JP5909416B2

JP5909416B2 - テンポ音発生装置及びテンポ音発生器

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Publication number: JP5909416B2
Application number: JP2012151504A
Authority: JP
Inventors: 八木　茂樹; 茂樹八木; 浩一芹田; 波里加藤
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2016-04-26
Anticipated expiration: 2032-07-05
Also published as: JP2014013223A

Description

本発明は、音でテンポを知らせるテンポ音発生装置及びテンポ音発生器に関するものである。

従来の電子式メトロノームは、デューティーが５０％の矩形波の電気信号を電気音響変換器で音に変換して音を発生させているものが一般的である。この音は単一周波数が強調される音であるため、楽器の基音や倍音と周波数が重なったときに、メトロノームの音が聞こえなくなる場合があった。

それに対して、機械式メトロノームの音は広帯域にわたる様々な周波数の音が合成された音であるため、楽器の基音や倍音にメトロノームの音が紛れにくい。テンポ音などの単純な音を繰り返すメトロノームなどは、機械式メトロノームのように音が紛れ難く、簡単な方法で設定できることが求められている。

できるだけ機械式メトロノームの音に近い電子音を発生させる装置として、音の発生時間を複数の期間に分割し、分割された複数の期間毎に電気音響変換器に印加する電気信号の周波数を先頭の期間から後尾の期間にわたって低くすることで、非整数倍の周波数成分を豊富に含む音響発生方法が提案されている（特許文献１参照）。

また、周知の技術として、所望の音をＡＤ変換した電気信号を電気音響変換器に印加することで、原音に近い音を再現できる音響発生装置がある。

特開２００３−１６１７８９号公報

従来の音響発生装置では、分割期間ごとに発生する音は単一周波数が強調される音であるため、複数の分割周期の音が合成された場合にも、音高をもった音として聞こえるため、楽器の基音や倍音に紛れる場合がある。
所望の音をＡＤ変換した電気信号を電気音響変換器に印加する音響発生方法においては、データ作成の手間がかかり、効率が悪い。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、所定のパラメータによって出力された電気信号をテンポ音発生部に印加することにより、簡単な手段で、広い周波数帯域にわたる様々な周波数の音を発生させることが可能なテンポ音発生装置及びテンポ音発生器を提供することを目的としている。

本発明は、発音データを記憶するデータ記憶部と、テンポを制御するテンポ信号を発生するテンポ発生部と、前記データ記憶部から出力された前記発音データを電気信号に変換し、前記電気信号を出力された前記テンポ信号の前記テンポごとに出力する矩形パルス出力部と、前記矩形パルス出力部から出力された前記電気信号を前記テンポごとに音を発音するテンポ音に変換するテンポ音変換部と、を備えるテンポ音発生装置であって、前記発音データは、複数のパルス幅及び複数のパルス間隔が配列される矩形波のデータを少なくとも１つ以上有し、前記パルス幅は、前記テンポ音の発音時間内の前記矩形パルス出力部から出力されるＨＩＧＨレベルの前記電気信号の継続時間であり、前記パルス間隔は、前記テンポ音の発音時間内の前記矩形パルス出力部から出力されるＬＯＷレベルの前記電気信号の継続時間であり、前記矩形波のデータにおいて、少なくとも１つ以上の前記パルス幅が前又は後ろに配列された前記パルス間隔と異なる時間で構成されるとともに、少なくとも１つ以上の前記パルス幅が他の前記パルス幅と異なる時間又は少なくとも１つ以上の前記パルス間隔が他の前記パルス間隔と異なる時間で構成され、前記矩形パルス出力部は、前記発音データの少なくとも一部を前記電気信号に変換し、前記電気信号に変換される前記発音データの少なくとも一部は、少なくとも１つ以上の前記パルス幅が前又は後ろに配列された前記パルス間隔と異なる時間で構成されるとともに、少なくとも１つ以上の前記パルス幅が他の前記パルス幅と異なる時間又は少なくとも１つ以上の前記パルス間隔が他の前記パルス間隔と異なる時間で構成される矩形波のデータを有することを特徴とする。
これにより、従来の音響発生装置に比べ、簡単な手段で、単一周波数が強調されて、音高をもたない音として認識される音を発生させることができる。

また、矩形パルス出力部が発音データの一部を電気信号に変換した場合、テンポ音変換部から発生するテンポ音を、発音データ全体を電気信号に変換した場合と比べ、異なるテンポ音を発生することができる。
また、前記矩形波のデータにおいて、複数のパルス幅及び複数のパルス間隔のうち少なくとも一方がランダムに変化していてもよい。
これにより、大小様々な振幅をもつ、基本周波数の異なる基音と倍音が、短い時間で次々に発生し、簡単な手段で、単一周波数が強調されて、音高をもたない音として認識される音を発生させることができる。

また、前記矩形波のデータにおいて、複数のパルス幅及び複数のパルス間隔がランダムに変化してもよい。
これにより、複数のパルス幅及び複数のパルス間隔のうち少なくとも一方をランダムに配列した場合に比べ、広い周波数帯域にわたって周波数スペクトルのピークを持たない音が発生するため、機械式メトロノームの弱拍音に近い音を発生させることができる。

また、前記矩形パルス出力部は、前記発音データの少なくとも一部を抽出し、前記テンポ音の発音時間を制御する発音時間制御部を備えてもよい。
これにより、テンポ音の発音時間を任意の時間に制御することができる。

