JP2022029205A - ゲイン制御装置、電子楽器、ゲイン制御方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】音質の変化をできるだけ抑えて音信号のゲインを制御すること【解決手段】本発明の一実施形態によるゲイン制御装置は、変換部４３とゲイン制御部４５とを備える。変換部４３は、第１音信号の信号値を、当該信号値に対応する値に変換する。ゲイン制御部４５は、第１音信号のレベルに対応する第１レベルと、変換部により第１音信号の信号値を変換して得られた第２音信号のレベルに対応する第２レベルと、に基づいて、第１音信号のゲインを制御する。【選択図】図３

Description

本発明は、ゲインを制御する技術に関する。

音信号のゲインを制御するコンプレッサは、信号波形を圧縮することにより、信号処理においてハードクリップを生じないようにしたり所定の音響効果を付与したりすることができる。コンプレッサは、特許文献１～３に示すように、様々な方式で実現されている。

特開平３－２１８１０９号公報 特開平６－３３４４５９号公報 特開２０１９－１６９８８７号公報

これらの特許文献に開示されたコンプレッサは、様々なパラメータにより信号波形を圧縮する。これらのパラメータは、エンベロープの各区間に対応する時定数（例えば、アタックタイム、リリースタイム）を含む。このように区間毎に異なる時定数を有するコンプレッサによれば、ピアノの音などアタック区間の音量が大きくリリース区間の音量が徐々に小さくなるような入力信号は、アタック区間を抑え込むような音の出力信号に圧縮されることがある。信号処理においてハードクリップを生じないようにする目的のコンプレッサにおいては、音質を変化させる信号圧縮処理は好ましくない。

時定数を短くすると音質の変化が大きくなるため、時定数を大きくすることによって音質の変化を抑える必要がある。しかしながら、時定数を大きくすると信号レベル（例えば実効値）を検出するための区間と信号レベルに応じた信号圧縮を行う対象となる区間との間に時間差が生じるため、信号を圧縮したときにはハードクリップを生じてしまうことがある。

本発明の目的の一つは、音質の変化をできるだけ抑えて音信号のゲインを制御することにある。

本発明の一実施形態によれば、第１音信号の信号値を、当該信号値に対応する値に変換する変換部と、前記第１音信号のレベルに対応する第１レベルと、前記変換部により前記第１音信号の信号値を変換して得られた第２音信号のレベルに対応する第２レベルと、に基づいて、前記第１音信号のゲインを制御するゲイン制御部と、を備えるゲイン制御装置が提供される。

本発明によれば、音質の変化をできるだけ抑えて音信号のゲインを制御することができる。

本発明の一実施形態における電子鍵盤装置の外観を示す図である。 本発明の一実施形態における電子鍵盤装置の構成を示す図である。 本発明の一実施形態におけるゲイン制御機能の構成を示す図である。 本発明の一実施形態における変換部に設定される変換情報の一例を示す図である。 本発明の一実施形態における変換部に設定される変換情報の一例を示す図である。 本発明の一実施形態における入力信号と出力信号の関係（ステップ信号；減衰無し）を示す図である。 本発明の一実施形態におけるＲＭＳ信号とゲイン設定値の関係（ステップ信号；減衰無し）を示す図である。 本発明の一実施形態における入力信号と出力信号の関係（ステップ信号；減衰有り）を示す図である。 本発明の一実施形態におけるＲＭＳ信号とゲイン設定値の関係（ステップ信号；減衰有り）を示す図である。 本発明の一実施形態における入力信号と出力信号の関係（正弦波信号；減衰無し）を示す図である。 本発明の一実施形態におけるＲＭＳ信号とゲイン設定値の関係（正弦波信号；減衰無し）を示す図である。 本発明の一実施形態における入力信号と出力信号の関係（正弦波信号；減衰有り）を示す図である。 本発明の一実施形態におけるＲＭＳ信号とゲイン設定値の関係（正弦波信号；減衰有り）を示す図である。 本発明の一実施形態におけるゲイン制御方法を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態における電子鍵盤装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下に示す実施形態は本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。なお、本実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号（数字の後にＡ、Ｂなど付しただけの符号）を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なったり、構成の一部が図面から省略されたりする場合がある。

［１．電子鍵盤装置の構成］
図１は、本発明の一実施形態における電子鍵盤装置の外観を説明する図である。電子鍵盤装置１は、筐体９５に回転可能に支持された複数の鍵を含む鍵盤部８０を備えるシンセサイザである。電子鍵盤装置１は、ユーザによる鍵の操作またはシーケンサによる制御に応じて、音信号を生成する。この音信号は、予め設定された音響効果が付与されてもよい。この例では、音響効果を付与する処理は、信号圧縮処理（コンプレッサ）を含む。

