JPS58109821A - ピツチ測定装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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だめの
ピッチ（基本周波数）分析に関する。

音楽のピッチ情報を分析し表示することによって音楽演
奏家にとって非常に有益なフィード・ぐツクを提供する
ことができる。この発明をよく理解するには音楽におけ
るピッチとは何ん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ッ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ノ・−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
も加えることによシ時間軸上で複雑な波形を作ることが
できる。これらのノ・−モニクスが存在してもその音の
ピッチを波形の基本周波数として認識するととができる
。実際、楽音の基本周波が弱かったシ、又は抜けていて
も人間のピッチ検出機構は存在するノ・−モニクスから
その基本ピッチを推定することができる。周波数軸上（
フリークエンシトメイン）にもとすいた簡単なピッチ測
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った
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
クス成分よシもずっと小さいと、表示された周波数は感
知されたピッチとは一致しないことになる。

感知されるピッチを得るよシ良い方法は波形が周期性を
保っている時間間隔を測定することである。この方法は
人間のピッチ検出機構によシ近いモデルである。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
な整数倍にはなっておらず、従っ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。従って
数サイクルの間隔に渡っ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
に渡って波形が変化することになる。

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
度台まれている。

前述のピッ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
点を知多、波形の周期を時間軸上で測定することを試み
ている。メリットの米国特許第４０２８９８５号やスレ
ビアン及びウェルトンの米国特許第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
ことに基すいている。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。

従って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シ
、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って
いるので、振幅のわずかな変化によシ時間測定に誤差が
生じる。

更に波形の振幅を使った方法は多くの場合自動利得制御
（ＡＧＣ）回路を必要とし、それによって入力信号レベ
ルの変化に適応している。波形の歪を避けるだめＡＧＣ
回路は速いアタック時間（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
耳によってのみ判断されるので通常のオーディオ応用に
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ってよシ速い振幅変動に追
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ッチ範囲を限定するか、入力される
ピッチに応じて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。

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
よっ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っ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。ある種のフィルタ手段を使って倍音を除去し
、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
な自動フィ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。

この発明は充分な精度と速さで楽音のピッチを測定し、
そのピッチとピッ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
手がそのピッチを識別し、ピッチ情報としてただちにフ
ィードバッ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。

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ィ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
表わすディジタル参照信号を発生する。ディジタル計算
回路はゼロ交叉時間データを使って分析を行い入力信号
の基本ピッチを決定する。実際にはこれはディジタル参
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ィジタル参照信号との相関を
とることによシ実行される。

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。更にディジタル計算回路はピッチ情報を適当な表示
駆動信号に変換し、必要ならバッファを介して表示装置
に与える。

この発明の装置はオーディオ周波数信号のピッチを測定
し、そのピッ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。ピッ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シ、操作に手間どったシする
ことはない。

ピッチの測定範囲は少なくとも７オクタ一ブ以上あシ、
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、与えられたピッ
チ誤差は音のピッチに比例したビート周波数を生じさせ
る。ピッ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。

このピッチの表示は読取シが簡単であシ演奏家にとって
直感的な自然さを持っている。表示はピッチ変化にすば
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ッチ（ｐｅｒｃｅ
ｉｖｅｄ　ｐｉｔｃｈ　：以下推測ピッチと呼ぶ）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。従っ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ッチを正確に測定することがで
きる。音は倍音をいくらでも含んでいてよい。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っていてもよく、ランダ
ムにあるいは周期的ニ急速変化してもピッチ測定の精度
に影響を与えない。

第１図はピッチ分析装置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ャビ
ネット２内の電気回路を含み、楽音のピッチ情報を分析
し表示する。楽音は内蔵されたマイクロホン４によって
検知され電気信号に変換される。あるいは内蔵マイクロ
ポン４の代シに外部マイクロホン又は電子装置を入力ジ
ャック５に接続してもよい。表示部は第１　ＬＥＤ表示
器列６、第２　ＬＥＤ表示表示器及７第３　ＬＥＤ表示
器列８を有している。選択スイッチ９（第７図参照）を
操作することにょレピッチをディジタル的に平均するよ
うにしてもよい。

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は絵によって横方向にピアノ
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−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。ＬＥ
Ｄ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。

