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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Schallfeldsteuervorrichtung bzw. einen Klangfeldcontroller
zur Verstärkung
des Eindruckes eines Klangfeldes, wie beispielsweise einen Wiederhall und
räumliche
Eindrücke
und zur Realisierung von natürlichen
Klängen
mit einfacher Zusammensetzung.
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Bei herkömmlichen elektronischen Musikinstrumenten
wird eine Wellenform eines Musikklangs durch eine Tonerzeugungsschaltung
oder einen Tongenerator erzeugt. Ein Effekt, beispielsweise Echo, Wiederhall
oder Tremolo wird in geeigneter Weise auf den erzeugten Musikklang
aufgeprägt.
Der daraus resultierende Musikklang wird durch einen Leistungsverstärker verstärkt, und
der verstärkte
Musikklang wird in einen umgebenden Raum durch einen einzigen Lautsprecher
oder durch eine Vielzahl von Lautsprechern abgegeben.
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Bei dem herkömmlichen elektronischen Musikinstrument
werden die Effekte, außer
dem Tremolo, welches durch eine Lautsprecherdrehung verursacht wird,
normalerweise durch eine elektrische Signalverarbeitung aufgeprägt, die
keine natürlichen Schallfeldeffekte,
wie beispielsweise ein Echo und einen Wiederhall, erzeugen könnte. Zusätzlich werden Klangeffekte
getrennt für
unterschiedliche Musikinstrumente aufgeprägt. Zusammengesetzt weichen
die Qualität,
die Lautstärke,
die Länge
und so weiter von akustischen Effekten, wie beispielsweise dem Wiederhall
von einem Instrument zum nächsten
ab, wodurch manchmal eine Integrität des Spiels verloren geht
oder ein Eindruck von Unpassendheit verursacht wird.
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Neben den obigen Dingen ist ein akustisches Feedback-
bzw. Rückkoppelungssystem
als eine Schallfeldunterstützungsvorrichtung
bekannt, um den Wiederhall und die räumlichen Eindrücke in einem
Hörraum
zu intensivieren. Bei diesem herkömmlichen System sind ein Lautsprecher
und ein Mikrofon getrennt in einem Raum um eine entsprechende Distanz
angeordnet. Ein Schall, der von dem Mikrofon aufgenommen wird, wird
zu einem FIR-Filter (FIR = Finite Impulse Response, Filter mit endlichem
Impulsansprechen: nicht zyklisch) durch einen Kopfverstärkter geliefert,
um ein Wiederhallsignal (hauptsächlich
ein anfängliches
Reflektionssignal) zu erzeugen. Das erzeugte Wiederhallsignal wird
aus dem Lautsprecher durch einen Leistungsverstärker wiedergegeben. Der wiedergegebene
Schall wird von dem Mikrofon aufgenommen. Diese Schleife wird wiederholt,
um den Eindruck der Lautstärke
zu steigern (oder den Schalldruck zu steigern), um den Eindruck
des Wiederhalls zu verstärken
(oder die Wiederhallzeit zu verlängern),
und den Eindruck des Raumes zu vergrößern (oder eine Seitenreflektionsschallenergie
zu intensivieren).
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Jedoch erfordert das Aufprägen des
Wiederhalls durch das Schallfeldunterstützungssystem die extra dafür vorgesehenen
Lautsprecher. Dieses System erfordert auch, Mikrofone und Lautsprecher
an den Wänden
und an der Decke des Raumes zu installieren, weiter einen Hautprahmen
der Vorrichtung unabhängig
oder getrennt von den Mikrofonen und Lautsprechern anzuordnen und
Signalkabel an den Wänden
und an der Decke des Raumes zu verlegen, wodurch der Umfang des
Systems groß gemacht wird
und daher die Installation des Systems schwierig.
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JP 61 296896A offenbart ein System zur Reduktion
der Anzahl von Faltungsberechnungen, und um einen natürlichen
und langen wiederhallenden Schall zu erhalten, in dem der wiederhallende
Schall durch die Faltungsberechnung gebildet wird, und zwar basierend
auf einem Wiederhallschallparameter durch Auswahl und Anwendung
eines Gebietes des Schallparameters und durch darauffolgende Bewegung
des Auswahlgebietes zu einer niedrigen Ordnung, wenn eine Eingangsgröße angehalten wird.
Ein Spieler spielt ein Musikinstrument, und dann wird der Schall
durch Mikrofone aufgenommen, das aufgenommene Schallsignal wird
in einer Mischschaltung vermischt, ein reflektierter Schall wird
basierend auf einem Reflektionsschallparameter in einem Prozessor
erzeugt, und ein Wiederhallschall basierend auf einem Wiederhallschallparameter,
und diese werden von jeweiligen Lautsprechern für einen Vierkanalverstärker wiedergegeben.
