JP4973426B2 - テンポクロック生成装置およびプログラム - Google Patents
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また、ビート抽出部の出力信号が処理されるPLL回路における各種の設定、例えば同期引き込み範囲となるプルインレンジなどをユーザが設定する必要があり、操作が煩雑である。
その場合、前記ビート周波数特定手段は、前記拍情報から前記楽曲のテンポに対応する周波数を特定し、該特定された周波数に前記ビート指示情報が表す前記楽曲の1拍に含まれるビートの数を乗じた周波数に最も近似した値でピークを示す周波数を特定し、該特定された周波数を前記ビート周波数と定めるとしても良い。また、前記拍タイミング情報出力手段は、前記重合手段によって重ね合わされたおよそ正弦波形状の波形について、その特定点が出現する特定点タイミングから、前記拍情報により示される前記楽曲の拍と位相が同期するタイミングを特定し、該特定されたタイミングから、前記ビート指示情報が示す前記楽曲の1拍に含まれるビートの数ごとに他のタイミングを選択し、該選択された特定点タイミングを示す情報を拍タイミング情報として出力しても良い。
楽曲において、基調となる所定の音符による拍が複数集まって小節をなし、該小節が周期的に繰り返される場合、「拍子」とは、その小節に含まれる上記所定の音符(拍)の数を示す。例えば、4分の4拍子の楽曲では、基調となる4分音符が4拍集まって1小節が構成される。
また、「テンポ」とは、上記基調となる所定の音符が発音される頻度であり、例えばテンポ120とは、4分音符が1分間に120回の頻度で発音される頻度である。
また、「ビート」とは、上記基調となる音符に対応する1拍について、どのようにリズムをとるかを示すものである。例えば4分の4拍子の場合、4分音符を単位にしてリズムをとると4ビートとなり、8分音符を単位にしてリズムをとると8ビートとなる。そのように、1つ1つの拍についてどの音符を単位にしてリズムをとるかを示すのがビートである。
以下の説明においては、上述した「拍子」、「テンポ」、および「ビート」の定義を用いて説明する。
(A;構成)
図2は、本発明に係るテンポクロック生成装置1の全体構成を示す図である。テンポクロック生成装置1は、例えばパーソナルコンピュータで構成される。テンポクロック生成装置1は、制御部110、ROM(Read Only Memory)120、RAM(Random Access Memory)130、操作部140、表示部150、HDD160(Hard Disk Drive)、音声処理部170、および音声処理部170に接続されたスピーカ180を有する。上記各部はバスを介して互いに接続されている。
ROM120は、制御部110が実行する制御プログラムを格納している。
RAM130は、制御部110によってワークエリアとして利用される。
表示部150は、例えばLCD(Liquid Crystal Display)などの表示手段である。このディスプレイの画面には、オーディオ信号の処理に係る各種設定を行うためのメニュー画面が表示される。
なお、本実施形態においては、上記HDD160に含まれるオーディオ信号の中から、テンポは120、拍子は4分の4拍子、リズム構造は8ビートである特定のオーディオ信号について取り上げて具体的に説明する。
また、HDD160には、該オーディオ信号に含まれる楽曲のリズム構造を表すパラメータとして、N値が上記オーディオ信号と関連付けて書き込まれている。N値とは、オーディオ信号のビート数を4で除した値である。従って、上記オーディオ信号は8ビートであるため、N=2である。
スピーカ180は、音声処理部170から受取ったアナログの信号に基づいて音声を放音する。
以上がテンポクロック生成装置1の構成である。
次に、ROM120に格納された制御プログラムに従って制御部110が行うビート抽出処理について説明する。
テンポクロック生成装置1の電源が投入されると、制御部110は、ROM120から制御プログラムを読み出しRAM130にロードする。
制御部110は、ユーザにより操作部140が操作され、特定のオーディオ信号が選択されると、該指示されたオーディオ信号、該オーディオ信号に関連付けられたタッピング音およびN値のデータをHDD160から読み出す。読み出されたN値のデータは、RAM130に書き込まれる。
