JPH0344315B2 - - 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
録再生装置と共に用いて、ユーザーの唄う音声信
号を、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信号を再生拡声し
これに合わせてユーザーが歌を唄うと上記演奏信
号と混合して拡声する、俗に言う「カラオケ装
置」と呼ばれるものがあり、広く普及している。

上記「カラオケ装置」に用いられ、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」とよばれるものがあり、急速に普及してきて
いる。この音声多重テープとは第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
歌手のボーカル信号が、第２のトラツク１０２に
楽器等の演奏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
および演奏信号を、磁気ヘツド２０１と増幅器２
０２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４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、自分でボーカル信号に合
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、自分の唄
が、手本となつている歌手のボーカル信号にどれ
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ユーザー自身にはわか
らないという欠点があつた。

この欠点を解消するものとして音声多重式の記
録媒体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比較し、その合致度を得点と
して算出・表示して、ユーザーの歌唱力に対する
一つの客観的評価手段を提供する「音声多重採点
装置」、あるいは「音多採点機」と呼ばれる採点
装置の付属した演奏装置が販売されている。

この「音多採点機」の付属した演奏装置は第３
図に示すような構成であり、第２図の音声多重式
の「カラオケ装置」に、マイク入力手段４の出力
信号をパルス信号あるいはデイジタル信号に変換
する第１の波形変換手段７，第１の磁気テープ再
生手段２の出力音声信号のパルス信号あるいはデ
イジタル信号に変換する第２の波形変換手段８，
前記の２つの波形変換手段の出力信号を演算処理
することにより、マイク入力手段４からのユーザ
ーの音声が第１の磁気テープ再生手段２からのボ
ーカル信号と、どの程度一致しているかを音程の
変化などの項目で評価し、その合致度を得点とし
て算出するマイクロコンピユータ１５、得点を表
示する得点表示手段１４とが加わつたものであ
る。

この「音多採点機」の第１および第２の波形変
換手段７、８により唄の三要素である、音程、リ
ズムメロデイをいかに検出し、具体的にマイクロ
コンピユータ１５で演算させるかによつて、この
「音多採点機」の採点精度が決まるものであつた。
第４図は第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８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５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７
０１に入力される第５図ａに示されるような音声
信号の高域成分を取り去り、同時にOPアンプ７
０７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７
０９とで構成された時定数回路により前記アクテ
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５図ｂに示されるような音声信号は
抵抗器７１０，７１１とトランジスタ７１２とで
第５図ｃに示されるようなパルス波形に変換され
ることになる。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る。
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。

以上の波形変換手段によれば、ユーザーの唄う
音声信号と、磁気テープ再生のボーカル信号のい
わゆる基本波をそれぞれ抽出し、パルス波形へと
変換することになり、両パルスをマイクロコンピ
ユータ１５により比較演算させ、その合致度を得
点として算出するものであつた。従つて、上記パ
ルスからは唄の三要素の内、音程のみしか検出で
きず、他のリズム、メロデイ等は他の波形変換手
段によらねば検出できないものであつた。つまり
上記パルス波形から音声信号の基本波の周波数成
分の検出はできるが、リズム、強弱等の要素は上
記パルスには含まれておらず、第１、第２の波形
変換手段７，８のみでは制度の高い採点はなされ
ないという欠点を有していた。

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、
ユーザーの唄う音声信号から検出したリズムと、
磁気テープに記録されたボーカル信号から検出し
たリズムを一定の法則にのつとつて比較演算し、
その合致度に応じて、ユーザーの唄う音声信号の
リズム判定を行ない、音程判定とともに総合的に
ユーザーの歌唱力を採点する採点装置を提供する
ことを目的とする。

