JPS6127594A - 音程変換装置 - 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、入力信号の音程に対し、異った音程を出力す
る装置であシ、レコード・放送・映画業界における特殊
効果発生装置あるいは、異なる音程の音源の音程補正装
置として、又いわゆるカラオケ等のミキシング装置にお
ける伴奏を行う音程変換装置に関するものである。

従来例の構成とその問題点 第１図に、デジタルメモリー１を用い、書き込みクロッ
クＦ０とクロックＦ０とは異なる読み出しクロックｆｖ
を用いた従来例を示す。大刀端子２に入力されたアナロ
グ信号Ｓ０はローパスフィルタ（以下ＬＰＦと略す）３
及びアナログ・デジタル変換器（以下ＡＤＣと略す）４
を介してデジタル信号Ｓ１゜に変換される。デジタル信
号ｓ１゜は、書込みクロックＦ０でデジタルメモリー（
例えばＲＡＭ）ＩＫ書込まれた後、読出しクロックＦｖ
にて読出されデジタル信号Ｓ２゜を出力する。

信号Ｓ２゜はデジタル・アナログ変換器（以下、ＤＡＣ
と略す）６及びＬＰＦ６を介し出力端子７にアナログ信
号の出力信号Ｓ３゜を出力する。この場合の音程変化率
Ｐは第（１）式で求められる。

この従来例には以下に述べる問題点がある。

■　音程を変化させた場合データの結合部に不連続ノイ
ズが発生する。

第２図に音程を変化させた従来例を示す。入力信号Ｓ。

に対して音程変化率Ｐを０．６７に設定した場合、信号
の長さＴ。がＴ１に拡張され次のデーターとの結合部Ｎ
１に不連続性ノイズを。

発生する。

■　全帯域の音程変換を目的としているため、データー
結合処理に一イ・ン等去処理するとコストが高くなシ、
又完全にノイズを消すデータ処理は非常にコストが高く
なる。すなわち、音−信号とみなして位相合せを行ない
その処理信号を加算する方法があるが、現実には実現し
にくい。

■　ノイズの発生がランダムであり音楽性を損なったシ
歪感が多くなると原楽器を判別できなくなる。

発明の目的 本発明は、以上の問題点を解決した高品質、高音質、ロ
ーコストの音程変換装置を提供することを目的とし、特
Ｋ、その高品質、高音質の範囲が従来の限界範囲以上で
あり、出力信号の音程を入力信号の音程と比較して自然
感と音楽性を失なわず高くしたシ低くしたシ任意に出来
る音程変換装置を提供することを目的とするものである
。

発明の構成 本発明は、アナログ−デジタル変換器と、第１゜第２の
デジタルメモリーと、前記第１．第２のデジタルメモリ
ーにそれぞれ対応する第１．第２のデジタル−アナログ
変換器と、前記アナログ−デジタル変換器のための周波
数の固定したクロックを発生する第１クロック発生手段
と、前記第１゜第２のデジタル−アナログ変換器のため
の周波数を変化できるクロックを発生する第２クロック
発生手段と、前記第１．第２のデジタルメモリーを制御
する信号を発生するメモリー制御手段と、前記第１．第
２のデジタル−アナログ変換器の出力を制御する制御手
段と、同一時間内に前記第１のデジタル−アナログ変換
器の出力信号を零まで段階的に減少させ、前記第２のデ
ジタル−アナログ変換器出力信号を零から段階的に増加
させ、前記２つの出力信号を加算する加算器とを有し、
クロスフェード時間と、アナログ信号のリズムの２ｎ分
の１が３０〜６０　ｍ　Ｓｅｃの間になる時間との比率
が０．８５〜１．２であシ、クロスフェードピンチは、
リズムの２ｎ分の１か１４０ｍｓｅｃ以上でかつ、クロ
スフ−〜ドビッチと音程変化率との積との差が４　Ｑ　
ｍ　！ｉｅｃ以下で、リズムノ２ｎ分の１との比が０．
７７〜１．３でかつクロスフェード時間をクロスフェー
ドピソチで割ったものが０．３以下とした構成となって
おシ、これによシ出力信号の音程を入力信号の音程と比
較して自然感と音楽性を失なわず、高くしたシ低くした
シ任意に設定することができる。

実施例の説明 本発明は、人間がテンポの早い曲やリズムと同タイミン
グで発生するノイズに対しては変化成分を検知しにくい
という心理実験結果を応用したものである。

すなわち本発明は、音程変換された信号の接続をメモリ
ー容量やクロックからの一定分局値で決定される周期で
一義的に行なうのでなく、リズムに応じて接続を行なう
音程変換装置である。

