CN103702263B - 使用弱音器的管乐器的演奏的信号处理器 - Google Patents

使用弱音器的管乐器的演奏的信号处理器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于使用弱音器的管乐器的演奏的信号处理器。弱音器单元20附着到小号上。在弱音器单元20内，安装麦克风21，使得由麦克风21采集的声音转换成电信号。将电信号提供给信号处理器30。信号处理器30处理由麦克风21转换的电信号，使得抵消由弱音器单元20引起的声音的频率特性的变化。然后，信号处理器30输出处理后的信号。

Description

使用弱音器的管乐器的演奏的信号处理器
技术领域
本发明涉及用于使用弱音器的管乐器的演奏的信号处理器，所述弱音器用于降低由管乐器生成的声音的音量（乐器的声音）。
背景技术
通常，如在例如日本专利公开No.4114171和日本专利公开No.4124236中所述，众所周知，将弱音器（消音器）附着到诸如小号的铜管乐器的喇叭口（bell）来降低（减弱）由乐器发出到乐器外部的音量，其中麦克风嵌入在弱音器中使得乐器的演奏者能通过耳机来收听与由乐器发出的声音一样的、由麦克风采集的声音。
此外，如在日本专利公开No.4521778和日本实用新型登记No.3145588中所述，也众所周知的是，将诸如萨克斯管的木管乐器容纳在由封闭外壳形成的弱音器（消音器）中以降低（减弱）由乐器发出到乐器的外部的音量，其中麦克风嵌入在弱音器中使得乐器的演奏者能通过耳机来收听与由乐器发出的声音一样的、由麦克风采集的声音。
此外，日本未审专利公开No.11-52836公开了一种技术，用于解决以下两种情况之间的声音图像的定位的差异，一种情况下是由耳机再现的声音定位在演奏者的头部内，更具体地说，如上所述，演奏者通过耳机来收听与乐器的声音一样的、由嵌入弱音器（消音器）中的麦克风提供的声音的情形，另一种情况下是在没有弱音器的情况下演奏管乐器的情形。在该技术中，由对电信号执行卷积运算的声音图像定位滤波器处理从嵌入弱音器中的麦克风提供的电信号，使得在没有弱音器的情况下演奏管乐器的情况的声音定位的位置处收听管乐器的再现声音。
发明内容
如在上述日本专利公开No.4114171、日本专利公开No.4124236、日本专利公开No.4521778和日本实用新型登记No.3145588中公开的常规技术的情况下，然而，当演奏者通过耳机来收听从嵌入弱音器中的麦克风提供的管乐器的声音时，这些常规技术的缺点在于由于例如由管乐器的活塞阀（操作元件）的操作引起的不自然的操作噪声、由运舌法引起的不舒服噪声、由弱音器引起的消音（闷音）声，以及干扰高频噪声，具有弱音器的管乐器的声音不同于不具有弱音器的管乐器的声音。这些缺点是由于存在弱音器而造成由麦克风采集的声音的频率特性的变化引起的。尽管通过在上述日本未审专利公开No.11-52836中公开的技术，处理从麦克风提供的电信号，但是信号处理仅控制通过耳机再现并定位在头部内的声音图像的位置，而不校正由弱音器引起的频率特性的变化。因此，该技术与在日本专利公开No.4114171、日本专利公开No.4124236、日本专利公开No.4521778和日本实用新型登记No.3145588中公开的其他技术类似，也是不利的。
实现本发明来解决上述问题，以及其目的是提供一种信号处理器，在弱音器附着到乐器的情况下演奏管乐器以允许乐器的演奏者收听在乐器内部发出并由麦克风采集的声音的情况下，所述信号处理器将由麦克风采集的声音转换成电信号，以及处理所转换的电信号使得演奏者能收听与没有弱音器的管乐器的声音类似的声音。关于下述本发明的各个构件的描述，为便于理解，在括号内给出与稍后所述的实施例的组件相对应的数字。然而，本发明的各个构件不限于由实施例的数字表示的相应组件。
为实现上述目的，本发明的特征是提供一种用于在使用弱音器（20）的管乐器的演奏中使用信号处理器，该弱音器用于降低由管乐器生成的声音的音量，该信号处理器包括：信号处理电路（30），所述信号处理电路接收从在使用弱音器的状态下生成的声音转换的电信号，处理所接收到的电信号以抵消由弱音器引起的声音的频率特性的变化，并且然后输出处理后的电信号。
在这种情况下，弱音器可以是要插入在管乐器的喇叭口（13）中的弱音器单元，或例如容纳管乐器的弱音器盒。管乐器的喇叭口是在气息的出气口附近，其中，逐渐加宽管道的直径，用于增加管乐器的音量。此外，例如，信号处理电路可以由FIR滤波器（32,32a,32b）和滤波系数存储器（33,33a,33b,33c）形成，FIR滤波器用于对所接收到的电信号执行卷积运算，以及滤波系数存储器存储要用于由FIR滤波器执行的卷积运算以确定传递函数的滤波系数。在这种情况下，滤波系数存储器可以存储一组滤波系数或可以存储多组滤波系数。在存储多组滤波系数的情况下，信号处理器可以具有选择部，该选择部从在滤波系数存储器中存储的多组滤波系数当中选择一组滤波系数以将所选择的一组滤波系数提供给FIR滤波器。将在下文描述根据第一至第三模式，在先获得滤波系数，并使用滤波系统以便实现由信息处理电路执行的传递函数。
信号处理电路可以在下述第一至第三模式下工作。在第一模式中，在使用弱音器的状态下，信号处理电路接收从在弱音器内部或弱音器附近采集的声音转换的电信号（S1），以及信号处理电路基于以下来处理所接收到的电信号：在使用弱音器的状态下，从管乐器的吹口（11）内部或吹口附近的第一声音接收点到弱音器内部或弱音器附近的第二声音接收点的第一传递特性（G1）的反特性（G1-1），以及在不使用弱音器的状态下，从第一声音接收点到喇叭口（13）附近或演奏者的耳朵的位置的第三声音接收点的第二传递特性（G2）的基础上。
