JPS60260082A - 採点装置 - 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】 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音楽信号を再生。

拡声し、これに合わせてユーザーが歌を唄うと上記演奏
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シ、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シ、ユ
ーザーは喜びゃ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シ、
歌唱方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、−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１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２図に示すような構成の音声多重式の１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よシなる第１の磁気テープ再生手段２と、
磁気へラド３０１と増幅器３０２よシなる第２のテープ
再生手段３とによシ再生し、この２つの出力をマイク４
ｏ１と増幅器４０２よシ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
よシ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、又聞違った唄い
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
あったシして、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、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・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ことを目的とするものである。

発明の構成 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
信号の基本周波数を検出する第１の音程検出手段と、あ
る時間幅の分量の前記第１の音程検出手段の出力である
前記第１の音声信号の基本周波数のデータ群を記憶保持
する第１の音程記憶手段と、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
音声信号の基本周波数を検出する第２の音程検出手段と
、前記第２の音声信号の信号レベルの変化を検出するレ
ベル変化検出手段と、前記レベル変化検出手段によシ前
記第２の音声信号のレベルが変化したと検出された時点
付近の前記第１の音程検出手段の出力である前記第１の
音声信号の基本周波数を記憶保持する第２の音程記憶手
段と、第２の音程記憶手段に記憶されている前記第２の
音声信号の基本周波数と前記第１の音程記憶手段に記憶
されている前記第１の音声信号の基本周波数のデータ群
の内容とを照合して前記第１の音声信号の基本周波数の
データ群の中から前記第２の音声信号の基本周波数と最
も近似している前記第１の音声信号の基本周波数を選出
後、選出された前記第１の音声信号の基本周波数と前記
第ｊの音程記憶手段に記憶されている前記第２の音声信
号の基本周波数とを比較演算して、前記第１の音声信号
が前記第２の音声信号と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から構成されており、こ
の構成によって、第１の音声信号としてユーザーの唄う
音声信号、第２の音声信号として歌の手本となる記録媒
体に記録されているボーカル信号の再生音声信号を用い
ることによシ、ユーザーの唄う音声信号が記録媒体のボ
ーカル信号の再生音声信号とどの程度合致しているかが
得点として表示されるためユーザーは自分の歌唱力が記
録媒体のボーカル信号と比較してどの程度のレベルであ
るかが認識できるものである。

実施例の説明 第３図は本発明の一実施例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、４０２は増幅器で
おる。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
ス信号へ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へ変換するも
のである。９は第１の音程検出手段で、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。１ｏは第２の
音程検出手段で、ボーカル信号の基本周波数を検出する
ものである。

１１は第１の音程記憶手段で、ある時間幅の分量のユー
ザーが唄う音声の基本周波数のデータ群の記憶を行なう
ものである。１６はレベル変化検出手段で、ボーカル信
号のレベル変化の検出を行なうものである。１２は第２
の音程記憶手段で、ボーカル信号のレベル変化が生じた
時点付近のボーカル信号の基本周波数の記憶を行なうも
のである。

１３は得点計算手段で、ボーカル信号の信号レベルが変
化した時点付近のある時間幅の分量のユーザーが唄う音
声の基本周波数のデータ群とボーカル信号の信号レベル
が変化した時点付近のボーカル信号の基本周波数とを比
較演算してユーザーが唄う音声信号がボーカル信号とど
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
。１４は得点表示手段で、前記得点計算手段１３で算出
された得点をユーザーに知らせるために得点表示を行な
うものである。

第４図は本実施例の具体的な構成を示すブロック図で、
上記ユーザーの唄う音声の音程検出、ボーカル信号の音
程検出、ユーザーが唄う音声信号の基本周波数のデータ
群の記憶保持、ボーカル信号の基本周波数の記憶保持、
得点の計算の機能をマイクロコンピュータ１５で実現し
たものである。

第５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７０回路を代表的に第６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゜７
０９はコンデンサ、７ｏ了は演算増幅器（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とは低減通過形の
アクティブフィルタを構成しておシ、入力端子７０１に
入力される第６図（、）に示されるような音声電気信号
の高域成分を取シ去シ、同時にＯＰアンプ了０了の増幅
作用により必要な信号増幅を行なうものでアリ、さらに
抵抗器７０８とコンデンサ７０９とで構成された時定数
回路によシ前記アクティブフィ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６図［有］）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７１
２とで第６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一の唄う
音声信号は・く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となる
。

