DE4343411A1 - Signalanalyseeinrichtung - Google Patents

Signalanalyseeinrichtung

Info

Publication number
DE4343411A1
DE4343411A1 DE4343411A DE4343411A DE4343411A1 DE 4343411 A1 DE4343411 A1 DE 4343411A1 DE 4343411 A DE4343411 A DE 4343411A DE 4343411 A DE4343411 A DE 4343411A DE 4343411 A1 DE4343411 A1 DE 4343411A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
string
pulses
pulse
neural network
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE4343411A
Other languages
English (en)
Other versions
DE4343411C2 (de
Inventor
Andreas Dipl Phys Szalay
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Terra Tec Electronic 41334 Nettetal De GmbH
Yamaha Corp
Original Assignee
Blue Chip Music GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to DE4343411A priority Critical patent/DE4343411C2/de
Application filed by Blue Chip Music GmbH filed Critical Blue Chip Music GmbH
Priority to US08/624,528 priority patent/US5824937A/en
Priority to PCT/EP1994/003917 priority patent/WO1995016984A1/de
Priority to CA002174223A priority patent/CA2174223C/en
Priority to EP95901439A priority patent/EP0734567B1/de
Priority to KR1019960700348A priority patent/KR100189795B1/ko
Priority to AU10674/95A priority patent/AU1067495A/en
Priority to JP7516491A priority patent/JP3020608B2/ja
Publication of DE4343411A1 publication Critical patent/DE4343411A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE4343411C2 publication Critical patent/DE4343411C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10HELECTROPHONIC MUSICAL INSTRUMENTS; INSTRUMENTS IN WHICH THE TONES ARE GENERATED BY ELECTROMECHANICAL MEANS OR ELECTRONIC GENERATORS, OR IN WHICH THE TONES ARE SYNTHESISED FROM A DATA STORE
    • G10H3/00Instruments in which the tones are generated by electromechanical means
    • G10H3/12Instruments in which the tones are generated by electromechanical means using mechanical resonant generators, e.g. strings or percussive instruments, the tones of which are picked up by electromechanical transducers, the electrical signals being further manipulated or amplified and subsequently converted to sound by a loudspeaker or equivalent instrument
    • G10H3/14Instruments in which the tones are generated by electromechanical means using mechanical resonant generators, e.g. strings or percussive instruments, the tones of which are picked up by electromechanical transducers, the electrical signals being further manipulated or amplified and subsequently converted to sound by a loudspeaker or equivalent instrument using mechanically actuated vibrators with pick-up means
    • G10H3/18Instruments in which the tones are generated by electromechanical means using mechanical resonant generators, e.g. strings or percussive instruments, the tones of which are picked up by electromechanical transducers, the electrical signals being further manipulated or amplified and subsequently converted to sound by a loudspeaker or equivalent instrument using mechanically actuated vibrators with pick-up means using a string, e.g. electric guitar
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10HELECTROPHONIC MUSICAL INSTRUMENTS; INSTRUMENTS IN WHICH THE TONES ARE GENERATED BY ELECTROMECHANICAL MEANS OR ELECTRONIC GENERATORS, OR IN WHICH THE TONES ARE SYNTHESISED FROM A DATA STORE
    • G10H3/00Instruments in which the tones are generated by electromechanical means
    • G10H3/12Instruments in which the tones are generated by electromechanical means using mechanical resonant generators, e.g. strings or percussive instruments, the tones of which are picked up by electromechanical transducers, the electrical signals being further manipulated or amplified and subsequently converted to sound by a loudspeaker or equivalent instrument
    • G10H3/14Instruments in which the tones are generated by electromechanical means using mechanical resonant generators, e.g. strings or percussive instruments, the tones of which are picked up by electromechanical transducers, the electrical signals being further manipulated or amplified and subsequently converted to sound by a loudspeaker or equivalent instrument using mechanically actuated vibrators with pick-up means
    • G10H3/18Instruments in which the tones are generated by electromechanical means using mechanical resonant generators, e.g. strings or percussive instruments, the tones of which are picked up by electromechanical transducers, the electrical signals being further manipulated or amplified and subsequently converted to sound by a loudspeaker or equivalent instrument using mechanically actuated vibrators with pick-up means using a string, e.g. electric guitar
    • G10H3/186Means for processing the signal picked up from the strings
    • G10H3/188Means for processing the signal picked up from the strings for converting the signal to digital format
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10HELECTROPHONIC MUSICAL INSTRUMENTS; INSTRUMENTS IN WHICH THE TONES ARE GENERATED BY ELECTROMECHANICAL MEANS OR ELECTRONIC GENERATORS, OR IN WHICH THE TONES ARE SYNTHESISED FROM A DATA STORE
    • G10H3/00Instruments in which the tones are generated by electromechanical means
    • G10H3/12Instruments in which the tones are generated by electromechanical means using mechanical resonant generators, e.g. strings or percussive instruments, the tones of which are picked up by electromechanical transducers, the electrical signals being further manipulated or amplified and subsequently converted to sound by a loudspeaker or equivalent instrument
    • G10H3/125Extracting or recognising the pitch or fundamental frequency of the picked up signal
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10HELECTROPHONIC MUSICAL INSTRUMENTS; INSTRUMENTS IN WHICH THE TONES ARE GENERATED BY ELECTROMECHANICAL MEANS OR ELECTRONIC GENERATORS, OR IN WHICH THE TONES ARE SYNTHESISED FROM A DATA STORE
    • G10H2210/00Aspects or methods of musical processing having intrinsic musical character, i.e. involving musical theory or musical parameters or relying on musical knowledge, as applied in electrophonic musical tools or instruments
    • G10H2210/031Musical analysis, i.e. isolation, extraction or identification of musical elements or musical parameters from a raw acoustic signal or from an encoded audio signal
    • G10H2210/066Musical analysis, i.e. isolation, extraction or identification of musical elements or musical parameters from a raw acoustic signal or from an encoded audio signal for pitch analysis as part of wider processing for musical purposes, e.g. transcription, musical performance evaluation; Pitch recognition, e.g. in polyphonic sounds; Estimation or use of missing fundamental
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10HELECTROPHONIC MUSICAL INSTRUMENTS; INSTRUMENTS IN WHICH THE TONES ARE GENERATED BY ELECTROMECHANICAL MEANS OR ELECTRONIC GENERATORS, OR IN WHICH THE TONES ARE SYNTHESISED FROM A DATA STORE
    • G10H2250/00Aspects of algorithms or signal processing methods without intrinsic musical character, yet specifically adapted for or used in electrophonic musical processing
    • G10H2250/311Neural networks for electrophonic musical instruments or musical processing, e.g. for musical recognition or control, automatic composition or improvisation

