JPH096340A - 音の開始と終わりを認識するための方法及び装置 - Google Patents

音の開始と終わりを認識するための方法及び装置

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JPH096340A JP8021751A JP2175196A JPH096340A JP H096340 A JPH096340 A JP H096340A JP 8021751 A JP8021751 A JP 8021751A JP 2175196 A JP2175196 A JP 2175196A JP H096340 A JPH096340 A JP H096340A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 音の開始又は終わりを確実に認識できるよう
にする。 【解決手段】 打楽器または爪弾き楽器のような任意の
音源から発生された音信号からエンベロープ曲線追従関
数を形成し、このエンベロープ曲線追従関数の現在値お
よび前の値から比較値を形成する。この比較値がしきい
値を超えた時を、音の開始として決定する。また、ロー
パスフィルタ処理された音信号からフィルタエンベロー
プ曲線追従関数およびフィルタ最小値関数を形成し、フ
ィルタエンベロープ曲線追従関数の値がフィルタ最小値
関数の値より小さくなった時または所定の間隔だけ早い
時点における該フィルタ最小値関数の値に比例した値よ
り小さくなった時を、音の終わりとして検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、打楽器または爪
弾き楽器などから与えられる音信号における音の開始を
認識するための方法及び装置に関し、さらには音の終わ
りを認識することも可能な方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】電子的楽音合成技術を用いて合成音の発
音を行う場合、主に、明確に定義された音が割り当てら
れた鍵(キー)を有する楽器(鍵盤楽器)が使用されて
いる。鍵が押されると、音高情報のみならず発音開始情
報が得られる。しかしながら、鍵盤楽器を使用して合成
音を発生することができる演奏者は限られた範囲の人々
であるので、このような鍵盤楽器での演奏は限られたも
のになる、という問題点がある。そこで、例えば、弦を
打ち鳴らしたり爪弾いたりする操作を行うことによって
楽音が発生されるギター、ベースその他の打楽器または
弦楽器を入力用機器として使用して、任意の電子的合成
音を発生することができるようにするための努力がなさ
れてきた。しかし、基本的に、演奏は弦楽器に制限され
るものではない。同様な課題は、ドラム、および、比較
的短いパルスによって励振され、振動構造(例えば弦の
長さ)または励振作用点を変化させることによって発生
楽音を変化させることが可能なその他すべての楽器、に
おいても生じる。この発明は勿論ギター以外についても
適用可能であるが、便宜上、ギターを例にとってその従
来技術及び課題を以下に説明する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ギターの場合、例えば
励振される弦の長さを変化させることによって、音高を
変えることができる。例えば弦のフレット近くまたはブ
リッジ近くの部分を打ち鳴らすことによって、発生楽音
を変化させることができる。前記弦が振動すると、発生
楽音をさらに合成処理するために必要な情報を得ること
ができる。このような各種の必要情報を検出するための
様々な方法(すなわち音認識アルゴリズム)が知られて
いる。しかしながら、どのような方法を利用する場合で
あっても、そのための音認識アルゴリズムを適切に開始
できるようにするために、入力楽器における励振の開始
すなわち音の開始を十分な確実性をもって認識すること
が大前提として要求される。すなわち、それらの方法の
適否は、音の開始を十分な確実性をもって認識すること
に依存している。
【0004】音の開始を検出する最も簡単な方法は、入
力された音信号のレベルが所定のしきい値を超えたか否
かをチェックする方法である。音信号が前記所定のしき
い値を超えと、音が開始したと推定できる。しかし、多
くの場合、この方法では不十分である。ギターリスト
(モダンポップミュージックおよびロックミュージック
のギターリストを含む)は、利用可能な或る程度のダイ
ナミックレンジを、すなわち、極めて小さな楽音から極
めて大きな音までを演奏できることを、欲するものであ
る。従って、この種の従来技術においては、大きな音の
演奏すると所定のしきい値を超えるので音の開始を検出
することができるが、極めて小さな音の演奏の場合には
前記所定のしきい値を超えることはできないので音の開
始を検出することができない。それでも、ギターリスト
は弦を励振し続けるので、このように音の開始が検出さ
れないと、以後の処理が行われず、このため、結局、音
が聞こえない、という問題点が生じる。
【0005】他の問題点は、極めて速く演奏すると、し
ばしば音信号の振幅レベルが所定のしきい値未満に下が
らず、このため、弦の新たな励振を検出、評価すること
ができない、ということである。前記しきい値が極めて
低く設定される場合、隣接した弦の間のクロストークが
発生し、このため、弦が全く打たれたり爪弾かれたりし
ないにも関わらず音の開始が検出されることがあり、こ
の場合にも、不正確な評価が行われることになる。さら
に、ギターリストがピックを使用する場合に、該ピック
の先端が弦に対して正確な位置に当たることなく、該弦
が幾分平な状態に弦に沿って引かれるときにも、不都合
が発生する。すなわち、この場合、実際の楽音が発生す
る前であっても、ある一定の“初期励振”が発生し、こ
の初期励振は、明らかに周期的なものと認められ、一般
的に、所望の楽音より1〜2オクターブ高いものにな
る。前記初期励振は、実際の楽音には影響しないが、タ
イミングが早すぎる。
【0006】小さな楽音を確実に識別できるよう前記し
きい値を極めて低く設定すると、特に後に述べた2つの
例において、後の評価アルゴリズにおいて克服し難いエ