また、発音データを記憶するデータ記憶部と、テンポを制御するテンポ信号を発生するテンポ発生部と、前記データ記憶部から出力された前記発音データを、前記テンポごとに音を発音するテンポ音に変換される電気信号に変換し、前記電気信号を出力された前記テンポ信号の前記テンポごとに出力する矩形パルス出力部と、を備えるテンポ音発生器であって、前記発音データは、複数のパルス幅及び複数のパルス間隔が配列される矩形波のデータを少なくとも１つ以上有し、
前記パルス幅は、前記テンポ音の発音時間内の前記矩形パルス出力部から出力されるＨＩＧＨレベルの前記電気信号の継続時間であり、前記パルス間隔は、前記テンポ音の発音時間内の前記矩形パルス出力部から出力されるＬＯＷレベルの前記電気信号の継続時間であり、前記矩形波のデータにおいて、少なくとも１つ以上の前記パルス幅が前又は後ろに配列された前記パルス間隔と異なる時間で構成されるとともに、少なくとも１つ以上の前記パルス幅が他の前記パルス幅と異なる時間又は少なくとも１つ以上の前記パルス間隔が他の前記パルス間隔と異なる時間で構成され、前記矩形パルス出力部は、前記発音データの少なくとも一部を前記電気信号に変換し、
前記電気信号に変換される前記発音データの少なくとも一部は、少なくとも１つ以上の前記パルス幅が前又は後ろに配列された前記パルス間隔と異なる時間で構成されるとともに、少なくとも１つ以上の前記パルス幅が他の前記パルス幅と異なる時間又は少なくとも１つ以上の前記パルス間隔が他の前記パルス間隔と異なる時間で構成される矩形波のデータを有することを特徴とする。

これにより、従来の音響発生装置に比べ、簡単な手段で、単一周波数が強調されて、音高をもたない音として認識される音を発生させることができる。

本発明の第１の実施形態によるテンポ音発生装置のブロック図である。矩形波と周波数スペクトルの関係について説明する図である。矩形パルス出力部からテンポ音変換部に出力される電気信号の模式図である。矩形パルス出力部からテンポ音変換部に出力される電気信号の一例を示す図である。図４の電気信号をテンポ音変換部により変換し、出力される音及び比較例の音の周波数スペクトルの模式図である。本発明の第２の実施形態によるテンポ音発生装置の構成例を示すブロック図である。第２の実施形態に係るデータ選択部について説明する図である。本発明の第３の実施形態によるテンポ音発生装置の構成例を示すブロック図である。第３の実施形態に係るデータ選択部について説明する図である。

図１から図５を参照して、本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態によるテンポ音発生装置のブロック図である。
図１において、テンポ音発生装置１１は、データ記憶部１２とテンポ発生１５と矩形パルス出力部１３とテンポ音変換部１４とを備える。また、データ記憶部１２とテンポ発生部１５と矩形パルス出力部１３とは、テンポ音発生器１６を構成する。

データ記憶部１２は、発音データを記憶する。また、発音データは、複数のパルス幅及び複数のパルス間隔が配列される矩形波のデータを少なくとも有する。なお、パルス幅は、テンポ音の発音時間内の矩形パルス出力部から出力されるＨＩＧＨレベルの電気信号の継続時間（ＨＩＧＨレベルの始端から終端までの時間）である。また、パルス間隔は、テンポ音の矩形波パルス出力部から出力されるＬＯＷレベルの電気信号の継続時間（ＬＯＷレベルの始端から終端までの時間）である。すなわち、パルス間隔は、１つのパルス幅と次に配列されたパルス幅との間のＬＯＷレベルの電気信号の時間である。また、パルス周期は、１つのパルス幅とそのパルス幅の前又は後ろに配列されたパルス間隔とを合わせた時間である。

また、矩形波のデータにおいて、少なくとも１つ以上のパルス幅が前又は後ろに配列されたパルス間隔と異なる時間で構成される。さらに、矩形波のデータにおいて、少なくとも１つ以上のパルス幅が他のパルス幅と異なる時間又は少なくとも１つ以上のパルス間隔が他のパルス間隔と異なる時間で構成される。なお、パルス幅が他のパルス幅と異なる時間で構成される場合、前又は後ろに配列されたパルス間隔と異なる時間で構成されるパルス幅と、他のパルス幅と異なる時間で構成されるパルス幅とは、テンポ音の発音時間内で同一経過時間であってもよいし、異なる経過時間であってもよい。

テンポ発生部１５は、テンポを制御するテンポ信号を発生させる。また、テンポ発生部１５は、例えば、図示しないスイッチ等で構成されるテンポ設定部を有してもよい。これにより、テンポ設定部により所望のテンポに設定することができる。

矩形パルス出力部１３は、データ記憶部１２から出力された発音データを電気信号に変換し、電気信号を出力されたテンポ信号のテンポごとに出力する。また、矩形パルス出力部１３は、発音データの少なくとも一部を電気信号に変換して出力する。また、電気信号に変換される発音データの少なくとも一部は、少なくとも１つ以上のパルス幅が前又は後ろに配列されたパルス間隔と異なる時間で構成されるとともに、少なくとも１つ以上のパルス幅が他のパルス幅と異なる時間又は少なくとも１つ以上のパルス間隔が他のパルス間隔と異なる時間で構成される矩形波のデータを有する。また、変換された電気信号は、テンポ信号のテンポごとに出力される。

テンポ音変換部１４は、矩形パルス出力部１３から出力された電気信号をテンポごとに音を発音するテンポ音に変換する。また、テンポ音変換部１４は、例えばスピーカ、イヤフォン等で構成され、テンポ音を発生させる。

