓ１）とを取得し、前記取得した２つの電気信号（Ｓ０，Ｓ１）を用いて第１位置における音から第２位置における音への周波数特性の変化を表す伝達関数（Ｇ１）の逆関数（Ｇ１ ^-1 ）を第１伝達関数として予め求めるとともに、弱音器を用いない状態で、第１の管楽器とは異なる第２の管楽器をマウスピース又はマウスピースの近傍位置にて加振して、前記第２管楽器のマウスピース（１１）内又はマウスピース近傍の所定の第１位置における音を変換した電気信号（Ｓ０）と、第２の管楽器外部の所定の第３位置における音を変換した電気信号（Ｓ２）とを取得し、前記取得した２つの電気信号（Ｓ０，Ｓ２）を用いて第１位置における音から第３位置における音への周波数特性の変化を表す第２伝達関数（Ｇ２）を予め求めておき、弱音器を用いた状態で第1の管楽器の第２位置の音を変換した電気信号を入力し、第１伝達関数と第２伝達関数を合成した合成伝達関数（Ｇ１^-1・Ｇ２）に基づく信号処理を前記入力した電気信号に施して出力する信号処理回路を備えた信号処理装置にある。

前述した第１及び第２の発明においても、前記加振位置は、例えば、マウスピース又はマウスピースの近傍位置であるとよい。

前述した弱音器は、例えば、管楽器のベルに挿入される弱音ユニット、管楽器を収容する弱音ケースなどで構成される。また、前述した信号処理回路は、例えば、入力した電気信号を畳み込み演算処理を行うＦＩＲフィルタと、ＦＩＲフィルタによる畳み込み演算に利用されて伝達関数を決定するフィルタ係数を記憶したフィルタ係数メモリとで構成される。なお、このフィルタ係数は、前述した第１乃至第３の発明に係る信号処理回路に関係した手法により予め求めておいた伝達関数を実現するためのものである。

上記のように構成した第1乃至第３の発明においては、弱音器を用いて管楽器を演奏した場合には、弱音器を用いない場合と比べて、発生される音の周波数特性に変化が生ずるが、信号処理回路が、この弱音器を用いたために生じる音の周波数特性の変化を打ち消す。これにより、第1乃至第３の発明によれば、演奏者は、弱音器を装着して管楽器を演奏した場合でも、弱音器無しで管楽器を演奏した場合と同様な良好な楽器音を違和感なく聞くことができる。

そして、前記第1の発明に係る信号処理回路においては、同一の管楽器に関する第１伝達関数（Ｇ１ ^-1 ）と第２伝達関数（Ｇ２）とを合成した合成伝達関数（Ｇ１^-1・Ｇ２）に基づく信号処理を実行する。また、前記第２の発明に係る信号処理回路においても、同一の管楽器に関する伝達関数（Ｇ12）に基づく信号処理を実行する。したがって、これらの第１及び第２の発明によれば、演奏した管楽器と同一の管楽器の音が再生されるようになる。これらに対して、前記第３の発明に係る信号処理回路においては、第１の管楽器に関する第１伝達関数（Ｇ１ ^-1 ）と、第１の管楽器とは異なる第２の管楽器に関する第２伝達関数（Ｇ２）とを合成した合成伝達関数（Ｇ１^-1・Ｇ２）に基づく信号処理を実行する。したがって、この第３の発明によれば、演奏した第１の管楽器とは異なる第２の管楽器の音が再生されるようになる。

トランペットに弱音ユニット及び本発明に係る信号処理装置を適用した音響システムの全体概略図である。 図１の信号処理装置の回路ブロック図である。 (Ａ)〜(Ｃ)は、図２のＦＩＲフィルタの係数（インパルス応答）を求めるための第１乃至第３工程を説明する説明図である。 (Ａ)〜(Ｃ)は、前記第１乃至第３工程で計算される伝達関数による信号の周波数特性を示す周波数特性グラフである。 前記実施形態の変形例に係る信号処理装置の一部を示す回路ブロックである。 前記実施形態の他の変形例に係る信号処理装置の一部を示す回路ブロックである。 前記実施形態のさらに他の変形例に係る信号処理装置の一部を示す回路ブロックである。

以下、本発明の一実施形態に係る信号処理装置について説明する。図１は、トランペットに弱音ユニット（弱音器）を適用するとともに、本発明に係る信号処理装置を適用した音響システムの全体概略図である。

トランペットは、マウスピース（唄口）１１、ピストンバルブ１２及びベル１３を備えている。弱音ユニット（消音ユニット）２０は、内部に空洞を有して軸線方向中央部にて大径に形成されるとともに、軸線方向両端に向けて徐々に小径となるように形成された筒状体で構成され、ベル１３の先端側から挿入することによりトランペットに装着され、トランペットから発生される音を弱音（消音）する。すなわち、少なくとも音量を小さくする。この弱音ユニット２０の内部にはマイクロホン２１が組込まれており、マイクロホン２１は、管楽器内部の音（すなわち管楽器外部に発生される音ではなく、弱音ユニット３０によって弱音された音）を収音し、収音した音を電気信号に変換して出力する。

