JPS59201099A - 音程変換方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、たとえはいわゆるカラオケの伴奏の音程を歌
手が歌い易い音程に高い方または低い方に変換する音程
変換方式に関する。

背景技術 音程の変換は信号の同波数成分の比例的な移動であり、
これを行なうためには時間軸の伸縮が必要である。しか
し、時間軸の伸縮は・Ｚ熱的に伴奏ＣＤ　テンポの遅速
を生せしめる。これを防ぐためには、音響信号の中〃・
ら人間の耳では聞き取り難い位の短時聞の信号の間引き
筐たンま繰返しを一定間隔で繰返すことにより、テンポ
を一定に保つことができるが、間引きまたは繰返し後の
波形の接続は、非常にスムーズに行なわねばならない。

波形接続の方法としては、零交差点で接続する方法と、
ｌから０にスムーズに変化する重み関数と０がら１にス
ムーズに変化する重み関数を各信号に乗じて加算する接
続する方法がある。しかし、いずれの方法においても、
信号のピッチ位相を合せないと波形の規格に凹みが生じ
これを繰り返すと、トレモロのようなノイズが発生する
。音程の高さを変換する技術の裏返しとして、音声信号
の時間軸を圧縮または伸長する技術がある。この技術に
ついては、日経エレクトロニクス１９７６年７月２６日
号および１９７８年６月１２日号６て記載されている。

音声信号の時間軸印縮／伸長技術と音程の変換技術とは
、裏腹の関係にあり、前者がピッチを変えないで再生速
度を速くしたり遅くしたりするのに対して後者は再生速
度を変えないでピッチ周波数を高くしたり低くしたりす
るもので、原理的には同じ技術である。この先行技術で
は、滑らかな重み関数によって波形を接続することがで
きず、ピッチ同期の接続が可能な所が改善されることが
菫まれでいる。また他の先行技術としてＢＢＤ（Ｂａｃ
ｋｅｔ　Ｂｒｉｇａｄｅ　Ｄｅｖｉｃｅ　）　ｆ：用い
た方式も存在するけれども、この先行技術は接続方法が
波形の零交差点で接続するもので、ピッチの位相合せも
行なっているがその処理は非常に多くの処理手数が必要
であり、また波形の接続も零点で連続的に接続できるが
、−次微分波形が不連続になり高い周波数の雑音が発生
する可能性がある。

目　　的 本発明の目的は、ピッチ位相同期の波形接続を清ら刀）
に行なうことができるようにして、振幅変動によるノイ
ズを防ぐことができるようにした音程ｆ換方式を提供す
ることである。

実施例 以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

（ａ）音程の変換量 音程変換率ρは、第１式で示されるように元のピッチ周
波数ＰＩ、と変換後のピッチ周波数ＰＯとの比で表わさ
れる。

ρ＝ＰＯ／ＰＩ　　　　　　　　　　　　　・・・（１
）自然音階の音程における変換量は第１表に示される。

第　１　表 ここにｆ　Ｏ＝　２４　ｋＨｚ　　である。

次に音程変換方式について説明する。

（ｂ）入力信号のサンプリング キーシフトのための周波数変換を行なうために入力信号
のサンプリング間波数ｆＩと出力信号のサンプリング周
波数ｆｏの関係を第２式のように設定する。

第１図（＋）は音程変換率ρ＝　１．２５における入力
信号波形を示すグラフであり、第１図（２）は出力信号
波形を示すグラフであり、第２図（１）は入力波形のス
ペクトルを示すグラフ−であり、第２図（２）は出力波
形のスペクトルを示すグラフである。

入力波形と出力波形のサンプリング周波数を変えること
により、曲全体の音程ｆ：変化させることができるが、
同時に時間軸の伸縮が起るうすなわち音程を高くすると
時間が圧縮され、テンポが堅くなり、音程を低くすると
時間が伸長し、テンポが遅くなる。この時間軸の伸縮を
元に戻すために繰返し挿入、または、間引き処理を行な
う。

（ｃ）　８％返し挿入および間引き処理第３図は繰返し
挿入処理の状態を説明するための図であり、第４図は繰
返し挿入部分の接続方法を示す図である。第３図１１）
および第３図（２）で示される入出力波形の時間軸の収
縮を、第３図（３）で示されるように繰返し挿入部分Ｒ
１，Ｒ２・・・を挿入することによって補正し元の時間
軸に戻している。

