JPH0643888A

JPH0643888A - 伴奏信号記録再生方法およびカラオケ装置用自動キーコントローラ装置

Info

Publication number: JPH0643888A
Application number: JP4346219A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Takahashi; 高橋　　慧; Kazuji Nozoe; 一二農添; Miyoshi Ito; 美義伊藤
Original assignee: Onkyo Corp; Toshiba Emi Ltd
Current assignee: Onkyo Corp; EMI Records Japan Inc
Priority date: 1992-05-26
Filing date: 1992-12-25
Publication date: 1994-02-18

Abstract

(57)【要約】【目的】キーコントロールを自動的に行うことができ
るカラオケ装置用自動キーコントローラ装置を提供する
ことを目的とする。【構成】正弦波の伴奏信号をデルタ変調の原理に基づ
き1ビットＡ／Ｄ変換器212により符号化する。この符号
をレーザーディスク(記録媒体)のディジタル音楽信号の
LSB1ビット分にシリアル変換器213により記録する。再
生時には、記録された符号に基づいて伴奏信号を復元す
る。従って、レーザーディスクから正弦波の伴奏信号を
得ることができる。カラオケ装置用自動キーコントロー
ラ装置は、この得られた伴奏信号と歌信号の最高周波数
によってキーのずれを検出し、キーのずれに基づいて伴
奏のキーを修正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、カラオケ装置のキー
コントローラに関し、特に、その自動化に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】カラオケ装置は、歌い手が歌いたい歌を
選択して、カラオケ伴奏に合せて歌う装置である。最
近、カラオケ装置には、歌い手が持っている自分の音程
（キー）に応じて、伴奏のキーを設定することができる
キーコントローラを備えている場合がある。例えば、自
分のキーがナチュラルより半音高いキーであれば、予
め、キーコントローラのキーを＃１に設定することによ
り、伴奏のキーをナチュラルより半音高いキーにして歌
うことができる。

【０００３】従来は、このように、カラオケ装置のキー
コントローラの設定を行なっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のカラオケ装置のキーコントローラにおいて
は、次のような問題点があった。

【０００５】カラオケ装置に使用されるカセットテー
プ，コンパクトディスク（ＣＤ），レーザーディスク
（ＬＤ）に録音されている伴奏のキーが製作メーカーご
とに異なっている場合がある。このため、歌い手が自分
のキーを選択しても、基準となるキーが異なっているの
で結局伴奏のキーと合わず、曲の途中で再度キーを変更
させる必要があるという問題があった。

【０００６】また、男性用の伴奏で女性の歌い手または
女性用の伴奏で男性の歌い手が歌う場合、前者は歌のキ
ーが高すぎ後者は歌のキーが低すぎて、キーを合わせる
のが困難であるという問題もあった。

【０００７】この発明は、上記のような問題点を解決し
て、キーコントロールを自動的に行うことができるカラ
オケ装置用自動キーコントローラ装置を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の伴奏信号記録
再生方法は、伴奏の音符の周波数を有する伴奏信号を所
定時間ごとにサンプリングし、前サンプリング値と現サ
ンプリング値とを比較して現サンプリング値の方が大き
ければ１、小さければ0となる比較ディジタル信号を生
成し、この比較ディジタル信号を記録媒体のディジタル
音楽信号の最下位1ビット分に記録するとともに、再生
時には、前記比較ディジタル信号に基づいて伴奏信号を
復元すること、を特徴としている。

【０００９】請求項２の伴奏信号記録再生方法は、伴奏
の音符の周波数を有する伴奏信号を所定時間ごとにサン
プリングし、その振幅を表わす複数ビットの伴奏振幅デ
ィジタル信号に変換し、記録時に、所定時間ごとにサン
プリングしてディジタル音楽信号の最下位ビットから前
記複数ビットまでに前記伴奏振幅ディジタル信号を記録
するとともに、再生時には、前記伴奏振幅ディジタル信
号に基づいて伴奏信号を復元するとともに、ディジタル
音楽信号を復元する際には、各サンプリング時における
ディジタル音楽信号の最下位ビットから前記複数ビット
まで、所定数ずつ変化する２進数符号を付加すること、
を特徴としている。

【００１０】請求項３のカラオケ装置用自動キーコント
ローラ装置は、請求項１または２の伴奏信号記録再生方
法により得られた伴奏信号の各音符の周波数を表わすデ
ィジタル周波数信号を得る伴奏周波数取出手段、歌信号
の各音符の周波数を表わすディジタル周波数信号を得る
歌周波数取出手段、伴奏周波数取出手段から得た伴奏信
号のディジタル周波数信号のうち、所定単位時間ごとに
最高周波数を得る伴奏最高周波数検出手段、歌周波数取
出手段から得た歌信号のディジタル周波数信号のうち、
所定単位時間ごとに最高周波数を得る歌最高周波数検出
手段、伴奏最高周波数検出手段から得た伴奏信号の最高
周波数と歌最高周波数検出手段から得た歌信号の最高周
波数との差周波数を所定単位時間ごとに演算する演算手
段、演算手段により得られた差周波数のうち、所定時間
内で最も頻度の高い差周波数を選択する選択手段、選択
手段により選択された差周波数に対応するキーのずれに
基づいて、伴奏のキーを修正するキー修正手段、を備え
たことを特徴としている。

【００１１】請求項４のカラオケ装置用自動キーコント
ローラ装置は、請求項３のカラオケ装置用自動キーコン
トローラ装置において、演算手段は、伴奏信号の最高周
波数に歌信号の最高周波数の除算を行ない、その商が２
以上または１／２以下であれば、伴奏信号の最高周波数
に１／２または２の乗算を行なったものと歌信号の最高
周波数との差を演算すること、を特徴としている。

【００１２】

【作用】請求項１の伴奏信号記録再生方法は、伴奏の音
符の周波数を有する伴奏信号を所定時間ごとにサンプリ
ングし、前サンプリング値と現サンプリング値とを比較
して現サンプリング値の方が大きければ１、小さければ
0となる比較ディジタル信号を生成する。そして、この
比較ディジタル信号を記録媒体のディジタル音楽信号の
最下位1ビット分に記録する。再生時には、前記比較デ
ィジタル信号に基づいて伴奏信号を復元する。従って、
正弦波の伴奏信号を符号化して記録媒体の最下位1ビッ
ト分に記録し、記録した記録媒体から正弦波の伴奏信号
を得ることができる。

【００１３】請求項２の伴奏信号記録再生方法は、伴奏
の音符の周波数を有する伴奏信号を所定時間ごとにサン
プリングし、その振幅を表わす複数ビットの伴奏振幅デ
ィジタル信号に変換する。そして、記録時に、所定時間
ごとにサンプリングしてディジタル音楽信号の最下位ビ
ットから前記複数ビットまでに前記伴奏振幅ディジタル
信号を記録する。再生時には、前記伴奏振幅ディジタル
信号に基づいて伴奏信号を復元するとともに、ディジタ
ル音楽信号を復元する際には、各サンプリング時におけ
るディジタル音楽信号の最下位ビットから前記複数ビッ
トまで、所定数ずつ変化する２進数符号を付加する。

【００１４】従って、正弦波の伴奏信号を符号化して記
録媒体の下位複数ビットに記録し、記録した記録媒体か
ら伴奏信号を得ることができる。また、ディジタル音楽
信号を復元の際、疑似的に補正してその品位を高めるこ
とができる。

【００１５】請求項３のカラオケ装置用自動キーコント
ローラ装置は、伴奏周波数取出手段が、請求項１または
２の伴奏信号記録再生方法により得られた伴奏信号の各
音符の周波数を表わすディジタル周波数信号を得る。歌
周波数取出手段は、歌信号の各音符の周波数を表わすデ
ィジタル周波数信号を得る。伴奏最高周波数検出手段
は、伴奏周波数取出手段から得た伴奏信号のディジタル
周波数信号のうち、所定単位時間ごとに最高周波数を得
る。歌最高周波数検出手段は、歌周波数取出手段から得
た歌信号のディジタル周波数信号のうち、所定単位時間
ごとに最高周波数を得る。

【００１６】演算手段は、伴奏最高周波数検出手段から
得た伴奏信号の最高周波数と歌最高周波数検出手段から
得た歌信号の最高周波数との差周波数を所定単位時間ご
とに演算する。選択手段は、演算手段により得られた差
周波数のうち、所定時間内で最も頻度の高い差周波数を
選択する。キー修正手段は、選択手段により選択された
差周波数に対応するキーのずれに基づいて、伴奏のキー
を修正する。

