JP6225818B2 - ピッチ情報生成装置、ピッチ情報生成方法、及びプログラム - Google Patents
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Description
以上の事情を考慮して、本発明は、音響信号のピッチ情報を、広い音域について、高精度に且つ少ない演算量で生成することを解決課題の一つとする。
このように、各低音域エンベロープ生成部30−1、中音域エンベロープ生成部30−2、及び高音域エンベロープ生成部30−3は、異なる変化度R1,R2,R3と異なる係数E1,E2,E3をそれぞれ用いるから、同じ音響信号A[a]が入力された場合にも、各低音域エンベロープ生成部30−1から出力される第1のエンベロープと、中音域エンベロープ生成部30−2から出力される第2のエンベロープと、高音域エンベロープ生成部30−3から出力される第3のエンベロープとは異なるものとなる。
図7に示すように、周波数が高い音響信号AH[a]は、目標とするピッチに対応する周期で発生するピークK_pが不安定となりがちである。このため、ピークK_pから変化度R2で緩やかに減衰するエンベロープを生成する中音域エンベロープ生成部30−2に音響信号AH[a]を入力した場合には、図7(A)に示すように、ピークK_pをすべて掴むエンベロープを生成することができない。一方、変化度R2よりも大きい変化度R3でピークに応じた検出値K_p’から急峻に減衰するエンベロープを生成する高音域エンベロープ生成部30−3に音響信号AH[a]を入力した場合には、図7(B)に示すように、すべてのピークに応じた検出値K_p’を漏れなく掴むことができる。このように、周波数が高い音響信号AH[a]からエンベロープを生成するには、中音域エンベロープ生成部30−2よりも高音域エンベロープ生成部30−3を用いた方が、音響信号AH[a]のピッチ情報D[PA]をより高精度に検出することができる。
図8に示すように、音響信号AM[a]は、本来の目標になるピッチに対応する周期で発生するピークK_pの他に、倍音に対応して周期で発生するピークH_p(倍音のピークに応じた検出値H_p’)が発生する。このため、ピークに応じた検出値K_p’から変化度R3で急峻に減衰するエンベロープを生成する高音域エンベロープ生成部30−3に音響信号AM[a]を入力した場合には、図8(A)に示すように、倍音に対応するピークに応じた検出値H_p’が合わせて検出されてしまい、目標になるピッチに対応するピークに応じた検出値K_p’だけを包絡するエンベロープを生成することができない。これに対して、ピークK_pから変化度R3よりも小さな変化度R2で緩やかに減衰するエンベロープを生成する中音域エンベロープ生成部30−2に音響信号AM[a]を入力した場合には、図8(B)に示すように、倍音に対応するピークH_pが検出されないため、目標とするピッチに対応するピークK_pだけを包絡するエンベロープを生成することができる。このように、音響信号AHよりも周波数が低い音響信号AM[a]からエンベロープを生成するには、高音域エンベロープ生成部30−3よりも中音域エンベロープ生成部30−2を用いた方が、音響信号AM[a]のピッチ情報D[PA]をより高精度に検出することができる。
図10は、第3ピッチ情報生成部41-3が実行するピッチ情報生成処理のフローチャートである。図10に示すように、まず第3ピッチ情報生成部41-3は、高音域エンベロープ生成部30−3から供給された第3のエンベロープ(検出値e_p,e_n)から第3のピッチ情報D[PA3]を特定する(S1)。例えば図6に示すように、第3ピッチ情報生成部41-3は、正側の検出値e_pがピークK_pから減衰して、検出値e_pと音響信号A[a]の強度aとの大小関係が反転する交点I_p(すなわち正側の第3のエンベロープと音響信号A[a]の交点)を特定し、各交点I_pの間隔(音響信号A[a]の周期)から音響信号A[a]のピッチPA3_pを特定する。同様に、第3ピッチ情報生成部41-3は、負側の検出値e_nがピークK_nから減衰して、検出値e_nと音響信号A[a]の強度aとの大小関係が反転する交点I_n(すなわち負側の第3のエンベロープと音響信号A[a]の交点)を特定し、各交点I_nの間隔(音響信号A[a]の周期)から音響信号A[a]のピッチPA3_nを特定する。そして、第3ピッチ情報生成部41-3は、ピッチPA3_pとピッチPA3_nとから確定的なピッチPA3を特定する。例えば、ピッチPA3_pおよびピッチPA3_nのうち大きい方をピッチPA3として特定する方法や、ピッチPA3_pとピッチPA3_nとの平均値をピッチPA3として特定する方法が好適である。