繰返し挿入部分の接続方法は第４図示のよう交叉部分は
重みをかけて占い波形を徐々に減衰させ、新゛°−シい
波形を徐々に立上げることによって行なわれる。繰返し
押入部分Ｒｉの長さＭと入力波形部分Ｓｉ＋Ｒｉの長さ
ＬとのＮ係は第３式（屹示さｎる。

交叉部分の長さＮは、Ｌ＋’Ｍより短くなければならな
い。すなわち、Ｎ＜Ｌ−４Ｍであることが必要である。

挿入処理の繰返し同期Ｌ＋Ｍは第４式に示される。

第５図は間引き娠埋の状＠を説明するための図であり、
第６図は間引き部分の接続方法を示す図である。第５図
（１）および第５図（２）で示されるよって入出力波形
の時間軸の伸びを、第５図１３）で示されるように間引
き部分ＣＩ、Ｃ２゜・・・を間引きすることによって補
正し、元の時間軸に戻している。

間引き部分Ｃｉの接続方法は第６図示のように、上述の
繰返し挿入の場合と同様に重み吋けにより接続される。

間引き部分Ｃｉの長さＭと入力波形部分Ｓｉの長さしと
の関係は第５式に示される。

交叉部分の長さＮはＬより短くなけれけならない。

すなわち、ＮくＬであることが必要である。間引き処理
の繰返し周期しは第６式に示される。

（ｄ）交叉領域における重み関数 重み関数として、種々の関数が考えられるが、代表的な
ものとしハニング関数（Ｈａｎｎｉｎｇ　Ｆｕｎｃｔｉ
ｏｎ）がある。重み関数は第７図に示されるように、単
調減少する重み関数Ｗｌ（ｔ）（０≦【≦Ｔ）をｅｌと
し、その重み関数の時間を逆にした＠調増加の重み関数
Ｗ　２（ｔ）＝　Ｗ　１　（Ｔ−１、）を１２とすると
、重み関数Ｗ　１　（ｔ）とＷ２．（Ｅ）の両者を加え
たとき、直線ｅ３で表わされる。ハニング関攻Ｗ　１　
（ｎ）は第７式で示され％　Ｗ　２　（ｎ）は第８式で
示される。

Ｗ　１（ｎ）＝　０．５　＋０，５　ｃｏｓ（ｙｒ　Ｘ
Ｈ）　　　　　−−・ｍＷ　２（ｎ）ｍＷ　１　（Ｎ　
＝ｎ　）　　　　　　　　　・＝（８）ここでＮは交叉
ｍ域のサンプリングポイント数である。交叉領域での出
力信号は、接続すべき２つの出力信号をｙｌ（ｎ）とｙ
　２　（ｎ）とすると接続波形ｙＯ（ｎ）は第９式に示
される。

ｙＯ（ｎ）＝ｙｌ（ｎ）ＸＷＩ（ｎ）＋５’−２（ｎ）
ＸＷ２（ｎ）　　・１９）（ｅ）波形の接続における位
相合せ １＋）位相合せの効果 波形を重み関数によって接続する場合、位相を合わせず
（（接続すると、第８図に示すように振幅に大きなミゾ
が発生し、これが繰返えされると、トレモロのようなモ
ジュレーションが聞え非常に耳ざわりになる。これは特
にピッチが明確に出る音について著しい。

これを紡ぐには、２つの重み関数がちょうど交叉する点
でピッチ波形の位相を合わせるとこれを紡ぐことができ
る。第９図に位相を合わせて接続した場合の波形を示す
。位相を合わせることにより波形が非常にスムーズに接
続することができる口この位相合せの効果をシミュレー
ションによって明らか和したのが第１０図と第１１図で
、位相合せにより、振幅の変化なしに非常にスムーズに
接続できることが分る。

げ）位相検出 第１２図は、ピーク追跡法を説明するためのグラフであ
る。上述したように、位相合せの効果が明らかになった
がこれを失態するためには、位相を検出することが課題
である。ここでは、少ないハートフェアで位相を検出す
る方法として、ピーク追跡法を提案する。この方法は、
波形のピークｎ節を作り、このピークｎ箱と波形が接触
している時に位相信号を出すもので第１２図（２）で示
される入力信号に対応して、第１２図（１）図示のプラ
ス側の位相信号２よび第１２図（２）図示のマイナス側
の位相信号が得られる。波形接続時の位相合せは、当然
プラスピークはプラスピークと、マイナスピークはマイ
ナスビークとそれぞれ位相合せを行なう・必要がある。

プラスビークとマイナスビークのどちらで位相を合せれ
ば良いかということについては、振幅の絶対値が大きい
方のピークで合わせるのが極く自然と思われる。しかし
、絶対値の大きい方のピ一つて合わせるためには、より
多くのハードウェアが必要となり、位相合せのアルゴリ
ズムも複雑となる。

