JP3595286B2 - ピッチシフター付きカラオケ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、歌唱者の歌声のピッチ（音の高さ）を修正するピッチシフター付きのカラオケ装置の改良に関し、より具体的には、標準の主旋律のピッチに合わせたり主旋律ピッチのオクターブ上や下に合わせたりして補正する処理方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許第３１７９４６８号公報には、歌唱者の音声をカラオケ伴奏音楽の主旋律データと倍音関係にあり、かつ歌唱者の音声と同じオクターブ域に収まる主旋律になるように、歌唱者の歌声を補正するピッチシフターが開示されている。これは歌唱者の歌声のピッチと主旋律のピッチとの音程を検出し、これが同じオクターブ域であれば（音程が１オクターブ以内）主旋律のピッチになるように歌声のピッチを補正し、１オクターブ以上離れている場合には、主旋律のピッチを１オクターブ上または１オクターブ下にシフトしたピッチになるように歌声のピッチを補正するものである。この従来技術によると音痴な人が歌ってもその歌声と同じオクターブ域内でピッチが補正される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術によれば、女性アーティストの歌を男性が歌う場合には一般的には男性の音域にピッチが変換されて出力されるし、反対に男性アーティストの歌を女性が歌う場合には女性の音域にピッチが変換されて出力されることになるので、便利である。
【０００４】
しかし、一般的な音域でしか歌えない人が音域が非常に広いアーティストの歌を歌う場合を考えてみると、かえって具合がよくない。このような曲では歌唱者は自分が歌える音域より高音域の部分は１オクターブ下げて歌うし、自分の音域より低音域の部分は１オクターブ上げて歌って何とか歌い切ろうとする。たとえば男性アーティストの歌を女性が歌う場合は、その曲の大部分は１オクターブ上げて歌うが、高音域は元歌どおりのピッチに戻す。逆に女性アーティストの歌を男性が歌う場合には、大部分は１オクターブ下げて歌うが、低音域は元歌どおりのピッチに戻して歌う。上記の従来技術によればこのような場合にも忠実に歌声と同じオクターブ域になるようにピッチ変換されることになるので、高音域と低音域の間の連続性がとぎれ、せっかく部分的には模範的な歌唱となっても、全体的に音楽として聞き苦しいものになってしまう。
【０００５】
そこで本発明者らは、歌い出した時点のオクターブ域が歌唱者にとってもっとも歌唱しやすい音域であると考え、そのオクターブ域での主旋律に歌声のピッチが変換され、しかも歌の途中でオクターブ上下して歌唱しても歌い出し時のオクターブ域のままでピッチを補正し続けることができないかと考えた。そうすれば、歌唱者のごく自然な音域で完成度の高い音楽となって聞こえるので、自他ともに気持ちがよい筈である。このようにして本発明はなされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るピッチシフター付きカラオケ装置は、つぎの事項（Ａ）〜（Ｅ）により特定されるものである。
（Ａ）ピッチ検出手段と、ピッチ変換手段と、中央処理手段と、指示ピッチ決定手段とを備えるカラオケ装置であること
（Ｂ）ピッチ検出手段は、マイクロホンより入力される歌声信号から歌声ピッチを逐次検出すること
（Ｃ）ピッチ変換手段は、指示ピッチ決定手段が決定した指示ピッチに合わせて、入力される歌声信号を周波数変換すること
（Ｄ）中央処理手段は、選択された伴奏音楽データを演奏手段に演奏させる際、演奏の進行に伴って伴奏音楽データより主旋律ピッチを逐次取得するとともに、歌い出し冒頭の所定期間、指示ピッチ決定手段にオクターブ域判定を指示すること
（Ｅ）指示ピッチ決定手段は、中央処理手段のオクターブ域判定の指示に従い、歌声ピッチを主旋律ピッチ、及び、それとオクターブ違いのピッチと比較し、近似していると判定した主旋律ピッチ、又は、それとオクターブ違いのピッチを指示ピッチとして決定すること
【０００７】
