DE102015004520B4 - Method for the automatic generation of an accompaniment consisting of tones and device for its execution - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur automatischen Erzeugung einer aus Tönen bestehenden Begleitung durch eine Signalverarbeitungseinrichtung unter Verwendung eines Tonsignals mit folgenden Schritten: – Starten einer Begleitfrequenz-Festlegung, wenn ein Triggersignal eine Triggerschwelle übersteigt, wobei die Begleitfrequenz-Festlegung folgende Schritte aufweist: – Durchführen einer Fourier-Transformation am Tonsignal oder einem aus dem Tonsignal abgeleiteten Signal, so dass ein Frequenzspektrum erhalten wird, – Analysieren des Frequenzspektrums mittels eines vorgegebenen Analyseschemas, so dass ein Analyseergebnis erhalten wird, – Festlegen einer Begleitfrequenz als Funktion des Analyseergebnisses, – Ausgeben eines Begleittones, dessen Grundfrequenz die Begleitfrequenz ist.A method for automatically generating an audio accompaniment by a signal processing device using a sound signal comprising the steps of: - starting a tracking frequency determination when a trigger signal exceeds a trigger threshold, the tracking frequency determination comprising the steps of: - performing a Fourier transform on Sound signal or a signal derived from the sound signal, so that a frequency spectrum is obtained, - analyzing the frequency spectrum by means of a predetermined analysis scheme, so that an analysis result is obtained, - determining a concomitant frequency as a function of the analysis result, - outputting an accompaniment tone, the fundamental frequency of the accompanying frequency is.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Erzeugung einer aus Tönen bestehenden Begleitung nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens nach Anspruch 9.The invention relates to a method for automatically generating an accompaniment consisting of tones according to claim 1 and to an apparatus for carrying out this method according to claim 9.
Insbesondere bei allein auftretenden Musikern besteht bei diesen häufig der Wunsch, sich selbst mit einem weiteren Instrument zu begleiten. Hierzu sei insbesondere der Fall eines allein auftretenden Gitarristen genannt, zumal der wichtigste Anmeldungsfall der im Folgenden beschriebenen Erfindung die Erzeugung einer Begleitung ausgehend von einem Gitarrenspiel ist.Especially with musicians who perform alone, they often have the desire to accompany themselves with another instrument. For this purpose, in particular the case of a solo guitarist is mentioned, especially since the most important application case of the invention described below is the generation of an accompaniment starting from a guitar playing.
Zur rhythmischen Selbstbegleitung, insbesondere von Gitarristen, sind sogenannte Stomp-Boxen bekannt, auf denen der Gitarrist den Takt (und ggf. auch einen etwas komplizierteren Rhythmus) mit dem Fuß „mitklopft”. Möchte der Gitarrist darüber hinaus auch eine tonale Begleitung (insbesondere eine Bass-Begleitung), so hat er bislang nur die Möglichkeit, eine zuvor vollständig abgespeicherte Begleitung (heutzutage in der Regel von einem digitalen Medium) abzuspielen und dann hierzu das Hauptinstrument (also die Gitarre) zu spielen. Dies dreht das Prinzip des Live-Auftrittes jedoch letztlich auf den Kopf, da das live gespielte Hauptinstrument (die Gitarre) dem Begleitinstrument (insbesondere den zuvor aufgenommenen Bass) folgen muss. Hierdurch geht ein wesentlicher Aspekt des Live-Spielens verloren und dem Gitarristen bleibt kein Raum für Improvisationen oder spontane Tempo-Änderungen.For rhythmic self-accompaniment, especially of guitarists, so-called stomp boxes are known, on which the guitarist "beats" the beat (and possibly also a slightly more complicated rhythm) with his foot. If the guitarist also wants a tonal accompaniment (especially a bass accompaniment), so far he has only the opportunity to play a previously completely stored accompaniment (nowadays usually of a digital medium) and then the main instrument (ie the guitar ) to play. However, this ultimately turns the principle of live performance on its head, as the live instrument (the guitar) must follow the accompaniment instrument (especially the previously recorded bass). As a result, an essential aspect of live playing is lost and the guitarist has no room for improvisation or spontaneous tempo changes.