音信号は、信号出力部６５またはスピーカ６０から出力される。電子鍵盤装置１は、ノブ２１、スライダ２３、タッチセンサ２５およびボタン２７等の操作装置を介して、ユーザによる音色および音響効果に関するパラメータ値の変更指示を受け付けることができる。ノブ２１、スライダ２３、タッチセンサ２５およびボタン２７のそれぞれを区別して説明する必要が無い場合には、操作部２０と記載する場合がある。

図２は、本発明の一実施形態における電子鍵盤装置の構成を説明する図である。電子鍵盤装置１は、制御部１０、記憶部１８、操作部２０、音源部３０、表示部５０、スピーカ６０、信号出力部６５、鍵盤部８０、押鍵検出部８８およびインターフェース９０を備える。

記憶部１８は、不揮発性メモリなどの記憶装置であって、制御部１０によって実行される制御プログラムを記憶する領域および曲データを記憶する領域を含む。制御プログラムは、外部装置から提供されて、記憶部１８にインストールされてもよい。曲データは、ＭＩＤＩ形式などの所定の形式で記述されたデータであって、音源部３０における発音タイミングなどを制御するデータである。

操作部２０は、上述したように、ノブ２１、スライダ２３、タッチセンサ２５およびボタン２７（図１参照）を含み、ユーザの操作に応じた電子鍵盤装置１への指示を受け付ける。操作部２０は、受け付けられたユーザの指示に応じた操作信号ＣＳを制御部１０に出力する。

表示部５０は、液晶ディスプレイなどの表示装置を含み、制御部１０による制御によって様々な画面を表示する。タッチセンサ２５と表示部５０とによってタッチパネルが構成される。

スピーカ６０は、制御部１０または音源部３０から供給される音信号を増幅して出力することによって、音信号に応じた音を発生する。

信号出力部６５は、音源部３０から供給される音信号を、外部装置へ出力するための端子を含む。

押鍵検出部８８は、押下された鍵、およびその鍵の押下量に応じた検出信号ＫＶを制御部１０に出力するセンサを含む。

インターフェース９０は、この例では、コントローラなどの外部装置を電子鍵盤装置１に接続するための端子を含む。インターフェース９０には、ＭＩＤＩデータの送受信をするための端子などが含まれていてもよい。

制御部１０は、ＣＰＵなどの演算処理回路、およびＲＡＭ、ＲＯＭなどの記憶装置を含むコンピュータの一例である。制御部１０は、ＣＰＵを用いて記憶部１８に記憶された制御プログラムを実行し、制御プログラムに記述された命令にしたがって様々な機能を電子鍵盤装置１において実現する。制御部１０は、例えば、検出信号ＫＶに基づいて音源制御信号Ｃｔを生成し、操作信号ＣＳに基づいて設定信号Ｓｔを生成する。

音源制御信号Ｃｔは、ノートナンバ、ノートオン、ノートオフなど各音の発生を制御するための情報を含み、音源部３０において音信号を生成するために用いられる。設定信号Ｓｔは、音源部３０において音信号を生成するための音響効果など各種のパラメータの値を設定するために用いられる。設定信号Ｓｔは、この例では、後述する設定部４７で用いられるゲイン制御機能に関するパラメータを設定するための情報を含む。設定信号Ｓｔは、リバーブ、コーラス、フェイザ、ワウなど、他の音響効果を制御するための情報、音色の設定をするための情報を含んでもよい。

音源部３０は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）３００、波形記憶部３１０およびプログラム記憶部３５０を含む。波形記憶部３１０は、音信号を生成するための波形データを記憶する。プログラム記憶部３５０は、ＤＳＰ３００において実行されるプログラムを記憶する。このプログラムは、外部装置から提供されて、プログラム記憶部３５０にインストールされてもよい。

ＤＳＰ３００は、制御部１０から供給される音源制御信号Ｃｔおよび設定信号Ｓｔに基づいて音信号を生成する。ＤＳＰ３００は、生成した音信号を信号出力部６５に供給し、さらにスピーカ６０に供給してもよい。ＤＳＰ３００は、プログラム記憶部３５０に記憶されたプログラムを実行して、プログラムに記述された命令にしたがって様々な機能を音源部３０において実現する。音源部３０における全部の機能または一部の機能は、制御部１０においてプログラムが実行されることによって実現されてもよい。

［２．ＤＳＰの機能］
ＤＳＰ３００が音源部３０において実現する機能について説明する。ＤＳＰ３００は、プログラムを実行すると、音源部３０において、信号生成部３１、調整部３７、出力部３９、ゲイン制御機能４０を実現する。したがって、ＤＳＰ３００は、ゲイン制御機能４０を実現するゲイン制御装置ともいえる。信号生成部３１は、音源制御信号Ｃｔに基づいて波形記憶部３１０から波形データを読み出し、この波形データと設定信号Ｓｔに基づいて設定された各種のパラメータとに基づいて音信号Ｓｉｎ（図３参照）を生成する。調整部３７は、ユーザによって指定された出力レベルに基づいて音信号Ｓｉｎを増幅し、増幅によって得られた音信号Ｓａを出力する増幅器を含む。出力部３９は、音信号Ｓａのゲインを調整して出力する増幅器を含む。ゲイン制御機能４０は、出力部３９において音信号Ｓａのゲインを制御することによって、音信号Ｓａのレベルに応じた信号圧縮処理を行う。

