JP3132038B2 - 和音判別装置及びそれを用いた自動伴奏装置 - Google Patents

和音判別装置及びそれを用いた自動伴奏装置

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JP3132038B2
JP3132038B2 JP03113952A JP11395291A JP3132038B2 JP 3132038 B2 JP3132038 B2 JP 3132038B2 JP 03113952 A JP03113952 A JP 03113952A JP 11395291 A JP11395291 A JP 11395291A JP 3132038 B2 JP3132038 B2 JP 3132038B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本願各発明は、和音検出装置及び
それを用いた自動伴奏装置に関し、詳細には、楽器音や
人声音等からピッチを抽出し、この抽出されたピッチか
ら音階を検出して、該音階データに基づいて和音データ
を判別する和音判別装置及びそれを用いた自動伴奏装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、楽器音や人声音などを入力し
てピッチを抽出して、音階判定を行い、その結果を楽譜
の形でプリントアウトしたり、一連の判定結果をコード
化して記録した後、別の楽器音として出力し、自動演奏
したりする技術が提案されている(特開昭57−692
号、特開昭58−97179号等)。
【0003】ところが、このような従来技術にあって
は、基本的に単音の入力にしか対応できず、複音(和音
も含む)の入力については何等検討されていないのが実
情である。
【0004】そこで、和音入力に対して和音名を検出
し、和音名信号に応じて和音名表示を行うことが提案さ
れた(実開昭60−26091号)。しかし、この公開
公報に開示されているものは、アナログバンドパスフィ
ルタ回路を音階数分設け、それぞれの出力のピークホー
ルドをとり、レベル検出回路でピークの大きいものから
和音を構成する構成音の候補とするというものである。
【0005】このようなアナログフィルタを用いる技術
によると、外温の影響によって判定結果が変動したり、
安定でないという問題があり、また回路構成も大規模化
してしまい、大がかりになってしまうという欠点もあ
る。
【0006】そこで、本出願人は、先に、入力される音
響信号が、単音であっても、また複音であっても、その
音響の音階を短時間で検出し、しかも回路的に小規模で
安定した動作をするディジタル化した音階検出装置及び
それを用いた電子楽器を提案している(特願平2−12
3789号)。
【0007】この音階検出装置は、基本的には、与えら
れる音響信号を表現するディジタル波形信号を順次記憶
する記憶手段と、この記憶手段に記憶される上記ディジ
タル波形信号に対して、各音階に対応する周波数に関す
る周波数スペクトルのレベルを検知するために時分割で
異なる特性のディジタルフィルタリングを順次行うディ
ジタル信号処理手段と、このディジタル信号処理手段に
て実行されたディジタルフィルタリングの結果に基づい
て、上記与えられる音響信号に含まれる1乃至複数の音
階音を検知する検知手段と、を具備し、音階音検出装置
を用いた電子楽器は、上記各手段の他に、該検知手段で
検知された1乃至複数の音階音に対応する楽音信号を所
定の音色をもって発生する楽音信号発生手段と、を具備
している。
【0008】したがって、本出願人が先に出願した音階
検出装置によれば、信号処理をすべてディジタル処理す
ることができ、入力される音響信号が、単音であって
も、また複音であっても、音響の音階を短時間で検出
し、しかも回路的に小規模で安定した動作をさせること
ができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本出願
人が先に出願した音階検出装置及びそれを用いた電子楽
器にあっては、入力される音響信号から音階音を正確に
検出し、検出した音階音を正確に発音させるようにして
いたため、検出した音階音が、通常の和音データに従っ
た音階構成となっているかどうかとは無関係に発音され
るだけであり、それがどのような和音を構成しているか
あるいは適切な伴奏音の発音に利用することができない
おそれがあった。
【0010】そこで、本願各発明は、入力される音響信
号を、時分割でディジタルフィルタリング処理を行って
音階を抽出し、その音階構成から和音の種類を判別する
ことにより、検出した音響信号が和音として適切かどう
か判断し、適切な和音データの検出及びそれを用いた伴
奏を可能とすることを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
与えられる音響信号を表現するディジタル波形信号に対
して、各音階に対応する周波数に関する周波数スペクト
ルのレベルを検知するために時分割で異なる特性のディ
ジタルフィルタリングを順次行なうディジタル信号処理
手段であって、所定特性のハイパスフィルタリングを行
なうとともに、前記各音階に対応する周波数でピークを
持つレゾナンスが付加されたローパスフィルタリングを
順次時分割で実行するように構成されたディジタル信号
処理手段と、前記ディジタル信号処理手段にて実行され
たディジタルフィルタリングの結果に基づいて、前記与
えられる音響信号に含まれる1乃至複数の音階音を検知
する音階検出手段と、和音構成に対応する和音データを
記憶する和音データ記憶手段と、前記音階検出手段によ
って検出された音階音による和音構成を前記和音データ
記憶手段の和音構成と比較して対応する和音のデータを
生成する和音データ生成手段と、を備えたことを特徴と
している。
【0012】また、請求項記載の発明は、与えられる
音響信号を表現するディジタル波形信号に対して、各音
階に対応する周波数に関する周波数スペクトルのレベル
を検知するために時分割で異なる特性のディジタルフィ
ルタリングを順次行なうディジタル信号処理手段であっ
て、所定特性のハイパスフィルタリングを行なうととも
に、前記各音階に対応する周波数でピークを持つレゾナ
ンスが付加されたローパスフィルタリングを順次時分割
で実行するように構成されたディジタル信号処理手段
と、前記ディジタル信号処理手段にて実行されたディジ
タルフィルタリングの結果に基づいて、前記与えられる
音響信号に含まれる1乃至複数の音階音を検知する音階
検出手段と、和音構成に対応する和音データを記憶する
和音データ記憶手段と、前記音階検出手段によって検出
された音階音による和音構成を前記和音データ記憶手段
の和音構成と比較して対応する和音のデータを生成する
和音データ生成手段と、あらかじめ定められた伴奏パタ
ーンを有し、前記和音データ生成手段より生成された和
音データに基づいて前記伴奏パターンの変化を音階音の
変化に変換することにより伴奏音を発生させる伴奏音発
生手段と、を備えたことを特徴としている。
【0013】前記和音データ記憶手段が、例えば請求項
2及び7に記載されているように複数の音階からなる和
音構成と、この和音構成に対応し、根音及びコード種か
ら成る和音データと、をデータテーブルの形式で記憶す
るようにしてもよい。 前記ディジタル信号処理手段はさ
らに、例えば請求項3及び8に記載されているように、
ディジタルフィルタリング処理の結果得られる波形信号
からエンベロープを抽出する信号処理演算を行なうこと
によって、前記各音階に対応する周波数スペクトルのエ
ンベロープを検知するようにしてもよい。 また、前記音
階検出手段はさらに、例えば請求項4及び9に記載され
ているように検出された音階音のうちそのエンベロープ
値が所定の基準値を超えた音階音に対して同一音名のエ
ンベロープ値を所定回数積算する積算手段を含み、この
積算手段により積算されたエンベロープ値のうち大きい
順に複数の音階音を選択して前記和音データ生成手段に
供給するようにしてもよい。 そして、前記音階検出手段
はさらに、例えば請求項5及び10に記載されているよ
うに検出された音階音をそのオクターブ差に関係なく1
2音階のいずれかに割り当てるようにしてもよい。
【0014】また、請求項11記載の発明は、 与えられ
る音響信号を表現するディジタル波形信号に対して、各
音階に対応する周波数に関する周波数スペクトルのレベ
ルを検知するために時分割で異なる特性のディジタルフ
ィルタリングを順次行なうディジタル信号処理手段であ
