CN111800731B - 声音信号处理装置以及声音信号处理方法 - Google Patents

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Abstract

提供能够实现以往没有的新的音乐表现的声音信号处理装置。声音信号处理装置具备：受理部，受理包含音高信息的输入信息；音源位置决定部，基于所述输入信息，将音源和该音源的位置信息进行关联，以及声像定位处理部，基于所述位置信息，计算对于多个扬声器的声音信号的输出等级，并进行所述音源的声像定位处理。

Description

声音信号处理装置以及声音信号处理方法
技术领域
本发明的一实施方式涉及对声音信号进行各种处理的声音信号处理装置。
背景技术
专利文献1中公开了实现像三角钢琴那样具有纵深感的声像的电子乐器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开2007－103456号公报
发明内容
以往的电子乐器用于实现现有的原声乐器的音乐表现。因此，以往的电子乐器固定音源的声像定位位置。
因此，本发明的目的在于，提供能够实现以往没有的新的音乐表现的声音信号处理装置。
本发明的一实施方式所涉及的声音信号处理装置包括：受理部，受理包含音高信息的输入信息；音源位置决定部，基于所述输入信息，将音源和该音源的位置信息进行关联；以及声像定位处理部，基于所述位置信息，计算对于多个扬声器的声音信号的输出等级，并进行所述音源的声像定位处理。
根据本发明的一实施方式，能够实现以往没有的新的音乐表现。
附图说明
图1是表示声音信号处理系统的结构的框图。
图2是示意性地表示作为收听环境的房间L1的立体图。
图3是表示声音信号处理装置1的结构的框图。
图4是表示音频发生器12、信号处理部13、以及CPU17的功能性结构的框图。
图5是表示声音信号处理装置1的动作的流程图。
图6是示意性地表示了房间L1和声像定位位置的关系的立体图。
图7是示意性地表示了房间L1和声像定位位置的关系的立体图。
图8是示意性地表示了房间L1和声像定位位置的关系的立体图。
图9是示意性地表示了房间L1和声像定位位置的关系的立体图。
标号说明
L1…房间
SP1、SP2、SP3、SP4、SP5、SP6、SP7、SP8…扬声器
1…声音信号处理装置
3…电子乐器
11…受理部
12…音频发生器
13…信号处理部
14…定位处理部
15…D/A转换器
16…放大器(AMP)
17…CPU
18…闪速存储器
19…RAM
21…显示器
100…声音信号处理系统
121、122、123、124…音源
131…通道决定部
132、133、134、135…效果处理部
171…音源位置决定部
具体实施方式
图1是表示声音信号处理系统的结构的框图。声音信号处理系统100具备声音信号处理装置1、电子乐器3、以及多个扬声器(在本例中是8个扬声器)SP1～SP8。
声音信号处理装置1例如是个人计算机，机顶盒，音频接收器，或者功率放大器等。声音信号处理装置1从电子乐器3接收包含音高信息的输入信息。另外，在本实施方式中，只要没有特别记载，声音信号意味着数字信号。
如图2所示，扬声器SP1～扬声器SP8被配置于房间L1中。在本例中，房间的形状是立方体。例如，扬声器SP1、扬声器SP2、扬声器SP3、以及扬声器SP4被配置于房间L1的四角的地板上。扬声器SP5被配置于房间L1的一个侧面(在本例中为正面)上。扬声器SP6以及扬声器SP7被配置于房间L1的天花板上。扬声器SP8是重低音扬声器，例如被配置于扬声器SP5的附近。
声音信号处理装置1通过将音源的声音信号以规定的增益以及规定的延迟时间分配给这些扬声器，从而进行在规定的位置使音源的声像定位的声像定位处理。
