JPS59218498A - 音声周波数検出回路 - 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】 本発明は、高調波成分を含んだアナログ波形から、基本
周波数を検出するための回路に関するもので、さらに詳
しくは、人間の音声の基本周波数を弁別し所定の音名に
割り当てる回路に関するものである。

従来、音声波形の周波数分析を行う場合、対象とする周
波数帯域を適当な周波数比で分割した、一般ニフィルタ
バンク、！：ＦＨ；ｉ’れるバンドパスフィルタ群が用
いられる。所で、音声と音楽理論で言う所の音名との対
応を考えた場合、問題となるのは音声の基本周波数成分
のみであり、高調波成分は無視できる。そのため、人間
が口づさむメロディ−を自動的に音名に変換する装置を
構成する場合、従来の技術を応用すると、第１図に示す
ような構成となる。

第１図において、マイク１０１によって入力された音声
波形はプリアンプ１０２によって最適な信号レベルまで
増幅され、また対象とする周波数帯域以外の成分を除去
された後バンドパスフィルタ群１０３に入力される。こ
のバンドパスフィルタ群１０６は、１オクターブを音楽
理論で言う平均律で１２分割した周波数帯域幅をもった
多数のバンドパスフィルタで構成され、入力信号を各周
波数成分に分解する。各バンドパスフィルタの出力は最
大値検出回路１０４で信号レベルの大小が比較され、最
も信号レベルの大きな周波数成分すなわち基本周波数成
分が検出される。検出された基本周波数はエンコーダ１
０５によって音声コードに変換されＲＡＭ１０６に格納
される。

しかしこの回路構成の場合、対象とする周波数帯域を３
オクターブすなわち音名のＦ３（約１７５Ｈｚ）からＦ
ｉＳ（約１４０２Ｈ２）までとすると３７個のバンドパ
スフィルタが必要となる。このフィルタをアナログ回路
で構成することはコスト的ニも、また各バンドパスフィ
ルタの周波数帯域の調整に要する手間を考えても現実的
ではない。またディジタルフィルタで構成する場合も回
路規模が膨大となり、コスト的に不利となる。

本発明は、前記の欠点を除去するためになされたもので
１バンドパスフィルタ群を用いることなく、また調整の
容易なディジタル処理によって音声の基本周波数成分を
検出し、対応する音名コードに変換する回路を提供する
ものである。

以下図面にもとづいて本発明の一実施例を説明する。第
２図において、マイク２ｏ１．プリアンプ２０２は第１
図の１０１，１０２とそれぞれ同様のものである。プリ
アンプ２０２の出方はＡ／Ｄコンバータ２０６によって
、所定のサンプリング間隔で所定のビット数のディジタ
ル量に変換される。データレジスタＡ２０４は最新のサ
ンプル値を保持するレジスタ、データレジスタＢ２Ｏ５
は１つ前のサンプル値を保持するレジスタであり、それ
ぞれの内容はサンプリング間隔毎に移動更新される。大
小比較回路２０６はデータレジスタＡ２０４の内容（以
下データＡと略すンとデータレジスタＢ２Ｏ５の内容（
以下データＢと略す）の大小を比較し、データＡがデー
タＢより小さい時、出力２０７がハイレベルとなる。す
なわち、出力２０７がロウレベルからハイレベルに変化
した時のデータＢが正のピーク値を示すことになる。

最大値レジスタ２０８は、基本周期内での最大値を保持
するレジスタであり、その内容（以下ＭＡＸデータと略
す）は、最大、値判定回路２０９によってピーク値を示
した時のデータＢと比較される。音声波形は一般に第３
図の（ａ）のプリアンプ２０２の出力に示したように基
本周期内に複数のピークを持つため、出力２０７で検出
されたピーク値が、基本周期に対応するものか否かを判
定する必要がある。すなわち最大値判定回路２０９は、
ＭＡＸデータとデータＢ（ピーク値）の差を取り、デー
タＢの方が大きい場合及びデータＢの方が小さい場合で
もその差が所定の範囲内、例えばフルスケールの５％以
内であれば、そのデータＢは基本周期に対応したものと
判定し、出力２１０をハイレベルにする。出力２１０は
トリガーパルス発生回路２１１に入力され、基本周期に
同期したトリガーパルス２１２が出力される。またこの
時ＭＡＸデータも更新され、データＢ（ピーク値）が新
たなＭＡＸデータとなる。インターバルカウンタ２１６
は、トリガーパルス２１２によってリセットされ、次の
トリガーパルス２１２が発生するまでの時間を所定の周
波数のクロックで計数する。その計数内容は、トリガー
パルス２１２が発生する毎にラッチ２１４に移される。