って、前記各音階に対応する周波数を中心周波数とする
バンドパスフィルタリングを行なうとともに、このバン
ドパスフィルタリングの結果得られる波形信号からエン
ベロープを抽出する信号処理演算を順次行なうことによ
って、前記各音階に対応する周波数に関する周波数スペ
クトルのエンベロープを算出するように構成されたディ
ジタル信号処理手段と、 前記ディジタル信号処理手段に
て実行されたディジタルフィルタリングの結果に基づい
て、前記与えられる音響信号に含まれる1乃至複数の音
階音および各音階音に対応するエンベロープを検知する
検知手段と、 和音構成に対応する和音データを記憶する
和音データ記憶手段と、 前記検知手段によって検出され
た音階音による和音構成を前記和音データ記憶手段の和
音構成と比較して対応する和音のデータを生成する和音
データ生成手段と、を備えたことを特徴としている。
【0015】請求項15項記載の発明は、 与えられる音
響信号を表現するディジタル波形信号に対して、各音階
に対応する周波数に関する周波数スペクトルのレベルを
検知するために時分割で異なる特性のディジタルフィル
タリングを順次行なうディジタル信号処理手段であっ
て、前記各音階に対応する周波数を中心周波数とするバ
ンドパスフィルタリングを行なうとともに、このバンド
パスフィルタリングの結果得られる波形信号からエンベ
ロープを抽出する信号処理演算を順次行なうことによっ
て、前記各音階に対応する周波数に関する周波数スペク
トルのエンベロープを算出するように構成されたディジ
タル信号処理手段と、 前記ディジタル信号処理手段にて
実行されたディジタルフィルタリングの結果に基づい
て、前記与えられる音響信号に含まれる1乃至複数の音
階音および各音階音に対応するエンベロープを検知する
検知手段と、 和音構成に対応する和音データを記憶する
和音データ記憶手段と、 前記検知手段によって検出され
た音階音による和音構成を前記和音データ記憶手段の和
音構成と比較して対応する和音のデータを生成する和音
データ生成手段と、 あらかじめ定められた伴奏パターン
を有し、前記和音データ生成手段より生成された和音デ
ータに基づいて前記伴奏パターンの変化を音階音の変化
に変換することにより伴奏音を発生させる伴奏音発生手
段と、 を備えたことを特徴としている。
【0016】前記和音データ記憶手段が、例えば請求項
12及び16に記載されているように複数の音階からな
る和音構成と、この和音構成に対応し、根音及びコード
種から成る和音データと、をデータテーブルの形式で記
憶するようにしてもよい。 また、前記検知手段はさら
に、例えば請求項13及び17に記載されているように
検出された音階音のうちそのエンベロープ値が所定の基
準値を超えた音階音に対して同一音名のエンベロープ値
を所定回数積算する積算手段を含み、この積算手段によ
り積算されたエンベロープ値のうち大きい順に複数の音
階音を選択して前記和音データ生成手段に供給するよう
にしてもよい。 そして、前記音検知手段はさらに、例え
ば請求項14及び18に記載されているように検出され
た音階音をそのオクターブ差に関係なく12音階のいず
れかに割り当てるようにしてもよい。
【0017】
【作用】請求項1記載の発明によれば、ピアノ等の楽器
や電子楽器等から発生された音響信号は、ディジタル変
換され、ディジタル信号処理手段に入力される。ディジ
タル信号処理手段は、この音響信号を表現するディジタ
ル波形信号に対して、各音階に対応する周波数に関する
周波数スペクトルのレベルを検知するために時分割で異
なる特性のハイパスフィルタリングを行なうとともに、
前記各音階に対応する周波数でピークを持つレゾナンス
が付加されたローパスフィルタリングを順次実行し、こ
の結果を音階検出手段に出力する。音階検出手段は、デ
ィジタル信号処理手段によるディジタルフィルタリング
の処理結果に基づいて、前記音響信号に含まれる1乃至
複数の音階音を検出し、和音データ生成手段に出力す
る。一方和音構成に対応する和音データは、和音データ
記憶手段に記憶されており、和音データ生成手段は、音
階検出手段から入力される音階音を和音データ記憶手段
の和音構成と比較して、対応する和音データを生成す
る。
【0018】したがって、入力される音響信号が適切な
和音構成となっているかどうかを速やかに、かつ適切に
判別することができるとともに、適切な和音構成となっ
ているときには、対応する和音データを生成することが
できる。
【0019】請求項記載の発明によれば、ピアノ等の
楽器や電子楽器等から発生された音響信号は、ディジタ
ル変換され、ディジタル信号処理手段に入力される。デ
ィジタル信号処理手段は、この音響信号を表現するディ
ジタル波形信号に対して、各音階に対応する周波数に関
する周波数スペクトルのレベルを検知するために時分割
で異なる特性のハイパスフィルタリングを行なうととも
に、前記各音階に対応する周波数でピークを持つレゾナ
ンスが付加されたローパスフィルタリングを順次実行
し、この結果を音階検出手段に出力する。音階検出手段
は、ディジタル信号処理手段によるディジタルフィルタ
リングの処理結果に基づいて、前記音響信号に含まれる
1乃至複数の音階音を検出し、和音データ生成手段に出
力する。一方和音構成に対応する和音データは、和音デ
ータ記憶手段に記憶されており、和音データ生成手段
は、音階検出手段から入力される音階音を和音データ記
憶手段の和音構成と比較して、対応する和音データを生
成する。生成された和音データは、伴奏音出力手段に出
力され、伴奏音出力手段は、入力された和音データに基
づいて予め用意された伴奏パターンを音階変化パターン
に変換して伴奏音を出力する。
【0020】したがって、入力される音響信号が適切な
和音構成となっているかどうかを速やかに、かつ適切に
判別することができるとともに、適切な和音構成となっ
ているときには、対応する和音データを生成して、自動
伴奏を行なわさせることができる。その結果、適切な伴
奏音を出力することができる。
【0021】請求項3及び8記載の発明によれば、前記
ディジタル信号処理手段は、さらにディジタルフィルタ
リング処理の結果得られる波形信号からエンベロープを
抽出する信号処理演算を行なうことによって、前記各音
階に対応する周波数スペクトルのエンベロープを検知し
ている。 したがって、信号処理を全てディジタル領域で
行なうことができ、高速で、かつ効率的に音階音の抽出
処理、ひいては和音の判別処理を行なうことができる。
【0022】請求項11記載の発明によれば、 ピアノ等
の楽器や電子楽器等から発生された音響信号は、ディジ
タル変換され、ディジタル信号処理手段に入力される。
ディジタル信号処理手段は、この音響信号を表現するデ
ィジタル波形信号に対して、各音階に対応する周波数に
関する周波数スペクトルのレベルを検知するために時分
割で前記各音階に対応する周波数を中心周波数とするバ
ンドパスフィルタリングを行なうとともに、このバンド
パスフィルタリングの結果得られる波形信号からエンベ
ロープを抽出する信号処理演算を順次行なうことによっ
て、前記各音階に対応する周波数に関する周波数スペク
トルのエンベロープ算出し、この算出結果を音階検出手
段に出力する。音階検出手段は、ディジタル信号処理手
段によるディジタルフィルタリングの処理結果に基づい
て、前記音響信号に含まれる1乃至複数の音階音を検出
し、和音データ生成手段に出力する。一方和音構成に対
応する和音データは、和音データ記憶手段に記憶されて
おり、和音データ生成手段は、音階検出手段から入力さ
れる音階音を和音データ記憶手段の和音構成と比較し
て、対応する和音データを生成する。
【0023】したがって、入力される音響信号が適切な
和音構成となっているかどうかを速やかに、かつ適切に
判別することができるとともに、適切な和音構成となっ
ているときには、対応する和音データを生成することが
できる。しかも、信号処理全てをディジタル領域で行な
うことができ、高速で、かつ効率的に音階音の抽出処理
ができる。
【0024】請求項11記載の発明によれば、 ピアノ等
の楽器や電子楽器等から発生された音響信号は、ディジ
タル変換され、ディジタル信号処理手段に入力される。
ディジタル信号処理手段は、この音響信号を表現するデ
ィジタル波形信号に対して、各音階に対応する周波数に
関する周波数スペクトルのレベルを検知するために時分
割で前記各音階に対応する周波数を中心周波数とするバ
ンドパスフィルタリングを行なうとともに、このバンド
パスフィルタリングの結果得られる波形信号からエンベ
