JP5514965B2 - 弦楽器のバーチャルチューニング - Google Patents

Description

ここで開示された実施の形態は、楽器、特に、弦楽器のチューニングに関する。

弦楽器の各弦が一定の基準音高に調弦されたとき、該弦楽器は、音高（ピッチ）が合っていると考えられる。調弦された楽器は、人が楽しい音楽を生み出すことを可能にする。しかしながら、前記弦は、時間の経過と共に次第に、それぞれの基準ピッチを発音できなくなる。つまり、前記楽器はピッチが合わなくなることになる。前記楽器のピッチが合わなくなるいくつかの要因は、前記弦の材質および年数、温度変化、前記楽器の演奏態様、ならびに、前記楽器の材質およびデザインである。

ピッチが合わなくなる毎に楽器をマニュアルにチューニングするのは、時間がかかり、不愉快な作業である。現在、楽器のピッチが合わなくなっていることを検出し、機械的な装置を使用して該楽器の個々の弦を調整することによって前記楽器を自動的にチューニングするシステムが存在する。これらのシステムは高価であり、嵩張り、前記楽器の重量を大きくし、小さな音高（ピッチ）変更に制限され、あまり多くの異なる種類の弦楽器と相性が良いというわけでもない。従って、弦楽器をチューニングするためには改良されたシステムが必要である。

ここに開示された実施の形態は、ディジタル信号処理を使用して弦楽器をチューニングする方法およびシステムを提供する。これらの実施の形態では、キャリブレーションモード時に、前記楽器の各弦毎にスタンダード調整係数が決定される。ノーマルモード時においては、弦が爪弾かれる結果としてピッチが発生されると、該ピッチは、対応する前記スタンダード調整係数、および、イントネーションエラーに対応するためのイントネーション調整係数に従って調整される。このようにして、チューニングされ且つ正確なイントネーションを有する調整されたピッチが出力される。

ここに開示された実施の形態は、さらに、弦楽器を変則的にチューニングする方法およびシステムを提供する。キャリブレーションモード時において、楽器の弦を短縮して爪弾くことによって発生された第１のピッチに基づいて、前記弦のためのスタンダード調整係数が決定される。ノーマルモード時においては、前記弦によってピッチが発生されると、該ピッチは、前記スタンダード調整係数に基づいて調整される。故に、短縮された弦を用いたキャリブレーションにより、前記弦が変則的にチューニングされる。

一実施の形態に従うチューニングシステムのブロック図。

一実施の形態に従って弦楽器をチューニングするためにチューニングシステムによって実行される処理のフロー図。

一実施の形態に従うギターのスタンダードチューニングを示すテーブル。

一実施の形態に従うチューニングシステムのピックアップおよびユーザ入力装置を示す図。

一実施の形態に従って正確なイントネーションを実現するための伝達関数を示すグラフ。

添付図面は、例示目的のために、本発明の様々な実施の形態を示す。以下の説明から、当業者は、ここに例示された構成および方法の代替的な実施の形態も、ここに説明された本発明の原理から逸脱することなく採用可能であることを容易に認識するであろう。

概説
ディジタル信号処理を使用して電気弦楽器のチューニングを可能にするチューニングシステムについて説明する。一実施の形態において、前記システムがキャリブレーションモードにある場合、前記楽器の各弦毎にスタンダード調整係数が決定される。前記弦のスタンダード調整係数は、該弦がスタンダードチューニングに従って調弦されるようにするための音高（ピッチ）調整手段である。

前記システムがノーマルモードであり弦が演奏されている場合、前記システムは、該弦の演奏によって発音されたピッチを測定し、該弦の総合調整係数（TAF）によって前記ピッチを調整する。前記TAFは、前記スタンダード調整係数およびイントネーション調整係数に基づいて算出される。

前記イントネーション調整係数は、例えばフレットに対する弦への過剰な指圧によって生じるイントネーションエラーに対応するためのものである。前記測定されたピッチが前記スタンダード調整係数によってのみ調整された場合、該調整されたピッチは、イントネーションエラーの存在により、半音階内における所望のピッチではない可能性がある。故に、前記イントネーション調整係数は、前記調整されたピッチが所望のピッチとなることを保証する。

従って、前記チューニングシステムにより、ピッチが合っていない電気弦楽器は、正確なイントネーションで、演奏可能であり、ピッチが合った音を発生する。以下、前記チューニングシステムの特定の実施の形態について説明する。
システムアーキテクチャ

図１は、一実施の形態に従うチューニングシステム100のブロック図である。一実施の形態において、チューニングシステム100は楽器に取り付けられる。他の実施の形態において、前記チューニングシステム100は、前記楽器の一部として該楽器と一体である。前記楽器は、電気ギター、ブラス、バイオリン、バンジョー等の任意の種類の電気弦楽器であってよい。この楽器は、ピックアップを備えたアコースティック弦楽器であってもよい。