此外，第一模式可以如下。在振动被施加到具有弱音器的管乐器的指定位置的情况下，获得从在是指定位置或指定位置附近的指定的第一声音接收点处采集的声音转换的电信号（S0）、和从在位于弱音器内部或管乐器的喇叭口附近的指定的第二声音接收点处采集的声音转换的电信号（S1），以通过所获得的两个电信号（S0和S1），在先获得第一传递函数（G1）的反函数（G1-1），该第一传递函数表示从在第一声音接收点处采集的声音到在第二声音接收点处采集的声音的频率特性的变化；在振动被施加到没有弱音器的管乐器的指定位置的情况下，获得从在第一声音接收点处采集的声音转换的电信号（S0）和从在位于管乐器外部的指定的第三声音接收点处采集的声音转换的电信号（S2），以通过使用所获得的两个电信号（S0和S2），在先获得第二传递函数（G2），该第二传递函数表示从在第一声音接收点处采集的声音到在第三声音接收点处采集的声音的频率特性的变化；以及信号处理电路接收从在第二声音接收点处采集的声音转换的电信号，作为从在使用弱音器的情况下生成的声音转换的电信号，信号处理电路进一步基于复合传递函数（=G1-1·G2）来处理所接收到的电信号，并且输出处理后的信号，通过将在先获得的第一传递函数（G1）的反函数（G1-1）和在先获得的第二传递函数（G2）组合来获得所述复合传递函数。在这种情况下，例如，施加振动的指定位置是吹口或吹口附近的位置。
在第二模式中，在使用弱音器的状态下，信号处理电路接收从在弱音器内部或弱音器附近采集的声音转换的电信号，以及基于传递特性（G12）来处理所接收到的电信号，基于在使用弱音器的状态下弱音器内部或弱音器附近的第二声音接收点处的声音信号（S1）、和在不使用弱音器的状态下喇叭口附近或演奏者的耳朵的位置的第三声音接收点处的声音信号（S2），来计算传递特性。
此外，第二模式可以如下。在振动被施加到具有弱音器的管乐器的指定位置的情况下，获得从在位于弱音器内部或管乐器的喇叭口附近的指定的第二声音接收点处采集的声音转换的电信号（S1），同时与振动被施加到具有弱音器的管乐器类似，在振动被施加到不具有弱音器的管乐器的指定位置的情况下，也获得从在位于管乐器外部的指定的第三声音接收点处采集的声音转换的电信号（S2），以通过使用所获得的两个电信号（S1和S2），在先获得传递函数（G12），传递函数表示从在第二声音接收点处采集的声音到在第三声音接收点处采集的声音的频率特性的变化；以及信号处理电路接收从在第二声音接收点处采集的声音转换的电信号，作为从在使用弱音器的情况下生成的声音转换的电信号，信号处理电路进一步基于所获得的传递函数（G12）来处理所接收到的电信号，并且输出处理后的信号。同样在该情形中，施加振动的指定位置是例如吹口或吹口附近的位置。
在该第三模式中，在使用弱音器的状态下，信号处理电路接收从在弱音器内部或弱音器附近采集的声音转换的电信号（S1），以及信号处理电路基于以下来处理所接收到的电信号：在使用弱音器的状态下，从第一管乐器的吹口内部或吹口附近的第一声音接收点到第一管乐器的弱音器内部或弱音器附近的第二声音接收点的第一频率特性（G1）的反特性（G1-1），以及在不使用弱音器的状态下，从第二管乐器的吹口内部或吹口附近的第三声音接收点到第二管乐器的喇叭口附近或演奏者的耳朵的位置的第四声音接收点的第二传递特性（G2）的基础上。
此外，第三模式可以如下。在振动被施加到具有弱音器的第一管乐器的指定位置的情况下，获得从在是指定位置或指定位置附近的指定的第一声音接收点处采集的声音转换的电信号（S0）、和从在位于弱音器内部或第一管乐器的喇叭口附近的指定的第二声音接收点处采集的声音转换的电信号（S1），以通过使用所获得的两个电信号（S1和S2），在先获得第一传递函数（G1）的反函数（G1-1），第一传递函数表示从在第一声音接收点处采集的声音到在第二声音接收点处采集的声音的频率特性的变化；在振动被施加到不具有弱音器并且与第一管乐器不同的第二管乐器的指定位置的情况下，获得从在是指定位置或指定位置附近的指定的第一声音接收点处采集的声音转换的电信号（S0）、和从在位于第二管乐器外部的指定的第三声音接收点处采集的声音转换的电信号（S2），以通过使用所获得的两个电信号（S0和S2），在先获得第二传递函数（G2），该第二传递函数表示从在第一声音接收点处采集的声音到在第三声音接收点处采集的声音的频率特性的变化；以及信号处理电路接收从在第二声音接收点处采集的声音转换的电信号，作为从在使用弱音器的情况下生成的声音转换的电信号，信号处理电路进一步基于复合传递函数（=G1-1·G2）来处理所接收到的电信号，并且输出处理后的信号，通过将在先获得的第一传递函数（G1）的反函数（G1-1）和在先获得的第二传递函数(G2)组合来获得所述复合传递函数。同样在这种情况下，施加振动的指定位置是例如吹口或吹口附近的位置。
当在使用弱音器的情况下演奏管乐器时，与不使用弱音器的情形相比，由乐器生成的声音的频率特性的变化发生。根据如上所述构造的本发明，然而，信号处理电路抵消由弱音器引起的声音的频率特性的变化。因此，即使当在附着弱音器的情况下演奏管乐器时，本发明也允许演奏者舒服地收听与不使用弱音器的管乐器的声音类似的管乐器的美妙声音。