ロープを抽出する信号処理演算を順次行なうことによっ
て、前記各音階に対応する周波数に関する周波数スペク
トルのエンベロープ算出し、この算出結果を音階検出手
段に出力する。音階検出手段は、ディジタル信号処理手
段によるディジタルフィルタリングの処理結果に基づい
て、前記音響信号に含まれる1乃至複数の音階音を検出
し、和音データ生成手段に出力する。一方和音構成に対
応する和音データは、和音データ記憶手段に記憶されて
おり、和音データ生成手段は、音階検出手段から入力さ
れる音階音を和音データ記憶手段の和音構成と比較し
て、対応する和音データを生成する。生成された和音デ
ータは、伴奏音出力手段に出力され、伴奏音出力手段
は、入力された和音データに基づいて予め用意された伴
奏パターンを音階変化パターンに変換して伴奏音を出力
する。
【0025】したがって、入力される音響信号が適切な
和音構成となっているかどうかを速やかに、かつ適切に
判別することができるとともに、適切な和音構成となっ
ているときには、対応する和音データを生成して、自動
伴奏を行なわせることができる。その結果、適切な伴奏
音を出力することができる。しかも、信号処理全てをデ
ィジタル領域で行なうことができ、高速で、かつ効率的
に音階音の抽出処理ができる。
【0026】請求項2、7、12及び16記載の発明に
よれば、 前記和音データ記憶手段が、複数の音階からな
る和音構成と、この和音構成に対応する根音及びコード
種からなる和音データと、をデータテーブルの形式で記
憶している。 したがって、音階検出手段から入力される
各音階音データが適切な和音構成となっているかどうか
の判別、及び適切な和音構成となっているときには、対
応する和音データの生成を、より一層適切、かつ速やか
に行なうことができ、また、適切な伴奏音を出力するこ
とができる。
【0027】請求項4、8、13及び17記載の発明に
よれば、 音階検出手段で検出された音階音のうちそのエ
ンベロープ値が所定値以上のものは、同一音名のエンベ
ロープ値を所定回数積算し、この積算されたエンベロー
プ値のうち大きいものから順に複数個の音階音を選択し
て和音データの生成に用いている。 したがって、入力さ
れる音響信号のピッチがゆらいでいたりしても、正確に
和音データの生成に用いられる音階音の検出が可能とな
る。
【0028】請求項5、9、14及び18記載の発明に
よれば、 音階検出手段で検出された音階音をそのオクタ
ーブ差に関係なく12音階のいずれかに割り当てられ
る。したがって、例えば、音階C3の音響信号が入力し
ても、音階C4の音響信号が入力しても同一の音階Cと
して取り扱われるため、和音を構成する音階の一つが1
オクターブ上の音階で構成される転回形にも対応するこ
とができるようになる。
【0029】
【実施例】以下に、本願各発明の和音判別装置及びそれ
を用いた自動伴奏装置の一実施例を説明する。 <基本原理>先ず、実施例で用いるディジタルフィルタ
処理の基本原理について説明する。実施例では、ディジ
タルフィルタ処理をDSP(Digital Signal Processo
r:ディジタル信号処理プロセッサ)を使用することに
より行っている。すなわち、DSPにディジタルフィル
タとして動作させるのに必要なプログラムやデータを書
き込み、図1に示すようなバンドパスフィルタHt(z)を
構成するとともに、更にエンベロープ抽出回路を構成
し、ディジタルフィルタ処理及びエンベロープ抽出処理
を行う。
【0030】図1において、入力信号X(n) は、アナロ
グの音響信号を所定サンプリングタイミングでサンプリ
ングした値をディジタル信号(もともとディジタル信号
で供給される場合はそのままでよい)に変換して入力し
たものであり、この入力信号X(n)に対して、DSPの
時分割処理によってn個のバンドパスフィルタHt(z)の
フィルタリング処理を行う。このフィルタリング処理に
際して、n個のバンドパスフィルタHt(z)の伝達関数
を、複数オクターブの各音階に依存させて変更する。
【0031】図2は、バンドパスフィルタHt(z)として
チェビシエフ形のものを採用した場合の周波数特性の大
きさを示している。この場合の伝達関数としては、tを
各音階に指定するサフィックス(添字)として、次のよ
うになる。
【数1】 ここで、i=1としてこのバンドパスフィルタHt(z)を
構成すると、DSPの処理は、
【数2】 を実行することになる。
【0032】なお、i≧2の場合は、上式と同様の演算
を繰り返し実行することになる。また、各バンドパスフ
ィルタHt(z)の係数については、数値計算で求めること
ができる。具体例としては、A4=440Hzのバンドパ
スフィルタを次の条件(〜は図2参照)で構成する
と、下記の如き係数値をもつ伝達関数のディジタルフィ
ルタリング処理を実行することになる。
【0033】すなわち、 =1dB =(サンプリング周波数fs)=10KHz =12dB以上 =415Hz =430Hz =450Hz =466Hz の条件で、i=1,2の2段のディジタルフィルタのそ
れぞれの係数は次のようになる。
【0034】H440Hz(0)=0.08192384 i=1に対し、 a1(1)=−1.91442200776 a2(1)= 0.9933673 b1(1)=−1.91105345727 b2(1)= 1. i=2に対し、 a1(2)=−1.9210712 a2(2)= 0.993606 b1(2)=−1.93525314797 b2(2)= 1. このように、バンドパスフィルタHt(z)の演算が各音階
に対して時分割的に実行され、その結果信号Yt(n),t
=1〜Nが求まる。
【0035】この結果信号Yt(n)に対して、次に、DS
Pは、エンベロープ抽出処理を時分割で行う。このエン
ベロープ処理は、それぞれの結果信号Yt(n)の波形につ
いて所定時間間隔毎(例えば各音階の対応する周波数
毎)にピークレベル(絶対値)を求めて行う。あるいは
後述するような特定のディジタルフィルタを|Yt(n)|
(Yt(n)の絶対値信号)に対して行って求める。
【0036】このようにDSPの時分割処理により、そ
れぞれの音階についてのエンベロープ信号Et(n),
t=1〜Nが求まり、この出力に対して、このDSPの
適用された自動伴奏装置等のCPU(マイクロコンピュ
ータなど)が、レベル判断を実行することにより、もと
もとの入力信号X(n)の波形に含まれる音階信号を1乃
至複数検出することが可能となる。
【0037】このように、この基本原理は、各音階につ
いてピークをもつバンドパスフィルタHt(z)によりフィ
ルタリング処理を時分割で行うものであるが、バンドパ
スフィルタHt(z)は、上述したチェビシェフ形のバンド
パスフィルタに限るものではなく、種々の形式のディジ
タルフィルタで何等の機能を実現できる。また、バンド
パスフィルタは、ローパスフィルタとハイパスフィルタ
をカスケード接続することによっても実現できる。
【0038】上記チェビシェフ形のバンドパスフィル
タ、A4=440Hzの例では、8回の乗算が必要とな
る。そこで、以下に、フィルタ演算を行う際の乗算回数
を減らし、リアルタイムでフィルタリングを行うことを
容易にしたフィルタリング処理のひとつの改良原理を説
明する。
【0039】<改良原理>図3は、乗算回数を減少させ
たディジタルフィルタ演算をDSPに行わせる改良原理
を示しており、このバンドパスフィルタは、ハイパスフ
ィルタH1(z)、ローパスフィルタH2t(z) 及びローパス
フィルタHE(z)で構成されている。このバンドパスフィ
ルタでは、ディジタル表現による入力音響信号X(n)
は、まず、ハイパスフィルタH1(z)に入力され、ハイパ
スフィルタH1(z)は、その詳細については後述するが、
周波数0で0、周波数fs/2で最大となるハイパスデ
ィジタルフィルタである。
【0040】このハイパスフィルタH1(z)の出力Y(n)
が、各音階t毎に時分割動作するローパスフィルタH2t
(z) に入力され、ローパスフィルタH2t(z) は、その詳
細については後述するが、音階周波数でピークをもった
レゾナンスタイプのローパスディジタルフィルタの特性
をもっている。
【0041】したがって、上記ハイパスフィルタH1(z)
とローパスフィルタH2t(z) をカスケード接続して得ら
れるディジタルフィルタの周波数特性の大きさは、図4
のごとくなっており、疑似バンドパスフィルタとなって
いる。
【0042】図4において、f1,f2,……fNが、各