如图3所示，声音信号处理装置1具备受理部11、音频发生器(tone generator)12、信号处理部13、定位处理部14、D/A转换器15、放大器(AMP)16、CPU17、闪速存储器18、RAM19、接口(I/F)20、以及显示器21。
CPU17将存储在闪速存储器18中的动作用程序(固件)读取至RAM19，统一地控制声音信号处理装置1。
受理部11例如是HDMI(注册商标)，MIDI，或者LAN等通信接口。受理部11从电子乐器3受理输入信息。输入信息例如在MIDI标准中包含音符开(note on)消息以及音符关(note off)消息。音符开消息以及音符关消息包含表示音色的信息(音轨编号)、音高信息(音符编号)、以及声音的强弱所涉及的信息(速度)。此外，输入信息也可以包含起音(attact)、衰减(decay)、或者延音(sustain)等时间上的参数。
CPU17基于在受理部11受理的输入信息，驱动音频发生器12，并生成声音信号。音频发生器12以由输入信息指定的音色将所指定的音高的声音信号以所指定的等级来生成。
信号处理部13例如由DSP组成。信号处理部13输入由音频发生器12生成的声音信号。信号处理部13将各声音信号分配给每个对象的通道，按每个通道实施延迟、混响、或者均衡器等规定的信号处理。
定位处理部14例如由DSP组成。定位处理部14按照CPU17的指示，进行声像定位处理。定位处理部14将各音源的声音信号以规定的增益分配给扬声器SP1～扬声器SP8，以使声像在与由CPU17指定的各音源的位置信息对应的位置上定位。定位处理部14将对于各扬声器SP1～SP8的声音信号输入D/A转换器15。
D/A转换器15将各声音信号转换为模拟信号。AMP16将各模拟信号放大，输入至扬声器SP1～SP8。
另外，信号处理部13以及定位处理部14可以分别由单独的DSP通过硬件来实现，也可以在1个DSP中通过软件来实现。此外，D/A转换器15以及AMP16不需要内置于声音信号处理装置1中。例如，声音信号处理装置1只要将数字信号输出到内置于D/A转换器以及放大器中的其他装置即可。
图4是表示音频发生器12、信号处理部13、以及CPU17的功能性结构的框图。这些功能例如通过程序来实现。图5是表示声音信号处理装置1的动作的流程图。
CPU17经由受理部11而受理音符开消息或者音符关消息等输入信息(S11)。CPU17基于由受理部11受理的输入信息，驱动音频发生器12的各音源，生成声音信号(S12)。
音频发生器12在功能上具备音源121、音源122、音源123、以及音源124。在本例中，音频发生器12在功能上具备4个音源。音源121～音源124分别以所指定的音色，将所指定的音高的声音信号以所指定的等级生成。
信号处理部13在功能上具备通道决定部131、效果处理部132、效果处理部133、效果处理部134、以及效果处理部135。通道决定部131将从各音源输入的声音信号分配给每个对象的通道。在本例中，有4个对象通道。因此，信号处理部13例如将音源121的声音信号分配给第1通道的效果处理部132，将音源122的声音信号分配给第2通道的效果处理部133，将音源123的声音信号分配给第3通道的效果处理部134，将音源124的声音信号分配给第4通道的效果处理部135。当然，音源的数量以及对象通道的数量不限于本例，可以更多，也可以更少。
效果处理部132至效果处理部135分别对输入的声音信号实施延迟、混响、或者均衡器等规定的信号处理。
CPU17在功能上具备音源位置决定部171。音源位置决定部171基于由受理部11受理的输入信息，将音源和该音源的位置信息进行关联，决定各音源的声像定位位置(S14)。音源位置决定部171决定各音源的位置信息以使例如按每个音色、每个音高、或者每个声音强弱来在不同的位置上进行声像定位。此外，音源位置决定部171也可以基于发声顺序(由受理部11受理输入信息的顺序)来决定音源的位置信息。此外，音源位置决定部171也可以随机地决定音源的位置信息。或者，在对声音信号处理装置1连接多个电子乐器的情况下，音源位置决定部171也可以按照每个电子乐器来决定音源的位置信息。