在第一模式中，更具体地说，信号处理电路基于复合传递函数（=G1-1·G2）来处理信号，通过将为一种管乐器提供的第一传递函数（G1）的反函数（G1-1）和第二传递函数(G2)组合来获得所述复合传递函数。此外，同样在第二模式中，信号处理电路基于用于一个管乐器的传递函数（G12）来处理信号。因此，通过第一和第二模式，将再现由演奏者演奏的管乐器的声音。然而，在第三模式中，信号处理电路基于复合传递函数（G12＝G1-1·G2）来处理信号，通过将为第一管乐器提供的第一传递函数（G1）的反函数（G1-1）和为与第一管乐器不同的第二管乐器提供的第二传递函数(G2)组合来获得所述复合传递函数。因此，通过第三模式，将再现由演奏者演奏的与第一管乐器不同的第二管乐器的声音。
附图说明
图1是表示将根据本发明的弱音器单元和信号处理器应用于小号的整个声音系统的示意图；
图2是表示图1所示的信号处理器的电路框图；
图3（A）至（C）是解释用于获得图2所示的FIR滤波器的系数（脉冲响应）的第一至第三过程的图示；
图4（A）至（C）是代表由在第一至第三过程计算的传递函数引起的信号的频率特性的曲线图；
图5是表示根据实施例的修改的信号处理器的一部分的电路框图；
图6是表示根据实施例的另一修改的信号处理器的一部分的电路框图；以及
图7是表示根据实施例的又一修改的信号处理器的一部分的电路框图。
具体实施方式
现在，将描述根据本发明的实施例的信号处理器。图1是表示将根据本实施例的弱音器（弱音器）和信号处理器应用于小号的整个声音系统的示意图。
小号具有吹口11、活塞阀12和喇叭口13。吹口11位于管道的一端，以及吹口11是气息的进气口。喇叭口13位于管道的另一端，以及逐渐加宽接近气息的出口气的部分，用于增加声音的音量。活塞阀12位于管道的中部。弱音器单元（消音器单元）20是中空圆柱体，在轴向方向上在弱音器单元20的中心具有大直径，以及其直径在轴向方向上朝弱音器单元20的两端逐渐减小。弱音器单元20从喇叭口13的末端插入，使得将弱音器单元20安装在小号上来减弱（降低）由小号生成的声音的音量。换句话说，弱音器单元20至少减小音量。在弱音器单元20内部，嵌入麦克风21，使得麦克风21可以采集管乐器内发出的声音（即，不是在管乐器外部发出的声音，而是由弱音器单元20减弱的声音），以将所采集的声音转换成电信号来输出所转换的信号。
将电信号从麦克风21提供给信号处理器30。在这种情况下，更具体地说，电信号经由与弱音器单元20相连的连接器41从麦克风21提供给信号处理器30，使得连接器41可以拆卸，电缆42和连接器43与信号处理器30相连，使得连接器41可以拆卸。信号处理器30处理从麦克风21提供的电信号，以及将处理后的电信号经由与信号处理器30相连的可拆卸的连接器44和电缆45提供给一组耳机46。
如图2所示，信号处理器30具有A/D转换器31、FIR（有限脉冲响应）滤波器32、滤波系数存储器33、D/A转换器34、放大器35和音量器36。A/D转换器31将从麦克风21接收到的模拟电信号转换成数字信号。然后，将模数转换信号提供给FIR滤波器32。通过使用滤波系数对所接收到的数字信号执行卷积运算，FIR滤波器32基于传递函数来改变所接收到的数字信号的频率特性，以将所改变的信号输出到D/A转换器34。在本实施例中，将传递函数称为G12。滤波系数存储器33存储FIR滤波器32执行的卷积运算所需的滤波系数，以及将滤波系数提供给FIR滤波器32。D/A转换器34将所接收到的数字信号转换成模拟信号，并且然后将模拟信号输出到放大器35。放大器35放大从D/A转换器34提供的模拟信号，并且然后，将放大的信号经由音量器36输出到耳机46。根据未示出但在信号处理器30上提供的操作元件的用户操纵，音量器36可变地控制要从信号处理电路输出的模拟信号的电平。
现在，将解释通过使用滤波系数由卷积运算获得的FIR滤波器32的传递函数G12。通过稍后所述的第一至第三过程，获得传递函数G12，而用于获得传递函数G12的滤波系数在先存储在滤波系数存储器33中。
在第一过程，在弱音器单元20安装在喇叭口13上的状态下，获得传递函数G1，传递函数G1表示从在指定的第一声音接收点（在本实施例中，吹口11的进气口）处采集的声音（作为气振的声音信号）到在位于弱音器单元20内部的第二声音接收点（麦克风21采集声音的位置）处采集的声音（作为气振的声音信号）的频率特性（频率分布特性）的变化，以通过使用上述传递函数G1来获得反函数G1-1。如图3（A）所示，更具体地说，作为激振器的扬声器51安装在吹口11上，其中弱音器单元20附着到喇叭口13，而将测量信号（例如，白噪声信号、随机信号等等）被提供给扬声器51。在这种状态下，通过使用嵌入在吹口11中的麦克风14，在吹口11的进气口上采集声音，以将所采集的声音转换成电信号来获得该电信号。同时，由嵌入弱音器单元20中的麦克风21采集声音，以将所采集的声音转换成电信号来获得该电信号。
将与由麦克风14采集的声音相对应的电信号视作S0，以及将与由麦克风21采集的声音相对应的电信号视作S1，计算用于将电信号S0转换成电信号S1的传递函数G1（见图3（A）的上箭头）。换句话说，获得第一传递函数G1，第一传递函数G1表示从位于第一声音接收点处的声音到位于第二声音接收点处的声音的频率特性的变化。电信号S0和S1间的关系以及传递函数G1可以被表达为下述等式1。
S1＝G1·S0 （等式1）
因此，通过使用传递函数G1来计算传递函数G1的反函数G1-1（见图3（A）的下箭头）。在没有获得传递函数G1的情况下，通过使用电信号S0和S1，可以直接获得反函数G1-1（与上述反函数G1-1相同）。