第１３図はピーク追跡法による位相信号生成回路図であ
る。この回路は、ダイオードＤ２０．Ｄ２１、抵抗Ｒ２
１−Ｒ２４、コンデンサＣ２０〜Ｃ２２、コンパレータ
Ｋ　２０　、　Ｋ　２１および増幅器Ａ２０から成る。

信号波形の゛ビークを、検出する方法として、信号波形
をダイオードＤ２０　、Ｄ２１を通して、コンデンサＣ
２０，Ｃ２１で充電し、こｔ′１．ｆ抵抗Ｒ２１，Ｒ２
２により徐々に放電することにより、信号波形のピーク
世路を追跡する信号を作り、この信号と元の波形信号の
電圧値をコンパレータに２０．に２１により比較するこ
とにより、ピーク位置を検出する。ピーク追跡のための
時定数Ｔ＝ＲＣは数十ｍｓが適当と思われるが、実験に
よって最適な値を選ぶ必要がある。

（ｇ）パラメータの選択 ｉｌｌサンプリング周波数の選択 カラオケに・必要な同波数帯域を１００〜１０　ｋＨｚ
とし、低価格で実現できるアンチエリアスフイルターの
ことを考えて、出力波形のサンプリング周波数を２４　
ｋＨｚに設定した。この場合の入力波形のサンプリング
周波数は、表１に示したとおりである。

ｉ２）繰返し幅あるいは間引き幅と、交叉幅の選択繰返
し幅あるいは間引き幅と、交叉幅の選択のためには、第
４図および第５図に示されているＭおよびＮの値を設定
する必要がある。Ｍ、Ｎの値トシては、ハードウェアの
実現性の観点からＭ＝１０２４、Ｎ＝５１２に設定した
。この理由としては、位相合せを行なうことによ・す、
Ｍ、Ｎを最適値からはずすことによる音質の劣化が非常
に小さくなったことである。また、Ｎの値は位相合せを
１０２４−Ｈの区間で行なう・２要があり、Ｎ＝５１２
とした口 （３）重み関数の選択 重み関数については当初１２種類の重み関数を考えて、
実關によってどの関数が良いかを調べたが、位相合せ全
行なうことにより特に音質の悪かったものを除いて、重
み関数による差異はほとんどなくなった。結局、最も一
殴的な／・ニング関数を選んだ。

（４）ピーク追跡のためのタイムコンスタントヒ’７　
追Ｗｆのためのタイムコンスタントは、振＃Ａ親格の時
間変化に依存するもので、音楽の種類によって、（１適
な１直があると思われるがカラオケとして平均的に最適
な値を求める必要がある。５ｍｓ　、１０ｍｓ　、２０
ｍ５について実験したところ２０　ｍ　ｓが最も良かっ
たので、２０ｍ５とした０（１１）ハードウェア ｆｌ）ハードウェアの構成 第１４図はハードウェアのデータ系のｔｌｌｔｉを示す
回路図であり、第１５図はＩ・−ドウエアの制御系の構
成を示す回路図である。−・−ドウエアの構成は、ロー
パスフィルタ、波形のサンプリング周波数Ｖ＠Ａを行な
うバッファ、波形の接続回路、位（・目検出回路、サン
プリングクロックをＩＥさせるための幻固器、全体を制
御するためのマイクロコンピュータより成る。以下、各
部の働きについて述べる。

ローパスフィルタＬＰＦ　１〜ＬＰＦ６は、折返し雑音
を除くもので、人力波形のサンプリング周波数に基づい
てカットオフ同波、＆ｆ　ｃ　に６．０ｋＨｚ　　、　
ｆ　ｃ　２＝６．８　ｋＨｚ、ｆ　ｃ　８＝７．６　ｋ
Ｈｚ、。

ｆ　ｃ　６＝　１２．０　ｋＨｚ　　を設定する必要が
ある。ローパスフィルタＬＰＦＩ〜ＬＰＦ６には各々に
対応してオンオフのためのスイッチ８１〜Ｓ６が備えら
れ、ＬＰＦＩ〜ＬＰＦ６からの信号は増幅器ＡＩを介し
て４つのＢＢＤ　１〜ＢＢＤ４に与えられる。ローパス
フィルタＬＰＦＩ〜ＬＰＦ６はアクチイブフィルタによ
って実現するのが経済的と思われる。第１４図のように
各キーシフト量に応じて各々ローパスフィルタＬＰＦＩ
〜ＬＰＦ６’ｅ作成し、その出力をキーシフト＠に応じ
て切換える。ローパスフィルタはこの他、スイッチドキ
ャパシタ型の使用も考えられるが、昔だ＠般的に問題が
ある。たたし、将来はスイッチドキャパシタも有望と思
われる。