以下本発明の一実施例について第４図から第１２図を参
照しながら詳説する。第４図は周波数変調における調子
の単一性と音の豊かさを示すもので、この図は「聴覚の
心理学」（黒木総〜部著、共立出版■発行、Ｐ１４８〜
１６０）に記載された図を引用している。

第４図０〜（ｄ）において、縦軸は変調の毎秒回数、横
軸は変調の幅を示しておシ、また小円は調子の単一性の
限界、破線は音の豊さの限界、大きい円は声楽家の振幅
・変調（ビブラート）、楕円はヴフイオリニストのビブ
ラートを示している。このように、純音に周波数変調と
振幅変調（ビブラート）を加えた時の変調の回数と変調
の周波数幅を変化させ純音の音−性が途切れる限界点が
わかる。

第４図によれば、変調幅を大きくしていくと変調回数は
ほとんど変化せず約７回（約１４０ｍ渡）であることを
示している。音楽信号を用いた連続信号でも約１４０ｍ
％であることを心理実験で確認した。

第５図は本発明の一実施例における音程変換装置の構成
図である。第６図において、入力端子８から入力された
入力信号Ｓ０は、デジタル変換をするためにＬＰＦｓを
通シ高域成分を遮断された信号Ｓ１となり、ＡＤＣｌｏ
を介してデジタル信号Ｓ２に変換される。信号Ｓ２は書
き込みクロックＦ０で第１デジタルメモリー１１に書き
込まれた後、音程切換スイッチ２０で決定される読み出
しクロックＦｖで、クロスフェードピッチ変換回路（以
下ピッチ変換回路と言う）１７の指定されたアドレス列
Ａ１のデータを読み出し、第１ＤＡＣ１３からデジタル
信号Ｓ６を出力する。デジタル信号Ｓ６は増幅度を可変
できる第１増幅器（以下筒１ＶＣＡという）１５を介し
ピッチ変換回路１７の出力信号Ｃ１によ多信号Ｓ７を出
力する。

同様にデジタル信号Ｓ２は、第２デジタルメモリー１２
に書き込まれた後、読み出しクロックＦｖでピッチ変換
回路１７で指定されたアドレス列Ａ２のデータ読み出し
デジタル信号Ｓ６を出力する。

デジタル信号Ｓ６は第２ＶＣＡ１６を介しピンチ変換回
路１７よシの信号Ｃ２によ多信号Ｓ８を出力する。信号
Ｓ７と信号Ｓ８は加算器１８で加算され信号Ｓ９となっ
て出力端子１９に出力される。

尚、同一時間内に第１ＤＡＣ１３と第２ＤＡＣ１４のい
ずれか一方の出力を零から段階的に減少させた信号と、
他方の出力を零から段階的に増加させた信号とを加算す
ることをクロスフェードと言う。

第６図は、ピッチ変換回路１７の構成図である。

第６図において、音程切換スイッチ２０によって読出し
発振回路（Ｏ２０）２４の発振周波数を切替える。第６
図の第１．第２デジタルメモリー１１．１２の書き込み
読み出しのアドレス信号はカウンタ・分周器２３の出力
を時分割で切替えるアドレス切替回路２１によって切替
えられたアドレス列ＡＩ、Ａ２となる。又演算回路２２
によってクロスフェード時間、クロスフェードピッチを
信号ＣＩ、Ｃ２でコントロールする。

以下、本実施例の動作について第７図の信号を用いて説
明する。第７図において、横軸は時間、縦軸は電圧であ
る。入力信号Ｓ０はクロックＦ。

で第１デジタルメモリー１１に書き込まれ、読出しクロ
ックＦｖで読み出されるため、入力信号の一定部分子０
と出力信号の入力波形相当部Ｔ１とＦｏ、Ｆｖの関係は
次式で表わされる。

Ｆ １＝　　Ｏ− ｏ　　Ｆｖ 第１デジタルメモリー１１から読み出された信号Ｓ３と
第２デジタルメモリー１２から読み出された信号Ｓ４は
、同一信号であって、ピッチ変換回路１７で指定された
アドレス信号ＡＩ、Ａ２とピッチ変換のために位相のズ
レを生じている。入力信号Ｓ０は第１デジタルメモリー
１１に対して入力を開始するのは時刻−でその出力５３
Ｆｉ第１デジタルメモＩＪ−ｊｌからの書込み読み出し
の時間Ｔ２の遅れの後時刻ｔｂ　よシ読み出しを開始す
る。ピッチ変換をしているため原信号と大きく位相差が
生じるため一定周期Ｔ１で書き込みのアドレスに復帰す
る必要が生じる。時刻ｔａとｔｂのアドレスは同じで、
時刻ｔ。とｔｄは同一アドレスである。

