JPH06149288A - ピッチ変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡単な構成で、波形の連続性を損なわず、予め
記憶させておくべき情報も少なくて済むピッチ変換を実
現する。 【構成】入力オーディオ信号が、帯域分割部１１で複数
帯域に帯域分割され、それぞれ所定の帯域幅をもつ各帯
域が、第１の帯域変換部１２によって、すべて分割後の
帯域の中で最も低い帯域と同じ帯域となるように周波数
変換される。各帯域毎の信号は、第２の帯域変換部１３
で制御信号に応じて元の帯域周波数を周波数シフトした
周波数へ周波数変換される。この第２の帯域変換部１３
での周波数変換に際し制御信号に応じた周波数シフトを
行うことにより、ピッチチェンジすなわちピッチ変換を
実現する。第２の帯域変換部１３で周波数変換された各
帯域毎の信号は、合成部１４で加算的に合成され、オー
ディオ信号として出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、オーディオ信号のピ
ッチを制御して、音高をシフトするためのピッチ変換装
置に係り、特にカラオケ装置等の演奏音高あるいは演奏
キーを調整するためのピッチコントロールに好適なピッ
チ変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、オーディオ信号のピッチを変換す
るピッチ変換装置としては、時間軸処理でピッチの変換
・調整を実現するのが一般的であった。この場合、オー
ディオ信号を、１０msec程度の単位時間毎の小さなブロ
ックに分割し、各ブロック毎に補間等の処理を行って時
間軸を変化させた後、いわゆるクロスフェード等の処理
により、各ブロックをほぼ滑らかに結合する。このよう
な方式で、ピッチを少し上げる場合の具体的な例を図７
（ａ）〜（ｃ）にブロックのとり方を若干誇張して模式
的に示す。すなわち、図７（ａ）に示すような波形（ほ
ぼサイン波）を有するオーディオ信号を所定時間毎のブ
ロックＢ１〜Ｂ４に分割し、周波数軸を圧縮して図７
（ｂ）に示すような各ブロック毎の波形Ｗ１〜Ｗ４を得
る（ピッチを下げる場合には、補間を行って周波数軸を
伸長する）。このような各ブロックの境界部において、
波形Ｗ１〜Ｗ４をクロスフェードさせることにより、図
７（ｂ）に示すように結合された波形を得る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したような、従来
の方式によるピッチ変換装置では、時間軸についての圧
縮、伸長、補間等の時間軸処理を行っているため、波形
の連続性を保つことが困難であり、高精度のクロスフェ
ードを行っても波形が歪むことは避けられず、ひいては
ピッチ調整後の再生音が歪むことになる。しかも、上述
のようなピッチ変換装置では、ピッチの変化幅に応じた
補間係数を予め用意してＲＯＭ（リードオンリメモリ）
等に記憶させておかなければならないことに加えて、時
間軸処理のための複雑なＲＡＭ（ランダムアクセスメモ
リ）コントロールを行わねばならず、ハードウェア構成
が複雑になってしまう。この発明は、上述のような事情
に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、波形の連続性
を損なわず、予め記憶させておくべき情報も少なくて済
むピッチ変換装置を提供することを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明に係るピッチ変
換装置は、入力オーディオ信号を、複数の周波数帯域に
分割するための帯域分割手段と、帯域分割された周波数
帯域毎の信号に周波数変換を施して、すべてを分割後の
帯域の中で最も低い帯域と同じ帯域の信号とするための
第１の周波数変換手段と、ピッチを制御する制御信号を
生成するための制御信号生成手段と、前記第１の周波数
変換手段で周波数変換された各帯域毎の信号を、元の周
波数帯域に対応し且つ前記制御信号に応じてシフトした
周波数に周波数変換するための第２の周波数変換手段
と、前記第２の周波数変換手段で周波数変換された各帯
域毎の信号を合成して出力オーディオ信号を得るための
合成手段とを具備することを特徴としている。

