(57)【要約】      （修正有）【課題】ＣＤ等の録音媒体に録音された音楽信号を、特定楽器とその他の楽器の演奏信号に分離し、楽器スピーカの優れた特性を生かした楽器練習用のシステムを提供する。【解決手段】複数種類の楽器の演奏を録音した録音媒体からステレオ音楽信号を取得する。複数種類の楽器のうち選択された１つの楽器についての左チャンネル信号と右チャンネル信号とが同位相でない場合、左チャンネル信号と右チャンネル信号とが同位相となるようにステレオ音楽信号の左チャンネル信号および右チャンネル信号をシフトする（Ｓ２０１）。シフトされたステレオ音楽信号の左チャンネル信号と右チャンネル信号とを加算する（Ｓ２０２）。選択された楽器が演奏されている期間について、その楽器が演奏されている音階に対応する基本周波数および高次周波数を通過させ、他の周波数を減衰させる選択的フィルタリングを行う（Ｓ２０４）。これにより、特定楽器信号が抽出される。【選択図】図２
2007181135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数種類の楽器の演奏を録音した録音媒体からステレオ音楽信号を取得する取得ステップと、
前記複数種類の楽器から選択された１つの楽器についての左チャンネル信号と右チャンネル信号とが同位相でない場合、前記選択された楽器についての左チャンネル信号と右チャンネル信号とが同位相となるように前記取得されたステレオ音楽信号の左チャンネル信号および右チャンネル信号をシフトし、前記選択された楽器についての左チャンネル信号と右チャンネル信号とが同位相である場合、前記取得されたステレオ音楽信号の左右チャンネル信号をシフト処理なしに出力するように、あらかじめ記憶手段に楽曲毎に記憶された位相情報に基づいて位相制御を行なう位相制御ステップと、
位相制御された前記ステレオ音楽信号の左チャンネル信号と右チャンネル信号とを加算する加算ステップと、
前記選択された楽器が演奏されている期間について、その楽器が演奏されている音階に対応する基本周波数および所定の高次周波数を通過させ、他の周波数を減衰させる選択的フィルタリングを、あらかじめ記憶手段に楽曲毎に記憶された楽器演奏期間および音階に関する情報に基づいて、前記加算ステップで得られた信号に対して行う選択的フィルタリングステップとを有することを特徴とする特定楽器信号分離方法。
【請求項２】
複数種類の楽器の演奏を録音した録音媒体からステレオ音楽信号を取得する取得ステップと、
前記複数種類の楽器から選択された１つの楽器についての左チャンネル信号と右チャンネル信号とが同位相でない場合、前記選択された楽器についての左チャンネル信号と右チャンネル信号とが同位相となるように前記取得されたステレオ音楽信号の左チャンネル信号および右チャンネル信号をシフトし、前記選択された楽器についての左チャンネル信号と右チャンネル信号とが同位相である場合、前記取得されたステレオ音楽信号の左右チャンネル信号をシフト処理なしに出力するように、あらかじめ記憶手段に楽曲毎に記憶された位相情報に基づいて位相制御を行なう第１の位相制御ステップと、
位相制御された前記ステレオ音楽信号の左チャンネル信号と右チャンネル信号とを加算する加算ステップと、
位相制御された前記ステレオ音楽信号の左チャンネル信号および右チャンネル信号のそれぞれから、前記加算ステップで得られた信号の１／２を減算して、減算後左チャンネル信号および減算後右チャンネル信号を得る減算ステップと、
前記選択された楽器が演奏されている期間について、その楽器が演奏されている音階に対応する基本周波数および所定の高次周波数を減衰させ、他の周波数を通過させる選択的フィルタリングを、あらかじめ記憶手段に楽曲毎に記憶された楽器演奏期間および音階に関する情報に基づいて、前記加算ステップで得られた信号に対して行う選択的フィルタリングステップと、
前記減算後左チャンネル信号および減算後右チャンネル信号のそれぞれに、前記選択的フィルタリングステップで得られた信号の１／２を加算して、補正後左チャンネル信号および補正後右チャンネル信号を得る補正ステップと、
前記第１の位相制御ステップで位相シフトが行われている場合、そのシフトを元に戻す処理を補正後左チャンネル信号および補正後右チャンネル信号に対して行う第２の位相処理ステップとを有することを特徴とする特定楽器信号分離方法。
【請求項３】
前記選択された楽器が出すことができない低い周波数を減衰させるフィルタリングを、前記加算ステップで得られた信号に対して行うハイパスフィルタリングステップを有し、
このハイパスフィルタリングステップで得られた信号について、前記選択的フィルタリングステップの処理を行うことを特徴とする請求項１または２記載の特定楽器信号分離方法。
【請求項４】
録音媒体に録音された複数種類の楽器の演奏による楽曲について、前記複数種類の楽器から選択された１つの楽器についての左チャンネル信号と右チャンネル信号との位相関係、選択された楽器が演奏されている期間、およびその楽器が演奏されている音階に関し、あらかじめ取得された情報を記憶する記憶手段と、
前記録音媒体に録音された複数種類の楽器の演奏による楽曲についてのステレオ音楽信号を取得する取得手段と、
