JP3597156B2 - ピッチシフター付きカラオケ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、歌唱者の歌声のピッチ（音の高さ）を修正するピッチシフター付きのカラオケ装置の改良に関し、より具体的には、歌声を適宜にオクターブ上下しながら補正して主旋律にピッチを合わせる処理方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
入力信号のピッチを変化させて出力するピッチシフターとよばれる技術が知られている。カラオケ装置において実用化されている代表的なピッチシフターには、マイクロホンから入力されたカラオケ歌唱者の歌唱信号から抽出したピッチを自動的に３度低くしたり５度上げたりした音声信号を生成し、元の歌唱信号に混合して出力することによって同じ声質によるコーラスと同じような効果を生み出すものや、歌唱信号のピッチをわずかにずらした音声信号を生成し、元の歌唱信号に混合して音声に拡がりをもたせるものなどが知られている。（特開平１１−３０９０号公報、特開平１１−１２６０８３号公報参照）
また特許第３１７９４６８号公報には、歌唱者の音声をカラオケ伴奏音楽の主旋律データと倍音関係にあり、かつ歌唱者の音声と同じオクターブ域に収まる主旋律になるように、歌唱者の音声を補正するピッチシフターが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
たとえば音域の広いアーティストの歌を男性が歌う場合、一曲の中でも低音域の部分は歌えても、高音域になると大抵の人はそのままでは歌えず１オクターブ下げて歌う。同じ歌を女性が歌う場合には、高音域はそのまま歌うが、低音域では１オクターブ上げて歌う場合が多い。このような場合にも歌声どおりのオクターブ域内で歌唱補正すると、高音域と低音域の間の連続性がとぎれ、せっかく部分的には模範的な歌唱となっても、全体的に音楽として聞き苦しいものになってしまう。
【０００４】
また歌唱を補正するとしても、どんなに大きくピッチを外していても一律に補正するのであれば、あまりにわざとらしくなる場合がある。補正されても違和感なく歌唱者本人や周囲の人の耳に届くためには補正できる範囲が存在するのである。
【０００５】
そこで本発明者らは、完成度がある程度にまで達している歌唱について、声色はそのままで模範的なピッチになるように補正できたら、より完成度の高い歌唱になり自他ともに満足できるだろうと考えた。このようにして、違和感のない補正ができる範囲を考慮して本発明はなされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るピッチシフター付きカラオケ装置は、つぎの事項（Ａ）〜（Ｅ）により特定されるものである。
（Ａ）ピッチ検出手段と、誤差検出手段と、ピッチ修正手段と、中央処理手段とを備えるカラオケ装置であること
（Ｂ）ピッチ検出手段は、マイクロホンから入力される歌声信号から歌声ピッチを逐次検出すること
（Ｃ）中央処理手段は、選択された伴奏音楽データを演奏手段に演奏させるとともに、演奏の進行に伴って伴奏音楽データより指示ピッチを逐次取得すること
（Ｄ）誤差検出手段は、歌声ピッチと指示ピッチの一方を２倍または２分の１にした値と他方との差分を検出すること
（Ｅ）ピッチ修正手段は、誤差検出手段の検出値が規定値より小さい場合、入力される歌声信号を指示ピッチに合わせて周波数変換すること
以上の基本構成に加えて、この発明は、歌声ピッチと指示ピッチの差分を検出する第２誤差検出手段をさらに備え、ピッチ修正手段は、第２誤差検出手段の検出値が規定値より小さい場合にも、入力される歌声信号を指示ピッチに合わせて周波数変換するように構成することが望ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施例によるピッチシフター付きカラオケ装置の構成を図１に示している。このカラオケ装置の基本的な構成は従来の一般的なものと同様であり、パソコン本体に相当する中央処理装置１と、その周辺機器であるハードディスク装置２、操作制御部３、シンセサイザー４、映像制御部５などを備えている。
【０００８】
ハードディスク装置２は多数の楽曲のカラオケデータが記憶されてカラオケデータベースとして管理される。カラオケデータは、ＭＩＤＩデータなどの電子楽譜形式で記述されたカラオケ伴奏音楽データと、伴奏音楽に同期して歌詞を表示して色変えするための歌詞描出データが含まれる。この発明においては、カラオケ伴奏音楽データには主旋律パートが含まれており、カラオケ伴奏音楽の演奏中に歌唱者が発声すべき音の高さを示すデータ（これを指示ピッチＰｓとする）を前記主旋律パートから取得することができる。
【０００９】
