JPS6289995A - 楽器用の汎用ピツチ及び振幅計算器及び変換器 - 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】 〔産業上の利用分訝〕 本発明は、一般的には、音楽システムに関する。

さらに詳細には、本発明は楽器と関連して使用され、入
力音楽音に応答して電気信号を発生する装置を提供する
。それらの信号はアナログ又はデジタルのいずれであっ
ても良く、電子ミュージンクシンセサイザと共に使用さ
れる。

〔従来の技術〕

電子ミュージックシンセサイザは所望のピッチ及び振幅
で様々な波形の波を発生することにより様々な音楽音を
発生する。一般に、シンセサ・ｆザシステムは、人間の
耳により知覚されるような音楽音の音色に影響を与える
スペクトル内容、倍音内容、振幅、エンベロープ形状、
アタック及び遅延時間を始めとするパラメータを変化さ
せる制御装置を含む。従って、電子シンセサイザのオペ
レータが実行しなければならない主要な操作は２つある
。すなわち、波のｒ形状」を設定して音色と性質を決定
することと、形成された波形が発生すべき音調を入力す
ることである。

この音調情報を入力するための基本的な方法は２種類あ
る。その１つは入力装置として標準のピアノ形キーボー
ドを使用するものである。この方法に関して起こる問題
は、入力信号に応答して出力信号を動的に制御できない
ことである。詳細にいえば、出力信号の音量はキーの押
圧力によって決まるのではなく、別個に制御されなけれ
ばならない、このピアノ形キーボードを利用する場合、
さらに、シンセサイザの操作はｍ慇楽器を演奏する能力
をもつ者に限られてしまう。

「音調」入力を提供する、より汎用性に富む方法はシン
セサイザ音を制御するために田しΔ楽器からの音楽信号
を使用するものである。この方法により数多くの利点が
得られる。第１に、使い慣れた楽器を入力源として使用
できるので電子シンセサイザを操作できる人の範囲が大
幅に広がると考えられる。もう１つの利点は、シンセサ
イザからの音調の出力音量を楽器からの入力音調の音量
に対応させることが可能なことである。

音楽振動を発生する能力をもつどのような楽器も、適切
なインターフェースさえ使用すれば、電子シンセサイザ
の入力源として使用することができる。シンセサイザに
よって受入れる入力信号は異なり、所望の音調のピッチ
に比ρ１する直線直流制御電圧、出力されるべきピッチ
を表わす正弦波、又はマイクロプロセッサ制御ミュージ
ックシンセサイザへのデジタルデータなどが使用される
。通常、１つの音楽音は様々な振幅をもついくつかの倍
音又は上音を含むので、シンセサイザが単一の音調の中
にある２つ以上の周波数を誤って検出してしまうという
問題があった。これに対処するため、ピッチ検出器又は
周波数フォロアと呼ばれるいくつかの装置が提案された
。ここでは、典型的なピッチ検出器の動作を説明する。

音楽信号をピッチ検出器に入力する基本的な方法は４つ
ある。その１つは楽器を電磁マイクロホンに近接して演
奏するものである。楽器自体に取付けられる機械的変換
器及び電磁ピックアップを使用することもできるが、こ
の方法は弦楽器と関連して採用されることが最ら多い、
光ファイバ入力システムら使用できる。専ら弦楽器と共
に使用される光ファイバ入力システムの１つは弦の動き
を検出し、その動きを電気信号に変換する。粒重ｑの米
国特許第４，４４２，７５０号に記載されるような別の
光フアイバシステムは光フアイバ信号を発生するために
光フアイバ内部の光変調を使用し、後にこの信号は増幅
される。

音楽に対応する電気信号がピッチ検出器に入力された後
は、その信号から必要な情報を取出すためにいくつかの
異なる方法を１吏用することができる。Ｈａ　ｍ　＋ｎ
の米国特許第４，３５１，２１６号は電子ピッチ検出シ
ステムの１つグ）形磨を記載する。Ｉｆ　ａ　＋ｎ　＋
ｎのピッチ検出器においては、入力信号の各サイクルの
中の基準点がその信号の閾値レベルを設定することによ
り決定される。この基準点は信号がこの閾値レベルと交
差するたびに発生される。信号の周期の推定値は連続す
る基準点の間の持続時間から得られる。このシステムで
は、各信号エンベロープに対して適正な・閾値レベルを
決定するために特殊なアルゴリズムを使用しなければな
らない。

ｄｅ　Ｒｏｃｃｏの米国特許第４，３００，４３１号も
電子楽器のためのピッチ検出器を教示する。このピッチ
検出器は入力音楽信号の周波数に対応する制御電圧を発
生し、この制御電圧の目的は電子ミュージックシンセサ
イザを制御することである。このシステムは閉ループを
使用し、ピッチ入力が検出されたと考えられる前に閉ル
ープにおいである数の連続するピッチ値が得られなけれ
ばならない。向−Ｒｏｃｃｏ特許は、複き音楽信号の倍
音を排除する試みとして可変通過帯域を有する低域フィ
ルタを使用することにより倍音の問題に対処している。

このフィルタの出力端子からのパルス列はカウンタを動
作さぜ、カウンタはパルス列の期間に比例する数を発生
する。シフトレジスタ及び電圧制御発振器を使用して、
入力信号の周波数に比例する誤差電圧が得られ、この誤
差電圧は電子シンセサイザを制御するために使用される
。この音高検出方法の変形はＲｉｃｌ＋ａｒｄｓｏｎの
米国特許第４，１９３，３３２号にも記載されている。

Ｄｅｕｔｓｃｂの米国特許第４，３１３，３６１号に記
載されるデジタル周波数フォロアはピッチ指示値を発生
ずるために内部試験信号と入力音楽信号との比較を利用
して計算を実行する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は複合入力楽音信号のピッチ及び振幅を計
算する新規な、改良された方法及び装置を提供すること
である。このシステムにより新しい機（ｍを実行するこ
とができ、先行技術に伴なう問題の多くは本発明の新規
な方法により解決される。

