JPH0342412B2 - - Google Patents

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JPH0342412B2
JPH0342412B2 JP57218233A JP21823382A JPH0342412B2 JP H0342412 B2 JPH0342412 B2 JP H0342412B2 JP 57218233 A JP57218233 A JP 57218233A JP 21823382 A JP21823382 A JP 21823382A JP H0342412 B2 JPH0342412 B2 JP H0342412B2
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pitch
time
waveform
time intervals
correlation
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は信号分析、更に詳しくは音楽演奏家
のためのピツチ(基本周波数)分析に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION This invention relates to signal analysis, and more particularly to pitch (fundamental frequency) analysis for musical performers.

音楽のピツチ情報を分析し表示することによつ
て音楽演奏家にとつて非常に有益なフイードバツ
クを提供することができる。この発明をよく理解
するには音楽におけるピツチとは何であるか明確
に定義する必要がある。感知することができるピ
ツチを有するすべての楽音は周期的な音圧波形か
ら成る。最も単純な周期的波形は正弦波である。
基本的なこの正弦波にハーモニクス(高調波、即
ち基本周波数の整数倍の周波数を有する正弦波)
をいくつでも加えることにより時間軸上で複雑な
波形を作ることができる。これらのハーモニクス
が存在してもその音のピツチを波形の基本周波数
として認識することができる。実際、楽音の基本
周波が弱かつたり、又は抜けていても人間のピツ
チ検出機構は存在するハーモニクスからその基本
ピツチを推定することができる。周波数軸上(フ
リークエンシドメイン)にもとずいた簡単なピツ
チ測定装置は波形に含まれるすべての周波数に応
答してしまい明確な測定結果を得ることが少な
い。たとえ存在する最も低い周波数を表示する方
法を使つたとしても基本周波数でのエネルギー成
分が他のハーモニクス成分よりもずつと小さい
と、表示された周波数は感知されたピツチとは一
致しないことになる。
By analyzing and displaying musical pitch information, it is possible to provide extremely useful feedback to music performers. To understand this invention well, it is necessary to clearly define what pitch is in music. All musical tones with perceivable pitch consist of periodic sound pressure waveforms. The simplest periodic waveform is a sine wave.
Harmonics (harmonics, i.e., sine waves with frequencies that are integral multiples of the fundamental frequency) are added to this basic sine wave.
By adding any number of , complex waveforms can be created on the time axis. Even if these harmonics exist, the pitch of the sound can be recognized as the fundamental frequency of the waveform. In fact, even if the fundamental frequency of a musical tone is weak or missing, the human pitch detection mechanism can estimate its fundamental pitch from the harmonics present. A simple pitch measuring device based on the frequency domain responds to all frequencies included in the waveform and rarely provides clear measurement results. Even if you use a method that displays the lowest frequency present, if the energy content at the fundamental frequency is smaller than the other harmonic components, the displayed frequency will not match the perceived pitch.

感知されるピツチを得るより良い方法は波形が
周期性を保つている時間間隔を測定することであ
る。この方法は人間のピツチ検出機構により近い
モデルである。しかしながらこの方法にも欠陥が
ある。第1に自然発生する音においては倍音の周
波数は多くの場合基本周波数の正確な整数倍には
なつておらず、従つて厳密にはハーモニクスと呼
ぶことができない。この不正確さは基本周波の位
相に対し倍音の位相が常に変化しているような、
時間軸上で動的に変化する波形構造を作ることに
なる。従つて数サイクルの間隔に渡つて波形は全
く変化してしまうが、次の数サイクルの間隔に渡
る波形は同様なものとなる。更に、楽音の倍音構
造は特に人間の声の場合比較的に短時間のうちに
著しく変化する。この場合も数サイクルに渡つて
波形が変化することになる。
A better way to obtain the sensed pitch is to measure the time interval during which the waveform remains periodic. This method is a model closer to the human pitch detection mechanism. However, this method also has flaws. First, in naturally occurring sounds, the frequencies of overtones are often not exact integral multiples of the fundamental frequency, and therefore cannot be strictly called harmonics. This inaccuracy is due to the fact that the phase of the harmonics is constantly changing with respect to the phase of the fundamental frequency.
This creates a waveform structure that changes dynamically on the time axis. Therefore, the waveform changes completely over an interval of a few cycles, but the waveform over an interval of the next few cycles is similar. Furthermore, the overtone structure of musical tones, especially in the case of the human voice, changes significantly over a relatively short period of time. In this case as well, the waveform changes over several cycles.

更に測定を困難にしていることは自然発生する
音響波形の振幅がランダム変動で変調され易いこ
とである。周期的振幅変動や周期的な周波数変動
も存在する。即ちトレモロやビブラートである。
人間の歌声には普通これら3つの効果のすべてが
ある程度含まれている。
Further complicating measurements is that the amplitude of naturally occurring acoustic waveforms is likely to be modulated by random fluctuations. There are also periodic amplitude fluctuations and periodic frequency fluctuations. That is, tremolo and vibrato.
The human singing voice typically contains some degree of all three of these effects.

前述のピツチ測定方法のいずれもこれらの問題
をすべて解決していない。多くの人が周波数軸上
で測定する欠点を知り、波形の周期を時間軸上で
測定することを試みている。メリツトの米国特許
第4028985号やスレピアン及びウエルドンの米国
特許第4217808号のように多くの方法は周期的波
形の振幅ピークを検出することに基ずいている。
ピーク検出による方法はいくつかの欠点がある。
第1に倍音を多く含む音響波形は1サイクルに数
個のピークを有し、これらのピークの形及び振幅
は前述のように常に変化している。従つて1サイ
クル内で検出されたピークは隣のサイクル内で検
出されたピークと対応しているとは限らず、大き
な測定誤差が生じる。同様にランダムな、あるい
は周期的な速い振幅変動に原因して、ピークを検
出し損ねたり、又は検出すべき主ピークの代りに
他のピークを検出してしまうことがある。ピーク
を検出し損なわない場合でも一般に波形はピーク
の近くでゆるやかな傾斜を持つているので、振幅
のわずかな変化により時間測定に誤差が生じる。
None of the pitch measurement methods described above solve all of these problems. Many people are aware of the drawbacks of measuring on the frequency axis and are trying to measure the period of the waveform on the time axis. Many methods are based on detecting the amplitude peaks of periodic waveforms, such as Merritt, US Pat. No. 4,028,985 and Slepian and Weldon, US Pat. No. 4,217,808.
The peak detection method has several drawbacks.
First, an acoustic waveform containing many overtones has several peaks in one cycle, and the shape and amplitude of these peaks are constantly changing as described above. Therefore, a peak detected within one cycle does not necessarily correspond to a peak detected within an adjacent cycle, resulting in a large measurement error. Similarly, random or periodic fast amplitude fluctuations may cause peaks to be missed or other peaks to be detected instead of the main peak to be detected. Even if the peak is detected and intact, the waveform generally has a gentle slope near the peak, so small changes in amplitude will cause errors in time measurements.