【０００５】

【作用】この発明のピッチ変換装置においては、入力オ
ーディオ信号を、複数の周波数帯域に分割し、これら周
波数帯域毎の信号に周波数変換を施して、すべてを分割
後の帯域の中で最も低い帯域と同じ帯域の信号とし、そ
の周波数変換された各帯域毎の信号を、元の周波数帯域
に対応し且つ制御信号に応じてシフトした周波数に周波
数変換して、各帯域毎の信号を合成して出力オーディオ
信号を得ることにより、簡単な構成で、波形の連続性を
損なわずピッチ変換を行うことができ、予め記憶させて
おくべき情報も少なくて済む。

【０００６】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例を
説明する。図１は、この発明の第１の実施例に係るピッ
チ変換装置の構成を模式的に示している。この第１の実
施例では、この発明によるピッチ変換装置の基本的な構
成を、単一の信号系について別途に与えられる制御信号
によりピッチを制御する場合について示している。図１
に示すピッチ変換装置は、帯域分割部１１、第１の帯域
変換部１２、第２の帯域変換部１３および合成部１４を
有する。

【０００７】図１において、帯域分割部１１は、複数の
バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を有し、入力されたオー
ディオ信号データを複数、例えば数帯域〜１０００帯域
程度、の周波数帯域に分割する。第１の帯域変換部１２
は、帯域分割部１１で複数帯域に帯域分割された各周波
数帯域の信号データを周波数変換して、すべてを分割後
の帯域の中で最も低い帯域と同じ帯域の信号データとす
る。第２の帯域変換部１３は、第１の帯域変換部１２で
分割後の帯域の中で最も低い帯域と同じ帯域に周波数変
換された各帯域毎の信号データを、ピッチを制御するた
めの制御信号に応じ且つ元の帯域周波数に対応する周波
数に周波数変換する。すなわち、この第２の帯域変換部
１３の周波数変換処理は、元の帯域周波数を制御信号に
応じて周波数シフトした周波数への周波数変換を行う。
これら第１および第２の帯域変換部１２および１３は、
例えば、各帯域毎の信号と所定周波数信号とを乗算器で
乗算して、両者の和の周波数信号と差の周波数信号とを
得て、第１の帯域変換部１２の場合はローパスフィルタ
（ＬＰＦ）等により差の周波数信号成分のみを取り出
し、第２の帯域変換部１３の場合は和の周波数信号成分
のみを取り出すようにすればよい。合成部１４は、各帯
域毎のバンドパスフィルタ（このバンドパスフィルタは
第２の帯域変換部１３において和の周波数信号成分のみ
を取り出すためのバンドパスフィルタを用いる場合はそ
のバンドパスフィルタと兼用してもよい）からなる帯域
フィルタ部１４ａと加算器１４ｂとを有しており、第２
の帯域変換部１３で周波数変換された各帯域毎の信号か
ら帯域フィルタ部１４ａによって不要な信号成分を除去
し、所要の帯域の信号のみとして加算器１４ｂで加算合
成して出力信号を得る。

【０００８】このような構成のピッチ変換装置では、オ
ーディオ信号が、マイクロフォン（マイク）等を介して
入力されると、そのオーディオ信号が、帯域分割部１１
で複数帯域に帯域分割される。帯域分割部１１で帯域分
割されたそれぞれ所定の帯域幅をもつ各帯域の信号が、
第１の帯域変換部１２によって、すべて分割後の帯域の
中で最も低い帯域と同じ帯域の信号となるように周波数
変換される。第１の帯域変換部１２を経た各帯域毎の信
号は、第２の帯域変換部１３で制御信号に応じて元の帯
域周波数を周波数シフトした周波数へ周波数変換され
る。この第２の帯域変換部１３での周波数変換に際し制
御信号に応じた周波数シフトを行うことにより、ピッチ
チェンジすなわちピッチ変換を実現する。第２の帯域変
換部１３で周波数変換された各帯域毎の信号は、合成部
１４で加算的に合成され、オーディオ信号として出力さ
れる。