在第二过程，在弱音器单元20未安装在喇叭口13上的状态下，获得传递函数G2，传递函数G2表示从位于与第一过程的第一声音接收点相同的第一声音接收点处的声音到位于喇叭口外的指定位置（第三声音接收点）处的声音的频率特性（频率分布特性）的变化。如图3（B）所示，更具体地说，在弱音器单元20未安装在喇叭口13上的状态下，作为激振器的扬声器51安装在吹口11上，其中麦克风52被置于处于小号外的指定位置（第三声音接收点）处，而测量信号（例如白噪声信号、随机信号等等）被提供给扬声器51，与第一过程类似。在这种状态下，与第一过程类似，获得从由麦克风14采集的声音转换的电信号。同时，由麦克风52采集声音以将所采集的声音转换成电信号来获得该电信号。此外，在图3（B）中，在喇叭口13的前方，斜定位第三声音接收点。然而，第三声音接收点可以位于任何其他位置，诸如位于喇叭口13的前方的位置或演奏小号的演奏者的耳朵的位置。
将与由麦克风14采集的声音相对应的电信号视作S0，以及将与麦克风52采集的声音相对应的电信号视作S2，计算用于将电信号S0转换成电信号S2的传递函数G2。将电信号S0和S2间的关系，以及传递函数G2表达为下述等式2。
S2＝G2·S0 （等式2）。
在第三过程，获得传递函数G12，传递函数G12表示从位于用在第一过程并且位于弱音器单元20内部的第二声音接收点（麦克风21采集声音的位置）处的声音到位于用在第二过程并且位于小号外的第三声音接收点处的声音的频率特性（频率分布特性）的变化。在这种情况下，将与位于弱音器单元20内部的第二声音接收点的声音相对应的电信号视作S1，以及将与位于小号外的第三声音接收点的声音相对应的电信号视作S2，其中将传递函数定义成G12，所述关系可以被表达为下述等式3（见图3（C））。
S2＝G12·S1 （等式3）
此外，通过将在等式1和2中使用的电信号S1和S2代入等式3来改变等式3，所述关系可以被表达为下述等式4。
G12＝S2/S1＝(G2·S0)/(G1·S0)＝G1-1·G2 （等式4）
根据等式4，通过将传递函数G2与作为传递函数G1的反函数的反函数G1-1组合（相乘），能获得传递函数G12。因此，在第三过程，在第二过程获得的传递函数G2与在第一过程获得的传递函数G1的反函数G1-1组合（相乘）来获得传递函数G12（=G1-1·G2）。因此，确定用于基于传递函数G12实现电信号的转换的FIR滤波器32的滤波系数，以存储在滤波系数存储器33中。图4表示这些传递函数G1、G1-1、G2和G12的信号的频率特性。更具体地，图4（A）的下半部分表示与传递函数G1相对应的频率特性，而图4（A）的上半部分表示与传递函数G1-1（传递函数G1的反函数）相对应的频率特性。图4（B）表示与传递函数G2相对应的频率特性，而图4（C）表示与传递函数G12相对应的频率特性。
上文已经简单地描述了传递函数和滤波系数的获得。然而，为获得传递函数，需要用于区段的电信号（即从声音转换的电信号）。此外，这些电信号的频率特性（即，声音的频率特性）随时间改变。在本说明书中，准确地说，有关声音的频率特性和电信号的频率特性的变化的描述表示随时间改变的频率特性。
将具体地说明获得传递函数和滤波系数的方法。首先，将与各个声音相对应的电信号S0、S1和S2分成每一个具有某一时间段的分段。接着，通过使用与每一个分段相对应的两组电信号，对每一个分段，获得与两组电信号的频率特性（频率分布特性）的变化相对应的传递函数。然后，获得滤波用于实现各个分段的传递函数的信号处理（在本实施例中，由FIR滤波器处理）所需的多组滤波系数来计算各个分段的滤波系数的各自的平均值，以将所计算的平均值定义成最终滤波系数。能通过各种方案完成滤波系数的平均值的计算。例如，每一个分段的滤波系数被组合在一起来除以分段数以将滤波系数的各自的平均值定义成最终滤波系数。替代地，分别计算第一分段和第二分段的滤波系数的平均值，以计算以上计算的平均值和下一分段的滤波系数之间的平均值，重复平均值的计算直到最后一个分段，以获得最终滤波系数。
关于获得传递函数G12和滤波系数，因为通过活塞阀12的用户操纵在小号内部提供用于声音信号的8个不同路径，所以可以有8个不同的传递函数和8组不同的滤波系数。因此，优选通过使用下述方法来确定最终传递函数和滤波系数。首先，通过活塞阀12的演奏者的操纵，通过上述方案来获得8个不同的传递函数和8组不同的滤波系数。接着，计算8组不同的滤波系数的平均值来将平均值确定为最终滤波系数。并且还基于最终滤波系数来确定最终传递函数。尽管优选获得8组滤波系数来确定最终传递函数和滤波系数，但可以通过仅获得一个平均传递函数及其滤波系数，来确定最终传递函数和滤波系数。此外，通过使用少于8组滤波系数的多组滤波系数，可以确定最终传递函数和滤波系数。
在上述实施例中，通过使用扬声器51，将测量信号提供给吹口11，使得麦克风14、21和52能获得电信号S0、S1和S2。然而，可以修改上述实施例使得响应于演奏者对小号的实际演奏，即，响应于由吹奏吹口11的演奏者施加到吹口11的振动，在上述第一和第二过程，由麦克风14、21和52获得电信号S0、S1和S2，以在第一至第三过程通过使用所获得的电信号S0、S1和S2来获得传递函数G1、G1-1、G2和G12。
此外，在上述实施例中，获得传递函数G1的反函数G1-1和传递函数G2，使得通过使用反函数G1-1和传递函数G2来获得传递函数G12（=G1-1·G2）。然而，可以修改上述实施例使得在提供除存在弱音器单元20外的完全相同的环境的条件下，其中相同振动被施加到吹口11，通过使用两个电信号S1和S2来获得传递函数G12（=S2/S1），而不获得传递函数G1和G2，以及反函数G1-1（见等式4）。