ラー信号が発生する。一方、前記しきい値を極めて高く
設定すると、ギター演奏者のダイナミックレンジが狭く
なる。この発明は上述の点に鑑みてなされたもので、広
いダイナミックレンジを持つ音の開始を確実に検出でき
るようにする方法および装置を提供することを目的とす
る。また、音の終わりも確実に検出できるようにする方
法および装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決しようとする手段】上記目的を達成するた
めに、この発明に係る方法は、与えられた音信号の音の
開始を認識する方法であって、前記音信号からエンベロ
ープ曲線追従関数を形成する処理と、前記エンベロープ
曲線追従関数の現在値および前の値から比較値を形成す
る処理と、前記比較値がしきい値を超えた時点を、音の
開始として決定する処理とを具備するものである。
【0008】また、この発明に係る方法は、与えられた
音信号の音の開始を認識する方法であって、前記音信号
からエンベロープ曲線追従関数を形成する処理と、前記
エンベロープ曲線追従関数から最小値関数を形成し、前
記エンベロープ曲線追従関数および最小値関数から比較
値を形成する処理と、前記比較値がしきい値を超えた時
点を、音の開始として決定する処理とを具備するもので
ある。
【0009】さらに、この発明に係る方法は、与えられ
た音信号の音の終わりを認識する方法であって、ローパ
スフィルタ処理された前記音信号からフィルタエンベロ
ープ曲線追従関数およびフィルタ最小値関数を形成する
処理であって、その場合に、正および負のエンベロープ
曲線追従関数をまず形成し、該正および負のエンベロー
プ曲線追従関数の和から前記フィルタエンベロープ曲線
追従関数を形成するものと、前記フィルタエンベロープ
曲線追従関数の値が前記フィルタ最小値関数の値より小
さくなった時または所定の間隔だけ早い時点における該
フィルタ最小値関数の値に比例した値より小さくなった
時を、音の終わりとして検出する処理とを具備するもの
である。さらに、この発明に係る方法は、前記しきい値
を、前記音信号の関数として動的に変化させる処理を含
むことを特徴とする。
【0010】また、この発明に係る装置は、時間的に変
化する音信号によって表される音の開始を認識する装置
であって、(a)前記音信号に関するエンベロープ曲線
追従関数を発生する手段と、(b)前記エンベロープ曲
線追従関数における値の上昇ステップを検出するステッ
プ検出手段と、(c)しきい値を発生するしきい値発生
手段と、(d)前記ステップ検出手段によって検出され
た上昇ステップが前記しきい値を超えた場合に、音開始
信号を出力するトリガ手段とを具備したものである。さ
らに、この発明に係る装置は、前記音信号をフィルタ処
理し、フィルタ処理された前記音信号から該音信号に関
するフィルタエンベロープ曲線追従関数を発生すること
を特徴とする。
【0011】この発明に係る音の開始を認識する方法に
よれば、エンベロープ曲線追従関数が音信号から形成さ
れ、比較値が前記エンベロープ曲線追従関数の現在値お
よび前回値から形成され、前記比較値がしきい値を超え
た時点で、音の開始が検出される。このため、前記音信
号の振幅自体はそれ以上評価されない。この代りに、前
記音信号から派生した信号、すなわち、エンベロープ曲
線追従関数が初期的に形成される。略すべての打楽器ま
たは爪弾き楽器においては、音が励振されると、それは
時間と共に減衰する。このため、前記音信号の振幅が小
さくされ、前記エンベロープ曲線追従関数の値が、時間
の経過と共に小さくされる。しかし、ほとんどの楽音が
有する高調波成分のため、前記減衰は一定ではない。特
に音の開始時には、振幅の一時的な増大を生じるオーバ
ーシュートが観察されることがある。前記エンベロープ
曲線追従関数はできるかぎり簡単にすることが好ましい
が、振幅上昇を生じる多少のリップルも観察される。し
かしながら、この振幅上昇は、特に、新たな音の開始時
において著しい。
【0012】前記振幅上昇は、前記エンベロープ曲線追
従関数の現在値を前回値と比較することによって、検出
可能である。この場合の比較は減算または除算によって
行うことができる。両方の演算を行うことによって、い
わゆる“比較値”(comparison variable (比較変数))
を得ることができる。音の開始は、前記比較値がしきい
値より大きくなった時に検出される。このようにして、
一時的な振幅上昇を生じる他のすべての信号変化が分離
除外される。振幅自体はもはや評価されず、振幅の急上
昇または振幅比のみが評価されるので、楽音の音量とは
独立に、音の開始を検出できる。
【0013】この場合、特に前記しきい値との比較の前
に、前記エンベロープ曲線追従関数がさらに上昇してい
るか否かを判定するためのチェックを行うのが好まし
い。こうして、音の開始を検出する精度を高めることが
できる。一般的に、爪弾き操作後の最初の振動が最大値
に達した時点が、音の開始とみなされる。この最大値
は、前記エンベロープ曲線追従関数においても認識可能
である。しかし、その立ち上がりは幾分より早く開始す
る。実際、この種の評価においては、前の時点、現在時
点および次の時点である3つの時点が使用される。前記
エンベロープ曲線追従関数の現在値が前記3つの時点の
値のうちの最大値である場合、振動が最大値に達したこ
とになり、こうして、音の開始が検出される。前記次の
時点における値が現在値より大きい場合、振動が最大値
に達していないことになる。もちろん、人は将来を見抜
くことはできない。従って、一実施の形態において、実
際の現在値から見て前記エンベロープ曲線追従関数の最
近(すなわち直前)の値およびその1つ前の値が考慮さ
れ、前記直前の値が現在値とされ、前記その1つ前の値
が直前の値とされ、前記実際の現在値が次の値とされ
る。その結果、評価タイミングは、明らかに、現在の楽
音発生から短い期間だけ遅延する。しかし、次の評価ア
ルゴリズムはさらに多くの時間を要するので、ほんの数
ミリ秒であるこの遅延時間は重要ではない。
【0014】好ましくは、前記比較値は一定の時間区間
で決定される。前記比較値は個々の比較値相互の比に関
係するが絶対値には関係しないので、この処理を減算に
