JPH0332073B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は音楽分析装置に係り、特に、和音の
個々の音高を夫々分析し得る音楽分析装置に関す
る。

従来の技術 本出願人は先に特願昭59−232457号の特許願
「音符の表示装置」にて、発音された楽音を音高
分析してこれをCRT等に音符表示する装置を提
案した。このものは単音を表示するものであり、
和音を表示するものではない。

本発明は、和音の個々の音高を夫々分析し得る
音楽分析装置を提供することを目的とする。

手段 第１図中、帯域フイルタ３は音声信号を帯域分
割する手段，整流平滑回路４は帯域分割手段の出
力を整流平滑する手段，コンパレータ５は整流平
滑手段の出力を基準電圧と比較してその大小関係
を２値で表わされるデジタル信号に変換する手
段，データセレクタ１０，CPU１１はコンパレ
ータ５の出力を検査して音高を決定する手段の各
一実施例である。

作用 帯域フイルタ３にて音声信号を分析すべき複数
の音高の数に対応して複数の周波数帯域に分割
し、整流平滑回路４にて帯域フイルタ３の各出力
を夫々整流し平滑し、コンパレータ５にて整流平
滑回路４の各出力を夫々基準電圧と比較してその
大小関係を２値で表わされるデジタル信号にして
取出し、データセレクタ１０，OPU１１にて、
コンパレータ５の出力デジタル信号を検査してオ
クターブ関係にある同音名の信号が複数ある場合
この音名を音高として決定することで、和音分析
を行なう。

実施例 １ 第１図は本発明装置の第１実施例のブロツク系
統図を示す。同図において、端子１に入来した２
つ以上の音からなる和音信号はアンプ２を介して
帯域フイルタ３に供給され、ここで帯域分割され
る。帯域フイルタ３は第２図に示す鍵盤に対応し
た音名ラ（A₁），シ（B₁），ド（C₁），…に各中心
周波数をもつＮ（例えば96）個の狭帯域フイルタ
３₁，３₂，…，３_N（例えばスイツチドキヤパシ
タ形フオルタ或いはスイツチドレジスタ形フイル
タにて構成される）の並列接続からなり、夫々の
各中心周波数はフイルタ駆動回路６から個別に供
給される夫々異なる周波数のクロツクパルスによ
り所定値に設定されている。

帯域フイルタ３の出力は整流平滑回路４の各回
路４₁，４₂，…，４_Nにて夫々整流及び平滑され
る。この場合、平滑の際の時定数は聴覚特性に則
して低周波数程大に選定されており、聴覚特性に
合致せる振幅に変換される。

整流平滑回路４の出力は夫々コンパレータ５の
各コンパレータ５₁，５₂，…５_Nに供給され、こ
こで基準電圧発生器９からの基準電圧と比較され
て「０」，「１」のデジタル信号に変換され、デー
タセレクタ１０に供給される。以下、帯域フイル
タ数Ｎ＝96として説明する。データセレクタ１０
はCPU１１からの制御信号によりコンパレータ
５₁，５₂，…，５₉₆の出力デジタル信号を同時に
取込み、第３図に示すオクターブ関係にあるf₁，
f₂，…，f₈に各中心周波数をもつ狭帯域フイルタ
３₁，３₂，…，３₉₆からのデータを８ビツト１組
として第４図示すようにラ，ラ＃ ，シ，…，ソ＃
の各音つまり行番号Ｍ＝１〜Ｍ＝12の12組を各組
毎に順次CPU１１に供給する。

CPU１１は第５図示の概略機能図を示し、第
６図Ａに示すフローチヤートに沿つて動作する構
成とされている。CPU１１は先ずシステムシイ
ニシヤライズされ（第６図Ａ中ステツプ１００）
次いで操作部１２の各種スイツチの操作状態をス
キヤンする（ステツプ１０１）。次に、音高分析
モードスイツチが押されたか否かが判断され（ス
テツプ１０２）、押された場合は音高分析が行な
われ（ステツプ１０３）、押されていない場合は
データ出力モードであるか否かが判断され（ステ
ツプ１０４）、データ出力モードである場合は後
述の如くデータ出力され（ステツプ１０５）、そ
うでない場合はスイツチスキヤン（ステツプ１０
１）に戻る。