図3に示すように、制御部110は、オンセット検出部10と、テンポクロック生成部20とからなる。HDD160から読み出されたオーディオ信号は、オンセット検出部10に入力される。以下、該入力された楽曲を表すオーディオ信号を、オーディオ信号x(t)と呼ぶ。
オンセット検出部10は、オーディオ信号x(t)からオンセット(ビート)を抽出した信号であるオンセット検出信号y(t)を生成し、テンポクロック生成部20に出力する。
テンポクロック生成部20は、オンセット検出部10から入力されるオンセット検出信号y(t)から、オーディオ信号x(t)の拍を検出し、該検出された拍を表すテンポクロックパルス信号z(t)を生成する。
まず、オンセット検出部10の処理内容を簡潔に説明する。図4は、オンセット検出部10の処理の流れを示したフローチャートである。また、図5は、オンセット検出部10による処理を示したブロック図である。同図に示すように、オンセット検出部10は、パワー算出部11とローパスフィルタ12と差分生成部13と半波整流器14とを有する。
差分生成部13は、ローパスフィルタ12により処理されたパワー波形に対して隣接する区間の間で、差分を算出する(ステップSA400)。
半波整流器14は、差分生成部13により生成された波形から正の部分を取り出し(ステップSA500)、該波形をオンセット検出信号y(t)としてテンポクロック生成部20に出力する(ステップSA600)。図6(B)は、以上の処理により生成されたオンセット検出信号y(t)である。
(B−3−1;処理の概要)
次に、テンポクロック生成部20が行う処理について説明する。図7は、テンポクロック生成部20の処理の流れを示したフローチャートである。また、図8は、テンポクロック生成部20による処理を示したブロック図である。
各処理系統においては、オンセット検出信号y(t)についてそれぞれ異なるフレームに対して同じ処理が行われ、それぞれの処理系統においては、最終的に信号s’n(t)が生成される。各処理系統において生成された信号s’n(t)は、加算器において加算されオーバーラップ加算正弦波s(t)が生成される。オーバーラップ加算正弦波s(t)に対して、ピーク検出処理(2)および1/N分周処理が施されることにより、最終的にテンポクロックパルス信号z(t)が生成される。
以上がテンポクロック生成部20の処理の概要である。
処理系統nに入力されたオンセット検出信号y(t)には、まず窓掛け処理(1)が施される(ステップSB200)。窓掛け処理(1)において、オンセット検出信号y(t)は、数式(1)に従って処理され信号yn(t)が生成される。
数式(1)において、w1(t)は、所定の窓長(本実施形態では、5秒)のハミング窓関数である。従って、各処理系統では、オンセット検出信号y(t)から、所定の領域の信号(以下、フレーム)を“切り出す”。ここで、各処理系統において用いられるハミング窓関数の、隣接する処理系統間でのフレームのずれをT(本実施形態では、T=1秒)とする。
なお、本実施形態においては、上記ハミング窓関数の時間長を5秒、フレームのずれTを1秒としたが、それらにはユーザにより適宜定められた値を用いれば良い。
窓掛け処理(1)により生成された信号yn(t)に対して、数式(2)によるフーリエ変換が施される(ステップSB300)。各フレームの信号、すなわちオンセット検出信号y(t)の特定の区間がどのような周波数成分から成るかを示すパワースペクトルYn(ω)が生成される。
ピーク検出処理(1)においては、まず、上記フーリエ変換により生成されたパワースペクトルYn(ω)から、パワースペクトルにおける各周波数成分の振幅の2乗を表す|Yn(ω)|2を算出する。図9には、|Yn(ω)|2のグラフの一例を示す。
一般的に、インパルス列の関数をフーリエ変換すると、該インパルス列の角周波数および該角周波数の整数倍の角周波数で周期的にピークを迎えるインパルス列のパワースペクトルが生成されることが知られている。オンセット検出信号y(t)は、上述したように周期的にピークが現れることから、インパルス列の関数と類似の特徴を有する。従って図9に示すように、オンセット検出信号y(t)のパワースペクトルの振幅|Yn(ω)|2は、複数の周波数(本実施形態においては、4、8、12、…[Hz])において極大を示す。