また望ましくは、前記歌い出し冒頭の所定期間において前記オクターブ域判定手段が判定できない場合に前記所定期間の延長が可能であり、延長後の所定期間において前記オクターブ域判定手段で判定結果が出るまで前記所定期間の延長をくりかえすことを特徴とするピッチシフター付きカラオケ装置とした。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施例によるピッチシフター付きカラオケ装置の構成を図１に示している。このカラオケ装置の基本的な構成は従来の一般的なものと同様であり、パソコン本体に相当する中央処理装置１と、その周辺機器であるハードディスク装置２、操作制御部３、シンセサイザー４、映像制御部５などを備えている。
【０００９】
ハードディスク装置２は多数の楽曲のカラオケデータが記憶されてカラオケデータベースとして管理される。カラオケデータは、ＭＩＤＩデータなどの電子楽譜形式で記述されたカラオケ伴奏音楽データと、伴奏音楽に同期して歌詞を表示して色変えするための歌詞描出データが含まれる。この発明においては、カラオケ伴奏音楽データには主旋律パートが含まれており、カラオケ伴奏音楽の演奏中に歌唱者が発声すべき音の高さを示すデータ（これを主旋律ピッチＰｍとする）を前記主旋律パートから取得することができる。さらにこの発明のカラオケ伴奏音楽データの歌い出し冒頭に当たる部分には、歌唱者が実際に発声した音の高さ（歌声ピッチＰｖとする）と主旋律ピッチＰｍとの関係が単音程（同じオクターブ域であること）なのか複音程なのかを判定する期間（オクターブ域判定期間とする）であることを示す判定期間データが付帯され、カラオケ伴奏音楽に同期して後述のオクターブ域判定回路１３に出力されている。
【００１０】
ある楽曲を演奏するとき、中央処理装置１は、ハードディスク装置２から事前に読み出してメモリに展開してあるカラオケ伴奏音楽データを逐次処理し、シンセサイザー４を順次駆動してカラオケ伴奏音楽のオーディオ信号を生成する。このカラオケ伴奏音楽の信号はミキシングアンプ６で後述の歌声信号と混合されて増幅され、スピーカシステム７から音響出力される。これと並行して中央処理装置１は、前記の歌詞描出データを逐次処理し、カラオケ伴奏音楽の進行に同期して色変わりする歌詞文字列のグラフィックスデータを映像制御部５に生成し、その歌詞文字列をディスプレイ８で表示する。なお詳しい説明は省略するが、歌詞文字列の背景に適宜な動画が表示される。
【００１１】
歌唱者はマイクロホン９を持ち、スピーカシステム７から出る伴奏音楽を聴きながらディスプレイに表示される歌詞を見て歌う。マイクロホン９から出力される歌声信号はマイクロホンアンプ１０を経てピッチ変換回路１１に入力される。以下に詳しく説明するように、ピッチ変換回路１１は、セレクタ１２から与えられるピッチ（指示ピッチとする）になるように、マイクロホン９からの歌声信号のピッチを変換して出力する。ピッチ変換回路１１から出力される歌声信号はミキシングアンプ６に入力される。
【００１２】
マイクロホンアンプ１０からの歌声信号はピッチ検出回路１４にも入力される。このピッチ検出回路１４は、入力された歌声信号を適宜な周期でサンプリングして歌声信号の基本周波数を検出し、その検出値（歌声ピッチＰｖ）をディジタルデータで出力する。なお、ピッチ検出回路１４は、入力信号のある程度の継続性のある基本周波数を検出するもので、ごく短期間での周波数変動には感応しないように、そのサンプリング特性や濾波特性を適宜に設定している。
【００１３】
ピッチ検出回路１４から出力される歌声ピッチＰｖは、３系統の演算回路１５ａ・１５ｂ・１５ｃに入力される。演算回路１５ａにはまた、中央処理装置１から与えられる前述の主旋律ピッチＰｍも入力される。この主旋律ピッチＰｍは、中央処理装置１が主体となってカラオケデータを処理して伴奏音楽の演奏と歌詞文字列の生成を行うのと並行し、中央処理装置１がカラオケデータから取得して逐次出力するもので、カラオケ伴奏音楽の演奏時系列の各時点で歌うべき音の高さを示すディジタルデータのストリームである。中央処理装置１はまた、主旋律ピッチＰｍを取得する際に主旋律ピッチＰｍを２倍にしたピッチ（主旋律ピッチＰｍの１オクターブ上のピッチ）を算出して演算回路１５ｂに入力する。同時に主旋律ピッチを２分の１にしたピッチ（主旋律ピッチＰｍの１オクターブ下のピッチ）も算出して演算回路１５ｃ入力する。
【００１４】