定位处理部14将各对象通道的声音信号以规定的增益分配给扬声器SP1～扬声器SP8，以使声像在与由CPU17的音源位置决定部171决定的音源位置对应的位置上定位(S15)。
如特开2007－103456号公报所记载的各种以往的电子乐器将音源的声像定位位置设定为弹奏三角钢琴时产生的音源的位置。即，就以往的电子乐器而言，根据音高而唯一地决定音源的声像定位位置。但是，本实施方式的声音信号处理装置1不通过音高而唯一地决定音源的声像定位位置。由此，本实施方式的声音信号处理装置1能够实现以往没有的新的音乐表现。
图6是示意性地表示了房间L1和声像定位位置的关系的立体图。音源位置决定部171将第1通道所涉及的音源的声像定位位置决定为房间的左侧。音源位置决定部171将第2通道所涉及的音源的声像定位位置决定为房间的前方。音源位置决定部171将第3通道所涉及的音源的声像定位位置决定为房间的右侧。音源位置决定部171将第4通道所涉及的音源的声像定位位置决定为房间的后方。即，在图6的例子中，按照每个音源确定声像定位位置。
在图7的例子中，声音信号处理装置1按每个音高决定不同的声像定位位置。在本例中，声音信号处理装置1从电子乐器3以相同的音轨编号依次输入音高信息C3、D3、E3、以及F3这4个输入信息。通常，CPU17对相同音轨编号的输入信息选择相同的音源。但是，关于最初的音高信息C3，音源位置决定部171与音轨编号无关地，选择与第1通道对应的音源121。由此，音高信息C3所涉及的音源的声音信号定位于房间的左侧。关于下一个音高信息D3，音源位置决定部171与音轨编号无关地，选择与第2通道对应的音源122。由此，音高信息D3所涉及的音源的声音信号定位于房间的前方。关于下一个音高信息D4，音源位置决定部171与音轨编号无关地，选择与第3通道对应的音源123。由此，音高信息E3所涉及的音源的声音信号定位于房间的右侧。关于下一个音高信息F3，音源位置决定部171与音轨编号无关地，选择与第4通道对应的音源124。由此，音高信息D3所涉及的音源的声音信号定位于房间的后方。
这样，声音信号处理装置1通过使音源的声像定位位置根据音高而变化，从而能够实现新的音乐表现。
另外，音源位置决定部171也可以不改变根据所指定的音轨编号而选择的音源，而变更与各音源对应的对象通道。例如，在以相同的音轨编号依次输入音高信息C3、D3、E3、以及F3这4个输入信息的情况下，关于最初的音高信息C3，音源位置决定部171将音源121和第1通道进行关联。关于下一个音高信息D3，音源位置决定部171将音源121和第2通道进行关联。关于下一个音高信息E3，音源位置决定部171将音源121和第3通道进行关联。关于下一个音高信息F3，音源位置决定部171将音源121和第4通道进行关联。此时，能够实现与图7所示的例子同样的声像定位，并且生成与所指定的音轨编号对应的音源的声音信号。
或者，音源位置决定部171也可以变更向定位处理部14输出的位置信息。例如，在以相同的音轨编号依次输入音高信息C3、D3、E3、以及F3这4个输入信息的情况下，关于音高信息D3，音源位置决定部171将音源121和第1通道进行关联，但进行设定以使将输出至定位处理部14的位置信息定位于房间的前方。同样地，关于音高信息E3，音源位置决定部171将音源121和第1通道进行关联，但进行设定以使将输出至定位处理部14的位置信息定位于房间的右侧。关于音高信息F3，音源位置决定部171将音源121和第1通道进行关联，但进行设定以使将输出至定位处理部14的位置信息定位于房间的后方。此时，也能够实现与图7所示的例子同样的声像定位，并且生成与所指定的音轨编号对应的音源的声音信号。
