JPS62108299A - ピツチ変換方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、入力信号を信号全体としての時間軸進行は
一定のままで、周波数のみ変化させるピッチ変換方法に
関する。ピッチ変換は、信号α理の基本的技術として、
様々な用途があり、リズムを変えずにピッチのみ変化さ
せる用途、テープの早送り再生時のピッチを通常のピッ
チに戻す用途、また、ビブラート、ビート発生等の合音
再生特殊効果の用途や、ドツプラ効果、コーラス効！！
！等の自然音２シミユレーシヨンの用途等に用いられる
。

［従来の技術］ 従来にＪ′３けるピッチ変換方法としては、第２図に示
すように、原信号のサンプリング周期Ｔに対し、短い周
期Ｔ′で再生してピッチアップさせたり、長い周期Ｔ″
で再生してピッチダウンざけたりする方法とか、第３図
に示すように、再生の周期としてはサンプリング周期下
と同じであるが、ビッヂ変換比に応じ所定数サンプルご
とに１回、飛ばし読みをしてピッチアップさせたり、同
じく２度読みをしてピッチダウンさせたりする方法（第
３図は２倍、１７２倍の例を示す）等がある。

なお、ピッチダウンする場合には、前後データ間にこれ
らの補間データを挿入し、再生波形の歪をより小さくす
ることも可能である。

しかし、これらいずれの方法でも、そのまま長時間連続
処理していくと、原信号とピッチ変換信号との間に時間
的なズレが拡がっていき、信号の時間軸進行が同一とな
らず、リズムが合わなくなってしまう。このため、これ
ら時間軸のズレを吸収すべく、聴感上気にならない程度
の範囲で短くかつ近接した信号部分を、ピッチアップの
時には２度再生したり、ピッチダウンの時には切り捨て
る必要が生じてくる。このため、どうしても原信号の流
れに対し変換信号は時間軸の信号の重み付けが均一では
なくなり、不自然さを伴なう。また、切り捨てられた情
報は完全に欠落してしまう。

ざらに信号のつなぎ部分でどうしても信号の連続性が失
なわれるため、ノイズを生じたり、不自然な位相干渉に
よるレベル変動等を生じてしまう。

これを解決すべく、このつなぎ部分にクロスフェード処
理を行なうことも考えられるが、これにしてもクロスフ
ェード時に信号同士が逆位相であれば不測のディップが
生じてしまう。そのため、クロスフェード処理において
そのタイミング位相を合せるべく制御することも考えら
れるが、位相検出手段が必要となり、相当の技術的困難
さを伴なうことは明らかである。

［発明が解決しようとする問題点］ この発明は、前記従来の技術における問題点を解決して
、簡単に、自然な感じのピッチ変化が得られるピッチ変
換方法を提供するものである。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、入力信号を異なるタイミングで部分的にピ
ッチ変換して複数の信号波形を順次生成するとともに、
これら複数の信号波形のうち、最古の波形と最新の波形
とを順次入れ替えながら連続的にこれら複数の信号波形
を合成してピッチ変換信号を得るようにしたものである
。

［作用］ この発明の前記解決手段によれば、ピッチ変換にあたり
、入力信号の全ての部分を偏ね（用いることができ、信
号の一部だけを２度読みしたりとか、一部を切り捨てた
りすることがないので、信号の重み付けをより均一にす
ることができるとともに、合成される複数の信号波形は
互いにその前後関係を補い合っているから、信号の連続
性も充分保たれ自然な感じのピッチ変化を得ることがで
きる。

［実施例］ まず、この発明の一実論例をブロック図として第１図に
示す。ピッチ変換すべき入力信号（原信号）は、分配制
御回路１０によって、図中に示すように互いに重複する
各単位区間ごとに区切られ、これらは、例えば４系統設
けられたピッチ変換回路１２．１４．１６．１８に順次
連続的にかつ巡回的に分配されていく。入力信号におけ
る各単位区間は、後に詳しく述べるように、時間にして
２０〜５０ｍ５程度に設定され、各開始位置は概ねその
変換後の区間幅を前記系統数で割った幅程度ずれている
（実際には、完全に均一のずれではなく、後述するカラ
レーション防止のために、意識的にある程度ランダム化
されている）。

各ピッチ変換回路１２．１４．１６．１８はそれぞれメ
モリを有しており、分配された入力信号波形をこれらメ
モリに一旦記憶した後、先に述べたような種々の方法、
例えばピッチダウンの場合はデータの読出し周期を艮く
りるとか周期は変えずアドレスを変換比に応じて数サン
プルに１度データを２度読みするとか、ピッチアップの
場合は、データの読出し周期を短くするとか周期は変え
ずアドレスを変換比に応じて数サンプルに１度データを
１つ飛ばし読みするとかの方法により、所定の変換比で
ピッチ変換を行なっている。これにより、各ピッチ変換
回路の出力には、入力信号を異なるタイミングで部分的
にピッチ変換した複数の信号波形が順次前られる。これ
ら出力は、係数乗算器２０゜２２．２４．２６により、
それぞれ必要に応じて係数ａ１、ａ　２．　ａ　３．　
ａ　４が付与された後、加算器２８で全加算されて最終
的なピッチ変換出力信号が合成されていく。