演算回路１５ａ・１５ｂ・１５ｃは、それぞれに入力された２つのピッチの差分を算出し、その値をオクターブ域判定回路１３に出力する。すなわち演算回路１５ａからは歌声ピッチＰｖと主旋律ピッチＰｍとの差分が出力される。また演算回路１５ｂからは歌声ピッチＰｖと主旋律ピッチＰｍを２倍にしたピッチとの差分が出力される。同じように演算回路１５ｃからは歌声ピッチＰｖと主旋律ピッチＰｍを２分の１にしたピッチとの差分が出力される。
【００１５】
３系統の演算回路１５ａ・１５ｂ・１５ｃからの出力は前記オクターブ域判定回路１３に入力される。オクターブ域判定回路１３では、前述の判定期間データを受信した歌い出し冒頭のオクターブ域判定期間において、演算回路１５ａ・１５ｂ・１５ｃの出力を比較して以下を判定する。
▲１▼ 歌い出し冒頭部分における歌唱ピッチＰｖが総体的に主旋律ピッチＰｍと単音程の関係になっているか（主旋律と同じオクターブ域で歌い始めたか）
▲２▼ 歌い出し冒頭部分における歌唱ピッチＰｖが総体的に主旋律ピッチＰｍより高い複音程の関係になっているか（主旋律より１オクターブ高い音域で歌い始めたか）
▲３▼ 歌い出し冒頭部分における歌唱ピッチＰｖが総体的に主旋律ピッチＰｍより低い複音程の関係になっているか（主旋律より１オクターブ低い音域で歌い始めたか）
【００１６】
歌い出し冒頭のオクターブ域判定期間が経過し、オクターブ域判定回路１３において前記▲１▼▲２▼▲３▼のいずれかであると判定したら、判定回路１３はセレクタ１２に３系統の入力のうちの１つを選択するセレクト信号を供給する。これにより、判定結果が▲１▼であった場合にはセレクタ１２の入力▲１▼が選択され、中央処理装置１からの主旋律ピッチＰｍがセレクタを経由してピッチ変換回路１１に指示ピッチとして入力される。また判定結果が▲２▼であった場合にはセレクタ１２の入力▲２▼が選択され、主旋律ピッチＰｍの１オクターブ上のピッチ（Ｐｍ×２）がセレクタを経由してピッチ変換回路１１に指示ピッチとして入力される。同様に、判定結果が▲３▼であった場合にはセレクタ１２の入力▲３▼が選択され、主旋律ピッチＰｍの１オクターブ下のピッチ（Ｐｍ÷２）がセレクタを経由してピッチ変換回路１１に指示ピッチとして入力される。
【００１７】
以上のようにして指示ピッチを受信したピッチ変換回路１１では、マイクロホンアンプ１０からの歌声信号を周波数変換して歌声信号のピッチＰｖを指示ピッチに一致させ、そのようにピッチシフトさせた歌声信号をミキシングアンプ６に供給する。
【００１８】
以上に詳しく説明した本実施例のピッチシフトの作用効果について、図２の楽譜を参照しながら、実際のカラオケ歌唱に即して具体的に説明する。図２の１段目は主旋律データであり、２段目は歌唱者が意図した歌唱旋律を譜面化したものである。また３段目はこのカラオケ装置によってピッチシフトされた結果の旋律を譜面化したものである。譜面１段目の主旋律データには判定期間データが付帯されており、第１小節目がオクターブ域判定期間であることが示されている。
【００１９】
歌唱者はこの曲をピッチが高い歌だと思っていたので第１小節目を譜面１段目より１オクターブ下げたつもりで歌ってみた。ところが思っていたより音域は低く歌唱者の歌える音域に収まりそうなので第２小節目〜第３小節目は１段目のとおりに歌う。すなわち、１小節目より１オクターブ上げたつもりで歌う。ところがやはり歌の音域が高めで歌唱者の歌える音域をやや逸脱していたので、第４小節目は再度１段目より１オクターブ下げたつもりで歌った。
【００２０】
この場合には、オクターブ域判定期間（この例では第１小節目）経過後に、オクターブ域判定回路１３ではこの歌唱者は第１小節目には総じて主旋律より１オクターブ下の音域の範囲で歌唱していると判定する。その判定結果からセレクタ１２では指示ピッチとして主旋律ピッチより１オクターブ下に変換したピッチ（セレクタ１２の入力▲３▼）が選択される。その後は、第２小節目〜第３小節目のように譜面１段目どおりに歌っても、また４小節目のように１オクターブ下げて歌っても、もはやオクターブ域判定回路１３は動作せず、歌声ピッチＰｖによらず譜面１段目より１オクターブ下のピッチになるようにスピーカシステム７から音響出力される。このようにして、第１小節目と第４小節目はほぼ歌唱者の歌声どおりのピッチで、また第２〜第３小節目は歌声よりほぼ１オクターブ下げたピッチで、つまり譜面３段目のように、全体を通して譜面１段目より正確に１オクターブ下げて歌っているように聞こえることになる。
【００２１】
