JPH0658590B2 - 採点装置 - 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
生装置を用いて、ユーザーの唄う音声を基準となる磁気
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。

従来の技術 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音楽信号を再生拡声し、これに
合せてユーザーが歌を唄うと上記演奏音楽信号と混合し
て拡声する、俗に言う「カラオケ装置」と呼ばれている
ものがあり、広く一般家庭用あるいは業務用として普及
している。

上記「カラオケ装置」を用いて歌を唄うことにより、ユ
ーザーは喜びや満足感を得ることができるが、近年、自
らの歌唱力を向上させたいと思う人々が増加しており、
歌唱力向上のために歌の先生の指導を受ける人もいる
が、誰もが可能なことではなく、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」とよばれる磁
気テープ等の音声多重式の記録媒体なるものが急速に普
及してきている。この音声多重式の記録媒体とは一例と
して、磁気テープの場合第７図に示すように磁気テープ
１における第１のトラック１０１に歌手などのボーカル
信号が、第２のトラック１０２に楽器等の演奏音楽信号
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８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音楽信号を、磁気ヘッド２０１と
増幅器２０２よりなる第１の磁気テープ再生手段２と、
磁気ヘッド３０１と増幅器３０２よりなる第２のテープ
再生手段３とにより再生し、この２つの出力をマイク４
０１と増幅器４０２よりなるマイク入力手段の出力とと
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、自分で実際に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っている。
ボーカル信号の唄い方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がユー
ザー自身には分らないという欠点があり、又、間違った
唄い方をしていてもユーザー自身はそれに気づかないま
まであったりして、個人での練習をする際には自ずと限
界が生じ、興味がなくなって練習意欲もなくしてしまう
ことも多いという欠点があり、そのために、ユーザーの
歌唱力を客観的に評価するために採点装置なるものが開
発されている。

ところが最近になって、男性が女性歌手の曲を，また女
性が男性歌手の曲を楽に唄えるようにするためにキー変
換装置が発売されている。このキー変換装置は曲のテン
ポを変えずに、即ち時間軸を変えずに音程を変化させる
ことができる。そのため、原曲のキーを変え演奏を聴き
ながらユーザーが唄った場合に、キーを変えられた演奏
の音程と、マイクから入力されるユーザーの音声信号の
音程とは合っているけれども、磁気テープ上のボーカル
信号の音程とは合致しなくなり採点装置による評価では
音程が合っていないという結果になってしまう。

この不具合を防ぐためには、キー変換装置を演奏信号側
の系統に設けると共に、採点装置に入力される磁気テー
プ上のボーカル信号の系統にも設ける必要がある。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら従来の構成では、演奏信号側とテープボー
カル信号の２系統にキー変換装置を設けるため、コスト
アップになると共に、採点装置に入力されるテープボー
カル信号がキー変換装置によって信号処理されているた
め、本来の信号波形と異なってしまい、正確な採点評価
ができないという問題点を有していた。

本発明は上記従来の問題点を解消するもので、音声多重
式の記録媒体等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
算出して、ユーザーの歌唱力に対する一つの客観的手段
となし、更に、キー変換装置と組み合わせてもコストア
ップにならずに正確に歌唱力を評価する採点装置を提供
するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明の採点装置は、 入力される第１の音声信号をパルス信号に変換する第１
の波形変換手段と、 前記第１の波形変換手段の出力パルス信号をもとに前記
第１の音声信号の音程を検出する第１の音程検出手段
と、 入力される第２の音声信号をパルス信号に変換する第２
の波形変換手段と、 前記第２の波形変換手段の出力パルス信号をもとに前記
第２の音声信号の音程を検出する第２の音程検出手段
と、 第３の入力信号である伴奏信号のキーを時間軸を変える
ことなく可変するキー変換手段の変換キーを設定するた
めのキー切換手段と、 前記第１の音程検出手段の音程出力と前記第２の音程検
出手段の音程出力とを前記キー切換手段の信号に対応し
て演算して比較する比較手段と、 前記比較手段の比較結果で相互の音程が特定の許容範囲
内で合致している回数Ｎ_OKまたは合致していない回数と
総比較回数Ｎ_Ｔとを計数記憶する計数記憶手段と、 最終、比較・計数が完了した時点で、前記音程の合致し
ている回数Ｎ_OKと前記総比較回数Ｎ_Ｔとにより、前記第
１の音声信号と前記第２の音声信号がどの程度合致して
いるかを得点として算出する得点計算手段とを備えた構
成となっている。