サンプリング周波数の変換回路としては、入力信号と出
力信号を２つのブンブリノグ咄波数で入力と出力を行な
うために、少くとも２本のＢＢＤが必要になる。さら知
、波形の間引き、挿入に必要な波形の接続娠理を行なう
ために、少くとも２本のＢＢＤを同じクロックで駆動す
る・必要がある。

また、位相合せのためにさらに１本必要である。

したがって、クロック信号ＣＫＩ−ＣＫ４によって駆動
される４本のＢＢＤＩ〜Ｂ　１３Ｄ　４は第１４図示の
ように入力信号波形を各ＢＢＤＩ〜ＢＢＤ４に順次入力
するためのスイッチ５７〜５１０を有し、各ＢＢＤ　１
〜ＢＢＩ）４の内容を繰返し出力するためにＢＢＤＩ〜
ＢＢＤ４の出力を入力に帰還させるためのスイッチ８１
９〜Ｓ２２が備えられ、ＢＢＤＩ〜Ｂ　−Ｂ　Ｄ　４の
出力をディジタルア・ソテネータＡＴＴＩ、２に導出す
るスイ′ンチＳｌｌ〜５１８が備えられる。ＢＢＤＩか
らの出力は増幅器Ａ２によって増幅され、スイッチ５ｌ
ｌｅ介してディジクルアッテネータＡＴＴＩに導出され
る。またスイッチ５１５ｅ介してディジタルア゛ノｆ”
：Ｊ−ＩＡＴＴ２に導出さレル。ＢＢＤ２＝ＢＢＤ４〃
・らの出力もまたそれぞれに対応した増幅器へ３〜Ａ５
によって増幅され、ＢＢＤ２の出力はスイッチＳ　１２
　ｆｌ介り、てＡＴＴＩに導出されまた、スイッチ５１
６’＆介してＡＴＴ２に導出される。

ＢＢＤ３の出力はスイッチ５１２１を介してＡＴＴｌに
導出さ′れ、スイッチ５１７を介してＡＴＴ２に導出さ
れる。ＢＢＤ４の出力はスイッチ５１４を介してＡＴＴ
Ｉに導出され、スイッチ８１８を介してＡＴＴ　２に導
出される。このような構成により２つの周波数で駆動す
ることができる。またＢ’Ｂ　Ｄに代えてＣＣＤを使用
してもよい。ＢＢＤ２ばＣＣＤの長さは、位相合せを行
なうことにより１０２４で良い結果が得られることがシ
ミュレーションで確められている。

波形接続回路は、上述の重み関数Ｗ　１　（ｎ）’　、
　Ｗ　２（ｎ）の減衰曲線に沿って波形を接続するため
に出力波形と重み関数との掛は算を行なうための乗算器
が・必要である。り＜２図では、ディジタルアッテネー
タＡＴＴＩ、・ＡＴＴ２を使用し、重み関数はマイクロ
コンピュータ３からディジタル信号として与える。乗算
器の経済的な実現方法としては、オペアンプ八６の抵抗
にホトカプラーを使用し、コンピュータからの信号を抵
抗ラダーを用いたＤ／Ａを面し、この信号をホトカプラ
ーに入力して、オペアンプのゲインをコントロールする
方法である。２つのＡＴＴＩ、２の出力は、オペアンプ
八６によって加算され、波形の接続が行なわれる。

位相検出回路は、第１４図に示すようにダイオードＤＩ
、Ｄ２、コンデンサＣＩ　、Ｃ２、Ｃ３、抵抗Ｒ１，Ｒ
２，Ｒ１，Ｒ４、コンパレークＫｌ。

Ｒ２から成り、その動作は上述の（ｆ）位相検出の項で
示したとおりである。

サンプリングクロック分間口添は、入力波形および出力
波形のサンプリングクロツクヲ基本クロックから作るた
めの分周回路で、２つのカウンタ５．６と’１つのプリ
セットレジスタ７から成る。

出力波形のサンプリング周波数ｆＯは、固定（２４ｋＨ
ｚ）であるが、入力波形のサンプリング周波数ｆＩは、
キーシフト量に応じて表１に示す周波数に変更しなけれ
ばならない。この変更はマイコンよりデータをプリセッ
トレジスタ７゛に送ることにより行なわれる。