Description

Die Erfindung betrifft eine Signalanalyseeinrichtung mit mindestens einer gespannten Saite, deren schwin­ gungsfähige Länge durch Anlage an mindestens einen Bund veränderbar ist, mit einem Aufnehmer und mit einer mit dem Aufnehmer verbundenen Auswerteeinrichtung.
Eine derartige Signalanalyseeinrichtung kann man auch kurz als "Gitarren-Synthesizer" bezeichnen.
In der modernen Pop- und Rockmusik gibt es eine zuneh­ mende Tendenz dahin, die Musikinstrumente nicht mehr direkt zur Ton- oder Klangerzeugung einzusetzen, son­ dern lediglich elektrische Signale zu produzieren oder zu analysieren und umzusetzen, die durch Computer oder andere Schaltungen weiter verarbeitet werden. Zu diesem Zweck gibt es standardisierte Schnittstellen, von denen die MIDI-Schnittstelle relativ bekannt geworden ist.
Während eine derartige Signalerzeugung oder -analyse bei Tasten-Musikinstrumenten mit relativ wenig Schwie­ rigkeiten verbunden ist, weil hier einer Taste genau eine Tonhöhe zugeordnet ist und die Lautstärke gegebe­ nenfalls über die Anschlaggeschwindigkeit der Taste ermittelt werden kann, bereitet die Signalanalyse bei Saiten-Instrumenten, beispielsweise Gitarren, erhebli­ che Schwierigkeiten. Bei derartigen Saiten-Instrumenten ist zwar jeder Saite ein Grundton zugeordnet. Durch Niederdrücken der Saite an verschiedenen Abgriffen oder Bünden läßt sich die Tonhöhe einer gezupften, geschla­ genen oder anders angeregten Saite jedoch variieren. Um die richtige Tonhöhe zu ermitteln, muß man daher zu­ nächst die Ausbildung eines derartigen Tones abwarten und dann die Frequenz oder Dauer mindestens einer, vor­ zugsweise aber mehrerer Perioden ausmessen, um die Ton­ höhe mit der nötigen Zuverlässigkeit herausfinden zu können.
US 4 823 667 zeigt daher eine Signalanalyseeinrichtung als elektronisches Musikinstrument, das nach Art einer Gitarre betätigt wird, bei dem ein Frequenz-Analysierer vorgesehen ist, der die Frequenz der angeregten Saite ermittelt. Eine derartige Vorgehensweise führt jedoch zu zeitlichen Problemen. Bei einer normalen Gitarre hat der tiefste Ton eine Frequenz von etwa 80 Hz (genau: 82 Hz), so daß eine volle Schwingung etwa 12,5 ms Zeit beansprucht. Da man aus Sicherheitsgründen üblicherwei­ se zwei Schwingungen ausmessen möchte, um zu zuverläs­ sigen Aussagen zu kommen, summiert sich die notwendige Zeit bereits zu 25 ms. Hierbei ist noch nicht berück­ sichtigt, daß die Saite nach dem Anregen, z. B. durch Zupfen oder Schlagen, noch eine gewisse Zeit benötigt, um in den eingeschwungenen Zustand zu gelangen. Hierfür ist in der Regel ebenfalls ein nicht zu vernachlässi­ gender Zeitraum anzusetzen, der durchaus das Doppelte einer Periodenlänge betragen kann, so daß die gewünsch­ te Tonhöheninformation erst nach 50 ms zur Verfügung steht. Eine zeitliche Verzögerung von 50 ms ist für einen Musiker aber bereits deutlich merkbar. Sie ent­ spricht der Aufstellung der Lautsprecherbox in einer Entfernung von etwa 15 m.
Als alternative Lösungsmöglichkeit für dieses Problem hat man daher in US 5 085 119 Schalter auf dem Gitar­ renhals vorgesehen, die beim Niederdrücken der entspre­ chenden Saite an den gewünschten Bund betätigt werden. Die Tonhöheninformation wird dann aber, genau wie bei einem Tasteninstrument, nicht mehr durch die Saiten­ schwingung, sondern durch das Niederdrücken eines Schalters gewonnen. Dies erschwert das Spielen be­ trächtlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Gitarren-Synthesizer die Tonhöheninformation schneller gewinnen zu können.
Diese Aufgabe wird bei einer Signalanalyseeinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Aus­ werteeinrichtung Impulse oder Impulsgruppen erfaßt, die nach einer Anregung der Saite auf der Saite an dem Auf­ nehmer vorbeilaufen, und aufgrund der zeitlichen Folge der Impulse oder der Impulsgruppen ein Signal erzeugt, das eine Tonhöhe darstellt.
Man wartet also nicht mehr ab, bis sich auf der Saite eine Schwingung ausgebildet hat, die dann ausgemessen wird, man wertet vielmehr sogenannte "Zupftransienten" aus, also Impulse oder Impulsfolgen, die sich beim An­ regen der Gitarrensaite ergeben. Wird eine Gitarrensai­ te gezupft oder geschlagen, entstehen im einfachsten Fall zwei Impulse, die sich von der Anregungsstelle her in Richtung auf die Einspannstellen der Saite bzw. auf die Stelle zu bewegen, wo die Saite an den Bund nieder­ gedrückt ist. Dort werden sie reflektiert und laufen wieder aufeinander zu. Nach einigen Hin- und Herläufen bildet sich dann die bekannte stehende Welle aus, die für die Tonerzeugung normalerweise verantwortlich ist. Man kann nun aber die Laufzeit dieser Impulse auf der Saite ausmessen oder auswerten und aus der Laufzeit bzw. der Laufzeitdifferenz zwischen einzelnen Impulsen die notwendige Information über die Saitenlänge und -spannung und damit über die Tonhöhe gewinnen. Natürlich werden sich in Wirklichkeit nicht einzelne Impulse bil­ den, sondern Impulsgruppen. Dies ändert jedoch nichts am der Erfindung zugrunde liegenden Prinzip.