音階周波数に対応し、Nを40〜50程度(3オクター
ブから4オクターブ)にすることが可能である。なお、
これ以上の広いオクターブレンジで音階検出するとき
は、高速のDSPか、複数のDSPによる並列処理を採
用することで達成できる。
【0043】このローパスフィルタH2t(z) の出力W
t(n),t=1〜Nが、各音階毎に時分割動作するローパ
スフィルタHE(z)に与えられ、このローパスフィルタH
E(z)の特性も後述するが、このローパスフィルタHE(z)
の各出力Et(n)が、図1と同様に、各音階についてのエ
ンベロープ信号となる。その後の処理は、基本原理の場
合と同様である。
【0044】次に、図3の各ディジタルフィルタの構
成、特性を詳述する。ハイパスフィルタH1(z) 図5は、ハイパスフィルタH1(z)の一構成例を示してい
る。このハイパスフィルタH1(z)は、2次のFIR(Fi
nite Impulse Response)ディジタルフィルタであり、
その伝達関数は、
【数3】 である。
【0045】図5において、5−1,5−2は遅延素
子、5−3,5−4,5−5は乗算器、5−6,5−7
は加算器を示している。このハイパスフィルタH1(z)を
DSPで演算により実現するときには、
【数4】 を実行することとなる。この場合、係数と信号の乗算は
単なるシフト処理で実現できる。
【0046】このハイパスフィルタH1(z)の周波数特性
は、
【数5】 となり、図6にその特性を示すように、Ω=0(0Hz)
で最小、Ω=π(fs/2Hz)で最大となる特性をと
る。
【0047】ローパスフィルタH2t(z) 図7は、ローパスフィルタH2t(z) の一構成例を示して
いる。このローパスフィルタH2t(z) は、2次のIIR
(Infinite Impulse Response)ディジタルフィルタで
あって、その伝達関数は、
【数6】 である。
【0048】ローパスフィルタH2t(z) は、後述するよ
うに、音階を示すサフィックスtに依存してθとCYと
が変化し、rがレゾナンスの強さ(ピークの程度)を示
すパラメータとなる。
【0049】図7において、7−1,7−2は遅延素
子、7−3,7−4,7−5は乗算器、7−6,7−7
は加算器を示している。このローパスフィルタH2t(z)
をDSPで演算により実現するときは、 Wt(n)=CY・Y(n)+2rcosθWt(n-1)−r2t(n-2)……式(2) を実行することとなる。
【0050】このローパスフィルタH2t(z) の周波数特
性は
【数7】 で与えられる。ここで、この伝達関数の極は、
【数8】 に依存し、Z=0に2重の零点がある。この伝達関数の
極と零点の配置、および、θを、0<θ<π/2とした
ときの極ベクトルと零点ベクトルと、を図8に示す。図
8から理解されるとおり、Ω=0からΩ=πに向けて単
位円に沿ってΩが動くにつれて、ベクトルv2の長さ
は、はじめ減少し、次に増加する。最小のベクトルv2
の長さは、
【外1】 の近くである。
【0051】ここで、周波数Ωにおける周波数応答の大
きさは、零点ベクトルv1 とベクトルv2 の長さの比で
あり、周波数応答の位相は、実軸とベクトルv1 のなす
角度からベクトルv2 のなす角を引いた値となることが
知られており、振幅特性のみを図示すると図9のように
なる。
【0052】すなわち、周波数応答の大きさ(振幅特
性)は、図9から分るように、極ベクトルv2 の大きさ
の逆数に比例し、θに近いΩで最大となる。そして、r
の大きさに従ってこのピークの鋭さが決まり、rを1に
近づけてゆくと急なピーク(レゾナンス特性)をもった
フィルタが実現できる。
【0053】以上の説明から明らかなように、各音階毎
に、θの値を決定すれば(θ=2πft/fs)、図10に
示すように、音階周波数ftでピークをもつレゾナンス
付きのローパスフィルタH2t(z) を実現することができ
る。
【0054】なお、rは、となりの音階のレベルに影響
しないような大きさに、CYは、各音階で同等のレベル
の出力W1(n)が得られるような大きさに、実験で、もし
くは数学的に求めることが可能となる。
【0055】例えば、fの音階周波数(ft)と、Δf
離れたとなりの音階周波数f+Δf(すなわちft+1
との周波数応答の大きさの比を、m:1とする場合、
【数9】 というrについての4次方程式を解いて、0<r<1を
満足するものを選び、各係数 −2rcosθ,r2
求めることができる。いま、数値計算の結果、例えば、
s=5KHz,f=440Hzで、m=4とすると、 −2rcosθ=−1.9773、r2 = 0.9851、CY=36.
7 となる。その他の音階についても同様である。
【0056】ローパスフィルタHE(z) 図11は、ローパスフィルタHE(z)の一構成例を示す。こ
れはさきに説明したローパスフィルタH2t(z) と同じ形
の2次のIIRディジタルフィルタであって伝達関数
は、
【数10】 である。これは、先のローパスフィルタH2t(z) の伝達
関数において、r=0.9、θ=0と、したものである。
【0057】図11において、11−1は、入力信号(ロー
パスフィルタH2t(z) の出力信号)Wt(n)を、絶対値化
する絶対値回路であり、その出力|Wt(n)|がディジタ
ルフィルタリングされる。11−2、11−3は遅延素子、
11−4、11−5、11−6は乗算器、11−7、11−8は加
算器を示している。このローパスフィルタH2t(z) をD
SPで演算により実現するときは、 Et(n)=CE|Wt(n)|+1.8Et(n-1)−0.81Et(n-2)……式(3) を実行することとなる。
【0058】このローパスフィルタH2t(z) は、その周
波数特性が、上述の説明のように、θ=0でピークをも
つ、レゾナンス付きのローパスフィルタで、図12に示す
ような特性(振幅特性)をとる。ここで、係数CEは、
各音階毎のレベルを一様にするファクターで実験などで
適宜求め得る。
【0059】図13は、この図11の構成によって得られる
エンベープ信号Et(n)を模式的に示している。この
ように、ローパスフィルタH2t(z) は、絶対値回路11−
1により、負の波高値(図11の破線)がすべて正の波高
値に変換された上でローパスフィルタがかけられるの
で、結局この波形信号|Wt(n)|の直流成分を求めるよ
うな動作をフィルタ回路がとるようになる。
【0060】<実施例の全体構成>次に、本願各発明の
和音判別装置及びそれを用いた自動伴奏装置の一実施例
の具体的な構成を説明する。図14は、本願各発明の和音
判別装置及びそれを用いた自動伴奏装置を適用した楽音
発生装置1の全体ブロック図である。
【0061】楽音発生装置1は、CPU(Central Proc
essing Unit)2、ROM(Read Only Memory)3、RA
M(Random Access Memory) 4、音階音検出装置5、キ
ーボード6、ディスプレイ7、プリンタ8、楽音発生回
路9、オーディオシステム10及びスピーカ11等を備えて
おり、こられ各部はバス12により接続されている。
【0062】ROM3には、本願各発明の和音判別装置
及びそれを用いた自動伴奏装置としてのプログラム等が
格納されており、また、必要に応じて和音判別装置やそ
れを用いた自動伴奏装置として動作する際に必要なデー
タが格納されている。特に、ROM3には、複数の音階
から成る和音構成に対応する根音及びコード種から成る
和音データが格納されており、例えば、和音構成と、こ
の和音構成に対応する和音データと、がデータテーブル
の形式で格納されている。したがって、ROM3は、和
音構成に対応する和音データを記憶する和音データ記憶
手段を構成している。
【0063】CPU2は、ROM3内のプログラムに従
って楽音発生装置1の各部を制御し、本願各発明の和音
判別装置及びそれを用いた自動伴奏装置としての処理を
行なう。また、CPU2は、各種レジスタを備えてお
り、これらレジスタには、和音判別装置及びそれを用い
た自動伴奏装置としての処理に必要な各種データを記憶
する。
【0064】RAM4は、後述する音階音検出装置5を
ディジタルフィルタやエンベロープ抽出装置として動作
させるためのデータ等を記憶するとともに、CPU2の
ワーク用メモリとして機能する。
【0065】音階音検出装置5は、マイクロフォン41、
ローパスフィルタ42、A/D変換器43、DSP44、フィ
ルタ係数ROM45及びワークRAM46等を備えており、
音響信号の入力端子として、ライン入力 LINE INを備え
ている。