発明の構成 ユーザーの唄う音声信号を整流する第１の整流
手段と第１の積分手段の整流電圧を積分する第
１、第２の積分手段の出力電圧を比較するコンパ
レータとにより第１のリズム検出装置を構成し、
該第１のリズム検出装置により、音声信号の発声
があるごとにほぼ該発声に対応したパルスをとり
だし、第１の時系列パルスとなすとともに、記録
媒体に記録されたボーカル信号を整流する第２の
整流手段と、該第２の整流手段の整流電圧を積分
する第３、第４の積分手段と該第３、第４の積分
手段の出力を比較する第２のコンパレータとによ
り第２のリズム検出装置を構成し、該第２のリズ
ム検出装置により、ボーカル信号の発声があるご
とに、ほぼ発声に対応したパルスをとりだし、第
２の時系列パルスとなし、前記第１、第２の時系
列パルス列を同一時系列上で比較し、ユーザーの
唄う音声信号と記録媒体に記録されたボーカル信
号の一致もしくは非一致を判定するようになした
採点装置であり、ユーザーの音声信号のリズムと
記録媒体から再生した音声信号のリズムとを比較
判定でき、総合的に制度よく唄の採点が可能とな
る採点装置を実現するものである。

実施例の説明 第６図は本発明の一実施例を示す音多採点機の
ブロツク図である。第７図は第１のリズム検出装
置の具体的な回路図である。なお第２のリズム検
出装置も多くの場合同一の回路を用いる。第８図
はモデル化したリズムパターン図、第９図は前記
第１のリズム検出装置の動作説明図である。

第６図のブロツク図で、９はマイク入力手段４
の出力信号よりリズムに対応したパルス信号を得
る第１のリズム検出装置、１０は磁気テープ再生
手段２の出力音声信号よりリズムに対応したパル
ス信号を得る第２のリズム検出装置、他は第３図
と同様である。前記の第１、第２のリズム検出装
置９，１０の出力をマイクロコンピユータ１５に
入力して、前記の音程評価に加えて、リズムにつ
いて、磁気テープ再生手段２からのボーカル信号
とユーザーの音声がどの程度一致しているかを評
価し、その非合致度をリズム減点として算出し、
表示する。

リズム検出装置９，１０は同一の回路が用いら
れるため、第２のリズム検出装置１０の回路を第
７図に示し、第９図の動作説明図に沿つて説明す
る。

１１は整流手段、12は時定数の異なる２系統の
積分手段、１３はコンパレータ、１７〜２３は抵
抗器、２４〜２７はコンデンサ、２８は整流用ダ
イオード、２９はOPアンプ、３０はコンパレー
タ、３１は磁気テープ再生のボーカル信号の入力
端子、３２はリズム検出出力端子、３３はプラス
電源端子、３４はマイナス電源端子である。

第９図のａは実際のボーカル信号の入力レベ
ル、ｂは整流回路１１の整流出力波形、ｃの３５
はコンパレータ３０の非反転入力端子に入力され
る整流電圧波形、ｃの３６はコンパレータ３０の
反転入力端子に入力される整流電圧波形、ｄはコ
ンパレータ３０から出力されるリズム検出装置で
ある。

先づ、ボーカル信号ａが入力端子３１より入
り、整流手段１１により整流されて、整流出力波
形ｂとなり、つきに、上記整流出力は抵抗２１、
コンデンサ２７で構成する時定数回路と、抵抗２
２、コンデンサ２６で構成する時定数回路に導び
かれ、τ₁＝R₂₁C₂₇＞τ₂＝R₂₂C₂₆の条件により、時
間遅れによる差を生じまた比較的時定数τ₁，τ₂と
も小さく設定しているため、ほぼ音声レベルに忠
実に追従することにより整流電圧波形C₃₅，C₃₆と
なり、コンパレータ３０のプラス入力端子および
マイナス入力端子に入力される。通常τ₁は150ms
〜600ms、τ₂は50ms〜400msが適当である。従つ
て、ｃの斜線部分ではコンパレータ３０の非反転
入力端子の方が反転入力端子より電圧が大きくな
り出力にＨの電圧が出力され、リズム検出出力の
ｄの波形を得る。この時R₂₁≫R₂₂に設定するこ
とにより、オペアンプのバイアス電流の電圧降下
による差が生じ、オフセツト電圧、オフセツト電
流を十分打ち消すだけの電圧降下差を得れば、無
信号時において、反転入力端子は必ず非反転入力
端子より電圧が高くなり、オペアンプの出力はＬ
に一義的に設定できるものである。

