関連出願との相互参照
本出願は、２０１９年１２月５日に出願された米国特許出願第１６／７０４，２５８号に対して優先権を主張するものであり、そのそれぞれの内容は参照により本明細書に援用される。 CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application claims priority to U.S. Patent Application No. 16/704,258, filed December 5, 2019, the contents of each of which are incorporated herein by reference.
本発明は、音声（ａｕｄｉｏ）を捕捉しかつ解釈することに関する。具体的には、本開示は、シンバルなどの打楽器を捕捉しかつ合成するシステムのためのハードウェア構成要素に関する。The present invention relates to capturing and interpreting audio. In particular, the present disclosure relates to hardware components for a system that captures and synthesizes percussion instruments, such as cymbals.
打楽器などの多くの従来のアコースティック楽器は、電子システムによって容易にエミュレートまたは合成することができない。電子ドラムを構築する試みがなされてきたが、そのような電子ドラムは、現在のところアコースティックドラムキットの音を再現することはなく、また、アコースティック演奏の機微は、既存のドラムの電子工学的同等物を使用することによって失われ得る。Many traditional acoustic instruments, such as percussion instruments, cannot be easily emulated or synthesized by electronic systems. Although attempts have been made to build electronic drums, such electronic drums do not currently reproduce the sound of an acoustic drum kit, and the subtleties of acoustic playing may be lost by using electronic equivalents of existing drums.
現代の電子ドラムキットは、典型的には、電子ドラムパッドのトリガを叩くことにより特定の音が生成されるように、２進トリガ（ｂｉｎａｒｙ ｔｒｉｇｇｅｒ）のセットを使用して作動される。しかし、アコースティックドラムキットは、一連の別個のトリガではなく連続体としての主ドラムパッドを使用すること、楽器の一部としてドラムのリムを使用することにより、また、様々な材料でドラムを叩くこと、または様々な音を生成するための様々な方法で物理的対象の音響をそれぞれが作動させる様々な技法を利用することにより、はるかに幅広い多様な音を生成することができる。例えば、ドラム奏者は、ドラムのリムもしくはドラムの側部、または電子デバイスがトリガを有し得ない他の箇所を叩くことにより、独特の音を出すことができる。一部の電子ドラムパッドは、より強い打撃とより弱い打撃とを区別することができるが、それらは依然として、どのトリガが作動されまた何の力で作動されるかに限定される。Modern electronic drum kits are typically activated using a set of binary triggers so that hitting the triggers on the electronic drum pad produces a specific sound. However, acoustic drum kits can produce a much wider variety of sounds by using the main drum pad as a continuum rather than a series of separate triggers, by using the drum rim as part of the instrument, by hitting the drum with different materials, or by utilizing different techniques that each activate the acoustics of a physical object in different ways to produce different sounds. For example, a drummer can produce a unique sound by hitting the rim of the drum or the side of the drum, or other places where the electronic device may not have triggers. Some electronic drum pads can distinguish between harder and softer hits, but they are still limited in which triggers are activated and with what force.
伝統的に、アコースティックドラム音は、ドラムから発する音以外の周囲音も検出する傾向がある標準的なアコースティックマイクロホンによって捕捉されてきた。そのような周囲音は、処理中に分離することが難しい不要な音を含む場合がある。さらに、そのようなマイクロホンは、捕捉された演奏から、特定の音声を再現するのに使うことができる信号を作り出すことができるが、そのような信号は、コンピュータ化されたシステムにとって解釈するのが困難または不可能であるので、そのようなマイクロホンは、演奏の再生を修正するかまたは洗練させるためには使用され得ない。さらに、そのような信号は、コンピュータを制御して、捕捉された音声の増幅されたバージョン以外の音声のカスタマイズされた再生を生じさせるためには、容易に使用され得ない。Traditionally, acoustic drum sounds have been captured by standard acoustic microphones, which tend to detect ambient sounds other than the sound emanating from the drums. Such ambient sounds may include unwanted sounds that are difficult to separate during processing. Furthermore, while such microphones can produce signals from the captured performance that can be used to recreate a particular sound, such signals are difficult or impossible for a computerized system to interpret, and therefore such microphones cannot be used to modify or refine the playback of the performance. Furthermore, such signals cannot easily be used to control a computer to produce customized playback of sounds other than an amplified version of the captured sound.
同様に、シンバルピックアップの場合、アコースティックシンバルピックアップは、典型的には、シンバルに接近して位置決めされた標準的なマイクロホン、または、シンバル自体に固定された振動感知要素から成る。マイクロホンの場合、デバイスは、シンバルの音を外部音から十分に分離せず、また、デバイスは、容易に操作され得る電子信号を生成しない。振動感知要素の場合、これらのデバイスは、典型的には、有線要素をシンバル自体に固定することを必要とするが、シンバルはそれらのスタンド上で激しく振動しかつ揺動および回転するので、そのような固定は、問題をはらむ。Similarly, in the case of cymbal pickups, acoustic cymbal pickups typically consist of a standard microphone positioned close to the cymbal, or a vibration-sensing element fixed to the cymbal itself. In the case of a microphone, the device does not adequately isolate the sound of the cymbal from external sounds, nor does the device generate an electronic signal that can be easily manipulated. In the case of a vibration-sensing element, these devices typically require a wired element to be fixed to the cymbal itself, but such fixation is problematic because cymbals vibrate and rock and rotate vigorously on their stands.
さらに、既存の電子ドラムキットは、演奏家が慣れているものとは異なる見た目および感覚の新たな機器のセットに習熟することを、演奏家に要求する。ドラム奏者は、典型的には、彼らのキットに慣れており、また、ドラム奏者は、何年も使用してきた機器で特別なドラミング技法を行うことに熟達している。Additionally, existing electronic drum kits require musicians to become familiar with a new set of equipment that looks and feels different than what the musician is accustomed to. Drummers are typically familiar with their kits, and they are adept at performing special drumming techniques on equipment they have been using for years.