Vorzugsweise erfaßt die Auswerteeinrichtung auch die Polarität der Impulse oder Impulsgruppen und ermittelt aus der zeitlichen Folge der Impulse oder Impulsgruppen ein Signal, das die Anregungsposition der Saite dar­ stellt. Die Anregungsposition der Saite, d. h. die Stel­ le, an der die Saite gezupft oder geschlagen oder auf andere Weise in Bewegung gesetzt wird, ist beim Gitar­ renspiel eine der herausragenden Gestaltungsmöglichkei­ ten für den Spieler. Da man zwei Impulse oder Impuls­ gruppen zur Verfügung hat, die sich von der Anregungs­ position aus in entgegengesetzte Richtungen auf der Saite fortbewegen und mit entsprechenden Zeitverzöge­ rungen an den jeweiligen Einspannstellen der Saiten reflektiert werden, kann man aufgrund der unterschied­ lichen Laufzeiten der Impulse auch eine Information darüber gewinnen, wo die Anregungsstelle gelegen hat. Diese Information gewinnt man praktisch genauso schnell, wie die Information über die Tonhöhe, so daß die Ermittlung der Anregungsposition keine weitere Zeitverzögerung bedeutet.
Vorzugsweise weist die Auswerteeinrichtung ein neurona­ les Netz auf, das jede Folge von Impulsen oder Impuls­ gruppen in eine aus einer Vielzahl von Klassen klassi­ fiziert. Die Folgen von Impulsen oder Impulsgruppen, die einer bestimmten Tonhöhe zuzuordnen sind, haben je­ weils wesentliche Gemeinsamkeiten, die ein neuronales Netz relativ leicht herausfinden kann. Man kann sich hier mit Ähnlichkeiten zwischen den einzelnen Impuls­ folgen oder Folgen von Impulsgruppen zufrieden geben, ohne daß man jede Impulsfolge zeitlich genau auswerten muß. Die zeitlich genaue Auswertung kann gelegentlich mit Schwierigkeiten verbunden sein, wenn die Impulse nicht in der gewünschten Reinheit vorliegen, sondern von Störgeräuschen umlagert sind. In diesem Fall kann es gelegentlich schwierig werden, genaue Start- und Endzeitpunkte für die Bemessung der Abstände von ein­ zelnen Impulsen oder Impulsgruppen zu definieren. Ein neuronales Netz hingegen kann so programmiert werden, daß es die Entscheidung, welche Tonhöhe vorliegt und an welcher Position die Saite angeregt worden ist, einfach aufgrund von Ähnlichkeiten trifft. Ein neuronales Netz hat hierbei den Vorteil, daß es nicht unbedingt expli­ zit vorgegebene Regeln braucht, nach denen es die Ähn­ lichkeiten beurteilt. Ein neuronales Netz kann vielmehr trainiert werden, d. h. durch die Präsentation einer Vielzahl von Beispielen mit den richtigen Ergebnissen bildet es sich selber Algorithmen oder Steuerverhalten aus, die es befähigt, nachfolgende Beispiele richtig einzuordnen. Ein neuronales Netz kann darüber hinaus in gewissem Umfang auch Verallgemeinerungen treffen, wobei es die Regeln für die Verallgemeinerungen selbst bil­ det. Das neuronale Netz ist daher in der Lage, Impuls­ folgen oder Folgen von Impulsgruppen auch dann relativ genau zu erkennen, wenn die ihm vorgegebene Impulsfolge nicht genau mit einer bereits trainierten Impulsfolge übereinstimmt. Da neuronale Netze in der Regel mit ei­ ner Vielzahl von parallel arbeitenden Prozessoren auf­ gebaut sind, sind sie schnell genug, um das Tonhöhen- Signal in der erforderlichen kurzen Zeitspanne zur Ver­ fügung zu stellen.
Auch ist bevorzugt, daß die Auswerteeinrichtung eine Vergleichseinrichtung aufweist, die ein von der Saite im eingeschwungenen Zustand gewonnenes Tonhöhen-Signal mit dem aus der Impuls-Folge gewonnenen Signal ver­ gleicht und bei einer Abweichung, die ein vorbestimmtes Maß übersteigt, einen Lernalgorithmus des neuronalen Netzes auslöst. Die Auswerteeinrichtung beschränkt die Tonhöhenerkennung also nicht auf die Auswertung der "Zupftransienten". Diese Auswertung ist vielmehr nur der Anfang, der es allerdings ermöglicht, das Tonhöhen- Signal innerhalb kürzester Zeit zur Verfügung zu stel­ len. Die Auswerteeinrichtung überwacht auch, ob das erkannte Signal mit der sich später in der schwingenden Saite ausbildenden Tonhöhe übereinstimmt. Ist dies der Fall war die "Vorhersage" richtig und es sind keine weiteren Maßnahmen notwendig. War die "Vorhersage" je­ doch falsch, liegt eine gewisse Wahrscheinlichkeit da­ für vor, daß der Algorithmus, nach dem das neuronale Netz die Ähnlichkeit beurteilt hat, fehlerhaft war. In diesem Fall kann das Ergebnis des Vergleichs verwendet werden, um dem neuronalen Netz ein weiteres Trainings­ beispiel zur Verfügung zu stellen. Anhand dieses Trai­ ningsbeispiels kann das neuronale Netz erneut lernen und seinen Erkennungsalgorithmus verbessern.
