JPH0762800B2 - 音程変換方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、たとえばいわゆるカラオケの伴奏の音程を歌
手が歌い易い音程に高い方または低い方に変換する音程
変換方式に関する。

背景技術 音程の変換は信号の周波数成分の比例的な移動であり、
これを行なうためには時間軸の伸縮が必要である。しか
し、時間軸の伸縮は必然的に伴奏のテンポの遅速を生ぜ
しめる。これを防ぐためには、音響信号の中から人間の
耳では聞き取り難い位の短時間の信号の間引きまたは繰
返しを一定間隔で繰返すことにより、テンポを一定に保
つことができるが、間引きまたは繰返し後の波形の接続
は、非常にスムーズに行なわねばならない。波形接続の
方法としては、零交差点で接続する方法と、１から０に
スムーズに変化する重み関数と０から１にスムーズに変
化する重み関数を各信号に乗じて加算する接続する方法
がある。しかし、いずれの方法においても、信号のピツ
チ位相を合せないと波形の包絡に凹みが生じこれを繰り
返すと、トレモロのようなノイズが発生する。音程の高
さを変換する技術の裏返しとして、音声信号の時間軸を
圧縮または伸長する技術がある。この技術については、
日経エレクトロニクス1976年７月26日号および1978年６
月12日号に記載されている。

音声信号の時間軸圧縮／伸長技術と音程の変換技術と
は、裏腹の関係にあり、前者がピツチを変えないで再生
速度を速くしたり遅くしたりするのに対して後者は再生
速度を変えないでピツチ周波数を高くしたり低くしたり
するもので、原理的には同じ技術である。この先行技術
では、滑らかな重み関数によつて波形を接続することが
できず、ピツチ同期の接続が可能な所が改善されること
が望まれている。また他の先行技術としてBBD（Backet
Brigade Device）を用いた方式も存在するけれども、こ
の先行技術は接続方法が波形の零交差点で接続するもの
で、ピツチの位相合せも行なつているがその処理は非常
に多くの処理手数が必要であり、また波形の接続も零点
で連続的に接続できるが、一次微分波形が不連続になり
高い周波数の雑音が発生する可能性がある。

目的 本発明の目的は、ピツチ位相同期の波形接続を滑らかに
行なうことができるようにして、振幅変動によるノイズ
を防ぐことができるようにした音程変換方式を提供する
ことである。

発明の構成 上述の目的を達成するために、本発明は入力信号のサン
プリング周波数と出力信号のサンプリング周波数の比を
変換する音程の比率と等しくすることによりピッチ周波
数を変換し、入出力のサンプリング周波数の違いによっ
て生じる時間軸の伸縮を、信号の一部分周期的に間引く
かまたは繰返すことによって補正して、元の時間軸に戻
すことによって信号のピッチ周波数を変換する方式にお
いて、部分信号波形の間引き処理／繰返し処理に伴う信
号波形の接続処理として一方の論理値から他方の論理値
に単調に減少する重み関数W1（ｔ）（０≦ｔ≦Ｔ）と、
前記重み関数の時間を逆にした単調増加の重み関数W2
（ｔ）＝W1（Ｔ−ｔ）（０≦ｔ≦Ｔ）を準備し、前者の
重み関数W1（ｔ）を先行信号波形に掛け、後者の重み関
数W2（ｔ）を後続の信号波形に掛けて、両者を加えるに
際し、ピーク追跡法によって実時間で検出した位相信号
に基づいて、先行信号のピッチ波形の位相と、後続信号
のピッチ波形の位相とを合わせることにより、信号波形
を滑らかに接続することを特徴とする音程変換方式であ
る。

実施例 以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

（ａ）音程の変換量 音程変換率ρは、第１式で示されるように元のピツチ周
波数PIと変換後のピツチ周波数POとの比で表わされる。

ρ＝PO/PI …（１） 自然音階の音程における変換量は第１表に示される。

ここにＯ＝24kHzである。

次に音程変換方式について説明する。

（ｂ）入力信号のサンプリング キーシフトのための周波数変換を行なうために入力信号
のサンプリング周波数Ｉと出力信号のサンプリング周
波数Ｏの関係を第２式のように設定する。