先行技術に依然として存在する主な問題の１っは、低い
音調がピッチ検出器に入力されるときの応答時間が長い
ことである。この問題は、低い音の周期が長いためと、
検出されている音調が単なるスプリアスノイズ以上のも
のであるという十分な信頼レベルを得る前にいくつかの
連続する同一の値を検出する必要があるためである。従
って、低い音の場合、従来は音調の入力と制御信号の出
力との間に相当の遅延時間がある。これにより、楽曲の
演奏には必要である同期が困難になり、ユーザーにとっ
ては不都合である。この問題は本発明により好ましい実
施例に関して説明するように解決される。

先行技術における別の問題は、楽器を完全にチューニン
グしなければならないことであった。ピッチ検出器は音
調の周期を検出し、この周期に対応する制御信号を調整
なしで出力する。本発明は、制御信号を出力する前にそ
れぞれの音楽音調を標準音楽音調に対応する所定の周期
に量子化する方法を使用する。従って、入力装置として
使用される楽器はチューニングされていなくても良く、
それにムかかわらず出力音は設定基準音調に完全に量子
化される。

先行技術におけるその他の問題は弦楽器とミュージック
シンセサイザとの間に使用される、好ましい実施例の装
置のようなインターフェース装置に特有のものである。

先行技術の別の問題は弦の動きの物理的性質によって起
こる。弦が最初にはじかれたとき、初期振動は同心的で
不安定である。本発明の１つの利点はピッチ値を迅速に
計算することであるので、本発明の特徴によればこの初
期不安定期間の間に弦のピッチを検出することができる
。

公知のピンチ検出方法の１つは、音楽信号から高次の倍
音を除去するために音楽音調の低域フィルタ処理に１衣
存している。先行技術の１つの問題は、１本の弦の音楽
範囲は２オクタ一ブ以上にわたり、これを１つの低域フ
ィルタでは効率良く調整できないことである。特殊な機
能を実行する２つの低域フィルタから構成される本発明
の特別の回路はこの問題を解決する。

先行技術における別の問題は、ピッチ検出器が有効なピ
ッチ値を得た直後に誤ったピッチ値を得てしまうことで
ある。その理由の１つは、弦を放した後の短い期間の間
にその音楽より半音低いピッチで音が発生されることで
ある０本発明のマイクロプロセッサはこのようなスプリ
アス・ピッチを検出し、発生されている不正確な数値を
排除する。また、ピッチ検出器にオクターブ倍音が与え
られたときにも不正確なピッチ値が得られる。本発明の
システムの制御プロゲラ１１は、弦又は音調が再びトリ
ガされない限り、オクターブ値を出力しないので、これ
によりオクターブ誤差も排除される。

本発明は何らかの音楽入力源と共に使用するためのマイ
クロプロセッサ制御ピッチ及び振幅計算器／変換器に関
する。いくつかの新規な方法及び構成を使用することに
より、このシステムは上述のような先行技術グ）制限の
多くを克服する。

以Ｆ余臼 〔問題点を解決するだめの手段、及び作用〕本発明は、
楽器により発生される音調を電子ミュージックシンセサ
イザと共に使用するのに適正な形態の電気信号に変換す
る汎用ピッチ計算器／変換器から成る。本発明は、入力
音楽音調のと・ノチ及び利得データを表わす一連のデジ
タル数を出力とするマイクロプロセッサ制御システムか
ら成る。

ピッチ検出器システムに使用するのに最適の特殊な赤外
線ピックアップは弦楽器に取付けられる。

このピックアップの出力は独立型装置に伝送され、そこ
でまず増幅される。この増幅信号は全波整流器と、平均
化回路とに伝送される。平均アナログ１直はＡ／Ｄ変換
され、平均アナログ値を表わすデジタル数はマイクロプ
ロセッサにより入力として処理される。平均値は新しい
音調の発生を検出するためにも使用される。

この先に増幅された信号は１対の低域フィルタにも印加
され、そこで音楽音調中の望ましくない倍音周波数が除
去される。フィルタで処理された信号は比！ＩＩ２器に
伝送され、比較器はフィルタて処理された信号のピッチ
に比例する方形波出力を発生する。次に、特殊な信号が
この方形波出力の周波数をデジタル数に変換する。この
デジタル数は記憶手段に対するアドレスとして使用され
る。この記憶手段は可能な全てのアドレスのそれぞれに
、標準音調ピッチの基本周波数を表わす量子化値をその
アドレスに対応するデータとして記憶している。この量
子「ヒデータ語はこの記憶手段からマイクロプロセッサ
に出力される。

動作中、マイクロプロセッサにはＡ／Ｄ変換器からの平
均アナログ値データと、ピッチ計算器回路からのデジタ
ル１ヒ量子ｆヒピツチデー夕とが与えられる。そこで、
マイクロプロセッサは有効データが現われるときを判定
し、その陵に始めて電子ミュージックシンセサイザにデ
ジタル情報を出力する。その池の基準の中でも特に、マ
イクロプロセッサは楽器により新しい音調が発生された
ことを示すパルスを新音側検出器から受信しなければな
らない。さらに、マイクロプロセッサはピッチを有効で
あると考える前に同一のピッチを所定の回数だけ連続し
て検出しなければならない。

システムの別の利点は、記憶手段のプログラミングを変
更することにより、本発明によりピッチ移調の自動計算
を達成できることである。

〔実施例〕

以下、添付の図面を参照して本発明の詳細な説明する。

まず、本発明の特定の一実施例をブロック線図の形で示
す第１図を参照して、システムの動作全般を説明する。

第１図において、楽器１０又は１２は装置に楽音を入力
するために使用される。弦楽器１０の場合、信号入力手
段を特殊な光学ピッチ検出器とすることができる。その
ような特殊ピッチ検出器は、ピッチ計算器がポリフォニ
ックに処理することができないために、すなわち所定の
ピッチ計算器回路に対し入力として１づの音楽音調しか
許されないために必要である。従来の磁気ピックアップ
及び光学ピックアップは、一般に、隣接する弦の振動の
少なくとも一部をピックアップするが、これは好ましい
実施例のようなシステムでは許容されないと考えられる
。管楽器１２の場きには、（管楽器は１度に１つの音調
しか発生することができないので）音を電気信号に変換
するために通常のマイクロホン１６を使用できる。