制御部は、１チツプマイクロコンピユータ８によって構
成され、キーシフト量を信号ＫＳ２．ＫＳｌ、ＫＳＯよ
り叡り込み、後述する手順にもとすいて、アナログスイ
ッチのり換え、ＢＢＤまたはＣＣＤのクロック（サンプ
リングクロック）の切換え、位相合せ、重み関数の出力
を行なう。マイクロコンピュータ８と、池の回路との同
期は主にｆＯ，ｆｌで駆動されるカウンタ８，９による
力−ウンタ割込みと位相検出信号による割込みによつて
行なわれ、各別込みに対応するプログラムが実行される
。マイクロコンピュータ３からの制御信号は４組のゲー
ト回路６１〜Ｇ４に与えられる。

ゲート回路Ｇ１はＡＮＤゲート１０〜１３を有し、ゲー
ト回路Ｇ２はＡＮＤゲート１３〜１５を有し〜ゲート（
ロ）烙Ｇ３はＡＮＤゲート１６〜１８を有し、ゲート回
路Ｇ４はＡＮＤゲート１９〜２１を有す。

クロック信号ＣＫＩはゲート回路Ｇ１を介して導出され
、クロック信号ＣＫ２はゲート回路Ｇ２を介して導出さ
れ、クロック信ｅｃＫａはゲート回路Ｇ８を介して導出
され、クロック信号ＣＫ４はゲート回路Ｇ４を介して導
出される。マイクロコンピュータには端子Ｑ１〜Ｑ２６
からデータ信号ＴＩ−Ｔ８お↓びＳ’ｌ〜Ｓ′２２が送
出される。

このような構成によってとツチ位相の検出は、ダイオ−
トド抵抗、コンテンサ、コンパレータによる部用なピー
ク検出回路によって行なうもので、非常に安価に実現す
ることができる。またビ′ノチ位相同期の波形接続は、
４本のＢＢＤまたはＣＣＤなとのアナログディレィライ
ンのクロック周波数２よび入出力の切換えによって行な
うので、波形の信号値は量子化することなく処理される
ので、租子化誤差による歪が少ない。またアナログディ
レィラインのクロック周波数および入出力の切換ｔＵマ
イクロコンピュータによって制御することができるので
、非常に７レキシビリテイがある。

（２）回路動作 第１６図および第１７図は、第１４図および第１５図示
のハードフェアの動作を説明するための図である。第１
６図はｆＩ＞ｆＯすなわち低い方への音程変換の場合を
示し、第１７図はｆｌ＜ｆＯすなわち高い方への音程変
換を示す。第１６図ではｆｌ−昔ｆｏｓ第１７図ではｆ
Ｉ＝普ｆＯとし、Ｍ＝１０２４、Ｎ＝５１２として図示
されている。第１６図０５）に２いて初期条件としてＢ
ＲＩを入力用、ＢＲａを出力用として設定され、第１６
図１２）においてＢＲＩが満杯になり入力用レジスタｆ
ｆ：ＢＨ３に切換えられ、第１６図（３）に２いて出力
用ＢＲ４が空になったのでＢＲＩに切換えられ、第１６
図（４）においてＢＨ３が満杯になったので入力用レジ
ス５．夕をＢＲＢに切換える。第１６図（５）において
はＢＲｌの波形を出力し尽し、同時にＢＲＢが満杯にな
ったので入力をＢＲａに移し、条件が成り立ったので、
ＢＨ３とＢＲＢを使って間引き娠埠を開始する。ＢＨ３
とＢＲａを同時にシフトする。第１６図（６）に２いて
ＢＲＢに記憶されている波形のピークがＬＣ／２　の４
見われたところでＢＲＢの２０ツクを止め、第１６図（
７）においてＢＲＢのピークと同極性のＢＨ３のピーク
がＬＣ／２のところに現われ、位相合せが完了したので
接続処理を開始する。第１６図（８）にかいてＢＨ３。

