JPH0322640B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は俗に言う「カラオケ装置」等の音声信
号記録再生装置と用いて、ユーザーの歌う音声を
基準となる磁気テープ等の再生音声信号と比較し
て、自動的にユーザーの歌唱力を採点する採点装
置に関するものである。 従来例の構成とその問題点 音響機器の一分野として、磁気テープ等の記録
媒体に記録された楽器などの演奏音楽信号を再生
拡声し、これに合せてユーザーが歌を唄うと上記
演奏音楽信号と混合して拡声する、俗に言う「カ
ラオケ装置」と呼ばれているものがあり、広く一
般家庭用あるいは業務用として普及している。 上記「カラオケ装置」を用いて歌を唄うことに
より、ユーザーは喜びや満足感を得ることができ
るが、近年、自らの歌唱力を向上させたいと思う
人々が増加しており、歌唱力向上のために歌の先
生の指導を受ける人もいるが、誰もが可能なこと
ではなく、一人で歌の勉強ができる一つの手段と
して、「音声多重テープ」とよばれる磁気テープ
等の音声多重式の記録媒体なるものが急速に普及
してきている。この音声多重式の記録媒体とは一
例として、磁気テープの場合第１図に示すように
磁気テープ１における第１のトラツク１０１に歌
手などのボーカル信号が、第２のトラツク１０２
に楽器等の演奏音楽信号がそれぞれ記録されたも
のである。この磁気テープを用いる場合、第２図
に示すような構成の音声多重式の「カラオケ装
置」が用いられ、磁気テープ１に記録されたボー
カル信号および演奏音楽信号を、磁気ヘツド２０
１と増幅器２０２よりなる第１の磁気テープ再生
手段２と、磁気ヘツド３０１と増幅器３０２より
なる第２のテープ再生手段３とにより再生し、こ
の２つの出力をマイク４０１と増幅器４０２より
なるマイク入力手段の出力とともに混合増幅器５
により混合・電力増幅してスピーカ６より音響信
号として出力する。 上記の装置を用いて、記録媒体に記録されてい
るボーカル信号を聴き、自分で実際にボーカル信
合に合せて唄う練習をすれば歌唱力の上達が図れ
るとされているが、どんなに練習を重ねても、自
分の唱が手本となつている。ボーカル信号の唄い
方にどれだけ近づいているのか、すなわち自分の
歌唱力がどの程度向上しているのかがユーザー自
身には分らないという欠点があり、又、間違つた
唄い方をしていてもユーザー自身はそれに気づか
ないままであつたりして、個人での練習をする際
には自ずと限界が生じ、興味がなくなつて練習意
欲もなくしてしまうことも多いという欠点を有し
ていた。 また、最近では、記録媒体に記録されているボ
ーカル信号と、ユーザーのボーカル信号とを自動
的に比較処理して合致度を得点として算出して、
ユーザーの歌唱力を評価する装置が開発されてい
るが、これらのものは、複雑な周波数成分を含ん
だボーカル信号を精度高く比較評価できないとい
う欠点があつた。 というのは、ユーザーの音声にしても、記録媒
体上のボーカル信号にしても男性の場合と女性の
場合があり、回路としては約100Hzから約1000Hz
の周波数特性が必要とされる。そのために、特に
男性の音声の場合には、基本波に対して２次、３
次の高調波の影響を受け易くなる。その結果、例
えば、男性ユーザーの音声と、記録媒体上の男性
ボーカルとを比較した場合、聴感上１：１の音程
（周波数）関係にあつても、実際の回路上では
１：２，２：１等の関係が生ずる場合がある。と
ころが従来の採点装置の男性対男性の音声比較を
すると１：２，２：１の関係のものは音程（周波
数）が合致していないと判断しており、最終得点
結果は、精度の低い誤つたものになつていた。 発明の目的 本発明は上記従来の問題点を解消するもので、
音声多重式の記録媒体等に記録されているボーカ
