JPS6127596A - 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、異なった音程を出力
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
Ｆｏと読み出しクロックｆマを追えた従来例を示す。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（ムＤＣと以下略）４を介してデジ
タル信号３１０に変換される。信号５ｘｏｉ、書込みク
ロックＦｏ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Ｆｖにて読出されデジタル
信号”２０”出力する。

信号Ｓ２ｏはデジタル・アナログ変換器（以下、ＤＡＣ
と略す）５及びＬＰＦ６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。

Ｐ＝□　　・・・・・・・・・・（１）Ｏ 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Ｓｏ
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Ｔｌに拡張され次のデーターとの結合部Ｎ
、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ｅｓｏｋＮ個のベンドパスフィルタ（ＢＰ
、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ジ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つの出力信号をミキシングする手段と、前
記アナログ信号の狭帯域信号を増幅する少なくとも１つ
以上のアナログ狭帯域信号増幅器と、前記アナログ狭帯
域信号増幅器の出力に基づき演算を行う演算回路と、前
記演算回路の出力によってクロスフェード時間とクロス
フェードピッチとを切替える切替え手段とを具備した構
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、この図ハ「＠覚の
心理学」（黒木総一部著、弁室出版（株）発行、Ｐ１４
８〜１６ｏ）に記載された図を引用している。

第４図（ａ）〜（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ジ、また小円は調子の単一
性の限界、破線は音の豊かさの限界、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１４０ｍ５
ｅｃ　）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１４０ｍ５ｅｌＯであることをＪ１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Ｓｏ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、ＡＤＣ１０
ｉ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、第６図に示されるクロスフェードピッチ変
換回路１７の音程切換スイッチ２５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
下ピンチ変換回路と言う）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Ｓ５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１ＶＣＡという）１５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Ｓ２１”ｊ、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でピンチ
変換回路１７で指定されたアドレス列舵のデータ読み出
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１ＤＡＣ１３と第２　Ｄ　Ａ　Ｃ１
４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。

一方、入力信号ＳｏはＬＰＦ２９で音楽信号の高域がカ
ットされ低域信号Ｓ１０となり増幅器３１によって増幅
され、矩形波Ｓ１１に整形され比較演算回路２ｏに入力
される。一方低周波発振器（Ｏ２０）２８は１．ｅ　７
　Ｈｚの発振を行っており信号Ｓ１２は増幅器３０によ
って増幅された信号８１３は基準信号として比較演算回
路２ｏに入力される。比較演算回路２０Ｕ一定時間のサ
ンプリングで、基準信号８１３に対し信号Ｓ１１が何倍
になっているかを演算し、信号Ｃ３としてピンチ変換回
路に出力する。

以下第１２図を用いて詳述する。第１２図は比較演算回
路２ｏの一具体例を示すもので、基準信号Ｓ１３を分周
器３２によって分周された信号８１４の１パルス内に発
生する信号８１３のパルス数（具体的には１００個）を
パルスカウンタ３４がカウントする間に信号Ｓ１１のパ
ルスが何個カウントされるかを比較器３６によって比較
しＲＯＭ３５に設定した論理で、入力信号Ｓ１１との間
に間遠いがなければ定ピツチ情報を信号Ｃ３としてピッ
チ変換回路１７に送る。

次に、ピンチ変換回路１７について第６図を用いて詳述
する。第６図は、ピンチ変換回路１７の構成図である。

第６図において、音程切換スイッチ２６によって読出し
発振回路（０８Ｇ）２４の発振周波数を切替える。第５
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ム１．Ａ２となる。又比較演算回路
２Ｑの出力信号Ｃ３は、信号ＣＩ、０２を発生する演算
データであり、演算回路２２によってクロスフェード時
間、クロスフェードピンチを信号ＣＩ、Ｃ２でコントロ
ールする。

又スイッチ２７はクロスフェードピンチのみを変化でき
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が目立たないため
ク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。

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Ｆｏ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Ｆ７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ＴＩとＦｏ、　ＦＴの関係は次式で表わされる。