上述したように、高音域エンベロープ生成部30−3は、高音域の音響信号AH[a]のエンベロープを高精度に生成可能な機能要素である。よって、高音域エンベロープ生成部30−3に供給された音響信号A[a]が仮に中音域の音響信号AM[a]である場合には、第3ピッチ情報生成部41-3が特定したピッチPA3は低精度のものとなる可能性がある。このため、第3ピッチ情報生成部41-3は、ピッチPA3が高音域「700Hz〜5000Hz」の範囲内にある場合にのみ、当該ピッチPA3を示す第3のピッチ情報D[PA3]を選択部42に供給する。すなわち、第3ピッチ情報生成部41-3は、第3のエンベロープに基づいてピッチPA3を特定可能な場合、音響信号A[a]のピッチPA3を示す第3のピッチ情報D[PA3]を生成する。
一方、ステップS11の判定条件が充足される場合(S11:YES)、すなわち供給されたピッチ情報の個数が「2」である場合、選択部42は当該2つのピッチ情報のうちより高音域を担当するピッチ情報生成部41が出力したピッチ情報D[PA]を選択する(S12)。具体的には、第1ピッチ情報生成部41-1が生成した第1のピッチ情報D[PA1]と第2ピッチ情報生成部41-2が生成した第2のピッチ情報D[PA2]の2つが選択部42に供給された場合、選択部42は第2のピッチ情報D[PA2]を選択する。また、第2ピッチ情報生成部41-2が生成した第2のピッチ情報D[PA2]と第3ピッチ情報生成部41-3が生成した第3のピッチ情報D[PA3]の2つが選択部42に供給された場合、選択部42は第3のピッチ情報D[PA3]を選択する。
また、調律対象キーに対応するキーナンバ等が自動的に設定されるので、調律対象キーのキーナンバを操作入力部133から入力して設定する場合と比較して、調律対象キーの設定にかかる煩わしさが除去される。
以上に例示した形態には様々な変形が加えられる。具体的な変形の態様を例示すれば以下の通りである。なお、以下の例示から2以上の態様を任意に選択して組合せてもよい。
基準値算定部56が変化度Rと検出値e(e_p,e_n)とから基準値x(x_p,x_n)を算定する方法は適宜に変更される。よって例えば、正側の検出値e_pから変化度を減算することで基準値x_pを算定する構成や、負側の検出値e_nに変化度を加算することで基準値x_nを算定する構成が採用される。すなわち、変化度に応じた速度で減衰する(正側の基準値x_pが減少し、または負側の基準値x_nが増加する)ように基準値xが算定される構成であれば、基準値xを算定する具体的な方法は本発明において任意である。そして、より周波数が高い音域を担当するエンベロープ生成部30ほど、基準値xの変化の速度が高くなるように変化度を設定する構成が好適である。
また、上述した実施形態で説明した変化度Rは、遅延部54の出力に乗算する係数として与えられたが、本発明はこれに限定されるものではなく、エンベロープの時間当たりの変化の度合いを示す指標であればいかなるものであってもよい。例えば、変化度は、いわゆる時定数であってもよいし、あるいは、エンベロープを直線的に変化させる場合には、その傾きであってもよい。
上記実施形態では、各エンベロープ生成部30は1つの変化度Rを用いるが、2以上の変化度Rを用いる態様も採用される。例えば、ゲイン付与部50の作用によってピークK_p,K_nに応じた値(絶対値)が音響信号A[a]の強度aよりも小さいものとなる場合、ピークK_p,K_nに応じた値から減衰するエンベロープが音響信号Aの波形A[a]と交差したタイミングで(すなわち、エンベロープの検出値e_p,e_n(絶対値)が音響信号Aの強度aを超えたタイミングで)、エンベロープの変化速度がより遅くなる(すなわち緩やかに減衰する)別の変化度Rに切り替えるのが好適である。この態様によれば、エンベロープが急峻に減衰するものから緩やかに減衰するものに切り替わるので、本来の目標となる基音のピークとは別個のピーク(倍音や雑音等によって生じた別個のピーク)を誤検出する可能性が軽減される。
(3)変形例3