例えば、図9に示される|Yn(ω)|2においては、タッピング音のテンポ(2Hz)の2(=N)倍である4[Hz](ω=8π[rad/秒])の近傍の周波数で極大値となるような角周波数ωnが決定される。
以上のようにして決定された角周波数ωnと初期位相θnは、発振器に出力される。
発振器においては、上述のピーク検出処理(1)において求められた角周波数ωnおよび初期位相θnに基づいて、角周波数がωnであり初期位相がθnである余弦波信号sn(t)が生成される(ステップSB500)。
窓掛け処理(2)においては、上記発振器において生成された余弦波信号sn(t)に対して、数式(4)に従って窓掛け処理が施され、信号s’n(t)が生成される(ステップSB600)。本窓掛け処理(2)において用いられる窓関数w2(t)は、所定の窓長を有するコサイン窓関数である。
本実施形態においては、コサイン窓関数の時間長は5秒とするが、ユーザにより適宜定められた値を用いれば良い。なお、本実施形態においては、各処理系統の上記コサイン窓関数の区間は、同じ処理系統において窓掛け処理(1)で用いられたハミング窓関数の区間と同じである。
ピーク検出処理(2)においては、加算器により生成されたオーバーラップ加算正弦波s(t)のピーク時刻(隣り合うゼロクロスとゼロクロスの中点となる時刻)を特定し、該時刻において値がk(k>0)となり、該時刻以外の時刻においては値が0となるパルス信号zN(t)を生成する(ステップSB800)。
1/N分周器においては、上記ピーク検出処理(2)において生成されたパルス信号zN(t)において、パルスをN個に1個だけ残し他のパルスを「間引く」処理を行う(ステップSB900)。すなわち、1/N分周器においては、パルス信号zN(t)からN(=2)個に1つのパルスのみを選択し、該選択したパルスからなるテンポクロックパルス信号z(t)を生成する。
本発明に係るテンポクロック生成装置1によれば、8ビートや16ビートなどのリズム構造を有する楽曲のオーディオ信号であれば、曲中でオンセットの出現パターンによらずに拍を特定できる。例えば、図1に示したようなシンコペーションなどのリズムからも適切にテンポクロックパルス信号z(t)を生成することができる。
なお、以上の処理において、ユーザにより設定されることが要求されるパラメータは窓掛け処理(1)および(2)に係る窓関数の窓長および、処理系統間での窓関数のずれの量のみである。従って、従来のPLL回路を用いたビート検出の方法に比べ、ユーザはパラメータ設定に要する労力を省くことが出来る。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は以下のように種々の態様で実施することができる。なお、以下に説明する種々の実施形態を、適宜組み合わせて実施することも可能である。
(a)メディアドライブ
メディアドライブは、例えば音楽コンテンツが格納されているCD−ROMやDVD(Digital Versatile Disc)等の各種記録媒体(メディア)からデータを読み取る。読み取られたデータは、制御部110によりHDD160へ格納され、上記実施形態におけるオーディオ信号として用いても良い。
(b)マイクロホン
マイクロホンを音声処理部170に接続する。音声処理部170にはA/D(Analog/Digital)変換機能を持たせる。マイクロホンは収音した音を表すアナログ信号を生成し、音声処理部170は該アナログ信号をA/D変換しデジタルデータを生成する。制御部110は、生成されたデジタルデータをHDD160に書き込み、該デジタルデータを上記実施形態におけるオーディオ信号に代えて用いても良い。
(c)通信手段
通信ネットワークインタフェースを設け、各種音楽コンテンツ(オーディオ信号)を格納するサーバにインターネット網などの通信網を通じてアクセスし、音楽コンテンツの取得要求を送り、この取得要求に応じてサーバから送られてくる音楽コンテンツをHDD160に格納するなどしても良い。