所望の信号は増幅器１８に伝送され、そこで、信号入力
手段１４又は１６により発生された低レベル信号はさら
に高い電圧に増幅される。増幅器１８の出力は低域フィ
ルタ回路２０と、平均１ヒ回路２２とに伝送される。

平均化回路２２は全波整流器２４と、その漫に接続され
るキャパシタ２６とから構成される６キヤパシタ２６は
抵抗器２８を介して接地点に至る放電路を有する。増幅
された信号は整流されてキャパシタ２６に供給され、キ
ャパシタ２６は音楽音調の平均アナログ電圧値まで充電
する。このように、音楽入力信号の平均値に対応する電
圧が絶えず接続点３０に現われる。この平均値はアナロ
グ／′デジタル変換手段、この場合はＡ／Ｄ変換器３２
によりサンプリングされる。Ａ／Ｄ変換器３２は入力信
号の利得値に対応する８ピツ？”　ａＭを発生する。こ
の８ビット語は処理手段３４（この場きは６８０９マイ
クロプロセツサ）に送られる。

接続点３０に現われる平均電圧は新音調検出器手段３６
にされに供給される。この検出器は信号のアナログ値を
追跡するために浮動閾値を使用し、アナログ値の急激な
シフトが検出されるたびに、パルスを発生する。新音調
検出器３６により発生されるパルスは新しいデータが利
用可能になったことを指示するためにプロセッサ３４に
供給されると共に、後述するように低域フィルタ回路２
０に使用するための１００ミリ秒パルスを発生するパル
ス手段３８に供給される。

楽器１０又は１２により発生され、増幅器８により増幅
された周期的信号は低域フィルタ回路２０にも供給され
る。低域フィルタ回路２０は２つの低域フィルタ（ＬＰ
Ｆ）から構成される。

ＬＰＦ４０の遮断周波数は特定の弦のルート値（組直）
に設定される。このルート値は完全に開放された状Ｂ（
フレットに押付けられていない）にあるときの弦のピッ
チである。ＬＰＩ”４２はルート値の２オクターブ上に
設定され、ＬＰＦ４０と直列に接続されている。２つの
低域フィルタ４０及び４２は、高いロールオフ、すなわ
ち’ＱＪで安定した動作が得られ、スイッチングキャパ
シタのフロラフレ−１・を切替えることによりフィルタ
遮断周波数を容易に切替えることができるスイッチトキ
ャバシタ形フィルタである。さらに、２つの低域フィル
タ４０及び４２はｒ＆述するように電子的に切替え可能
な変数「Ｑ」を有する。

弦楽器の場合、振動する弦はルートピッチで最大の倍音
データを発生する。第１のＬＰＦ４０はこのルート値に
設定されるので、ルートにおける倍音誤差を有効に減少
させる。しかしながら、演奏者は弦の有効長さを十分に
短縮することにより弦からはるかに高い音高を得ること
ができる。弦のピッチが高くなるにつれて、ＬＰＦ４０
のフィルタ出力利得は使用不可能になるまで徐々に低く
なる。第２のＬＰＦ４２はＬＰＦ４０の２オクターブ上
に同調されており、弦のピッチがルートの２オクターブ
上に近づくまでほぼ動作しない状態のままである。この
弦からのピッチがルートの２オクターブ上に近づくと、
ＬＰＦ４２は共振し始め、その後の処理に十分なほど利
得を増加させる。

これらの低域フィルタ４０及び４２の動作は以下に第５
図を参照して詳細に説明する。

弦を最初にはじいたとき、初期振動は偏心的で不安定で
ある。弦振動の物理的性質によれば弦は最初はルー）・
ピッチで振動し、倍音に減退する。

この問題は新音調検出器３６を使用して解決される。弦
が最初にはじかれたとき（すなわち、一つの音調が最初
に発生されたとき）、新音調検出器３６はパルスを出力
する。次に、このパルスはパルス手段３８に送られ、得
られるパルス出力は低域フィルタ４０及び４２のシフｌ
−’　Ｑ　Ｊ入力端子に送られる。この１００ミリ秒パ
ルスの持続時間中、「Ｑ」値は１オクターブにつき約６
ｄＢ　＝ｉ、で低下される。これにより、初期弦不安定
状憇のこの臨界周期の中でピッチを計算することができ
る。

１００ミリ秒パルスの終了時に、ＬＰＦ４０及び４２は
ピッチ追跡を続行するために再び高い”ＱＪに設定され
る。

低域フィルタ回路２０の出力はピッチ計算器／量子化器
回路４４に印加される。この回路において、フィルタで
処理された信号は、まず、「浮動」基準電圧を利用する
比較器に洪給される。この比較器の浮動閾値は、入力信
号に対して平均アナログ電圧閾値を洪給する抵抗器とコ
ンデンサにより提供される。フィルタで処理された信号
はこの閾値と比較され、フィルタで処理された信号がこ
の閾値を越えるたびに比較器の出力は状想念変える。

このようにして、フィルタで処理された入力信号の周波
数に対応する方形波出力が発生される。この比較器回路
は比較器の切替え領域における発振を減少させるために
プリセットヒステリシス回路網をさらに有する。

比較器４６から得られた方形波信号はシフトレジスタ４
８に１云送され、そこて′システムクロック５０と同期
される。カウンタ５２は、システムに印加される最低限
のピッチの２１３倍の速度で発振するクロック５４によ
り駆動される。１４ピツＩ〜カウンタであるカウンタ５
２は、リセットされる前に、受信したクロック５４のサ
イクルの数をカウントする。カウンタ５２に対するリセ
ットは、４ビツトシフトレジスタ４８がその「ＤＪ入力
端子に比較器４２からの高レベルの方形波を受け、シス
テムクロック５０に立上り端が現われたときに起こる。