【０００９】このようにすれば、入力されたオーディオ
信号を複数の周波数帯域に分割するとともに各周波数帯
域成分を分割後の帯域の中で最も低い帯域と同じ帯域の
信号に周波数変換し、これら各周波数帯域の信号成分を
制御信号に応じてシフトしつつ周波数変換して合成する
ことにより、周波数軸処理によりピッチ変換を行い、ピ
ッチ変換における波形の連続性を有効に保つことができ
る。このとき、制御信号に応じた周波数変換のための制
御係数は制御信号によるピッチの変化量をパラメータと
して演算により生成することができ、予め種々の変化量
に応じて用意しておく必要はない。

【００１０】図２は、上述のような基本構成を応用した
この発明の第２の実施例によるピッチ変換装置の構成を
示す。この第２の実施例のピッチ変換装置では、入力信
号が左右２チャンネルのいわゆるステレオ信号で与えら
れ、これを一旦ディジタル化してピッチ変換処理を行
い、最終的にアナログ信号に戻して出力する。図２に示
すピッチ変換装置は、第１のサンプルホールド回路（Ｓ
／Ｈ）２１Ｌ、２１Ｒ、Ａ／Ｄ（アナログ−ディジタ
ル）変換部２２、帯域分割部２３、第１の帯域変換部２
４、第２の帯域変換部２５、合成部２６、Ｄ／Ａ（ディ
ジタル−アナログ）変換部２７、第２のサンプルホール
ド回路２８Ｌ、２８Ｒ、サイン波ＲＯＭ（リードオンリ
メモリ）２９および読出し制御部３０を有する。

【００１１】この場合、第１のサンプルホールド回路
は、左チャンネル用第１のサンプルホールド回路２１Ｌ
と右チャンネル用第１のサンプルホールド回路２１Ｒと
の一対設けられ、各チャンネルの入力信号を実質的に所
定のサンプリング周波数Ｆｓで左右チャンネルについて
交互にサンプリングして、Ａ／Ｄ変換部２２で時分割的
にディジタル化する。帯域分割部２３、第１の帯域変換
部２４、第２の帯域変換部２５および合成部２６につい
ては、図１に示した帯域分割部１１、第１の帯域変換部
１２、第２の帯域変換部１３および合成部１４とそれぞ
れ実質的に同様の処理をディジタル処理にて行う。ただ
し、この図２の場合、第１の帯域変換部２４および第２
の帯域変換部２５の両者がサイン波ＲＯＭ２９より供給
されるサイン波信号により制御される。

【００１２】帯域フィルタ部２６ａおよび加算器２６ｂ
からなる合成部２６で合成された信号は、Ｄ／Ａ変換部
２７でアナログ化され、やはり左右２チャンネル用に設
けられた一対の第２のサンプルホールド回路２８Ｌおよ
び２８Ｒで、先の時分割のタイミングに同期して交互に
サンプルホールドされ、左右チャンネルに分離されて出
力される。サイン波ＲＯＭ２９はサイン波形情報が格納
されたＲＯＭからなり、読出し制御部３０により時間軸
制御されて読出されることにより、所定周波数のサイン
波信号を第１の帯域変換部２４および第２の帯域変換部
２５に供給する。このときサイン波ＲＯＭ２９からのサ
イン波読出し動作は、先に述べた左右チャンネル毎に時
分割動作し得るばかりでなく、各帯域についても同一の
サイン波ＲＯＭ２９から時分割的に供給することができ
る。

【００１３】サイン波ＲＯＭ２９の出力を振幅制御する
ことにより、各帯域毎の成分を任意に振幅制御すること
ができる。また、読出し制御部３０により位相および周
波数を制御することにより、各帯域毎の成分の位相およ
び周波数を任意に制御することができる。これら各帯域
毎の成分の振幅、位相および周波数を制御することによ
り、最終出力において種々の効果を得ることができる。
例えば、各帯域毎の成分の周波数の全体的な制御によ
り、最終出力の全体的なピッチの制御を行うことがで
き、各帯域毎の成分の振幅の全体的な制御により、最終
出力の振幅の全体的な制御を行うことができる。