更に波形の振幅を使つた方法は多くの場合自動
利得制御(AGC)回路を必要とし、それによつ
て入力信号レベルの変化に適応している。波形の
歪を避けるためAGC回路は速いアタツク時間
(入力レベルの変化に対する増幅度の応答時間)
及び遅い減衰時間を持つように設計される。この
ためAGC回路は自然発生する音響波形が有する
小さいが速い振幅変化に追従することができな
い。このことは音はゆるやかな振幅変化に対し鈍
感な人間の耳によつてのみ判断されるので通常の
オーデイオ応用には問題とならない。しかしなが
ら小さい振幅変化はピーク検出器に対しはなはだ
しい誤差を与える。AGCの減衰時間を小さくす
ることによつてより速い振幅変動に追従できるよ
うにすることができるが、レベルに依存した低周
波数の波形歪が生じる。このような問題を最小に
するには測定可能なピツチ範囲を限定するか、入
力されるピツチに応じてAGCの時定数を調整す
る手段を設けるかしなければならない。
Additionally, waveform amplitude methods often require automatic gain control (AGC) circuitry to adapt to changes in input signal level. The AGC circuit has a fast attack time (amplification response time to changes in input level) to avoid waveform distortion.
and designed to have a slow decay time. Therefore, the AGC circuit cannot follow the small but fast amplitude changes of naturally occurring acoustic waveforms. This is not a problem in normal audio applications since sound is only judged by the human ear, which is insensitive to gradual amplitude changes. However, small amplitude changes introduce significant errors to the peak detector. By reducing the decay time of AGC, it is possible to follow faster amplitude fluctuations, but level-dependent low frequency waveform distortion occurs. In order to minimize such problems, it is necessary to limit the measurable pitch range or provide a means to adjust the AGC time constant according to the input pitch.

波形がゼロレベルと交叉する時の時間を測定す
ることによつて周波数分析を行う方法が知られて
いる。波形のこのゼロ交叉は波形の振幅によつて
全く影響されない。この方法は比較的純粋な音に
対し適しているが、1サイクルのあいだに数回ゼ
ロ交叉を有するような波形では問題が生じる。あ
る種のフイルタ手段を使つて倍音を除去し、1サ
イクルで2つだけゼロ交叉が生じるようにするこ
とができるが、これは操作者の介在を必要とする
かあるいはAGC回路の好ましくない特性をすべ
て有するような自動フイルタ手段を必要とする。
従つてゼロ交叉による方法はピーク検出による方
法のもつ問題を避けることができるが、他の問題
に行き当ることになる。
It is known to perform frequency analysis by measuring the time when a waveform crosses a zero level. This zero crossing of the waveform is completely unaffected by the amplitude of the waveform. Although this method is suitable for relatively pure sounds, problems arise with waveforms that have several zero crossings during one cycle. Some filtering means can be used to remove the overtones so that only two zero crossings occur per cycle, but this requires operator intervention or introduces undesirable characteristics of the AGC circuit. All require automatic filter means.
Thus, while the zero-crossing method avoids the problems of the peak detection method, it does encounter other problems.

この発明は充分な精度と速さで楽音のピツチを
測定し、そのピツチとピツチ誤差を完全にかつ明
確に直感できるように表示する装置及び方法を提
供し、楽器演奏家や歌手がそのピツチを識別し、
ピツチ情報としてただちにフイードバツクして誤
差を修正するのに役立たせることを目的としてい
る。
The present invention provides an apparatus and method for measuring the pitch of a musical tone with sufficient accuracy and speed, and displaying the pitch and pitch error completely and clearly intuitively, so that instrumentalists and singers can easily measure the pitch. identify,
The purpose is to provide immediate feedback as pitch information to help correct errors.

この発明による装置は2つの明確な構成部を有
する。即ちアナログ信号処理回路とデイジタル計
算及び表示回路である。アナログ信号処理回路は
適当な信号源からの信号を受け、必要ならその信
号を増幅し、対象とする領域外の周波数バンドを
除去し、アナログ信号のゼロ交叉を表わすデイジ
タル参照信号を発生する。デイジタル計算回路は
ゼロ交叉時間データを使つて分析を行い入力信号
の基本ピツチを決定する。実際にはこれはデイジ
タル参照信号を順次ゼロ交叉間の間隔に対応した
量だけ遅延し、その遅延された信号とデイジタル
参照信号との相関をとることにより実行される。
高い相関はほぼ整数個の基本周期と等しい遅延に
対応する。更にデイジタル計算回路はピツチ情報
を適当な表示駆動信号の変換し、必要ならバツフ
アを介して表示装置に与える。
The device according to the invention has two distinct components. namely, an analog signal processing circuit and a digital calculation and display circuit. Analog signal processing circuitry receives a signal from a suitable signal source, amplifies the signal if necessary, removes frequency bands outside the region of interest, and generates a digital reference signal representative of zero crossings of the analog signal. The digital calculation circuit uses the zero crossing time data to perform an analysis to determine the fundamental pitch of the input signal. In practice, this is accomplished by sequentially delaying the digital reference signal by an amount corresponding to the spacing between zero crossings and correlating the delayed signal with the digital reference signal.
High correlation corresponds to a delay approximately equal to an integer number of fundamental periods. Furthermore, the digital calculation circuit converts the pitch information into an appropriate display drive signal and provides it to the display device via a buffer, if necessary.

この発明の装置はオーデイオ周波数信号のピツ
チを測定し、そのピツチを正確にかつ直ちに表示
装置に表示し、馴れていない操作者にも簡単に読
取ることができるようにされている。ピツチの測
定と表示はすべて自動的に行われ、操作者は調整
をしたり、操作に手間どつたりすることはない。
ピツチの測定範囲は少なくとも7オクターブ以上
あり、その表示精度は平均調律された音階に対し
一定である。比較として、ビート音を使う方法で
は、与えられたピツチ誤差は音のピツチに比例し
たビート周波数を生じさせる。ピツチは好ましく
は音楽譜表(五線譜表)上に光で表示され、オク
ターブ差及び誤差を示す表示器も設けられてい
る。このピツチの表示は読取りが簡単であり演奏
家にとつて直感的な自然さを持つている。表示は
ピツチ変化にすばやく応答していると感じさせる
程度の頻度で更新される。この装置は心で感じと
れるようなピツチ(perceived pitch:以下推測
ピツチと呼ぶ)を有する楽音についても認識し、
他のすべての入力に対して表示を出さない。従つ
て過渡ノイズ又は他の誤りデータは表示を一時的
に消去するだけであり、次の測定に悪影響を及ぼ
さない。この装置は非常に多くの種類の音響的に
発生された音の推測ピツチを正確に測定すること
ができる。音は倍音をいくら含んでいてよい。倍
音の周波数は基本周波数の厳密な整数倍からずれ
ていてもよく、また基本周波が弱くてもあるいは
存在しなくてもよい。また音の振幅が広い範囲に
渡つていてもよく、ランダムにあるいは周期的に
急速変化してもピツチ測定の精度に影響を与えな
い。
The apparatus of this invention measures the pitch of an audio frequency signal and displays the pitch accurately and immediately on a display so that it can be easily read by an untrained operator. Pitch measurement and display are all done automatically, so the operator does not have to make any adjustments or have any trouble with operations.
The pitch measurement range is at least seven octaves, and its display accuracy is constant for an average tuned scale. For comparison, in the method using beat tones, a given pitch error produces a beat frequency that is proportional to the pitch of the tones. The pitch is preferably indicated by light on the musical staff (staff), and an indicator is also provided to indicate the octave difference and error. This pitch display is easy to read and has an intuitive naturalness for the musician. The display is updated frequently enough to give the impression that it is responding quickly to pitch changes. This device also recognizes musical tones that have a pitch that can be felt in the mind (hereinafter referred to as estimated pitch).
No display for all other inputs. Therefore, transient noise or other erroneous data will only temporarily erase the display and will not adversely affect subsequent measurements. This device is capable of accurately measuring the estimated pitch of a wide variety of acoustically generated sounds. A sound can contain any number of overtones. The frequencies of the overtones may deviate from exact integer multiples of the fundamental frequency, and the fundamental frequency may be weak or absent. Furthermore, the amplitude of the sound may be spread over a wide range, and even if it changes rapidly randomly or periodically, the accuracy of the pitch measurement will not be affected.

