JPS61120183A - 楽音分析装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は楽音分析装置に係り、特に、和音の個々の音高
を夫々分析し得る楽音分析装置に関する。

従来の技術 本出願人１よ先に特願昭５９−２３２４５７号の特許願
「音符の表示装置」にて、発音された楽音を音高分析し
てこれをＣＲＴ等に音符表示する装置を提案した。この
ものは単音を表示するものであり、和音を表示するもの
ではない。

本発明は、和音の個々の音高を夫々分析し得る楽音分析
装置を提供することを目的する。

手段 第１図中、帯域フィルタ３は音声信号を帯域分割する手
段、整流平滑回路４は帯域分割手段の出力を整流平滑す
る手段、コンパレータ５は整流平滑手段の出力を基準電
圧と比較してその大小関係を２値で表わされるデジタル
信号に変換する手段。

データセレクタ１０．ＣＰＵ１１はコンバレータ５の出
力を検査して音高を決定する手段の各−実施例である。

作用 帯域フィルタ３にて音声信号を分析すべき複数の音高の
数に対応して複数の周波数帯域に分割し、整流平滑回路
４にて帯域フィルタ３の各出力を夫々整流し平滑し、コ
ンパレータ５にて整流平滑回路４の各出力を夫々基準電
圧と比較してその大小関係を２値で表わされるデジタル
信号にして取出し、データセレクタ１０．ＣＰｔＪｌｌ
にて、コンパレータ５の出力デジタル信号を検査してオ
クターブ関係にある同音名の信号が複数ある場合この音
名を音高として決定する。

実施例１ 第１図は本発明装備の第１実施例のブロック系統図を示
す。同図において、端子１に入来した２つ以上の音から
なる和音信号はアンプ２を介して帯域フィルタ３に供給
され、ここで帯域分割される。帯域フィルタ３は第２図
に示す鍵盤に対応した音名う（Ａ＋）、シ（Ｂ＋）、ド
（Ｃ＋）、・・・に各中、６周波数をもつＮ（例えば９
６）個の狭帯域フィルタ３＋　＋　３ｚ　＊・・・、３
Ｎ（例えばスイッチドキャパシタ形フィルタ或いはスイ
ッチドレジスタ形フィルタにて構成される）の並列接続
からなり、夫々の各中心周波数はフィルタ駆動回路６か
ら個別に供給される夫々異なる周波数のクロックパルス
により所定値に設定されている。

帯域フィルタ３の出力は整流平滑回路４の各回路４＋　
＋　４２　＋・・・、４Ｎにて夫々整流及び平滑される
。この場合、平滑の際の時定数は聴覚特性に則して低周
波数程大に選定されており、聴覚特性に合致せる振幅に
変換される。

整流平滑回路４の出力は夫々コンパレータ５の各コンパ
レータ５＋　＋　５ｚ　＊・・・、５Ｎに供給され、こ
こで基゛準電圧発生器９からの基準電圧と比較されてｒ
ＯＪ、ＮＪのデジタル信号に変換され、データセレクタ
１０に供給される。以下、帯域フィルタ数Ｎ−９６とし
て説明する。データセレクタ１ｏはＣＰｔＪｌｌからの
制御信号によりコンパレータ５１＋５２＊”・、５２６
の出力デジタル信号を同時に取込み、第３図に示すオク
ターブ関係にあるｆ１＋　　ｆ２　＊・・・、　「８に
各中心周波数をもつ狭帯域フィルタ３＋　＊　３２　＋
・”、３９＆からのデータを８ピット１組として第４図
示すようにう。

う“、シ、・・・、ソ斗の各音つまり行番号Ｍ−１〜Ｍ
−１２の１２組を各組毎に順次ＣＰＬ１１１に供給する
。

ｃｐｕｉｉは第５図示の概略機能図を有し、第６図（Ａ
）に示すフローチャートに沿って動作する構成とされて
いる。ＣＰＬｌｌｌは先ずシステムイニシャライズされ
（第６図（Ａ）中ステップ１００）　、次いで操作部１
２の各種スイッチの操作状態をスキャンする（ステップ
１０１）。次に、音高分析モードスイッチが押されたか
否かが判断さ　。

