JP5238935B2

JP5238935B2 - 口笛の吹音・吸音判定装置及び口笛音楽検定装置

Info

Publication number: JP5238935B2
Application number: JP2008184830A
Authority: JP
Inventors: 幹男森
Original assignee: University of Fukui
Current assignee: University of Fukui
Priority date: 2008-07-16
Filing date: 2008-07-16
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2028-07-16
Also published as: JP2010026061A

Description

本発明は口笛の音楽レベル、例えば吹音・吸音の発生の有無、及び口笛の音程の正確さを検定する為の装置に関するものである。

最近、主に伴奏をバックにして口笛を音楽のように用いて曲を演奏する口笛音楽がテレビやラジオ、又は新聞でも取り上げられて流行の兆しがある。そして、口笛演奏者による口笛音楽教室も存在している。しかし、現在のところ口笛音楽には、そろばんやピアノ教室のような能力検定試験は存在しない。これは、口笛音楽は楽器を必要としないために、利益のない楽器メーカーが積極的に口笛音楽検定を提案しないことも一因と考えられる。

従来、カラオケに関しては各自の歌唱力を点数で評価するシステムが開発され、歌唱力評価機能を備えたカラオケ装置が存在している。例えば、特開２００８−１５３８８号に係る「歌唱力評価方法及びカラオケ装置」は、マイクから入力された音声が、伴奏情報なのか人間の歌声なのかを判定して歌声部分のみを採点する歌唱力評価方法及びカラオケ装置である。
カラオケ装置に内臓されている採点処理部は、マイクから入力された音声信号がカラオケの伴奏なのか、人間の歌声なのか、を判定する伴奏・歌声判定部を備える。伴奏・歌声判別部は、マイクから入力された音声信号に周波数分析を行ってスペクトルを算出し、スペクトルのエネルギーが高周波数帯域に集中していることが検出されたときに『入力音声信号は伴奏情報である』と判定する。

特開平５−１８１４０７号に係る「歌唱力採点機能付自動演奏装置」は、歌唱者が歌唱する際、予め設定された所定の時点ごとに、「マイクロフォンと歌唱者の口との距離の遠近」、及び「予め記憶された歌唱の手本となるメロディーデータの音量値」を検知して、その「メロディーデータの音量値」の大小と、「マイクロフォンと歌唱者の口との距離の遠近」を対比することによって、歌唱者の歌唱力を採点することが出来る歌唱力採点手段を具備した自動演奏装置である。

これらの他にも、カラオケ装置には歌い終わった時に歌唱力が点数で表示される採点方式が採用されている。従って、自分の歌唱力がどの程度のレベルにあるかを知ることが出来る。これと同じように、口笛にて音楽を奏でる場合にもそのレベルが分かると便利であり、又口笛音楽のレベルも全体的に向上すると思われる。
特開２００８−１５３８８号に係る「歌唱力評価方法及びカラオケ装置」は、特開平５−１８１４０７号に係る「歌唱力採点機能付自動演奏装置」

このように、口笛音楽を採点するシステムは現在のところ存在していない。本発明が解決しようとする課題はこの問題点であり、口笛音楽の程度を判定することが出来る口笛音楽検定装置を提供する。又、最も初歩的なレベルとなる口笛の吹音及び吸音が発生するか否かを判別する装置を提供する。

口笛を楽器のように用い、主として伴奏をバックにして曲を演奏する場合、一般に３分〜５分にも及ぶ。そこで、口笛を吹いて音を出すだけでなく、息を吸って音を出すことも必要となる。そこで、本発明では息を吹いた場合に口笛音が出るか否か、同じく息を吸った場合にも口笛音が出来るか否かの判断を行う。口笛の吹音・吸音の判別をマイクロフォンに入力して自動的に行い、その判定結果を表示する。表示の方法は限定しないが、例えば夫々の場合にランプを点灯して表示することが出来る。

ところで、マイクロフォンに入力された信号の有無により、口笛が発しているか否かの判断を行う。そして、吹音又は吸音の判定には呼気による雑音成分が用いられ、入力音が５０〜２００Ｈ_Ｚ位の帯域における対数パワーの平均値Ｐ_Ｌがある値Ｐ_Ｓを超えた場合は吹音とし、平均値Ｐ_Ｌがある値Ｐ_Ｓ以下の場合は吸音と判定する。ここで、上記ある値Ｐ_Ｓとは、例えば吹音と吸音のＰ_Ｌの平均値とすることが出来る。

又、口笛音が所定の音程に成っているか否かの判定を行うことが出来る。装置から提示音が提示され、これと同じ高さの口笛音を吹くことが出来るか否かの判定であり、口笛音の音程検出は対数パワースペクトルのピークに対応する周波数を求めることで行われる。