この合成過程は、前述したように各ピッチ変換回路への
信号分配が巡回的に行なわれること、および各分配区間
が図示の如く設定されていることから、あるピッチ変換
回路について見ると、分配された入力信号弁のピッチ変
換が終了すると略々同時に、新たな入力信号の分配が行
なわれ、再びこの入力信号弁がピッチ変換されていき、
絶えず変換処理が行なわれていくようになっている。し
たがって、最古の変換波形の加算が終了して加算内容か
ら外れていくと同時に、今変換が開始された最新の波形
が加算内容に加わって（ることになり、すなわち、ここ
では最古の波形と最新の波形とが順次入れ替わりながら
連続的に加算合成されていることになる。

また、この入れ替えの際、入れ替わる波形のそれぞれに
前記係数乗算器の係数を相補的に増減させて、すなわち
加算から外れていく波形の係数を、例えば１→０９→・
・・→０．１→０と変化させ、新たに加算に加わってく
る波形の係数をＯ→０．１→・・・→０．９→１と変化
させてクロスフェード処理すれば、合成されるパワー平
均は、常に略々各波形１つ分のパワーの３倍となり、入
れ替え部分においてもパワー上のピークディップを生じ
ることなくスムーズに変化させることができる。具体的
にいえば、各ピッチ変換回路において変換当初（この場
合は、（１１１めの１／４程度）と変換路′Ｍ（同じく
終わりの１７４程度）で上述のようなりロスフェード処
理を施していく。

このようなピッチ変換方法によれば、各ピッチ変換回路
１２．１４．１６．１８にそれぞれに分配されてくる入
力信号は、時間軸上で分配分を変換するために必要な時
間分を考１点した位置となり、ピッチダウン、すなわち
波形を時間軸方向に伸ばす場合でも各変換回路は供給さ
れた入力（８号の後部をカットすることなく全てを利用
しかつ変換できるし、またピッチアップさせる場合でも
、各ピッチ変換回路の出力は時間軸方向に短縮されるが
、この短縮分も変換終了と略々同時にすぐその時点の入
力信号波形から次の分配分が供給され、同時にこの変換
が始まるので、各出力波形は、いずれの場合もほとんど
空白が生ずることなく、また最終的な加算合成出力は全
く切れ目のない連続したものとなる。

また、信号内容の連続性という観点からも、加算される
波形中にはいずれの波形に関しても、入力信号における
その前後時刻の部分から生成された別の波形が必ず存在
するため、これらが相互に補い合い、結果として変換出
力は内容的にもスムーズさを失うことがない。

さらに、加算状態も常に連続的に推移していき、先に述
べたクロスフェード処理とも相俟って、合成パワーとい
う現点でも時間的に同一となり、極めて自然な感じのピ
ッチ変換を実現できる。

なお、この種複数波形の合成によるピッチ変換音につい
て、！！！感上の見地から少々考察してみると、このよ
うな多数波形の合成は、建築音７等でいう初期反射音の
合成と軌を−にし、周波数領域で見れば多重共振系を通
過したような音となるが、上記のようなピッチ変換の場
合には、系統数をｎとすれば、１／ｎ個の反射音成分が
前記２０〜ｓｏｍｓという聴感上全く気にならない短い
期間内に出ては消え、出ては消える状態となっている違
いがある。したがって、前記ｎが多ければ多いｔよと前
記多重共振等の影響は少ないといえ、また、反射音の場
合でも、上述のように直接音から５０ｍ５以内に入って
くる音は、その直接音を増強する役目を有していること
が知られており、ずなわらエコー等とは間こえない性質
があるので、この場合でも、前記２０〜５０ｍ５程度の
時間範囲で複数波形を生成し合成すれば、実際何らの違
和感も生ずることなく聴感上充分自然な印象を与えるも
のとなる。