Vorzugsweise ist dem neuronalen Netz eine Auswahlein­ richtung vorgeschaltet, die aus einer Impulsgruppe ein­ zelne Impulse auswählt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das neuronale Netz nur eine beschränkte Arbeitskapazität zur Verfügung stellt. In diesem Fall kann man durch eine entsprechende Vorauswahl die Infor­ mationsmenge, die das neuronale Netz verarbeiten muß, kleiner halten.
Bevorzugterweise ist für jede Saite ein eigener Aufneh­ mer vorgesehen. Hierdurch läßt sich eine parallele Ton­ signal-Erzeugung für jede Saite realisieren, ohne daß es aufgrund der für alle Saiten unterschiedlichen Zupf­ transienten, also der hin- und herlaufenden Impulse, zu Irritationen der Auswerteeinrichtung kommen kann.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeich­ nung beschrieben. Hierin zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Signalanaly­ seeinrichtung,
Fig. 2 einen schematischen Aufbau einer Saite und
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Signalver­ laufes.
Eine Signalanalyse- oder -erzeugungseinrichtung 1 weist sechs Saiten E1, H2, G3, D4, A5 und E6 auf, die nach Art einer Gitarre aufgespannt sind. Für jede Saite ist ein Aufnehmer 2 vorgesehen, der beispielsweise als elektromagnetischer oder piezoelektrischer Tonabnehmer ausgebildet sein kann. Die Aufnehmer 2 sind mit einem Analog/Digital-Wandler 3 verbunden, der im dargestell­ ten Ausführungsbeispiel für jeden Aufnehmer 2 einen Kanal aufweist, also sechskanalig ausgebildet ist.
Der Analog/Digital-Wandler 3 ist mit einem Mikroprozes­ sor 4 verbunden, der die Eingangs- und Ausgangsverwal­ tung für ein neuronales Netz 5 bewerkstelligt. Zwischen dem Mikroprozessor 4 und dem neuronalen Netz 5 kann auch noch eine Auswahleinrichtung 6 vorgesehen sein, deren Funktion später beschrieben wird.
Ferner ist der Analog/Digital-Wandler 3 mit einem Fre­ quenzmesser 7 verbunden. Der Frequenzmesser 7 und der Mikroprozessor 4 sind mit einer Vergleichseinrichtung 8 verbunden. Die Vergleichseinrichtung 8 ist mit einer MIDI-Schnittstelle 9 verbunden. Die Vergleichseinrich­ tung 8 ist ebenfalls mit dem neuronalen Netz 5 verbun­ den und zwar mit einem Lerneingang 10.
Das neuronale Netz 5 empfängt, verwaltet durch den Mi­ kroprozessor 4 und gegebenenfalls aufbereitet durch die Auswahleinrichtung 6, eine Folge von Impulsen oder Im­ pulsgruppen und klassifiziert diese Folgen jeweils in einer aus Vielzahl von bestimmten Klassen. Jede Klasse erlaubt hierbei eine Aussage über die Tonhöhe und gege­ benenfalls auch über die Anregungsposition der Saite, wie dies im folgenden erläutert wird.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Saite 11, die zwischen einer festen Einspannstelle 12 und einer Einspannstelle 13, an der die Spannung einstellbar ist, aufgespannt ist. Die Saite 11 überspannt einen Gitarrenhals 14, an dem verschiedene Bünde 15 angeordnet sind. Durch einen Pfeil 16 ist ein Bund dargestellt, auf dem die Saite 11 heruntergedrückt ist. Dieser Bund 16 bestimmt zusammen mit der Einspannstelle 12 die wirksame Länge der Saite 11. Unter der Saite ist der zuständige Aufnehmer 2 an­ geordnet.
Durch ein Dreieck 17, das ein Plektrum oder ein ähnli­ ches Zupf-Werkzeug symbolisieren soll, ist eine Anre­ gungsposition für die Saite 11 dargestellt. Wenn nun die Saite 11 an dieser Anregungsposition gezupft oder geschlagen wird, stellt sich nicht unmittelbar eine stehende Welle mit der Frequenz ein, die für die Tonhö­ he charakteristisch ist. Vielmehr beginnt ein Ein­ schwingvorgang, der sich vereinfacht dadurch beschrei­ ben läßt, daß von der Anregungsposition aus zwei Impul­ se 18, 19 nach links und nach rechts laufen. Diese Im­ pulse sind durch eine eingezeichnete 1 und eingezeich­ nete 2 voneinander unterschieden. Der Impuls 18 läuft nun nach links bis zu dem Bund 16, an dem die Saite niedergehalten ist. Dort wird er unter Phasendrehung reflektiert und läuft wieder zurück. In gleicher Weise läuft der Impuls 19 nach rechts zur Einspannstelle 12, wo er unter Phasendrehung reflektiert wird und wieder zurückläuft. Die hin- und herlaufenden Impulse überla­ gern sich und bilden nach kurzer Zeit die bekannte ste­ hende Welle aus, mit der die Saite 11 schwingt.
Allerdings laufen die Impulse 18, 19 an dem Aufnehmer 2 vorbei. Ein entsprechendes zeitliches Diagramm ist in Fig. 3 dargestellt. Hier ist zu erkennen, daß der erste Impuls, der eine positive Amplitude aufweisen soll, zu einem Zeitpunkt t1 den Aufnehmer überquert, während seine Reflexion, nun mit einer negativen Amplitude, zu einem Zeitpunkt t2 den Aufnehmer überquert. Zu einem Zeitpunkt t3 erreicht der an der Einspannstelle 12 re­ flektierte zweite Impuls den Aufnehmer, während er zu einem Zeitpunkt t4 erneut den Aufnehmer 2 überläuft. Dies ist dann der zum zweiten Mal, nämlich am Bund 16 reflektierte Impuls. Zu den Zeitpunkten t5 und t6 läuft wieder der erste Impuls, der dann an der Einspannstelle 12 bzw. dem Bund 16 reflektiert worden ist, über den Aufnehmer 2 und zu den Zeitpunkten t7 und t8 der zweite Impuls, der dann erneut an der Einspannstelle 12 bzw. dem Bund 16 reflektiert worden ist.
