DE69614723T2

DE69614723T2 - Synthesierer mit Erkennung der Tonhöhe und des Tonausgangspunkts eines Saiteninstrumentes zur Tonerzeugung

Info

Publication number: DE69614723T2
Application number: DE69614723T
Authority: DE
Inventors: Andreas Szalay
Original assignee: Blue Chip Music GmbH; Yamaha Corp
Current assignee: Blue Chip Music GmbH; Yamaha Corp
Priority date: 1995-06-16
Filing date: 1996-06-13
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2016-06-14
Also published as: DE69614723D1; DE69615284D1; EP0994460A2; DE69615716D1; DE69615284T2; EP0749107A2; EP0987678B1; EP0994460B1; DE69615716T2; EP0987678A3; KR100308865B1; EP0994460A3; EP0987678A2; EP0749107A3; EP0749107B1; US5717155A; KR970002841A; JPH096339A; JP2805598B2

Description

Dia vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Tonhöhen-Erkennungtechnik bei einem elektronischen Musikinstrument mit einem manuell bedienbaren akustischen Instrument zum Einleiten einer Schallschwingung und einem auf die Schallschwingung ansprechenden Tongenerator zum Erzeugen eines Musiktons mit einer Tonhöhe, die der Schallschwingung entspricht. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Technik zum Erkennen der Anreißstelle bei einem elektronischen Musikinstrument mit einem Saiteninstrument, das an einer variablen Anreißstelle zum Einleiten einer Schallschwingung manuell bedienbar ist, und einem auf die Schallschwingung ansprechenden Tongenerator zum Erzeugen eines Musiktons mit einem variablen Timbre in Abhängigkeit von der variablen Anreißstelle.
Nach dem Stand der Technik ist ein elektronisches Musikinstrument bekannt, das als Gitarren-Synthesizer oder elektrische Gitarre bezeichnet wird, bei welchem eine Tonhöhe der Gitarre festgestellt wird, um einen Tongenerator auf der Grundlage der festgestellten Tonhöhe anzutreiben, so dass ein Ton im Ansprechen auf ein manuelles Spiel der Gitarre synthetisiert wird.
Bei dem Gitarren-Synthesizer wird eine Schwingung einer gespielten Saite durch einen Aufnehmer festgestellt und das detektierte Schwingungssignal wird einem Tonhöhendetektor eingegeben. Der Tonhöhendetektor stellt die Tonhöhe des Eingabeschwingungssignals fest, indem er daraus die Grundfrequenzkomponente extrahiert.
Im allgemeinen variiert bei einem Saiteninstrument, wie beispielsweise der Gitarre, ein Timbre des Tons im Ansprechen auf eine Anreißstelle auf der Saite. Der herkömmliche Gitarren-Synthesizer konnte die Anreißstelle, nämlich eine Stelle, an der die Saite gezupft wird, jedoch nicht erkennen. Der Synthesizer konnte daher den Ton mit dem der Anreißstelle entsprechenden Timbre nicht erzeugen.
Das Schwingungssignal der Saite enthält zudem eine Menge Oberschwingungen insbesondere in der Anfangsphase unmittelbar nach dem Anreißen, so dass der herkömmliche Tonhöhendetektor mehrere Schwingungsperioden unmittelbar nach dem Anreißen benötigt, um die Grundwellenkomponente zum Ermitteln der Tonhöhe zu extrahieren. Was daher bei der aktuellen Tonerzeugung eine Verzögerung hervorrufen kann.
Bei einem Saiteninstrument, wie beispielsweise der Gitarre, greift der Spieler oft mit mehreren Finger gleichzeitig, um mehrere Saiten zu drücken. Beim Ändern eines Akkords auf dem Instrument wird die Griffposition manchmal so schnell geändert, dass die aktuelle Griffposition auf der Saite sich von der richtigen Position am Bund wegbewegen kann. In dieser Situation weicht die aktuelle Länge der Saite von der regulären Länge ab. Die Schwingungsperiode wird so ungewollt geändert, so dass die durch den Tonhöhendetektor ermittelte Tonhöhe ebenso verschoben sein kann. Zur Kompensation einer solchen fehlerhaften Verschiebung wird eine Tonhöhenquantisierung nach dem Stand der Technik ausgeführt, wobei der verschobene Ton auf die reguläre Tonhöhe korrigiert wird. Bei einem Saiteninstrument, wie beispielsweise der Gitarre, führt der Spieler manchmal ein Drosselungsverfahren durch. Das Drosseln (Choking) oder Biegen (Bending) ist eine der Spieltechniken, bei der die Saite nach oben gezogen oder niedergedrückt wird, um die Tonhöhe zu ändern. Bei den herkömmlichen Ausführungen der Gitarren-Synthesizer wird eine Tonhöhenänderung (pitch-bend) durch die Drosselung dem Ton verliehen. Wenn die Quatisierung jedoch nach der Tonhöhenermittlung ausgeführt wird, beeinflußt die Quantisierung die Tonhöhenveränderung, die durch die Drosselung oder Biegung erzeugt wird. Die von dem Tonhöhendetektor ausgegebenen Tonhöhendaten ändern sich dadurch unnatürlich stufenweise.

