JP2915773B2 - カラオケ装置 - Google Patents

カラオケ装置

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JP2915773B2
JP2915773B2 JP5347398A JP34739893A JP2915773B2 JP 2915773 B2 JP2915773 B2 JP 2915773B2 JP 5347398 A JP5347398 A JP 5347398A JP 34739893 A JP34739893 A JP 34739893A JP 2915773 B2 JP2915773 B2 JP 2915773B2
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  • Reverberation, Karaoke And Other Acoustics (AREA)
  • Signal Processing For Digital Recording And Reproducing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、カラオケ装置に関す
【0002】
【従来の技術】数多くの楽曲の伴奏は、テープやディス
ク等の記録媒体に記録され、カラオケ装置は、数多くの
楽曲の中から選択された楽曲の伴奏を、前記記録媒体か
再生する。人間は、マイクを用いて、その楽曲の伴奏
に合わせて歌を歌うが、人間の歌声の音域は人によって
非常に異なっており、曲によっては高い声または低い声
が出せないため歌えないという悩みがある。このため伴
奏の調(キー)を上または下に変えることにより、歌声
の音域に合わせるキーコントロール機能がカラオケ装置
に搭載されるのが一般的になっている。キーを変える一
番簡単な方法は、CD、LD等の光ディスクを使用する
カラオケ装置においては、ディスクの回転速度を変える
ことであり、テープを使用するカラオケ装置において
は、テープの走行速度を変えることであるが、これらの
方法では曲のテンポも同時に変化する。カラオケ装置
は曲のテンポを変えずにキーだけを変えるキーコントロ
ール機能が必要である。
【0003】キーコントロール機能の基本は、時間軸の
圧縮/伸長とそれに伴って発生する伴奏音信号波形の過
不足の切り貼り、即ちカットアンドスプライスである。
デジタルオーディオの普及により、カラオケ装置もデジ
タルオーディオの利用が大半であるから、再生した伴奏
音をメモリに蓄え、読み出す課程において、読み出しク
ロックの周期を変化させることにより、前述の時間軸の
圧縮/伸長は容易に行える。これにより例えばキーを3
度、高い方へシフトしたときの波形例を図9に示す。
【0004】同図からわかるように、この場合波形の
一部分を繰り返して使用しないとテンポを変えずにキー
のみ変化させることができない。逆にキーを下げたとき
には、時間軸上ではみ出した波形の間引き処理が行われ
る。これらの波形の切り貼り処理は、波形のピークを合
わせたクロスフェード処理が活用されている。図10に
この様子を示す。クロスフェード処理を施すことで、波
形の包絡線に周期的なディップが生じて耳障りな変調音
が発生することを防いでいる。
【0005】ここまで述べた機能を持ったキーコントロ
ールはDSP等を使ってLSI化されている。キーコ
ントロールには例えば2度程度のキー制御機能を持た
せる。個々の歌い手が耳で判断し、自らの音域に合わせ
カラオケ装置のキーコントロールを手動で操作するの
が一般的である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、カラオ
ケの歌い手及びカラオケ装置の操作者は、音楽の専門家
でない例が殆どであるから、数多くの楽曲の中から選択
した曲の伴奏を耳で聴いて、その伴奏に合わせて歌い手
が歌えるキーにカラオケ装置のキーコントロールを正し
く操作することは難しく、歌いにくい場合がある。本発
明は、数多くの伴奏のキーを歌い手のキーに合わせて追
従させ、前述した隘路を解消して歌いやすいカラオケ
を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】前述の通り、キーコント
ロールはカラオケ装置の再生伴奏音をメモリに蓄え、読
み出す過程において読み出しクロックの周期を変化させ
ることが基本であるから、カラオケ装置からの伴奏音及
び歌い手の歌声のピッチを検出して両者を一致させれば
よい。歌い手にピッチの可変を要求することは難しいか
ら、歌い手のピッチに合わせてカラオケ装置からの伴奏
音のピッチを可変すればよい。この為一般的に楽音の
ピッチを検出する必要がある。
【0008】ピッチ検出には既に幾つもの手法が知られ
ているが、本発明の本質を成すものではないから、ここ
ではL.R.Rabinar and B.Gold “Theory and App
lication of digital Signal Processing” Prentic
e Hall Inc. 1975のPP681〜687に記され
ている方法を簡単に述べる。図11はある楽音信号の例
示と、ピッチ周期を決める為の測定量を示す。同図に示
したm1〜m6の測定量を用いて図12に示すピッチ周期
推定回路を構成する。
【0009】図12の71はカットオフ600Hzの低
域漏波器である。72は図11に示すm1〜m6に相当す
る位置に該当する高さをデジタル量で表したパルスを発