【００１７】従って、所定単位時間ごとに歌信号の最高
周波数と伴奏信号の最高周波数との差周波数を演算し、
所定時間で最も頻度の高い差周波数を選択することによ
り、歌のキーと伴奏のキーのずれを検出し、このキーの
ずれに基づいて伴奏のキーを修正する。

【００１８】請求項４のカラオケ装置用自動キーコント
ローラ装置は、さらに、演算手段は、伴奏信号の最高周
波数に歌信号の最高周波数の除算を行ない、その商が２
以上または１／２以下であれば、伴奏信号の最高周波数
に１／２または２の乗算を行なったものと歌信号の最高
周波数との差を演算する。従って、女性と男性における
伴奏や音声のオクターブの相違があっても、歌のキーと
伴奏のキーのずれを検出することができる。

【００１９】

【実施例】この発明は、カラオケ装置において、キーコ
ントロールを自動的に行なうためのものである。以下の
実施例においては、キーコントロールに用いるための伴
奏信号を、ディジタル変換して記録するようにしてい
る。伴奏信号の記録および取り出しについて説明した
後、キーコントロールの説明に移る。

【００２０】カラオケ装置に用いられるレーザーディス
ク(ＬＤ)やコンパクトディスク(ＣＤ)には、オーケスト
ラの伴奏やプロの歌い手の歌などのアナログ信号がディ
ジタル化して記録されている。なお、この実施例では、
オーケストラの伴奏やプロの歌い手の歌などを音楽信号
という。このアナログの音楽信号をディジタル化する方
法には、パルス符号変調(ＰＣＭ変調)がある。

【００２１】これは、図３に示すように、アナログ信号
の振幅を一定時間間隔でサンプリングし(信号周波数の
最大値の2倍以上の周波数でサンプル)、そのときの値を
2値複数ビットで表わす方法である。図に示す横軸の時
間を細かく区切って、1秒間に読み取る数をサンプリン
グ周波数ｆsという。また、縦軸の振幅を細かく目盛る2
進数の尺度を量子化数という。

【００２２】最近の民生用ディジタル・オーディオ機器
におけるディジタル音楽信号は、量子化数16ビット，サ
ンプリング周波数44.1kHzに決められている場合が多
い。このパラレルで表わされた16ビットのディジタル音
楽信号の例を図４に示す。この16ビットは、上位ビット
MSB,2SB,3SBから下位ビット14SB,15SB,LSBまでの16のビ
ットにより構成される。図のように、1つの音楽信号は
「0000101100001101」(図示Ｐ)、次の音楽信号は「0001000
100110000」(図示Ｑ)、その次の音楽信号は「00000110011
01010」(図示Ｒ)、・・というように16ビットの符号によ
り表現される。

【００２３】理論的には、量子化数が16ビットである
と、ディジタル音楽信号のＳ／Ｎ比は約96dB(16ビット
×6dB)になる。しかし、実測においては、Ｓ／Ｎ比は約
90dB(15ビット×6dB)程度に低下する。すなわち、16ビ
ットで量子化されていても、実際は15ビットで処理され
ていることと同じになる。従って、図４に示す最下位ビ
ットLSBの「1」(図示Ｐ₁),「0」(図示Ｑ₁),「0」(図示Ｒ₁)な
どは、ノイズレベルとみなしてもよい。

【００２４】この発明は、ディジタル音楽信号のLSBの1
ビットに、記録はされているが音楽情報再生上あまり重
要でないディジタル音楽信号の符号を、伴奏信号の符号
に入れ換えて記録するものである。この場合、デルタ変
調の原理により、伴奏信号を符号化するようにしてい
る。以下、このデルタ変調の原理についての説明を行な
う。

【００２５】図５に、デルタ変調による伴奏信号の符号
化の例を示す。この原理は、図に示すように、伴奏信号
Ｍをサンプリング間隔ごとに区切り、前の時間Ｔ₁にお
ける伴奏信号Ｍの振幅値である前サンプリング値ｙ
₁と、現時間Ｔ₀における伴奏信号の振幅値である現サン
プリング値ｙ₀とを比較する。そして、ｙ₀がｙ₁より大
きければ「1」、小さければ「0」を出力して符号化する。

【００２６】図６に、この原理の回路図を示す。まず、
前サンプリング値ｙ₁と遅延回路201により所定の時間遅
延させた現サンプリング値ｙ₀を引算器202に与える。こ
の出力値ｙ₁−ｙ₀が正か負かにより、Ａ／Ｄ変換器203
から「0」か「1」を出力させる。このように、伴奏信号は、
この図において「111111111110101010110・・・」のよう
に符号化される。また、逆に、この符号をＤ／Ａ変換器
に与えれば、伴奏信号Ｍを復元することができる。な
お、実際は、図７に示すように、積分器204を介して現
サンプリング値ｙ₀を引算器202に与えて、量子化誤差の
蓄積を防止する差分ＰＣＭ(ＤＰＣＭ)方式の回路が用い
られる。

【００２７】ここで、キーコントロールに用いる伴奏信
号について説明する。図８に、一歌曲の譜面を示す。こ
の歌曲の各音符は、周波数の配列として表現することが
可能である。例えば、譜面に最初に現れる「ド」の音符の
周波数は262Hzであり、次の「レ」の音符の周波数は294Hz
である。この周波数配列の状態を図９に示す。この発明
で記録される伴奏信号は、このような伴奏の音符の周波
数を持つように作成された正弦波の記録信号である。

【００２８】ディジタル音楽信号は、前述したように例
えばサンプリング周波数ｆs44.1kHzでサンプリングされ
る。従って、ディジタル伴奏信号もディジタル音楽信号
と同じくサンプリング周波数ｆs44.1kHzでサンプリング
される。図１０に、例えば500Hzの周波数の伴奏信号を
デルタ変調の原理により符号化した状態を示す。この伴
奏信号は、Ｓ₁の「1」,Ｔ₁の「1」,Ｕ₁の「1」,・・のように
「1111111111・・・」の88個の符号に変換されることにな
る。このように、デルタ変調の原理により符号化した伴
奏信号を比較ディジタル信号と呼ぶ。そして、ディジタ
ル音楽信号のLSBの1ビットに記録されている符号を、こ
の比較ディジタル信号に入れ換えて記録する。従って、
図４に示すディジタル音楽信号のLSBの1ビットに、図１
０の比較ディジタル信号が記録されるとすると、Ｐ₁の
「1」はＳ₁の「1」に、Ｑ₁の「0」はＴ₁の「1」に、Ｒ₁の「0」は
Ｕ₁の「1」に、・・入れ換えて記録されることになる。こ
の発明は、以上のようなデルタ変調の原理により、アナ
ログの伴奏信号を符号化してLSBの1ビットに記録する。

【００２９】図１に、この発明の一実施例による記録媒
体(この例ではレーザーディスク(ＬＤ))の1ビットに伴
奏信号を記録する伴奏信号記録回路を示す。この回路
は、16ビットＡ／Ｄ変換器211，1ビットＡ／Ｄ変換器21
2，シリアル変換器213により構成される。各変換器はク
ロックにより同期がとられている。以下、この回路によ
り、伴奏信号の記録方法を説明する。

【００３０】まず、音楽信号は16ビットＡ／Ｄ変換器21
1に入力されて、パラレルの16ビットのディジタル音楽
信号に変換される。一方、正弦波の伴奏信号は、デルタ
変調の原理に基づき1ビットＡ／Ｄ変換器212に入力され
て、1ビットの比較ディジタル信号に変換される。次
に、ディジタル音楽信号のMSB〜15SBの15ビットはシリ
アル変換器213のMSB〜15SBの15ビットに、比較ディジタ
ル信号はシリアル変換器213のLSBの1ビットに入力され
て、シリアルなディジタル信号に変換される。これによ
り、音楽信号と伴奏信号は、ＬＤのMSB〜LSBの16ビット
に総合ディジタル信号となって記録される。

【００３１】次に、図２に、ＬＤに記録された伴奏信号
を復元する伴奏信号再生回路を示す。この回路は、パラ
レル変換器221，ミキサー222,シリアル変換器223，1ビ
ットＤ／Ａ変換器224により構成される。各機器はクロ
ックにより同期がとられている。以下、この回路によ
り、伴奏信号の再生方法を説明する。