制限してよい。好ましくは、最小値関数が前記エンベロ
ープ曲線追従関数から形成され、前記比較値が、前記エ
ンベロープ曲線追従関数および最小値関数から形成され
る。前記エンベロープ曲線追従関数の値のみが相互に比
較される場合、例えば、2つの値の間の時間間隔が小さ
すぎる場合のように、好ましくない情況において相互に
あまり異ならない値も検出可能である。一方、個々の値
の間の時間間隔が大きすぎる場合、楽音の高速シーケン
スにおける立ち上がりは認識できない。ここで、前記最
小値関数は、信号スパイクによって乱されることなく、
振動中の弦の実際のエネルギを反映するものである。前
記最小値関数を使用して、例えば前記エンベロープ曲線
追従関数の値と前記最小値関数の値との差である比較値
を形成する場合には、あらゆるケースにおいて、前記エ
ンベロープ曲線追従関数における立ち上がりは正確に検
出され得る。前記最小値関数は、例えば、その初期値を
前記エンベロープ曲線追従関数の初期値と等しくするこ
とによって、形成可能である。前記エンベロープ曲線追
従関数の値が前記最小値関数の値を下回ると、前記最小
値関数の値もこれに対応して小さくされる。それ以外
は、前記最小値関数の値は一定に維持される。音の開始
が検出されると、その時点で、前記最小値関数の値は、
再び、前記エンベロープ曲線追従関数の値にまで大きく
なる。
【0015】特に好ましくは、前記比較値は、同一時点
に与えられる前記エンベロープ曲線追従関数および最小
値関数の値から形成される。このようにして、個々の値
の管理をかなり簡略化でき、個々の値について複雑な索
引付けを行う必要がなくなる。新たな楽音を開始する前
の最も小さな信号の値は、その時点を個別に検出する必
要なしに、前記最小値関数を使用して検出される。前記
最小値関数が新たな音の開始時にのみ大きくなるもので
あり、その値を急に変更できない比較的なだらかな関数
であるという事実は、前記エンベロープ曲線追従関数の
値より倍数分だけ大きな間隔で前記最小値関数を決定す
ることによって、さらに有利に利用可能である。その結
果、計算時間および評価時間を節約できる。
【0016】好ましくは、前記エンベロープ曲線追従関
数を形成するために、音信号の最大値が検出され、前記
エンベロープ曲線追従関数は、その検出時点から前記音
信号が再び前記エンベロープ曲線追従関数より大きくな
るまで、減衰する。この場合、前記最大値が検出される
まで、前記エンベロープ曲線追従関数は前記音信号に追
従する。このようなエンベロープ曲線追従関数は、例え
ば、整流器と並列接続されたコンデンサの出力端子に見
られる。もちろん、このようなエンベロープ曲線追従関
数は、比較的簡単に、数値的またはディジタル的に発生
可能である。
【0017】この場合、前記エンベロープ曲線追従関数
が指数的に減衰するのが、特に好ましい。このような減
衰は、比較、および、その値の分数による減算である2
回の演算によって、極めて容易にディジタル的に実現可
能である。前記比較の結果、前記音信号の実際の振幅が
前記エンベロープ曲線追従関数より大きい場合、前記実
際の振幅が前記エンベロープ曲線追従関数として使用さ
れる。前記音信号の実際の振幅が前記エンベロープ曲線
追従関数より大きくない場合、前記エンベロープ曲線追
従関数が小さな値だけデクリメントされる。このデクリ
メントは“右シフト”演算によって行われてよい。すな
わち、各ビットを右方向に所定桁数だけシフトすること
は、例えば、1/128...1/512などの2の自乗
の除算に対応する。実際のデクリメントは減算によって
実行される。
【0018】好ましくは、前記エンベロープ曲線追従関
数が形成される前に、前記音信号が全波整流される。こ
の場合、正の振幅値のみならず負の振幅値が、情報源と
して利用可能である。極めて好ましい実施の形態による
と、前記しきい値が、音信号の関数として動的に変化可
能である。ダイナミックレンジの拡大は、明らかに、前
記音信号の振幅から前記エンベロープ曲線追従関数の比
較値への変化の結果として実現される。しかし、このダ
イナミックレンジは、音信号の関数、特に、その振幅の
関数として前記しきい値を変化させることによって、さ
らに拡大されることができる。こうして、例えば、前記
しきい値は、極めて小さな音での演奏時には小さくさ
れ、極めて大きな音での演奏時には大きくされることが
できる。
【0019】前記しきい値が前記最小値として一定の値
を持つ要素を有する場合、有利である。小さな音での演
奏における一時休止中において、この最小値は乱れの影
響を維持する。好ましくは、前記しきい値の可変要素
は、前の楽音の開始を検出した時に前記エンベロープ曲
線追従関数またはこれに比例する値の振幅に設定される
値から減衰する減衰関数によって形成される。音量が高
くなると、前記しきい値は直ぐに大きくされる。音量が
低くなると、比較的小さな信号であっても確実に検出さ
れるよう前記しきい値が小さくなるまで、明らかに多少
の時間がかかる。しかし、音楽的にはピアニッシモから
フォルテッシモに突然変化しても何の問題もないが、フ
ォルテッシモからピアニッシモへの逆方向の変化は常に
多少の時間を必要とするので、これは、音楽的および聴
者の感覚的な問題を伴うことなく許容できる。
【0020】好ましくは、減衰関数は、200〜600
msの範囲内にその値の1/2に減衰する。このような
減衰応答性を選択する場合、大きな音から小さな音への
変化は依然として許容可能である。特に好ましい実施の
形態において、フィルタエンベロープ曲線追従関数およ
びフィルタ最小値関数は、ローパスフィルタ処理された
音信号から形成される。このようなフィルタ処理された
音信号は、ギター弦の“平穏化”された音量を再生す
る。この場合、前記ローパスフィルタのカットオフ周波
数は、前記弦の基本周波数の約3倍である。このような
フィルタ処理された関数は、後述するような効果を達成
する。
【0021】特に好ましくは、初期的には正および負の
エンベロープ曲線追従関数が形成され、前記フィルタエ
ンベロープ曲線追従関数は、前記正および負のエンベロ
ープ曲線追従関数から形成される。前記エンベロープ曲
線追従関数の場合には全波整流を使用可能であるが、前
