JP2020508495A - フィードバックおよび注入アクチュエータによって増強されるアコースティック楽器 - Google Patents

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Abstract

本発明は、コンピュータ手段により実現される、少なくとも1つのセンサにより出力されるサウンドデータの処理、および、音響的放射構造の、少なくとも1つのアクチュエータの活動化、に関する。センサ(CAP)は、放射構造の振動により出力される音響信号を検知する。放射構造は、コンピュータ手段により制御される、およびかくして、放射構造の振動に関与させられている、少なくとも1つのアクチュエータ(ACT)を支える。特に、方法は、a)アクチュエータ、放射構造、およびセンサ集合体の伝達関数を測定するステップと、b)選択される設定点によって、放射構造を振動させるように、- 測定される伝達関数を考慮して、および、- フィードバックモードにおいてセンサにより検知される音響信号を考慮して、アクチュエータ(ACT)の活動化を制御するステップと、を含む。

Description

本発明は、音響的放射構造を伴う楽器上で検知されるサウンドデータの処理に関する。より詳しくは、楽器の放射構造の、1つまたは複数のアクチュエータに、検知および処理されるサウンドデータから発展させられる信号を供給すること、ならびに、振動性特性、およびとりわけ、楽器により出力されるサウンドを、所望されるサウンドエフェクト(ディレイ、残響、ディストーション、イコライゼーション、その他)によって増強することの見地においての、この供給することが考察される。
例えば、弦楽器は、弦を支えるブリッジに結合される放射構造(響板、および、必要に応じて響胴(sound box))を備える。それゆえに、放射構造を、特定のエフェクト、さらに、ミュージシャンによる演奏によって共振させることが、本発明の範囲の中で提案される。例えば、ディレイの事例において、ミュージシャンは、放射構造が増幅および放散する音符を演奏するが、さらにまた、放射構造上で作用する1つまたは複数のアクチュエータが、引き続いて、ディレイエフェクトをシミュレートするために、振動を構造に付与して、前記音符を、規則的な時間間隔で、振幅の低減を伴って再演奏する。
前記手法は、典型的には、ケーブル(または「ジャック」)を経てアンプに接続されるエレキギター上で演奏することにより、従来の方式で付与されるエフェクトの事例とは異なる。前記事例を例示する図1を参照すると、ギターGUI上に取り付けられる1つまたは複数のセンサMICが、弦の振動信号を検知し、前記信号は、信号の選択される変換(ディレイ、残響、ディストーション、イコライゼーション、「フェイザ」タイプもしくはより低速の「フランジャ」タイプ位相変化、「コーラス」タイプによる周波数のわずかな変化、もしくは、よりはっきりとした「オクターバ」タイプミキシング、「トレモロ」タイプ振幅変調、サウンド振幅変化:動的に(「サステイン」または「コンプレッション」タイプか否か)、または他のもの)を付与するデバイスEFを供給する。前記デバイスEF(「エフェクトペダル」として一般に知られている)は、エフェクトペダルEFにより変換されるサウンド信号を電子的に増幅し放射させるアンプAMPに、従来の方式で接続される。
本発明の趣意の中の手法、楽器の放射構造の事例において、その放射構造(典型的には、例えば、ギターの響胴CAI)は、「エフェクトペダル」タイプデバイスDEVにより変換されるサウンド信号の「ディフューザ」または「ラウドスピーカ」として使用される。
より詳しくは、図2においての例において、1つまたは複数のセンサMICが、ギターの響胴上に(例えば、響孔に)取り付けられる。前記センサは、放射構造のサウンド振動を検知する。前記音響信号に対応するデジタル信号が、デバイスDEVの入力Eとして放出され、そのデバイスDEVは、所望されるエフェクトを付与し、そのデバイスDEVの出力Sにより、響胴CAIに対して付与されるアクチュエータACTを、デバイスDEVのユーザにより選択されるエフェクトによって胴を振動させるように制御する。
一般的には、図2の背景状況において、弦楽器により放射されるサウンドの電子的変換は、今までは、
- センサおよびアクチュエータを前記楽器へと組み込むことと、
- 検知される信号に関する処理を付与することと、
- 前記信号をアクチュエータに戻るように送出することと
からなっていた。
楽器により放射されるサウンドは、かくして、ミュージシャンにより演奏される音響サウンドの、および、デバイスDEVによるその音響サウンドの変換(従来の方式で実行され、図1において例示されるような、検知される信号を増幅チェーン内へと通過させることを必要としない)の総体である。
