JP2871120B2 - 自動採譜装置 - Google Patents

自動採譜装置

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JP2871120B2 JP1143291A JP1143291A JP2871120B2 JP 2871120 B2 JP2871120 B2 JP 2871120B2 JP 1143291 A JP1143291 A JP 1143291A JP 1143291 A JP1143291 A JP 1143291A JP 2871120 B2 JP2871120 B2 JP 2871120B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、音楽を楽譜もしくは楽
譜に相当する符号に変換する自動採譜装置に係り、さら
に詳細には、実際に鳴っている音である基本周波数の抽
出のための構成に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、複数の楽器によって演奏された音
楽の採譜は、音楽的知識を有する採譜者によって行われ
てきた。また、採譜を人が行うのでなく装置により自動
的に行うものでは、単音からなる音楽を採譜したり、あ
るいは鍵盤の押された情報から採譜を行う装置が提案さ
れている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
採譜装置では、楽器の種類や楽器数に制約があり、採譜
の範囲が限定され、一般的な音楽の演奏をそのまま採譜
できないという問題があった。また、複数の楽器によっ
て演奏された音楽をA/D変換した信号をFFT等によ
り周波数分析しただけでは、各楽器の倍音が多数観測さ
れ、どの音が基本周波数であるのか容易に判断できない
という問題があった。本発明は、上述した問題点を解決
するもので、音楽をA/D変換した信号を周波数分析
し、その結果から倍音を除去し、基本周波数のみを取り
出すことによって、楽器の種類や楽器数に制約を受けな
い自動採譜装置を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1の発明は、音楽信号を楽譜もしくは楽譜に相
当する符号に変換する採譜装置であって、音楽信号を取
り込みA/D変換する信号取り込み部と、前記信号取り
込み部で取り込んだデータに対して、一定時間毎に周波
数解析を行うことにより、一定時間内での周波数方向の
パワー・スペクトルを計算する周波数解析処理部と、パ
ワー・スペクトルより基本周波数候補を抽出する基本周
波数候補抽出部とを備え、前記基本周波数候補抽出部
は、パワー・スペクトルのピークからパワーのしきい値
を計算するパワーのしきい値計算手段と、前記パワー・
スペクトルのピークのうちの一つが演奏音の基本周波数
かどうかを、それより高い周波数の他のピークのなかで
元のピークの倍音となっているピークと、元のピーク
と、両者の間にあるピークの周波数とパワーに基づいて
判定する基本周波数らしさ判定手段と、前記パワー・ス
ペクトルのピークのうちの一つがそれより低い周波数の
他のピークの中のどれかの倍音となっているかを検索す
る基本周波数検索手段と、前記基本周波数検索手段で検
索されたピークの倍音系列が、パワー・スペクトルのピ
ークの中にどの程度含まれているかどうかを算出する倍
音系列含有度計算手段と、前記パワー・スペクトルのピ
ークのうちの一つが他のピークの倍音であると判断され
た時に、倍音とされた方のピークをパワー・スペクトル
から除去する倍音除去手段とからなるものである。
【0005】
【作用】請求項1の構成によれば、信号取り込み部は、
音楽をA/D変換し、計算機内で扱えるデジタル信号に
する。周波数解析処理部は、信号取り込み部で取り込ん
だデータに対して、ある一定時間毎に周波数解析を行う
ことにより、前記一定時間内での周波数方向のパワー・
スペクトルを計算する。基本周波数候補抽出部はこのパ
ワー・スペクトルより基本周波数候補を抽出する。そし
て、この基本周波数候補抽出部を構成する各手段は以下
のような作用をする。パワーのしきい値計算手段は、パ
ワー・スペクトルのピークからパワーのしきい値を計算
する。基本周波数らしさ判定手段は、パワー・スペクト
ルのピークのうちの一つが基本周波数かどうかを、それ
より高い周波数の他のピークのなかで元のピークの倍音
となっているピークと、元のピークと、両者の間にある
ピークの周波数とパワーとから判定する。基本周波数検
索手段は、前記パワー・スペクトルのピークのうちの一
つが、それより低い周波数の他のピークの中のどれかの
倍音となっているかを検索する。倍音系列含有度計算手
段は、前記基本周波数検索手段で検索されたピークの倍
音系列が、パワー・スペクトルのピークの中にどの程度
含まれているかどうかを算出する。倍音除去手段は、前
記パワー・スペクトルのピークのうちの一つが他のピー