作 用 本発明は上記の構成によって、ユーザーはキー切換手段
によりキー変換手段を操作して第３の信号である伴奏信
号を適切なキーに変換し、これを聴きながら唄い、第１
の音声信号としてユーザーの唄う音声信号を用い、これ
を音程検出し、第２の音声信号として採点の基準とな
る、記録媒体（テープ等）に記録されているボーカル信
号の再生信号を用い、これを音程検出し、この両音程の
比較処理の時にキー情報に基づく計数を用いて演算処理
するため、第２の音程信号のためのキー変換手段を不用
とし、キー変換手段を介することによる波形誤差を防
ぎ、簡単な構成で精度高く採点評価ができる。

実施例 以下本発明の一実施例の採点装置について、図面を参照
しながら説明する。

第１図は本発明の実施例の具体的な構成を示すブロック
図である。４はユーザーの唄う音声を電気信号に変換し
増幅を行なうマイク入力手段で、４０１はマイク、４０
２は増幅器である。２は音声多重式の記録媒体に記録さ
れているボーカル信号の再生を行なう第１の磁気テープ
再生手段で、２０１は磁気ヘッド、２０２は増幅器であ
る。７は第１の波形変換手段で、ユーザーが唄った音声
の信号をパルス信号に変換するものである。８は第２の
波形変換手段で、記録媒体のボーカル信号をパルス信号
に変換するものである。３は音声多重式の記録媒体に記
録されている伴奏信号の再生を行なう第２の磁気テープ
再生手段で、３０１は磁気ヘッド、３０２は増幅器であ
る。９は第１の音声周波数検出手段で、ユーザーが唄う
音声の基本周波数を検出するものである。１０は第２の
音声周波数検出手段で、ボーカル信号の基本周波数を検
出するものである。１４はキー切換手段で、ユーザーが
最も唄い易いキーに演奏信号を合わせるための切換手段
であり、１５は実際に演奏信号のキーを変換するキー変
換手段である。１１は比較手段で、１４のキー変換手段
のキー情報をもとにユーザーの音程と磁気テープ上のボ
ーカル信号の音程とを比較し、その比較結果が特定の許
容範囲に入っているか否かを判別出力するものである。
１２は計数記憶手段であり、前記比較手段１１の比較結
果で音程の総比較回数と音程の合致回数を計数記憶する
計数記憶手段である。

１３は得点計算手段で、前記計数記憶手段の記憶記憶結
果に基づいてユーザーが唄う音声信号と磁気テープ上の
ボーカル信号とどの程度合致しているかを得点として算
出するものである。

第２図は本実施例の具体的な構成を示すブロック図で、
前記ユーザーの唄う音声の音程検出と、磁気テープ上の
ボーカル信号の音程検出と、キー切換手段の信号に応じ
たそれぞれの音程の比較と、比較結果の計数記憶と、演
算と、得点の計算の機能をマイクロコンピュータ１６で
実現したものである。

第３図は前記第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
換手段は同一回路が使われる場合が覆いため、第１の波
形変換手段７の回路を代表的に第４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、７０３，７０６，７０９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７０２，７０４，７０５とコ
ンデンサ７０３，７０６とは低域通過形のアクティブフ
ィルタを構成しており、入力端子７０１に入力される第
４図(a)に示されるような音声電気信号の高域成分を取
り去り、同時にＯＰアンプ７０７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７０９とで構成された時定数回路により前
記アクティ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４図(b)に示されるような音声電気信号は抵抗
器７１０，７１１とトランジスタ７１２とで第４図(c)
に示されるようなパルス波形に変換されることとなる。
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、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になる。

第６図は前記キー変換手段１４によって設定されるキー
の値とキー変換手段１４からマイクロコンピュータ１６
に送られる信号の値と、これらの値に応じてマイクロコ
ンピュータ１６の内部で設定される定数（Ｋ）の値を示
したものである。

通常のキー変換装置では、大体半音毎にキーを変換する
ように構成されている。その結果演奏信号は約６％づつ
変換されるのでマイクロコンピュータ１６の内部では、
定数(K)で示した値を各々のキーに応じて選択すること
になる。

以下、第５図のマイクロコンピュータの処理動作の要部
を示すフローチャートにもとづいて本実施例の動作を説
明する。

まず、装置の電源は投入されており、マイクロコンピュ
ータ１６の内部にある記憶素子等も初期化されているも
のとする。ユーザーがキー切換手段１４で設定したキー
に応じて信号がマイクロコンピュータ１６に送られ、ス
テップ１８で入力され、ステップ１９で表１に示すよう
に各々のキーに対応して定数(K)を選択する。

次に、ユーザーの唄う音声信号はマイク入力手段４によ
り電気音声信号となり、増幅され、第１の波形変換手段
７によりパルス信号に変換され、マイクロコンピュータ
１６にステップ２０で入力され、ステップ２１で入力パ
ルスを音程（周波数）(u)に変換する。すなわち第４
図(c)に示されるパルス信号のｔ_１からｔ_３の時間幅
（周期）をマイクロコンピュータ自身のもっているクロ
ック信号により計数し、その値の逆数を求めれば音程
（周波数）(u)への変換が実現できる。このようにし
て第４図(c)におけるｔ_１からｔ_３，ｔ_３からｔ_５，ｔ
_５からｔ_７……という順で変換が行なわれる。