１Ｆ０ ＴｏＦ。

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
アドレス信号ム１．ム２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Ｓｏ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１．でその出力Ｓ
３は第１デジタルメモリー１１からの書込み読み出しの
時間Ｔ２の遅れの後時刻ｔｂより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−とｔｂのアドレスは同じで、時刻ｔ
ｏとｔ６１ｄ、同一アドレスである。

第１ＤＡＣ１３より出力された信９Ｓ５は時刻ｔｂで信
号のズレによるノイズＮ２ｆ時刻ｔ４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ｅ’ｌＡズラしたアドレスム２でデジ
タル信号Ｓ４を読み出す。

信号Ｓ４は第２ＤＡＣ１４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Ｎ２６．Ｎ３．Ｎ４の発生する時間には以下の関
係がある。

Ｔ　１　＝２　・　Ｔ４ ｊＪＩ　Ｄ　Ａ　Ｃ１３（Ｄ出力信号Ｓ５［第１　ＶＣ
Ａ１５によって信号Ｓ７に整形される。ピンチ変換回路
１７から第１ＶＣＡ１５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Ｓ５（破線）は
出力信号Ｓｙ（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１Ｂ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Ｃ１，０２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，ＶＣム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
ェードピッチを１４０ｍ！！ｅｏ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１４０ｍｇ６Ｃ以上でも不快感を呼ぶ
ことがわかった。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。）尚
、第８図は被験者２０名で、クロスフェード時間Ｔ４＝
４０ｍＳ６ｃ、音程変化率０．９４の時の心理実験結果
を示している。音楽信号は速度（、ｌ−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０．４
５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Ｖ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ン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■ｎはクロスフェードピンチに近い値（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、 リズムの１４ｎ で定義をする。ただしリズムの１７２　ｎ　ｉｊ３０１
１！ＩｅＯからｃｓ　ｏ　ｍ５ｅｃの間で設定する。

リズムのＶ２ｎを３０　ｍ５ｅｃと６０　ｍ８１ｓｏと
の間に設定した理由は、クロスフェード時間が３０ｍ！
！６０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ｅ　ｏ　ｍ５ｅｃ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　ｍＢｅｊ。

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Ｖ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、 切捨データ長 と定。義すると、 不連続つまり音がぬけたり同じ音が２度聞える状態は、
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　ｍ５ｅｃ
でも不連続認知率（Ｔｚ）が１．１以下、又切捨データ
長が約４ＱｍＢ６０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（Ｔ♀ｘＴｚ）はクロスフェード時
間が３０ｍ５ｅｃで、３３　ｍ１９１５０以内、りＯ，
Ｘフェード時間が６０ｍ５ｅｃで４８　ｍ５ｅｃ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４０ｍ５ｅ
ｃ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
しこれを簡単な方法で実現したものである。

また、音楽信号の低域周波数成分を検知し基準周波数と
のズレを数値化しそれによっ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
値に設定する演算回路を設けたことが特徴である。

発明の効果 以上のように本発明は、高品質高音質で簡便な音程変換
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、音楽のリズムを検知し自動的に最良の自然
な音質を得る状態に設定されるものである。

【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
性と音の豊か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図は同比
較演算回路の構成図である０ 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、１了
・・・・・・クロスフェードピッチ変換回路、１８・・
・・・・加算器、２ｏ・・・・・・比較演算回路、２２
・・・・・演算回路、２５・・・・・・音程切替スイッ
チ、２了・・・・・スイッチ、２９・・・・・・ローパ
スフィルタ、３１・・・・・増幅器。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名＠１
図 第３図 ＠４図 （（Ｌ） Ｖ、１ 変調の輻 Ｕ）　　　　　　　α〕 ＠６図 第８図 ＬｌそＤ比　（／Ｖ＝２０） 第９図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アナログ信号をデジタル変換するアナログ−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）手段と、前記アナログ信号の
   狭帯域信号を増幅する少なくとも１つ以上のアナログ狭
   帯域信号増幅器と、前記アナログ狭帯域信号増幅器の出
   力に基づき演算を行う演算回路と、前記演算回路の出力
   によってクロスフェード時間（零から信号を段階的に増
   加させる、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）とを切替える手段を具備してなる音程
   変換装置。
2. （２）クロスフェードピッチを切替える第２の手段を具
   備してなる特許請求の範囲第１項記載の音程変換装置。