JP2000010555A - 自動演奏装置および音声信号処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】必要なデータ量を増加させることなく演奏の音
声信号とそのテンポを示すビート信号とを一緒に伝送ま
たは記録する。 【解決手段】自動演奏部１１で自動演奏を行い音声信号
を形成する。ビート信号発生部１２は自動演奏のクロッ
クを入力し、自動演奏の１拍が１サイクルとなるような
正弦波信号を発生する。自動演奏のテンポは速くても１
分間に３００拍程度であるため、正弦波信号は５Ｈｚ程
度までであり、これを音声信号と合成してＡＤＰＣＭ化
してもデータ量の増加がない。これを伝送または記録
し、受信側または読出時に可聴周波数帯域以下の信号を
切り出すことによって演奏音声信号とビート信号とを分
離することができ、ビート信号のテンポ情報を用いて種
々の処理が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、演奏や歌唱の音
声信号をそのテンポを指示する信号と一緒に伝送または
記録する自動演奏装置および音声信号処理装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】演奏または歌唱された音声信号の伝送や
記録は従来より広く行われているが、受信側または再生
時にこれと同期してさらに演奏または歌唱（合奏または
合唱）するためには、元の演奏または歌唱のテンポを知
る必要がある。

【０００３】たとえば合奏の場合、演奏者が自分で演奏
する場合には、再生された元の演奏を聞きながら感覚的
にテンポを把握することが可能であるが、自動演奏装置
は演奏音からテンポや拍タイミングを認識することがで
きないため、同期した合奏が困難であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、その歌唱，演
奏の拍タイミングを指示するビート信号などのテンポ情
報を音声信号と一緒に伝送，記録すればよいが、音声信
号以外にビート信号を伝送，記録しようとすればそれだ
け伝送，記録するために必要なデータ量が増加するとい
う問題点があった。

【０００５】また、ＭＩＤＩデータのように自動演奏情
報にテンポ情報を含めて伝送，記録する手段もあるが、
これは音声信号（波形データ）をそのまま伝送，記録す
るものとは全く別のものである。

【０００６】この発明は、必要なデータ量を増加させる
ことなく音声信号とビート信号とを一緒に伝送または記
録することができる自動演奏装置および音声信号処理装
置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この出願の請求項１の発
明は、所定のテンポで自動演奏を実行し音声信号を発生
する自動演奏手段と、前記所定のテンポに同期した可聴
周波数帯域以下のビート信号を発生するビート信号発生
手段と、前記音声信号および前記ビート信号を合成出力
する合成出力手段と、を備えたことを特徴とする。

【０００８】この出願の請求項２の発明は、テンポを指
示するテンポ指示手段と、指示されたテンポで演奏また
は歌唱された音声信号を入力する入力手段と、前記テン
ポに同期した可聴周波数帯域以下のビート信号を発生す
るビート信号発生手段と、前記音声信号および前記ビー
ト信号を合成出力する合成出力手段と、を備えたことを
特徴とする。

【０００９】この出願の請求項３の発明は、所定のテン
ポで演奏または歌唱された音声信号および前記所定のテ
ンポに同期した可聴周波数帯域以下のビート信号を合成
した合成信号を入力する入力手段と、入力した合成信号
から音声信号およびビート信号を分離する分離手段と、
分離されたビート信号に同期して自動演奏を実行し演奏
音信号を発生する自動演奏手段と、該演奏音信号と前記
音声信号を合成出力する手段と、を備えたことを特徴と
する。

【００１０】この出願の請求項４の発明は、所定のテン
ポで自動演奏を実行し演奏音信号を発生する自動演奏手
段と、歌唱または演奏の音声信号および該演奏または歌
唱のテンポに同期した可聴周波数帯域以下のビート信号
を合成した合成信号を入力する入力手段と、入力した合
成信号から音声信号およびビート信号を分離する分離手
段と、前記自動演奏のテンポと前記ビート信号から割り
出された音声信号のテンポとを比較し両方のテンポが同
期するように前記音声信号を伸縮する伸縮手段と、を備
えたことを特徴とする。