生する回路であり、73はm1〜m6の各々から図13に
示す方法で推定ピッチ周期を取り出す検出器である。同
手法では、Exponential decay Curve を超えるパルス
が発生する度にある長さの禁止期間を設け、その間のパ
ルスは無視し、禁止期間終了後のExponential Decay
期間でのパルスを見付けることでピッチ周期を検出す
る。図12の74はこうして得られた推定ピッチ周期P
i(i=1〜6)から最も確からしいピッチ周期の推定値を
求める推定回路である。
【0010】この為図14に示す如く、36個のPij
(i,j=1〜6)からなる表を作成する。同表のPi1はi
番目のピッチ周期検出器の最新検出結果であり、Pi2は
その1つ前の検出結果である。Pi4〜Pi6は同表内に示
した手法で演算して得られる。同表をもとに図15に示
す規準で最も確からしいピッチ周期を推定する。図14
のP11から始め、P11が図15に示すRange R1〜R4
のいずれに入るかを判定し、そのRangeで定められたバ
イアス1の許容差内で、残りの35個のPij(i,j≠
1)との一致数を算出し、(一致数−1)を一致数とす
る。
【0011】次にバイアス2で同様の計算を行い、(一
致数−2)を一致数とする。バイアス7迄同様の演算を
繰り返し、4個の一致数のうち細大のものをP1lの一次
数とする。次にP2lについて同じことを繰り返し、4個
の一致数のうち最大のものをP2lの一致数とする。以下
同様にして得られたP1l〜P6lの一致数を比較して最大
の一致数を持つPil(i=1〜6)を最終的なピッチ周
期の推定値とする。こうして伴奏音と歌い手の歌声のピ
ッチ周期を検出し、両者を比較して歌い手の歌声のピッ
チに合わせるべくカラオケ装置のキーコントロールの読
み出しクロックの周期を変化させる。
【0012】
【実施例】図1を参照して本発明の一実施例を説明す
る。マイク1から収録した歌い手の歌声は、アンプ2で
増幅後、加算器3で伴奏音と一緒に増幅されてスピーカ
4に送られる一方、ディスク5をプレーヤ6で再生した
伴奏音がキーコントロール7,加算器3,スピーカ4を
通してマイク1に洩れ込んでくるのを防止するため歌声
から伴奏音を減算器8で減算する。しかる後伴奏音と歌
声は歌声用ピッチ検出器9と伴奏音用ピッチ検出器10
でそれぞれ前述のピッチ検出を行う。1つのピッチ検出
器を設置して、伴奏音と歌声に対して時分割でピッチ検
出を行う構成とすることも可能である。
【0013】カラオケ装置は、通常L.Rの2チャンネ
ル構成であり、マイクも複数本設置するのが普通である
が、説明を簡単にする為、図1では1チャンネルのカラ
オケ装置と1本のマイクを想定して構成した。伴奏音と
歌声はそれぞれ有音期間と無音期間があり、ピッチ検出
は有音期間のみ有効であるから、洩れ込みの伴奏音を除
去した歌声の有音期間を有音検出回路11で検出して、
この期間のみピッチ検出を行う。有音期間の検出はエン
ベロープ検出であるから、整流及び漏波器の組み合わせ
の既知の回路で構成されるから、ここでは説明を省略す
る。
【0014】前述のピッチ周期推定には6×4×35=
840回の一致検出を要するが、現在のマイコンの能力
から判断して10〜20ms毎にピッチ推定値を得るこ
とは可能である。しかし音楽の1小節にも満たない時間
間隔で伴奏音のキーを上げ下げすることは著しく音楽性
を損ない、カラオケ装置として使いにくいことになる。
従って2つのピッチ検出器9,10から得られる10〜
20ms毎のピッチ周期推定値を突き合わせて、音楽性
を損なわぬようにカラオケ装置のキーコントロールを制
しなければならない。その手法を以下に述べる。
【0015】双方のピッチ周期推定値は100ms毎に
8ビット量子化されたデジタル値で得られるとする。歌
声・伴奏音のピッチ周期推定値をそれぞれPVn,PMn
(n=0,1,2・・・)とし、両者間の差を△Pn と
する。但し音楽的性質を問題にしているから、△Pn は
次のように表現する。 △Pn =20log×(PVn/PMn) 従って12平均律において±2音がほぼ△Pn の±2に
相当する。
【0016】また、キーコントロールの読み出しクロッ
ク周期の標準値T0 に対する変化係数をkとする。従っ
て時々刻々の読み出しクロックの周期TはT=kT0 と
表される。図2は有音期間におけるPVn及びPMnのピッ
チ周期推定値変動を模式的に表現したものである。図を
簡単にするため規準となるPMnは一定とした。同図から
明らかな通りカーブ,,,のような場合のみPMn
をPVnに追従させる必要がある。
【0017】そのためには、△Pnの時間に対する変化
分である微分値Pn=△Pn+1−△Pn を求め以下の規則に従ってPMnとPVnの関係を
0.2秒毎に監視して変化係数kの値を制御する。ま
ず、△Pnを「PVnが低い」、「ほぼ一致」、「PV
nが高い」の3つにクラス分けする。同様に、△Pn
を「△Pnが下がりつつある」「ほぼ一定」△P
が上がりつつある」の3つにクラス分けする。そし
て、変化係数kの変化量を「減少」「やや減少」
「そのまま」「やや増加」「増加」にクラス分けす
る。
【0018】更に細かくクラス分けを行うことも任意で
あるが、説明を簡単にするため以上にとどめる。上記の
クラス分けのメンバシップ関数を図3に示す。同図は次
のように理解する。例えば△Pn において「ほぼ一致」は
△Pn =0のとき最大1の重みを持ち、△Pn=0.5に