ル信号とユーザーの唄う音声信号とを高精度に比
較し、その合致度を得点として算出して、ユーザ
ーの歌唱力に対する一つの客観的評価手段とな
し、特に、より正確に合致度を得点として算出す
る採点機を提供することを目的とする。 発明の構成 本発明の採点装置は、入力される第１の音声信
号をパルス信号に変換する第１の波形変換手段
と、前記第１の波形変換手段の出力パルス信号を
もとに前記第１の音声信号の音程（周波数）を検
出する第１の音程検出手段と、入力される第２の
音声信号をパルス信号に変換する第２の波形変換
手段と、前記第２の波形変換手段の出力パルス信
号をもとに前記第２の音声信号の音程（周波数）
を検出する第２の音程検出手段と、前記第１の音
程検出手段の出力と前記第２の音程検出手段の出
力とを比較し、その音程比率を予め定められた複
数個でかつ特定の許容範囲をもつた音程比率領域
毎に判別出力する比較手段と、それぞれの音程比
率領域毎に対応して独立に音程の合致回数を計数
する複数個の計数記憶手段と、最終、比較計数が
完了した時点で前記複数個の計数記憶手段の記憶
値の内最大値Nmを求め、その最大値Nmとその
最大値を記憶している計数記憶手段の音程比率の
値(A)に対して、（1/2Ａ）と（2A）の関係にある
値の回数を計数記憶している計数記憶手段のそれ
ぞれの回数の値N_1/2，N₂を求め、これらの値N_n，
N_1/2，N₂の値を加えた数を、前記第１の音声信
号と前記第２の音声信号の音程が合つている回数
として処理する演算手段と、この合つている数を
基本として前記第１の音声信号と、前記第２の音
声信号がどの程度合致しているかを得点として算
出する得点計算手段とから構成されており、この
構成によつて、第１の音声信号としてユーザーの
唄う音声信号、第２の音声信号として歌の手本と
なる記録媒体に記録されているボーカル信号の再
生信号を用いることにより、ユーザーの唄う音声
信号が記録媒体のボーカル信号の再生音声信号
と、どの程度合致しているかが得点として算出さ
れ、特にユーザーの唄う音声信号と記録媒体に記
録されているボーカル信号に高調波成分が含まれ
ていての高精度に比較評価できるため、ユーザー
は自分の歌唱力が記録媒体のボーカル信号と比較
してどの程度のレベルであるかが、従来のものと
比較してより正確に認識できるものである。 実施例の説明 第３図は本発明の一実施例を示すブロツク図で
ある。４はユーザーの唄う音声を電気信号に変換
し増幅を行なうマイク入力手段で、４０１はマイ
ク、４０２は増幅器である。２は音声多重式の記
録媒体に記録されているボーカル信号の再生を行
なう第１の磁気テープ再生手段で、２０１は磁気
ヘツド、２０２は増幅器である。７は第１の波形
変換手段で、ユーザーが唄う音声のパルス信号へ
の変換を行なうものである。８は第２の波形変換
手段で、記録媒体のボーカル信号のパルス信号へ
の変換を行なうものである。９は第１の音程検出
手段で、ユーザーが唄う音声の音程（周波数）を
検出するものである。１０は第２の音程検出手段
で、磁気テープ上のボーカル信号の音程周波数を
検出するものである。１１は比較手段で、ユーザ
ーの音程と磁気テープ上のボーカル信号の音程と
を比較し、その音程比率を予め定められた複数個
でかつ特定の許容範囲毎に判別出力するものであ
る。１２は計数記憶手段であり、前記比較手段１
１の比較結果で、それぞれの音程比率領域毎に対
応して独立に音程の合致回数を計数記憶する、複
数個からなる計数記憶手段である。１３は演算手
段で、前記複数個の計数記憶手段１２の記憶値の
内で最大値Nmを求め、その最大値Nmと、その
最大値を記憶している計数記憶手段の音程比率の
値(A)に対して、（1/2Ａ）と（2A）の関係にある