ＢＲＢの接続処理が完了したので、出力用レジスタをＢ
ＲＢに移し、第１６図（９）に２いてＢＲａが満杯にな
ったので入力用レジスタをＢＲＩに移し、第１６図（１
０）に２いてＢＲａがをになったので出力用レジスタを
Ｂ　Ｒ４に移す。次に第１６図（ｌりに２いてＢＲＩが
満杯になったので、入力用レジスタをＢ　Ｒ２ｆＯ移し
、第１６図（ｌ匂においてＢＨ３が満杯になったので入
力用レジスタをＢＲＢに移し、第１６１図（１３）に２
いてＢＲａが空になり出力用レジスタｆ、Ｉ　Ｂ　Ｒ１
に移したところで、条件が成立したので間引き処理を開
始する。第１６図（１４）においてＢＨ３のピークがＬ
　Ｃ／２　　の位置にきたのでＢＨ３のシフトを止める
。第１６図０５）においてＢＲＩの同極性のピークがＬ
　Ｃ／２　　の位置にきて位相が合ったので接続ＩＩＬ
！理を開始する。第１６図（１６）において接続処理の
途中でＢＲＢが満杯になったので入力用レジスタをＢＲ
ａに移し、第１６図（１７）において接続処理が完了し
たので、出力用レジスタをＢ、Ｒ２に降し、第１６図（
１８）においてＢＨ３が空になったので出力用レジスタ
をＢＲＢに移す。

第１７Ｌシ１においては、先ず第１７　ｌＱ］ｉｌｌに
おいてＥＲＩを入力用、ＢＨ３を出力用バッファレジス
タとして設定され、第１７１ｆｆｉ＋２１においてＢＨ
３が空になっ□たので出力用レジスタをＢ　Ｒ３に移し
、第１７！Ｎ＋３）においてＢＲＩが満杯になっためで
入力用し・ジスタをＢ　Ｒ２に移す。次に第１７　図ｉ
４］においてＢＲＢが空になったので出力用レジスタを
ＢＲａに移し、第１７図（５）においてＢＨ３が満杯に
なったので入力用レジスタをＢＲＢに移すと１「ｎ時に
ＢＲＩが空になったので出力用レジスタをＢＲｌに移し
、第１７図（６）においてＢＲＩが空になったので出力
用レジスタをＢＨ３に：移す。次に第１７［’９（７）
においてＢＨ３が満杯になったので入力用レジスタｆｃ
ＢＲ４に移し、第１７図（８）においてＢＨ３が空にな
ったので出力用レジスタをＢＨ３に移す。第１７図（９
）においてばＢＲＩが満杯になったので入力レジスタを
ＢＲＩに移すと同時にＢＨ３が空になったところで条件
が成立したので繰返し処理を１Ｊｌｉ始し、第１７図（
１０）においてＢＲ３０波形のピークがＬ　Ｃ／２　　
の位１ｉｆｆｉにきたのでシフトを止め、第１７図（１
りにおいてＢＲＩの波形の同極性のピークがＬ　Ｃ／２
　　の位置にきたところで位相がそろったので接続処理
を行なう。次に第１７図０２）において接続処理が完了
したので出力レジスタをＢＨ８に移し、第１７１ン［３
）においてＢＨ３が空になったので出力レジスタをＢＲ
Ｉに移す。さらに第１７図（１４）におい°？ｌ：ＢＲ
１が満杯になったので入力レジスタをＢＨ３に移し、第
１７図（１５）においてＢ　Ｒ４が空になったので出力
レジスタをＢＲｉに移す。

第１６図および第１７図では、位相検出回路は図示され
ていないが、入力波形を１０２４セルのＢＢＤまたはＣ
ＣＤに入力するときに位相検出回路の出力が０−ＩＫ変
化したときに、マイコンに割り込みを力・け、ピークの
存在位置を記憶する。

ピークの存在位置は、１０２４の内２５６番目から７６
８番目の鵡１に現われピークをＰＰ　、ＮＰの各々につ
いて、′その存在場所を記憶しておけげ良１、’＞、２
５６番目から７６８番目までの５１２プンブルポイント
の間に現われるピークの数は、ピッチが４　ｋＨｚ　　
としても１２位なので、これを記憶するためのテーブル
は、１２Ｘ２Ｘ８Ｘ２．＝１４４　Ｂｙｔｅ　　程度で
充分である。これらの情報は位相合せのときにテーブル
サーチによって収り出され、使用される。

回路系の制御は、レジスタが満杯になったり、空になっ
たりするイベント毎にスイッチ類のり換えを行なう。各
イベントは完全に予測できるので、次に起るべき時間、
切換えるべきスイッチの状態など、２〜３イベント分を
先行して計算しておけば、比較的遅いマイコンでも制御
が可能と思われる。

（ｉ）波形の位相同期接続における条件第１８図は、出
力用バッファレジスタＢＲの出力波形図である。間引き
処Ｊｌｊｉ　（ρ＞、１）Ｋおける条件は、ｆＩ＝ｆｏ
、／ρかつｆＩ＞ｆＯで表わされる。

