专利名称：信号处理设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种信号处理设备，该信号处理设备基于诸如乐器的音箱、外壳、和音板的共振器的共振分量来处理音频信号。本申请要求日本专利申请N0.2011-270035的优先权，其内容通过引用合并于此。
背景技术：
众所周知的是诸如吉他的弦乐器可以装备有电子配置，所述电子配置通过使用配置压电元件的拾音器将通过弦传播的振动转换成电信号。电信号可以被放大然后经由扬声器再现，由此产生高音量的声音(例如吉他的声音)。基于由拾音器检测的电信号再现的声音可能无法实质上包括在吉他的音箱中出现的共振分量。由于这个原因，基于电信号直接再现的声音可能向听众传达出再现的声音听起来不同于原声吉他实际产生的声音的印象。为了克服该缺点，专利文献I和2公开了 一种信号处理设备，该信号处理设备对电信号使用FIR (有限冲击响应)滤波器执行卷积，从而把吉他的音箱共振应用至再现的声音。专利文献I和2的技术被设计用于执行卷积以便将与通过弦乐器的弦传播的振动相对应的电信号应用于另一个弦乐器的音响共振声音，从而改进了音箱共振声音的再现性。该技术需要使用冲击锤分析冲击响应的预备操作以便预先确定代表在卷积中使用的参数的传递函数。另外，该技术需要额外的配置，诸如用于检测声音的麦克风。如果可以获得弦乐器的共振分量而不实施预备操作和额外配置，则可以改善用户的便利性。引用列表专利文献专利文献1:日本专利申请公开N0.2011-197326专利文献2:美国专利申请公开N0.US 2011/0226119A
发明内容
本发明的目的是提供一种用于处理音频信号(例如乐音信号)的信号处理设备，该信号处理设备能够基于乐器中振动的声激励来确定代表乐器的音箱共振的传递函数。本发明的另一个目的是提供一种信号处理设备，该信号处理设备用于将由乐器的共振主体引起的共振分量应用到乐器的音频信号，而不用实现诸如冲击锤和麦克风的附加配置。本发明针对一种信号处理设备，该信号处理设备被设计用于基于从接收测试声音的乐器反馈的测试信号来计算代表乐器的共振特性的传递特性(例如，传递函数)。该信号处理设备可以包括:采集部，该采集部被配置成从乐器采集音频信号；参数设置部，该参数设置部被配置成基于传递特性来设置参数；以及信号处理器，该信号处理器被配置成使用所述参数对所述音频信号执行卷积。该信号处理设备可以进一步包括发射器，该发射器被配置成产生测试信号，该测试信号代表向乐器发射的测试声音。另外，该信号处理设备可以进一步包括扬声器，该扬声器被配置成基于测试信号来产生测试声音。而且，乐器可以包括引起振动的振动器、与振动共振的音箱(或主体)以及换能器，该换能器被配置成将振动转换成音频信号。在此，计算部基于音频信号和测试信号来计算模拟乐器的音箱共振的传递特性，测试信号代表向乐器发射的测试声音。具体地，当包括弦、主体(或音箱)和拾音器的吉他装备有该信号处理设备时，能够基于向吉他发射的白噪声(即，测试声音)来确定传递函数，从而再现由于在接收白噪声的吉他中发生的振动的声激励而引起的共振。在此，滤波器(例如，FIR滤波器)使用由计算部基于由于振动的声激励而产生的音频信号所计算的传递函数执行卷积，以便产生音频数据，从而再现吉他的音箱共振。本发明不一定应用于弦乐器而是可适用于任何类型的乐器，诸如钢琴，从而再现不同于音箱共振的音板共振。本发明能够确定传递函数，该传递函数用于将由乐器的共振主体引起的共振分量应用到乐器的音频信号，而不用实现诸如冲击锤和麦克风的附加配置。
将参考以下附图更详细地描述本发明的这些和其他的目标、方面、和实施例。图1是装备有放大器的吉他的图示，该放大器包括根据本发明的优选实施例的信号处理设备。图2是包括信号处理设备的组成元件的放大器的框图。图3是图示用于将共振分量应用到音频信号的预备过程的流程图。图4是图示用户对吉他的演奏过程的流程图。图5A是示出了用于再现原声吉他的共振声音的频率特性的曲线图。图5B是示出了共振声音传播路径的简化图。图6A是示出了由经受由于白噪声导致的振动的声激励的吉他产生的音频信号的频率特性的曲线图。图6B是示出了从扬声器发送至吉他的白噪声的传播路径的简化图。图7A是示出了嵌入吉他ABC的琴桥的拾音器(PU)的频率特性的曲线图。图7B是示出了安装在吉他DEF前板背侧的拾音器(PU)的频率特性的曲线图。图8是示出了进行/没有进行卷积的音频信号的频率特性的曲线图。图9是示出了在经历了卷积的峰分量fl (f2)和与弦的基音相对应的基本分量FO之间的衰减的差异的曲线图。图1OA是示出了包括在原声吉他的弦E的声音中可能出现的全部频率分量的整个频率分布的三维图。图1OB是示出了包括从图1OA所示的频率分量之中选择的基本分量(FO)和它的谐波泛音的频率分布的三维图。图1OC是示出了包括从图1OA所示的频率分量之中选择的共振分量(fl、f2)的频率分布的三维图。图1lA是示出了包括在电声吉他的弦E的声音中可能出现的全部频率分量的整个频率分布的三维图。
