JPS6135500A - 信号処理装置 - 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 本発明は音声や楽器音などの高調波成分を多く含む音響
信号の基本周波数を検出してその周波数を表示する計測
器、あるいは複数の音響信号の基本周波数同士を比較演
算してその差異を検出する音声認識装置、あるいは俗に
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
等のプロ歌手の再生音声信号と比較して自動的にユーザ
３ベーン −の歌唱力を採点する採点装置に適用する信号処理装置
に関するものである。

従来例の構成とその問題点 従来音響信号の基本周波数を得るためには第１図のよう
な構成の信号処理装置を用いておシ、この構成はマイク
ロホン１で音響信号を電気信号に変換し、増幅装置２で
必要な大きさに増幅してローパスフィルタ３によって音
響信号の高調波成分をできるだけ除去して後に波形変換
手段４でパルス信号に変換して、周波数カウンタでその
周波数を読みとろうというものであった。

次に第２図の波形処理説明図を用いて従来構成の問題点
を説明する。第２図（＋Ｌ）がこれから測定しようとす
る音響信号の基本周波数成分をパルス信号として表示し
たものであり、各サイクルの周期は一定であシ、その値
はＴ。とする。この第２図（ａ）のパルス信号を正弦波
におきかえると第２図（ｂ）のようになシ、このような
正弦波音響信号がマイクロホン１に入力された場合は第
１図の従来の構成でも第２図（ａ）のようなパルス信号
に正確に変換される。しかしながら実際の音響信号はこ
のような正弦波でない場合が多く、特に音声は高調波成
分が大きく含まれておシ、又、高調波成分の周波数や大
きさが一定し々いために波形的には非常に変化に富んだ
ものとなシ、第２図（ａ）と同一の基本周波数を有して
いても第２図（Ｃ）のような波形を呈することはごく普
通に有シ得る。この第２図（０）の波形をもった音響信
号がマイクロホン１に入力さレタ場合、ローパスフィル
タ３を通過しても第２図（ｄ）のように高調波の影響は
第２図（ｄ）の＋４．＋５゜＋６に至る範囲に残ってし
まう。さらに、この第２図（ｄ）の波形をパルス信号に
変換すれば第２図（６）のように々ってしまうだめ、こ
の第２図（＋５）の波形からパルスの周期１サイクル分
の時間幅はＴ、。

Ｔ２．　Ｔ３　　の３種となってしまう。これらの時間
幅のうちＴ１はＴ。とほぼ等しいからよいが、Ｔ２とＴ
３ばＴ。・よりはるかに小さく々ってしまい、Ｔ２＋Ｔ
、キＴ。という関係となる。

これらの３つの時間幅Ｔ１．　Ｔ２．　Ｔ３　　を単純
に平均化すればその平均値はσ、十Ｔ２＋Ｔ３）／３と
５、、。

なる。もともとＴ。が２サイクル分の長さがＴ、十Ｔ２
十Ｔ３となっていることは第２図（＆）と第２図（ｅ）
から明らかであるから１サイクル分の時間幅の平均値は
（Ｔ、＋Ｔ２＋Ｔ３）／３　＝　２　Ｔｏ／３となシ、
実際の基本周波数の逆数であるＴ。のｈの大きさにしか
ならなくなシ、□基本周波数としては１．５倍の高さの
周波数となってしまうこととなる。

上記のように従来の装置を用いて音響信号の基本周波数
を求めようとしても音響信号に含まれる高調波成分が多
い場合には実際の基本周波数を得ることができないとい
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、音響信号
に高調波成分が多く含まれていても、音響信号の基本周
波数を正しく得ることを目的とするものである。

発明の構成 本発明の信号処理装置は、入力される音響信号をパルス
信号に変換する波形変換手段と、パルス信号の時間幅を
測定する時間幅測定手段と、時間６、、：−ジ 幅情報の連続した複数個を記憶する時間幅記憶手段と、
記憶されている時間幅情報の中から最大の、あるいは２
番目に大きい時間幅を検出し、その時間幅の値に１以下
のある定数をかけて時間幅しきい値を算出する時間幅し
きい値算出手段と、記憶されている時間幅情報を時間幅
しきい値と比較し、時間幅しきい値よりも小となる時間
幅情報は時間的に隣接した時間幅しきい値より大となる
時間幅情報と加え合わせて１つの時間幅情報とする時間
幅処理手段と、時間幅処理手段で処理された時間幅情報
の値を平均化することにより平均時間幅を算出する時間
幅平均化手段とから構成されておシ、この構成によって
、入力される音響信号として音声のような高調波成分が
多く含まれている信号が用いられても、音響信号の基本
周波数に比例あるいは反比例する情報をより正確に得る
ことができるものである。

