JPH11133996A - 音程変換装置 - Google Patents

音程変換装置

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JPH11133996A
JPH11133996A JP9314233A JP31423397A JPH11133996A JP H11133996 A JPH11133996 A JP H11133996A JP 9314233 A JP9314233 A JP 9314233A JP 31423397 A JP31423397 A JP 31423397A JP H11133996 A JPH11133996 A JP H11133996A
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JP
Japan
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acoustic signal
phase
sample
amplitude
signal
Prior art date
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Pending
Application number
JP9314233A
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English (en)
Inventor
Mitsuo Matsumoto
光雄 松本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Victor Company of Japan Ltd
Original Assignee
Victor Company of Japan Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フレーム間の不連続により、良好な音程変換
ができなかった。 【解決手段】 音響信号は、A/D変換回路1に供給さ
れ、デジタル音響信号f(t)として記憶回路2に蓄積
される。そして、時間窓3によってLサンプルの切り出
しを行って、音響信号fN(t)を抜き出す。そして、こ
の音響信号fN(t)は、FFT回路4に供給されて高速
フーリエ変換される。そして、実数部である振幅成分と
虚数部である位相成分とに分離され、それぞれ振幅処理
回路5及び位相処理回路6に供給される。ここでは、振
幅処理回路5により配列番号k0をピッチシフト量だけ
移動して、配列番号k1のサンプルに変換する。同様
に、位相処理回路6により位相θNを有する配列番号k0
を配列番号k1のサンプルに変換する。これらの信号
は、IFFT回路7に供給されて逆高速フーリエ変換が
行われて音響信号gN(t)を得る。さらに、時間窓8に
供給されて最初のΔLサンプルだけが抜き取られ、音響
信号g(t)の一部としてD/A変換回路9に供給され、
アナログ音響信号に変換される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、カラオケ装置や音
響映像編集装置等に使用され、音響の音程(ピッチ周波
数,基本周波数)を変換する音程変換装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来より、カラオケ装置等では、歌う人
の音域に合わせるために、演奏される伴奏の音程を自由
に変化させて設定することができるキーコントロールと
呼ばれる機能が付いていた。これは、伴奏として再生さ
れるアナログ音響信号の再生速度を変化させることによ
り、音程を変化させていた。また、近年では、センタに
曲のデータを蓄積しておき、このセンタに複数接続され
ている遠隔地の端末装置に必要に応じて曲のデータを送
信して、端末装置で曲を再生する通信カラオケが開発さ
れている。
【0003】この通信カラオケのセンタから端末装置に
送信される曲のデータは、曲に合わせて歌詞を表示する
と共にその表示色を変更するための文字データと、曲の
伴奏を再生するために端末装置のシンセサイザを動作さ
せるMIDI信号と、男性または女性の声による肉声バ
ックコーラスを端末装置で再生するための圧縮された音
響信号とで構成されている。そして、この通信カラオケ
の端末装置において、演奏される伴奏の音程を変える場
合、MIDI信号で再生されるシンセサイザの音程を、
全体的に上げる(下げる)様に設定することにより、再
生速度を変えることなく音程を自由に変えて再生するこ
とができる。
【0004】ところが、肉声バックコーラスは、MID
I信号でないため、音程に関連するデータを備えておら
ず、再生速度を変えない状態で、音質の劣化がなく、し
かも個人の声の特徴を残したままで音響の音程を変換す
ることは困難であった。また、近年の音響映像編集装置
は、デジタル信号の状態で編集作業を行うものも開発さ
れてきているが、高品質を維持したままで音響の音程を
変換させるのは困難であった。
【0005】これまでの音響の再生速度を一定に保った
ままで音響の音程を変換する方法としては、主として二
通りの方法が考えられている。一つは、音響波形を時間
領域で操作する方法であり、例えばピッチ周波数を2倍
に上げる場合、音響信号を所定時間毎に切り出して、こ
の切り出し区間毎に2倍の速度でデータを読み出すよう
にしている。そしてこの場合、切り出した区間のデータ
からピッチ周波数(ピーク周波数のうち最も低い周波
数)を求め、2倍のピッチ周波数である波形を付け加え
ることで時間を変えずにピッチ周波数のみ2倍に上げる