又、レベル変化検出手段１６はアナログディジタル変換
器や従来のアナログ技術およびディジタル技術応用のサ
ンプルホールド回路などで現在のレベルと以前のレベル
とを比較することによシ実現できる。

以下、第７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シ、マイクロコンピュ
ータ１６内部にある記憶素子等も初期化されているもの
とする。ユーザーの唄う音声信号はマイク入力手段４に
よシミ気音声信号となり、増幅され、第１の波形変換手
段７によシパルス信号に変換され、マイクロコンピュー
タ１５に入力され、ステップ１７で入力パルスの時間幅
がディジタル量に変換され、記憶される。すなわち第６
図（Ｃ）に示されるパルス信号のＨである期間をマイク
ロコンピュータ自身のもっているクロック信号によ逆計
数すれば入力パルスの時間幅のディジタル量への変換が
達成できる。このようにして第６図（ｃ）におけるｔｌ
からｔｌの時間幅、ｔ５からｔ４の時間幅、ｔ５からｔ
６の時間幅・・・・・という順で変換が行なわれる。な
お、この時間幅は、音声の基本周波数に反比例する情報
であシ増加すれば音程が低くなったことを示し、減少す
れば音程が高くなったことを示している。

一方、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、レベル変化検出手段１６の出力により
ステップ１８で信号レベルが増大したか否かをチェック
し、増大していればステップ１９でマイクロコンピュ〜
り１５に入力された第２の波形変換手段８の出力である
音声の基本周波数の逆数の係の値を表すパルスの時間幅
がディジタル量に変換され、記憶される。

ステップ１９に続いて、ステップ２ｏとステップ２１に
よって、ステップ１９に入ってからある一定時間ＴＯ期
間分の第１の音声信号のパルス信号の時間幅のデータが
収集され、次いでステップ２２によシ、このステップ２
２に入った時点から過去２Ｔの時間分の第１の音声信号
のパルス信号の時間幅のデータ群、すなわちステップ１
９に入った時点からみれば、−丁から十Ｔの時間におけ
るユーザーの唄の音声信号のパルス信号の時間幅データ
群の中からステップ１９で得られたボーカル信号の音声
信号のパルス信号の時間幅に最も近似したものを選出し
て、ステップ２３によシステップ１９で得たボーカル信
号の音声信号のパルス信号の時間幅とステップ２２で得
たユーザーの唄の音声信号のパルス信号の時間幅とを比
較し、その合致度を計算し、合致度に応じて得点を算出
する。

このステップ２３における得点の算出法の１例について
以下に述べる。例えば第１の音声信号のパルス信号時間
幅が９．ｓ（ｍＳ：］、第２の音声信号のパルス信号時
間幅が１０　（ｍｓ　）とすればその合致度はＣ１０−
９，５）／１ｏｘ１ｏｏ＝ｒｓ　〔饅〕　という風に合
致度は算出され、この合致度の大小に応じて得点に反映
される配点を変えることとする。

−列として合致度が３チ以内なら１００点、３〜５チな
ら８０点、６〜７係なら６０点、７チ以上は０点という
風に配点をし、−回の採点対象となる唄の中で時間幅の
合致度の算出をした回数をＮＣ回〕、時間幅の合致度の
算出をした度毎に得た配点をＰｎ〔点〕とすると第１の
音声信号と第２の音声信号の合致度を示す得点Ｐは一例
として以下のように表わされる。

Ｐ−Σｎ−，（Ｐｎ）／Ｎ　（点〕 上記の式に、よる得点計算の一例を挙げてみれば、−回
の採点対象となる唄の中で、時間幅の合致度の算出を１
０回行ない、３回は３チ以内、４回は３〜６係、１回は
６〜７％、２回は７チ以上の合致度であったとし、配点
も前記の通りであったとすれば得点Ｐは、１００点満点
中で Ｐ＝（３Ｘ１００＋４Ｘ８０＋ｌＸ６０＋２ＸＯ）／１
０＝６８０／１０＝　６８（点） という風に算出される。

次にステップ２４により採点を終了する時点であるか否
かを判断する。採点を終了する判断のもととなるものと
しては、採点終了の指定をする押しボタンスイッチ（図
示せず）の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。またその
曲の終了を示す終了信号をあらかじめ記録しておき、そ
の終了信号を検出した時点や、磁気テープの終端検出の
時点を利用することも可能である。