第１ＤＡＣ１３よシ中力された信号Ｓ５は時刻ｔｂで信
号のズレによるノイズＮ２を時刻ｔ、１でノイズＮ３を
発生するこのノイズを消すために、第２デジタルメモリ
ー１２よシアドレスをＴ１／２ズラしたアドレスＡ２で
デジタル信号Ｓ４を読み出す。信号Ｓ４は第２ＤＡＣ１
４を介してアナログ信号Ｓ６となる。第７図の様にノイ
ズＮ４を発生する。ノイズＮ２．Ｎ３．、Ｎ４の発生す
る時間には以下の関係がある。

Ｔ１＝２・Ｔ４ 第１ＤＡｃ１３の出力信号Ｓ６は第１■ＣＡ１５ζ によって信号Ｓ７に整形される。ピンチ変換回路１７か
ら第１ＶＣＡ１６はコントロール信号Ｃ１（第７図の一
点鎖線で示される）を受け、信号Ｓ６（破線）は出力信
号８７（実線）となって出力される。

第２ＤＡＣ１４の出力信号Ｓ６もコントロール信号Ｃ２
により出力信号Ｓ８として出力される。

出力信号８７．８８を加算器１８を通して得られた出力
が出力信号Ｓ９である。第７図でもわかるように従来Ｎ
で示した様な急激な信号変化はおきない。

この時コントロール信号ＣＩ、Ｃ２の増加及び減少する
部分、すなわちクロスフェードの時間Ｔ３をクロスフェ
ード時間と呼び、Ｔ４をクロスフェードピッチと呼ぶ。

以上のように構成した第５図の回路ではデジタルメモリ
ーを２つ用いているが時分割処理で１つでもよく、ＤＡ
Ｃ、ＶＣＡもデジタルデーターを演算処理をして同等の
効果を得ることもできる。

前述の「聴覚の心理学（黒木総一部著）」でクロスフェ
ードピソチを１４０ｍ５ｅＣ以上にしなければならない
ことは述べたが、実際のリズムや音程各種楽音の入った
音楽信号では１ｊＯｍＳｅＣ以上でも不快感を呼ぶこと
がかわった。不快感と以下の各要素に相関があることが
心理実験によシ発見できた。第８図はトレモロ比と不快
感との関係を表わした図で と定義する。（トレモロは定周期振幅変調である。）被
験者２０名で、クロスフェード時間Ｔ４＝＝４０ｍＳｅ
Ｃ１音程変化率０．９４の時の心理実験結果である。音
楽信号は速度（Ｊ−ｅ＋ｏ）のゆるやかな演奏の曲を選
んだ。結果としてトレモロ比が０．４５を起えると全員
がトレモロを認知して不快感を感じ、０．１以下ではト
レモロに気がつかない。

音楽信号ではトレモロを認知するよシ音が欠落した状態
を認知して不快感が先行する。このため、トレモロ比は
０．３以下が良いことが判る。

第９図は、クロスフェードピッチとリズムとの誤差率で
あるクロスフェードピッチ誤差率と不快感との関係を示
す図で、このクロスフェードピッチ誤差率を、 と定義する。

リズムの１／２ｎはクロスフェードピッチに近い値（例
えば誤差率の小さなもの）を選ぶ。実験条件は第８図と
同様で、結果としては、クロスフェードピッチ誤差率が
０．８〜１．３程度であれば不快感を感じないがそれを
はずれると急激に不快感を感じる。このためクロスフェ
ードピッチ誤差率は０．７７〜１．３が良いことが判る
。

第１０図はクロスフェード時間とリズムとの誤差率であ
るクロスフェード時間リズム誤差率と不快感との関係を
表わした図で、クロスフェード時間リズム誤差率を、 で定義をする。ただしリズムの１／２ｎは３０ｍ５ｅＣ
から６０ｔｎ気の間で設定する。