記フィルタエンベロープ曲線追従関数の場合、ピーク・
ツー・ピーク信号を再生する値を使用するのが好まし
い。このようにして、直流オフセットの影響が除去され
る。例えば、ギターの“ハンマーオン”、すなわち、弦
を再度打ち鳴らし操作することなくより高域のフレット
に移行する演奏法の場合、このようなオフセットが生じ
る。このような移行があると、前記弦はピックアップに
近づくので、例えば電磁ピックアップの場合、音信号に
非対称的なオフセットが生じる。しかし、前記フィルタ
エンベロープ曲線追従関数はフィルタ処理された音信号
のインターバルの表現であるので、この直流オフセット
は関係ない。
【0022】比較値は前記フィルタエンベロープ曲線追
従関数から適切に決定可能であり、該フィルタエンベロ
ープ曲線追従関数が相当な上昇を示した時にのみ、音の
開始が検出される。従って、例えば、左手の指が弦の打
ち鳴らし操作をした直後に該弦から離されたことによっ
て発生する可能性がある乱れが除去される。この場合、
前記弦には、“縦振動”すなわちギター本体の方向への
振動が与えられる。この縦振動は音信号において大きな
振幅を持つ狭いピークを発生し、これは、低い高調波成
分を持つ減衰位相において比較的“丸みを帯びた”もの
である。このような乱れは、前記フィルタエンベロープ
曲線追従関数を使用することによって、比較的容易に除
去される。
【0023】前記エンベロープ曲線追従関数の他の応用
分野は音の開始検出であり、該音の開始は、前記エンベ
ロープ曲線追従関数の値がフィルタ最小値関数の値また
は所定の間隔だけ早い時点における前記値に比例した値
より小さくなった時に、決定されるのが好ましい。音の
終わりは、音信号が所定のしきい値を下回ったことを検
出することによって、簡単に検出可能である。しかし、
この処理を使用してスタッカート演奏を再生することは
できない。このようなスタッカート演奏は、しばしば、
左手の指を弦から幾分持ち上げることによって行われ
る。この動作は、前記弦とピックアップとの間の距離変
化を生じ、上述した影響がでる。前記問題点は、前記フ
ィルタエンベロープ曲線追従関数およびこれに対応した
フィルタ最小値関数を使用することによって、効果的に
克服可能である。
【0024】この発明は、さらに、打楽器または爪弾き
楽器等から発生された音信号における音の終わりを認識
する方法に関する。この方法によれば、フィルタエンベ
ロープ曲線追従関数およびフィルタ最小値関数が、ロー
パスフィルタ処理された音信号から形成される。また、
正および負のエンベロープ曲線追従関数が形成され、前
記フィルタエンベロープ曲線追従関数が、前記正および
負のエンベロープ曲線追従関数の和から形成される。そ
して、前記フィルタエンベロープ曲線追従関数の値が、
フィルタ最小値関数の値または所定の間隔だけ早い時点
における前記値に比例した値より小さくなった時が、音
の終わりとして決定される。
【0025】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照してこの発
明の実施の形態を詳細に説明しよう。図1は、爪弾きま
たは打ち鳴らされるギター弦の振動によって発生する音
信号の時間領域における波形を示す図である。以下の説
明は1つのギター弦について行うが、この発明はギター
のすべての弦について実施可能であり、ある特定の方法
ステップはすべての弦について共通に使用することがで
きる。図1に示した音信号は、正確には全波整流を使用
して、初期的に整流される。このように整流した結果と
しての信号波形が、図2に示されている。
【0026】図3において見られるエンベロープ曲線追
従関数は、図2に示した信号波形から形成される。この
ようなエンベロープ曲線追従関数は、比較的容易に形成
可能である。前記エンベロープ曲線追従関数の初期値
は、前記整流された音信号の初期値に対応する。前記音
信号の立ち上がり期間、すなわち、前記音信号の現在値
が前の値より大きくなっている期間、前記エンベロープ
曲線追従関数の値は、前記音信号の値に設定される。し
かし、前記音信号の立ち上がり以外の期間、前記エンベ
ロープ曲線追従関数の値は小さくされる。この追従関数
の低下は、前記エンベロープ曲線追従関数の最後(直
前)の値に1未満の係数を乗ずることによって実行され
る。浮動小数点の演算を回避するために、前記エンベロ
ープ曲線追従関数の最後の値は、その分数によって小さ
くされてもよく、その場合、前記分数は“右シフト”演
算(“>>x”によって表される。ここで、xは該シフ
ト演算の対象となる桁の数)によって発生することがで
きる。この場合、対象となる値の二進表記によるビット
は特定の桁数だけ右シフトされ、これは、例えば、1/
128……1/512のように2の自乗による除算に対
応する。従って、前記エンベロープ曲線追従関数は、前
記音信号の2つのピーク値の間で指数的に減衰する。個
々の値のディジタル表記は、もちろん、所望の範囲に
“右シフト”演算するのに十分なビット数を有していな
ければならない。
【0027】図4は、前記エンベロープ曲線追従関数の
最小値関数を示す。この最小値関数は、そのスタート値
が前記エンベロープ曲線追従関数のスタート値に設定さ
れることによって形成される。その後、該最小値関数
は、前記エンベロープ曲線追従関数の値が該最小値関数
の値より小さくなった時のみ、より小さな値に設定変更
される。
【0028】一般的にサンプル値として存在する前記音
信号の現在値をAMPとし、前記エンベロープ曲線追従
関数の現在値をENVとし、前記最小値関数の現在値を
ENVMINとして、上記の状況は次のように表わすこ
とができる。 IF AMP>ENV ENV=AMP ELSE IF AMP<−ENV ENV=−AMP (これは全波整流に対応している。) ELSE ENV=ENV−ENV>>9 IF ENV<ENVMIN ENVMIN=ENV END IF. すなわち、AMP>ENVならばENV=AMPとし、
AMP<−ENVならばENV=−AMPとし、そうで
なければ、ENVを9ビット右シフトした値をENVか
ら引き算した結果を新たなENVとする。こうして求め
たENVが、ENVMINよりも小さいならば、該EN