マイクロホン２１からの電気信号は、信号処理装置３０に供給されるようになっている。この場合、マイクロホン２１からの電気信号は、弱音ユニット２０に接続された脱着可能なコネクタ４１、ケーブル４２、及び信号処理装置３０に接続された脱着可能なコネクタ４３を介して、信号処理装置３０に供給される。信号処理装置３０は、マイクロホン２１からの電気信号を信号処理し、信号処理した電気信号を、信号処理装置３０に接続された脱着可能なコネクタ４４及びケーブル４５を介して、イヤホン４６に供給する。

信号処理装置３０は、図２に示すように、Ａ／Ｄ変換器３１、ＦＩＲ(Finite Impulse Response)フィルタ３２、フィルタ係数メモリ３３、Ｄ／Ａ変換器３４、アンプ３５及びボリューム３６を有する。Ａ／Ｄ変換器３１は、マイクロホン２１から入力した電気信号（アナログ信号）をＡ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換されたディジタル信号は、ＦＩＲフィルタ３２に供給される。ＦＩＲフィルタ３２は、入力したディジタル信号にフィルタ係数を用いた畳み込み演算を施すことにより、入力したディジタル信号の周波数特性を所定の伝達関数で変換してＤ／Ａ変換器３４に出力する。この伝達関数を本件実施形態ではＧ12として表す。フィルタ係数メモリ３３は、前記ＦＩＲフィルタ３２の畳み込み演算に必要なフィルタ係数を記憶しており、このフィルタ係数をＦＩＲフィルタ３２に供給する。Ｄ／Ａ変換器３４は、入力したディジタル信号をアナログ信号に変換してアンプ３５に出力する。アンプ３５は、Ｄ／Ａ変換器３４からのアナログ信号を増幅して、ボリューム３６を介してイヤホン４６に出力する。ボリューム３６は、信号処理装置３０に設けた図示しない操作子の操作に応じて、信号処理回路から出力されるアナログ信号のレベルを可変制御する。

ここで、フィルタ係数を用いた畳み込み演算によって実現されるＦＩＲフィルタ３２の伝達関数Ｇ12について説明しておく。この伝達関数Ｇ12は、事前に次のような第１乃至第３工程を経て取得されるものであり、この伝達関数Ｇ12を実現するフィルタ係数がフィルタ係数メモリ３３に予め記憶されている。

第１工程においては、弱音ユニット２０をベル１３に装着した状態で、所定の第１受音点（本実施形態では、マウスピース１１内の空気通路）における音（空気振動である音響信号）から弱音ユニット２０内の第２受音点（マイクロホン２１の収音位置）における音（空気振動である音響信号）への周波数特性（周波数分布特性）の変化を表す伝達関数Ｇ１を求め、前記求めた伝達関数Ｇ１を用いて逆関数Ｇ１^-1を求める。具体的には、図３(Ａ)に示すように、マウスピース１１に加振装置であるスピーカ５１を組付けるとともに、ベル１３に弱音ユニット２０を装着し、スピーカ５１に測定信号（例えば、ホワイトノイズ信号、ランダム信号など）を供給する。この状態で、マウスピース１１内に埋め込んだマイクロホン１４を用いて、マウスピース１１の空気通路内の音を収音して、収音した音を変換した電気信号を取得する。これと同時に、弱音ユニット２０内に組込まれているマイクロホン２１によって音を収音して、収音した音を変換した電気信号を取得する。

そして、マイクロホン１４で収音した音に対応した電気信号をＳ０とし、マイクロホン２１で収音した音に対応した電気信号をＳ１とし、電気信号Ｓ０を電気信号Ｓ１に変換するための伝達関数Ｇ１を計算する（図３(Ａ)の上段矢印参照）。すなわち、第1受音点における音から第２受音点における音への周波数特性の変化を表す第１伝達関数Ｇ１を計算する。これらの電気信号Ｓ０，Ｓ１と伝達関数Ｇ１の関係を式で示すと、下記数１のようになる。その後、この伝達関数Ｇ１を用いて伝達関数Ｇ１の逆関数Ｇ１^-1を計算しておく（図３(Ａ)の下段矢印参照）。なお、伝達関数Ｇ１を計算することなく、電気信号Ｓ０，Ｓ１を用いて、逆伝達関数Ｇ１^-1（前記逆関数Ｇ１^-1と同じ）を直接計算してもよい。

第２工程においては、弱音ユニット２０をベル１３に装着しない状態で、前記第1工程における第１受音点と同じ第１受音点における音から、トランペット外部の所定位置（第３受音点）における音への周波数特性（周波数分布特性）の変化を表す伝達関数Ｇ２を求める。具体的には、図３(Ｂ)に示すように、ベル１３に弱音ユニット２０を装着しない状態で、マウスピース１１に加振装置であるスピーカ５１を組付けるとともに、トランペット外部の所定位置（第３受音点）にマイクロホン５２を配置し、前記第1工程と同様に、スピーカ５１に測定信号（例えば、ホワイトノイズ信号、ランダムノイズ信号など）を供給する。この状態で、前記第１工程と同様に、マイクロホン１４で収音した音を変換した電気信号を取得する。これと同時に、マイクロホン５２によって音を収音して、収音した音を変換した電気信号を取得する。なお、図３(Ｂ)においては、前記第３受音点をベル１３の前方斜め位置に定めるようにしたが、この第３受音点はベル１３の前方位置、演奏者がトランペットを演奏した際における演奏者の耳の位置など、他の位置であってもよい。