ある楽曲を演奏するとき、中央処理装置１は、ハードディスク装置２から事前に読み出してメモリに展開してあるカラオケ伴奏音楽データを逐次処理し、シンセサイザー４を順次駆動してカラオケ伴奏音楽のオーディオ信号を生成する。このカラオケ伴奏音楽の信号はミキシングアンプ６で後述の音声信号と混合されて増幅され、スピーカシステム７から音響出力される。これと並行して中央処理装置１は、前記の歌詞描出データを逐次処理し、カラオケ伴奏音楽の進行に同期して色変わりする歌詞文字列のグラフィックスデータを映像制御部５に生成し、その歌詞文字列をディスプレイ８で表示する。なお詳しい説明は省略するが、歌詞文字列の背景に適宜な動画が表示される。
【００１０】
歌唱者はマイクロホン９を持ち、スピーカシステム７から出る伴奏音楽を聴きながらディスプレイに表示される歌詞を見て歌う。マイクロホン９から出力される歌声信号はマイクロホンアンプ１０を経てピッチ修正回路１１に入力される。以下に詳しく説明するように、ピッチ修正回路１１は、オア回路１２の出力がオンの場合にマイクロホン９からの歌声信号のピッチを修正して出力するが、オア回路１２の出力がオフの場合にはピッチ修正処理は行わずにマイクロホン９からの歌声信号をそのまま出力する。ピッチ修正回路１１から出力される歌声信号はミキシングアンプ６に入力される。
【００１１】
マイクロホンアンプ１０からの歌声信号はピッチ検出回路１４にも入力される。このピッチ検出回路１４は、入力された歌声信号を適宜な周期でサンプリングして歌声信号の基本周波数を検出し、その検出値（歌声ピッチＰｖとする）をディジタルデータで出力する。なお、ピッチ検出回路１４は、入力信号のある程度の継続性のある基本周波数を検出するもので、ごく短期間での周波数変動には感応しないように、そのサンプリング特性や濾波特性を適宜に設定している。
【００１２】
ピッチ検出回路１４から出力される歌声ピッチＰｖは、３系統の比較判定回路１３ａ・１３ｂ・１３ｃに入力される。これらの比較判定回路１３ａ・１３ｂ・１３ｃには中央処理装置１から与えられる前述の指示ピッチＰｓも入力される。これらに入力される指示ピッチＰｓは、中央処理装置１が主体となってカラオケデータを処理して伴奏音楽の演奏と歌詞文字列の生成を行うのと並行し、中央処理装置１がカラオケデータから取得して逐次出力するもので、カラオケ伴奏音楽の演奏時系列の各時点で歌うべき音の高さを示すディジタルデータのストリームである。
【００１３】
比較判定回路１３ａは、歌声ピッチＰｖと指示ピッチＰｓとの差分が規定値ΔＰ内に収まっているか否かを判定し、差分が規定値ΔＰより小さい場合に、その出力信号をオンにする。
比較判定回路１３ｂは、歌声ピッチＰｖを２倍にした値と指示ピッチＰｓとの差分が規定値ΔＰ内に収まっているか否かを判定し、差分が規定値ΔＰより小さい場合に、その出力信号をオンにする。
比較判定回路１３ｃは、歌声ピッチＰｖを２分の１にした値と指示ピッチＰｓとの差分が規定値ΔＰ内に収まっているか否かを判定し、差分が規定値ΔＰより小さい場合に、その出力信号をオンにする。
【００１４】
これら比較判定回路１３ａ・１３ｂ・１３ｃは、歌声ピッチＰｖと指示ピッチＰｓとの差分のごく短時間の増減には感応せず、差分が規定値ΔＰより小さい状態が適宜時間継続したときに出力信号をオンにするとともに、差分が規定値ΔＰを超える状態が適宜時間継続したときに出力信号をオフにするように、適宜なヒステリシス特性を持たせることが望ましい。また、たとえば最新の４拍分の期間での差分｜（Ｐｖ−Ｐｓ）｜の平均値を常に求めて、その平均値と規定値ΔＰとの大小関係により出力信号をオン・オフする構成にしても前記「適宜時間継続」の方式と同等の作用が得られる。
【００１５】
３系統の比較判定回路１３ａ・１３ｂ・１３ｃの出力信号は前記オア回路１２に入力される。したがって、比較判定回路１３ａ・１３ｂ・１３ｃの出力信号のいずれかがオンになるとオア回路１２の出力がオンになり、この場合にピッチ修正回路１１の修正機能が有効になる。反対に、比較判定回路１３ａ・１３ｂ・１３ｃの出力信号がいずれもオフである場合、ピッチ修正回路１１の修正機能はまったく働かない。そしてピッチ修正回路１１は、オア回路１２の出力信号がオンである場合に、マイクロホンアンプからの歌声信号を周波数変換し、歌声信号のピッチを中央処理装置１から与えられている指示ピッチＰｓに一致させ、そのようにピッチシフトさせた歌声信号をミキシングアンプ６に供給する。
【００１６】
以上に詳しく説明した本実施例のピッチシフトの作用効果について、図２の楽譜を参照しながら、実際のカラオケ歌唱に即して具体的に説明する。本実施例にかかるカラオケ装置で使用するカラオケデータはＭＩＤＩ規格に従った図２のように例示できる楽譜データであり、ピッチの最小単位は半音（＝１００セント）、符長の最小単位は３２分音符である。図２の上段は主旋律データであり、下段は歌唱者が意図した歌唱旋律を譜面化したものである。