第１図（１）は音程変換率ρ＝1.25における入力信号波
形を示すグラフであり、第１図（２）は出力信号波形を
示すグラフであり、第２図（１）は入力波形のスペクト
ルを示すグラフであり、第２図（２）は出力波形のスペ
クトルを示すグラフである。

入力波形と出力波形のサンプリング周波数を変えること
により、曲全体の音程を変化させることができるが、同
時に時間軸の伸縮が起る。すなわち音程を高くすると時
間が圧縮され、テンポが早くなり、音程を低くすると時
間が伸長し、テンポが遅くなる。この時間軸の伸縮を元
に戻すために繰返し挿入、または、間引き処理を行な
う。

（ｃ）繰返し挿入および間引き処理 第３図は繰返し挿入処理の状態を説明するための図であ
り、第４図は繰返し挿入部分の接続方法を示す図であ
る。第３図（１）および第３図（２）で示される入出力
波形の時間軸の収縮を、第３図（３）で示されるように
繰返し挿入部分R1,R2…を挿入することによつて補正し
元の時間軸に戻している。繰返し挿入部分の接続方法は
第４図示のよう交叉部分は重みをかけて古い波形を徐々
に減衰させ、新しい波形を徐々に立上げることによつて
行なわれる。繰返し挿入部分Riの長さＭと入力波形部分
Si＋Riの長さＬとの関係は第３式に示される。

交叉部分の長さＮは、Ｌ＋Ｍより短くなければならな
い。すなわち、Ｎ＜Ｌ＋Ｍであることが必要である。挿
入処理の繰返し周期Ｌ＋Ｍは第４式に示される。

第５図は間引き処理の状態を説明するための図であり、
第６図は間引き部分の接続方法を示す図である。第５図
（１）および第５図（２）で示されるように入出力波形
の時間軸の伸びを、第５図（３）で示されるように間引
き部分C1,C2,…を間引きすることによつて補正し、元の
時間軸に戻している。間引き部分Ciの接続方法は第６図
示のように、上述の繰返し挿入の場合と同様に重み付け
により接続される。間引き部分Ciの長さＭと入力波形部
分Siの長さＬとの関係は第５式に示される。

交叉部分の長さＮはＬより短くなければならない。すな
わち、Ｎ＜Ｌであることが必要である。間引き処理の繰
返し周期Ｌは第６式に示される。

（ｄ）交叉領域における重み関数 重み関数として、種々の関数が考えられるが、代表的な
ものとしハニング関数（Hanning Function）がある。重
み関数は第７図に示されるように、単調減少する重み関
数W1（ｔ）（０≦ｔ≦Ｔ）を１とし、その重み関数の
時間を逆にした単調増加の重み関数W2（ｔ）＝W1（Ｔ−
ｔ）をl2とすると、重み関数W1（ｔ）とW2（ｔ）の両者
を加えたとき、直線l3で表わされる。ハニング関数W1
（ｎ）は第７式で示され、W2（ｎ）は第８式で示され
る。

ここでＮは交叉領域のサンプリングポイント数である。
交叉領域での出力信号は、接続すべき２つの出力信号を
y1（ｎ）とy2（ｎ）とすると接続波形y0（ｎ）は第９式
に示される。

y0（ｎ）＝y1（ｎ）×W1（ｎ）＋y2（ｎ）×W2（ｎ）…
（９） （ｅ）波形の接続における位相合せ （１）位相合せの効果 波形を重み関数によつて接続する場合、位相を合わせず
に接続すると、第８図に示すように振幅に大きなミゾが
発生し、これが繰返えされると、トレモロのようなモジ
ユレーシヨンが聞え非常に耳ざわりになる。これは特に
ピツチが明確に出る音について著しい。