KERN DER ERFINDUNG

Es ist daher ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung ein Anreißstellen- Detektionsgerät und ein Verfahren bereitzustellen, mit welchem die Anreißstelle der Saite ermittelt wird, um ein Timbre im Ansprechen auf die Anreißstelle zu steuern.
Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Tonhöhen-Erkennungsgerät und ein Verfahren bereitzustellen, durch welches die genauen Tonhöhendaten mit einer hohen Geschwindigkeit hergeleitet werden können.
Ein drittes Ziel der vorliegenden Erfindung ist zudem, ein Tonhöhen-Erkennungsgerät und ein Verfahren bereitzustellen, durch welches die genauen Tonhöhendaten mit einer hohen Geschwindigkeit hergeleitet werden können, wenn der Spieler ungewollt oder unbewußt einen Tonhöhenänderung durchführt, während eine natürliche Tonhöhenverschiebung sichergestellt werden kann, wenn der Spieler gewollt die Tonhöhenänderung durchführt.
Nach einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung weist in einem elektronischen Musikinstrument mit einem an einer variablen Anreißstelle manuell bedienbaren akustischen Instrument zum Einleiten einer Schallschwingung und einem auf die Schallschwingung ansprechenden Tongenerator zum Erzeugen eines Musiktons mit einem variablen Timbre in Abhängigkeit von der variablen Anreißstelle ein Gerät zum Ermitteln der Anreißstelle Aufnehmermittel zum Aufnehmen der Schallschwingung, um diese in ein Wellenformsignal zu konvertieren, welches ein Paar von Scheitelwerten enthält, die in einem variablen Zeitintervall abhängig von der Anreißstelle verteilt sind, Detektormittel zum Bearbeiten des Wellenformsignals, um das Zeitintervall zwischen dem Paar der Scheitelwerte zu messen, um so die Anreißstelle zu ermitteln, und Steuermittel auf zum Steuern des Tongenerators entsprechend der ermittelten Anreißstelle, um das Timbre des Tongenerators im Ansprechen auf die Anreißstelle zu ändern.
Nach einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung weist in einem elektronischen Musikinstrument mit einem manuell bedienbaren akustischen Instrument zum Einleiten einer Schallschwingung und einem auf die Schallschwingung ansprechenden Tongenerator zum Erzeugen eines Musiktons mit einer Tonhöhe, die der Schallschwingung entspricht, ein Tonhöhen-Erkennungsgerät Aufnehmermittel zum Aufnehmen der Schallschwingung, um diese in ein Wellenformsignal zu konvertieren, erste Detektormittel, die entsprechend einem schnellen Algorithmus zur Bearbeitung des Wellenformsignals wirksam sind, so dass eine erste Ausgabe, die für die Tonhöhe der Schallschwingung repräsentativ ist, empfindlich erzeugt wird, zweite Detektormittel, die parallel zu den ersten Detektormitteln zur Bearbeitung des gleichen Wellenformsignals entsprechend einem langsamen Algorithmus wirksam sind, so dass eine zweite Ausgabe, die für die Tonhöhe der Schallschwingung repräsentativ ist, stabil erzeugt wird, und Selektormittel auf zum selektiven Eingeben einer der ersten Ausgaben und der zweiten Ausgaben in den Tongenerator, so dass die ersten Detektormittel und die zweiten Detektormittel komplementär miteinander zusammenwirken können, um eine empfindliche und stabile Ermittlung der Tonhöhe der Schallschwingung sicherzustellen.
Vorzugsweise weisen die ersten Detektormittel Mittel zur Berechnung eines Zeitintervalls zwischen zwei Scheitelwerten, die aufeinanderfolgend in dem Wellenformsignal enthalten sind, gemäß dem ersten Algorithmus auf, um die Tonhöhe grob zu ermitteln, während die zweiten Detektormittel Mittel aufweisen, zum Berechnen eines Mittelwertes von Zeitintervallen zwischen drei oder mehr Scheitelwerten, die in dem Wellenformsignal aufeinanderfolgend enthalten sind, gemäß dem langsamen Algorithmus, um die Tonhöhe fein zu ermitteln.
Die Selektormittel weisen vorzugsweise Mittel auf, die während der Anfangsperiode, unmittelbar nachdem die Schallschwingung eingeleitet ist, zum Auswählen der ersten Ausgabe und, nachdem die Anfangsperiode vorüber ist, zum Auswählen der zweiten Ausgabe wirksam sind. Die Selektormittel weisen vorzugsweise Mittel auf, zum Umschalten von der ersten Ausgabe auf die zweite Ausgabe, wenn die zweiten Detektormittel nachfolgend wirksam werden, um die zweite Ausgabe zu erzeugen, nachdem die ersten Detektormittel vorhergehend wirksam werden, um die erste Ausgabe zu erzeugen. Die Selektormittel weisen vorzugsweise Mittel auf, die wirksam sind, wenn die ersten Detektormittel beim Erzeugen der ersten Ausgabe ausfallen, um die zweite Ausgabe anstelle der ausgefallenen ersten Ausgabe auszuwählen. Die ersten Detektormittel enthalten vorzugsweise ein neuronales Netz zum Lernen der Bearbeitung des Wellenformsignals entsprechend einer Lehrinformation, um die Ermittlung dar Tonhöhe zu verbessern, und die Selektormittel Mittel, die wirksam sind, wenn die ersten Detektormittel nicht gut arbeiten, um die zweite Ausgabe als die Lehrinformation für die ersten Detektormittel bereitzustellen. Das Tonhöhen- Erkennungsgerät weist vorzugsweise auf Varations-Detektormittel, die entweder mit den ersten Detektormitteln oder den zweiten Detektormitteln zur Ermittlung einer Variation der Tonhöhe der Schallschwingung verbunden sind, Quantisiermittel, die zwischen die Selektormitteln und den Tongenerator geschaltet sind und wirksam sind, wenn die ermittelte Variation in einen vorgegebenen Bereich fällt, um die eine ausgewählte der ersten Ausgabe und der zweiten Ausgabe in eine konstante Tonhöhe zu quantisieren, so dass unbeabsichtigte Schwankungen der Schallschwingung entfernt werden, und Steuermittel, die wirksam sind, wenn die ermittelte Variation außerhalb des vorgegebenen Bereiches liegt, zum Sperren der Quantisiermittel, um die eine ausgewählte der ersten Ausgabe und zweiten Ausgabe, so wie sie ist, in den Tongenerator einzuspeisen, um dadurch beabsichtigte Abweichungen der Schallschwingung vorzubehalten. Das Tonhöhen-Erkennungsgerät enthält vorzugsweise Quantisiermittel, die zwischen die Selektormittel und den Tongenerator geschaltet sind, zur Quantisierung der einen ausgewählten der ersten Ausgabe und der zweiten Ausgabe, um die Tonhöhe des Musiktons zu fixieren, so dass Schwankungen der Schallschwingung entfernt werden, und Steuermittel, die während der Anfangsperiode beim Einleiten der Schallschwingung wirksam sind, zur Unterdrückung der Quantisiermittel, um die eine ausgewählte der ersten Ausgabe und der zweiten Ausgabe, so wie sie ist, in den Tongenerator einzuspeisen, so dass der Musikton einen Einschwingteil der Schallschwingung vorbehält. Vorzugsweise enthalten sowohl die ersten Detektormittel als auch die zweiten Detektormittel Mittel zur Ermittlung der Tonhöhe der Schallschwingung, die durch Zupfen eines akustischen Saiteninstruments an einer variablen Anreißstelle eingeleitet wird, und Mittel zur Ermittlung der Anreißstelle entsprechend dem Wellenformsignal, so dass ein Timbre des Musiktons entsprechend der ermittelten Anreißstelle gesteuert werden kann.
Nach einem dritten Gesichtspunkt der Erfindung weist in einem elektronischen Musikinstrument mit einem manuell bedienbaren akustischen Instrument zum Einleiten einer Schallschwingung und einem auf die Schallschwingung ansprechenden Tongenerator zum Erzeugen eines Musiktons mit einer Tonhöhe, die der Schallschwingung entspricht, ein Tonhöhen-Erkennungsgerät Aufnehmermittel zum Aufnehmen der Schallschwingung, um diese in ein Wellenformsignal zu konvertieren, Detektormittel zum Bearbeiten des Wellenformsignals, um eine Tonhöhe der Schallschwingung sukzessiv zu ermitteln, Quantisiermittel zum sukzessiven Quantisieren der ermittelten Tonhöhe und zum Eingeben der quantisierten Tonhöhe in den Tongenerator, so dass der Tongenerator den Musikton mit der sukzessiv quantisierten Tonhöhe erzeugen kann, und Steuermittel auf, die in Abhängigkeit von einer spezifischen Bedingung der Schallschwingung zum temporären Sperren der Quantisiermittel wirksam sind, um so die ermittelte Tonhöhe, so wie sie ist, in den Tongenerator einzugeben, so dass der erzeugte Musikton die ermittelte Tonhöhe, die die spezifischen Bedingung der Schallschwingung wiedergibt, temporär beibehält. Die Steuermittel weisen vorzugsweise Mittel zum Feststellen einer Variation der sukzessiv ermittelten Tonhöhe und Mittel auf, die wirksam sind, wenn die festgestellte Variation unter eine Normalbedingung in einen vorgegebenen Bereich fällt, zum Freigeben der Quantisiermittel, und die wirksam sind, wenn die ermittelte Variation unter einer spezifischen Bedingung aus dem vorgegebenen Bereich herausfällt, zum Sperren der Quantisiermittel. Die Steuermittel weisen vorzugsweise Mittel auf, die während einer Anfangsperiode von dem Beginn der Schallschwingung wirksam sind, zum Sperren der Quantisiermittel, und die wirksam sind, nachdem die Anfangsperiode vorüber ist, zum Freigeben der Quantisiermittel.
Beim ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann die Anreißstelle oder Spielposition, an der die Saite gezupft wird, im Betrieb durch Messen des Intervalls zwischen den Scheitelwerten oder längs der Saite sich ausbreitender intermittierender Schwingungimpulse ermittelt werden. Beim zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ermitteln die ersten Tonhöhen-Detektormittel im Betrieb die Tonhöhe des Eingabewellenformsignals oder Schwingungssignals mit hoher Geschwindigkeit und die zweiten Tonhöhen-Detektormittel ermitteln die Tonhöhe des Eingabewellenformsignals gemäß einem Tonhöhenermittlungsalgorithmus, der unterschiedlich zu dem der ersten Tonhöhen-Detektormittel ist. Diese ersten und zweiten Tonhöhen-Detektormittel können komplemetär miteinander zusammenwirken. Die genaue Tonhöhe kann daher unter variablen Bedingungen festgestellt werden. Beim dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung werden im Betrieb ferner die Quantisiermittel gesteuert, die Tonhöhenquantisierung zu stoppen, falls die Tonhöhenänderung festgestellt wird. Wenn der Spieler daher das Saitendrosseln oder -biegen durchführt, kann die durch die Biegung bewirkte Tonhöhe sichergestellt werden, so wie sie ist. Die genaue Tonhöhe kann sogar abgeleitet werden, wenn die Fingerposition der Saite von der richtigen Stelle wegbewegt ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine elektrische Gitarre, die mit einem Sechs-Saiten-Aufnehmer ausgestattet ist.
Fig. 2 zeigt eine charakteristische Kurve eines Steuerwertes im Ansprechen auf eine Anreißstelle der Gitarre.
Fig. 3 ist ein schematisches Blockschaltbild, das einen Aufbau veranschaulicht, bei welchem ein Anreißstellen-Erkennungsgerät und ein Tonhöhen-Erkennungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung eingebaut sind.
Fig. 4A, 4B und 4C veranschaulichen das Prinzip der Anreißstellendetektion und der Tonhöhendetektion gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 veranschaulicht die Schwingungsimpulse, die sich entlang einer Gitarrensaite ausbreiten, auf einer Zeitachse.
Fig. 6A und 6B zeigen die Struktur eines neuronalen Netzwerkes, das bei der Tonhöhendetektion des ersten Tonhöhendetektors verwendet wird, und eine aktuell ermittelte Wellenform der Impulse, die längs der Saite übertragen werden.
Fig. 7A-7F veranschaulichen einen Tonhöhenermittlungs-Algorithmus, der durch den zweiten Tonhöhendetektor ausgeführt wird.
Fig. 8A und 8B veranschaulichen ein Nulldurchgangs-Detektionsverfahren, das von dem zweiten Tonhöhendetektor ausgeführt wird.