第1図はピツチ分析装置1の外観を示す斜視図
である。大まかに述べると、分析装置1は以下に
説明するキヤビネツト2内の電気回路を含み、楽
音のピツチ情報を分析し表示する。楽音は内蔵さ
れたマイクロホン4によつて検知され電気信号に
変換される。あるいは内蔵マイクロホン4の代り
に外部マイクロホン又は電子装置を入力ジヤツク
5に接続してもよい。表示部は第1LED表示器列
6、第2LED表示器列7及び第3LED表示器列8
を有している。選択スイツチ9(第7図参照)を
操作することによりピツチをデイジタル的に平均
するようにしてもよい。
FIG. 1 is a perspective view showing the external appearance of the pitch analyzer 1. As shown in FIG. Broadly speaking, the analyzer 1 includes an electric circuit within a cabinet 2, which will be described below, and analyzes and displays pitch information of musical tones. Musical sounds are detected by a built-in microphone 4 and converted into electrical signals. Alternatively, instead of built-in microphone 4, an external microphone or electronic device may be connected to input jack 5. The display section includes a first LED display row 6, a second LED display row 7, and a third LED display row 8.
have. The pitches may be averaged digitally by operating the selection switch 9 (see FIG. 7).

LED表示器6は音階中の音(ノート)と対応
している。これらのLED表示器6は絵によつて
横方向にピアノ鍵盤を対応させ、縦方向に五線譜
と対応ずけされている。LED表示器7は中央C
音(ハ音)から始まるオクターブからのオクター
ブ差に対応する。好ましい実施例においては中央
C音の下3オクターブまでの音及び中央C音の上
のB音の上3オクターブまでを表示できる。
LED表示器8は入力された音が標準の平均率調
律された音のうち最も近い音からどのくらいずれ
ているかを表示する。
The LED display 6 corresponds to the notes (notes) in the musical scale. These LED indicators 6 are arranged so that the horizontal direction corresponds to the piano keyboard, and the vertical direction corresponds to the musical staff. LED display 7 is in the center C
Corresponds to the octave difference from the octave starting from the C note. In a preferred embodiment, tones up to three octaves below the middle C note and up to three octaves above the B note above the middle C note can be displayed.
The LED display 8 displays how much the input note deviates from the nearest standard average rate tuned note.

第2図は分析装置1の電気回路の主要ブロツク
を示す。マイクロホン、ピツクアツプ装置、又は
他の信号源からの入力信号はプリアンプ10、比
較器11を介してパルス回路12に与えられ、パ
ルス回路12は入力信号がゼロレベルと交叉する
毎にパルスを発生する。時間測定器13はパルス
回路12からのパルスによつて表わされた入力信
号のゼロ交叉の各時間を測定し、それらの値をメ
モリ14に記憶させる。実際のピツチ決定はメモ
リ14に記憶された時間値を分析するマイクロプ
ロセサ15によつて行われる。マイクロプロセサ
15はこの分析を記憶されているプログラム16
を実行することによつて行う。分析結果はピツチ
の値を表わす数として出力ラツチ17に記憶され
る。デコーダ/ドライバ18及び表示装置19
(LED表示器6,7,8を含む)はピツチデータ
を操作者が理解できる情報に変換する。
FIG. 2 shows the main blocks of the electrical circuit of the analyzer 1. An input signal from a microphone, pickup device, or other signal source is applied via a preamplifier 10 and a comparator 11 to a pulse circuit 12 which generates a pulse each time the input signal crosses the zero level. Time measuring device 13 measures each zero crossing time of the input signal represented by a pulse from pulse circuit 12 and stores these values in memory 14 . The actual pitch determination is made by microprocessor 15 which analyzes the time values stored in memory 14. The microprocessor 15 executes this analysis using a stored program 16.
This is done by executing. The result of the analysis is stored in output latch 17 as a number representing the pitch value. Decoder/driver 18 and display device 19
(including LED indicators 6, 7, and 8) convert pitch data into information that can be understood by the operator.

第1のブロツクであるプリアンプ10はその入
力に例えば周期的でかつ対象とする範囲内にピツ
チを有する信号が与えられる。信号源としてはマ
イクロホン、トランスジユーサ(変換器)あるい
は他の適当な電気信号を発生する発生器であつて
よい。プリアンプ10は信号を増幅し、対象とす
るピツチ範囲の外の周波数を除去する。
The first block, preamplifier 10, is provided with a signal at its input, for example, which is periodic and has a pitch within the range of interest. The signal source may be a microphone, a transducer, or any other suitable generator for generating electrical signals. Preamplifier 10 amplifies the signal and removes frequencies outside the pitch range of interest.

第4図はプリアンプ10の好ましい例である。
マイクロホン30からの入力信号はマイクロホン
アンプ31で増幅され、高域通過フイルタ32と
低域通過フイルタ33に与えられ、それらのうち
の1つがマイクロプロセサ15の制御のもとにス
イツチ34によつて選択される。どちらのフイル
タが選択されるかは、どちらのフイルタが最良の
ピツチデータを与えるかで決められる。低域通過
フイルタ33は成分的に多い低温から高周波を除
去するのに使われる。高域通過フイルタ32は電
力線からの低周波妨害と、中音及び高音に重畳さ
れたランダム低周波変動を除去するのに使われ
る。バツフア35は信号を更に増幅しプリアンプ
10の出力として出力する。
FIG. 4 shows a preferred example of the preamplifier 10.
The input signal from the microphone 30 is amplified by a microphone amplifier 31 and applied to a high-pass filter 32 and a low-pass filter 33, one of which is selected by a switch 34 under the control of the microprocessor 15. be done. Which filter is selected is determined by which filter provides the best pitch data. The low pass filter 33 is used to remove high frequencies from the predominantly low temperature components. The high pass filter 32 is used to remove low frequency interference from the power line and random low frequency fluctuations superimposed on the mid and high frequencies. The buffer 35 further amplifies the signal and outputs it as the output of the preamplifier 10.

プリアンプ10の出力は比較器11に与えら
れ、入力信号がゼロレベルより高ければ高レベ
ル、低ければ低レベルをとる2値の参照信号を発
生する。好ましい実施例においては、比較器11
は鋭いかつ発振を起さない遷移(低レベルと高レ
ベル間の論理反転)を得るため非常に小さいヒス
テリシスを有している。
The output of the preamplifier 10 is applied to a comparator 11, which generates a binary reference signal that takes a high level if the input signal is higher than the zero level and a low level if it is lower. In a preferred embodiment, comparator 11
has very little hysteresis to obtain sharp and non-oscillating transitions (logic inversion between low and high levels).