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。１
はマイクロホンで入力される音響信号を７４−。

電気信号に変換するものである。２は増幅装置で必要な
大きさに音響信号の電気信号を増幅するものである。３
はローパスフィルタで音響信号の電気信号に含まれる高
調波成分をできるだけ除去しようとするものである。４
は波形変換手段で音響信号の電気信号をパルス信号に変
換するものである。６は時間幅測定手段で音響信号のパ
ルス信号の１サイクルの時間幅を測定するものである。

７は時間幅記憶手段で時間幅測定手段６の出力である時
間幅情報を複数個記憶するものである。８は時間幅しき
い値算出手段で時間幅記憶手段Ｔに記憶された時間幅情
報のうち最大の、あるいは２番目に大きい時間幅情報を
検出し、その時間幅に１以下のある定数をかけて時間幅
しきい値を算出するものである。・９は時間幅処理手段
で′あり、時間幅記憶手段７に記憶されている時間幅情
報を時間幅しきい値と比較し、時間幅しきい値よりも小
となる時間幅情報は、時間的に隣接した時間幅しきい値
より大となる時間幅情報と加え合わせて１つの時間幅情
報とするものである。

１ｏは時間幅平均化手段であシ、時間幅処理手段９で処
理された後の時間幅情報を時間幅記憶手段７より得て、
これら複数の時間幅情報の値を平均化することによ勺平
均時間幅を算出し、マイクロホン１に入力された音響信
号の基本周波数に反比例しだ情報を作成するものである
。

第４図は本実施例の具体的な構成を示すブロック図で、
上記時間幅測定手段６、時間幅記憶手段子、時間幅しき
い値算出手段８、時間幅処理手段９、時間幅平均化手段
１ｏの機能をマイクロコンピュータ１１で実現したもの
である。

第５図は前記ローパスフィルタ３と波形変換手段４の実
際の回路例を示したもので、第２図の波形処理説明図と
ともにその動作を説明する。

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、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。

ＯＰ７ンプ７０７と抵抗器７０２．７０４　。

９ページ ７０５とコンデンサ７０３．７０６とは低域通過形のア
クティブフィルりを構成しておシ、入力端子７０１に入
力される第２図（ｃ）に示されるような音声電気信号の
高域成分をできるだけ取シ去シ、同時にＯＰアンプ７０
７の増幅作用によシ必要な信号増幅を行なうものであシ
、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。こうしてできる
だけ高域成分を除去された第２図（ｄ）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２図（６）に示されるようなパルス波形に
変換されることと力る。

以下、第６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１１内部にある記憶素子等も初期化されているもの
とする。

最初にステップ２ｏでマイクロコンピュータ１１１ｏ２
−ノ 内の記憶素子（以後メモリと呼ぶ）のアドレスをＮ、に
指定する。次にステップ２１で波形変換手段４よシマイ
クロコンピュータ１１に入力される音響信号をパルス信
号に変換した入力パルス信号の１周期の時間幅を測定し
、ステップ２２でその時間幅の値をメモリすなわち現在
指定されているメモリアドレスのメモリに格納する。現
在メモリアドレスはＮ１で入力パルス信号は第２図（ｅ
）のＴ。

の期間が入力され、その１サイクルの時間幅Ｔ１がメモ
リＮ１に格納されたものとする。次にステップ２３で必
要な個数の時間幅データがメモリに得られたか否かをチ
ェックする。本実施例では簡単のためメモリアドレスＮ
１からＮ５までの３ケのメモリに合計３ケの時間幅を格
納するものとする。現在のメモリアドレスがＮ６でなけ
れば必要個数のデータがそろっていないのでステップ２
４によシメモリアドレスを１進めて再びステップ２１へ
もどシ時間幅情報の収集を続ける。ステップ２３で現在
のメモリアドレスがＮ３ならばメモリＮ１〜Ｎ３　に必
要個数の時間幅情報がそろったこととな１１／、−７ るのでステップ２５へと進み、メモリアドレスＮ、〜Ｎ
３　　の中のデータのうち最大のものＴＭＡｘを求める
。次にステップ２６で時間幅しきい値であるＴＳＲを、
ＴＭＡｘの値に定数である％をかけて算出する。