次に音声多重式の記録媒体である磁気テープ１に記録さ
れているボーカル信号は、第１の磁気テープ再生手段２
により再生され、第２の波形変換手段８でパルス信号に
変換されマイクロコンピュータ１５にステップ２２で入
力され、ステップ23で入力パルスを音程（周波数）
(v)に変換する。

次にステップ２４では、ステップ１９で選択された定数
(K)とボーカル信号の音程（周波数）(v)を掛け合わ
せ、′(v)を求める。これはプログラム上でキー変換
を行なっていることになる。

次にステップ２５で、ユーザーの音声信号の音程（周波
数）(u)と磁気テープ上のボーカル信号のキー変換さ
れた音程（周波数）が等しいか否かを判断し、等しい場
合にはステップ２６へと進み、音程の合致した回数Ｎ_ok
のカウンタをカウントアップする。ステップ２５でＮＯ
と判断された場合にはステップ２７へと進む。ステップ
２７では、ユーザーの音声信号の音程（周波数）と、磁
気テープ上のボーカル信号の音程（周波数）を比較した
回数Ｎ_Ｔのカウンタをカウントアップする。

上記のように、ステップ２４〜２７では、ユーザーの音
声信号の音程（周波数）(u)と磁気テープ上のボーカ
ル信号の音程ｆ（ｖ）に係数（ｋ）を掛けてキー変換さ
れた音程（周波数）ｆ′（ｖ）との比較を行ない、合致
しているか否かを比較処理，計数処理しており、第１図
における比較手段１１と計数記憶手段１２を実現してい
る。

次に、ステップ２８では採点を開始する時点であるか否
かを判断する。

採点を開始する判断のもととなるものとしては、採点開
始の指定をする押しボタンスイッチ情報を用いてもよい
し、磁気テープ１に記録されている演奏音楽信号の有無
を検出して、演奏音楽信号がなくなった時点で採点開始
としてもよい。

採点開始の時点になっていなければステップ28からステ
ップ２０へと進み、ユーザーの音声信号のパルスの取り
込みと、磁気テープ上のボーカル信号のパルスの取り込
み及び処理が行なわれる。

そして、採点開始の時点になればステップ２８からステ
ップ２９へと進み、ここでは得点の計算が行なわれる。
ステップ３０は第１図の得点計算手段１３の機能を持
ち、その得点の算出はユーザーの音声信号の音程と、磁
気テープ１のボーカル信号より作られたパルスの音程に
係数（ｋ）を掛けたものとを比較して合致した回数Ｎ_ok
と総比較回数Ｎ_Ｔをもとに行なわれ、最大１００点満点
となるように計算する。その得点の計算式の１例として
は、得点Ｐを Ｐ＝（Ｎ_ok／Ｎ_Ｔ）×100 というように定義し、計算をさせれば良い。

上記の計算式による得点は、Ｎ_ok＝Ｎ_Ｔとなった時に満
点である１００点となり、これは、ユーザーの音声信号
の音程（周波数）(u)と磁気テープ上のボーカル信号
の音程（周波数）ｆ（ｖ）に係数（ｋ）を掛けた値ｆ′
（ｖ）とが、比較する度に、合致している場合であり、
また、逆にＮ_okの値がゼロであれば得点Ｐは０点とな
り、１回も合致しなかったことになる。この計算のの
ち、得られた得点をステップ３０により得点表示手段１
７で表示させることとなる。

このようにして、磁気テープ上のボーカル信号をキー変
換しない状態で音程（周波数）検出を行なっても正確に
Ｎ_okの値が算出されて、正確な得点が得られることにな
る。

以上のように本実施例によれば、ユーザーの唄う音声信
号と、磁気テープ等に記録されているボーカル信号を入
力し、プログラム上でボーカル信号のキー変換を行な
い、各々を比較するため、安価なコストで、正確にユー
ザーの歌唱力を評価する客観的手段を提供することがで
きる。

なお、本実施例では採点の対象としてユーザーの唄う音
声信号を、採点の基準となるものとして音声多重式の記
録媒体である磁気テープのボーカル信号を取り上げた
が、これらは楽器演奏信号や単なる正弦波信号や人の話
し声などのような音声信号を用いてもよい。

又、本実施例では音声信号をパルス信号に変換するため
に低域通過形アクティブフィルタとトランジスタを用い
た波形変換手段を取り上げたが、これは音声信号波形を
アナログ−ディジタル変換器で直接ディジタル値のパル
ス信号に変換する回路を用いてもよい。