かくして付与される変換は、一般的には、「フィードフォワード」として注入されるデジタルオーディオエフェクト(残響(または「リバーブ」)、コーラス、ディストーション、イコライゼーション)であり、すなわち、処理は、センサ上の、アクチュエータにより放出されるフィードバックを考慮に入れない。
前記技法によって付与される変換は、所望されるエフェクトを得ない。
デジタルオーディオエフェクトは、不安定性を誘起する(ラーセン効果)。かくして、所望されない周波数が、所望される信号を重ね合わせて聞かれる。
放射されるサウンドは、例えば、別の楽器と、または、図1において例示されるタイプの従来の増幅チェーンにより得られる、その放射されるサウンドと比較して、劣った品質を有する。
前記2つの欠陥は、放射構造の特徴、および/または、弦による励起とのその放射構造の結合の特徴が考慮に入れられないという事実から生起する。さらに言えば、放射構造の振動性特徴は、周波数によって不均等に、アクチュエータにより放出される信号を変換する。このことは、とりわけ、共振モードが振幅修正を周波数ごとに誘起する胴の領域に起因する。前記不均等な特徴は、楽器の製造者により負わされ、弦をはじくことにより楽器が演奏されるときの、その楽器の品質について指示的である。他方で、励起がアクチュエータにより遂行されるとき、このことは、演奏される音符による不均等なサウンド品質を誘起する。加えて、一部の周波数においての弦と胴との間の相当量の結合が、アクチュエータによる放出の後に、センサ上の強いフィードバックを誘起する。前記フィードバックは、胴の共振の周波数およびダンピングを変化させる。前記フィードバックを考慮しないことの事実は、かくして、目標にされるサウンドのエラーの、および不安定性の源である。
本発明は、その状況を改善する。
この目的に対して、本発明は、コンピュータ手段により実現される方法、少なくとも1つのセンサにより出力されるサウンドデータの処理、および、音響的放射構造の、少なくとも1つのアクチュエータの活動化を提案する。センサは、放射構造の振動により出力される音響信号を検知する。放射構造は、上述のコンピュータ手段により制御される、および、放射構造の振動に関与させられている、少なくとも1つのアクチュエータを支える。
特に、方法は、
a)アクチュエータ、放射構造、およびセンサ集合体の伝達関数を測定するステップ、
b)選択される設定点(setpoint)によって、放射構造を振動させるように、
- 測定される伝達関数を考慮して、および、
- フィードバックモードにおいてセンサにより検知される音響信号を考慮して、
アクチュエータの活動化を制御するステップ
を含む。
上述の伝達関数を考慮に入れることは、楽器の振動により為される音響エフェクトを精密に制御することを可能にし、そのことによって、よく知られている「仮想」楽器の(例えば、バイオリンについては、「ストラディバリウス」タイプの品質のものであると認識されるソノリティの)振動性およびサウンド特徴を、現実楽器(それ自体としては、「標準」品質のものである)に与えることが可能になる。
方法の1つの実施形態において、アクチュエータの活動化は、ハイブリッド「フィードバック/フィードフォワード」モードにおいて制御される。
1つのそのような実施形態において、ステップa)において、
- 前記伝達関数は、開ループにおいて測定され、
- その伝達関数から、構造の振動性パラメータが推定されて、フィードバック制御ゲインを計算することができ、これは、図7において例示される方法の例において認められる。
1つの実施形態において、選択される設定点は、サウンド振幅の変化、イコライゼーション、ディレイ、残響、ディストーション、位相変化、周波数変化、振幅変調からの、少なくとも1つのサウンドエフェクト、および、前記サウンドエフェクトの組み合わせの制御を含む。
1つのそのような実施形態において、とりわけ、フィードフォワードタイプゲインが、ステップa)において測定される伝達関数を更新することにより、サウンドエフェクト設定点によって調整され得る。
なおまた、フィードバック制御ゲインが、サウンドエフェクト設定点によって更新され得る。
さらにまた、マイクロホンが、放射構造の近くの空気においての音響圧力を検知するために用意され得る。方法は、次いで、上述のアクチュエータ、放射構造、およびマイクロホン集合体の第2の伝達関数の測定を含み得る。そのような実施形態は、特に、さらには前記第2の伝達関数(さらに論考される図3および図6において参照H2により例示される)によるフィードバック制御ゲインの精緻化された推定を伴って、フィードバック/フィードフォワードモードにおいて制御される、アクチュエータの活動化を可能とする。