重要な問題は、人間とコンピュータの相互作用の１つである。現在、音楽家のためのコンピュータインターフェースは、典型的には、次元性が限定された２進法のボタン、ノブ、および制御装置の使用を必要とする。音楽制作にコンピュータを使用することは、システムのインターフェースを学ぶことを要求する。それらのインターフェースは、典型的には低次元の入力デバイスから成るので、音楽表現性の範囲は、必然的に、アコースティック楽器で可能とされるものには及ばない。コンピュータインターフェースとは異なり、アコースティック楽器は、非常に複雑なアナログインターフェースを有する。ドラムを例に取ると、電子ドラムパッドは、演奏者によって打たれたときに可変の音量で単一の音を再生することが可能とされ得るが、アコースティックドラムは、ドラムがどのように叩かれるか、ドラムのどこが叩かれるか、および、ドラムが何で叩かれるかに応じて、無限に可変の音を作り出す。A key issue is one of human-computer interaction. Currently, computer interfaces for musicians typically require the use of binary buttons, knobs, and controls with limited dimensionality. Using a computer for music production requires learning the system's interface. Because those interfaces typically consist of low-dimensional input devices, the range of musical expressiveness necessarily does not extend to that possible with acoustic instruments. Unlike computer interfaces, acoustic instruments have highly complex analog interfaces. Take drums as an example: an electronic drum pad may be capable of playing a single note with variable volume when struck by a performer, but an acoustic drum produces infinitely variable sounds depending on how the drum is struck, where on the drum it is struck, and with what it is struck.
さらに、現在のデジタル楽器およびデジタル環境は、その使用者に従って音楽的に意味のある方法で応答することができない。例えば、シーケンサは、メロディ、ハーモニー、およびシフトする調性（ｓｈｉｆｔｉｎｇ ｔｏｎａｌｉｔｙ）を時間内に再生するようにプログラムされることが可能であるが、シーケンサは、それと一緒に演奏している別の演奏家に従って、その演奏家のテンポ、コード、または調子を変えようとする意図にリアルタイムで応答することが可能でない場合がある。Furthermore, current digital instruments and environments are unable to respond in a musically meaningful way according to their user. For example, a sequencer can be programmed to play melodies, harmonies, and shifting tonalities in time, but the sequencer may not be able to respond in real time to another musician's intentions to change tempo, chords, or tunes according to the musician playing alongside it.
元の楽器のアコースティックかつアナログな性質の便益を損なうことなしに打楽器をエミュレートしかつ合成することができるシステムが必要とされている。さらに、そのような打楽器から捕捉された信号を解釈してそれらをコンピュータシステムの出力を制御するために利用することができるシステムも必要とされている。さらに、従来のマイクロホンの限界を伴うことなしに、打楽器奏者が現在使用しておりまた馴染んでいる楽器に適応できるシステムが、必要とされている。What is needed is a system that can emulate and synthesize percussion instruments without losing the benefit of the acoustic and analog nature of the original instruments. What is also needed is a system that can interpret signals captured from such percussion instruments and use them to control the output of a computer system. What is also needed is a system that can accommodate instruments currently used and familiar to percussionists without the limitations of traditional microphones.
さらに、説明されたシステムが捕捉された信号をより良く認識するように訓練され得るプラットフォーム、および、他の場所で取得された音声データストリームから音楽情報が抽出され得るプラットフォームが、必要とされている。Furthermore, what is needed is a platform on which the described system can be trained to better recognize captured signals, and on which music information can be extracted from audio data streams acquired elsewhere.
最後に、他の音楽家に従う、他の音楽家と一緒に演奏する、および、他の演奏家を支持するために、その入力を音楽的に関連性のある情報として解釈する能力を有するシステムが必要とされている。Finally, what is needed is a system that has the ability to interpret its input as musically relevant information in order to follow, play with, and support other musicians.
本開示は、音声（ａｕｄｉｏ）を捕捉しかつ解釈ためのシステムおよび方法、ならびにシステムおよび方法による解釈に基づいて選択された音（ｓｏｕｎｄ）を出力するためのシステムおよび方法を対象とする。システムとともに使用するための装置（ｄｅｖｉｃｅ）も開示される。The present disclosure is directed to systems and methods for capturing and interpreting audio, and for outputting a selected sound based on the interpretation by the systems and methods. Devices for use with the systems are also disclosed.
ドラムキットのシンバルのような楽器などの対象物によって生成される振動を捕捉するための装置が提供される。装置は、金属シムのような強磁性要素などの検出可能要素と、楽器から離間されかつ楽器に対して配置されたセンサとを備える。検出可能要素は、センサと楽器との間に配置される。楽器が振動するときに、センサは、静止したままであり、検出可能要素は、楽器によりセンサに対して振動させられる。An apparatus is provided for capturing vibrations produced by an object, such as a musical instrument, such as a cymbal in a drum kit. The apparatus comprises a detectable element, such as a ferromagnetic element, such as a metal shim, and a sensor spaced from and positioned relative to the instrument. The detectable element is positioned between the sensor and the instrument. When the instrument vibrates, the sensor remains stationary and the detectable element is caused to vibrate relative to the sensor by the instrument.
装置は、シンバルとともに使用するためのシンバルクランプであってよい。センサは、誘導コイルなどの誘導ピックアップ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｐｉｃｋｕｐ）であってよく、装置は、シンバルが振動するときに誘導コイルおよび磁石が静止したままであるように誘導コイルに隣接して固定された磁石をさらに備えることができる。The device may be a cymbal clamp for use with a cymbal. The sensor may be an inductive pickup, such as an induction coil, and the device may further include a magnet fixed adjacent to the induction coil such that the induction coil and magnet remain stationary when the cymbal vibrates.
シムは、第１のパッドまたはパッドの一部分によりシンバルから離間されてよく、シムは、強磁性シムの振動がシンバルの振動に比例するように第２のパッドまたはパッドの一部分によりセンサから離間されてもよい。そのような振動は、シンバルの振動と同じ周波数であってよい。パッドは、フェルトであってよく、シムは、鋼鉄（ｓｔｅｅｌ）であってよい。The shim may be spaced from the cymbal by a first pad or portion of a pad, and the shim may be spaced from the sensor by a second pad or portion of a pad such that vibration of the ferromagnetic shim is proportional to vibration of the cymbal. Such vibration may be at the same frequency as the vibration of the cymbal. The pad may be felt and the shim may be steel.
金属シムの振動は、誘導コイルによって検出可能な電磁気の乱れを生成することができる。Vibration of the metal shim can generate electromagnetic disturbances that can be detected by an induction coil.