図２において、矩形波と周波数スペクトルとの関係について説明する。図２の矩形波は、従来の電子メトロノームのように、全てのパルス幅が同一であり、全てのパルス間隔が同一である。また、図２は、矩形波の電気信号の波形を示す図（左図）と、その電気信号を離散フーリエ変換した周波数スペクトルを示す図（右図）である。また、矩形波の電気信号の波形を示す図は、縦軸が電圧（Ｖ）、横軸が経過時間（ｓ）を示す。また、電気信号を変換した周波数スペクトルを示す図は、縦軸が振幅（Ｖ）、横軸が周波数（Ｈｚ）を示す。なお、図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）は、それぞれ別のパターンを表し、１つのパターンは、原理を示すために全てのパルス幅を同じ時間で配列し、全てのパルス間隔を同じ時間で配列しているため、全てのパルス周期は同一である。

図２（ａ）は、全てのパルス幅ｗが各パルス周期Ｔの半分の時間の場合の矩形波の電気信号の波形を示す図（左図）と、その電気信号を離散フーリエ変換した周波数スペクトルを示す図（右図）である。このとき、１つのパルス幅ｗと１つのパルス間隔ｄは、同じ時間である。

図２（ｂ）は、図２（ａ）と異なる電気信号の波形を示す図（左図）とその電気信号を離散フーリエ変換した周波数スペクトルを示す図（右図）である。図２（ｂ）において、電気信号の波形は、図２（ａ）の電気信号の波形に比べ、パルス周期Ｔが同一であり、パルス幅ｗ’及びパルス間隔ｄ’が異なる。この場合、図２（ａ）と図２（ｂ）の全てのパルス周期Ｔは同一であるため、基本周波数は同一である。また、図２（ａ）のパルス幅ｗとパルス間隔ｄと図２（ｂ）のパルス幅ｗ’及びパルス間隔ｄ’は異なるため、周波数スペクトルが異なる。

図２（ｃ）は、図２（ａ）、図２（ｂ）と異なる電気信号の波形を示す図（左図）とその電気信号を離散フーリエ変換した周波数スペクトルを示す図（右図）である。図２（ｃ）において、電気信号の波形は、図２（ａ）に比べ、パルス幅ｗが同一であり、パルス間隔ｄ’’及びパルス周期Ｔ’が異なる。この場合、図２（ａ）のパルス周期Ｔと図２（ｃ）のパルス周期Ｔ’が異なるため、基本周波数は異なる。さらに、図２（ａ）のパルス間隔ｄと図２（ｃ）のパルス間隔ｄ’’が異なるため、周波数スペクトルも異なる。従って矩形波を変化させることにより、周波数スペクトルを変化させることができる。

次に、本発明に係るデータ記憶部に記憶されている発音データについて説明する。
図３は、本発明の矩形パルス出力部１３からテンポ音変換部１４に出力される電気信号の一部の模式図である。すなわち、この電気信号は、データ記憶部１２に記憶される発音データを変換したものである。また、図３は、縦軸が振幅（Ｖ）、横軸が経過時間（ｓ）を示す。図３（ａ）は、パルス周期が一定に配列された矩形波の電気信号を示す図であり、図３（ｂ）は、パルス幅が一定に配列された矩形波の電気信号を示す図であり、図３（ｃ）は、パルス間隔が一定に配列された矩形波の電気信号を示す図であり、図３（ｄ）は、パルス幅、パルス間隔、パルス周期がランダムに配列された矩形波の電気信号を示す図である。

図３（ａ）において、電気信号は、全てのパルス周期が同一（Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ３＝Ｔ４）であり、各パルス幅と各パルス間隔が変化している。図３（ａ）において、例えば、パルス幅ｗ１が後ろに配列されたパルス間隔ｄ１と異なる時間で構成されている。さらに、例えば、パルス幅ｗ１又はｗ２がパルス幅ｗ３と異なる時間で構成されている。また、例えば、パルス間隔ｄ１がパルス間隔ｄ２と異なる時間で構成されている。

この電気信号をテンポ音変換部でテンポ音に変換した場合、大小様々な振幅を持ち、基本周波数の異なる基音と倍音が、短時間で次々に発生する。これにより、従来の音響発生装置に比べ、簡単な手段で、単一周波数が強調されて、音高をもたない音として認識される音を発生させることができる。

また、テンポ音において、１つの音の発音時間は、矩形波のデータの時間に影響される。例えば、図３（ａ）において、１つの音の発音時間は、パルス幅ｗ１からパルス間隔ｄ５までの時間に影響される。
また、本発明において、発生される音が可聴領域となるように、一般的な可聴周波数２０Ｈｚから２０ｋＨｚ（周期：５０μｓから５０ｍｓ）に合わせ、パルス周期を５０μｓから５０ｍｓの間で設定することが望ましい。

また、パルス幅の変化が小さいと、単一周波数が強調されるため、パルス幅の変化量はパルス幅平均値の±５％以上であることが望ましい。なお、パルス幅平均値は、テンポ音の発音時間内のパルス幅の平均値である。
また、矩形波のデータにおいて、パルス幅とパルス間隔の少なくとも一方または両方は、ランダムに変化させてもよい。この場合、矩形波のデータの１／３以上をランダムに変化させることが望ましい。これにより、より機械式メトロノームの弱拍音に近づけることができる。

また、発音時間が長いと、テンポを刻む音と音の間の無音時間が短くなり、テンポが取りにくくなるため、発音時間はテンポの３分の１以下に設定することが望ましい。例えば、テンポが１００拍／分（周期６００ｍｓ）の場合、発音時間は２００ｍｓ以下に設定することができる。また、発音時間を短くすることで、より機械式メトロノームの弱拍の打撃音に近づける効果がある。