前記複数種類の楽器から選択された１つの楽器についての左チャンネル信号と右チャンネル信号とが同位相でない場合、前記選択された楽器についての左チャンネル信号と右チャンネル信号とが同位相となるように前記取得されたステレオ音楽信号の左チャンネル信号および右チャンネル信号をシフトし、前記選択された楽器についての左チャンネル信号と右チャンネル信号とが同位相である場合、前記取得されたステレオ音楽信号の左右チャンネル信号をシフト処理なしに出力するように、前記記憶手段に記憶された情報に基づいて位相を制御する位相制御手段と、
前記位相制御手段からの前記ステレオ音楽信号の左チャンネル信号と右チャンネル信号とを加算する加算手段と、
前記選択された楽器が演奏されている期間について、その楽器が演奏されている音階に対応する基本周波数および所定の高次周波数を通過させ、他の周波数を減衰させる選択的フィルタリングを、前記記憶手段に記憶された情報に基づいて、前記加算手段で得られた信号に対して行う選択的フィルタリング手段とを有することを特徴とする特定楽器信号分離装置。
【請求項５】
前記選択された楽器が出すことができない低い周波数を減衰させるフィルタリングを、前記加算手段で得られた信号に対して行うハイパスフィルタリング手段を有し、
このハイパスフィルタリング手段で得られた信号について、前記選択的フィルタリング手段の処理を行うことを特徴とする請求項４記載の特定楽器信号分離装置。
【請求項６】
録音媒体に録音された複数種類の楽器の演奏による楽曲について、前記複数種類の楽器から選択された１つの楽器についての左チャンネル信号と右チャンネル信号との位相関係、選択された楽器が演奏されている期間、およびその楽器が演奏されている音階に関し、あらかじめ取得された情報を記憶する記憶手段と、
前記録音媒体に録音された複数種類の楽器の演奏による楽曲についてのステレオ音楽信号を取得する取得手段と、
前記複数種類の楽器から選択された１つの楽器についての左チャンネル信号と右チャンネル信号とが同位相でない場合、前記選択された楽器についての左チャンネル信号と右チャンネル信号とが同位相となるように前記取得されたステレオ音楽信号の左チャンネル信号および右チャンネル信号をシフトし、前記選択された楽器についての左チャンネル信号と右チャンネル信号とが同位相である場合、前記取得されたステレオ音楽信号の左右チャンネル信号をシフト処理なしに出力するように、前記記憶手段に記憶された情報に基づいて位相を制御する第１の位相制御手段と、
前記第１の位相制御手段からの前記ステレオ音楽信号の左チャンネル信号と右チャンネル信号とを加算する加算手段と、
前記第１の位相制御手段からの前記ステレオ音楽信号の左チャンネル信号および右チャンネル信号のそれぞれから、前記加算手段で得られた信号の１／２を減算して、減算後左チャンネル信号および減算後右チャンネル信号を得る減算手段と、
前記選択された楽器が演奏されている期間について、その楽器が演奏されている音階に対応する基本周波数および所定の高次周波数を減衰させ、他の周波数を通過させる選択的フィルタリングを、前記記憶手段に記憶された情報に基づいて、前記加算手段で得られた信号に対して行う選択的フィルタリング手段と、
前記減算後左チャンネル信号および減算後右チャンネル信号のそれぞれに、前記選択的フィルタリング手段で得られた信号の１／２を加算して、補正後左チャンネル信号および補正後右チャンネル信号を得る補正手段と、
前記第１の位相制御手段で位相シフトが行われている場合、そのシフトを元に戻す処理を補正後左チャンネル信号および補正後右チャンネル信号に対して行う第２の位相処理手段とを有することを特徴とする特定楽器信号分離装置。
【請求項７】
前記選択された楽器が出すことができない低い周波数を減衰させるフィルタリングを、前記加算手段で得られた信号に対して行うハイパスフィルタリング手段を有し、
このハイパスフィルタリング手段で得られた信号について、前記選択的フィルタリング手段の処理を行うことを特徴とする請求項６記載の特定楽器信号分離装置。
【請求項８】
楽器を共鳴体として活用する楽器スピーカと、
この楽器スピーカに請求項４または５記載の特定楽器信号分離装置からの信号を与える手段とを有することを特徴とする楽器スピーカシステム。
【請求項９】
オーディオスピーカと、
このオーディオスピーカに請求項６または７記載の特定楽器信号分離装置からの信号を与える手段とを有することを特徴とする音楽再生システム。
【請求項１０】
楽器を共鳴体として活用する楽器スピーカと、
オーディオスピーカと、
前記楽器スピーカに請求項４または５記載の特定楽器信号分離装置からの信号を与える手段と、