Bei der Erzeugung des Wiederhallschalls gibt es eine Anzahl von Punkten
des Wiederhallschallparameters, wobei alle diese Punkte innerhalb
einer Sampling bzw. Tastperiode des Eingangssignals aufgrund der
Verarbeitungsgeschwindigkeit gefaltet werden, so dass das Gebiet
ausgewählt
und verwendet wird. Wenn dadurch das Eingangssignal fortfährt, wird
dadurch nur ein anfänglicher
Teil des Wiederhallschallparameters verwendet, und wenn das Eingangssignal
gestoppt wird, wird das Gebiet des verwendeten Wiederhallschallparameters
sukzessive zu einer niedrigen Ordnung verschoben, um einen langen
Wiederhallschall aufrecht zu erhalten.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es ist daher ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, durch Überwindung
der oben erwähnten
Probleme, die bei der herkömmlichen
Technologie vorhanden sind, eine Schallfeldsteuervorrichtung vorzusehen,
die natürliche
akustische Schallfeldeffekte durch einen vereinfachten Aufbau einrichtet.
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Die vorliegende Erfindung kombiniert
ein akustisches Rückkoppelungssystem
bzw. Feedback-System mit einem elektronischen Musikinstrument. Bei
der Ausführung
der Erfindung und gemäss eines
Aspektes davon ist nämlich
eine Vorrichtung zur Steuerung eines Schallfeldes nach Anspruch
1 vorgesehen. Eine Schallfeldsteuervorrichtung weist einen Leistungseingangsabschnitt
auf, weiter einen Schall- bzw. Tongenerator zur Erzeugung eines
Musiktonsignals gemäss
einer Spiel- bzw. Darbietungsinformation, die aus dem Spieleingabeabschnitt
eingegeben wird oder gemäß extern
eingegebener Spielinformationen, weiter eine Vielzahl von Mikrofonen,
die an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind, um einen Schall
aufzunehmen, der aus der Umgebung kommt, weiter einen Reflektionstonsschallsignalgenerator
oder -prozessor zur Erzeugung eines Reflektionsschallsignals für ein Schallsignal
bzw. ein Tonsignal, welches von der Vielzahl von Mikrofonen aufgenommen
wurde, weiter Mischmittel zur Vermischung des Reflektionsschallsignals,
welches durch den Reflektionsschallgenerator erzeugt wurde, mit dem
Musiktonsignal, welches von dem Tongenerator erzeugt wurde, und
eine Vielzahl von Lautsprechern, die an unterschiedlichen Positionen
in der Umgebung angeordnet sind, um ein vermischtes Signal wiederzugeben,
welches aus den Mischmitteln ausgegeben wurde.
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Gemäss des oben erwähnten neuartigen Aufbaus
werden die gleichen akustischen Effekte oder Klangeffekte sowohl
auf einen Musikton aufgeprägt,
der von diesem elektronischen Musikinstrument erzeugt wird, als
auch auf einen Ton, der von aussen durch jedes der Mikrofone aufgenommen wurde.
Daher werden in einem gemeinsamen Spiel von diesem elektronischen
Musikinstrument und anderen elektronischen Musikinstrumenten oder
einem akustischen Musikinstrument die gleichen akustischen Effekte
auf alle Musikinstrumente aufgeprägt, was die Erzeugung eines
natürlichen
Schallfeldeffektes zur Folge hat. Nebenher dienen die Lautsprecher, die
zur Wiedergabe von Musiktönen
des elektronischen Musikinstrumentes verwendet werden, auch als
Lautsprecher für
das akustische Rückkopplungssystem,
wodurch die Anzahl der Lautsprecher reduziert wird, um den Systemaufbau
zu vereinfachen. Beispielsweise erleichtert das Vorsehen von Komponenten
des oben erwähnten
neuartigen Aufbaus in dem elektronischen Musikinstrument den Einbau
und den Transport des Systems.
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Es sei bemerkt, dass eine sequentielle
Umschaltung zwischen Kombinationen der Vielzahl von Mikrofonen und
der Vielzahl von Lautsprechern Charakteristiken zwischen den Mikrofonen
und den Lautsprechern übertragen
kann, wodurch die Coloration bzw. Klangfärbung reduziert und ein Rückkoppelungsrahmen
(Howling Margin) gesteigert wird. Dies kann eine Klangfärbung und
eine Rückkoppelung
unterdrücken,
auch wenn die Distanz vom Lautsprecher zum Mikrofon festgelegt ist.
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Der Reflektionsschallsignalgenerator
wird durch den FIR-Filter gebildet. In einem solchen Fall können die
Reflektionsschallparameter dieses FIR-Filters kontinuierlich und
zufällig
entlang der Zeitachse variiert werden. Dieser neuartige Aufbau flacht
die Frequenzcharakteristiken des FIR-Filters ab, wodurch eine Klangfärbung und
eine Rückkoppelung
unterdrückt
wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockdiagramm, welches ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht, welches insbesondere einen Schaltungsabschnitt
veranschaulicht, der im Gehäuse
eines elektronischen Pianos angeordnet ist;
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2 ist
ein Blockdiagramm, welches ein Musiktonerzeugungssystem eines typischen
elektronischen Musikinstrumentes veranschaulicht;
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3 ist
eine Darstellung, die die Prinzipien des Betriebes eines akustischen
Rückkoppelungssystems
veranschaulicht;
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4 ist
eine Abbildung, die eine Anordnung veranschaulicht, die ein Beispiel
eines typischen Aufbaus des akustischen Rückkoppelungssystems zeigt;
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5 ist
ein Blockdiagramm, welches einen Schaltungsaufbau des in 4 gezeigten akustischen
Rückkoppelungssystems
veranschaulicht;
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6(a) und 6(b) sind eine Ansicht und
eine Seitenansicht, die ein Beispiel einer Anordnung von Mikrofonen
und Lautsprechern veranschaulicht, wenn die vorliegende Erfindung
auf das elektronische Piano angewandt wird;
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7 ist
eine Darstellung, die die Betriebsvorgänge einer Schallsignalschaltungsschaltung
veranschaulicht, die in 1 gezeigt
ist; und
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8 ist
eine Darstellung, die Reflektionsklangparameter der in 1 gezeigten FIR-Filter und zeitabhängige Veränderungen
einer Zeitachse und einer Pegelachse der Parameter veranschaulicht.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern
zeigt 2 ein typisches
elektronisches Musikinstrument. In diesem typischen elektronischen Musik instrument
wird eine Wellenform eines Musikklangs durch eine Klangerzeugungseinheit
(einen Tongenerator) 2 erzeugt. Ein Effekt (beispielsweise ein
Echo, ein Wiederhall oder ein Tremolo) wird in entsprechender Weise
auf die erzeugte Wellenform aufgeprägt. Das daraus resultierende
Musiktonsignal wird durch einen Leistungsverstärker 4 verstärkt. Das verstärkte Musiktonsignal
wird in den umgebenden Raum durch eine Vielzahl von Lautsprechern 6 abgestrahlt.