Fig. 9 ist ein Flußdiagramm, das eine Signal-Verarbeitung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 10 ist ein Flußdiagramm, das den ersten Tonhöhenermittlungs-Vorgang gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 11 ist ein Flußdiagramm, das den zweiten Tonhöhenermittlungs-Vorgang gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 12 zeigt einen Tonhöhenverschiebung, die von dem Schwingungssignal abgeleitet wird, das von der Gitarre ermittelt wurde.
Fig. 13 zeigt eine Tonhöhenverschiebung, die einem Quantisierungsprozeß gemäß der vorliegenden Erfindung unterworfen wurde.
Fig. 14 ist ein Flußdiagramm, das den herkömmlichen Quantisierungsprozeß veranschaulicht.
Fig. 15 zeigt eine Tonhöhenverschiebung, falls die Tonhöhenänderung durchgeführt wird.
Fig. 16 zeigt die Tonhöhenverschiebung, falls die Tonhöhenänderung durchgeführt wird und der Quantisierungprozeß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
Fig. 17 ist ein Flußdiagramm, das den Quantisierungsprozeß gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 18 ist ein Flußdiagramm, das den Tonhöhenänderungs-Detektionsprozeß gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 19 ist ein Blockschaltbild, das eine weite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Tonhöhen-Erkennungsgerät zum Ermitteln einer Tonhöhe aus einer Schwingungswellenform und ein Anreißstellen- Erkennungsgerät zum Ermitteln einer Anreißstelle bei einem Saiteninstrument, wie beispielsweise der Gitarre. In der nachfolgenden Beschreibung wird die Gitarre als Beispiel herangezogen und das Tonhöhen-Erkennungsgerät und das Anreißstellen- Erkennungsgerät werden anhand der Gitarre erklärt. In Fig. 1 ist eine Gitarre 1 eine elektrische Gitarre, bei der sechs Stahlsaiten zwischen einem Steg 4 und einem Maschinen-Kopf 8 aufgezogen sind. An drei vorgegebenen Positionen auf dem Gitarrenkörper ist die Gitarre 1 mit drei Aufnehmern 2 versehen, über welche die Schwingung der Saiten aufgenommen wird. Die Ausgabe der Aufnehmer 2 ist ein zusammengesetztes Signal, das Schwingungen von den sechs Saiten enthält. Das zusammengesetzte Signal wird von einer Ausgangsbuchse 6 ausgegeben. Getrennt von dem Aufnehmer 2 sollte zur Übertragung einer Spielinformation von der Gitarre 1 zu einem Gitarren-Synthesizer (nicht gezeigt) jede Schwingungswellenform der sechs Stahlsaiten unabhängig aufgenommen werden, so dass ein Sechs-Saiten-Aufnehmer 3 unter den Saiten vorgesehen ist. Dieser Aufnehmer 3 nimmt jeweilige Schwingungswellenformen der sechs Saiten unabhängig voneinander auf. Die Ausgabe des Aufnehmers 3 wird über eine Steckverbinderleitung 7 zu dem Gitarren-Synthesizer gesendet, in dem das Tonhöhen-Erkennungsgerät für jede Schwingungswellenform und das Anreißstellen-Erkennungsgerät nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind.
Fig. 3 ist ein schematisches Blockschaltbild der Detektionsblöcke, die in dem Gitarren-Synthesizer enthalten sind, der das Tonhöhen-Erkennungsgerät und das Anreißstellen-Erkennungsgerät- gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet. In Fig. 3 nimmt der unter den sechs Saiten angeordnete Sechs-Saiten-Aufnehmer 3 die jeweiligen Schwingungswellenformsignale der sechs Saiten unabhängig voneinander auf. Die aufgenommenen Schwingungswellenformsignale werden an den AD-Wandler 10 verteilt. Der AD-Wandler 10 konvertiert die Schwingungswellenformsignale der sechs Saiten in entsprechende digitale Daten durch eine zeitgestaffelte Bearbeitung. Zu jedem Abtastzeittakt werden die konvertierten digitalen Daten zu folgenden ausgegeben, einem Hüllkurven-Folger 11, einem ersten Tonhöhendetektor 13 und einem zweiten Tonhöhendetektor 12. Der Hüllkurven-Folger 11 ermittelt eine Hüllkurve jedes digitalisierten Wellenformsignals. Nach dieser Hüllkurvenermittlung werden ein Ton- EIN- oder Ton-AUS-Ereignis und eine Geschwindigkeit festgestellt. Die Ergebnisse der Ermittlung des Ton-EIN- oder Ton-AUS-Ereignisses und der Geschwindigkeit werden auf diese folgenden verteilt, den ersten Tonhöhendetektor 13, den zweiten Tonhöhendetektor 12 und eine MIDI-Ausgabeschaltung 19.
Der zweite Tonhöhendetektor 12 ermittelt die Tonhöhe des eingegebenen Wellenformsignals durch Feststellen eines Nulldurchgangspunktes entsprechend einem relativ langsamen Algorithmus. Der erste Tonhöhendetektor 13 ermittelt die Tonhöhe des gleichen Wellenformsignals mittels eines neuronalen Netzwerkes 15. Intervallzeitdaten oder Zeitdauerdaten zwischen aufeinanderfolgenden Scheitelwerten, die in dem Wellenformsignal enthalten sind, werden durch einen Impulsgenerator 14 festgestellt und die festgestellten Zeitdauerdaten werden auf das neuronale Netzwerk 15 verteilt, welches die eingegebenen Zeitdauerdaten mit einem aus dem Wichtungskoeffizientenspeicher 16 ausgelesenen Wichtungskoeffizienten multipliziert, um die Tonhöhendaten und die Spielpositions(Anreißstellen)-daten, die dem Spiel der Gitarre entsprechen, zu berechnen. Die durch die ersten und zweiten Tonhöhendetektoren 13, 12 erzeugten Tonhöhendaten werden in einen Vergleicher 17 eingespeist. Der Vergleicher 17 wählt einen der Tonhöhendatenwerte, die von den Detektoren 12 und 13 ausgegeben werden, aus. Der Vergleicher 17 gibt den früheren der Tonhöhendatenwerte aus und verteilt die ausgewählten Tonhöhendaten an einen Quantisierer 18.
Der Quantisierer 18 verteilt die eingegebenen Tonhöhendaten von dem Vergleicher 17 an die MIDI-Ausgabeschaltung 19. Der Vergleicher 17 gibt auch die Anreißstellendaten aus und diese Daten werden an die MIDI-Ausgabeschaltung 19 verteilt, so wie sie sind. Die MIDI-Ausgabeschaltung 19 wird mit Information von einer Steuereinheit 21 versehen, um ein MIDI-Mitteilungformat, das zur Transformation der Spielpositionsdaten (Anreißstellendaten) verwendet wird, zu spezifizieren. Die Information wird durch Bedienschalter eingestellt und die Spielpositionsdaten werden in eine MIDI-Mitteilung konvertiert, wie beispielsweise eine Programmänderung, eine Steueränderung oder eine Parametersteuerung, um ein Timbre zu ändern. Die MIDI-Ausgabeschaltung 19 konvertiert auch Ereignisse, wie beispielsweise Ton-EIN, Ton-AUS, Tonhöhenänderung, in ein MIDI-Signal. Das konvertierte MIDI-Signal wird auf einen externen Tongenerator (TG) 20 verteilt. Die Steuereinheit 21 ist mit allen Blöcken zusätzlich zu dem MIDI-Ausgabegerät 19 (obgleich nicht ausdrücklich in der Figur gezeigt) verbunden und steuert das erforderliche Einstellungen bei den Blöcken.
Der Tongenerator 20 synthetisiert einen Musikton und gibt diesen entsprechend dem eingegebenen MIDI-Signal wieder. Wenn die Spielpositionsdaten in Form von Programmänderungsdaten gesendet werden, ändert der Tongenerator 20 das Timbre, das durch eine in dem Programmänderungsdaten enthaltene eingegebene Timbrenummer bestimmt wird. Wenn die Spielpositionsdaten in Form der Parametersteuerdaten gesendet werden, werden die Timbreparameter gleichartig modifiziert. Wenn die Spielpositionsdaten jedoch in Form der Steueränderungsdaten gesendet werden, ist kein zu modifizierender Timbresteuerparameter bekannt, so dass eine Zuweisung der Steueränderungsdaten zu einen besonderen Timbresteuerparameter durch eine TG-Steuereinheit 22 bestimmt wird.
Bei dieser Anordnung wird beim Zupfen einer Saite der in Fig. 1 gezeigten Gitarre 1 die Schwingung der Saite durch den Sechs-Saiten-Aufnehmer 3 aufgenommen und das ermittelte Wellenformsignal wird zu dem AD-Wandler 10 gesendet. Die digitalen Abtastdaten des durch den AD-Wandler 10 konvertierten Wellenformsignals werden zu dem Hüllkurvenfolger 11 verteilt. Die Hüllkurve des digitalisierten Wellenformsignals wird durch den Hüllkunrenfolger 11 festgestellt, so dass ein Beginn eines Tons (Ton-EIN) durch das Zupfen, ein Beenden des Tons (Ton-AUS) beim Aufhören der Saitenschwingung und Geschwindigkeitsdaten (Lautstärke) des Tons ermittelt werden. Die ermittelten Ergebnisse werden zu folgenden ausgeben, der MIDI-Ausgabeschaltung 19 und den ersten und zweiten Tonhöhendetektoren 13 und 12. Im Ansprechen darauf erzeugt der erste Tonhöhendetektor 13 Tonhöhendaten mit hoher Geschwindigkeit mittels des neuronalen Netzwerkes 15 und erzeugt auch die Spiel (Zupf)- Positionsdaten.
Die Spiel (Zupf)-Position wird festgestellt, da das Timbre der Gitarre im Ansprechen auf die Anreißstelle variiert. In Fig. 1 ist zum Beispiel das Timbre des Instruments in den Aufnehmebereichen 1, 2 oder 3 unterschiedlich. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird daher das Timbre im Ansprechen auf die Aufnehmebereiche (Spielpositionen) geändert. Das Timbre kann empfindlich gesteuert werden, um eine natürliche Gitarre zu simulieren. Das Timbre kann andererseits entsprechend den Aufnehmebereichen drastisch geändert werden. Die Timbresteuerung kann durch Änderung eines Steuerwertes entsprechend der Anreißstelle durchgeführt werden, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Es ist zum Beispiel möglich, die Steuerwerte V1 und V2 jeweils den Anreißstellen P1 und P2 zuzuweisen. Der Steuerwert kann zwischen diesen zwei Werten V1 und V2 entsprechend der Anreißstelle linear variiert werden. In Abhängigkeit von dem Steuerwert kann die Grenzfrequenz des Timbrefilters modifiziert werden, um das Timbre zu steuern. Die lineare Variation des in Fig. 2 gezeigten Steuerwerts kann durch eine nichtlineare Variation ersetzt werden.
In Fig. 3 empfängt der Vergleicher 17 die ersten Tonhöhendaten und Anreißstellendaten, die von dem ersten Tonhöhendetektor 13 erzeugt werden, ebenso wie die zweiten Tonhöhendaten, die von dem zweiten Tonhöhendetektor 12 erzeugt werden. Der erste Tonhöhendetektor 13 erzeugt die ersten Tonhöhendaten und die Anreißstellendaten schneller als die zweiten Tonhöhendaten. Die ersten Tonhöhendaten von dem ersten Tonhöhendetektor 13 treten früher in den Vergleicher 17 ein als die zweiten Tonhöhendaten. Entsprechend der Reihenfolge der Datenankunft in dem Vergleicher 17 werden die ersten Tonhöhendaten und Anreißstellendaten an den Quantisierer 18 verteilt. Die ersten Tonhöhendaten werden dann durch den Quantisierer 18 quantisiert. Die Anreißstellendaten und die quantisierten ersten Tonhöhendaten werden dann in die MIDI-Ausgabeschaltung 19 eingegeben. Ein Ton-EIN-Ereignis im Ansprechen auf die ersten Tonhöhendaten, eine mögliche Tonhöhenänderung und die Anreißstellendaten werden dann in das MIDI-Datenformat, das durch die Steuereinheit 21 spezifiziert wird, konvertiert. Die MIDI-Daten werden zu dem Tongenerator 20 übertragen. Der Tongenerator 20 erzeugt durch Synthese einen Musikton entsprechend den empfangenen MIDI-Daten. Die Tonhöhe des Tons entspricht den ersten Tonhöhendaten, während das Timbre des Ton den Anreißstellendaten entspricht.
Wenn der erste Tonhöhendetektor 13 andererseits die Tonhöhe nicht feststellt, sendet der Vergleicher 17 die durch den zweiten Tonhöhendetektor 12 ermittelten zweiten Tonhöhendaten anstelle der ersten Tonhöhendaten. Danach wird die gleiche Operation wie oben beschrieben ausgeführt. In diesem Fall befiehlt der Vergleicher 17 dem neuronalen Netzwerk den Tonhöhen-Ermittlungsprozeß zu lernen, so dass der erste Tonhöhendetektor das gleiche Ergebnis als die durch den zweiten Tonhöhendetektor 12 hergeleiteten zweiten Tonhöhendaten ausgeben kann. Der Vergleicher 17 schaltet die Ausgabeauswahl, so dass der erste Tonhöhendetektor 13 die Tonhöhe nur in einer Frühphase effektiv ermittelt und dann werden die durch den zweiten Tonhöhendetektor ermittelten zweiten Tonhöhendaten verwendet.