かくして、前記実施形態による方法の使用は、上述のコンピュータ手段を、選択される楽器(仮想)の振動性(上述の第1の伝達関数)およびサウンド(上述の第2の伝達関数)の両方の特徴を現実楽器に与えるように構成することからなり得る。
なおまた、サウンドデータの処理は、好ましくは100マイクロ秒より低いレイテンシで、サンプルにより実行され得る。これは典型的には、(アナログ-デジタルコンバータの前、および、デジタル-アナログコンバータの後の)入出力物理的オーディオレイテンシである。
放射構造が弦楽器の響胴を備える、実施形態の1つの例において、上述の伝達関数は、弦がミュートされた様態で測定される。
放射構造が弦楽器の響胴を備える、1つの実施形態において、2つのアクチュエータが、弦を支えるブリッジの両側に配設されて用意される。
本発明の目途は、さらには、コンピュータプログラムであって、前記プログラムがプロセッサにより走らされるときに、上記の方法を実現するための命令を含む、コンピュータプログラムである。さらに論考される図7は、例として、そのようなコンピュータプログラムの可能なアルゴリズムのフローチャートを例示する。
本発明の目途は、さらには、本明細書の後で詳細に説明されるような、上記の方法を実現するために構成される処理回路を備えるデバイスである。
本発明の他の利点および特徴は、本発明の実施形態の例の、後に続く詳細な説明を読むことによって、および、添付される図面の検討によって明らかになるであろう。
エフェクトペダルに接続される楽器、アンプに接続されるそのエフェクトペダルの従来の集合体を例示する図である。 デバイスに接続される、楽器上の、センサの、および、1つまたは複数のアクチュエータの、本発明の趣意の中の集合体を例示する図であり、そのデバイスは、とりわけデバイスのユーザの設定点によって、アクチュエータを管理する。 楽器の音色の変換を例示する図であり、その例示は、ここでは、放射される音響圧力pを修正する単純なフィードフォワードタイプ制御(弦の励起からの1次経路)によるものであり、特に、2次経路(アクチュエータからセンサへの)が、フィードバックの制御がないと不安定性を誘起することがあるということを示すためのものである。 開ループにおいてのセンサとアクチュエータとの間の伝達関数の測定の後に続く、「フィードバック」(FB)タイプ制御の調整を例示する図である。 ミュージシャンにより選択されるエフェクトによる、フィードフォワード(FF)タイプ制御の調整を例示する図である。 ミュージシャンにより選択されるエフェクトの設定点により課されるフィードフォワード制御の新しい値を考慮するために更新される、フィードバック制御の並列調整を例示する図である。 本発明の趣意の中の方法の例のステップを示すフローチャートを例示する図である。 本発明の実現形態に対するデバイスの例を例示する図である。 本発明の趣意の中のデバイスに接続される、ギターに対する装備の有利な実施形態の例を例示する図である。 フィードフォワード制御の見地において、上述の伝達関数H1から決定されるパラメータを得るために、実施形態の1つの例において動作させられる処理を例示する図である。
図9において例示されるように、本発明の趣意の中のデバイスを装備させられるアコースティックギターは、
- ナット(弦を支えるブリッジの下方の部分)の下方の圧電センサCAPと、
- ここではブリッジの各々の側に平行に取り付けられる、1つまたは複数の(例えば、2つの)動電型アクチュエータACTと、
- デバイスDIS(そのデバイスの入力Eによりセンサに、および、そのデバイスの出力Sによりアクチュエータに接続される)と
を用意される。
実施形態の1つの例においてのデバイスDISを詳細に示す図8を参照すると、デバイスは、
- センサに対するプリアンプPRA(デバイスの入力Eを経る)、
- 高速アナログ-デジタルコンバータCAN、
- マイクロコントローラCTL、
- 高速デジタル-アナログコンバータCNA、および、アクチュエータACTを励起するパワーアンプAP(デバイスの出力Sを経る)
を含む。
処理の物理的レイテンシは、数マイクロ秒を上回らない。
かくして、デバイスDISは、実際上は実時間において(入力Eと出力Sとの間で、例えば数マイクロ秒などの、非常に低いレイテンシで)動作する。デバイスDISは、典型的には、
- 本発明の趣意の中のコンピュータプログラムの命令データ(および、必要に応じて、他の非永続的な計算データ)を記憶するメモリMEMと、