Die Bewegungs- oder Wandergeschwindigkeit der Impulse 18 oder 19 auf der Saite 11 ist bekannt. Man kann nun aus der zeitlichen Differenz T1, die der Abstand zwi­ schen den Zeitpunkten t5 und t1 ist, mit Hilfe dieser Wandergeschwindigkeit die aktive Länge der Saite 11 ermitteln. Dies ist aber auch die Länge, die für die Tonhöhe der Saite 11 verantwortlich ist. Sofern der Abstand des Aufnehmers 2 von dem Bund 16 bzw. den Bün­ den 15 bekannt ist, würde im Prinzip auch der Abstand T2 ausreichen, das ist der Abstand zwischen den Zeit­ punkten t2 und t1. Hierbei begibt man sich aber der Möglichkeit einer Feinabstimmung, weil der Gitarrist durch geringfügige Verschiebungen seines Fingers auf den Bünden 15, 16 die Möglichkeit hat, die Tonhöhe zu variieren. Außerdem sind die Impulse in vielen Fällen nicht so klar zu unterscheiden, wie dies aus Gründen der Einfachheit halber in Fig. 3 dargestellt ist. Es kann vielmehr auch zu einem Verschwimmen und Verschmie­ ren der einzelnen Impulse kommen, insbesondere dann, wenn beim Anzupfen oder Anschlagen der Saite 11 nicht einzelne Impulse, wie dargestellt, sondern ganze Impulsgruppen entstehen.
In fast allen Fällen läßt sich aber aus der Zeitdiffe­ renz T3, nämlich aus der Differenz der Zeitpunkte t3 und t1, auf die Position der Anregung schließen. Wenn aus der Differenz T1 die Saitenlänge bekannt ist, läßt sich aus der Differenz T3 rückwärts ausrechnen, an wel­ chem Bruchteil der Saite die Anregung stattgefunden hat.
Allerdings ist die Zeitmessung zur Bestimmung des Ab­ standes der dargestellten Impulse gelegentlich mit Un­ sicherheiten belastet. Aus diesem Grund werden aus der Folge von Impulsgruppen, die über die Aufnehmer 2 er­ faßt werden, mit Hilfe der Auswahleinrichtung 6 einzel­ ne Impulse ausgewählt, die dem neuronalen Netz 5 zuge­ führt werden. Das neuronale Netz kann Ähnlichkeiten zwischen einzelnen Folgen von Impulsgruppen erkennen und die "Zupftransienten", die durch diese Impulsfolgen dargestellt werden, so klassifizieren, daß ihre Zuord­ nung zu einzelnen Klassen, die jeweils eine Tonhöhe und eine Anregungsposition wiedergeben, mit großer Sicher­ heit möglich ist. Der Erkennungsablauf wird hierbei von den auftretenden Impulsen getriggert. Die aufeinander­ folgenden positiven und negativen Impulse oder Impuls­ gruppen werden an das neuronale Netz weitergeleitet, das jedes Mal versucht, das aufgenommene Muster bzw. die aufgenommene Folge einer vorher gelernten Folge zuzuordnen. Dieser Ablauf wird so oft wiederholt, bis entweder das neuronale Netz ein positives Ergebnis er­ zeugt hat oder der Frequenzmesser 7 die entsprechende Information bereitgestellt hat. Solange das neuronale Netz noch in der Lern- oder Trainings-Phase ist, wird in vielen Fällen der Frequenzmesser 7 schneller sein. Nach einer gewissen Trainingsphase hat das neuronale Netz 5, das die Regeln für die Erkennung bei entspre­ chender Programmierung selber bilden kann, aber genü­ gend Information gespeichert, um die Klassifizierung außerordentlich wirksam selbst vornehmen zu können. Das neuronale Netz 5 bildet auch gewisse Regeln für Verall­ gemeinerungen, so daß auch nicht konkret gelernte Mu­ ster erkannt werden können, wenn diese bestimmte Ähn­ lichkeiten zu den schon gelernten Beispielen zeigen.
Da der Frequenzmesser 7 parallel eine Tonhöhenerkennung abwickelt, ist auch während des Betriebs der Signalan­ alyseeinrichtung 1 ein weiteres Lernen möglich. Die Vergleichseinrichtung 8 vergleicht die durch das neuro­ nale Netz 5 ermittelte Tonhöhe mit einer später durch den Frequenzmesser 7 ermittelten. Hierbei können einer­ seits die feinen Tonhöhenveränderungen nachvollzogen werden, die ein Ausdrucksmittel des Spielers sind, an­ dererseits lassen sich mit dieser Vorgehensweise Fehler oder Ungenauigkeiten im Algorithmus entdecken und be­ seitigen, den das neuronale Netz 5 anwendet. Die Ver­ gleichseinrichtung 8 koppelt nämlich den ermittelten Fehler zurück in das neuronale Netz 5 und löst einen neuen Lernalgorithmus auf, so daß der selbe Fehler durch die verbesserte Erkennungsmöglichkeit nicht noch einmal auftreten kann. Falls keine Differenz auftritt, gibt die Vergleichseinrichtung 8 das oder die Signale unverändert an die MIDI-Schnittstelle 9 weiter.
Die Ausgangsergebnisse des neuronalen Netzes werden so weiter verarbeitet, daß die MIDI-Schnittstelle 9 MIDI-Signale zur Verfügung stellen kann, die einen MIDI-Syn­ thesizer oder ein Expander-Modul ansteuern können. Die im MIDI-Signal codierte Tonhöhe entspricht hierbei der Tonhöhe der Gitarrensaite. Ferner kann im MIDI-Signal als Kontroll-Information noch die Zupfposition als co­ dierter Klangcharakter enthalten sein.