リズムの１／２ｎを３０ｍｓｅｃと６０　ｍ　Ｓｅｅと
の間に設定した理由は、クロスフェード時間か３０　ｍ
　ｓｅｃ以下では歪がノイズとして聞えることを別の実
験で確認しておシ上限を６０ｍ５ｌＩＣにすれば一義的
にクロスフェード時間が決ることから設定した。又別の
実験からクロスフェード時間と音程変化率との積とクロ
スフェード時間との差が４　Ｑ　ｍ　ＳｅＣを越えると
音楽によっては音が途切れる感があることも判っている
。音楽ソースは演歌でクロスフェード時間リズム誤差率
が大きくなると、歌の歌い出しや曲の終シでノイズ感が
上昇し歌いにくい現象となる。このことからクロスフェ
ード時間リズム誤差率は０．８５〜１．２が良いことが
わかる。

第１１図は、クロスフェード時間と第７図のＴ６で示さ
れる切捨データ長との比と実際の不連続性認知との関係
を示す図で、 と定義すると、 不連続つまり音がぬけたり同じ音が２度量える状態は、
クロスフェード時間が短かく、不連続性認知率の低い方
が少ないことがわかる。ただしＴ３：＝３０　ｍ　Ｓｅ
Ｃでも不連続認知率（Ｔｚ）が１．１以下、又切捨デー
タ長が約４０　ｍ　Ｓｅｃを越えない様にすれば良いこ
とがわかる。概念としては切捨データ長よシクロスフエ
ート時間を長くとれば良いことが判るがそれ以外の要因
として切捨データの絶対長（Ｔ３ｘＴｚ）はクロスフェ
ード時間が３０　ｍ　Ｓｅｃ　テ、３３ｍ５ｅＣ以内、
クロスフェード時間が６０’ｍ５ｅＣで４８ｍｓｅｃ以
内にしないと不連続性を認知することが判る。楽器によ
って又好みＫよって差が大きいので切捨データ長４０　
ｍ　ＳｅＣ以内とした方が良い結果が得られる。

この様に本実施例では、クロスフェード時間と切捨デー
タ長、トレモロ比、クロスフェードピッチとリズム、ク
ロスフェード時間とリズムに互に相関があることを発見
しこれを簡単な構成で実現したものである。

音程変換装置では音楽信号のリズムを検知して各条件を
切換えることはコスト的に困難である。

そこで音楽の中で代表的なリズムに合せて設計を行なう
方法を見出した。歌謡曲等では四分音符を一拍として１
分間に１００拍、８０拍、６０拍のテンポが多いので、
３つのテンポの１／２ｎで得られる時間、具体的には１
／６４拍の公倍数で前述の条件にあてはまるものを選択
していく。今クロスフェード時間との誤差率Ｑ１を下記
の様に定義する０ クロスフェードピッチとの誤差率Ｑ２を下記の様に定義
する。

誤差率Ｑ１とＱ２を最も１に近づける様にすると良い結
果が得られる。

第１２図には上記の様に決定した定数でクロスフェード
時間、クロスフェードピンチを設計したものと、そうで
ないサンプルとの心理テスト結果を示す。設計尺度とし
てＨｏを下記の様に定義して評価した。

Ｈｏ＝ＩＱＡ−ＱＢ−ＱＣ、１・ＩＱＤ−ＱＥ−ＱＦ、
１・ＴＰＱ　ｐ、　：　６０拍との誤差率Ｑ１Ｑ　 Ｂ　：　８０拍との誤差率Ｑ１ＱＣ ：１ｏｏ拍との誤差率Ｑ１ ＱＤ：６０拍との誤差率Ｑ２ ＱＥ：８０拍との誤差率Ｑ２ Ｑ　ｐ　：　１００拍との誤差率Ｑ２ ＴＰ：トレモロ比 Ｈｏはトレモロ感、リズム感、歪感について相関がある
が不連続感については相関はないということがわかる。

歌謡曲と、演歌ではテンポに差があるので、白層に合せ
て音程切替えスイッチ２０を設けると容易にトレモロ感
を消すことができる。尚、演歌での設計尺度としてＨＥ
を下記のように定義して用いる。

ＨＨ＝ｌＱＡ−ＱＢ　　１　ｌ　１ＱＤ−ＱＨ、ｌ　　
ＴｐＨｏは実験的に０．２以下が良い結果が得られる。

発明の効果 以上のように本発明は、高品質高音質、ローコストの音
程変換装置を提供することが可能であシ、入力信号の音
程に対し出力信号の音程を高くしたシ低くしたシ任意に
変化できるもので音楽信号に対しよシ自然な音質を得る
ことが出来る０