第２図（６）のパルス信号が入力された場合、メモリＮ
　にはＴ１が、メモリＮ２にはＴ２が、メモυＮ３には
Ｔ３が格納されており、最大のパルス幅であるＴＭＡｘ
はＴ１となるためＴｓｎ　−３Ａ　Ｔ１となる。

上記のようにステップ２１は時間幅測定手段６の機能を
、ステップ２０，２２．２３．２４は時間幅記憶手段７
の機能を、ステップ２５．２６は時間幅しきい値算出手
段８の機能を実現している。

次にステップ２７でメモリアドレスをＮ、に指定し、ス
テップ２８で現在のメモリであるＮ、に入っているデー
タのＴ１を時間幅しきい値ＴＩｎと比較する。この場合
Ｔ８Ｒ＝３ＡＴ、であるからステップ３０へと進み、直
前のメモリのデータは時間幅しきい値ＴＳＲよシ小であ
ったというフラグが立っているかどうかをチェックする
。現在はプログラムがスタートして初めてステップ３０
に入ったのだからフラグは立っておらずステップ３２へ
と進み、現在のメモリアドレスはＮ３か否かをチェック
し、必要な処理がメモリアドレスＮ１からＮ３のメモリ
内のデータ全てについて終了したか否かをみている。現
在のメモリアドレスがＮ１であるのでステップ３３でメ
モリアドレスを１つ進め、Ｎ２　　としてステップ２８
へともどる。メモリＮ２には第２図（ｅｌ）のＴ２の時
間幅が入っておシ、Ｔ８Ｒ＞Ｔ２となるためステップ２
８からステップ２９へと進み、メモリＮ２．のデータが
ＴＳＲより小であったというフラグを立て、ステップ３
２を経てステップ３３でメモリアドレスは１つ進みＮ３
となシ、ステップ２８へと進む。メモリＮ３には第２図
（ｅｌ）のＴ３の時間幅が入っており、ＴｓＲ＜Ｔ３と
なるためステップ２８からステップ３ｏへと進み、直前
のメモリすなわちメモリＮ２のデータは時間幅しきい値
Ｔｓ！Ｉよシ小であるというフラグが立っているか否か
をチェックする。本例ではメ１３、。

モリＮ２のデータはＴＳＲより小であったのでステップ
３１へと進み、現在のメモリのデータすなわちメモリＮ
３内のデータＴ３と直前のメモリのデータすなわちメモ
リＮ２内のデータＴ２とを加算し、Ｔ２＋７３の値を算
出、現在のメモリＮ３に格納する。同時に直前のメモリ
すなわちメモリＮ２のデータを０にリセットし、メモリ
Ｎ２のデータがＴＳＲより小であったというフラグもリ
セットする。次にステップ３２を介してステップ３４へ
と進み、メモリアドレスＮ、〜Ｎ３内のデータを平均化
する。

本説明の例ではメモリＮ１には時間幅Ｔ１が、メモリＮ
２には時間幅０が、メモリＮ３には時間幅Ｔ２＋７５が
格納されておシ、時間幅０のデータは１ケの時間幅とし
て計算に入れないこととすれば、メモリＮ１〜Ｎ３のデ
ータの平均値は％（Ｔ１＋Ｔ２＋で３）となシ、第２図
（ＩＬ）と第２図（ｅ）とで分るように２Ｔｏ＝　Ｔ、
＋　Ｔ２’＋　Ｔ３′であるので、メモリＮ、〜Ｎ３　
　のデータの平均値である％（Ｔ１＋　Ｔ２＋　Ｔ、）
　＝　’ｒｏ　　となシ、マイクロホン１に入力された
音響信号の基本周波数の逆数が得られることとなる。

以−Ｈのように本実施例によれば、入力される音響信号
として音声のような高調波成分が多く含まれている信号
が用いられても音響信号の基本周波数に比例あるいは反
比例する情報を得ることができるので、音響信号の正確
な基本周波数を算出。

表示させたり、・複数の音声信号の基本周波数同士を比
較演算してその差異を検出する音声認識装置、あるいは
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等に利用することができる。

なお、本実施例では音響信号をパルス信号に変換スるた
めにローパスフィルタとトランジスタを用いた波形変換
手段を取シ上げたが、これは音響信号をアナログ−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。

１５、、２ 又、本実施例では時間幅測定手段等の機能をマイクロコ
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、本実施例ではパルス信号の形の音響信号の時間幅を
測定する際にパルス信号の１サイクルの周期を求めだが
、パルス信号の’Ｈ’の期間のみあるいはＩＬ′の期間
のみを測定してもよい。