本発明に係る口笛音の吹音・吸音判別装置は、口笛音が吹音として、又吸音として発生しているか否かを判定することが出来る。しかも、所定の音程の吹音及び吸音が出ているか否かの判定も行うことが出来る。従って、この装置を使用することで自分の口笛がどの程度のレベルにあるかが分かる為に、口笛音楽教室にてこの装置を用い、口笛音楽検定試験システムを構築することが出来る。ひいては、口笛音楽をカラオケと同じように世に広く普及させる効果があると思われる。
すなわち、カラオケの場合と同じように、口笛音楽を楽譜と比較して点数で表示することが出来る。

図１は口笛の吹音・吸音判別装置の外観を示す概略図である。すなわち、息を吹いた場合に口笛が発生するか、及び息を吸った際に口笛が発生するか否かを判断する為の装置であり、正面には２個のランプ１ａ，１ｂを設けている。そこで、所定の位置にあるマイクロフォン（図示なし）に向かって口笛を鳴らす場合に該口笛が吹いた場合の口笛か、又は吸った場合の口笛かが分かる。すなわち、吹いた場合の口笛の場合にはランプ１ａが点灯し、吸った場合の口笛の場合にはランプ１ｂが点灯する。

そこで、口笛が発生しない場合には上記ランプ１ａ，１ｂは点灯しない訳で、口笛の吹音及び吸音の判別が即座に出来る。図２は口笛の吹音・吸音判別装置を構成する具体的なブロック図であり、（ａ）はアナログ回路の構成、（ｂ）はディジタル回路の構成を示している。しかし、これらブロック図はあくまでも１具体例に過ぎず、これに限定するものではない。

そこで、マイクロフォン２に向かって口笛を鳴らすならば、口笛音の振動を検出して入力の有無を判定する。すなわち、口笛音の有無を判定する口笛音有無判定部を有している。そして、該装置にはバンドパスフイルタを備え、口笛音の中で所定の周波数が通過するフイルタであり、口笛が吹音であるか吸音であるかを判定する判定部を有している。

ところで、吹音か吸音の判定には、呼気による雑音成分が用いられる。入力音の５０〜２００Ｈ_Ｚの帯域における対数パワーの平均値Ｐ_Ｌがある閾値Ｐ_Ｓを超えた場合は吹音と判定し、逆に対数パワーの平均値Ｐ_Ｌがある閾値Ｐ_Ｓより以下の場合は吸音と判定する。ここで、上記Ｐ_Ｓは、例えば吹音と吸音のＰ_Ｌの平均値としている。この判定に基づいて図１に示す判別装置のランプ１ａ，１ｂが点灯するようになる。

図２(ｂ)はディジタル回路にて構成した吹音・吸音判別装置のブロック図を示している。マイクロフォン２に入力された口笛は、ローパスフイルタを通過してＡ／Ｄ変換が行われる。そして、ＦＦＴ（フーリエ変換）によって周波数分析を行い、適当な長さの窓ごとに対数パワースペクトルを求め、入力音の５０〜２００Ｈ_Ｚの帯域における対数パワーの平均値Ｐ_Ｌがある閾値Ｐ_Ｓを超えた場合は吹音と判定し、逆に対数パワーの平均値Ｐ_Ｌがある閾値Ｐ_Ｓより以下の場合は吸音と判定する。そして、この判定に基づいて図１に示す判別装置のランプ１ａ，１ｂが点灯するようになる。

図３は前記図２(ｂ)の吹音・吸音判別装置に音程判定（ピッチ判定）機能を備えたブロック図である。ところで、口笛音のピッチ抽出は対数パワースペクトルのピークに対応する周波数を求めることで行われる。すなわち、吹音・吸音判別装置から提示される音（提示音）と同じ高さの音で口笛を吹くという方式で行われる。

口笛は実音の１オクターブ上の音で演奏されることが多く、従って、提示されたと同じ音程の音か、又は提示音より１オクターブ高い音との比較で行われ、ピッチ判定が提示音に合っている場合にはその旨の表示がなされる。例えば、図１の装置において、ピッチ判定ランプを別に設けて、該ピッチ判定ランプを点灯させることが出来る。

図４はピッチ判定に骨導音を用いた場合のブロック図である。骨導音とは実際に出ている音で、直接耳にする口笛音とは多少違い、これは一般的に録音して後で聞くことが出来る。口笛を鳴らしている自分自身が耳にする音は、気導音と骨導音が混合している音であり、骨導音を用いることでより正確なピッチ判定を行うことが出来る。

すなわち、口笛が吹音か吸音かは前記図２にて説明したようにマイクロフォンに入力して５０〜２００Ｈ_Ｚの帯域における対数パワースペクトルを用いて判定する。すなわち、対数パワースペクトルの平均値Ｐ_Ｌがある値Ｐ_Ｓを超えた場合は吹音とし、Ｐ_ＬがＰ_Ｓ以下の場合には吸音とする判定する。そして、上記ピックアップマイク３にて雑音なしの音程だけを正確に捉えることが出来、この場合の骨導音にはマイクロフォン２とは違い伴奏や周囲の雑音は入らない。