ことができる。さらに、この様な処理をした切り出し区
間をスムーズに繋げることによって音程変換を実現する
ことができるが、現実には、繋げ方によって音質を損ね
たり、個人の声の特徴が維持されず不自然な音響となっ
てしまうので、現在も各種改善方法が提案されている状
態である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】もう一つは、フーリエ
変換を用いて周波数領域で操作する方法である。音響信
号を所定時間毎に切り出し、フーリエ変換によって周波
数の振幅成分と周波数の位相成分とを抽出する。次に、
全周波数帯域を所望のシフト量分だけ周波数シフト及び
位相シフトし、逆フーリエ変換した後、切り出し区間を
繋げていく方法である。しかし、この方法によってもフ
レーム間の不連続を避けることができず、不自然な音響
となってしまい、うまく音程変換ができなかった。
【0007】そこで本発明は、フレーム間の不連続を無
くし、自然な音程変換を可能とする高品質な音程変換装
置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するための手段として、ディジタル入力された音響信
号を第1の所定サンプルづつ移動させながら第2の所定
サンプル(但し、第2の所定サンプル>>第1の所定サ
ンプル)づつ切り出す第1の時間窓と前記第1の時間窓
から出力される音響信号を時間領域の信号から振幅値と
位相とから成る周波数領域の信号へ変換するフーリエ変
換手段と、前記フーリエ変換手段より出力される音響信
号の振幅値を高域側または低域側にシフトする振幅処理
手段と、前記フーリエ変換手段より出力される音響信号
の位相を回転させる位相処理手段と、前記振幅処理手段
及び前記位相処理手段より出力される音響信号を時間領
域の信号に変換する逆フーリエ変換手段と、前記逆フー
リエ変換手段から出力される音響信号の最初から前記第
1の所定サンプルだけ切り出す第2の時間窓とを有する
ことを特徴とする音程変換装置を提供しようとするもの
である。
【0009】
【発明の実施の形態】連続した音響信号を処理するため
にデジタル化し、一定のサンプル数で切り取った一区間
をフレームとすると、音程変換を行うためのデジタル処
理は、フレーム内の処理とフレーム間の処理の2つに分
けられる。
【0010】<フレーム内の処理>フレーム内の処理と
しては、音響信号の周波数をピッチシフト変換する処理
が行われる。今、図2に示すような正弦波信号f(t)を考
えると、この信号は、f(t)=Aexp(jω0*t)で表わさ
れる。但し、信号f(t)の角速度をω0とする。そして、
この正弦波信号f(t)を例えば音楽の楽譜上でn半音上に
移調したときの周波数をω1とすると、ω1=ω0+Δω
であり、1オクターブ(12音)上がると2倍の周波数
となるので、次式(1)、(2)となる。
【0011】 2(n/12)=ω1/ω0=(ω0+Δω)/ω0=1+Δω/ω0=1+Δr・・・ 式(1)
【0012】ω1=ω0(1+Δr)・・・式(2)
【0013】したがって、n半音上に移調(ピッチ変
換)した信号波形をg(t)とすると、g(t)は、次の式(3)
で表わすことができる。
【0014】 g(t)=Aexp{jω1*t}=Aexp{j(ω0(1+Δr)*t}=Aexp{j(ω0*t+ω 0 Δr*t)}=Aexp{j(θ0+Δθ} ・・・式(3)
【0015】ここで、θ0は信号f(t)の初期位相である
ので、ピッチ変換した信号g(t)は位相がΔθだけ回転し
ていることになる。実際の処理では、デジタル化された
原信号を高速フーリエ変換(以下FFT)(正確には級数展
開)して、k0番目の離散周波数についてその振幅Aと初
期位相θ0が得られる。そして、このk0番目の離散周波
数をピッチ変換したk1番目の離散周波数は、振幅Aで
位相がΔθだけ回転したθ1となる。この位相θ1は、次
式(4)で表わされる。
【0016】 θ1=θ0+Δθ=θ0+(ω1−ω0)*t・・・式(4) また、この式(4)は、式(2)から、次式(5)とな
る。
【0017】 θ1=θ0+{ω0(1+Δr)−ω0}*t=θ0+ω0*Δr*t=θ0(1+ Δr)・・・式(5) さらに、式(1)から、次式(6)となる。
【0018】θ1=θ0*2(n/12)・・・式(6) したがって、θ0が判れば、式(6)からθ1も判るの
で、信号f(t)からg(t)を求めることができる。
【0019】<フレーム間の処理>フレーム間の処理と
は、上述したフレーム内の処理でピッチ変換した信号を
フレーム間で滑らかにつなぐことを目的とする処理であ
る。図3に示すように信号f(t)の第N番目のフレームで
の振幅をAN、位相をθNとすると、FFTによる演算を
行うことにより、信号f(t)が周期的に現れた信号として
振幅ANと位相をθNを算出することができる。同様に、
第N+1番目のフレームでの振幅AN+1と位相θN+1を求
めることができる。
【0020】ここで、図3に示したように第N番目のフ
レームと第N+1番目のフレームとのサンプル差ΔLが
フレーム長(FFTの窓長)Lに比べて大きいと、A
N+1≠AN,θN+1≠θN+tΔLω0となるが、ΔLをフ
レーム長Lに比べて十分小さくして、近似式AN+1
N,θN+1=θN+tΔLω0が成立する様にすれば、第
N番目のフレームと第N+1番目のフレームとの間で滑
らかにつながる信号を算出することができる。
【0021】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の音程変換