図３（ｂ）において、電気信号は、全てのパルス幅が同一（ｗ１＝ｗ２＝ｗ３＝ｗ４）、各パルス間隔がランダムに変化している。図３（ｂ）において、例えば、パルス幅ｗ１が後ろに配列されたパルス間隔ｄ１と異なる時間で構成されている。さらに、例えば、パルス間隔ｄ１が他のパルス間隔ｄ２と異なる時間で構成されている。

この場合、図３（ａ）の電気信号がテンポ音変換部でテンポ音に変換されたときと同様に、大小様々な振幅を持ち、基本周波数の異なる基音と倍音が、短時間で次々に発生する。そのため、従来の音響発生装置に比べ、簡単な手段で、単一周波数が強調されて、音高をもたない音として認識される音を発生させることができる。

図３（ｃ）において、電気信号は、全てのパルス間隔が同一（ｄ１＝ｄ２＝ｄ３＝ｄ４）であり、各パルス幅が変化している。図３（ｃ）において、例えば、パルス幅ｗ１が後ろ配列されたパルス間隔ｄ１と異なる時間で構成されている。さらに、例えば、パルス幅ｗ１又はｗ２がパルス幅ｗ３と異なる時間で構成されている。この場合も図３（ａ）、図３（ｂ）と同様の効果を得ることができる。

図３（ｄ）において、電気信号は、パルス周期、パルス幅、パルス間隔が変化している。図３（ｄ）において、例えば、パルス幅ｗ１が後ろに配列されたパルス間隔ｄ１と異なる時間で構成されている。また、例えば、パルス幅ｗ１が他のパルス幅ｗ２と異なる時間で構成されている。さらに、例えば、パルス間隔ｄ１が他のパルス間隔ｄ２と異なる時間で構成されている。

各パルス周期、各パルス幅、各パルス間隔が図３（ａ）乃至図３（ｃ）に比べ、矩形波のデータが自由な範囲で設定される。そのため、この電気信号をテンポ音変換部で変換した音は、広い周波数帯域にわたって、より周波数規則をもたない音が合成された、音高を感じにくい音として認識される。従って、音高のない音、すなわちフラットな周波数スペクトルをもつ音が瞬間的に発生する音に近づけることができる。よって、より機械式メトロノームの弱拍音に近づけることができる。

図４、図５を用いて、本発明に係る発音データから変換される電気信号とその電気信号の周波数スペクトルを説明する。
図４は、本発明に係る発音データから変換される電気信号の一例を示す図である。縦軸は、電圧（Ｖ）、横軸は、経過時間（ｍｓ）を示す。

図４の電気信号において、複数のパルス幅及び複数のパルス間隔をランダムに変化させている。各パルス幅及び各パルス間隔を０．１ｍｓ〜０．４ｍｓの範囲でランダムに変化させている。なお、各パルス幅及び各パルス間隔をランダムに変化させる方法として、例えば、乱数列を用いる方法がある。この乱数列は、等確立性、統計的独立性を有するものである。また、図４の電気信号は、３０個の矩形パルスを配列した矩形波のデータで構成される発音データを変換したものである。

この電気信号はテンポ音変換部でテンポ音の１つの音に変換される。この電気信号の場合、１つの音は、機械式メトロノームの弱拍音に近づけるため、約８ｍｓの発音時間である。

図５は、図４の電気信号をテンポ音変換部により変換し、出力される音及び比較例の音の周波数スペクトルの模式図である。図５において、縦軸は振幅（ｄＢ）、横軸は周波数（Ｈｚ）を示す。図５（ａ）は、図４の電気信号をテンポ音変換部により変換し、出力された音の周波数スペクトルを示す。図５（ｂ）は、実際の機械式メトロノームの弱拍音の周波数スペクトルを示す。図５（ｃ）は、従来の電子式のメトロノームの周波数スペクトルを示す。なお、従来のメトロノームは、一般的に図２（ａ）乃至図２（ｃ）に示すような全てのパルス周期が一定の矩形波の電気信号を音に変換したものである。

図５（ｂ）の周波数スペクトルは、大きなピークを持たず、広い周波数帯域にわたって、より周波数規則をもたない音が合成されているため、音高を感じにくい音として認識される。

図５（ａ）の周波数スペクトルは、図５（ｂ）の周波数スペクトルと似ているパターンを持つ。さらに、図５（ａ）の周波数スペクトルは、大きなピークを持たず、広い周波数帯域にわたって、周波数規則をもたない音が合成されている。以上により、本発明に係る発音データから変換された電気信号を変換し、出力された音は、機械式メトロノームの弱拍音と近い音になり、音高を感じにくい音として認識される。

それに対し、図５（ｃ）の周波数スペクトルは、図５（ｂ）の周波数スペクトルに似ているパターンを持たない。さらに、図５（ｃ）は、１ｋＨｚから１０ｋＨｚの間に大きなピークを持つ（図５（ｃ）の矢印部分）。そのため、単一周波数が強調され、本発明に係る音より音高を持つ音として認識される。
よって、各パルス幅及び各パルス間隔をランダムに変化させた場合、広い周波数帯域にわたって周波数スペクトルのピークを持たない音が発生するため、機械式メトロノームの弱拍音に近い音を発生させることができる。