Claims (6)

1. Signalanalyseeinrichtung mit mindestens einer ge­ spannten Saite, deren schwingungsfähige Länge durch Anlage an mindestens einen Bund veränderbar ist, mit einem Aufnehmer und mit einer mit dem Aufnehmer verbundenen Auswerteeinrichtung, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auswerteeinrichtung Impulse oder Impulsgruppen erfaßt, die nach einer Anregung der Saite (11) auf der Saite (11) an dem Aufnehmer (2) vorbeilaufen, und aufgrund der zeitlichen Folge der Impulse oder der Impulsgruppen (Fig. 3) ein Signal erzeugt, das eine Tonhöhe darstellt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Auswerteeinrichtung auch die Polarität der Impulse oder Impulsgruppen erfaßt und aus der zeitlichen Folge der Impulse oder Impulsgruppen ein Signal ermittelt, das die Anregungsposition (17) der Saite (11) darstellt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auswerteeinrichtung ein neurona­ les Netz (5) aufweist, das jede Folge von Impulsen oder Impulsgruppen in eine aus einer Vielzahl von Klassen klassifiziert.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Auswerteeinrichtung eine Vergleichs­ einrichtung (8) aufweist, die ein von der Saite (11) im eingeschwungenen Zustand gewonnenes Tonhö­ hen-Signal mit dem aus der Impuls-Folge gewonnenen Signal vergleicht und bei einer Abweichung, die ein vorbestimmtes Maß übersteigt, einen Lernalgorithmus des neuronalen Netzes (5) auslöst.
5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem neuronalen Netz (5) eine Auswahl­ einrichtung (6) vorgeschaltet ist, die aus einer Impulsgruppe einzelne Impulse auswählt.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß für jede Saite (11) ein eigener Aufnehmer (2) vorgesehen ist.
DE4343411A 1993-12-18 1993-12-18 Gitarren-Signalanalyseeinrichtung Expired - Lifetime DE4343411C2 (de)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4343411A DE4343411C2 (de) 1993-12-18 1993-12-18 Gitarren-Signalanalyseeinrichtung
PCT/EP1994/003917 WO1995016984A1 (de) 1993-12-18 1994-11-26 Signalanalyseeinrichtung mit mindestens einer gespannten saite und einem aufnehmer
CA002174223A CA2174223C (en) 1993-12-18 1994-11-26 Signal-analysis device with at least one tensioned string and a receiver
EP95901439A EP0734567B1 (de) 1993-12-18 1994-11-26 Signalanalyseeinrichtung mit mindestens einer gespannten saite und einem aufnehmer
US08/624,528 US5824937A (en) 1993-12-18 1994-11-26 Signal analysis device having at least one stretched string and one pickup
KR1019960700348A KR100189795B1 (ko) 1993-12-18 1994-11-26 시그널 분석장치
AU10674/95A AU1067495A (en) 1993-12-18 1994-11-26 Signal-analysis device with at least one tensioned string and a receiver
JP7516491A JP3020608B2 (ja) 1993-12-18 1994-11-26 少なくとも1つの張設された弦とピックアップを有する信号分析装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4343411A DE4343411C2 (de) 1993-12-18 1993-12-18 Gitarren-Signalanalyseeinrichtung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE4343411A1 true DE4343411A1 (de) 1995-06-22
DE4343411C2 DE4343411C2 (de) 2001-05-17