图1lB是示出了包括从图1lA所示的频率分量之中选择的基本分量(FO)和它的谐波泛音的频率分布的三维图。图1lC是示出了包括从图1lA所示的频率分量之中选择的除了基本分量(FO)和它的谐波泛音之外的频率分量的频率分布的三维图。图12A是图示了包括在具有卷积函数的电声吉他的弦E的声音中可能出现的全部频率分量的整个频率分布的三维图。图12B是示出了包括从图12A所示的频率分量之中选择的基本分量(FO)和它的谐波泛音的频率分布的三维图。图12C是示出了包括从图12A所示的频率分量之中选择的除了基本分量(FO)和它的谐波泛音之外的共振分量(Π、f2 )的频率分布的三维图。图13是装备有根据实施例的第一变化的执行器和放大器的吉他的图示。图14是描述限定传递函数和吉他类型之间关系的设置信息的表格。
具体实施例方式将参考附图通过示例的方法进一步详细描述本发明。图1示出了可连接于根据本发明的优选实施例的放大器10的吉他I的外观。具体地，吉他I是电声吉他，该电声吉他装备有弦2、拾音器3、主体(音箱)4、操作器5和信号处理器6。另外，吉他I装备有终端，该终端用于发送从信号处理器6输出的音频信号Sin。当放大器10经由屏蔽线连接到吉他I的终端时，吉他I可以向放大器10供应音频信号Sin，
从而产生声音。弦2是可以响应于向其施加的外力而自身振动的振动器。当用户(例如吉他演奏者)演奏吉他I使得弦2自身振动时，配置了压电元件的拾音器3将通过弦2传播然后到达拾音器3的振动转换成电信号(S卩，音频信号Sin)。当接收到用户的操作时，操作器5 (其可以包括旋转开关和操作按钮)产生代表用户的操作的操作信息。操作器5可以进一步包括用于在屏幕上显示菜单的显示器。在从拾音器3接收到音频信号Sin并从操作器5接收到操作信息时，信号处理器6调整音频信号Sin和操作信息的电平以便经由终端将它们输出。接下来，将结合在用户选择的普通演奏模式下的处理描述放大器10的配置和操作。放大器10包括信号处理设备11、扬声器12和操作器13。在放大器10中，信号处理设备11对于从吉他I的拾音器3输出的音频信号Sin执行信号处理。随后,放大器10放大所处理的音频信号，然后把它提供至扬声器12，从而基于放大的音频信号产生声音。扬声器12是把电信号转换成声音的声音再现器的示例。使用包括旋转开关和操作按钮的操作器13，用户能够调整可在信号处理设备11上执行的EQ (均衡器)函数。接下来，关于将吉他I的主体4的共振分量(B卩，音箱共振分量)应用于由放大器10再现的声音的共振模式，将描述放大器10的处理。在用户演奏吉他I之前应该执行预备操作。即，用户操作操作器13以在吉他I的正面的方向上从扬声器12发射测试声音(例如，白噪声)。虽然本实施例使用白噪声，但是也可以采用其他测量因素，诸如脉冲信号、扫描信号、随机噪声和粉红噪声。具体地，有必要使用具有在某一时间出现的音频范围的声音。吉他2可以利用弦2共振于白噪声，从而引起振动。拾音器3把由于白噪声导致的弦2的振动转换成向放大器10提供的音频信号Sin。在下文中，由于白噪声导致的弦2的振动将被称作振动的声激励。放大器10把音频信号Sin转送至信号处理设备11。信号处理设备11对音频信号Sin执行模数转换，从而产生音频数据Sa。信号处理设备11基于音频数据Sa产生代表振动的声激励的传递函数。随后，信号处理设备11对于音频信号Sin使用传递函数执行卷积。从而,能够改进吉他I的主体4的共振声音的再现性。图2是包括信号处理设备11的组成元件的放大器10的框图。信号处理设备11包括采集部111、计算部112、存储器113、滤波器(例如，FIR滤波器)114、EQ部115、发射器116和输出部117。以下描述涉及处理由用户演奏的吉他I的音频信号Sin的主路径，并且然后涉及处理振动的声激励的次路径。