図５は骨導音を収録する為の具体的な方法であり、額には振動センサーを用い、該振動センサーを備えたピックアップマイク３の振動音はローパスフイルタを通過してＡ／Ｄ変換が行われる。又、ＦＦＴ（フーリエ変換）によって周波数分析を行い、適当な長さの窓ごとに対数パワースペクトルを求める。そして、吹音・吸音判別装置から提示される音（提示音）と同じ高さの音で口笛を吹くという方式で判定を行うことが出来る。

さらに、パソコンを用いて口笛の吹音・吸音を判定することも出来、図６はその具体例である。ここで、同図のハミング窓とはＦＦＴ（フーリエ変換）を行う場合に、データを切り出す。すなわち、口笛の周波数波形を所定の領域で切り出して使用する処理であり、この時サイドローブ（窓によって切り出したことによる不連続から生じる実際には含まれない高い周波数成分）があまり生じないようにする。そして、口笛の波形分析をフーリエ変換（ＦＦＴ）で行う。

ところで、このようにフーリエ変換された周波数を基にして前記実施例と同じくＰ_ＬとＰ_Ｓとの値を比較する。Ｐ_Ｌ＞Ｐ_Ｓの場合にはその口笛は吹音とされ、逆にＰ_Ｌ＜Ｐ_Ｓの場合にはその口笛は吸音と判断され、パソコン画面上にその旨が表示される。

図７はパソコンを用いての口笛音程の合否判別方法を表している。まず、パソコンから提示音が提示され、この音を聞いてこれと同じ又は１オクターブ高い音程の口笛を鳴らす。この口笛音がパソコンに入力され、該口笛の波形はフーリエ変換された周波数において、対数パワースペクトルのピークに対応する周波数を求め、これを検出ピッチ周波数とする。すなわち、同図に示すように最大値を検出する。

ところで、検出された上記最大値が提示音と比較し、この誤差が−２％〜＋２％の範囲であれば、ＯＫと表示され、−２％〜＋２％の範囲を超えている場合であって、−５％〜−２％ならば低いと表示され、＋２％〜＋５％ならば高いと表示される。しかし、±５％を超える誤差がある場合にはＢＡＤ（不合格）と表示する。

一方、１つの曲をパソコンに入力しておき、この曲に合わせて口笛を吹き、該口笛音が該曲の音程に合致しているか否かを判定することも出来る。この場合、曲全体をトータル的に捉えてその合否を判断する場合（例えば・・点のように）、又は個々の口笛音が曲の音程から外れた場合には、その都度×印を表示することも出来る。

本発明に係る口笛の吹音・吸音判別装置の外観図。口笛の吹音・吸音を判別するブロック図。口笛のピッチ判定を行うブロック図。口笛の骨導音を用いたピッチ判定のブロック部。口笛の骨導音を検出する為の具定例。パソコンにて口笛の吹音・吸音の判定を行うブロック図。パソコンにて口笛のピッチ判断（音程判断）を行うブロック図。

符号の説明

１ランプ
２マイクロフォン
３ピックアップマイク

Claims

マイクロフォンに入力された口笛音が吹音か吸音かを判定する為の装置であって、マイクロフォンに入力した口笛音の対数パワースペクトルを求め、この対数パワースペクトルの５０〜２００Ｈ_Ｚの帯域における対数パワーの平均値Ｐ_Ｌがある値Ｐ_Ｓを超えた場合は吹音とし、Ｐ_ＬがＰ_Ｓ以下の場合には吸音とする判定部を有し、この判定に基づいて表示する表示部を備えたことを特徴とする口笛の吹音・吸音判定装置。
マイクロフォンに入力された口笛音が、吹くことで所定の音程の口笛が発生するか、吸うことで所定の音程の口笛が発生するかを判定する為の装置であって、マイクロフォンに入力した口笛音の対数パワースペクトルを求め、この対数パワースペクトルの５０〜２００Ｈ_Ｚの帯域における対数パワーの平均値Ｐ_Ｌがある値Ｐ_Ｓを超えた場合は吹音とし、Ｐ_ＬがＰ_Ｓ以下の場合には吸音とする判定部を有し、この判定に基づいて表示する表示部を備え、さらに装置から提示される所定の音程及びその１オクターブ高い音程と口笛の音程との判定を行う判定部及びその判定表示部を備えたことを特徴とする口笛音楽検定装置。
頭部にピックアップマイクを取付け、このピックアップマイクからの骨導音を用いて音程の判定を行うようにした請求項２記載の口笛音楽検定装置。
所定の楽譜を基にして口笛音楽を演奏し、この際の口笛音楽が上記楽譜の音程に合っているか否かを判定する装置において、該装置から提示される音楽の音程又は楽譜と比較して、口笛音の音程判定を行い、曲全体としての採点を表示するように構成した請求項２、又は請求項３記載の口笛音楽検定装置。