Das Prinzip der Ermittlung einer Anreißstelle und der Ermittlung einer Tonhöhe, die von dem ersten Tonhöhendetektor ausgeführt wird, wird unter Bezugnahme auf Fig. 4A-4C beschrieben. Fig. 4A veranschaulicht ein akustisches Modell der Gitarre, wobei STEG dem in Fig. 1 gezeigten Steg 4 entspricht, AUFNEHMER dem Sechs-Saiten-Aufnehmer 3 entspricht und BUND entspricht jedem Bund 5. GEGRIFFENER BUND bezeichnet einen Bund, auf welchen der Spieler die Finger setzt, ANREIßSTELLE oder ZUPFSTELLE bezeichnet die Spielposition, an der die Saite gezupft wird. Die Saitenlänge zwischen GEGRIFFENER BUND und ANREIßSTELLE wird als D1 gesetzt. Die Schwingung breitet sich zwischen diesen in einer Zeit t1 aus. Die Saitenlänge zwischen GEGRIFFENER BUND und AUFNEHMER wird mit D2 bezeichnet und die Schwingungsübertragungszeit zwischen diesen wird mit t2 bezeichnet. Die Saitenlänge zwischen STEG und AUFNEHMER wird als D3 vorausgesetzt und die Schwingungsübertragungszeit zwischen diesen wird durch t3 repräsentiert. Die freischwingende Länge der Saite wird mit D0 bezeichnet, die Saitenlänge zwischen STEG und GEGRIFFENER BUND wird mit DF bezeichnet und die Saitenlänge zwischen STEG und ANREIßSTELLE wird mit DP bezeichnet.
Wird nun die Saite an einer ANREIßSTELLE gezupft, wird eine Pulsschwingungwelle an der ANREIßSTELLE erzeugt und in die entgegengesetzten Richtungen übertragen. Die rechtsseitige Übertragung des Schwingungsimpulses ist in Fig. 4B gezeigt, die linksseitige Übertragung ist in Fig. 4C gezeigt. Die nach rechtsgehende Welle erreicht den AUFNEHMER bei einer Zeit TR1 (= t2). Bei dieser Zeit TR1 ermittelt der AUFNEHMER einen positiven Impuls oder Scheitelwert R1, wie es auf der Zeitachse t in Fig. 5 dargestellt ist. Der über die AUFNEHMER-Stelle gehende Impuls wird am STEG mit Phasenumkehr reflektiert. Dann wandert der Impuls nach Links und erreicht den AUFNEHMER wieder bei einer Zeit TR2. Die Zeit TR2 kann wie folgt beschrieben werden:
TR2 = t2 + t3 + t3 = t2 + 2 ·t3
Der reflektierte und zurückkehrende Impuls wird zur Zeit TR2 ermittelt, wobei er als negativer Impuls R2 auf der Zeitachse t in Fig. 5 dargestellt ist. Der Impuls pflanzt sich weiter nach links fort und wird an dem GEGRIFFENEN BUND mit Phasenumkehr reflektiert, um dabei nach rechts zurückzukehren. Zur Zeit TR3 erreicht der Impuls den AUFNEHMER zum dritten Mal. Die Zeit TR3 kann folgendermaßen beschrieben werden:
TR3 = t2 + t3 + t3 + t2 + t1 + t1 + t2 = 2 · t1 + 3 · t2 + 2 · t3
Der Impuls wird durch den AUFNEHMER zur Zeit TR3 ermittelt, wobei er als positiver Impuls R3 auf der Zeitachse t in Fig. 5 dargestellt ist. Der Impuls wird zwischen STEG und GEGRIFFENER BUND wiederholt längs der Saite auf diese Weise übertragen.
Ein anderer nach links gehender Impuls oder Scheitelwert wird bei GEGRIFFENER BUND mit Phasenumkehr reflektiert und geht dann nach rechts, wie es in Fig. 4C gezeigt ist. Der Impuls erreicht den AUFNEHMER bei einer Zeit TL1. Die Zeit TL1 kann folgendermaßen beschrieben werden:
TL1 = t1 + t1 + t2 = 2 · t1 + t2
Der Impuls wird durch einen AUFNEHMER zur Zeit TL1 ermittelt, wobei er als ein negativer Impuls L1 auf der Zeitachse t in Fig. 5 dargestellt ist. Dann wird der Impuls bei STEG mit Phasenumkehr reflektiert und geht nach links, um den AUFNEHMER wieder bei einer Zeit TL2 zu erreichen. Die Zeit TL2 kann wie folgt beschrieben werden:
TL2 = t1 + t1 + t2 + t3 + t3 = 2 · t1 + t2 + 2 · t3
Der Impuls wird zur Zeit TL2 ermittelt, wobei er als ein positiver Impuls L2 auf der Zeitachse t in Fig. 5 dargestellt ist. Der Impuls wird danach zwischen STEG und GEGRIFFENER BUND wiederholt entlang der Saite übertragen.
Die Tonhöhe, nämlich die Frequenz der Schwingung der Saite, wird durch die Länge DF zwischen STEG und GEGRIFFENEM BUND bestimmt. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, dass das Zeitintervall oder die Periode TF zwischen dem durch den AUFNEHMER ermittelten Impuls oder Scheitelwert R1 und dem nächsten Impuls oder Scheitelwert R3 der Zeit entspricht, die der Impuls benötigt, um sich über die Entfernung 2 · DF fortzupflanzen. Das Zeitintervall TF entspricht daher einer Schwingungsperiode, die in der Saite erzeugt wird. Die Periode der Schwingung kann folgendermaßen definiert werden:
TF = TR3 - TR1
Durch Einführen der Übertragungszeiten TR1 und TR3, wie sie vorher in der vorausgegangenen Beziehung berechnet wurden, kann die Periode TF folgendermaßen berechnet werden:
TF = (2 · t1 + 3 · t2 + 2 · t3) - t2 = 2 · (t1 + t2 + t3)
Die Tonhöhe F kann folgendermaßen beschrieben werden:
TF = 1/TF
Durch Ermitteln der Ausbreitungszeit des Impulses, der in der ersten Periode auftritt, kann die Tonhöhe der Note mit hoher Geschwindigkeit ermittelt werden. Das gleiche Ergebnis wird sogar durch Ermitteln des Impulses, der in der zweiten oder späteren Periode auftritt, erhalten.
Nachfolgend wird das Verfahren oder der Algorithmus zum Feststellen der Position P1 erläutert, die als die ANREIßSTELLE bezeichnet wird. Die Geschwindigkeit v der Schwingung bei der Saite wird folgendermaßen repräsentiert:
ν = 2 · D0/T0
wobei T0 eine Periode der Schwingung der freischwingenden Saite bezeichnet.
Die Längen D2 und D3 werden folgendermaßen beschrieben:
D2 = ν · t2
D3 = ν · t3
Die Entfernung DP zwischen ANREIßSTELLE und STEG wird folgendermaßen repräsentiert:
DP = D2 + D3 = ν · (t2 + t3)
Durch Ersetzen von v mit der vorausgegangenen Gleichung kann DP folgendermaßen beschrieben werden:
Zieht man die Impulse L1 und R3 in Fig. 5 in Betracht, kann das Zeitintervall TP zwischen diesen folgendermaßen abgeleitet werden:
TP = TR3 - TL1
= (2 · t1 + 3x t2 + 2 · t3) - (2 · t1 + t2)
= 2 · (t2 + t3)
Durch Ersetzen der vorherigen Gleichung von DP mit dieser Gleichung wird DP wie folgt berechnet:
DP = TP · D0/T0
Da die Länge der freischwingende Saite D0 und die Periode der Schwingung der freischwingenden Saite T0 durch Messung im voraus bekannt sind, kann die Entfernung DP zwischen ANREIßSTELLE und STEG durch Ermitteln des Zeitintervalls TP abgeleitet werden.
Wie vorher beschrieben, ist es möglich, die Tonhöhe der bei der Saite entwickelten Schwingung und die Spielposition der gezupften Saite zu ermitteln. Eine solche Ermittlung wird durch den ersten Tonhöhendetektor ausgeführt. Sein detaillierter Aufbau und eine aktuell ermittelte Wellenform werden in Fig. 6A und 6B dargestellt. Fig. 6A stellt ein Modell des neuronalen Netzwerkes 15 dar, welches aus wenigstens 3 Ebenen, die eine Eingabe-Ebene 15-1, eine Zwischen-Ebene 15-2 und eine Ausgabe-Ebene 15-3 enthalten, und ferner einem Wichtungskoeffizientenspeicher 16 besteht. Das neuronale Netzwerk 15 lernt im voraus, um Tonhöhendaten auf der Grundlage von Eingabewellenformdaten zu erzeugen. Das Lernergebnis ist in dem Wichtungskoeffizientenspeicher 16 gespeichert. Bei der Tonhöhenermittlung wird jeder Impulsscheitelwert-Zeitdatenwert TN0, TP1, TN1, TN2..., die von einer in Fig. 6B gezeigten Referenzzeit gemessen werden, in die Eingabe-Ebene 15-1 eingegeben. Die Eingabe-Ebene 15-1 multipliziert die Eingabedaten mit Wichtungskoeffizienten, die aus dem Wichtungskoeffizientenspeicher 16 ausgelesen werden. Dann multipliziert die Zwischen-Ebene 15-2 die Ausgabedaten von der Eingabe-Ebene 15-1 mit Wichtungskoeffizienten, die aus dem Wichtungskoeffizientenspeicher 16 ausgelesen werden. Die Ausgabe-Ebene 15-3 multipliziert ferner die Ausgabedaten von der Zwischen-Ebene 15-2 mit Wichtungskoeffizienten, die aus dem Wichtungskoeffizientenspeicher 16 ausgelesen werden. So wird die Detektionszuverlässigkeit sichergestellt und nur die zuverlässigen Tonhöhendaten und die ANREIßSTELLEN-Daten werden ausgegeben. Das neuronale Netzwerk 15 kann nicht mit Zeitdaten der Scheitelwerte des Impulses beliefert werden, aber es kann mit Bereichsdaten des Impulses oder der Scheitelwertpegeldaten beliefert werden. Die Referenzzeit in Fig. 6B wird auf die Scheitelwertzeit des ersten ermittelten Impulses eingestellt. Die Referenzzeit kann jedoch in Hinblick auf den Schwerpunkt des Impulses oder einen Zeitpunkt, bei dem der Impuls ein bestimmtes Schwellenwertniveau kreuzt, ermittelt werden.
Nachfolgend wird das Tonhöhen-Erkennungsverfahren oder der Algorithmus des zweiten Tonhöhendetektors 12 unter Bezugnahme auf Fig. 7A-7F beschrieben. Der zweite Tonhöhendetektor 12 ermittelt die Tonhöhe durch Nachweisen eines Nulldurchgangspunktes des Schwingungswellenformsignals. Eine in Fig. 7A gezeigte periodische Kurve ist eine Schwingungswelle der Saite, die durch den Sechs-Saiten- Aufnehmer 3 ermittelt wird. Jedes gerade Liniensegment vertikal zu der Zeitachse kennzeichnet eine Steilheit jedes Scheitelwerts. Eine Länge des Liniensegments kennzeichnet nämlich einen Winkel, mit welchem die Schwingungswelle die Zeitachse kreuzt. Insbesondere die Steilheit der Schwingungswelle an den Nulldurchgangspunkten wird festgestellt und die Länge der vertikalen Liniensegmente variiert entsprechend der festgestellten Steilheit. Die Tonhöhe wird auf der Grundlage der Steilheit ermittelt, wobei nur die positiven Steilheitsdaten D jeder ansteigenden Flanke extrahiert werden, wie es in Fig. 7B gezeigt ist. Die Steilheitsdaten D, die zur Tonhöhendetektion verwendet werden können, werden dann bearbeitet, um signifikante zu extrahieren. Bei dem Extraktionsvorgang wird dann ein Hüllkurvendatenwert ENV1 mit einem konstanten Koeffizienten F1 multipliziert, um Referenz-Hüllkurvendaten (ENV1xF1) abzuleiten. Der Steilheitsdatenwert D wird dann mit dem Referenz- Hüllkurvendatenwert (ENV1xF1) verglichen. Dieser Vergleich ist in Fig. 7C dargestellt, in welcher der Steilheitsdatenwert D in durchgehenden Linien gezeigt ist, während der Referenz-Hüllkurvendatenwert (ENV1xF1) in gestrichelten Linien gezeigt ist. Mit dem Vergleich der Steilheitsdaten D und der Referenz-Hüllkurvendaten (ENV1xF1) wird der Datenwert eines größeren Niveaus als gültig belassen. Wenn der Referenz-Hüllkurvendatenwert (ENV1xF1) größer als die Steilheitsdaten D ist, wird der relevante Steilheitsdatenwert gelöscht und der Referenz-Hüllkurvendatenwert (ENV1xF1) wird als ein neuer Hüllkurvendatenwert ENV1 definiert. Die als gültig belassenen Steilheitsdaten werden dann mit dem Koeffizienten F1 multipliziert, um einen neuen Referenz-Hüllkurvendatenwert (ENV1xF1) abzuleiten, der für den nächsten Vergleich mit dem nächsten Steilheitsdatenwert D verwendet wird. Der selbe Vergleichsvorgang wird danach wiederholt. Der gültige Steilheitsdatenwert D wird dann extrahiert, wie es in Fig. 7D gezeigt ist. Wie in Fig. 7D dargestellt ist, werden vier der Steilheitsdaten D mit kleineren Werten gelöscht. In diesem Stadium kann die Tonhöhe jedoch nicht aus den belassenen Steilheitsdaten D ermittelt werden. Ein weiterer Extraktionsvorgang für die belassenen Steilheitsdaten D wird fortgesetzt. Der weitere Extraktionsvorgang ist ähnlich dem vorherigen Extraktionsvorgang mit der Ausnahme, dass hier der Referenz-Hüllkurvendatenwert (ENV2xF2) (multipliziert mit einem Koeffizienten F2) verwendet wird. Der Referenz- Hüllkurvendatenwert (ENV2xF2) ist mit gestrichelten Linien dargestellt, die neben ensprechenden der in durchgehenden Linien gezeigten Steilheitsdaten D liegen. Mit dem Vergleich der Steilheitsdaten D und der Referenz-Hüllkurvendaten (ENV2xF2), wie in Fig. 7E gezeigt, werden unerwünschte Steilheitsdaten D weiter gelöscht, so dass die End-Steilheitsdaten D abgeleitet werden, wie in Fig. 7F gezeigt. Die Tonhöhe des Tons kann durch Messen der Dauer zwischen einem in Fig. 7F gezeigten Paar der End- Steilheitsdaten D genau ermittelt werden. Der ermittelte Tonhöhendatenwert wird dann auf den Vergleicher 17 verteilt.