Die
Auch die
In der
Aus der
Hiervon ausgehend stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren zur automatischen Erzeugung einer aus Tönen bestehenden Begleitung durch eine Signalverarbeitungseinrichtung unter Verwendung eines Tonsignals zu schaffen, welches es einem Instrumentalisten, insbesondere einem Gitarristen, ermöglicht, sich selbst mit einem weiteren Instrument, insbesondere einem Bass, zu begleiten, wobei die Begleitung jedoch zuvor nicht aufgenommen und damit festgelegt sein muss.On this basis, the present invention has the object to provide a method for the automatic generation of a sound consisting of accompaniment by a signal processing device using a sound signal, which allows an instrumentalist, in particular a guitarist, himself with another instrument, in particular a Bass, to accompany, but the accompaniment but not previously recorded and thus must be fixed.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in Anspruch 9 angegeben.This object is achieved by a method having the features of claim 1. An apparatus for carrying out the method is specified in claim 9.
Zu jedem gespielten Akkord gibt es wenigstens einen stets passenden Begleitton, insbesondere den Grundton des Akkordes. Um ein konkretes Bespiel zu nennen, ist dies bei einem a-Moll-Akkord ein a. Der Grundgedanke der Erfindung besteht deshalb darin, einen gespielten Akkord eines Tonsignals mittels einer elektronischen Signalverarbeitungseinrichtung zu einem bestimmten Zeitpunkt zu analysieren, um so die Art des Akkordes zu erkennen und aus dieser Information automatisch einen Begleitton mit einer passenden Begleitfrequenz zu erzeugen. Hierzu weist das Verfahren folgende Schritte auf:
Wenn ein Triggersignal eine Triggerschwelle übersteigt, wird eine Begleitfrequenz-Festlegung gestartet, welche mehrere Schritte aufweist. Zunächst wird am Tonsignal oder an einem aus dem Tonsignal abgeleiteten Signal (in der Regel ist dies das digitalisierte Tonsignal) eine Fourier-Transformation durchgeführt, so dass ein Frequenzspektrum erhalten wird. Im nächsten Schritt wird das erhaltene Frequenzspektrums mittels eines vorgegebenen Analyseschemas analysiert, so dass ein Analyseergebnis erhalten wird. Dieses Analyseergebnis besagt, welchen Akkord das Tonsignal zum Zeitpunkt der Durchführung der Fourier-Transformation (dies ist bis auf eine geringe Verzögerung von maximal wenigen ms der Trigger-Zeitpunkt) beinhaltet, oder trifft zumindest eine Aussage über den Grundton dieses Akkords. Dann legt das Verfahren in Abhängigkeit des Analyseergebnisses eine Begleitfrequenz fest. In den meisten Fällen wird die entsprechende Zuordnungsvorschrift sehr einfach sein und besagen, dass die Begleitfrequenz die Frequenz des Grundtones des ermittelten Akkordes oder um eine oder mehrere Oktaven von dieser beabstandet ist. Im Falle einer Bass-Begleitung kann die Vorschrift insbesondere lauten, dass die Begleitfrequenz die Hälfte der Frequenz des Grundtones des ermittelten Akkordes ist. Schließlich wird ein Begleitton, dessen Grundfrequenz die Begleitfrequenz ist, ausgegeben.For each chord played, there is at least one accompaniment tone always fitting, in particular the root note of the chord. To name a concrete example, this is an a minor for an a minor chord. Therefore, the basic idea of the invention is to analyze a played chord of a sound signal by means of an electronic signal processing device at a certain time, so as to recognize the type of chord and automatically generate from this information an accompaniment tone with a suitable accompanying frequency. For this purpose, the method has the following steps:
When a trigger signal exceeds a trigger threshold, a tracking frequency decision is started which has several steps. First of all, a Fourier transformation is performed on the audio signal or on a signal derived from the audio signal (as a rule this is the digitized audio signal), so that a frequency spectrum is obtained. In the next step, the obtained frequency spectrum is analyzed by means of a predetermined analysis scheme, so that an analysis result is obtained. This analysis result indicates which chord the audio signal contains at the time of performing the Fourier transformation (this is the trigger time up to a small delay of a maximum of a few ms), or at least makes a statement about the fundamental tone of this chord. Then, the method determines an accompanying frequency depending on the result of the analysis. In most cases, the corresponding assignment rule will be very simple, stating that the accompaniment frequency is the frequency of the fundamental of the detected chord, or one or more octaves away from it. In the case of bass accompaniment, the rule may be, in particular, that the accompaniment frequency is half the frequency of the fundamental tone of the determined chord. Finally, an accompaniment tone whose fundamental frequency is the accompaniment frequency is output.