第６図Ｂは同図Ａのステツプ１０３の具体的フ
ローチヤートを示す。予め設定されたテンポとス
イツチ操作にて新たに設定されたテンポとが比較
されてテンポ変更の要，不要が判断され（第６図
Ｂ中ステツプ１１０）、変更を要する場合は
RAM１５にテンポデータがストアされ（ステツ
プ１１１）、変更を要しない場合は入力信号の種
類及びレベルに応じて任意に設定し得る基準電圧
発生器９の基準電圧を先のスイツチスキヤンから
読取つてレベル変更の有無が判断される（ステツ
プ１１２）。

入力信号のレベルに応じて適正な分析を行なう
べく、レベル変更有の場合は基準レベル設定部１
１ａからの所定のデータがＩ／Ｏポート１３を介
して基準電圧発生器９に供給されて基準電圧が設
定され（ステツプ１１３）、レベル変更無の場合
はデータセレクタ１０からの12組のオクターブデ
ータがデータ入力部１１ｂに供給される。この場
合、第４図に示す如く、12組の８ビツトオクター
ブデータはLSBを最低周波数，MSBを最高周波
数に設定されており、データセレクタ１０からＭ
＝１からＭ＝12の順序で順次供給される（ステツ
プ１１４）。

次にデータ入力部１１ｂからの出力信号はデー
タ分析部１１ｃに供給され、オクターブデータは
個々にLSBからMSBへビツトスキヤンされて最
初に「１」が現われるビツトを検出される（ステ
ツプ１１５）。第４図に示す例において、各組で
「１」で現われるのはＭ＝２では４番目のビツト，
Ｍ＝３では２番目のビツト，Ｍ＝８では２番目の
ビツト，Ｍ＝９では３番目のビツトであり、音名
推定部１１ｄによりこれらの組及びビツト数から
各音高が推定される（ステツプ１１６）。

上記音高推定のプロセスでは、オクターブデー
タの「１」のうち１番号の「１」が基音，２番目
の「１」が２倍音，３番目の「１」が４倍音，…
という音楽の倍音構造理論が用いられている。こ
のため、基音の例えば３倍音がその基音の１オク
ターブ半上に生じる場合があり、この例ではシ
（B₂）の３倍音がフア（F₃）に、ミ（E₂）の３倍
音がラ＃（A₄#）に夫々生じ、これら３倍音は
基音と何ら関関係ないのでこれらを取除く必要が
ある。そこで、上記各音高推定の後、音名補正部
１１ｅにて上記３倍音を取除く音名補正が行なわ
れる（ステツプ１１７）。この場合、シ（B₂）及
びミ（E₂）の２倍が基音と決定されてRAM１５
にストアされる。

更に、音名補正部１１ｅにて行なわれるより好
ましい音名補正としては、計２回の音高推定に
よる同一の音高が推定された時のみこれを基音と
する。LSBで「１」を生じた場合この音は雑
音の可能性があり（楽器演奏中の雑音は低周波数
で発生する傾向にある）、この場合に限つて２倍
音及び４倍音の少なくともいずれか一方で「１」
となる場合のみLSBを基音とする，入力音が
２音であることが予めわかつている場合３以上の
音高が推定されても前回の音高推定における２音
からの音の隔りが近い方の２音のみを基音とする
等の各チエツクにより音名補正を行なう。

次にスイツチスキヤンが行なわれ（ステツプ１
１８）、操作部１２において分析終了スイツチが
操作されたか否かが判断され（ステツプ１１９）、
操作されていなければ設定されたテンポに応じた
時間待機して（ステツプ１２０）ステツプ１１０
に戻る一方、操作されていれば全ての分析ステツ
プが終了する。