［３．ゲイン制御機能の構成］
図３は、本発明の一実施形態におけるゲイン制御機能の構成を示す図である。ゲイン制御機能４０は、変換部４３、ゲイン制御部４５および設定部４７により実現される。信号生成部３１によって生成された音信号Ｓｉｎは、調整部３７に入力される。調整部３７は、音信号Ｓｉｎを増幅し、増幅によって得られた音信号Ｓａを出力する。音信号Ｓａは、出力部３９によって増幅されて音信号Ｓｏｕｔとして出力される。出力部３９におけるゲイン（増幅率）が、ゲイン制御機能４０によって制御される。以下、ゲイン制御機能４０の各構成について説明する。

［３－１．変換部］
変換部４３は、予め設定された変換情報に基づいて、音信号Ｓａの信号値を、この信号値に対応する値に変換する。信号値は、音信号における振幅の瞬時値を意味する。

図４は、本発明の一実施形態における変換部に設定される変換情報の一例を示す図である。変換情報は、変換部４３へ入力される信号値（入力信号値）を変換部４３から出力される信号値（出力信号値）に変換するための情報であり、入力信号値と出力信号値との対応関係ＳＬを定義する。図４に示す例では、対応関係ＳＬは、入力信号値と出力信号値との関係において線形領域と非線形領域とに区分される。線形領域は、入力信号値と出力信号値とが同じである領域であり、入力信号値および出力信号値が線形閾値ＬＮｔｈ以下の範囲に対応する。非線形領域は、出力信号値が入力信号値に対して１未満の割合を乗じた値となる領域であり、出力信号値が線形閾値ＬＮｔｈ以上の範囲に対応する。

出力信号値は、入力信号値の増加に伴い、上限閾値Ｃｔｈにおいて飽和するように設定される。そのため、対応関係ＳＬは、出力信号値が入力信号値に対して１以下の割合を乗じた値であり、かつ、入力信号値の増加に伴って、入力信号値と出力信号値とが同じとなる対応関係ＬＬから離れていき、入力信号値に対する出力信号値の割合が小さくなっていく。図４に示す例では、非線形領域では、ｔａｎｈ関数（ハイパボリックタンジェント関数）により規定されている飽和曲線を形成している。非線形領域における関数は、ｔａｎｈ関数に限らず、ａｒｃｔａｎ関数（アークタンジェント関数）など、他の関数であってもよく、また出力信号値が上限閾値Ｃｔｈを越えるような関数であってもよい。言い換えると、入力信号値が大きくなるほど出力信号値が大きくなり、かつ、入力信号値が大きくなるほど入力値に対する出力信号値の割合が小さくなる、という入力信号値の範囲を有する。対応関係ＳＬは、曲線（ソフトニー）ではなく図５に示すように直線（ハードニー）を組み合わせて定義されてもよい。

図５は、本発明の一実施形態における変換部に設定される変換情報の一例を示す図である。対応関係ＳＬが直線を組み合わせて定義されている場合には、例えば、少なくとも一つの点において直線が接続されればよい。図５に示す例では、２つの点Ｐ１、Ｐ２において３つの直線を組み合わせることによって、対応関係ＳＬが定義されている。

このように、変換部４３は、対応関係ＳＬにしたがって音信号Ｓａの信号値（入力信号値）を入力信号値に対応する出力信号値に変換し、変換によって得られた音信号Ｓｂを出力する。

［３－２．ゲイン制御部］
ゲイン制御部４５は、ＲＭＳメータＡ４５０ａ、ＲＭＳメータＢ４５０ｂおよび除算器４５７を含む。

ＲＭＳメータＡ４５０ａは、２乗演算器４５１ａ、ローパスフィルタ４５８ａおよび平方根演算器４５９ａを含み、入力信号の実効値（入力信号のレベル）を算出する。算出した実効値は、信号ＲＭＳａとして出力される。

２乗演算器４５１ａは、ＲＭＳメータＡ４５０ａに入力される信号に対して２乗演算を施す。ローパスフィルタ４５８ａは、加算器４５２ａ、増幅器４５３ａ、遅延器４５４ａおよび加算器４５５ａを含むＩＩＲフィルタによって実現される。実効値を算出するときの入力信号の時間区間は、ローパスフィルタ４５８ａに設定される時定数によって規定される。ローパスフィルタ４５８ａは、ＩＩＲフィルタによって実現される場合に限らず、ＦＩＲフィルタによって実現されてもよい。

