JPS6127595A - 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
る装置であり、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Ｆ　とクロックＦ。とけ異なる読み出しクロックｆｖ
を用いた従来例を示す。入力端子２に入力されたアナロ
グ信号Ｓ。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Ｓ１ｏ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）　１に書込まれた後、読出しクロックＦ
ｖにて読出されデジタル信号Ｓ２０を出方する。

信号Ｓ２゜はデジタル・アナログ変換器（以下、ＤＡＣ
と略す）６及びＬＰＦｅを介し出力端子７にアナログ信
号の出力信号Ｓ３ｏ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Ｓ０
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Ｔｏ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
結合処理にマイコン等で処理するとコストが高くなり、
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、音楽信号の場合は、第３図に概念図を
示すが入力信号Ｓ０をＮ個のバンドパスフィルタ（Ｂ　
Ｐ　Ｆ）１〜Ｎで細かく周波数要素に分解し各々を単一
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り
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
に、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り低くしたり任意に出来
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４．第；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つの出力信号をミキシングする手段を有し
、クロスフェード時間と、クロスフェードピッチとを切
換える手段を具備した構成となっており、これにより出
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、高くしたり低くしたり任意に設定するこ
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周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」（黒木総一部著、共立出版（株）発行、Ｐ１４
８〜１６ｏ）に記載された図を引用している。

第４図（−）〜（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り、まだ小円は調子の単一
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）、楕円はヴアイオリニストの
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１４０　ｍ５ｅｃ　）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
１４０ｍ５ｅＣであることを心理実験で確認した。

第６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ＬＰＦ９を
通り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２ｏで決定される読み出
しクロックＦ　で、クロスフェードピッチ変換口路（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Ｓ５は増幅度を可変
できる第１増幅器（以下第１　ＶＣＡという）１６を介
しピッチ変換回路１７の出力信号Ｃ１により信号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でピッチ変胸
可路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２
ＶＣＡ１６を介しピッチ変換回路１７よりの信号Ｃ２に
より信号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１　ＤＡＣｌ　３と第２ＤＡ
Ｃ１４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２ｏ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Ａ１．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。切替スイッチ２６
は四分音符を一拍として１分間に１００拍。

８０拍、６０拍のテンポに応じて信号Ｃ１，Ｃ２を切替
えるスイッチである。又、スイッチ２７はクロスフェー
ドピッチのみを変化できるスイッチで、テンポの早い曲
と遅い曲、例えば演歌のよう゛なスローテンポの曲では
音の不連続が目立たないためフロスフェードピッチを広
く、又テンポの早い曲ではクロスフェードピッチを狭く
設定できるものである。

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Ｆ０で第１デジタルメチリ
−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
。

１ＦＯ ｏ　　Ｔｖ 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Ａ１．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１ａ　でその出力
Ｓ３は第１デジタルメモリー１１からの書込み読ミ出ジ
ノ時間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
生じるだめ一定周期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１　ＤＡＣ１３より出力された信号Ｓ６は時刻ｔｂ　
で信号のズレによるノイズＮ２を時刻ｔｄ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よりアドレスを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２ＤＡＣ
１ａ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＝２０Ｔ４ 第１ＤＡＣ１３の出力信号Ｓ６は第１ＶＣＡ１５によっ
て信号Ｓ７に整形される。ピッチ変換回路１アから第１
ｖＣＡ１５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、信号あ（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８
７　、Ｓｓ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Ｎ１　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もデジタルチ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
ードピッチを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１４０ｍ５ｅＣ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
心理実験により発見できた。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＝　４０　ｍ５
ｅｃ、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（＝６０）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０．４６を越えると全員が
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。このためクロスクェ
ートピッチ誤差率は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ｓ　ｏ　ｍ　
ｓｅｃから６０ｍ５ｅＣの間で設定する。

リズ４の１／２ｎをａｏｍｓｅｃとｅ　ｏ　ｍ　ｓｅｃ
との間に設定した理由は、クロスフェード時間が３０　
ｍ　！Ｅ以下では歪がノイズとして聞えることを別の実
験で確認しており上限を６Ｑ　ｍ　Ｓｅｃ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４０　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りでノイズ感が
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０．８６〜１．２　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Ｔ５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、 不連続つまシ音がぬけたシ同じ音が２度量える状態は、
クロスフェード時間が短がく、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　ｓｉ
ｘ、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　！ｉｅＣ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りクロ
スフェード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（ＴａｘＴｚ）はクロ
スフェード時間が３．　Ｏｍ式で、−３３ｍ５ｅＣ以内
、りｏスフエート時間が６０　ｍ　ＳｅＣで４８ｍ５ｅ
Ｃ以内にしないと不連続性を認知することが判る。楽器
によって又好みによって差が大きいので切捨データ長４
０　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、リズム
に合せてクロスフェード時間、切捨データ長、トレモロ
比、クロスフェードピッチを最適となる様に切換えるス
イッチを設けることによって最適ポジションを設定でき
る。

又スイッチ２７はクロスフェードピッチのみを変化でき
るスイッチで、テンポの早い曲と遅い曲、具体的には演
歌のスローテンポの曲では音の不連続感を認知しにくい
ことからクロスフェードピッチを広げてトレモロ比ＴＰ
を下げ、歌謡曲でテンポの早い曲ではクロスフェードピ
ッチをせばめてトレモロ比ＴＰを上げて音の不連続感が
減少する様にできる。第１２図は上記の様に決定した定
数で行った心理テスト結果である。

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り、入力信号の音程
に対し出力信号の音程を高くしたり低くしたり任意に変
化できるもので、音楽信号のリズムによって最適値を設
定できるばかりでなくテンポの早い曲、遅い曲によって
よシ自然な音質を得ることが出来る。

【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。 １０・・・・・・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・・・・・・クロスフェードピンチ
変換回路、１８・・・・・・加算器、２６・・・・・・
切替スイッチ、２７・・・・・・スイッチ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 ＦＱ　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｎ＠　３　
図 第４図 （山） 変調の輻 第６図 ト　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　か第８図 ）、しモ１］１に　　（〜＝２０２ 第９図 グｒスフェーＹ゛と°ツナ費呉叉２Ｆ１□　（ｎ＝２０
ン第１０図 りｐスフｒ−１’ＭＭリス゛４ｔＮ！＋　（ｐｉ−ｔｏ
）第１１図 不達ψ先＋１閲幻％　（７ｇ　＋　（〜゛２ｏ）第１２
図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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
   出力信号をミキシングする（以下クロスフェードと称す
   ）手段を有し、クロスフェード時間（零から信号を段階
   的に増加させるか又は零から信号を段階的に減少させる
   のに要する時間）と、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）とを切換える手段を具備して
   なる音程変換装置。