図１に示されたチューニングシステム100は、ピックアップ102と、アナログ-ディジタル変換器（A/Dコンバータ）104、プロセッサ106と、ディジタル-アナログ変換機（D/Aコンバータ）108と、ライン出力110とを含む。前記ピックアップ102は、前記楽器の各々の弦の振動を検出するトランスデューサである。一実施の形態において、前記ピックアップ102は、ヘクサ（hex）ピックアップである。他の実施の形態において、前記ピックアップ102の代わりに、他の種類のトランスデューサが使用されてよい。

前記ピックアップ102は、前記楽器の各弦毎にワイヤ対を有する。例えば、前記楽器が6本弦のギターである場合、前記ピックアップ102は6個のワイヤ対を有する。各ワイヤ対について、該ワイヤ対における電圧は、該ワイヤ対に対応する弦の振動に基づいて変化する。このため、各ワイヤ対は、対応する弦が爪弾かれたときにアナログ信号を発生する。

前記ピックアップ102は前記A/Dコンバータ104に接続されており、該A/Dコンバータ104はインターフェース回路を含む。前記ピックアップ102の前記ワイヤ対は、前記A/Dコンバータ104にアナログ信号を出力する。各前記A/Dコンバータ104は、１つのワイヤ対に対応しており、該対応するワイヤ対によって出力されたアナログ信号を受信する。従って、この実施の形態において、前記A/Dコンバータ104の数は、前記楽器の弦の数に等しい。図１は6個のA/Dコンバータ104を示しているが、前記チューニングシステム100は、前記楽器の弦の数に応じて、より多くのまたはより少ないA/Dコンバータ104を有してもよい。他の実施の形態において、単一のA/Dコンバータ104が、前記ピックアップ102によって出力されたアナログ信号を処理する。

各A/Dコンバータ104は、前記対応するワイヤ対から受信されたアナログ信号をサンプルし、該アナログ信号をディジタルデータに変換する。一実施の形態において、各A/Dコンバータ104は、ローパスアンチエイリアスフィルタと、クロックソースと、A/D変換チップとを有する。前記クロックソースは、前記アナログ信号のサンプリングレートを定義する。一実施の形態において、前記サンプリングレートは、毎秒当たり44,100サンブルである。各A/Dコンバータ104の出力は、前記プロセッサ106に接続されている。

前記プロセッサ106は、前記A/Dコンバータ104によって出力されたディジタルデータを受信する。前記A/Dコンバータ104と前記プロセッサ106との間のインターフェースは、シリアルI/O規格である。一実施の形態において、ディジタルデータが受信されると、前記プロセッサ106は、割り込みを発し、前記プロセッサ106のシーケンサに後述の如く前記データの処理をさせ始める。前記プロセッサ106はユーザ入力装置112と、表示装置114とメモリ116とインターフェース接続されている。

前記ユーザ入力装置112は、前記システム100のユーザが前記プロセッサ106にコマンドを与えることを可能にする。該入力装置112は、ボタン、スイッチ、ノブ、ダイアル、キーボード、キーパッド、カーソルコントローラ、および/または、タッチスクリーン上に作成されたこれらの表示等の入力要素の組合せを有するものであってよい。一実施の形態において、前記システム100のユーザは、前記ユーザ入力装置112を使用して、前記プロセッサ106がキャリブレーションモードまたはノーマルモードで動作すべきかを制御することができる。前記キャリブレーションモードにおいて、前記プロセッサ106は、前記 楽器の各弦をキャリブレート（調整）する。前記ノーマルモードにおいて、前記プロセッサ106は、ピッチが合っていて、正確なイントネーションを有する音を出力するために適当な補正を行う。各モードにおける前記プロセッサ106の処理は、以下に更に説明されている。

前記ユーザ入力装置112を使用して、ユーザは、以下に説明する弦チューニング、変則（オルタナティブ）チューニングおよびイントネーションチューニングを有効または無効にすることもできる。図４は、前記ピックアップ102と、一実施の形態に従って6弦ギター上で実現される前記ピックアップ102およびユーザ入力装置112を示す。前記ユーザ入力装置112は、前記弦チューニング機能のためのボタン402と、前記オルタナティブチューニング機能のためのボタン404、および、前記イントネーションチューニング機能のためのボタン406を含む。これらのボタンの各々は、対応する前記チューニングを有効または無効にするためにユーザによって使用可能である。

前記表示装置114は、ここに記載されているような画像およびデータを表示するために設けられた任意の装置である。一実施の形態において、前記表示装置114は、タッチ式の透明バネルがその画面を覆ったタッチスクリーンを備えている。代案として、前記表示装置114は、オーディオフィードバックのみを提供するものであってもよい。

前記メモリ116は、前記プロセッサ106によって実行される命令を記憶する。前記命令は、ここに説明されるすべての技術のうちのいずれかまたはすべてを実行するためのコードからなっていてよい。前記メモリ116は、ダイナミックランダムメモリ（DRAM）、スタティックランダムメモリ（SRAM）、フラッシュRAM（非揮発性記憶装置）、これらの記憶装置の組合せ、または、当該技術において公知のその他の記憶装置であってよい。