比較器11の出力はパルス回路12に与えら
れ、パルス回路12は各ゼロ交叉点でパルスを発
生する。このパルスの特性はゼロ交叉時間を測定
するための時間測定器13をどのように構成する
かによつて決められる。ハードウエアで構成され
た時間測定器13に対しては、パルス回路として
は例えば信号の正方向及び負方向への遷移でトリ
ガされる単安定マルチバイブレータが使われる。
第5図は時間測定器13がマイクロプロセサ15
のためのプログラム16の一部として構成された
場合(即ちソフトウエアとして構成された場合)
のパルス回路12の好ましい実施例である。比較
器11からの出力は排他論理ゲート(XORゲー
ト)40の一方の入力に与えられ、その出力はマ
イクロプロセサのインタラプト入力に与えられ
る。インタラプトを与えられるとマイクロプロセ
サ15はマイクロプロセサの出力ラツチを介して
XORゲート40の他方の入力に与える信号の論
理状態を反転し、それによつてXORゲート40
の出力パルスであるインタラプトを終了し、パル
ス回路12は次のゼロ交叉に応答できる状態とな
る。
The output of comparator 11 is provided to pulse circuit 12 which generates a pulse at each zero crossing point. The characteristics of this pulse are determined by how the time measuring device 13 for measuring the zero crossing time is configured. For the time measuring device 13 constructed in hardware, the pulse circuit used is, for example, a monostable multivibrator that is triggered by positive and negative transitions of the signal.
In FIG. 5, the time measuring device 13 is a microprocessor 15.
When configured as part of a program 16 for (i.e. configured as software)
This is a preferred embodiment of the pulse circuit 12 of FIG. The output from the comparator 11 is applied to one input of an exclusive logic gate (XOR gate) 40, the output of which is applied to the interrupt input of the microprocessor. When given an interrupt, the microprocessor 15 will
inverts the logic state of the signal applied to the other input of XOR gate 40, thereby causing XOR gate 40 to
terminates the interrupt, which is the output pulse of , and the pulse circuit 12 is ready to respond to the next zero crossing.

信号の各ゼロ交叉時を測定する時間測定器13
はカウンタとして構成され、その計数出力はパル
ス回路12からパルスが与えられる毎にメモリ1
4に記憶される。メモリ13内に所定数のゼロ交
叉時間が記憶されるとデータ取込を阻止する手段
が設けられている。ゼロ交叉時間の数は入力波形
の少なくとも2つのサイクルが表現できる程度に
充分大きな数である必要がありかつサンプル周期
の開始時点での波形が終了時点での波形と実質的
に異なる程大きな数であつてはならない。
Time measuring device 13 for measuring each zero crossing time of the signal
is configured as a counter, and its counting output is stored in the memory 1 every time a pulse is given from the pulse circuit 12.
4 is stored. Means are provided to prevent data acquisition once a predetermined number of zero crossing times have been stored in the memory 13. The number of zero-crossing times must be large enough to represent at least two cycles of the input waveform and large enough that the waveform at the beginning of the sample period is substantially different from the waveform at the end. It shouldn't be.

時間測定器13がプログラム16の一部を実行
するマイクロプロセサ15によつて構成された場
合の好ましい実施例において、メモリ14に記憶
された数はマイクロプロセサ15のクロツク周波
数と比例した精度な速度でインクリメントされ
る。ゼロ交叉によつてインタラプトが生じるとそ
のゼロ交叉の時間を表す前記インクリメントされ
ている数がメモリ14内の他の領域に記憶され
る。インタラプトが生じる毎にカウンタは停止す
る。インタラプトが有効な間に失われるカウント
数を補償しなければならない。従つて失われたカ
ウント数の総計を保持し、メモリに記憶される前
に各時間値に加算される。
In the preferred embodiment, when the time measuring device 13 is constituted by a microprocessor 15 executing part of the program 16, the numbers stored in the memory 14 are clocked at an accurate rate proportional to the clock frequency of the microprocessor 15. Incremented. When an interrupt occurs due to a zero crossing, the incremented number representing the time of the zero crossing is stored in another area within memory 14. The counter stops each time an interrupt occurs. The number of counts lost while the interrupt is valid must be compensated for. Thus, a total number of lost counts is kept and added to each time value before being stored in memory.

メモリ14にゼロ交叉時間データが記憶される
とマイクロプロセサ15はプログラム16を使つ
てデータの分析を実行し入力信号のピツチの値を
求める。ピツチ情報出力は出力ラツチにラツチさ
れるとともに波形の新しいサンプルが処理され
る。ピツチ情報出力としては次のような種類をと
り得る。例えば通信リンクを介して他の装置に送
られるデータ、譜表(五線譜表)上の音や鍵盤上
の音として示されるグラフイツク表示、温度計の
ような線表示、あるいは使用者にピツチ情報を伝
える他の手段等である。前述のように好ましい実
施例においてはピツチ情報はピツチのオクターブ
として7個の値、音名の値として12個の値、及び
セント(半音距離のパーセント)で表わされたピ
ツチ誤差に対し8個の値で表現される。
Once the zero crossing time data is stored in memory 14, microprocessor 15 uses program 16 to perform an analysis of the data to determine the pitch value of the input signal. The pitch information output is latched into the output latch and new samples of the waveform are processed. The following types of pitch information can be output. For example, data sent to another device via a communication link, a graphical display shown as notes on a staff (staff) or notes on a keyboard, a line display such as a thermometer, or conveying pitch information to the user. means etc. As mentioned above, in the preferred embodiment the pitch information includes 7 values for pitch octave, 12 values for note name values, and 8 values for pitch error in cents (percent of semitone distance). It is expressed as the value of

好ましい実施例においてデコーダ/ドライバ1
8は出力ラツチ17にラツチされた2進数を表示
装置18を駆動する信号に変換する。好ましい実
施例において表示装置18にはLEDが使われて
いるが、他の表示素子を使用してもよい。
In a preferred embodiment the decoder/driver 1
8 converts the binary number latched in the output latch 17 into a signal for driving the display device 18. In the preferred embodiment, display 18 uses LEDs, but other display elements may be used.

この発明を第2図のようにブロツク図で示した
が、これは装置の各構成ブロツクが実際に物理的
に区分できることを意味しているのでなく、単に
この発明の目的を達成するために実行されるべき
機能を図で説明しているだけである。この発明の
具体的実施例の1つとして、プリアンプ10に個
別トランジスタ増幅器、比較器11とパルス回路
12にモノリシツクICを使つた例を第6図、第
7図に示す。マイクロプロセサ15は6502型の
MOSシリコンICである。蓄積プログラム16は
2716型のP ROMである。番号50はクロツク
発生器である。時間測定器13はマイクロプロセ
サ15によつて実行される蓄積プログラム16の
一部として実現されている。メモリ14及び出力
ラツチ17はマイクロプロセサ15と共に使われ
るよう設計された6532型の1個のICで実現され
ている。デコーダ/ドライバ18はTTLのICで
ありLED表示装置19を駆動する。大量生産に
適した実施例では必要なアナログ動作に1つのモ
ノリシツクICを用い、デイジタル動作に1つの
モノリシツクICを用いるように設計できる。
Although this invention is shown in a block diagram as shown in FIG. 2, this does not mean that each component block of the device can actually be physically separated, but merely that it can be carried out to achieve the object of this invention. It merely illustrates the functions to be performed. As one specific embodiment of the present invention, an example in which an individual transistor amplifier is used for the preamplifier 10 and a monolithic IC is used for the comparator 11 and the pulse circuit 12 is shown in FIGS. 6 and 7. Microprocessor 15 is 6502 type
It is a MOS silicon IC. The storage program 16 is
It is a 2716 type PROM. Number 50 is a clock generator. The time measuring device 13 is implemented as part of a storage program 16 executed by a microprocessor 15. Memory 14 and output latch 17 are implemented in a single 6532 type IC designed to be used with microprocessor 15. The decoder/driver 18 is a TTL IC and drives the LED display device 19. Embodiments suitable for mass production can be designed to use one monolithic IC for the necessary analog operations and one monolithic IC for the digital operations.