れ（ステップ１０２）　、押された場合は音高分析が行
なわれ（ステップ１０３）　、押されていない場合はデ
ータ出力モードであるか否かが判断され（ステップ１０
４）　、データ出力モードである場合は後述の如くデー
タ出力され（ステップ１０５）、そうでない場合はスイ
ッチスキャン（ステップ１０１）に戻る。

第６図（８）は同図（Ａ）のステップ１０３の具体的フ
ローチャートを示す。予め設定されたテンポとスイッチ
操作にて新たに設定されたテンポとが比較されてテンポ
変更の要、不要が判断され（第６図（Ｂ）中ステップ１
１Ｇ）　、変更を要する場合はＲＡＭ１５にテンポデー
タがストアされ１、。

（ステップ１１１）　、変更を要しない場合は入力信号
の種類及びレベルに応じて任意に設定し得る基準電圧発
生器９の基準電圧を先のスイッチスキャンから読取って
レベル変更の有無が判断される（ステップ１１２）。

入力信号のレベルに応じて適正な分析を行なうべく、レ
ベル変更有の場合は基準レベル設定部１１ａからの所定
のデータがＩ１０ボート１３を介して基準電圧発生器９
に供給されて基準電圧が設定され（ステップ１１３）　
、レベル変更無の場合はデータセレクタ１０からの１２
組のオクターブデータがデータ入力部１１ｂに供給され
る。この場合、第４図に示す如く、１２組の８ピットオ
クタープデータはＬＳＢを最低周波数、ＭＳＢを最高周
波数に設定されており、データセレクタ１０からＭ−１
からＭ−１２の順序で順次供給される（ステップ１１４
）。

次にデータ入力部１１ｂからの出力信号はデータ分析部
１１ｃに供給され、オクターブデータは個々にＬＳＢか
らＭＳＢＳ上へトスキャンされて最初に「１」が現われ
るビットを検出される（ステップ１１５）。第４図に示
す例において、各組でｒｌＪが現われるのはＭ−２では
４番目のビット。

Ｍ−３では２番目のビット、Ｍ＝８では２番目のビット
、Ｍ−９では３番目のビットであり、音名推定部１１ｄ
によりこれらの組及びピット数から各音高が推定される
（ステップ１１Ｇ）。

上記音高推定のプロセスでは、オクターブデータの「１
」のうち１番目の「１」が基音、２番目の「１」が２倍
音、３番目の「１」が４倍音、・・・という楽音の倍音
構造理論が用いられている。このため、基音の例えば３
倍音がその基音の１オクターブ半上に生じる場合があり
、これ例ではシ（Ｂ２）の３倍音がファ（Ｂ３）に、ミ
（Ｂ２）の３倍音がう’（Ａ４’）に夫々生じ、これら
３倍音は基音と何ら関係ないのでこれらを取除く必要が
ある。そこで、上記各音高推定の後、音名補正部１１ｅ
にて上記３倍音を取除く音名補正が行なわれる（ステッ
プ１１７）。この場合、シ（Ｂ２）及びミ（Ｂ２）の２
音が基音と決定されてＲＡＭ１５にストアされる。

更に、音名補正部１１ｅにて行なわれるより好ましい音
名補正としては、■計２回の音高推定により同一の音高
が推定された時、のみこれを基音とする。■ＬＳＢで「
１」を生じた場合この音は雑音の可能性があり（楽器演
奏中の雑音は低周波数で発生する傾向にある）、この場
合に限って２倍音及び４倍音の少なくともいずれか一方
で「１」となる場合のみＬＳＢを基音とする。■入力音
が２音であることが予めわかっている場合３以上の音高
が推定されても前回の音高推定における２音からの音の
隔りが近い方の２音のみを基音とする等の各チェックに
より音名補正を行なう。

次にスイッチスキャンが行なわれ（ステップ１１８）　
、操作部１２において分析終了スイッチが操作されたか
否かが判断され（ステップ１１９）、操作されていなけ
れば設定されたテンポに応じた時間待機して（ステップ
１２０）ステップ１１０に戻る一方、操作されていれば
全ての分析ステップが終了する。