当用户演奏吉他I时，采集部111采集由拾音器3产生的音频信号Sin，然后对音频信号Sin执行模数转换以便产生向计算部112和滤波器114提供的音频数据Sa。存储器113 (例如非易失存储器)存储由计算部112计算的传递函数。滤波器114使用存储在存储器113中的传递函数作为参数对音频数据Sa执行卷积，从而产生音频数据Sb。作为滤波器114，能够使用基于传递特性执行滤波操作的各种类型的设备。例如，能够使用FIR滤波器、IIR滤波器、将输入信号与频域中的传递特性相乘的设备、或使用近似(或仿真)频域中的传递特性的一部分的特性来执行处理的设备。作为使用近似频域中的传递特性的一部分的特定的处理，能够采用仅放大传递特性的峰分量的处理、或使用传递特性的包络的处理。在这一点上，传递函数可以例示传递特性。EQ部115 (例如参数均衡器、图形均衡器)基于它的设置来执行均衡。基于设置，EQ部115对音频数据Sb执行均衡，从而产生音频数据Sc。用户可以操作操作器13以便确定EQ部115的设置。输出部117对从EQ部115输出的音频数据Sc执行数模转换，然后以预定的放大因子放大音频数据Sc，从而基于音频信号Sin产生音频信号Sout。信号处理设备11向扬声器12提供音频信号Sout。用户操作操作器13以设置放大因子。接下来，将详细地描述处理振动的声激励的次路径。首先，用户操作操作器13以控制发射器116,从而输出测试信号(例如，白噪声信号)。输出部117对白噪声信号执行数模转换，然后以预定的放大因子放大白噪声信号，从而基于白噪声信号产生音频信号Sout。向扬声器12提供音频信号Sout，从而产生白噪声。在接收到白噪声时，由于振动的声激励，吉他I可以使得在弦2上振动。拾音器3将振动转换成向放大器10提供的音频信号Sin。采集部111采集由拾音器3产生的音频信号Sin，然后对音频信号Sin执行模数转换，从而产生由于振动的声激励而引起的音频数据Sa。采集部111向计算部112和滤波器114提供音频数据Sa。基于音频数据Sa和从发射器116输出的白噪声信号，计算部112计算用作在利用滤波器114对音频数据Sa执行的卷积中使用的参数的传递函数(主要代表吉他I的主体4传播的振动)。存储器113存储由计算部112计算的传递函数。滤波器114使用参数，即，存储在存储器113中的传递函数，对音频数据Sa执行卷积，以便产生由于振动的声激励而引起的音频数据Sb。不是利用滤波器114使用传递函数直接执行卷积，而是能够使用由计算部112计算的代表在传递函数的频率特性的包络中的频率峰的参数。在这种情况下，计算部112可以指定频率的峰(例如，峰频率fl、f2)。EQ部115对音频数据Sb执行均衡以便产生由于振动的声激励而引起的音频数据Sc。输出部117对音频数据Sc执行数模转换，然后以预定的放大因子放大音频数据Sc，由此产生由于振动的声激励而引起的音频信号Sout。在此，用户可以操作操作器13 (例如选择开关)以防止音频数据Sc或者白噪声信号并入音频信号Sout中。接下来，将参考图3和4描述数字信号处理器11的操作。图3是图示用于将共振分量应用到音频信号的预备过程的流程图。当用户操作操作器13以经由发射器116发射白噪声信号时,扬声器12向吉他I发射白噪声(步骤Sal)。白噪声信号需要包括在某一时间中的音频频率范围；因此，能够使用扫描信号或其他信号。在从扬声器12接收到白噪声时,吉他I的拾音器3将由于振动的声激励而引起的弦2的振动转换成音频信号Sin。采集部111从吉他I的拾音器3接收音频信号Sin (步骤Sa2)。采集部111对音频信号Sin执行模数转换以便产生音频数据Sa。计算部112基于采集部111的音频数据Sa和发射器116的白噪声信号来计算传递函数(步骤Sa3)。滤波器114将步骤Sa3的传递函数设置为参数(步骤Sa4)。图4是图示用户对吉他I的演奏过程的流程图。首先，用户演奏吉他1(步骤SM)。在此时，当用户没操作操作器13时不允许扬声器12发射白噪声。吉他I的拾音器3将由于用户的演奏而引起的弦2的振动转换成音频信号Sin。采集部111从吉他的拾音器3采集音频信号Sin (步骤Sb2)。采集部111对音频信号Sin执行模数转换以便产生音频数据Sa0滤波器114使用步骤Sa3的传递函数对采集部111的音频数据Sa执行卷积，从而产生音频数据Sb (步骤Sb3)。EQ部115校正滤波器114的音频数据Sb以便产生音频数据Sc。输出部117将EQ部115的音频数据Sc转换成音频信号Sout。