(イ) 計算手法の要約 蓄積プログラムで使われる基本的な考えは、
幾つかのサイクルを含む周期的波形の一部(セ
グメント)が正確に1サイクル時間だけ遅延さ
れもとの波形と比較されるとそのセグメントに
沿つたすべての点で原波形と遅延波形は非常に
良い整合即ち相関を示すことである。勿論この
遅延量が1サイクルの正確な整数倍の場合につ
いても同じことが言える。それ以外の遅延時間
では小さい相関を示す。
(b) Summary of calculation method The basic idea used in the storage program is as follows.
When a segment of a periodic waveform containing several cycles is delayed by exactly one cycle time and compared to the original waveform, the original and delayed waveforms are very different at every point along the segment. It is to show good match or correlation. Of course, the same can be said when the amount of delay is an exact integral multiple of one cycle. Other delay times show a small correlation.

もう1つの重要な仮定は、自然発生した音響
波形のゼロ交叉はその波形の真の周期を上述の
相関手法を使つて、入力波形と同一点でゼロ交
叉を有する二値波形から得ることができるだけ
の充分な波形に関する情報を含んでいるという
ことである。この仮定は正しいことがわかつ
た。
Another important assumption is that the zero crossings of a naturally occurring acoustic waveform are such that the true period of that waveform can be obtained from a binary waveform with zero crossings at the same point as the input waveform, using the correlation technique described above. This means that it contains sufficient information about the waveform. This assumption turned out to be correct.

第3図は相関を計算しピツチを決定するのに
使われる手法を図式的に示すものである。入力
波形は任意時間メモリで示してあり、各メモリ
は単位時間を表わす。入力波形のゼロ交叉は参
照波形の論理状態変化(遷移)で示されてい
る。参照波形は第2図の比較器11の出力に得
られるものである。
FIG. 3 diagrammatically illustrates the method used to calculate correlation and determine pitch. The input waveform is shown as arbitrary time memories, each memory representing a unit time. Zero crossings in the input waveform are indicated by logic state changes (transitions) in the reference waveform. The reference waveform is that obtained at the output of comparator 11 in FIG.

入力波形の真の周期は参照波形を種々の値遅
延し、各遅延に対応する相関を計算することに
より見つけることができる。高い相関を示す遅
延は1サイクルのほぼ整数倍とみなすことがで
きる。
The true period of the input waveform can be found by delaying the reference waveform by various values and calculating the correlation corresponding to each delay. Delays exhibiting high correlation can be considered approximately integer multiples of one cycle.

第1遅延波形はT3で参照波形の2番目の正
方向ゼロ交叉位置に遅延された波形の最初の正
方向ゼロ交叉が対応するよう参照波形を遅延さ
せた場合について相関計算を行つている。この
第1の遅延された波形ともとの参照波形との間
の相関は第1の遅延波形の開始点T3と参照波
形の終端T14とのあいだ(28単位時間)のす
べての点で2つの波形を比較することによつて
計算される。第1遅延波形内にプラスの印で示
すようにこの28単位時間の範囲内で波形は16単
位時間のあいだ同じ論理状態を有し、又マイナ
スの印で示すように12単位時間の逆論理状態を
有している。従つて相関の値は(16−12)/28
=4/28即ち14%となる。これは相関が悪いと
考えられる。
Correlation calculation is performed for the first delayed waveform when the reference waveform is delayed so that the first positive zero crossing of the delayed waveform corresponds to the second positive zero crossing position of the reference waveform at T3. The correlation between this first delayed waveform and the original reference waveform is such that at every point between the start point T3 of the first delayed waveform and the end point T14 of the reference waveform (28 units of time), the two waveforms Calculated by comparing . Within this 28 time unit range, the waveform has the same logic state for 16 time units, as shown by the plus sign in the first delayed waveform, and the opposite logic state for 12 time units, as shown by the minus sign. have. Therefore, the value of correlation is (16-12)/28
= 4/28 or 14%. This is considered to be a poor correlation.

第2遅延波形は参照波形を次の正方向ゼロ交
叉まで遅延してT5から開始している。この第
2の遅延波形と参照波形はT5からT14まで
の全25単位時間にわたつて同じ論理状態を有し
ている。従つて相関値は25/25即ち100%とな
り完全な相関を示している。この遅延時間は原
波形のちようど1サイクルに対応している。
The second delayed waveform delays the reference waveform until the next positive zero crossing, starting at T5. This second delayed waveform and the reference waveform have the same logic state over a total of 25 time units from T5 to T14. Therefore, the correlation value is 25/25, or 100%, indicating perfect correlation. This delay time corresponds to just one cycle after the original waveform.

第3遅延波形ではT7からT14までに10単
位時間の同一論理状態と8単位時間の逆論理状
態がある。従つて相関は(10−2)/18=2/
18即ち11%であり、再び相関が悪くなつてい
る。
In the third delayed waveform, from T7 to T14, there are the same logic state for 10 unit times and the opposite logic state for 8 unit times. Therefore, the correlation is (10-2)/18=2/
18, or 11%, and the correlation is getting worse again.

第4遅延波形ではちようど2サイクルの遅延
が行われておりT9からT14までの時間範囲
で完全な相関を有している。
The fourth delayed waveform is delayed by just two cycles and has perfect correlation in the time range from T9 to T14.

自然的に発生する音響波形は完全な周期を持
つことはほとんどないので完全な相関はほとん
ど得られないが、一般に完全1サイクル遅延に
よる相関と完全1サイクルでない遅延による相
関とでは明確な差が得られる。これを説明する
ため仮りにT7からT8でゼロを越え損なつた
ような波形の不完全さがあつたとする。第2遅
延に対する相関を計算する場合、両波形が同一
論理状態であるのは23単位時間となり、2単位
時間は逆論理状態となる。従つて相関は(23−
2)/25即ち84%となりこれは明らかに完全1
サイクル遅延でない場合の相関よりずつと高い
値である。
Naturally occurring acoustic waveforms rarely have a perfect period, so perfect correlations are rarely obtained, but there is generally a clear difference between correlations caused by a one-cycle delay and correlations caused by less than one-cycle delay. It will be done. To explain this, let us assume that there is an imperfection in the waveform that fails to cross zero from T7 to T8. When calculating the correlation for the second delay, both waveforms are in the same logic state for 23 units of time, and 2 units of time are in the opposite logic state. Therefore, the correlation is (23−
2)/25 or 84%, which is clearly perfect 1
This is a much higher value than the correlation without cycle delay.

この第1群の相関を計算後、同じ参照波形に
ついて開始点をT1でなくT2として第2群の
相関を計算することにより更に分析をすること
ができる。第3群についてT3から開始し、以
下同様に分析を行い有効な計算を行うのに充分
なデータが得られるまで分析を繰返すことがで
きる。
After calculating this first group of correlations, further analysis can be performed by calculating a second group of correlations for the same reference waveform with the starting point at T2 instead of T1. Starting at T3 for the third group, the analysis can be repeated in a similar manner until sufficient data is obtained for valid calculations.