Mittels Nachweisens von Nulldurchgangspunkten X11 P, X11 N, X12P, X12 N..., wie es in Fig. 8A gezeigt ist, werden die Eingabedaten als Abtastdaten A0, A1, A2, A3... zu Abtaszeitpunkten P0, P1, P2, P3... digitalisiert, wie es in Fig. 8B gezeigt ist. Mit anderen Worten, die Nulldurchgangszeitpunkte und die Abtastzeitdaten können nicht zusammenfallen. Die Nulldurchgangspunkte werden daher mittels Interpolation ermittelt. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Steilheit des Wellenformsignals beim Nulldurchgang so berechnet, dass die Nulldurchgangspunkte genau gemessen werden sollten. Wenn daher ein Nulldurchgangspunkt zwischen den Abtastdaten A1 und A2 liegt, wie es in Fig. 8B gezeigt ist, werden Differentialdaten zwischen den Abtastdaten A1 und A0 und weitere Differentialdaten zwischen den Abtastdaten A3 und A2 berechnet. Die zwei Differentialdaten befinden sich an positiven bzw. negativen Seiten der Referenzlinie (0-Pegel). Der genaue Nulldurchgangszeitpunkt und die Steilheitsdaten können daher durch Interpolieren eines Zwischenabschnitts der Signalkurve entsprechend dem Paar der Differentialdaten abgeleitet werden.
Die Signalverarbeitung, die bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführung ausgeführt wird, wird in Fig. 9 dargestellt. Der Prozeß besteht aus mehreren Unterprozessen und die Unterprozesse werden wiederholt in einer Schleife ausgeführt. Als erstes wird die Operation des Hüllkurvenfolgers 11 nachfolgend beschrieben. Der Hüllkurvenfolger 11 führt den Prozeß der Schritte S10 bis S30 aus. Die Hüllkurve des Schwingungswellenformsignals wird in Schritt S10 aufgenommen. In Schritt S20 wird dann geprüft, ob der festgestellte Hüllkurvenpegel größer als ein Schwellenwertpegel ist oder nicht. Wenn die Saite der Gitarre gezupft wird, um ein Ton-EIN-Ereignis auszugeben, überschreitet die Hüllkurve den Schwellenwertpegel, so dass das Prüfungsergebnis "JA" ist. Dann wird die Geschwindigkeit von der ermittelten Hüllkurve bestimmt. Wenn es kein Ton-EIN-Ereignis gibt oder die Schwingung der gezupften Saite aufhört, ist das Ergebnis der Prüfung in Schritt S20 "NEIN", so dass der Prozeß zu Schritt S100 abzweigt, in welchem der gleiche Vorgang für eine nächste Saite ausgeführt wird. Die in Fig. 9 gezeigte Verarbeitung wird für die sechs Saiten, eine nach der anderen, wiederholt.
Wenn das Überprüfungsergebnis in Schritt S20 "JA" ist, werden die erste Tonhöhendetektions-Bearbeitung in Schritt S50 und die zweite Tonhöhendetektion- Bearbeitung in Schritt S40 gestartet, so dass die drei Bearbeitungen in Schritten S30, S40 und S50 parallel ausgeführt werden. Die Operationen des ersten und des zweiten Tonhöhendetektors 13 und 12 werden in den ersten bzw. den zweiten Tonhöhendetektions-Bearbeitungen in Schritten S50 und S40 ausgeführt. Diese Detektions- Bearbeitungen erzeugen jeweils ihre Ausgabeergebnisse. In Schritt S60 wird geprüft, welche von den ersten und zweiten Tonhöhendetektions-Bearbeitungen die Tonhöhendaten schneller als die andere ausgibt. Wenn der erste Tonhöhendetektions-Prozeß in Schritt S50 die Tonhöhendaten schneller ausgibt, werden die ausgewählten ersten Tonhöhendetektionsdaten und die Anreißstellendaten zu dem Quantisierungsprozeß in Schritt S80 gesendet. Die Auswahl der Tonhöhendaten in Schritt S60 wird durch den in Fig. 3 gezeigten Vergleicher 17 ausgeführt. Wenn der erste Tonhöhendetektions- Prozeß in Schritt S50 nicht die ersten Tonhöhendaten ermittelt, wird der Ausfall in dem Vergleicher 17 in Schritt S60 bemerkt. Auf diesen Ausfall hin werden die zweiten Tonhöhendaten von dem zweiten Tonhöhendetektions-Prozeß anstelle der ersten Tonhöhendaten ausgewählt. Die ausgevuählten zweiten Tonhöhendaten werden zu dem Quantisierungsprozeß in Schritt S80 zusammen mit den in Schritt S70 abgeleiteten Standard-Anreißstellendaten gesendet. Da der erste Tonhöhendetektions-Prozeß von dem neuronalen Netzwerk ausgeführt wird, kann die Tonhöhe mit hoher Geschwindigkeit sogar in der Anfangsperiode der Schwingungswelle nach dem Ton-EIN-Ereignis ermittelt werden. Andererseits ermittelt der zweite Tonhöhendetektions-Prozeß die Tonhöhe durch Extrahieren der Nulldurchgangspunkte der Gundtonhöhe genau. Die Detektionsgenauigkeit ist daher nicht so gut wie die des ersten Tonhöhendetektions- Prozesses, insbesondere was den Anfang betrifft, unmittelbar nach dem Ton-EIN- Ereignis, danach wird die Detektionsgenauigkeit besser als die der ersten Tonhöhendetektion. Aus diesem Grund ist es im dem Vergleich in Schritt S60 möglich, die ersten Tonhöhendaten, die durch den ersten Tonhöhendetektions-Prozeß in der Anfangsphase gerade nach dem Ton-EIN-Ereignis ermittelt wurden, auszugeben und danach werden die zweiten Tonhöhendaten von dem zweiten Tonhöhendetektions-Prozeß ausgewählt, um eine genaue Tonhöheninformation bei hoher Geschwindigkeit zu schaffen. Andererseits können die ersten Tonhöhendaten von dem ersten Tonhöhendetektions-Prozeß durch die zweiten Tonhöhendaten von dem zweiten Tonhöhendetektions-Prozeß ersetzt werden, sobald der zweite Tonhöhendetektions-Prozeß beginnt die Tonhöhendaten auszugeben.
Bei dem Quantisierungsprozeß in Schritt S80 werden die Tonhöhendaten quantisiert, um geregelte Tonhöhendaten herzuleiten, sogar wenn die Saite mit einer unrein gegriffenen Position gezupft wird. Die Quantisierung wird jedoch nicht für den Fall ausgeführt, in dem erkannt wird, dass ein Tonhöhenänderungsereignis auf der Gitarre auszuführen ist. Die Quantisierung wird ferner nicht in einer Anfangszeit ausgeführt, wenn gerade die Ton-EIN-Information dem Quantisierer zugeführt wurde. Nach der Quantisierung werden MIDI-Daten zur Synthetisierung eines Musiktons in Schritt S90 erzeugt, wobei die quantisierten Tonhöhendaten, die Anreißstellendaten und Geschwindigkeitsdaten, die in Schritt S30 bestimmt wurden, in MIDI-Daten auf der Grundlage des Befehls von der Steuereinheit 21 umgerüstet werden, welche ein MIDI- Datenformat spezifiziert, in welches die Anreißstellendaten zu konvertieren sind.
Wenn die erste Tonhöhendetektion in Schritt S50 keine Ausgabe erzeugt, zweigt die Bearbeitung von Schritt S60 zu Schritt S110, um das neuronale Netzwerk zu unterrichten. Eine Lern-Steuereinheit befiehlt dem neuronalen Netzwerk 15, einen Lernprozeß auszuführen. Der aktuelle Lernprozeß wird in Schritt S120 durchgeführt. Der Lernvorgang wird mittels eines Rückschreitungs-Verfahren ausgeführt, wobei die durch den zweiten Tonhöhendetektions-Prozeß erzeugten Tonhöhendaten verwendet werden. Die Tonhöhe kann so durch den ersten Tonhöhendetektions-Prozeß ermittelt werden, wenn nächste ähnliche Daten eingegeben werden. Nach der Durchführung dieser Prozesse, schreitet die Bearbeitung zu Schritt S100 fort, in welchem der ähnliche Prozeß für die restlichen Saiten ausgeführt wird.
Der erste Tonhöhendetektions-Prozeß ist in Fig. 10 gezeigt. Die in Fig. 6B gezeigte Datenbearbeitung wird in diesem Prozeß durchgeführt. In Schritt S200 wird ein Impuls oder Scheitelwert aus dem Eingabeschwingungswellensignal ermittelt. Wenn der Impuls festgestellt ist, ist das Ergebnis dieses Schritts S200 "JA", um dabei zu Schritt S210 abzuzweigen, in welchem die Scheitelwertzeitpunkte der sukzessiv ermittelten Impulse zu dem neuronalen Netzwerk 15 eingegeben werden, wie in Fig. 6B gezeigt. In Schritt S220 wird geprüft, ob beide Kennzeichen, die jeweils die Tonhöhendatenausgabe und die Anreißstellendatenausgabe kennzeichnen, auf "1" geschaltet sind. Bei "JA" schreitet die Bearbeitung zu Schritt S230 fort. In Schritt S230 werden die Tonhöhe und die Anreißstelle aktuell berechnet. In Schritt S240 werden dann die berechneten Tonhöhen- und Anreißstellendaten zu dem Vergleichsprozeß in Schritt S60 geliefert.
Die Impulsdetektion in Schritt S200 wird wiederholt bis ein Impuls tatsächlich festgestellt wird. Bei einer "NEIN"-Entscheidung in Schritt S220 zweigt die Bearbeitung zu S250 ab, in welchem geprüft wird, eine 110%-Zeitdauer der Schwingungsperiode der freischwingenden Saite von dem Beginn des Schritts S200 vergangen ist. Diese Überprüfung wird durch Überwachen einer Ausgabe eines Zeitgebers durchgeführt, der zu Beginn des ersten Tonhöhendetektions-Prozesses zurückgestellt wurde. Wenn die Zeit in Schritt S250 vergangen ist, wird der Ausfall der ersten Tonhöhendetektion in Schritt S260 dem Vergleichsprozeß des Schritts S60 übermittelt, da der erste Tonhöhendetektions-Prozeß eine Tonhöhe in der ersten Periode der Schwingung ermitteln sollte. Die Detektionszeit überschreitet nie die Schwingungsperiode der freischwingenden Saite, daher kann gefolgert werden, das die Tonhöhendetektion durch den ersten Tonhöhendetektor ausgefallen ist, wenn die 110%-Zeitdauer der Schwingungsperiode der freischwingenden Saite vergangen ist. Wenn das 110%-Zeitintervall noch nicht vergangen ist, kehrt die Bearbeitung zu Schritt S200 für die nächste Impulsdetektion zurück und der Zeitgeber wird zurückgestellt. Nachdem die vorher beschriebene erste Tonhöhendetektions- Bearbeitung beendet ist, wird der Vergleich in Schritt S60 gestartet.
Der zweite Tonhöhendetektions-Prozeß ist in einem Flußdiagramm von Fig. 11 gezeigt. Beim Einleiten der zweiten Tonhöhendetektion werden unnötige Frequenzkomponenten durch Anwenden eines Tiefpaß-Filterprozesses auf das Eingabeschwingungssignal in Schritt S300 entfernt. Dann wird ein Nulldurchgang des Eingabeschwingungssignals in Schritt S310 ermittelt. Wenn der Nulldurchgang ermittelt ist, wird der in Fig. 8B gezeigte Interpolationsprozeß in Schritt S320 durchgeführt, um den genauen Nulldurchgangspunkt zu bestimmen. Zudem werden in Schritt S330 die Steilheitsdaten hinsichtlich des Winkels berechnet, mit welchem die Schwingungswellenform die Zeitachse in Schritt S330 kreuzt. In Schritt S340 wird die Polarität der berechneten Steilheitdaten geprüft. Wenn die Steilheitsdaten positiv sind, wird der Koeffizient F1 mit den Hülkurvendaten ENV1 multipliziert, um neue Hüllkurvendaten ENV1 in Schritt S350 abzuleiten. In Schritt S360 wird ferner geprüft, ob der Wert der Steilheitsdaten D die berechneten Hüllkurvendaten ENV1 überschreitet oder nicht. Wenn das Ergebnis dieser Überprüfung "JA" ist, werden die Steilheitsdaten D auf einen neuen Hüllkurvendatenwert ENV1 in Schritt S370 zur Verwendung in einer nächsten Schleife eingestellt. Wenn der Wert der Steilheitsdaten D die Hüllkurvendaten ENV1 nicht überschreitet ("NEIN"-Ergebnis in Schritt S360), kehrt die Bearbeitung zu Schritt S310 zurück, in welchem der Steilheitsdatenwert D bei dem nächsten Nulldurchgang berechnet wird und die Steilheitsdaten D werden wieder mit den Hüllkurvendaten ENV1 in Schritt S360 verglichen. Diese Bearbeitungen sind in Fig. 7B, 7C und 7D gezeigt. Nachdem der Prozeß in Schritt S370 fertiggestellt ist, wird ein neuer Hüllkurvendatenwert ENV2 durch Multiplizieren des Koeffizienten F2 mit einem alten ENV2 in Schritt S380 berechnet. In Schritt S390 wird dann geprüft, ob der Wert der Steilheitsdaten D die berechneten Hüllkurvendaten ENV2 überschreitet oder nicht. Wenn das Ergebnis dieser Überprüfung "JA" ist, wird der Steilheitsdatenwert D auf einen neuen Hüllkurvendatenwert ENV2 in Schritt S400 zur Verwendung in einer nächsten Schleife eingestellt. In Schritt S410 werden der ermittelte Nulldurchgangspunkt und die Hüllkurvendaten ENV2 in einem Speicher gespeichert. In diesem Fall ist der Hüllkurvendatenwert ENV2 äqwivalent zu dem Steilheitsdatenwert D. Dieser Prozeß ist in Fig. 7E und 7F gezeigt. In Schritt S420 wird dann, wenn zwei oder mehrere Daten gespeichert sind, die Tonhöhe durch Messen der Zwischenintervalle zwischen den Nulldurchgangspunkten berechnet und ausgegeben. Wenn die gespeicherten Nulldurchgangspunkte gerade zwei sind, bedeutet das, dass die Tonhöhe in einer Periode der Saitenschwingung ermittelt ist. Die Detektionzuverlässigkeit ist in der Anfangsphase des Detektionsvorgangs gering, daher ist es wünschenswert, die Ausgabe zurückzustellen, um einen genaueren Datenprozeß, wie beispielsweise eine gemittelte Berechnung, zu erreichen.