採点終了の時点になっていなければステップ２４より、
次の時間幅情報の収集、比較および得点計算へと備え、
ステップ１７へと進むこととなる。

そして、採点終了の時点になればステップ２４か−らス
テップ２５へと進み、得点の表示が行なわれる。

さて、ここでボーカル信号の信号レベルが増大した時点
付近の２種の音声信号のノくルス時間幅を照合、比較す
ることの意味について第８図の唄い方の変化説明図を用
いて説明を行なう。第８図（７）はマイクから入力され
るユーザーの唄、第８ス（イ）はプロ歌手による音声多
重媒体のボーカル信号の１例とする。第８図（−）と（
ｄ）で示すようにアマチュアのユーザーはプロ歌手の唄
うボーカル信号よりも唄うタイミングが遅れたシ、第８
図（ｂ）と（、）で示すようにユーザーはボーカル信号
を唄っているプロ歌手のようにはこぶしやバイブレーシ
ョンと呼ばれる一つの発声の中での周波数や信号レベル
の変化を自由に行なうことができないことが多い。

このため第８図の例に示すような場合においてユーザー
の唄とボーカル信号の唄との″それぞれの周波数を逐一
連続的に比較して採点してしまっては、これらのこぶし
やバイブレーションの影響が大きく表われる。例えば第
８図（ｆ）のＧ点以降のようにプロ歌手によるボーカル
信号はバイブレーションによシ周波数が大きく変ってい
るのに、ユーザーの唄はバイブレーションがかからない
ため、はぼ−足の周波数なのでこの部分では非常に低い
評価得点しか得られないことが生じる。これらのこぶし
やバイブレーションはプロ歌手でも個人差が大きく表わ
れ、また、同一人物でも毎回同じようには発声できない
ため、唄を採点する際にはこぶしやバイブレーションを
も含めて連続的にユーザーの唱とボーカル信号の唄とを
比較し採点すると採点得点のバラツキが非常に大きくな
ってしまう。

また、第８図（、）と（ｄ）の歌詞の位置関係のずれか
ら分るようにこの第８図の例ではユーザーの唄とボーカ
ル信号とは唄うタイミングがずれている。

このようなタイミングずれは通常普通に生じるものであ
シ、ユーザーの唄とボーカル信号の唄とのそれぞれの周
波数を逐一連続的に比較してしまっては、第８図（ｅ）
のボーカル信号の最初の唄い出しにあたる点では第８図
（ｂ）で分るように１だユーザーは唄い出していないか
ら２種の基本周波数の比較は不可能であるし、第８図（
ψで示すボーカル信号の歌詞が１も」に対応することば
の唄い出しの時点では第８図（ａ）のユーザーの歌詞で
は最初の「＜」の音の延長の位置にあたるため２種の信
号の基本周波数を比較しても合致はしないのでたとえユ
ーザーが正しい音程で唄っていても低い評価得点しか得
られないということが生じる。

本発明は以上のような不都合を解決し、第８図の例では
、第８図（ｒ）に示すようにＡ点の次はＢ点、Ｂ点の次
は０点というようにボーカル信号の信号レベルが大きく
増大する時点付近のこぶしやバイブレーション等が生じ
ていない部分でのボーカル信号の基本周波数と、第８図
Φ）に示すようにボーカル信号の信号レベルが大きく増
大した時点、例えばＡ点の前後のＴという長さの時間の
間、すなわちＡ一点からｔ点までの期間のユーザーの唄
の基本周波数のデータ群とを照合して、Ａ点の時点付近
のボーカル信号の基本周波数に最も近似しているユーザ
ーの唄の基本周波数のデータを選出し、これら２種の基
本周波数を比較することによシ、ユーサーｔｖ唄とボー
カル信号とが多少タイミング的にずれていたとしても、
第８図（ｂ）で示すようなＡ一点からＡ点１での期間で
のユーザーの唄の基本周波数のデータ群の中で、第８図
（ｅ）　、　（ｆ）で示すようなＡ点の時点付近のボー
カル信号の基本周波数とほぼ合致するデータが存在すれ
ば、良い評価得点を得ることができることとなシ、ユー
ザーの唄とボーカル信号のプロ歌手の唄との唄い出しの
タイミングずれを吸収し、こぶしやバイブレーション等
の個人差の大きく表われる部分での比較を行なわないた
め実際に人間が耳で聴いて採点評価する場合の評価に近
いよシ正確な採点が行なえることとなる。