そして、マイクロホン１４で収音した音に対応した電気信号をＳ０とし、マイクロホン５２で収音した音に対応した電気信号をＳ２とし、電気信号Ｓ０を電気信号Ｓ２に変換するための伝達関数Ｇ２を計算する。これらの電気信号Ｓ０，Ｓ２と伝達関数Ｇ２の関係を式で示すと、下記数２のようになる。

第３工程においては、前記第1工程での弱音ユニット２０内の第２受音点（マイクロホン２１の収音位置）における音から、前記第２工程でのトランペット外部の第３受音点における音への周波数特性（周波数分布特性）の変化を表す伝達関数Ｇ12を求める。この場合、弱音ユニット２０内の第２受音点における音に対応した電気信号をＳ１とし、トランペット外部の第３受音点における音に対応した電気信号をＳ２とし、伝達関数をＧ12とすると、下記数３が成立する（図３(Ｃ)参照）。

そして、前記数３を変形し、前記数１及び数２の電気信号Ｓ１，Ｓ２を代入すると、下記数４が成立する。

前記数４によれば、伝達関数Ｇ12は、伝達関数Ｇ１の逆関数Ｇ１^-1に伝達関数Ｇ２を合成（乗算）したものである。したがって、この第３工程では、前記第1工程で求めた伝達関数Ｇ１の逆関数Ｇ１^-1に前記第２工程で求めた伝達関数Ｇ２を合成（乗算）することにより、伝達関数Ｇ12（＝Ｇ１^-1・Ｇ２）を求める。そして、この伝達関数Ｇ12による電気信号の変換を実現するためのＦＩＲフィルタ３２のフィルタ係数を決定して、フィルタ係数メモリ３３に記憶しておく。図４は、これらの伝達関数Ｇ１，Ｇ１^-1，Ｇ２，Ｇ12による信号の周波数特性を示すもので、(Ａ)は下段にて伝達関数Ｇ１に対応した周波数特性を示すとともに、上段にて伝達関数Ｇ１^-1 （伝達関数Ｇ１の逆関数Ｇ１^-1）に対応した周波数特性を示し、(Ｂ)は伝達関数Ｇ２に対応した周波数特性を示し、(Ｃ)は伝達関数Ｇ12に対応した周波数特性を示している。

前記説明では、伝達関数及びフィルタ係数を求めることを簡単に説明したが、伝達関数を求めるためには、所定区間の電気信号（すなわち、音を変換した電気信号）が必要である同時に、この電気信号の周波数特性（すなわち、音の周波数特性）は時間経過に従って変化、すなわち時変動する。したがって、本明細書で音の周波数特性及び電気信号の周波数特性の変化と説明している部分に関しては、正確には、時間的に変動している周波数特性を示している。

そして、具体的に、伝達関数及びフィルタ係数を求める方法について説明しておくと、まず、各種の音に対応した電気信号Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２を所定時間ごとに複数の区分に分割する。次に、対応する区間ごとの２つの電気信号を用いて、各区間ごとに２つの電気信号の周波数特性（周波数分布特性）の変化に対応した伝達関数を求める。次に、各区間ごとの伝達関数を実現するためのフィルタリング信号処理（本実施形態では、ＦＩＲフィルタによる処理）に必要な複数のフィルタ係数を求め、各区間ごとの複数のフィルタ係数の平均値を計算して、最終的なフィルタ係数とする。このフィルタ係数の平均値の計算においては、種々の方法がある。例えば、各区間ごとの複数のフィルタ係数をそれぞれ加算して区間数で除算して、複数のフィルタ係数の各平均値を最終的な複数のフィルタ係数として計算するようにしてもよい。また、最初の区間と次の区間の複数のフィルタ係数の平均値をそれぞれ計算し、その後、前回計算した複数のフィルタ係数の平均値と次の新たな区間の複数のフィルタ係数との平均値を最後の区間まで順次計算して、最終的な複数のフィルタ係数としてもよい。

また、このような伝達関数Ｇ12及びフィルタ係数の取得に関しては、トランペットの場合、ピストンバルブ１２の演奏操作により、トランペット内において８種類の音響信号の経路が形成されるので、ピストンバルブ１２を操作して、前記方法によって８種類の伝達関数Ｇ12及びフィルタ係数を取得して、さらに、それらの平均値を最終的な伝達関数Ｇ12及びフィルタ係数として決定するとよい。なお、前記８種類の伝達関数Ｇ12及びフィルタ係数を取得して、それらの平均値を最終的な伝達関数Ｇ12及びフィルタ係数として決定することが好ましいが、平均的な一つ又は８種類よりも少ない数の伝達関数Ｇ12及びフィルタ係数を取得して、最終的な伝達関数Ｇ12及びフィルタ係数を決定するようにしてもよい。