【0066】この音階音検出装置5は、マイクロフォン
41あるいはライン入力 LINE INから入力する音響信号
(これは楽器音、人声音、あるいはテープレコーダやラ
ジオ、テレビ、CDプレーヤー等からの再生音響であっ
てもよい)を、ローパスフィルタ42で適宜フィルタリン
グ処理した後、適当なサンプリング周波数fsで、A/
D変換器43よりディジタル信号X(n)に変換し、DSP4
4に入力する。
【0067】フィルタ係数ROM45は、DSP44をディ
ジタルフィルタとして機能させるのに必要な各種係数を
記憶し、必要に応じて読み出されてDSP44に出力され
る。ワークRAM46は、DSP44がディジタルフィルタ
として動作する際のワークメモリであり、フィルタリン
グ演算のためのデータや、A/D変換器43から入力され
たディジタル入力信号X(n)及びDSP44で演算処理さ
れた波形信号等を記憶する。
【0068】DSP44は、フィルタ係数ROM45に記憶
されている係数やワークRAM46を使用して、演算処理
し、ディジタルフィルタリング処理を実行するととも
に、エンベロープ抽出処理を実行する。
【0069】DSP44の処理結果は、CPU2に送ら
れ、CPU2は、音階音検出装置5の検出した音階音の
うち、そのエンベロープ値が所定値を越えた音階音に対
して同一音名のエンベロープ値を積算して、和音構成を
抽出する。またCPU2は、この抽出した和音構成をR
OM3に記憶する和音構成と比較して、対応する和音の
データを生成し、生成した和音のデータに基づいて予め
用意された伴奏パターンを音階の変化のパターンに変換
し、この音階音を楽音発生回路9の発音モジュールに順
次割り当てる。したがって、CPU2は、積算手段、和
音データ生成手段及び伴奏音発生手段として機能する。
【0070】キーボード6には、ファンクションスイッ
チや鍵盤等が設けられており、キーボード6でスイッチ
やメロディ用の鍵盤等の操作が行なわれると、CPU2
がこの操作を検出して、楽音発生回路9の発生音モジュ
ールに発生楽音を割り当てる。
【0071】ディスプレイ7およびプリンタ8は、CP
U2の制御下で作動し、音程データ検出装置5で検出さ
れた1乃至複数の音階を表示し、また用紙に印字する。
例えば、CPUは、リアルタイムで入力中の音響に含ま
れる音階をディスプレイ7に表示してもよく、あるいは
ノンリアルタイムで、編集作業などを経た上で楽譜とし
てディスプレイ7に表示したり、プリンタ8で用紙に印
刷したりしてもよい。
【0072】この音階音検出装置5は、全体として、音
響信号を表現するディジタル波形信号に対して、異なる
特性のディジタルフィルタリング処理を時分割で順次行
なうことにより各音階に対応した周波数に関する周波数
スペクトルのエンベロープ値を検出するディジタル信号
処理手段、およびこのディジタルフィルタリングの処理
結果に基づいて、音響信号に含まれる1ないし複数の音
階音を検出する音階検出手段として機能している。
【0073】楽音発生装置9としては、各種タイプの音
源発生回路が適用可能であり、例えば、PCM方式、F
M方式、iPD方式、正弦波合成方式等の音源発生回路
が適用される。この楽音発生装置9は、複数の楽音発生
チャンネル、例えば、4チャンネルを有しており、前記
CPU2の発音モジュールに割り当てられた音階番号の
音階音を、オーディオシステム10を駆動することによ
り、スピーカ11を介して音響出力させる。
【0074】オーディオシステム10としては、通常のオ
ーディオシステムが使用されており、オーディオシステ
ム10には、楽音発生回路9からの信号だけでなく、マイ
クロフォン41やライン入力 LINE INの信号も与えられ、
必要に応じて音響出力として出力する。また、楽音発生
回路9は、キーボード6の音色指定に従った音色の楽音
信号を発生でき、この場合も、CPU2が出力すべき音
階音を発音モジュールに割り当てて楽音発生動作をす
る。さらに、CPU2は、音階検出装置5が検出した音
階音の変化を順次RAM4にシーケンサ情報として記憶
し、このシーケンサ情報をキーボード6のプレイスター
ト指示等に応答して、順次読み出して楽音発生回路9か
ら対応する楽音信号を発生することも可能である。
【0075】<DSPの構成>図15は、DSP44の回路
構成図であり、DSP44は、ディジタルフィルタリング
処理及びエンベロープ抽出処理を行なうことによりディ
ジタル信号処理手段及び音階検出手段として機能する。
DSP44は、インターフェィス441 、オペレーションR
OM442 、アドレスカウンタ443 、デコーダ444 、乗算
器445 、加減算器446 、レジスタ群447 、及びフラグレ
ジスタ448 等を備えている。
【0076】インターフェィス441 は、バスを介して図
14に示すCPU2やA/D変換器43に接続されており、
インターフェィス441を介して音響入力信号やCPU2
からの命令が入力され、また処理結果の音程データ等が
出力される。
【0077】オペレーションROM442 には、本願各発
明の和音判別装置及びそれを利用した自動伴奏装置に使
用するディジタル信号処理手段及び音階検出手段として
のプログラム、具体的には、ディジタルフィルタリング
処理プログラム及びエンベロープ抽出処理プログラム等
が格納されており、オペレーションROM442 は、アド
レスカウンタ443 のアドレス指定により順次プログラム
内容をデコーダ444 に出力するとともに、各部に出力す
る。
【0078】デコーダ444 は、オペレーションROM44
2 から読み出されたプログラム内容をデコードし、制御
信号としてDSP44の各部に出力する。DSP44のバス
には、上記音階検出装置5のフィルタ係数ROM45及び
ワークRAM46が接続されており、オペレーションRO
M442 のプログラムに従って適宜係数データや波形信号
等がDSP44に供給され、またDSP44で演算処理した
波形信号がワークRAM46に出力されて書き込まれる。
【0079】乗算器445 は、入力されるデータを乗算処
理し、その演算結果を加減算器446やレジスタ群447 等
に出力する。加減算器446 は、入力データに加算処理あ
るいは減算処理を行ない、演算結果をレジスタ群447 を
介して乗算器445 やワークRAM46等に出力するととも
に、演算結果の符号データをフラグレジスタ448 に出力
する。
【0080】フラグレジスタ448 のフラグデータは、ア
ドレスカウンタ443 に出力され、アドレスカウンタ443
へのフラグレジスタ448 のフラグデータによりオペレー
ションROM442 から出力されるプログラム内容が決定
される。すなわち、フラグレジスタ448 のフラグデータ
によりジャッジ処理を行なっている。
【0081】次に作用を説明する。 <音階検出処理>先ず、音階検出装置5における音階検
出処理を説明する。音階検出処理は、CPU2の制御下
で行なわれ、上記改良原理で説明したディジタルフィル
タ処理により音階検出処理を行なう。
【0082】CPU2は、まず、図16に示すように、音
階音検出処理の開始に際して、イニシャル処理を行う
(ステップS1)。このイニシャル処理は、主にワーク
RAM46をクリアする処理である。
【0083】イニシャル処理が完了すると、A/D変換
器43による音響信号のディジタル信号X(n)へのディジ
タル変換が完了したかどうかチェックし(ステップS
2)、A/D変換器43でディジタル変換が完了すると、
A/D変換器43から入力されるディジタル信号X(n)を
順次アドレス設定してワークRAM46に記憶する(ステ
ップS3)。この場合、ワークRAM46のうちの特定エ
リアをリングバッファ(終端と始端とを仮想的に連結す
ることで構成されるバッファ)として使用することによ
り、無制限の入力信号(ディジタル信号X(n))に対応
できる。
【0084】ワークRAM46にディジタル信号X(n)が
記憶されると、CPU2は、DSP44をFIRのハイパ
スフィルタH1(z)として動作させる(ステップS4)。
このFIRハイパスフィルタH1(z)としての動作処理
は、上記DSP44のオペレーションROM442 のプログ
ラムのアドレス設定をアドレスカウンタ443 に行なうと
とともに、フィルタ係数ROM45の係数設定をハイパス
フィルタH1(z)用に設定することにより行なう。
【0085】このハイパスフィルタH1(z)としての演算
は、上記式(1)によるもので、今回の入力ディジタル
信号X(n)のほかワークRAM46から前回、前々回の入