Family

ID=6505487

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4343411A Expired - Lifetime DE4343411C2 (de) 1993-12-18 1993-12-18 Gitarren-Signalanalyseeinrichtung

Country Status (8)

Country Link
US (1) US5824937A (de)
EP (1) EP0734567B1 (de)
JP (1) JP3020608B2 (de)
KR (1) KR100189795B1 (de)
AU (1) AU1067495A (de)
CA (1) CA2174223C (de)
DE (1) DE4343411C2 (de)
WO (1) WO1995016984A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19649296A1 (de) * 1996-11-28 1998-06-10 Blue Chip Music Gmbh Verfahren zur Tonhöhenerkennung bei zupf- oder schlagerregten Saiteninstrumenten

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3460408B2 (ja) * 1995-09-22 2003-10-27 ヤマハ株式会社 楽音制御装置
JP3653854B2 (ja) * 1996-03-08 2005-06-02 ヤマハ株式会社 弦楽器型電子楽器
JP3424787B2 (ja) * 1996-03-12 2003-07-07 ヤマハ株式会社 演奏情報検出装置
US6034689A (en) * 1996-06-03 2000-03-07 Webtv Networks, Inc. Web browser allowing navigation between hypertext objects using remote control
US6610917B2 (en) * 1998-05-15 2003-08-26 Lester F. Ludwig Activity indication, external source, and processing loop provisions for driven vibrating-element environments
US6766288B1 (en) 1998-10-29 2004-07-20 Paul Reed Smith Guitars Fast find fundamental method
US6836056B2 (en) 2000-02-04 2004-12-28 Viking Technologies, L.C. Linear motor having piezo actuators
US6437226B2 (en) 2000-03-07 2002-08-20 Viking Technologies, Inc. Method and system for automatically tuning a stringed instrument
US6717332B2 (en) 2000-04-18 2004-04-06 Viking Technologies, L.C. Apparatus having a support structure and actuator
US6548938B2 (en) 2000-04-18 2003-04-15 Viking Technologies, L.C. Apparatus having a pair of opposing surfaces driven by a piezoelectric actuator
US6759790B1 (en) 2001-01-29 2004-07-06 Viking Technologies, L.C. Apparatus for moving folded-back arms having a pair of opposing surfaces in response to an electrical activation
DE60231480D1 (de) * 2001-02-21 2009-04-23 Sony Corp Signalverarbeitungseinrichtung
ES2539813T3 (es) 2007-02-01 2015-07-06 Museami, Inc. Transcripción de música
US20090288547A1 (en) * 2007-02-05 2009-11-26 U.S. Music Corporation Method and Apparatus for Tuning a Stringed Instrument
CN102867526A (zh) 2007-02-14 2013-01-09 缪斯亚米有限公司 用于分布式音频文件编辑的门户网站
WO2009103023A2 (en) 2008-02-13 2009-08-20 Museami, Inc. Music score deconstruction
DE102008044933B3 (de) * 2008-08-29 2010-04-22 Uli Gobbers Laser PickUp
US9633637B1 (en) 2015-01-19 2017-04-25 Hood World Productions, LLC Magnetic resonance tuning device for stringed instruments
WO2017182533A1 (en) * 2016-04-19 2017-10-26 Universiteit Gent Method and system for playing musical instruments

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4151775A (en) * 1977-08-31 1979-05-01 Merriman George W Electrical apparatus for determining the pitch or fundamental frequency of a musical note
EP0227906A2 (de) * 1985-10-26 1987-07-08 Yamaha Corporation Elektronisches Saitenmusikinstrument
US4823667A (en) * 1987-06-22 1989-04-25 Kawai Musical Instruments Mfg. Co., Ltd. Guitar controlled electronic musical instrument
US4841827A (en) * 1987-10-08 1989-06-27 Casio Computer Co., Ltd. Input apparatus of electronic system for extracting pitch data from input waveform signal
US5048391A (en) * 1988-06-27 1991-09-17 Casio Computer Co., Ltd. Electronic musical instrument for generating musical tones on the basis of characteristics of input waveform signal

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4351216A (en) * 1979-08-22 1982-09-28 Hamm Russell O Electronic pitch detection for musical instruments
EP0288062B1 (de) * 1987-04-22 1993-01-07 Yamaha Corporation Elektronisches Musikinstrument
US4991488A (en) * 1988-08-12 1991-02-12 Fala Joseph M Acoustic detection of note bending in stringed M.I.D.I. compatible musical instruments
US5138924A (en) * 1989-08-10 1992-08-18 Yamaha Corporation Electronic musical instrument utilizing a neural network
US5308915A (en) * 1990-10-19 1994-05-03 Yamaha Corporation Electronic musical instrument utilizing neural net