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の音程変換装置のブロック図、第２図は同
音程変換時の信号模式図、第３図は他の従来の音程変換
装置の概念図、第４図は周波数変調における調子の単一
性と音の豊さとの関係を示す図、第５図は本発明の一実
施例における音程変換装置のブロック図、第６図は同ピ
ツチ可変回路の構成図、第７図は同音程変換時の信号模
式図、第８図はトレモロ比と不快感との関係を示す図、
第９図はクロスフェードピッチ誤差率と不快感との関係
を示す図、第１０図はクロスフェード時間リズム誤差率
と不快感との関係を示す図、第１１図は不連続認知率（
Ｔｚ）と不連続認知との関係を示す図、第１２図は同本
実施例による総合心理特性を示す図である。 １ｏ・・・・・・アナログ・デジタル変換器、１１・・
・・・・第１デジタルメモリー、１２・・・・・・第２
デジタルメモリー、１３・・・・・・第１デジタル・ア
ナログ変換器、１４・・・・・・第２デジタル・アナロ
グ変換器、１６・・・・・・第１増幅器、１６・・・・
・・第２増幅器、１７・・・・・・りａス’７エードピ
ツチ変換回路、１８・・・・・・加ｊ［。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１基筒　
１　図 ｎ 第　３　図 第４図 変調θ暢 ０　　　　　ｃＯ 第６図 よ 味　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　へ第８図 １−Ｉ／ｌＴｌ　　比　　　（Ｎ・２０）第９図 り■スフエートζ゛ツ＋盲叉う！Ｊ　　ｔｓ＝ｒｔｒノ
第１０図 グＵスフｘ、ｊｌＮ７ｆｔ’ｌリス’Ｌ畜宍１％　　（
ｎ＝ｇｏ）第１１図 不ｔ＆セＥＫり汀１雫しく７？）（Ｎ・２０）第１２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アナログ−デジタル変換器と、前記アナログ−デ
   ジタル変換器の出力を記憶する第１、第２のデジタルメ
   モリーと、前記第１、第２のデジタルメモリーにそれぞ
   れ対応する第１、第２のデジタル−アナログ変換器と、
   前記アナログ−デジタル変換器のための周波数の固定し
   たクロックを発生する第１クロック発生手段と、前記第
   １、第２のデジタル−アナログ変換のための周波数を変
   化できるクロックを発生する第２クロック発生手段と、
   前記第１、第２のデジタルメモリーを制御する信号を発
   生するメモリー制御手段と、前記第１、第２のデジタル
   −アナログ変換器の出力を制御する制御手段と、同一時
   間内に前記第１のデジタル−アナログ変換器の出力信号
   を零まで段階的に減少させ、前記第２のデジタル−アナ
   ログ変換器の出力信号を零から段階的に増加させ、前記
   ２つの出力信号を加算する加算器とを有し、クロスフェ
   ード時間（アナログ信号を零から段階的に増加又は零ま
   で段階的に減少させるのに要する時間）と、音楽信号等
   のリズムを有するアナログ信号のリズムの２＾ｎ分の１
   が３０ｍｓｅｃ〜６０ｍｓｅｃの間になる時間との比率
   が０．８５〜１．２であり、クロスフェードピッチ（ク
   ロスフェードの行なわれる間隔）ｔ１は、リズムの２＾
   ｎ分の１が１４０ｍｓｅｃ以上でかつ、クロスフェード
   ピッチｔ１と音程変化率との積ｔ２との差（ｔ２−ｔ１
   ）が４０ｍｓｅｃ以下で、リズムの２＾ｎ分の１との比
   が０．７７〜１．３でかつクロスフェード時間をクロス
   フェードピッチで割ったものが０．３以下となる様にク
   ロスフェード時間とクロスフェードピッチを構成した音
   程変換装置。
2. （２）四分音符（■）を１拍として１分間に６０拍、８
   ０拍、１００拍のリズムと、クロスフェード時間との誤
   差率をＱ＿Ａ、Ｑ＿Ｂ、Ｑ＿Ｃとし、クロスフェードピ
   ッチとの誤差率をＱ＿Ｄ、Ｑ＿Ｅ、Ｑ＿Ｆとし、クロス
   フェード時間をクロスフェードピッチで割ったものをＴ
   ＿Ｐとした場合、 ｜Ｑ＿Ａ・Ｑ＿Ｂ・Ｑ＿Ｃ−１｜・｜Ｑ＿Ｄ・Ｑ＿Ｅ・
   Ｑ＿Ｆ−１｜・Ｔ＿Ｐ＜０．０２を満足する様に構成し
   てなる特許請求の範囲第１項記載の音程変換装置。