向扬声器12提供输出部117的音频信号Sout,从而扬声器发射与用户对吉他I的演奏相对应的声音(步骤Sb4)。图5A和5B图示了用于再现在原声吉他上共振的频率特性。图5A示出了包括琴桥、下弦枕、和主体(或音箱)的原声吉他的频率特性,并且图5B示出了共振声音的传播路径。具体地，当利用包括力传感器的冲击锤敲击原声吉他的琴桥时，通过原声吉他的下弦枕发送敲击振动,使得原声吉他的主体可以引起共振声音,该共振声音通过外部空间(即，原声吉他周围的外部空间)来发送。然后，由麦克风接收共振声音，从而产生电信号。图5A的频率特性包括与原声吉他的音箱共振声音相对应的多个独特的峰波形，即，频率为fl、f2的成对的峰。在这一点上，峰频率的数量取决于乐器的类型；因此，某一乐器可能包括单个峰频率、或三个或更多峰频率。峰频率fl、f2可以在从50Hz至350Hz的特定低频范围中出现。在图5A中，峰频率fl、f2在大约IOOHz和200Hz处出现。由于可能受到原声吉他的主体形状和原声吉他的声孔影响的赫尔姆霍茨(Helmholtz)共振,而出现这些峰。信号处理设备11对音频信号Sin执行信号处理以便展现在频率H、f2处的成对的独特的峰。具有在频率fl、f2处的成对的峰的频率特性的声音可以反映由乐器(例如吉他)的主体引起的共振分量。图6A和6B图不了基于由于白噪声而引起的拾音器3的音频信号Sin创建的传递函数。图6A示出了由经受了由于白噪声而引起的振动的声激励的吉他I产生的音频信号Sin的频率特性，并且图6B示出了白噪声的传播路径。具体地，当放大器10的扬声器12经由外部空间(即，吉他I周围的外部空间)向吉他I发射白噪声时，拾音器3将由于主体4的共振而引起的振动和向吉他I发送的振动转换成音频信号Sin。即，拾音器3产生由于在吉他I上振动的声激励而引起的音频信号Sin。计算部112基于图6A的频率特性来计算传递函数Php (t)。类似于图5A的频率特性，图6A的频率特性包括在频率f l、f2处的成对的峰，它们在传递函数Php (t)中反映出来。如图6B所示，经由振动的声激励而不使用图5B所示的麦克风和冲击锤来产生图6A的频率特性，但是类似于图5A的频率特性，图6A的频率特性确实包括在频率fl、f2处的成对的峰。即，本实施例能够在不使用图5B所示的麦克风和冲击锤的情况下产生传递函数，该传递函数反映出代表在原声吉他的主体中可能发生的共振声音的单个峰波形或多个独特的峰波形。另外，允许吉他I的任何用户通过使用传递函数的卷积的方法产生反映共振分量的期望的声音。在中频范围和高频范围中，图6A的频率特性与图5A的频率特性略微不同；因此，任何用户可能都难以体验到听原声吉他的原始声音的真实听觉感受。在此方面，为了考虑到扬声器12的属性和外部空间的传递函数来满意地校正声音，任何用户可以操作操作器13以调整EQ设置。任何用户能够预先调整传递函数并且在存储器11中存储预调整的传递函数。在这种情况下，滤波器114可以利用通过调整在存储器113中存储的由计算部112计算的传递函数而产生的预调整的传递函数。在此，计算部112不一定计算传递函数并且将其存储在存储器113中。换句话说，计算部112可以调整所计算的传递函数以便再现固有共振分量。例如，能够在存储器113中存储代表声音传播模型的多个传递函数，然后允许计算部112调整在存储器113中存储的每一个传递函数。图7A和7B示出了取决于吉他I中拾音器3的安装位置的频率特性的差异。图7A示出了与吉他“ABC”有关的频率特性S1、S2，吉他“ABC”包括在琴桥中嵌入的拾音器(PU)，而图7B示出了与吉他“DEF”有关的频率特性S3、S4，吉他“DEF”包括在前板的背侧上安装的拾音器(PU)。具体地，图7A、7B的频率特性S1、S3表示在接收冲击锤的振动的拾音器3上检测的振动的波动，而不是振动的声激励，而图7A、7B的频率特性S2、S4表示当拾音器3响应于白噪声产生音频信号Sin时的传递函数，即，反映了振动的声激励的传递函数Php (t)。如图7A和7B所示，传递函数Php (t)展现了在频率fl、f2处的成对的峰，它们表征了与吉他中嵌入的拾音器的结构和位置无关的音箱共振声音。利用配置了压电元件的拾音器3，能够与吉他I中拾音器3的结构和位置无关地根据本实施例的声激励技术，产生具有在频率fl>f2处的成对峰的传递函数。图8示出了进行/没有进行卷积的音频信号(即，从滤波器114输出的音频数据Sb)的频率特性S11、S12。