値を計数記憶している計数記憶手段のそれぞれの
値N_1/2，N₂を求め、これらの値N_n，N_1/2，N₂の
値を加えた数を、ユーザーの音程と磁気テープ上
のボーカル信号の音程が合つているものとして処
理する。１４は得点計算手段で、前記演算手段１
３の演算結果に基づいて、ユーザーが唄う音声信
号と磁気テープ上のボーカル信号とどの程度合致
しているかを得点として算出するものである。 第４図は本実施例の具体的な構成を示すブロツ
ク図で、前記ユーザーの唄う音声の音程検出と、
磁気テープ上のボーカル信号の音程検出と、それ
ぞれの音程の比較と、比較結果の計数記憶と、演
算と、得点の計算の機能をマイクロコンピユータ
１５で実現したものである。 第５図は前記第１の波形変換手段７の実際の回
路例を示したもので、通常第１の波形変換手段７
と第２の波形変換手段は同一回路が使われる場合
が多いため、第１の波形変換手段７の回路を代表
的に第６図の動作説明図とともに説明する。 ７０１は入力端子、７０２，７０４，７０５，
７０８，７１０，７１１は抵抗器、７０３，７０
６，７０９はコンデンサ、７０７は演算増幅器
（以下OPアンプと略称する）、７１２はトランジ
スタ、７１３は出力端子である。 OPアンプ７０７と抵抗器７０２，７０４，７
０５とコンデンサ７０３，７０６とは低域通過形
のアクテイブフイルタを構成しており、入力端子
７０１に入力される第６図ａに示されるような音
声電気信号の高域成分を取り去り、同時にOPア
ンプ７０７の増幅作用により必要な信号増幅を行
なうものであり、さらに抵抗器７０８とコンデン
サ７０９とで構成された時定数回路より前記アク
テイブフイルタで除去不十分である高域成分を補
助的に除去する。こうして必要な量だけ高域成分
を除去された第６図ｂに示されるような音声電気
信号は抵抗器７１０，７１１とトランジスタ７１
２とで第６図ｃに示されるようなパルス波形に変
換されることとなる。このようにして第１の波形
変換手段７によりマイク入力手段４の出力である
ユーザーの唄う音声信号はパルス波形へと変換さ
れ、同様に第２の波形変換手段８により第１の磁
気テープ再生手段の出力であるボーカル信号もパ
ルス波形に変換されることとなる。 以下、第７図、第８図のマイクロコンピユータ
の処理動作の要部を示すフローチヤートにもとづ
いて本実施例の動作を説明する。 まず、装置の電源は投入されており、マイクロ
コンピユータ１５内部にある記憶素子等も初期化
されているものとする。ユーザーの唄う音声信号
はマイク入力手段４により電気音声信号となり、
増幅され、第１の波形変換手段７によりパルス信
号に変換され、マイクロコンピユータ１５にステ
ツプ１７で入力され、ステツプ１８で入力パルス
を音程（周波数）（ｕ）に変換する。すなわち
第６図ｃに示されるパルス信号のt₁からt₃の時間
幅（周期）をマイクロコンピユータ自身のもつて
いるクロツク信号により計数し、その値の逆数を
求めれば音程（周波数）（ｕ）への変換が実現
できる。このようにして第６図ｃにおけるt₁から
t₃、t₃からt₅、t₅からt₇……という順で変換が行な
われる。 次に音声多重式の記録媒体である磁気テープ１
に記録されているボーカル信号は、第１の磁気テ
ープ再生手段２により再生され、第２の波形変換
手段８でパルス信号に変換されマイクロコンピユ
ータ１５にステツプ１９で入力され、ステツプ２
０で入力パルスを音程（周波数）（ｖ）に変換
する。 次にステツプ２１で、ユーザーの音声信号の音
程（周波数）（ｕ）と磁気テープ上のボーカル
信号の音程（周波数）（ｖ）が等しいか否かを
判断し、等しい場合にはステツプ２６へと進み、
Ｎ(1)のカウンタをカウントアツプする。ステツプ
２１でONと判断された場合にはステツプ２２へ