また、前記例では、スピーカ５１を用いて測定信号をマウスピース１１に入力して、マイクロホン１４，２１，５２により電気信号Ｓ０，Ｓ１、Ｓ２を取得するようにした。しかし、これに代えて、演奏者が実際にトランペットを演奏することにより、すなわち演奏者が唇をマウスピース１１に当てて息を吹き込んでマウスピース１１を加振することにより、前記第１及び第２工程で、マイクロホン１４，２１，５２により電気信号Ｓ０，Ｓ１、Ｓ２を取得し、取得した電気信号Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２を用いて、前記第１乃至第３工程で伝達関数Ｇ１，Ｇ１^-1，Ｇ２，Ｇ12を計算するようにしてもよい。

さらに、前記例では、伝達関数Ｇ１の逆関数Ｇ１^-1及び伝達関数Ｇ２を計算し、逆関数Ｇ１^-1と伝達関数Ｇ２とを用いて伝達関数Ｇ12（＝Ｇ１^-1・Ｇ２）を計算するようにした。しかし、これに代えて、前記第１及び第２工程において、弱音ユニット２０の装着の有無以外には全く同じ環境下であり、かつマウスピース１１への加振状態が全く同一であることを条件に、伝達関数Ｇ１，Ｇ２及び逆関数Ｇ１^-1を計算することなく、２つの電気信号Ｓ１，Ｓ２を用いて伝達関数Ｇ12（＝Ｓ２／Ｓ１）を計算するようにしてもよい（前記数４参照）。

ここで、伝達関数Ｇ12（＝Ｇ１^-1・Ｇ２）の物理的な意味を説明しておくと、逆関数Ｇ１^-1は、弱音ユニット２０をトランペットに装着した状態で、弱音ユニット２０内のマイクロホン２１で収音した音の周波数特性からマウスピース１１よりも下流のトランペット及び弱音ユニット２０による音の周波数特性の変化を打ち消して、弱音ユニット２０内のマイクロホン２１で収音した音をマウスピース１１部における音に戻す伝達関数である。一方、伝達関数Ｇ２は、弱音ユニット２０をトランペットに装着しない状態で、マウスピース１１部の音の周波数特性をトランペット外部の所定位置の音の周波数特性に変換する伝達関数である。したがって、逆関数Ｇ１^-1と伝達関数Ｇ２とを合成（乗算）した伝達関数Ｇ12は、弱音ユニット２０内のマイクロホン２１によって収音される音を、ベル１３に弱音ユニット２０を装着した状態でのトランペットの音響特性の変化を打ち消して、弱音ユニット２０を装着しない状態においてマウスピース１１よりも下流のトランペットの音響特性によってもたらされる音に変換するための伝達関数である。言い換えれば、伝達関数Ｇ12は、弱音ユニット２０内のマイクロホン２１によって収音される音から、弱音ユニット２０の装着によってもたらされる音響信号の周波数特性の変化を打ち消した音を再現するための伝達関数である。

次に、上記のように構成した実施形態の動作について説明する。演奏者は、弱音ユニット２０及び信号処理装置３０を用意し、弱音ユニット２０をベル１３に挿入して装着し、コネクタ４１を弱音ユニット２０に接続するとともに、コネクタ４３，４４を信号処理装置３０に接続して、イヤホン４６を耳に装着する。その後、演奏者は、トランペットの演奏を開始する。この場合、弱音ユニット２０はトランペットから発生られる音を弱音（消音）するので、トランペットの外部には大きな音は発生されない。

一方、マイクロホン２１は弱音ユニット２０内の音を収音して、収音した音を変換した電気信号を、コネクタ４１、ケーブル４２及びコネクタ４３を介して、信号処理装置３０に供給する。信号処理装置３０は、前記供給された電気信号（アナログ信号）をＡ／Ｄ変換器３１にてディジタル信号に変換して、ＦＩＲフィルタ３２に供給する。ＦＩＲフィルタ３２は、フィルタ係数メモリ３３に記憶されているフィルタ係数を用いて、入力したディジタル信号に畳み込み演算を施して、入力したディジタル信号の周波数特性を伝達関数Ｇ12に従って変換してＤ／Ａ変換器３４に出力する。Ｄ／Ａ変換器３４は、入力したディジタル信号をアナログ信号に変換して、アンプ３５及びボリューム３６を介してイヤホン４６に出力する。したがって、演奏者は、マイクロホン２１にて取得した弱音ユニット２０内の音をＦＩＲフィルタ３２で変換した周波数特性を有する音を聞くことになる。