また、リズム検出出力の立上がり時はボーカル
信号のレベルが必ず急上昇しており、リズムの出
だしと判明する。第９図のｄの〜が第８図の
モデル化したリズムパターン〜に相当する。
従つて正確にリズム検出がなされることが明瞭と
なつた。ｃの左か２番目の山はパルス変化がない
が、これはいわゆる「こぶし」と呼ばれる部分で
比較的レベル変化が小さく、リズムパターンから
は除外すべき部分である。

以上のように本実施例によれば、AD変換器等
を用いることなく、より簡単な構成でボーカル信
号に含まれるリズム成分を検出することができ
る。

次にユーザーの唄う音声信号に対するリズム検
出出力と磁気テープに記録されたボーカル信号に
対するリズム検出出力を比較する方法について説
明する。第８図のモデル化したリズムパターンと
第９図のｄの実際のリズムに対応したパルス列を
比較してみると、第８図のリズムの最大の山、小
さな山に相当するパルスが第８図のｄのリズムパ
ルス列に表われていることがわかる。つまりｄの
，が第８図の最大の山に、ｄの，が第８
図の小さな山に相当する。

しかしながら、実際にユーザーが唄を唄つた場
合磁気テープに記録されたボーカル信号どうり、
全く同一に唄うことは不可能であり、また途中で
のいわゆる「くずし」も許されなくなり、非常に
厳しい採点方法となる。従つてリズムの頭（第１
拍）は正解に合せる必要があるが、他のズレは許
容するように、一定の法則を設ける。第９図のｄ
のリズムパルス列の中で下記の条件T₁，T₂，T₃
を満足したパルスを磁気テープに記録されたボー
カル信号の有効パルスとみなす。

T₁：一定幅（t₁）以上の正のパルスであること。
（t₁＝300msとする。） T₂：立上がり直前の負のパルス幅が一定幅（t₂）
以上あること。（t₂＝30ms）とする。

T₃：一定幅（t₃）以下のパルスは無視し連続波形
とみなす。（t₃＝200ms）とする。

以下T₁〜T₃の条件を第９図のｄのリズムパル
ス列に適用するとソフト上ｅの波形となる。この
ときT_a＞t₁，T_b＜t₂，T_b′＞t₂，T_c＞t₃とする。

つぎにユーザーの唄う音声信号に対するリズム
パルス列の有効パルスの条件は次のとおりとす
る。

S₁：前記ボーカル信号の有効パルスの条件T₁〜
T₃と同じ S₂：ただしユーザーの音声信号に対するリズムパ
ルス列の立上がりとボーカル信号に対するリズ
ムパルス列の立上がりが一定許容範囲の−T₁
〜＋T₂内にあるときはT₂の条件は問わない。
このことはユーザーが唄つた時息つぎが、磁気
テープに記録されたボーカル信号と若干ずれて
いても、リズムの頭を合せたときはリズムは合
致したと判定させるためである。

上記のことを第１０図を用いて説明する。第１
０図ａに磁気テープに記録されたボーカル信号に
対する有効パルスの列、第１０図ｂはユーザーの
唄う音声信号に対する有効パルスの列を示す。こ
こでT_b＜t₂であるが、パルスの立上がりが、パ
ルスの立上がりと合致しているため、パルス
はユーザーの唄う音声信号の有効パルスとなる。

以上の一定法則に基づき、ユーザーの唄う音声
信号、磁気テープに記録されたボーカル信号に対
する有効パルスを決定し、それらの立上がりが一
定許容範囲−T₁〜＋T₂（進み200ms〜遅れ
300ms）内にあるかを判定し、外れた場合N_Gを
カウントアツプしていく。

ユーザーの唄う音声信号の有効リズムパルス数
をN_S、磁気テープに記録されたボーカル信号の
有効リズムパルス数をN_T、リズムの非合致度合
に伴う減点数をP_r、リズム減点総数をP₁とした
とき N_S≦N_Tのとき P_r＝N_G／N_TP₁。