Ｉｌ）間引き処理開始条件 第１８商示のように出力用バッファレジスタＢＲ１の内
容を出力し尽し、次のバッファレジスタに出力を切換え
たときに、そのレジスタを含めて２木のレジスタＢＲ２
，ＢＲ８に波形が入力されていれば、間引き処理を開始
する。

１２）制μｍ更条件 位相合せを行なうためのピーク位・ｉｆ　（Ｐ　２　、
　Ｐ３）に対して次の条件が成立しなげればならない。

（ａ）入力波形がＢＲＩとＢＲＩに入り切らない内にＢ
Ｈ３が空にならなければならない。したがって第１０式
が成立する。

ここでｆＩ＝ｆＯ／ｐであるから第１１式が成立する。

範囲は第１２式で示される。

ここで、Ｗｌ＞ＬＣ／２でなければならないので第１３
式、第１４式が成立する。

（ｂ）入力波形がＢＲＩ、ＢＲＩ、ＢＨ３に入り切らな
い内にＢＨ３、ＢＨ３が空にならなければならない。し
たがって第１５式が成立する。

ここでｆＩ＝ｆＯ／ｐかつｆＩ＞ｆＯであることから第
１６式が成立する。

ρ（Ｘ＋２ＬＲ’）　−ＬＲ＞Ｐ２−Ｐａ≧０　　・・
・（１６）Ｗ２−ρ（Ｘ＋２ＬＲ）−ＬＲとおくと、Ｗ
２の範囲は第１７式で示される。

ＬＲ−ＬＣ＞Ｗ２≧（２ρ−１）ＬＲ ここでＷ２〉０でなければならないので、第１８式、第
１９式が成立する。

（２ρ−１）　Ｌ　Ｒ＞０　　　　　　　　　　・・・
（１８）ここにＬＲはアナログレジスタ（ＢＢＤ）の長
さであり、ＬＣは交叉領域の長さであり、Ｐｉはｉ番目
のアナログレジスタに記憶されている波形のピークの位
置であり、Ｘｌはｉ番目のアナログレジスタの空き領域
の長さである。

間引き処理を開始する前には第１１式および第１６式を
満すピーク位置を求めておかなければならない。これら
の条件を満すピーク位置が見つからないときは、両方の
ピーク位＠をＬ　Ｃ／２　　に設定して間引き処理を行
なう。

第１１式および第１６式の条件を満すピーク位置が検出
できる確率は、Ｗｌ、Ｗ２が大きいほど大きくなり、特
に、低いピッチ周波数ではこの影響が特に大きい。ピー
ク位置を高い確率で検出するには、Ｗｌ、Ｗ２はピッチ
同期の約１．５倍が・必要である。Ｗ　１　、　Ｗ　２
の値は表２に示される。

第　　２　　表 一方、４バツフアレジスタ構成では、第１９式によりｅ
＞１の制限がつき、ざらに第１４式の条件を満す必要が
ある。

（ｊ）繰返し処＋（！！（ρ〉１）に２ける条件繰返し
処理における条件は第２０ａ式および第２０ｂ式で示さ
れる。

ｆ　Ｉ　＝　ｆ　Ｏ／ｐ　　　　　　　　　　−（２０
ａ）ｆ　Ｉ　（ＪＯ・・・（２０ｂ） ＋１＋繰返し処理開始条件 第１９図示のように出力用バッファレジスタＢＲ２の内
容を出力し尽し、次のバッファレジスタＢＲ３に出力を
切換えたとき、その次のバッファレジスタＢＲ４に入力
中でかつその空き＠域Ｘが第２１式を満足するときに繰
返し処理を開始する。

ＬＲ ＬＲ≧Ｘ〉□　　　　　　　　　　・・・Ｃυρ （２）制限条件 位相合せを行なうためのピーク値ＣＰ　２　、　Ｐ８）
に対して次の条件が成立しなけれはならない。