【００３２】まず、ＬＤにシリアルに記録された総合デ
ィジタル信号はパラレル変換器221に入力されて、パラ
レルの信号になる。次に、パラレルのMSB〜15SBの15ビ
ットはミキサー222のMSB〜15SBの15ビットに与えられ
る。ミキサー222は、この15ビットをシリアル変換器223
のMSB〜15SBの15ビットに、「1」(または「0」)の1ビットを
シリアル変換器223のLSBの1ビットに与える。これによ
り、音楽信号は16ビットのディジタル音楽信号として復
元される。次に、LSBの1ビットに記録されている比較デ
ィジタル信号は、デルタ変調の原理に基づき1ビットＤ
／Ａ変換器224に入力される。これにより、アナログの
伴奏信号が復元される。このように、ＬＤに記録された
比較ディジタル信号が正弦波の伴奏信号に復元される。

【００３３】次に、他の実施例として、下位複数ビット
分に伴奏信号を記録することにより、ＬＤに伴奏信号を
記録再生する方法について説明する。前述したように、
民生用ディジタル・オーディオ機器のディジタル信号は
量子化数16ビットである。しかし、カラオケ装置に用い
られるようなディジタル信号においては、16ビット中12
〜13ビットを使用すれば、音楽信号として音楽情報を十
分表現可能である。従って、3〜4ビット分は使用しなく
ともよいことになる。この実施例では、14SB,15SB,LSB
の3ビット分に伴奏信号を記録する。

【００３４】しかし、図１１ａに示すように、そのまま
伴奏信号Ｍ_Oを3ビット分記録しても、Ｍ_O′,Ｍ_O″のみ
で正弦波の伴奏信号全体を記録することができない。こ
のため、この発明は、図１１ｂに示すように、伴奏信号
の振幅をＭ_Pのように圧縮するようにしている。

【００３５】また、伴奏信号は、3ビットのＰＣＭ変調
により符号化されるが、3ビットあれば、約18dB(3×6d
B)のＳ／Ｎ比が得られるので、信号として十分使用可能
である。

【００３６】図１２に、この発明の一実施例によるＬＤ
の3ビットに伴奏信号を記録する伴奏信号記録回路を示
す。この回路は、16ビットＡ／Ｄ変換器231，振幅制限
器232，3ビットＡ／Ｄ変換器233，シリアル変換器234よ
り構成される。各変換器はクロックにより同期がとられ
ている。以下、この回路により、伴奏信号の記録方法を
説明する。

【００３７】まず、音楽信号は16ビットＡ／Ｄ変換器23
1に入力されて、パラレルの16ビットのディジタル音楽
信号に変換される。

【００３８】一方、伴奏信号は振幅制限器232に入力さ
れる。これにより、伴奏信号の振幅が圧縮され、伴奏信
号が3ビットで表現される。次に、この振幅が圧縮され
た伴奏信号は、3ビットＰＣＭ変調に基づき3ビットＡ／
Ｄ変換器233に入力されて、パラレルの3ビットのディジ
タル伴奏信号に変換される。この信号を伴奏振幅ディジ
タル信号という。

【００３９】次に、ディジタル音楽信号のMSB〜13SBの1
3ビットはシリアル変換器234のMSB〜13SBの13ビット
に、伴奏振幅ディジタル信号はシリアル変換器234の14S
B〜LSBの3ビットに入力されて、シリアルなディジタル
信号に変換される。これにより、音楽信号と伴奏信号と
は、ＬＤのMSB〜LSBの16ビットに総合ディジタル信号と
なって記録される。

【００４０】次に、図１３に、記録された伴奏信号を復
元する伴奏信号再生回路を示す。この回路は、パラレル
変換器241，ミキサー242,シリアル変換器243，3ビット
Ｄ／Ａ変換器244，3ビット信号補正装置245により構成
される。各機器はクロックにより同期がとられている。
以下、この回路により、伴奏信号の再生方法を説明す
る。

【００４１】まず、ＬＤにシリアルに記録された総合デ
ィジタル信号はパラレル変換器241に入力されて、パラ
レルの信号になる。このパラレルの信号の14SB〜LSBの3
ビットに記録されている伴奏振幅ディジタル信号は、3
ビットＰＣＭ変調に基づき3ビットＤ／Ａ変換器244に入
力される。これにより、アナログの伴奏信号が復元され
る。このように、ＬＤに記録された伴奏振幅ディジタル
信号が正弦波の伴奏信号に復元される。

【００４２】一方、パラレルの信号のMSB〜13SBの13ビ
ットはミキサー242のMSB〜13SBの13ビットに与えられ
る。ミキサー242は、この13ビットをシリアル変換器243
のMSB〜13SBの13ビットに、「001」または「110」の3ビット
を14SB〜LSBの3ビットに与える。図１４に、こうして復
元された16ビットのディジタル音楽信号（f_P）の状態を
示す。この図のように、例えば、16ビットの信号（図示
301）は、MSB〜13SBの13ビット「0000000001001」に14S
B〜LSBの3ビット「001」が付加された状態で8回続くこと
になる。すなわち、階段状の信号となって復元される。
なお、f_Gは原信号を示す。

【００４３】この状態でも、音楽信号として使用できな
いことはないが、品位が重視されるような場合には問題
となる。そこで、この実施例では、音楽信号が復元され
る際、3ビット信号補正装置245による3ビット信号を付
加して、音楽信号の波形をなめらかに補正し、ディジタ
ル音楽信号の品位を高めようとしている。

【００４４】この場合、以下を前提とする。サンプリン
グ周波数（例えば、fs＝44.1kHz）の信号処理条件で、
音楽信号を周波数88.2Hzの三角波とすると、44.1(kHz)
／88.2(Hz)＝500により、1/fsが500で1周期となる。最
高電圧時を7ビット(128LSB)とすると、図１５に示すよ
うに、音楽信号(1/4周期)のレベル変化は、1/fsごと
に、128LSB／125≒1LSBとなる。

【００４５】ここで、3ビット信号補正装置245は、14SB
〜LSBの3ビットに、MSB〜13SBの13ビットの音楽信号の
周波数の高低に対応して、1/fsごとに1LSBないしは数LS
Bまたは数/fsごとに1LSBを出力する。

【００４６】図１６に、この装置245のブロック図を示
す。この装置245は、音楽信号波形検出回路250，カウン
タ回路265（順カウンタ266，逆カウンタ267，1/4順カウ
ンタ268，1/4逆カウンタ269），周波数高低判断回路27
0，第１補正回路280，第２補正回路290を備えている。
以下、この図により、この装置245の動作を説明する。

【００４７】まず、MSB〜13SBの13ビットの音楽信号
は、音楽信号波形検出回路250に入力される。音楽信号
波形検出回路250は、図１７に示すように、1/fs遅延回
路251，反転回路252，減算器253，加算器254，NAND255,
AND256,AND257,AND258，フリップフロップ（ＦＦ）259,
ＦＦ260，リセット信号出力回路261を備えている。

【００４８】図１８に、音楽信号の波形の一例を示す。
例えば、音楽信号が上昇状態の正極性信号で「000000
0000001」とすると、MSB〜13SBの13ビットの音楽信号に
変化がない場合、AND256には、1/fs遅延回路251，反転
回路252の出力「1111111111110」と、もとの信号「0000
000000001」とが入力し、加算されて「1111111111111」
が出力する。この出力を受けて、NAND255から「0」が出
力する。これが「0000000000010」にデータ変化する
と、AND256には、「1111111111110」と「000000000001
0」が入力し、加算されてオーバーフロー「1」および
「0000000000000」が出力する。この出力を受けて、NAN
D255から「1」が出力する。このように、データに変化
がない場合にはNAND255から「0」が出力し、変化がある
場合には「1」が出力するので、データ変化を検知する
ことができる。また、上昇状態にあるときには、オー
バーフロー「1」が出力し、下降状態にあるときに
は、オーバーフロー「0」が出力するので、上昇下降も
検知することができる。この状態は、負極性信号の
場合についても同様である。

【００４９】また、1/fs遅延回路251，減算器253により
MSB〜8SBの後述するゼロクロスを検知する。AND258およ
びＦＦ259の出力はリセット信号出力回路261に入力され
る。リセット信号出力回路261は、両出力の発生タイミ
ングに応じてリセット信号を出力する。このリセット信
号はＦＦ260に入力し、ＦＦ260の出力は、音楽信号が下
降状態のときには「1」、上昇状態のときには「0」とな
る。この出力により、カウンター回路265において順逆
カウントの切換えが行なわれる。