具体地，基于从检测由冲击锤输入的振动的拾音器3输出的没有进行卷积的音频信号Sin，检测频率特性(或频谱)S11。没有进行卷积的频谱Sll没有在频率fl、f2处展现出成对的峰。通过使用传递函数Php (t)作为参数对频谱Sll执行卷积来产生频率特性(或频谱)S12。图8清楚地示出了，进行卷积的频谱S12在频率H、f2处展现出成对的峰。利用卷积，能够在从20Hz至20kHz的整个频率范围中，将频谱Sll转换成在期望的频率处具有成对的峰的频谱S12，所述期望的频率不一定限于频率H、f2。图9示出了在经历了卷积的音频数据Sb的峰分量fl(f2)和与弦的基音相对应的基本分量FO之间的衰减的差异。具体地，峰分量Π (f2)表示在音频数据Sb的频率分量之中频谱S12中峰部的时间相关的变化，而基本分量FO表示在音频数据Sb的频率分量之中基音(其由于弦2的振动而出现)的时间相关的变化。图9清楚地示出了峰分量fl (f2)比基本分量FO衰减得更快。S卩，峰分量fl (f2)的衰减时间τ a短于基本分量FO的衰减时间Tb。在此，衰减时间表示某一频率分量从峰值衰减至某一比率的电平的时间段。图8比较了峰分量f I (f2)与基本分量F0;但是这不是限制。通过比较峰分量f I (f2)与诸如谐波泛音的其他频率分量(例如谐波振动分量)，可以获得相同的结果。能够重新设计本实施例，使得除峰分量fl (f2)以外的非谐波振动分量可以比谐波振动分量衰减得更快。能够确定传递函数Php(t)的时间相关的变化，使得已经经受了卷积的滤波器114的音频数据Sb可以实现图9的衰减特性。如上所述，信号处理设备11特征在于，计算部112基于白噪声信号和从拾音器3输出的音频信号Sin来计算传递函数，拾音器3检测由于向吉他I施加的白噪声而引起的振动；滤波器114使用传递函数执行卷积；然后，输出部117产生反映了在用户演奏的声音中吉他I的主体4的共振声音的音频信号Sout。计算部112计算传递函数，该传递函数展现出由于吉他I的主体4的共振而引起的在频率f1、f2处的成对的峰。在此，传递函数可以使卷积音频数据Sb中峰部fl、f2比在弦2的振动中出现的基本分量FO衰减得更快。通过根据以上传递函数对从吉他I输出的音频信号Sin执行滤波操作，能够改善吉他I的主体4中音箱共振的再现性。因为独立于吉他I布置信号处理设备11，所以任何用户可以容易地使用各种吉他再现音箱共振分量。为了预先获得传递函数，本实施例不需要使用冲击锤和麦克风的冲击响应分析。即，本实施例允许用户在处理由乐器输入的音频信号时，确定代表了由于振动的声激励而引起的乐器主体的音箱共振的传递函数。接下来，将关于弦乐器(例如吉他)的频率特性，即，预定声音的频率分布(或频率分布)描述仿真结果。作为吉他I的不例，具有六根弦(即，具有A-F调的弦A-F)、主体和拾音器的电声吉他进行仿真以比较频率分布。麦克风用于直接接收通过拨电声吉他中E调的弦而产生的原始声音，以便检测原始频率分布。另外，基于由拾音器产生然后经历了利用滤波器114的卷积的电信号来产生频率分布。图10A-10C示出了通过拨原声吉他中的弦E产生的频率分布，S卩，通过拨原声吉他产生并且利用麦克风接收的音频信号的频率分布的时间相关的变化。图10A-10C示出了三维图，其中X-轴表示频率，Y-轴表示时间，并且Z-轴表示电平(或振幅)。在此,在Z-轴上适当地调整(即，适当地扩展/压缩)频率分量的峰；因此，在图10A-10C之间可以不同地图示每一个频率分量的相同的峰。图1OA示出了包括通过拨原声吉他产生的弦E的声音中可能出现的全部频率分量的整个频率分布。图1OB示出了包括从图1OA的频率分布中提取的基本分量(FO)和它的谐波泛音的频率分布。图1OC示出了包括从图1OA的频率分布中提取的共振分量(fl、f2)的频率分布。图1OC示出了在频率分布中可靠出现的独特的峰部fl、f2。通过组合图1OB和IOC的频率分布，构成图1OA的整个频率分布。图11A-11C示出了通过拨原声吉他中的弦E产生的频率分布，S卩，使用电声吉他的拾音器产生音频信号的频率分布的时间相关的变化。图10A-10C示出了三维图，其中X-轴表示频率，Y-轴表示时间，并且Z-轴表示电平(或振幅)。在此，在Z-轴上适当地调整(gp，适当地扩展/压缩)频率分量的峰；因此，在图1lA-1ic之间可以不同地图示每一个频率分量的相同的峰。图1lA示出了包括通过拨电声吉他产生的弦E的声音中可能出现的全部频率分量的整个频率分布。