JP2002341886A - 音階認識方法および装置 - Google Patents

音階認識方法および装置

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JP2002341886A JP2001147448A JP2001147448A JP2002341886A JP 2002341886 A JP2002341886 A JP 2002341886A JP 2001147448 A JP2001147448 A JP 2001147448A JP 2001147448 A JP2001147448 A JP 2001147448A JP 2002341886 A JP2002341886 A JP 2002341886A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 入力されたアナログ音声信号がアナログ／デ
ィジタル変換器によって変換されたディジタルデータを
Ｄ，認識する楽音の周波数（音階）をｆ，現在の時間を
ｔとしたとき、周波数ｆとディジタルデータＤとから音
声信号のフーリエ正弦級数の係数を求めるための累積値
Ａｓの算出，周波数ｆとディジタルデータＤとから音声
信号のフーリエ余弦級数の係数を求めるための累積値Ａ
ｃの算出，および累積値Ａｓと累積値Ａｃとから音声信
号の周波数パワースペクトル実効値Ａの算出を繰り返し
行うことによって、入力された音声信号が認識する楽音
の音階にどれだけ近いかを判断することができる。この
とき、Ａは入力された音声信号が認識する楽音の音階に
どれだけ近いかを表す値であり、Ａの値が大きいほど両
者が近いことを示す。 【効果】 簡単な演算によって音階認識が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、音階認識方法および
装置に関し、特にたとえば、入力された音声信号と所定
の楽音との比較を行うための音階認識方法および装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種の音階認識装置では、入力
された音声信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を
用いた周波数成分の測定を行い、その測定結果に基づい
て音声信号の音階認識を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、リアルタイム
で音声信号に含まれる周波数成分をすべて解析するには
高速でフーリエ変換を行わなければならず、高い処理能
力を持つマイクロプロセサやＤＳＰ（digital signal p
rocessor）が必要であった。
【０００４】それゆえに、この発明の主たる目的は、処
理能力の低いマイクロプロセサであってもリアルタイム
で音階認識できる、音階認識方法および装置を提供する
ことである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明にしたがった第
１の音階認識方法は、（ａ）入力されるアナログ音声信
号を一定時間間隔Ｃでサンプリングしてディジタルデー
タＤに変換するステップ、（ｂ）観測周波数ｆおよび時
間ｔよりｓｉｎωｔおよびｃｏｓωｔ（ωは前記周波数
ｆに対応する角速度である）を導出するステップ、
（ｃ）数１７を演算してフーリエ正弦級数の係数を求め
るための累積値Ａｓを算出するステップ、（ｄ）数１８
を演算してフーリエ余弦級数の係数を求めるための累積
値Ａｃを算出するステップ、（ｅ）数１９を演算して周
波数パワースペクトル実効値Ａを算出するステップ、
（ｆ）数値Ａに基づいてアナログ音声信号中に含まれる
周波数ｆの成分を評価するステップ、そして（ｇ）数２
０を演算して時間ｔを更新するステップを含む、音階認
識方法である。
【０００６】
【数１７】Ａｓ←Ａｓ＋Ｄ・ｓｉｎωｔ
【０００７】
【数１８】Ａｃ←Ａｃ＋Ｄ・ｃｏｓωｔ
【０００８】
【数１９】
【０００９】
【数２０】ｔ←ｔ＋Ｃ この発明にしたがった第２の音階認識方法は、（ａ）入
力されるアナログ音声信号を一定時間間隔Ｃでサンプリ
ングしてディジタルデータＤに変換するステップ、
（ｂ）観測周波数ｆおよび時間ｔよりｓｉｎωｔおよび
ｃｏｓωｔ（ωは前記周波数ｆに対応する角速度であ
る）を導出するステップ、（ｃ）数２１を演算してフー
リエ正弦級数の係数を求めるための累積値Ａｓを算出す
るステップ、（ｄ）数２２を演算してフーリエ余弦級数
の係数を求めるための累積値Ａｃを算出するステップ、
（ｅ）数２３を演算して周波数パワースペクトル実効値
Ａを算出するステップ、（ｆ）数値Ａに基づいてアナロ
グ音声信号中に含まれる周波数ｆの成分を評価するステ
ップ、そして（ｇ）数２４を演算して時間ｔを更新する
ステップを含む、音階認識方法である。
【００１０】
【数２１】Ａｓ←Ａｓ＋Ｄ・ｓｉｎωｔ
【００１１】
【数２２】Ａｃ←Ａｃ＋Ｄ・ｃｏｓωｔ
【００１２】
【数２３】Ａ←Ａｓ2＋Ａｃ2
【００１３】
【数２４】ｔ←ｔ＋Ｃ この発明にしたがった第１の音階認識装置は、入力され
るアナログ音声信号を一定時間間隔Ｃでサンプリングし
てディジタルデータＤに変換するアナログ／ディジタル
変換手段、観測周波数ｆおよび時間ｔよりｓｉｎωｔお
よびｃｏｓωｔ（ωは前記周波数ｆに対応する角速度で
ある）を導出する導出手段、数２５を演算してフーリエ
正弦級数の係数を求めるための累積値Ａｓを算出する第
１演算手段、数２６を演算してフーリエ余弦級数の係数
を求めるための累積値Ａｃを算出する第２演算手段、数
２７を演算して周波数パワースペクトル実効値Ａを算出
する第３演算手段、数値Ａに基づいてアナログ音声信号
中に含まれる周波数ｆの成分を評価する評価手段、およ
び数２８を演算して時間ｔを更新する更新手段を含む、
音階認識装置である。
【００１４】
【数２５】Ａｓ←Ａｓ＋Ｄ・ｓｉｎωｔ
【００１５】
【数２６】Ａｃ←Ａｃ＋Ｄ・ｃｏｓωｔ
【００１６】
【数２７】
【００１７】
【数２８】ｔ←ｔ＋Ｃ この発明にしたがった第２の音階認識装置は、入力され
るアナログ音声信号を一定時間間隔Ｃでサンプリングし
てディジタルデータＤに変換するアナログ／ディジタル
変換手段、観測周波数ｆおよび時間ｔよりｓｉｎωｔお
よびｃｏｓωｔ（ωは前記周波数ｆに対応する角速度で
ある）を導出する導出手段、数２９を演算してフーリエ
正弦級数の係数を求めるための累積値Ａｓを算出する第
１演算手段、数３０を演算してフーリエ余弦級数の係数
を求めるための累積値Ａｃを算出する第２演算手段、数
３１を演算して周波数パワースペクトル実効値Ａを算出
する第３演算手段、数値Ａに基づいてアナログ音声信号
中に含まれる周波数ｆの成分を評価する評価手段、およ
び数３２を演算して時間ｔを更新する更新手段を含む、
音階認識装置である。
【００１８】
【数２９】Ａｓ←Ａｓ＋Ｄ・ｓｉｎωｔ
【００１９】
【数３０】Ａｃ←Ａｃ＋Ｄ・ｃｏｓωｔ
【００２０】
【数３１】Ａ←Ａｓ2＋Ａｃ2
【００２１】
【数３２】ｔ←ｔ＋Ｃ この発明にしたがった第３の音階認識装置は、請求項１
ないし４のいずれかに記載の音階認識方法を用いる音階
認識装置であって、楽譜データに基づいてカラオケのＢ
ＧＭを再生するＢＧＭ再生手段、楽譜データおよび楽譜
データに同期して含まれ歌唱の模範となる旋律の音階デ
ータを格納する楽譜データ記憶手段、楽譜データ記憶手
段から時間ｔにおける音階データを読み出す読み出し手
段、読み出し手段によって読み出された音階データの周
波数を観測周波数ｆに設定する設定手段、請求項１ない
し４のいずれかに記載の音階認識方法を用いて音階認識
を行う音階認識手段、および前記評価手段による評価の
結果を出力する出力手段を備える、音階認識装置であ
る。
【００２２】この発明にしたがった第４の音階認識装置
は、請求項４記載の音階認識方法を用いる音階認識装置
であって、楽譜データに基づいてカラオケのＢＧＭを再
生するＢＧＭ再生手段、楽譜データおよび楽譜データに
同期して含まれ歌唱の模範となる旋律の音階データを格
納する楽譜データ記憶手段、楽譜データ記憶手段から時
間ｔにおける音階データを読み出す読み出し手段、読み
出し手段によって読み出された音階データの周波数を観
測周波数ｆ0に設定し、読み出し手段によって読み出さ
れた音階データより１オクターブ下の音階の周波数を観
測周波数ｆ1に設定し、読み出し手段によって読み出さ
れた音階データより１オクターブ上の音階の周波数を観
測周波数ｆ2に設定する設定手段、請求項４記載の音階
認識方法を用いて音階認識を行う音階認識手段、および
評価手段による評価結果を出力する出力手段を備える、
音階認識装置である。
【００２３】この発明にしたがった第５の音階認識装置
は、請求項１ないし４のいずれかに記載の音階認識方法
を用いる音階認識装置であって、請求項１ないし４のい
ずれかに記載の音階認識方法を用いて、アナログ音声信
号の音階認識を逐次行う音階認識手段、音階認識手段に
よって認識された音階の変化を所定の音楽フレーズと比
較する比較手段、および比較手段の比較の結果音階認識
手段によって認識された音階の変化が所定の音楽フレー
ズと一致したときに、当該音楽フレーズに対応付けられ
た所定の動作を行う第１動作手段を備える、音階認識装
置である。
【００２４】この発明にしたがった第６の音階認識装置
は、請求項１ないし４のいずれかに記載の音階認識方法
を用いる音階認識装置であって、音楽フレーズの各音符
の音階データを格納する音符データ記憶手段、音符デー
タ記憶手段に含まれる音符データのうちの１つを指し示
すポインタ、音符データ記憶手段からポインタの指し示
す音符の音階データを読み出す音符データ読み出し手
段、音符データ読み出し手段によって読み出された音階
データの周波数を観測周波数ｆに設定する設定手段、請
求項１ないし４のいずれかに記載の音階認識方法を用い
て、アナログ音声信号の音階認識を逐次行う音階認識手
段、アナログ音声信号に含まれる周波数ｆの周波数成分
の程度を所定の閾値と比較する比較手段、比較手段の比
較の結果、アナログ音声信号に含まれる周波数ｆの周波
数成分の程度が所定の閾値より大きいときにポインタを
インクリメントし、アナログ音声信号に含まれる周波数
ｆの周波数成分の程度が閾値以下であるときに前記ポイ
ンタで音楽フレーズの先頭の音符の音階データを指し示
すポインタ操作手段、およびポインタの値が音楽フレー
ズの末尾の音符の音階データの位置を越えたときに、当
該音楽フレーズに対応付けられた所定の動作を行う第１
動作手段を備える、音階認識装置である。
【００２５】
【作用】この第１の発明においては、入力されたアナロ
グ音声信号がアナログ／ディジタル変換器によって変換
されたディジタルデータをＤ，認識する楽音の周波数
（音階）をｆ，現在の時間をｔとしたとき、周波数ｆと
ディジタルデータＤとから音声信号のフーリエ正弦級数
の係数を求めるための累積値Ａｓの算出，周波数ｆとデ
ィジタルデータＤとから音声信号のフーリエ余弦級数の
係数を求めるための累積値Ａｃの算出，および累積値Ａ
ｓと累積値Ａｃとから音声信号の周波数パワースペクト
ル実効値Ａの算出を行う。そして数値Ａに基づいてアナ
ログ音声信号中に観測周波数ｆの成分がどの程度含まれ
ているかを評価する。
【００２６】好ましい実施例では、数値Ａは入力された
アナログ音声信号の振幅のレベルに応じて補正された後
に評価される。
【００２７】さらに好ましい実施例では、複数の観測周
波数（ｆ0，ｆ1，…，ｆN-1：Ｎは同時に観測する周波
数の個数）が存在し、アナログ音声信号中にそれぞれの
観測周波数の成分がどの程度含まれているかを評価す
る。
【００２８】この第２の発明においては、カラオケのＢ
ＧＭに合わせて歌唱される歌声が歌唱の模範となる旋律
に基づいて音階認識されることによって、歌声と模範の
旋律との一致の程度が評価される。
【００２９】つまり、楽譜データに基づいてＢＧＭが再
生され、ＢＧＭに合わせた歌声が入力される。楽譜デー
タには歌唱の模範となる旋律の音階データが楽譜データ
に同期して含まれている。時間ｔのＢＧＭが再生されて
いるときに、楽譜データから時間ｔにおける音階データ
が読み出される。
【００３０】そして、読み出された音階データの周波数
ｆに基づいて時間ｔにおける歌声が音階認識され、歌声
に含まれる周波数ｆの成分の程度、つまり歌声と旋律と
の一致の程度が評価される。音階データが楽譜データと
同期しているので、カラオケのＢＧＭの再生ピッチが変
更されても正しく音階認識を行うことができる。
【００３１】この第３の発明においては、カラオケでは
模範の旋律よりも１オクターブ低い音階や１オクターブ
高い音階で歌唱される場合があるので、ＢＧＭに合わせ
て歌唱される音声を、歌唱の模範となる旋律，歌唱の模
範の旋律よりも１オクターブ低い旋律および歌唱の模範
の旋律よりも１オクターブ高い旋律に基づいて音階認識
する。音階認識には請求項１ないし４のいずれかに記載
の音階認識方法を採用する。
【００３２】この第４の発明においては、アナログ音声
信号の音階認識を連続して行い、アナログ音声信号が所
定の音楽フレーズと一致するかどうかを判断し、一致し
たときに当該音楽フレーズに予め対応付けられた所定の
動作を行う。音階認識には請求項１ないし４のいずれか
に記載の音階認識方法を採用する。
【００３３】この発明の好ましい実施例では、アナログ
音声信号に音楽フレーズの音符一音一音が含まれるかど
うかを判断し、音階認識の結果第１音が含まれると判断
すると、つぎに第２音が含まれるかどうかを判断する。
途中の音符の音がアナログ音声信号に含まれないと判断
すると、再び第１音がアナログ音声信号に含まれるかど
うか音階認識を行う。そして、Ｎ個の音符を含む音楽フ
レーズにおいて、アナログ音声信号に第Ｎ音が含まれる
と判断すると、アナログ音声信号が当該音楽フレーズに
一致すると判断する。
【００３４】なお、アナログ音声信号を音楽フレーズの
第Ｎ音で音階認識するときには、第Ｎ音の音符の長さの
間だけ、アナログ音声信号と第Ｎ音との音階の認識を行
う。
【００３５】この発明のさらに好ましい実施例では、ア
ナログ音声信号が所定の音楽フレーズに一致するときに
は、赤外発光素子を点滅させることなどによって当該音
楽フレーズに予め対応付けられたコードを送信する。
【００３６】そして、送信されたコードを受信した装置
は、ＬＥＤなどの発光素子をコードに予め対応付けられ
たパターンで点滅させたり、コードに予め対応付けられ
た内容の音声信号をスピーカから出力させたりする。
【００３７】
【発明の効果】この発明によれば、入力が期待される特
定の周波数成分（音階）と入力音声とを比較するという
軽い処理によって入力音声の音階認識を行う。
【００３８】したがって、処理能力の低いマイクロプロ
セサを用いて、リアルタイムで音階認識を行う装置が実
現できる。
【００３９】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。
【００４０】
【実施例】［実施例１］図１を参照して、この実施例の
音階認識装置としてのマイク一体型カラオケ装置１０
は、上部が卵形で下部が円筒形の筐体１２を含み、この
筐体１２の卵型部上端にマイク１４が取り付けられてい
る。
【００４１】筐体１２の上部すなわち卵型部には、電源
スイッチ１６およびリセットスイッチ１８が設けられ
る。電源スイッチ１６は電源をオン／オフするためのス
イッチであり、リセットスイッチ１８は、選択した曲番
号を含むすべてをリセットするためのものである。
【００４２】さらに、筐体１２の卵形部には、２桁の７
セグメントＬＥＤからなるディスプレイ２０が設けられ
るとともに、そのディスプレイ２０を挟む左側にテンポ
制御キー２２および２４が縦に整列して設けられ、ディ
スプレイ２０を挟む右側にＢＧＭボリューム制御キー２
６および２８が縦に整列して設けられる。ディスプレイ
２０は、ユーザが選択した曲番号を表示するために利用
される。テンポ制御キー２２および２４は、カラオケす
なわちＢＧＭの再生速度（テンポ）を速くしまたは遅く
するためのキーである。ＢＧＭボリューム制御キー２６
および２８は、カラオケすなわちＢＧＭの再生音量（ボ
リューム）を大きくしまたは小さくするためのキーであ
る。
【００４３】筐体１２の卵形部の中央やや下部には曲選
択／ピッチ制御キー３０および３２が設けられる。この
曲選択／ピッチ制御キー３０および３２は、曲番号をイ
ンクリメントしまたはディクリメントするために利用さ
れるとともに、ユーザの音程に合わせてカラオケのピッ
チ周波数すなわち音程をたとえば１度ずつ上下させるた
めに利用される。
【００４４】曲選択／ピッチ制御キー３０および３２の
左側でかつテンポ制御キー２２および２４の下方の筐体
１２の卵形部には、エコーモード選択キー３４が設けら
れる。このエコーモード選択キー３４は、エコーモード
においてエコー時間（遅延時間）を選択的に設定するた
めに利用される。この実施例では、エコーモード１，エ
コーモード２およびエコーモード３を設定することがで
き、それぞれ、エコー時間が「小」，「中」および
「大」として設定される。
【００４５】曲選択／ピッチ制御キー３０および３２の
右側でかつＢＧＭボリューム制御キー２６および２８の
下方の筐体１２の卵形部には、ボイスエフェクトモード
選択キー３６が設けられる。このボイスエフェクトモー
ド選択キー３６は、この実施例では、ボイスエフェクト
モード１，ボイスエフェクトモード２およびボイスエフ
ェクトモード３を設定できる。ボイスエフェクトモード
１は、入力音声の周波数に対し出力音声の周波数が高く
なるように音声を加工するモードであり、ボイスエフェ
クトモード２は、入力音声の周波数に対して出力音声の
周波数が低くなるように音声を加工するモードである。
さらに、ボイスエフェクトモード３は、上下に連続的に
かつ繰り返し出力音声の周波数が変化（スイープ）する
ように音声を加工するモードである。
【００４６】ディスプレイ２０と曲選択／ピッチ制御キ
ー３０および３２との間には、キャンセルキー３８が設
けられる。このキャンセルキー３８は、テンポ制御キー
２２および２４で設定したテンポ，ボリューム制御キー
２６および２８で設定したＢＧＭボリューム，曲選択／
ピッチ制御キー３０および３２で設定した曲番号および
ピッチ，エコーモード選択キー３４で設定したエコーモ
ード，またはボイスエフェクトモード選択キー３６で設
定したボイスエフェクトモードをキャンセルするための
キーである。このキャンセルキー３８は、演奏中の曲を
中断するためにも用いられる。
【００４７】曲選択／ピッチ制御キー３０および３２の
下方には、決定キー３９が設けられる。この決定キー３
９は、テンポ制御キー２２および２４で設定したテン
ポ，ボリューム制御キー２６および２８で設定したＢＧ
Ｍボリューム，曲選択／ピッチ制御キー３０および３２
で設定した曲番号およびピッチ，エコーモード選択キー
３４で設定したエコーモード，またはボイスエフェクト
モード選択キー３６で設定したボイスエフェクトモード
を決定し有効化するためのキーである。
【００４８】筐体１２の下部すなわち円筒部下端からＡ
Ｖコード４０が出され、そのＡＶコード４０には２つの
音声出力端子４２Ｌおよび４２Ｒと、１つの映像出力端
子４４とが含まれる。音声出力端子４２Ｌおよび４２Ｒ
ならびに映像出力端子４４は、家庭用テレビ（図示せ
ず）のＡＶ端子に接続される。したがって、この実施例
のマイク一体型カラオケ装置１０の映像および音声は、
家庭用テレビで出力される。ただし、家庭用テレビの音
声回路を利用しない場合には、音声出力端子４２Ｌおよ
び４２Ｒは、たとえばステレオアンプなどの他のオーデ
ィオ機器に接続される。
【００４９】筐体１２の裏面には、図１（Ｂ）で示すよ
うに、カートリッジコネクタ４６が設けられ、そのカー
トリッジコネクタ４６には、メモリカートリッジ４８が
着脱自在に装着される。このメモリカートリッジ４８を
交換することによって、カラオケやその映像を変更する
ことができる。
【００５０】なお、実施例のマイク一体型カラオケ装置
１０は、電池駆動のものであり、そのために、図１
（Ｂ）に示すように、筐体１２の下部円筒部に電池ボッ
クス５０が設置されている。
【００５１】図２を参照して、実施例のマイク一体型カ
ラオケ装置１０は、筐体１２の内部に収納されたプロセ
サ５２を含む。このプロセサ５２としては、任意の種類
のプロセサを利用できるが、この実施例では、本件出願
人が開発しかつ既に特許出願している高速プロセサ（商
品名「ＸａｖｉＸ」）を用いる。この高速プロセサは、
たとえば特開平１０−３０７７９０号公報［Ｇ０６Ｆ
１３／３６，１５／７８］およびこれに対応するアメリ
カ特許第０９／０１９，２７７号に詳細に開示されてい
る。
【００５２】プロセサ５２は、図示しないが、ＣＰＵ，
グラフィックプロセサ，サウンドプロセサおよびＤＭＡ
プロセサなどの各種プロセサを含むとともに、アナログ
音声信号を取り込むときに用いられるＡ／Ｄ変換器やキ
ー操作信号や赤外線信号のような入力信号を受けかつ出
力信号を外部機器に与える入出力制御回路を含む。ＣＰ
Ｕは、入力信号に応じて必要な演算を実行し、その結果
を他のグラフィックプロセサやサウンドプロセサなどに
与える。したがって、グラフィックプロセサやサウンド
プロセサはその演算結果に応じた画像処理や音声処理を
実行する。
【００５３】このプロセサ５２にはシステムバス５４が
接続されていて、このシステムバス５４には、プロセサ
５２とともに筐体１２の内部に収納されている基板（図
示せず）に設けられている内蔵ＲＯＭ５６およびメモリ
カートリッジ４８に含まれる外部ＲＯＭ５８が結合され
る。したがって、プロセサ５２は、システムバス５４を
通してこれらのＲＯＭ５６および５８にアクセスでき、
そこから映像データや音楽データ（楽器演奏用の楽譜デ
ータ）などを取り出すことができる。
【００５４】なお、図２に示すように、マイク１４から
の音声信号は、アンプ６０を通してプロセサ５２のアナ
ログ入力に与えられる。プロセサ５２のサウンドプロセ
サ部（図示せず）で処理された結果であるアナログ音声
信号は、ミキサ６２およびアンプ６６を介して、図１に
示すオーディオ（音声）出力端子４２（４２Ｌ，４２
Ｒ）に出力される。なお、サウンドプロセサ部には複数
のサウンドチャネルが形成されている。また、プロセサ
５２のグラフィックプロセサ（図示せず）で処理された
結果であるアナログ映像信号は図１に示すビデオ（映
像）出力端子４４に出力される。
【００５５】また、図１に示すディスプレイ２０には、
プロセサ５２の出力ポートから表示データが与えられる
とともに、図１に示すすべてのスイッチまたはキー（こ
こでは参照番号２１で包括的に示す）はプロセサ５２の
入力ポートに接続される。
【００５６】この実施例のマイク一体型カラオケ装置１
０では、入力された歌声（音声信号）を楽譜データに含
まれる音階データに基づいて認識し、認識の結果に基づ
いて採点を行う。そして、採点の結果得られた得点をリ
アルタイムで家庭用テレビに表示する。ここで、楽譜デ
ータとはカラオケ（ＢＧＭ）を演奏するためのデータで
あり、音階データとは歌詞の旋律の音階を表すデータで
あり楽譜データに同期している。楽譜データと音階デー
タとが同期しているため、楽譜データの再生のテンポが
変更されると、音階認識のテンポも同様に変更される。
【００５７】以下に、図３〜図５を用いてマイク一体型
カラオケ装置１０のプロセサ５２の動作を説明する。な
お、図３に示すルーチンは常に実行されるルーチンであ
り、図４および図５に示すルーチンは、タイマ割り込み
の発生によって定期的に実行されるルーチンである。
【００５８】電源スイッチ１６がオンにされるとまず、
ステップＳ１において装置の初期化処理を行う。そし
て、ステップＳ３においてマイク一体型カラオケ装置１
０が接続されている家庭用テレビの表示画面の更新を行
う。最初のステップＳ３では、マイク一体型カラオケ装
置１０のタイトル画面等が表示される。
【００５９】ステップＳ５においてはキー操作が行われ
たかどうかを判断する。キー操作が行われたと判断する
と、ステップＳ７では行われたキー操作に応じてマイク
一体型カラオケ装置１０のステートを変更する。
【００６０】ステップＳ７で行われたステート変更の結
果、ステートが曲選択である場合、つまり曲選択キー３
０および３２が操作された場合には、ステップＳ９で曲
選択ステートであると判断され、ステップＳ１１におい
て曲選択の処理が行われる。
【００６１】ステートが曲演奏および採点の場合、つま
り曲選択の後で決定キー３９が操作された場合には、ス
テップＳ１３で演奏および採点ステートであると判断さ
れ、まず、ステップＳ１５で演奏処理が行われる。そし
て、ステップＳ１７およびステップＳ１９において採点
処理が行われ、ステップＳ２１では採点結果を家庭用テ
レビに表示するための処理が行われる。ステップＳ１７
およびステップＳ１９におけるＡ［０］，Ａ［１］およ
びＡ［２］はタイマ割り込みルーチンで算出される値で
あるため、ステップＳ１７およびステップＳ１９の説明
はタイマ割り込みルーチンの説明の後に行う。
【００６２】ステートが最終得点表示ステートである場
合、ステップＳ２３で最終得点表示ステートであると判
断され、ステップＳ２５およびステップＳ２７において
最終的な採点処理が行われる。そして、ステップＳ２９
では最終得点を家庭用テレビに表示するための処理が行
われる。なお、カラオケの演奏が終了したときに最終得
点表示ステートとなる。ステップＳ２５およびステップ
Ｓ２７におけるＡ［０］，Ａ［１］およびＡ［２］はタ
イマ割り込みルーチンで算出される値であるため、ステ
ップＳ２５およびステップＳ２７の説明はタイマ割り込
みルーチンの説明の後に行う。
【００６３】ステートは曲選択ステート，演奏および採
点ステート，最終得点表示ステートの他に、テンポ変更
ステート，再生音量変更ステートなども存在するが本発
明の主部ではないので説明を省略する。
【００６４】各ステートでの処理を終了すると、ステッ
プＳ２１でビデオ同期割り込みが発生したかどうかを判
断する。そして、ビデオ同期割り込みが発生したと判断
すると、ステップＳ３に戻って同様の処理を行う。
【００６５】タイマ割り込みの発生によって実行される
ルーチンは、図４に示すように、まず、ステップＳ３１
で入力された音声信号のＡ／Ｄ変換を行う。そしてステ
ップＳ３３ではディジタル変換された音声信号の音階認
識処理を行う。このステップＳ３３での音階認識処理は
図５に示すフロー図にしたがって実行される。
【００６６】図５を参照して、まず、ステップＳ４１で
はワークエリアＤに音声データの振幅を代入する。な
お、以下において記号ＤによってワークエリアＤに格納
されている値を表す。以下、他のワークエリアについて
も同じである。つぎに、ステップＳ４３においてカウン
タｘに「０」を代入する。そして、ステップＳ４５にお
いてカウンタｘの値が３であるかどうかを判断する。な
お、以下において記号ｘによってカウンタｘの値を表
す。以下、他のカウンタについても同じである。
【００６７】カウンタｘの値が３でないと判断すると、
ステップＳ４７において、現在の時間ｔを取得する。こ
の時間ｔは演奏開始（楽譜データのロード開始）からの
時間である。そして、ステップＳ４９においては、楽譜
データに含まれる音階データから、時間ｔにおける楽音
の音階、つまり音の高さである周波数を取得して、ワー
クエリアｆ［ｘ］に格納する。ここで、周波数ｆ［０］
は楽譜データから得られる楽音のそのままの周波数を表
し、周波数ｆ［１］は楽譜データから得られる楽音の周
波数ｆ［０］より１オクターブ下の周波数を表し、周波
数ｆ［２］は楽譜データから得られる楽音の周波数ｆ
［０］より１オクターブ上の周波数を表す。歌い手によ
っては、１オクターブ下や１オクターブ上の音階で曲を
歌うことが考えられるので、３種類の音階（周波数）を
用いて採点が行われる。
【００６８】ステップＳ５１では、時間ｔと周波数ｆ
［ｘ］とからsinωtとcosωtとを算出する。sinωtとco
sωtとは、予め用意したテーブルを参照して求めるよう
にしてもよい。ここで、ωは周波数ｆ［ｘ］に対応する
角速度である。
【００６９】ステップＳ５３では、ワークエリアとして
の配列Ａｓ［ｘ］に数３３を代入し、
【００７０】
【数３３】Ａｓ［ｘ］＋Ｄ・ｓｉｎωｔ ステップＳ５５ではワークエリアとしての配列Ａｃ
［ｘ］に数３４を代入する。
【００７１】
【数３４】Ａｃ［ｘ］＋Ｄ・ｃｏｓωｔ なお、配列Ａｓ［ｘ］および配列Ａｃ［ｘ］は、カラオ
ケの演奏開始の時点ですべての要素に「０」を代入する
ことによって初期化されている。また、図３に示される
ステップＳ１９において、得点の評価後に初期化され
る。
【００７２】そして、ステップＳ５７では、ワークエリ
アとしての配列Ａ［ｘ］に数３５を代入する。
【００７３】
【数３５】
【００７４】ここで、Ａ［ｘ］は、入力された音声信号
（歌声）の周波数（高さもしくは音階）と、周波数（音
階）ｆ［ｘ］との一致の度合いを示し、値が大きいほど
一致の度合いが大きい。なお、以下において、音（歌声
もしくは楽音）の「高さ」，「音階」および「周波数」
は同義語として使用する。なお、Ａ［ｘ］を用いた音声
信号と周波数ｆ［ｘ］との一致の度合いの評価をリニア
（直線的）とせずに対数的重み付けによって行う場合
は、ステップＳ５７では配列Ａ［ｘ］に数３５ではなく
数３６を代入するようにするとよい。
【００７５】
【数３６】Ａｓ［ｘ］2＋Ａｃ［ｘ］2 そして、ステップＳ５９ではカウンタｘをインクリメン
トしてステップＳ４５に戻り、カウンタｘが「３」にな
るまで、つまり１オクターブ下の音階と１オクターブ上
の音階との処理が終了するまで上述の処理を繰り返す。
カウンタｘが「３」になると図５に示すサブルーチンを
終了して図４のルーチンに戻る。
【００７６】そして、ステップＳ３５では出力音声信号
に所定のエコー処理を施し、ステップＳ３７ではＢＧＭ
（楽譜データ）の再生処理を行う。このようにして、タ
イマ割り込みのルーチンが終了する。なお、エコー処理
には入力された音声の出力が含まれる。
【００７７】ここで、図３に戻って採点処理について説
明する。演奏中（歌唱中）のリアルタイムの採点処理で
は、ステップＳ１７で、Ａ［０］，Ａ［１］およびＡ
［２］の各々の値を音声信号の入力レベルの総和で補正
し、ステップＳ１９では、補正されたＡ［０］，Ａ
［１］およびＡ［２］の各々の値に基づいて現在の得点
を決定する。得点決定の方法としては、Ａ［０］，Ａ
［１］およびＡ［２］のうち最も値の大きいＡ［ｘ］を
決定し、決定されたＡ［ｘ］の値と満点だったときのＡ
［ｘ］の値との割合に基づいて得点を決定する方法や、
Ａ［０］，Ａ［１］およびＡ［２］にそれぞれに重み付
けをし、それらの総和から得点を決定する方法などが考
えられる。
【００７８】演奏終了（歌唱終了）後の採点処理でも同
様に、ステップＳ２５において、Ａ［０］，Ａ［１］お
よびＡ［２］の各々の値を音声信号の入力レベルの総和
で補正し、ステップＳ２７では、補正されたＡ［０］，
Ａ［１］およびＡ［２］の各々の値に基づいて現在の得
点を決定する。
【００７９】以上説明したように、この実施例のマイク
一体型カラオケ装置１０では、従来のように入力音声に
ＦＦＴを施して音階認識を行うのではなく、入力が期待
される特定の周波数成分（音階）と入力音声とを比較す
ることによって音階認識を行う。したがって、必要とさ
れる処理が非常に軽いので処理能力の低いマイクロプロ
セサを用いてリアルタイムで音階認識を行う装置が実現
可能であり、また、必要とされるメモリの量も極めて少
なくて済む。［実施例２］図６を参照して、この実施例
の音階認識装置としての玩具１００は、コード送信装置
１０２とコード受信装置１１２とを含んでいる。
【００８０】コード送信装置１０２は、球体状の上部筐
体１０２ａと箱型の下部筐体１０２ｂとを含み、上部筐
体１０２ａの上端にマイク１０４が取り付けられてい
る。上部筐体１０２ａの中心よりやや上端側には、表面
円周を４等分する位置に赤外発光ダイオード１０６が４
つ設けられている。なお、図面には３つの赤外発光ダイ
オード１０６のみが記載されている。
【００８１】コード送信装置１０２は、具体的には図７
に示すように構成されている。マイク１０４がＡＧＣ１
４２およびＡ／Ｄコンバータ１４４を介してＣＰＵ１４
０に接続される。また、赤外発光ダイオード１０６が入
出力インタフェース１４６を介してＣＰＵ１４０に接続
される。さらに、ＣＰＵ１４０はＲＡＭ１４８およびＲ
ＯＭ１５０と接続され、ＲＡＭ１４８およびＲＯＭ１５
０とのデータの授受が可能になっている。なお、ＣＰＵ
１４０，ＡＧＣ１４２，Ａ／Ｄコンバータ１４４，入出
力インタフェース１４６およびＲＡＭ１４８としては、
上述のＸａｖｉＸを適用するとよい。
【００８２】図６を参照して、コード受信装置１１２
は、棒状の中間部１１２ａと中間部１１２ａの両端に設
けられた略算盤の玉状の端部１１２ｂを含んでいる。そ
れぞれの端部１１２ｂの端側にはＬＥＤ１２０が設けら
れている。また、中間部１１２ａの中央付近にはキース
イッチ１１６が設けられており、さらにキースイッチ１
１６より一方の端部１１２ｂ側には赤外線受光モジュー
ル１１４が設けられ、キースイッチ１１６より他方の端
部１１２ｂ側にはスピーカ１１８が設けられている。
【００８３】コード受信装置１１２は、具体的には図８
に示すように構成されている。赤外線受光モジュール１
１４，ＬＥＤ１２０およびキースイッチ１１６が入出力
インタフェース１６２を介してＣＰＵ１６０に接続され
る。また、スピーカ１１８が音声処理回路１６８を介し
てＣＰＵ１６０に接続される。さらに、ＲＯＭ１６４お
よびＲＡＭ１６６がＣＰＵ１６０に接続され、ＲＯＭ１
６４およびＲＡＭ１６６とのデータの授受が可能になっ
ている。なお、ＣＰＵ１６０，入出力インタフェース１
６２，ＲＯＭ１６４，ＲＡＭ１６６および音声処理回路
１６８にはワンチップ化されたＭＣＵ（micro controll
er unit）を用いるとよい。
【００８４】図６を参照して、この実施例の玩具１００
では、家庭用テレビ１３０のスピーカ１３２から出力さ
れるテレビ番組の音声の音階をコード送信装置１０２が
認識し、認識された音声が、予め用意された複数のフレ
ーズのどれに一致するか判断する。そして、一致したフ
レーズに対応するコードを赤外発光ダイオード１０６を
明滅させることによって送信する。コード受信装置１１
２においては赤外線受光モジュール１１４がコード送信
装置１０２から送信された赤外線コードを受信し、受信
したコードに基づいてＬＥＤ１２０の点滅およびスピー
カ１１８からの音声の出力を行う。なお、スピーカ１３
２から出力される音声はテレビ番組の音声に限らない。
たとえば、ビデオデッキ１３６を家庭用テレビ１３０の
ＡＶ端子にケーブル１３４を用いて接続する。そして、
ビデオデッキ１３６でビデオソフトを再生し、ビデオソ
フトに記録されている音声をスピーカ１３２から出力す
るようにしてもよい。
【００８５】以下に、図９〜図１１を用いてコード送信
装置１０２のＣＰＵ１４０の動作を説明し、図１２を用
いてコード受信装置１１２のＣＰＵ１６０の動作を説明
する。
【００８６】まず、図９のステップＳ７１において、ポ
インタ［０］，［１］，…，［Ｎ−１］の初期化を行
う。この実施例では予めＮ個のフレーズが用意されてい
てポインタ［０］，［１］，…，［Ｎ−１］のそれぞれ
はＮ個のフレーズを指し示すポインタである。そして、
ポインタ［０］，［１］，…，［Ｎ−１］が初期化され
ると、各ポインタは各フレーズの先頭の楽音（音符）を
指し示す。そして、ポインタがインクリメントされる
と、フレーズ内の次の楽音を指し示す。
【００８７】ステップＳ７３では、ワークエリアＡｓ
［０］，Ａｓ［１］，…，Ａｓ［Ｎ−１］に「０」を代
入して初期化し、ステップＳ７４では、ワークエリアＡ
ｃ［０］，Ａｃ［１］，…，Ａｃ［Ｎ−１］に「０」を
代入して初期化する。ワークエリアＡｓ［０］，Ａｓ
［１］，…，Ａｓ［Ｎ−１］はフーリエ正弦級数の係数
を求めるための累積値を格納するワークエリアであり、
Ａｓ［０］は第１フレーズの当該楽音の認識に関する値
を格納し、Ａｓ［Ｎ−１］は第Ｎフレーズの当該楽音の
認識に関する値を格納する。同様に、ワークエリアＡｃ
［０］，Ａｃ［１］，…，Ａｃ［Ｎ−１］はフーリエ余
弦級数の係数を求めるための累積値を格納するワークエ
リアであり、Ａｃ［０］は第１フレーズの当該楽音の認
識に関する値を格納し、Ａｃ［Ｎ−１］は第Ｎフレーズ
の当該楽音の認識に関する値を格納する。ステップＳ７
５では、カウンタｘに「０」を代入して初期化する。
【００８８】ステップＳ７７では、ポインタ［ｘ］が指
し示すデータを取得する。このとき取得されるデータ
は、ポインタ［ｘ］が指し示す楽音の周波数データと楽
音の時間（長さ）データである。なお、ｘ＝０の場合、
現在ポインタ［ｘ］は第１フレーズのいずれかの楽音を
指し示している。ステップＳ７９では、取得した周波数
データをワークエリアｆ［ｘ］に代入し、取得した時間
データをワークエリアＴ［ｘ］に代入する。
【００８９】そして、ステップＳ８３では音階認識処理
を行う。この音階認識処理は図１１に示すフロー図にし
たがって実行される。まず、ステップＳ１１１におい
て、家庭用テレビ１３０のスピーカ１３２から出力され
た音声信号（Ａ／Ｄ変換された音声データ）の振幅をワ
ークエリアＤに代入する。
【００９０】つぎに、ステップＳ１１３において現在の
時間ｔを取得し、ステップＳ１１５において、時間ｔお
よび周波数ｆ［ｘ］からsinωtおよびcosωtを求める。
ωは周波数ｆ［ｘ］に対応する角速度である。なお、si
nωtおよびcosωtは予め用意されたテーブルを参照して
求めるようにしてもよい。
【００９１】ステップＳ１１７では、Ａｓ［ｘ］に数３
７を代入し、
【００９２】
【数３７】Ａｓ［ｘ］＋Ｄ・ｓｉｎωｔ ステップＳ１１９ではＡｃ［ｘ］に数３８を代入する。
【００９３】
【数３８】Ａｃ［ｘ］＋Ｄ・ｃｏｓωｔ そして、ステップＳ１２１ではＡ［ｘ］に数３９を代入
する。
【００９４】
【数３９】
【００９５】ここで、Ａ［ｘ］は、入力された音声信号
（歌声）の高さと周波数ｆ［ｘ］との一致の度合いを示
し、値が大きいほど一致の度合いが大きい。なお、Ａ
［ｘ］を用いた音声信号と周波数ｆ［ｘ］との一致の度
合いの評価をリニア（直線的）とせずに対数的重み付け
によって行う場合は、ステップＳ１２１ではＡ［ｘ］に
数３９ではなく数４０を代入するようにするとよい。
【００９６】
【数４０】Ａｓ［ｘ］2＋Ａｃ［ｘ］2 ステップＳ８３（図９）の音階認識処理が終了すると、
ステップＳ８５でＴ［ｘ］から所定の時間Ｃを減算す
る。なお、時間Ｃは入力音声のＡ／Ｄ変換処理の時間間
隔に等しい時間である。そして、ステップＳ８７ではＴ
［ｘ］が負であるかどうか、つまり、楽音（音符）の長
さだけの時間が経過したかどうかを判断する。そして、
時間Ｔ［ｘ］が経過していないと判断すると、ステップ
Ｓ１０５に進んでカウンタｘをインクリメントする。つ
まり、当該フレーズの当該楽音の認識を留保して次のフ
レーズの楽音の認識を行う。
【００９７】ステップＳ８７において時間Ｔ［ｘ］が経
過したと判断すると、図１０のステップＳ８８でＡ
［ｘ］の値を入力音声の振幅レベルに応じて補正する。
そして、ステップＳ８９でＡ［ｘ］が或る閾値よりも大
きいかどうかを判断する。Ａ［ｘ］の値が閾値以下であ
ると判断すると、ステップＳ１０１に進んでポインタ
［ｘ］の初期化を行う。つまり、当該フレーズには一致
しないということで、当該フレーズのポインタを先頭の
楽音に返す。そして、ステップＳ１０３でＡｓ［ｘ］に
「０」を代入して初期化を行い、ステップＳ１０４でＡ
ｃ［ｘ］に「０」を代入して初期化する。さらに、ステ
ップＳ１０５でカウンタｘをインクリメントして、次の
フレーズの処理に進む。
【００９８】ステップＳ８９においてＡ［ｘ］が閾値よ
りも大きいと判断すると、ステップＳ９１においてポイ
ンタ［ｘ］をインクリメントして、当該フレーズの当該
楽音の次を指し示し、ステップＳ９３でポインタ［ｘ］
が指し示すデータを取得する。各フレーズの最後にはエ
ンドコードが設けられており、ステップＳ９５では、ポ
インタ［ｘ］が指し示すデータがこのエンドコードであ
るかどうかを判断する。エンドコードである場合には、
入力された音声信号が当該フレーズに一致したというこ
とであり、ステップＳ９７で当該フレーズに対応するコ
ードを特定する。そして、ステップＳ９９では赤外発光
ダイオード１２０を点滅させて当該フレーズに対応する
コードを送信する。そして、ステップＳ１０１ではポイ
ンタ［ｘ］の初期化を行う。さらに、ステップＳ１０３
でＡｓ［ｘ］に「０」を代入して初期化し、ステップＳ
１０４でＡｃ［ｘ］に「０」を代入して初期化する。さ
らに、ステップＳ１０５ではカウンタｘをインクリメン
トして次のフレーズの処理に進む。
【００９９】ステップＳ９５においてエンドコードでな
いと判断する場合は、入力音声が途中の当該楽音までは
当該フレーズに一致しているということであり、当該フ
レーズの最後まで一致しているかどうかはまだ不明なた
め、ステップＳ１０３以下に進んで次のフレーズの処理
を行う。ステップＳ１０３では、Ａｓ［ｘ］に「０」を
代入して初期化を行いステップＳ１０４では、Ａｃ
［ｘ］に「０」を代入して初期化を行う。さらに、ステ
ップＳ１０５ではカウンタｘをインクリメントする。そ
して、ステップＳ１０７ではカウンタｘの値がＮである
かどうか、つまり第Ｎフレーズに含まれる楽音の確認が
終わったかどうかを判断する。カウンタｘの値がＮでな
いと判断すると、第ｘ＋１フレーズに含まれる楽音の確
認のためにステップＳ７７に戻る。
【０１００】ステップＳ１０７で、カウンタｘの値がＮ
であると判断すると、ステップＳ１０９で規定の時間だ
け待機し、その後でステップＳ７５に戻る。ステップＳ
７５ではカウンタｘの値を「０」にして初期化を行う。
つまり、再び第１フレーズに含まれる楽音の認識処理を
行う。
【０１０１】このように、コード送信装置１０２のＣＰ
Ｕ１４０は、入力された音声信号が予め用意されたＮ個
のフレーズのどれに一致するか確認する。このとき、音
声信号に含まれる１つ１つの音の音階が予め定められた
Ｎ個のフレーズに含まれる１つ１つ楽音のどれと同じで
あるかを確認する。この処理は、第１フレーズの第１楽
音の確認，第２フレーズの第１楽音の確認，…，第Ｎフ
レーズの第１楽音の確認，第１フレーズの第２楽音の確
認，第２フレーズの第２楽音の確認という順序で行われ
る。そして、入力された音声信号が或るフレーズに一致
すると、そのフレーズに対応したコードを赤外線信号と
して送信する。
【０１０２】つぎに、図１２を参照して、コード受信装
置１１２のＣＰＵ１６０の動作を説明する。コード送信
装置１０２から赤外線信号としてコードが送信される
と、ステップＳ１３１において、コードの入力があった
と判断し、ステップＳ１３７でコードを受信する。
【０１０３】ステップＳ１３９ではカウンタｙに「０」
を代入して初期化する。そして、ステップＳ１４１で
は、受信したコードがコード［ｙ］と一致するかどうか
を判断する。フレーズの数Ｎと同じだけのＮ個のコード
［ｙ］が用意されており、受信したコードがどのコード
［ｙ］と一致するかを判断する。受信コードとコード
［ｙ］とが一致すると判断すると、ステップＳ１４３に
おいて、コード［ｙ］に対応する音声をスピーカ１１８
から出力するとともに、ＬＥＤ１２０をコード［ｙ］に
対応するリズムで点滅させる。
【０１０４】受信コードとコード［ｙ］とが一致しない
と判断すると、ステップＳ１４５でカウンタｙをインク
リメントし、ステップＳ１４７でカウンタｙの値がＮで
あるかどうかを判断する。カウンタｙの値がＮでないと
判断すると、ステップＳ１４１に戻って再び受信コード
が次のコード［ｙ］に一致するかどうかを判断する。一
方、ステップＳ１４７でカウンタｙの値がＮであると判
断すると、受信コードに一致するコード［ｙ］が存在し
ないとしてステップＳ１３１に戻る。
【０１０５】また、ユーザによってキースイッチ１１６
が押し下げられると、ステップＳ１３３において、キー
入力があったと判断し、ステップＳ１３５でキー入力に
対応する音声をスピーカ１１８から出力するとともにキ
ー入力に対応するリズムでＬＥＤ１２０を点滅させる。
【０１０６】このように、家庭用テレビ１３０のスピー
カ１３２から出力されるフレーズをコード送信装置１０
２で認識し、認識したフレーズに対応するコードを送信
する。送信されたコードをコード受信装置１１２が受信
し、受信したコードに対応する音をスピーカ１１８から
出力するとともに、受信したコードに対応するリズムで
ＬＥＤ１２０を点滅させる。したがって、家庭用テレビ
１３０のスピーカ１３２から出力されるフレーズにした
がって、コード受信装置から音が出力され、ＬＥＤが点
滅する。
【０１０７】従来、光センサを備え、テレビ画面全体が
特定の周期で明滅された際に、効果音の再生やＬＥＤの
点滅などの動作を行う装置が存在した。しかし、このよ
うな装置では、明滅するテレビ画面が光過敏症などの症
状をもつ視聴者に健康上の問題を与えるという恐れがあ
ったが、この実施例の玩具１００ではそのような心配が
ない。
【０１０８】以上説明したように、この実施例の玩具１
００では、従来のように入力音声にＦＦＴを施して主要
周波数成分を特定して音階認識を行うのではなく、入力
が期待される特定の周波数成分（音階）と入力音声とを
比較することによって音階認識を行う。したがって、必
要とされる処理が非常に軽く、必要とされるメモリの量
も極めて少なくて済む。そのため、処理能力の低いマイ
クロプロセサを用いてリアルタイムで音階認識を行う装
置の実現が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例の全体構成を示す図解図で
あり、図１（Ａ）が正面を示し、図１（Ｂ）が裏面を示
す。
【図２】図１の実施例の内部構成の一例を示すブロック
図である。
【図３】図１の実施例の動作の一部を説明するフロー図
である。
【図４】図１の実施例の動作の一部を説明するフロー図
である。
【図５】図１の実施例の動作の一部を説明するフロー図
である。
【図６】この発明のその他の一実施例の全体構成を示す
図解図である。
【図７】図６の実施例の一部内部構成の一例を示すブロ
ック図である。
【図８】図６の実施例の一部内部構成の一例を示すブロ
ック図である。
【図９】図６の実施例の動作の一部を説明するフロー図
である。
【図１０】図６の実施例の動作の一部を説明するフロー
図である。
【図１１】図６の実施例の動作の一部を説明するフロー
図である。
【図１２】図６の実施例の動作の一部を説明するフロー
図である。
【符号の説明】
１０ …カラオケ装置 ５２ …プロセサ １００ …玩具 １０２ …コード送信装置 １１２ …コード受信装置 １４０ …ＣＰＵ １６０ …ＣＰＵ

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】音階認識方法であって、 （ａ）入力されるアナログ音声信号を一定時間間隔Ｃで
    サンプリングしてディジタルデータＤに変換するステッ
    プ、 （ｂ）観測周波数ｆおよび時間ｔよりｓｉｎωｔおよび
    ｃｏｓωｔ（ωは前記周波数ｆに対応する角速度であ
    る）を導出するステップ、 （ｃ）数１を演算してフーリエ正弦級数の係数を求める
    ための累積値Ａｓを算出するステップ、 （ｄ）数２を演算してフーリエ余弦級数の係数を求める
    ための累積値Ａｃを算出するステップ、 （ｅ）数３を演算して周波数パワースペクトル実効値Ａ
    を算出するステップ、 （ｆ）前記数値Ａに基づいて前記アナログ音声信号中に
    含まれる前記周波数ｆの成分を評価するステップ、そし
    て （ｇ）数４を演算して前記時間ｔを更新するステップを
    含む、音階認識方法。 【数１】Ａｓ←Ａｓ＋Ｄ・ｓｉｎωｔ 【数２】Ａｃ←Ａｃ＋Ｄ・ｃｏｓωｔ 【数３】 【数４】ｔ←ｔ＋Ｃ
  2. 【請求項２】音階認識方法であって、 （ａ）入力されるアナログ音声信号を一定時間間隔Ｃで
    サンプリングしてディジタルデータＤに変換するステッ
    プ、 （ｂ）観測周波数ｆおよび時間ｔよりｓｉｎωｔおよび
    ｃｏｓωｔ（ωは前記周波数ｆに対応する角速度であ
    る）を導出するステップ、 （ｃ）数５を演算してフーリエ正弦級数の係数を求める
    ための累積値Ａｓを算出するステップ、 （ｄ）数６を演算してフーリエ余弦級数の係数を求める
    ための累積値Ａｃを算出するステップ、 （ｅ）数７を演算して周波数パワースペクトル実効値Ａ
    を算出するステップ、 （ｆ）前記数値Ａに基づいて前記アナログ音声信号中に
    含まれる前記周波数ｆの成分を評価するステップ、そし
    て （ｇ）数８を演算して前記時間ｔを更新するステップを
    含む、音階認識方法。 【数５】Ａｓ←Ａｓ＋Ｄ・ｓｉｎωｔ 【数６】Ａｃ←Ａｃ＋Ｄ・ｃｏｓωｔ 【数７】Ａ←Ａｓ2＋Ａｃ2 【数８】ｔ←ｔ＋Ｃ
  3. 【請求項３】ステップ（ｆ）は、（ｆ１）前記アナログ
    音声信号の振幅レベルに応じて前記数値Ａを補正するス
    テップを含む、請求項１または２記載の音階認識方法。
  4. 【請求項４】複数の観測周波数（ｆ0，ｆ1，…，
    ｆN-1：Ｎは同時に観測する周波数の個数）に対して、
    ステップ（ｂ）からステップ（ｆ）をそれぞれ行う、請
    求項１ないし３のいずれかに記載の音階認識方法。
  5. 【請求項５】音階認識装置であって、 入力されるアナログ音声信号を一定時間間隔Ｃでサンプ
    リングしてディジタルデータＤに変換するアナログ／デ
    ィジタル変換手段、 観測周波数ｆおよび時間ｔよりｓｉｎωｔおよびｃｏｓ
    ωｔ（ωは前記周波数ｆに対応する角速度である）を導
    出する導出手段、 数９を演算してフーリエ正弦級数の係数を求めるための
    累積値Ａｓを算出する第１演算手段、 数１０を演算してフーリエ余弦級数の係数を求めるため
    の累積値Ａｃを算出する第２演算手段、 数１１を演算して周波数パワースペクトル実効値Ａを算
    出する第３演算手段、前記数値Ａに基づいて前記アナロ
    グ音声信号中に含まれる前記周波数ｆの成分を評価する
    評価手段、および数１２を演算して前記時間ｔを更新す
    る更新手段を含む、音階認識装置。 【数９】Ａｓ←Ａｓ＋Ｄ・ｓｉｎωｔ 【数１０】Ａｃ←Ａｃ＋Ｄ・ｃｏｓωｔ 【数１１】 【数１２】ｔ←ｔ＋Ｃ
  6. 【請求項６】音階認識装置であって、 入力されるアナログ音声信号を一定時間間隔Ｃでサンプ
    リングしてディジタルデータＤに変換するアナログ／デ
    ィジタル変換手段、 観測周波数ｆおよび時間ｔよりｓｉｎωｔおよびｃｏｓ
    ωｔ（ωは前記周波数ｆに対応する角速度である）を導
    出する導出手段、 数１３を演算してフーリエ正弦級数の係数を求めるため
    の累積値Ａｓを算出する第１演算手段、 数１４を演算してフーリエ余弦級数の係数を求めるため
    の累積値Ａｃを算出する第２演算手段、 数１５を演算して周波数パワースペクトル実効値Ａを算
    出する第３演算手段、 前記数値Ａに基づいて前記アナログ音声信号中に含まれ
    る前記周波数ｆの成分を評価する評価手段、および数１
    ６を演算して前記時間ｔを更新する更新手段を含む、音
    階認識装置。 【数１３】Ａｓ←Ａｓ＋Ｄ・ｓｉｎωｔ 【数１４】Ａｃ←Ａｃ＋Ｄ・ｃｏｓωｔ 【数１５】Ａ←Ａｓ2＋Ａｃ2 【数１６】ｔ←ｔ＋Ｃ
  7. 【請求項７】前記判断手段は、前記アナログ音声信号の
    振幅レベルに応じて前記数値Ａを補正する補正手段を含
    む、請求項５または６に記載の音階認識装置。
  8. 【請求項８】前記第１演算手段，前記第２演算手段，前
    記第３演算手段および前記評価手段は、複数の観測周波
    数（ｆ0，ｆ1，…，ｆN-1：Ｎは同時に観測する周波数
    の個数）のそれぞれについて演算を行う、請求項５ない
    し７のいずれかに記載の音階認識装置。
  9. 【請求項９】請求項１ないし４のいずれかに記載の音階
    認識方法を用いる音階認識装置であって、 楽譜データに基づいてカラオケのＢＧＭを再生するＢＧ
    Ｍ再生手段、 前記楽譜データおよび前記楽譜データに同期して含まれ
    歌唱の模範となる旋律の音階データを格納する楽譜デー
    タ記憶手段、 前記楽譜データ記憶手段から前記時間ｔにおける前記音
    階データを読み出す読み出し手段、 前記読み出し手段によって読み出された前記音階データ
    の周波数を前記観測周波数ｆに設定する設定手段、 請求項１ないし４のいずれかに記載の音階認識方法を用
    いて音階認識を行う音階認識手段、および前記評価手段
    による評価の結果を出力する出力手段を備える、音階認
    識装置。
  10. 【請求項１０】請求項４記載の音階認識方法を用いる音
    階認識装置であって、 楽譜データに基づいてカラオケのＢＧＭを再生するＢＧ
    Ｍ再生手段、 前記楽譜データおよび前記楽譜データに同期して含まれ
    歌唱の模範となる旋律の音階データを格納する楽譜デー
    タ記憶手段、 前記楽譜データ記憶手段から前記時間ｔにおける前記音
    階データを読み出す読み出し手段、 前記読み出し手段によって読み出された前記音階データ
    の周波数を前記観測周波数ｆ0に設定し、前記読み出し
    手段によって読み出された前記音階データより１オクタ
    ーブ下の音階の周波数を前記観測周波数ｆ1に設定し、
    前記読み出し手段によって読み出された前記音階データ
    より１オクターブ上の音階の周波数を前記観測周波数ｆ
    2に設定する設定手段、 請求項４記載の音階認識方法を用いて音階認識を行う音
    階認識手段、および前記評価手段による評価結果を出力
    する出力手段を備える、音階認識装置。
  11. 【請求項１１】請求項１ないし４のいずれかに記載の音
    階認識方法を用いる音階認識装置であって、 請求項１ないし４のいずれかに記載の音階認識方法を用
    いて、前記アナログ音声信号の音階認識を逐次行う音階
    認識手段、 前記音階認識手段によって認識された音階の変化を所定
    の音楽フレーズと比較する比較手段、および前記比較手
    段の比較の結果前記音階認識手段によって認識された音
    階の変化が前記所定の音楽フレーズと一致したときに、
    当該音楽フレーズに対応付けられた所定の動作を行う第
    １動作手段を備える、音階認識装置。
  12. 【請求項１２】請求項１ないし４のいずれかに記載の音
    階認識方法を用いる音階認識装置であって、 音楽フレーズの各音符の音階データを格納する音符デー
    タ記憶手段、 前記音符データ記憶手段に含まれる音符データのうちの
    １つを指し示すポインタ、 前記音符データ記憶手段から前記ポインタの指し示す音
    符の音階データを読み出す音符データ読み出し手段、 前記音符データ読み出し手段によって読み出された音階
    データの周波数を前記観測周波数ｆに設定する設定手
    段、 請求項１ないし４のいずれかに記載の音階認識方法を用
    いて、前記アナログ音声信号の音階認識を逐次行う音階
    認識手段、 前記アナログ音声信号に含まれる前記周波数ｆの周波数
    成分の程度を所定の閾値と比較する比較手段、 前記比較手段の比較の結果、前記アナログ音声信号に含
    まれる前記周波数ｆの周波数成分の程度が前記所定の閾
    値より大きいときに前記ポインタをインクリメントし、
    前記アナログ音声信号に含まれる前記周波数ｆの周波数
    成分の程度が前記閾値以下であるときに前記ポインタで
    前記音楽フレーズの先頭の音符の音階データを指し示す
    ポインタ操作手段、および前記ポインタの値が前記音楽
    フレーズの末尾の音符の音階データの位置を越えたとき
    に、当該音楽フレーズに対応付けられた所定の動作を行
    う第１動作手段を備える、音階認識装置。
  13. 【請求項１３】前記音符データ記憶手段は、前記各音符
    の再生時間データをさらに格納し、 前記音符データ記憶手段から前記ポインタの指し示す前
    記音符の再生時間データを読み出す再生時間データ読み
    出し手段をさらに備え、および前記音階認識手段は、前
    記再生時間データ読み出し手段によって読み出された再
    生時間データが示す期間中、前記音階データの周波数を
    音階認識する、請求項１２記載の音階認識装置。
  14. 【請求項１４】前記第１動作手段は、前記音楽フレーズ
    に対応付けられたコードを送信するコード送信手段を含
    む、請求項１１ないし１３のいずれかに記載の音階認識
    装置。
  15. 【請求項１５】前記コード送信手段は、赤外発光素子を
    点滅させることによって前記音楽フレーズに対応付けら
    れたコードを送信する、請求項１４記載の音階認識装
    置。
  16. 【請求項１６】前記コード送信手段によって送信された
    前記コードを受信するコード受信手段、および前記コー
    ド受信手段によって受信された前記コードに対応付けら
    れた所定の動作を行う第２動作手段をさらに含む、請求
    項１４または１５に記載の音階認識装置。
  17. 【請求項１７】前記第２動作手段は、発光素子、および
    前記発光素子を所定のパターンで点滅させる発光素子点
    滅手段を含む、請求項１６記載の音階認識装置。
  18. 【請求項１８】前記動作手段は、スピーカ、および前記
    スピーカから所定の音声パターンを出力させる音声出力
    手段をさらに含む、請求項１６または１７に記載の音階
    認識装置。
  19. 【請求項１９】前記アナログ音声信号は、テレビ番組に
    含まれ、家庭用テレビ受像機から出力される音声信号で
    ある、請求項１１ないし１８のいずれかに記載の音階認
    識装置。
  20. 【請求項２０】前記アナログ音声信号は、記録媒体に格
    納され、前記記憶媒体の再生装置から出力される音声信
    号である、請求項１１ないし１８のいずれかに記載の音
    階認識装置。
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