【００５０】一方、NAND255から出力されるデータは、
周波数高低判断回路270に入力される。周波数高低判断
回路270は、図１９Ａに示すように、ＦＦ271，積分回路
272，コンパレータ273，増幅器274，ＦＦ275を備えてい
る。図１９Ｂ，Ｃに、この回路のタイムチャートを示
す。図１９Ｂに示すように、周波数が所定数より低い場
合には、NAND255，ＦＦ271から出力される信号の回数は
少ない（図１９Ｂａ，ｂ）ので、積分回路272から信号
が発生する（図１９Ｂｃ）。従って、コンパレータ273
（図１９Ｂｄ）を介して、ＦＦ275から信号が出力する
（図１９Ｂｅ）。これに対して、図１９Ｃに示すよう
に、周波数が所定以上高い場合は、ＦＦ271から出力さ
れる信号の回数多く（図１９Ｃａ，ｂ）積分回路272か
ら信号が発生しない（図１９Ｃｃ）ので、ＦＦ275から
信号が出力しない（図１９Ｃｅ）。これにより、その高
低を判断することができる。

【００５１】周波数が所定以上高い場合は、カウンタ回
路265に入力され、音楽信号が上昇していれば、順カウ
ンタ266により、「000」，「001」，「010」，「01
1」，・・が出力される。また、下降していれば、逆カ
ウンタ267により、「111」，「110」，「101」，「10
0」，・・が出力される。これらの出力が、図１３にお
いてミキサ242によってMSB〜13SBの13ビットに付加され
る。その後、シリアル変換器243に与えられる。

【００５２】なお、上記の補正を行なった結果、ディジ
タル音楽信号では存在しない「1111111111111111」また
は「0000000000000000」が発生する場合がある。このた
め、第１補正回路280に入力され補正される。この回路2
80は、上記信号が発生すると下位1ビットないし2ビット
を「0」「00」または「1」「11」に強制的に補正され
る。

【００５３】こうして、補正されたディジタル音楽信号
のデータ例を図２０に示す。右端の補正出力が付加され
る3ビットである。図において、Time-1（図示303）から
補正が開始される。データは上昇しているので順カウン
トされる。そして、Time-129（図示305）において、こ
の音楽信号のピークがあり、これ以降はデータが下降す
るので逆カウントされる。この補正された音楽信号f_Hを
図１４に示す。このように、一律に付加された場合の信
号f_Pに比較してなめらかな波形に補正され、原信号f_Gと
ほとんど同様な信号に復元される。

【００５４】ただし、図２１に示すように周波数がさら
に高い場合（図示307）には、1/fsごとに数LSB変化する
ため、順カウントで「111」の次に「000」が付加される
とデータの変化が急激となる。逆カウントの場合にも、
「000」の次に「111」が付加されると同様である。この
ため、第２補正回路290に入力される。この回路290は、
上位3ビットにデータ変化がない場合で、補正信号が「1
11」または「000」のときにのみ出力させて、「111」の
場合は「111」が、「000」の場合は「000」が続くよう
に出力される。これにより、データが急激に変化するの
を防止することができる。

【００５５】一方、図２１に示すように周波数が所定数
より低い場合（図示309）は、逆に、1/fsごとのLSBの変
化が小さく、補正量が大きすぎることになるため、補正
するタイミングを遅くしている。すなわち、4/fsごとに
カウントする1/4順カウンタ268，1/4逆カウンタ269に入
力され、4/fsごとに上記のビットが付加される。以下、
同様に動作し、シリアル変換器243に与えられる。

【００５６】このようにして、ＬＤのあまり有効に使用
されていないビットに伴奏信号を符号化して記録し、記
録された符号を復元して伴奏信号を取り出す。この伴奏
信号は、正弦波であるので、以下のキーコントローラ装
置において、伴奏信号のディジタル周波数信号を取り出
す際、伴奏信号を誤認識することなく、正確にキーコン
トロールすることができる。

【００５７】次に、図２２に、この発明の一実施例によ
るカラオケ装置用自動キーコントローラ装置の構成を示
す。伴奏周波数取出手段１０は、上述の伴奏信号記録再
生方法により再生された伴奏信号の各音符の周波数を表
わすディジタル周波数信号を得る。歌周波数取出手段１
２は、歌信号の各音符の周波数を表わすディジタル周波
数信号を得る。伴奏最高周波数検出手段１４は、伴奏周
波数取出手段１０から得た伴奏信号のディジタル周波数
信号のうち、所定単位時間ごとに最高周波数を得る。歌
最高周波数検出手段１６は、歌周波数取出手段１２から
得た歌信号のディジタル周波数信号のうち、所定単位時
間ごとに最高周波数を得る。

【００５８】演算手段１８は、伴奏最高周波数検出手段
１４から得た伴奏信号の最高周波数と歌最高周波数検出
手段１６から得た歌信号の最高周波数との差周波数を所
定単位時間ごとに演算する。選択手段２０は、演算手段
１８により得られた差周波数のうち、所定時間内で最も
頻度の高い差周波数を選択する。キー修正手段２２は、
選択手段２０により選択された差周波数に対応するキー
のずれに基づいて、伴奏のキーを修正してキーコントロ
ーラを動作させる。

【００５９】一般的には、図２３に示すように、カラオ
ケ曲中における女性用の伴奏信号の音程（キー）は、Ｇ
₅〜Ｃ₄にほぼ集約される。これに対して、歌い手の歌の
キーが＃4〜ｂ4まで変動することを考慮すると、女性の
歌い手の歌信号の周波数帯域は、988Hz（Ｂ₅）〜208Hz
とみなすことができる。

【００６０】一方、男性用の伴奏信号のキーは、Ｇ₄〜
Ｃ₃にほぼ集約される。同様に歌い手のキーが変動する
ことを考慮すると、男性の歌い手の歌信号の周波数帯域
は、494Hz〜104Hz（Ｇ₂）とみなすことができる。従っ
て、伴奏信号のキーはＧ₅〜Ｃ₃にほぼ集約され、歌信号
のキーはＢ₅〜Ｇ₂にほぼ集約される。

【００６１】また、この伴奏信号のキーと歌信号のキー
＃4〜ｂ4とは、伴奏信号のキーの周波数を1とすると、
歌信号のキーの周波数が1.26〜0.79まで変動する関係に
なっている。例えば、伴奏信号Ｇ₅の784Hz（ナチュラ
ル）に対する＃4の988Hzは、1.26になっている。本装置
は以上のことを前提とする。

【００６２】図２２の細部図として図２４，２５を示
す。図２４には、伴奏周波数取出手段である伴奏周波数
取出回路１０の伴奏信号ディジタル変換回路１０ａ，歌
周波数取出手段である歌周波数取出回路１２の歌信号デ
ィジタル変換回路１２ａ，制御信号発生回路１０ｃを示
す。また、図２５には、伴奏信号ディジタル周波数発生
回路１０ｂおよび歌信号ディジタル周波数発生回路１２
ｂを示す。以下、図２２および図２４，２５により、こ
のカラオケ装置用自動キーコントローラ装置の動作を説
明する。

【００６３】図２４に、伴奏信号ディジタル変換回路１
０ａを示す。上述したように、ここで使用される伴奏信
号は、ＬＤに記録して再生された信号である。従って、
この信号は、伴奏の各音符を表わす正弦波であるので、
そのまま伴奏信号として使用することができる。以下、
図２４により、伴奏信号のディジタル周波数を取り出
す動作を説明する。

【００６４】まず、伴奏信号は、例えば、16ビットのＡ
／Ｄ変換器40に入力される。Ａ／Ｄ変換器40は、入力し
たアナログ信号をサンプリング周波数ｆs（例えば、ｆs
＝44.1kHz）でディジタル周波数信号に変換するが、こ
の実施例では、後述するゼロクロスを検出するためにパ
ラレル方式を使用する。

【００６５】図２６に、このディジタル信号のレベルを
16ビットパラレルの両極性コードで表わした例を示す。
入力したアナログ信号は、正の場合にはMSBを「0」と
し、負の場合にはMSBを「1」とする。これによって、デ
ィジタル信号が正極性であるか負極性であるかを表わ
す。正極性である場合には、2SB〜LSBに「1」を順次立
てることによりレベルを表わす。負極性である場合に
は、2SB〜LSBに「0」を順次立てることによりレベルを
表わす。