力ディジタル信号入力X(n-1)、X(n-2)を読み出しDS
P44内の乗算器445 、加減算器446 を使用して実行す
る。
【0086】ハイパスフィルタH1(z)としての演算処理
が完了すると、各音階についてフィルタ処理を行なうた
めの設定値tを初期設定値t=1にセットし(ステップ
S5)、ローパスフィルタH2t(z) としてのフィルタリ
ング演算を行う(ステップS6)。このローパスフィル
タH2t(z) としての演算は、上記式(2)によるもの
で、各係数CY,2rcosθ,r2 をフィルタ係数R
OM45から読み出しながら、DSP44内の乗算器445 、
加減算器446 を使用して実行する。この演算結果Wt
(n) も、ワークRAM46の別の特定のエリアをリングバ
ッファとして使用し、順次ストアする。この場合も、ワ
ークRAM46をリングバッファとして使用することによ
り、このバッファから前回及び前々回の演算結果Wt(n-
1),Wt(n-2)を次々と読み出して演算に用いることがで
きる。
【0087】ハイパスフィルタH1(z)及びローパスフィ
ルタH2t(z) としての演算処理が完了すると、次に各音
階についてのエンベロープ抽出処理を行なう。このエン
ベロープ抽出処理は、各音階についてDSP44をIIR
ローパスフィルタHE(z)として演算処理させることによ
り実行する(ステップS7)。
【0088】このローパスフィルタHE(z)としての演算
は、上記式(3)によるもので、各係数CE,1.8、−
0.81をフィルタ係数ROM45から読み出しながら、DS
P44内の乗算器445 、加減算器446 を使用して行う。こ
の演算のうち、絶対値計算|Wt(n)|も加減算器446 を
使用して実行する。
【0089】この演算結果Et(n)も、ワークRAM46の
更に別の特定エリア46をリングバッファとして使用し
て、順次ストアすることにより、このバッファから前回
及び前々回の演算結果Et(n-1),Et(n-2)を次々と読み
出して演算に用いることができる。
【0090】上記フィルタ処理及びエンベロープ抽出処
理が終了すると、全ての音階についてこれらの各処理が
なされたかどうか(t=N)チェックし(ステップS
8)、すべての音階については処理が終了していないと
きには、設定値tをインクリメントして(ステップS
9)、ステップS6に移行する。ステップS6に移行す
ると、再びステップS6及びステップS7のフィルタリ
ング処理を実行する。
【0091】ステップS8で、全ての音階に対してフィ
ルタ処理等が完了していると、各音階についてのエンベ
ロープ値Et(n)(t=1〜N)をCPU2へ通知した後
(ステップS10)、音階検出処理モードを終了するかど
うかチェックする(ステップS11)。音階検出処理モー
ドの終了でないときには、ステップS2に移行し、次の
音響信号のA/D変換を待って、同様に処理を行なう。
すなわち、DSP44は、1サンプリング毎に、時分割で
3系統のディジタルフィルタリングを順番に、しかも各
音階について繰り返して実行することにより、リアルタ
イムで、各音階のエンベロープに従って、各音階に対応
する周波数に関する周波数スペクトルのレベルを検知す
ることができる。
【0092】ステップS11で、キーボード5の操作等に
よりCPU2が音階検出処理モードの終了をDSP44に
通知してきたときは、一連の処理動作を終了する。
【0093】<CPU2の和音判別処理>CPU1は、
上述したようにDSP44から毎サンプリング周期で各音
階に次いてのエンベロープ値Et(n)(t=1〜N)、す
なわち、各音階に対応する周波数に関する周波数スペク
トルのエンベロープ値Et(n)が与えられるので、種々の
目的にこれを使用できる。本願各発明では、与えられた
各音階から和音を判別し、判別した和音が正規の和音コ
ードにのっとったものであるかどうかチェックする。和
音コードに従った和音のときには、その和音を和音デー
タに変換し、和音による伴奏を行なう。
【0094】以下、和音判別処理について説明する。C
PU2は、図17に示すように、音階音の検出が終了した
かどうかをチェックし(ステップP1)、音階音の検出
が終了しているときには、DSP44から検出された音階
番号Tnとそのエンベロープ値Et(n)とを読み取る(ステ
ップP2)。この音階音の検出の終了のチェックは、D
SP44からの音階音検出終了信号が入力されているかど
うかにより行なう。
【0095】CPU2は、DSP44から読み取った音階
番号Tnとそのエンベロープ値Et(n)を、CPU2内のレ
ジスタ等に記憶し、DSP44から読み込んだ各音階番号
Tnのエンベロープ値Et(n)をあらかじめ設定した閾値と
比較する(ステップP3)。そのエンベロープ値Et(n)
が当該閾値に達していないときには、その音階番号Tnの
エンベロープ値Et(n)を”0”に設定し(ステップP
4)、全音階番号Tnについて比較処理を行なったかどう
かチェックする(ステップP5)。全ての音階番号Tnに
ついて処理を終了していないときには、音階番号Tnの値
nを1だけインクリメントして(ステップP6)、ステ
ップP2に戻り、同様に次の音階番号Tnについてそのエ
ンベロープ値Et(n)を閾値と比較する。ステップP3
で、エンベロープ値Et(n)が所定の閾値よりも大きいと
きには、エンベロープ値Et(n)の変更処理を行なうこと
なく、全ての音階番号Tn分の処理を終了したかどうかチ
ェックする(ステップP5)。全ての音階番号Tnについ
て上記エンベロープ値Et(n)の比較処理を完了すると、
あらかじめ設定された所定回数検出処理を行なったかど
うかチェックし(ステップP7)、あらかじめ設定され
た所定回数検出処理を行なっていないときには、ステッ
プP1に戻ってDSP44が音階の検出を終了するのを待
って、検出した音階音のエンベロープ値Et(n)をチェッ
クする。このようにして、DSP44で検出した音階音
を、そのエンベロープ値Et(n)があらかじめ設定した閾
値よりも大きいものを選別するとともに、所定回数検出
した音階音をこの閾値と比較することにより、和音とし
て確実に入力された音階音のみを選別して、和音として
入力されたことを確認する。
【0096】ステップP7で、検出処理が所定回数終了
すると、オクターブ差に関係なく、例えば、音階C2
3 なら音階Cとするように、同一音名毎に、そのエン
ベロープ値Et(n)を上記所定回数の検出処理順に積算
し、
【外1】を得る(ステップP8)。
【0097】上記積算した結果のEc〜Ebのエンベロ
ープ値Et(n)の大きい順に4つ選び出し(ステップP
9)、選び出した音階番号Tnについて次に説明する伴奏
処理を行なう(ステップP10)。本実施例においては、
検出処理を所定回数行なっているが、これを1回の検出
処理のみ行なうようにしてもよい。また、検出された音
階は、オクターブ差を考慮していないが、音階番号Tn毎
に検出してもよい。
【0098】<伴奏処理>CPU2は、図18に示すよう
に、上記和音判別処理によりエンベロープ値Et(n)の大
きい順に4つ音階番号Tnが選び出されると、選び出され
た音階番号TnについてあらかじめROM3に記憶されて
いるコード表と比較し、選び出された音階番号Tnの音階
データが該コード表に登録されているコードと一致する
かどうかチェックする(ステップT1)。このROM3
に記憶されているコード表としては、通常伴奏として使
用される正規の一連のコードが採用されている。ステッ
プT1で、選び出された音階データが該コード表と一致
しないときには、入力された音響信号が和音として正規
のものでないと判断し、伴奏処理することなく、次の伴
奏処理に移行する。
【0099】ステップT1で、選び出された音階データ
が該コード表と一致するときには、入力された音響信号
が和音として正規のものであると判断し、コードデータ
を読み出して、レジスタ等に記憶する。
【0100】次に、伴奏フラグBFがセットされている
か(BF=1かどうか)をチェックする(ステップT
2)。この伴奏フラグBFは、伴奏が行なわれていると
きにセット(BF=1)される。いま、伴奏が行なわれ
ていないとすると、伴奏フラグBFはセットされていな
いため、まず、伴奏フラグBFをセット(BF=1)し
(ステップT3)、リズムカウンタをスタートさせる
(ステップT4)。
【0101】このリズムカウンタは、予め用意された伴
奏パターンを読み出すためのアドレスをカウントするカ
ウンタであり、図19に示すように、割込み処理によりカ
ウントが行なわれる。すなわち、図18のステップT4で