前記プロセッサ106は、前記D/Aコンバータ108に接続されている。該プロセッサ106によって出力された処理済のディジタルデータは、前記D/Aコンバータ108によって受信される。一実施の形態において、前記プロセッサ106は、前記D/Aコンバータ108に対して、前記弦のディジタルサムを出力する。図１は１つのD/Aコンバータ108を示しているが、前記チューニングシステム100は、出力形態（例えば、ステレオ出力）に応じてより多数のD/Aコンバータ108を有してもよい。前記D/Aコンバータ108は、前記ライン出力110に接続されている。前記D/Aコンバータ108は、前記プロセッサ106から受信されたディジタルデータをアナログ信号に変換し、該アナログ信号を前記ライン出力110に出力する。前記ライン出力110は、例えば、アンプに接続されていてよい。
キャリブレーションモード

上述のように、前記プロセッサ106は、キャリブレーションモードまたはノーマルモードで動作可能である。キャリブレーションモードは、ユーザが前記ユーザ入力装置112を介してキャリブレーションコマンドを与えることによって開始される。前記楽器の弦がキャリブレートされるためには、前記弦は、前記楽器のユーザによって爪弾かれる必要がある。前記プロセッサ106は、一度に１つの弦、または、同時に多数の弦をキャリブレートすることができる。

一実施の形態において、前記プロセッサ106は、前記装置の各弦が少なくとも一度爪弾かれてキャリブレートされるまで、前記キャリブレーションモードにとどまる。前記キャリブレーション時に、ある１つの弦が爪弾かれなかった場合、前記ユーザが前記弦を爪弾くようリクエストするメッセージが、前記表示装置114を介して表示される。他の実施の形態において、1または複数の弦が爪弾かれ、キャリブレーションコマンドが前記ユーザ入力装置112を介して受信されると、前記プロセッサ106は、キャリブレーションモードに入り、前記1または複数の弦をキャリブレートし、そして、ノーマルモードにリターンする。他の実施の形態において、前記プロセッサ106は、ノーマルモードに入る前に、設定された期間だけキャリブレーションモードにとどまる。他の実施の形態において、前記プロセッサ106は、該プロセッサ106が前記入力装置112を介してコマンドを受信してノーマルモードに入るまで、キャリブレーションモードにとどまる。

前記プロセッサ106がキャリブレーションモードにあるとき、前記ピックアップ102が弦の振動を検出すると、前記プロセッサ106は、A/Dコンバータから、前記弦の振動によって生成されたピッチ（音高）を示すディジタルデータを受信する。前記プロセッサ106は、前記ディジタルデータを使用して前記ピッチを測定する。前記プロセッサ106はスタンダード調整係数を決定する。該スタンダード調整係数とは、前記測定されたピッチが前記楽器のスタンダードチューニングに従う所望の基準ピッチから逸脱していることを示す係数である。スタンダードチューニングとは、前記楽器の前記弦が典型的に調弦されるチューニング基準である。

前記スタンダード調整係数を決定するために、前記プロセッサ106は、前記メモリ116に記憶されたスタンダードチューニングテーブルにアクセスする。該スタンダードチューニングテーブルは、スタンダードチューニングの下でフレットされていない状態で各弦が発生すべき音（note:ノート）を示す。前記プロセッサ106は、前記テーブルにおいて、前記弦について前記ノートの周波数が何であるべきか（基準ピッチの周波数）を特定する。前記プロセッサ106は、前記基準ピッチの周波数F_referenceと前記測定されたピッチの周波数F_measuredとの間の比率を使用することによって、前記スタンダード調整係数を算出する。前記スタンダード調整係数を算出するための数式を以下に示す。前記プロセッサ106は、前記スタンダード調整係数を含むよう、前記メモリ116に記憶されたスタンダードチューニングテーブルを更新する。

スタンダード調整係数 = F_reference ／ F_measured （1）

図３は、6弦のギターについて前記メモリ116に記憶されたスタンダードチューニングテーブル100の一例を示す。コラム302は弦を示し、コラム304は、スタンダードチューニングの下で前記弦のノートが何であるべきを示し、コラム306は前記ノートの周波数を示し、コラム308は前記弦について算出された調整係数を示す。

一実施の形態において、前記メモリ116は、各弦毎に、変則調整係数を記憶している。１つの弦の変則調整係数とは、スタンダードチューニングの下における記弦のピッチの、変則チューニングの下における所望のピッチからの差である。また、１つ弦の変則調整係数とは、変則チューニングの下で前記弦によって発生されたピッチの周波数F_alternateとスタンダードチューニングの下で前記弦によって発生されたピッチの周波数F_standardとの比率である。１つの弦について変則調整係数を算出するための数式を以下に示す。

変則調整係数 = F_alternate ／F_standard （2）

一実施の形態において、１つの弦について、前記メモリ116は、6弦のギターの次のような変則チューニングのうちの1または複数についての変則調整係数を記憶している。ここで、前記変則チューニングとは、ダブルドロップD、DADGAD、オープンG、オープンD、オクターバー、ベース、ベースGTRスプリット、7弦および12弦である。一実施の形態において、１つの弦のいくつかの変則チューニングについて、前記メモリ116は多数の調整係数を記憶している。例えば、6弦ギターの12弦チューニングについて、前記変則チューニングは、各弦について２つのピッチが発生されることによって実現される。故に、この例では、前記メモリ116は、各弦について２つの調整係数を記憶することになる。