第６図（Ｃ）は同図（Ａ）のステップ１０５の具体的に
実施し得るフローチャートを示す。先ず、分析された音
名データの有無が判断され（第６図（Ｃ）中ステップ１
３０）　、音名データがＲＡＭ１５に無ければ分析され
ていないことになって転送部１１ｆからエラーデータが
出力され（ステップ１３１）、インタフェース１６にて
シリアルデータに変換されて所定の伝送速度例えば９６
００ボーにて出力端子１７より取出され、音名データが
有ればデータ数Ｋが読取られてこれを設定され、カウン
タがＩ＝Ｏにセットされる（ステップ１３２）。

次に音名データに基いて所定のデータ形式に作成され（
ステップ１３３）　、外部機器にデータを出力可能か否
か即ち外部機器が受信可能状態にあるか否かを出力イネ
ーブルデータをチェックすることにより判断しくステッ
プ１３４）　、出力可能であれば転送部１１「からデー
タが出力されてインタフェース１６を介して出力端子１
７より取出される（ステップ１３５）。

次にカウンタがカウントアツプされ（ステップゝ、。

１３６）　、カウンタの容量がデータ数により大か否か
が判断され（ステップ１３７）　、大でなければステッ
プ１３３へ戻り、大であれば転送部１１ｒから終了デー
タが出力されてインタフェース１６を介して出力端子１
１より取出される（ステップ１３８）。

なお、狭帯域フィルタ３１〜３Ｎの各中心周波数が最適
に設定されていないと、単音を発音したにも拘らずこの
音が相隣る２個の狭帯域フィルタを通過してしまい、正
確に音高分析し得ない。そこで、第１図示の如く、ＶＣ
Ｏ７に電圧可変用ボリューム８を設けて狭帯域フィルタ
３１〜３Ｎに個別に供給されるりＯツクパルスの周波数
を可変するようにすれば、中心周波数を微調整し得、正
確に音高分析し得る。

実施例２ 第７図は本発明装置の第２実施例のブロック系統図を示
し、同図中、第１図と同一部分には同一番号を付してそ
の説明を省略する。同図において、アンプ２の出力信号
は後述のピッチコントローラ１８においてピッチを可変
され、前置アンプ２５を介して中心周波数を固定されて
いる狭帯域フィルタ２６１〜２６Ｎよりなる帯域フィル
タ２６にて周波数分割され、以下、第１実施例と略同様
にＣＰＬＩゴ１において音名を判定されて出力端子１７
より取出される。

ＣＰＵ１１は第８図示の概略機能図を有し、第９図（Ａ
）に示すフローチャートに沿って動作する構成とされて
いる。ＣＰＵ１１は先ずシステムイニシャライズされ（
第９図（Ａ）中ステップ２００）　、次いでスイッチス
キャンされ（ステップ２０１）、ピッチ可変モードか否
かが判断される（ステップ２０２）。ピッチ可変モード
であれば後述の如くピッチコントローラ１８にてピッチ
が可変設定される（ステップ２０３）一方、ピッチ可変
モードでなければ音高分析されるか否かが判断される（
ステップ２０４）。ステップ２０４以下は第１実施例の
ものと略同様である。

第９図（Ｂ）は同図（Ａ＞のステップ２０３の具体的フ
ローチャートを示す。先ず操作部１２にて設定されたピ
ッチデータはＩ１０ポート１３を介してＣＰＵ１１に供
給され、ＡＤ変換器２０及びＤＡ変換器２２の夫々のサ
ンプリング周波数ｆ＋（例えば１２　ｋＨ２）、　　ｆ
ｚ　　（例えば１１ｋＨｚ）をその比が所定ピッチを得
られるように設定する（ステップ２１０）。このサンプ
リング周波数「１゜ｆｚの周波数データはピッチ可変部
１１ｈから１１０ボート１３を介してコントローラ２１
に供給される。