第２図は分析装置１の電気回路の主要ブロックを示す。

マイクロホン、ピックアップ装置、又は他の信号源から
の入力信号はノリアンプ１０、比較器１１を介して／（
’ルス回路１２に与えられ、ノクルス回路１２は入力信
号がゼロレベルと交叉する毎に・ぐルスを発生する。時
間測定器１３はパルス回路１２からの）ｅルスによって
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。実際のピッチ決定は
メモリ１４に記憶された時間値を分析するマイクロゾロ
セサ１５によって行われる。マイクロゾロセサ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
によって行う。分析結果はピッチの値を表わす数として
出力ラッチ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
ピッチデータを操作者が理解できる情報に変換する。

第１のブロッ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ッチを有する信号
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
する発生器であってよい。ノリアンプ１０は信号を増幅
し、対象とするピッチ範囲の外の周波数を除去する。

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７
’３１で増幅され、高域通過フィルタ３２と低域通過フ
ィルタ３３に与えられ、それらのうちの１つがマイクロ
ゾロセサ１５の制御のもとにスイッチ３４によって選択
される。どちらのフィルタが選択されるかは、どちらの
フィルタが最良のピッチデータを与えるかで決められる
。低域通過フィルタ３３は成分的に多い低音から高周波
を除去するのに使われる。高域通過フィルタ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。

バッファ３５は信号を更に増幅しノリアンプ１゜の出力
として出力する。

プリアンプ１０の出力は比較器１１に与えられ、入力信
号がゼロレベルよシ高ければ高レベル、低ければ低レベ
ルをとるディジタル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遷移）を得るため非常に小
さいヒステリシスを有している。

比較器１１の出力は・ぐルス回路１２に与えられ、・ぐ
ルス回路１２は各ゼロ交叉点で・ぐルスを発生する。こ
のパルスの特性はゼロ交叉時間を測定するだめの時間測
定器１３をどのように構成するかによって決められる。

ハードウェ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
ちソフトウェアとして構成された場合）のノＪ？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
は排他論理グー）　（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シ
ト入力に与えられる。インタラブド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ッチを介
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、それによってＸＯＲゲート４０の出力ノ
クルスであるインタラブドを終了し、ノクルス回路１２
は次のゼロ交叉に応答できる状態となる。

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・ぐルス回路１２か
らパルスが与えられる毎にメモリ１４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シかつサンプル
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ってはならない。

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によっ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のクロック周波数と関連した精確な速度でイ
ンクリメントされる。

ゼロ交叉によってインタラシ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内の他の領斌に記憶される。インタラブドが生じる
毎にカウンタは停止する。インタラブドが有効な間に失
われるカウント数を補償しなければならない。従って失
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。

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を使ってデータの分析
を実行し入力信号のピッチの値を求める。ピッチ情報出
力は出力ラッチにラッチされるとともに波形の新しいサ
ンプルが処理される。

ピッチ情報出力としては次のような種類をとシ得る。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
フィック表示、温度計のような線表示、あるいは使用者
にピッ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ッチ情報はピッチのオクタ
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）で表わされたピッチ誤
差に対し８個の値で表現される。

好ましい実施例においてデコーダ／ドライバ１８は出力
ラッチ１７にラッチされた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。

この発明を第２図のようにブロック図で示したが、これ
は装置の各構成ブロッ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７’ＩＯに個別トランジスタ増幅器、比較器１１と／
ＩＰルス回路１２にモノリシックＩＣを使った例を第６
図、第７図に示す、マイクロプロセサ１５は６５０２型
のＭＯ８シリコンＩＣである。蓄積プログラム１６は２
７１６型のＦ　ＲＯＭである。番号５０はクロツり発生
器である。時間測定器１３はマイクロプロセサ１５によ
っ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及び出力ラッチ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ｆｉ　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つのモノリシックＩＣを用い、ディジタル動作に１つ
のモノリシックＩＣを用いるように設計できる〇（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っ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。

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って、
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っている。

第３図は相関を計算しピッ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。

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。

第１遅延波形はＴ３で参照波形の第２正方向ゼロ交叉に
遅延された波形の第１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っている
。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Ｔ
１４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って計算される。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極性を有し、又マイ
ナスの印で示すように１２単位時間の逆極性を有してい
る。従って相関の値は（１６−１２）／２８＝４／２８
　即ち１４チとなる。これは相関が悪いと考えられる。