この場合、ＦＩＲフィルタ３２における伝達関数Ｇ12は、前述のように、弱音ユニット２０内のマイクロホン２１によって収音される音から、弱音ユニット２０を装着しない状態におけるトランペットの音響特性によってもたらされる音を再現する。したがって、弱音ユニット２０をトランペットに装着してあっても、演奏者は、ピストンバルブ１２の操作音、タンキング時のノイズ、弱音ユニット２０によるこもった音（ミュート的な音）、及び高周波ノイズなどの弱音ユニット２０を装着したために生じる周波数特性（音響特性）の変化を打ち消した音を聞くことになる。その結果、上記実施形態によれば、演奏者は、弱音ユニット２０を装着してトランペットを演奏した場合でも、弱音ユニット２０無しでトランペットを演奏した場合と同様な良好な楽器音を違和感なく聞くことができる。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

上記実施形態では、１つのＦＩＲフィルタ３２により、信号特性を伝達関数Ｇ12（＝Ｇ１^-1・Ｇ２）を用いて変更するようにした。しかし、前記ＦＩＲフィルタ３２に代えて、図５に示すように、直列接続した第１ＦＩＲフィルタ３２ａ及び第２ＦＩＲフィルタ３２ｂを用いて、信号特性を上記実施形態と同様に変更するようにしてもよい。この場合、第１ＦＩＲフィルタ３２ａは伝達関数として上記逆関数Ｇ１^-1を採用し、第２ＦＩＲフィルタ３２ｂは伝達関数として上記伝達関数Ｇ２を採用する。そのために、フィルタ係数メモリ３３ａは、第１ＦＩＲフィルタ３２ａに逆関数Ｇ１^-1の伝達特性を実現させためのフィルタ係数と、第２ＦＩＲフィルタ３２ｂに伝達関数Ｇ２の伝達特性を実現させるためのフィルタ係数とを予め記憶しており、第１ＦＩＲフィルタ３２ａ及び第２ＦＩＲフィルタ３２ｂにそれぞれフィルタ係数を供給する。なお、これらの第１ＦＩＲフィルタ３２ａのためのフィルタ係数及び第２ＦＩＲフィルタ３２ｂのためのフィルタ係数は、上記実施形態の第３工程と同様な方法により求める。他の構成は、上記実施形態と同じである。

この変形例によっても、直列接続した第１ＦＩＲフィルタ３２ａ及び第２ＦＩＲフィルタ３２ｂにより、逆関数Ｇ１^-1と伝達関数Ｇ２との合成（乗算）が実現され、上記実施形態と同様な伝達関数Ｇ12（＝Ｇ１^-1・Ｇ２）による伝達特性が実現される。その結果、上記実施形態と同様な効果が期待できる。

また、上記実施形態では、フィルタ係数メモリ３３に、ＦＩＲフィルタ３２に１つの伝達関数Ｇ12（＝Ｇ１^-1・Ｇ２）を実現させるための１組のフィルタ係数を記憶させるようにした。しかし、このフィルタ係数メモリ３３に代えて、図６に示す変形例に係るフィルタ係数メモリ３３ｂには、ＦＩＲフィルタ３２に複数種類の伝達特性を実現させるための複数組のフィルタ係数を記憶させるようにしてもよい。この複数組のフィルタ係数は、次の２つのケースがある。

第1のケースでは、複数組のフィルタ係数が、上記第１実施形態と同じマウスピース１１内の第１受音点（マイクロホン１４の収音位置）からトランペット外部の複数の異なる所定位置（第３受音点）までの音響信号の伝達特性を実現する複数の異なる伝達関数Ｇ２にそれぞれ対応した複数の異なる伝達関数Ｇ12を、ＦＩＲフィルタ３２に実現させるためのものである。この場合、伝達関数Ｇ12を求める第１乃至第３工程の処理においては、第1工程では、上記実施形態の第１工程と同様な方法で伝達関数Ｇ１及び逆関数Ｇ１^-1（又は逆関数Ｇ１^-1のみ）を求める。第２工程では、トランペット外部の複数の所定位置を第３受音点として、複数の伝達関数Ｇ２をそれぞれ求める。そして、第３工程で、前記第１及び第２工程で求めた逆関数Ｇ１^-1及び複数の伝達関数Ｇ２を用いて、上記第１実施形態と同様に、複数の伝達関数Ｇ12及び複数組のフィルタ係数を求めるようにする。また、この求めた複数組のフィルタ係数をフィルタ係数メモリ３３ｂに記憶しておく。

また、第２のケースでは、複数組のフィルタ係数は、上記実施形態の伝達関数Ｇ２による音響信号の周波数特性を、前記所定位置（第３受音点）とは無関係に、異なる種々の音響信号の周波数特性になるように変更した複数の異なる伝達関数Ｇ２にそれぞれ対応した複数の異なる伝達関数Ｇ12を、ＦＩＲフィルタ３２に実現させるためのものである。複数組のフィルタ係数を求める場合、上記実施形態で求めた伝達関数Ｇ２又は伝達関数Ｇ12を単に変更するようにしてもよいが、次のような方法によれば、既存の管楽器の音をより精度よく模倣できる。