Vを新たなENVMINとする。
【0029】比較値VWは、前記エンベロープ曲線追従
関数の値ENVおよび最小値関数の値ENVMINか
ら、下記式に従って得られる。 VW=ENV−C1×ENVMIN ここで、C1は2に近い定数である。差の代わりに、商
が算出されてもよい。前記比較値は、それが音の開始で
あるのか、または、前記エンベロープ曲線追従関数にお
けるその他の立ち上がりであるのかについてのステート
メントを作成するために使用可能である。このために、
前記比較値は、2つの要素で構成されるしきい値と比較
される。すなわち、前記比較値は、比較的小さな一定要
素THRと、減衰関数によって説明される動的に変化可
能な要素CTRENVとを含んでいる。前記減衰関数は
指数的に減衰する。音の開始が認識された時、前記減衰
関数のスタート値は、正確には大きな時間遅延無しに、
すなわち、遅くとも次のクロックステップで、前記エン
ベロープ曲線追従関数の値に設定される。そうでない場
合、前記要素CTRENVは、 CTRENV=CTRENV−CTRENV>>C2 の式に従って、所定の時間間隔でデクリメントされる。
ここで、C2は、前記要素CTRENVが200〜60
0msの範囲内にその値の半分になるよう選択される。
このデクリメントは、10kHzのクロック時間によっ
て約26msごとに実行される。この関数は、制御エン
ベロープ曲線とも呼ばれる。音量が小から大に変化され
る場合、すなわち、弦が強く励振される場合、前記要素
CTRENVのスタート値は即座に大きくされ、大きな
音量の音への整合が極めて速く行われる。弦が大きな音
に打ち鳴らされた後に小さな音に打ち鳴らされる場合、
一定の時間遅延後のみに、すなわち、上述した数百ミリ
秒の範囲内に、感度の低減がなされる。しかし、この遅
延は比較的短いものであるので、何の問題もなく許容さ
れることができる。音楽の演奏は極めて小さな音から大
きな音への極めて速い変化を含むことがあるが、常に、
大きな音から小さな音へに変化する間に、多少の“流動
的な”変化が観察される。これは、人間の耳の物理的特
性に関係するものであると考えられる。
【0030】上記2つの要素は、動的なしきい値 DYNTHR=THR+C3×CTRENV を形成するために使用され、ここで、C3は1に近い他
の定数である。VW>DYNTHRであるとき、音の開
始が検出可能であり、または、 ENV>C1×ENVMIN+THR+C3×CTRE
NV と表現される。容易に理解されるように、この処理の場
合、個々の変数が演奏中に動的に変化するので、音の開
始は、比較的大きなダイナミックレンジで確実に定義さ
れ得る。しかし、右辺の表現における全体的な変化は、
音量に比例しない。比較的小さな音の場合、前記要素T
HRおよびCTRENVがより重要になる。
【0031】この発明に係る方法において、この比較の
前に、前記エンベロープ曲線追従関数が依然として上昇
中か否かを判定するためのチェックが行われる。前記エ
ンベロープ曲線追従関数が依然として上昇中である場
合、すなわち、前記エンベロープ曲線追従関数が増加中
である場合、この比較は実行されない。この処理によっ
て、音の開始は、高い確実性をもって認識されることが
できる。しかしながら、好ましくない情況下では、特定
の条件においてエラーが発生するおそれがある。典型的
には、弦の振動中に演奏者が該弦を短くすることによっ
て、すなわち、演奏者が指をより高域のフレットにスラ
イドさせて該フレット上の弦を押すことによって、いわ
ゆる“ハンマーオン”が行われる。つまり、この場合、
前記弦は一般的に電磁ピックアップであるピックアップ
により接近し、このため、前記弦を打ち鳴らす操作によ
ってこの変化を生じることなく、信号変化が発生する。
このような正しくない情報を確実に除外できるよう、先
ず、音信号が一度だ追加的にローパスフィルタ処理され
る。このために使用されるローパスフィルタのカットオ
フ周波数は、前記弦の基本周波数より約3倍高い。以
下、このようにローパスフィルタ処理された音信号の現
在値を、FAMPとして示す。これから、正のエンベロ
ープ曲線追従信号PFENVおよび負のエンベロープ曲
線追従信号NFENVが得られる。そして、これら2つ
のエンベロープ曲線追従信号の値の和から、フィルタエ
ンベロープ曲線追従信号FENVが形成され、これは、
次のように表されることができる。
【0032】IF FAMP>PFENV PFENV=FAMP ELSE IF FAMP<−NFENV NFENV=−FAMP ELSE PFENV=CF×PFENV NFENV=CF×NFENV ENDIF FENV=PFENV+NFENV ここで、CFは一定の係数である。すなわち、FAMP
>PFENVならば、PFENV=FAMPとし、FA
MP<−NFENVならば、NFENV=−FAMPと
し、そうでなければ、PFENV=CF×PFENV及
びNFENV=CF×NFENVとし、かくして、FE
NV=PFENV+NFENVとする。
【0033】フィルタ最小値関数FENVMINは、次
の命令に従って、このフィルタエンベロープ曲線追従関
数から形成される。 IF FENV<FENVMIN FENVMIN=FENV ENDIF すなわち、FENV<FENVMINであれば、FEN
VMIN=FENVとして、FENVMINを更新す
る。FENVMINの算出は、各サンプル値ごとに実行
される必要はなく、例えば、128番目のサンプル値ご
とに実行すればよい。
【0034】前記2つの関数は、音の開始か否かの判定
基準を形成するために使用可能である。これは、複数の
タイムスロットにおけるFENVMINの波形を追跡す
ることによって行われる。この場合、2つの連続したタ
イムスロットの最小値が使用される。ここではTMP_
FENVMINとして示すこの値、または、該値に比例
した値がFENVより小さい場合、音の開始が検出され
る。同時に、例えば上述した“ハンマーオン”、また
は、弦が打ち鳴らし操作された直後にリリースされた時
などの演奏情況において、明らかに大きな振幅を有する
乱れ信号がほんの短い時間だけ発生する。このような乱
れは、前記フィルタエンベロープ曲線追従関数によって
除去される。