其他，如上所述，音源位置决定部171例如也可以按每个音色、每个音高、每个声音强弱、发声顺序、或者随机地决定音源的位置信息。此外，如图8所示，音源位置决定部171也可以按照每个八度音来决定音源的位置信息。在图8的例子中，音源位置决定部171使C1－B1的八度音的声像定位于房间的左侧。音源位置决定部171使C2－B2的八度音的声像定位于房间的前方、天花板侧。音源位置决定部171使C3－B3的八度音的声像定位于房间的右侧。音源位置决定部171使C4－B4的八度音的声像定位于房间的后方、地面侧。
或者，音源位置决定部171也可以按每个和弦(chord)来决定音源的位置信息。例如，音源位置决定部171也可以使大调和弦的声像定位于房间的左侧，使小调和弦的声像定位于房间的前方，使七和弦的声像定位于房间的右侧。进一步，即使是相同的和弦，也可以根据构成各和弦的单音的发声顺序来决定音源的位置信息。例如，音源位置决定部171也可以在以C3、E3、以及G3的顺序受理输入信息的情况和以G3、E3、以及C3的顺序受理输入信息的情况下，变更音源的位置。此外，在连续输入了相同音高(例如C1)规定次数以上的情况下，也可以不变更音源的位置。
在上述实施方式中，都表示了在2维平面上变更声像定位位置的例子。但是，音源位置决定部171也可以基于使用了2个扬声器的1维的坐标来决定音源的位置。此外，音源位置决定部171也可以基于三维坐标来决定音源的位置。
例如，如图9所示，音源位置决定部171按每个八度音在规定的圆上使音源定位，使低音定位于低的位置，使高音定位于高的位置。或者，音源位置决定部171也可以根据声音的强弱，使弱的音定位于低的位置，使强的音定位于高的位置。
本实施方式的说明在所有方面均为例示，而非限制性的。本发明的范围并非由上述实施方式，而是由权利要求的范围来表示。进一步，本发明的范围中包含了与权利要求的范围等同的含义以及范围内的所有变更。
例如，在上述实施方式中，表示了声音信号处理装置1具备生成声音信号的音频发生器。但是，声音信号处理装置1也可以从电子乐器3接收声音信号，并且接收与该声音信号对应的输入信息。此时，声音信号处理装置1不需要具备音频发生器。或者，音频发生器也可以内置于与声音信号处理装置1以及电子乐器3完全不同的其他装置中。此时，电子乐器3向内置了音频发生器的音源装置发送输入信息。此外，电子乐器3向声音信号处理装置1发送输入信息。声音信号处理装置1从音源装置接收声音信号，并从电子乐器3接收输入信息。此外，声音信号处理装置1也可以具备电子乐器3的功能。
在上述实施方式中，表示了声音信号处理装置1从电子乐器3接收数字信号的例子。但是，声音信号处理装置1也可以从电子乐器3接收模拟信号。此时，声音信号处理装置1通过解析接收到的模拟信号，确定输入信息。例如，声音信号处理装置1通过检测模拟信号等级急剧上升的定时(例如等级的微分值)而检测起音的定时，从而确定等同于音符开消息的信息。此外，声音信号处理装置1能够通过使用公知的音高解析技术，根据模拟信号来确定音高信息。此时，受理部11受理由本装置确定的音高信息等输入信息。
此外，声音信号不限于从电子乐器接收的例子。例如，声音信号处理装置1也可以从电子吉他等输出模拟信号的乐器接收模拟信号。此外，声音信号处理装置1也可以是通过麦克风对原声乐器的声音进行收音，并接收由麦克风得到的模拟信号。此时，声音信号处理装置1也能够通过解析模拟信号来确定输入信息。
此外，例如，声音信号处理装置1也可以经由音频信号输入端子而接收每个音源的声音信号，并经由网络I/F而接收输入信息。即，声音信号处理装置1也可以分别经由不同的通信单元来接收声音信号和输入信息。