これを防ぐには、２つの重み関数がちようど交叉する点
でピツチ波形の位相を合わせるとこれを妨ぐことができ
る。第９図に位相を合わせて接続した場合の波形を示
す。位相を合わせることにより波形が非常にスムーズに
接続することができる。この位相合せの効果をシミユレ
ーシヨンによつて明らかにしたのが第10図と第11図で、
位相合せにより、振幅の変化なしに非常にスムーズに接
続できることが分る。

（ｆ）位相検出 第12図は、ピーク追跡法を説明するためのグラフであ
る。上述したように、位相合せの効果が明らかになつた
がこれを実現するためには、位相を検出することが課題
である。ここでは、少ないハードウエアで位相を検出す
る方法として、ピーク追跡法を提案する。この方法は、
波形のピーク包絡を作り、このピーク包絡と波形が接触
している時に位相信号を出すもので第12図（２）で示さ
れる入力信号に対応して、第12図（１）図示のプラス側
の位相信号および第12図（２）図示のマイナス側の位相
信号が得られる。波形接続時の位相合せは、当然プラス
ピークはプラスピークと、マイナスピークはマイナスピ
ークとそれぞれ位相合せを行なう必要がある。プラスピ
ークとマイナスピークのどちらで位相を合せれば良いか
ということについては、振幅の絶対値が大きい方のピー
クで合わせるのが極く自然と思われる。しかし、絶対値
の大きい方のピークに合わせるためには、より多くのハ
ードウエアが必要となり、位相合せのアルゴリズムも複
雑となる。

第13図はピーク追跡法による位相信号生成回路図であ
る。この回路は、ダイオードD20,D21、抵抗R21〜R24、
コンデンサC20〜C22、コンパレータK20,K21および増幅
器A20から成る。信号波形のピークを検出する方法とし
て、信号波形をダイオードD20,D21を通して、コンデン
サC20,C21で充電し、これを抵抗R21,R22により徐々に放
電することにより、信号波形のピーク包絡を追跡する信
号を作り、この信号と元の波形信号の電圧値をコンパレ
ータK20,K21により比較することにより、ピーク位置を
検出する。ピーク追跡のための時定数Ｔ＝RCは数十msが
適当と思われるが、実験によつて最適な値を選ぶ必要が
ある。

（ｇ）パラメータの選択 （１）サンプリング周波数の選択 カラオケに必要な周波数帯域を100〜10kHzとし、低価格
で実現できるアンチエリアスフイルターのことを考え
て、出力波形のサンプリング周波数を24kHzに設定し
た。この場合の入力波形のサンプリング周波数は、表１
に示したとおりである。

（２）繰返し幅あるいは間引き幅と、交叉幅の選択 繰返し幅あるいは間引き幅と、交叉幅の選択のために
は、第４図および第５図に示されているＭおよびＮの値
を設定する必要がある。M,Nの値としては、ハードウエ
アの実現性の観点からＭ＝1024,N＝512に設定した。こ
の理由としては、位相合せを行なうことにより、M,Nを
最適値からはずすことによる音質の劣化が非常に小さく
なつたことである。また、Ｎの値は位相合せを1024−Ｎ
の区間で行なう必要があり、Ｎ＝512とした。

（３）重み関数の選択 重み関数については当初12種類の重み関数を考えて、実
験によつてどの関数が良いかを調べたが、位相合せを行
なうことにより特に音質の悪かつたものを除いて、重み
関数による差異はほとんどなくなつた。結局、最も一般
的なハニング関数を選んだ。

（４）ピーク追跡のためのタイムコンスタント ピーク追跡のためのタイムコンスタントは、振幅包絡の
時間変化に依存するもので、音楽の種類によつて、最適
な値があると思われるがカラオケとして平均的に最適な
値を求める必要がある。5ms,10ms,20msについて実験し
たところ20msが最も良かつたので、20msとした。