加算器４５２ａは、２乗演算器４５１ａから出力された信号から、遅延器４５４ａから出力された信号を減算する。増幅器４５３ａは、加算器４５２ａから出力された信号を増幅する。遅延器４５４ａは、増幅器４５３ａから出力された信号を遅延させる。加算器４５５ａは、増幅器４５３ａから出力された信号と、遅延器４５４ａから出力された信号とを加算する。加算器４５２ａにおける増幅率が、ローパスフィルタ４５８ａの時定数に関連する。平方根演算器４５９ａは、ローパスフィルタ４５８ａから出力された信号に対して平方根演算を施す。平方根演算器４５９ａから出力される信号は、信号ＲＭＳａに対応する。

ＲＭＳメータＢ４５０ｂは、この例では、図３に示すようにＲＭＳメータＡ４５０ａと同じ構成を有する。そのため、以下の説明においては、各構成に付された符号の最後の文字を「ａ」に代えて「ｂ」として表し、各構成の説明を省略する。この例では、ローパスフィルタ４５８ａに設定される時定数は、ローパスフィルタ４５８ｂに設定される時定数と同じである。

ＲＭＳメータＡ４５０ａから出力される信号ＲＭＳａは、ＲＭＳメータＡ４５０ａに対して入力される音信号Ｓａの実効値（音信号Ｓａのレベル）に対応する。ＲＭＳメータＢ４５０ｂから出力される信号ＲＭＳｂは、ＲＭＳメータＢ４５０ｂに対して入力される音信号Ｓｂの実効値（音信号Ｓｂのレベル）に対応する。

［３－３．除算器］
除算器４５７は、ＲＭＳメータＢ４５０ｂから出力された信号ＲＭＳｂを、ＲＭＳメータＡ４５０ａから出力された信号ＲＭＳａにより除算する。除算器４５７は、除算して得られた信号Ｇｖを出力する。信号Ｇｖは、信号ＲＭＳａに対する信号ＲＭＳｂの割合であり、言い換えれば、音信号Ｓａのレベルに対する音信号Ｓｂのレベルの割合に対応する。出力部３９における増幅器の増幅率は、信号Ｇｖの値（またはこれに所定の係数を乗じた値）として設定される。すなわち、信号Ｇｖは、音信号Ｓａのゲイン設定値である。

［３－４．設定部］
設定部４７は、音量設定部４７１、変換情報設定部４７３および時定数設定部４７５を含む。音量設定部４７１は、設定信号Ｓｔに基づいて、増幅率を調整部３７に設定する。この増幅率は、電子鍵盤装置１におけるマスターボリュームに応じて設定されてもよい。

変換情報設定部４７３は、設定信号Ｓｔに基づいて、変換情報を変換部４３に設定する。変換情報は上述したように入力信号値と出力信号値との対応関係ＳＬを定義する。変換部４３に設定される変換情報を変更することによって、対応関係ＳＬが変化する。変換部４３に設定される変換情報が変更されるときには、対応関係ＳＬを示すテーブルを適用してもよいし、関数を規定する数式におけるパラメータを変更してもよい。これらのパラメータは、図４の例では、非線形領域の関数、線形閾値ＬＮｔｈ、上限閾値Ｃｔｈであり、図５の例では点Ｐ１、Ｐ２に対応する入力信号値と出力信号値との関係が含まれる。

時定数設定部４７５は、設定信号Ｓｔに基づいて、増幅率を増幅器４５３ａ、４５３ｂに設定する。これによって、ローパスフィルタ４５８ａ、４５８ｂの時定数が設定される。それぞれの時定数は、互いに同じ値に設定されることが好ましいが、大きな違いがなければ互いに同じ値でなくてもよい。例えば、ローパスフィルタ４５８ｂに設定される時定数が、ローパスフィルタ４５８ａに設定される時定数より短くてもよい。ローパスフィルタ４５８ａ、４５８ｂに互いに同じ時定数が設定される場合など、互いに関連した時定数が設定される場合には、双方の時定数が連動して設定されてもよい。

［４．ゲイン制御機能の作用］
ゲイン制御機能４０は、音信号Ｓａのゲインを調整して信号圧縮処理を行う。ゲイン制御機能４０による信号圧縮処理が施された信号である音信号Ｓｏｕｔと、従来技術による信号圧縮処理が施された信号である音信号Ｓｃとを互いに比較しながら、ゲイン制御機能４０におけるゲイン制御処理について詳述する。ここでは、さらに、ＲＭＳ出力信号（信号ＲＭＳａ、信号ＲＭＳｂ）とゲイン設定値（信号Ｇｖ）とについても比較する。