第１図のピッチ変換（１４成によるピッチ変換動（゛［
を第４図および第５図を参照しつつ、より−、Ｑｑ的な
形で説明する。

（Ａ＞ピッチダウン 第４図は、Ｎ分の１ビツヂダウンする場合の例である。

ここで、Ｎは１以上の任意の数で、例え　。

ば１０％ピッチダウンであればＮ＝　　１．１１１１と
なる。

ピッチダウンすべき入力（３号は、図示のように、相互
に重複しかつ開始時点が少しづつずれた各単位区間■、
■、・・・、■・・・ごとに区切られ、これらがＭ系統
（ここでは説明の都合上Ｍ＝４の例を述べるが、これに
限らない）のピッチ変換回路１２゜１４、１６．１８に
図示のごとく順次巡回的に分配されていく。各単位区間
の幅Ｕは、いずれも時間にして２０〜５０　＋ｎ　Ｓ程
度の短かなものであり、このように、入力信号は、聴感
上問題とならないような小さな部分ごとに到切れにされ
た状態で処理されていく。

各単位区間の開始位置は、概ね前記各単位区間幅ＵのＭ
分のＮ程度ずれているが、完全に均等にずれているわけ
ではなく、息識的にランダム化されており、いわゆるカ
ラレーションの防止を図っている。

カラレーションとは、処理の周期性、すなわち単純な繰
返しを伴なう電気的処理等に起因して、出力信号のある
特定周波数成分が強調されてしまい、ｅ！５上、いわゆ
る金属的な響きを生ずる現象を指し、この現象が一旦生
じてしまうと極めて不自然な音となってしまう。前述し
た各単位区間を、単純に均等分割かつ均等ずれとした場
合、どうしてもこの現象を生じ易くなるので、ここでは
、各単位区間の開始位置をある範囲内で適当に変化させ
ることにより、処理の周期性を排除し、カラレーション
を減少させている。具体的には、入力信号の分配あるい
は波形の読出し時の処理アドレス等にランダム関数を導
入してやれば良い。なお、同様のことは、前記各単位区
間幅自体にランダム性を持たせることによっても実現可
能となる。

各ピッチ変換回路１２．１４．１６．１８に分配された
各単位区間■、■、・・・、■・・・（入力信号の各部
分部分）はそれぞれＮ分の１ピツチダウン処理が行なわ
れ、時間幅にしてＮ−Ｕに伸張される。具体的にはデー
タの読み出し周期をＮ倍としたり、あるいは読み出し周
期はそのままで１／（Ｎ−１）回に１度データの２度読
みをする等の方法が用いられる。

これにより各ピッチ変換回路からは、図示のごとく各単
位区間■、■、・・・、■・・・をそれぞれピッチ変換
した出力波形■′、■′、・・・、■′・・・が順次１
ｑられていく。あるピッチ変換回路、例えば変換回路１
２について見れば、単位区間■を変換して出力波形■′
を出力し終った後、今度は単位区間■を変換し始め出力
波形■′を作成していくというように、全てのピッチ変
換回路は略々遊びなく変換処理を行なっており、効率は
良い。ここで、略々といったのは、前述したように各単
位区間■、■、・・・、■・・・の開始位置が、カラレ
ーションの防止の目的で、時間的にある程度ランダム化
されているためであり、そのズレの程度によっては１つ
の変換回路で順次発生する各波形のつなぎ目部分に僅か
ながら空白期間が生ずることもあり得るからであるが、
これは実際上はとんど無いに等しいし、全く問題ない。

また、ピッチ変換回路１２．１４．１６．１８の出力側
に設けられた各係数乗陣器２０，２２，２４．２６は、
図示のごとく各単位区間のピッチ変換された出力波形に
ついて、それぞれその当初１／４区間で係数を０から　
１に漸次増加させでいき、そのまま係数を１に保持して
１／２区間を経過させ、終りの１／４区間で再び係数を
１からＯに漸次減少させるようにしている。そして、係
数付与がなされた各出力波形は、同時刻に存在するもの
同士が加算器２８で全加算されて、最終的なピッチ変換
信号が合成されることになる。

この過程で、各波形の入れ替え、およびその際のクロス
フェード処理が行なわれる。すなわち、ある時点で同時
に存在している複数系統の波形のうち最古のもの、例え
ば出力波形■′が加算＝２８での加算から外れていくと
ぎには、同波形■′のレベルは徐々ｔ、二小ざくなって
いくが、新たに油滓に加わってくる最新の波形■′は逆
に徐々に大ぎくなってくる。この相補的レベル制御、す
なわらクロスフェードは全ての波形入れ替え部分で同様
に行なわれるので、加停器２８の出力に生じる最終的な
ピッチ変換信号波形のパワー平均は、常に一定（この場
合、１系統分のパワー平均の３倍）となり、もって、聴
感上目されりとなる不自然なピーク、ディップは何ら生
じない。

また、加１１８で加算されるｍｌの出力波形中にはいず
れの波形に関しても、入力信号における同一時刻あるい
はその前後時刻の部分から生成された別の出力波形が必
ず存在する。例えば、出力波形■′について見れば、そ
の前半部分の入力信号内容は出力波形■′の後半部分と
共通であるし、その後半部分の入力信号内容は出力波形
■′の前半部分と共通である。設定ピッチ変換比によっ
ては必ずしも共通部分が多くあるとは限らないが、いず
れにしても、加算される出力波形中には互いに極めて相
関の強い内容の信号が必ず存在しているということは確
かである。したがって、これらが相互に補い合い、信号
内容の連続性という観点からもスムーズさを失うことが
ない。