また、本発明において、図５（ａ）の音をテンポに合わせて発音する。具体的には、矩形パルス出力部１３にデータ記憶部１２から出力される発音データを、電気信号を出力されたテンポ信号のテンポごとに出力する。この電気信号は、図４に示すような矩形パルスが配列された矩形波の電気信号（テンポ音発音時間）と、一定時間継続するＬＯＷの電気信号（テンポ音を発音しない時間）を繰り返す。これにより、テンポ音変換部は、テンポごとに発音するテンポ音を発音する。

なお、テンポ音変換部から出力される音は、テンポ音変換部を構成するスピーカ等の特性に影響される。ただし、テンポ音変換部から出力される音は、矩形波の電気信号における矩形パルスのパターン、各パルス幅及び各パルス間隔が変化するパターンとおよそ相関関係を有する。そのため、この音は、スピーカの特性の影響を受けても、従来の電子式メトロノームに比べ、広い周波数帯域を有し、音高のない音として認識される。

また、発音データは、図３、図４の電気信号に変換される発音データに限らない。発音データは、複数のパルス幅及び複数のパルス間隔が配列される矩形波のデータを少なくとも１つ以上有し、矩形波のデータにおいて、少なくとも１つ以上のパルス幅が前又は後ろに配列されたパルス間隔と異なる時間で構成されるとともに、少なくとも１つ以上のパルス幅が他のパルス幅と異なる時間又は少なくとも１つ以上のパルス間隔が他のパルス間隔と異なる時間で構成されていればよい。

また、矩形パルス出力部１３は、発音データの一部を電気信号に変換するものでもよい。この際、この発音データの少なくとも一部は、少なくとも１つ以上のパルス幅が前又は後ろに配列されたパルス間隔と異なる時間で構成されるとともに、少なくとも１つ以上のパルス幅が他のパルス幅と異なる時間又は少なくとも１つ以上のパルス間隔が他のパルス間隔と異なる時間で構成される矩形波のデータを有するものとする。発音データの使用範囲を変化させることで、テンポ音の１つの音の発音時間を変化させることができる。

また、例えば、矩形波のデータにおいて、各パルス幅および各パルス間隔の少なくとも一方が任意の数列に基づいて規則的に変化してもよい。また、この規則的に変化する部分が一部であり、その他の部分の各パルス幅及び各パルス間隔が同一に構成されていてもよい。この場合においても、矩形波のデータにおいて、少なくとも１つ以上のパルス幅が前又は後ろに配列されたパルス間隔と異なる時間で構成されるとともに、少なくとも１つ以上のパルス幅が他のパルス幅と異なる時間又は少なくとも１つ以上のパルス間隔が他のパルス間隔と異なる時間で構成されている。

また、例えば、矩形波のデータの一部において、各パルス周期が同一で構成され、各パルス幅が同一で構成され、および各パルス間隔が同一で構成されるとともに、各パルス周期におけるパルス幅とパルス間隔が異なる時間で構成されていてもよい。この場合、矩形波のデータの他の部分の各パルス幅及び各パルス間隔が同一に構成されていてもよい。また、この場合、全てのパルス周期が同一に構成されてもよい。どの場合においても、矩形波のデータにおいて、少なくとも１つ以上のパルス幅が前又は後ろに配列されたパルス間隔と異なる時間で構成されるとともに、少なくとも１つ以上のパルス幅が他のパルス幅と異なる時間又は少なくとも１つ以上のパルス間隔が他のパルス間隔と異なる時間で構成されている。

また、図３の電気信号が発音データの一部を変換したものであり、その他の発音データにおいて全てのパルス幅及びパルス間隔を同一にしてもよい。この場合においても、矩形波のデータにおいて、少なくとも１つ以上のパルス幅が前又は後ろに配列されたパルス間隔と異なる時間で構成されるとともに、少なくとも１つ以上のパルス幅が他のパルス幅と異なる時間又は少なくとも１つ以上のパルス間隔が他のパルス間隔と異なる時間で構成されている。

なお、図４の電気信号に変換される発音データは、上記に挙げたテンポ音変換部から出力される音の例に比べ、より機械式メトロノームの音に近づく。しかし、上記に挙げた音の例でも、図５（ｃ）に示すような従来の音響発生装置に比べ、簡単な手段で、単一周波数が強調されて、音高をもたない音として認識される音を発生させることができる。

また、図４においては、複数のパルス幅及び複数のパルス間隔の両方をランダムに変化させているが、いずれか一方をランダムに変化させてもよい。この場合においても、矩形波のデータにおいて、少なくとも１つ以上のパルス幅が前又は後ろに配列されたパルス間隔と異なる時間で構成されるとともに、少なくとも１つ以上のパルス幅が他のパルス幅と異なる時間又は少なくとも１つ以上のパルス間隔が他のパルス間隔と異なる時間で構成されている。また、複数のパルス幅及び複数のパルス間隔のいずれか一方がランダムに変化しているため、広い周波数帯域にわたって周波数スペクトルのピークを持たない音が発生するため、機械式メトロノームの弱拍音に近い音を発生させることができる。このとき、ランダムに変化するパルス幅及びパルス間隔は、矩形波のデータの一部でもよい。

また、矩形パルス出力部は、発音データの少なくとも一部を抽出し、前記テンポ音の発音時間を制御する発音時間制御部を備えてもよい。この際、この発音データの少なくとも一部は、少なくとも１つ以上のパルス幅が前又は後ろに配列されたパルス間隔と異なる時間で構成されるとともに、少なくとも１つ以上のパルス幅が他のパルス幅と異なる時間又は少なくとも１つ以上のパルス間隔が他のパルス間隔と異なる時間で構成される矩形波のデータを有するものとする。