ゲイン制御機能４０は、図４に示す対応関係ＳＬ（線形閾値ＬＮｔｈ＝－１８ｄＢ、上限閾値Ｃｔｈ＝－６ｄＢ）が設定されている。また、ローパスフィルタ４５８ａ、４５５ｂの時定数は、５ｍ秒として設定されている。従来技術による信号圧縮処理は、ここでは、エンベロープは入力信号のピークホールド値、アタックタイムが５ミリ秒、リリースタイムが５００ミリ秒、ゲイン特性は、図４に示す対応関係ＳＬにおいて入力信号値と出力信号値との関係を振幅と増幅率との関係に置き換えたものを用いた。比較対象となる信号は、これらの条件による信号圧縮処理により得られた。ここでは、入力信号は、ステップ信号と正弦波信号とを用いた。ステップ信号は、一般的な音信号とは異なる信号形態であるが、ゲイン制御機能４０における作用の説明のために用いた。

［４－１．音信号Ｓａがステップ信号（減衰無し）］
図６は、本発明の一実施形態における入力信号と出力信号の関係（ステップ信号；減衰無し）を示す図である。図７は、本発明の一実施形態におけるＲＭＳ出力信号とゲイン設定値の関係（ステップ信号；減衰無し）を示す図である。図６において、横軸は、音信号Ｓａが入力されたタイミングからの時間を示す。縦軸は、信号値（振幅の瞬時値）を示す。以下に説明する図８、図１０および図１２についても、図６と同じである。図７において、横軸は、音信号Ｓａが入力されたタイミングからの時間を示す。縦軸は、信号レベルを示す。この信号レベルは、上述したように、信号ＲＭＳａであれば音信号Ｓａの実効値に相当し、信号ＲＭＳｂであれば音信号Ｓｂの実効値に相当し、信号Ｇｖであれば、音信号Ｓａのゲインを制御するための出力部３９における増幅率に相当する。以下に説明する図９、図１１および図１３についても、図７と同じである。

図６に示すように、音信号Ｓａが減衰しないステップ信号である場合には、従来の音信号Ｓｃは、信号圧縮処理における時定数の影響によって、徐々に減衰して上限閾値Ｃｔｈに収束する。一方、ゲイン制御機能４０によれば、音信号Ｓｏｕｔは、音信号Ｓａの入力直後から上限閾値Ｃｔｈに収束する。

ゲイン制御機能４０によれば、共通の時定数が設定されたＲＭＳメータＡ４５０ａおよびＲＭＳメータＢ４５０ｂによって、信号の実効値を算出している。図７に示すように、信号ＲＭＳａと信号ＲＭＳｂとは、時定数の影響を受けて徐々に値が飽和する。ここでは、値が飽和するまで２０ミリ秒程度を要している。一方、信号ＲＭＳａと信号ＲＭＳｂとは、互いに同じ傾向をもって時間的に変化するため、双方の信号の時間的な変化を利用することで時定数の影響を低減することができる。

この例では、信号Ｇｖは、除算器４５７から出力された信号であるから、信号ＲＭＳａに対する信号ＲＭＳｂの割合を示す。したがって、信号Ｇｖは、時定数の影響が除去されて、音信号Ｓａの入力直後において適切な値を示すことができる。これによって、図６に示す音信号Ｓｏｕｔは、音信号Ｓａの入力直後から上限閾値Ｃｔｈに収束することができる。

［４－２．音信号Ｓａがステップ信号（減衰有り）］
図８は、本発明の一実施形態における入力信号と出力信号の関係（ステップ信号；減衰有り）を示す図である。図９は、本発明の一実施形態におけるＲＭＳ出力信号とゲイン設定値の関係（ステップ信号；減衰有り）を示す図である。

図８に示すように、音信号Ｓａが減衰するステップ信号である場合には、従来の音信号Ｓｃは、徐々に減衰し、音信号Ｓａが上限閾値Ｃｔｈより低くなってもそのまま減衰が続く。一方、ゲイン制御機能４０によれば、音信号Ｓｏｕｔは、音信号Ｓａの入力直後から上限閾値Ｃｔｈに圧縮され、その後には徐々に減衰する。音信号Ｓａが減衰していくと、音信号Ｓｏｕｔは、徐々に音信号Ｓａに近づいていく。

ゲイン制御機能４０によれば、図９に示すように、信号ＲＭＳａと信号ＲＭＳｂとは、時定数の影響を受けて音信号Ｓａに相関する。一方、上述したように、信号ＲＭＳａと信号ＲＭＳｂとは、互いに同じ傾向をもって時間的に変化するため、双方の信号の時間的な変化を利用することで従来の信号圧縮処理よりも時定数の影響を低減することができる。

［４－３．音信号Ｓａが正弦波信号（減衰無し）］
図１０は、本発明の一実施形態における入力信号と出力信号の関係（正弦波信号；減衰無し）を示す図である。図１１は、本発明の一実施形態におけるＲＭＳ出力信号とゲイン設定値の関係（正弦波信号；減衰無し）を示す図である。正弦波信号の周波数は、１００Ｈｚとした。