と進み、ユーザーの音声信号の音程（周波数）
（ｕ）の２倍の音程（周波数）と、ボーカル信号
の音程（周波数）（ｖ）が等しい場合にはステ
ツプ２７へと進み、Ｎ(2)のカウンタをカウントア
ツプする。ステツプ２２でNOと判断された場合
にはステツプ２３へと進み、ユーザーの音声信号
の音程（周波数）（ｕ）の４倍の音程（周波数）
と、ボーカル信号の音程（周波数）（ｖ）が等
しい場合にはステツプ２８へと進み、Ｎ(4)のカウ
ンタをカウントアツプする。ステツプ２３でNO
と判断された場合にはステツプ２４へと進み、ユ
ーザーの音声信号の音程（周波数）（ｕ）の1/2
倍の音程（周波数）と、ボーカル信号の音程（周
波数）（ｖ）が等しい場合にはステツプ２９へ
と進み、Ｎ（1/2）のカウンタをカウントアツプす
る。ステツプ２４でNOと判断された場合にはス
テツプ２５へと進み、ユーザーの音声信号の音程
（周波数）（ｕ）の1/4倍の音程（周波数）と、
ボーカル信号の音程（周波数）（ｖ）が等しい
場合にはステツプ３０へと進み、Ｎ（1/4）のカウ
ンタをカウントアツプする。ステツプ２５でNO
と判断された場合には、ステツプ３１へと進む。
ここでは、ユーザーの音声信号の音程（周波数）
と、磁気テープ上のボーカル信号の音程（周波
数）を比較した回数NTのカウンタをカウントア
ツプする。即ち、このステツプ３１の処理を通る
毎にカウントアツプさせることになる。 上記のように、ステツプ２１〜３０ではユーザ
ーの音声信号の音程（周波数）（ｕ）と磁気テ
ープ上のボーカル信号の音程（周波数）（ｖ）
との比較を行ない、音程（周波数）（ｕ）が音
程（周波数）（ｖ）に対して、１倍、２倍、４
倍、1/2倍、1/4倍のどの関係で等しくなつている
か、或るいは、どの関係においても等しくないか
を比較処理、計数記憶しており、第３図における
比較手段１１と計数記憶手段１２を実現してい
る。 次に、ステツプ３２では採点を開始する時点で
あるか否かを判断する。 採点を開始する判断のもととなるものとして
は、採点開始の指定をする押しボタンスイツチ情
報を用いてもよいし、磁気テープ１に記録されて
いる演奏音楽信号の有無を検出して、演奏音楽信
号がなくなつた時点で採点開始としてもよい。 採点開始の時点になつていなければステツプ３
２からステツプ１７へと進み、ユーザーの音声信
号のパルスの取り込みと、磁気テープ上のボーカ
ル信号のパルスの取り込み及び処理が行なわれ
る。 そして、採点開始の時点になればステツプ３２
からステツプ３３へと進み、ここでは前記カウン
タＮ(1)，Ｎ(2)，Ｎ(4)，Ｎ（1/2），Ｎ（1/4）のカウ
ント値の中から最大値を持つカウンタN_nを求め
る。次にステツプ３４では、最大値N_nのカウン
タの音程比率(A)の２倍と1/2倍の音程比率をもつ
N_1/2，N₂のカウンタの値を求め、それらを加算
してN_pkを求める。実際に、磁気テープ上のボー
カルが男性でユーザーの音声が男性の場合、最大
値の比率(A)は１となり、（1/2Ａ）と（2A）はそ
れぞれ1/2と２となる。その他、男性と女性の組
み合わせでの最大値の比率(A)と（1/2Ａ）の値と
（2A）の値を下表に示す。

【表】 ここで、〜印のある数字がそれぞれの組み合わ
せにおける最大値の音程比率(A)に相当する。即
ち、女性の音程（周波数）は男性に比較して基本
的に１オクターブ高いので、表の関係となる。 ここでステツプ３３とステツプ３４は第３図の
演算手段１３の機能を実現している。次にステツ
プ３５では得点の計算が行なわれる。ステツプ３
５は第３図の得点計算手段１４の機能を持ち、そ
の得点の算出はユーザーの音声信号および磁気テ
ープ１のボーカル信号より作られたパルスの音程
（周波数）を比較して合致した回数N_pkと総比較