（ｈ）ハードウエア （１）ハードウエアの構成 第14図はハードウエアのデータ系の構成を示す回路図で
あり、第15図はハードウエアの制御系の構成を示す回路
図である。ハードウエアの構成は、ローパスフイルタ、
波形のサンプリング周波数変換を行なうバツフア、波形
の接続回路、位相検出回路、サンプリングクロツクを発
生させるための分周器、全体を制御するためのマイクロ
コンピユータより成る。以下、各部の働きについて述べ
る。

ローパスフイルタLPF1〜LPF6は、折返し雑音を除くもの
で、入力波形のサンプリング周波数に基づいてカツトオ
フ周波数c1＝6.0kHz,c2＝6.8kHz,c3＝7.6kHz,c
6＝12.0kHzを設定する必要がある。ローパスフイルタLP
F1〜LPF6には各々に対応してオンオフのためのスイツチ
S1〜S6が備えられ、LPF1〜LPF6からの信号は増幅器A1を
介して４つのBBD1〜BBD4に与えられる。ローパスフイル
タLPF1〜LP6はアクテイブフイルタによつて実現するの
が経済的と思われる。第14図のように各キーシフト量に
応じて各々ローパスフイルタLPF1〜LPF6を作成し、その
出力をキーシフト量に応じて切換える。ローパスフイル
タはこの他、スイツチドキヤパシタ型の使用も考えられ
るが、まだ値段的に問題がある。ただし、将来はスイツ
チドキヤパシタも有望と思われる。

サンプリング周波数の変換回路としては、入力信号と出
力信号を２つのサンプリング周波数で入力と出力を行な
うために、少くとも２本のBBDが必要になる。さらに、
波形の間引き、挿入に必要な波形の接続処理を行なうた
めに、少くとも２本のBBDを同じクロツクで駆動する必
要がある。また、位相合せのためにさらに１本必要であ
る。したがつて、クロツク信号CK1〜CK4によつて駆動さ
れる４本のBBD1〜BBD4は第14図示のように入力信号波形
を各BBD1〜BBD4に順次入力するためのスイツチS7〜S10
を有し、各BBD1〜BBD4の内容を繰返し出力するためにBB
D1〜BBD4の出力を入力に帰還させるためのスイツチS19
〜S22が備えられ、BBD1〜BBD4の出力をデイジタルアツ
テネータATT1,2に導出するスイツチS11〜S18が備えられ
る。BBD1からの出力は増幅器A2によつて増幅され、スイ
ツチS11を介してデイジタルアツテネータATT1に導出さ
れる。またスイツチS15を介してデイジタルアツテネー
タATT2に導出される。BBD2〜BBD4からの出力もまたそれ
ぞれに対応した増幅器A3〜A5によつて増幅され、BBD2の
出力はスイツチS12を介してATT1に導出されまた、スイ
ツチS16を介してATT2に導出される。BBD3の出力はスイ
ツチS13を介してATT1に導出され、スイツチS17を介して
ATT2に導出される。BBD4の出力はスイツチS14を介してA
TT1に導出され、スイツチS18を介してATT2に導出され
る。このような構成により２つの周波数で駆動すること
ができる。またBBDに代えてCCDを使用してもよい。BBD2
はCCDの長さは、位相合せを行なうことにより1024で良
い結果が得られることがシミユレーシヨンで確められて
いる。

波形接続回路は、上述の重み関数W1（ｎ）,W2（ｎ）の
減衰曲線に沿つて波形を接続するために出力波形と重み
関数との掛け算を行なうための乗算器が必要である。第
14図では、デイジタルアツテネータATT1,ATT2を使用
し、重み関数はマイクロコンピユータ３からデイジタル
信号として与える。乗算器の経済的な実現方法として
は、オペアンプA6の抵抗にホトカプラーを使用し、コン
ピユータからの信号を抵抗ラダーを用いたD/Aを通し、
この信号をホトカプラーに入力して、オペアンプのゲイ
ンをコントロールする方法である。２つのATT1,2の出力
は、オペアンプA6によつて加算され、波形の接続が行な
われる。

位相検出回路は、第14図に示すようにダイオードD1,D
2、コンデンサC1,C2,C3、抵抗R1,R2,R3,R4、コンパレー
タK1,K2から成り、その動作は上述の（ｆ）位相検出の
項で示したとおりである。

