JPH035760B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈本発明の技術分野〉 本発明はテープから演奏される曲に合わせてマ
イクロフオンで歌つた歌の歌唱力を自動的に判定
する装置における歌唱音階判定装置に関するもの
である。

〈本発明がなされるに至つた技術背景〉 歌唱訓練のため人間の歌唱時の歌唱力を実時間
で伴定する装置の歌唱音階判定装置としてバンド
パスフイルターを用いるものが最近開発されてい
るが、人間の発声する声の音域が約４オクターブ
近くあつて、これを各オクターブ域毎に12音階平
均律の精度で判定するために斯る従来の装置では
48個ものバンドパスフイルターを備えていた。

従つて、従来の装置では回路が複雑化して原価
高になる欠点を有していた。

〈本発明の目的〉 本発明は上述のような従来装置の欠点に鑑みて
なされたものであり、中心周波数が変えられる12
個のバンドパスフイルターを利用して４オクター
ブの音域の歌唱音階を効果的に判定してその判定
結果を以つて歌唱力判定の歌唱音階データとする
ものであり、簡単な回路構成でありより確実な歌
唱音階判定装置を提供せんとするものである。

〈本発明の構成〉 以下、本発明に係る歌唱音階判定装置の一実施
例を添付図面に従つて詳細に説明する。

第１図は本発明に係る歌唱音階判定装置の一実
施例を備えた歌唱力判定装置のブロツク的電気回
路図であつて、図中、一点鎖線で囲んだ部分が本
発明の歌唱音階判定装置部分である。

斯る図において、１はテープレコーダ部にし
て、ここでは歌詞のない曲とこの曲を歌唱するに
当つての正しい音階データ（基準音階データ）と
を夫々異るチヤンネルに記録した磁気テープ２が
駆動され、上記曲と基準音階データとが同時に再
生されるべく成つている。

３は上記磁気テープ２より再生された基準音階
データの信号を読み取ると共に斯るデータをその
音階に応じたコードのデイジタル信号に変換して
出力するデータ読取回路、４はこのデータ読取回
路３から得られる基準音階データと歌唱音階判定
装置部分６より得られる実歌唱音階データとを逐
次比較し、その一致している度合を適宜な計算式
を以つて計算することにより歌唱力を点数化する
比較採点回路にして、その点数化した採点データ
を次段の表示器５に表示させるものである。

尚、これら、テープレコーダ部１、データ読取
器３、比較採点回路４及び表示器６は本発明の要
旨に直接関与するものではないから詳細な説明は
省略する。

次に上記歌唱音階判定装置部分６について述べ
る。

７は被採点者のためのマイクロフオン、８は発
振周波数の異る12の発振段を有する基準発振器に
して、その基準発振周波数を本実施例では第２図
に示すように平均律12音階の周波数に対応した
69.8KHz乃至131.9KHzの間の12種類としている。

９₁乃至９₁₂は上記基準発振器８の12の発振段
毎に対応して設けられたクロツク分周器にして、
後述する音階判定回路からの分周比コントロール
信号に基いて分周比を可変され夫々対応する発振
段の発振周波数を１／２、１／４、１／８及び
１／16の４段階に、即ち、第１から第４オクター
ブのオクターブ域に従つて分周し、第２図に示す
ようなクロツク周波数のクロツクを発振する。

１０₁乃至１０₁₂は上記各クロツク分周器９₁乃
至９₁₂に対応して設けられたスイツチトキヤパシ
タフイルタ方式によるバンドパスフイルターにし
て、夫々共通して上記マイクロフオン７より入力
される実歌唱信号の入力を受ける。

これらバンドパスフイルター１０₁乃至１０₁₂
は夫々印加されるクロツク周波数で第２図のよう
に中心周波数が決定されるもので、クロツク周波
数と中心周波数の比を本実施例では50対１として
いる。

そして、これらバンドパスフイルター１０₁乃
至１０₁₂で１オクターブ分のフイルター群を構成
できるが、上記クロツク分周器９₁乃至９₁₂と関
係して該クロツク分周器の分周比を上述のように
コントロールすることにより第１乃至第４オクタ
ーブまでの各音域における12の音階の音を弁別し
て通すことができる。

１１₁乃至１１₁₂は各バンドパスフイルター１
０₁乃至１０₁₂に対応して設けられたピークホー
ルド回路にして、各バンドパスフイルターより出
力される実歌唱信号の音階のピーク値のレベルを
検出するものであり、斯るレベルは次段のＡ／Ｄ
コンバータ１２₁乃至１２₁₂にてデイジタルコー
ド化されるように成つている。