In dem elektronischen Musikinstrument, das in 2 gezeigt ist, werden die Effekte (außer dem Tremolo,
welches beispielsweise durch eine Lautsprecherdrehung verursacht
wird) durch eine elektrische Signalverarbeitung aufgeprägt, die
die natürliche
Ausprägung
der Schallfeldeffekte einschränken würde, wie
beispielsweise das Echo und den Wiederhall. Zusätzlich werden die Klangeffekte
getrennt für unterschiedliche
elektronische Musikinstrumente aufgeprägt. In einem gemeinsamen Spiel
weichen die Qualität,
die Lautstärke,
die Länge
und so weiter von akustischen Effekten (insbesondere des Nachhalls)
von einem Instrument zum nächsten
ab, wodurch manchmal die Integrität des Spiels verloren geht,
oder ein Eindruck einer Unpassendheit verursacht wird.
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3 zeigt
ein typisches akustisches Rückkoppelungssystem,
welches als eine Klangfeldunterstützungsvorrichtung bekannt ist,
um den Wiederhall und die räumlichen
Eindrücke
eines Hörraums
zu intensivieren. Bei diesem typischen System sind ein Lautsprecher 12 und
ein Mikrofon 14 voneinander in einem Raum 10 um
eine geeignete Distanz beabstandet. Ein Schall, der von dem Mikrofon 14 aufgenommen
wurde, wird zu einem FIR-Filter 18 (FIR = Finite Impulse
Response = endliche Impulsantwort: nicht zyklisch) durch einen Kopfverstärker 16 geliefert,
um ein Wiederhallsignal (hauptsächlich
ein anfängliches
Reflektionssignal) zu erzeugen. Das erzeugte Wiederhallsignal wird
vom Lautsprecher 12 durch einen Leistungsverstärker 20 wiedergegeben. Der
wiedergegebene Schall wird von dem Mikrofon 14 aufgenommen.
Diese Schleife wird wiederholt, um den Eindruck der Lautstärke (oder
den Schalldruck zu steigern), um den Eindruck des Wiederhalls zu steigern
(oder die Wiederhallzeit zu verlängern)
und den Eindruck des Raumes zu steigern (oder eine Seitenreflektionsschallenergie
zu intensivieren).
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Eine praktische Schallfeldsteuervorrichtung basierend
auf dem oben erwähnten
akustischen Rückkoppelungssystem
wird in den 4 und 5 veranschaulicht. 4 zeigt ein Beispiel einer
Anordnung von Mikrofonen und Lautsprechern. In einem Hörraum 2,
wie beispielsweise in einem Musikraum, werden vier Mikrofone 24 bis 27 an
der Decke eingebaut, und vier Lautsprecher 30 bis 33 sind
an den Wänden
installiert. Eine Hauptsteuervorrichtung 36 zur Steuerung
dieses Systems in seiner Gesamtheit wird als eine getrennte Vorrichtung
aufgebaut und innerhalb des Raumes 22 angeordnet.
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5 ist
ein Blockdiagramm, welches den Schaltungsaufbau dieses Systems veranschaulicht. Ein
Schallsignal, welches von jedem der Mikrofone 24 bis 27 aufgenommen
wird, wird in der Frequenzcharakteristik durch einen Equalizer 42 eingestellt, der
mit jedem der Kopfverstärker 38 bis 41 verbunden
ist, um zu verhindern, dass ein Heulen bzw. eine Rückkoppelung
(Howling) auftritt. Das eingestellte Signal wird zu einem FIR-Filter 44 geliefert,
um einen anfänglichen
Reflektionston vorzusehen. Der anfängliche Reflektionsschall oder
-ton wird von jedem der Verstärker 46 bis 49 verstärkt. Der
verstärkte
Ton wird von jedem der Lautsprecher 30 bis 33 wiedergegeben.