Wenn der Wert der Steilheitsdaten D die Hüllkurvendaten ENV2 nicht überschreitet ("NEIN"-Ergebnis in Schrift S390), kehrt die Verarbeitung zu Schritt S310 zurück, in welchem der Steilheitsdatenwert D bei dem nächsten Nulldurchgang bearbeitet wird, wie es vorhergehend unter Bezugnahme auf Fig. 7B, 7C und 7D beschrieben wurde. Dann werden Schritte S380 bis S400 wieder alle durchgeführt. Wenn festgestellt wurde, dass die Steilheitsdaten D negativ sind, wird die Bearbeitung ähnlich der der Schritte S350 bis S420 in Schritt S430 ausgeführt und der Tonhöhendatenwert wird ausgegeben. Die Tonhöhendaten, die von den positiven und negativen Steilheitsdaten D abgeleitet werden, werden somit in Schritt S440 verglichen und der Tonhöhendatenwert, der dem größeren Steilheitsdatenwert entspricht, wird für die endgültige Ausgabe ausgewählt. Die genauen Tonhöhendaten können so durch den zweiten Tonhöhendetektor ermittelt werden.
Der Quantisierungsprozeß in Schritt S80 wird nachfolgend im Detail erklärt. Die Tonhöhenverschiebung oder der Tonhöhenübergang nach Zupfen einer Saite der Gitarre ist in Fig. 12 gezeigt. Wie in dieser Figur veranschaulicht, fällt die Tonhöhe allmählich nach dem Zupfen bei einem Ton-EIN-Ereignis und schließlich wird die Tonhöhe bei einem bestimmten Pegel stabil. Ein Pegel Q in der Figur bezeichnet eine reguläre Tonhöhe und Q + 1 und Q - 1 bezeichnen jeweils einen halben (Halbton)- Schritt höhere und tiefere Tonhöhen. Bei dem aktuellen Spiel, insbesondere beim Durchführen einer Akkordänderung, kann der Finger sich in der zu der Saite senkrechten Richtung verschieben. In dieser Situation verschiebt sich die Tonhöhe in der stabilen Phase von Q, wie es in Fig. 12 gezeigt ist. So wird ein Bereich Q ± d einschließlich der Tonhöhe Q als der mittlere Pegel zu dem normalen Wert Q quantisiert. Diese Art von Prozeß bezeichnet man Quantisierung.
Die herkömmliche Tonhöhen-Quantisierung ist in Fig. 14 dargestellt, wobei der Tonhöhendetektor die Tonhöhendaten ausgibt und in Schritt S500 wird der Quantisierungs-Modus geprüft, ob er "EIN" oder "AUS" ist. Der Quantisierung-Modus kann gemäß dem Wunsch des Anwenders eingestellt werden. Wenn der Anwender den Modus auf "AUS" einstellt, zweigt die Bearbeitung zu Schritt S520 ab, in welchem die Eingabe-Tonhöhendaten in MIDI-Daten zur Ausgabe umgesetzt werden. Wenn andererseits der Quantisierungs-Modus auf "EIN" ist, zweigt die Bearbeitung zu Schritt S510, in welchem der eingegebene Tonhöhendatenwert zu einem Wert 0,5 addiert wird und dann der ganzzahlige Teil des Additionsergebnisses als ein Tonhöhendatenwert P ausgegeben wird. Der Wert "0,5" bedeutet hier die Hälfte eines Halbtons (Viertelton). Die Quantisierung wird aktuell in diesem Schritt S510 ausgeführt. In Schritt S520 wird der Tonhöhendatenwert in das MIDI-Datenformat konvertiert und der hergeleitete MIDI-Datenwert wird ausgegeben.
Bei der herkömmlichen Quantisierung wird der Tonhöhenabfall in der "Einschwingphase"-Phase unmittelbar nach einem Zupfen bei dem Ton-EIN-Ereignis, was nur für Gitarren gilt, durch den Quantisierungsprozeß ausgeschaltet. Dies ist vom Standpunkt der Praxis gesehen nicht wünschenswert. Bei der vorliegenden Erfindung wird der Quantisierungsprozeß daher mit 40 msec Verzögerung nach dem Ton-EIN-Ereignis eingeleitet, um das Tonhöhenabfall-Phänomen zu erhalten. Dieses Vorgehen ist in Fig. 13 dargestellt, wobei die Quantisierung mit etwas Interpolation ausgeführt ist, um eine sanfte Verschiebung zu dem regulären Tonhöhenpegel Q zu erreichen. Ansonsten könnte die Tonhöhe sich stufenweise bei Beginn der Quantisierung ändern. Der daraus resultierende endgültige Tonhöhendatenwert wird in MIDI-Daten zur Ausgabe konvertiert. Die voreingestellte Verzögerung beim Quantisieren ist nicht auf 40 msec eingeschränkt und sie kann 20 bis 100 msec sein.
Die vorher beschriebene Quantisierung verbessert den Ton der "Einschwing"-Phase. Wenn die Quantisierung jedoch auch dann ausgeführt wird, wenn der Spieler gewollt ein Biegen oder Drosseln der Saite durchführt, wird die Tonhöhe stufenweise geändert aufgrund der Quantisierung und der Ton kann unnatürlich klingen. Es ist somit ratsam, die Quantisierung auszuschalten, wenn das Saiten-Biegen durchgeführt wird, wie es in Fig. 15 gezeigt ist, wo der Spieler das Saiten-Biegen nach dem Ton-EIN durchführt. In diesem Fall kann die natürliche Tonhöhenänderung wiedergegeben werden, aber die Tonhöhe kann nicht korrigiert werden, falls der ungewollte unreine Griff auftritt. Wenn die Tonhöhe nicht stabil ist, ist es schwierig einen Akkord zu spielen.
Dieses Problem kann gelöst werden, wie in Fig. 16 dargestellt. Bis zur Ausführung der Änderung ist die Steuerung die gleiche wie in dem Fall von Fig. 13, bei dem die Quantisierung etwa 40 msec nach dem Ton-EIN gestartet wird. Die Tonhöhenkorrektur durch die Interpolation wird auch freigegeben, um die Tonhöhe auf den regulären Wert Q abzustimmen. Zudem wird eine Tonhöhenabweichung über den Bereich Q±d als die gewollte Tonhöhenänderung festgestellt, um die Quantisierung abzuschalten und die Tonhöhendaten auszugeben, so wie sie sind. Danach wird, wenn die Tonhöhe in den Bereich Q±d zurückkehrt, die Tonhöhenquantisierung nach etwa 220 msec Verzögerung eingeschaltet. Die Tonhöhenkorrektur mit der Interpolation wird auch in dieser Bearbeitung freigegeben, um zu verhindern, dass die Tonhöhendaten stufenweise variieren. Auf diese Weise können natürliche Tonhöhendaten bei der Tonhöhenänderung hergeleitet werden.
Der vorher beschriebene automatische Quantisierungsprozeß ist in Fig. 17 dargestellt. In einem Flußdiagramm gibt der Tonhöhendetektor die Tonhöhendaten aus. Der Quantisierungs-Modus wird geprüft, ob er auf "EIN", "AUS" oder "AUTO" in Schritt S550 ist. Der Quantisierungs-Modus kann entsprechend der Preferenz des Anwenders eingestellt werden. Wenn der Anwender den Modus auf "AUS" einstellt, schreitet die Bearbeitung zu Schritt S590 fort, in welchem der Eingabe- Tonhöhendatenwert in MIDI-Daten zur Ausgabe konvertiert wird. Wenn andererseits der Quantisierungs-Modus auf "EIN" eingestellt ist, schreitet die Bearbeitung zu Schritt S570 fort, in welchem der Eingabe-Tonhöhendatenwert mit einem Wert 0,5 addiert wird und dann wird der ganzahlige Teil des Additionsergebnisses als quantisierte Tonhöhendaten P ausgegeben. Der Wert "0,5" entspricht hier der Hälfte des Halbtons (Viertelton). Die Quantisierung wird aktuell in diesem Schritt S570 ausgeführt. Nach der Glättungs-Interpolation durch einen Interpolator in Schritt S580, wird der Tonhöhendatenwert in das MIDI-Datenformat konvertiert und der abgeleitete MIDI-Datenwert wird in Schritt S590 ausgegeben. Wenn der Quantisierungs-Modus auf "AUTO" eingestellt ist, ermittelt ein Tonhöhenänderungs- Detektor ein Vorhandsein irgendeiner Tonhöhenänderung in Schritt S560. Wenn die Tonhöhe in den Bereich Q±d zurückkehrt, ist das Ergebnis dieser Ermittlung "NEIN", so dass die Quantisierung von Schritt S570 ausgeführt wird. Wenn sich andererseits die Tonhöhe über den Bereich Q±d ändert, ist das Ergebnis der Tonhöhenänderungsermittlung "JA" und die automatische Quantisierungs-Bearbeitung wird, wie in Fig. 16 dargestellt, ausgeführt.
Der Tonhöhenänderungsdetektions-Prozeß in Schritt S560 ist in einem Flußdiagramm von Fig. 18 veranschaulicht. Jedes Anzupfen (Ton-EIN) wird in Schritt S20 aus Fig. 9 festgestellt und die Tonhöhe wird sukzessiv durch den Vergleichsprozeß in Schritt S60 aus Fig. 9 ermittelt. In Schritt S600 wird geprüft, ob das festgestellt Anzupfen neu ist oder nicht. Wenn es sich um ein neues Anzupfen handelt, schreitet die Bearbeitung zu Schritt S610 fort, wobei 40 msec in einem Zeitgeber eingestellt werden. Der Tonhöhendatenwert wird mit Pegeln von Q + d bzw. Q - d verglichen, um die Tonhöhenabweichung über den Bereich Q±d in Schritt S620 festzustellen. Wenn der Tonhöhendatenwert innerhalb des Bereichs Q±d liegt, hat die Überprüfung ein "NEIN" zur Folge, um dabei zu Schritt S660 fortzuschreiten, in welchem das Ein- oder Ausschalten des Zeitgebers überprüft wird. Wenn es unmittelbar nach dem Einschalten des Zeitgebers ist, hat die Überprüfung ein "JA" zur Folge, um den Quantisierungsprozeß zu sperren. Somit wird während der 40 msec-Periode unmittelbar nach dem Ton-EIN, der Quantisierungsprozeß gesperrt, so dass der Tonhöhendatenwert in der Anfangseinschwingphase ausgegeben wird, so wie er ist. Nachdem die 40 msec-Periode vergangen ist, wird der Zeitgeber ausgeschaltet. Die Überprüfung in Schritt S660 hat ein "NEIN" zur Folge, so dass der Quantisierungsprozeß für die Tonhöhenquantisierung eingeschaltet wird. Wenn der Spieler unter diesen Bedingungen die Saite biegt oder drosselt, verschiebt sich der Tonhöhendatenwert aus dem Bereich Q±d. Die Überprüfung von Schritt S620 hat ein "JA" zur Folge und dann wird das Ausschalten des Zeitgebers in Schritt S630 überprüft. In diesem Fall ist der Zeitgeber nicht eingeschaltet, so dass die Überprüfung von Schritt S630 "JA" zur Folge hat. Dann wird die Interpolation in Schritt S640 ausgeführt. Bei dieser Glättungs-Interpolation wird eine Korrektur ausgeführt, die durch
P = Q + (P - Q)/2
repräsentiert ist, wenn die Tonhöhendaten P bereits auf den regulären Wert Q quantisiert sind. Nach der Interpolation wird der Zeitgeber auf 220 msec in Schritt S650 gesetzt. In dem folgenden Schritt S660 wird ermittelt, dass der Zeitgeber eingeschaltet ist, so dass der Quantisierungsprozeß gesperrt wird. Wie bereits beschrieben wird, wenn die Tonhöhenänderung für den Tonhöhendatenwert P (Schritt S620) festgestellt wird, der Quantisierungsprozeß gesperrt und der eingegebene Tonhöhendatenwert wird ausgegeben, so wie er ist. Bei dem nächsten Zeitpunkt, in welchem der Tonhöhenänderungs-Detektionsprozeß ausgeführt wird, hat die Überprüfung von Schritt S630 "NEIN" zur Folge und somit wird der Zeitgeber wieder auf 220 msec eingestellt. Wenn dann ermittelt wird, dass der Tonhöhendatenwert wieder in den Bereich Q±d zurückkehrt in Schritt S620, hat die Überprüfung von Schritt S660 nach der 220 msec-Zählung des Zeitgebers "NEIN" zur Folge, so dass die Quantisierung freigegeben wird. Der in Fig. 17 gezeigte Quantisierungsprozeß wird daher in Schritt S570 ausgeführt und dann wird der Glättungs-Interpolationsprozeß in Schritt S580 durchgeführt, so dass der in die MIDI-Daten konvertierte Tonhöhendatenwert ausgegeben wird.