前記オーディオスピーカに請求項６または７記載の特定楽器信号分離装置からの信号を与える手段とを有することを特徴とする楽器スピーカシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＤ等に録音された音楽信号を特定楽器とその他の楽器の演奏信号に分離する特定楽器信号分離方法ならびに装置、およびこれらを使用する楽器スピーカシステムならびに音楽再生システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、楽器をスピーカとして使用する楽器スピーカが知られている。たとえば、ギター、バイオリン、ピアノなどの楽器の響板に振動板を貼り付け、これをアンプからの音楽再生信号で振動させたり、バイオリンの弦を張る駒に金属棒などを連結し、ボイスコイルにより振動させる。楽器は、もともと豊かな響きを持った共鳴体であるから、楽器自体をスピーカとして使用することにより、自然でリアルな音を再現するスピーカを提供できる。また、バイオリンのような楽器は、製作直後は、あまり良い音が出ないが、その後、優れたバイオリン演奏による良い音でバイオリン本体を響かせることにより、エイジングが進んで、良い音色で響くようになることが知られている。
【０００３】
また、バイオリンは左チャンネルに、チェロは右チャンネルになるように、バイオリンとチェロの二重奏をマルチモノラル録音形式で録音したＣＤ、ＤＶＤの再生をそれぞれバイオリンスピーカおよびチェロスピーカで行うコンサートシステムが、特許文献１に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１２９０５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、音楽ＣＤは、単一の楽器による演奏のみが録音されているものばかりではない。また、マルチモノラル録音形式により録音されたＣＤ、ＤＶＤよりも、２チャンネルステレオ録音されたＣＤ、５．１チャンネル録音されたＤＶＤの方が、数多く市販されている。
【０００６】
また、クラシック音楽のＣＤには、オーケストラによるもの、弦楽四重奏によるものなど、複数の楽器の演奏が録音されているものが多い。たとえば、バイオリンスピーカは、バイオリンの音信号を鳴らすのには、適しているが、他の楽器の音信号を鳴らすのには、適しておらず、複数の楽器の演奏を録音したＣＤからの音信号をバイオリンスピーカに与えると、他の楽器の演奏も、バイオリンの音のように奇妙に聞こえることになる。
【０００７】
さらに、楽器の適切なエイジングという面から見ると、バイオリンには、バイオリンの音信号を与えて初めて、良いエイジングができるのであり、バイオリン以外の楽器の音信号をバイオリンに与えると、かえって逆効果となる。
【０００８】
したがって、複数の楽器の演奏をステレオ録音したＣＤ、ＤＶＤなどを再生する際にも、楽器スピーカにその楽器の音信号のみを与える楽器スピーカシステムが求められる。また、演奏者にとっては、他の楽器の演奏を聞きながら、自分の楽器の演奏練習をしたいというニーズがあるが、他の楽器の演奏者が一同に会する機会を頻繁に持つことは困難である。
【０００９】
本発明は、複数種類の楽器の演奏が録音された音楽記録媒体からの音楽再生信号のうち、特定の楽器による演奏信号を分離することを可能にする楽器スピーカシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による特定楽器信号分離方法の１つである特定楽器信号抽出方法では、複数種類の楽器の演奏を録音した録音媒体からステレオ音楽信号を取得する取得ステップと、複数種類の楽器から選択された１つの楽器についての左チャンネル信号と右チャンネル信号とが同位相でない場合、左チャンネル信号と右チャンネル信号とが同位相となるようにステレオ音楽信号の左チャンネル信号Ｌおよび右チャンネル信号Ｒをシフトし、左チャンネル信号と右チャンネル信号とが同位相である場合、取得されたステレオ音楽信号の左右チャンネル信号をシフト処理なしに出力する位相制御ステップを有する。
【００１１】
さらに、位相制御されたステレオ音楽信号の左チャンネル信号Ｌ’と右チャンネル信号Ｒ’とを加算する加算ステップと、選択された楽器が演奏されている期間について、その楽器が演奏されている音階に対応する基本周波数および所定の高次周波数を通過させ、他の周波数を減衰させる選択的フィルタリングを、加算ステップで得られた信号（Ｌ’＋Ｒ’）に対して行う選択的フィルタリングステップとを有することを特徴とする。また、位相制御ステップ、および選択的フィルタリングステップは、あらかじめ記憶手段に楽曲毎に記憶された位相情報、演奏期間情報、音階情報に基づいて行うことを特徴とする。
【００１２】
このような構成とすることにより、複数種類の楽器の演奏を録音した録音媒体からの音楽信号から特定楽器についての演奏信号を抽出することができる。これは、たとえば，楽器スピーカに与えることに好適である。なお、加算ステップで得られた信号（Ｌ’＋Ｒ’）の１／２に対して選択的フィルタリングを行っても良く、また選択的フィルタリングステップの結果信号の１／２を楽器スピーカに与えるようにしても良い。なお、どの程度高い高次周波数まで選択的フィルタリングを行うかは、人間の聴覚により決定される。また、あらかじめ記憶手段に楽曲毎に記憶された位相情報、演奏期間情報、および音階情報に基づく処理を行なうようにしているので，ＣＤなどの録音媒体に記録された楽曲再生の都度これら情報を取得するための作業をする必要が無くなる。
【００１３】