【００６６】次に、伴奏信号ディジタル変換回路１０ａ
によりディジタル変換された伴奏信号は、伴奏信号ディ
ジタル周波数発生回路１０ｂに送られる。伴奏信号ディ
ジタル周波数発生回路１０ｂは、図２５に示すように、
ディジタルＢＰＦ52₁〜52₃₂、ＳＷ2，ＳＷ3、論理回路5
6，62，68，70，72，74、バッファ58、フリップフロッ
プ64、遅延回路66により構成される。

【００６７】ディジタルＢＰＦ52₁〜52₃₂の周波数順列
の状態を図２７に示す。ディジタル変換された伴奏信号
は、Ｇ₅〜Ｃ₃の周波数帯域にある36個のディジタルＢＰ
Ｆ521〜52₃₂のいずれかにパラレル入力することにな
る。

【００６８】次に、ディジタルＢＰＦ52₁〜52₃₂に取り
込まれたデータ信号を検出する。図２８に、データ信号
のゼロクロスの状態を示す。データ信号を検出するため
には、データ信号が図２８Ａに示すように、正極性信号
から負極性信号に変る時点（Ｐ1）、および負極性信号
から正極性信号に変る時点（Ｐ₂）すなわちゼロクロス
を信号として取り出せばよい。すなわち、図２８Ｂに示
すように、ゼロクロスをパルス信号として出力させて、
検出時間Ｔ_K内にパルス信号の回数をカウントすれば、
伴奏信号の各音符の周波数を表わすディジタル周波数信
号として取り出すことができる。ゼロクロスは、例えば
ディジタル信号が正極性であれば、図２６の場合、MSB
〜15SBが0でLSBが1の「0000000000000001」で表わされ
る。

【００６９】図２５に戻って、このようにして、ＢＰＦ
52₁〜52₃₂から取り出した信号を、ＳＷ2により、負極性
信号を正極性信号に変換する。これにより、ゼロクロス
は、すべて「0000000000000001」で表示されるため、ゼ
ロクロスの検出が容易になる。その後、データ信号の2S
B〜15SBをＯＲ56に入力する。ゼロクロスがある場合に
は、論理回路54の2SB〜15SBにビットが存在しないの
で、ＯＲ56の出力は「0」である。

【００７０】ＯＲ56の出力が「0」であれば、バッファ5
8を通したデータ信号の2SB〜15SBを、ＳＷ2で、強制的
に「1」にしてフルビットの信号とする。これらの信号
がＡＮＤ62に入力すると、ＡＮＤ62の出力は「1」とな
る。従って、データ信号が発生することになる。この結
果、図２８Ｂに示すように、データ信号の1サイクルに2
回のパルス信号が発生する。このパルスの発生数を検出
時間Ｔ_k（例えば、100msec）内に数えて、伴奏信号のデ
ィジタル周波数信号として取り出すことになる。

【００７１】これに対して、ゼロクロス以外、すなわち
2SB〜15SBにビットが存在すれば、ＯＲ56の出力は、
「1」である。ＯＲ56の出力が「1」であれば、バッファ
58を通したデータ信号の2SB〜15SBを、すべてＳＷ3で、
強制的に「0」にする。従って、ＡＮＤ62の出力は「0」
になり、伴奏信号が発生しないことになる。

【００７２】図２９に示すように、検出時間Ｔ_kを100ms
ecとした場合において、各周波数に対応するパルス数が
存在する。例えば、988Ｈｚの周波数であれば、197のパ
ルス数が存在する。このように、伴奏信号のディジタル
周波数は、伴奏周波数取出回路１０により取り出された
パルス数により特定できることになる。ここで、検出時
間Ｔ_kを100msecとしたのは、以下の理由による。

【００７３】前述したように、通常の各音符の長さは、
2分音符では約1sec，4分音符では約500msec，8分音符で
は約250msec，16分音符では約125msecである。16分音符
が続くと125msecごとに伴奏信号の周波数が変ることに
なる。さらに、パルス信号の認識のための休止時間20ms
ecも必要とされる。このため、ディジタル周波数信号を
認識するためには、100msec以下にする必要がある。従
って、この実施例では、伴奏信号を検出するための検出
時間Ｔ_kを100msecとする。

【００７４】この検出時間Ｔ_kの100msecは、図２５に示
すように、伴奏信号ディジタル周波数発生回路１０ｂに
より作成される。まず、フリップフロップ64に、ＡＮＤ
62の出力をクロック信号として、伴奏のスタートによっ
て各ＢＰＦ52からデータ信号が入力されるＯＲ56から、
データ信号が持続している時間のみ「1」となる信号を
出力させ、この「1」をクリア信号として入力させる。

【００７５】次に、フリップフロップ64の出力とこれを
遅延回路66により100msec遅延させた出力とをＡＮＤ70
に入力する。これにより、ＡＮＤ62の出力があれば、必
ず100msecの間、ＡＮＤ70から「1」となる信号を出力す
る。

【００７６】次に、このＡＮＤ70の出力と前記ＡＮＤ62
の出力とをＡＮＤ68に入力し、持続時間が100msecであ
るシリアル信号を得て、さらに、この信号と後述する演
奏信号とをＡＮＤ72に入力し、演奏信号が「1」である
時のみ、100msec持続するシリアル信号を作成する。以
上のようにして、検出時間Ｔ_kを作成する。

【００７７】一方、歌信号においては、歌周波数取出回
路１２により、歌信号のディジタル周波数信号を取り出
す。この状態を図２４，２５に示す。歌信号は、マイク
ロフォン44を通して、歌信号ディジタル変換回路１２ａ
に入力される。

【００７８】次に、歌信号は、帯域幅が100Hz〜1000Hz
程度のアナログ通過帯域フィルタ（ＢＰＦ）46に入力さ
れ、取り出した伴奏信号の高周波成分をできるだけ除去
する。その後、16ビットのＡ／Ｄ変換器48に入力され
て、伴奏信号と同様にディジタル信号に変換される。

【００７９】なお、歌信号ディジタル周波数発生回路１
２ｂには、歌い手の歌のキーが＃4〜ｂ4まで変動するこ
とを考慮して、図３０に示すように、Ｂ₅〜＃Ｇ₂までの
周波数順列にあるＢＰＦを合計56個設置している。

【００８０】このような回路により、歌信号のディジタ
ル周波数についても、同様に、パルス数として取り出さ
れる。

【００８１】図３１に、図２２の伴奏最高周波数検出手
段１４，歌最高周波数検出手段１６，演算手段１８，選
択手段２０をＣＰＵによって構成する場合の、具体的ハ
ードウエアの一例を示す。ＣＰＵ60には、ＲＯＭ112，
ＲＡＭ114，ＣＲＴ116，キーボード118，伴奏信号入力1
20，歌信号入力122，測定信号入力124，演奏信号入力12
6，キー修正出力128が接続されている。ＣＰＵ60は、Ｒ
ＯＭ112に格納されているプログラムにしたがって各部
を制御するものである。ＲＡＭ114は、伴奏信号のディ
ジタル周波数の最大値ＭＭ1と歌信号のディジタル周波
数の最大値ＭＭ2との差周波数を記憶する。

【００８２】図３２に、伴奏信号および歌信号のディジ
タル信号処理の基本フローチャートを、図３３，３４，
３５，３６，３７に、これの詳細なフローチャートを示
す。以下、図３２，３３，３４，３５，３６，３７によ
り伴奏信号および歌信号のディジタル周波数を信号処理
する動作を説明する。

【００８３】まず、図３２のフローチャートに示すよう
に、ステップＳ１において検出時間100msecでの伴奏信
号の周波数測定Ａと歌信号の周波数測定Ｂとを交互に行
ないＭ1，Ｍ2を検出し、所定単位時間である測定時間Ｔ
_m（例えば2sec間）での伴奏信号の最高ディジタル周波
数ＭＭ1および歌信号の最高ディジタル周波数ＭＭ2を検
出する。この状態を図３３，３４のフローチャートに示
す。以下、図３３のフローチャートに示す伴奏信号の周
波数測定Ａを中心に説明する。

【００８４】まず、ＣＰＵ60は、すべてのフラグ，メモ
リを初期化する（ステップＳ１₀）。次に、演奏信号入
力126のパルスが「1」か「0」かを判断する（ステップ
Ｓ１₁）。「1」であれば、ステップＳ１₃に進む。「0」
であれば、終了フラグが「1」か「0」かを判断する（ス
テップＳ１₁）。「0」であれば、ステップＳ１₁に戻
る。「1」であれば、ステップＳ３に進む（ステップＳ
１₂）。