１３は上記各Ａ／Ｄコンバータ１２₁乃至１２
₁₂よりコード化された実歌唱信号の音階のデータ
の入力を受け、斯る音階データの中から今マイク
ロフオン７より入力された実歌唱信号の実際の音
階（実歌唱音階）を判定し、その判定に基いて、
実歌唱音階データを上記比較採点回路４に供給す
る実歌唱音階判定回路（以下、単に判定回路と言
う）である。

この判定回路１３についてはマイクロコンピユ
ータで容易に実現できることから、マイクロコン
ピユータで構成したものとして作用の項で第３図
のフローチヤートを参照に詳説する。

１４は上記マイクロフオン７と各バンドパスフ
イルター１０₁乃至１０₁₂間に介設されたスイツ
チ回路にして、上記判定回路１３よりスイツチコ
ントロール信号を受けている間のみオフし、マイ
クロフオン７からの実歌唱信号がバンドパスフイ
ルター１０₁乃至１０₁₂方向に流れるのを阻止す
るものである。

このスイツチ回路１４の設けられる理由は本発
明が歌声の実歌唱音階を判定するに際し、途中の
オクターブ域で判定できなければ第１から第４の
全オクターブ域に亘つて実歌唱音階が何であるか
を判定する訳であるが、高い第２乃至第３のオク
ターブ域から再び最も低い第１オクターブでの判
定に移る時、各クロツク分周器９₁乃至９₁₂から
バンドパスフイルター１０₁乃至１０₁₂に与えら
れるクロツク周波数を即座に高い周波数から
4.4KHz乃至8.2KHzに低く切り替えたのでは高い
オクターブ域での判定時出ていたフイルター出力
の影響が長く残り、誤判定の原因となるからであ
る。

そこで、高いオクターブ域での判定から最低域
のオクターブ域での判定へ移る時、実歌唱信号の
入力をスイツチ回路１４で一旦切ると共に上記各
クロツク分周器の分周比を上記第４オクターブ域
での判定時よりも小さくして（例えば１／１とす
る）より高い周波数のクロツク周波数を各バンド
パスフイルター１０₁乃至１０₁₂に供給し、これ
らフイルター出力を急速に０レベルに復帰させ
る。そして、その後、スイツチ回路１４をオンさ
せて実歌唱信号を各フイルター１０₁乃至１０₁₂
に入力させると共にクロツク周波数を低くして第
１オクターブでの判定に入る。

この動作の指令を本発明では判定回路１３が実
行する。

〈本発明の作用〉 本発明は叙上のように構成されるものであり、
次にその作用について説明する。

今テープレコーダ部１で磁気テープ２を駆動し
て該磁気テープ２に記録されている曲と基準音階
データを同時に再生すると、この基準音階データ
はデータ読取回路３で読み取られると共にその音
階に応じたコードのデイジタル信号に変換され、
比較採点回路４に送られる。

他方、被採点者において、上記磁気テープ２の
駆動に伴う曲の演奏に合わせて歌唱すると、その
歌声がマイクロフオン７にて実歌唱信号に変換さ
れ次段の各バンドパスフイルター１０₁乃至１０
₁₂に共通して与えられる。

すると、判定回路１３は例えば上記データ読取
回路３が基準音階データの読み取り開始と同時に
出力する判定指令信号等に基いて予め定めたプロ
グラム（第３図フローーチヤート参照）に従つて
実歌唱信号の実歌唱音階の判定動作を開始する。

即ち、プログラムでは最も低いオクターブから
順に判定することになつているため、判定回路１
３は初期設定においてオクターブ番号ｎの指定
（）でオクターブ番号ｎを１とする。

但し、ｎはオクターブ番号を示すものでｎ＝１
で最低域オクターブ、ｎ＝４で最高域オクターブ
を示す。

次に、実歌唱信号の実歌唱音階を判定するため
の判定レベルD₀を規定レベルD_Rとする（）と
共に（）のステツプで各バンドパスフイルター
１０₁乃至１０₁₂が上記ｎで示されるオクターブ
域のバンドパスフイルターに正しくなるように各
クロツク分周器９₁乃至９₁₂の分周比１／Ｎを設
定する。

但し、分周数ＮはＮ＝2^5-nで定まり、現在最低
域のオクターブ（第１オクターブ）が指定されて
いるためにＮ＝16となり分周比は最大の１／16に
設定される。

従つて、判定回路１３からはこの分周比（１／
16）を示す分周比コントロール信号が与えられ上
記各分周器の分周比は１／16となる。

各分周器９₁乃至９₁₂はこの分周比（１／16）
に基いて夫々基準発振器８の対応する発振段より
得られる基準周波数（69.8KHz乃至131.9KHz）を
分周して第２図に示すように4.4KHz乃至8.2KHz
のクロツク周波数のクロツクパルルスを出力して
バンドパスフイルター１０₁乃至１０₁₂の中心周
波を87Hz乃至165Hzに決める。