现在，将从物理观点解释传递函数G12（=G1-1·G2）。反函数G1-1是用于在弱音器单元20附着到小号上的状态下，从由在弱音器单元20上提供的麦克风21采集的声音的频率特性，消除由来自吹口11的小号下游和弱音器单元20引起的频率特性的变化的传递函数。换句话说，反函数G1-1是用于将在弱音器单元20上提供的吹口21采集的声音还原成位于吹口11内的声音的传递函数。传递函数G2是用于在弱音器单元20未附着到小号上的状态下，将位于吹口11内的声音的频率特性改变成位于小号外部的指定位置的声音的频率特性的传递函数。因此，通过组合（相乘）反函数G1-1和传递函数G2获得的传递函数G12是用于抵消弱音器单元20附着到喇叭口13的状态的小号声音特性的变化以将由在弱音器单元20上提供的麦克风采集的声音改变（转换）成在弱音器单元20未附着到喇叭口13的状态下，具有位于从吹口11的下游的部分的声音特性的声音的传递函数。换句话说，传递函数G12是用于再现声音的传递函数，其中，基于在弱音器单元20上提供的麦克风21采集的声音，消除由弱音器单元20引起的声音信号的频率特性的变化。
接着，将解释如上所述构造的实施例的操作。演奏者准备弱音器单元20和信号处理器30。然后，演奏者将弱音器单元20插入喇叭口13以将弱音器单元20安装在小号上，将连接器41连接到弱音器单元20，将连接器43和44连接到信号处理器30，以及戴上耳机46。然后，演奏者开始演奏小号。在这种情况下，因为弱音器单元减弱（降低音量）由小号生成的声音，所以高声不会发出到小号外部。
麦克风21采集弱音器单元20内的声音，以及将从所采集的声音转换的电信号通过连接器41、电缆42和连接器43提供给信号处理器30。信号处理器30将所提供的电信号（模拟信号）在A/D转换器31处转换成数字信号，并且然后，将所转换的数字信号提供给FIR滤波器32。通过使用在滤波系数存储器33中存储的滤波系数，对所接收到的数字信号执行卷积运算，FIR滤波器32根据传递函数G12来改变所接收到的数字信号的频率特性，并且然后将所改变的信号提供给D/A转换器34。D/A转换器34将接收到的数字信号转换成模拟信号，并且然后将所转换的模拟信号通过放大器35和音量器36提供给耳机46。因此，演奏者将收听具有由FIR滤波器32从由麦克风21在弱音器单元20中取回的声音改变的频率特性的声音。
在这种情况下，由FIR滤波器32使用的传递函数G12基于由在弱音器单元20内部提供的麦克风21采集的声音来再现由不具有弱音器单元20的小号的声音特性引起的声音。因此，甚至弱音器单元20附着到小号，演奏者将收听已经抵消诸如由活塞阀12的操作生成的操作噪声、由运舌法引起的噪声、由弱音器单元20引起的闷声（弱音），以及干扰高频噪声的由弱音器单元20引起的频率特性（声音特性）的变化的声音。根据上述实施例，因此，甚至在演奏者演奏安装有弱音器单元20的小号的情况下，演奏者能舒服地收听与演奏者演奏不具有弱音器单元20的小号的情形的声音类似的良好音乐声。
本发明不限于上述实施例，而是能在不背离本发明的目的的情况下进行各种修改。
在上述实施例中，FIR滤波器32通过使用传递函数G12（=G1-1·G2）来改变信号属性。然而，代替FIR滤波器32，如图5所示，可以使用串联放置的第一FIR滤波器32a和第二FIR滤波器32b，以便与上述实施例类似地改变信号属性。在该修改中，第一FIR滤波器32a将上述反函数G1-1用作传递函数，而第二FIR滤波器32b将上述传递函数G2用作传递函数。因此，滤波系数存储器33a在先存储用于允许第一FIR滤波器32a实现反函数G1-1的传递属性的滤波系数和用于允许第二FIR滤波器32b实现传递函数G2的传递属性的滤波系数，以及将滤波系数提供给第一FIR滤波器32a和第二FIR滤波器32b。通过与实施例的第一和第二过程类似的方案，获得用于第一FIR滤波器32a的滤波系数和用于第二FIR滤波器32b的滤波系数。除上文外，与上述实施例类似地构造该修改。
上述修改也能通过串联连接的第一FIR滤波器32a和第二FIR滤波器32b来实现反函数G1-1和传递函数G2的合并（相乘），以实现由与上述实施例类似的传递函数G12（=G1-1·G2）引起的传递属性。因此，该修改能产生与由上述实施例产生的效果类似的效果。
在上述实施例中，此外，将用于允许FIR滤波器32实现传递函数G12（=G1-1·G2）的一组滤波系数存储在滤波系数存储器33中。然而，代替滤波系数存储器33，根据图6所示的修改的滤波系数存储器33b可以存储用于允许FIR滤波器32实现各种不同传递属性的多组滤波系数。多组滤波系数包括下文所述的两种情形。
在第一情形中，多组滤波系数是允许FIR滤波器32分别实现于不同传递函数G2相对应的不同传递函数G12的系数，这实现了从位于麦克风11内部并且与第一实施例相同的点的第一声音接收点（麦克风14采集声音的位置）到位于小号外部的多个不同位置（第三声音接收点）的声音信号的传递属性。关于用于获得传递函数G12的第一至第三过程，在这种情况下，通过与上述实施例的第一过程类似的方式，在第一过程获得传递函数G1和反函数G1-1（或仅反函数G1-1）。在第二过程，获得多个不同的传递函数G2，其中位于小号外的多个位置被定义为第三声音接收点。在第三过程，通过使用在第一过程和第二过程获得的反函数G1-1和多个传递函数G2，与第一实施例类似，获得多个传递函数G12和多组滤波系数。将所获得的多组滤波系数存储在滤波系数存储器33b中。