装置は、上側パッドと下側パッドとの間に配置されたシンバルクランプ（ｃｌｕｍｐ）位置を備えるシンバルクランプであってよい。センサモジュールは、上側パッドまたは下側パッドのうちの一方によりシンバルクランプ位置から離間されてよく、検出可能要素は、シンバルクランプ位置とセンサモジュールとの間に配置される。ドラムスティックからの打撃などによるシンバル取付け位置におけるシンバルでの音声事象の発生時に、センサモジュールは、シンバル取付け位置に対して静止したままであるかまたは比較的に静止していてよく、検出可能要素は、センサモジュールに対して動いてよい。The device may be a cymbal clamp with a cymbal clamp position disposed between an upper pad and a lower pad. The sensor module may be spaced from the cymbal clamp position by one of the upper pad or the lower pad, and the detectable element is disposed between the cymbal clamp position and the sensor module. Upon the occurrence of an audio event on the cymbal at the cymbal mounting position, such as by a strike from a drumstick, the sensor module may remain stationary or relatively stationary with respect to the cymbal mounting position, and the detectable element may move with respect to the sensor module.
検出可能要素は、上側または下側のパッドに埋め込まれてよく、または、パッドのうちの一方は、第１のパッド部分および第２のパッド部分に分割されてよく、検出可能要素は、パッド部分間に配置されてよい。The detectable element may be embedded in the upper or lower pad, or one of the pads may be divided into a first pad portion and a second pad portion, and the detectable element may be located between the pad portions.
装置は、さらに、装置自体が、上側パッドと下側パッドとの間のシンバルクランプ位置と、上側パッドまたは下側パッドによりシンバルクランプ位置から離間されたセンサモジュールと、シンバルクランプ位置とセンサモジュールとの間に配置された検出可能要素と、を有するシンバルスタンドであるように、シンバルスタンドの一部であってもよい。The device may further be part of a cymbal stand such that the device itself is a cymbal stand having a cymbal clamp position between an upper pad and a lower pad, a sensor module spaced from the cymbal clamp position by the upper pad or the lower pad, and a detectable element disposed between the cymbal clamp position and the sensor module.
本発明の原理による例示的な実施形態の説明は、本明細書全体の一部と見なされるべき添付の図面とともに読まれることが意図されている。本明細書において開示される本発明の実施形態の説明において、方向または配向に対するいずれの言及も、単に説明の便宜のためのものであり、決して本発明の範囲を限定することを意図されたものではない。「下側の」、「上側の」、「水平な」、「垂直な」、「～より上側に」、「～より下側に」、「上」、「下」、「頂部」、および「底部」などの相対語、ならびにそれらの派生形（例えば、「水平に」、「下方に」、「上方に」、など）は、そのとき説明されている配向、または論じられている図面に示される配向を指すと解釈されるべきである。これらの相対語は、単に説明の便宜のためのものであって、そのように明確に示されていない限り、装置が特定の配向において構成または動作されることを必要としない。「取り付けられた」、「固定された」、「接続された」、「結合された」、「相互接続された」などの用語、および類似の用語は、そうでないことが明確に説明されていない限り、構造が互いに直接にまたは介在する構造を介して間接的に固着されるかまたは取り付けられる関係性、ならびに移動可能なもしくは不動の取付けまたは関係性の両方を意味する。さらに、本発明の特徴および便益は、例示される実施形態を参照することによって示される。したがって、本発明は、明らかに、単独でまたは特徴の他の組合せで存在し得る特徴のいくつかの考えられる非限定的な組合せを示すそのような例示的な実施形態に限定されるべきではない。本発明の範囲は、ここに添付された特許請求の範囲によって定められる。The description of exemplary embodiments according to the principles of the present invention is intended to be read in conjunction with the accompanying drawings, which are to be considered as part of this entire specification. In the description of the embodiments of the present invention disclosed herein, any reference to direction or orientation is merely for convenience of description and is not intended to limit the scope of the invention in any way. Relative terms such as "lower", "upper", "horizontal", "vertical", "upper", "lower", "up", "below", "top", and "bottom", as well as derivatives thereof (e.g., "horizontally", "down", "upward", etc.) should be construed to refer to the orientation being described at the time or as shown in the drawings being discussed. These relative terms are merely for convenience of description and do not require that the device be constructed or operated in a particular orientation unless expressly indicated as such. Terms such as "mounted", "fixed", "connected", "coupled", "interconnected", and similar terms refer to both relationships in which structures are secured or attached directly to one another or indirectly through intervening structures, as well as movable or immovable attachments or relationships, unless expressly described otherwise. Further, the features and advantages of the present invention are illustrated by reference to the illustrated embodiments. Thus, the present invention should not be limited to such illustrative embodiments, which clearly show some possible non-limiting combinations of features that may exist alone or in other combinations of features. The scope of the present invention is defined by the claims appended hereto.
本開示は、目下予定されているものとして、本発明を実施する最良の形態を説明する。この説明は、限定的な意味で理解されるように意図されていないが、本発明の利点および構造について当業者に知らせるために添付の図面を参照することにより単に例示の目的のために提示される本発明の一例を提供するものである。図面の様々な図において、同様の参照文字は、同様のまたは類似の部品を示す。This disclosure describes the best mode of carrying out the invention as currently contemplated. This description is not intended to be understood in a limiting sense, but provides an example of the invention presented merely for illustrative purposes with reference to the accompanying drawings to inform those skilled in the art of the advantages and structure of the invention. In the various views of the drawings, like reference characters indicate like or similar parts.
楽器から音（ｓｏｕｎｄ）を捕捉し、それらの音を解釈し、生成された信号をコンピュータの音声（ａｕｄｉｏ）出力を制御することなど、コンピュータを制御するのに使用するために、ハードウェアシステムがソフトウェア方法と組み合わせられる。そのようなシステムは、捕捉された音をエミュレート（ｅｍｕｌａｔｅ）または合成し得るか、または、そのようなシステムは、代わりに、楽器によって生成された音にマッピングされた音声サンプルを出力し得る。マッピングされた音声サンプルは、楽器の実際の音に音質的に関係しない新たな音であってよいが、むしろ、楽器の音響、および楽器と相互作用する音楽家の方法に構造的に関係した音声であってよい。A hardware system is combined with software methods to capture sounds from an instrument, interpret those sounds, and use the generated signals to control a computer, such as controlling the audio output of the computer. Such a system may emulate or synthesize the captured sounds, or alternatively, such a system may output sound samples that are mapped to the sounds produced by the instrument. The mapped sound samples may be new sounds that are not sonically related to the actual sounds of the instrument, but rather sounds that are structurally related to the acoustics of the instrument and the way the musician interacts with the instrument.