图1lB示出了包括从图1lA的频率分布中提取的基本分量(FO)和它的谐波泛音的频率分布。图1lC示出了包括从图1lA的频率分布中提取的除了基本分量(FO)和它的谐波泛音之外的频率分量的频率分布。图1lC示出了在该频率分布中未出现独特的峰部fl、f2。这是因为从电声吉他的拾音器输出的音频信号取决于拾音器的频率属性，但是拾音器的音频信号不包括音箱共振分量。通过组合图1lB和IlC的频率分布，构成图1lA的整个频率分布。图12A-12C示出了由使用具有根据本实施例的卷积函数的电声吉他产生的频率分布，即，与对于从其弦E被拨动的电声吉他的拾音器中输出的音频信号进行卷积而产生的音频数据相对应的频率分布的时间相关的变化。即，基于从(用作电声吉他的)吉他I的滤波器114输出的音频数据Sb，产生图12A-12C的频率分布。图12A-12C的频率分布与图11A-11C的频率分布相比较。具体地，图12A示出了包括通过拨电声吉他产生的弦E的声音中可能出现的全部频率分量的整个频率分布。图12B示出了包括从图12A所示的频率分量之中提取的基本分量(FO)和它的谐波泛音的频率分布。图12C示出了包括从图12A的频率分布中提取的除了基本分量(FO)和它的谐波泛音之外的共振分量(fl、f2)的频率分布。图12C清楚地示出了在该频率分布中确实出现峰部H、f2 (如图1OC所示)。即，通过利用滤波器114对音频信号Sin执行卷积，能够另外引起共振分量fl、f2(如图1OC所示的独特的峰部)。从而，吉他I输出音频信号Sout，该音频信号Sout可以精确地再现如图10A-10C所示的原声吉他的音箱共振。能够以不同的方式修改本发明；因此，以下将描述变化。(I)第一变化在图1中，信号处理设备11是放大器10的一部分；但这不是限制。信号处理设备11需要包括用于输入音频信号Sin的输入终端和用于输出与操作器13相关联的音频数据Sb的输出终端。在此，采集部111可以用作输入终端，而输出部117可以用作输出终端。图13是装备有放大器IOa和执行器20的吉他I的图示，其中使用相同的附图标记表示与图1所示的相同的部件。除了扬声器12之外，放大器10还包括操作器14。操作器14允许用户操作放大器10a。放大器IOa的配置除了信号处理设备11之外类似于放大器10的配置。执行器20包括信号处理设备11和操作器13。操作器13允许用户打开或关闭用于将音箱共振分量应用于通过演奏吉他I实际上产生的声音的音效。类似于前文描述的图1和2所示的实施例，信号处理设备11被设计为基于由于白噪声而引起的从吉他I的拾音器3输出的音频信号Sin来计算传递函数，并且使用该传递函数作为参数对音频数据Sa执行卷积，从而产生反映音箱共振分量的音频数据Sb。从而，第一变化可以呈现出与具有信号处理设备11的前述实施例相同的效果。能够修改本实施例，使得图2中所示的信号处理设备11的组成元件的一部分被重新布置在连接到信号处理设备11的另一设备中。在图2所示的组成元件之中，存储器113、滤波器114、EQ部115、发射器116和输出部117不一定包括在信号处理设备11中。组件113-117的一部分或所有的组件113-117可以重新布置在连接到图13中所示的执行器20的放大器IOa中。当信号处理设备11不包括发射器116时，信号处理设备11需要采集从发射器116输出的白噪声信号、或代表用于在利用计算部112计算传递函数中使用的白噪声信号的频率特性的白噪声数据。在这种情况下，信号处理设备11可以包括用于存储白噪声信号或白噪声数据的存储器。替代地，信号处理设备11可以包括采集部，该采集部用于采集从诸如执行器20的外部设备输出的白噪声信号或白噪声数据。图1的放大器10和图13的执行器20每一个被设计成包括操作器13 ;但是这不是限制。当信号处理设备不需要实现用户的调整时，能够从放大器10和执行器20排除操作器13。(2)第二变化前述的实施例涉及吉他1，吉他I是具有主体(或音箱)的乐器的示例；因此，前述的实施例可适用于除吉他以外的其他类型的弦乐器，例如弓弦乐器，诸如小提琴。另外，前述的实施例可适用于诸如钢琴的击弦乐器、诸如军鼓和锣的打击乐器。这些乐器应该装备有用于将在弦中传播的振动或在鼓膜中发生的振动转换成电信号的换能器(或传感器)。从而，前述的实施例允许用户利用包括主体(或音箱)的乐器来产生反映音箱共振声音的声