この方法でも、第1工程では、上記実施形態の第１工程と同様な方法で伝達関数Ｇ１及び逆関数Ｇ１^-1（又は逆関数Ｇ１^-1のみ）を求める。第２工程では、弱音器ユニット２０を用いない状態で、前記第１工程で加振した管楽器（本実施形態ではトランペット）とは異なる複数種類の管楽器（例えば、ホルン、トロンボーン、サクソフォン、クラリネットなど）をマウスピース又はその近傍位置にて加振して、マウスピース又はその近傍位置を第１受音点とし、第１受音点における音を変換した電気信号を取得する。また、これと同時に、前記異なる複数種類の管楽器外部の所定の位置を第３受音点とし、第３受音点における音を変換した電気信号を取得する。そして、前記取得した２つの電気信号を用いて前記第１受音点における音から前記第３受音点における音への周波数特性の変化を表す複数の第２伝達関数Ｇ２を求める。そして、第３工程では、前記第１及び第２工程で求めた逆関数Ｇ１^-1及び複数の伝達関数Ｇ２を用いて、上記第１実施形態と同様に、複数の伝達関数Ｇ12及び複数組のフィルタ係数を求めるようにする。また、この求めた複数組のフィルタ係数をフィルタ係数メモリ３３ｂに記憶しておく。

また、この変形例においては、信号処理装置３０は、選択部３７とフィルタ特性設定部３８を有する。選択部３７は、前記フィルタ係数メモリ３３ｂに記憶した複数組のフィルタ係数のうちの1組のフィルタ係数を演奏者に選択させるための選択スイッチからなる。フィルタ特性設定部３８は、選択部３７によって選択された１組のフィルタ係数をフィルタ係数メモリ３３ｂから読出してＦＩＲフィルタ３２に供給し、ＦＩＲフィルタ３２に複数の伝達関数Ｇ12のうちの1つの伝達関数Ｇ12に従った伝達特性を実現させる。他の構成は、上記実施形態と同じである。この変形例によれば、演奏者の好みにより、トランペット外部の複数の異なる位置における音響信号の周波数特性及び複数の異なる種類の音響信号の周波数特性のうちのいずれかを実現できるようになる。なお、前記複数の異なる伝達関数Ｇ12として異なる複数種類の管楽器に関する伝達関数Ｇ12を取得してフィルタ係数メモリ３３ｂに記憶させておけば、トランペットの演奏により、トランペットとは異なる複数種類の管楽器の音をイヤホン４６から発生させることもできる。

さらに、前記図６の変形例における複数の異なる伝達関数Ｇ12のうちのいずれかを選択することを、前記図５の変形例にも適用できる。この変形例においては、前記図５の変形例の場合と同様に、信号処理装置３０は、図７に示すように、第１ＦＩＲフィルタ３２ａ及び第２ＦＩＲフィルタ３２ｂを有する。そして、フィルタ係数メモリ３３ｃには、前記図５の変形例の場合と同様な逆関数Ｇ１^-1に対応した１組のフィルタ係数を記憶しておくとともに、前記図６の変形例の場合と同様な複数の異なる伝達関数Ｇ12を逆関数Ｇ１^-1との合成（乗算）により得るための複数の異なる伝達関数Ｇ２にそれぞれ対応した複数組のフィルタ係数を記憶しておく。そして、フィルタ特性設定部３８ａは、前記逆関数Ｇ１^-1に対応した１組のフィルタ係数をフィルタ係数メモリ３３ｃから読出して第１ＦＩＲフィルタ３２ａに供給する。また、これと同時に、フィルタ特性設定部３８ａは、前記図６の変形の場合と同様に構成した選択部３７の選択により、前記複数の異なる伝達関数Ｇ２にそれぞれ対応した複数組のフィルタ係数のうちから１組のフィルタ係数を選択して、フィルタ係数メモリ３３ｃから読出して第２ＦＩＲフィルタ３２ａに供給する。他の構成は、上記実施形態と同じである。

これにより、この変形例においても、前記図５の変形例の場合と同様に、第１ＦＩＲフィルタ３２ａ及び第２ＦＩＲフィルタ３２ｂによる逆関数Ｇ１^-1と伝達関数Ｇ２の合成（乗算）が実現される。そして、この変形例においては、選択部３７の選択により、複数の異なる伝達関数Ｇ２にそれぞれ対応した複数組のフィルタ係数のうちの1組のフィルタ係数が第２ＦＩＲフィルタ３２ｂに供給されるので、複数の異なる伝達関数Ｇ12のうちのいずれか1つの伝達関数Ｇ12に対応した伝達特性が実現され、前記図６の変形例の場合と同様に、演奏者の好みにより、トランペット外部の複数の異なる位置における音響信号の周波数特性及び複数の異なる種類の音響信号の周波数特性、特にトランペット以外の管楽器の音響信号特性のうちのいずれかを実現できるようになる。