クの倍音であると判断された場合に、倍音とされた方の
ピークをパワー・スペクトルから除去する。
【0006】
【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。図1は本発明による自動採譜装置の
ブロック図である。本装置は、音楽信号が入力されるオ
ーディオ・アンプ1と、ローパス・フィルター2と、A
/D変換装置3と、I/Oポート4と、基本周波数候補
を抽出処理するCPU5と、RAM6と、ROM7と、
抽出した結果を表示するデイスプレイ8とから構成され
ている。
【0007】次に、上記図1に図2、図3を加えて、本
自動採譜装置により行われる基本周波数抽出処理のため
の機能構成を説明する。本装置は、機能構成要素とし
て、信号取り込み部21と高速フーリエ変換(FFT)
処理部22と基本周波数候補抽出部23とからなる。信
号取り込み部21は、オーディオ・アンプ1、ローパス
・フィルタ2、A/D変換装置3、I/Oポート4、C
PU5等により構成される。入力された音楽信号はオー
ディオ・アンプ1により増幅され、この増幅された信号
は、ローパス・フィルタ2に入力され、例えば、5.5
kHz以下の周波数成分のみが通過し、標本化時の折返
し歪みを抑えている。この出力信号は、A/D変換装置
3により12kHz、16bitで標本化される。標本
化されたデータは、I/Oポート4を介し、CPU5に
取り込まれ、RAM6に記憶される。
【0008】FFT処理部22は、CPU5、RAM6
等でなり、CPU5はRAM6より標本化されたデータ
を読み出し、25msec毎を1フレームとし、1フレ
ーム毎に85.3msecハミング窓を掛けた後、FF
T分析により対数パワー・スペクトルが算出される。次
に、CPU5は、算出された対数パワー・スペクトルか
ら放射線内挿処理によりピーク周波数を求める。図5は
以上のようにして求めたピーク・スペクトルを、時間軸
を横軸に、ピーク周波数を鍵盤番号に変換して縦軸にと
り、強度を濃淡で示したものである。同図は倍音除去前
のデータである。基本周波数候補抽出部23は、CPU
5でなり、図3のようにパワーのしきい値計算手段31
と、基本周波数らしさ判定手段32と、基本周波数検索
手段33と、倍音系列含有度計算手段34と、倍音除去
手段35とから構成されている。
【0009】基本周波数候補抽出部23では、FFT処
理部22の各フレーム毎に処理を進める。いま、あるフ
レームに対して、FFT処理部22で求めたスペクトル
のピークがN個あるとし、以下、図4のフローチャート
に従って説明する。図4は、基本周波数候補抽出部23
での処理を、ある1フレーム分について示したものであ
る。N個のピークについては、各々周波数Fとパワーの
値Pが周波数によってソートされてRAM6に記憶され
ている。このN個のピークのパワーの値から、パワーに
よるしきい値Spを計算する(ステップ#1)。N個の
ピークについては、周波数の高い方から低い方へ、順に
処理を進める。N個のピークの、周波数の高い方からn
番目のピークの周波数をF(n)、パワーをP(n)と
する。F(n)が基本周波数であるかどうかを、F
(n)よりも高い周波数F(m)およびパワーP(m)
(1≦m<n)から判定する(#2,#3)。この判定
は以下のようにして行う。まず、F(m)の中にF
(n)の第X次倍音(X≧2)となっているF(x)が
あるかどうか探す。F(x)が見つかった場合、F
(n)とF(x)の関係は、F(n)が基本周波数で、
F(x)が第X次倍音となっている場合(これをケース
1とする)と、F(n)、F(x)がより低い、両者の
公約数となっている周波数の、それぞれれL次(L≧
2)、L×X次倍音となっている場合(これをケース2
とする)とがあり得る。
【0010】このどちらの場合であるかを判断するため
に、F(x)とF(n)の間に存在する周波数F
(y)、およびパワーP(y)(x<y<n)につい
て、以下のような処理をする。P(y)>(P(x)+
P(n))/2であれば、F(y)とF(x)、F
(n)の周波数差を計算する。いま、Fxy=F(x)
−F(y)、Fyn=F(y)−F(n)とする。Fx
yとFynの小さい方をF0とする。F0がF(n)、
F(x)を両方とも倍音とする場合は、前述のケース2
である可能性が高いので、F(n)は基本周波数でない
と判断する。また、F(x)が見つからなかった場合も
F(n)は基本周波数でないと判断する。これ以外の場
合、すなわちF(m)の中に存在するF(n)の第X次
倍音(X≧2)となっている全てのF(x)について、
F(x)とF(n)の間に存在するF(y)から計算さ
れた全てのF0の中に、F(n)、F(x)を両方とも
倍音とするものがひとつもない場合、F(n)は基本周
波数であると判断される。
【0011】以上により、P(n)>SpかつF(n)
が基本周波数であると判断された場合は(#4,#5で
YES)、そのピークは基本周波数であるとして次のピ