Ein ROM bzw. Lesespeicher 52 speichert die Anfangsreflektionsschallparameter
von verschiedenen Schallfeldmustern. Wenn eines der Schallfeldmuster
durch eine externe Infrarotfernbedienung 54 ausgewählt wird,
wird ein entsprechendes Schallfeldmusterauswahlsignal 56 übertragen,
um von der Hauptvorrichtung 36 bei einem Lichtaufnahmefenster 58 aufgenommen
zu werden. Wenn sie dieses Signal aufnimmt, liest eine CPU 60 den
Anfangsreflektionsschallparamter des entsprechenden Schallfeldmusters
aus dem ROM 52 und stellt diesen Parameter in den FIR-Filter 44 ein,
um einen akustischen Raum einzustellen.
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Das Aufprägen eines Wiederhalls durch
das Schallfeldunterstützungssystem,
welches in den 4 und 5 gezeigt ist, erfordert
die extra dafür
vorgesehenen Lautsprecher 30 bis 33. Dieses System ertordert
auch, die Mikrofone 24 bis 27 und die Lautsprecher 30 bis 33 an
den Wänden
und an der Decke des Raumes 22 einzubauen, die Hauptvorrichtung 36 unabhängig anzuordnen,
und die Signalkabel an den Wänden
und an der Decke des Raumes 22 zu verkabeln, wodurch der
Umfang des Systems groß gemacht
wird und daher der Aufbau des Systems schwierig gemacht wird.
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Das Folgende beschreibt eine Schallfeldsteuervorrichtung,
die mit der vorliegenden Erfindugn assoziiert ist, die als ein elektronisches
Piano verkörpert
wird. Die 6(a) und 6(b) zeigen ein Beispiel einer
Anordnung von Mikrofonen und Lautsprechern in dem elektronischen
Piano, wobei 6(a) eine Ansicht
ist, und wobei 6(b) eine
Seitenansicht ist. Das elektronische Piano 62 hat eine
Tastatur (einen Spielbetriebsabschnitt) 64 in einem vorderen und
mittleren Teil des Pianos. Drei Mikrofone 68 bis 70 sind
in einem Abteil oder Rahmen 66 des elektronischen Pianos 62 eingesetzt,
wobei die Aufnahmeabschnitte dieser Mikrofone zur Außenseite
hin offen sind. Von diesen drei Mikrofonen sind die Mikrofone 68 und 69 voneinander
an den vorderen linken und rechten Seiten des Abteils 66 über der
Tastatur 64 beabstandet. Das Mikrofon 70 ist in
der Mitte in horizontaler Richtung der oberen Platte des Abteils 66 angeordnet.
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Drei Lautsprecher 72 bis 74 sind
in dem Abteil 66 angeordnet, wobei die Abstrahlungsflächen der
Lautsprecher nach aussen freigelegt sind. Von diesen drei Lautsprechern
ist der Lautsprecher 72 in der Mitte in horizontaler Richtung
unter der Tastatur 64 am Vorderteil des Abteils 66 angeordnet.
Die Lautsprecher 73 und 74 sind voneinander an
den linken und rechten Seiten der oberen Platte des Abteils 66 beabstandet.
Die Signalkabel der Mikrofone 68 bis 70 und der
Lautsprecher 72 bis 74 sind innerhalb des Abteils
bzw. Gehäuses 66 angeordnet.
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Ein Musikschall, der durch die Tastatur 64 erzeugt
wird, wird von den Lautsprechern 72 bis 74 wiedergegeben.
Dieser wiedergegebene Musikschall und ein Schall, der von einem
anderen Musikinstrument kommt, wenn irgendwelche vorhanden sind, werden
von den Wänden
und der Decke eines Raumes 76 reflektiert und werden von
Mikrofonen 68 bis 70 aufgenommen, wie in 6(b) gezeigt.
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1 ist
ein Blockdiagramm, welches den Aufbau der Schaltung veranschaulicht,
die innerhalb des Abteils 66 des elektronischen Pianos 62 angeordnet
ist. Die Signalleitungen, die von den dicken Linien angezeigt werden,
gehören
zu den üblichen oder
gewöhnlichen
Schaltungsteilen des elektronischen Pianos. In dieser Schaltung
sind drei unabhängige
Signalpfade, die von den drei Mikrofonen 68 bis 70 zu
den Lautsprechern 72 bis 74 laufen, parallel zueinander
ausgebildet, um drei Kanäle
auszubilden. Eine Schallquelle des elektronischen Pianos weist eine
Klangerzeugungsschaltung 78 auf, weiter eine Wellenformformgebungsschaltung
und eine Effektverarbeitungsschaltung. Die Tonerzeugungsschaltung
bzw. Schallerzeugungsschaltung 78 erzeugt ein Musiktonsignal
gemäss
einer Spielinformation, die von dem Spielbetriebsabschnitt (der
Tastatur) 64 eingegeben wurde, oder gemäss einer Spielinformation, die
von einer MIDI-Informationsquelle 80 ausgegeben wurde,
(beispielsweise von einer Magnetdiskettenvorrichtung oder einer
optischen Diskettenvorrichtung zur Wiedergabe von Spielinformationen
für ein automatisches
Spiel). Das erzeugte Musiktonsignal wird mit Schalleffekten beaufschlagt,
wie beispielsweise mit einem Echo, falls erforderlich, und das resultierende
Musiktonsignal wird ausgegeben. Diese Vorrichtung weist weiter eine
CPU bzw. zentrale Verarbeitungseinheit 160 auf, um verschiedene
Teile und Abschnitte der Vorrichtung zu steuern, weiter einen RAM
bzw. Arbeitsspeicher 151, der als Arbeitsraum der CPU 160 verwendet
wird, weiter einen ROM bzw. Lesespeicher 152, der Programmanweisungen
speichert, die von der CPU 160 ausgeführt werden, und ein Diskettenlaufwerk 153 zur
Aufnahme eines maschinenlesbaren Mediums 154, wie beispielsweise
einer Floppy-Disk, die Programmanweisungen speichert, die von der
CPU 160 auszuführen sind.