説明されるハードウェア構成要素は、本明細書では装置ともマイクロホンとも呼ばれる、楽器から音を捕捉するために使用され得る複数のセンサを備える装置を含み得る。捕捉された音は、電気信号に変換され、この電気信号は、様々なソフトウェア方法を使用して、コンピュータシステムにおいて処理され得る。同様に、本明細書および関連する開示において開示されるソフトウェア方法は、楽器のための音声を識別しかつエミュレートまたは合成するために、説明されたもの以外のハードウェア構成要素から抽出された信号を解釈するために利用され得る。開示される実施形態は打楽器、特にドラムに関係するが、類似のハードウェアおよびソフトウェアは、他の楽器および音響的対象物からも音を捕捉しかつエミュレートするために用いられ得ることが、さらに理解される。The hardware components described may include devices with multiple sensors, also referred to herein as devices and microphones, that may be used to capture sounds from musical instruments. The captured sounds are converted into electrical signals that may be processed in a computer system using various software methods. Similarly, the software methods disclosed herein and in the related disclosures may be utilized to interpret signals extracted from hardware components other than those described to identify and emulate or synthesize sounds for musical instruments. It is further understood that while the disclosed embodiments relate to percussion instruments, particularly drums, similar hardware and software may be used to capture and emulate sounds from other musical instruments and acoustic objects as well.
論じられるソフトウェアルーチンは、事象の開始（ドラムの打撃、旋律の開始）、音質（音色の内容）、定常状態のトーンのピッチ（旋律）、同時に存在しかつ展開するトーンの構造（ハーモニーおよびメロディ）、リズミカルな構造（テンポ、拍子記号、フレーズ）、音楽構造（歌曲形式、動的なシフト、構成上のシフト）、および特定の演奏者、グループ、または音楽のジャンルに特有の音楽創作のスタイルなどの音楽的に関係する情報を信号から抽出するように設計される。そのようなソフトウェア方法は、これらの多層の音楽情報を抽出して、それらを記号的なデータフォーマットに変換することができ、そのようなデータフォーマットは、これらの音楽情報のレベルが他の目的のための一般的制御ソースとして使用されることを可能にする。このシステムは、即時の感覚的入力に応答して、また、事前に記録された感覚的入力に応答して、どちらも実時間で動作するように設計される。The software routines discussed are designed to extract musically relevant information from the signal, such as event onset (drum strike, onset of melody), timbre (tonal content), steady-state tonal pitch (melody), concurrent and evolving tonal structure (harmony and melody), rhythmic structure (tempo, time signature, phrasing), musical structure (song form, dynamic shifts, compositional shifts), and style of musical creation specific to a particular performer, group, or musical genre. Such software methods are capable of extracting these multiple layers of musical information and converting them into a symbolic data format that allows these levels of musical information to be used as a general control source for other purposes. The system is designed to operate both in real time in response to immediate sensory input and in response to pre-recorded sensory input.
いくつかの実施形態では、任意の入力信号が、音楽的に関連する情報を有すると解釈され得る。本明細書に含まれる説明は、主に、ドラムからの音声を捕捉しかつ合成するためのシステムおよび装置に関するが、入力は、マイクロホンを通じてピックアップされる任意のアコースティック楽器からの信号、楽器を演奏する人物からもたらされるアコースティック音および物理的移動を追跡するように設計された別のセンサタイプからの信号、内蔵ピックアップを介するエレキギターなどの電気－アコースティック楽器からの信号、ならびに／または、任意の種類のＭＩＤＩ鍵盤楽器もしくはＭＩＤＩコントローラなどによる時系列として音楽的に関連する情報を運ぶ一連のシンボルデータからの信号を含み得る。In some embodiments, any input signal may be interpreted as having musically relevant information. While the description contained herein is primarily directed to systems and devices for capturing and synthesizing sounds from drums, inputs may include signals from any acoustic instrument picked up through a microphone, signals from other sensor types designed to track the acoustic sounds and physical movements resulting from a person playing an instrument, signals from electro-acoustic instruments such as electric guitars via built-in pickups, and/or signals from a series of symbolic data carrying musically relevant information as a time series, such as from any type of MIDI keyboard instrument or MIDI controller.
音楽的に関連する情報を含む入力信号は、様々な方法で分類され得る。アナログ楽器および／またはアコースティック楽器は、以下のカテゴリ、すなわち
ａ．ドラム、シンバル、および他の無音程打楽器を含む、無音程楽器（ｕｎｐｉｔｃｈｅｄ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）、
ｂ．管楽器、木管、合成モノフォニック音（ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ｍｏｎｏｐｈｏｎｉｃ ｓｏｕｎｄ）、などを含む、有音程単音楽器（ｐｉｔｃｈｅｄ ｍｏｎｏｐｈｏｎｉｃ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）、ならびに、
ｃ．ギター、バイオリン、ピアノ、および合成ポリフォニック音、などを含む、有音程多音楽器（ｐｉｔｃｈｅｄ ｐｏｌｙｐｈｏｎｉｃ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）
に分類され得る。 Input signals containing musically relevant information may be classified in various ways: Analog and/or acoustic instruments may be classified into the following categories: a. unpitched instruments, including drums, cymbals, and other unpitched percussion instruments;
b. pitched monophonic instruments, including brass, woodwind, synthesized monophonic sounds, etc., as well as
c. Pitched polyphonic instruments, including guitars, violins, pianos, and synthetic polyphonic sounds
can be classified as follows.
記号的な楽器は、以下のカテゴリ、すなわち、
ａ．ＭＩＤＩを出力する電気ドラムパッドおよび指パッドドラムを含む、無音程楽器、ならびに
ｂ．ＭＩＤＩを出力するキーボードを含む、有音程楽器
に分類され得る。 Symbolic instruments are divided into the following categories:
a. unpitched instruments, including electric drum pads and finger pad drums, which output MIDI; and b. pitched instruments, including keyboards, which output MIDI.