回路N_Tをもとに行なわれ、最大100点満点となる
ように計算する。その得点の計算式の１例として
は、得点Ｐを Ｐ＝（N_pk／N_T）×100 というように定義し、計算をさせれば良い。 上記の計算式による得点は、N_pk＝N_Tとなつた
時に満点である100点となり、これは、ユーザー
の音声信号の音程（周波数）（ｕ）と磁気テー
プ上のボーカル信号の音程（周波数）（ｖ）と
が、比較する度に、合致しておりＮ(A)，Ｎ（1/2
Ａ），Ｎ（2A）のいずれかにカウントされている
場合である。また、逆にN_pkの値がゼロであれば
得点Ｐは０点となり、１回も合致しなかつたこと
になる。この計算ののち、得られた得点をステツ
プ３６により得点表示手段１６で表示させること
となる。 このようにして、ユーザーの音声信号と磁気テ
ープ上のボーカル信号がどの程度合致するかを得
点として算出でき、たとえ高調波の影響で２倍、
或るいは1/2倍の音程（周波数）の関係になつた
としても、N_1/2，N₂でカウントされてN_nの値に
加算され、正確にN_pkの値が算出されて、正確な
得点が得られることになる。 以上のように本実施例によれば、ユーザーの唄
う音声信号の音程（周波数）と、磁気テープ等に
記録されているボーカル信号の音程（周波数）を
比較し、高調波の影響があつても正確に判定でき
るようにしているため、ユーザーの歌唱力をより
正確に評価する客観的評価手段を提供することが
できる。 なお、本実施例では採点の対象としてユーザー
の唄う音声信号を、採点の基準となるものとして
音声多重式の記録媒体である磁気テープのボーカ
ル信号を取り上げたが、これらは楽器演奏信号が
単なる正弦波信号や人の話し声などどのような音
声信号を用いてもよい。 又、本実施例では音声信号をパルス信号に変換
するために低域通過形アクテイブフイルタとトラ
ンジスタを用いた波形変換手段を取り上げたが、
これは音声信号波形をアナログ−デイジタル変換
器で直接デイジタル値のパルス信号に変換する回
路を用いてもよい。 又、本実施例では音階変化検出手段、計数記憶
手段等をマイクロコンピユータにより実現したが
これらを従来の汎用ロジツク回路等で実現して用
いてもよいのはもちろんのことである。 又、本実施例ではユーザーの音声信号の処理と
ボーカル信号の処理とでそれぞれ個別に波形変換
手段、音階変化検出手段を設けたが、これらを１
系統のみとし、時分割でユーザーの音声信号の処
理とボーカル信号の処理を行なわせてもよい。 又、本実施例では、波形変換手段の出力である
パルス信号の音程（周波数）を求めて比較するよ
うにしているが、パルス信号の１周期、或るいは
１／２周期を求めて比較しても良い。又、第６図ｃ
においてt₁からt₃の音程（周波数）の次はt₅から
t₇の音程（周波数）というように１つづつ、飛び
飛びに音程（周波数）を検出しても良いし、波形
変換手段の出力であるパルス信号の１周期に比べ
て十分長い間に全パルスについて、又は１部分の
パルスについて音程（周波数）を調べ、その期間
内の平均音程（周波数）を求めて比較するように
しても良い。 又、本実施例ではユーザーの音声信号の音程
（周波数）（ｕ）と磁気テープ上のボーカル信号
の音程周波数）の合致を符号を用いて比較してい
るけれども、テープスピード偏差や、音程（周波
数）のズレの許容範囲を考慮して、例えば±５％
の範囲に入つていれば合致していると判断しても
良いし、段階的に評価（例えば、±５％以内であ
れば完全に合つており、±７％以内であれば1/2合
つていると判断する）しても良いことは言うまで
もない。 発明の効果 本発明は、２つの音声信号をパルス信号に変換
する２つの波形変換手段と、その出力をもとに音
程（周波数）を検出する２つの音程検出手段と、