この時判定回路１３は上記分周比コントロール
信号の出力から上記各バンドパスフイルターの中
心周波数が決まり、そのフイルター出力が安定す
るまで待つ（）。

次に、判定回路１３は指定した第１オクターブ
に従つて、実歌唱信号における実歌唱音階を判定
するためフイルタ出力レベルのチエツクに入る。

このチエツクする理由は上記マイクロフオン７
より得られる実歌唱信号には被採点者より発声さ
れた実際の歌唱音階（例えばシの音階）の周波数
成分（基本周波数）以外の周波数成分（高調波）
が幾つか含まれており、これらが、実歌唱音階
（シ）の周波数成分が対応するバンドパスフイル
ター１０₃を通過するのと同様に夫々その周波数
成分に応じたバンドパスフイルターを通過して次
段のピークホールド回路１１₁乃至１１₁₂に到、
ここでそのピーク電圧値を検出されると共に次の
Ａ／Ｄ変換器１２₁乃至１２₁₂でデイジタル化さ
れて上記実歌唱音階（シ）と同時に判定回路１３
に入力されるためである。

尚、この判定回路１３に入力される各バンドパ
スフイルターからのフイルター出力レベルは上記
実歌唱音階の周波数成分のものが他の高調波のも
のに比べて大きい電圧値を持つて入力されること
とする。

そこで、判定回路１３はこのフイルター出力レ
ベルのチエツクを実行するに際し、音階番号ｊの
指定（）に入りまず、一番低い音階を指定する
ためｊ＝１とする。

但し、ｊは各オクターブでの（フア）から
（ミ）までの音階の番号を示すもので、１が（フ
ア）、２が（＃フア）……１２が（ミ）である。

そして、判定回路１３は次に、ｊ＝１の音階に
対応するフイルター出力レベル、即ち、バンドパ
スフイルター１０₁のフイルター出力をＡ／Ｄ変
換したＡ／Ｄデータを読み込み、これをD_j（D₁）
とする（）と共にこのフイルター出力D_jを上
記規定レベルD_Rと比較する。即ち、D_j＞D_Rを判
定する（）。

その結果、若し、D_j即ちD₁が規定レベルD_R以
下（NO）なら、バンドパスフイルター１０₁に
入力している周波数成分を持つ音階が実歌唱音階
ではないと判定して、次のステツプで今、判定
した音階番号ｊ(1)が一番高い音階の12番目か否か
を判定する。

そして、このステツプでNOの判定が出ると
上記プログラムの音階番号ｊの指定に戻り、前
回の音階番号（ｊ＝１）に１を加算して、音階番
号ｊを２とした上記のステツプを経てのステ
ツプでこの音階番号２に対応するフイルター出力
レベルD₂をD_Rと判定する。

又、上記ステツプでYESの判定、即ち、音
階番号ｊ＝12の判定が出ると、判定回路１３は最
も低いオクターブ域（第１オクターブ）のフイル
ター出力レベルのチエツクを終了したと判断して
次のステツプに移る。

このステツプでは次にチエツクするオクター
ブ域のオクターブ番号が“１”であるか否かを判
断し、その結果、NOと判断すれば一つ高いオク
ターブ域に移行すべくく元のステツプのオクタ
ーブ番号ｎの指定に戻り、オクターブ番号ｎを２
として各クロツク分周器９₁乃至９₁₂の分周比を
１／８に設定すると共に第１オクターブの場合と
同様にステツプ乃至及びの動作を実行する
こととなる。

又、このステツプのところで、YESと判断
すれば、判定回路１３はスイツチコントロール信
号をスイツチ回路１４に与えて該回路１４をオフ
し（）マイクロフオン７からの実歌唱信号がバ
ンドパスフイルター１０₁乃至１０₁₂に入力する
のを中断させると共に分周比１／Ｎを音階判定時
より小さい１／１とする分周比コントロール信号
を各クロツク分周器より非常に高い周波数のクロ
ツクを出力させる（）。

すると、各バンドパスフイルター１０₁乃至１
０₁₂はこの高い周波数のクロツク周波数を受けて
そのフイルター出力を急速に“０”レベルに戻
す。

判定回路１３はステツプでこのフイルター出
力が“０”レベルになるのを待ち、“０”レベル
になるのを待ち、“０”レベルに復帰したところ
で上記スイツチコントロール信号を消勢してスイ
ツチ回路１４を再びオンさせる（）と共に元の
ステツプのオクターブ番号ｎの指定に戻り、オ
クターブ番号ｎを１として再び１オクターブ域で
のチエツクに入る。