Um dem Musiker die größtmögliche Freiheit zu geben, zu welchem Zeitpunkt der Begleitton erzeugt wird, ist das Trigger-Signal in einer bevorzugten Ausführungsform ein vom Tonsignal verschiedenes Rhythmussignal, welches durch den Musiker – beispielsweise mittel einer sogenannten Stomp-Box – erzeugt und der Signalverarbeitungseinrichtung durch eine Signalleitung zugeführt wird. In order to give the musician the greatest possible freedom, at which time the accompaniment sound is generated, the trigger signal in a preferred embodiment is a rhythm signal different from the sound signal generated by the musician - for example by means of a so-called stomp box - and the signal processing device a signal line is supplied.
Es gibt grundsätzlich mehrere Analyseschemata, mit welchen das durch die Fourier-Transformation erhaltene Frequenzspektrum analysiert werden kann. Welches Schema gewählt wird, hängt von mehreren Faktoren ab, insbesondere von der zur Verfügung stehenden Rechenleistung, von der geforderten Erkennungsgenauigkeit und davon, ob Voreinstellungen bezüglich der zu erkennenden Akkorde vorgenommen werden sollen, oder nicht. Hierauf wird später nochmals gesondert eingegangen. Ein erstes mögliches Analyseschema ist in Anspruch 4 angegeben.There are basically several analysis schemes with which the frequency spectrum obtained by the Fourier transformation can be analyzed. Which scheme is chosen depends on several factors, in particular on the available computing power, on the required recognition accuracy and on whether presets are to be made with regard to the chords to be recognized or not. This will be dealt with separately later. A first possible analysis scheme is given in claim 4.
Ein anderes bevorzugtes Analyseschema besteht aus einem Mustervergleich. Hierbei wird das gemessene Frequenzspektrum mit einer Anzahl von gespeicherten Referenzspektren verglichen, wobei jedes der gespeicherten Referenzspektren eindeutig einem Akkord zugeordnet ist, so dass ihm auch eine Referenzfrequenz zugeordnet ist. Um beim obigen Beispiel zu bleiben: dem gespeicherten Referenzspektrum eines a-Moll-Akkordes ist die Referenzfrequenz eines a zugeordnet. Durch Mustervergleich wird dem gemessenen Frequenzspektrum das richtige Referenzspektrum zugeordnet und somit die Referenzfrequenz ermittelt. Die Begleitfrequenz ist dann in der Regel die Referenzfrequenz (Frequenz des Grundtons des ermittelten Referenzspektrums) oder eine oder mehrere Oktaven von dieser beabstandet.Another preferred analysis scheme consists of a pattern comparison. Here, the measured frequency spectrum is compared with a number of stored reference spectra, wherein each of the stored reference spectra is uniquely associated with a chord, so that it is also assigned a reference frequency. To stay with the above example: the stored reference spectrum of an a minor chord is assigned the reference frequency of an a. By pattern comparison, the measured frequency spectrum is assigned the correct reference spectrum and thus the reference frequency is determined. The accompanying frequency is then usually the reference frequency (frequency of the fundamental of the determined reference spectrum) or one or more octaves spaced therefrom.