此外，电子乐器3也可以具备音源位置决定部171以及定位处理部14。此时，对电子乐器3连接多个扬声器。因此，此时，电子乐器3相当于本发明的声音信号处理装置。此外，将输入信息输出的不限于电子乐器。例如，用户也可以使用个人计算机用的键盘等代替电子乐器3来对声音信号处理装置1输入音符编号或者速度等。
此外，声音信号处理装置1不限于上述的结构，例如，也可以是不具有放大器的结构。此时，将来自D/A转换器的输出信号输出至外部的放大器装置或者内置放大器的扬声器即可。

Claims (16)

1.一种声音信号处理装置，具备：
受理部，受理声音信息；
音源位置决定部，基于所述声音信息，将音源和该音源的位置信息进行关联；以及
声像定位处理部，基于所述位置信息，计算所述音源对于多个扬声器的声音信号的输出等级，并进行所述音源的声像定位处理，
所述受理部经由第一通信单元而受理所述声音信息，
所述声像定位处理部经由与所述第一通信单元不同的第二通信单元而接收所述音源的声音信号，
所述音源位置决定部根据接收到的所述声音信息的和弦种类来设置所述音源的位置信息。
2.如权利要求1所述的声音信号处理装置，其中，
所述音源位置决定部基于三维的坐标来决定所述音源的位置信息。
3.如权利要求1或权利要求2所述的声音信号处理装置，其中，
所述声音信息包含声音的强弱所涉及的信息，
所述音源位置决定部基于所述声音的强弱所涉及的信息，决定所述音源的位置信息。
4.如权利要求1或权利要求2所述的声音信号处理装置，其中，
所述音源位置决定部基于所述声音信息的发声顺序而决定所述音源的位置信息。
5.如权利要求1或权利要求2所述的声音信号处理装置，其中，
所述声音信息包含每个音源的音轨信息，
所述音源位置决定部基于所述音轨信息，决定所述音源的位置信息。
6.如权利要求1或权利要求2所述的声音信号处理装置，其中，
所述声像定位处理部接收按多个音源中每个音源而不同的声音信号，使用按每个所述音源而不同的声音信号来进行所述声像定位处理。
7.如权利要求1所述的声音信号处理装置，其中，
所述第一通信单元是能够与网络连接的网络接口，
所述受理部经由所述网络接口从所述网络受理所述声音信息。
8.如权利要求1或权利要求2所述的声音信号处理装置，其中，
所述声音信息包含音高信息。
9.一种声音信号处理方法，
受理声音信息；
基于所述声音信息，将音源和该音源的位置信息进行关联；以及
基于所述位置信息，计算对于多个扬声器的声音信号的输出等级，并进行所述音源的声像定位处理，
在所述声音信息的受理中，经由第一通信单元而受理所述声音信息，
经由与所述第一通信单元不同的第二通信单元而接收所述音源的声音信号，
根据接收到的所述声音信息的和弦种类来设置所述音源的位置信息。
10.如权利要求9所述的声音信号处理方法，其中，
所述音源的位置信息基于三维的坐标而决定。
11.如权利要求9或权利要求10所述的声音信号处理方法，其中，
所述声音信息包含声音的强弱所涉及的信息，
所述音源的位置信息基于所述声音的强弱所涉及的信息而被决定。
12.如权利要求9或权利要求10所述的声音信号处理方法，其中，
基于所述声音信息的发声顺序而决定所述音源的位置信息。
13.如权利要求9或权利要求10所述的声音信号处理方法，其中，
所述声音信息包含每个音源的音轨信息，
所述音源的位置信息基于所述音轨信息而被决定。
14.如权利要求9或权利要求10所述的声音信号处理方法，其中，
接收按多个音源中每个音源而不同的声音信号，使用每个所述音源的声音信号来进行所述声像定位处理。
15.如权利要求9所述的声音信号处理方法，其中，
所述第一通信单元是能够与网络连接的网络接口，
在所述声音信号的受理中，经由所述网络接口从所述网络受理所述声音信息。
16.如权利要求9或权利要求10所述的声音信号处理方法，其中，
所述声音信息包含音高信息。
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