JPH0652480B2 - 電子楽器の入力装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、入力波形信号のピッチを抽出して対応する音
高の楽音を発生する電子楽器の入力装置に関する。

〔従来技術〕

電子技術の進歩により，電子的に楽音波形を発生し，ス
ピーカにより楽音を発生することが可能となった。この
前述した装置は一般的に電子楽器と呼ばれている。この
電子楽器は鍵によって発生すべき楽音を選択する方法が
一般的であり，さらにレバースイッチ等によってピアノ
の音や他の楽器の音を指定して発生することができる。

〔従来技術の問題点〕

前述したようにこの電子楽器は鍵によって楽音を選択す
るので，演奏するためにはピアノの技術やその鍵の操作
の練習を必要としていた。換言するならば簡単に例えば
人の歌に対応して伴奏するようなことはできず，電子楽
器を操作する技術を有する者にのみそのようなことが可
能であった。即ち従来の鍵によって操作する電子楽器は
簡単に誰にでも演奏することができないという問題を有
していた。

〔発明の目的〕

本発明は前記問題点を解決するものであり，その目的と
するところは電子鍵盤楽器の演奏技術を有さなくとも楽
曲演奏を可能とするものであり、特に入力波形信号のピ
ッチを抽出し、それに基づき対応する音高の楽音を発生
することができる電子楽器であって、音高決定にあたり
ピッチの変動にもとづく不自然な周波数変化を未然に防
ぐようにした電子楽器の入力装置を提供することにあ
る。

〔発明の要点〕

本発明は、上記目的を達成するために、入力波形信号の
ピッチデータを抽出するピッチデータ抽出手段と、この
ピッチデータ抽出手段にて連続して抽出される複数のピ
ッチデータを順次記憶する第１の記憶手段と、少なくと
もひとつのピッチデータを記憶可能な第２の記憶手段
と、ひとつのピッチデータを記憶可能な第３の記憶手段
を含み、前記第１の記憶手段に前記ピッチデータ抽出手
段からのピッチデータが記憶される毎に、この第３の記
憶手段に記憶されたピッチデータを前記第２の記憶手段
に記憶させるとともに前記第１の記憶手段に記憶された
複数のピッチデータ及び前記第２の記憶手段に記憶され
た少なくともひとつのピッチデータとの平均をとる演算
を行い、演算結果を前記第３の記憶手段に記憶する演算
手段と、前記第３の記憶手段に記憶されたピッチデータ
に従って発生すべき楽音の周波数を決定する音高決定手
段と、を具備したことを特徴とする電子楽器の入力装置
が提供される。

すなわち、順次抽出されるピッチデータのいくつか（但
し、複数）と、出力楽音の音高を決定するに使用したピ
ッチデータとを平均して、出力楽音の新たな音高を決定
するためのピッチデータを得る動作を繰り返しており、
入力波形信号のピッチデータの不要な変動（ランダムな
変動等）を抑制することができるようになっている。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の実施例の回路構成図であり，音声入力
に対応して楽音を発生する電子楽器の構成を示してい
る。音声を電気信号に変換するマイクロホン１の出力は
前処理部２に加わる。前処理部２の出力はピッチ抽出部
３に接続される。ピッチ抽出部３の出力はラッチ４を介
してプロセッサ（ＣＰＵ）５に加わる。プロセッサ５の
出力はピッチ抽出部３，記憶部６，エラー除去部７，移
動平均演算部８，フラグ作成部９に接続されている。記
憶部６の出力はエラー除去部７とピッチデータ制御部１
０に，エラー除去部７の出力は移動平均演算部８とピッ
チデータ制御部１０にそれぞれ加わる。移動平均演算部
８の出力はピッチデータ制御部１０とコードジェネレー
タ１１に接続される。又ピッチデータ制御部１０の出力
もコードジェネレータ１１に接続される。コードジェネ
レータ１１の出力は楽音発生部１２に接続され，その楽
音発生部１２の出力は電気信号を音に変換するスピーカ
１３に接続される。

マイクロホン１で電気信号に変換された音声信号は前処
理部２に加わり，前処理がなされる。この前処理は第１
には例えばローパスフィルタ（ＬＰＦ）等によって帯域
外の信号の除去を行なう。この帯域外の除去は次段によ
ってなされるピッチ抽出の誤動作を防止するためになさ
れるのである。さらに前処理は第２にはオートマチック
ゲインコントロール回路によって帯域外が除去された入
力音声信号を特定の振幅値になるように増幅する。第３
には前述の特性の振幅値となった入力音声信号をアナロ
グ／デジタル変換回路によってデジタルデータに変換す
る。前述の特定の振幅値になるような増幅は，このアナ
ログ／デシタル変換回路の出力ビット数を有効にするた
めになされるものである。