このように、カウンタ５２はシステノ、クロックと同期
してリセッｌ〜される。

ジフトレジスタ４８はカウンタ５２と１０ビツトラツチ
５６との間の１０本の信号線における現在有効であるデ
ータを保持するために１０ビツトラツチ５６をさらにク
ロックする。ジフトレジスタ４８からラッチ５６へのク
ロック信号は、ラッチ５６へのデータのセットアツプ時
に競な状態が起こらないように、カウンタ５２がリセッ
ｉ・されるより十分に前の時点で現われる。

ラッチ５６の出力端子に現われる１０ビツト数は記憶手
段、この場きはＥｒ’ＲＯＭ　５８のアドレスとして使
用される。これにより、入力データの量子化を制御する
ことができる。完全にチューニングされていない状態の
弦に加え、ピッチのわずかな変化はピッチ値の変化を生
じさせる。ＥＦＲＯＭ　５８は、ある範囲の入力値に特
定の１つの数値を割当てるための表を記憶している。た
とえば、音調「Ａ４４０」がｒＡ４４６ＪとｒＡ４３５
．の２つの値の間で変化すると考えると、ＥＦＲＯＭ　
５８は２つの値に対して同じ数を出力する。このように
、プロセッサ３４は入力されている音調に関して量子化
された表値のみを受取る。プロセッサ３４はピッチ周期
が計算されるたびに通知される。

プロセッサ３４はプリセラ）・された数のサンプルを比
較し、それらが同一であれば、有効ピンチ値が発生され
る。ソフトウェアは、有効ピッチ決定のためにプロセッ
サ３４が［値を連続して受取ることを要求する。１つの
値が範囲外にあれば、プロセッサ３４はデータを無効と
し、後続するサンプルを再び計算しようと試みる。

ピッチ計算器／量子化器回路４４に関して説明したピッ
チ計算・量子化方法を使用して、先行技術における重大
な問題が克服される。従来も、上述の実施例の場合と同
様に、処理手段はピッチ値を発生させる前にプリセット
された数の同一の値を連続して要求すると考えられる。

このために、計算されたピッチ値が単にスプリアスノイ
ズ又は弦の倍音ではないという信頼レベルが上昇した。

楽音が低くなるにつれて振動周期は長くなるので、特に
ピッチ値の出力前に多数のサンプルを要求するシステム
においては、ピッチ値の計算に相当の遅延が発生する。

この場自、情報は入力音調より遅れるので、演寞苦にい
らだたしさと感じさせると共に、同期が困難になる。

これを補償するために、このシステｌ＼の別の実施例に
よれば、弦楽器が全ての高くピッチされた弦を使用でき
るようにユーザーの手で電子回路を切替えることができ
る。たとえば、ギターはＥ１０／Ｂ／Ｃ／Ｄ／八／Ｅ’
ｌといった弦構成を有し、低いＥ■の弦は高いＥ（０の
弦の２オクターブ下である。この別の実施例においては
、全てを高いＥｌｌｌの弦と考えて、それらと全て高い
Ｅにチューニングすれば良い。ピッチ計算器／量子化器
回路４４のＥＰＲＯＭ５８をＤ／Ｇ／Ｄ／Δ及びＥ′２
＋弦に関して調整することにより、ソフトウェアとハー
ドウェアはこの変化を補償し、正しいチューニングで演
奏された場きにその弦の正しい値と考えられる値を再生
する。これにより、演奏者が楽器を通学道りに演奏して
いる間に、全ての弦についてピッチ値を迅速に計算する
ことができる。ミュージックシンセサイザは正しいピッ
チを再生するので、演奏者が弦の不正確な（未調整の）
値を聞くことはない。

システムの別のルーチンはシステム計算における倍音誤
差及び半音誤差を減少させる。このルーチンは有効サン
プルの値と、有効サンプルのオクターブ上の倍音を表わ
すと考えられる数に関する試験と比較する。このルーチ
ンては、新音調検出器が再Ｉ〜リガされない限り、オク
ターブ直を出力することはできない。同様に、弦が有効
サンプルの半音下の音を出しているとき、この不正確な
値は新しい音調が検出されない限りプロセッサ３４によ
り無視される。弦運動の物理的性質によれば、演奏者が
弦を放したとき、半音低いピッチが発生される短い１ｍ
間がある。このルーチンはそれらの誤差を排除し、プロ
セッサ３４によるオクターブ倍音及び半音の計算を容易
にするように量子化された入力データなしには容易には
作用できないと考えられる。

このシステムと関連して弦楽器と共に使用するための光
学ピッチセンサシステムが第２図に示されている。先行
技術により教示される赤外線再生器ピックアップは数多
くある０通常、それらの再生器ピックアップは、弦の下
方の発光器と弦の上方の検出器又は弦の上方の発光器と
弦の下方の検出器により赤外線照射フィールドがフレッ
ト板と垂直の平面に形成されるように取ｆ寸けられる。

それらのピックアップにおいては、発光器により形成さ
れる赤外線照射フィールドは振動する弦によって妨害さ
れる。これは検出器により検出され、電気信号に変換さ
れる。本発明と共に使用するのに最適な赤外線センサの
１つの形態が第２図に示される。この光学ピッチ検出器
６６は楽器６８のフレット板の平面と平行である。この
平行取付は構成により、指又はフレット板のどのような
位置にある弦も一貫して追跡することができ、ピッチを
変更するために弦が屈曲されても、弦は赤外線照射フィ
ールドの外に出ない。

ピッチセンサ１４は赤外線照射フィールドの外で弦の動
きを全て止めてしまうので、弦振動の十分な再生器とは
いえない、この実施例においては、赤外線照射フィール
ドは開口ｌｌ１１１Ｉと、非常に狭い。