Durch die vorhergehend beschriebene Datenbearbeitung können die genauen Tonhöhendaten mit hoher Geschwindigkeit hergeleitet werden. Die 40 msec-Periode, auf die der Zeitgeber beim Ton-EIN in Fig. 18 eingestellt wird, kann auf 20 bis 100 msec geändert werden, während die 220 msec-Periode, auf die der Zeitgeber bei der Tonhöhenänderungsdetektion eingestellt ist, auf einen Bereich von 100 bis 1000 msec modifiziert werden kann. In der vorhergehenden Beschreibung wird die Gitarre mit Stahlsaiten vorausgesetzt. Die Saite kann jedoch auch aus Nylon bestehen. Der Aufnehmer zum Ermitteln der Saitenschwingung kann von anderer Art sein, wie beispielsweise ein Piezo-Aufnehmer, der im Steg des Instruments angebracht ist. Der erste Tonhöhendetektor zum Ermitteln der Tonhöhe mit hoher Geschwindigkeit kann von anderer Art sein, die kein neuronales Netzwerk verwendet und das Ermittlungsergebnis kann unmittelbar nach jedem Schwingungseingabesignal ausgegeben werden. Bei der vorherigen Erläuterung wird die Tonhöhe der Saitenschwingung festgestellt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Umfang eingeschränkt und kann auf irgendwelche andere Tonhöhendetektions-Prozesse an einer externen Stimme und einem externem Klang angewendet werden. Die Erfindung des Verfahrens zur Tonhöhenerkennung kann erste und zweite Tonhöhendetektoren verschiedener Arten verwenden, wobei spezifische Verfahren verwendet werden, wie beispielsweise ein Autokorrelationsverfahren und andere Nulldurchgangs-Detektionsverfahren.
Fig. 19 zeigt eine andere Ausführungsform des erfinderischen elektronischen Musikinstruments. Diese Ausführungsform weist grundsätzlich den gleichen Aufbau auf wie die in Fig. 3 gezeigte frühere Ausführungsform. Daher sind entsprechende Blöcke mit den gleichen Bezugsnummern bezeichnet wie die der früheren Ausführungsform, um das Verständnis dieser Ausführungsform zu erleichtern. Das elektronische Musikinstrument wird durch ein Computersystem implementiert, in welchem alle funktionelle Blöcke mit Ausnahme des akustischen Musikinstruments, wie beispielsweise der Gitarre, zusammen in Form von Software-Modulen integriert sind und durch die Steuereinheit 21, die aus einer CPU besteht, über einen Systembus (nicht gezeigt) gesteuert werden. Das System wird nach einem Anwendungsprogramm betrieben, das in die Steuereinheit 21 mittels eines maschinenlesbaren Mediums 25, wie beispielsweise einer optischen Speicherscheibe und einer magnetischen Speicherscheibe, geladen wird.
Bei dem erfinderischen elektronischen Musikinstrument mit dem manuell bedienbaren akustischen Instrument zum Einleiten einer Schallschwingung, wie beispielsweise der Gitarre 1, und dem auf die Schallschwingung ansprechenden Tongenerator 20 zum Erzeugen eines Musiktons mit einer Tonhöhe, die der der Schallschwingung entspricht, enthält das maschinenlesbare Medium 25 Befehle, das elektronische Musikinstrument zur Durchführung des folgenden Tonhöhen-Erkennungsverfahrens zu veranlassen. Der Aufnehmer 3 ist wirksam zum Aufnehmen der Schallschwingung, um diese in ein Wellenformsignal zu konvertieren. Der erste Detektor 13 ist entsprechend einem schnellen Algorithmus zur Bearbeitung des Wellenformsignals wirksam, so dass eine erste Ausgabe, die für die Tonhöhe der Schallschwingung repräsentativ ist, empfindlich erzeugt wird. Der zweite Detektor 12 ist parallel zu dem ersten Detektor 13 zur Bearbeitung des gleichen Wellenformsignals entsprechend eines langsamen Algorithmus wirksam, so dass eine zweite Ausgabe, die für die Tonhöhe der Schallschwingung repräsentativ ist, stabil erzeugt wird. Der Selektor in Form des Vergleichers 17 ist zum selektiven Eingeben einer der ersten Ausgabe und der zweiten Ausgabe in den Tongenerator 20 wirksam, so dass der erste Detektor 13 und der zweite Detektor 12 komplementär miteinander zusammenwirken können, um eine empfindliche und stabile Ermittlung der Tonhöhe der Schallschwingung sicherzustellen. Der erste Detektor 13 wird zum Berechnen eines Zeitintervalls zwischen zwei Scheitelwerten, die aufeinanderfolgend in dem Wellenformsignal enthalten sind, gemäß dem schnellen Algorithmus betrieben, um so die Tonhöhe grob zu ermitteln, während der zweite Detekor 12 zum Berechnen eines Mittelwertes von Zeitintervallen zwischen drei oder mehreren Scheitelwerten, die in dem Wellenformsignal aufeinanderfolgend enthalten sind, gemäß dem langsamen Algorithmus betrieben wird, um so die Tonhöhe fein zu ermitteln. Der Selektor 17 ist während einer Anfangsperiode, unmittelbar nachdem die Schallschwingung eingeleitet ist, zum Auswählen der ersten Ausgabe wirksam und ist, nachdem die Anfangsperiode vorüber ist, zum Auswählen der zweiten Ausgabe wirksam. Der Selektor 17 wird zum Umschalten von der ersten Ausgabe auf die zweite Ausgabe betrieben, wenn der zweite Detektor 12 nachfolgend wirksam wird, um die zweite Ausgabe zu erzeugen, nachdem der erste Detektor 13 vorhergehend wirksam ist, um die erste Ausgabe zu erzeugen. Der Selektor 17 ist wirksam, wenn der erste Detektor 13 bei der Erzeugung der ersten Ausgabe ausfällt, zum Auswählen der zweiten Ausgabe anstelle der ausgefallenen ersten Ausgabe. Der erste Detektor 13 betreibt das neuronale Netzwerk 15 zum Lernen der Bearbeitung des Wellenformsignals entsprechend einer Lehrinformation, um die Ermittlung der Tonhöhe zu verbessern, und der Selektor 17 ist wirksam, wenn der erste Detektor 13 nicht gut arbeitet, um die zweite Ausgabe als die Lehrinformation für den ersten Detektor 13 bereitzustellen.
Der Variationsdetektor in der Steuereinheit 21, der entweder mit dem ersten Detektor 13 oder dem zweiten Detektor 12 verbunden ist, ist zum Feststellen einer Variation der Tonhöhe der Schallschwingung wirksam. Der Quantisierer 18, der zwischen den Selektor 17 und den Tongenerator 20 geschaltet ist, ist wirksam, wenn die festgestellte Variation in einen vorgegebenen Bereich fällt, zum Quantisieren der einen ausgewählten der ersten Ausgabe und der zweiten Ausgabe, um eine ungewollte Schwankung der Schallschwingung zu entfernen. Die Steuereinheit 21 ist wirksam, wenn die festgestellte Variation außerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, zum Sperren des Quantisierers 18, um die eine ausgewählte der ersten Ausgabe und der zweiten Ausgabe, so wie sie ist, in den Tongenerator 20 einzuspeisen, um dadurch eine gewollte Abweichung der Schallschwingung vorzubehalten. Der Quantisierer 18 ist zur Quantisierung der einen ausgewählten der ersten und der zweiten Ausgabe wirksam, um die Tonhöhe des Musiktons zu fixieren, so dass eine Schwankung der Schallschwingung entfernt wird. Die Steuereinheit 21 ist während einer Anfangsperiode beim Einleiten der Schallschwingung wirksam, zur Unterdrückung des Quantisierers 18, um die eine ausgewählte der ersten Ausgabe und der zweiten Ausgabe, so wie sie ist, in den Tongenerator 20 einzuspeisen, so dass der Musikton einen Einschwingteil der Schallschwing vorbehält. Sowohl der erste Detektor 13 als auch der zweite Detektor 12 sind zur Ermittlung der Tonhöhe der Schallschwingung wirksam, die durch Zupfen eines akustischen Saiteninstruments an einer variablen Anreißstelle eingeleitet wird, und zur Ermittlung der Anreißstelle entsprechend dem Wellenformsignal, so dass ein Timbre eines Musiktons entsprechend der ermittelten Anreißstelle gesteuert werden kann.
Bei dem erfinderischen elektronischen Musikinstrument mit dem an einer variablen Anreißstelle manuell bedienbaren Saiteninstrument 1 zum Einleiten einer Schallschwingung und dem auf die Schallschwingung ansprechenden Tongenerator 20 zum Erzeugen eines Musiktons mit einem variablen Timbre in Abhängigkeit von der variablen Anreißstelle, enthält das maschinenlesbare Medium 25 Befehle, das elektronische Musikinstrument zur Durchführung des folgenden Anreißstellen- Erkennungsverfahrens zu veranlassen. Der Aufnehmer 3 ist wirksam, um die Schallschwingung aufzunehmen, um diese in ein Wellenformsignal zu konvertieren, welches ein Paar von Scheitelwerten aufweist, die mit einem variablen Zeitintervall abhängig von der Anreißstelle verteilt sind. Der erste Tonhöhendetektor 13 ist zur Bearbeitung des Wellenformsignals wirksam, um das Zeitintervall zwischen dem Paar der Scheitelwerte zu messen, um so die Anreißstelle zu ermitteln. Die Steuereinheit 21 ist zum Steuern des Tongenerators 20 entsprechend der ermittelten Anreißstelle wirksam, um das Timbre des Tongenerator 20 im Ansprechen auf dis Anreißstelle zu ändern.
Bei dem erfinderischen elektronischen Musikinstrument mit dem manuell bedienbaren akustischen Instrument 1 zum Einleiten einer Schallschwingung und dem auf die Schallschwingung ansprechenden Tongenerator 20 zum Erzeugen eines Musiktons mit einer Tonhöhe, die der der Schallschwingung entspricht, enthält das maschinenlesbare Medium 25 Befehle, das elektronische Musikinstrument zur Durchführung des folgenden Tonhöhen-Erkennungsverfahrens zu veranlassen. Der Aufnehmer 3 ist wirksam zum Aufnehmen der Schallschwingung, um diese in ein Wellenformsignal zu konvertieren. Der Detektor 13 ist wirksam zum Bearbeiten des Wellenformsignals, um eine Tonhöhe der Schallschwingung sukzessiv zu ermitteln. Der Quantisierer 18 ist wirksam zum sukzessiven Quantisieren der ermittelten Tonhöhe und zum Eingeben der quantisierten Tonhöhe in den Tongenerator 20, so dass der Tongenerator 20 den Musikton mit der sukzessiv quantisierten Tonhöhe erzeugen kann. Die Steuereinheit 21 ist in Abhängigkeit einer spezifischen Bedingung der Schallschwingung zum temporären Sperren des Quantisierers 18 wirksam, um so die ermittelte Tonhöhe, so wie sie ist, in den Tongenerator 20 einzugeben, so dass der erzeugte Musikton die ermittelte Tonhöhe, welche die spezifische Bedingung der Schallschwingung wiedergibt, temporär beibehält. Die Steuereinheit 21 ist zum Feststellen der Variation der sukzessiv ermittelten Tonhöhe wirksam. Die Steuereinheit 21 ist wirksam, wenn die festgestellte Variation unter Normalbedingung in einen vorgegebenen Bereich fällt, zum Freigeben des Quantisierers 18 und ist wirksam, wenn die festgestellte Variation unter einer spezifischen Bedingung aus dem vorgegebenen Bereich herausfällt, zum Sperren des Quantisierers 18. Die Steuereinheit 21 ist während der Anfangsperiode vom Beginn der Schallschwingung wirksam zum Sperren des Quantisierers 18, und ist wirksam, nachdem die Anfangsperiode vorüber ist, zum Freigeben des Quantisierers 18.
Wie im vorhergehenden beschrieben wurde, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Spielposition, an der die Saite gezupft wird, durch Messen des Zeitintervalls zwischen intermittierenden Schwingungsimpulsen, die sich auf der Saite fortpflanzen, zu ermitteln. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der erste Tonhöhendetektor wirksam, um die Tonhöhe des Eingabeschwingungssignals mit hoher Geschwindigkeit zu ermitteln, und der zweite Tonhöhendetektor ist wirksam, um die Tonhöhe des gleichen Eingabeschwingungssignals mit einem Tonhöhendetektions- Algorithmus zu ermitteln, der unterschiedlich zu dem des ersten Tonhöhendetektors ist. Diese ersten und zweiten Tonhöhendetektoren können komplementär miteinander zusammenwirken. So kann eine genaue Tonhöhe mit hoher Geschwindigkeit ermittelt werden. Nach der vorliegenden Erfindung wird der Tonhöhenquantisierer zudem gesteuert, die Tonhöhenquantisierung zu stoppen, falls die Tonhöhenänderung festgestellt wird. Der Spieler führt daher die Tonhöhenänderung durch, so dass die durch die Tonhöhenänderung bewirkte Tonhöhe ausgegeben werden kann, so wie sie ist. Die genaue Tonhöhe kann zudem hergeleitet werden, sogar wenn die gegriffene Position auf der Saite von der regulären Position abweicht.