相関計算を実行しているあいだに相関の良い
結果をもたらす遅延時間の値のみをリストに保
持する。このリストは相関でランク付けし、最
大相関を与える遅延時間を保持する。あるいは
所定の閾値を越える相関に対応する遅延時間の
みを蓄えることによつて有効な遅延時間のリス
トを編集してもよい。リストに割当てるメモリ
量を節約するため1つの相関閾値に対応する遅
延時間をリストの一端から蓄積していき、前記
より高い閾値に対応する遅延時間をリストの他
端から蓄積していくようにしてもよい。リスト
が満されると高い方の閾値に対応する遅延時間
はリスト内の低い方の閾値に対応する遅延時間
の上に書込んでいき、リスト内のデータの質を
絶ず高めることができる。
While performing the correlation calculation, only the delay time values that give good correlation results are kept in the list. This list ranks by correlation and holds the delay times that give the highest correlation. Alternatively, the list of valid delay times may be compiled by storing only delay times corresponding to correlations exceeding a predetermined threshold. In order to save the amount of memory allocated to the list, the delay time corresponding to one correlation threshold is accumulated from one end of the list, and the delay time corresponding to a higher threshold is accumulated from the other end of the list. Good too. Once the list is filled, the delay times corresponding to the higher thresholds are written over the delay times corresponding to the lower thresholds in the list, thereby continually improving the quality of the data in the list.

リストが完成すると、良い相関を有する最小
の遅延時間と他のすべてとを比較する。この最
小の遅延時間が最大のものより極端に小さい場
合は完全1サイクル遅延によるデータではなく
1サイクル内のごく小さい部分による結果であ
つたとみなされる。そのような遅延は無効と判
定され、残りのデータについて調べて波形の完
全1サイクルに対応すると思われる遅延時間を
見つける。最小有効遅延時間の整数倍に近い遅
延時間は正確な整数値で割算することにより正
規化される。整数倍に近くない遅延時間は捨て
る。次に音のピツチをこれらすべての正規化さ
れた時間の平均を取ることにより計算する。
Once the list is complete, compare the lowest delay time with good correlation to all others. If this minimum delay time is extremely smaller than the maximum one, it is considered that the data is not due to a complete one-cycle delay but is a result of a very small portion within one cycle. Such a delay is determined to be invalid and the remaining data is examined to find a delay time that would correspond to one complete cycle of the waveform. Delay times that are close to an integer multiple of the minimum effective delay time are normalized by dividing by an exact integer value. Delay times that are not close to integral multiples are discarded. The pitch of the sound is then calculated by taking the average of all these normalized times.

この装置を人間の声や他の複雑な音に使う場
合、ピツチ分析をより有効にするにはピツチデ
ータについて更に計算を行う。ピツチの表示は
少なくとも2つの類似したピツチの値が連続し
て得られ、それらの平均が取られるまで禁止す
るようにしてもよい。次の類似したピツチデー
タは現在のピツチ値に新しく得られたピツチと
現在のピツチの差をある値Nで割つた値を加え
たものをピツチとして表示するような平均化を
行つてもよい。Nの値が大きい程新しいピツチ
の表示ピツチに対する影響は小さい。好ましい
実施例ではN=4である。この平均化法を使つ
た場合の利点は幾つかある。第1に音の過渡開
始現象に起因する無意味なピツチ読取りを抑制
することができる。第2に雑音が重畳されたり
あるいは本来不明確なピツチを持つ音でも安定
にピツチを表示できる。更に実質的にビブラー
トを有する音の広いピツチ変動も平均化され、
簡単に読取れる表示を与える。
When using the device for human voices or other complex sounds, additional calculations are performed on the pitch data to make the pitch analysis more effective. Display of pitch may be prohibited until at least two similar pitch values are obtained in succession and their average is taken. The next similar pitch data may be averaged such that the sum of the current pitch value and the difference between the newly obtained pitch and the current pitch divided by a certain value N is displayed as the pitch. The larger the value of N, the smaller the influence of the new pitch on the display pitch. In the preferred embodiment, N=4. There are several advantages to using this averaging method. First, it is possible to suppress meaningless pitch readings caused by sound transient onset phenomena. Second, the pitch can be stably displayed even when noise is superimposed or the pitch is originally unclear. In addition, wide pitch fluctuations in sounds with substantial vibrato are averaged out,
Provide an easily readable display.

各種のピツチや調律基準に適応させるため、
ゼロ交叉時間を測定するために使われるクロツ
ク周波数をプログラムで使用される定数の変更
なしに変えられるようにしてもよい。逆に計算
プログラムに使われる定数を変更することによ
り各種の基準ピツチ又は調律システムを選択で
きるようにしてもよい。
In order to adapt to various pitches and tuning standards,
The clock frequency used to measure zero crossing time may be changed without changing the constants used in the program. Conversely, various reference pitches or tuning systems may be selected by changing the constants used in the calculation program.

(ロ) 計算プログラムの概要 プログラムは4つの区別された仕事を実行す
る4つの主要部を有する。第1主要部は入力波
形のゼロ交叉が起る時間を記録する。第2主要
部は高い相関が計算されたものに対する遅延時
間のリストを作る。第3主要部はこれら遅延時
間からピツチを計算する。第4主要部はオプシ
ヨンであり、計算された一連のピツチの値の平
均化を行う。以下にこれらの動作を詳しく述べ
る。
(b) Overview of the calculation program The program has four main parts that perform four distinct tasks. The first main section records the time at which the zero crossing of the input waveform occurs. The second main part creates a list of delay times for which high correlations have been calculated. The third main part calculates the pitch from these delay times. The fourth main part is optional and performs the averaging of the series of calculated pitch values. These operations will be described in detail below.

A 入力波形のゼロ交叉時間の記録 A−1 ハードウエアもしくはソフトウエアで
クロツク周波数を持つカウンタを予測され
る最大時間間隔に対しオーバフローが生じ
ないように設定する。
A Recording the zero-crossing time of the input waveform A-1 Set a counter with a clock frequency in hardware or software so that overflow does not occur for the maximum expected time interval.

A−2 前記カウンタを使い波形の各ゼロ交叉
の起る時間をマイクロプロセサでアクセス
できるメモリ14内に設定した遷移時間表
に記録する。前記マイクロプロセサは相関
分析を実行する。
A-2 Using the counter, record the time at which each zero crossing of the waveform occurs in a transition time table set in memory 14 accessible by the microprocessor. The microprocessor performs correlation analysis.

A−3 所定数のゼロ交叉時間が遷移時間表に
記録されるか又はあらかじめ決められた時
間が経過するとゼロ交叉時間の記録を停止
する。
A-3 Stop recording zero-crossing times when a predetermined number of zero-crossing times are recorded in the transition time table or a predetermined time has elapsed.

A−4 以下の相関計算におけるラウンドオフ
誤差を減らすため遷移時間表内の各項を最
大数がオバーフローするまで繰返し左シフ
トし(2倍する)シフトの回数をオクター
ブと名ずけたレジスタに記録する。
A-4 To reduce round-off errors in the following correlation calculations, each term in the transition time table is repeatedly shifted to the left (doubled) until the maximum number overflows, and the number of shifts is recorded in a register called an octave. .

B 高い相関に対応した遅延時間のリスト作成 B−1 レフアレンスポインタ及びデイレイポ
インタと命名されたポインタをそれぞれ同
一論理状態の第1及び第2ゼロ交叉と対応
する前記表中の第1及び第3項に設定す
る。
B. Creation of a list of delay times corresponding to high correlations B-1. Set pointers named reference pointer and delay pointer to the first and third points in the table corresponding to the first and second zero crossings of the same logic state, respectively. Set to section.

B−2 データで表わされる2つの波形間の相
関計算を遷移時間表中のデイレイポインタ
の時間値から開始する。
B-2 Start calculating the correlation between two waveforms represented by data from the time value of the delay pointer in the transition time table.