また、上記の各種手段を用いて受取ったオーディオ信号を、HDD160に格納する処理と並行して、又はHDD160に格納する処理に代えて、該オーディオ信号をリアルタイムに処理するようにしても良い。
また、拍のタイミングとテンポとを指定する数値情報を用いても良い。例えば最初の拍の時刻と拍の間隔を示す数値データを、操作部140を介して入力することができるようにしても良い。また、複数の拍のタイミングを示す数値データを入力することができるようにしても良く、その場合は該拍同士の間隔から拍のテンポを算出すれば良い。
要は、オーディオ信号に含まれる楽曲の拍のタイミングおよびそのテンポが特定可能な情報が得られるようにすれば良い。
また、上記オーディオ信号は時間波形を表すデータである場合について説明したが、MIDI(Musical Instrument Digital Interface)形式など、発音すべきノートを時間経過に沿って記した音データなど、他の形式のデータであっても良い。そのように、時間波形を記したデータ以外のデータについて本発明を実施する場合には、該データを一旦時間波形に変換する変換手段を設け、該変換手段により時間波形データに変換したデータを上記オーディオ信号に代えて用いれば良い。
また、1小節あたりの拍の数を表すパラメータをユーザが設定可能としても良い。
要は、1拍あたりに含まれるビートの数を表すN値が最終的に得られるようにすれば良い。以上のように、ユーザにより各種パラメータが入力される場合には、該パラメータを入力するための案内画面を表示部150に表示し、該表示内容に従って操作部140に入力された内容に基づいてパラメータを設定、算出するようにすれば良い。
例えば、特許文献(特開2003−280664号公報)には、原音楽波形からビートを抽出する技術が開示されている。該文献によれば、原音楽波形を短時間高速フーリエ変換し、原音楽波形の各フレームの波形に含まれる周波数成分を分析し、振幅が最も大きい周波数成分を特定する。そして、原音楽波形から、該特定された周波数成分に対応する正弦波で合成可能な成分と、合成できない成分(残差波形)を特定する。このようにして生成された残差波形は、原音楽波形に含まれるビートを良く抽出した波形となることから、上記実施形態におけるオンセット検出信号y(t)に相当する信号として用いることが可能である。
このように、オンセット検出信号y(t)に相当する信号を生成する方法は、上記実施形態に記載の方法に限定されるものではなく、オンセット(ビート)を抽出するための様々な方法を適用可能である。
例えば、角周波数がωnであり、初期位相がθnである正弦波を生成する場合、ピーク検出処理(2)において、ゼロクロスをすると共にその微分値が正である時刻を特定し、該時刻において値がk(k>0)となり、該時刻以外の時刻において値が0となるパルス信号zn(t)を生成すれば良い。
また、発信器が生成する信号は、正弦波や余弦波に限られるものではない。例えば、方形波、三角波、鋸歯状波などのパルス波でも良い。その場合には、周期が2π/ωnであり、位相がθn進んだパルス波を生成すると共に、ピーク検出処理(2)において、各パルス波に応じた点(特定点)を特定し、該特定点に対応する時刻において値がk(k>0)となり、該時刻以外の時刻において値が0となるパルス信号zn(t)を生成すれば良い。上記特定点として、例えば方形波の場合には、振幅が最大値となった区間の中間の点など、三角波の場合には、振幅が最大値となった点など、鋸歯状波の場合には、信号の値が最大値の所定の値となる点などを指定すれば良い。
Claims (9)
- 楽曲を表すオーディオ信号を取得するオーディオ信号取得手段と、
前記楽曲の拍のタイミングを示す拍情報を取得する拍情報取得手段と、
前記楽曲のビートに対応するビート指示情報を取得するビート指示情報取得手段と、
前記オーディオ信号取得手段により取得されたオーディオ信号が表す楽音のオンセットを順次抽出するオンセット検出手段と、
前記オンセット検出手段が抽出したオンセットによって形成される波形について、当該波形に含まれる周波数成分を順次連続する所定フレーム長毎に検出する周波数成分検出手段と、
前記周波数成分検出手段が検出した各周波数成分の中から、前記拍情報取得手段が取得した拍情報および前記ビート指示情報取得手段が取得したビート指示情報に対応する特定の周波数成分を前記楽曲のビート周波数として定めるビート周波数特定手段と、