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Die erfindungsgemäße Musikvorrichtung der 1 ist aufgebaut zur Einleitung
eines Musiktons in einen akustischen Raum, der beispielhaft durch
den Musikraum 76 dargestellt wird, oder sonst wohin, und ist
mit einem akusti schen Rückkoppelungssystem ausgerüstet, um
einen Reflektionsschall in den akustischen Raum einzuleiten. Bei
der Musikvorrichtung liefert eine Eingabevorrichtung in Form einer
Tastatur 64 oder in Form der MIDI-Informationsquelle 80 sequentiell
Leistungsinformationen. Eine Schallquelle, die die Klangerzeugungsschaltung 78 aufweist,
erzeugt ein Musiksignal, welches den Musikton ansprechend auf die
Spielinformationen darstellt, die von der Eingabevorrichtung geliefert
werden. Eine Vielzahl von Kanälen
des akustischen Rückkoppelungssystems
sind in der akustischen Musikvorrichtung vorgesehen, und sind räumlich voneinander
getrennt. Es gibt drei Kanäle
in diesem Ausführungsbeispiel.
Alle Kanäle
haben eine ähnliche
Struktur. Beispielsweise ist der erste Kanal durch das Mikrofon 68 strukturiert,
um einen Schall von dem akustischen Raum aufzunehmen, um ein Schallsignal
zu erzeugen, welches den Schall darstellt, der in den akustischen
Raum eingeleitet wird, weiter durch einen Prozessor zur Verarbeitung
des Schallsignals zur Erzeugung eines Reflektionssignals, welches
einen Reflektionsschall in dem akustischen Raum darstellt, weiter durch
einen Mischer 96 zum Mischen des Reflektionssignals und
des Musiksignals miteinander, um ein Mischsignal zu bilden, und
durch den Lautsprecher 72 zur akustischen Wiedergabe des
Mischsignals zur Einleitung des Musikschalls und des Reflektionsschalls
in den akustischen Raum. Insbesondere weist der Prozessor einen
Filter mit endlichem Impulsansprechen bzw. FIR-Filter 88 auf,
um das Schallsignal gemäss
der Parameter zu filtern, um das Reflektionssignal zu erzeugen.
Die Parameter variieren kontinuierlich und zufällig, um die Reflektionssignale
zu erzeugen. Die Parameter variieren kontinuierlich und zufällig, um
die Reflektionssignale unter der Vielzahl der Kanäle durchschnittlich
aufzunehmen.
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Die erfindungsgemäße Musikvorrichtung ist weiter
mit einer Schaltvorrichtung in Form einer Umschaltschaltung 86 vorgesehen,
um dynamisch die Vielzahl der Kanäle zwischen einer Vielzahl
von Mikrofonen 68, 69 und 70 und einer
Vielzahl von Lautsprechern 72, 73 und 74 umzuschalten,
so dass die Mikrofone 68, 69 und 70 zyklisch
und austauschbar mit den Lautsprechern 72, 73 und 74 verbunden
sind. Die erfindungsgemäße Musikvorrich tung
weist weiter Echoauslöschvorrichtungen
(EC = Echo Cancelers) 104-112 auf, die zwischen der Vielzahl
von Mikrofonen 68, 69 und 70 und der
Vielzahl von Lautsprechern 72, 73 und 74 angeordnet
sind, um die direkte Rückkoppelung
von Klängen
von den Lautsprechern 72, 73 und 74 zu
den Mikrofonen 68, 69 und 70 auszulöschen.
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Im Detail wird das Schallsignal,
welches von den Mikrofonen 68–70 aufgenommen wird,
durch Kopfverstärker 82 bis 84 verstärkt und
wird in die Signalumschaltschaltung 86 eingegeben. Die
Umschaltschaltung 86 schaltet sequentiell zwischen Kombinationen
der drei Eingänge 1 bis 3 und
der drei Ausgänge 1 bis 3 um.
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Ein Beispiel der Eingangs/Ausgangs-Umschaltung
durch die Signalumschaltschaltung 86 ist in 7 gezeigt. Die Signalumschaltschaltung 86 bildet
eine Art einer Level- bzw. Pegelmatrix, in der drei Eingangsleitungen 1 bis 3 abwechseln
und gleich auf die drei Ausgänge 1 bis 3 in
einer gewissen Periode verteilt werden. Für eine Summe der Verstärkungen bzw.