図１０に示すように、音信号Ｓａが正弦波信号である場合には、従来の音信号Ｓｃの最大振幅は、音信号Ｓａが入力されたときから徐々に減衰して上限閾値Ｃｔｈ付近に安定するまで、２０ミリ秒程度を要する。すなわち、音信号Ｓａの入力直後においては、音信号Ｓｏｕｔの最大振幅は、ほとんど圧縮されていない。一方、ゲイン制御機能４０によれば、音信号Ｓｏｕｔの最大振幅は、音信号Ｓａが入力されたときから上限閾値Ｃｔｈ付近に安定するまで、数ミリ秒程度しか要しない。この例では、音信号Ｓｏｕｔは、最初の最大振幅に到達する前に、信号圧縮効果が現れている。

ゲイン制御機能４０によれば、図１１に示すように、信号ＲＭＳａと信号ＲＭＳｂとは、時定数の影響を受けて音信号Ｓａに相関する。一方、上述したように、信号ＲＭＳａと信号ＲＭＳｂとは、互いに同じ傾向をもって時間的に変化するため、双方の信号の時間的な変化を利用することで従来の信号圧縮処理よりも時定数の影響を低減することができる。

［４－４．音信号Ｓａが正弦波信号（減衰有り）］
図１２は、本発明の一実施形態における入力信号と出力信号の関係（正弦波信号；減衰有り）を示す図である。図１３は、本発明の一実施形態におけるＲＭＳ出力信号とゲイン設定値の関係（正弦波信号；減衰有り）を示す図である。正弦波信号の周波数は、１００Ｈｚとした。

図１２に示すように、音信号Ｓａが減衰する正弦波信号である場合には、従来の音信号Ｓｃの最大振幅は、徐々に減衰し、音信号Ｓａが上限閾値Ｃｔｈより低くなってもそのまま減衰が続く。しかも、図１０と同様に、音信号Ｓａの入力直後においては、音信号Ｓｏｕｔの最大振幅は、ほとんど圧縮されていない。一方、ゲイン制御機能４０によれば、音信号Ｓｏｕｔの最大振幅は、音信号Ｓａが入力されたときから上限閾値Ｃｔｈ付近に安定するまで、数ミリ秒程度しか要しない。また、音信号Ｓａの最大振幅が上限閾値Ｃｔｈを下回ると、音信号Ｓｏｕｔの最大振幅は、音信号Ｓａの最大振幅に徐々に近づいていく。

ゲイン制御機能４０によれば、図１１に示すように、信号ＲＭＳａと信号ＲＭＳｂとは、時定数の影響を受けて音信号Ｓａに相関する。一方、上述したように、信号ＲＭＳａと信号ＲＭＳｂとは、互いに同じ傾向をもって時間的に変化するため、双方の信号の時間的な変化を利用することで従来の信号圧縮処理よりも時定数の影響を低減することができる。

［４－５．時定数の影響］
このように、コンプレッサのような信号圧縮処理におけるゲイン制御では、入力音信号のレベル（この例では実効値）を得るために、時定数に相当する時間を要する。一方、この時定数を短くすると音質が劣化する。時定数を長くした場合、アタック部分が強い楽器の音では、信号圧縮処理のゲイン制御が追従できず、ハードクリップを抑制するために信号最大振幅を抑えたい場合には、従来の信号圧縮処理で対応することは困難であった。

一方、ゲイン制御機能４０によれば、信号圧縮処理におけるゲインを制御するときに必要なレベルを算出するにあたって、２つの入力信号（音信号Ｓａおよび音信号Ｓｂ）を用いて、それぞれのレベル（信号ＲＭＳａおよび信号ＲＭＳｂ）を算出する。このとき、算出された双方のレベルの時間変化は、互いに同じように時定数の影響を受けている。したがって、双方のレベルの時間変化を利用することで、時定数の影響を低減することができる。特に、ローパスフィルタ４５８ａの時定数とローパスフィルタ４５８ｂの時定数とが同じになるようにして、信号ＲＭＳａおよび信号ＲＭＳｂの比に基づいて音信号Ｓａのゲインを制御することによって、時定数の影響を大きく低減することができる。このように、ゲイン制御機能４０は、レベル算出（検出）における時定数の影響を考慮した演算を用いることによって、長い時定数が設定されても音質の変化をできるだけ抑えて音信号のゲインを制御することができる。

［５．処理の流れ］
上述したゲイン制御機能４０が実行するゲイン処理方法について、フローチャートを用いて説明する。

図１４は、本発明の一実施形態におけるゲイン制御方法を示すフローチャートである。ゲイン制御機能４０は、初期設定を行う（ステップＳ１００）。初期設定は、例えば、変換情報および時定数など各種パラメータを変換部４３およびゲイン制御部４５に設定することを含む。音信号Ｓａのデータサンプルを取得すると、ゲイン制御機能４０は、変換部４３において音信号Ｓａを音信号Ｓｂに変換する（ステップＳ１１０）。ゲイン制御機能４０は、ゲイン制御部４５において、音信号Ｓａのレベル（信号ＲＭＳａ）および音信号Ｓｂのレベル（信号ＲＭＳｂ）を算出し、これらの比に基づいてゲイン設定値（信号Ｇｖ）を算出する（ステップＳ１２０）。ゲイン制御機能４０は、ゲイン設定値に基づいて、出力部３９における増幅率を設定することにより、出力部３９における音信号Ｓａのゲインを設定する（ステップＳ１３０）。