【００１１】演奏や歌唱の音声信号の伝送，記録は、基
本的には可聴周波数帯域の情報について行えばよい。こ
れはほぼ１６Ｈｚ〜２００００Ｈｚの範囲である。一
方、演奏や歌唱のテンポは、通常の曲であれば最大でも
１分間に４分音符（１拍）＝３００程度であり、１拍を
１サイクルとするビート信号を形成すればこの場合５Ｈ
ｚとなり可聴周波数帯域以下である。そして、これら音
声信号およびビート信号をデジタル伝送する場合、可聴
周波数帯域よりも高い周波数についてはサンプリング周
波数を上げなければ記録できないが、可聴周波数帯域よ
りも低い周波数はそのままのサンプリング周波数で記録
可能である。また、ビート信号を正弦波などの滑らかな
波形にすれば可聴周波数帯域に影響を与えることがな
く、さらに、差分方式の量子化を行えばビート信号によ
るビット数の増加はない。このように、可聴周波数帯域
の音声信号に可聴周波数帯域以下のビート信号を合成す
ることにより、全く同じデータ量で音声信号とビート信
号を一緒に伝送または記録することができる。

【００１２】そして、可聴周波数帯域の音声信号と可聴
周波数帯域以下のビート信号とが合成された合成信号の
分離は、周波数帯域が異なるため容易であり、分離され
たビート信号を用いて同期した自動演奏などが可能であ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】図面を参照してこの発明の実施形
態について説明する。図１〜図３は、この発明を適用し
て音声信号を送信する送信側の装置の各種の実施形態を
示すブロック図である。また、図４〜図６は、この発明
を適用して音声信号を受信する受信側の装置の各種の実
施形態を示すブロック図である。

【００１４】送信側装置１は、自動演奏部の自動演奏に
より音声信号を形成する。また、マイクから演奏者の演
奏や歌唱の音声信号を入力する。そして、これら演奏・
歌唱のテンポを示す正弦波信号であるビート信号を形成
する。これら音声信号およびビート信号を合成した合成
波形を受信側装置２に送信する。送受信はデジタルデー
タで行われる。デジタル変換はＡＤＰＣＭ方式を採用す
ればよい。

【００１５】受信側装置２は、合成波形を受信し、この
合成波形から音声信号およびビート信号を分離する。音
声信号はアナログ信号にデコードしたのち音響として出
力される。また、ビート信号は、自動演奏やメトロノー
ムのテンポ制御や前記音声信号の伸縮などに用いられ
る。

【００１６】図１において、送信側装置１は、クロック
発生部１０、自動演奏部１１、ビート信号発生部１２、
スピーカ１３、マイク１４、エンコーダ１５，１６，１
７、マージ部１８を有している。クロック発生部１０
は、自動演奏のためのクロック信号を発生する。このク
ロック信号は自動演奏のテンポに同期した信号であり、
たとえば、４分音符を２４分割した音長が１００サイク
ル、すなわち、２４００カウントで４分音符（１拍）と
なるような周波数のクロックである。自動演奏部１１
は、このクロック信号に基づいて自動演奏を実行する。
自動演奏部１１は、自動演奏データ（シーケンスデー
タ）を記憶する記憶部とこの自動演奏データに基づいて
楽音信号を発生する音源部とを内蔵している。自動演奏
部１１は、上記自動演奏データに従って音源部を駆動し
て自動演奏を実行する。自動演奏のテンポは、自動演奏
データに書き込まれているテンポ指示データによって決
定される。このテンポ指示データはクロック発生部１０
に入力され、上記クロック信号の周波数を指示する。ク
ロック発生部１０はこの指示に応じた周波数のクロック
信号を発生する。したがって、クロック発生部１０が発
生するクロック信号の周波数は演奏のテンポに同期して
いる。

【００１７】また、テンポ指示データは、自動演奏デー
タの先頭および途中に書き込まれており、これが読み出
される毎にクロック信号の周波数が変更され演奏のテン
ポが速くなったり遅くなったりする。たとえば、リタル
ダンドの場合には、テンポが徐々に遅くなるようにテン
ポ指示データが短い間隔で連続して書き込まれており、
これを読み出してクロック発生部１０に送り込むことに
より、クロック信号の周波数が徐々に遅くなる。