第６図Ｃは同図Ａのステツプ１０５の具体的に
実施し得るフローチヤートを示す。先ず、分析さ
れた音名データの有無が判断され（第６図Ｃ中ス
テツプ１３０）、音名データがRAM１５に無け
れば分析されていないことになつて転送部１１ｆ
からエラーデータが出力され（ステツプ１３１），
インタフエース１６にてシリアルデータに変換さ
れて所定の伝送速度例えば9600ボーにて出力端子
１７より取出され、音名データが有ればデータ数
Ｋが読取られてこれを設定され、カウンタがＩ＝
０にセツトされる（ステツプ１３２）。

次に音名データに基いて所定のデータ形式に作
成され（ステツプ１３３）、外部機器にデータを
出力可能か否か即ち外部機器が受信可能状態にあ
るか否かを出力イネーブルデータをチエツクする
ことにより判断し（ステツプ１３４）、出力可能
であれば転送部１１ｆからデータが出力されてイ
ンタフエース１６を介して出力端子１７より取出
される（ステツプ１３５）。

次にカウンタがカウントアツプされ（ステツプ
１３６）、カウンタの容量がデータ数Ｋより大か
否かが判断され（ステツプ１３７）、大でなけれ
ばステツプ１３３へ戻り、大であれば転送部１１
ｆから終了データが出力されてインタフエース１
６を介して出力端子１７より取出される（ステツ
プ１３８）。

なお、狭帯域フイルタ３₁〜３_Nの各中心周波数
が最適に設定されていないと、単音を発音したに
も拘らずこの音が相隣る２個の狭帯域フイルタを
通過してしまい、正確に音高分析し得ない。そこ
で、第１図示の如く、VCO７に電圧可変用ボリ
ユーム８を設けて狭帯域フイルタ３₁〜３_Nに個別
に供給されるクロツクパルスの周波数を可変する
ようにすれば、中心周波数を微調整し得、正確に
音高分析し得る。

実施例 ２ 第７図は本発明装置の第２実施例のブロツク系
統図を示し、同図中、第１図と同一部分には同一
番号を付してその説明を省略する。同図におい
て、アンプ２の出力信号は後述のピツチコントロ
ーラ１８においてピツチを可変され、前置アンプ
２５を介して中心周波数を固定されている狭帯域
フイルタ２６₁〜２６_Nよりなる帯域フイルタ２６
にて周波数分割され、以下、第１実施例と略同様
にCPU１１において音名を判定されて出力端子
１７より取出される。

CPU１１は第８図示の概略機能図を有し、第
９図Ａに示すフローチヤートに沿つて動作する構
成とされている。CPU１１は先ずシステムイニ
シヤライズされ（第９図Ａ中ステツプ２００）、
次いでスイツチスキヤンされ（ステツプ２０１）、
ピツチ可変モードか否かが判断される（ステツプ
２０２）。ピツチ可変モードであれば後述の如く
ピツチコントローラ１８にてピツチが可変設定さ
れる（ステツプ２０３）一方、ピツチ可変モード
でなければ音高分析されるか否かが判断される
（ステツプ２０４）。ステツプ２０４以下は第１実
施例のものと略同様である。

第９図Ｂは同図Ａのステツプ２０３の具体的フ
ローチヤートを示す。先ず操作部１２にて設定さ
れたピツチデータはＩ／Ｏポート１３を介して
CPU１１に供給され、AD変換器２０及びDA変
換器２２の夫々のサンプリング周波数f₁（例えば
12kHz），f₂（例えば11kHz）をその比が所定ピツチ
を得られるように設定する（ステツプ２１０）。
このサンプリング周波数f₁，f₂の周波数データは
ビツチ可変部１１ｈからＩ／Ｏポート１３を介し
てコントローラ２１に供給される。