発音データの一部を任意に抽出することにより、テンポ音の１つの音の発音時間が変化する。例えば、発音データが、１つの矩形波のデータで構成され、発音時間制御部が、その矩形波のデータのうちの一部を任意に抽出する。これにより、テンポ音の１つの音の発音時間は、所定の期間内の最初のパルス幅から最後のパルス幅までの時間になる。この発音データの一部を電気信号に変換した場合、発音データの全部を電気信号に変換した場合に比べ、１つの音の発音時間は短縮することができる。

また、発音時間制御部は、例えば発音データのうち任意の一部または全部を選択する発音時間制御スイッチを備えてもよい。このスイッチにより、発音時間を任意に設定することができる。

また、本発明において、テンポ音変換部を必ずしも備える必要はなく、別体として構成することができる。すなわち、本発明は、発音データを記憶するデータ記憶部と、テンポを制御するテンポ信号を発生するテンポ発生部と、データ記憶部から出力された発音データを、テンポごとに音を発音するテンポ音に変換される電気信号に変換し、電気信号を出力されたテンポ信号のテンポごとに出力する矩形パルス出力部と、を備えるテンポ音発生器であってもよい。この場合、別体のテンポ変換部に相当するもの、例えば別体のスピーカ等をテンポ音発生器に接続するものであってもよい。なお、この場合においても、発音データは、複数のパルス幅及び複数のパルス間隔が配列される矩形波のデータを少なくとも有する。さらに、パルス幅は、テンポ音の発音時間内の矩形パルス出力部から出力されるＨＩＧＨレベルの電気信号の継続時間（ＨＩＧＨレベルの始端から終端までの時間）である。また、パルス間隔は、テンポ音の矩形波パルス出力部から出力されるＬＯＷレベルの電気信号の継続時間（ＬＯＷレベルの始端から終端までの時間）である。すなわち、パルス間隔は、１つのパルス幅と次に配列されたパルス幅との間のＬＯＷレベルの電気信号の時間である。また、パルス周期は、１つのパルス幅とそのパルス幅の前又は後ろに配列されたパルス間隔とを合わせた時間である。

また、発音データは、複数の矩形波のデータを有し、複数の矩形波のデータのうち少なくとも１つ以上の矩形波のデータにおいて配列されるパルス幅及びパルス間隔の範囲は、他の矩形波のデータにおいて配列されるパルス幅及びパルス間隔の範囲と異なり、矩形パルス出力部は、発音データの複数の矩形波のデータをそれぞれ電気信号に変換してもよい。例えば、矩形パルス出力部は、矩形波のデータ１と矩形波のデータ２を電気信号に変換し、２つの矩形波のデータを交互にテンポ音発生部に出力する。このとき、テンポ音は、２つの異なる音を交互に発音することになる。こすなわち、この構成により、テンポ音のうち少なくとも１つ以上の音は、他の音と異なる音に変換することができる。これにより、各音の音程等を変化させながらテンポ音を発生することができる。

なお、矩形波のデータにおいて、パルス幅及びパルス間隔は、時間で設定されているが、クロックのカウント数で設定されるものでもよい。このカウント数によって、時間を管理することができる。

図６、図７を参照して、本発明の第２の実施形態を説明する。図６は、本発明の第２の実施形態によるテンポ音発生装置の構成例を示すブロック図である。第１の実施形態と同様の構成には、同一の符号を付す。以下、第２の実施形態において第１の実施形態と異なる点を説明する。

第２の実施形態に係るテンポ音発生装置１１は、第１の実施形態に係るテンポ音発生装置に加え、さらに、データ選択部５１を備えている。

また、データ記憶部１２は、複数の矩形波のデータを記憶している。この複数の矩形波のデータにおいて、１つの矩形波のデータにおいて配列される複数のパルス幅及び複数のパルス間隔の範囲の少なくとも一部は、他の矩形波のデータにおいて配列される複数のパルス幅及び複数のパルス間隔の範囲と異なる。

図７は、データ選択部５１について説明する図である。図７においては、ティンパニ及びフルートの出力テンポ音を示す。図７のテーブルにおいて、左から各楽器名（楽器）、各楽器を演奏した場合に発生する周波数スペクトルの帯域（周波数帯域（Ｈｚ））、各楽器を演奏した場合に選択され、出力されるテンポ音（出力テンポ音）を示している。出力テンポ音において、選択される周波数スペクトルの帯域（選択周波数帯域（Ｈｚ））と、選択周波数帯域を出力するために設定されるパルス幅及びパルス間隔の範囲（パルス幅とパルス間隔の範囲（ｍｓ））を示す。すなわち、出力テンポ音におけるそれぞれのパルス幅とパルス間隔の範囲は、各楽器に対応して設定されている。

図７において、ティンパニを演奏した場合に発生する周波数帯域は、１００〜３５０Ｈｚである。また、ティンパニに対応する選択周波数帯域は、３５０Ｈｚ〜１ｋＨｚである。この選択周波数帯域は、周波数帯域と重ならないように設定されている。

また、選択周波数帯域を設定するためには、対応する複数のパルス幅と複数のパルス間隔の範囲を設定する。すなわち、選択周波数帯域のテンポ音を発音するために、所定のパルス幅及びパルス間隔の範囲内の複数のパルス幅及び複数のパルス間隔を配列する矩形波のデータで構成される発音データを電気信号に変換する。

図７において、ティンパニに対応するパルス幅とパルス間隔の範囲は０．５〜１．４ｍｓである。この範囲内の複数のパルス幅及び複数のパルス間隔を配列する矩形波のデータで構成される発音データを電気信号に変換する。この電気信号をテンポ音に変換した場合、テンポ音は、３５０Ｈｚ〜１ｋＨｚの周波数帯域の周波数スペクトルで構成される。