以上の各形態においては各エンベロープ生成部30を正側エンベロープ生成部32と負側処理部34とで構成したが、各エンベロープ生成部30が正側エンベロープ生成部32および負側エンベロープ生成部34の一方のみを具備する構成も好適である。例えば、各エンベロープ生成部30が正側エンベロープ生成部32のみを具備する構成では、正側の検出値e_pから検出される各交点I_pの間隔から音響信号AのピッチPAが特定される。
ピッチ情報D[PA]は、音響信号AのピッチPAに関連する情報という意味であり、以上の形態における音響信号AのピッチPA(周波数)には限定されない。例えば、ピッチPAに対応する周期(ピッチ周期[すなわち時間])やピッチPAに対応するキーナンバをピッチ情報Dとして特定する構成も好適である。
上記実施形態では、ピッチ情報生成の対象である音域を低音域「20Hz〜200Hz」、中音域「100Hz〜1000Hz」、高音域「700Hz〜5000Hz」の3音域に区分するが、これに限定されず、2音域に区分してもよく、4以上の音域に区分してもよい。よって、エンベロープ生成部30及びピッチ情報生成部41の各個数は、2個であってもよく、4個以上であってもよい。また、音域の一部が互いに重ならなくてもよい。この場合には選択部42は設けずともよい。
すなわち、本発明のピッチ情報生成装置は、「第1の音域」と、「第1の音域」よりも周波数が高い音域を含む「第2の音域」にそれぞれ対応する少なくとも2つのエンベロープ生成部を具備すればよい。また、「第1の音域」と「第2の音域」とが隣り合う(すなわち連続する)構成は必須ではない。すなわち、ピッチ情報生成の対象とする音域を3つの音域(例えば低音域、中音域、高音域)に区分した場合において、「第1の音域」は低音域であってもよく、この場合には、「第2の音域」が中音域又は高音域であってもよい。また、「第1の音域」が中音域であってもよく、この場合には「第2の音域」は高音域であってもよい。
例えば、中音域を「第1の音域」、高音域を「第2の音域」とした場合、実施形態の中音域エンベロープ生成部30−2は、第1の音域について、音響信号のピークに応じた検出値から第1の変化度で減衰する第1のエンベロープを生成する第1エンベロープ生成部として機能し、高音域エンベロープ生成部30−3は、第2の音域について、音響信号のピークに応じた検出値から第2の変化度で減衰する第2のエンベロープを生成する第2エンベロープ生成部として機能する。同様に、実施形態の第2ピッチ情報生成部41−2は、第1のエンベロープに基づいてピッチを特定可能な場合、音響信号のピッチを示す第1のピッチ情報を生成する第1ピッチ情報生成部として機能し、第3ピッチ情報生成部41−3は、第2のエンベロープに基づいてピッチを特定可能な場合、音響信号のピッチを示す第2のピッチ情報を生成する第2ピッチ情報生成部として機能する。
また、各音域の上限周波数及び下限周波数は一例であり、本発明の効果を損なわない範囲内で適宜変更され得る。
ゲイン付与部50を各低音域エンベロープ生成部30−1、中音域エンベロープ生成部30−2、高音域エンベロープ生成部30−3にそれぞれ具備させる構成は適宜変更される。例えば、高音域エンベロープ生成部30−3(2音域に区分した場合には、周波数がより高い音域を担当するエンベロープ生成部30、4以上の音域に区分した場合は、最も高い音域を担当するエンベロープ生成部30を含む1以上のエンベロープ生成部30)だけにゲイン付与部50を具備させる構成が好適である。また、いずれのエンベロープ生成部30もゲイン付与部50を具備しない構成も採用される。また、周波数特性調整部20を具備しない構成も採用される。
また、上記実施形態では、各エンベロープ生成部30のゲイン付与部50で用いられる係数を「E3<E1=E2=1」とするが、本発明の効果を損なわない範囲内で適宜変更され得る。
上記実施形態では、エンベロープと音響信号A[a]との各交点I_p,I_nの間隔からピッチPAを特定するが、代わりに、各ピークK_pの間隔からピッチPAを特定する構成も採用される。また、各エンベロープ生成部30は、音響信号A[a]のピークKから変化度Rに応じた速度で経時的に検出値eが減衰する(すなわち、音響信号A[a]のエンベロープの傾斜が変化度Rに応じて制御される)ように検出値eの時系列を特定する要素として包括され、実施形態の基準値xと強度aとの比較は必須の要件ではない。