Gains der drei an jedem Zeitpunkt konstant zu haltenden Leitungen
bzw. Linien variiert die Verstärkung
entsprechend kontinuierlich, beispielsweise in einer Sinuskurve,
in einer Sägezahnwelle
oder in gegenseitig unabhängig
zufälligen
Signalen, wodurch die oben erwähnte
Bedingung erfüllt
wird. Dieser Aufbau sorgt für
einen ähnlichen
Effekt, wie er durch sequentielles und wiederholtes Abwechseln der
Einbau- bzw. Installationspositionen der drei Mikrofone 68 bis 70 erreicht
wird, wodurch die Übertragungscharakteristiken
durch räumliche
Durchschnittsbildung ausgepegelt werden, um eine reduzierte Färbung und
einen vergrößerten Rückkoppelungsrahmen
zur Folge zu haben. Es sei bemerkt, dass die Schaltperiode beispielsweise
auf 1 bis ½ der
Nachhallzeit des verwendeten Raumes eingestellt wird.
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Die drei Leitungen der Ausgänge 1–3 der
Signalumschaltschaltungen 86 werden in die FIR-Filter 88 bis 90 eingeleitet,
um die Reflektionsschallsignale zu erzeugen. Die Reflektionsschallparameter,
die für die
FIR-Filter 88 bis 90 eingestellt werden, weichen voneinander
ab. Zusätzlich
werden diese Para meter kontinuierlich und zufällig getrennt entlang der Zeitachse
variiert, wie erforderlich, wie in 8 gezeigt. Diese
Variation reduziert eine Fluktuation der Frequenzcharakteristiken,
bewirkt durch die FIR-Filter 88 bis 90, wenn diese
Filter von der festen Bauart sind, wodurch die Frequenzcharakteristiken
ausgepegelt werden, was eine weitere Reduzierung der Coloration
bzw. Klangfärbung
und eine weitere Vergrößerung des
Rückkoppelungsrahmens
zur Folge hat. Es sei bemerkt, dass die Parameterveränderung entlang
der Zeitachse realisiert wird durch Bewegung der Ausgangsansätze (Taps)
der FIR-Filter 88 bis 90 in einer nicht korrelierten
Weise in einem Bereich von beispielsweise einer Variationsbreite
von 0,25 ms bis 5 ms, was für
den Zuhörer
kein unnatürliches
Verhalten darstellt. Ebenfalls können,
wie in 5 gezeigt, Reflektionsklangparameter
von verschiedenen Arten in dem ROM 152 gespeichert werden,
aus dem ein Spieler die erwünschten
Reflektionsklangparameter auswählt,
um die ausgewählten
Parameter bei den FIR-Filtern 88 bis 90 einzustellen.
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Die Reflektionsklangsignale, die
von den FIR-Filtern 88 bis 90 erzeugt werden,
werden in die Equalizer 92 bis 94 eingegeben,
in denen eine Ondulation bzw. Wellenbildung, die einzigartig für Frequenzcharakteristiken
des Raumes ist und abhängig von
den Einbaupositionen der Lautsprecher 72 bis 74 und
des elektronischen Pianos 62 ist, stark abgeflacht. Die
Charakteristiken der Equalizer 92 bis 94 werden
automatisch oder manuell für
jedes Frequenzband eingestellt, so dass die Spitze der Verstärkungsschleife
von jedem Kanal –12dB
relativ zu einem Rückkoppelungspunkt
wird.
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Die Reflektionsschallsignale, die
aus den Equalizern 92 bis 94 ausgegeben werden,
werden von den Mischern 96 bis 98 zu dem Musikschallsignal
hinzuaddiert, welches aus der Schallerzeugungsschaltung 78 ausgegeben
wird. Die daraus resultierenden Mischsignale werden durch Leistungsverstärker 100 bis 102 verstärkt, und
die verstärkten
Signale werden von den Lautsprechern 72 bis 74 wiedergegeben.
Der Schall, der von den Lautsprechern 72 bis 74 wiedergegeben
wird, wird von den Wänden
und von der Decke des Raumes 76 reflektiert. Die reflektierten
Klänge
werden gemeinsam durch die Mikrofone 68 bis 70 aufgenommen,
und die aufgenommenen Klänge
werden durch die drei Kanäle
verarbeitet, um wiederum aus den Lautsprechern 72 bis 74 wiedergegeben
zu werden. Diese Schleife tritt wiederholt bei jedem Kanal auf,
um einen längeren
Nachhall zusammen mit den akustischen Effekten aufzuprägen, die
in dem Raum 76 inhärent
sind.
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Echoauslöscher (ECs) 104 bis 112 korrigieren
einen Sägezahnfiltereffekt
aufgrund einer direkten Rückkoppelungsschleife,
die zwischen den Lautsprechern 72 bis 74 und den
Mikrofonen 68 bis 70 ausgebildet ist. Um genauer
zu sein, steigt die Anzahl der Pfade zur Rückkoppelung der Klänge, die
von den Lautsprechern abgestrahlt wurden, anders als bei dem herkömmlichen
akustischen Rückkoppelungssystem,
wenn ein Mikrofon und ein Lautsprecher für ein einziges Musikinstrument
gemäss
der Erfindung angeordnet sind, weil die physische Distanz zwischen
einem Schallquellenpunkt und einem Schall aufnehmenden Punkt klein
ist, wodurch eine Fluktuation der Frequenzcharakteristiken der Schleifenverstärkung bewirkt
wird. Um daher den Sägezahnfiltereffekt
aufgrund eines Ansprechens F(w) zwischen dem Quellenpunkt und dem
Schallaufnahmepunkt auszulöschen,
werden die Echoauslöscher 104 bis 112 vorbereitet,
die n2 sind (n = Anzahl der Kanäle; im Beispiel
der 1 ist n gleich 3).