此外，关于第二情形，多组滤波系数是允许FIR滤波器32实现分别与不同传递函数G2相对应的多个不同传递函数G12的系数，由此将由上述实施例的传递函数G2引起的声音信号的频率特性改变成声音信号的不同频率特性，而与上述位置（第三声音接收点）无关。为获得多组滤波系数，尽管可以仅改变在上述实施例中获得的传递函数G2或传递函数G12，但通过下述方案能更精确地模仿现有的管乐器的声音。
同样在该方案中，在第一过程，通过与上述实施例的第一过程相同的方式，获得传递函数G1和反函数G1-1（或仅反函数G1-1）。在第二过程，在不使用弱音器单元20的状态下，将振动施加到与在第一过程施加振动的管乐器（在本实施例中，小号）不同的不同类型的管乐器（例如，号角、长号、萨克斯管、单簧管等等）的各个吹口或各个吹口附近的位置，以将吹口或附近位置定义成第一声音接收点，从而获得从位于该第一声音接收点处的声音转换的电信号。此外，在位于不同类型的管乐器外部的各个指定位置被定义为第三声音接收点的情况下，获得从位于第三声音接收点处的声音转换的电信号。然后，通过使用上述两个电信号，获得多个第二传递函数G2，多个第二传递函数G2表示从第一声音接收点的声音到第三声音接收点的声音的频率特性的各个变化。在第三过程，通过使用在第一和第二过程获得的反函数G1-1和多个传递函数G2，与第一实施例类似，获得多个传递函数G12和多组滤波系数。将所获得的多组滤波系数存储在滤波系数存储器33b中。
此外，在该修改中，信号处理器30具有选择部37和滤波属性设定部38。选择部37具有用于允许演奏者从在滤波系数存储器33b中存储的多组滤波系数当中选择一组滤波系数的选择开关。滤波属性设定部38从滤波系数存储器33b读出通过使用选择部37选择的该组滤波系数以及将所读取的滤波系数提供给FIR滤波器32，以允许FIR滤波器32根据传递函数G12中的一个来实现传递属性。除上文外，与上述实施例类似地构造该修改。该修改使得能够实现位于小号外部的不同位置的声音信号的频率特性或根据演奏者的喜好的不同类型的声音信号的频率特性中的任何一个。此外，通过获得与不同类型的管乐器的传递函数G12作为要存储在滤波系数存储器33b中的上述不同传递函数G12，小号能根据演奏者对小号的演奏，从耳机46生成不是小号的不同类型的管乐器的声音。
此外，还能将根据图6所示的修改的不同传递函数G12的任何一个的选择应用于图5所示的修改。在该修改中，与图5的修改类似，信号处理器30具有第一FIR滤波器32a和第二FIR滤波器32b，如图7所示。此外，滤波系数存储器33c不仅存储与图5的修改类似的与反函数G1-1相对应的一组滤波系数，而且存储分别与不同传递函数G2相对应的多组滤波系数，用于通过组合（相乘）反函数G1-1来获得与图6所示的修改类似的不同类型的传递函数G12。此外，滤波属性设定部38a从滤波系数存储器33c读出与反函数G1-1相对应的该组滤波系数，并且将所读取的该组滤波系数提供给第一FIR滤波器32a。同时，根据通过使用与图6的修改的情形类似构造的选择部37进行的选择，滤波属性设定部38a选择分别与不同传递函数G2相对应的多组滤波系数中的一个，从滤波系数存储器33c读出所选择的该组滤波系数，并且然后，将所读取的滤波系数提供给第二FIR滤波器32b。除上文外，与上述实施例类似地构造该修改。
因此，与图5的修改的情形类似，该修改能通过第一FIR滤波器32a和第二FIR滤波器32b来实现反函数G1-1和传递函数G2的合并（相乘）。此外，在该修改中，因为通过由选择部37完成的选择，将分别与不同传递函数G2相对应的滤波系数组中的一个提供给第二FIR滤波器32b，所以实现了与传递函数G12的一个相对应的传递属性。因此，与图6的修改的情形类似，该修改使得能够实现位于小号外部的不同位置的声音信号的频率特性或不同类型的声音信号的频率特性中的任何一个，具体地，根据演奏者的喜好，除小号外的管乐器的声音信号属性中的任何一个。
此外，在上述实施例中，麦克风21容纳在弱音器单元20中。然而，可以在弱音器单元20外部提供麦克风21，例如在图1所示的弱音器单元20的左端的外部，或可以在喇叭口13的内部提供麦克风21。在这种情况下，在上述实施例的第一过程，麦克风21要置于上述位置处，其中弱音器单元20安装在小号上，同时获得电信号S0和S1，以获得传递函数G1的反函数G1-1。这种情形的第二和第三过程与第一实施例相同。此外，同样在这种情况下，麦克风14要置于吹口11的内部。
此外，麦克风14的位置不限于在上述实施例中嵌入麦克风14的位置，只要麦克风14位于处于声音信号的路径上的吹口11附近。更具体地说，麦克风14可以置于吹口11内部或附近以获得电信号S0。
此外，已经将上述实施例解释为将本发明应用于小号的例子。然而，本发明也能应用于其他铜管乐器，诸如长号和号角。此外，本发明不仅能应用于铜管乐器，而且能应用于木管乐器，诸如单簧管和萨克斯管。此外，本发明还能应用于电子管乐器和结合电子乐器和声学乐器的混合管乐器。
此外，将上述实施例和修改设计成使得弱音器单元20附着到管乐器。然而，如在上述相关技术中作为现有技术引用的日本专利公开No.4521778和日本实用新型登记No.3145588的情形中，本发明也能应用于管乐器容纳在由封闭外壳形成的弱音器盒（弱音器）中以减弱由乐器生成以发出到外部的声音的情形。另外，这些日本专利公开No.4521778和日本实用新型登记No.3145588的描述被并入本说明书中。在这种情况下，可以在由容纳管乐器的外壳形成的弱音器盒内提供麦克风（与上述实施例的麦克风21相对应的麦克风），其中麦克风（与上述实施例的麦克风14相对应的麦克风）提供在管乐器的吹口或吹口附近，使得通过与在上述实施例中所述的第一过程类似的方式，获得传递函数G1的反函数G1-1。