これにより、発音するテンポ音の周波数帯域を選択周波数帯域に設定した場合、テンポ音の周波数帯域とティンパニの周波数帯域が異なる。この場合、テンポ音は、ティンパニの音に紛れにくい音となる。すなわち、第１の実施例の効果に加え、テンポ音を任意の音に設定することができ、楽器ごとに認識しやすい音を選択することができる。

本実施形態において、データ記憶部１２は、ティンパニ、フルートなどの各楽器に対応するパルス幅とパルス間隔の範囲内の複数のパルス幅及び複数のパルス間隔を配列する複数の矩形波のデータで構成される発音データを記憶する。なお、楽器は図７に示すものに限定されない。

データ選択部５１は、例えば、図示しない楽器選択スイッチを備える。この楽器選択スイッチにより、演奏する楽器を選択する。この楽器を選択することにより、対応する矩形波のデータがデータ記憶部から選択される。選択された矩形波のデータを発音データとして矩形パルス出力部に出力する。

その後、矩形パルス出力部１３及びテンポ音変換部１４で第１の実施形態と同様の処理を行う。これにより、テンポ音は、ティンパニの音に紛れにくい音を発音することができる。

なお、発音データが、少なくとも１つ以上の矩形波のデータで構成され、期間ごとに周波数帯域が異なるデータであってもよい。この場合、データ選択部５１は、発音データを構成する矩形波のデータのうち、所定の周波数帯域を構成する期間のデータを抽出する。これにより、複数の矩形波のデータから選択する場合と同様の効果が得られる。

また、データ選択部が所定の周波数を選択するスイッチで構成されてもよい。この場合、楽器で選択せず、テンポ音を任意の音に設定することができ、演奏中に認識しやすい音を選択することができる。
また、１つの矩形波のデータにおいて配列される複数のパルス幅及び複数のパルス間隔の範囲の少なくとも一部は、他の矩形波のデータにおいて配列される複数のパルス幅及び複数のパルス間隔の範囲と異なっていればよい。そのため、複数の矩形波のデータにおいて、複数のパルス幅及び複数のパルス間隔の範囲に重複する範囲があってもよい。

また、テンポ音変換部１４が外付けのテンポ音発生器１６の場合、データ選択部５１でユーザーが認識しやすい音を選択する。テンポ音発生器を構成する例えばスピーカなどの特性によって出力されるテンポ音が変化するためである。
また、第１の実施形態の様々な構成を備えていてもよい。例えば、矩形パルス出力部が発音時間制御部を備えてもよい。

図８、図９を参照して、本発明の第３の実施形態を説明する。図８は、本発明の第３の実施形態によるテンポ音発生装置の構成例を示す概略ブロック図である。第２の実施形態と同様の構成には同一の符号を付す。以下、第３の実施形態が第２の実施形態と異なる点を説明する。

第３の実施形態に係るテンポ音発生装置１１は、楽器の楽音を入力する音入力部６１を備えている。また、データ選択部５１は、図示しない周波数解析部を備えている。
データ記憶部１２は、第２の実施形態と同様の構成である。

周波数解析部は、音入力部６１から入力された楽音の基本周波数を決定する。また、周波数解析部は、基本周波数と重ならない周波数帯域を選択する。なお、周波数帯域の選択は、周波数解析部で行う必要はなく、データ選択部５１で行ってもよい。

データ選択部５１は、データ記憶部１２に記憶される複数の矩形波のデータのうち、選択周波数帯域の周波数スペクトルで構成されるテンポ音を出力する矩形波のデータを選択する。また、データ選択部５１は、第２の実施形態と同様に、その矩形波のデータを発音データの一部として矩形パルス出力部１３に出力する。

図９は、第３の実施形態に係るデータ選択部について説明する図である。図９のテーブルにおいて、左から、音入力部に入力される音（入力音）、入力音に対応して出力されるテンポ音（出力テンポ音）を示す。また、入力音は、入力される音の基本周波数（Ｈｚ）で示す。テンポ音において、選択される周波数スペクトルの帯域（選択周波数帯域（Ｈｚ））と、選択周波数帯域を出力するために設定されるパルス幅及びパルス間隔の範囲（パルス幅とパルス間隔の範囲（ｍｓ））を示す。

図９において、例えば２００〜５００Ｈｚの周波数帯域に含まれる基本周波数の入力音が入力されたとする。
この場合、選択周波数帯域は、２００Ｈｚ〜１ｋＨｚが選択される。この選択周波数帯域は、周波数帯域と重ならないように設定されている。

図９において、対応するパルス幅とパルス間隔の範囲は０．５〜２．５ｍｓである。この範囲内の複数のパルス幅及び複数のパルス間隔を配列する矩形波のデータで構成される発音データを電気信号に変換する。この電気信号をテンポ音に変換した場合、テンポ音は、２００Ｈｚ〜１ｋＨｚの周波数帯域の周波数スペクトルで構成される。

この場合、テンポ音は、入力音に紛れにくい音となる。すなわち、第１の実施例の効果に加え、テンポ音を任意の音に設定することができ、楽器ごとに認識しやすい音を選択することができる。

また、周波数解析部は、音入力部６１から入力された楽音の基本周波数を決定するのではなく、入力された楽音の周波数帯域を決定するものであってもよい。周波数帯域は、例えば入力音を複数入力し、そのうち最も高い音高の音の基本周波数から最も低い音高の基本周波数までの範囲を含む周波数帯域を決定する。