【００８５】ここで、演奏信号入力126とは、所定時間
である1コーラス（例えば約60sec）の間だけ「1」また
は「0」が持続する信号をいい、終了フラグとは、1コー
ラスが終了したことを示すフラグをいう。

【００８６】この演奏信号は、図２４に示す制御信号発
生回路１０ｃにおいて、伴奏信号を、伴奏の開始から終
了までの間、整流器76，積分器78により整流・積分し、
電圧比較器80で波形整形することにより、1コーラス持
続する信号として作成される。また、測定時間Ｔ_mの2
secは、2secパルス発生器104の出力と上記のように作成
された演奏信号とをＡＮＤ106に入力させたものを出力
させることによって作成される。

【００８７】図３３のフローチャートに戻り、次に、ス
テップＳ１₃では、ＣＰＵ60は、伴奏信号入力120のパル
スが「1」か「0」かを判断する（ステップＳ１_3a）。伴
奏信号入力120のパルスが「1」であれば、ステップＳ１
_3bに進む。ステップＳ１_3bでは、タイマフラグ1が立っ
ているかどうかの確認をする。タイマフラグ1は、伴奏
信号入力120のパルス「0」が20msec続いたことを認識す
るフラグである。20msecタイマ1のタイマがスタートし
てから20msec経過するとタイマフラグ1を「1」にするの
で、タイマフラグ1が「1」であることは、伴奏信号のパ
ルスが20msec以上発生していないことを表わす。

【００８８】次に、測定フラグ1を「1」にするととも
に、100msecタイマ1をスタートさせる（ステップＳ
１_3c）。測定フラグ1は、伴奏信号入力120のパルス数の
カウントを許可するフラグである。その後、タイマフラ
グ1を「0」にして20msecタイマをスタートさせる（ステ
ップＳ１_3d）。なお、ステップＳ１_3bにおけるタイマフ
ラグ1が「0」の時には、立上がりの次の2回目以降の伴
奏信号入力120のパルスであるので、直接ステップＳ１
_3dに進む。

【００８９】次に、ＣＰＵ60は、入力フラグ1が立って
いるかどうかの確認をする（ステップＳ１_3e）。入力フ
ラグ1は、伴奏信号入力120の立上がりを認識するための
フラグである。入力フラグ1が「0」の時は、入力フラグ
1を「1」にする（ステップＳ１_3f）。なお、ステップＳ
１_3eで入力フラグ1が「1」の時は、伴奏信号入力120の
立上がりでないので、ステップＳ１_3f〜ステップＳ１_3h
を行なわないで歌信号の周波数測定Ｂを行なう。

【００９０】次に、入力フラグ1を「1」にした後、測定
フラグ1が立っているかどうかの確認をする（ステップ
Ｓ１_3g）。測定フラグ1が「1」の時には、100msecタイ
マをスタートさせて伴奏信号入力120のパルス数をカウ
ントする（ステップＳ１_3h）。その後、測定フラグ1が
「0」の時と同様に歌信号の周波数測定Ｂを行なう。

【００９１】このように、ＣＰＵ60は、100msecタイマ1
のタイマがスタートしてから100msec経過すると測定フ
ラグ1を「0」にするので、測定フラグ1が「1」の間のみ
伴奏信号のパルス数をカウントすることになる。

【００９２】次に、ステップＳ１_3aにおいて、測定フラ
グ1が「1」すなわち伴奏信号入力120のパルス数のカウ
ントを許可する時には、歌信号の周波数測定Ｂを行な
う。伴奏信号入力120が「0」の時には、ステップＳ１_3i
へ進む。ステップＳ１_3iでは、入力フラグ1を「0」にす
る。

【００９３】次に、測定フラグ1が立っているかどうか
の確認をする（ステップＳ１_3j）。測定フラグ1が「0」
すなわち、伴奏信号入力120のパルス数のカウントを許
可しない時には、測定信号入力124が「1」か「0」かを
判断する（ステップＳ１_3k）。測定信号入力124が「1」
である時、すなわち、測定信号が測定時間Ｔ_m（2sec）
持続している時、ステップＳ１_3hにおいてカウントし
たＭ1とすでにＲＡＭ114に記憶されている最大値ＭＭ1
とを比較する（ステップＳ１_3l）。

【００９４】次に、カウントされたＭ1とすでに記憶さ
れているＭＭ1とを比較してＭ1が大きければ最大値ＭＭ
1を入れ替えてＲＡＭ114に記憶させる（ステップＳ
１_3m）。これにより、伴奏信号入力120のパルスのカウ
ント数の最大値ＭＭ1を検出する。

【００９５】図３８に、この状態の例を示す。図３８Ａ
に示す伴奏信号は、図２５に示すＡＮＤ68で100msec間
のパルス数として検出され、ＯＲ74からパルス数26波，
29波，・・のようにシリアルに出力されたものである。
従って、図３８Ｂに示すように、最初の測定時間Ｔ
_m1（2sec）ではパルス数39波が伴奏信号の最大値ＭＭ
1、次の測定時間Ｔ_m2（2sec）ではパルス数29波が伴奏
信号の最大値ＭＭ1、・・というように検出される。

【００９６】次に、測定信号入力124が「0」である時に
は、測定フラグ2の歌信号入力122についても測定が終っ
たか否かを確認する（ステップＳ１_3n）。測定終了の
「0」であれば、ステップＳ２に進む。測定未終了の
「1」であれば、歌信号の周波数測定Ｂを行なう。

【００９７】一方、図３４のフローチャートに示すよう
に、ＣＰＵ60は、歌信号の周波数測定Ｂについても交互
に行なう（ステップＳ１₃′_a〜１₃′_n）。そして、歌信
号入力122のパルスのカウント数の最大値ＭＭ2を検出
し、同様に、測定時間Ｔ_m1，Ｔm₂，・・でのＭＭ2を検
出してＲＡＭ114に記憶させる。

【００９８】このように、伴奏信号の周波数測定Ａと歌
信号の周波数測定Ｂを交互に行ない、測定時間Ｔ_m1，Ｔ
_m2，・・というように2secごとに伴奏信号入力120のパ
ルスのカウント数の最大値ＭＭ1と歌信号入力122のパル
スのカウント数の最大値ＭＭ2を検出してＲＡＭ114に記
憶させる。

【００９９】次に、図３２に示すように、ステップＳ１
からステップＳ２に進む。ステップＳ２では、ＣＰＵ60
は、ステップＳ１において、測定時間Ｔ_m1，Ｔ_m2，・・
ごとにＲＡＭ114に記憶させたＭＭ1とＭＭ2により、測
定時間Ｔ_m1，Ｔ_m2，・・ごとに差周波数Ｒ＝ＭＭ2／Ｍ
Ｍ1を演算する。

【０１００】ここで、差周波数Ｒは、＃4〜ｂ4のいずれ
かに対応する。図２３および図２９に示すように、例え
ば、ＭＭ1が784Ｈｚ（パルス数156）で、ＭＭ2が988Ｈ
ｚ（パルス数197）であれば、Ｒは1.26で＃4に相当す
る。従って、1コーラスの間において差周波数＃4〜ｂ4
のいずれかが検出される。そして、この演算された差周
波数＃4〜ｂ4の出現回数を加算してＲＡＭ114に記憶さ
せる。この詳細を図３５のフローチャートに示す。以
下、このフローチャートの動作を説明する。

【０１０１】まず、すべての出力をクリアにする（ステ
ップＳ２₀）。次に、ＣＰＵ60は、Ｒ＝ＭＭ2／ＭＭ1を
演算する（ステップＳ２₁）。そして、商Ｒが1.5より大
か小かの判断をする（ステップＳ２₂）。Ｒ≧1.5であれ
ば、Ｒを1/2にして（ステップＳ２₃）、ステップＳ２₆
に進む。

【０１０２】また、Ｒ＜1.5であれば、Ｒが0.667より大
か否かの判断をする（ステップＳ２4）。Ｒ≦0.667であ
れば、Ｒを2倍にして（ステップＳ２₅）、ステップＳ２
₆に進む。このようにして、男性用の伴奏で女性の歌い
手または女性用の伴奏で男性の歌い手が歌う場合、伴奏
のキーを歌のキーに自動的に2倍または1/2にするように
している。