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4151775A (en) * 1977-08-31 1979-05-01 Merriman George W Electrical apparatus for determining the pitch or fundamental frequency of a musical note
EP0227906A2 (de) * 1985-10-26 1987-07-08 Yamaha Corporation Elektronisches Saitenmusikinstrument
US4823667A (en) * 1987-06-22 1989-04-25 Kawai Musical Instruments Mfg. Co., Ltd. Guitar controlled electronic musical instrument
US4841827A (en) * 1987-10-08 1989-06-27 Casio Computer Co., Ltd. Input apparatus of electronic system for extracting pitch data from input waveform signal
US5048391A (en) * 1988-06-27 1991-09-17 Casio Computer Co., Ltd. Electronic musical instrument for generating musical tones on the basis of characteristics of input waveform signal

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
EEA (Science Abstracts) 1992, No. 1, S. 456, No. 6057 *
EEA (Science Abstracts) 1993, No. 4, S. 1988, No. 25 387 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19649296A1 (de) * 1996-11-28 1998-06-10 Blue Chip Music Gmbh Verfahren zur Tonhöhenerkennung bei zupf- oder schlagerregten Saiteninstrumenten
US5929360A (en) * 1996-11-28 1999-07-27 Bluechip Music Gmbh Method and apparatus of pitch recognition for stringed instruments and storage medium having recorded on it a program of pitch recognition
DE19649296C2 (de) * 1996-11-28 2002-01-17 Blue Chip Music Gmbh Verfahren zur Tonhöhenerkennung bei zupf- oder schlagerregten Saiteninstrumenten

Also Published As

Publication number Publication date
US5824937A (en) 1998-10-20
EP0734567B1 (de) 1998-10-07
KR960704298A (ko) 1996-08-31
KR100189795B1 (ko) 1999-06-01
WO1995016984A1 (de) 1995-06-22
JP3020608B2 (ja) 2000-03-15
AU1067495A (en) 1995-07-03
CA2174223A1 (en) 1995-06-22
DE4343411C2 (de) 2001-05-17
JPH09510794A (ja) 1997-10-28
EP0734567A1 (de) 1996-10-02
CA2174223C (en) 2000-08-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4343411C2 (de) Gitarren-Signalanalyseeinrichtung
DE19500750C2 (de) Verfahren zur Tonhöhenerkennung, insbesondere bei zupf- oder schlagerregten Musikinstrumenten
DE3415792C2 (de)
EP2351017B1 (de) Verfahren zur erkennung von notenmustern in musikstücken
EP1797552A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur extraktion einer einem audiosignal zu grunde liegenden melodie
DE2053245B2 (de) Elektronisches musikinstrument
DE2753707A1 (de) Einrichtung zur erkennung des auftretens eines kommandowortes aus einer eingangssprache
DE2518561A1 (de) Einrichtung fuer ein elektronisches musikinstrument
DE1772991C3 (de) Verfahren zum Erzeugen von Tönen einer wohltemperierten Tonleiter
DE19649296C2 (de) Verfahren zur Tonhöhenerkennung bei zupf- oder schlagerregten Saiteninstrumenten
DE2946502A1 (de) Verfahren und schaltungsanordnung zur digitalen auswertung von analogsignalen grosser amplitudendynamik
DE2111505A1 (de) Vorrichtung zur automatischen Rhythmusklangerzeugung
DE102004028694B3 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Umsetzen eines Informationssignals in eine Spektraldarstellung mit variabler Auflösung
EP0105289A1 (de) Vorrichtung für saiteninstrumente zum einstellen von akkorden
DE19500751C2 (de) Verfahren zum Erkennen eines Tonbeginns bei geschlagenen oder gezupften Musikinstrumenten
DE2228053C2 (de) Einrichtung zur automatischen Baßbegleitung in einem elektronischen Musikinstrument
DE2641432A1 (de) Digital arbeitendes elektronisches musikinstrument
DE3023578C2 (de) Schaltungsanordnung zum Identifizieren des Akkordtyps und seines Grundtons bei einem chromatisch gestimmten elektronischen Musikinstrument
DE102004033867B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur rhythmischen Aufbereitung von Audiosignalen
EP2420998B1 (de) Spielanalysevorrichtung für ein Tasteninstrument
WO2005114650A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum charakterisieren eines tonsignals
DE2202659C2 (de) Elektronisches Musikinstrument
DE19515954C1 (de) Akkordeon
DE4038318C2 (de) Elektronisches Tasteninstrument mit einem Speicher, in dem die dargebotene Musik aufgenommen werden kann
WO2023019282A1 (de) Erkennungsvorrichtung für eine erkennung von unterschiedlichen greifpositionen an einem blasinstrument

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8128 New person/name/address of the agent

Representative=s name: U. KNOBLAUCH UND KOLLEGEN, 60320 FRANKFURT

8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: BLUE CHIP MUSIC GMBH, 56283 HALSENBACH, DE YAMAHA

8128 New person/name/address of the agent

Representative=s name: KEHL, G., DIPL.-PHYS., PAT.-ANW., 81675 MUENCHEN

D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: TERRA TEC ELECTRONIC GMBH, 41334 NETTETAL, DE

Owner name: YAMAHA CORP., HAMAMATSU, SHIZUOKA, JP

8328 Change in the person/name/address of the agent

Representative=s name: PATENTANWAELTE KNOBLAUCH UND KNOBLAUCH, 60322 FRANK

R071 Expiry of right
R071 Expiry of right