おいて1/2の重みを持ち、△Pn =1のとき重み零と
なり「ほぼ一致」していると認められなくなる。
【0019】このとき図2から、△Pn、△Pnによ
変化係数kの9個の制御規則は図4のようにまとめ
られる。同図中斜線の部分の制御規則5はif PV
nとPMnがほぼ一致 and △Pnがほぼ一定 t
hen kはそのままと読む。他のマスも同様である。
【0020】図4の規則を使ってある時点での計測結果
から△Pn=0.6,△2Pn=0.2が得られたとき、同
時発火方式により図5、図6に示したようにMin−Max
−合成重心演算からkの変化量を求める。図6中に示し
たようにこの場合はその時のkの値を0.037だけ増
加させる。そのkをD/Aコンバータ13を介してアナ
ログ量に変換し、濾波器14を通過後、キーコントロー
ル7のクロック供給源であるVCO15に与え、クロッ
クレートを変化させる。0.2秒毎に上記の演算を行っ
て定期的にPMnとPVnの関係を監視してkの値を増減さ
せる。歌い手の歌声が無くなった無音期間においては、
上記の演算を止め、kはその直前の値に保持する。
【0021】図5、図6に示した演算はマイクロコンピ
ュータを使ってソフト的に実現することも、ハード回路
で実現することも可能であるが、ここではマイコンを利
用したソフトによる実現例を図7、図8に示す。図7は
演算に使用するマイコンの内部構成を示す図でALU,
ROM,RAM,I/Oを有する一般的なマイコンであ
る。図3のメンバシップ関数値は標本化及び量子化を経
てROMに収容されている。
【0022】図6の合成関数m(x)を書き込む領域はR
AMに設ける。図8は図5、図6に示した演算を実行す
るためのフローチャートである。図4に示す制御規則表
において△Pn についてのメンバシップ関数をA1,A
2,A3,△2Pnについてのメンバシップ関数をB1,
B2,B3と表し、kの変化量の制御規則を1,2,・
・・9と表している。図8に示した演算は通常のマイコ
ンを用いて0.2秒毎に十分処理できる。こうして制御
することにより図2に示したPVnとPMnの各時点での隔
たりのみならず、隔たりの時間的動向をも加味した木目
細かい制御が行える。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、数多くの楽曲の伴奏音
のキーを歌い手の歌声のキーに合わせて追従させること
ができるため、歌い易いカラオケ装置を提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のカラオケ装置の一実施例の概略構成を
示すブロック図。
【図2】PVn,PMnのピッチ周期推定値変動の模式図。
【図3】クラス分けのメンバシップ関数を示す模式図。
【図4】kの変化量の制御規則表
【図5】同時発火方式の合成重心ファジー推論図。
【図6】合成重心を求める図。
【図7】マイコン内部構成。
【図8】比較器のフローチャートを示す。
【図9】信号を高い方へシフトしたときの波形例を示す
説明図。
【図10】波形を接続するとき位相合わせを行うことを
示す説明図。
【図11】ピッチ周期決定のための測定量を示す説明
図。
【図12】ピッチ周期推定アルゴリズムのブロック図。
【図13】ピッチ検出器の動作を示す説明図。
【図14】ピッチ周期の推定を行うマトリックス表。
【図15】一致検出の規準表。
【符号の説明】
1 マイク 2 アンプ 3 加算器 4 スピーカ 5 ディスク 6 プレーヤ 7 キーコントロール 8 減算器 9 歌声用ピッチ検出器 10 伴奏音用ピッチ検出器 11 有音検出回路 12 比較器 13 D/Aコンバータ 14 濾波器 15 VCO
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G10K 15/04 302 G11B 20/10 301

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】マイク(1)から入力される歌声が存在す
    る有音期間を検出する有音検出手段(11)と、有音検
    出手段(11)の検出する有音期間にマイク(1)から
    入力される歌声の音程である歌唱者音程を検出する歌唱
    者音程検出手段(9)と、有音検出手段(11)の検出
    する有音期間に再生装置(6)から入力される伴奏音の
    音程である伴奏音程を検出する伴奏音程検出手段(1
    0)と、歌唱者音程と伴奏音程の差である音程差ΔPn
    を検出するΔPn検出手段(12)と、音程差ΔPnの
    時間変化分である微分値Δ 2 Pnを検出するΔ 2 Pn検出
    手段(12)と、検出した音程差ΔPn及び微分値Δ 2
    Pnに基づいてファジー推論を行って変化係数kを算出
    し出力すると共に、有音期間でない期間には最後に算出
    した変化係数kを維持して出力するファジー推論手段
    (12)と、ファジー推論手段(12)の出力する変化
    係数kに基づいて再生装置(6)の出力する伴奏音の音
    程を変化させるキーコントロール手段(7、15)とを
    具備することを特徴とするカラオケ装置。
JP5347398A 1993-12-25 1993-12-25 カラオケ装置 Expired - Lifetime JP2915773B2 (ja)

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