【００１４】次に、この第２の実施例における具体的な
信号処理の一例を説明する。第１のサンプルホールド回
路２１Ｌまたは２１Ｒにおける実質的なサンプリング周
波数Ｆｓを５０ＫＨｚ、帯域分割部１２の分割帯域数Ｎ
を５００とした場合を考える。サンプリング周波数Ｆｓ
が５０ＫＨｚであるので、有効に処理し得る信号の上限
は、Ｆｓ／２、すなわち２５ＫＨｚとなり、０〜２５Ｋ
Ｈｚを５００に分割すると、５０Ｈｚ毎の周波数帯域に
分割されることになる。したがって、ｎ番目の帯域の周
波数ｆの範囲は、（ｎ−１）×５０［Ｈｚ］≦ｆ＜ｎ×
５０［Ｈｚ］となる。

【００１５】次に、第１の帯域変換部２４の帯域変換に
より、すべての帯域を０［Ｈｚ］≦ｆ＜５０［Ｈｚ］の
帯域に変換する（このとき、帯域変換後のサンプリング
周波数Ｆｓ′は、Ｆｓ′＝Ｆｓ／５００で充分であるこ
とに注意）。そして、ピッチの制御信号によるピッチの
変化に応じて、もとの帯域に戻す周波数を変化させる。
例えばピッチを１０％上げる場合は、ｎ番目の帯域の周
波数範囲を、（ｎ−１）×５０×１．１［Ｈｚ］≦ｆ＜
ｎ×５０×１．１［Ｈｚ］に変換すれば、全体的に周波
数が１０％上がることになる。

【００１６】図３は、上述のようなピッチ変換装置を応
用したこの発明の第３の実施例によるカラオケ装置の構
成を示している。図３に示すカラオケ装置は、記憶部５
１、パネルスイッチ５２、マイク５３、ヘッドアンプ５
４、ピッチ変換装置５５、加算器５６、システムコント
ロール部５８およびサウンドシステム５８を有してい
る。記憶部５１には、歌唱のための伴奏音楽演奏ソフ
ト、いわゆるカラオケソフトが記憶される。この記憶部
５１は、光ディスク、ハードディスク、フロッピーディ
スク等のカラオケソフト記憶媒体それ自体、またはこれ
らの記憶内容が転送されたメモリのいずれでもよい。

【００１７】パネルスイッチ５２は、カラオケの各種機
能を指示操作するための操作部であり、例えば、カラオ
ケ演奏のスタート／ストップの指示、カラオケ演奏曲の
選曲指示、ピッチチェンジ（ピッチ変換）の指示、トー
ンコントロールの指示、ボーカルオフ（歌唱が既に記録
されたソフトから歌唱のみを低減させ、疑似的にカラオ
ケとして使用し得るようにする機能）の指示、再生音場
効果としてのサラウンド効果の指示、特殊再生効果とし
てのドップラ効果の指示等を行う。ヘッドアンプ５４
は、マイク５３から入力された音声信号を増幅する。ピ
ッチ変換装置５５は、図２に示した第２の実施例とほぼ
同様のピッチ変換装置であり、図２におけるサイン波Ｒ
ＯＭ２９の読出し位相、周波数および出力振幅の制御を
必要に応じて適宜組み合わせることにより、ピッチチェ
ンジ、トーンコントロール、ボーカルオフ、サラウンド
効果、ドップラ効果等を実現することができる。