【０１０３】次に、ステップＳ２₆〜２₃₅では、得られ
たＲの値に応じてキー出力（＃4〜ｂ4）をし、＃4〜ｂ4
ごとに出現回数を加算する。例えば、1.23≦Ｒ＜1.30で
あれば、ステップＳ２₈に進み、＃4のキー出力をし（ス
テップＳ２₉）、それ以前に出現した回数に加算される
（ステップＳ２₁₀）。また、1.16≦Ｒ＜1.23であれば、
ステップＳ２₁₁に進み、＃3のキー出力をし（ステップ
Ｓ２₁₂）、それ以前に出現した回数に加算される（ステ
ップＳ２₁₃）。以下、同様に、＃4〜ｂ4ごとに出現回数
を加算する。

【０１０４】ただし、Ｒ≧1.30もしくはＲ＜0.77であれ
ば、キー修正不能としてエラー出力し、Ａに戻る（ステ
ップＳ２₆，ステップＳ２₃₅）。

【０１０５】このようにして、1コーラスの間で検出さ
れたこの各差周波数＃4〜ｂ4の回数を加算してＲＡＭ11
4に記憶させる。

【０１０６】次に、1コーラスが終了して、終了フラグ
が「1」であれば、図３２に示すように、ステップＳ３
に進む（ステップＳ１₂）。ステップＳ３では、ＲＡＭ1
14に記憶された差周波数＃4〜ｂ4の出現回数を比較し
て、頻度の高い差周波数＃4〜ｂ4を選択する。この詳細
を図３６のフローチャートに示す。以下、このフローチ
ャートの動作を説明する。

【０１０７】まず、すべての出力をクリアにする（ステ
ップＳ３₀）。次に、ＭＡＸ1をＭ＃0（ナチュラルの出
現回数）に、ＭＡＸ2を0にする（ステップＳ３₁）。Ｍ
ＡＸ2はＭＡＸ1に対応しており、例えば、ＭＡＸ1がＭ
＃0であればＭＡＸ2は0を、ＭＡＸ1がＭｂ1（ｂ1の出現
回数）であればＭＡＸ2は1を、ＭＡＸ1がＭ＃1（＃1の
出現回数）であればＭＡＸ2は2を表わす。

【０１０８】次に、ＭＡＸ1のＭ＃0（ナチュラルの出現
回数）とＭｂ1（ｂ1の出現回数）とを比較する（ステッ
プＳ３₂）。ＭＡＸ1のＭ＃0がＭｂ1より小さければ、Ｍ
ＡＸ1をＭｂ1に書き換える（ステップＳ３₃）。ＭＡＸ1
のＭ＃0がＭｂ1より大きければ、ステップＳ３₄に進
む。ステップＳ３₄では、ＭＡＸ1に書き込まれているＭ
＃0またはＭｂ1とＭ＃1（＃1の出現回数）とを比較す
る。ＭＡＸ1がＭ＃1より小さければ、ＭＡＸ1をＭ＃1に
書き換える（ステップＳ３₅）。ＭＡＸ1がＭ＃1より大
きければ、ステップＳ３₆に進む。以下、同様にして、
Ｍ＃4（ステップＳ３1₇）まで行ない、＃4〜ｂ4の中で
最も頻度の高い差周波数＃4〜ｂ4を選択する。

【０１０９】次に、図３２に示すように、ステップＳ４
に進む。ステップＳ４では、選択された差周波数＃4〜
ｂ4に応じてキー修正出力128をする。この詳細を図３７
のフローチャートに示す。以下、このフローチャートの
動作を説明する。

【０１１０】まず、ＭＡＸ1と回数3とを比較する（ステ
ップＳ４₀）。回数3より小さければナチュラル出力する
（ステップＳ４₁）。ここで、3回を基準に設けたのは、
正確性を期すためであり、2回以下であれば、キー修正
するまでもないと考えられるためである。回数3より大
きければステップＳ４₂に進んで、ＭＡＸ２が０、すな
わちＭＡＸ1がナチュラルであるか否かを判断する。Ｍ
ＡＸ2が0であれば、ステップＳ４₁に進んでナチュラル
出力する。ＭＡＸ2が0でなければ、ＭＡＸ2が1、すなわ
ちＭＡＸ1がｂ1であるか否かを判断する（ステップＳ４
₃）。ＭＡＸ2が1であれば、ステップＳ４₄に進んでｂ1
出力する。ＭＡＸ2が1でなければ、ＭＡＸ2が2、すなわ
ちＭＡＸ1が＃1であるか否かを判断する（ステップＳ４
₃）。以下、同様にして、ＭＡＸ2が7であるか否かまで
を判断してステップＳ２で選択された＃4〜ｂ4をキー修
正出力128させる。

【０１１１】次に、このキー修正出力128に基づいてキ
ーコントローラを動作させる。

【０１１２】このように、1コーラス内で3回以上で最も
頻度の高い差周波数を選択してキー修正出力しキーコン
トローラを動作させる。なお、ｂ1，＃1，ｂ2，＃2，・
・と判断するため、3回以上で同じ頻度の、差周波数が
あった場合には、ナチュラルに近いキーを出力させるよ
うにしている。

【０１１３】以上のように、この伴奏信号記録再生方法
は、正弦波の伴奏信号をデルタ変調の原理により符号化
し、この符号をＬＤのディジタル音楽信号のLSB1ビット
分に記録し、再生時には、記録された符号に基づいて伴
奏信号を復元する。または、複数ビット（3ビット）分
にＰＣＭ変調により記録し、再生時には、記録された符
号に基づいて伴奏信号を復元するとともに、ディジタル
音楽信号を補正して品位を高めて復元する。従って、Ｌ
Ｄから正弦波の伴奏信号を得ることができる。これによ
り、カラオケ装置用自動キーコントローラ装置に正確な
伴奏信号を入力させることができる。

【０１１４】このカラオケ装置用自動キーコントローラ
装置は、伴奏信号記録再生方法により得られた伴奏信号
の最高周波数と歌信号の最高周波数との差周波数を測定
時間ごとに演算し、演奏時間内で最も頻度の高い差周波
数を選択してキー修正出力する。従って、歌のキーと伴
奏のキーのずれを検出し、このキーのずれに基づいて伴
奏のキーを修正する。これにより、歌のキーが伴奏のキ
ーとずれていても正確に歌のキーに伴奏のキーを自動的
に合せることができるので、そのまま自分のキーに合っ
た伴奏で歌うことができる。

【０１１５】また、女性と男性における伴奏や音声のオ
クターブの相違があっても、歌のキーと伴奏のキーのず
れを検出することができる。これにより、女性，男性に
かかわらず、歌のキーに伴奏のキーを自動的に合せるこ
とができるので、そのまま自分のキーに合った伴奏で歌
うことができる。

【０１１６】なお、伴奏のキーと自分の歌のキーとのず
れを、歌の部分ごとにＣＲＴ116に表示できるので、自
分の歌のどの部分がずれているかを画面で確認すること
もできる。

【０１１７】また、この実施例では、演奏信号が持続す
る時間を1コーラス(約60sec)にしているが、10数secに
してもよい。

【０１１８】

【発明の効果】請求項１の伴奏信号記録再生方法は、伴
奏の音符の周波数を有する伴奏信号を所定時間ごとにサ
ンプリングし、前サンプリング値と現サンプリング値と
を比較して現サンプリング値の方が大きければ１、小さ
ければ0となる比較ディジタル信号を生成する。そし
て、この比較ディジタル信号を記録媒体(ＬＤ)のディジ
タル音楽信号の最下位(LSB)1ビット分に記録する。再生
時には、前記比較ディジタル信号に基づいて伴奏信号を
復元する。従って、正弦波の伴奏信号を符号化して記録
媒体の最下位1ビット分に記録し、記録した記録媒体か
ら正弦波の伴奏信号を得ることができる。これにより、
カラオケ装置用自動キーコントローラ装置に正確な伴奏
信号を入力させることができる。

【０１１９】請求項２の伴奏信号記録再生方法は、伴奏
の音符の周波数を有する伴奏信号を所定時間ごとにサン
プリングし、その振幅を表わす複数ビット（3ビット）
の伴奏振幅ディジタル信号に変換する。そして、記録時
に、所定時間ごとにサンプリングしてディジタル音楽信
号の最下位ビットから前記複数ビットまでに前記伴奏振
幅ディジタル信号を記録する。再生時には、前記伴奏振
幅ディジタル信号に基づいて伴奏信号を復元するととも
に、ディジタル音楽信号を復元する際には、各サンプリ
ング時におけるディジタル音楽信号の最下位ビットから
前記複数ビットまで、所定数ずつ変化する２進数符号を
付加する。