前述の説明の通り、ラッチ２１４の内容が音声の基本周
波数に対応したものとなっており、この内容をエンコー
ダ２１５によって所定の音名コードに変換してＲＡＭ２
１６に格納するものである。またタイミング発生回路２
１７はＡ　／　Ｄコンバータ２０５に必要なサンプリン
グクロック−１変換クロツク。

２０４．２０５，２０８のレジスタ用ラッチパルス、イ
ンターバルカウンタ２１２のカウンタクロック、ＲＡＭ
２１６のリード・ライトパルス等、本システムに必要な
タイミング信号を水晶発振器を基準として発生する。

さて、人間が口づさむメロディ−を音名に変換する場合
、周波数帯域は個人差及び男女の差を考慮しても音名の
Ｆ３がらＦ６までの３オクタ一ブ分を用意すれば充分実
用に供することかできる。

第１表にＦ６からＦ６までの音名と周波数及び雇名コー
ドの対応表を次に示す。

表 第３図は本システムの各部分の出力波形の１例を示した
ものであり、同図の（α）はプリアンプ２０２の出力、
Ｃｂ）はＡ　／　Ｄコンノく一夕２０３の出力、（Ｃ）
は大小比較回路２０６の出力２０７、（’）はトリガー
パルス発生回路２１１の出力２１２の一例である。

音声波形は音韻によって様相が異ったものとなるが、一
般的には第３図の（ｃＬ）で示したような基本周波数に
高調波が重畳した形となる。このような波形の特徴を損
わずにＡ　／　Ｄ変換を行う場合、サンプリング周波数
は高調波成分の最高周波数の１０倍程度が必要とされる
が、本システムでは基本波成分のみが問題であり、波形
の細かい特徴はそれほど重要ではないためサンプリング
周波数を低くすることができる。すなわち第１表に示し
たように本システムで扱う最高周波数は音名Ｆ６の１４
０２Ｈ２であるから、サンプリング周波数は約１０倍の
１５ＫＨｚ程度で充分である。またＡ　／　Ｄコンバー
タの分解能及び精度についても、基本波成分の特徴がつ
かめれば良いということから分解能は８ビツトで充分で
あり、また精度もラフなもので良い。

次ニインターバルカウンタ２１６のクロックについて考
えると、基本周期の差は第１表かられかるように音名の
Ｆ６とＥ６の間が最も小さく、約４１μ気である。クロ
ックの周波数は、前述の基本周期の差が充分弁別可能な
位高くする必要があるが、一方インターバルカウンタ２
１３の段数を節約するためにはクロック周波数をできる
だけ低くすることが望ましい。本システムでは周期２０
μ度のクロック、すなわち５０ＫＨ２のクロック周波数
を用いれば前述の諸条件を充分満すことができる。また
基本周期が最も長いのは、第１表より音名Ｆ３の場合で
約５．７　ｍ　ｓｋある。よって５０ＫＨ２のクロック
でこの周期を計数するには、インターバルカウンタ２１
３は２段のバイナリカウンタで構成すれば充分である。

以上述べたように、本発明によって音声の基本周波数を
検出する場合、回路規模が膨大でかつ調整の面倒なバン
ドパスフィルタ群が不用となり、また調整も容易なため
、廉価な携帯機器にまで応用を広げることが可能となる
等その効果は大きい

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術による音声周波数検出回路のブロッ
ク図、第２図は、本発明による音声周波数検出回路の一
実施例のブロック図、第３図は、本発明のブロック図の
各部の波形の一例を示したタイミングチャートである。 １０１．２０１・・・・・・マイク ２０７・・・・・・大小比較回路の出力信号２１０・・
・・・・最大値判定回路の出力信号２１２・・・・・・
トリガーパルス 以　　上 出願人　株式会社第二ｆ＋’Ｊ工舎 代理人　弁理士　最上　　務 第　１　図 第２　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくともＡ　／　Ｄコンバータを有し、音声信号をデ
   ィジタル的に処理する音声処理装置において、現在のサ
   ンプル値を保持するデータレジスタＡと、少なくとも１
   つ前のサンプル値を保持する、少なくとも１つのデータ
   レジスタＢと、音声の基本周期内での最大値を保持する
   最大値レジスタと、前記データレジスタＡの内容と前記
   データレジスタＢの内容の大小を比較する大小比較回路
   と、前記データレジスタＢの内容と前記最大値レジスタ
   の内容の大きさの差を判定する最大値判定回路と、前記
   大小比較回路と前記最大値判定回路の出力から音声の基
   本周期毎の信号を発生するトリガー　ハルス発生回路を
   有することを特徴とする音声周波数検出回路。