キャリブレーションのために１つの弦が爪弾かれる場合、該弦は、変則チューニングのために、例えば、該弦をフレットまたはフィンガーボード（指板）に対して押圧することによって、短縮されることができる。前記弦を短縮すること、または、前記弦が短縮されることは、爪弾かれた時に（すなわち、前記ユーザがノートを指奏している時に）振動する弦の部分を小さくするために、ユーザが該弦に圧力をかけたことを示す。短縮された弦を爪弾くことによって、該弦はピッチがよりシャープになり、その結果としてのスタンダード調整係数は、調整されたピッチをよりフラットにし、これにより、ユーザはオーダーメイドの変則チューニングを作成することができる。

一例として、低E弦が第１フレットに押しつけられて爪弾かれ、そして、該弦が振動している間に前記プロセッサ106がキャリブレーションモードにされる場合を仮定する。前記プロセッサ106は、前記スタンダードチューニングテーブルを使用して、ピッチを低Eに合わせるための調整係数を決定することになる。ノーマルモード時において前記弦がフレットが押しつけられない状態で爪弾かれると、該弦はEフラット（Eの1半音下）に合わさせることになる。というのは、キャリブレーションモード時に、該弦は第１フレットに押しつけられて（1半音のピッチ上昇で）爪弾かれたからである。
ノーマルモード

一実施の形態において、前記プロセッサ106がキャリブレーションモードにないとき、該プロセッサ106はノーマルモードにある。ノーマルモードでは、前記プロセッサ106は前記楽器が演奏されている時に該楽器を調弦する。前記プロセッサ106によって実行可能な前記チューニングは、弦チューニング、変則チューニングおよびイントネーションチューニングを含む。これらの機能については後述する。

ノーマルモードにおいて１つの弦が爪弾かれると、前記プロセッサ106は、該弦によって発生されたピッチを測定する。さらに、前記プロセッサ106は、１に等しい総合調整係数（TAF）を設定する。該TAFは、測定されたピッチを調整する係数である。しかしながら、前記TAFに基づいて前記ピッチを調整する前に、前記プロセッサ106は前記係数を算出する。

前記TAFを算出するために、前記プロセッサ106は、調弦（弦チューニング）機能が有効にされているか否かを判定する。前記楽器のユーザは、スタンダードチューニングに従って調弦されるよう調弦機能を有効化する。調弦が可能である場合、前記プロセッサ106は、前記メモリ116に記憶されたスタンダードチューニングテーブルから、前記弦のスタンダード調整係数を読み出す。そして、前記プロセッサ106は、前記スタンダード調整係数が掛けられたTAFの現在値と等しくなるようTAFを設定する。

例えば、前記システム100がノーマルモードであり、前記調弦機能が有効化されており、図３のテーブル300が前記メモリ116に記憶されたスタンダードチューニングテーブルであると仮定する。第２弦が爪弾かれると、前記プロセッサ106は、前記メモリ116に記憶されたテーブル300から、0.97762のスタンダード調整係数を読み出し、前記TAFに0.97762を乗じる。

さらに、前記プロセッサ106は、変則チューニングが有効にされているか否かを判定する。前記変則チューニング機能は、前記楽器の弦が変則ユーザチューニングに従って調弦されるよう、ユーザによって有効にされる。前記変則チューニングが有効化されている場合、前記プロセッサ106は、前記システム100が前記ユーザによって設定された特定の変則チューニング（例えば、DADGAD、またはオープンD）を判定する。前記プロセッサ106は、前記メモリ116から、前記設定されている変則チューニングに対応する前記弦の変則調整係数を読み出す。そして、前記プロセッサ106は、前記変則調整係数が掛けられたTAFの現在値と等しくなるようTAFを設定する。

一実施の形態において、前記変則ユーザチューニングが有効化されている場合、前記スタンダードチューニング機能も自動的に有効化される。前記変則調整係数は、上述の如く、ピッチがスタンダードチューニングに従っているとの仮定の下に算出される。故に、前記スタンダードチューニング機能を自動的に有効化することによって、ピッチが前記変則ユーザチューニングに従って変則的に調整され得るよう、前記スタンダードチューニングからのズレに対応する。しかしながら、他の実施の形態において、前記２つの機能は互いに独立していてよく、その場合、例えば、前記変則調整係数は、前記測定されたピッチに基づいて算出される。このような実施の形態において、前記変則調整係数は、スタンダードチューニングに対応するためのスタンダード調整係数に依存しない。

さらに、前記プロセッサ106は、イントネーションチューニング機能が有効化されているか否かを判定する。前記イントネーションチューニング機能は、ピッチベンドを可能にしながら、イントネーションエラーに対応するものである。イントネーションは、どの程度正確にピッチが発生されたかを示す測定値である。イントネーションエラーは、例えば、ユーザがどのように弦を爪弾くか、弦をフレットに押しつけるか、または、弦を楽器の指板に向けて押すかによって発生される。これらの動作のいずれも、ピッチをシャープすぎるまたはフラットすぎるものとするおそれがある。一実施の形態において、前記メモリ116は、多数の基準ピッチ、および、これらのピッチの各々に関連した周波数範囲を記憶している。前記基準ピッチは、半音階内のピッチである。一実施の形態において、前記周波数範囲は互いに重複しない。