図１は、ドラムからの音声を捕捉しかつ合成するためのシステムの一実施態様を示す。示されるように、システムは、ドラムから音声を捕捉するためのいくつかの装置１００を備える。同一のまたは類似の装置１００が、スネアドラム１１０、トムドラム１２０、またはキックドラム１３０を含む様々なドラムタイプから、音声を捕捉し得る。システムおよび装置は、ドラムをベースとする実施態様に関して示されるが、システムは、システムの構成要素を変更することにより、任意の楽器に適合され得る。同様に、方法は、音声信号から抽出される特徴を変更することにより、多数の楽器のうちの任意のものに適合するように修正され得る。例えば、システムは、以下で詳細に論じられるシンバルからの音声または振動を捕捉するための図２～８の装置などの、追加の楽器から音声を捕捉するための任意の数の装置を組み込むことができる。Figure 1 illustrates one embodiment of a system for capturing and synthesizing sound from drums. As shown, the system includes several devices 100 for capturing sound from drums. The same or similar devices 100 may capture sound from a variety of drum types, including a snare drum 110, a tom drum 120, or a kick drum 130. Although the system and devices are illustrated with respect to a drum-based embodiment, the system may be adapted to any instrument by modifying the components of the system. Similarly, the method may be modified to accommodate any of a number of instruments by modifying the features extracted from the sound signal. For example, the system may incorporate any number of devices for capturing sound from additional instruments, such as the devices of Figures 2-8 for capturing sound or vibrations from cymbals, discussed in detail below.
捕捉された音声は、アナログ信号として、プリアンプ、またはアナログ－デジタル変換を有する音声インターフェース１４０に送信され、プリアンプまたは音声インターフェース１４０は、音声信号を処理し、次いで音声をさらに処理し、出力する音声サンプルを選択し、次いでＰＡシステム１４５またはヘッドホンモニタ１４７などの音声出力に送信する出力信号を生成する。いくつかの実施形態では、音声インターフェースは、さらなる処理のために、また、音声サンプルを選択するかまたは音声合成プロセスを適用して出力信号を生成するために、得られるデジタル信号を外部コンピュータ１５０または異なる外部ユニットに送信する。そのような実施形態では、コンピュータ１５０は、音声信号をリアルタイムで出力するための音声増幅器またはスピーカに接続され得るか、または、コンピュータ１５０は、分析の結果または音声出力の記録を記憶するように構成され得る。いくつかの実施形態では、コンピュータ１５０または音声インターフェース１４０は、ユーザが設計した出力プロファイルを可能とするために、インターフェースを介してシステムによって制御され得る照明システムまたはハードウェアシンセサイザなどの他のハードウェアデバイスに接続され得る。例えば、制御メッセージは、システムの外側で届けられ得る一般的なＭＩＤＩメッセージとして出力され得る。The captured audio is sent as an analog signal to a preamplifier or audio interface 140 with analog-to-digital conversion, which processes the audio signal, then further processes the audio, selects audio samples to output, and generates an output signal to send to an audio output such as a PA system 145 or a headphone monitor 147. In some embodiments, the audio interface sends the resulting digital signal to an external computer 150 or a different external unit for further processing and to select audio samples or apply an audio synthesis process to generate an output signal. In such an embodiment, the computer 150 may be connected to an audio amplifier or speaker for outputting the audio signal in real time, or the computer 150 may be configured to store the results of the analysis or a record of the audio output. In some embodiments, the computer 150 or audio interface 140 may be connected to other hardware devices such as a lighting system or hardware synthesizers that can be controlled by the system through the interface to allow user-designed output profiles. For example, control messages may be output as general MIDI messages that can be delivered outside the system.
このシステムは、リアルタイム演奏のために使用されてもよく、その場合、音声は、装置１００を使用してドラムキットの各ドラム１１０、１２０、１３０から捕捉され、処理のために音声インターフェース１４０に送信され、搭載プロセッサによって処理されるかまたはさらなる分析および分類のためにコンピュータ１５０に送られ、エミュレートされたまたは合成された音の即時再生のために増幅器に送信される。即時再生は、ドラムキットのアコースティック再生に可能な限り似て鳴るように設計されたサンプルのものであってよいが、即時再生はまた、異なるドラムキットの音プロファイル、異なるタイプのドラムの音プロファイル、または従来の打楽器演奏に関係しない独特なサンプルの音プロファイルなどの異なる音プロファイルをドラムキットに与えるように設計された、代替的なサンプルまたは合成音の再生であってよい。さらに、信号は、ハードウェアシンセサイザ、照明、または他の装置などの音声以外の機能のための制御信号として解釈されかつ使用されてもよい。The system may be used for real-time performance, where audio is captured from each drum 110, 120, 130 of the drum kit using the device 100, sent to the audio interface 140 for processing, processed by an on-board processor or sent to the computer 150 for further analysis and classification, and sent to an amplifier for instant playback of emulated or synthesized sounds. The instant playback may be of samples designed to sound as similar as possible to an acoustic playback of the drum kit, but the instant playback may also be of alternative samples or synthetic sounds designed to give the drum kit a different sound profile, such as a different drum kit sound profile, a different type of drum sound profile, or a unique sample sound profile not related to traditional percussion performance. Additionally, the signals may be interpreted and used as control signals for non-audio functions such as hardware synthesizers, lighting, or other devices.
いくつかの実施形態では、システムは、センサ１００を含むが処理回路を含まない装置、およびスタンドアロン型処理装置として機能する別体の音声インターフェース１４０として、提供され得る。演奏中、装置１００内のセンサの出力は、信号を処理しかつ解釈するために音声インターフェース１４０に提供されてよく、音声インターフェースは、増幅のための最終音声信号を出力することができる。In some embodiments, the system may be provided as a device that includes the sensor 100 but no processing circuitry, and a separate audio interface 140 that functions as a stand-alone processing device. During performance, the output of the sensor in the device 100 may be provided to the audio interface 140 for processing and interpretation of the signal, and the audio interface may output a final audio signal for amplification.
論じられるソフトウェア方法は、図１に示された装置１００の出力、または図２～８に関して以下で論じられる装置の出力を利用することができるが、代替形態では、センサまたはセンサのセットによりその振動が捕捉され得る任意の物理的対象物に適用され得る。アコースティック楽器は、この種の対象物の理想的な例である。The software methods discussed may utilize the output of the device 100 shown in FIG. 1, or the devices discussed below with respect to FIGS. 2-8, but may alternatively be applied to any physical object whose vibrations can be captured by a sensor or set of sensors. An acoustic musical instrument is an ideal example of this type of object.