割込み処理によりリズムカウンタのスタートがかかる
と、リズムカウンタのインクリメントを開始し(ステッ
プU1)、カウント値が最大値(MAX)かどうかチェ
ックする(ステップU2)。カウント値が最大値でない
ときには、そのままリターンして、所定のカウントタイ
ミングでカウントを続ける。ステップU2で、カウント
値が最大値のときには、リズムカウンタをリセットし、
カウント値を0に戻して(ステップU3)、同様にカウ
ントを続ける。
【0102】再び、図18に戻って、リズムカウンタをス
タートさせると、ステップT1で読み出したコードデー
タから、該コードのコード種(例えば、メジャー・コー
ド、マイナー・コード、セブンス・コード等)及び根音
をレジスタ等に記憶し(ステップT5)、リズムカウン
タのカウント値を読み取って、該リズムカウンタのカウ
ント値からリズムパターンのデータをROM3から求め
る(ステップT6)。コード種とその根音及びリズムパ
ターンが決定されると、リズムパターンの音階をそのコ
ードに対応するスケール(音階)に変換し(ステップT
7)、スケール変換した音階を楽音発生回路9の発音チ
ャネルに出力する(ステップT8)。楽音発生回路9
は、発音チャネルにセットされた伴奏音を発音する。
【0103】このように、入力される音響信号からディ
ジタル処理により音階音を検出し、検出した音階音から
エンベロープ値Et(n)の大きいものを4つ選択する。選
択した音階音が正規の和音に対応しているかどうかチェ
ックし、正規の和音に対応していると、コード種、根音
及びリズムパターンを決定して、その伴奏音を発音させ
る。したがって、入力される音響信号が適切な和音構成
となっているかどうかを速やかに、適切に判別すること
ができるとともに、適切な和音構成となっているときに
は、対応する和音データを生成し、生成した和音データ
に対応する伴奏音を発音させることができる。
【0104】請求項1及び11記載の発明によれば、ピ
アノ等の楽器や電子楽器等から発生された音響信号が適
切な和音構成となっているかどうかを速やかに、かつ適
切に判断することができるとともに、適切な和音構成と
なっているときには、対応する和音データを生成するこ
とができる。したがって、和音判定を、短時間で、かつ
効率的に、行なうことができるとともに、より正確な和
音判定を行なうことができる。さらに、信号処理を全て
ディジタル領域で行なうことができ、より一層高速で、
かつ効率的に音階抽出処理を行なうことができる。
【0105】請求項2、7、12及び16記載の発明に
よれば、 和音構成と、この和音構成に対応する和音デー
タと、をデータテーブルの形式で和音データ記憶手段に
記憶しているので、入力された音響信号が、適切な和音
構成となっているかどうかの判別、及び適切な和音構成
となっているときに、対応する和音データの生成を、よ
り一層適切、かつ速やかに行なうことができ、また、適
切な和音を伴奏することができる。
【0106】請求項3及び8記載の発明によれば、前記
ディジタル信号処理手段は、さらにディジタルフィルタ
リング処理の結果得られる波形信号からエンベロープを
抽出する信号処理演算を行なうことによって、前記各音
階に対応する周波数スペクトルのエンベロープを検知し
ている。 したがって、信号処理を全てディジタル領域で
行なうことができ、高速で、かつ効率的に音階音の抽出
処理、ひいては和音の判別処理を行なうことができる。
【0107】
【0108】
【0109】請求項4、9、13及び17記載の発明に
よれば、検出された音階のエンベロープ値を所定回数分
積算し、この積算値の大きい順から和音を構成する音階
音を選択しているので、音響信号のピッチのゆらぎによ
る和音の誤検出が防止できる。また、各音階が時間差を
もって入力した場合でも、正確に和音データを生成する
ことができる。
【0110】さらに、請求項5、10、14及び18
載の発明によれば、音階検出手段で検出された音階音を
そのオクターブ差に関係なく、12音階のいずれかに割
り当てられるので、和音を構成する音階の一つが1オク
ターブ上の音階で構成される転回形の和音も検出できる
ようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願各発明による和音判別装置及びそれを用い
た自動伴奏装置の一実施例の基本原理を示す構成図。
【図2】図1のバンドパスフィルタHt(z)の周波数特性
図。
【図3】図1を改良した原理による構成図。
【図4】図3のハイパスフィルタH1(z)とローパスフィ
ルタH2t(z) をカスケード接続したときの周波数特性
図。
【図5】図3のハイパスフィルタH1(z)の構成図。
【図6】図5のハイパスフィルタH1(z)の周波数特性
図。
【図7】図3のローパスフィルタH2t(z) の構成図。
【図8】図7のディジタルフィルタの極と零点及び極ベ
クトルと零点ベクトルを示す図。
【図9】図8に対応する周波数特性を表した図。
【図10】図7のローパスフィルタH2t(z) の周波数特性
図。
【図11】図3のローパスフィルタHE(z)の構成図。
【図12】図11のローパスフィルタHE(z)の周波数特性
図。
【図13】図11の構成によりエンベロープ抽出がなされる
ことを説明する説明図。
【図14】本願各発明の和音判別装置及びそれを利用した
自動伴奏装置の一実施例の全体回路構成図。
【図15】図14のDSP44の内部回路構成図。
【図16】図15のDSP44によるディジタルフィルタ処理
及びエンベロープ抽出処理のフローチャート。
【図17】DSPにより検出された音階音のうち和音とな
る候補の音階音を抽出する処理を示すフローチャート。
【図18】和音判別処理を示すフローチャート。
【図19】和音のリズムパターンを検出するためのリズム
カウンタのカウント処理を示すフローチャート。
【符号の説明】
1 楽音発生装置 2 CPU 3 ROM 4 RAM 5 音階検出装置 6 キーボード 7 ディスプレイ 8 プリンタ 9 楽音発生回路 10 オーディオシステム 11 スピーカ 12 バス 44 DSP 45 フィルタ係数ROM 46 ワークRAM
【外2】
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−19696(JP,A) 特開 昭54−49119(JP,A) 特開 昭58−97179(JP,A) 特開 昭57−692(JP,A) 特開 昭50−116020(JP,A) 特開 平4−307597(JP,A) 実開 昭60−26091(JP,U) 特公 昭61−55679(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G10G 3/04 G10H 1/00

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】与えられる音響信号を表現するディジタル
    波形信号に対して、各音階に対応する周波数に関する周
    波数スペクトルのレベルを検知するために時分割で異な
    る特性のディジタルフィルタリングを順次行なうディジ
    タル信号処理手段であって、所定特性のハイパスフィル
    タリングを行なうとともに、前記各音階に対応する周波
    数でピークを持つレゾナンスが付加されたローパスフィ
    ルタリングを順次時分割で実行するように構成された
    ィジタル信号処理手段と、前記 ディジタル信号処理手段にて実行されたディジタル
    フィルタリングの結果に基づいて、前記与えられる音響
    信号に含まれる1乃至複数の音階音を検知する音階検出
    手段と、 和音構成に対応する和音データを記憶する和音データ記
    憶手段と、 前記音階検出手段によって検出された音階音による和音
    構成を前記和音データ記憶手段の和音構成と比較して対
    応する和音のデータを生成する和音データ生成手段と、 を備えたことを特徴とする和音判別装置。
  2. 【請求項2】前記和音データ記憶手段が、複数の音階か
    らなる和音構成と、この和音構成に対応し、根音及びコ
    ード種から成る和音データと、をデータテーブルの形式
    で記憶することを特徴とする請求項1記載の和音判別装
    置。
  3. 【請求項3】前記ディジタル信号処理手段がさらに、デ
    ィジタルフィルタリング処理の結果得られる波形信号か
    らエンベロープを抽出する信号処理演算を行なうことに
    よって、前記各音階に対応する周波数スペクトルのエン