前記イントネーションチューニング機能が有効化されている場合、前記プロセッサ106は、イントネーションエラーに対応するためのイントネーション調整係数を決定する。該イントネーション調整係数を決定するために、前記プロセッサ106は、前記TAFの現在値を特定し、該TAFの現在値によって調整されたならば前記測定されたピッチがどのようなピッチ（すなわち、調整ピッチ）になるかを判定する。前記調弦機能が有効化され前記TAFがスタンダード調整係数に基づいて設定されている場合、前記プロセッサ106は、前記スタンダード調整係数に従って調整された後の前記測定されたピッチがどのようなピッチになるかを判定する。

前記プロセッサ106は、前記調整されたピッチが前記記憶された範囲のうちの１つの範囲内であるかを判定する。前記調整されたピッチが前記記憶された範囲のうちの１つの範囲内にあり該範囲の基準ピッチである場合、該調整されたピッチは正しい情報を有する（イントネーションエラーに対応する必要が無い）ので、前記プロセッサ106は、前記イントネーション調整係数を1に設定する。前記調整されたピッチが前記記憶された範囲のうちの１つの範囲内ではあるが基準ピッチでない場合、前記プロセッサ106は、前記調整されたピッチがイントネーションエラーを有すると判定し、該エラーに対応するためのイントネーション調整係数を算出し、前記ピッチを前記基準ピッチに調整する。以下に示すのは前記イントネーション調整係数を算出するための数式であり、ここで、F_referenceは前記基準ピッチの周波数であり、F_adjustedは前記調整されたピッチの周波数である。

イントネーション調整係数 = F_reference ／ F_adjusted （3）

前記調整されたピッチが前記記憶された範囲のうちのいずれの範囲でもない場合、前記楽器のユーザが意図的にノートをベンド（変化）させていると推定され、イントネーションエラーではないと推定される。故に、前記調整されたピッチが前記記憶された範囲内でない場合、イントネーションエラーに対応する必要が無いので、前記プロセッサ106は、前記イントネーション調整係数を1に設定する。前記イントネーション調整係数の値が設定されると、前記プロセッサ106は、前記TAFを前記スタンダード調整係数が掛けられたTAFの現在値に設定する。

図５は、一実施の形態に従ってイントネーションチューニングを行うために実行される伝達関数のグラフ500を示す。具体的には、図５のグラフ500は、半音階の各オクターブに生じる基準ノートF〜F#の近辺における前記伝達関数の一部を示す。

図５における横軸502は、弦が爪弾かれた時に該弦がフレットに押しつけられていた場合における正確に調弦またはピッチ調整された弦の入力ピッチを示す。縦軸504は、イントネーションチューニングが適用された後の出力ピッチを示す。基準ピッチFは、F_フラットとF_シャープとの間の範囲506を有し、基準ピッチF#は、F#_フラットとF#_シャープとの間の範囲508を有する。

前記入力ピッチがいずれかの点において正確にFである場合、該入力ピッチが正確なイントネーションを有しその結果前記プロセッサ106は、ピッチ補正を行わなくてよいので、出力ピッチもFである。前記入力ピッチが、Fではないが、F_フラットとF_シャープとの間の範囲506内である場合、前記プロセッサ106は、それがピッチエラーであると推定し、イントネーションを補正しFを出力するためのイントネーション調整係数を算出する。

前記入力ピッチがF_シャープより高い場合、前記楽器のユーザがノートをベンドさせていると推定される。その結果、前記プロセッサ106は、斜線510によって示すようにFより高いピッチを出力する。この関係はF#_フラットまで続き、その時点で、前記プロセッサ106は、再び、前記入力ピッチがエラーであると推定する。しかしながら、そこで、前記入力ピッチはF#_フラットとF#_シャープとの間の範囲508内であるので、前記プロセッサ106はF#のピッチを出力する。

故に、前記伝達関数はピッチが連続しているので、前記楽器の演奏は前記ユーザとって自然に感じられる。さらに、ユーザがノートをより高くベンドすると、前記出力ピッチは、それに応じて自然にベンドされ、次のより高い半音に貼りつく。従って、前記イントネーションチューニング機能は、正確にノートを奏でることをより容易にする。

一実施の形態において、前記メモリ116に記憶された各基準ピッチの範囲はプリセットされたものである。他の実施の形態において、前記各基準ピッチの範囲は、前記ユーザ入力装置112を介して、前記システム100のユーザによって調整可能である。一実施の形態において、基準ピッチの範囲は、ゼロにまで低く設定でき、該ピッチの全音程にまで高く設定できる。一方の極端として、前記範囲がゼロに設定される場合、この設定は、基本的に、前記イントネーションチューニング機能を中立にする。他方の極端として、前記範囲が全音に設定される場合、ノートのベンドは、瞬間的なピッチ遷移という特定の効果となる。