- コンピュータプログラムを走らせるためにメモリMEMの中身を読み出し、かくして、サンプルにより実行されるデジタルオーディオ処理アルゴリズムを実現するプロセッサPROCであって、前記アルゴリズムは、本明細書の後で説明されるように得られる、放射構造の特性の推定により性格付けられる、プロセッサPROCと
を含む、マイクロコントローラ、またはより一般的には処理回路CTLを備える。
本発明は、
- センサCAPとアクチュエータACTとの間の伝達関数H1が、図4において例示されるように、開ループにおいて初期に推定され、
- 音響処理(例えば、エフェクト、または、エフェクトの組み合わせ)が、デバイスDISの構成物となるヒューマンマシンインターフェイス(IHM)を経てユーザによりあらかじめ選択され、
- コントローラCTLが、必要に応じて、プログラムされたエフェクトによって、推定された伝達関数を調整し、
- ユーザが楽器を演奏するとき、プログラムされたエフェクトが、フィードフォワードモードにおいて、アクチュエータを実現するために付与され(図3においての矢印F1)、
- 引き続いて、アクチュエータを楽器上で、およびとりわけ、弦上で動作させる振動が、調整された伝達関数を考慮して、および特に、センサCAPが検知する信号を制御して(例えば、図8において例示されるように、プロセッサPROCによるプリ増幅PRAにおいての制御を提供して)、考慮に入れられ(図3においての矢印F2)、
- センサCAPにより検知されるサウンドまたは振動が、かくして、弦の、およびより一般的には放射構造の振動に関する、アクチュエータの活動化を考慮に入れることを伴って、所望されるエフェクト(CTL FF)を付与するために、フィードバックモードにおいて調整および分析され、前記振動が、ミュージシャンによる自然演奏に、および、所望される音響エフェクトに加えられる、
フィードバック/フィードフォワード(FB/FF)タイプ処理を提案する。
実時間において、アクチュエータと、空間の任意の点に布置される1つまたは複数の音響マイクロホンとの間の振動音響伝達関数H2を推定して、圧力pを測定する(ミュージシャン、聴衆の耳の近くで、または、例えば、本発明の趣意の中のデバイスのコンピュータ手段を組み込むスマートフォンによる、オーディオピックアップの近くでさえある)ことが、さらに可能である。かくして、例えば、ユーザにより選択されるサウンドエフェクトに対する特定の処理の、上述のあらかじめの選択が、静的にスマートフォン上のアプリケーションにより、典型的にはワイヤレス接続(例えば、Bluetooth(登録商標))を経て、または、動的に直接的に楽器上で(例えば、エレキギター上での際のポテンショメータによって、ただし、ボリュームではなくエフェクトを直接的に調整するために)実行され得る。
かくして、図3から図6において提示される音響圧力pは、マイクロホン(例えば、ユーザインターフェイスとして使用されるスマートフォンのマイクロホン)により測定され得る。前記測定(さらに、伝達関数H1)は、次いで、ミュージシャンの耳に対する最終的な表現の増強のために、フィードフォワードのゲインの決定において、または、フィードバック/フィードフォワードにおいて結合されるゲインの決定のためにさえも使用され得る。
フィードバック制御モードは、単純に「音響経路」を例示する図3においてではなく、むしろ、本発明の実現形態を例示する図6において示されるということが留意されるべきである。
図4において例示される1つの特定の実施形態において、センサとアクチュエータとの間の伝達関数H1が、初期に、弦がミュートされた様態で(ミュージシャンが弦上で演奏することなく)測定される。前記伝達関数は、周波数空間においての一連のピーク、および、周波数帯域(例えば、9つの帯域)ごとの平均振幅を有する。かくして、これは、開ループにおいてのアクチュエータとセンサとの間の伝達関数の測定であり、放射構造の振動性特性が、次いで推定される(センサにおいての、およびアクチュエータにおいての、周波数、共振の品質の因子、振幅、ならびに/または、他の特性)。引き続いて、前記測定から、付与するフィードバックの制御を精緻化することを可能にする、センサCAPにおいての振動特徴が、(さらに説明される自動パラメータ推定方法のおかげで)推測される。フィードバックコントローラは、次いで、前記測定および推定からプログラムされる。さらに認められることになるように、そのフィードバックコントローラは、各々の新しいフィードフォワード処理に対して自動的に、さらに再プログラムされる。