振動する弦は振動するときに赤外線照射フィールドを遮
断するので、弦のピッチを正確に追跡する。

音楽信号が汎用ピッチ変換器に入力された後、変換器に
おける第１のステップはこの信号を増幅器１８と同様に
増幅することである。次に、この増幅信号は低域フィル
タ回路２０及び新音調検出器回路２２に供給される。第
４図には、新音調検出器回路２２の詳細な図が示されて
いる。増幅器１８により増幅されたような音楽は、まず
、全波整流器２４により整流される。全波整流器２４は
、１の利得を有する反転増幅器９０と並列のダイオード
８８から構成される。反転増幅器９０はここでは演算増
幅器として形成されているが、その他にし数多くの実施
例が可能である。反転増幅器９０の出力はダイオード９
２に供給される。ダイオード８８及び９２の出力は接続
点３０で会計される。ダイオード８８は信号の正部分を
整流し、これに対し、反転増幅器９０とダイオード９２
は信号の負部分を反転し、整流している。接続点３０に
は、全波整流された信号を直流レベルに平均化するキャ
パシタ２６がさらに接続される。キャパシタ２６は、キ
ャパシタ２６の直流電圧が入力音楽信号の実効値（ＲＭ
Ｓ値）をほぼ追跡するように、抵抗器２８を介して接地
点に至る放電路を有する。接続点３０のこの平均値は、
プロセッサ３４に振幅データとデジタル形態で提供する
ために、Ａ／Ｄ変換器３２にも供給される。

接続点３０のこの直流レベルは新音調検出器手段３６に
さらに印加される。電圧は抵抗器９６及び９７から構成
される抵抗分圧器２８を介して演算増幅器９４の一方の
極に供給される。電圧は抵抗器９８を介して演算増幅器
９４の他方の極にも供給される。抵抗器９８はキャパシ
タ１００を介して接地されることにより、演算増幅器９
４の第２の極の側にＲＣ充電回路網を形成する。

動作中、新しいアナログレベルが設定されたときにキャ
パシタ２６は短時間、キャパシタ１００より高い値に充
電されるので、新しい音調は新音調検出器３６により検
出される。これは、キャパシタ２６が仝波整流器２４に
より直接充電されるのに対し、キャパシタ１００は直列
の抵抗器９８３有するので、その充電速度が制限される
ために起こる。キャパシタ２６がキャパシタ１００より
高い電圧を有するとき、演算増幅器９４は「１」レベル
に切替わる。しかしながら、キャパシタ１００は直ちに
同じ値まで充電するので、演算増幅器９４は「０」レベ
ルに戻る。このパルスは音調、すなわち弦の最初のはじ
きを検出する。キャパシタ２６及び１００は信号の全蝦
アナログ直を追跡する際に「浮動閾値」を利用するが、
弦がはじかれ、または音響発生された音調のような全て
の急激なシフトは回路を不均衡状態とし、パルスを発生
させる。

発生されたパルスは新しいデータが利用可能となったこ
とを指示するためにプロセッサ３４に送られると共に、
パルス手段３８に送られる。パルス手段３８として、テ
キサスインスツルーメント社製造の７４１２３タイプ又
は５Ｎ５５５タイプなどの単安定マルチバイブレーク集
積回路を使用することができる。この実施例において、
マルチバイブレータは、オンされたときにキャパシタ１
０４の間に短絡を発生させるトランジスタ１０２から形
成される。トランジスタ１０２がオフのとき、キャパシ
タ１０４は抵抗器１０６を介して最大値まで充電しなけ
ればならない、キャパシタ１０４の後に、ヒステリシス
を提供し、ひずみのないパルス端を確保するシュミット
１〜リガ１０８が設けられる。このパルスは低域フィル
タ４０及び４２のシフトＱ入力端子に送られる。

第５図を参照して、低域フィルタ回路２０の詳細な動作
を説明する。低域フィルタ回路２０は理想的な動作をし
ない現実の低域フィルタの特性を利用する。本発明によ
り規定される特殊な方法で同調された２つのフィルタを
直列に接続することにより、このジステノーの所望の目
的を達成する低域フィルタシステムが形成される。

第５図において、曲線１１０は弦のルート直にその遮断
周波数がある理想のフィルタの利得、′周波数曲線であ
る。曲線１１２は弦のルート値に同調された低域フィル
タ４０に関する実際の利得／周波数曲線である。この理
想的でないフィルタにおいては、遮断値よりはるかに低
い周波数が大きく増幅されることなくフィルタを通過す
る。フィルタの遮断値に近づくにつれて、フィルタは「
共振」し始め、フィルタの利得は著しく増加する。

曲線１１２に示されるようなフィルタの利得は遮断値の
領域で最も高い、この遮断値の２オクターブ上の周波数
で、低域フィルタ４０の利得は出力が使用不可能になる
ほど低くなる。この時点で、ルート値の２オクターブ上
に同調された低域フィルタ４２は共振し始めており、そ
れにより利得を再び増加させる。低域フィルタ４０及び
４２の組合せの出力は第５図の合成曲線１１６として示
されている。これらの曲線が示すように、現実の低域フ
ィルタの独特の特性を使用することにより、所望の機能
を実行す利得／周波数特性がシステムに対して得られる
。

曲線１１２及び１１４は高い’ＱＪ状態にあるときの低
域フィルタ４０及び４２０−ルオフ特性に対応する。前
述のように、より漸進的な傾きを得るようにＱ値を低下
させることが望ましい場きもある。これは、弦が最初に
はじかれたときに発生されるような、より不安な定音調
からピッチを検出できるという効果を有する。

低域フィルタ回路２０の出力端子はピッチ計算器／Ｊｉ
子化器回路４４に接続される。この回路４４の詳細は第
６図に示されている。

動作中、フィルタで処理された信号は、まず、比較器４
６に入力される。比較器４６は、信号の平均値に絶えず
調整される浮動閾値を使用する。

この平均化は、演算増幅器１２８の一方の極に接続され
る抵抗器１２４とキャパシタ１２６により実行される。

演算増幅器１２８の他方の極は抵抗に１３０を介して信
号に直接接続する。フィードバックとヒステリシスは、
演算増幅器１２８の一方の儀とその出力端子との間の抵
抗器１３２により得られる。抵抗２″：１１２４及びキ
ャパシタ１２６は入力信号に対して平均アナログ電圧を
提供する。入力１３号はこの平均電圧と比較され、演算
増幅器１２８の出力は、入力信号がこの平均電圧により
設定される閾値と交差するたびに状態を変える。これに
より、入力信号と同じ周波数の方形波が演算増幅器１２
８の出力端子に発生される。