曰 (3)第三变化利用包括用于存储由计算部112计算的传递函数的存储器113的信号处理设备11，允许吉他1的任何用户通过简单地操作操作器13来指定期望的传递函数，从而实现不同的声音效果。例如，用户能够演奏小提琴(而不是吉他I)以便产生音频信号Sin，而将模拟大提琴主体的音箱共振的传递函数设置为滤波器114的参数。通过使用模拟大提琴音箱共振的传递函数执行卷积，能够在用户演奏小提琴时产生反映大提琴的共振声音的音频信号Sout。即使当用户演奏诸如不包括共振主体(或音箱)的电小提琴的非箱类型的弦乐器时，也能够将代表实际上配有共振主体的弦乐器的音箱共振的共振分量应用到从非箱类型的弦乐器输出的音频信号Sin。(4)第四 变化能够采用用于进一步改善卷积精确度的特定措施。吉他I的拾音器3输出由于白噪声而引起的通过图6B的路径传播的音频信号Sin。在此，扬声器12发射白噪声，该白噪声通过外部空间传播到吉他I的主体4。特别地，白噪声可以引起经由空气层从吉他I的主体4的正面发送到背侧的振动，并且因此拾音器3检测到吉他I的主体4中发生的振动。即，拾音器3可以经由多个传递函数产生由于白噪声而引起的音频信号Sin，传递函数的数量可以与图6B所示的传播路径中涉及的因素的数量相同。为此，有必要计算关于扬声器12的传递函数并且重新计算用于传递函数的逆函数。通过将传递函数的逆函数设置为卷积的参数，能够产生排除扬声器12的传递函数的影响的音频数据Sb。如上所述，能够通过使用涉及白噪声的传播路径等的部分传递函数的逆函数来进一步改善卷积的精确度。(5)第五变化不必使用由计算部112计算的传递函数。即，能够使用预定的传递函数作为卷积的参数。在此，存储器113可以存储如图14所示的设置信息。图14示出了与各种类型的吉他相关联地描述传递特性(例如，传递函数)的设置信息，其中类型 GO、Gl、G2、G3、G4、G5 与传递函数 Php (t)、Bhm (t) _1、Bhm (t) _2、Bhm ⑴ _3、Bhm(t)_4、Bhm(t)_5相关。具体地,类型GO与传递函数Php (t)相关,传递函数Php (t)代表当接收到由于白噪声而引起的经由吉他I的弦2传播的振动时拾音器3产生音频信号Sin的路线。传递函数Php (t)由计算部112计算。类型Gl至G5每一个与传递函数Bhm(t)(即，Bhm(t)_l至Bhm(t)_5)相关，传递函数Bhm(t)代表由每种类型的吉他的至少一根弦产生的声音经历音箱共振并且在预定接收点被接收的路线。通过利用冲击锤击打某一类型吉他的琴桥，来计算传递函数Bhm(t)。由冲击锤引起的振动被转换成声音，该声音由布置在预定接收点(例如，离吉他的前侧某一距离的某一点)的麦克风接收，然后作为冲击响应进行分析。用于计算传递函数的方法不必限于上述使用冲击锤的方法；因此，能够使用在本技术领域中已知的各种方法。存储器113可以经由输入/输出接口接收与对应于吉他I (或任何类型的乐器)的类型的任何传递函数相关的设置信息，从而以其来注册。滤波器114可以参考设置信息读取与类型GO相对应的传递函数Php (t)，从而将其设置为卷积的参数。另外，滤波器114可以参考设置信息读取与由操作操作器5的用户选择的期望类型的乐器相对应的传递函数Bhm(t)，从而将其设置为卷积的参数。例如，信号处理设备11可以使用传递函数Php (t)作为卷积的低音域参数而使用传递函数Bhm(t)(对应于期望类型的乐器)作为卷积的中音域参数或卷积的高音域参数。这允许用户在不使用EQ部115执行校正的情况下产生范围从中音域至高音域的期望的声音。在这一点上，能够基于两个或更多传递函数来设置用于在信号处理中使用的至少一个参数，所述传递函数例如传递函数Php (t)和从传递函数Bhm(t)_l至Bhm(t)_5当中选择的至少一个传递函数Bhm (t)。(6)第六变化信号处理设备11不一定装备有用于产生白噪声的发射器116。代替使用发射器116，能够采用引起振动的声激励的另一措施。例如，当用户以他的/她的手轻拍拾音器3的外围时或者当用户在拾音器3前面拍他的/她的手时可以引起振动的声激励出现。即，能够通过轻拍或击掌的方法计算传递函数。当用户想要经由击掌引起振动的声激励时，存储器113预先存储代表击掌声音的音频信号。当用户操作操作器13指示经由击掌的振动的声激励时，计算部112从存储器113中读取代表击掌声音的音频信号。计算部112基于音频数据Sa和代表击掌声音的音频信号来计算传递函数。从而，信号处理设备11可以在不使用发射器的情况下呈现出与前述实施例相同的效果。最后，本发明不必限于针对吉他主体的音箱共振的前述实施例及其变化。然而，本发明可应用于其他类型的共振，诸如钢琴的音板共振；因此，本发明能够在不使用布置在特定接收点的麦克风的情况下测量关于任何类型乐器的各种共振属性。从而，本发明可以包含在由随附权利要求限定的本发明的范围内能够创建的进一步的修改。