【００１７】
歌唱者は、第１小節目〜第３小節目までは上段のとおりに歌えるが、第４小節目は歌唱者が歌える音域を逸脱しているためそのままでは歌えずに１オクターブ下げて歌う。歌唱者は下段のように歌っているつもりだが、素人であれば実際には多少ピッチがずれることが多い。前述のピッチシフトによってこのピッチの多少のずれを補正し、さらに上段のとおりに歌っているように歌唱者の音声を音響出力する。すなわち、第１小節目〜第３小節目について実際の発声音のピッチ（歌声ピッチ）と上段の音符（指示ピッチ）とのずれがΔＰ（ここでは１５０セントとする）より小さければ、比較判定回路１３ａの出力がオンとなり、歌声信号の歌声ピッチを指示ピッチに修正して出力する。しかし歌声ピッチと指示ピッチとのずれが１５０セント以上あった場合には、歌声ピッチを修正せずに歌声信号をそのまま出力する。
【００１８】
次に第４小節目については、指示ピッチとの比較対象は歌声ピッチの周波数を２倍にしたもの、すなわち歌声ピッチを１オクターブ上げたものである。上記と同様に歌声ピッチの１オクターブ上のピッチと指示ピッチとのずれが１５０セント以上であれば歌声ピッチを修正せずに歌声信号をそのまま出力するが、１５０セントより小さければ、比較判定回路１３ｃがオンになり、歌声信号の歌声ピッチを指示ピッチ（譜面上段）に修正して出力する。すなわち、実際の歌声よりおよそ１オクターブ高くなって出力される。
【００１９】
なお本実施例においては、比較判定回路１３にて歌声信号と主旋律データとを比較評価する際に、歌声信号の周波数を２倍または２分の１にする方式をとったが、もちろん、主旋律データの周波数を２倍または２分の１にする方式をとっても同じ結果を得られる。ただしこの場合には、判定の条件となる主旋律データと歌声信号との差分をΔＰとするならば、主旋律データの周波数を２倍にしたデータとの差分は２ΔＰ、主旋律データの周波数を２分の１にしたデータとの差分は（１／２）ΔＰとして比較評価する。
【００２０】
【発明の効果】
この発明にかかるカラオケ装置によれば、歌声のピッチと歌唱すべき主旋律のピッチと、またはそのどちらかを１オクターブ上下したピッチとが大きく異ならならない場合には、歌唱の完成度がある程度高いと見なされて主旋律のピッチに修正される。これにより完成度がある程度高い歌唱についてはより完璧な歌唱として聴くことができ、自他ともに満足できる。さらに、音域の広いアーティストの歌を歌う場合や男性が女性アーティストの歌、あるいは女性が男性アーティストの歌を歌う場合など、一般的な歌唱者の限界音域にかかる曲でも、声色は歌唱者のままで原曲のピッチどおりの歌唱を聴くことができるので、その場でしか味わえない満足感を自他ともに得ることができる。その結果、カラオケを利用する人が増大する効果も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係るピッチシフター付きカラオケ装置の構成例である。
【図２】この発明の一実施例の作用を具体的に説明するために参考となる図である。
【符号の説明】
１ 中央処理装置
２ ハードディスク装置
３ 操作制御部
４ シンセサイザー
５ 映像制御部
６ ミキシングアンプ
７ スピーカシステム
８ ディスプレイ
９ マイクロホン
１０ マイクロホンアンプ
１１ ピッチ修正回路
１２ オア回路
１３ａ・１３ｂ・１３ｃ 比較判定回路

Claims (2)

1. ピッチ検出手段（14）と、誤差検出手段（13）と、ピッチ修正手段（11）と、中央処理手段（１）とを備えるカラオケ装置であって、
   ピッチ検出手段（14）は、マイクロホンから入力される歌声信号から歌声ピッチを逐次検出し、
   中央処理手段（１）は、選択された伴奏音楽データを演奏手段（４）に演奏させるとともに、演奏の進行に伴って伴奏音楽データより指示ピッチを逐次取得し、
   誤差検出手段（13ｂ、13ｃ）は、歌声ピッチと指示ピッチの一方を２倍または２分の１にした値と他方との差分を検出し、
   ピッチ修正手段（11）は、誤差検出手段（13ｂ、13ｃ）の検出値が規定値より小さい場合、入力される歌声信号を指示ピッチに合わせて周波数変換する
   カラオケ装置。
2. 歌声ピッチと指示ピッチの差分を検出する第２誤差検出手段（13ａ）をさらに備え、
   ピッチ修正手段（11）は、第２誤差検出手段（13ａ）の検出値が規定値より小さい場合にも、入力される歌声信号を指示ピッチに合わせて周波数変換する
   請求項１に記載のカラオケ装置。

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