比軸器４６の出力端子はシフトレジスタｔ１８に接続さ
れる。シフトレジスタ４８はタイミング源としてＩＭＩ
Ｉｚシステムクロック５０を使用し、演算増幅器１２８
からの方形波の４１部をシスデムクロック５０と同期さ
せるように動作する。システｌいクロック５０は、弦の
最低限のピッチの２１３１音で動作するクロック５４を
発生ずるためにも使用される。ｒＮ、分周装置１３４は
システムクロック５０からクロック５４を発生するため
に使用される。

クロック５４は、比較器４６からの出力として方形波の
周波数をカウントする１４ビツトカウンタ５２を動作さ
せるために使用される。このカウンタのデジタルカウン
トは１０ビツトラツチ５６に伝送される。

動作中、クロック５４はカウンタ５２を絶えず増分する
。比較器４６により発生される方形波はジフトレジスタ
４８の「ＤＪ入力端子への入力として使用される。シス
テムクロック５０の立上り端が現われるたびに、入力信
号の状態変化が開始され、レジスタチューンをシフトダ
ウンする。入力信号の立下り端に対して、第１のシステ
ムクロックパルスはそのときに１４ピッＩ−カウンタ５
２にあるデータを１０ビツトラツチ５６にラッチさぜる
。第２のシステムクロックパルスはカウンタ５２をリセ
ットし、サイクルを再び開始させる。

カウンタ５２がリセットされるこの時点から、カウンタ
５２はゼロから始まって、クロック５４がらのクロック
パルスをカウントする。最低限のピッチの入力信号が入
力された場合、クロック５４の周波数は、カウンタ５２
が再びリセットされる前に２１３個のクロックパルスが
カウントされ、従って１４ビツトカウンタ５２があぶれ
を生じないように選択されている。信号の周期がこの最
低ピッチ信号より短ければ、ラッチ５６に記憶されるデ
ジタル数はカウンタ５２のリセットから次のリセットま
での間のクロックパルスの数のカウントとなる。カウン
タ５２はあふれ阻止機構をさらに有するので、数２１３
を越えると、Ｓ１４出力端子からハイレベルが発生し、
ＮＯＲデート１３６を「シャムコする。このように、ク
ロックパルスは１４ビツトカウンタ５２をそれ以上増分
できず、カウンタはリセットされるまでこの状態にとど
まる。

シフトレジスタ４８は次のように動作する。入力方形波
信号の立下り端に対して、シフトレジスタ４８のＱ１出
力は、まず、ローになる。この信号は第２のレジスタま
でまだ伝播していないので、この１つのクロックパルス
に対してＷ２もローにになる。Ｑｌ及びτ２はＮ　ＯＲ
ゲート１３８に入力される。Ｑｌとζ２が共にローであ
るとき、ラッチ５６をクロックするためのバイパルスが
発生されるので、カウンタ５２の現在カウントは保持さ
れる。同様に、次のクロックパルスに対して、Ｑ２及び
τ３はＮ　ＯＲゲート１４０含ハイ状態に切替え、１４
ビツトカウンタ５２をリセットする。

ＮＯＲゲート１３８から立上り端３受収るラッチ５６は
、その入力信号線に有効データが存在することを指示し
、このデータはこの時点でラッチ５６にクロックされる
。次に、入力パルスの周波数のデジタルカウントに対応
する有効データはラッチ５６の出力端子に現われる。こ
の出力はＥＰＲＯＭ５６に対するアドレスとして使用さ
れる。

音楽信号のピッチの量子化はＥＦＲＯＭ　５８により次
のように実行される。ＥＰＲＯＭ　Ｓ８は「ルックアッ
プテーブル」を記憶し、ｊ［キ定の弦について可能な全
てのピッチ位はＥＰＲＯＭ　５８のアドレスとして記憶
されている。εＰＩＩＯ８５８内部のあらゆるアドレス
のそれぞれに対応して、検出された入力アドレスに最も
近い標準楽音に対応する正規化値が存在する。

すなわち、カウンタ５２の出力が音調ｒＡ４３５Ｊに対
応すると考えられる数を含む場合、その数はＥＰＲＯＭ
　５８に対するアドレスとして使用される。

ＵＰＲＯＭ　５８のアドレスｒＡ４３５Ｊにあるデータ
はｒＡ４３５Ｊの正規化値であるｒＡ４４０．である。

この８ビツト数がプロセッサ３４に出力されることにな
る。このように、ＥＦＲＯＭ　５８は全ての範囲の音楽
値を１つの標準化音楽に量子化する。

このシステムの別の実施例によれば、全てを高ピツチの
弦としてチューニングされた弦楽器を使用できるように
ピッチ計算器の電子回路を変更することができる。この
実施例の利点は、全ての音調が高周波数であるために、
ピッチの検出がはるかに速く行なわれることである。上
述のような量子化方法によりこの別の実施例を実現する
ことができる。ＥＦＲＯＭ　５８内のデータはアトしス
に対して対応性を有していなくてム良いので、たとえば
、高い「Ｆ」のピッチを検出して、Ｅｌ”ＲＯＭに低い
Ｃに対応するピッチデータを出力させることができるで
あろう。ピッチ計算器／量子化器回路４４のＥｒＩｔＯ
Ｍ　５８を変更するだけで、入力されるピッチ値と最も
近い移調音調に量子化することは続けたまま、ルックア
ップテーブルを入力音高値から異なる音高値を出力する
ように調整することができる。

Ａ／Ｄ変換器３２からの振幅データを表わす８ビット語
と、ＥＰＲＯＭ　Ｓ８からの量子化ピッチ値を表わす８
ビット語とはプロセッサ３４に伝送され、プロセッサ３
４は電子ミュージックシンセサイザと共に使用するため
のデジタルデータを提供する。