Claims

1. Tonhöhen-Erkennungsgerät für ein elektronisches Musikinstrument mit einem manuell bedienbaren akustischen Instrument (1) zum Einleiten einer Schallschwingung und einem auf die Schallschwingung ansprechenden Tongenerator (20) zum Erzeugen eines Musiktons mit einer Tonhöhe, die derjenigen der Schallschwingung entspricht, das folgendes aufweist:

Aufnehmermittel (2, 3) zum Aufnehmen der Schallschwingung, um diese in ein Wellenformsignal zu konvertieren;

Detektormittel (12, 13) zum Bearbeiten des Wellenformsignals, um eine Tonhöhe der Schallschwingung sukzessiv zu ermitteln;

Quantisiermittel (18) zum sukzessiven Quantisieren der ermittelten Tonhöhe und zum Eingeben der quantisierten Tonhöhe in den Tongenerator (20), so dass der Tongenerator den Musikton mit der sukzessiv quantisierten Tonhöhe erzeugen kann; und

Steuermittel (21), die in Abhängigkeit von einer spezifischen Bedingung der Schallschwingung zum temporären Sperren der Quantisiermittel (18) wirksam sind, um so die ermittelte Tonhöhe, so wie sie ist, in den Tongenerator (20) einzugeben, so dass der erzeugte Musikton die ermittelte Tonhöhe, die die spezifischen Bedingung der Schallschwingung wiedergibt, temporär beibehält.

2. Tonhöhen-Erkennungsgerät nach Anspruch 1, bei dem die Steuermittel (21) Mittel zum Feststellen einer Variation der sukzessiv ermittelten Tonhöhe und Mittel aufweisen, die wirksam sind, wenn die festgestellte Variation unter einer Normalbedingung in einen vorgegebenen Bereich fällt, zur Freigabe der Quantisiermittel (18), und die wirksam sind, wenn die ermittelte Variation unter einer spezifischen Bedingung aus dem vorgegebenen Bereich herausfällt, zum Sperren der Quantisiermittel (18).

3. Tonhöhen-Erkennungsgerät nach Anspruch 1, bei dem die Steuermittel (21) Mittel aufweisen, die während einer Anfangsperiode von dem Beginn der Schallschwingung wirksam sind, zum Sperren der Quantisiermittel (18), und die wirksam sind, nachdem die die Anfangsperiode vorüber ist, zum Freigeben der Quantisiermittel (18).

4. Verfahren zur Tonhöhen-Erkennung für ein elektronisches Musikinstrument mit einem manuell bedienbaren akustischen Instrument (1) zum Einleiten einer Schallschwingung und einem auf die Schallschwingung ansprechenden Tongenerator (20) zum Erzeugen eines Musiktons mit einer Tonhöhe, die derjenigen der Schallschwingung entspricht, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Aufnehmen der Schallschwingung, um diese in ein Wellenformsignal zu konvertieren;

Bearbeiten des Wellenformsignals, um eine Tonhöhe der Schallschwingung sukzessiv zu ermitteln;

Betreiben eines Quantisierers (18) zum sukzessiven Quantisieren der ermittelten Tonhöhe und zum Eingeben der quantisierten Tonhöhe in einen Tongenerator (20), so dass der Tongenerator den Musikton mit der sukzessiv quantisierten Tonhöhe erzeugen kann; und

Betreiben einer Steuereinheit (21) abhängig von einer spezifischen Bedingung der Schallschwingung zum temporären Sperren des Quantisierers (18), um so die ermittelte Tonhöhe, so wie sie ist, in den Tongenerator (20) einzugeben, so dass der erzeugte Musikton die ermittelte Tonhöhe, die die spezifische Bedingung der Schallschwingung wiedergibt, temporär beibehält.

5. Verfahren zur Tonhöhen-Erkennung nach Anspruch 4, bei dem der Schritt zum Betreiben der Steuereinheit (21) aufweist, Feststellen einer Variation der sukzessiv ermittelten Tonhöhe, Betreiben der Steuereinheit (21), wenn die festgestellte Variation unter eine Normalbedingung in einen vorgegebenen Bereich fällt, zum Freigeben des Quantisierers (18), und Betreiben der Steuereinheit (21), wenn die festgestellte Variation unter eine spezifische Bedingung aus dem vorgegebenen Bereich herausfällt, zum Sperren des Quantisierers (18).

6. Verfahren zur Tonhöhen-Erkennung nach Anspruch 4, bei dem der Schritt zum Betreiben der Steuereinheit (21) aufweist, Betreiben der Steuereinheit während einer Anfangsperiode von dem Beginn der Schallschwingung an zum Sperren des Quantisierers (18) und Betreiben der Steuereinheit (21), nachdem die Anfangsperiode vorüber ist, zum Freigeben des Quantisierers (18).

7. Maschinenlesbares Medium für ein elektronisches Musikinstrument mit einem manuell bedienbaren akustischen Instrument (1) zum Einleiten einer Schallschwingung und einem auf die Schallschwingung ansprechenden Tongenerator (20) zum Erzeugen eines Musiktons mit einer Tonhöhe, die derjenigen der Schallschwingung entspricht, wobei das maschinenlesbare Medium (25) durch das elektronische Musikinstrument ausführbare Befehle enthält, um zu veranlassen, dass das elektronische Musikinstrument eine Tonhöhen-Erkennungsoperation durchführt, welche die folgenden Schritte aufweist:

8. Maschinenlesbares Medium nach Anspruch 7, bei dem der Schritt des zum Betreiben der Steuereinheit (21) aufweist, Feststellen einer Variation der sukzessiv ermittelten Tonhöhe, Betreiben der Steuereinheit (21), wenn die festgestellte Variation unter eine Normalbedingung in einen vorgegebenen Bereich fällt, zum Freigeben des Quantisierers (18), und Betreiben der Steuereinheit (21), wenn die festgestellte Variation unter eine spezifische Bedingung aus dem vorgegebenen Bereich herausfällt, zum Sperren des Quantisierers (18).

9. Maschinenlesbares Medium nach Anspruch 7, bei dem der Schritte zum Betreiben der Steuereinheit (21) aufweist, Betreiben der Steuereinheit (21) während einer Anfangsperiode von dem Beginn der Schallschwingung an zum Sperren des Quantisierers (18) und Betreiben der Steuereinheit (21), nachdem die Anfangsperiode vorüber ist, zum Freigeben des Quantisierers (18).