B−2−a デイレイと呼ぶ変数を前記2つの
ポインタで指定された時間の差と等しく
設定する。
B-2-a A variable called delay is set equal to the difference in time specified by the two pointers.

B−2−b 現在のゼロ交叉と次のゼロ交叉の
時間差がレフアレンスポインタまたはデ
イレイポインタで指定されたデータに対
し小さいか調べる。(常々デイレイポイ
ンタに関係する遅延時間を差引くことに
より遷移時間表からの時間が容易に比較
ができるようにする) B−2−c 2つの波形が同一論理状態で開始
することがわかつているのでこの最も近
いゼロ交叉に対する時間差を相関総計と
呼ぶ変数に加える。
B-2-b Check whether the time difference between the current zero crossing and the next zero crossing is smaller than the data specified by the reference pointer or delay pointer. (Always subtract the delay time associated with the delay pointer so that the times from the transition time table can be easily compared.) B-2-c Two waveforms are known to start in the same logic state. Therefore, the time difference to this nearest zero crossing is added to a variable called the total correlation.

B−2−d 両波形は逆論理状態となるのでい
ずれかの波形に次の最も近い遷移が見つ
かるまで時間を歩進しこの遷移と前の遷
移の時間差を相関総計から差引く。
B-2-d Since both waveforms are in opposite logic states, step forward in time until the next closest transition to either waveform is found and subtract the time difference between this transition and the previous transition from the total correlation.

B−2−e 時間を歩進し続け、一方のポイン
タが前記表中の奇数番目を指定し他方の
ポインタが係数番目を指定するごとに相
関総計から遷移時間差を差引く。両ポイ
ンタとも奇数番目又は偶数番目を指して
いる場合は時間差を相関総計に加える。
B-2-e Continuing to advance the time, subtract the transition time difference from the total correlation each time one pointer specifies an odd number in the table and the other pointer specifies a coefficient. If both pointers point to odd or even numbers, the time difference is added to the total correlation.

B−2−f 遷移時間表の終端に来たら相関総
計をデイレイポインタの開始時間から遷
移時間表の終りまでの全時間で割算す
る。
B-2-f When the end of the transition time table is reached, the total correlation is divided by the total time from the start time of the delay pointer to the end of the transition time table.

B−3 相関が所定の閾値より大きければその
遅延時間を遅延時間リスト内に蓄積し、そ
うでなければ捨てる。
B-3 If the correlation is greater than a predetermined threshold, accumulate the delay time in the delay time list, otherwise discard it.

B−4 レフアレンスポインタとデイレイポイ
ンタを遷移時間表の第1及び第5番目の項
に設定しステツプB−2〜B−3を実行す
る。
B-4 Set the reference pointer and delay pointer to the first and fifth terms of the transition time table and execute steps B-2 to B-3.

B−5 所定数の記入が遅延時間リストに入れ
られたかまたは遷移時間表に有効なデータ
が無くなるまでデイレイポイタを順次遷移
時間表の奇数番目の項に設定していき、ス
テツプB−2〜B−3を実行する。
B-5 The delay pointer is sequentially set to the odd-numbered entry in the transition time table until a predetermined number of entries are entered in the delay time list or there is no valid data in the transition time table, and steps B-2 to B- Execute 3.

B−6 レフアレンスポインタとデイレイポイ
ンタをそれぞれ遷移時間表の第2及び第4
項に設定し、偶数番目の遷移のみを使つて
ステツプB−2〜B−5と同様な動作を実
行する。
B-6 Set the reference pointer and delay pointer to the second and fourth positions of the transition time table, respectively.
, and perform operations similar to steps B-2 to B-5 using only even-numbered transitions.

B−7 レフアレンスポインタ遅延時間リスト
に充分な数の計算結果を記入したか遷移時
間表に有効なデータが無くなるまで順次遷
移時間表の項に対するレフアレンスポイン
タの設定を歩進してステツプB−2〜B−
6と同様な計算を幾つかのグループについ
て実行する。
B-7 Step B-7: Set the reference pointer for each term in the transition time table sequentially until a sufficient number of calculation results have been entered in the reference pointer delay time list or there is no valid data in the transition time table. 2~B-
Perform calculations similar to 6 for several groups.

C 相関データからのピツチの決定 C−1 遅延時間リストの中から最も長い遅延
と最も短い遅延を見つける。
C Determination of pitch from correlation data C-1 Find the longest delay and shortest delay from the delay time list.

C−2 これらの数の比があまり大きくなけれ
ば(この実施例では8より小さいなら)小
さい方が波形の1サイクルを表わすとみな
す。
C-2 If the ratio of these numbers is not too large (less than 8 in this example), the smaller one is considered to represent one cycle of the waveform.

C−3 もし前記比が大きすぎれば小さい方の
遅延時間は無効であると判定し遅延時間リ
ストから除去する。
C-3 If the ratio is too large, the smaller delay time is determined to be invalid and removed from the delay time list.

C−4 有効な最小遅延が見つかるまでのステ
ツプC−2、C−3を繰返す。
C-4 Repeat steps C-2 and C-3 until a valid minimum delay is found.

C−5 各遅延時間を調べ前のステツプで見つ
けた最も短い有効な遅延時間の整数倍に近
くないものは無効の印をつける。
C-5 Examine each delay time and mark as invalid those that are not close to an integer multiple of the shortest valid delay time found in the previous step.

C−6 遅延時間リストに充分な数の記入が残
つてなければ現在の音のサンプルには有効
なピツチがなかつたと判定してのピツチ計
算を中止し、ステツプAの始めに戻る。
C-6 If a sufficient number of entries are not left in the delay time list, it is determined that there is no valid pitch in the current sound sample, the pitch calculation is stopped, and the process returns to the beginning of step A.

C−7 遅延時間リストに充分な数の記入があ
れば各有効な遅延時間を最も近い整数で割
算して全ての遅延時間を規格化し、波形の
1サイクルを表す。
C-7 If there are sufficient entries in the delay time list, normalize all delay times by dividing each valid delay time by the nearest integer to represent one cycle of the waveform.

C−8 有効なすべての規格化された遅延時間
の平均をとり音のピツチを計算する。
C-8 Calculate the pitch of the sound by taking the average of all valid normalized delay times.

D 一連のピツチの値の平均化(オプシヨン) D−1 新しいピツチの値が前の値と近くない
場合は表示を消去し新しいゼロ交叉データ
を得る。
D Averaging a series of pitch values (optional) D-1 If the new pitch value is not close to the previous value, erase the display and obtain new zero-crossing data.

D−2 新しいピツチの値が前のピツチの値と
近ければその値との平均を取りこの計算し
たピツチの値を表示する。
D-2 If the new pitch value is close to the previous pitch value, take the average with that value and display the calculated pitch value.

D−3 新しいピツチの値が一連のピツチの値
の3番目かそれより後の値であれば次の式
で新しい平均ピツチの値を計算する。
D-3 If the new pitch value is the third or later value in the series of pitch values, calculate the new average pitch value using the following formula:

平均ピツチ=前のピツチ +(新しいピツチ−前のピツチ)/N ここでNは固定した値とするか又は得ら
れた一連のピツチの数にもとずいて動的に
変化させてもよい。
Average pitch = previous pitch + (new pitch - previous pitch)/N where N may be a fixed value or may be dynamically varied based on the number of consecutive pitches obtained.