なおまた、ここで図5を参照すると、ユーザが、そのユーザが所望する音響サウンドの修正(上述のエフェクト)を選択することを開始するとき、フィードフォワードタイプゲインが調整される。前記ゲインの値は、(センサにおいてのサウンドの特徴は、例えば、ミュージシャンによるアタックの後に構造を振動させるディレイなどの、選択されるエフェクトのタイプにより影響を受けることになるので)上記で解説されたような伝達関数を更新し、そのことがさらには、フィードバックによるコントローラのゲインを更新する。かくして、申し分のない、ミュージシャンにより選択される修正を考慮に入れることが、(楽器に固有であるフィードバックに関する前記修正の影響を考慮に入れる)楽器の最適の復元のために得られる。
ギタリストが、例えば、6dBだけサウンドレベルを増大することを選定するならば(2倍にされるサウンドレベル)、デバイスは、センサにおいての信号が6dBだけ増大される様態で、フィードフォワード開ループにおいて、伝達関数H1の修正を測定する。かくして、そのデバイスは、新しい周波数振幅値、および、それらの値の偏差を、初期値によって推定する。かくして、伝達関数は、好ましくは、
- 複数の周波数帯域(典型的には、およそ10)に対して、および、
- 複数のサウンド振幅レベル(例えば、ミュージシャンによるアタックによる励起のレベルを特徴付ける)によって、
推定されるということが理解されるであろう。
コントローラは、(例えば、各々の制御ゲインの6dBだけの増大に関係付けられて)フィードバックタイプゲインを調整して、安定した制御を得る。さらに言えば、前記フィードバックを考慮に入れることが実行されないならば、制御は、一般的には不安定であることになる。ミュージシャンが再び、フィードフォワードゲインを変換することにより、そのミュージシャンのサウンドレベルを変化させるならば、フィードバックのゲインが、再計算され、システム(デバイスおよびアクチュエータ/センサ)に付与される。
かくして、伝達関数は、とりわけ、ユーザにより選択されるエフェクトに、または、エフェクトの組み合わせによって、動的に推定されるということが理解されるであろう。
ミュージシャンが、そのミュージシャンの楽器が、例えば、先に分析された、より良好な品質のギターなどの、別の楽器と同じ音色を有することを欲するならば、前記より良好なギターの帯域振幅が、フィードフォワードゲインにより目標にされ、前記ゲインは、なおまた、センサの特徴を更新する。より良好なギターの周波数およびダンピングが、次いで、例えば、閉ループにおいてのシステムの極配置により、前記ゲインを組み込む、デバイス上のフィードバックタイプコントローラにより目標にされる。フィードバック/フィードフォワード組み合わせなしでは、周波数およびダンピングは到達可能であるが、帯域振幅は到達可能でなく、不安定性が生成され得る。
この事例において、とりわけ、フィードバック計算パラメータ(振動性、ただしさらにはサウンド)を精緻化するために第2の伝達関数H2を推定すること、次いで、マイクロホンを使用して、(例えば、単純に、本発明の処理を動作させる、すぐ近くのスマートフォンのマイクロホンにより)楽器の放射構造の近くの空気においての音響圧力pを検知することが、有用であり得る。かくして、楽器は、選択される目標楽器のように、ユーザの「耳に対して響く」ことができる。
純粋に指示的および非限定的な例として、制御を含む楽器/センサ/アクチュエータシステムは、後に続くように、第1の従来の手法において、記号によって表され得る。
dx/dt = Ax(t) + Bu(t) + Gw(t) (1)
y(t) = Cx(t) (2)
u(t) = -Kx(t) (3)
ただし、x(t)は、システムの状態ベクトル(例えば、変位およびモーダル速度のセット)であり、u(t)、y(t)、およびw(t)は、それぞれ、制御、測定、および外乱である。Aは、放射構造を特徴付ける行列であり、Bは、アクチュエータの行列であり、Cは、センサの行列であり、Gは、外乱の行列であり、Kは、コントローラのゲインベクトルである。
前記システムは、各々の放射構造に、センサおよびアクチュエータの、位置および数量に、ならびに、外乱に依存する。
1つの特定の実施形態において、ピックアップが、ギターのブリッジのナットの下の方の、または、バイオリンの弦とブリッジとの間の接合境界においての、単一の圧電センサ(例えば、セラミックPZT、またはPVDF、またはMFCでさえある)を使用して実行される。別の実施形態は、ブリッジ上で分離され、1つが各々の弦との接合境界においてのものである、複数個のセンサを用意することがある。