    ベロープを検知することを特徴とする請求項1記載の和
    音判別装置。
  4. 【請求項4】前記音階検出手段は、さらに検出された音
    階音のうちそのエンベロープ値が所定の基準値を超えた
    音階音に対して同一音名のエンベロープ値を所定回数積
    算する積算手段を含み、この積算手段により積算された
    エンベロープ値のうち大きい 順に複数の音階音を選択し
    て前記和音データ生成手段に供給することを特徴とする
    請求項3記載の和音判別装置。
  5. 【請求項5】前記音階検出手段は、さらに検出された音
    階音をそのオクターブ差に関係なく12音階のいずれか
    に割り当てることを特徴とする請求項1記載の和音判別
    装置。
  6. 【請求項6】与えられる音響信号を表現するディジタル
    波形信号に対して、各音階に対応する周波数に関する周
    波数スペクトルのレベルを検知するために時分割で異な
    る特性のディジタルフィルタリングを順次行なうディジ
    タル信号処理手段であって、所定特性のハイパスフィル
    タリングを行なうとともに、前記各音階に対応する周波
    数でピークを持つレゾナンスが付加されたローパスフィ
    ルタリングを順次時分割で実行するように構成されたデ
    ィジタル信号処理手段と、 前記ディジタル信号処理手段にて実行されたディジタル
    フィルタリングの結果に基づいて、前記与えられる音響
    信号に含まれる1乃至複数の音階音を検知する音階検出
    手段と、 和音構成に対応する和音データを記憶する和音データ記
    憶手段と、 前記音階検出手段によって検出された音階音による和音
    構成を前記和音データ記憶手段の和音構成と比較して対
    応する和音のデータを生成する和音データ生成手段と、 あらかじめ定められた伴奏パターンを有し、前記和音デ
    ータ生成手段より生成された和音データに基づいて前記
    伴奏パターンの変化を音階音の変化に変換することによ
    り伴奏音を発生させる伴奏音発生手段と、 を備えたことを特徴とする自動伴奏装置。
  7. 【請求項7】前記和音データ記憶手段が、複数の音階か
    らなる和音構成と、この和音構成に対応し、根音及びコ
    ード種から成る和音データと、をデータテーブルの形式
    で記憶することを特徴とする請求項6記載の自動伴奏装
    置。
  8. 【請求項8】前記ディジタル信号処理手段がさらに、デ
    ィジタルフィルタリング処理の結果得られる波形信号か
    らエンベロープを抽出する信号処理演算を行なうことに
    よって、前記各音階に対応する周波数スペクトルのエン
    ベロープを検知することを特徴とする請求項6記載の自
    動伴奏装置。
  9. 【請求項9】前記音階検出手段は、さらに検出された音
    階音のうちそのエンベロープ値が所定の基準値を超えた
    音階音に対して同一音名のエンベロープ値を所定回数積
    算する積算手段を含み、この積算手段により積算された
    エンベロープ値のうち大きい順に複数の音階音を選択し
    て前記和音データ生成手段に供給することを特徴とする
    請求項8記載の自動伴奏装置。
  10. 【請求項10】 前記音階検出手段は、さらに検出された
    音階音をそのオクターブ差に関係なく12音階のいずれ
    かに割り当てることを特徴とする請求項6記載の自動伴
    奏装置。
  11. 【請求項11】 与えられる音響信号を表現するディジタ
    ル波形信号に対して、各音階に対応する周波数に関する
    周波数スペクトルのレベルを検知するために時分割で異
    なる特性のディジタルフィルタリングを順次行なうディ
    ジタル信号処理手段であって、前記各音階に対応する周
    波数を中心周波数とするバンドパスフィルタリングを行
    なうとともに、このバンドパスフィルタリングの結果得
    られる波形信号からエンベロープを抽出する信号処理演
    算を順次行なうことによって、前記各音階に対応する周
    波数に関する周波数スペクトルのエンベロープを算出す
    るように構成されたディジタル信号処理手段と、 前記ディジタル信号処理手段にて実行されたディジタル
    フィルタリングの結果に基づいて、前記与えられる音響
    信号に含まれる1乃至複数の音階音および各音階音に対
    応するエンベロープを検知する検知手段と、 和音構成に対応する和音データを記憶する和音データ記
    憶手段と、 前記検知手段によって検出された音階音による和音構成
    を前記和音データ記憶手段の和音構成と比較して対応す
    る和音のデータを生成する和音データ生成手段 と、 を備えたことを特徴とする和音判別装置。
  12. 【請求項12】 前記和音データ記憶手段が、複数の音階
    からなる和音構成と、この和音構成に対応し、根音及び
    コード種から成る和音データと、をデータテーブルの形
    式で記憶することを特徴とする請求項11記載の和音判
    別装置。
  13. 【請求項13】前記検知手段は、さらに検出された音階
    音のうちそのエンベロープ値が所定の基準値を超えた音
    階音に対して同一音名のエンベロープ値を所定回数積算
    する積算手段を含み、この積算手段により積算されたエ
    ンベロープ値のうち大きい順に複数の音階音を選択して
    前記和音データ生成手段に供給することを特徴とする請
    求項11記載の和音判別装置。
  14. 【請求項14】 前記音検知手段は、さらに検出された音
    階音をそのオクターブ差に関係なく12音階のいずれか
    に割り当てることを特徴とする請求項11記載の和音判
    別装置。
  15. 【請求項15】 与えられる音響信号を表現するディジタ
    ル波形信号に対して、各音階に対応する周波数に関する
    周波数スペクトルのレベルを検知するために時分割で異
    なる特性のディジタルフィルタリングを順次行なうディ
    ジタル信号処理手段であって、前記各音階に対応する周
    波数を中心周波数とするバンドパスフィルタリングを行
    なうとともに、このバンドパスフィルタリングの結果得
    られる波形信号からエンベロープを抽出する信号処理演
    算を順次行なうことによって、前記各音階に対応する周
    波数に関する周波数スペクトルのエンベロープを算出す
    るように構成されたディジタル信号処理手段と、 前記ディジタル信号処理手段にて実行されたディジタル
    フィルタリングの結果に基づいて、前記与えられる音響
    信号に含まれる1乃至複数の音階音および各音階音に対
    応するエンベロープを検知する検知手段と、 和音構成に対応する和音データを記憶する和音データ記
    憶手段と、 前記検知手段によって検出された音階音による和音構成
    を前記和音データ記憶手段の和音構成と比較して対応す
    る和音のデータを生成する和音データ生成手段と、 あらかじめ定められた伴奏パターンを有し、前記和音デ
    ータ生成手段より生成された和音データに基づいて前記
    伴奏パターンの変化を音階音の変化に変換することによ
    り伴奏音を発生させる伴奏音発生手段と、 を備えたことを特徴とする自動伴奏装置。
  16. 【請求項16】 前記和音データ記憶手段が、複数の音階
    からなる和音構成と、この和音構成に対応し、根音及び
    コード種から成る和音データと、をデータテーブルの形
    式で記憶することを特徴とする請求項15記載の自動伴
    奏装置。
  17. 【請求項17】 前記検知手段は、さらに検出された音階
    音のうちそのエンベロープ値が所定の基準値を超えた音
    階音に対して同一音名のエンベロープ値を所定回数積算
    する積算手段を含み、この積算手段により積算されたエ
    ンベロープ値のうち大きい順に複数の音階音を選択して
    前記和音データ生成手段に供給することを特徴とする請
    求項15記載の自動伴奏装置。
  18. 【請求項18】 前記音検知手段は、さらに検出された音
    階音をそのオクターブ差に関係なく12音階のいずれか
    に割り当てることを特徴とする請求項15記載の自動伴
    奏装置。
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