装置の一実施例を説明する。図1は本発明の音程変換装
置の一実施例を示すブロック図である。また、図4はそ
の処理内容を説明するための図である。例えば、図5に
示すような250Hzと315Hzの正弦波を合成した
アナログ音響信号を3音半高い方にピッチシフト(音程
変換)する場合について考える。この音響信号は、A/
D変換回路1に供給され、サンプリング周波数44.1
kHzのデジタル音響信号f(t)として記憶回路2に一旦
蓄積される。そして、例えば時間窓3によって、図4
(A)に示すように、時刻tNから32768(L)サンプ
ルの切り出しを行って、デジタル音響信号fN(t)を抜
き出す。そして、この32768サンプルの音響信号f
N(t)は、FFT回路4に供給されて高速フーリエ変換
(FFT)され、時間領域の信号から周波数領域の信号
へ変換される。
【0022】このとき、時間領域に対応していた各サン
プルは、各周波数に対応し、サンプル番号と周波数とが
対応することになる。即ち、サンプリング周波数fsの
音響信号データをN個のサンプル毎に切り出して処理す
る場合、FFT回路3から出力される信号の周波数pH
zを示すサンプル番号は第(p×N/fs)番目とな
る。本実施例の場合、サンプリング周波数44.1kH
zの音響信号データに対して32768サンプル毎に切
り出しているので周波数pHzを示すサンプル番号は第
(p×32768/44100)番目となる(小数点以
下切り捨て)。
【0023】そして、振幅成分と位相成分とに分離さ
れ、それぞれ振幅処理回路5及び位相処理回路6に供給
される。ここでは、図4(B)に示すように、振幅処理回
路5により振幅値ANを有する配列番号k0をピッチシフ
ト量(3音半)だけ移動して、配列番号k1のサンプル(振
幅値AN)に変換される。同様に、位相処理回路6により
位相θNを有する配列番号k0をピッチシフト量(3音半)
だけ移動して、Δω*tNだけさらに位相回転させた位
相θ1を有する配列番号k1のサンプルに変換される。こ
れらの信号は、IFFT回路7に供給されて逆高速フー
リエ変換(IFFT)が行われて音響信号gN(t)を得
る。さらに、時間窓8に供給されて最初の16(ΔL)サ
ンプルだけが抜き取られ、ピッチシフトされた音響信号
g(t)の一部としてD/A変換回路9に供給され、アナ
ログ音響信号に変換されて出力される。
【0024】そして、次のフレームの音響信号は、時間
窓3により、先に処理したフレームの音響信号よりも1
6(ΔL)サンプル後の長さLサンプルの音響信号を抜き
出して、上記と同様の処理を行い、次のΔLサンプルの
音響信号を得て出力する。このような処理を20msecの
間に60回行った結果、図6に示すような音響信号を得
ることができる。なお、上記実施例での処理区間Lは3
2768サンプルで抽出間隔ΔLを16サンプルとして
いるが、L>>ΔLであれば、これ以外のサンプル数で
も良いのは勿論である。
【0025】
【発明の効果】本発明の音程変換装置は、フレーム間の
不連続が生じないので、音質の劣化がほとんどない自然
で高品質な音程変換が可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の音程変換装置の一実施例を示すブロッ
ク図である。
【図2】音程変換の概念を説明するための図である。
【図3】本発明の音程変換装置の一実施例の時間窓での
切り出しを説明するための図である。
【図4】本発明の音程変換装置の一実施例の処理過程を
説明するための図である。
【図5】本発明の音程変換装置の一実施例の入力信号例
を示すグラフ図である。
【図6】本発明の音程変換装置の一実施例の出力信号例
を示すグラフ図である。
【符号の説明】
1 A/D変換回路 2 記憶回路 3 時間窓(第1の時間窓) 4 FFT回路(フーリエ変換手段) 5 振幅処理回路(振幅処理手段) 6 位相処理回路(位相処理手段) 7 IFFT回路(逆フーリエ変換手段) 8 時間窓(第2の時間窓) 9 D/A変換回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ディジタル入力された音響信号を第1の所
    定サンプルづつ移動させながら第2の所定サンプル(但
    し、第2の所定サンプル>>第1の所定サンプル)づつ
    切り出す第1の時間窓と、 前記第1の時間窓から出力される音響信号を時間領域の
    信号から振幅値と位相とから成る周波数領域の信号へ変
    換するフーリエ変換手段と、 前記フーリエ変換手段より出力される音響信号の振幅値
    を高域側または低域側にシフトする振幅処理手段と、 前記フーリエ変換手段より出力される音響信号の位相を
    回転させる位相処理手段と、 前記振幅処理手段及び前記位相処理手段より出力される
    音響信号を時間領域の信号に変換する逆フーリエ変換手
    段と、 前記逆フーリエ変換手段から出力される音響信号の最初
    から前記第1の所定サンプルだけ切り出す第2の時間窓
    とを有することを特徴とする音程変換装置。
JP9314233A 1997-10-30 1997-10-30 音程変換装置 Pending JPH11133996A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPWO2007029536A1 (ja) * 2005-09-02 2009-03-19 日本電気株式会社 雑音抑圧の方法及び装置並びにコンピュータプログラム
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