本発明による別の特定楽器信号分離方法である特定楽器信号除去方法は、複数種類の楽器の演奏を録音した録音媒体からステレオ音楽信号を取得する取得ステップと、複数種類の楽器から選択された１つの楽器についての左チャンネル信号と右チャンネル信号とが同位相でない場合、左チャンネル信号と右チャンネル信号とが同位相となるようにステレオ音楽信号の左チャンネル信号Ｌおよび右チャンネル信号Ｒをシフトし、左チャンネル信号と右チャンネル信号とが同位相である場合、取得されたステレオ音楽信号の左右チャンネル信号をシフト処理なしに出力する位相制御ステップと、位相制御されたステレオ音楽信号の左チャンネル信号と右チャンネル信号とを加算する加算ステップとを有する。
【００１４】
さらに、位相制御されたステレオ音楽信号の左チャンネル信号Ｌ’および右チャンネル信号Ｒ’のそれぞれから、加算ステップで得られた信号の１／２、すなわち（Ｌ’＋Ｒ’）／２を減算して、減算後左チャンネル信号Ｌ’―（Ｌ’＋Ｒ’）／２＝（Ｌ’―Ｒ’）／２および減算後右チャンネル信号Ｒ’―（Ｌ’＋Ｒ’）／２＝（Ｒ’―Ｌ’）／２を得る減算ステップと、選択された楽器が演奏されている期間について、その楽器が演奏されている音階に対応する基本周波数および所定の高次周波数を減衰させ、他の周波数を通過させる選択的フィルタリングを、加算ステップで得られた信号に対して行う選択的フィルタリングステップを有する。この結果Ｌ’＋Ｒ’―Ｖを得る。ここで、Ｖは選択された楽器信号である。
【００１５】
そして、減算後左チャンネル信号および減算後右チャンネル信号のそれぞれに、選択的フィルタリングステップで得られた信号の１／２を加算して、補正後左チャンネル信号（Ｌ’―Ｒ’）／２＋（Ｌ’＋Ｒ’―Ｖ）／２＝Ｌ’―Ｖ／２および補正後右チャンネル信号（Ｒ’―Ｌ’）／２＋（Ｌ’＋Ｒ’―Ｖ）／２＝Ｒ’―Ｖ／２を得る補正ステップと、第１の位相制御ステップで位相シフトが行われている場合、そのシフトを元に戻す処理を補正後左チャンネル信号および補正後右チャンネル信号に対して行う第２の位相処理ステップとを有することを特徴とする。この位相処理の結果、左チャンネルとしてＬ−Ｖ’／２が得られ、右チャンネルとしてＲ−Ｖ’／２が得られる。なお、位相制御ステップ、および選択的フィルタリングステップは、あらかじめ記憶手段に楽曲毎に記憶された位相情報、演奏期間情報、音階情報に基づいて行う。
【００１６】
このような構成とすることにより、複数種類の楽器の演奏を録音した録音媒体からの音楽信号から特定楽器についての演奏信号を除去することができる。これは、たとえば，通常のオーディオスピーカに与えて、特定楽器の練習用に使用する用途に好適である。
【００１７】
本発明による特定楽器信号分離装置の１つである特定楽器信号抽出装置は、録音媒体に録音された複数種類の楽器の演奏による楽曲について、複数種類の楽器から選択された１つの楽器についての左チャンネル信号と右チャンネル信号との位相関係、選択された楽器が演奏されている期間、およびその楽器が演奏されている音階に関し、あらかじめ取得された情報を記憶する記憶手段を有する。
【００１８】
また、複数種類の楽器の演奏を録音した録音媒体からステレオ音楽信号を取得する取得手段と、複数種類の楽器から選択された１つの楽器についての左チャンネル信号と右チャンネル信号とが同位相でない場合、左チャンネル信号と右チャンネル信号とが同位相となるようにステレオ音楽信号の左チャンネル信号および右チャンネル信号をシフトし、左チャンネル信号と右チャンネル信号とが同位相である場合、取得された左右チャンネル信号をシフト処理なしに出力するように、記憶手段に記憶された位相情報に基づいて位相制御する位相制御手段と、位相制御手段からのステレオ音楽信号の左チャンネル信号と右チャンネル信号とを加算する加算手段と、選択された楽器が演奏されている期間について、その楽器が演奏されている音階に対応する基本周波数および所定の高次周波数を通過させ、他の周波数を減衰させる選択的フィルタリングを、記憶手段に記憶された情報に基づいて、加算手段で得られた信号に対して行う選択的フィルタリング手段とを有することを特徴とする。
【００１９】
このような構成とすることにより、複数種類の楽器の演奏を録音した録音媒体からの音楽信号から特定楽器についての演奏信号を抽出することができる。これは、たとえば，楽器スピーカに与えることに好適である。また、あらかじめ記憶手段に楽曲毎に記憶された位相情報、演奏期間情報、および音階情報に基づく処理を行なうようにしているので，ＣＤなどの録音媒体に記録された楽曲再生の都度これら情報を取得するための作業をする必要が無くなる。さらに、この記憶手段を、ＵＳＢメモリなど、フラッシュメモリデバイスを利用した各種の外部記憶手段とすることにより、楽曲毎の必要な情報を本発明による装置の利用者に提供することが可能となる。なお、楽曲毎の必要な情報自体を、データとして、通信手段を介して、利用者に提供することも可能である。
【００２０】
本発明による別の特定楽器信号分離装置である特定楽器信号除去装置は、録音媒体に録音された複数種類の楽器の演奏による楽曲について、複数種類の楽器から選択された１つの楽器についての左チャンネル信号と右チャンネル信号との位相関係、選択された楽器が演奏されている期間、およびその楽器が演奏されている音階に関し、あらかじめ取得された情報を記憶する記憶手段を有する。