その出力を比較しその音程比率を予め定められた
複数個でかつ特定の許容範囲をもつた音程比率領
域毎に判別出力する比較手段と、それぞれの音程
比率領域毎に対応して独立に音程の合致回数を計
数する複数個の計数記憶手段と、その計数記憶手
段の記憶値の内最大値Nmを求め、その最大値
Nmとその最大値を記憶している計数記憶手段の
音程比率の値(A)に対して、（1/2Ａ）と（2A）の
関係にある値の回数を計数記憶している計数記憶
手段のそれぞれの回数の値N_1/2，N₂を求め、こ
れらの値N_n，N_1/2，N₂の値を加えた数を、ユー
ザーの音程と磁気テープ上のボーカル信号の音程
が合つているものとして処理する演算手段と、得
点計算手段とにより２系統の情報を比較演算し
て、２つの音声信号の合致度を特に高い精度で得
点として得ることができる。このことは音声多重
式の記録媒体を用いて歌の練習をする人々に音声
多重式の記録媒体に記録されているボーカル信号
を歌の先生として、その歌の先生の歌唱力に対
し、自分はどの程度の歌唱力があるかという客観
的判断手段を提供でき、練習効果は大なるものが
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は音声多重式記録媒体の１つである磁気
テープ上の音声多重トラツクの説明図、第２図は
音声多重式記録媒体の１つである磁気テープを用
いた俗にいう音声多重式の「カラオケ装置」のブ
ロツク図、第３図は本発明の一実施例の要部ブロ
ツク図、第４図は本実施例の具体的構成を示すブ
ロツク図、第５図は本実施例の第１の波形変換手
段の具体的構成を示す回路図、第６図は第１の波
形変換手段の動作を説明するための動作説明図、
第７図、第８図は本実施例のマイクロコンピユー
タの処理動作の要部を示すフローチヤートであ
る。 ７……第１の波形変換手段、８……第２の波形
変換手段、９……第１の音程検出手段、１０……
第２の音程検出手段、１１……比較手段、１２…
…計数記憶手段、１３……演算手段、１４……得
点計算手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 入力される第１の音声信号をパルス信号に変
   換する第１の波形変換手段と、前記第１の波形変
   換手段の出力パルス信号をもとに前記第１の音声
   信号の音程（周波数）を検出する第１の音程検出
   手段と、入力される第２の音声信号をパルス信号
   に変換する第２の波形変換手段と、前記第２の波
   形変換手段の出力パルス信号をもとに前記第２の
   音声信号の音程（周波数）を検出する第２の音程
   検出手段と、前記第１の音程検出手段の出力と前
   記第２の音程検出手段の出力とを比較し、その音
   程比率を予め定められた複数個でかつ特定の許容
   範囲をもつた音程比率領域毎に判別出力する比較
   手段と、それぞれの音程比率領域毎に対応して独
   立に音程の合致回数を計数する複数個の計数記憶
   手段と、最終、比較計数が完了した時点で前記複
   数個の計数記憶手段の記憶値の内最大値Nmを求
   め、その最大値Nmとその最大値を記録している
   計数記憶手段の音程比率の値(A)に対して、（1/2
   Ａ）と（2A）の関係にある値の回数を計数記憶
   している計数記憶手段のそれぞれの回数の値
   N_1/2，N₂を求め、これらの値N_n，N_1/2，N₂の値
   を加えた数を、前記第１の音声信号と前記第２の
   音声信号の音程が合つている回数として処理する
   演算手段と、この合つている回数を基本として前
   記第１の音声信号と、前記第２の音声信号がどの
   程度合致しているかを得点として算出する得点計
   算手段とを備えたことを特徴とする採点装置。