サンプリングクロツク分周回路Ｎは、入力波形および出
力波形のサンプリングクロツクを基本クロツクから作る
ための分周回路で、２つのカウンタ5,6と１つのプリセ
ツトレジスタ７から成る。出力波形のサンプリング周波
数Ｏは、固定（24kHz）であるが、入力波形のサンプ
リング周波数Ｉは、キーシフト量に応じて表１に示す
周波数に変更しなければならない。この変更はマイコン
よりデータをプリセツトレジスタ７に送ることにより行
なわれる。

制御部は、１チツプマイクロコンピユータ３によつて構
成され、キーシフト量を信号KS2,KS1,KS0より取り込
み、後述する手順にもとずいて、アナログスイツチの切
換え、BBDまたはCCDのクロツク（サンプリングクロツ
ク）の切換え、位相合せ、重み関数の出力を行なう。マ
イクロコンピユータ３と、他の回路との同期は主にO,
Ｉで駆動されるカウンタ8,9によるカウンタ割込みと
位相検出信号による割込みによつて行なわれ、各割込み
に対応するプログラムが実行される。マイクロコンピユ
ータ３からの制御信号は４組のゲート回路G1〜G4に与え
られる。ゲート回路G1はANDゲート10〜13を有し、ゲー
ト回路G2はANDゲート13〜15を有し、ゲート回路G3はAND
ゲート16〜18を有し、ゲート回路G4はANDゲート19〜21
を有す。クロツク信号CK1はゲート回路G1を介して導出
され、クロツク信号CK2はゲート回路G2を介して導出さ
れ、クロツク信号CK3はゲート回路G3を介して導出さ
れ、クロツク信号CK4はゲート回路G4を介して導出され
る。マイクロコンピユータには端子Q1〜Q26からデータ
信号T1〜T8およびＳ′１〜Ｓ′22が送出される。

このような構成によつてピツチ位相の検出は、ダイオー
ドと抵抗、コンデンサ、コンパレータによる簡単なピー
ク検出回路によつて行なうもので、非常に安価に実現す
ることができる。またピツチ位相同期の波形接続は、４
本のBBDまたはCCDなどのアナログデイレイラインのクロ
ツク周波数および入出力の切換えによつて行なうので、
波形の信号値は量子化することなく処理されるので、量
子化誤差による歪が少ない。またアナログデイレイライ
ンのクロツク周波数および入出力の切換えはマイクロコ
ンピユータによつて制御することができるので、非常に
フレキシビリテイがある。

（２）回路動作 第16図および第17図は、第14図および第15図示のハード
ウエアの動作を説明するための図である。第16図はＩ
＞Ｏすなわち低い方への音程変換の場合を示し、第17
図はＩ＜Ｏすなわち高い方への音程変換を示す。第
16図では 第17図では とし、Ｍ＝1024、Ｎ＝512として図示されている。第16
図（１）において初期条件としてBR1を入力用、BR4を出
力用として設定され、第16図（２）においてBR1が満杯
になり入力用レジスタをBR2に切換えられ、第16図
（３）において出力用BR4が空になつたのでBR1に切換え
られ、第16図（４）においてBR2が満杯になつたので入
力用レジスタをBR3に切換える。第16図（５）において
はBR1の波形を出力し尽し、同時にBR3が満杯になつたの
で入力をBR4に移し、条件が成り立つたので、BR2とBR3
を使つて間引き処理を開始する。BR2とBR3を同時にシフ
トする。第16図（６）においてBR3に記憶されている波
形のピークがLC/2の現われたところでBR3のクロツクを
止め、第16図（７）においてBR3のピークと同極性のBR2
のピークがLC/2のところに現われ、位相合せが完了した
ので接続処理を開始する。第16図（８）においてBR2,BR
3の接続処理が完了したので、出力用レジスタをBR3に移
し、第16図（９）においてBR4が満杯になつたので入力
用レジスタをBR1に移し、第16図（10）においてBR3が空
になつたので出力用レジスタをBR4に移す。次に第16図
（11）においてBR1が満杯になつたので、入力用レジス
タをBR2に移し、第16図（12）においてBR2が満杯になつ
たので入力用レジスタをBR3に移し、第16図（13）にお
いてBR4が空になり出力用レジスタをBR1に移したところ
で、条件が成立したので間引き処理を開始する。第16図
（14）においてBR2のピークがLC/2の位置にきたのでBR2
のシフトを止める。第16図（15）においてBR1の同極性
のピークがLC/2の位置にきて位相が合つたので接続処理
を開始する。第16図（16）において接続処理の途中でBR
3が満杯になつたので入力用レジスタをBR4に移し、第16
図（17）において接続処理が完了したので、出力用レジ
スタをBR2に移し、第16図（18）においてBR2が空になつ
たので出力用レジスタをBR3に移す。