上記実施形態では、選択部42が出力した確定的なピッチ情報D[PA]に基づいて、調律対象キーに対応するキーナンバ等が自動的に設定されるが、調律対象キーのキーナンバを操作者が操作入力部133から入力して設定する構成としてもよい。この場合であっても、選択部42が出力した確定的なピッチ情報D[PA]と、設定したキーナンバに対応する目標周波数との位相関係がインジケータ132に表示されるから、高精度に検出されたピッチ情報に基づく調律が可能である。
本発明にかかるピッチ情報生成装置はピアノの楽音に限らず他の楽器の楽音や歌声などのピッチの検出にも適用され得る。また、ピッチ情報生成装置100は、スマートフォンやその他のタブレット端末に限らず、デスクトップ型パーソナルコンピュータ、ノート型パーソナルコンピュータ、UMPC(Ultra-Mobile Personal Computer)、携帯用ゲーム機等でもよい。
Claims (6)
- 音響信号のピッチを示すピッチ情報を生成するピッチ情報生成装置であって、
第1の音域について、前記音響信号のピークに応じた検出値から第1の変化度で減衰する第1のエンベロープを生成する第1エンベロープ生成部と、
前記第1の音域よりも周波数の高い音域を含む第2の音域について、前記音響信号のピークに応じた検出値から前記第1の変化度より単位時間あたりの変化の度合いが大きい第2の変化度で減衰する第2のエンベロープを生成する第2エンベロープ生成部と、
前記第1のエンベロープと前記第2のエンベロープとに基づいて、前記ピッチ情報を特定するピッチ情報特定部と、
を備えたピッチ情報生成装置。 - 前記第1の音域に対応する周波数成分を強調する処理を前記音響信号に施して前記第1エンベロープ生成部に供給する周波数特性調整部を備えた請求項1に記載のピッチ情報生成装置。
- 前記第1エンベロープ生成部は、前記音響信号に第1係数を乗算して前記ピークに応じた検出値を生成し、
前記第2エンベロープ生成部は、前記音響信号に第2係数を乗算して前記ピークに応じた検出値を生成し、
前記第2係数は前記第1係数よりも小さい、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のピッチ情報生成装置。 - 前記第1の音域と前記第2の音域とは一部が互いに重なっており、
前記ピッチ情報特定部は、
前記第1のエンベロープに基づいてピッチを特定可能な場合、前記音響信号のピッチを示す第1のピッチ情報を生成する第1ピッチ情報生成部と、
前記第2のエンベロープに基づいてピッチを特定可能な場合、前記音響信号のピッチを示す第2のピッチ情報を出力する第2ピッチ情報生成部と、
前記第1のピッチ情報が生成され、前記第2のピッチ情報が生成されなかった場合、前記第1のピッチ情報を前記ピッチ情報として出力し、前記第2のピッチ情報が生成され、前記第1のピッチ情報が生成されなかった場合、前記第2のピッチ情報を前記ピッチ情報として出力し、
前記第1のピッチ情報及び前記第2のピッチ情報が生成された場合、前記第2のピッチ情報を前記ピッチ情報として出力する選択部とを備える、
ことを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載のピッチ情報生成装置。 - 音響信号のピッチを示すピッチ情報を生成するピッチ情報生成方法であって、
第1の音域について、前記音響信号のピークに応じた検出値から第1の変化度で減衰する第1のエンベロープを生成し、
前記第1の音域よりも周波数の高い音域を含む第2の音域について、前記音響信号のピークに応じた検出値から前記第1の変化度より単位時間あたりの変化の度合いが大きい第2の変化度で減衰する第2のエンベロープを生成し、
前記第1のエンベロープと前記第2のエンベロープとに基づいて、前記ピッチ情報を特定する、
ことを特徴するピッチ情報生成方法。 - 音響信号のピッチを示すピッチ情報を生成するプログラムであって、
コンピュータを、
第1の音域について、音響信号のピークに応じた検出値から第1の変化度で減衰する第1のエンベロープを生成する第1エンベロープ生成部と、
前記第1の音域よりも周波数の高い音域を含む第2の音域について、前記音響信号のピークに応じた検出値から前記第1の変化度より単位時間あたりの変化の度合いが大きい第2の変化度で減衰する第2のエンベロープを生成する第2エンベロープ生成部と、
前記第1のエンベロープと前記第2のエンベロープとに基づいて、前記ピッチ情報を特定するピッチ情報特定部と、
して機能させるプログラム。
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