コントローラ２１は基準周波数発生器（水晶発
振器）、基準周波数発生器の出力を分周する可変
分周器，可変分周器の出力をAD変換器２０，
DA変換器２２に夫合供給及び非供給制御する制
御部，RAM２３のアドレス発生部にて構成され
ており、上記サンプリング周波数データに基いて
AD変換器２０，DA変換器２２のサンプリング
周波数f₁，f₂がセツトされる（ステツプ２１１）。

アンプ２からピツチコントローラ１８に供給さ
れた信号はアンチ・エリアス・フイルタ１９にて
不要高域周波数成分を除去されて第１０図Ａに示
す信号とされてAD変換器２０に供給され、ここ
でサンプリング周波数f₁を以てAD変換されて
RAM２３に書込まれ、RAM２３から読出され
た信号はサンプリング周波数f₂を以てDA変換さ
れて第１０図Ｂに示す信号とされる。即ち、第１
０図Ａに示す信号はその周波数を操作部１２にて
設定されたピツチに対応して低くされ、かつ、そ
の波形の一部を欠如されて同図Ｂに示す信号とさ
れ、これにより、入力信号はそのピツチを所定量
低くされて取出される。この制御は例えば約
20msの周期で繰返し行なわれる。DA変換器２２
の出力はアンチ・エリアス・フイルタ２４にて不
要高域周波数成分を除去され、アンプ２５に供給
される。

第９図Ｃは同図Ａのステツプ２０５の具体的フ
ローチヤートを示す。CPU１１の波形データ平
均部１１ｊにて後述の第９図Ｄに示すステツプ２
４１の平均データ比が取込まれ（第９図Ｃ中ステ
ツプ２２０）、立上り検出部１１ｋにてその値が
例えば1.2以上に達しているか否かによつて立上
り部か否かが判断される（ステツプ２２１）。立
上り部であれば立上りフラグがセツトされ（ステ
ツプ２２２）てステツプ２２３に進み、立上り部
でなければそのままステツプ２２３に進む。

ここで、遅いテンポの曲では分析回数を多く、
又、速いテンポの曲ではそれを少なく設定され
（ステツプ２２３）、テンポに応じた回数分析が行
なわれる。これに第１実施例（第６図Ｂ中ステツ
プ１２０）と異なり、分析を連続的に行なう。次
に、基準レベル設定部１１ａにおいて基準電圧が
設定され（ステツプ２２４）、以下、ステツプ２
２５〜２２７にて第１実施例と同様にして音名が
推定される。

音名が推定されると分析回路が規定数に達した
か否かが判断され（ステツプ２２８）、達しなけ
ればステツプ２２５へ戻り、達すれば音名補正部
２２９にて入力される２音のデータを平均化又は
最大値選択等により音名補正が行なわれ（ステツ
プ２２９）、立上りフラグを付されてRAM１５
にストアされる。次にスイツチスキヤンされ（ス
テツプ２３０）、RAM１５の容量で決定される
分析回路数限度を越えたか否かが判断され（ステ
ツプ２３１）、越えていなければステツプ２２０
へ戻り、越えていれば次のステツプ２３２へ進
む。

音長分析部１１ｇにおいて、上記音名データの
立上りフラグ及び異なる音が検出される時間間隔
を調べることにより、その最短間隔のデータ列か
ら最短音の平均長が決定されて（ステツプ２３
２）例えば８分音符の音価とされ、次に、全ての
音名データ及び立上りフラグから８分音符の倍の
音符即ち４分音符、付点４分音符、２分音符が決
定される（ステツプ２３３）。

第９図Ｄは上記第２実施例におけるCPU１１
の割込みルーチンのフローチヤートを示す。波形
データ平均部１１ｊにおいて、コントローラ２１
の制御周期に同期してRAM２３内のAD変換デ
ータ（波形データ）に対する絶対値が求められ、
これら全ての絶対値の平均が計算される（第９図
Ｄ中ステツプ２４０）。次に、この平均データと
前回の絶対値平均データとの比が計算される（ス
テツプ２４１）。