また、以上の動作によれば、従来のごとく入力信号波形
の後部をカットすることなく、波形の全てを均一に利用
してピッチダウンさせることができる。

（Ｂ）ピッチアップ 第５図は、Ｎ倍ピツチアップする場合の例である。やは
り、Ｎは１以上の任意の数で、例えば１０％ピッチアッ
プであればＮ＝１．１となる。

ピッチアップすべき入力信号は、やはり、図示のように
、各単位区間■、■、・・・、■・・・ごとに区切られ
、Ｍ系統（ここでも説明の都合上Ｍ＝４の例を述べるが
、これに限らない）のピッチ変換回路１２．１４．１ｆ
３．１８に分配されていく。各単位区間の幅Ｕは、いず
れも時間にして２０〜５０ｍ５程度である。

各゛単位区間の開始位置は、概ね前記各単位区間幅Ｕの
（Ｎ−Ｍ）分の１程度ずれており、かつ第４図のピッチ
ダウンの場合と同様、意識的にランダム化されている。

各ピッチ変換回路１２．　＋４．１６．１８に分配され
た各単位区間■、■、・・・、■・・・（入力信号の各
部分部分）はそれぞれＮ倍ピツチアップ処理が行なわれ
、時間幅にしてＮ／Ｕに短縮される。方法としてはデー
タの読み出し周期を１／Ｎ倍としたり、あるいは読み出
し周期はそのままで１／（Ｎ−１＞回に１度データを１
つ飛ばし読みをする等がある。

これににり各ピッチ変換回路からは、図示のごとく各単
位区間■、■、・・・、■・・・をそれぞれピッチ変換
した出力波形■′、■′、・・・、■′・・・が順次ｉ
ｑられ、係数乗算器２０．２２．２４．２６で前述と同
（１に、パワー平均を一定化すべく、図示のような係数
付与が行なわれた後、加算器２８で全加算されて、最終
的なピッチ変換信号が合成される。

そして以上の動作によれば、従来のごとく入力信号波形
の一部を２度読みする等を行なわなくてもピッチアップ
させることができる。

［変更例］ 前記実ＩＪｉ！例ではピッチ変換の系統数Ｍを４とした
が、一般的に系統数を増すほどピッチ変換信号の均一性
を得ることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明のピッチ変換方法は、入
力信号を異なるタイミングで部分的にピッチ変換してＰ
ｉ数の信号波形を順次生成するとともに、これら複数の
信号波形のうち、最古の波形と最新の波形とを順次入れ
替えながら連続的にこれら複数の信号波形を合成してピ
ッチ変換信号を１ｑるようにしたので、ピッチ変換にあ
たり、従来のように信号の一部だけを２度読みしたりと
か、一部を切り捨てたりする必要がなくなり、入力信号
の全ての部分を偏ねく用いることができ、信号の車み付
けをより均一にすることができるとともに、合成される
複数の信号波形も互いにその前後関係を補い合っている
から、信号の連続性も充分保たれ自然な感じのピッチ変
化を得ることができる。また、最古の波形と最新の波形
との入れ替えにあたり、クロスフェード処理を行ない、
合成されたピッチ変換信号波形のパワー平均が一定とな
るようにすれば、合成に伴なう不自然なピーク、ディッ
プを充分に防止し＋５でより自然な感じのピッチ変換を
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明のピッチ変換方法の一実施例を示ず
ブロック図である。 第２図、第３図は、それぞれ従来のピッチ変換方法を示
す波形図である。 第４図は、この発明のピッチ変換方法によるピッチダウ
ン時の動作の一例を示す説明図である。 第５図は、この発明のピッチ変換方法によるビブチアッ
プ時の動作の一例を示す説明図である。 １ｏ・・・分配制御回路、　１２．１４．１６．１８・
・−ピッチ変換回路、　２０．２２．２４．２６・・・
係数乗口器、　１０・・・分配制御回路第４図 イ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力信号を異なるタイミングで部分的にピッチ変
   換して複数の信号波形を順次生成するとともに、これら
   複数の信号波形のうち、最古の波形と最新の波形とを順
   次入れ替えながら連続的にこれら複数の信号波形を合成
   してピッチ変換信号を得るようにしたことを特徴とする
   ピッチ変換方法。
2. （２）合成されたピッチ変換信号波形のパワー平均が一
   定となるように、前記最古の波形と最新の波形との入れ
   替えにあたり、クロスフェード処理を行なうことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のピッチ変換方法。