又、本実施例では音階変化検出手段，計数記憶手段等を
マイクロコンピュータにより実現したがこれらを従来の
汎用ロジック回路等で実現して用いてもよいのはもちろ
んのことである。

又、本実施例ではユーザーの音声信号の処理とボーカル
信号の処理とでそれぞれ個別に波形変換手段，音階変化
検出手段を設けたが、これらを１系統のみとし、時分割
でユーザーの音声信号の処理とボーカル信号の処理を行
なわせてもよい。

又、本実施例では、波形変換手段の出力であるパルス信
号の音程（周波数）を求めて比較するようにしている
が、パルス信号の１周期、或るいは1/2周期を求めて比
較しても良い。又、第４図(c)においてｔ_１からｔ_３の
音程（周波数）の次はｔ_５からｔ_７の音程（周波数）と
いうように１つづつ、飛び飛びに音程（周波数）を検出
しても良いし、波形変換手段の出力であるパルス信号の
１周期に比べて十分長い間に全パルスについて、又は１
部分のパルスについて音程（周波数）を調べ、その期間
内の平均音程（周波数）を求めて比較するようにしても
良い。

又、本実施例ではユーザーの音声信号の音程（周波数）
(u)と磁気テープ上のボーカル信号のプログラム上で
キー変換された音程（周波数）の合致を等号を用いて比
較しているけれども、テープスピード偏差や、音程（周
波数）のズレの許容範囲を考慮して、例えば±５％の範
囲に入っていれば合致していると判断しても良いし、段
階的に評価（例えば、±５％以内であれば完全に合って
おり、±７％以内であれば1/2合っていると判断する）
しても良いことは言うまでもない。

発明の効果 本発明は、２つの音声信号をパルス信号に変換する２つ
の波形変換手段と、その出力をもとに音程（周波数）を
検出する２つの音程検出手段と、演奏信号のキー（音
程）を設定するためのキー切換手段と、このキー切換手
段の信号に対応させて前記２つの出力を比較し、その比
較結果で相互の音程が特定の許容範囲内で合致している
回数Ｎ_okと総比較回数Ｎ_Ｔとを計数記憶する計数記憶手
段と、得点計算手段とにより２系統の情報を比較演算
し、演奏信号がキー変換されていても、キー設定情報だ
けで２つの音声信号の合致度を高い精度で比較できると
共に安価に構成することができる。そしてこのことは音
声多重式の記録媒体を用いて歌の練習をする人々に音声
多重式の記録媒体に記録されているボーカル信号を歌の
先生として、その歌の先生の歌唱力に対し、自分はどの
程度の歌唱力があるかという客観的判断手段を提供で
き、練習効果は大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部ブロック図、第２図は
本実施例の具体的構成を示すブロック図、第３図は本実
施例の第１の波形変換手段の具体的構成を示す回路図、
第４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５図は本実施例のマイクロコンピュータの
処理動作の要部を示すフローチャート、第６図は設定さ
れるキーの値と、定数(K)の値との関係を示した図、第
７図は音声多重式記録媒体の１つである磁気テープ上の
音声多重トラックの説明図、第８図は音声多重式記録媒
体の１つである磁気テープを用いた俗にいう音声多重式
の「カラオケ装置」のブロック図である。 ７……第１の波形変換手段、８……第２の波形変換手
段、９……第１の音程検出手段、１０……第２の音程検
出手段、１１……比較手段、１２……計数記憶手段、１
３……得点計算手段、１４……キー切換手段、１５……
キー変換手段、１６……マイクロコンピュータ、１７…
…得点表示手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力される第１の音声信号をパルス信号に
   変換する第１の波形変換手段と、 前記第１の波形変換手段の出力パルス信号をもとに前記
   第１の音声信号の音程を検出する第１の音程検出手段
   と、 入力される第２の音声信号をパルス信号に変換する第２
   の波形変換手段と、 前記第２の波形変換手段の出力パルス信号をもとに前記
   第２の音声信号の音程を検出する第２の音程検出手段
   と、 第３の入力信号である伴奏信号のキーを時間軸を変える
   ことなく可変するキー変換手段の変換キーを設定するた
   めのキー切換手段と、 前記第１の音程検出手段の音程出力と前記第２の音程検
   出手段の音程出力とを前記キー切換手段の信号に対応し
   て演算して比較する比較手段と、 前記比較手段の比較結果で相互の音程が特定の許容範囲
   内で合致している回数Ｎ_OKまたは合致していない回数と
   総比較回数Ｎ_Ｔとを計数記憶する計数記憶手段と、 最終、比較・計数が完了した時点で、前記音程の合致し
   ている回数Ｎ_OKと前記総比較回数Ｎ_Ｔとにより、前記第
   １の音声信号と前記第２の音声信号がどの程度合致して
   いるかを得点として算出する得点計算手段 とを備えたことを特徴とする採点装置。