【００２１】
また、複数種類の楽器の演奏を録音した録音媒体からステレオ音楽信号を取得する取得手段と、複数種類の楽器から選択された１つの楽器についての左チャンネル信号と右チャンネル信号とが同位相でない場合、選択された楽器についての左チャンネル信号と右チャンネル信号とが同位相となるように取得されたステレオ音楽信号の左チャンネル信号および右チャンネル信号をシフトし、選択された楽器についての左チャンネル信号と右チャンネル信号とが同位相である場合、取得されたステレオ音楽信号の左右チャンネル信号をシフト処理なしに出力するように、記憶手段に記憶された情報に基づいて位相を制御する第１の位相制御手段を有する。
【００２２】
さらに、第１の位相制御手段からのステレオ音楽信号の左チャンネル信号と右チャンネル信号とを加算する加算手段と、第１の位相制御手段からのステレオ音楽信号の左チャンネル信号および右チャンネル信号のそれぞれから、加算手段で得られた信号の１／２を減算して、減算後左チャンネル信号および減算後右チャンネル信号を得る減算手段と、選択された楽器が演奏されている期間について、その楽器が演奏されている音階に対応する基本周波数および所定の高次周波数を減衰させ、他の周波数を通過させる選択的フィルタリングを、記憶手段に記憶された情報に基づいて、加算手段で得られた信号に対して行う選択的フィルタリング手段と、減算後左チャンネル信号および減算後右チャンネル信号のそれぞれに、選択的フィルタリング手段で得られた信号の１／２を加算して、補正後左チャンネル信号および補正後右チャンネル信号を得る補正手段と、第１の位相制御手段で位相シフトが行われている場合、そのシフトを元に戻す処理を補正後左チャンネル信号および補正後右チャンネル信号に対して行う第２の位相処理手段とを有することを特徴とする。
【００２３】
このような構成とすることにより、複数種類の楽器の演奏を録音した録音媒体からの音楽信号から特定楽器についての演奏信号を除去することができる。これは、たとえば，通常のオーディオスピーカに与えて、特定楽器の練習用に使用する用途に好適である。
【００２４】
本発明による音楽再生システムでは、楽器スピーカに特定楽器信号抽出装置からの信号を与え、通常のオーディオスピーカに特定楽器信号除去装置からの信号を与えることを特徴とする。
【００２５】
このような構成とすることにより、特定楽器の演奏信号については、楽器スピーカの優れた音色で再生でき、他の楽器の演奏信号については、通常のオーディオスピーカで再生でき、それぞれ適切なスピーカでの音楽再生が可能となる。  
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、複数の楽器の演奏が録音されたＣＤ等の録音媒体に録音された音楽信号を、特定楽器とその他の楽器の演奏信号に分離する特定楽器信号分離方法、および装置を提供することができ、これらを利用して、楽器スピーカの優れた特性を生かすこと、あるいは楽器練習用の音楽再生システムを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による楽器スピーカシステムの構成を説明する。
図７は本発明の一実施形態による楽器スピーカシステムを示す概略構成図である。図７において、楽器スピーカシステム１０は、ＣＤプレイヤー２０からの特定楽器の音楽信号を他の楽器の音楽信号から分離して、スピーカに与えるように構成されている。この例では、特定楽器をソロバイオリンとして説明する。
【００２８】
ＣＤプレイヤー２０は、ＣＤ音楽ディスクに記録された音楽を再生し、その出力端子から２チャンネルステレオ音楽信号を出力する。ＣＤプレイヤーとしては、デジタル信号出力端子があるものを使用すると便利である。メモリデバイス３０は、ソロバイオリン信号分離処理のために必要なデータを記憶する。デジタル信号処理プロセッサ（ＤＳＰ）３５には、ＣＤプレイヤー２０からの２チャンネルステレオ音楽信号、およびメモリデバイス３０からのデータが与えられる。このデジタル信号処理プロセッサ（ＤＳＰ）３５は、メモリデバイス３０とともに、特定楽器信号分離装置４０を構成し、ＣＤプレイヤー２０から複数種類のステレオ音楽信号を取得して、ソロバイオリン信号を他の楽器の音楽信号から分離する処理を行い、ソロバイオリン信号、他の楽器についての左チャンネル信号、および他の楽器についての右チャンネル信号を出力する。
【００２９】
ＤＳＰ３５からのソロバイオリン信号は、ＤＡコンバータ５１に与えられて、アナログ信号に変換され、増幅器５２により増幅され、バイオリンスピーカ５３に与えられる。ＤＳＰ３５からの他の楽器についての左チャンネル信号は、ＤＡコンバータ６１に与えられて、アナログ信号に変換され、増幅器６２により増幅され、左チャンネル用の通常のオーディオスピーカ６３に与えられる。ＤＳＰ３５からの他の楽器についての右チャンネル信号は、ＤＡコンバータ７１に与えられて、アナログ信号に変換され、増幅器７２により増幅され、右チャンネル用の通常のオーディオスピーカ７３に与えられる。
【００３０】