図２は、この場合ではドラムキットのためのシンバル３２１０である楽器から音声を捕捉するための装置３２００の一実施形態である。したがって、本実施形態を論じるにあたって、シンバル３２１０が参照されるが、類似の装置は他の楽器にも同様に作用し得ることが、理解される。いくつかの実施形態では、装置３２００は、上記で大まかに論じられた方法のいずれかを使用して、音声をさらに合成および／または出力することができる。Figure 2 is one embodiment of an apparatus 3200 for capturing sound from a musical instrument, in this case a cymbal 3210 for a drum kit. Thus, in discussing this embodiment, reference is made to a cymbal 3210, but it is understood that a similar apparatus may work for other musical instruments as well. In some embodiments, the apparatus 3200 may further synthesize and/or output sound using any of the methods generally discussed above.
図３は、図２の装置３２００の分解組立図である。図４は、シンバルクランプ位置に固定されたシンバル３２１０を含む図２の実施形態の側面図であり、図５はその斜視図である。図６は、シンバル３２１０を含む図２の装置３２００の分解組立図である。Figure 3 is an exploded view of the device 3200 of Figure 2. Figure 4 is a side view and Figure 5 is a perspective view of the embodiment of Figure 2 including a cymbal 3210 secured in a cymbal clamp position. Figure 6 is an exploded view of the device 3200 of Figure 2 including a cymbal 3210.
示されるように、装置３２００は一般に、シンバルクランプであってよく、また、装置３２００は、シンバルスタンド３２２０に組み込まれてよい。したがって、シンバルスタンドは、取り付けられたシンバル３２１０の位置を調整するためのヒンジ３２３０を含み得る。次いで、シンバルクランプ３２００は、上側パッド３２５０と下側パッド３２６０との間にシンバル３２１０を配置するシンバルクランプ位置３２４０を提供し得る。組立体は、下側パッド３２６０と上側パッド３２５０とシンバル３２１０とが完全に組み立てられたときに固定要素が全ての構成要素を所定の位置に固定し得るように、固定要素３２７０をさらに備える。これは、シンバルクランプ３２００のねじ付きシャフト３２８０と嵌合するための、示されるような蝶ねじ３２７０であってよい。あるいは、固定要素は、シンバルスタンド内のクランプ位置においてシンバルを固定するための複数の装置のうちの任意のものであってよい。As shown, the device 3200 may generally be a cymbal clamp, or the device 3200 may be incorporated into a cymbal stand 3220. The cymbal stand may thus include a hinge 3230 for adjusting the position of the attached cymbal 3210. The cymbal clamp 3200 may then provide a cymbal clamp position 3240 for positioning the cymbal 3210 between the upper pad 3250 and the lower pad 3260. The assembly further includes a fastening element 3270 such that the fastening element may secure all components in place when the lower pad 3260, the upper pad 3250, and the cymbal 3210 are fully assembled. This may be a thumbscrew 3270 as shown for mating with the threaded shaft 3280 of the cymbal clamp 3200. Alternatively, the fastening element may be any of a number of devices for securing the cymbal in a clamp position in the cymbal stand.
シンバルクランプの上側パッド３２５０および下側パッド３２６０の配置は、従来のクランプの典型である。示された実施形態では、パッドはフェルトで作られ得るが、パッドはまた、従来のシンバルクランプで使用されるものに類似した任意の材料で作られてよい。これにより、材料選択およびパッド構造は、シンバルクランプ３２００内のシンバルの感触または音に影響しないであろう。The arrangement of the upper pad 3250 and lower pad 3260 of the cymbal clamp is typical of a conventional clamp. In the embodiment shown, the pads may be made of felt, but the pads may also be made of any material similar to those used in conventional cymbal clamps. This ensures that the material selection and pad construction will not affect the feel or sound of the cymbal within the cymbal clamp 3200.
さらに、シンバルクランプ３２００はシンバルスタンド３２２０との関連で示されているが、装置３２００は、既存のシンバルスタンドに組み込まれるように設計されたシンバルクランプ単体であってよく、または、装置は、既存のシンバルクランプの構成要素に置き換わるように設計されたセンサモジュール３３００および１または複数のパッド構成要素であってよいことが、理解されるであろう。したがって、本明細書において説明される装置３２００は、シンバルスタンドの「スリーブ」部分の全てまたは一部分を本明細書において説明される電子構成要素を組み込む機械的に類似のまたは同一の構成要素と置き換えることにより、標準的なシンバルスタンド３２１０の要素を修正する。Furthermore, while the cymbal clamp 3200 is shown in the context of a cymbal stand 3220, it will be understood that the device 3200 may be a standalone cymbal clamp designed to be retrofitted to an existing cymbal stand, or the device may be a sensor module 3300 and one or more pad components designed to replace components of an existing cymbal clamp. Thus, the device 3200 described herein modifies elements of a standard cymbal stand 3210 by replacing all or a portion of the "sleeve" portion of the cymbal stand with mechanically similar or identical components incorporating the electronic components described herein.
シンバルクランプ３２００は、シンバル３２１０に対して配置された典型的には金属シムなどの強磁性物体である検出可能要素３２９０と、シンバルから離間されたセンサモジュール３３００とを備える。シム３２９０は、センサモジュール３３００とシンバル３２１０との間に配置される。シムは、典型的には小さく、例えば６ｍｍの鋼鉄円板であり得る。The cymbal clamp 3200 comprises a detectable element 3290, typically a ferromagnetic object such as a metal shim, placed against the cymbal 3210, and a sensor module 3300 spaced from the cymbal. The shim 3290 is placed between the sensor module 3300 and the cymbal 3210. The shim is typically small, for example a 6 mm steel disk.