コントローラ２１は基準周波数発生器（水晶発振器）、
基準周波数発生器の出力を分周する可変分周器、可変分
周器の出力をＡＤ変換器２０゜ＤＡ変換器２２に夫々供
給及び非供給制御する制御部、ＲＡＭ２３のアドレス発
生部にて構成されており、上記サンプリング周波数デー
タに基いてＡＤ変換器２０．ＤＡ変換器２２のサンプリ
ング周波数ｆＩ、ｆｚがセットされる（ステップ２１１
）。

アンプ２からピッチコントローラ１８に供給された信号
はアンチ・エリアス・フィルタ１９にて不要高域周波数
成分を除去されて第１０図（Ａ）に示す信号とされてＡ
Ｄ変換器２０に供給され、ここでサンプリング周波数ｆ
１を以てＡＤ変換されてＲＡＭ２３に書込まれ、ＲＡＭ
２３から読出された信号はサンプリング周波数［２を以
てＤＡ変換されて第１０図（Ｂ）に示す信号とされる。

即ち、第１０図（Ａ）に示す信号はその周波数を操作部
１２にて設定されたピッチに対応して低（され、かつ、
その波形の一部を欠如されて同図（Ｂ）に示す信号とさ
れ、これにより、入力信号はそのピッチを所定量低くさ
れて取出される。この制御は例えば約２０ｍ５の周期で
繰返し行なわれる。ＤＡ変換器２２の出力はアンチ・エ
リアス・フィルタ２４にて不要高域周波数成分を除去さ
れ、アンプ２５に供給される。

第９図（Ｃ）は同図（Ａ）のステップ２０５の具体的フ
ローチャートを示す。ＣＰＵ１１の波形データ平均部１
１ｊにて後述の第９図（Ｄ）に示すステップ２４１の平
均データ比が取込まれ（第９図（Ｃ）中ステップ２２０
）　、立上り検出部１１ｋにてその値が例えば１．２以
上に達しているか否かによって立上り部か否かが判断さ
れる（ステップ２２１）。立上り部であれば立上りフラ
グがセットされ（ステップ２２２）でステップ２２３に
進み、立上り部でなければそのままステップ２２３に進
む。

ここで、遅いテンポの曲では分析回数を多く、又、速い
テンポの曲ではそれを少なく設定され（ステップ２２３
）　、テンポに応じた回数分析が行なわれる。これは第
１実施例（第６図（Ｂ）中ステップ１２０）と異なり、
分析を連続的に行なう。

次に、基準レベル設定部１１ａにおいて基準電圧が設定
され（ステップ２２４）　、以下、ステップ２２５〜２
２７にて第１実施例と同様にして音名が推定される。

音名が推定されると分析回路が規定数に達したか否かが
判断され（ステップ２２８）　、達しなければステップ
２２５へ戻り、達すれば音名補正部２２９にて入力され
る２音のデータを平均化又は最大値選択等により音名補
正が行なわれ（ステップ２２９）、立上りフラグを付さ
れてＲＡＭ１５にストアされる。次にスイッチスキャン
され（ステップ２３０）、ＲＡＭ１５の容量で決定され
る分析回路数限度を越えたか否かが判断されくステップ
２３１）　、越えていなければステップ２２０へ戻り、
越えていれば次のステップ２３２へ進む。

音長分析部１１ｇにおいて、上記音名データの立上りフ
ラグ及び異なる音が検出される時間間隔を調べることに
より、その最短間隔のデータ列から最短音の平均長が決
定されて（ステップ２３２）例えば８分音符の合価とさ
れ、次に、全ての音名データ及び立上りフラグから８分
音符の倍の音符即ち４分音符、付点４分音符、２分音符
が決定される（ステップ２３３）。

第９図（Ｄ）は上記第２実施例におけるＣＰＬｌｌｌの
割込みルーチンのフローチャートを示す。

波形データ平均部１１ｊにおいて、コントローラ２１の
制御周期に同期してＲＡＭ２３内のＡＤ変換データ（波
形データ）に対する絶対値が求められ、これら全ての絶
対値の平均が計算される（第９図（Ｄ）中ステップ２４
０）。次に、この平均データと前回の絶対値平均データ
との比が計算される（ステップ２４１）。