プロセッサ３４は有効ピッチが認識されたか否か及び有
効振幅データが存在するときを計算するために内部プロ
グラムを使用する。プロセッサ３４は新音調検出器回路
２２から新データ利用可能パルスを受信し、上述のよう
に新しい音調が検出されない限り、半音又はオクターブ
の変化を許さない、プロセッサ３４は電子シンセサイザ
と共に使用するためのデータ及び振幅をフォーマット作
成する池に、いくつかのハウスキーピンク機能をさらに
実行する。

以上、本発明のいくつかの実施例のみを詳細に説明した
が、それらの実施例について本発明の新規な教示及び利
点からはずれることなく多数の変形が可能であることは
当業者には容易に理解されるであろう。

従って、そのような変形の全ては特許請求の範囲に限定
されるような本発明の範囲内に含まれるものとする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、好ましい実施例のブロック線図、第２図は、
光学音高センサ、この場合は赤外線ピッチセンサを示す
図、 第３図は、この赤外線ピッチセンサの平面における弦の
動きを示す図、 第４図は、第１図に示されるような新音調検出器手段の
詳細な図、 第５図は、第１図に示されるような低域フィルタ回路の
さらに詳細な図、及び 第６図は、第１図に示されるような量子化手段の詳細な
図である。 １０　、１２・・・楽器、　　　　１４・・・光学ピッ
クアップ、１６・・・マイクロホン、 １８・・・増幅器、　　　２０・・・低域フィルタ回路
、２２・・・平均化回路、　２４・・・全波整流器、３
２・・・Ａ／Ｄ変換器、 ３４・・・マイクロプロセッサ、 ３６・・・新音調検出器、３８・・・パルス手段、４０
　、４２・・・低域フィルタ、 ４４・・・ピッチ計算器／量子化器回路、４６・・・比
較器、　　　　４８・・・シフトレジスタ、５０・・・
システムクロック、 ５２・・・カウンタ、　　　５４・・・クロック、５６
・・・１０ビツトラツチ、 ５８・・・ＥＰＲＯＭ。 以ト食Ｉヨ １面の浄書（内部に変更なし） 手続補正書（方式） 昭和６１年１１月１４日 特許庁長官　黒　１）明　雄　殴 ｌ、事件の表示 昭和６１年特許願第１９５６９１号 ２、発明の名称 楽器用の汎用ピッチ及び振幅計算器及び変換器 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 氏名　ピング　マツコイ　　（４ｒ石）４、代理人 住所　〒１０５東京都港区虎ノ門−丁目８番１０号６、
補正の対象 （１）委任状 （２）明細書 （３）図面 ７、補正の内容 （１）別紙の通り （２）明細書の浄書（内容に変更なし）（３）図面の浄
書（内容に変更なし） ８、添附書類の目録 （１）委任状及び訳文　　　　　　　　各１通（２）浄
書明細書　　　　　　　　　　　１通（３）浄書図面　
　　　　　　　　　　　１ｉ１１１″′ｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、楽器からの周期的信号を検出し、それを示す検出信
   号を供給する手段と； 該検出信号が所定の閾値を越えたとき、それを測定する
   閾値手段と； 測定可能な時間周期の中で該閾値を越える回数をカウン
   トし、それを示すカウントを供給するカウンタ手段と； 所定のアドレス可能な場所に複数の量子化基本周波数を
   記憶する記憶手段と； 該カウントに基づいて該記憶手段をアドレスし、そこに
   記憶されている量子化基本周波数を読み出す手段と； を具備する、楽器からの周期的信号の量子化基本周波数
   を測定する装置。 ２、該量子化基本周波数は該楽器からのピッチ入力の量
   子化値に対応する特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３、該量子化基本周波数は該楽器からのピッチ入力とは
   移調係数だけ異なるピッチの量子化値に対応する特許請
   求の範囲第１項記載の装置。 ４、該所定の閾値は該周期的信号の平均レベルに対応す
   る値である特許請求の範囲第１項記載の装置。 ５、楽器からの周期的信号を検出し、それを示す電気信
   号を供給する検出器手段と； 該周期的信号が所定の閾値を過ぎたとき、それを測定す
   る比較器手段と； 測定可能な時間周期の中で該周期的信号が該閾値を越え
   る回数をカウントし、それを示すカウントを供給するカ
   ウンタ手段と； 該カウントの全ての可能な値に対応するアドレスに複数
   の標準基本周波数を記憶する記憶手段と；該カウントを
   該記憶手段に対するアドレスとして使用して該記憶手段
   をアドレスする手段であって、該標準基本周波数は該ア
   ドレスに対応するデータとして記憶されるものと； を具備する、楽器からの周期的信号の量子化基本周波数
   を測定する装置。 ６、該量子化標準は該音調の該ピッチと移調係数だけ異
   なる特許請求の範囲第５項記載の装置。 ７、該所定の閾値は該周期的信号のアナログ平均値であ
   る特許請求の範囲第５項記載の装置。 ８、所定の数の連続する該標準基本周波数が同一である
   か否かを判定し、該所定の数の標準基本周波数が検出さ
   れるまで有効データの出力を許さない処理手段をさらに
   具備する特許請求の範囲第６項記載の装置。 ９、楽器のピッチ及び振幅に対応する電気信号を発生す
   る信号入力手段と； 該電気信号の倍音内容を減少させるフィルタ手段と； 該電気信号が所定のアナログ閾値を過ぎたとき、それを
   測定する閾値手段と； 測定可能な時間周期の中で該電気信号が該所定の閾値を
   過ぎる回数をカウントし、それを示すカウントを供給す
   るカウンタ手段と； 所定のアドレス場所に複数の基本周波数を記憶する記憶
   手段と； 該カウントをアドレスとして使用して該記憶手段をアド
   レスする手段であって、該アドレスに対応するデータは
   標準音楽音調のピッチを表わす量子化標準であるものと