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態による楽器スピーカシステムを動作させるための準備作業について説明する。オーケストラの音楽ＣＤから、バイオリンの演奏信号を分離する処理を例に説明する。
【００３１】
ステップ１０１・・  再生しようとするＣＤおよびその曲番（ＣＤトラック番号）を確認する。後述するように、本発明の原理に起因して、すべての音楽ＣＤが本発明による楽器スピーカシステムに適しているわけではない。したがって、本発明に適したＣＤである必要がある。
【００３２】
ステップ１０２・・  選択したＣＤを再生し、ソロバイオリンの位置情報を得る。ＣＤには、２チャンネルのステレオ録音がなされており、選択した楽器、この場合のソロバイオリンがセンター位置になるようなミキシングがされているとは、限らないからである。たとえばＣＤプレイヤーにステレオオーディオモニターを接続し、左右ステレオ信号の時間差、レベル差を測定することにより、ソロバイオリンが、録音マイクとどのような位置関係にあるかを知ることができる。
【００３３】
ここで、ステレオオーディオモニターは、ステレオ・オーディオ信号をＣＲＴ上にリサージュ波形で表示し、ステレオ信号の位相とレベルを観測することができる装置である。モニター上のリサージュ波形を見ながらバイオリンの左右ステレオ信号が同位相となるように、すなわちソロバイオリンがセンターの位置になるように調節する。これにより、ソロバイオリンの位置情報として、左右ステレオ信号の時間差、レベル差のデータを得る。
【００３４】
ステップ１０３・・  ＣＤを再生し、ソロバイオリンの演奏期間をデータとして得る。たとえば、ソロバイオリンの鳴り始め、および鳴り終わりを、ＣＤプレイヤーのカウンタから読み取り、記憶する。現状では、ある音が、どの楽器からの音であるのかを、電子装置自体に判別させることは、困難である。したがって、この例では、人間の耳により、ある音がバイオリンの音であるのかどうかを判別する。
【００３５】
ステップ１０４・・ＣＤを再生し、ソロバイオリンの音階情報（ド、レ、ミ・・・）を得る。その楽曲についてのソロバイオリンの楽譜が入手できれば、参考になる。
【００３６】
メモリデバイス３０へは、以下のデータが記憶される。
１）  ステップ１０２において得られたソロバイオリンの位置情報（左右ステレオ信号の時間差、レベル差のデータ）
２）  ステップ１０３において得られたソロバイオリンの演奏期間（ソロバイオリンの鳴り始めおよび鳴り終わり）
３）  ステップ１０４において得られたソロバイオリンの音階データ  
【００３７】
このステップ１０１ないし１０４の準備作業は、人手にたよる部分が含まれ、かつ音楽の素養を必要とする。たとえば、オーケストラによる数多くの楽器の演奏音から特定楽器の演奏音を、電子装置等に判別させることは、現状では困難である。したがって、多くの労力を必要とするこの準備作業の結果を、楽曲毎にメモリ３０にあらかじめ記憶し、その楽曲の再生時に、繰り返し再利用できるようにする。
【００３８】
特定楽器信号分離装置４０では、メモリデバイス３０に記憶された必要なデータを使用して、ＤＳＰ３５による信号処理が行われる。特定楽器信号分離装置４０には、ＣＤプレイヤー２０の再生音楽信号（ステレオ信号）が入力される。この例では、特定楽器は、ソロバイオリンである。
【００３９】
図２は、特定楽器信号の抽出処理を示すフローチャートである。
ステップ２００で、ＣＤプレイヤーからの再生ステレオ信号を得る。ステップ２０１で、得られたステレオ信号の左右チャンネル信号の時間差、レベル差を、メモリデバイス３０からのデータに基づき、シフトさせる。これにより、ソロバイオリンの位置からの信号は、左右チャンネル信号が同位相となる。すなわち、この信号処理により、ソロバイオリンをセンター位置に移動させたと同じことになる。これに伴い、他の楽器の位置も移動し、実際にはセンターにある楽器が、別の位置に移動した場合と同じことになる。ここで、ＣＤプレイヤーからの元の左右ステレオ信号をそれぞれＬ、Ｒとし、このステップ２−１でソロバイオリンのセンターへの位置あわせのシフト後の左右ステレオ信号をそれぞれ、Ｌ'、Ｒ'とする。
【００４０】
なお、ソロバイオリンが実際にオーケストラのセンターにある場合は、ソロバイオリンについての左右チャンネル信号はもともと同位相であり、このようなシフトは行われない。また、ソロバイオリンが、ミキシングによりセンターに定位されていることがある。ＳＡＣＤサラウンド、ＤＶＤのように多チャンネル（５．１チャンネル）の録音がなされている場合、ソロバイオリンに対するセンターチャンネルがすでに用意されていることがあるため、これを利用することができる。このような場合、このステップでは、センターへの位置あわせのためのシフトは行われない。
【００４１】
ステップ２０２では、左右チャンネル信号を加算する。ソロバイオリンについての左右チャンネル信号は同位相となっているから、そのまま足し算されて、レベルが２倍になる。しかし、他の楽器については、左右チャンネル信号に位相差があるため、加算すると、打ち消しあうことになる。ある楽器についての左右チャンネル信号が逆相であれば、その楽器の再生信号信号は消える。完全に消えないまでも、他の楽器については、そのレベルが小さくなる。したがって、他の楽器に比べて、ソロバイオリンの再生信号が強調される。