ークに処理を移す(#6,#7)。そうでない場合は、
F(n)よりも低い周波数F(p)(n<p≦N)の中
に、F(n)を第Z次倍音(Z≧2)とするF(z)が
あるか探す(#8,#9)。F(z)が見つかった場合
には、F(z)のZ次までの倍音系列をF(q)(z≦
q≦n)の中で探す。F(q)の中にZ個含まれるはず
のF(z)の倍音系列のうち、実際にF(q)の中で見
つかった個数をW個とし、倍音系列含有度W/Zを計算
する(#10)。W/Zがあるしきい値以上の場合には
(#11でYES)、F(n)はF(z)の倍音である
として除去する(#12)。条件を満たすF(z)が見
つからなかった場合には、F(n)を除去しない。な
お、F(n)を除去した場合でも以降の処理に支障をき
たすことのないように、F(n)にピークが存在したと
いう情報は残しておく。以上の処理をN個のピーク全て
について行ったら、次のフレームに処理を移す。FFT
処理部22でパワー・スペクトルを算出した全てのフレ
ームについて以上の処理を終了した時、基本周波数候補
抽出部23の処理が終了する。
【0012】図6は、図5のデータに基本周波数候補抽
出部23による倍音除去の処理を施した後のデータであ
る。図6では、図5に比べて、倍音除去により不要なデ
ータが除去されていることが分かる。本発明は上記の実
施例に限定するものではなく、その趣旨を逸脱しない範
囲において種々の変更を加えることができる。例えば、
本実施例においては、FFT処理部22のフレーム毎に
基本周波数候補抽出部23の処理を行ったが、予め近接
するフレーム間でパワー・スペクトルの安定部が続く区
間を一つの分析区間として設定し、その分析区間毎に以
降の処理を行うことも可能である。
【0013】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、A/D変
換して取り込んだ音楽信号を周波数解析し、その結果か
ら倍音を除去することによって、実際に鳴っている音の
基本周波数のみを取り出すようにしているので、楽器の
種類や楽器数に制約を受けずに基本周波数を抽出するこ
とができ、採譜することが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例による自動採譜装置のブロ
ック図である。
【図2】 自動採譜装置の基本周波数抽出までの機能構
成図である。
【図3】 基本周波数候補抽出部23の構成図である。
【図4】 基本周波数候補抽出部23における処理を示
すフローチャートである。
【図5】 FFT処理部22により算出された、倍音除
去処理前のパワー・スペクトルの説明図である。
【図6】 図5に基本周波数候補抽出部2による倍音除
去処理を施した後のパワー・スペクトルの説明図であ
る。
【符号の説明】
3 A/D変換装置 5 CPU 6 RAM 21 信号取り込み部 22 FFT処理部 23 基本周波数候補抽出部 31 パワーのしきい値計算手段 32 基本周波数らしさ判定手段 33 基本周波数検索手段 34 倍音系列含有度計算手段 35 倍音除去手段

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 音楽信号を楽譜もしくは楽譜に相当する
    符号に変換する採譜装置において、 音楽信号を取り込みA/D変換する信号取り込み部と、 前記信号取り込み部で取り込んだデータに対して、一定
    時間毎に周波数解析を行うことにより、一定時間内での
    周波数方向のパワー・スペクトルを計算する周波数解析
    処理部と、 パワー・スペクトルより基本周波数候補を抽出する基本
    周波数候補抽出部とを備え 前記基本周波数候補抽出部は、パワー・スペクトルのピ
    ークからパワーのしきい値を計算するパワーのしきい値
    計算手段と、前記パワー・スペクトルのピークのうちの
    一つが演奏音の基本周波数かどうかを、それより高い周
    波数の他のピークのなかで元のピークの倍音となってい
    るピークと、元のピークと、両者の間にあるピークの周
    波数とパワーに基づいて判定する基本周波数らしさ判定
    手段と、前記パワー・スペクトルのピークのうちの一つ
    がそれより低い周波数の他のピークの中のどれかの倍音
    となっているかを検索する基本周波数検索手段と、前記
    基本周波数検索手段で検索されたピークの倍音系列が、
    パワー・スペクトルのピークの中にどの程度含まれてい
    るかどうかを算出する倍音系列含有度計算手段と、前記
    パワー・スペクトルのピークのうちの一つが他のピーク
    の倍音であると判断された時に、倍音とされた方のピー
    クをパワー・スペクトルから除去する倍音除去手段とか
    らなる ことを特徴とする自動採譜装置。
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