設定変更の指示がユーザによって入力されている場合（ステップＳ２００；Ｙｅｓ）、ゲイン制御機能４０は、設定部４７によってユーザの指示に応じたパラメータの設定を変更する（ステップＳ２１０）。設定変更の後、または、設定変更の指示が入力されていない場合（ステップＳ２００；Ｎｏ）であり、かつ終了指示が入力されていない場合（ステップＳ３００；Ｎｏ）には、ゲイン制御機能４０は、ステップＳ１１０に戻って、音信号Ｓａの次のデータサンプルに対する処理を実行する。終了指示が入力されている場合（ステップＳ３００；Ｙｅｓ）には、処理が終了する。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の一実施形態は、以下のように様々な形態に変形することもできる。また、上述した実施形態および以下に説明する変形例は、それぞれ互いに組み合わせて適用することもできる。

（１）ゲイン制御機能４０は、設定部４７を含まなくてもよい。この場合には、設定部４７においてゲイン制御機能４０に設定されるパラメータは、予め決められた値として設定される。すなわち、ゲイン制御機能４０は、少なくとも変換部４３とゲイン制御部４５とを含めばよい。

（２）ＲＭＳメータＡ４５０ａおよびＲＭＳメータＢ４５０ｂは、少なくとも一部において互いに異なる構成を有してもよい。

（３）音信号のレベルは、ＲＭＳメータＡ４５０ａおよびＲＭＳメータＢ４５０ｂによって算出される実効値でなくてもよい。例えば、音信号のレベルは、信号値の絶対値の平均値から算出されてもよい。音信号のレベルは、信号値のような瞬時値ではないため、時定数に相当する算出処理が含まれることになる。

一方、ＲＭＳメータＡ４５０ａとＲＭＳメータＢ４５０ｂとの関係と同様に、音信号Ｓａのレベルと音信号Ｓｂのレベルとを用いることで、時定数の影響を低減することができる。上述したように、時定数の影響を低減するために、音信号Ｓａのレベルと音信号Ｓｂのレベルとの比（例えば、音信号Ｓａのレベルに対する音信号Ｓｂのレベルの割合）を算出する方法を用いることが好ましい。ただし、この算出方法に限られず、２つの音信号のレベルを用いていれば別の算出方法を用いることによって、時定数の影響を低減してもよい。

（４）ゲイン制御機能４０は、電子鍵盤装置１のように演奏操作子としての鍵が設けられた電子楽器に適用される場合に限らず、例えば、鍵とは異なる演奏操作子が設けられた電子楽器、すなわち電子管楽器、電子弦楽器および電子打楽器等に適用されてもよい。また、ゲイン制御機能４０は、演奏操作子が設けられていない電子機器に適用されてもよい。ゲイン制御機能４０は、例えば、ミキサ、ＤＡＷ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｕｄｉｏ Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ）など、音信号を扱う装置に適用することができる。ゲイン制御機能４０は、音信号のレベルを算出するときの時定数の影響を低減することができるため、意図しないレベルの音信号がリアルタイムに入力される装置に適用することで、特に大きな効果を発揮する。

上述した一実施形態によるゲイン制御装置は、第１音信号の信号値を、当該信号値に対応する値に変換する変換部と、前記第１音信号のレベルに対応する第１レベルと、前記変換部により前記第１音信号の信号値を変換して得られた第２音信号のレベルに対応する第２レベルと、に基づいて、前記第１音信号のゲインを制御するゲイン制御部と、を備える。

前記変換部は、第１音信号の信号値を、当該信号値に対して１以下の割合を乗じた値に変換してもよい。

前記変換部は、少なくとも第１信号値から第２信号値までの範囲において前記信号値が大きくなるほど大きな値に変換し、前記第１信号値に対応する第１割合は、前記第２信号値に対応する第２割合よりも大きくてもよい。

前記ゲイン制御部は、前記第１レベルに対する前記第２レベルの割合に基づいて前記第１音信号のゲインを制御してもよい。

前記ゲイン制御部は、第１時定数を用いて前記第１レベルを算出し、第２時定数を用いて前記第２レベルを算出し、変更指示に基づいて、前記第１時定数および前記第２時定数を連動して設定してもよい。