【００１８】一方、このクロック信号はビート信号発生
部１２にも入力される。ビート信号発生部１２は、クロ
ック信号を入力し、これを分周して可聴周波数よりも低
い正弦波信号を形成する回路である。このビート信号発
生部１２は、１拍（４分音符）を１周期（サイクル）と
する正弦波信号を発生する。ビート信号の周期は拍タイ
ミングと同期しており、正弦波信号の場合拍タイミング
がゼロクロスであり、余弦波信号の場合拍タイミングが
ピークである。

【００１９】自動演奏部１１が発生した自動演奏の音声
信号はエンコーダ１５によってＡＤＰＣＭデータに変換
される。また、ビート信号１２もエンコーダ１６によっ
てＡＤＰＣＭデータに変換される。

【００２０】さらに、自動演奏部１１が発生した自動演
奏の音声信号はスピーカ１３から音響として出力され
る。ユーザ（歌唱者または演奏者）は、この自動演奏の
音に合わせて歌唱または自然楽器の演奏などを行う。こ
の歌唱音，演奏音の音声はマイク１４から入力される。
この歌唱，演奏の音声信号はエンコーダ１７によってＡ
ＤＰＣＭデータに変換される。

【００２１】演奏のテンポは、最も速いものでも１分間
に４分音符（１拍）＝３００が限度であり、このテンポ
に同期して発生されたビート信号は５ヘルツであり、完
全に人間の可聴周波数帯域以下である。したがって、自
動演奏の音声信号およびマイク１４から入力された音声
信号とこのビート信号をマージしても図７（Ａ）に示す
ように互いが混ざり合うことなく、フィルタなどによっ
て容易に分離することができる。また、ビート信号発生
部１２が発生するビート信号のレベルを定めておき、受
信側装置２でそのレベルが判っていれば、分離はさらに
容易になる。

【００２２】このようにして、ＰＣＭデータに変換され
た自動演奏音信号，ビート信号およびマイク入力音声信
号はマージ部１８によって１つのＰＣＭ信号にマージさ
れ、受信側装置２に対して出力される。送信側装置１か
ら受信側装置２へのデータの伝送は直接ケーブルを接続
してもよく、インターネットなどのネットワークを介し
て伝送するようにしてもよい。

【００２３】なお、この実施形態では、自動演奏の音声
信号、マイク１４から入力した音声信号およびビート信
号をそれぞれ別のエンコーダでＡＤＰＣＭデータに変換
しているが、これらをアナログ信号のままで合成したの
ち、１つのエンコーダでデジタルデータに変換するよう
にしてもよい。また、自動演奏の音声信号およびマイク
１４から入力した音声信号のみを合成してデジタルデー
タに変換してもよい。

【００２４】このように図１は、アナログ信号として発
生したビート信号をエンコーダ１６でＰＣＭデータに変
換するようにしているが、ビート信号発生部１２がビー
ト信号をデジタル方式で発生するものである場合、これ
をそのままマージ部１８に入力して、他のデジタルデー
タとマージすることも可能である。さらに、自動演奏部
１１についても、自動演奏の楽音を発生する音源部がデ
ジタル方式で楽音信号波形を形成するデジタル音源の場
合には、ユーザ（歌唱者または演奏者）に聴かせるため
スピーカ１３に入力する信号はアナログ信号として出力
し、マージ部１８に出力する信号についてはデジタルデ
ータ（ＡＤＰＣＭデータ）のまま出力するようにしても
よい。このような送信側装置１の構成例を図２に示す。
この図では、自動演奏部１１′はスピーカ１３に対して
は、アナログ信号を出力し、マージ部１８に対してはデ
ジタル波形データ（ＡＤＰＣＭデータ）を出力する。ま
た、ビート信号発生部１２′はＰＣＭコードのビート信
号波形データをマージ部１８に出力する。なお、エンコ
ーダ１７がエンコードしたＡＤＰＣＭデータ、自動演奏
部１１′が出力するＡＤＰＣＭデータ、ビート信号発生
部１２′が出力するＡＤＰＣＭデータは全て同じサンプ
リング周波数でサンプリングされたものであることが好
ましい。異なるサンプリング周波数でサンプリングされ
たものの場合には、補間することによってサンプリング
周波数を揃える。