以上のように本実施例によれば、磁気テープ等のボーカ
ル信号の信号レベルが変化した時点付近のボーカル信号
の基本周波数の情報とユーザーの唄う音声信号の基本周
波数のある期間分のデータとを比較し、その合致度を得
点として算出し、表示することができるので、こぶしや
バイブレーション、唄うときのタイミングずれ等の唄い
方の個人差を除外したユーザーの歌唱力に対する一つの
よシ正確な客観的評価手段を提供することができる。

なお、本実施列では採点の対象としてユーザーの唄う音
声信号を、また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ｐ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
話し声などどのような音声信号を用いてもよい。

また、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シ上げだが、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。

また、本実施例では、音程検出手段、得点計算手段等を
マイクロコンピュータによシ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。

また、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一波形変換手段、音
程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。

また、本実施例では、波形変換手段の出力であるパルス
信号のＨの場合の時間幅を第６図（ｃ）において、ｔｌ
からｔｌの時間幅の次はｔ５からｔ４の１ｆＰ間幅とい
うようにすべて検知して音声信号の基本周波数、すなわ
ち音程を検出するようにしているが、例えば、第６図（
Ｃ）においてｔｌからｔｌの時間幅の次はｔ５からｔ６
の時間幅というように１つずつ、とびとびに時間幅を検
出してもよいし、波形変換手段の出力であるパルス信号
のＨ″となる１つの時間幅に比べて十分長い一定期間の
間の波形変換手段の出力であるパルス信号のＨとなる時
間幅を全パルスについて、または一部分のパルスについ
て調べ、１つのパルス当シの平均時間幅や最大時間幅等
をめて、この平均時間幅等によシ音声信号の音程を検出
するようにしてもよいし、パルス信号のＨの時間幅でな
く、Ｈの立上シから次のＨの立上９までの時間幅という
ようにパルス−周期分の時間幅をめて処理してもよい。

発明の効果 以上のように本発明は、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２つ
の音声信号の基本周波数を表す情報を検出する２つの音
程検出手段と、基本周波数を記憶保持する２つの音程記
憶手段と、採点の基準となる音声信号の信号レベルの変
化を検出するレベル変化検出手段と、採点の基準となる
音声信号の信号レベルが変化した時点付近の採点の基準
となる音声信号の基本層′波数と、採点すべき音声信号
のある期間分の基本周波数のデータとを照合、比較演算
する得点計算手段とから成シ、この構成によシ２つの音
声信号の合致度をこぶしやバイブレーション、唄うとき
のタイミングずれ等の唄い方の個人差を除外して得点と
して得ることができる。

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、自分は何点の歌唱力があるかという客観的判断手段
を提供できることとなシ練習等の効果は犬なるものがあ
る。

【図面の簡単な説明】

第１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２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、第３図は本発明の
一実施例の要部ブロック図、第４図は本実施例の具体的
構成を示すブロック図、第５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６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７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８図は唄い方の時間的変化を説
明するための唄い方の変化説明図である。 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、１ｏ・・第２
の音程検出手段、１１・・・・第１の音程記憶手段、１
２　・・第２の音程検出手段、１３・・・　得点計算手
段、１４　・・・得点表示手段、１６・・・・レベル変
化検出手段。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 第４図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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の音声信号の基本周波数を検
   出する第１の音程検出手段と、ある時間幅の分量の前記
   第１の音程検出手段の出力である前記第１の音声信号の
   基本周波数のデータ群を記憶保持する第１の音程記憶手
   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の音声信号の基本周波
   数を検出する第２の音程検出手段と、前記第２の音声信
   号の信号レベルの変化を検出するレベル変化検出手段と
   、前記レベル変化検出手段によシ前記第２の音声信号の
   レベルが変化したと検出された時点付近の前記第１の音
   程検出手段の出力である前記第１の音声信号の基本周波
   数を記憶保持する第２の音程記憶手段と、第２の音程記
   憶手段に記憶されている前記第２の音声信号の基本周波
   数と前記第１の音程記憶手段に記憶されている前記第１
   の音声信号の基本周波数のデータ群の内容とを照合して
   前記第１の音声信号の基本周波数のデータ群の中から前
   記第２の音声信号の基本周波数と最も近似している前記
   第１の音声信号の基本周波数を選出後、選出された前記
   第１の音声信号の基本周波数と前記第２の音程記憶手段
   に記憶されている前記第２の音声信号の基本周波数とを
   比較演算して、前記第１の音声信号が前記第２の音声信
   号と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。