また、上記実施形態においては、マイクロホン２１を弱音ユニット２０内に収容するようにした。しかし、これに代えて、このマイクロホン２１を弱音ユニット２０の外部、例えば、図１の弱音ユニット２０の左端の外側部分に設けたり、ベル１３の内側に設けたりするようにしてもよい。この場合、上記実施形態の第１工程では、マイクロホン２１を前記位置に設けるとともに、弱音ユニット２０を装着して、電気信号Ｓ０，Ｓ１を取得し、伝達関数Ｇ１の逆関数Ｇ１^-1を求める。第２及び第３工程は上記第１実施形態の場合と同じである。なお、この場合も、マイクロホン１４の位置はマウスピース１１内の位置である。

また、マイクロホン１４の位置に関しても、マウスピース１１の近傍の音響信号の通路であれば、上記実施形態のマイクロホン１４の組付け位置でなくてもよい。すなわち、マイクロホン１４をマウスピース１１内又はマウスピース１１の近傍位置に配置して、電気信号Ｓ０を取得すればよい。

また、上記実施形態においては、本発明をトランペットに適用した例について説明した。しかし、本発明は、トロンボーン、ホルン等の他の金管楽器にも適用可能である。また、金管楽器に限らず、クラリネット、サキソフォンなどの木管楽器にも本発明は適用可能である。さらには、電子管楽器、電気とアコースティックを混合したハイブリッド管楽器にも、本発明は適用され得る。

また、上記実施形態及び変形例では、弱音ユニット２０を管楽器に装着するようにした。しかし、本発明は、上記背景技術の項で先行技術として引用した特許文献３，４のように、管楽器を密閉型の筐体からなる弱音ケース（弱音器）内に収容することにより、外部へ発生される楽器音を弱音するようにした場合にも適用できる。この場合、管楽器を収容した筐体からなる弱音ケース内にマイクロホン（上記実施形態のマイクロホン２１に対応するマイクロホン）を取付けるとともに、管楽器のマウスピース又はマウスピース近傍にマイクロホン（上記実施形態のマイクロホン１４に対応するマイクロホン）を組付け、上記実施形態で説明した第１工程と同様な方法により、伝達関数Ｇ１の逆関数Ｇ１^-1を求めるようにする。

また、前記第１工程後、管楽器を筐体からなる弱音ケースから取り出して、上記実施形態の第２工程で説明したようにして、伝達関数Ｇ２を求める。次に、上記実施形態の第３工程で説明したようにして、伝達関数Ｇ12を求めるとともに、フィルタ係数を求めてフィルタ係数メモリ３３に記憶しておく。そして、この管楽器の演奏に際しては、管楽器を筐体からなる弱音ケース内に収容して、上記実施形態で説明したようにして、弱音ケース内に取付けたマイクロホンによって収音した音をイヤホンを介して演奏者が聞けるようにする。これによっても、上記実施形態と同様な効果が期待される。また、この変形例においても、上述した上記実施形態と同様な各種変形が可能である。

また、上記実施形態では弱音器としてベル１３に挿入する弱音ユニット２０を用い、上記変形例では弱音器として管楽器を収容する弱音ケースを用いることを説明した。しかし、弱音器としては、発生される音を弱音化できればよいので、前記弱音ユニット２０及び弱音ケースに代えて、種々の物を採用できる。例えば、ベル１３を覆うプレート状部材、シート状部材などを採用して、音の弱音化を図ることもできる。また、ベル１３よりもピストンバルブ１２側の管の内側部分に詰め物を詰めることにより、音の弱音化を図ることもできる。

また、上記実施形態及び各種変形例では、加振位置をマウスピース１１としたが、加振位置は管楽器の一部ならば、どこの位置でもよい。例えば、加振位置は、管楽器の吹き込み管部分、すなわちマウスピース１１が接続される吹き込み管の入り口部分であってもよい。この場合、マウスピース１１を越えて又はマウスピース１１を外して吹き込み管の入り口部分に直接空気振動を加えるようにする。さらに、加振位置を、マウスピース１１及び吹き込み管以外の管楽器の他の部分としてもよい。

また、上記実施形態では、信号処理装置３０で信号処理した電気信号をイヤホン４６に導いて、演奏者が演奏音を聞けるようにした。しかし、これに代えて、前記信号処理した電気信号を、電気信号を音響信号（音）に変換するイヤホン以外の音響変換器（例えば、スピーカ）に導いて、演奏者又は演奏者以外の人間が演奏を聞くようにすることもできる。また、信号処理装置３０に供給する前の電気信号、例えば、マイクロホン２１で変換したアナログ信号、又は前記アナログ信号をＡ／Ｄ変換したディジタル信号を他の場所に導いて、他の場所にて信号処理装置３０と同様な信号処理を実行して、他の場所にて演奏音を聞くようにすることもできる。この場合、前記Ａ／Ｄ変換したディジタル信号をネットワークに供給して、ネットワークに接続された信号処理装置を用いて信号処理を実行することが考えられる。