第17図においては、先ず第17図（１）においてBR1を入
力用、BR2を出力用バツフアレジスタとして設定され、
第17図（２）においてBR2が空になつたので出力用レジ
スタをBR3に移し、第17図（３）においてBR1が満杯にな
つたので入力用レジスタをBR2に移す。次に第17図
（４）においてBR3が空になつたので出力用レジスタをB
R4に移し、第17図（５）においてBR2が満杯になつたの
で入力用レジスタをBR3に移すと同時にBR4が空になつた
ので出力用レジスタをBR1に移し、第17図（６）におい
てBR1が空になつたので出力用レジスタをBR2に移す。次
に第17図（７）においてBR3が満杯になつたので入力用
レジスタをBR4に移し、第17図（８）においてBR2が空に
なつたので出力用レジスタをBR3に移す。第17図（９）
においてはBR4が満杯になつたので入力レジスタをBR1に
移すと同時にBR3が空になつたところで条件が成立した
ので繰返し処理を開始し、第17図（10）においてBR3の
波形のピークがLC/2の位置にきたのでシフトを止め、第
17図（11）においてBR4の波形の同極性のピークがLC/2
の位置にきたところで位相がそろつたので接続処理を行
なう。次に第17図（12）において接続処理が完了したの
で出力レジスタをBR3に移し、第17図（13）においてBR3
が空になつたので出力レジスタをBR4に移す。さらに第1
7図（14）においてBR1が満杯になつたので入力レジスタ
をBR2に移し、第17図（15）においてBR4が空になつたの
で出力レジスタをBR1に移す。

第16図および第17図では、位相検出回路は図示されてい
ないが、入力波形を1024セルのBBDまたはCCDに入力する
ときに位相検出回路の出力が０→１に変化したときに、
マイコンに割り込みをかけ、ピークの存在位置を記憶す
る。ピークの存在位置は、1024の内256番目から768番目
の間に現われピークをPP,NPの各々について、その存在
場所を記憶しておけば良い。256番目から768番目までの
512サンプルポイントの間に現われるピークの数は、ピ
ツチが4kHzとしても12位なので、これを記憶するための
テーブルは、12×２×３×２＝144Byte程度で充分であ
る。これらの情報は位相合せのときにテーブルサーチに
よつて取り出され、使用される。

回路系の制御は、レジスタが満杯になつたり、空になつ
たりするイベント毎にスイツチ類の切換えを行なう。各
イベントは完全に予測できるので、次に起るべき時間、
切換えるべきスイツチの状態など、２〜３イベント分を
先行して計算しておけば、比較的遅いマイコンでも制御
が可能と思われる。

（ｉ）波形の位相同期接続における条件 第18図は、出力用バツフアレジスタBRの出力波形図であ
る。間引き処理（ρ＞１）における条件は、Ｉ＝O/
ρかつＩ＞Ｏで表わされる。

（１）間引き処理開始条件 第18図示のように出力用バツフアレジスタBR1の内容を
出力し尽し、次のバツフアレジスタに出力を切換えたと
きに、そのレジスタを含めて２本のレジスタBR2,BR3に
波形が入力されていれば、間引き処理を開始する。