なお、オクターブ域判定期間中には、歌唱者の歌声信号をそのままスピーカシステム７に出力するようにしてもよいし、オクターブ変換はしないで主旋律Ｐｍのとおりにピッチ補正して出力してもよい。
【００２２】
また、オクターブ域判定回路１３における判定のやり方は様々であるが、たとえば判定期間において３系統の演算回路の出力の平均値を算出して最小値になるものを選択してもよいし、その際に演算回路の出力に対してしきい値をあらかじめ規定しておき、そのしきい値より大きい出力は無視して平均値算出要素からは除くようにしてもよい。また判定期間データは延長可能に構成しておき、オクターブ域判定回路１３で様々な要因で判定ができなかった場合には延長されるようにしてもよい。たとえば判定不能時にオクターブ域判定回路１３内で自動的に数小節の判定期間データが付与されるようにしておき、新たに付与された判定期間データで示されたオクターブ域判定期間においてオクターブ域の判定を行うようにする。これを判定結果が出るまでくりかえすようにすればよい。
【００２３】
その他、歌声ピッチＰｖと指示ピッチとの差があらかじめ規定した値（たとえば半音）より小さい場合にのみピッチを変換するようにしてもよい。こうすると、主旋律あるいはオクターブ変換した主旋律からの歌声のピッチのずれがあまり大きい場合にはピッチは変換されず、ずれが微少である場合にのみピッチを補正するように変換される。
【００２４】
なおもちろんのことではあるが、本発明は前記の実施例に限定されるものではなく、たとえばピッチ検出回路１４・演算回路１５ａ〜ｃ・オクターブ域判定回路１３・ピッチ変換回路１１・セレクタ１２の信号処理機能や中央処理装置１の機能の一部を１つのディジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）を用いてもっぱらソフトウェア的に実現することも可能である。
【００２５】
【発明の効果】
この発明にかかるカラオケ装置によれば、歌唱者の歌い始めのオクターブ域にあわせて、歌声のピッチが歌唱すべき主旋律のピッチまたは主旋律を１オクターブ上下したピッチに変換される。これにより歌唱者が歌いづらい箇所を１オクターブ上げたり下げたりしながら歌っても、歌唱者の自然な歌声のまま完成度が高い歌唱にすることができ、その場でしか味わえない満足感を自他ともに得ることができる。その結果、カラオケを利用する人が増大する効果も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係るピッチシフター付きカラオケ装置の構成例である。
【図２】この発明の一実施例の作用を具体的に説明するために参考となる図である。
【符号の説明】
１ 中央制御装置
２ ハードディスク装置
３ 操作制御部
４ シンセサイザー
５ 映像制御部
６ ミキシングアンプ
７ スピーカシステム
８ ディスプレイ
９ マイクロホン
１０ マイクロホンアンプ
１１ ピッチ変換回路
１２ セレクタ
１３ オクターブ域判定回路
１４ ピッチ検出回路
１５ａ・１５ｂ・１５ｃ 演算回路

Claims (2)

1. ピッチ検出手段（14）と、ピッチ変換手段（11）と、中央処理手段（１）と、指示ピッチ決定手段（12、13）とを備えるカラオケ装置であって、
   ピッチ検出手段（14）は、マイクロホン（９）より入力される歌声信号から歌声ピッチを逐次検出し、
   ピッチ変換手段（11）は、指示ピッチ決定手段（12、13）が決定した指示ピッチに合わせて、入力される歌声信号を周波数変換し、
   中央処理手段（１）は、選択された伴奏音楽データを演奏手段（４）に演奏させる際、演奏の進行に伴って伴奏音楽データより主旋律ピッチを逐次取得するとともに、歌い出し冒頭の所定期間、指示ピッチ決定手段（12、13）にオクターブ域判定を指示し、
   指示ピッチ決定手段（12、13）は、中央処理手段（１）のオクターブ域判定の指示に従い、歌声ピッチを主旋律ピッチ、及び、それとオクターブ違いのピッチと比較し、近似していると判定した主旋律ピッチ、又は、それとオクターブ違いのピッチを指示ピッチとして決定する
   カラオケ装置。
2. ピッチ変換手段（14）は、指示ピッチが決定されるまで、入力される歌声信号をそのまま出力する
   請求項１に記載のカラオケ装置。

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