典型的には、シンバル３２１０およびセンサモジュール３３００は、上側パッド３２５０または下側パッド３２６０により、互いに離間される。示されるように、標準的なシンバルスタンド３２２０では、これは、通常、下側パッド３２６０であろう。したがって、シム３２９０は、下側パッド３２６０に埋め込まれてよく、または、下側パッドは、第１のパッド部分３２６３および第２のパッド部分３２６６を含むことができ、シム３２９０は、それらの間に配置され得る。いずれにしても、シム３２９０は、センサモジュール３３００とシンバル３２１０との間に配置され、かつ、その両方から離間される。Typically, the cymbal 3210 and the sensor module 3300 are spaced apart from each other by the upper pad 3250 or the lower pad 3260. As shown, in a standard cymbal stand 3220, this would typically be the lower pad 3260. Thus, the shim 3290 may be embedded in the lower pad 3260, or the lower pad may include a first pad portion 3263 and a second pad portion 3266, with the shim 3290 located between them. In either case, the shim 3290 is located between and spaced apart from both the sensor module 3300 and the cymbal 3210.
示されたシンバルスタンドのような従来のシンバルスタンド３２２０は、表面上に置かれて、スタンドの頂部にまたはその近くにシンバル３２１０を配置するが、様々なシンバルスタンド構造が存在する。例えば、一部のシンバルスタンドは、部分的に水平に延在する場合があり、また、支持アームより下側にシンバルを吊す場合がある。したがって、従来のシンバルスタンド３２２０では、センサモジュール３３００は組み立てられたときにシンバル３２１０より下側に配置されて、下側パッド３２６０によりシンバルから離間されるが、ハンギングシンバルスタンドは、代わりに、センサモジュール３３００がより直接的に支持アームに固定され、したがってそのような支持アームに対して動かないままでいることができるように、センサモジュール３３００をシンバル３２１０より上側に配置することができる。そのような実施形態では、センサモジュール３３００は上側パッド３２５０によりシンバル３２１０から離間され、したがって、シム３２９０は上側パッドに埋め込まれ得るか、または、上側パッドはパッド部分を含み得ることが、理解されるであろう。あるいは、センサモジュール３３００は、シンバルの重量がシンバルとセンサモジュールとの間の下側パッド３２６０にかかり、それにより常に振動をシム３２９０に伝えるように、常にシンバル３２１０より下側に配置され得る。A conventional cymbal stand 3220, such as the one shown, rests on a surface and positions the cymbal 3210 at or near the top of the stand, although various cymbal stand configurations exist. For example, some cymbal stands may extend partially horizontally and may suspend the cymbal below a support arm. Thus, while in a conventional cymbal stand 3220, the sensor module 3300 is positioned below the cymbal 3210 when assembled and spaced from the cymbal by the lower pad 3260, a hanging cymbal stand may instead position the sensor module 3300 above the cymbal 3210 so that the sensor module 3300 is more directly secured to the support arm and thus can remain stationary relative to such support arm. It will be appreciated that in such an embodiment, the sensor module 3300 is spaced from the cymbal 3210 by the upper pad 3250, and thus the shim 3290 may be embedded in the upper pad or the upper pad may include a pad portion. Alternatively, the sensor module 3300 may always be positioned below the cymbal 3210 so that the weight of the cymbal rests on the lower pad 3260 between the cymbal and the sensor module, thereby always transmitting vibrations to the shim 3290.
ドラムスティックによって叩かれたときなど、シンバル３２１０が振動するときに、シンバルクランプ３２００のセンサモジュール３３００は、シンバルスタンド３２２０に固定されたままであるので、実質的に静止しており、シム３２９０は、シンバル３２１０によりセンサに対して振動させられる。典型的には、シム３２９０は、シンバル３２１０の振動に基づいた周波数で振動し、センサモジュール３３００は、シム３２９０の振動を検出する。シム３２９０の振動周波数は、シンバル３２１０自体の振動に関係するであろう。例えば、シム３２９０の振動周波数は、比例的であり得るか、さもなければ、シンバル３２１０の振動周波数の代理または近似として機能し得る。したがって、シム３２９０の振動周波数は、音声事象の発生時に、シンバル３２１０の振動周波数に直接関係する。したがって、上記で論じられた方法は、シム３２９０において検出された振動からシンバル３２１０の振動を導き出すことができる。When the cymbal 3210 vibrates, such as when struck by a drumstick, the sensor module 3300 of the cymbal clamp 3200 remains substantially stationary as it remains fixed to the cymbal stand 3220, and the shim 3290 is vibrated by the cymbal 3210 relative to the sensor. Typically, the shim 3290 vibrates at a frequency based on the vibration of the cymbal 3210, and the sensor module 3300 detects the vibration of the shim 3290. The vibration frequency of the shim 3290 will be related to the vibration of the cymbal 3210 itself. For example, the vibration frequency of the shim 3290 may be proportional or otherwise serve as a surrogate or approximation of the vibration frequency of the cymbal 3210. Thus, the vibration frequency of the shim 3290 is directly related to the vibration frequency of the cymbal 3210 at the occurrence of an audio event. Thus, the method discussed above can derive the vibration of the cymbal 3210 from the vibration detected in the shim 3290.
図７は、図２の装置３２００の構成要素の分解組立斜視図である。図８は、シンバルクランプ位置３２４０に固定されたシンバル３２１０を含む装置３２００の断面図である。示されるように、センサモジュール３３００は、ハウジング３４００、誘導コイル３４１０、および、ハウジング内で誘導コイルに隣接して固定された磁石３４２０を備え得る。誘導コイル３４１０および磁石３４２０はどちらも、電子回路板３４３０上に取り付けられる。Figure 7 is an exploded perspective view of the components of the device 3200 of Figure 2. Figure 8 is a cross-sectional view of the device 3200 including a cymbal 3210 secured to a cymbal clamp location 3240. As shown, the sensor module 3300 may include a housing 3400, an induction coil 3410, and a magnet 3420 secured within the housing adjacent to the induction coil. Both the induction coil 3410 and the magnet 3420 are mounted on an electronic circuit board 3430.
したがって、センサは、誘導コイル３４１０であってよく、磁石３４２０は、コイルを付勢するように、コイルに隣接して位置決めされる。シム３２９０の振動は、誘導コイル３４１０によって検出可能な電磁気の乱れを生じさせる。磁石３４２０は、誘導コイル３４１０から例えば３ｍｍだけ離間されたネオジム磁石であり得る。The sensor may thus be an induction coil 3410, with a magnet 3420 positioned adjacent to the coil to energize the coil. Vibration of the shim 3290 produces an electromagnetic disturbance that is detectable by the induction coil 3410. The magnet 3420 may be a neodymium magnet spaced, for example, 3 mm from the induction coil 3410.