なお、上記各実施例において、出力データとし
て音符データのみでなく、操作部１２にて設定さ
れたピツチアツプ情報及びピツチダウン情報を
Ｉ／Ｏポート１３，CPU１１を介してRAM１５
にメモリしておき、信号出力時にこれらの情報を
外部機器例えばパーソナルコンピユータ等に供給
してもよい。

又、上記各実施例において、データセレクタ１
０における出力信号の読出し及びCPU１１にお
ける音高分析の方法は上記実施例のものに限定さ
れるものではなく、例えば、２データセレクタ１
０にてＮ（＝96）個のデータをA₁，A₁#，B₁，
…，G₉，G₉#のように順次読出し、CPU１１に
てこれをオクターブ毎にスキヤンニングして音高
を分析するようにしてもよい。

更に、Ｖ・RAMやVDP（ビデオ・デイスクプ
レイ・プロセツサ）等を併用して音高分析及び音
長分析された結果に基いてこれをCRTに音符表
示するようにしてもよく、或いはハードコピー装
置を併用して楽譜シートを作成するようにしても
よく、様々な実施態様が考えられる。

発明の効果 本発明装置は、音声信号を分析すべき複数の音
高の数に対応して複数の周波数帯域に分割する帯
域分割手段と、帯域分割手段の各出力を夫々整流
し平滑する整流平滑手段と、整流平滑手段の各出
力を夫々基準電圧と比較してその大小関係を２値
で表わされるデジタル信号にして取出す電圧比較
手段と、電圧比較手段の出力デジタル信号を検査
してオクターブ関係にある同音名の信号が複数あ
る場合この音名を音高として決定する分析手段と
からなり、分析手段にて複数の音高を同時に分析
するため、１音のみならず複数音即ち和音の個々
の音高を分析し得、又、分析手段を音長を分析す
る手段を有する構成としたため、音長も分析で
き、又、基準電圧を可変する構成としたため、入
力音声信号のレベルに応じて最適な分析を行ない
得、更にこれに基いて和音名を分析し得る等の特
長を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の第１実施例のブロツク系
統図、第２図は帯域フイルタと音名との対応図、
第３図は帯域フイルタの周波数特性図、第４図は
２値デジタルデータ図、第５図は第１図示の装置
のCPUの概略機能図、第６図は第１図示の装置
の動作説明用フローチヤート、第７図は本発明装
置の第２実施例のブロツク系統図、第８図は第７
図示の装置のCPUの概略機能図、第９図は第７
図示の装置の動作説明用フローチヤート、第１０
図はピツチコントローラによるピツチ可変の様子
を説明するための信号波形図である。 １…信号入力端子、３…帯域フイルタ、４…整
流平滑回路、５…コンパレータ、９…基準電圧発
生器、１０…データセレクタ、１１…CPU、１
１ａ…基準レベル設定器、１１ｃ…データ分析
部、１１ｄ…音名推定部、１１ｅ…音名補正部、
１１ｇ…音長分析部、１２…操作部、１４…
ROM、１５…RAM、１７…出力端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 音声信号を分析すべき複数の音高の数に対応
   して複数の周波数帯域に分割する帯域分割手段
   と、 該帯域分割手段の各出力を夫々整流し平滑する
   整流平滑手段と、 該整流平滑手段の各出力を夫々基準電圧と比較
   してその大小関係を２値で表わされるデジタル信
   号にして取出す電圧比較手段と、 該電圧比較手段の出力デジタル信号を検査して
   オクターブ関係にある同音名の信号が複数ある場
   合この音名を音高として決定する分析手段と よりなり、該分析手段にて複数の音高を同時に
   分析することを特徴とする音楽分析装置。 ２ 該分析手段は、決定された音の長さを分析す
   る手段を更に有することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の楽音分析装置。 ３ 該基準電圧は、電圧可変手段にて可変設定さ
   れるよう構成されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の楽音分析装置。