（２）制限条件 位相合せを行なうためのピーク位置（P2,P3）に対して
次の条件が成立しなければならない。

（ａ）入力波形がBR4とBR1に入り切らない内にBR2が空
にならなければならない。したがつて第10式が成立す
る。

ここでＩ＝O/ρであるから第11式が成立する。

と置くとW1の範囲は第12式で示される。

ここで、W1＞LC/2でなければならないので第13式、第14
式が成立する。

（ｂ）入力波形がBR4,BR1,BR2に入り切らない内にBR2,B
R3が空にならなければならない。したがつて第15式が成
立する。

ここでＩ＝O/ρかつＩ＞Ｏであることから第16
式が成立する。

ρ（Ｘ＋2LR）−LR＞R2−P3≧ …（16） W2＝ρ（Ｘ＋2LR）−LRとおくと、W2の範囲は第17式で
示される。

LR−LC＞W2≧（２ρ−１）LR ここでW2＞０でなければならないので、第18式、第19式
が成立する。

（２ρ−１）LR＞０ …（18） ここにLRはアナログレジスタ（BBD）の長さであり、LC
は交叉領域の長さであり、Piはｉ番目のアナログレジス
タに記憶されている波形のピークの位置であり、Xiはｉ
番目のアナログレジスタの空き領域の長さである。

間引き処理を開始する前には第11式および第16式を満す
ピーク位置を求めておかなければならない。これらの条
件を満すピーク位置が見つからないときは、両方のピー
ク位置をLC/2に設定して間引き処理を行なう。

第11式および第16式の条件を満すピーク位置が検出でき
る確率は、W1,W2が大きいほど大きくなり、特に、低い
ピツチ周波数ではこの影響が特に大きい。ピーク位置を
高い確率で検出するには、W1,W2はピツチ周期の約1.5倍
が必要である。W1,W2の値は表２に示される。

一方、４バツフアレジスタ構成では、第19式により の制限がつき、さらに第14式の条件を満す必要がある。

（ｊ）繰返し処理（ρ＞１）における条件 繰返し処理における条件は第20a式および第20b式で示さ
れる。

Ｉ＝O/ρ …（20a） Ｉ＜Ｏ …（20b） （１）繰返し処理開始条件 第19図示のように出力用バツフアレジスタBR2の内容を
出力し尽し、次のバツフアレジスタBR3に出力を切換え
たとき、その次のバツフアレジスタBR4に入力中でかつ
その空き領域Ｘが第21式を満足するときに繰返し処理を
開始する。

（２）制限条件 位相合せを行なうためのピーク値（P2,P3）に対して次
の条件が成立しなければならない。

（ａ）繰返し処理によつて、BR2,BR3の波形を出力し尽
す前にBR4が波形で満足しなければならない。したがつ
て、第22式が成立する。

第20a式と第22式より第23式が成立する。

P3−P2＞ρＸ−2LR …（23） ρ＜２ならば第23式は無条件に成立する。

（ｂ）入力波形がBR4とBR1に入り切らない内に、BR2が
空にならなければならない。したがつて、第24式が成立
する。

第20a式、第20b式および第24式より第25式が成立する。

ρ（LR＋Ｘ）−LR＞P3−P2≧０ …（25） W3＝ρ（LR＋Ｘ）−LRとするとW3の範囲は、第26式で示
される。

（２ρ−１）LR≧W3＞ρLR …（26） ここで、ρLR＞LR−LCなので第25式は制限とはならな
い。

本発明はカラオケ装置などに使用されるだけでなく、会
話の時間軸を圧縮または伸長するテープレコーダにも使
用することができる。すなわち、時間軸を圧縮するには
テープの送り速度を通常の速さよりも速く再生し、これ
によつて高くなつたピツチ周波数を本発明の音程変換方
式によつてピツチ周波数を元の周波数に下げれば良い。
また時間軸を伸長するには、テープの送り速度を通常の
速度より遅く再生し、これによつて低くなつたピツチ周
波数を音程変換方式によつて元のピツチ周波数まで上げ
れば良い。