【0035】前記フィルタエンベロープ曲線追従関数
は、音の終わりを検出するためにも使用可能である。音
の終わりを検出するためには、先ず、音信号の振幅また
はエンベロープ曲線追従関数が特定のしきい値を下回る
まで待つ、という選択肢がある。しかし、これは、スタ
ッカート演奏が確実に再生できるようにするものではな
い。その楽音は明らかにスタッカート演奏されるが、こ
れは直接的に認識されることができない。それにも関わ
らず、前記フィルタ最小値関数の値が所定の間隔で相互
比較される場合、これがスタッカート演奏であるか否か
を迅速に判定できる。例えば、 C4×FENV<FENVMIN3 である場合、厳密にいえば、楽音がスタッカート演奏で
終わったことになる。この場合、FENVMIN3は約
32〜45ms前のFENVMINの値である。C4
は、典型的には15/4の値からなる定数である。
【0036】図5は、この発明に係る装置のブロック図
である。該装置は、A/D変換器1と、任意のデイジタ
ルフィルタ2と、エンベロープ曲線追従関数発生器3
と、最小値関数発生器4および比較値発生器5からなる
ステップ検出器6と、トリガ7と、トリガブロッキング
手段9と、しきい値発生器8とを具備している。例えば
ギターのピックアップから発生された図1に示した音信
号は、A/D変換器1において、一定のサンプリングレ
ートでサンプルされ、ディジタル出力信号に変換され
る。必要に応じて、乱れを起こすより高域の高調波を除
去するために、この出力信号は、フィルタ2によってフ
ィルタ処理してもよい。このようにフィルタ処理された
信号は、図3に例示されたようなエンベロープ曲線追従
関数を発生するために、前記エンベロープ曲線追従関数
発生器3に送られる。前記エンベロープ曲線追従関数の
発生は、前記ディジタル信号の全波整流を含み、下記の
アルゴリズムに従って行われる。ここで、一般的にサン
プル値として存在する音信号の現在値をAMPで表し、
前記エンベロープ曲線追従関数の現在値をENVで表
す。
【0037】IF AMP>ENV ENV=AMP ELSE IF AMP<−ENV ENV=−AMP (これは全波整流に対応する) ELSE ENV=ENV−ENV>>9 すなわち、AMP>ENVならば、ENV=AMPと
し、AMP<−ENVならば、ENV=−AMPとし、
そうでなければ、ENVを9ビット右シフトした値をE
NVから引き算した結果を新たなENVとする。
【0038】前記最小値関数発生器4は、図4に示すよ
うな最小値関数ENVMINを形成する。この最小値関
数は、そのスタート値を前記エンベロープ曲線追従関数
のスタート値に設定することによって形成される。この
後、前記エンベロープ曲線追従関数の値ENVが前記最
小値関数の値ENVMINを下回った時にのみ、前記最
小値関数の値ENVMINが変更される。この場合、前
記最小値関数の値ENVMINはより小さな値に設定さ
れる。これは、次のアルゴリズムによって表される。 IF ENV<ENVMIN ENVMIN=ENV ENDIF
【0039】比較値VWは、比較値発生器5において、 VW=ENV−C1×ENVMIN という式に従って、前記エンベロープ曲線追従関数およ
び最小値関数の値から形成される。ここで、C1は定数
である。同時に、エンベロープ曲線追従関数発生器3の
出力は、 DYNTHR=THR+C3×CTRENV という式に基づいて動的なしきい値DYNTHRを発生
するしきい値発生器8に与えられる。ここで、C2,C
3およびTHRは定数である。また、CTRENVは次
式で定義される。 CTRENV=CTRENV−CTRENV>>C2
【0040】THRは時間的に一定な第1の要素であ
り、C3×CTRENVは前記動的なしきい値DYNT
HRの時間的に変化する第2の要素である。音の開始が
認識され、所定の時間インターバルでデクリメントされ
た時に、前記第2の要素が前記エンベロープ曲線追従関
数の値に設定される。前記動的なしきい値DYNTHR
が前記比較値VWを超えた時、トリガブロッキング手段
9によって阻止されていないかぎり、トリガ7は音開始
信号を発生する。トリガブロッキング手段9は、前記エ
ンベロープ曲線追従関数が上昇中であることを検出して
いる場合に、音開始信号の発生を阻止するものである。
【0041】ディジタルフィルタ2を使用することによ
って、図5の装置は、高い確実性をもって音の開始を認
識するために使用可能である。従って、音声信号は一度
だけ付加的にローパスフィルタ処理される。前記ディジ
タルフィルタ2は、前記弦の基本周波数より約3倍高い
カットオフ周波数を有する。こうしてフィルタ処理され
た音声信号の現在値を、ここではFAMPによって示
す。前記エンベロープ曲線追従関数発生器3では、前記
フィルタ処理された音声信号FAMPから、正のエンベ
ロープ曲線追従関数信号PFENVおよび負のエンベロ
ープ曲線追従関数信号NFENVを形成する。
【0042】そして、前記エンベロープ曲線追従関数発
生器3において、これら2つのエンベロープ曲線追従関
数信号PFENVおよびNFENVの値の和から、前記
フィルタエンベロープ曲線追従関数信号FENVが形成
される。これは、次のアルゴリズムで表すことができ
る。 IF FAMP>PFENV PFENV=FAMP ELSE IF FAMP<―NFENV NFENV=―FAMP ELSE PFENV=CF×PFENV NFENV=CF×NFENV ENDIF FENV=PFENV+NFENV ここで、CFは一定係数である。
【0043】最小値関数発生器4では、次の命令に従っ
て、前記フィルタエンベロープ曲線追従関数信号FEN
Vから、フィルタ最小値関数信号FENVMINが形成
される。 IF FENV<FENVMIN FENVMIN=FENV ENDIF 前記最小値関数発生器4におけるフィルタ最小値関数信
号FENVMINの計算は、各サンプル値毎に行う必要
はなく、例えば128番目のサンプル値毎に行えばよ
い。
【0044】音の終わりは比較値発生器5によって検出
される。該比較値発生器5は、前記フィルタエンベロー
プ曲線追従関数信号FENVの値と、フィルタ最小値関
数信号FENVMINの値または所定のインターバルだ