【００２５】さらに図３は、ビート信号を自動演奏部１
１″で発生するようにした構成例を示している。上述し
たように自動演奏部１１は音源装置を内蔵しているが、
音源装置は低周波を発生する機能を備えており、可聴周
波数以下の超低周波を発生することも可能である。した
がって、波形形成能力に余裕がある音源装置を内蔵して
いる場合には、ビート信号発生部１２（１２′）を別に
設けなくても自動演奏部１１が自らビート信号を発生す
ることができる。この場合、自動演奏部１１″は自動演
奏の音声信号とビート信号の両方をＰＣＭ信号のままマ
ージ部８に出力する。ただし、スピーカ１３には自動演
奏の楽音のみを出力するようにする。

【００２６】一方、図４〜図６は、受信側装置２の各種
実施形態を示す図である。図４は送信側装置１から受信
したＡＤＰＣＭデータから音声信号とビート信号とを分
離し、音声信号をデコードして出力するとともに、デコ
ードしたビート信号に基づいて発生したクロック信号で
自動演奏を制御することにより、送信側装置１の自動演
奏と受信側装置２の自動演奏を同期させるようにしたも
のである。また、図５は送信側装置１から受信したＡＤ
ＰＣＭデータから音声信号とビート信号とを分離し、音
声信号をデコードして出力するとともに、デコードした
ビート信号のテンポでメトロノームを動作させ且つその
テンポを表示することにより、ユーザに自動演奏のテン
ポを指示して自動演奏と合奏しやすくしたものである。
さらに、図６の受信側装置２は、独立した自動演奏機能
を有し、この自動演奏のテンポに基づいて入力した音声
信号を伸縮させることによって、両方の演奏音を同期さ
せるようにしたものである。

【００２７】図４において、この受信側装置２は、分離
部２０、デコーダ２１，２４、クロック発生部２５、自
動演奏部２６、ミキサ２２およびスピーカ２３を有して
いる。伝送路を介して送信側装置１から送信されてきた
ＡＤＰＣＭデータを分離部２０に入力し、音声信号とビ
ート信号に分離する。この分離部２０はカットオフの鋭
いフィルタで構成してもよく、高速ＦＦＴを行い周波数
成分を分離する装置で構成してもよい。いずれの構成で
あっても、可聴周波数帯域以下の正弦波信号を分離して
ビート信号とし、それ以外を自動演奏・歌唱・演奏の音
声信号として出力すればよい。

【００２８】分離された音声信号はデコーダ２１でアナ
ログ信号に変換（復調）されミキサ２２に入力される。
一方、分離されたビート信号はデコーダ２４でアナログ
の正弦波信号に変換される。この正弦波のゼロクロスな
どを検出することによって拍タイミングを検出すること
ができ、拍タイミングの間隔に基づいてテンポを検出す
ることができる。

【００２９】クロック発生部２５は、このビート信号を
入力し、これに同期したクロック信号を発生する。上述
したようにビート信号は送信側装置１の自動演奏のテン
ポに同期したものであるため、このクロック発生部２５
が発生するクロック信号も送信側装置の自動演奏に同期
したものになっている。そして、このクロック信号を自
動演奏部２６に入力して自動演奏を行う。これにより、
自動演奏部２６が発生する演奏音信号は、送信側装置１
から入力されデコーダ２１でアナログ信号に変換された
音声信号と同期したものになっている。この自動演奏の
音声信号はミキサ２２に入力される。ミキサ２２は、こ
れらの信号をミキシングしてスピーカ２３から出力す
る。これにより、送信側装置１と受信側装置２が離れて
いても同期をとった演奏が可能になる。

【００３０】図５の受信側装置２においては、送信側装
置１から送られてきた合成信号を分離部２０が分離す
る。分離された音声信号をミキサ２２を介してスピーカ
２３から出力する。ユーザはこれを聞きながら歌唱また
は演奏をする。同時に、デコーダ２４がデコードしたビ
ート信号はメトロノーム３０およびテンポ表示器３１に
入力される。メトロノーム３０はビート信号が指示する
拍タイミングに同期してパルス音を発生する。テンポ表
示器３１は拍タイミング（ゼロクロスまたはピーク）の
間隔を計測し、これに基づいてテンポを表示する。ユー
ザは、これで拍タイミングおよびテンポを確認すること
ができ、歌唱，演奏が容易になる。この歌唱音声または
演奏音はマイク３２から取り込まれ、ミキサ２２で送信
側装置１の音声信号とミキシングしてスピーカ２３から
出力される。