前処理部２で処理された音声信号即ちデジタル音声信号
はピッチ抽出部３に加わる。ピッチ抽出部３はプロセッ
サ（ＣＰＵ）５の制御によって入力音声信号の基本周波
数のピッチを抽出する。ピッチ抽出部３は例えば特願昭
58−31284 号，特願昭58−31285 号，特願昭58−31286
号の各公報に詳細が記載されているが音声データ量子化
回路，音階抽出回路，３値相関処理回路を有し，これら
の回路によってピッチ抽出を行なう。データ量子化回路
は音声デジタルデータの最大値と最小値を特定時間に亘
って順次求め，その最大値，最小値を用いて例えば３値
化するためのそれぞれのスレッシホールドレベルを決定
する。そしてそのスレッシホールドで入力信号を３値化
する。音声抽出回路は前述の音声デジタルデータを用い
て３値化した音声３値化データを抽出する音階に対応さ
せて遅延させ，その遅延データと入力データとを乗算す
る回路である。この回路によって時間に関する相間が取
られる。このデータは単に遅延データと入力データとの
単なる時間に関する相関を表わすものであり，このデー
タを更に処理してピッチの抽出を行なう。この抽出を行
なうのが前述した３値相関処理回路である。３値相関処
理回路はピッチ抽出を行なうためのウインド処理等を行
なう回路である。即ち，抽出する音階に対応して前述の
音階抽出回路より複数のデータが出力されるので，この
３値相関処理回路でその複数のデータをウインド処理，
換言するならば音階に関係して重み付けを行ない，さら
にそれを特定時間（１フレーム）累算する。そして，そ
の累算値（遅延時間に対応した累算値）の中から最大値
を求め，その最大値に対応した遅延時間よりピッチを求
め出力する。この出力は入力した音声（音調波を含む）
の基本波のピッチに関係したデータである。

前述のピッチ抽出部３より出力されたピッチデータはラ
ッチ４，プロセッサ５を介して記憶部６に格納される。
エラー除去部７は記憶部６に格納されたデータを用いて
特定なピッチデータの変化特に１フレームにおいてのみ
例えば１オクターブ以上の変化を検出し，その変化が検
出された時はそのデータを変換する前のデータにもどす
ための回路である。尚，急激な音階の変化もありうる
が，この時には１フレーム後にデータが変化するように
なされている。エラー除去部７においてエラー除去され
たデータは移動平均演算部８において平均がなされる。
この平均は例えば現在までの平均と６フレームにわたる
データとを重み付けを行なった加算平均である。さらに
詳しく説明すると，の演算部８では，順次入力するフレ
ーム単位でのピッチデータをシフトレジスタに格納して
フレーム単位でシフトし，その６段のシフトデータと平
均値とをセレクタによって１フレーム期間内で選択して
累算し，下位ビットを例えば切り捨てることによって平
均を行なっている。

平均化されたデータは移動平均演算部８より出力され，
ピッチデータ制御部１０に加わり楽音を発生するための
処理がなされる。換言するならば前述したエラー除去部
７は外部雑音等によってピッチ抽出の誤動作を検出し，
除去する回路であり，ピッチ抽出の誤動作の結果による
ステップ的な大きなデータの変化を除去するものもあ
る。そして移動平均演算部は入力音声等の微妙なピッチ
変化によるピッチの誤抽出のデータの微妙変化をヒステ
リシス効果を有し平均を行なってデータを安定化させる
ための回路である。

人間の声は歌に限らず子音，母音を有している。母音の
基本波のピッチは多く含まれているが，子音においては
非常に少ないものがある。この為，子音のみを発生して
いる間（例えば“ＳＡ”を発生する場合には“Ｓ”を発
生している間）は基本波のピッチは誤って抽出されるこ
とがある。これらの誤抽出による楽音の誤動作をなく
し，入力した音声の音階になるようにするのがピッチデ
ータ制御部である。そしてこの制御部は音声パワーや音
声入力検出等のデータを用いて，記憶部６に格納されて
いるデータやエラー除去部７の出力データあるいは移動
平均演算部８の出力データを選択して出力する。

コードジェネレータ１１は前述のピッチ制御部１０の出
力を楽音発生部１２において発生すべき楽音のコード即
ち楽音データに変換する回路である。

前述したピッチ抽出部３，記憶部６，エラー除去部７，
移動平均演算部８はプロセッサ５の制御によってなされ
る。またピッチデータ制御部１０，コードジェネレータ
１１はフラグ作成部９を介してプロセッサ５によって制
御される。換言するならば，プロセッサ５によってフラ
グ作成部９にフラグ等がセットされ，そのフラグによっ
て前述のピッチデータ制御部１０，コードジェネレータ
１１が動作する。