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単位時間にわたって
同じ極性を有している。

従って相関値は２５Ａ５即ち１００％となシ完全な相関
を示している。この遅延時間は原波形のちょうど１サイ
クルに対応している。

第３遅延波形ではＴ７からＴ１４までに１０単位時間の
同一極性と８単位時間の逆極性がある。

従って相関は（１０−８）／１８＝２／１８即ちｉｉｓ
であり、再び相関が悪くなっている。

第４遅延波形ではちょうど２サイクルの遅延が行われて
おシＴ９からＴ１４’Ｊでの時間範囲で完全な相関を有
している。

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
説明するだめ仮シにＴ７からＴ８でゼロを越え損なった
ような波形の不完全さがあったとする。第２遅延に対す
る相関を計算する場合、両波形が同一極性であるのは２
４単位時間となシ、１単位時間は逆極性となる。

従って相関は（２，４−１）／２５即ち９２％となシこ
れは明らかに完全１サイクル遅延でない場合の相関よシ
ずつと高い値である。

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（Ｔ２として第２群の相関を計算すること
によシ更に分析をすることができる。第３群についてＴ
３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。

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っ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、前記よシ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す高めること
ができる。

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
のものよシ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
結果であったとみなされる。そのような遅延は無効と判
定され、残シ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置数値で割
算することにょシ正規化される。整数倍に近くない遅延
時間は捨てる。次に音のピッ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シ計算する。

この装置を人間の声や他の複雑な音に使う場合、ピッチ
分析をよシ有効にするにはピッチデータについて更に計
算を行う。ピッチの表示は少なくとも２つの類似したピ
ッ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。次の類似したピッチデー
タは現在のピッチ値に新しく得られたピッチと現在のピ
ッチの差をある値Ｎで割った値を加えたものをピッチと
して表示するような平均化を行ってもよい。Ｎの値が大
きい程新しいピッチの表示ピッ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。

この平均化法を使っ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。

チ読取シ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ッチを持つ音でも安定に
ピッチを表示できる。更に実質的にビブラートを有する
音の広いピッチ変動も平均化され、簡単に読取れる表示
を与える。

各種のピッ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ッ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
ことによシ各種の基準ピッチ又は調律システムを選択で
きるようにしてもよい。

（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
ら遅延時間からピッチを計算する。第４主要部はオプシ
ョンであり、計算された一連のピッ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。

Ａ　入力波形のゼロ交叉時間の記録 Ａ−１バーにウェアもしくはソフトウェアでクロック周
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−２前記カウンタを使い波形の各ゼロ交叉の起る時間
をマイクロゾ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。前記マイクロノロセサは
相関分析を実行する。

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−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・ぐ−フローす
るまで繰返し左シフトしく２倍する）シフトの回数をオ
クターブと名ずけたレノスタに記録する。

Ｂ　高い相関に対応した遅延時間のリスト作成り−１レ
ファレンスポインタ及びディレィポインタと命名された
ポインタをそれぞれ同一極性の第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−２データで表わされる２つの波形間の相関計算を遷
移時間表中のディレィポインタの時間値から開始する。

Ｂ−２−ａ　　ディレィと呼ぶ変数を前記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−ｂ　　現在のゼロ交叉と次のゼロ交叉の時間差
がレファレンスポインタまたはディレィポインタで指定
されたデータに対し小さいか調べる。

（常々ディレィポインタに関係する遅延時間を差引くこ
とによシ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つの波形が同一極性で開始することが
わかっ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−ｄ　　両波形は逆極性と彦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−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−ｆ　　遷移時間表の終端に来たら相関総計をデ
ィレィポインタの開始時間から遷移時間表の終シまでの
全時間で割算する。

Ｂ−３相関が所定の閾値よシ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−４レファレンスポインタとディレィポインタを遷移
時間表の第１及び第５番目の項に設定しステ、プＢ−２
〜Ｂ−３を実行する。

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ィレイ
ボイタを順次遷移時間表の奇数番目の項に設定していき
、ステップＢ−２〜Ｂ−３を実行する。

Ｂ−６レファレンスポインタとディレィポインタをそれ
ぞれ遷移時間表の第２及び第４項に設定し、偶数番目の
遷移のみを使ってステップＢ−２〜Ｂ−５と同様な動作
を実行する。

Ｂ−７レファ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スるレファレンスポ
インタの設定を歩進してステラ７’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。