Um den Rechenaufwand einerseits und die Fehlerquote andererseits zu minimieren, ist es bevorzugt, dass die Tonart, in welcher ein Stück gespielt wird, vorausgewählt wird, so dass das jeweils gemessene Frequenzspektrum nur mit den zu der vorausgewählten Tonart gehörenden Referenzspektren verglichen wird. Hierdurch wird der Abstand zwischen den einzelnen Referenzspektren verdoppelt, was natürlich den Mustervergleich vereinfacht.In order to minimize the computational effort on the one hand and the error rate on the other hand, it is preferred that the key in which a piece is played, is preselected, so that each measured frequency spectrum is compared only with the reference spectra belonging to the preselected key. As a result, the distance between the individual reference spectra is doubled, which of course simplifies the pattern comparison.
Um ein natürliches Klangergebnis zu erzielen sind die Begleittöne vorzugsweise Samples, beispielsweise von einem Bass.To achieve a natural sound result, the accompaniment sounds are preferably samples, for example of a bass.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:The invention will now be explained in more detail using an exemplary embodiment with reference to the figures. Hereby show:
Das erfindungsgemäße Verfahren kann grundsätzlich von jedem Computer durchgeführt werden. Da das Verfahren jedoch insbesondere für den Bühneneinsatz gedacht ist, wird das Verfahren in der Regel von einem speziell hierfür gefertigten Gerät durchgeführt. Eine entsprechende Vorrichtung ist unter dem Bezugszeichen
Die eben genannten Elemente sind mit einer Signalverarbeitungseinrichtung
Die eigentliche Datenverarbeitungseinheit weist einen Prozessor
Die beiden Analog-Digital-Wandler
Im ROM-Speicher
Selbstverständlich ist auch eine Stromversorgung (über Batterie oder Netzteil) vorgesehen, diese ist jedoch nicht dargestellt. Of course, a power supply (via battery or power supply) is provided, but this is not shown.
Das Verfahren, welches von der eben beschriebenen Vorrichtung
An den ersten Signaleingang
To the
Zu Beginn wählt der Musiker mittels des Tonart-Wahlschalters
Nach Auswählen der Tonart kann der Musiker anfangen, auf seiner Gitarren zu spielen, wobei das Tonsignal der Gitarre über den ersten Signaleingang
Solange das Triggersignal eine voreingestellte Triggerschwelle nicht übersteigt, befindet sich das System im Wartezustand. Tritt nun der Musiker mit dem Fuß auf die Stomp-Box, so übersteigt das Triggersignal eine festgesetzte Triggerschwelle und der Prozess der Begleitfrequenzfestlegung wird gestartet. Der Prozess der Begleitfrequenzfestlegung beginnt mit dem Zwischenspeichern des aktuellen Tonsignals im RAM-Speicher
Das erhaltene Frequenzspektrum der
Der Prozessor
Das System wartet nun bis zum nächsten Überschreiten der Triggerschwelle, dann beginnt der eben beschriebene Prozess von neuem.The system now waits until the next time the trigger threshold is exceeded, then the process just described begins again.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Vorrichtung zur Erzeugung einer BegleitungApparatus for generating an accompaniment
- 1212
- Gehäusecasing
- 1313
- erster Signaleingangfirst signal input
- 1414
- zweiter Signaleingangsecond signal input
- 1515
- Ausgangoutput
- 1818
- Tonart-WahlschalterKey selector
- 2020
- SignalverarbeitungseinrichtungSignal processing device
- 2222
- erster Analog-Digital-Wandlerfirst analog-to-digital converter
- 2424
- zweiter Analog-Digital-Wandlersecond analog-to-digital converter
- 3030
- Prozessorprocessor
- 3232
- RAM-SpeicherRAM
- 3434
- ROM-SpeicherROM memory
- 3636
- Digital-Analog-WandlerDigital to analog converter
- 4040
- Signalausgangsignal output
Claims (10)
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Owner name: HOFFEND, PETER, DE Free format text: FORMER OWNER: AMEND, UDO, 76275 ETTLINGEN, DE |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: FRANK WACKER SCHOEN PATENTANWAELTE, DE Representative=s name: SCHOEN, THILO, DIPL.-PHYS., DE |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: SCHOEN, THILO, DIPL.-PHYS., DE |
|
R082 | Change of representative | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |