JP2008046321A - 和音解析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】和音の各構成音を基音とする３倍音の影響を除去して、音名検出精度を向上させた和音解析装置を提供すること。
【解決手段】エンベロープ検出部２０が、夫々の通過帯域の中心周波数が半音の周波数分づつずれている複数個のＢＰＦ１０からの出力信号のエンベロープ信号を検出出力する。そして、３倍音除去部３０が、全エンベロープ信号の３倍音を除去した信号を出力し、音名抽出部５０がこの３倍音除去部３０からの出力信号に基づいて和音の各構成音の音名を抽出するので、和音の各構成音を基音とする３倍音の影響を除去して、和音の各構成音の音名検出精度を向上させることが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力された音楽信号に基づいて和音の構成音の音名を求める装置の改良に関する。

従来から、入力されたオーディオ信号に基づいて和音の構成音の音名を検出し、検出した音名を表示出力する装置が提案されていた。例えば、入力されたオーディオ信号を周波数分析して和音構成音の音名に対応した出力信号に基づいて和音名を検出し、この検出された和音名を表示出力する和音表示装置が提案されていた（例えば、特許文献１参照）。

実開昭６０−２６０９１号公報（第１−２頁、第１図）

確かに、この装置によれば、和音名を表示出力できるが基音に基づく高調波特に３倍音の影響を考慮した精度の高い和音名の検出が不能であった。図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）は夫々、単音の「ド」、「ミ」、「ソ」をピアノ等の楽器によって出力した場合の周波数スペクトル特性を示す図である。単音「ド」、単音「ミ」、および単音「ソ」の夫々の周波数スペクトルを見て分かるように、各単音に対しては基音に対する２倍音、３倍音、４倍音が出現している。そして、図８に示すように、和音「ドミソ」を楽器出力させた場合において、「ド」、「ミ」、「ソ」の２倍音、３倍音が出現するため和音の構成音を検出するのは困難であった。特に、３倍音が検出精度に影響し、例えば、図８に示す場合では基音「ミ」の３倍音が「シ」となり、また、基音「ソ」の３倍音が「レ」となるため、和音の構成音「ド」、「ミ」、「ソ」のみを検出することが困難であった。本発明者はこのような３倍音が特に検出精度に与える影響が大きいことを把握した。

つまり、本発明は、かかる従来の課題を解決するためになされたもので、和音の各構成音を基音とする３倍音の影響を除去して、和音の各構成音の音名検出精度を向上させた装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、和音の構成音の音名を抽出する装置であって、
夫々の通過帯域の中心周波数が半音の周波数分づつずれている複数個のバンドパスフィルタと、
各バンドパスフィルタからの出力信号のエンベロープ信号を検出して出力する前記複数個のエンベロープ検出手段と、
全エンベロープ信号の３倍音を除去した信号を出力する３倍音除去手段と、
この３倍音除去手段からの出力信号に基づいて和音の各構成音の音名を抽出する音名抽出手段と、を備える構成とした。

本発明によれば、複数個のエンベロープ検出手段が、夫々の通過帯域の中心周波数が半音の周波数分づつずれている複数個のバンドパスフィルタからの出力信号のエンベロープ信号を検出出力する。そして、３倍音除去手段が、全エンベロープ信号の３倍音を除去した信号を出力し、音名抽出手段がこの３倍音除去手段からの出力信号に基づいて和音の各構成音の音名を抽出するので、和音の各構成音を基音とする３倍音の影響を除去して、和音の各構成音の音名検出精度を向上させることが可能となる。

より具体的には、前記３倍音除去手段が前記複数個（Ｎ個）のバンドパスフィルタをその通過帯域の中心周波数が高くなる順に番号「１」から番号「Ｎ」（Ｎは２０以上）が付されたと想定した場合、ｉ番目のエンベロープ出力信号から、「ｉ―１９」番目のエンベロープ信号を減じた値を、新たな「ｉ」番目のエンベロープ信号の信号値とする処理を、ｉが「Ｎ」から２０となるまで繰り返し実行する構成とする。但し、減算結果が負になる場合は、「０」を新たな「ｉ」番目のエンベロープ信号の信号値としてもよい。

そして、前記３倍音除去手段の後段に設けられ、基音のレベルを上げる基音強調手段を更に備えた構成とすると一層検出精度が向上する。より具体的には、前記基音強調手段が前記Ｎ個のエンベロープ信号値をそれに対応するバンドパスフィルタの通過帯域の中心周波数が高くなる順に番号「１」から番号「Ｎ」（Ｎは１３以上）が付されたと想定した場合、ｉ番目のエンベロープ出力信号に、「ｉ＋１２」番目のエンベロープ信号を加算した値を新たな「ｉ」番目のエンベロープ信号の信号値とする処理をｉが「１」から「Ｎ−１２」となるまで繰り返し実行する構成とする。

本発明によれば、和音の各構成音を基音とする３倍音の影響を除去して、和音の各構成音の音名検出精度を向上させた装置を実現することができるという効果が得られる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しつつ説明する。

（構成）
図１は本発明の実施形態である和音解析装置１の構成図である。本装置１は、ＢＰＦ１（１０）、ＢＰＦ２（１０）、…ＢＰＦ３６（１０）でなる３６個のバンドパスフィルタ１０と、ＢＰＦ１（１０）、ＢＰＦ２（１０）…ＢＰＦ３６（１０）の夫々からのフィルタリング信号に対するエンベロープ信号を検出して出力する３６個のエンベロープ検出部１（２０）、エンベロープ検出部２（２０）、…、エンベロープ検出部３６（２０）からなるエンベロープ検出部２０と、各エンベロープ検出部２０からの信号に基づき基音の３倍音を除去する３倍音除去部３０と、３倍音が除去された信号に基づいて基音のレベルを上げる基音強調部４０と、基音が強調された信号に基づいて和音の各構成音の音名を抽出する音名抽出部５０と、抽出された音名情報に基づきこれに対応するコード名を出力するコード名変換部６０とを有して構成される。

そして、各ＢＰＦ１０は、その通過帯域の中心周波数が半音に相当する周波数分づつずれるように構成されているバンドパスフィルタである。図３はその一部の説明図である。図３に示す例の場合、ＢＰＦ１の通過帯域の中心周波数ｆ１と、ＢＰＦ２の通過帯域の中心周波数ｆ２との差が半音の周波数に相当するように構成されている。このようにして、他のＢＰＦ３〜ＢＰＦ３６の通過帯域の中心周波数も設定されている。音名抽出部４０は、例えばレベルが所定値の音に対する音名を出力可能に構成され、また、コード名変換部６０は、音名抽出部４０が出力した音名情報を所定の変換方式によってコード名にして出力する構成とされている。

（動作）
次に、図２、図４、図１０等を参照して動作を説明する。なお、図２においては、理解容易化のため各バンドパスフィルタの通過帯域の裾野が重ならないように図示している。また、その通過帯域の中心周波数が低いものから高くなっていく順に、バンドパスフィルタの番号であるＢＰＦ番号を「１」〜「３６」とする。

楽器からの楽音信号等（音楽信号の一例）がＢＰＦ１〜ＢＰＦ３６に同時に入力されると、各ＢＰＦ１０はそのバンドパス通過特性によって抽出されたフィルタリング信号を出力する。そして、エンベロープ検出部１〜エンベロープ検出部３６の夫々が、対応するＢＰＦ１０からのフィルタリング信号のエンベロープを検出してこの検出値を出力する。

そして、３倍音除去部３０は、３６番目のＢＰＦ１０からの出力エンベロープ値から、１７番目のＢＰＦ１０からの出力エンベロープ値を減じてこの値を新たに３６番のＢＰＦ１０に対応するエンベロープ値とする。次に、３５番目のＢＰＦ１０からの出力エンベロープ値から、１６番目のＢＰＦ１０からの出力エンベロープ値を減じてこの値を新たに３５番のＢＰＦ１０に対応するエンベロープ値とする。このような処理を繰り返し実行する。つまり、図１０（ａ）に示すような処理を実行する。最初にカウンタ「ｉ」を「３６」に設定する（ステップＳ１００）。次に、ＢＰＦ（ｉ）をｉ番目のＢＰＦ１０のエンベロープ値と定義して、「ＢＰＦ（ｉ）」から「ＢＰＦ（ｉ−１９）」を引いた値を新たに「ＢＰＦ（ｉ）」とする処理を行い、更に、ステップＳ１１０で「ｉ」を１だけデクリメントし、「ｉ−１９」が１以上の場合（ステップＳ１１５のＹｅｓ）にはステップＳ１０５からの動作を繰り返す一方、「ｉ―１９」が「１」未満となった場合（ステップＳ１１５のＮｏ）には処理を終了する。

したがって、図４（ａ）に示すように、ＢＰＦ番号「３６」の値「Ｄ３６」から、これより１９半音分低い（周波数比が「１／３」となる）ＢＰＦ番号「１７」の値「Ｄ１７」を減じた値を、新たに「Ｄ３６」とする。このような処理を、ＢＰＦ番号「３６」のＤ３６から、ＢＰＦ番号「２０」までの値に対して行う。

ここで、ＢＰＦ番号で「１９」番分異なることは、基音と３倍音の関係を意味している。図５（ａ）は単音入力時の基音とその高調波のレベルを示しており、図５（ｂ）は３倍音除去部３０による３倍音除去処理後の各ＢＰＦ１０のレベルを示したものである。図５を参照して分かるように、３倍音除去部３０によって３倍音が除去される。

次に、基音強調部４０の動作を説明する。基音強調部４０は、１番目のＢＰＦ１０からの出力エンベロープ値に１３番目のＢＰＦ１０からの出力エンベロープ値を加算してこの値を新たに１番のＢＰＦ１０に対応するエンベロープ値とする。次に、２番のＢＰＦ１０からの出力エンベロープ値に１４番目のＢＰＦ１０からの出力エンベロープ値を加算してこの値を新たに２番のＢＰＦ１０に対応するエンベロープ値とする。このような処理を繰り返し実行する。つまり、図１０（ｂ）に示すような処理を実行する。最初にカウンタ「ｉ」を「１」に設定する（ステップＳ２００）。次に、ＢＰＦ（ｉ）をｉ番目のＢＰＦ１０のエンベロープ値として、「ＢＰＦ（ｉ）」に「ＢＰＦ（ｉ＋１２）」を加えた値を新たに「ＢＰＦ（ｉ）」とする処理を行い、更に、ステップＳ２１０でｉを１だけインクリメントし、「ｉ＋１２」が３６以下の場合（ステップＳ２１５のＹｅｓ）にはステップＳ２０５からの動作を繰り返す一方、「ｉ＋１２」が「３６」よりも大きくなった場合（ステップＳ２１５のＮｏ）には処理を終了する。

したがって、図４（ｂ）に示すように、ＢＰＦ番号「１」の値「Ｅ１」にこれより１オクターブ高いＢＰＦ番号「１３」の値「Ｅ１３」を加算した値を、新たに「Ｅ１」とする。このような処理を、ＢＰＦ番号「１」のＥ１から、ＢＰＦ番号「２４」までの値に対して行う。

ここで、ＢＰＦ番号で「１２」番分異なることは、音程で１オクターブの差を意味している。図６（ａ）は単音入力時の基音とその高調波のレベルを示しており、図６（ｂ）は基音強調部４０による基音強調処理後の各ＢＰＦ１０のレベルを示したものである。図６を参照して分かるように、基音強調部４０によって基音のレベルが上がっている。

このように、３６個（Ｎ個）のエンベロープ検出部２０が、夫々の通過帯域の中心周波数が半音の周波数分づつずれている３６個のバンドパスフィルタ１０からの出力信号のエンベロープ信号を検出して出力する。そして、３倍音除去部３０が、全エンベロープ信号の３倍音を除去した信号を出力し、音名抽出部５０がこの３倍音除去部３０からの出力信号に基づいて和音の各構成音の音名を抽出するので、和音の各構成音を基音とする３倍音の影響を除去して、和音の各構成音の音名検出精度を向上させることが可能となる。

そして、３倍音除去部３０の後段に設けられ、基音のレベルを上げる基音強調部４０を備えた構成とすると一層検出精度が向上する。図９は「ドミソ」和音入力時の基音とその高調波のレベルを示しており、図９は３倍音除去部３０と基音強調部４０とが作用して、和音の構成音の「ド」、「ミ」、「ソ」が音名抽出部５０によって抽出可能となることを示している。

上述した本装置１は３６個のＢＰＦ１０を用いて構成しているが、ＢＰＦの個数は「３６個」に限定されず、個数は２０個以上であれば良い。また、音名抽出部５０からの出力を表示したり各種の出力装置に出力する構成も可能である。

以上説明してきたように、本発明によれば音楽分野において適用して好適な、和音の構成音の音名を抽出可能な装置を提供することができる。

和音抽出装置１の構成図である。 ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）を用いた動作の説明図である。 隣接するＢＰＦの周波数特性の説明図である。 ３倍音除去部３０、基音強調部４０の動作の説明図である。 ３倍音除去部３０による効果の説明図である。 基音強調部４０による効果の説明図である 楽器単音のスペクトル特性の説明図である。 従来技術の説明図である。 本発明の効果を示す説明図である。 ３倍音除去部３０、基音強調部４０の動作の説明図である。

符号の説明

１ 和音解析装置
１０ ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）
２０ エンベロープ検出部
３０ ３倍音除去部
４０ 基音強調部
５０ 音名抽出部
６０ コード名変換部

Claims (4)

1. 和音の構成音の音名を抽出する装置であって、
   夫々の通過帯域の中心周波数が半音の周波数分づつずれている複数個のバンドパスフィルタと、
   各バンドパスフィルタからの出力信号のエンベロープ信号を検出して出力する前記複数個のエンベロープ検出手段と、
   全エンベロープ信号の３倍音を除去した信号を出力する３倍音除去手段と、
   この３倍音除去手段からの出力信号に基づいて和音の各構成音の音名を抽出する音名抽出手段と、を備えたことを特徴とする和音解析装置
2. 請求項１に記載の装置において、
   前記３倍音除去手段は、
   前記複数個（Ｎ個）のバンドパスフィルタをその通過帯域の中心周波数が高くなる順に番号「１」から番号「Ｎ」（Ｎは２０以上）が付されたと想定した場合、ｉ番目のエンベロープ出力信号から、「ｉ―１９」番目のエンベロープ信号を減じた値を、新たな「ｉ」番目のエンベロープ信号の信号値とする処理を、ｉが「Ｎ」から「２０」となるまで繰り返し実行することを特徴とする和音解析装置。
3. 請求項１および２の内のいずれか一項に記載の装置において、
   前記３倍音除去手段の後段に設けられ、基音のレベルを上げる基音強調手段を更に備えたことを特徴とする和音解析装置。
4. 請求項３に記載の装置において、
   前記基音強調手段は、
   前記Ｎ個のエンベロープ信号値をそれに対応するバンドパスフィルタの通過帯域の中心周波数が高くなる順に番号「１」から番号「Ｎ」（Ｎは１３以上）が付されたと想定した場合、ｉ番目のエンベロープ出力信号に、「ｉ＋１２」番目のエンベロープ信号を加算した値を新たな「ｉ」番目のエンベロープ信号の信号値とする処理を、ｉが「１」から「Ｎ−１２」となるまで繰り返し実行することを特徴とする和音解析装置。

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