【００４２】
ＣＤが弦楽四重奏のように、バイオリンの後方に他の楽器が無い場合、このように処理された信号は、人間の聴覚上は、バイオリンの音のみの信号といってもよく、バイオリンの音が抽出されたことになる。しかし、オーケストラの場合のように、ソロバイオリンの後方にも、他の楽器があることがある。この場合、その楽器からの音も左右の信号が同相となって、ソロバイオリンの音とともに抽出される。
ここで、後続の処理のため、左右チャンネル信号の和の１／２、すなわち平均値信号（Ｌ’＋Ｒ’）／２を得る。
【００４３】
ステップ２０３では、この信号をハイパスフィルタに与える。ハイパスフィルタは、バイオリンが出すことができない低い周波数の音を除去する。なお、楽器の音色は、基本周波数のみならずその高次周波数を含めて、成り立っているので、高い周波数帯は、必要とされる。楽器の音には、基本周波数（基音）の他に、その２倍、３倍、．．．と整数倍の周波数の振動がいくつも含まれている。この整数倍の周波数の音を倍音といい、同じ高さの音でも、楽器や撥音素材によって音色が異なるのは、倍音のバランスが異なることによる。ほとんどの楽器音は、基音の成分が最も大きく、倍音の成分は、基音より小さく、倍音は、基音から遠ざかるほど弱くなる。
【００４４】
ステップ２０４では、メモリデバイス３０に記憶されている前述の準備作業で得たソロバイオリンの演奏期間およびその音階情報をもとに、各音階について、バイオリンについての基本周波数およびその高次周波数を通過させ、他の周波数を減衰させる特性を有するフィルタに、ステップ２０３で得られた信号を与える。たとえば、図３に示す特性を有するフィルタを使用する。図３に示すように、バイオリンの１つの音階の音は、基本周波数ｆ１、その高次周波数（倍音）ｆ２、ｆ３、・・・で成り立っており、これら基本周波数および高次周波数を通過させ、他の周波数は減衰させる特性である。なお、どの程度高い高次周波数まで通過させるかは、人間の聴覚に依存して決定される。
【００４５】
これにより、センター位置にシフトされた楽器の音のうち、ソロバイオリンの音信号Ｖのみが抽出される。なお、バイオリンの後方にある楽器が、同時に、バイオリンとまったく同じ音階の音を出す場合、またはその高次周波数と同じ周波数の音を出す場合は、そのような楽器の音も、フィルタを通過してしまう。このような原因で、他の楽器の音が、人間の聴覚上、気になるレベルで混じる場合、そのような楽曲または演奏は、高音質の再生を追求するユーザーにとって、本発明の装置または方法には、適さないことになる。
【００４６】
このようにして抽出されたソロバイオリン信号Ｖは、バイオリンの鳴り始め、鳴り終わりで、そのオンオフにより人間の耳に不自然に聞こえるものになっているので、ステップ２０５で、そのエンベロープを整形して、自然に聞こえるように処理する。つぎに、後述する処理による信号との時間あわせのためのタイミングディレイを行う。
【００４７】
次に、図４および図５を参照して、ＣＤからの再生ステレオ音楽信号から、ソロバイオリンの音信号を除去する処理手順を説明する。
図４中のステップ３００で、ＣＤプレイヤーからの再生ステレオ信号を得る。ステップ３０１で、ＣＤからの左チャンネル信号について、前述のステップ２０１と同様の処理を行う。すなわち入力されたステレオ信号の左チャンネル信号の時間差、レベル差を、メモリデバイス３０に記憶されたデータ、すなわち前述の準備作業のステップ１０２で得られたデータに基づき、シフトさせる。このシフトされた左チャンネル信号をＬ‘とする。
【００４８】
ステップ３０３で、このシフトされた左チャンネル信号からステップ２０２で得られた平均値信号（Ｌ’＋Ｒ’）／２を減算する。減算結果は、Ｌ’−（Ｌ’＋Ｒ’）／２＝（Ｌ’−Ｒ’）／２となる。シフトの結果、Ｌ’、Ｒ’は、それぞれソロバイオリンの音信号が左チャンネルおよび右チャンネルで同相となっているので、同相成分、すなわちソロバイオリンの音信号が消えている。ここで、後述するバイオリン信号抽出／除去に要する時間を調整する。
【００４９】
ステップ４０１で、ＣＤからの右チャンネル信号について、前述のステップ２０１と同様の処理を行う。すなわち入力されたステレオ信号の右チャンネル信号の時間差、レベル差を、メモリデバイス３０に記憶されたデータ、すなわち前述の準備作業のステップ１０２で得られたデータに基づき、シフトさせる。このシフトされた右チャンネル信号をＲ’とする。
【００５０】
ステップ４０２では、このシフトされた右チャンネル信号からステップ２０２で得られた平均値信号（Ｌ’＋Ｒ’）／２を減算する。減算結果は、Ｒ’−（Ｌ’＋Ｒ’）／２＝（Ｒ’−Ｌ’）／２となる。シフトの結果、Ｌ’、Ｒ’は、それぞれソロバイオリンの音信号が左チャンネルおよび右チャンネルで同相となっているので、同相成分、すなわちソロバイオリンの音信号が消えている。ここで、後述するバイオリン信号抽出／除去に要する時間を調整する。
【００５１】