また本発明に従う音程変換方式をハーモナイザとして使
用し、１人でコーラスを楽しむこともできる。

効果 以上のように本発明によれば、ピツチ位相同期の波形接
続を滑らかに行なうことができるので、たとえばカラオ
ケ伴奏などにおいて、歌手が歌い易い高さに音程を変換
する際に、トレモロ的な振幅変動によるノイズを防ぐこ
とができる。また歌手の歌声に対して音程変換を行な
い、音程変換された歌声と元の歌声をある比率で混合す
ることによりハーモニーを発生することができる。特に
本発明では単調に減少する重み関数を掛けた先行信号波
形と単調に増加する重み関数を掛けた後続信号波形を接
続するに際して、ピーク追跡法によって実時間で検出し
た位相信号に基づいて先行信号のピッチ波形の位相と後
続信号のピッチ波形の位相とを合わせるので、ピッチ周
期が急激に変動することがなく、かつ、合成波形の包絡
線に振幅の変動が生ずることがないためにノイズが発生
することがないという顕著な作用効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は音程変換率ρ＝1.25における入力波形と出力波
形のサンプリングの関係を示す図、第２図（１）は入力
波形のスペクトルを示す図、第２図（２）は出力波形の
スペクトルを示す図、第３図は繰返し挿入処理を説明す
るための図、第４図は繰返し挿入部分の接続方法を示す
図、第５図は間引き処理を説明するための図、第６図は
間引き部分の接続方法を示す図、第７図はハニング関数
を表わす図、第８図は位相を合わさずに波形を接続した
状態を示す図、第９図は位相を合わして波形を接続した
状態を示す図、第10図は位相合わせなしの接続波形図、
第11図は位相合わせを行なつた接続波形図、第12図はピ
ーク追跡法を説明するためのグラフ、第13図はピーク追
跡法による位相信号生成の回路図、第14図は本発明に従
う音程変換方式のハードウエアのデータ系の構成を示す
回路図、第15図は本発明に従う音程変換方式のハードウ
エアの制御系の構成を示す回路図、第16図および第17図
は第14図および第15図示のハードウエアの動作を説明す
るための図、第18図は間引き処理における出力用バツフ
アレジスタBRの出力波形図、第19図は繰返し挿入処理に
おける出力用バツフアレジスタBRの出力波形図である。 ρ……音程変換率、PI……元のピツチ周波数、PO……変
換後の周波数、Ｉ……入力信号のサンプリング周波
数、Ｏ……出力信号のサンプリング周波数、Ri……繰
返し挿入部分、Ci……間引き部分、W1（ｎ）,W2（ｎ）
……重み関数

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号のサンプリング周波数と出力信号
   のサンプリング周波数の比を変換する音程の比率と等し
   くすることによりピッチ周波数を変換し、入出力のサン
   プリング周波数の違いによって生じる時間軸の伸縮を、
   信号の一部分周期的に間引くかまたは繰返すことによっ
   て補正して、元の時間軸に戻すことによって信号のピッ
   チ周波数を変換する方式において、部分信号波形の間引
   き処理／繰返し処理に伴う信号波形の接続処理として一
   方の論理値から他方の論理値に単調に減少する重み関数
   W1（ｔ）（０≦ｔ≦Ｔ）と、前記重み関数の時間を逆に
   した単調増加の重み関数W2（ｔ）＝W1（Ｔ−ｔ）（０≦
   ｔ≦Ｔ）を準備し、前者の重み関数W1（ｔ）を先行信号
   波形に掛け、後者の重み関数W2（ｔ）を後続の信号波形
   に掛けて、両者を加えるに際し、ピーク追跡法によって
   実時間で検出した位相信号に基づいて、先行信号のピッ
   チ波形の位相と、後続信号のピッチ波形の位相とを合わ
   せることにより、信号波形を滑らかに接続することを特
   徴とする音程変換方式。