（ａ）繰返し処理によって、ＢＨ３，ＢＨ３の波形を中
力し尽す前にＢＨ３が波形で満足しなければならない。

したがって、第２２式が成立する。

第２０ａ式と第２２式より第２３式が成立する。

Ｒ８−Ｒ２＞ρＸ−２ＬＲ・・・（ハ）ｐ＜２ならば第
２３式は無条件に成立する。

（ｂ）入力波形がＢＨ３とＢＲＩに入り切らない内に、
ＢＨ２が空にならなければならない。したがって、第２
４式が成立７する。

第２０ａ式、第２．Ｏｂ式および第２４式より第２５式
が成立する。

ρ（、ＬＲ＋Ｘ）−ＬＲ）Ｐａ−Ｐ２≧０　　・・・（
至）ｗａ＝ｐ　（ＬＲ＋Ｘ　）−ＬＲとするとＷ８の範
囲は、第２６式で示される。

（２ρ−１）ＬＲ≧Ｗ８＞ｐ　ＬＲ・・・（至）ここで
、ρＬＲ，＞ＬＲ−ＬＣなので第２５式は制限とはなら
ない。

本発明はカラオケ装置などに使用されるだけでなく、会
話の時間軸を圧縮または伸長するテープレコーダにも使
用することができる。すなわち、時間軸を圧縮するには
テープの送り速度を通常の速さよりも速く再生し、これ
によって高くなったピッチ周波数を本発明の音程変換方
式によってピッチ周波数を元の周波数に下げれば良い。

また時間軸を伸長するには、テープの送り速度を通常の
速度より遅く再生し、これによって低くなったピッチ周
波数を音程変換方式によって元のピッチ周波数まで上げ
れば良い。

また本発明に従う音程変換方式を７・−モナイザとして
使用し、１人でコーラスを楽しむこともできる。

効　　果 以上のように本発明によれば、ピッチ位相同期・の波形
接続を滑らかに行なうことができるので、たとえばカラ
オケ装置などにおいて、歌手が歌い易い高さに音程を変
換する際に、トレモロ的な振幅変動（でよるノイズを防
ぐことができる。また歌手の歌声に対して音程変換を行
ない、音程変換された歌声と元の歌声をある比率で混合
することによりハーモニーを発生することがで、きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は音程変換率ｐ　＝　１．２５における入力波形
と出力波形のサンプリングの関係を示す図、第２図１＋
）は入力波形のスペクトルを示す図、第２図（２）は出
力波形のスペクトルを示す図、第３図は繰返し挿入処理
を説明するための図、第４図は繰返し挿入部分の接続方
法を示す図、第５図は晋引き処理を説明するための図、
第６図は間引き部分の接続方法を示す図、ＷＪＴ図はハ
ニング関数を表わす図、第８図は位相を合わさずに波形
を接続した状態を示す図、第９図は位相を合わして波形
を接続した状態を示す図、第１Ｏ図は位相合わせなしの
接続波形図、第１１図は位相合わせを行なった接続波形
図、第１２図はピーク追跡法を説明するためのグラフ、
第１３図はビーク鳩−Ｆ法による位相信号生成の回路図
、第１４図は本発明に従う音程変換方式のハードウェア
のデータ系の構成を示す回路図、第１５図は本発明に従
う音程変換方式のハードウェアの制御系の構成を示す回
路図、第１６図２よび第１７図は第１４図および第１５
図示のハードウェアの動作を説明するための図、第１８
図は間引き処理における出力用ツク・ノファレジスタＢ
Ｒの出力波形図、第１９図は繰返し挿入処理における出
力用バッファレジスタＢＲの出力波形図である。 ρ・・・音程変換率、ＰＩ・・・元のピッチ周波数、Ｐ
Ｏ・・・変換後のピッチ周波数、ｆｘ・・・入力信号の
サンプリング周波数、ｆｏ・・・出力信号のサンプリン
グ周波数、Ｒ１・・・繰返し挿入部分、Ｃ１・・・間引
き部分、Ｗ　１　（ｎ）　、　Ｗ　２　（ｎ）　＝重み
関数代理人　　　弁理士　西教圭一部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入力信号のサンプリング周波数と出力信号のサンプリン
   グ周波数の比を変換する音程の比率と等しくすることに
   よりピッチ周波数を変換し、入出力のサンプリング周波
   数の逢いによって生じる時間軸の伸縮を、信号の一部分
   局期゛的に間引くかまたｖｉ繰り返すことによって補正
   して、元の時１１軸に１廻すことによって信号のピッチ
   同波数を変換する方式ｉｃ＞いて、部分信号波形の問引
   き処理／繰返し匙理に伴う信号波形の接続娠坤として一
   方の論理値から能力の論理値に単調に減少する重み関数
   Ｗｌ（ｔ）（０≦【≦Ｔ）と、前記重み関数の時間を逆
   にした＠調増加の重み関数Ｗ　２ｆｔ）−Ｗ　１　（Ｔ
   −ｔ）（０≦【≦Ｔ）′ｆ：準備し、前者の重み関数Ｗ
   ｌ（１）を先行信号波形に掛け、後者の重み関数Ｗ２（
   【）を後続の信号波形に掛けて、両者を加えることによ
   り、信月波形を滑ら力・に接続することを特徴とする音
   程変換方式。