一実施の形態において、前記イントネーションチューニング機能は、前記調弦機能または変則チューニング機能が有効化されているときにのみ有効化され得る。他の実施の形態において、前記イントネーションチューニング機能は、その他のチューニング機能が無効にされていても有効にされ得る。

上記の構成に基づく、前記TAFは、前記有効化された機能を考慮して算出される。例えば、前記調弦（弦チューニング）機能、変則チューニング機能およびイントネーションチューニング機能が有効化された場合、前記TAFの最終的な算出値は、次の数式によって提供される。

TAF =スタンダード調整係数 * 変則調整係数 * イントネーション調整係数 （4）

前記TAFが前記有効化された機能を考慮して算出される場合、前記プロセッサ106は、前記TAFによって前記測定されたピッチを調整し、調整されたピッチを出力する。前記TAFによって前記測定されたピッチを調整することは、前記プロセッサ106がディジタル信号処理を使用してピッチをリサンプルし、前記TAFを使用して前記測定されたピッチを調整することを含む。前記測定されたピッチが調整されるピッチ（すなわち、調整されたピッチ）は、前記測定されたピッチに前記TAFを掛ける（乗じる）ことによって決定され得る。

前記弦チューニング機能、変則チューニング機能およびイントネーションチューニング機能は、１つのピッチに適用されるものとして説明してきた。しかしながら、前記プロセッサ106は、互いに異なる弦によって同時に発生された複数のピッチに対して同時に前記弦チューニング機能、変則チューニング機能および/またはイントネーションチューニング機能を適用することができる。換言すれば、前記プロセッサ106は、同時に多数の弦をチューニングできる。

上述の如く、ある変則チューニングについて、各弦毎に２つ以上のピッチが出力される必要があることがある。一実施の形態において、１つの弦を爪弾くことによって発生され測定されたピッチを複製し、各測定されたピッチを出力する前に該ピッチをそのTAFによって調整することによって、多数のピッチが発生される。各TAFを算出するために使用される変則調整係数は互いに異なるものとなり、その結果、TAFも異なるものとなる。

例えば、6弦ギターが12弦の変則チューニングに設定される場合を仮定する。さらに、前記12弦の変則チューニングについて、前記メモリ116が前記6弦の各弦毎に２つの変則調整係数を記憶していると仮定する。１つの弦が爪弾かれると、前記プロセッサ106はそのピッチを測定する。そして、前記プロセッサ106は、前記測定されたピッチを複製することによって、値が等しい第１の測定されたピッチおよび第２の測定されたピッチを生成する。そして、前記プロセッサ106は、第１のTAFに従って前記第１の測定されたピッチを調整し、第２のTAFに従って前記第２の測定されたピッチを調整する。前記プロセッサ106は、前記弦の変則調整係数のうちの一方に基づいて前記第１のTAFを算出し、前記弦の変則調整係数のうちの他方に基づいて前記第２のTAFを算出する。その結果、前記弦について２つのピッチが生成され、出力される。
ディジタル信号処理

一実施の形態において、上述のようにピッチを測定し、ピッチを調整するために、前記プロセッサ106はディジタル信号処理技術を使用する。ピッチを測定して調整するために使用される式は、データの自己相関関数から得られる。繰り返し周期Lを有するデータのシーケンスx_jの自己相関は、

である。
時点Iにおいて、j = 0, ・ iであるにおける周期Lの波形のサンプルデータのシーケンス{x_i}について考えると、タイムラグnの関数としての前記自己相関は、

と表わすことができる。

必要な計算を少なくするために、“E”関数および“H”関数は、

と求められる。関数E_i（L）は、2周期2Lにわたる波形

の蓄積エネルギである。タイムラグの引数nは存在していない。換言すれば、自己相関値E_i（L）は、単に、ゼロタイムラグで且つ既知の繰り返し周期L,（H _i（L））で算出される。この時点iにおいて、j = 0, ・ iのデータのシーケンス{x_i}について考えると、これらの式は

と表すことができる。

言い換えると、予期される各ラグLについて、4つの多重加算が行わなければならない。

であり、且つ、E_i（L）が前記データの繰り返し周期であるLの値においてのみ2 H _i（L）に略等しい、ということが分かる。前記データ{x_i}のスケーリングは未知であるので、信号のエネルギに対して前記用語“略”が必要である。これは、周期性を検出するための

につながる。ここで、“eps”は小さな数である。前記Lの値を変化させることによってこの条件が満たされると、Lは前記データの繰り返し周期ということになる。

前記プロセッサ106がA/Dコンバータ104からピッチを示すディジタルデータを受信すると、前記プロセッサ106は、2〜110の範囲のLの値について、上記式（9）, （10）および（12）を計算することによって、前記ピッチの周波数を検出し、測定する。44,100Hzでサンプルされた{x_i}については、検出可能な周波数である2,756Hz〜50.1Hzの周波数範囲が与えられる。