权利要求
1.一种信号处理设备,包括: 采集部，所述采集部被配置成从乐器采集音频信号； 计算部，所述计算部被配置成基于测试信号和从接收与所述测试信号相对应的测试声音的乐器反馈的音频信号来计算传递特性，所述传递特性代表所述乐器的共振特性。
2.根据权利要求1所述的信号处理设备，其中，所述传递特性具有带有至少一个峰分量的频率特性，并且其中，所述至少一个峰分量比所述音频信号的基本分量衰减得更快。
3.根据权利要求1所述的信号处理设备，进一步包括: 参数设置部，所述参数设置部被配置成基于所述传递特性来设置参数；以及 信号处理器，所述信号处理器被配置成基于所述参数来处理所述音频信号。
4.根据权利要求3所述的信号处理设备，其中，所述信号处理器是FIR滤波器，所述FIR滤波器被配置成基于所述传递函数，针对基于所述音频信号从所述采集部输出的音频数据执行卷积。
5.根据权利要求3所述的信号处理设备，进一步包括存储器，所述存储器被配置成存储预先测量的多个传递特性，其中，从所述存储器读取的所述传递特性被提供给所述信号处理器。
6.根据权利要求3所述的信号处理设备，进一步包括存储器，所述存储器被配置成存储与由所述计算部计算的传递特性相对应的第一传递特性以及预先测量的至少一个第二传递特性，其中，所述参数设置部被配置成基于从所述存储器读取的所述至少一个第二传递特性和所述第一传递特性来设置所述参数。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的信号处理设备，进一步包括发射器，所述发射器被配置成产生所述测试信号，所述测试信号代表向所述乐器发射的所述测试声音。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的信号处理设备，进一步包括扬声器，所述扬声器被配置成基于所述测试信号来产生所述测试声音。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的信号处理设备，其中，所述乐器包括引起振动的振动器、与所述振动共振的音箱以及换能器，所述换能器被配置成将所述振动转换成所述音频信号，并且其中，所述计算部基于所述音频信号和所述测试信号来计算模拟所述乐器的音箱共振的所述传递特性。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的信号处理设备，其中，所述测试信号是白噪声信号，并且所述测试声音是白噪声。
11.根据权利要求1至6中任一项所述的信号处理设备，其中，所述乐器是包括音箱、弦和拾音器的吉他，并且其中，确定所述传递特性以再现在所述吉他的声音的低频范围中出现的独特的峰。
12.根据权利要求11所述的信号处理设备，其中，白噪声被施加于所述吉他，使得所述拾音器产生由于在接收所述白噪声的所述吉他中发生的振动的声激励而引起的次音频信号，并且其中，所述次音频信号与通过演奏所述吉他产生的主音频信号混合。
13.—种信号处理方法,包括: 从乐器采集音频信号；以及 基于测试信号和从接收与所述测试信号相对应的测试声音的所述乐器反馈的音频信号来计算传递特性，所述传递特性代表所述乐器的共振特性。
全文摘要
本发明涉及一种信号处理设备。该信号处理设备被设计为自动地计算代表由于白噪声而可能出现的振动的声激励所引起的吉他的音箱共振的传递特性。向吉他发射的白噪声引起经由弦传播的振动，以便经由拾音器产生音频信号。基于音频信号和白噪声信号来计算传递特性。滤波器使用传递特性对代表用户演奏的吉他声音的音频数据执行卷积，从而再现表示在吉他的声音的低频范围中可能出现的独特的峰的音箱共振。能够在存储器中存储多个传递特性，由此可以允许任何用户在存储在存储器中的传递函数之中选择期望的传递特性或利用由信号处理设备实际计算的传递特性。
文档编号G10H3/12GK103165121SQ20121052083
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月6日 优先权日2011年12月9日
发明者篠田亮, 黒木隆一郎 申请人:雅马哈株式会社