在第一过程后，将管乐器从由外壳形成的弱音器盒移出，以如在本实施例的第二过程中所述获得传递函数G2。接着，如在本发明的第三过程中所述，要获得传递函数G12，同时获得滤波系数以存储在滤波系数存储器33中。当演奏管乐器时，将管乐器容纳在由外壳形成的弱音器盒中，以如在上述实施例中所述允许演奏者通过耳机收听由在弱音器盒内提供的麦克风采集的声音。该修改还产生与由上述实施例产生的效果类似的效果。此外，与上述实施例类似，还能不同地改变该修改。
此外，上述实施例将插入喇叭口13中的弱音器单元20用作弱音器，同时上述修改将容纳管乐器的弱音器盒用作弱音器。然而，代替弱音器单元20和弱音器盒，能将各种物件用作弱音器，只要这些物件能减弱声音。例如，可以采用覆盖喇叭口13的板状构件或片状构件来减弱声音。此外，通过将填充材料插入管内使得填充材料能放在喇叭口13和活塞阀12间，可以减弱声音。
在上述实施例和各种修改中，将振动施加到吹口11。然而，可以将振动施加到管乐器的任何部件。例如，可以将振动施加到管乐器的吹管部，即，施加到吹口11所连接到的吹管的入口。在这种情况下，使空气振动直接施加到吹管的入口，穿过吹口11或移出吹口11。此外，可以将振动施加到除吹口11和吹管以外的管乐器的任何部件。
此外，在上述实施例中，将由信号处理器30处理的电信号提供给耳机46以允许演奏者收听演奏者演奏的声音。然而，可以修改实施例使得将处理后的电信号提供给除耳机外的声音转换器（例如扬声器），用于将电信号转换成声音信号（声音），以允许演奏者或除演奏者外的他人收听演奏声音。此外，没有提供给信号处理器30的电信号（例如由麦克风21转换的模拟信号或由模拟信号转换的数字信号）可以提供给不同地点来与信号处理器30类似地处理这些信号，从而允许该地点的听众收听声音。在这种情况下，例如，在网络上提供从模拟信号转换的数字信号，使得连接到网络的信号处理器可以处理信号。
在上述实施例及其修改中，FIR滤波器32、第一FIR滤波器32a和第二FIR滤波器32b对由麦克风21转换的电信号执行卷积运算，以根据传递函数G12、G1-1和G2来改变电信号的频率特性。然而，各种信号处理电路可以用作信号处理电路，只要该信号处理电路能根据传递函数G12、G1-1和G2来改变电信号的频率特性。例如，可以使用DSP（数字信号处理器）、EQ（均衡器）等等。此外，信号处理器30能胜任，只要它能处理由麦克风21转换的电信号以及能将处理后的信号提供给耳机46。因此，作为信号处理器30，可以使用各种装置，诸如个人计算机、智能设备和数字装置。

Claims (12)

1.一种用于在使用弱音器的管乐器的演奏中使用的信号处理器，所述弱音器用于降低由所述管乐器生成的声音的音量，所述信号处理器包括：
信号处理电路，所述信号处理电路接收从在使用弱音器的状态下生成的声音转换的电信号，处理所接收到的电信号以抵消由所述弱音器引起的所述声音的频率特性的变化，并且然后输出处理后的电信号，
其中，
在使用所述弱音器的状态下，所述信号处理电路接收从在所述弱音器内部或所述弱音器附近采集的声音转换的电信号，以及
所述信号处理电路基于以下来处理所接收到的电信号：
在使用所述弱音器的状态下，从所述管乐器的吹口内部或所述吹口附近的第一声音接收点到所述弱音器内部或所述弱音器附近的第二声音接收点的第一传递特性的反特性，以及
在不使用所述弱音器的状态下，从所述第一声音接收点到喇叭口附近或演奏者的耳朵的位置的第三声音接收点的第二传递特性。
2.根据权利要求1所述的信号处理器，其中，
所述弱音器是要插入在所述管乐器的喇叭口中的弱音器单元，或容纳所述管乐器的弱音器盒。
3.根据权利要求1所述的信号处理器，其中，
所述信号处理电路由FIR滤波器和滤波系数存储器形成，所述FIR滤波器用于对接收到的电信号执行卷积运算，所述滤波系数存储器存储滤波系数，所述滤波系数要被用于由所述FIR滤波器执行的所述卷积运算以确定传递函数。
4.根据权利要求3所述的信号处理器，其中，所述滤波系数存储器存储多组滤波系数，以及所述信号处理器进一步包括：
选择部，所述选择部从在所述滤波系数存储器中存储的多组滤波系数当中选择一组滤波系数，以将所选择的一组滤波系数提供给所述FIR滤波器。
5.一种用于在使用弱音器的管乐器的演奏中使用的信号处理器，所述弱音器用于降低由所述管乐器生成的声音的音量，所述信号处理器包括：
信号处理电路，所述信号处理电路接收从在使用弱音器的状态下生成的声音转换的电信号，处理所接收到的电信号以抵消由所述弱音器引起的所述声音的频率特性的变化，并且然后输出处理后的电信号，
其中，
在振动被施加到具有所述弱音器的所述管乐器的指定位置的情况下，获得从在是所述指定位置或所述指定位置附近的指定的第一声音接收点处采集的声音转换的电信号、和从在位于所述弱音器内部或所述管乐器的喇叭口附近的指定的第二声音接收点处采集的声音转换的电信号，以通过所获得的两个电信号，在先获得第一传递函数的反函数，所述第一传递函数表示从在所述第一声音接收点处采集的声音到在所述第二声音接收点处采集的声音的频率特性的变化；
在振动被施加到没有所述弱音器的所述管乐器的指定位置的情况下，获得从在所述第一声音接收点处采集的声音转换的电信号、和从在位于所述管乐器外部的指定的第三声音接收点处采集的声音转换的电信号，以通过使用所获得的两个电信号，在先获得第二传递函数，所述第二传递函数表示从在所述第一声音接收点处采集的声音到在所述第三声音接收点处采集的声音的频率特性的变化；以及