検出されたピッチを調整するために、該検出されたピッチの近辺の小さな範囲のL値について、上記式（9）,および（10）が計算される。入力ピッチが変化するのに伴い、式（12）の最小値が変化し、それに従って、前記L値の範囲が変化させられる。そして、入力波形の周期を使用して、該入力波形を所望の周期（すなわち、所望のピッチ周波数）にチューニングし直す。ピッチを測定して調整するための詳細技術は、その出典を記載することによって本明細書の一部とするUS特許No.5,973,252に記載されている。
処理

図２は、一実施の形態に従って弦楽器をチューニングするために前記チューニングシステム100によって実行される処理のフロー図２00である。説明上の便宜のために、前記システム100が前記楽器と一体化されており、キャリブレーション時に前記楽器の各弦毎にスタンダード調整係数が決定されている、と仮定する。さらに、前記システム100がノーマルモードにあり、前記楽器の少なくとも１つの弦が爪弾かれた、仮定する。

前記システム100は、ステップ202において、前記弦の爪弾きによって発生されたピッチを測定する。そして、前記システム100は、ステップ204において、前記TAFの値を1に設定する。そして、前記システム100は、ステップ206において、前記弦チューニング機能が有効化されているか否かを判定する。前記弦チューニング機能が無効化されている場合、前記システム100は、ステップ210に進む。反対に、前記弦チューニング機能が有効化されている場合、前記システム100は、ステップ208において、前記TAFの値を、キャリブレーション時に決定された前記弦の前記スタンダード調整係数が掛けられたTAFの現在値に設定する。

前記システム100は、ステップ210において、前記変則チューニング機能が有効化されているか否かを判定する。前記変則チューニング機能が無効化されている場合、前記システム100は、ステップ214に進む。しかし、前記変則チューニング機能が有効化されている場合、前記システム100は、ステップ212において、前記TAFの値を、該システム100が設定されている変則チューニングのための変則調整係数が掛けられたTAFの現在値に設定する。

ステップ214において、前記システム100は、前記イントネーションチューニング機能が有効化されているか否かを判定する。前記イントネーションチューニング機能が無効化されている場合、前記システム100は、ステップ220に進む。しかし、前記イントネーションチューニング機能が有効化されている場合、前記システム100は、ステップ216において、前記TAFの現在値に従って調整された前記測定されたピッチが記憶された基準ピッチの範囲内であるか否かに基づいてイントネーション調整係数を決定する。

前記調整されたピッチが基準ピッチであり、または、基準ピッチの範囲内でない場合、前記イントネーション調整係数は1に設定される。前記調整されたピッチが基準ピッチではないが基準ピッチの範囲内である場合、前記システム100は、前記基準ピッチおよび前記調整されたピッチに基づいて前記イントネーション調整係数を算出する。

ステップ218では、前記システム100は、前記TAFの値を、前記決定されたイントネーション調整係数が掛けられたTAFの現在値に設定する。そして、前記システム100は、ステップ220において、前記算出されたTAFに基づいて前記測定されたピッチを調整する。
概略

本発明の実施の形態についての上述の説明は、例示的な説明であり、本発明の全て網羅するものではなく、本発明を開示内容のみに限定するものでもない。当業者に理解されるように、上記開示内容に照らして多くの変更が可能である。

以上の詳細な説明のいくつかの部分は、本発明の特徴を情報についての処理のアルゴリズムおよび情報処理の象徴的な表現について説明している。これらのアルゴリズムおよび表現は、当業者がかれらの作業内容を他の当業者に最も効果的に伝えるために一般的に使用される手段である。上記の処理は、ここでは機能的、計算的または論理的に説明されているが、コンピュータプログラムまたは等価電気回路、マイクロコード等によって実現されてよい。

上記ステップまたは処理は、1または複数のハードウエアまたはソフトウエアモジュールを単独で使用することによって、または、他の装置と組み合わせて使用することによって実行可能である。一実施の形態において、ソフトウエアモジュールが、上述したステップまたは処理のすべてを実行するコンピュータプロセッサによって実行可能なコンピュータプログラムコードを含むコンピュータによって読み取り可能な媒体からなるコンピュータプログラム製品で実現される。

本発明の実施の形態は、さらに、上記処理を実行する装置に関する。この発明は前記要求される目的に特化して構成されてもよく、および／または、コンピュータに記憶されたコンピュータプログラムによって選択的に作動または再構成される汎用コンピューテイング装置からなっていてよい。このようなコンピュータプログラムは、コンピュータシステムバスに接続された、電子命令を記憶するのに適した有形のコンピュータによって読み取り可能な記憶媒体またはその他任意タイプの媒体に記憶されてよい。さらに、この明細書に言及されているコンピューティングシステムは、単一のプロセッサを備えるものでよく、または、向上した計算能力を実現するための多数のプロセッサを採用したアーキテクチャであってもよい。

本発明の実施の形態は、ここに説明された計算処理によって作成された製品にも関するものであってもよい。このような製品は、計算処理から生じる情報からなっていてよく、そこでは、前記情報は一時的ではない有形のコンピュータによって読み取り可能な媒体に記憶されており、ここに説明されたコンピュータプログラム製品または他のデータの組合せの任意の実施の形態を含んでいてよい。