Diese Echoauslöscher 104 bis 112 speisen
die ausgegebenen Signale der drei Kanäle zurück zu Additionsvorrichtungen 124 bis 126,
die vor der Signalumschaltschaltung 86 angeordnet sind,
um die Klänge
auszulöschen,
die direkt von den Lautsprechern 72 bis 74 zu
den Mikrofonen 68 bis 70 zurückgespeist werden. Dieser Aufbau
verhindert eine Rückkoppelung
wirksamer.
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Die Charakteristiken der Echoauslöscher 104 bis 112 werden
auf ein Ansprechen nahe –F(w) eingestellt,
um die direkte Rückkoppelungsschleife zwischen
den Lautsprechern 72 bis 74 und den Mikrofonen 68 bis 70 auszulöschen, und
um eine Rückkoppelungsschleife
entsprechend eines primären Reflektionsschalls
auszulöschen
(insbesondere wenn das elektronische Piano bei einem Fenster des Raumes
gelegen ist), nämlich
dem Anfangsteil eines Impulsansprechens durch akkustische Rückkoppelung.
Es sei bemerkt, dass die Echoauslöscher 104 bis 112 durch
adaptive Filter aufgebaut sein könnten, um
die Frequenzcharakteristiken automatisch einzustellen. Die Echoauslöscher 102–112 können nach der
Aufstellung des elektronischen Pianos 62 in den Raum 76 eingestellt
werden. Im Detail können
die Echoauslöscher 104 bis 112 eingestellt
werden durch Erzeugung eines Impulsrauschens durch die Klangerzeugungsschaltung 78,
dann durch Wiedergabe des erzeugten Impulsrauschens aus den Lautsprechern 72 bis 74 durch
Aufnahme des wiedergegebenen Impulsrauschens durch die Mikrofone 68 bis 70,
durch Messung eines Impulsansprechens des aufgenommenen Impulsrauschens
und durch manuelle oder automatische Einstellung der Parameter der Echoauslöscher 104 bis 112 im
allgemeinen auf –F(w),
so dass der anfängliche
Teil der Impulsantwort ausgelöscht
wird.
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Die Equalizer 92 bis 94 und
die Echoauslöscher 104 bis 112 können durch
den ersten Schritt der automatischen oder manuellen Einstellung
der Equalizer 92 bis 94 eingestellt werden, und
zwar in der anfänglichen
Stufe des Einstellungsprozesses beispielsweise und dann durch den
zweiten Schritt der automatischen oder manuellen Einstellung der Echoauslöscher 104 bis 112.
Weiterhin können
die Equalizer 92 bis 94 automatisch oder manuell
feineingestellt werden (erneute Einstellung), während oder nachdem automatisch
oder manuell die Echoauslöscher 104 bis 112 eingestellt
wurden.
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Gemäss dem elektronischen Piano,
welches den oben erwähnten
Aufbau hat, wird die Vielzahl von gegenseitig unabhängigen Signalpfaden
aus den Mikrofonen 68 bis 70 zu den Lautsprechern 72 bis 74 gebildet,
und der Nivellierungs- bzw. Auspegelungseffekt (die Addition in
dem quadrierten Schalldruckgebiet), die durch eine einfache Schalldruckaddition nicht
erhalten werden kann (eine sogenannte Vermischung), wird gemäss der Erfindung
erhalten. Nebenher wird die Übertragungscharakteristik
zwischen den Mikrofonen 68 bis 70 und den Lautsprechern 72 bis 74 signifikanter
durch die Schaltung der Signalpfade durch die Signalumschaltschaltung 86 ausgepegelt,
und durch die zeitabhängige
Verarbeitung der Reflektionsparameter in den FIR-Filtern 88 bis 90, und
in den Echoauslöschern 104 bis 112,
wodurch signifikant die Coloration bzw. Klangfärbung reduziert wird und der
Rückkoppelungsrahmen
gesteigert wird.
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Wie beschrieben werden die gleichen
akustischen Eigenschaften sowohl auf den Musikklang aufgeprägt, der
von dem elektronischen Piano 62 selbst erzeugt wird, als
auch auf den externen Klang, der von außen durch die Mikrofone 68 bis 70 aufgenommen
wird. In einem Ensemble oder einem gemeinsamen Spiel von dem elektronischen
Piano 62 und einem anderen elektronischen Musikinstrument
oder einem akustischen Musikinstrument werden die gleichen akustischen
Effekte auf die Musikklänge
von allen Instrumenten aufgeprägt,
wodurch der natürliche Schallfeldeffekt
vorgesehen wird. Da darüber
hinaus die den Musikklang wiedergebenden Lautsprecher 72 bis 74 des
elektronischen Pianos 62 auch als die Lautsprecher für das akustische
Rückkoppelungssystem
dienen, kann die Anzahl der Lautsprecher insgesamt reduziert werden,
was den vereinfachten Aufbau zur Folge hat. Da weiterhin die oben
erwähnten
Komponenten integral in dem Abteil bzw. Gehäuse 66 des elektronischen
Pianos 62 angeordnet sind, werden der Aufbau und der Transport
der Schallfeldsteuervorrichtung signifikant erleichtert.