け早い時点における前記値に比例した値との間の比較値
を発生する。図5の実施の形態において、音の終わり
は、前記フィルタエンベロープ曲線追従関数信号FEN
Vの値が、フィルタ最小値関数信号FENVMINの値
または所定のインターバルだけ早い時点における前記値
に比例した値より下回った時に検出される。
【0045】音の終わりを検出するためには、音信号の
振幅またはエンベロープ曲線追従関数が特定のしきい値
を下回るまで待つ、という選択肢がある。しかし、これ
は、スタッカート演奏が確実に再生できるようにするも
のではない。その音は明らかにスタッカート演奏される
が、これは直接的に認識されることができない。それに
も関わらず、上述のように前記フィルタ最小値関数の値
が所定のインターバルで相互比較される場合、これがス
タッカート演奏であるか否かを迅速に判定できる。例え
ば、 C4×FENV<FENVMIN3 である場合、厳密にいえば、音がスタッカート演奏で終
わったことになる。この場合、FENVMIN3は約3
2〜45ms前のFENVMINの値である。C4は、
典型的には15/4の値からなる定数である。
【0046】上記では、爪弾きまたは打ち鳴らし操作に
よって励振される楽器(例えばギターのような弦楽器)
から発生された音信号を入力してその音の開始又は終わ
りを認識する場合について説明したが、これに限らず、
どのような音発生源から発生された音信号に対しても、
本発明を適用することができるのは勿論である。
【発明の効果】以上のように、この発明は、音の開始を
確実に検出できる、という優れた効果を奏する。また、
この発明は、音の終わりをも確実に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 音信号の一例を示す波形図。
【図2】 図1の音信号を整流した波形を示す波形図。
【図3】 図2の音信号整流波形のエンベロープ曲線を
示す図。
【図4】 図3のエンベロープ曲線の最小値関数を示す
図。
【図5】 この発明を実施するために使用する装置の一
実施例を示すブロック図。
【符号の説明】
2 ディジタルフィルタ 3 エンベロープ曲線追従関数発生器 4 最小値関数発生器 5 比較値発生器 6 ステップ検出器 7 トリガ

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 与えられた音信号の音の開始を認識する
    方法であって、 前記音信号からエンベロープ曲線追従関数を形成する処
    理と、 前記エンベロープ曲線追従関数の現在値および前の値か
    ら比較値を形成する処理と、 前記比較値がしきい値を超えた時点を、音の開始として
    決定する処理とを具備する方法。
  2. 【請求項2】 特に前記しきい値との比較の前に、前記
    エンベロープ曲線追従関数がさらに上昇中であるか否か
    を判定するためのチェックを行う請求項1に記載の方
    法。
  3. 【請求項3】 前記比較値を一定の時間区間において決
    定する請求項1又は2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 与えられた音信号の音の開始を認識する
    方法であって、 前記音信号からエンベロープ曲線追従関数を形成する処
    理と、 前記エンベロープ曲線追従関数から最小値関数を形成
    し、前記エンベロープ曲線追従関数および最小値関数か
    ら比較値を形成する処理と、 前記比較値がしきい値を超えた時点を、音の開始として
    決定する処理とを具備する方法。
  5. 【請求項5】 同一時点に与えられる前記エンベロープ
    曲線追従関数および最小値関数の値から、前記比較値を
    形成する請求項4に記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記エンベロープ曲線追従関数の値の倍
    数分だけ該値より大きな時間間隔で、前記最小値関数を
    決定する請求項4又は5に記載の方法。
  7. 【請求項7】 前記エンベロープ曲線追従関数を形成す
    るために音信号の最大値を検出し、該最大値から前記音
    信号が再び前記エンベロープ曲線追従関数より大きくな
    るまで、前記エンベロープ曲線追従関数が減衰し、前記
    エンベロープ曲線追従関数が、前記最大値が検出される
    まで前記音信号に追従するようにする請求項1乃至6の
    いずれかに記載の方法。
  8. 【請求項8】 前記エンベロープ曲線追従関数が指数的
    に減衰する請求項7に記載の方法。
  9. 【請求項9】 前記エンベロープ曲線追従関数を形成す
    る前に、前記音信号を全波整流する請求項1乃至8のい
    ずれかに記載の方法。
  10. 【請求項10】 与えられた音信号の音の開始を認識す
    る方法であって、 前記音信号からエンベロープ曲線追従関数を形成する処
    理と、 前記エンベロープ曲線追従関数の現在値および前の値か
    ら比較値を形成する処理と、 前記比較値がしきい値を超えた時点を、音の開始として
    決定する処理と、 前記しきい値を、前記音信号の関数として動的に変化さ
    せる処理とを具備する方法。
  11. 【請求項11】 前記しきい値が、最小値として定数値
    を持つ要素を有する請求項10に記載の方法。
  12. 【請求項12】 前の音の開始を検出した時に前記エン
    ベロープ曲線追従関数またはこれに比例する値の振幅に
    設定される値から減衰する減衰関数によって、前記しき
    い値の可変要素を形成する請求項10又は11に記載の
    方法。
  13. 【請求項13】 前記減衰関数が、200乃至600m
    sの範囲内でその値の1/2に減衰するものである請求
    項12に記載の方法。
  14. 【請求項14】 ローパスフィルタ処理された音信号か
    ら、フィルタエンベロープ曲線追従関数およびフィルタ
    最小値関数を形成する請求項1乃至13のいずれかに記
    載の方法。
  15. 【請求項15】 正および負のエンベロープ曲線追従関