Ｃ相関データからのピッチの決定 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−２これらの数の比があまシ大きくなければ（この実
施例では８よシ小さいなら）小さい方が波形の１サイク
ルを表わすとみなす。

Ｃ−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−４有効な最小遅延が見つかるまでのステラ７’Ｃ−
２，Ｃ−３を繰返す。

Ｃ−５各遅延時間を調べ前のステッ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−６遅延時間リストに充分な数の記入が残ってなけれ
ば現在の音のサンプルには有効なピッチがなかったと判
定してのピッチ計算を中止し、ステップＡの始めに戻る
。

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−８有効なすべての規格化された遅延時間の平均をと
シ音のピッチを計算する。

Ｄ　一連のピッチの値の平均化（オプション）Ｄ−１新
しいピッ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−２新しいピッチの値が前のピッチの値と近ければそ
の値との平均を取シこの計算したピッチの値を表示する
。

Ｄ−３新しいピッチの値が一連のピッチの値の３査目か
それよシ後の値であれば次の式で新しい平均ピッチの値
を計算する。

平均ピッチェ前のピッチ＋（新しいピッチ−前のピッチ
ｌ／ＮここでＮは固定した値とするか又は得られた一連
のピッチの数にもとすいて動的に変化させてもよい。

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
って意味のあるものとして表示するピッチ測定器を提供
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。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の好ましい実施例のピッチ測定装置の
外観図、第２図はピッ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ック図、第３図は入力波形か
らピッ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
ディジタル回路部を示す図である。 ６：第１　ＬＥＤ表示器、７：第２　ＬＥＤ表示器、８
：第３　ＬＥＤ表示器、１０ニア°リアンプ、１１：比
較器、１２：／４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：出力ラッチ、１８：デコーダ／ドライバ
、１９：表示装置。 特許出願人　　デーピッド　ジェイ、　ワーレンダー代
理人草　野　　卓