【００１８】なお、ピッチ変換装置５５において、図２
における第１の帯域変換部２４および第２の帯域変換部
２５に相当する部分に同一周波数のサイン波を与えるよ
うにすればピッチがシフトされない、入力信号と全く同
様の信号を出力させることができる。加算器５６は、ヘ
ッドアンプ５４を介して供給されるマイク５３からの入
力音声信号と、ピッチ変換装置５５から出力されたカラ
オケソフト等の演奏信号とを加算的に合成してミックス
する。システムコントロール部５７は、パネルスイッチ
５２の操作指示に応じて、記憶部５１およびピッチ変換
装置５５を制御する。すなわち、このシステムコントロ
ール部５７は、パネルスイッチ５２の操作指示に応じ
て、記憶部５１を制御して、選択指示されたカラオケソ
フト等の演奏情報を出力させるとともに、ピッチ変換装
置５５にサイン波ＲＯＭ２９の読出し位相、周波数およ
び出力振幅の少なくともいずれかの制御信号を供給す
る。

【００１９】サウンドシステム５８は、加算器５６でミ
ックスされた信号を再生するためのアンプおよびスピー
カ等を含む音響再生装置である。このような構成のカラ
オケ装置においては、次のようにして、種々の機能を達
成する。 (1) ピッチチェンジ 図２の第１の帯域変換部２４を経た各帯域の成分を第２
の周波数変換部２５により帯域変換する際に、サイン波
ＲＯＭ２９の読出し周波数を制御することにより、一様
に周波数をアップ／ダウンさせる。 (2) トーンコントロール 図２のサイン波ＲＯＭ２９の出力振幅を制御することに
より、音色をかためにする場合は、高域成分をアップさ
せるかまたは高域にピークを設け、音色をやわらかめに
する場合は、高域成分をダウンさせる。

【００２０】 (3) ボーカルオフ ４４０Ｈｚ近傍の所定の周波数帯域（一般に、男声の下
限は１００Ｈｚ程度であり、女声の上限は１ＫＨｚ程度
であるのでこれらの間の周波数帯域）に対応するサイン
波ＲＯＭ２９の出力周波数をゼロに制御することによ
り、該当帯域のサイン波を発生させず、該当周波数の帯
域をカットして再生する。 (4) サラウンド サイン波ＲＯＭ２９の読出し位相、または位相および振
幅、を左右で異ならせることにより、音像の定位を制御
する。なお、通常、リア側のスピーカに供給される（Ｌ
−Ｒ）の再生音を作成し、適切に位相制御することによ
り、サラウンド成分の遠近感を出すことも可能である。

【００２１】(5) ドップラ効果 サイン波ＲＯＭ２９の読出し位相または周波数を時間の
経過にともなって徐々にアップ／ダウンさせることによ
り、音源が移動した際と同様のドップラ効果音を再生す
ることができる。上述の各種の機能は単独で使用するこ
とも、適宜組み合わせて使用することも可能である。

【００２２】上述した各種機能の個別の制御信号による
使用を実現するためには、図２に示したピッチ変換装置
の構成のサイン波ＲＯＭ２９および読出し制御部３０の
部分を、例えば図４に示すように構成し、ピッチ、トー
ンコントロール、ボーカルオフ、サラウンド、ドップラ
の各制御信号を、演算またはテーブル部６１に与えて、
演算またはテーブルによってサイン波ＲＯＭ２９の読出
し位相、周波数および振幅制御信号に変換し、サイン波
ＲＯＭの読出し制御を行うためのアドレス制御部３０′
および出力振幅の制御を行うための乗算器６２に供給す
るようにすればよい。

【００２３】また、上述の第１の帯域変換部１２、２４
および第２の帯域変換部１３、２５は、単一の帯域につ
いて注目すると、図５に示すように、バンドパスフィル
タＦ１で入力信号の特定の帯域を抽出してから、乗算器
Ｐ１で所定の周波数信号と乗算し、０≦ｆ＜５０［Ｈ
ｚ］の周波数帯域の信号に変換し、さらに乗算器Ｐ２で
所定の周波数信号と乗算してバンドパスフィルタＦ２に
より所定の周波数帯域の成分を取り出すものとして説明
した。この構成を、第１の帯域変換部の後では０≦ｆ＜
５０［Ｈｚ］の周波数帯域となることに着目し、図６に
示すように、第１の帯域変換部を、入力信号と所定周波
数信号とを乗算器Ｐ３で乗算してから、ローパスフィル
タＦ３により０≦ｆ＜５０［Ｈｚ］の周波数帯域の信号
を取り出す構成としてもよい。