さて、上述のような第１オクターブ域における
フイルター出力レベルのチエツク動作で判定回路
１３がステツプ乃至を繰り返えし、その結
果、上記実歌唱音階（シ）（音階番号ｊ＝７）に
対応するバンドパスフイルター１０₇₁即ちＡ／Ｄ
変換器１２₇より得られるフイルター出力レベル
D₇を規定レベルD_Rと判定するに至ると、D₇が規
定レベルD_Rより大となつていることから判定回
路１３はD₇＞D_Rの判定を出す。

そして、この判定に基いて判定回路１３は今被
採点者により発声された実歌唱音階が（シ）の音
階であると判断して、斯る（シ）の音階を示すデ
イジタル信号を実歌唱音階データとして上記比較
採点回路４に送る（）。

すると、この比較採点回路４は上記データ読取
回路３より得た上記基準音階データと上記判定回
路１３より得た実歌唱音階データを比較すると共
にその一致している度合から歌唱力を点数化した
採点データを次の表示器５に送り表示させる。

又、上記のように実歌唱音階データの出力と同
時に、判定回路１３はそのオクターブ（第１オク
ターブ）域の各音階チエツク途中であるにも拘ら
ず、今、被採点者より発声された歌声の実歌唱音
階を判定したものと判断して次の発声された歌声
の実歌唱音階の判定に入るべく上記ステツプか
らを経て元のステツプのオクターブ番号ｎの
指定に戻り、オクターブ番号ｎを再び１とする。

本発明は叙上のように作用して実歌唱音階を判
定する訳であるが、第１から第４の各オクターブ
域においてステツプからの課程を繰り返して
各フイルター出力レベル（第１乃至第12の音階全
てのもの）をチエツクしても、規定レベルD_R以
上の出力レベルが得られない場合には実歌唱音階
が無かつたものと判定回路１３は判断し、次の実
歌唱信号の入力を待つこととなる。

〈本発明の効果〉 本発明は叙上のように構成されるものであるか
ら、一つのオクターブ域における平均律12音階相
当数のバンドパスフイルターを設けるだけで数オ
クターブの音域に亘つて歌声の実歌唱音階を判定
でき、回路構成が非常に簡単になる。

又、本発明では高いオクターブ域から最低域の
オクターブ域での実歌唱音階の判定に移るとき、
一旦各バンドパスフイルターへの実歌唱信号の入
力を中断すると共に非常に高い周波数のクロツク
周波数を与えて各バンドパスフイルターのフイル
ター出力を“０”レベルにするため、高いオクタ
ーブ域での出力の影響を即座に解消して最低のオ
クターブ域での音階判定に移行できる優れた発明
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る歌唱音階判定装置の一実
施例を示すブロツク的電気回路図、第２図は同上
の装置においてオクターブ番号に対する分周比、
クロツク周波数及び中心周波数等の関係を示す説
明図、第３図は本発明の一実施例の説明に供され
た動作フローチヤートである。 ７：マイクロフオン、９₁乃至９₁₂：クロツク
分周器、１０₁乃至１０₁₂：バンドパスフイルタ
ー、１３：実歌唱音階判定回路、１４：スイツチ
回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 平均律12音階の周波数に対応した12種類の基
   準発振数でクロツクを出力する基準発振器と、該
   基準発振器の出力する12種類の基準発振数を夫々
   独立して分周するものであつて分周比１／Ｎ（Ｎ
   は整数）を可変されるような12個のクロツク分周
   器と、これらクロツク分周器毎に対応して設けら
   れていて対応するクロツク分周器からのクロツク
   周波数とマイクロフオンより入力される実歌唱信
   号とを入力し上記対応すするクロツク分周器の出
   力するクロツク周波数により中心周波数が決定さ
   れる12個のバンドパスフイルターと、これらバン
   ドパスフイルターからのフイルター出力を並列的
   に入力するものであつてオクターブ域に従つて上
   記各クロツク分周器の分周比１／Ｎを設定すると
   共に斯る分周比１／Ｎで定まるオクターブ域で上
   記各バンドパスフイルターより得られる上記フイ
   ルター出力を順次チエツクして上記実歌唱信号の
   実歌唱音階を判定する判定回路と、上記マイクロ
   フオンと各バンドパスフイルター間に設けられ上
   記判定回路よりスイツチコントロール信号が与え
   られるとオフするスイツチ回路とより成り、上記
   判定回路は１オクターブ域での上記フイルター出
   力のチエツクで実歌唱音階を検出判定できなけれ
   ば上記クロツク分周器の分周比１／Ｎを変えて次
   のオクターブ域での上記フイルター出力のチエツ
   ク動作を実行するもので、かつ、高いオクターブ
   域から最低域のオクターブ域に移るとき上記スイ
   ツチコントロール信号を出力すると共に上記クロ
   ツク分周器の分周比１／Ｎを上記実歌唱音階の判
   定時よりも小さな値とするものである事を特徴と
   する歌唱音階判定装置。