シンバル３２１０がスタンド３２２０上に配置されると、シンバル３２１０は、シムを含む下側パッド３２６０を圧迫する。すると、シンバル３２１０からの振動は、下側パッドの第１の部分３２７０を通過し、シム３２９０を振動させ、それが誘導コイル３４１０と磁石３４２０の対の磁場を乱し、したがって、誘導子における測定可能な電圧を作り出す。When the cymbal 3210 is placed on the stand 3220, the cymbal 3210 presses against the lower pad 3260, which contains the shim. Vibrations from the cymbal 3210 then pass through the first portion 3270 of the lower pad, causing the shim 3290 to vibrate, which disrupts the magnetic field of the induction coil 3410 and magnet 3420 pair, thus creating a measurable voltage in the inductor.
装置３２００は、センサモジュール３３００において検出された振動に基づいて音声事象を識別するための回路板３４３０上のプロセッサ３４４０をさらに備え得る。そのような実施形態では、装置は、プロセッサ３４４０によって識別された音声事象に基づいて音を出力するための音声出力３４５０をさらに提供し得る。この識別は、例えば、本開示の他の箇所で論じられた方法のいずれかによるものであってよい。The device 3200 may further include a processor 3440 on the circuit board 3430 for identifying an audio event based on vibrations detected in the sensor module 3300. In such an embodiment, the device may further provide an audio output 3450 for outputting a sound based on the audio event identified by the processor 3440. This identification may be by, for example, any of the methods discussed elsewhere in this disclosure.
あるいは、装置３２００は、センサモジュール３３００から得られた生データを出力してよく、また、シンバルクランプの外部で処理が行われてもよい。そのような実施形態では、コイルピックアップとして機能する誘導コイル３４１０と磁石３４２０の対によって生成された電圧ベースの信号は、次いで、電子回路板３４３０上の演算増幅器ベースの回路などの回路を介して調整および増幅され、センサモジュール３３００の外へ延在するケーブルを通過して、下流のシステムにおいて記録されるか他の形で使用される。Alternatively, the device 3200 may output raw data obtained from the sensor module 3300, and processing may occur outside of the cymbal clamp. In such an embodiment, the voltage-based signal generated by the induction coil 3410 and magnet 3420 pair acting as a coil pickup is then conditioned and amplified via a circuit such as an operational amplifier-based circuit on the electronic circuit board 3430, and passed through a cable extending outside of the sensor module 3300 to be recorded or otherwise used in a downstream system.
本明細書において説明される主題および動作の実施形態は、デジタル電子回路において、または、本明細書において開示される構造およびそれらの構造上の均等物を含むコンピュータソフトウェア、ファームウェア、もしくはハードウェアにおいて、または、それらのうちの１もしくは複数の組合せにおいて、実施され得る。本明細書において説明される主題の実施形態は、データ処理装置による実行のためにまたはデータ処理装置の動作を制御するためにコンピュータ記憶媒体上で符号化される１または複数のコンピュータプログラム、すなわちコンピュータプログラム命令の１または複数のモジュールとして、実施され得る。あるいは、またはさらに、プログラム命令は、人為的に生成された伝播性信号、例えば、データ処理装置による実行のための適切な受信機装置への送信のために情報を符号化するように生成された機械生成の電気的な、光学的な、または電磁的な信号上で符号化され得る。コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読記憶デバイス、コンピュータ可読記憶基板、ランダムアクセスメモリもしくはシリアルアクセスメモリのアレイまたはデバイス、あるいはそれらの１または複数の組合せであるか、それらに含まれ得る。さらに、コンピュータ記憶媒体は、伝播性信号ではないが、コンピュータ記憶媒体は、人為的に生成された伝播性信号において符号化されたコンピュータプログラム命令の出所または送信先であってよい。コンピュータ記憶媒体はまた、１または複数の別体の物理的な構成要素もしくは媒体（例えば、複数のＣＤ、ディスク、または他の記憶デバイス）であるか、それらに含まれてもよい。Embodiments of the subject matter and operations described herein may be implemented in digital electronic circuitry, or in computer software, firmware, or hardware, including the structures disclosed herein and their structural equivalents, or in any combination or combinations thereof. Embodiments of the subject matter described herein may be implemented as one or more computer programs, i.e., one or more modules of computer program instructions, encoded on a computer storage medium for execution by or to control the operation of a data processing device. Alternatively, or in addition, the program instructions may be encoded on a human-generated propagating signal, e.g., a machine-generated electrical, optical, or electromagnetic signal generated to encode information for transmission to an appropriate receiver device for execution by the data processing device. The computer storage medium may be, or may be included in, a computer-readable storage device, a computer-readable storage substrate, a random access memory or serial access memory array or device, or any combination or combinations thereof. Furthermore, while the computer storage medium is not a propagating signal, the computer storage medium may be the source or destination of computer program instructions encoded in the human-generated propagating signal. A computer storage medium may also be, or be included in, one or more separate physical components or media (e.g., multiple CDs, disks, or other storage devices).
本発明は、説明されるいつかの実施形態に関してかなり長くまたかなり詳細に説明されたが、本発明がいずれかのそのような詳細もしくは実施形態またはいずれかの特定の実施形態に限定されるべきであることは意図されておらず、本発明は、従来技術を考慮して添付の特許請求の範囲の可能な限り広範な解釈を提供するために、したがって、本発明の意図された範囲を事実上包含するために、添付の特許請求の範囲を参照して解釈されるべきである。さらに、これまで述べてきたことは、現在予見されない本発明の実質的でない修正がそれでもなお本発明の均等物を表し得るにもかかわらず、授権的な説明が利用可能であった本発明者によって予見された実施形態の観点から、本発明を説明する。Although the present invention has been described at length and in considerable detail with respect to certain embodiments described, it is not intended that the invention should be limited to any such details or embodiments or to any particular embodiment, and the present invention should be interpreted with reference to the appended claims in order to provide the broadest possible interpretation of the appended claims in view of the prior art, and therefore to substantially encompass the intended scope of the present invention. Moreover, the foregoing describes the invention in terms of the embodiments envisioned by the inventors for which authoritative descriptions were available, although insubstantial modifications of the invention not currently foreseen may nevertheless represent equivalents of the present invention.
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