この場合、周波数解析部は、楽音の周波数帯域と重ならない周波数帯域を選択する。なお、周波数帯域の選択は、周波数解析部で行う必要はなく、データ選択部５１で行ってもよい。

なお、パルス幅とパルス間隔の範囲は、図９に限定されず、様々な範囲が設定されていてもよい。この場合、データ記憶部１２は、対応する複数の矩形波のデータで構成される発音データを備える必要がある。

また、本実施形態により、ユーザーの手間をかけずに、入力音に応じた聞き取りやすいテンポ音を発生させることができる。演奏中に使用すれば、メトロノームの音が自動的に聞き取りやすい音に変更されるため、一曲を通してメトロノームの音が楽器の基音や倍音に紛れにくくなる。演奏中のメトロノームの音の変化が気になる場合は、あらかじめ楽器の音を入力して入力音に応じたテンポ音を自動で設定し、テンポ音を固定することもできる。

以上、本発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は本実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
また、本発明は、電子式メトロノームであって、本発明に係るテンポ音発生装置と、テンポの情報を表示する表示部を備えるものであってもよい。

１１・・・テンポ音発生装置
１２・・・データ記憶部
１３・・・矩形パルス出力部
１４・・・テンポ音変換部
１５・・・テンポ発生部
１６・・・テンポ音発生器
５１・・・データ選択部
６１・・・音入力部

Claims

発音データを記憶するデータ記憶部と、テンポを制御するテンポ信号を発生するテンポ発生部と、前記データ記憶部から出力された前記発音データを電気信号に変換し、前記テンポ発生部から出力された前記テンポ信号の前記テンポごとに前記電気信号を出力する矩形パルス出力部と、前記矩形パルス出力部から出力された前記電気信号を前記テンポごとに音を発音するテンポ音に変換するテンポ音変換部と、を備えるテンポ音発生装置であって、
前記発音データは、複数のパルス幅及び複数のパルス間隔が配列される矩形波のデータを少なくとも１つ以上有し、
前記パルス幅は、前記テンポ音の発音時間内の前記矩形パルス出力部から出力されるＨＩＧＨレベルの前記電気信号の継続時間であり、
前記パルス間隔は、前記テンポ音の発音時間内の前記矩形パルス出力部から出力されるＬＯＷレベルの前記電気信号の継続時間であり、
前記矩形波のデータにおいて、少なくとも１つ以上の前記パルス幅が前又は後ろに配列された前記パルス間隔と異なる時間で構成されるとともに、少なくとも１つ以上の前記パルス幅が他の前記パルス幅と異なる時間又は少なくとも１つ以上の前記パルス間隔が他の前記パルス間隔と異なる時間で構成され、
前記矩形パルス出力部は、前記発音データの少なくとも一部を前記電気信号に変換し、
前記電気信号に変換される前記発音データの少なくとも一部は、少なくとも１つ以上の前記パルス幅が前又は後ろに配列された前記パルス間隔と異なる時間で構成されるとともに、少なくとも１つ以上の前記パルス幅が他の前記パルス幅と異なる時間又は少なくとも１つ以上の前記パルス間隔が他の前記パルス間隔と異なる時間で構成される矩形波のデータを有することを特徴とするテンポ音発生装置。
前記矩形波のデータにおいて、複数のパルス幅及び複数のパルス間隔のうち少なくとも一方がランダムに変化することを特徴とする請求項１に記載のテンポ音発生装置。
前記矩形波のデータにおいて、複数のパルス幅及び複数のパルス間隔がランダムに変化することを特徴とする請求項１に記載のテンポ音発生装置。
前記矩形パルス出力部は、前記発音データの少なくとも一部を抽出し、前記テンポ音の発音時間を制御する発音時間制御部を備えることを特徴とする請求項１に記載のテンポ音発生装置。
発音データを記憶するデータ記憶部と、テンポを制御するテンポ信号を発生するテンポ発生部と、前記データ記憶部から出力された前記発音データを、前記テンポごとに音を発音するテンポ音に変換される電気信号に変換し、前記テンポ発生部から出力された前記テンポ信号の前記テンポごとに前記電気信号を矩形パルス出力部と、を備えるテンポ音発生器であって、
前記発音データは、複数のパルス幅及び複数のパルス間隔が配列される矩形波のデータを少なくとも１つ以上有し、
前記パルス幅は、前記テンポ音の発音時間内の前記矩形パルス出力部から出力されるＨＩＧＨレベルの前記電気信号の継続時間であり、
前記パルス間隔は、前記テンポ音の発音時間内の前記矩形パルス出力部から出力されるＬＯＷレベルの前記電気信号の継続時間であり、
前記矩形波のデータにおいて、少なくとも１つ以上の前記パルス幅が前又は後ろに配列された前記パルス間隔と異なる時間で構成されるとともに、少なくとも１つ以上の前記パルス幅が他の前記パルス幅と異なる時間又は少なくとも１つ以上の前記パルス間隔が他の前記パルス間隔と異なる時間で構成され、
前記矩形パルス出力部は、前記発音データの少なくとも一部を前記電気信号に変換し、
前記電気信号に変換される前記発音データの少なくとも一部は、少なくとも１つ以上の前記パルス幅が前又は後ろに配列された前記パルス間隔と異なる時間で構成されるとともに、少なくとも１つ以上の前記パルス幅が他の前記パルス幅と異なる時間又は少なくとも１つ以上の前記パルス間隔が他の前記パルス間隔と異なる時間で構成される矩形波のデータを有することを特徴とするテンポ音発生器。