最後に、この明細書に使用された言語が主に読み易さおよび教示目的で選択されたものであり、本発明の主題を限定し、その境界を規定するために選択されたものではない。

Claims (11)

1. 弦楽器をチューニングするための、コンピュータによって実現される方法であって、
   前記弦楽器の弦の基準の標準ピッチを記憶することと、
   前記弦楽器の１つの弦によって発生されたピッチを測定することと、
   前記測定されたピッチと前記記憶された標準ピッチとの比較に基づいて調整係数を決定することと、
   前記１つの弦についての前記調整係数を記憶することと、
   前記弦楽器の１つの弦の測定された振動に基づいて連続的な入力信号を発生することと、
   前記入力信号に基づいて前記１つの弦のための出力信号をプロセッサによって生成すること、
   からなり、前記出力信号を生成することは、
   前記１つの弦についての前記記憶された調整係数に基づいて前記入力信号を調整することと、
   前記調整された入力信号のピッチに最も近い基準ノートを特定することと、
   前記調整された入力信号のピッチが前記最も近い基準ノートのエラー閾範囲内であれば、前記調整された入力信号を、前記特定された最も近い基準ノートのピッチに等しい出力ピッチを持つように設定することと、
   前記調整された入力信号のピッチが前記最も近い基準ノートのエラー閾範囲外であれば、前記調整された入力信号を、前記エラー閾の境界において前記最も近い基準ノートのピッチから開始しその次の基準ノートへと連続する関数に等しい出力ピッチを持つように設定することと、
   前記調整された入力信号を前記１つの弦のための前記出力信号として出力すること、
   からなる方法。
2. 前記調整係数は、ユーザ入力に基づいて受信されるキャリブレーションコマンドに応じて決定される請求項１に記載の方法。
3. 前記弦のための前記エラー閾を設定するユーザ入力を受け付けることを更に含む請求項１に記載の方法。
4. 請求項１に記載の方法を、複数の弦を有する前記弦楽器の各弦毎に行うこと、からなる方法。
5. 弦楽器をチューニングするための、コンピュータによって実現される方法であって、
   前記弦楽器の１つの弦の測定された振動に基づいて連続的な入力信号を発生することと、
   前記入力信号のピッチに最も近い基準ノートを特定することと、
   前記測定された入力信号の前記ピッチが前記最も近い基準ノートのエラー閾範囲内であれば、前記入力信号を、前記特定された最も近い基準ノートのピッチに等しい出力ピッチを持つように設定することと、
   前記測定された入力信号の前記ピッチが前記最も近い基準ノートのエラー閾範囲外であれば、前記入力信号を、前記エラー閾の境界において前記最も近い基準ノートのピッチから開始しその次の基準ノートへと連続する関数に等しい出力ピッチを持つように設定することと、
   前記入力信号を前記１つの弦のための前記出力信号として出力すること、
   からなる方法。
6. 前記弦のための前記エラー閾を設定するユーザ入力を受け付けることを更に含む請求項５に記載の方法。
7. 請求項５に記載の方法を、複数の弦を有する前記弦楽器の各弦毎に行うこと、からなる方法。
8. 弦楽器用のチューニングシステムであって、
   前記弦楽器の１つの弦の測定された振動に基づいて連続的な入力信号を発生するよう構成されたトランスデューサと、
   前記入力信号に基づき前記１つの弦のための出力信号を生成するように構成されたプロセッサであって、
   前記入力信号のピッチに最も近い基準ノートを特定し、
   前記測定された入力信号の前記ピッチが前記最も近い基準ノートのエラー閾範囲内であれば、前記入力信号を、前記特定された最も近い基準ノートのピッチに等しい出力ピッチを持つように設定し、
   前記測定された入力信号の前記ピッチが前記最も近い基準ノートのエラー閾範囲外であれば、前記入力信号を、前記エラー閾の境界において前記最も近い基準ノートのピッチから開始しその次の基準ノートへと連続する関数に等しい出力ピッチを持つように設定し、
   前記入力信号を前記１つの弦のための前記出力信号として出力する、
   ことにより前記出力信号を生成するように構成された前記プロセッサと、
   を具備したチューニングシステム。
9. 前記弦楽器の前記１つの弦の基準の標準ピッチを記憶するメモリを更に具備し、
   前記プロセッサは、更に、
   前記弦楽器の１つの弦によって発生されたピッチを測定し、
   前記測定されたピッチと前記記憶された標準ピッチとの比較に基づいて調整係数を決定し、
   前記１つの弦についての前記調整係数を記憶し、
   前記１つの弦についての前記記憶された調整係数に基づいて前記入力信号を調整する、
   ことにより前記弦の標準チューニングを行うように構成されている、請求項８に記載のチューニングシステム。
10. 前記プロセッサは、ユーザ入力に基づいて受信されるキャリブレーションコマンドに応じて前記弦の標準チューニングを行うように構成されている、請求項８に記載のチューニングシステム。
11. 前記プロセッサは、更に、前記弦のための前記エラー閾を設定するユーザ入力を受け付けるように構成されている、請求項８に記載のチューニングシステム。

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