コードジェネレータ１１の出力即ち変換データは楽音発
生部１２に加わり，スピーカ１３により出力されるべく
楽音の指定を行なう。換言するならば，楽音発生部１２
ではコードジェネレータ１１の変換データによって指定
される楽音電気信号（アナログ）を発生し，スピーカ１
３にそれを加える。その結果，スピーカ１３より入力音
声に対応した楽音が発生するのである。

第１図に示した回路は音声入力に対応して楽音を発生す
る電子楽器の構成を表したものであり，以下にさらに本
発明の移動平均演算装置を詳述する。

第２図は第１図の移動平均演算部８を更に詳細に表した
回路図である。

エラー除去部７の出力はラッチ１４を介してシフトレジ
スタ１５に加わる。シフトレジスタ１５とラッチ１６の
出力はセレクタ１７に加わる。またクロックφ_０が加わ
る８進カウンタ１８の出力もセレクタ１７に加わる。ア
ダー１９の第１の入力には前述のセレクタ１７の出力
が，第２の入力にはラッチ２０を介してアダー１９の出
力がそれぞれ加わる。さらに，アダー１９の出力はラッ
チ２０を介してラッチ２１に加わる。ラッチ２１の上位
８ビット出力はアダーの第１の入力に加わり，ラッチ２
１の９ビット目の出力はアダー２２のキャリー入力に加
わる。そしてアダーの出力はラッチ２３を介してラッチ
１６に加わるとともに次段のカウンタ即ちピッチデータ
制御部１０に出力される。

エラー除去部７によってエラー除去されたピッチデータ
例えば８ビットのデータは１フレーム間のデータとして
ラッチ１４に格納される。このラッチ１４は，エラー除
去した結果をフレーム単位で処理する為に，フレームク
ロックφ_ｆでデータを取り込む。

シフトレジスタ１５は８ビットのパラレルデータのシフ
トを行なうレジスタであり，フレームクロックφ_ｆでシ
フトする。即ち，ラッチに格納されたデータはフレーム
単位で順次シフトレジスタに格納され，シフトする。換
言するならばシフトレジスタ１５は平均を求めるために
現在のデータより前の６データを記憶する回路である。

一方，ラッチ１６は２組のラッチ回路であり，このラッ
チ１６にはこの移動平均演算部８の出力と同じデータが
加わる。そして，２組のラッチには同じデータが格納さ
れる。セレクタ１７は前述のシフトレジスタ１５内に格
納されている６バイト（１バイトには８ビット）のデー
タとラッチ１６に格納されている同じ２バイトを１フレ
ーム内で順次選択し，出力する。尚，この選択の指示は
１フレーム間においては８クロックを有するクロックφ
_０によって進歩する８進カウンタ１８のカウンタ値によ
ってなされる。

アダー１９の出力はラッチ２０を介して第２の入力に加
わっているので，この回路の出力即ちラッチ２０の出力
はアダー１９の第１の入力に加わるデータを順次φ_０で
累算する累算カウンタを構成する。尚，このラッチ２０
は１フレームの終了で発生するリセットクロックφ_Ｒで
リセットされるのでフレーム単位での累算となる。

そして，アダー１９の第１の入力には前述したセレクタ
１７によって順次クロックφ_０に対応してシフトレジス
タ１５，ラッチ１６の内容が選択されて加わるので，前
述した累算回路の累算出力は６フレームにわたった累算
と，現在出力しているデータの２倍の値とが加算された
値となる。即ち，シフトレジスタ１５に格納されている
データをＤｎ＋_１〜Ｄｎ＋_６，ラッチ２３より出力され
ているデータをＤｓとするならば，前述した累算回路の
累算出力Ｄ_Ｘは となる。このアダーによって平均値に重み付けをした値
と６データとの累算がなされ新しい平均値を求めるため
の累算値が得られる。新しい即ち次のフレームクロック
に対応した平均値を求めるデータとして今までの平均値
に重み付けをしたデータを用いるのは，近接した音階例
えば音声の“Ｃ”に対して“Ｂ”や“Ｃ^＃”がピッチ抽
出のエラー等によって多く発生しランダムにデータが振
れることがあるので，その近接したデータを一定とする
ためである。アダー１９の第１の入力に加わるデータは
８ビットであるので前述の累算出力は１１ビットデータ
となる。その出力を即ちＤ_Ｘ／８を求めるのが次のラッ
チ２１とアダー２２である。累算出力をラッチ２１が格
納し，上位８ビットをアダー２２の入力に加える。そし
て９ビット目をアダー２２のキャリー入力に加える。９
ビット目をアダー２２に加えのは，単に１１ビットデー
タの下位３ビットを切捨てるのではなく，９ビット目を
考慮する為である。即ち，９ビット目が“１”の時には
上位８ビットのデータに１を加えて平均出力とし，０の
時には加えず，下位３ビットを切り捨てて出力する。こ
のラッチ２１とアダー２２は前述したように平均値を精
度よく出力するための回路であり，高精度を要求しない
場合には必要としない。