以上の説明から理解されるようにこの発明は入
力波形から関連した特徴を抽出し、この特徴を音
楽演奏家にとつて意味のあるものとして表示する
ピツチ測定器を提供する。上述はこの発明の好ま
しい実施例の開示を与えているがこの発明の主旨
から逸脱することなく種々の変形が可能であるこ
とが理解される。例えばこの発明を音楽演奏家の
ための装置として説明してきたが、基本的なこの
発明の装置を会話療法(スピーチセラピー)のよ
うなものに使うこともできる。
As can be seen from the foregoing description, the present invention provides a pitch measuring instrument that extracts relevant features from an input waveform and displays these features as meaningful to the musician. Although the foregoing provides a disclosure of preferred embodiments of the invention, it will be understood that various modifications may be made without departing from the spirit of the invention. For example, although the invention has been described as a device for musical performers, the basic device of the invention could also be used for things such as speech therapy.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の好ましい実施例のピツチ測
定装置の外観図、第2図はピツチ分析を行うのに
必要なこの発明の機能要素を説明するブロツク
図、第3図は入力波形からピツチ情報を抽出する
のに使われる計算手法を示す図、第4図はプリア
ンプの好ましい実施例を示す図、第5図はパルス
回路の好ましい実施例を示す図、第6図はこの装
置のアナログ回路部を示す図、第7図はこの装置
のデイジタル回路部を示す図である。 6:第1LED表示器、7:第2LED表示器、
8:第3LED表示器、10:プリアンプ、11:
比較器、12:パルス回路、13:時間測定器、
14:メモリ、15:マイクロプロセサ、16…
…蓄積プログラム、17:出力ラツチ、18:デ
コーダ/ドライバ、19:表示装置。
FIG. 1 is an external view of a pitch measuring device according to a preferred embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram explaining the functional elements of the present invention necessary for performing pitch analysis, and FIG. 3 is a diagram showing pitch information from an input waveform. Figure 4 shows the preferred embodiment of the preamplifier, Figure 5 shows the preferred embodiment of the pulse circuit, and Figure 6 shows the analog circuitry of the device. FIG. 7 is a diagram showing the digital circuit section of this device. 6: 1st LED indicator, 7: 2nd LED indicator,
8: 3rd LED indicator, 10: Preamplifier, 11:
Comparator, 12: Pulse circuit, 13: Time measuring device,
14: Memory, 15: Microprocessor, 16...
...accumulation program, 17: output latch, 18: decoder/driver, 19: display device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 オーデイオ入力信号に応答しその入力信号の
ゼロレベル交叉点における立上り及び立下りに応
答した論理反転を前記ゼロレベル交叉点と対応し
た時点に有する2種の参照波形を発生するための
手段と; 前記参照波形の第1の論理反転からそれに続く
前記第1の論理反転と同一方向の複数の論理反転
までのそれぞれの時間間隔を測定する手段と; 複数の前記時間間隔の測定値を記憶するための
メモリ手段と; 前記参照波形とその参照波形を前記複数の時間
間隔でそれぞれ遅延して得られた複数の遅延波形
とが同一論理を持つ期間のパーセントにもとづい
て前記参照波形と前記複数の遅延波形とのあいだ
の相関値をそれぞれ決定する手段と; 前記複数の時間間隔のうち、あらかじめ決めら
れた閾値を越す相関値を有する遅延波形を与える
時間間隔の組を選択するための手段と;および 前記時間間隔の組にもとづいて前記参照波形の
特徴的な周期を決定するための手段; とを含むピツチ測定装置。 2 オーデイオ入力信号のゼロレベル交叉点にお
ける立上り及び立下りにそれぞれ対応した論理反
転を前記ゼロレベル交叉点と対応した時点に有す
る2値の参照波形に変換する工程と、前記参照波
形は第1の論理反転とそれに続く前記第1の論理
反転と同一方向の複数の論理反転を含んでおり; 前記参照波形の前記第1の論理反転から前記同
一方向の複数の論理反転までの時間間隔を測定す
る工程と; 前記参照波形と、その参照波形を前記時間間隔
でそれぞれ遅延させた遅延波形とのあいだの相関
値をそれぞれ決定する工程と; あらかじめ決められた閾値を越える相関値を有
する遅延波形を与える時間間隔の組を前記複数の
時間間隔から選択する工程と;および 前記時間間隔の組にもとづいて前記参照波形の
特徴的な周期を決定する工程; とを含むオーデイオ入力信号のピツチ測定方法。 3 前記特徴的な周期を決定する工程は前記時間
間隔の組の中の最大値を前記組の時間間隔でそれ
ぞれ割算した値があらかじめ決めた一定値より小
となる時間間隔のうち最小の時間間隔を選択する
工程と; 前記時間間隔の組の中で、それらの値に対し前
記選択された最小の時間間隔のそれぞれ最も近い
整数倍からあらかじめ決められた値以上離れてい
る値の時間間隔を除去する工程と; 前記時間間隔の組の残りの時間間隔をそれぞれ
前記最も近い整数倍を与える整数でそれぞれ割算
して各時間間隔を1サイクル時間に正規化する工
程と;および 正規化した1サイクル時間を平均化してピツチ
を得る工程とから成る特許請求の範囲第2項記載
のピツチ測定方法。
[Claims] 1. Generating two types of reference waveforms in response to an audio input signal and having logical inversions in response to rising and falling edges at the zero level crossing point of the input signal at times corresponding to the zero level crossing point. means for measuring a respective time interval from a first logic inversion of said reference waveform to a plurality of subsequent logic inversions in the same direction as said first logic inversion; memory means for storing measured values; and a memory means for storing measured values; and a memory means for storing measured values; means for determining respective correlation values between a waveform and the plurality of delayed waveforms; selecting a set of time intervals from among the plurality of time intervals that provides a delayed waveform having a correlation value exceeding a predetermined threshold; and means for determining a characteristic period of the reference waveform based on the set of time intervals. 2 converting into a binary reference waveform having logical inversions corresponding to rising and falling edges at the zero level crossing point of the audio input signal at points corresponding to the zero level crossing point; a logic inversion followed by a plurality of logic inversions in the same direction as the first logic inversion; measuring a time interval from the first logic inversion of the reference waveform to the plurality of logic inversions in the same direction; Determining a correlation value between the reference waveform and a delayed waveform obtained by delaying the reference waveform by the time interval; and providing a delayed waveform having a correlation value exceeding a predetermined threshold. A method for measuring pitch of an audio input signal, comprising: selecting a set of time intervals from the plurality of time intervals; and determining a characteristic period of the reference waveform based on the set of time intervals. 3. The step of determining the characteristic period is to determine the minimum time among the time intervals for which the value obtained by dividing the maximum value in the set of time intervals by the time interval of the set is smaller than a predetermined constant value. selecting intervals; in said set of time intervals, time intervals whose values are separated by a predetermined value or more from the respective nearest integer multiple of said selected minimum time interval; normalizing each time interval to one cycle time by dividing each remaining time interval of said set of time intervals by an integer giving said nearest integer multiple; and normalizing 1. 3. The pitch measuring method according to claim 2, comprising the step of obtaining pitch by averaging cycle times.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP5986845B2 (en) * 2012-08-09 2016-09-06 ローランド株式会社 Tuning device

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5558463A (en) * 1978-10-25 1980-05-01 Yoshitomo Miyazaki Non-contact system automatic measuring device for revolution
JPS56128999A (en) * 1980-03-14 1981-10-08 Hitachi Ltd Voice pitch period detector

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