前記変換部において変換される前記第１音信号は、音信号の出力レベルの変更指示に基づいて入力音信号の信号値を調整する調整部から出力された音信号であってもよい。

前記変換部は、変更指示に基づいて、前記信号値と当該信号値から変換される値との関係を変更してもよい。

上述した一実施形態による電子楽器は、前記ゲイン制御装置と、演奏操作子と、前記演奏操作子への操作に応じて前記第１音信号を生成する信号生成部と、を備える。

前記演奏操作子が鍵を含んでもよい。

上述した一実施形態によるゲイン制御方法は、第１音信号の信号値を、当該信号値に対応する値に変換し、前記第１音信号のレベルと、前記第１音信号の信号値を変換して得られた第２音信号のレベルと、に基づいて、前記第１音信号のゲインを制御する。

上述した一実施形態によるプログラムは、第１音信号の信号値を、当該信号値に対応する値に変換し、前記第１音信号のレベルと、前記第１音信号の信号値を変換して得られた第２音信号のレベルと、に基づいて、前記第１音信号のゲインを制御することをコンピュータに実行させる。

１…電子鍵盤装置、１０…制御部、１８…記憶部、２０…操作部、２１…ノブ、２３…スライダ、２５…タッチセンサ、２７…ボタン、３０…音源部、３１…信号生成部、３７…調整部、３９…出力部、４０…ゲイン制御機能、４３…変換部、４５…ゲイン制御部、４７…設定部、５０…表示部、６０…スピーカ、６５…信号出力部、８０…鍵盤部、８８…押鍵検出部、９０…インターフェース、９５…筐体、３１０…波形記憶部、３５０…プログラム記憶部、４５０ａ…ＲＭＳメータＡ、４５０ｂ…ＲＭＳメータＢ、４５１ａ，４５１ｂ…２乗演算器、４５２ａ，４５２ｂ，４５５ａ、４５５ｂ…加算器、４５３ａ，４５３ｂ…増幅器、４５４ａ，４５４ｂ…遅延器、４５７…除算器、４５８ａ、４５８ｂ…ローパスフィルタ、４５９…平方根演算器、４７１…音量設定部、４７３…変換情報設定部、４７５…時定数設定部

Claims (11)

1. 第１音信号の信号値を、当該信号値に対応する値に変換する変換部であって、第１音信号の信号値を当該信号値に対して１以下の割合を乗じた値に変換する変換部と、
   前記第１音信号のレベルに対応する第１レベルと、前記変換部により前記第１音信号の信号値を変換して得られた第２音信号のレベルに対応する第２レベルと、に基づいて、前記第１音信号のゲインを制御するゲイン制御部と、
   を備えるゲイン制御装置。
2. 前記変換部は、少なくとも第１信号値から第２信号値までの範囲において前記信号値が大きくなるほど大きな値に変換し、
   前記第１信号値に対応する第１割合は、前記第２信号値に対応する第２割合よりも大きい、請求項１に記載のゲイン制御装置。
3. 前記ゲイン制御部は、前記第１レベルに対する前記第２レベルの割合に基づいて前記第１音信号のゲインを制御する、請求項１または請求項２に記載のゲイン制御装置。
4. 前記ゲイン制御部は、
   第１時定数を用いて前記第１レベルを算出し、
   第２時定数を用いて前記第２レベルを算出し、
   変更指示に基づいて、前記第１時定数および前記第２時定数を連動して設定する、請求項１から請求項３のいずれかに記載のゲイン制御装置。
5. 前記変換部において変換される前記第１音信号は、音信号の出力レベルの変更指示に基づいて入力音信号の信号値を調整する調整部から出力された音信号である、請求項１から請求項４のいずれかに記載のゲイン制御装置。
6. 前記変換部は、変更指示に基づいて、前記信号値と当該信号値から変換される値との関係を変更する、請求項１から請求項５のいずれかに記載のゲイン制御装置。
7. 第１音信号の信号値を、当該信号値に対応する値に変換する変換部と、
   前記第１音信号のレベルに対応する第１レベルと、前記変換部により前記第１音信号の信号値を変換して得られた第２音信号のレベルに対応する第２レベルと、に基づいて、前記第１音信号のゲインを制御するゲイン制御部と、
   を備えるゲイン制御装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載のゲイン制御装置と、
   演奏操作子と、
   前記演奏操作子への操作に応じて前記第１音信号を生成する信号生成部と、
   を備える電子楽器。
9. 前記演奏操作子が鍵を含む、請求項８に記載の電子楽器。
10. 第１音信号の信号値を、当該信号値に対応する値に変換し、
    前記第１音信号のレベルと、前記第１音信号の信号値を変換して得られた第２音信号のレベルと、に基づいて、前記第１音信号のゲインを制御する、
    ゲイン制御方法。
11. 第１音信号の信号値を、当該信号値に対応する値に変換し、
    前記第１音信号のレベルと、前記第１音信号の信号値を変換して得られた第２音信号のレベルと、に基づいて、前記第１音信号のゲインを制御する
    ことをコンピュータに実行させるためのプログラム。

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