なお、上記各実施例において、出力データとして音符デ
ータのみでなく、操作部１２にて設定されたピッチアッ
プ情報及びピッチダウン情報をＩ１０ボート１３．ＣＰ
Ｕ１１を介してＲＡＭ１５にメモリしておき、信号出力
時にこれらの情報を外部機器例えばパーソナルコンピュ
ータ等に供給してもよい。

又、上記各実施例において、データセレクタ１０におけ
る出力信号の読出し及びＣＰＬＪｌｌにおける音高分析
の方法は上記実施例のものに限定されるものではなく、
例えば、２データセレクタ１０にてＮ　（−９６＞個の
データをＡ＋　、Ａ＋柱　。

８＋、・・・、　Ｇｓ　、　Ｇ９’　　のように順次読
出し、ＣＰＵ１１にてこれをオクターブ毎にスキャンニ
ングして音高を分析するようにしてもよい。

更に、■・ＲＡＭやＶＤＰ（ビデオ・ディスプレイ・プ
ロセッサ）等を併用して音高分析及び音長分析された結
果に基いてこれをＣＲＴｋ：音符表示するようにしても
よく、或いはハードコピー装置を併用して楽譜シートを
作成するようにしてもよく、様々な実施態様が考えられ
る。

発明の効果 本発明装置は、音声信号を分析すべき複数の音高の数に
対応して複数の周波数帯域に分割する帯域分割手段と、
帯域分割手段の各出力を夫々整流し平滑する整流平滑手
段と、整流平滑手段の各出力を夫々基準電圧と比較して
その大小関係を２値で表わされるデジタル信号にして取
出す電圧比較手段と、電圧比較手段の出力デジタル信号
を検査してオクターブ関係にある同音名の信号が複数あ
る場合この音名を音高として決定する分析手段とからな
るため、１音のみならず複数音即ち和音の個々の音高を
分析し得、又、分析手段を音長を分析する手段を有する
構成としたため、音長も分析でき、又、基準電圧を可変
する構成としたため、入力音声信号のレベルに応じて最
適な分析を行ない得、更にこれに基いて和音名を分析し
得る等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の第１実施例のブロック系統図、第
２図は帯域フィルタと音名との対応図、第３図は帯域フ
ィルタの周波数特性図、第４図は２値デジタルデータ図
、第５図は第１図示の装置のＣＰＵの概略機能図、第６
図は第１図示の装置の動作説明用フローチャート、第７
図は本発明装置の第２実施例のブロック系統図、第８図
は第７゛図示の装置のＣＰＵの概略機能図、第９図は第
７図示の装置の動作説明用フローチャート、第１０図は
ピッチコントローラによるピッチ可変の様子を説明する
ための信号波形図である。 １・・・信号入力端子、３・・・帯域フィルタ、４・・
・整流平滑回路、５・・・コンパレータ、９・・・基準
電圧発生器１，１０・・・データセレクタ、１１・・・
ＣＰＵ、１１ａ・・・基準レベル設定部、１１０・・・
データ分析部、１１ｄ・・・音名推定部、１１ｅ・・・
音名補正部、１１ｇ・・・音長分析部、１２・・・操作
部、１４・・・ＲＯＭ１１５・・・ＲＡＭ、１７・・・
出力端子。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）音声信号を分析すべき複数の音高の数に対応して
   複数の周波数帯域に分割する帯域分割手段と、該帯域分
   割手段の各出力を夫々整流し平滑する整流平滑手段と、
   該整流平滑手段の各出力を夫々基準電圧と比較してその
   大小関係を２値で表わされるデジタル信号にして取出す
   電圧比較手段と、該電圧比較手段の出力デジタル信号を
   検査してオクターブ関係にある同音名の信号が複数ある
   場合この音名を音高として決定する分析手段とよりなる
   ことを特徴とする楽音分析装置。
2. （２）該分析手段は、決定された音の長さを分析する手
   段を更に有することを特徴とする特許請求の範囲の第１
   項記載の楽音分析装置。
3. （３）該基準電圧は、電圧可変手段にて可変設定される
   よう構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の楽音分析装置。