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　オーディオ入力信号に応答してその信号のゼ
   ロ交叉にそれぞれ時間的に対応した遷移を有する参照波
   形を発生する手段と、前記参照波形は所定の方向の第１
   遷移と、それに引続く前記第１遷移に対しそれぞれ対応
   した複数の時間間隔の位置で同じ所定の方向の複数の遷
   移とを有し；前記参照波形と、その参照波形を前記時間
   間隔のそれぞれで遅延した複数の遅延波形のそれぞれと
   のあいだの相関を決定する手段と； 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
   越える相関を有する遅延波形を与える一組を選択する手
   段と；および 前記−組の時間間隔に応じて前記参照波形の特徴的々周
   期を決定する手段； とを含むオーディオ入力信号のだめのピッチ測定装置・
2. （２）前記特徴的な周期の指示を表示するための表示手
   段を含む特許請求の範囲第１項記載のピッチ測定装置。
3. （３）　　前記表示手段は１オクターブ内の楽音と対応
   した複数の第１表示器と、前記複数の第１表示器に対応
   した音から何オクターブずれているかを表わす複数の第
   ２表示器と、−組の基準ピッチからの変位を表わす複数
   の第３表示器とを含み、それによってピッチの音（ノー
   ト）、オクターブ差、及び誤差を表示するようにされた
   特許請求の範囲第２項記載のピッチ測定装置。
4. （４）入射音を電気信号に変換して前記オーディオ入力
   信号とするためのマイクロホンを含む特許請求の範囲第
   １項記載のピッチ測定装置。
5. （５）前記参照波形は２状態位号であシ、前記参照波形
   と前記遅延された波形の１つとのあいだの相関は前記参
   照波形と前記遅延された波形の１つが同一極性となる時
   間部分を表わす特許請求の範囲第１項記載のピッチ測定
   装置。
6. （６）　　前記相関を決定する手段はプログラムを有す
   るマイクロコンピュータと、そのマイクロコンビーータ
   と関係したメモリ手段と、前記マイクロコンビーータに
   関係され、前記参照波形に応答してその前記所定の方向
   の遷移に対応した一連の時間値をそれぞれ発生する手段
   と、および前記マイクロコンピータに関係され前記時間
   値を前記メモリに蓄積する手段とを含む特許請求の範囲
   第１項記載のピッチ測定装置。
7. （７）　　前記一連の時間値を発生する手段は更に前記
   参照波形の前記所定の方向と逆の方向の遷移に対応した
   時間値を発生するようにされている特許請求の範囲第６
   項記載のピッチ測定装置。
8. （８）　　前記一連の時間値を発生する手段は前記参照
   波形の各遷移で・母ルスを発生する手段と、前記ノ９ル
   スを前記マイクロコンピュータのインタラブド入力に与
   える手段と、計数内容が時間経過を表わすカウンタと、
   および前記インタラシト入力でパルスが生じるごとに前
   記カウンタの内容を蓄積する手段とを含む特許請求の範
   囲第６項記載のピッチ測定装置。
9. （９）　　前記・ぐルスを発生する手段は前記マイクロ
   コンビーータに関係し出力端子を有する出力ラッチと、
   第１の入力に前記参照波形が与えられ第２の入力に前記
   出力ラッチの出力端子が接続された排他論理ダートとを
   有し、前記マイクロコンビー−タは前記排他論理ダート
   の出力が特定のレベルになると前記出力ラッチの状態を
   変え、それによって前記排他論理ダートの出力は前記参
   照波形の各ゼロ交叉点で・母ルスを出力するようにされ
   た特許請求の範囲第８項記載のピッチ測定装置。 αＱ　前記電気信号の所定の範囲外の周波数成分を除去
   するためのフィルタ手段を含む特許請求の範囲第１項記
   載のピッチ測定装置。 αや　オーディオ入力信号に応答してそのオーディオ入
   力信号を表わす参照波形を蓄積するだめの手段と、前記
   参照波形は前記オーディオ入力信号のゼロ交叉とそれぞ
   れ対応した所定の方向の第１の遷移とそれに続く前記第
   １の遷移に対しそれぞれ対応した時間間隔の位置に同じ
   所定方向の被数の遷移とを有しておシ； 前記参照波形とその波形を前記時間間隔でそれぞれ遅延
   した波形とを共通の時間範囲で相関をとり所定の閾値を
   越る相関を与える少なくとも１つの前記時間間隔を決定
   する手段と；および前記少なくとも１つの時間間隔にも
   とすいて前記参照波形の特徴的な周期を決定するだめの
   手段；とを含むピッチ測定装置。 α′４＠記参照波形は前記オーディオ入力信号のゼロ交
   叉にそれぞれ対応する遷移を有する二状態波形である特
   許請求の範囲第１１項記載のピッチ測定装置。 ０１　　オーディオ入力信号に応答しそのゼロ交叉に対
   応した遷移を有する二状態の参照波形を発生するための
   手段と、前記参照波形は所定方向の第１の遷移とそれに
   続く前記第１の遷移に対しそれぞれ対応した時間間隔の
   位置に同じ所定の方向の複数の遷移を有し； メモリ手段と； 前記参照波形の遷移時間をそれぞれ表わす一連の数値を
   前記メモリ手段に蓄積するだめの手段と；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して得ら
   れた遅延波形とが同−極性持つ時間のパーセントでそれ
   ぞれ表わした複数の相関値を決定する手段と； 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応答して
   前記参照波形の特徴的な周期を決定するための手段； とを含むピッチ測定装置。 ０４　　オーディオ入力信号のゼロ交叉にそれぞれ対応
   した遷移を有する二状態の参照波形に変換する工程と、
   前記参照波形は所定の方向の第１遷移とそれに続く前記
   第１の遷移に対しそれぞれ対応した時間間隔の位置に同
   じ所定の方向の複数の還移とを有し； 前記参照波形のそれぞれの前記遷移時間を表わす一連の
   値を発生させる工程と； 前記参照波形と、その参照波形を前記時間間隔でそれぞ
   れ遅延させた波形とのあいだの相関を決定する工程と； 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 前記時間間隔の組から特徴的な周期を決定する工程； とを含むオーディオ入力信号のピッチ測定方法。 θ均　前記特徴的な周期を決定する工程は更に前記時間
   間隔の組の中で最大値の少なくとも所定の一部分である
   最小値を選択する工程と；前記時間間隔の組の中で最も
   小さい遅延時間の整数倍からあらかじめ決められた量以
   上離れている値の時間間隔を無効にする工程と； 各有効な遅延時間を最も近い整数で割算して各遅延時間
   を正規化し１サイクル時間を表わす工程と；および 正規化した１サイクル時間を平均化してピッチを得る工
   程とを含む特許請求の範囲第１４項記載のピッチ測定方
   法。