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Es wird offensichtlich sein, dass
ein gemeinsames Signal, welches von einem anderen Musikinstrument
geliefert wird, direkt in die drei Kanäle durch die Additionsvorrichtungen 120 bis 122 eingegeben werden
kann, wie von den gestrichelten Linien angezeigt, die in 1 gezeigt sind. In dem oben
ennrähnten
Ausführungsbeispiel
sind drei Kanäle
vorgesehen. Es wird offensichtlich sein, dass mehr als drei Kanäle vorgesehen
sein können.
In dem oben erwähnten
Ausführungsbeispiel
wird die vorliegende Erfindung auf das elektronische Piano angewandt. Es
wird offensichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung gleichfalls
auf ein elektronisches Tasteninstrument einer anderen Bauart und
auf ein elektronisches Musikinstrument ohne Tastatur angewandt werden
kann.
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Zuletzt ist mit Bezugnahme auf 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur
Steuerung eines Schallfeldes aufgebaut. In der Vorrichtung sind
Eingabemittel aus der Tastatur 64 oder der MIDI-Informationsquelle 80 zusammengesetzt,
um sequentiell Spiel- bzw. Darbietungsinformationen zu liefern.
Die Generatormittel sind aus der Tonerzeugungsschaltung 78 aufgebaut,
um ein Musiksignal zu erzeugen, welches einen Musikschall darstellt,
und zwar ansprechend auf die Spielinformationen, die von den Eingabemitteln
geliefert werden. Die Vielzahl von Mikrofonen 68, 69 und 70 ist
getrennt voneinander angeordnet. Jedes Mikrofon nimmt einen Klang
auf, der in das Schallfeld eingeleitet wird, um ein Schallsignal zu
erzeugen, welches den Schall darstellt, der in das Schallfeld eingeleitet
wurde. Prozessormittel sind in Form der FIR-Filter 88, 89 und 90 vorgesehen,
um jedes Schallsignal zu verarbeiten, welches durch jedes Mikrofon
erzeugt wurde, um jedes Reflektionssignal zu erzeugen, welches von
einem Reflektionsschall in dem Schallfeld dargestellt wird. Mischermittel
bestehen aus den Mischern 96, 97 und 98 zum
Mischen jedes Reflektionssignals und des Musiksignals miteinander,
um jedes Mischsignal zu bilden. Die Vielzahl von Lautsprechern 72, 73 und 74 ist
getrennt voneinander angeordnet. Jeder Lautsprecher gibt akustisch jedes
Mischsignal wieder, um den Musikschall und den Reflektionsschall
in das Schallfeld einzuleiten. Vorzugsweise weisen die Prozessormittel
den Filter mit endlichem Impulsansprechen bzw. FIR-Filter 88, 89 oder 90 auf,
der das Schallsignal gemäss
der Parameter filtert, um das Reflektionssinal zu erzeugen. Die
Parameter variieren kontinuierlich und zuverlässig, um einen Durchschnitt
der Reflektionssignale von der Vielzahl von Mikrofonen 68, 69 und 70 zu
bilden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist weiter
Schaltungsmittel in Form der Umschaltschaltung 86 auf,
um Pfade der Signale zwischen der Vielzahl von Mikrofonen 68, 69 und 70 und
der Vielzahl von Lautsprechern 72, 73 und 74 umzuschalten,
so dass die Mikrofone zyklisch und austauschbar mit den Lautsprechern
verbunden werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist weiter
Auslöschmittel
auf, und zwar in Form der Echoauslöscher 104–112,
die zwischen den Mikrofonen 68, 69 und 70 und
den Lautsprechern 72, 73 und 74 angeordnet sind,
um die direkte Rückkoppelung
der Klänge
von den Lautsprechern 72, 73 und 74 zu
den Mikrofonen auszulöschen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist
weiter den Rahmen 66 auf, um darin die Eingabemittel aufzunehmen,
weiter die Generatormittel, die Mikrofone und die Lautsprecher,
um ein elektronisches Musikinstrument in Form des elektronischen Pianos 62 zu
bilden, um den Musikklang in das Schallfeld oder den Schallraum 76 einzuleiten.
Das elektronische Musikinstrument ist mit einem akustischen Rückkoppelungssystem
versehen, welches aus den Mikrofonen und den Prozessormitteln in Kombination
mit den Lautsprechern aufgebaut ist, um den Reflektionsschall in
das Schallfeld einzuleiten. Die Mikrofone nehmen anderen Musikschall
auf, der in das Schallfeld durch ein anderes Musikinstrument eingeleitet
wird, und zwar zusätzlich
zu dem Musikklang, der von dem elektronischen Musikinstrument erzeugt
wurde, um ein Zusammenwirken des elektronischen Musikinstrumentes
und des anderen Musikinstrumentes zu verbessern. Die Eingabemittel können eine
Musikspieleinrichtung des elektronischen Musikinstrumentes aufweisen,
die manipuliert bzw. betätigt
wird, um die Spielinformation zu liefern.
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Das maschinenlesbare Medium 154 wird
in der Musikvorrichtung mit der CPU 160 vennrendet, um
einen Musikschall einzuleiten.