又、本実施例では時間幅しきい値を計算するだめに最大
の時間幅情報を用いたが、最大の時間幅情報でなく２番
目に大きい時間幅情報を用いてもよい。

又、本実施例では時間幅記憶手段には３ケの時間幅情報
しか記憶させなかったが、もっと多くの時間幅情報を記
憶させて処理を行なわせてもよい。

又、本実施例では時間幅しきい値より小となる時間幅情
報は時間的に隣接した時間幅しきい値より大となる時間
幅情報と加え合わせて１つの時間幅情報となしているが
、時間幅しきい値よりも小となる時間幅情報は時間幅平
均の際に、（時間幅の総和）／（時間幅情報の個数）の
計算式の中で、分子の計算対象には入れ、分母の計算対
象外とする方法をとってもよい。

発明の効果 以−ヒのように本発明は、入力される音響信号をパルス
信号に変換する波形変換手段と、パルス信号の時間幅を
測定する時間幅測定手段と、時間幅情報の連続した複数
個を記憶する時間幅記憶手段と、記憶されている時間幅
情報の中から最大の、あるいは２番目に大きい時間幅を
検出し、その時間幅の値に１以下のある定数をかけて時
間幅しきい値を算出する時間幅しきい値算出手段と、記
”憶されている時間幅情報を時間幅しきい値と比較し、
時間幅しきい値よりも小となる時間幅情報は時間的に隣
接した時間幅しきい値より大となる時間幅情報と加え合
わせて１つの時間幅情報とする時間幅処理手段と、時間
幅処理手段で処理された時間幅情報の値を平均化するこ
とにより平均時間幅を算出する時間幅平均化手段とから
構成されており、この構成によって、入力される音響信
号として音声のような高調波成分が多く含まれている信
号が用いられても、音響信号の基本周波数に比例あるい
は反比例する情報をよシ正確に得ることができるもので
ある。このことにより、顕著な一例として、複数の音声
信号を比較して種々の演算処理を行なわせる場合、特に
、男性の音声と女性の音声とを比較する場合には、男性
の声と女性の声では高調波の周波数や大きさが全く異な
るだめ、従来は基本周波数の検出・比較に困難を伴なっ
ていたが、本発明によれば、よシ正確な基本周波数の検
出が可能なため、複数の音響信号を比較する用途、特に
、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１．ユーザーの唄う音声信号を、基準となる磁
気テープ等のプロ歌手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等の精度を向
上できることとなり、その効果は大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の構成図、第２図は波形処理説明図、第
３図は本発明の一実施例の要部ブロック１８Ａ−１ 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図は本実施例のローパスフィルりおよび波形変換手
段の具体的構成を示す回路図、第６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
トである。 ４・・・・・・波形変換手段、６・・・・・・時間幅測
定手段、７・・・・・・時間幅記憶手段、８・・・・・
・時間幅しきい値算出手段、９・・・・・・時間幅処理
手段、１ｏ・・・・・・時間幅平均化手段。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力される音響信号をパルス信号に変換する波形
   変換手段と、前記波形変換手段の出力である音響パルス
   信号の時間幅を測定する時間幅測定手段と、前記時間幅
   測定手段で測定した音響パルス信号の時間幅情報の連続
   した複数個を記憶する時間幅記憶手段と、前記時間幅記
   憶手段に記憶されている時間幅情報の中から最大の時間
   幅を検出し、前記最大の時間幅の値に１以下のある定数
   をかけて時間幅しきい値を算出する時間幅しきい値算出
   手段と、前記時間幅記憶手段に記憶されている時間幅情
   報を前記時間幅しきい値と比較し、時間幅しきい値より
   も小となる時間幅情報は時間的に隣接した時間幅しきい
   値より大となる時間幅情報と加え合わせて１つの時間幅
   情報とする時間幅処理手段と、前記時間幅処理手段で得
   られた時間幅情報の値を平均化することにより平均時間
   幅を算出する時間幅平均化手段を備え、入力される音響
   信号の基本周波数に比例あるいは反比例する情報を得る
   ことを特徴とする信号処理装置。
2. （２）時間幅しきい値算出手段を、前記時間幅記憶手段
   に記憶されている時間幅情報の中から２番目に大きい時
   間幅を検出し、前記２番目に大きい時間幅の値に１以下
   のある定数をかけて時間幅しきい値を算出する時間幅し
   きい値算出手段となしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の信号処理装置。