アダー２２の出力はラッチ２３に格納される。このラッ
チ２３は，その出力が次のフレーム間次段ならびに累算
において使用されるので，そのフレーム間データを一定
とするための回路である。

まとめると，第２図における回路は平均値をさらに入力
データの一部として使用することによって平均動作にヒ
ステリシス効果を発生し，データの下位ビットの変化に
対してすぐに応答することを防止する回路である。

第３図は音発明の実施例における各回路のタイミングク
ロックを示すタイミング図である。このタイミング図を
用いて第２図の動作をさらに説明する。フレームクロッ
クφ_ｆは１フレームの先頭でクロックを発生し，必要と
するデータの格納ならびにデータのシフトを行なうクロ
ックである。第２図においてはラッチ１４，１６，シフ
トレジスタ１５がそのクロックで動作する。このクロッ
クが発生することによってラッチ等の格納データが１フ
レーム間固定される。そして次にクロックφ_０が順次１
フレーム間で８回出力される。このクロックは８進カウ
ンタ１８を歩進させセレクタ１７によって入力している
８データを１フレーム内で順次選択するためのものであ
る。さらに，累算するためのクロックでもある。即ち，
クロックφ_０の立ち上がりで８進カウンタ１８が歩進
し，データを選択する。そしてアダー１９にその選択デ
ータが加わる。この次アダー１９には選択されたデータ
と今までの加算データとが入力しており，このアダーに
よって加算即ち累算される。そしてクロックφ_０の立ち
下がりでラッチφ_０はそのデータを格納する。この動作
は１フレーム間で８回行なわれ累算される。尚，この累
算は前述したように過去の６データとそれ以前のデータ
の平均値の２倍の加算である。８番目のクロックの発生
後にクロックφ_ｓが発生し，累算値がラッチ２１に格納
される。この格納とほぼ同時にアダー２２に累算値が加
わるのでアダーは前述したキャリーとの加算を行ない出
力する。この出力が即ち平均値となる。この処理は次に
発生するクロックφ_OUTの前になされ，クロックφ_OUTに
よってラッチ２３が平均値を格納し出力する。そしてク
ロックφ_Ｒによってラッチ２０の格納がリセットされ
る。このクロックφ_Ｒは１フレーム単位での累算を行な
うためのクロックである。

以上，本発明の実施例を詳細に説明した。

本発明は前述した６データと平均値の２倍を累算して新
しい平均値を求める回路であるが，これは６データとは
限らずさらには平均値の２倍とは限らない。尚，実施例
以外のデータ数又は平均値の係数を変化させた場合には
それに対応した割算回路が必要である。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明は、順次抽出されるピッチデー
タのいくつか（但し、複数）と、出力楽音の音高を決定
するに使用したピッチデータとを平均して、出力楽音の
新たな音高を決定するためのピッチデータを得る動作を
繰りかえしており、入力波形信号のピッチの不必要な変
動による出力楽音の不自然な音高変更がなされるのを未
然に防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の回路構成図，第２図は第１図
の移動平均演算部のさらに詳細な回路図，第３図は本発
明の実施例のタイミングクロック図である。 ８……移動平均演算部 １４，１６，２０，２１，２３……ラッチ １５……シフトレジスタ １７……セレクタ，１８……カウンタ，１９，２２，…
…アダー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審判の合議体 審判長 小原 英一 審判官 高瀬 博明 審判官 山下 喜代治 (56)参考文献 特開 昭50−149335（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力波形信号のピッチデータを抽出するピ
   ッチデータ抽出手段と、 このピッチデータ抽出手段にて連続して抽出される複数
   のピッチデータを順次記憶する第１の記憶手段と、 少なくともひとつのピッチデータを記憶可能な第２の記
   憶手段と、 ひとつのピッチデータを記憶可能な第３の記憶手段を含
   み、前記第１の記憶手段に前記ピッチデータ抽出手段か
   らのピッチデータが記憶される毎に、この第３の記憶手
   段に記憶されたピッチデータを前記第２の記憶手段に記
   憶させるとともに前記第１の記憶手段に記憶された複数
   のピッチデータ及び前記第２の記憶手段に記憶された少
   なくともひとつのピッチデータとの平均をとる演算を行
   い、演算結果を前記第３の記憶手段に記憶する演算手段
   と、 前記第３の記憶手段に記憶されたピッチデータに従って
   発生すべき楽音の周波数を決定する音高決定手段と、 を具備したことを特徴とする電子楽器の入力装置。