前記ビート周波数特定手段が特定した前記ビート周波数と、該特定されたビート周波数に対応する位相とを有する正弦波を生成する周期関数生成手段と、
前記周期関数生成手段が生成した正弦波を各フレームについて重ね合わせる重合手段と、
前記重合手段によって重ね合わされた正弦波について、その特定点が出現する特定点タイミングから、前記拍情報および前記ビート指示情報に基づいて複数のタイミングを選択し、該選択されたタイミングを示す情報を拍タイミング情報として出力する拍タイミング情報出力手段と
を有することを特徴とするテンポクロック生成装置。 - 前記拍情報取得手段は、操作に応じて拍のタイミングを示す操作情報を出力する操作手段を有し、前記操作手段が出力する操作情報を拍情報として取得することを特徴とする請求項1に記載のテンポクロック生成装置。
- 前記拍情報取得手段は、収音し対応する音を表す音信号を生成する収音手段を有し、前記収音手段が出力する音信号を拍情報として取得することを特徴とする請求項1に記載のテンポクロック生成装置。
- 前記拍情報取得手段は、前記オーディオ信号が表す楽曲の拍の少なくとも1つのタイミングと前記拍のテンポとを表すデータを拍情報として取得することを特徴とする請求項1に記載のテンポクロック生成装置。
- 前記拍タイミング情報出力手段は、前記楽曲における前記特定点タイミングの時刻を表すデータである拍タイミング情報を出力することを特徴とする請求項1に記載のテンポクロック生成装置。
- 前記ビート指示情報取得手段は、前記楽曲の1拍に含まれるビートの数をビート指示情報として取得することを特徴とする請求項1に記載のテンポクロック生成装置。
- 前記ビート周波数特定手段は、前記拍情報から前記楽曲のテンポに対応する周波数を特定し、該特定された周波数に前記ビート指示情報が表す前記楽曲の1拍に含まれるビートの数を乗じた周波数に最も近似した値でピークを示す周波数を特定し、該特定された周波数を前記ビート周波数と定めることを特徴とする請求項6に記載のテンポクロック生成装置。
- 前記拍タイミング情報出力手段は、前記重合手段によって重ね合わされたおよそ正弦波形状の波形について、その特定点が出現する特定点タイミングから、前記拍情報により示される前記楽曲の拍と位相が同期するタイミングを特定し、該特定されたタイミングから、前記ビート指示情報が示す前記楽曲の1拍に含まれるビートの数ごとに他のタイミングを選択し、該選択された特定点タイミングを示す情報を拍タイミング情報として出力することを特徴とする請求項6に記載のテンポクロック生成装置。
- コンピュータを、
楽曲を表すオーディオ信号を取得するオーディオ信号取得手段と、
前記楽曲の拍のタイミングを示す拍情報を取得する拍情報取得手段と、
前記楽曲のビートに対応するビート指示情報を取得するビート指示情報取得手段と、
前記オーディオ信号取得手段により取得されたオーディオ信号が表す楽音のオンセットを順次抽出するオンセット検出手段と、
前記オンセット検出手段が抽出したオンセットによって形成される波形について、当該波形に含まれる周波数成分を順次連続する所定フレーム長毎に検出する周波数成分検出手段と、
前記周波数成分検出手段が検出した各周波数成分の中から、前記拍情報取得手段が取得した拍情報および前記ビート指示情報取得手段が取得したビート指示情報に対応する特定の周波数成分を前記楽曲のビート周波数として定めるビート周波数特定手段と、
前記ビート周波数特定手段が特定した前記ビート周波数と、該特定されたビート周波数に対応する位相とを有する正弦波を生成する周期関数生成手段と、
前記周期関数生成手段が生成した正弦波を各フレームについて重ね合わせる重合手段と、
前記重合手段によって重ね合わされた正弦波について、その特定点が出現する特定点タイミングから、前記拍情報および前記ビート指示情報に基づいて複数のタイミングを選択し、該選択されたタイミングを示す情報を拍タイミング情報として出力する拍タイミング情報出力手段
として機能させることを特徴とするプログラム。
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