アクチュエーションは、そのアクチュエーションが、良好なラウドスピーカエンクロージャの品質の放射されるサウンドを生み出し、一方で、胴の振動性特徴を測定することを可能にするというようなものである。このことのために、アクチュエータの位置および数量が、例えば、マルチフィジカル有限要素によるデジタルシミュレーションを基にする最適化により決定され得る。図9において例示される1つの特定の実施形態において、アクチュエーションは、制御可能な位相差を伴ってブリッジの各々の側に平行に取り付けられる、または、ステレオ信号を受信するために取り付けられる、2つの慣性動電型アクチュエータACTを使用して、ブリッジにおいて遂行される。
上記の表現式において、パラメータA、B、C、およびGは、例えば、有限要素法による、完全な電気機械システムのシミュレーションを基にするデジタル計算から推定される。別の手法は、A、B、およびCに対する、センサとアクチュエータとの間の、開ループにおいての伝達関数、ならびに、Gに対する、インパクトハンマまたは「振動器」および加速度計による、ブリッジにおいてのアドミタンス測定から、実験的にそれらのパラメータを推定することからなる。推定は、次いで、例えば、有理分数多項式(RFP:Rational Fractional Polynomial)法によって遂行される。
他方で、x(t)は、(測定はy(t)を与えるのみであるので)直接的に求められず、そのx(t)は、例えば、ルーエンバーガー観測器などの状態観測器を使用して、任意の時点において推定される。
システムのy/w伝達関数が、次いで、
システム単独に対して、y/w = C(sld - A)G-1 (4)
制御されるシステムに対して、y/w = C(sld - (A - BK))G-1 (5)
と書き表され得る。
放射構造の制御される振動は、かくして、(A - BK)の動力、およびその上、A単独の動力を有する。ベクトルKが、共振の周波数およびダンピングなどの、所定の振動性目標を達成するために計算される。例えば、(A - BK)の極配置アルゴリズムを使用することが可能であり得る。
図3から図5を参照して上記で提示された第2の手法において、提案されるコントローラは、加えて制御において、センサにおいて考慮に入れられる振動の特徴を導入する(放射される音響圧力pを変換する、ただしフィードバックを生成する、フィードフォワードゲインを注入することを可能にする)。この事例において、A、B、C、およびGの推定に加えて、伝達関数H1の(および、潜在的可能性として、図面において例示される伝達関数H2の)周波数帯域ごとの平均が実行される。例えば、9つの帯域(Hz):[20,100];[100,200];[200,400];[400,800];[800,1600];[1600,3200];[3200,6400];[6400,12800];[12800,20000]を選択することが可能である。前記帯域の各々の、修正は、かくして、フィードフォワード制御の目標を組成する。前記制御が決定されてしまうと、ベクトルCが計算される。
上記の式の間に入っているパラメータA、B、C、Kを得るための例が、図10A、図10B、および図10Cにおいて例示される。図10Aを参照すると、センサとアクチュエータとの間の伝達関数H1のスペクトル(振幅/周波数)が測定される。図10Bを参照すると、伝達関数H1の孤立した振幅ピークの周波数検出が、パラメータA、B、およびCを得ることを可能にする。図10Cを参照すると、伝達関数H1の周波数帯域ごとの平均振幅の計算が、さらに、先に推定されたパラメータA、B、およびCによって、パラメータKを得るために、さらには実行される。次いで、さらに言えば、フィードバックコントローラのゲインKが、およびさらには、周波数帯域ごとにフィードフォワードコントローラのゲインKが得られ得る。全体的には、かくして、帯域振幅とともに、周波数、ダンピング、およびモーダルゲインのすべてが得られる。
後に続くことにおいて、フィードバック制御は、「従来の」(その単語がすぐに現れ得る場合の意味での)として知られている、上述の第1の手法に関して、異なるように計算される。
前記第2の手法において、式(1)および(2)は不変のままであるが、式(3)は、
u(t) = -Kx(t) + Cx(t) (6)
となる。
システムのy/w伝達関数は、制御されるシステムに対して、
y/w = C(sld - (A + BC - BK))G-1 (7)
と書き表される。
制御される胴は、かくして、(A + BC - BK)の動力を、および、第1の従来の手法によるコントローラによる(A - BK)について、より多くの動力を有する。ベクトルKは、
- ベクトルCに対して為される修正のすべてに対して安定性をもたらすこと、
- 例えば(A + BC - BK)の極を配置することにより所与の振動性目標を達成することであって、共振の周波数およびダンピングがベクトルKにより制御され、帯域振幅が行列Cにより制御される、達成すること