また、上記実施形態及び変形例では、マイクロホン２１で変換した電気信号をＦＩＲフィルタ３２、第１ＦＩＲフィルタ３２ａ又は第２ＦＩＲフィルタ３２ｂで、畳み込み演算により、伝達関数Ｇ12，Ｇ１^-1，Ｇ２に従って、電気信号の周波数特性を変更するようにした。しかし、電気信号の周波数特性を伝達関数Ｇ12，Ｇ１^-1，Ｇ２に従って変更することが可能であれば、信号処理回路として種々の信号処理回路を利用できる。たとえば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）,ＥＱ（Equalizer）処理回路などを用いることができる。また、信号処理装置３０は、マイクロホン２１で変換した電気信号を信号処理して、イヤホン４６に供給することが可能であればよいので、信号処理装置３０として、パーソナルコンピュータ、スマートデバイス、ディジタル機器などの種々の装置を利用できる。

１１…マウスピース、１３…ベル、１４，２１，５２…マイクロホン、２０…弱音ユニット、３０…信号処理装置、３２，３２ａ，３２ｂ…ＦＩＲフィルタ、３３，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ…フィルタ係数メモリ、３７…選択部、３８，３８ａ…フィルタ特性設定部、４６…イヤホン

Claims (5)

1. 管楽器から発生される音の音量を下げる弱音器を用いて管楽器を演奏する際に使用される信号処理装置であって、
   前記弱音器を用いた状態で、管楽器を所定の加振位置にて加振して、管楽器のマウスピース内又は前記マウスピース近傍の所定の第１位置における音を変換した電気信号と、前記弱音器内又は管楽器のベル近傍位置の所定の第２位置における音を変換した電気信号とを取得し、前記取得した２つの電気信号を用いて前記第１位置における音から前記第２位置における音への周波数特性の変化を表す伝達関数の逆関数を第１伝達関数として予め求めるとともに、
   前記弱音器を用いない状態で、管楽器を前記加振位置にて加振して、前記第１位置における音を変換した電気信号と、管楽器外部の所定の第３位置における音を変換した電気信号とを取得し、前記取得した２つの電気信号を用いて前記第１位置における音から前記第３位置における音への周波数特性の変化を表す第２伝達関数を予め求めておき、
   前記弱音器を用いた状態で前記第２位置の音を変換した電気信号を入力し、前記第１伝達関数と前記第２伝達関数を合成した合成伝達関数に基づく信号処理を前記入力した電気信号に施して出力する信号処理回路を備えた信号処理装置。
2. 管楽器から発生される音の音量を下げる弱音器を用いて管楽器を演奏する際に使用される信号処理装置であって、
   前記弱音器を用いた状態で、管楽器を所定の加振位置にて加振して、前記弱音器内又は管楽器のベル近傍位置の所定の第２位置における音を変換した電気信号と、前記弱音器を用いない状態で、前記弱音器を用いた状態での管楽器の加振と同様に、管楽器を前記加振位置にて加振して、管楽器外部の所定の第３位置における音を変換した電気信号とを取得し、前記取得した２つ電気信号を用いて前記第２位置における音から前記第３位置における音への周波数特性の変化を表す伝達関数を予め求めておき、
   前記弱音器を用いた状態で前記第２位置の音を変換した電気信号を入力し、前記伝達関数に基づく信号処理を前記入力した電気信号に施して出力する信号処理回路を備えた信号処理装置。
3. 管楽器から発生される音の音量を下げる弱音器を用いて管楽器を演奏する際に使用される信号処理装置であって、
   前記弱音器を用いた状態で、第１の管楽器をマウスピース又は前記マウスピースの近傍位置にて加振して、前記第１の管楽器の前記マウスピース内又は前記マウスピース近傍の所定の第１位置における音を変換した電気信号と、前記弱音器内又は前記第１の管楽器のベル近傍位置の所定の第２位置における音を変換した電気信号とを取得し、前記取得した２つの電気信号を用いて前記第１位置における音から前記第２位置における音への周波数特性の変化を表す伝達関数の逆関数を第１伝達関数として予め求めるとともに、
   前記弱音器を用いない状態で、前記第１の管楽器とは異なる第２の管楽器をマウスピース又は前記マウスピースの近傍位置にて加振して、前記第２の管楽器の前記マウスピース内又は前記マウスピース近傍の所定の第１位置における音を変換した電気信号と、前記第２の管楽器外部の所定の第３位置における音を変換した電気信号とを取得し、前記取得した２つの電気信号を用いて前記第１位置における音から前記第３位置における音への周波数特性の変化を表す第２伝達関数を予め求めておき、
   前記弱音器を用いた状態で前記第1の管楽器の第２位置の音を変換した電気信号を入力し、前記第１伝達関数と前記第２伝達関数を合成した合成伝達関数に基づく信号処理を前記入力した電気信号に施して出力する信号処理回路を備えた信号処理装置。
4. 前記信号処理回路を、入力した電気信号を畳み込み演算処理を行うＦＩＲフィルタと、前記ＦＩＲフィルタによる畳み込み演算に利用されて伝達関数を決定するフィルタ係数を記憶したフィルタ係数メモリとで構成した請求項１乃至３のうちのいずれか一つに記載の信号処理装置。
5. 前記弱音器は、管楽器のベルに挿入される弱音ユニット又は管楽器を収容する弱音ケースである請求項１乃至４のうちのいずれか一つに記載の信号処理装置。

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