図５中のステップ５０１で、前述の準備作業のステップ１０３で得られ、メモリデバイス３０に記憶されたソロバイオリンの演奏期間およびその音階情報をもとに、各音階について、音階周波数およびその高次周波数を減衰させ、他の周波数を通過させる特性を有するフィルタに、ステップ２０３で得られた信号を与える。たとえば、図６に示す特性を有するフィルタを使用する。図６に示すように、バイオリンの１つの音階の音は、基本周波数ｆ１、その高次周波数（倍音）ｆ２、ｆ３、・・・で成り立っており、これら基本周波数および高次周波数を減衰させ、他の周波数は通過させる特性である。これにより、センター位置にシフトされた楽器の音から、ソロバイオリンの音信号Ｖが除去される。このステップの結果得られる信号は、Ｌ’＋Ｒ’−Ｖとなる。
【００５２】
このようにして得られたソロバイオリンの音信号を除去した信号  Ｌ'＋Ｒ'−Ｖ  は、バイオリンの鳴り始め、鳴り終わりで、そのオンオフにより人間の耳に不自然に聞こえるものになっているので、ステップ５０２において、そのエンベロープを整形して、自然に聞こえるように処理する。そして、ソロバイオリンの音信号Ｖを除去した信号を、左右に分配する。
【００５３】
図４中のステップ６０１で、ソロバイオリンの音信号Ｖを除去した信号の１／２を左チャンネル補正信号として、ステップ３０２の結果信号に加算する。この加算結果は、（Ｌ’−Ｒ’）／２＋（Ｌ’＋Ｒ’−Ｖ）／２＝Ｌ’−Ｖ／２となる。
【００５４】
次に、ステップ６０２で、センター化のためにシフトした時間差およびレベル差を元に戻す。その結果、Ｌ−Ｖ’／２となり、元の左チャンネル信号Ｌからバイオリン信号Ｖの半分が取り除かれた信号が得られる。
【００５５】
ステップ７０１で、ソロバイオリンの音信号Ｖを除去した信号の１／２を右チャンネル補正信号として、ステップ４０２の結果信号に加算する。この加算結果は、（Ｒ’−Ｌ’）／２＋（Ｌ’＋Ｒ’−Ｖ）／２＝Ｒ’−Ｖ／２となる。
【００５６】
次に、ステップ７０２で、センター化のためにシフトした時間差およびレベル差を元に戻す。その結果、Ｒ−Ｖ’／２となり、元の右チャンネル信号Ｌからバイオリン信号Ｖの半分が取り除かれた信号が得られる。このようにして、ＣＤからの元のステレオ信号から、バイオリン信号Ｖが除去された信号、すなわち他の楽器信号が得られる。
【００５７】
なお、ステップ２０５、ステップ３０２およびステップ４０２での時間あわせは、ステップ２０５で得られるバイオリン信号とステップ７０２で得られる他の楽器信号とが、同期するように行われる。
【００５８】
以上の分離処理により得られた信号は、以下のように利用できる。
１）図７に示すように、バイオリンスピーカ５３がある場合、これにステップ２０５で得られた信号を与える。一方、通常のステレオシステムのオーディオスピーカ６３、７３に、ステップ７０２で得られた信号を与える。ソロバイオリンの音は、バイオリンスピーカにより豊かな音色で再生され、他の楽器の音は、通常のスピーカにより再生される。このようにして、バイオリンスピーカの特性を生かした演奏会場さながらの臨場感をもった再生が行われる。
【００５９】
２）通常のステレオシステムのオーディオスピーカ６２、７３に、ステップ７０２で得られた信号を与える。一方、バイオリンスピーカ５３は使用せず、自らバイオリンを演奏する。これにより、他の楽器演奏者の都合がつかない場合であっても、他の楽器の音を聞きながら、単独でバイオリンの練習ができる。
【００６０】
３）バイオリンに、ステップ２０５で得られた信号を与える。ＣＤに録音された名演奏者によるバイオリン信号のみをバイオリンに与えることで、名演奏者がバイオリンを弾き込んだの同様効果のエイジングが行われる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施形態による特定楽器信号抽出方法のための準備作業を示すフローチャートである。
【図２】本発明の一実施形態による特定楽器信号抽出方法を示すフローチャートである。
【図３】図２に示す特定楽器信号抽出方法において使用されるフィルタの一例を示す特性図である。
【図４】本発明の一実施形態による特定楽器信号除去方法の一部を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態による特定楽器信号除去方法の他の部分を示すフローチャートである。
【図６】図５に示す処理において使用されるフィルタの一例を示す特性図である。
【図７】本発明の一実施形態による楽器スピーカシステムを示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０  楽器スピーカシステム
２０  ＣＤプレイヤー
３０  メモリデバイス
３５  デジタル信号処理プロセッサ（ＤＳＰ）
４０  特定楽器信号分離装置
５１  ＤＡコンバータ
５２  増幅器
５３  バイオリンスピーカ
６１  ＤＡコンバータ
６２  増幅器
６３  オーディオスピーカ
７１  ＤＡコンバータ
７２  増幅器
７３  オーディオスピーカ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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