    数を形成し、該正および負のエンベロープ曲線追従関数
    の和から、前記フィルタエンベロープ曲線追従関数を形
    成する請求項14に記載の方法。
  16. 【請求項16】 前記フィルタエンベロープ曲線追従関
    数から比較値を適切に決定し、該フィルタエンベロープ
    曲線追従関数が相当な上昇を示した時のみを、音の開始
    として決定する請求項14又は15に記載の方法。
  17. 【請求項17】 前記エンベロープ曲線追従関数の値が
    フィルタ最小値関数の値または所定の間隔だけ早い時点
    における前記値に比例した値より小さくなった時を、音
    の終わりとして決定する処理を更に具備する請求項14
    乃至16のいずれかに記載の方法。
  18. 【請求項18】 与えられた音信号の音の終わりを認識
    する方法であって、 ローパスフィルタ処理された前記音信号からフィルタエ
    ンベロープ曲線追従関数およびフィルタ最小値関数を形
    成する処理であって、その場合に、正および負のエンベ
    ロープ曲線追従関数をまず形成し、該正および負のエン
    ベロープ曲線追従関数の和から前記フィルタエンベロー
    プ曲線追従関数を形成するものと、 前記フィルタエンベロープ曲線追従関数の値が前記フィ
    ルタ最小値関数の値より小さくなった時または所定の間
    隔だけ早い時点における該フィルタ最小値関数の値に比
    例した値より小さくなった時を、音の終わりとして検出
    する処理とを具備する方法。
  19. 【請求項19】 前記音信号は、打楽器または爪弾き楽
    器から発生されたものである請求項1乃至18のいずれ
    かに記載の方法。
  20. 【請求項20】 時間的に変化する音信号によって表さ
    れる音の開始を認識する装置であって、(a)前記音信
    号に関するエンベロープ曲線追従関数を発生する手段
    と、(b)前記エンベロープ曲線追従関数における値の
    上昇ステップを検出するステップ検出手段と、(c)し
    きい値を発生するしきい値発生手段と、(d)前記ステ
    ップ検出手段によって検出された上昇ステップが前記し
    きい値を超えた場合に、音開始信号を出力するトリガ手
    段とを具備した装置。
  21. 【請求項21】 前記ステップ検出手段が、(a)前記
    エンベロープ曲線追従関数に基づいて最小値関数を発生
    する最小値関数発生手段と、(b)前記最小値関数の現
    在値と前記エンベロープ曲線追従関数の現在値との間の
    ずれ程度を示す比較値を発生する比較値発生手段とを具
    備する請求項20に記載の装置。
  22. 【請求項22】 前記エンベロープ曲線追従関数を発生
    する手段は、 前記エンベロープ曲線追従関数が、前記音信号の現在値
    が前記エンベロープ曲線追従関数の現在値を上回る毎に
    前記音信号の前記現在値にほぼ達するまで大きくされ、
    それ以外は、徐々に減衰するようなアルゴリズムに従っ
    て、該エンベロープ曲線追従関数を発生する請求項20
    に記載の装置。
  23. 【請求項23】 前記しきい値発生手段が、時間的に一
    定である第1の要素と、徐々に減衰する第2の要素とを
    有するしきい値を発生する請求項20に記載の装置。
  24. 【請求項24】 前記しきい値の第2の要素が、前の音
    の開始検出時において概ね前記エンベロープ曲線追従関
    数の振幅またはこれに比例した値に設定される値から、
    減衰し始める請求項23に記載の装置。
  25. 【請求項25】 前記エンベロープ曲線追従関数を発生
    する手段が、前記音信号を全波整流するための手段を含
    んでいる請求項20に記載の装置。
  26. 【請求項26】 時間的に変化する音信号によって表さ
    れる音の開始を認識する装置であって、(a)前記音信
    号をフィルタ処理し、フィルタ処理された前記音信号か
    ら該音信号に関するエンベロープ曲線追従関数を発生す
    る手段と、(b)前記エンベロープ曲線追従関数におけ
    る値の上昇ステップを検出するステップ検出手段と、
    (c)しきい値を発生するしきい値発生手段と、(d)
    前記ステップ検出手段によって検出された上昇ステップ
    が前記しきい値を超えた場合に、音開始信号を出力する
    トリガ手段とを具備した装置。
  27. 【請求項27】 前記エンベロープ曲線追従関数を発生
    する手段が、正および負のエンベロープ曲線追従関数を
    形成し、この正および負のエンベロープ曲線追従関数の
    和からフィルタエンベロープ曲線追従関数を形成する請
    求項26に記載の装置。
  28. 【請求項28】 前記エンベロープ曲線追従関数を発生
    する手段から発生されるフィルタエンベロープ曲線追従
    関数に基づいてフィルタ最小値関数を発生する手段と、
    前記フィルタエンベロープ曲線追従関数の現在値と前記
    フィルタ最小値関数の現在値または所定の間隔だけ早い
    時点における該フィルタ最小値関数の値に比例した値と
    の間の比較値を、音の終わりを示す比較値として発生す
    る手段と更に具備する請求項26又は27に記載の装
    置。
  29. 【請求項29】 前記フィルタエンベロープ曲線追従関
    数の現在値が、前記フィルタ最小値関数の現在値または
    所定の間隔だけ早い時点における該フィルタ最小値関数
    の値に比例した値より小さくなった時が、音の終わりと
    して決定される請求項28に記載の装置。
  30. 【請求項30】 前記音信号は、打楽器または爪弾き楽
    器から発生されたものである請求項20乃至29のいず
    れかに記載の装置。
JP8021751A 1995-01-12 1996-01-12 音の開始と終わりを認識するための方法及び装置 Expired - Fee Related JP2840819B2 (ja)

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