所述信号处理电路接收从在所述第二声音接收点处采集的声音转换的所述电信号，作为从在使用所述弱音器的情况下生成的声音转换的电信号，所述信号处理电路进一步基于复合传递函数来处理所接收到的电信号，并且输出处理后的信号，通过将在先获得的所述第一传递函数的反函数和在先获得的第二传递函数组合来获得所述复合传递函数。
6.根据权利要求5所述的信号处理器，其中，
将所述振动施加到吹口或所述吹口附近的位置。
7.一种用于在使用弱音器的管乐器的演奏中使用的信号处理器，所述弱音器用于降低由所述管乐器生成的声音的音量，所述信号处理器包括：
信号处理电路，所述信号处理电路接收从在使用弱音器的状态下生成的声音转换的电信号，处理所接收到的电信号以抵消由所述弱音器引起的所述声音的频率特性的变化，并且然后输出处理后的电信号，
其中，
在使用所述弱音器的状态下，所述信号处理电路接收从在所述弱音器内部或所述弱音器附近采集的声音转换的电信号，以及基于传递特性来处理所接收到的电信号，
基于在使用所述弱音器的状态下所述弱音器内部或所述弱音器附近的第二声音接收点处的声音信号、和在不使用弱音器的状态下喇叭口附近或演奏者的耳朵的位置的第三声音接收点处的声音信号，来计算所述传递特性。
8.一种用于在使用弱音器的管乐器的演奏中使用的信号处理器，所述弱音器用于降低由所述管乐器生成的声音的音量，所述信号处理器包括：
信号处理电路，所述信号处理电路接收从在使用弱音器的状态下生成的声音转换的电信号，处理所接收到的电信号以抵消由所述弱音器引起的所述声音的频率特性的变化，并且然后输出处理后的电信号，
其中，
在振动被施加到具有所述弱音器的所述管乐器的指定位置的情况下，获得从在位于所述弱音器内部或所述管乐器的喇叭口附近的指定的第二声音接收点处采集的声音转换的电信号，同时与所述振动被施加到具有所述弱音器的所述管乐器的类似，在振动被施加到不具有所述弱音器的所述管乐器的指定位置的情况下，也获得从在位于所述管乐器外部的指定的第三声音接收点处采集的声音转换的电信号，以通过使用所获得的两个电信号，在先获得传递函数，所述传递函数表示从在所述第二声音接收点处采集的声音到在所述第三声音接收点处采集的声音的频率特性的变化；以及
所述信号处理电路接收从在所述第二声音接收点处采集的声音转换的所述电信号，作为从在使用所述弱音器的情况下生成的声音转换的电信号，所述信号处理电路进一步基于所获得的传递函数来处理所接收到的电信号，并且输出处理后的信号。
9.根据权利要求8所述的信号处理器，其中，
将所述振动施加到吹口或吹口附近的位置。
10.一种用于在使用弱音器的管乐器的演奏中使用的信号处理器，所述弱音器用于降低由所述管乐器生成的声音的音量，所述信号处理器包括：
信号处理电路，所述信号处理电路接收从在使用弱音器的状态下生成的声音转换的电信号，处理所接收到的电信号以抵消由所述弱音器引起的所述声音的频率特性的变化，并且然后输出处理后的电信号，
其中，
在使用所述弱音器的状态下，所述信号处理电路接收从在所述弱音器内部或所述弱音器附近采集的声音转换的电信号，以及
所述信号处理电路基于以下来处理所接收到的电信号：
在使用所述弱音器的状态下，从第一管乐器的吹口内部或所述吹口附近的第一声音接收点到所述第一管乐器的所述弱音器内部或所述弱音器附近的第二声音接收点的第一传递特性的反特性，以及
在不使用所述弱音器的状态下，从第二管乐器的吹口内部或所述吹口附近的第三声音接收点到所述第二管乐器的喇叭口附近或演奏者的耳朵的位置的第四声音接收点的第二传递特性。
11.一种用于在使用弱音器的管乐器的演奏中使用的信号处理器，所述弱音器用于降低由所述管乐器生成的声音的音量，所述信号处理器包括：
信号处理电路，所述信号处理电路接收从在使用弱音器的状态下生成的声音转换的电信号，处理所接收到的电信号以抵消由所述弱音器引起的所述声音的频率特性的变化，并且然后输出处理后的电信号，
其中，
在振动被施加到具有所述弱音器的第一管乐器的指定位置的情况下，获得从在是所述指定位置或所述指定位置附近的指定的第一声音接收点处采集的声音转换的电信号、和从在位于所述弱音器内部或所述第一管乐器的喇叭口附近的指定的第二声音接收点处采集的声音转换的电信号，以通过使用所获得的两个电信号，在先获得第一传递函数的反函数，所述第一传递函数表示从在所述第一声音接收点处采集的声音到在所述第二声音接收点处采集的声音的频率特性的变化；
在振动被施加到不具有所述弱音器并且与所述第一管乐器不同的第二管乐器的指定位置的情况下，获得从在是所述指定位置或所述指定位置附近的指定的第一声音接收点处采集的声音转换的电信号、和从在位于所述第二管乐器外部的指定的第三声音接收点处采集的声音转换的电信号，以通过使用所获得的两个电信号，在先获得第二传递函数，所述第二传递函数表示从在所述第一声音接收点处采集的声音到在所述第三声音接收点处采集的声音的频率特性的变化；以及
所述信号处理电路接收从在所述第二声音接收点处采集的声音转换的电信号，作为从在使用所述弱音器的情况下生成的声音转换的电信号，所述信号处理电路进一步基于复合传递函数来处理所接收到的电信号，并且输出处理后的信号，通过将在先获得的所述第一传递函数的反函数和在先获得的第二传递函数组合来获得所述复合传递函数。
12.根据权利要求11所述的信号处理器，其中，
将所述振动施加到吹口或所述吹口附近的位置。
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