のために計算される。
当然ながら、これは、直接的にフィードフォワード制御CTL FFに対する、ただし間接的にさらにはフィードバック制御CTL FBに対する、および逆もしかりである、図6において例示されるような、センサCAPにおいて考慮に入れられる特徴を例示する実施形態の例である。さらに言えば、フィードフォワード制御は、ここでは、振動性特徴の修正をセンサに付与することと考えられる。
本発明の趣意の中の方法のステップの連続体の例を要約する図7をここで参照すると、開始ステップS1の後に、例えば、楽器/センサ/アクチュエータシステムへのデバイスDISの接続を目途として、実際に、フィードフォワード開ループにおいての伝達関数H1が、ステップS2において測定され、そのことが、ステップS3において、放射構造の振動性パラメータ、およびとりわけ、伝達関数H1の形式を、ならびにそれらから、ステップS4において、フィードバック制御パラメータを推測することを可能にする。引き続いて、ステップS5において、ミュージシャンは、サウンド調整および/または特定のエフェクトをプログラムすることができ、その事例において、フィードフォワード制御のパラメータが、ステップS6において、ステップS3およびS4において推定された他のパラメータと同様に更新される。追加的または代替的に、サウンド調整は、例えば、ミュージシャンによる特定のアタック、または他のものによって、自動的に実行され得る。なお、1つの可能な実施形態において、エフェクトは、ミュージシャンにより直接的および限定的に選択されないことがあり、ミュージシャンによる演奏によって動的にプログラムされることがある。
他の場合では(S5テストの出力としての「いいえ」矢印)、デバイスDISは、ステップS7において、現実楽器によるステップS8においての復元のために、ユーザによりプログラムされたサウンド調整および/またはエフェクトを付与するために、実時間処理を動作させることができる。
かくして、上記の方法は、特に、振動性パラメータの、および、フィードバック制御ゲインの計算の推定において、フィードフォワード制御パラメータを考慮に入れる。
それゆえに、本発明は、ハイブリッドフィードバック/フィードフォワードコントローラのおかげで、不安定性を大幅に低減すること、ならびに、目標にされるサウンドレベル、およびより一般的には、音響品質を得ることを可能にし、すなわち、従来のデジタルオーディオエフェクト、および、楽器に固有のフィードバックの処理が、振動信号を、楽器の放射構造の、1つまたは複数のアクチュエータACT内へと再注入するために、一緒に計算されるということを可能にする。
本発明の範囲の中で実現される技法の利点は、
- アコースティック楽器の、サウンドレベルの増大、および、音色の増強、
- ラーセン効果タイプ不安定性を防止する、アコースティック楽器内へのデジタルオーディオ処理の注入、
- 要するに楽器の音響品質を有意に改善するための、共振の周波数、ダンピング、および、周波数帯域ごとの振幅である、放射構造の目標振動性特性の達成、
- 変換のすべてを実行するために用意され得る、単一のセンサ、および、単一のアクチュエータ
を含む。
当然ながら、本発明は、例として上記で説明された実施形態に限定されず、本発明は、他の代替的実施形態に広がる。
かくして、上記で説明されているのは、弦楽器(ギタータイプ、または、バイオリンもしくはピアノでさえある)の響胴タイプの放射構造である。しかしながら、本発明は、さらには、例えば、ドラムシェルセットおよびスキンなどの、または吹奏楽器でさえある、他の音楽楽器に適用され得る。さらにより一般的には、本発明は、任意の放射構造(おそらくは響胴に結合される、ただし必ずしもそうではない、放射テーブルまたはプレートを伴う)に、またはより一般的には、任意の電気音響システムに適用され得る。例えば、その電気音響システムは、従来の方式で、本発明の趣意の中で制御されるセンサおよびアクチュエータを伴う、ラウドスピーカエンクロージャ、コンピュータ筐体(または、サウンドおよび音楽を放散するモバイルデバイス(スマートフォンまたはポータブルスピーカ)でさえある)であり得る。
ACT アクチュエータ、動電型アクチュエータ、慣性動電型アクチュエータ
AMP アンプ
AP パワーアンプ
CAI 響胴
CAN 高速アナログ-デジタルコンバータ
CAP 圧電センサ、センサ
CNA 高速デジタル-アナログコンバータ
CTL マイクロコントローラ、処理回路、コントローラ
CTL FB フィードバック制御
CTL FF フィードフォワード制御
DEV 「エフェクトペダル」タイプデバイス、デバイス