例えば、第１０図において、T_d＞＋T₂，P₁＝
30点とすると、N_T＝３ケ、N_S＝３ケ、N_G＝１で
P_r＝1/3×30＝10点となりリズム減点数10点とな
る。

N_S＞N_Tのとき、αを一定値（α＝0.2）とし P_r＝N_G＋α（N_S−N_T）／N_TP₁としてリズムに対する 減点数を算出する。

α（N_S−N_T）の項は、ユーザーが楽譜から離れ
てむちゃに唄い、とにかく、ボーカル信号のリズ
ムの頭でユーザーの音声信号のリズムの立上がり
を出そうとして、音量変化の回数を多くすると
N_Sが多くなるため、確率的に合致回数が多くな
り、見かけ上リズムが合うことになるのを防ぐた
めである。

例えばN_G＝１ケ、N_T＝３ケ、N_S＝５、P₁＝30
点とすると P_r＝１＋0.2（５−３）／３30＝14点となり、前記のN_S ＝N_Tのときより減点数が多くなる。

また、初級・上級のレベルを設定する場合は、
リズム減点総数P₁を可変とする。

本実施例では、リズムの非合致度合に対する減
点方式で説明したが、リズムの合致度合に対する
得点方式で算出してもよい。

また本実施例では記録媒体に磁気テープを用い
たが磁気デイスク等を用いてもよい。

発明の効果 本発明は第１、第２のリズム検出装置をユーザ
ーの唄うマイク信号系、磁気テープに記録された
ボーカル信号系に導入し、その出力にリズムパル
ス列を得、一定の法則に基づいて比較演算するこ
とにより、リズムについてユーザーの音声信号
が、磁気テープに記録されたボーカル信号にどの
程度一致しているか、また、「こぶし」や「くず
し」に対しても一定の許容を認めた上で、リズム
に対する合致度を判定でき、しかも、AD変換器
などを用いることなく、簡単な構成でより精度の
高い採点装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は音声多重式の磁気テープ上の音声多重
トラツクの説明図、第２図は音声多重式の「カラ
オケ装置」のブロツク図、第３図は従来の「音声
多重採点装置」のブロツク図、第４図は第３図の
第１の波形変換手段の具体的構成を示す回路図、
第５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６図ほ本発明の一実施例のブ
ロツク図、第７図は要部の具体的構成を示す回路
図、第８図は本発明の説明のためのモデル化した
リズムパターン図、第９図は、本発明の動作を説
明するための動作説明図、第１０図は磁気テープ
のボーカル信号の有効リズムパルス列とユーザー
の音声信号の有効リズムパルス列を示す説明図で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ユーザーの唄う音声信号を整流する第１の整
   流手段と、該第１の整流手段の整流電圧を積分し
   かつ時定数の異なる第１の積分手段および第２の
   積分手段と、該第１の積分手段および第２の積分
   手段の出力電圧を比較する第１のコンパレータと
   により、音声信号の発声があるごとに、ほぼ該発
   声に対応した第１のパルスをとりだす第１のリズ
   ム検出手段と、記録媒体に記録されたボーカル信
   号を整流する第２の整流手段と、該第２の整流手
   段の整流電圧を積分しかつ時定数の異なる第３の
   積分手段および第４の積分手段と、該第３、第４
   の積分手段の出力を比較する第２のコンパレータ
   とにより前記ボーカル信号の発声があるごとに、
   ほぼ該発声に対応した第２のパルスをとりだす第
   ２のリズム検出手段と、前記第１のパルスと第２
   のパルスを比較し、ユーザーの唄う音声信号と記
   録媒体に記録されたボーカル信号の一致もしくは
   非一致度を判定するようになしたことを特徴とす
   る採点装置。 ２ 第１の積分手段と第３の積分手段の時定数を
   少なくとも0.05秒以上でかつ、ほぼ同じ値に設定
   するとともに第２の積分手段と第４の積分手段の
   時定数を少なくとも0.05秒でかつ、ほぼ同じ値に
   設定することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の採点装置。