   ； 所定のプログラムに基づいて該量子化標準を有効である
   として選択的に受入れるか、又は無効であるとして拒絶
   する処理手段と； を具備する、楽音信号を電子ミュージックシンセサイザ
   と共に使用するためのデジタルデータに変換する楽器用
   のピッチ及び振幅変換装置。 １０、該楽器により新しい音調が発生されたとき、それ
   を検出する新音調検出器手段をさらに具備する特許請求
   の範囲第９項記載の装置。 １１、該新しい音調の検出に応答して該フィルタ手段の
   ロールオフ傾きを変化させる手段をさらに具備する特許
   請求の範囲第１０項記載の装置。 １２、該電気信号の平均アナログ値を該処理手段に報告
   するアナログ／デジタル変換手段をさらに具備する特許
   請求の範囲第１１項記載の装置。 １３、該量子化標準の該ピッチは該入力音楽信号と移調
   係数だけ異なる特許請求の範囲第１２項記載の装置。 １４、該カウンタ手段は、 該フィルタで処理された電気信号が該所定の閾値を過ぎ
   たとき、それを測定する比較器手段と；該比較器手段の
   出力をシステムクロックと同期させるシフトレジスタ手
   段と； システムの最低限の入力周波数の２＾１＾３倍の周波数
   のクロックを供給する第２のクロック手段と；該第２の
   クロックからのクロックパルスの数をカウントするリセ
   ット可能なカウンタ手段と；サイクル中の該データが有
   効であると判定された時点で該リセット可能なカウンタ
   手段のカウントを保持するラッチ手段と； を具備し、該カウントは該同期された比較器手段の出力
   が状態を変えるときに該ラッチ手段にラッチされ、その
   後、該シフトレジスタ手段は該リセット可能なカウンタ
   手段をリセットする特許請求の範囲第１２項記載の装置
   。 １５、該処理手段は３つの同一のピッチ値を連続して受
   取った後に始めてピッチ値を有効であるとして受入れる
   特許請求の範囲第１０項記載の装置。 １６、さらに、該処理手段は、新しい音調が発生された
   ことを該新音調検出器手段が指示しない限り、先の音調
   より半音低い音調を全て拒絶する特許請求の範囲第１５
   項記載の装置。 １７、さらに、該処理手段は、新しい楽音が発生された
   ことを該新音調検出器手段が指示しない限り、先の音調
   より１オクターブ高い音調を全て拒絶する特許請求の範
   囲第１６項記載の装置。 １８、該信号入力手段は赤外線ピッチセンサシステムで
   ある特許請求の範囲第１７項記載の装置。 １９、楽器からの最低限の周波数より高い周波数を減衰
   する第１の低域フィルタ手段と； 該最低限の周波数よりある間隔だけ高いが、該楽器の音
   楽範囲内には含まれる周波数を減衰する第２の低域フィ
   ルタ手段と； 該楽器により新しい音調が発生されるたびに、選択自在
   の時間間隔の間、該第１の低域フィルタ手段及び該第２
   の低域フィルタ手段のロールオフ傾きを変更する手段と
   ； を具備する楽器からの音調の倍音周波数成分を最小化す
   る回路。 ２０、該第１の低域フィルタ手段及び該第２の低域フィ
   ルタ手段はそれらの遮断周波数で最大の利得を有する特
   許請求の範囲第１９項記載の回路。 ２１、該変更されるロールオフ傾きは１オクターブにつ
   き６ｄＢである特許請求の範囲第２０項記載の回路。 ２２、該選択自在の時間間隔は１００ミリ秒である特許
   請求の範囲第２１項記載の回路。 ２３、該第１の低域フィルタ手段及び該第２の低域フィ
   ルタ手段はスイッチドキャパシタ能動形フィルタである
   特許請求の範囲第１９項記載の回路。 ２４、楽器からの周期的信号をそれを示す電気信号に変
   換する過程と； 所定の時間周期の中で該周期的信号が所定の閾値を過ぎ
   る回数に対応するデジタル数を発生する過程と； データを記憶装置に記憶する過程であって、該データは
   該記憶装置の所定のアドレス可能な場所に複数の量子化
   標準を含む過程と； 該デジタル数に基づいて該記憶装置をアドレスする過程
   と； アドレスされた場所に記憶されている量子化標準を読出
   す過程と； を具備する、楽器からの周期的信号の量子化基本周波数
   を測定する方法。 ２５、該量子化標準は該周期的信号の周波数と移調係数
   だけ異なる特許請求の範囲第２４項記載の方法。 ２６、プリセットされた数の連続する該量子化値が同一
   であるか否かを判定する過程と； 該プリセットされた数の連続する同一の値が検出された
   ときに有効データを出力する過程と；をさらに含む特許
   請求の範囲第２４項記載の方法。 ２７、楽器のピッチ及び振幅に対応する電気信号を発生
   する過程と； 該電気信号の倍音内容をフィルタ処理により減少させる
   過程と； 所定の時間周期の中で該電気信号が所定の閾値を過ぎる
   回数に対応するデジタル数を発生する過程と； 複数の標準音調ピッチ値を記憶装置の所定のアドレスに
   記憶する過程と； 該デジタル数を該記憶装置にアドレスとして供給するこ
   とにより、該記憶装置からデータとして量子化標準を受
   取る過程と； 所定のプログラムに基づいて該量子化標準を選択的に受
   入れるか又は拒絶する過程と； 該受入れられた量子化標準のそれぞれに対して出力信号
   を供給する過程と； を具備する音楽信号をデジタルデータに変換する楽器の
   ためのピッチ及び振幅変換方法。 ２８、該楽器により新しい音調が発生されたとき、それ
   を検出する過程をさらに含む特許請求の範囲第２７項記
   載の方法。 ２９、該検出する過程が新しい音調を検出したときに該
   減少させる過程に使用される手段の利得／周波数応答特
   性を変更する過程をさらに含む特許請求の範囲第２７項
   記載の方法。 ３０、該音楽信号の平均振幅に対応するデジタル数を発
   生する過程をさらに含む特許請求の範囲第２９項記載の
   方法。