DIS デバイス
E 入力
EF デバイス、エフェクトペダル
F1 矢印
F2 矢印
GUI ギター
H1 伝達関数
H2 第2の伝達関数、振動音響伝達関数
IHM ヒューマンマシンインターフェイス
MEM メモリ
MIC センサ
p 音響圧力、圧力
PRA プリアンプ、プリ増幅
PROC プロセッサ
S 出力

Claims (13)

  1. コンピュータ手段により実現され、少なくとも1つのセンサにより出力されるサウンドデータを処理し、音響的放射構造の、少なくとも1つのアクチュエータを活動化する方法であって、
    前記センサ(CAP)は、前記放射構造の振動により出力される音響信号を検知し、前記放射構造は、前記コンピュータ手段により制御される、および、前記放射構造の前記振動に関与させられている、少なくとも1つのアクチュエータを支え、前記方法は、
    a)前記アクチュエータ、放射構造、およびセンサ集合体の伝達関数を測定するステップと、
    b)選択される設定点によって、前記放射構造を振動させるように、
    - 測定される前記伝達関数を考慮して、および、
    - フィードバックモードにおいて前記センサにより検知される前記音響信号を考慮して、
    前記アクチュエータ(ACT)の活動化を制御するステップと
    を含む、方法。
  2. 前記アクチュエータの前記活動化は、ハイブリッド「フィードバック/フィードフォワード」モードにおいて制御される、請求項1に記載の方法。
  3. ステップa)において、
    - 前記伝達関数(H1)は、開ループにおいて測定され(S2)、
    - 前記伝達関数から、前記構造の振動性パラメータが推定されて(S3)、フィードバック制御ゲインを計算する(S4)、
    請求項2に記載の方法。
  4. 前記選択される設定点は、サウンド振幅の変化、イコライゼーション、ディレイ、残響、ディストーション、位相変化、周波数変化、振幅変調からの、少なくとも1つのサウンドエフェクト、および、前記サウンドエフェクトの組み合わせの制御を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
  5. フィードフォワードタイプゲインが、ステップa)において測定される前記伝達関数を更新することにより、前記サウンドエフェクト設定点によって調整される、請求項2または3に組み合わされる、請求項4に記載の方法。
  6. 前記フィードバック制御ゲインが、前記サウンドエフェクト設定点によって更新される、請求項4または5に記載の方法。
  7. サウンドデータの前記処理は、100マイクロ秒より低いレイテンシで、サンプルにより実行される、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 弦楽器の響胴を備える前記放射構造は、弦がミュートされた様態で測定される、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記放射構造が、弦楽器の響胴を備え、2つのアクチュエータが、前記弦を支えるブリッジの両側に配設されて用意される、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
  10. マイクロホンが、前記放射構造の近くの空気においての音響圧力(p)を検知するためにさらに用意され、前記方法は、前記アクチュエータ、放射構造、およびマイクロホン集合体の第2の伝達関数(H2)の測定をさらに含み、
    前記アクチュエータの前記活動化は、前記第2の伝達関数(H2)にさらに基づく前記フィードバック制御ゲインの精緻化された推定を伴って、フィードバック/フィードフォワードモードにおいて制御される、請求項3に記載の方法。
  11. 前記放射構造が、現実楽器の響胴を備え、前記コンピュータ手段が、選択される楽器の振動性およびサウンド特徴を前記現実楽器に与えるように構成される、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
  12. コンピュータプログラムであって、前記プログラムがプロセッサ(PROC)により走らされるときに、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法を実現するための命令を含む、コンピュータプログラム。
  13. 請求項1から10のいずれか一項に記載の方法を実現するために構成される処理回路を備えるデバイス(DIS)。
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