【００２４】また、第２の帯域変換部も、０≦ｆ＜５０
［Ｈｚ］の周波数帯域の信号からローパスフィルタＦ３
と同様のローパスフィルタＦ３′により高周波の不要成
分を除去した後、乗算器Ｐ４で所定の周波数信号と乗算
して所定の周波数帯域の成分を取り出す構成としてもよ
い。このとき、乗算の結果得られる和と差の周波数成分
のうちの差の周波数成分は信号処理の過程で除去され、
実質的に和の周波数成分のみが以後の処理に供される。
なお、第１の周波数変換部と第２の周波数変換部との間
に高周波不要成分が混入する危険がなければ、ローパス
フィルタＦ３とローパスフィルタＦ３′とを共通化して
単一のローパスフィルタＦ３としてもよい。これらいず
れの場合も、ピッチによって変更される係数は、乗算器
Ｐ２またはＰ４に供給される周波数信号の周波数のみで
あり、ソフトウェア的に生成させることが可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
入力オーディオ信号を、複数の周波数帯域に分割し、こ
れら周波数帯域毎の信号に周波数変換を施して、すべて
を分割後の帯域の中で最も低い帯域と同じ帯域の信号と
し、その周波数変換された各帯域毎の信号を、元の周波
数帯域に対応し且つ制御信号に応じてシフトした周波数
に周波数変換して、各帯域毎の信号を合成して出力オー
ディオ信号を得ることにより、簡単な構成で、波形の連
続性を損なわず、予め記憶させておくべき情報も少なく
て済むピッチ変換装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係るピッチ変換装置の第１の実施
例の構成を模式的に示すブロック図である。

【図２】 この発明に係るピッチ変換装置の第２の実施
例の構成を模式的に示すブロック図である。

【図３】 この発明に係るピッチ変換装置の第３の実施
例によるカラオケ装置の構成を模式的に示すブロック図
である。

【図４】 この発明に係るピッチ変換装置の一部の構成
の具体的な例を模式的に示すブロック図である。

【図５】 この発明に係るピッチ変換装置の一部の原理
構成を模式的に示すブロック図である。

【図６】 この発明に係るピッチ変換装置の一部の原理
構成の他の例を模式的に示すブロック図である。

【図７】 従来のピッチ変換技術を説明するための波形
図である。

【符号の説明】

１１，２３…帯域分割部、１２，１３，２４，２５…帯
域変換部、１４，２６…合成部、１４ａ，２６ａ…帯域
フィルタ部、１４ｂ，２６ｂ，５６…加算器、２１Ｌ，
２１Ｒ，２８Ｌ，２８Ｒ…サンプルホールド回路、２２
…Ａ／Ｄ変換部、２７…Ｄ／Ａ変換部、２９…サイン波
ＲＯＭ、３０…読出し制御部、３０′…アドレス制御
部、５１…記憶部、５２…パネルスイッチ、５３…マイ
ク、５４…ヘッドアンプ、５５…ピッチ変換装置、５７
…システムコントロール部、５８…サウンドシステム、
６１…演算またはテーブル部、６２…乗算器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力オーディオ信号を、複数の周波数帯
   域に分割するための帯域分割手段と、 帯域分割された周波数帯域毎の信号に周波数変換を施し
   て、すべてを分割後の帯域の中で最も低い帯域と同じ帯
   域の信号とするための第１の周波数変換手段と、 ピッチを制御する制御信号を生成するための制御信号生
   成手段と、 前記第１の周波数変換手段で周波数変換された各帯域毎
   の信号を、元の周波数帯域に対応し且つ前記制御信号に
   応じてシフトした周波数に周波数変換するための第２の
   周波数変換手段と、 前記第２の周波数変換手段で周波数変換された各帯域毎
   の信号を合成して出力オーディオ信号を得るための合成
   手段とを具備することを特徴とするピッチ変換装置。