【０１２０】従って、正弦波の伴奏信号を符号化して記
録媒体の下位複数ビットに記録し、記録した記録媒体か
ら伴奏信号を得ることができる。また、ディジタル音楽
信号を復元の際、疑似的に補正してその品位を高めるこ
とができる。これにより、カラオケ装置用自動キーコン
トローラ装置に正確な伴奏信号を入力させることができ
る。

【０１２１】請求項３のカラオケ装置用自動キーコント
ローラ装置は、伴奏周波数取出手段が、請求項１の伴奏
信号記録再生方法により得られた伴奏信号の各音符の周
波数を表わすディジタル周波数信号を得る。歌周波数取
出手段は、歌信号の各音符の周波数を表わすディジタル
周波数信号を得る。伴奏最高周波数検出手段は、伴奏周
波数取出手段から得た伴奏信号のディジタル周波数信号
のうち、所定単位時間ごとに最高周波数を得る。歌最高
周波数検出手段は、歌周波数取出手段から得た歌信号の
ディジタル周波数信号のうち、所定単位時間ごとに最高
周波数を得る。演算手段は、伴奏最高周波数検出手段か
ら得た伴奏信号の最高周波数と歌最高周波数検出手段か
ら得た歌信号の最高周波数との差周波数を所定単位時間
ごとに演算する。選択手段は、演算手段により得られた
差周波数のうち、所定時間内で最も頻度の高い差周波数
を選択する。キー修正手段は、選択手段により選択され
た差周波数に対応するキーのずれに基づいて、伴奏のキ
ーを修正する。

【０１２２】従って、所定単位時間ごとに歌信号の最高
周波数と伴奏信号の最高周波数との差周波数を演算し、
所定時間で最も頻度の高い差周波数を選択することによ
り、歌のキーと伴奏のキーのずれを検出し、このキーの
ずれに基づいて伴奏のキーを修正する。これにより、歌
のキーが伴奏のキーとずれていても正確に歌のキーに伴
奏のキーを自動的に合せることができるので、そのまま
自分のキーに合った伴奏で歌うことができる。

【０１２３】請求項４のカラオケ装置用自動キーコント
ローラ装置は、さらに、演算手段が、伴奏信号の最高周
波数に歌信号の最高周波数の除算を行ない、その商が２
以上または１／２以下であれば、伴奏信号の最高周波数
に１／２または２の乗算を行なったものと歌信号の最高
周波数との差を演算する。従って、女性と男性における
伴奏や音声のオクターブの相違があっても、歌のキーと
伴奏のキーのずれを検出することができる。これによ
り、女性，男性にかかわらず、歌のキーに伴奏のキーを
自動的に合せることができるので、そのまま自分のキー
に合った伴奏で歌うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による1ビットの伴奏信号
記録回路を示す図である。

【図２】この発明の一実施例による1ビット伴奏信号再
生回路を示す図である。

【図３】ＰＣＭ変調を示す図である。

【図４】16ビットパラレルのディジタル音楽信号を示す
図である。

【図５】デルタ変調の原理を示す図である。

【図６】デルタ変調の原理の回路を示す図である。

【図７】差分ＰＣＭ(ＤＰＣＭ)の回路を示す図である。

【図８】一歌曲の譜面を示す図である。

【図９】譜面の音符の各周波数を示す図である。

【図１０】伴奏信号の符号化の例を示す図である。

【図１１】伴奏信号の振幅を圧縮する状態を示す図であ
る。

【図１２】この発明の一実施例による3ビット伴奏信号
記録回路を示す図である。

【図１３】この発明の一実施例による3ビット伴奏信号
再生回路を示す図である。

【図１４】ディジタル音楽信号の復元信号を示す図であ
る。

【図１５】サンプリング周波数の信号処理条件を示す図
である。

【図１６】上記の3ビット伴奏信号再生回路の3ビット信
号補正装置のブロック図を示す。

【図１７】信号波形検出回路のブロック図を示す。

【図１８】ディジタル音楽信号の波形を示す図である。

【図１９】周波数高低判断回路のブロック図およびその
動作のタイムチャート図を示す。

【図２０】上記の3ビット伴奏信号再生回路のデータ例
を示す。

【図２１】ディジタル音楽信号の周波数の高低を示す図
である。

【図２２】この発明の一実施例によるカラオケ装置用自
動キーコントローラ装置の基本構成を示す図である。

【図２３】歌曲における音程の範囲を示す図である。

【図２４】この発明の一実施例による伴奏信号および歌
信号のディジタル変換回路を示す図である。

【図２５】この発明の一実施例による伴奏信号および歌
信号のディジタル周波数発生回路を示す図である。

【図２６】１６ビットパラレルの両極性コードを示す図
である。

【図２７】伴奏信号の周波数順列を示す図である。

【図２８】信号のゼロクロスの状態を示す図である。

【図２９】各周波数に対応するパルス数を示す図であ
る。

【図３０】歌信号の周波数順列を示す図である。

【図３１】ＣＰＵ６０のハードウエア構成を示す図であ
る。

【図３２】伴奏信号と歌信号のディジタル信号処理の基
本的なフローチャートを示す図である。

【図３３】伴奏信号の周波数測定のフローチャートを示
す図である。

【図３４】歌信号の周波数測定のフローチャートを示す
図である。

【図３５】差周波数を演算し、その出現回数をカウント
するフローチャートを示す図である。

【図３６】最も頻度の高い差周波数を選択するフローチ
ャートを示す図である。

【図３７】選択された差周波数に応じてキー修正出力す
るフローチャートを示す図である。

【図３８】２sec間で伴奏信号の最大値を検出する状態
を示す図である。

【符号の説明】

211・・・16ビットＡ／Ｄ変換器 212・・・1ビットＡ／Ｄ変換器 213・・・シリアル変換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤美義大阪市北区芝田２丁目７−18 東芝イーエムアイ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】伴奏の音符の周波数を有する伴奏信号を所
定時間ごとにサンプリングし、前サンプリング値と現サ
ンプリング値とを比較して現サンプリング値の方が大き
ければ１、小さければ0となる比較ディジタル信号を生
成し、この比較ディジタル信号を記録媒体のディジタル
音楽信号の最下位1ビット分に記録するとともに、再生時には、前記比較ディジタル信号に基づいて伴奏信
号を復元すること、を特徴とする伴奏信号記録再生方法。
【請求項２】伴奏の音符の周波数を有する伴奏信号を所
定時間ごとにサンプリングし、その振幅を表わす複数ビ
ットの伴奏振幅ディジタル信号に変換し、記録時に、所
定時間ごとにサンプリングしてディジタル音楽信号の最
下位ビットから前記複数ビットまでに前記伴奏振幅ディ
ジタル信号を記録するとともに、再生時には、前記伴奏振幅ディジタル信号に基づいて伴
奏信号を復元するとともに、ディジタル音楽信号を復元
する際には、各サンプリング時におけるディジタル音楽
信号の最下位ビットから前記複数ビットまで、所定数ず
つ変化する２進数符号を付加すること、を特徴とする伴奏信号記録再生方法。
【請求項３】請求項１または２の伴奏信号記録再生方法
により再生された伴奏信号の各音符の周波数を表わすデ
ィジタル周波数信号を得る伴奏周波数取出手段、歌信号の各音符の周波数を表わすディジタル周波数信号
を得る歌周波数取出手段、伴奏周波数取出手段から得た伴奏信号のディジタル周波
数信号のうち、所定単位時間ごとに最高周波数を得る伴
奏最高周波数検出手段、歌周波数取出手段から得た歌信号のディジタル周波数信
号のうち、所定単位時間ごとに最高周波数を得る歌最高
周波数検出手段、伴奏最高周波数検出手段から得た伴奏信号の最高周波数
と歌最高周波数検出手段から得た歌信号の最高周波数と
の差周波数を所定単位時間ごとに演算する演算手段、演算手段により得られた差周波数のうち、所定時間内で
最も頻度の高い差周波数を選択する選択手段、選択手段により選択された差周波数に対応するキーのず
れに基づいて、伴奏のキーを修正するキー修正手段、を備えたことを特徴とするカラオケ装置用自動キーコン
トローラ装置。
【請求項４】請求項３のカラオケ装置用自動キーコント
ローラ装置において、演算手段は、伴奏信号の最高周波数に歌信号の最高周波
数の除算を行ない、その商が２以上または１／２以下で
あれば、伴奏信号の最高周波数に１／２または２の乗算
を行なったものと歌信号の最高周波数との差を演算する
こと、を特徴とするカラオケ装置用自動キーコントローラ装
置。