【００３１】図６の受信側装置において、自動演奏装置
２６′は、独自のクロック発生部３３を備えている。ク
ロック発生部３３は、自動演奏データまたはユーザが指
示するテンポでクロック信号を発生し、自動演奏装置２
６′は、このクロック信号のテンポで自動演奏を実行す
る。デコーダ２１′は、分離部２０が分離した送信側装
置のデジタル音声信号をアナログ信号に変換するとき、
データを補間したり間引きすることにより、アナログ信
号の時間軸の伸縮をすることができる。すなわち、デコ
ーダ２１′にバッファされた音声信号を、周期信号の単
位で新たな波形データを挿入することによって周波数を
変えずに信号を伸ばし（図７（Ｂ）参照）、また、周期
信号の単位で波形データを間引きすることによって周波
数を変えずに信号を縮める（図７（Ｃ）参照）。この伸
縮率は伸縮率算出部３４から入力される。伸縮率算出分
３４は、デコーダ２４がデコードしたビート信号、およ
び、前記自動演奏部２６′の自動演奏テンポを制御する
クロック発生部３３のクロック信号を入力している。

【００３２】伸縮率算出部３４はデコーダ２４から入力
されるビート信号に基づいて送信側装置１の自動演奏の
テンポを検出し、クロック発生部３３から入力されるク
ロック信号に基づいて受信側装置２（自動演奏部２
６′）の自動演奏のテンポを検出する。そして、これら
にズレが生じたときは、伸縮率を増減してデコーダ２
１′がデコードする音声信号を伸縮し、テンポおよび拍
タイミングを一致させる。このようにこの装置では、受
信した送信側装置１の音声信号を伸縮することによっ
て、送信側装置１と受信側装置２の自動演奏による合奏
の同期をとっている。

【００３３】上記実施形態では、ビート信号は、１拍で
１サイクルとなる正弦波（余弦波）信号を用いている
が、可聴周波数帯域よりも低いものであれば、演奏テン
ポとどのように同期した信号であってもよい。たとえ
ば、２拍で１サイクルとなる正弦波を用い、０°と１８
０°のゼロクロスがそれぞれ拍タイミングと一致するよ
うにしてもよい。また、９．６Ｈｚがテンポ（４分音符
＝）９６を指示するというような、その周波数が数値的
にテンポと対応しているような信号を用いてもよい。

【００３４】また、上記実施形態においては、送信側装
置１から受信側装置２に対してデジタル音声信号を伝送
する場合について説明したが、デジタル音声信号を記録
・読み出しする場合にも同様にこの発明を適用ることが
できる。この場合には、記録する装置と読み出す装置が
同じものであってもよい。なお、記録・読み出しの場
合、書き込みが送信に対応し、読み出しが受信に対応す
る。

【００３５】また、この実施形態では、伝送・記録する
音声信号はＡＤＰＣＭ方式でデジタルデータに変換され
たものであるが、これ以外の方式でデジタルデータに変
換してもよく、アナログ信号のまま伝送・記録してもよ
い。いずれにしても、可聴周波数帯域以下の周期信号を
付加してもデータ量が殆ど増加しない方式であれば、適
用可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、演奏ま
たは歌唱のテンポに同期したビート信号を可聴周波数以
下で形成し、これを演奏または歌唱の音声信号と合成し
て伝送または記録するようにしたことにより、必要なデ
ータ量を増やすことなく、テンポ情報を伝送・記録する
ことができ、受信側または読出時にこのテンポ情報を用
いて種々の処理をすることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を適用した送信側装置の構成例を示す
図

【図２】この発明を適用した送信側装置の他の構成例を
示す図

【図３】この発明を適用した送信側装置の他の構成例を
示す図

【図４】この発明を適用した受信側装置の構成例を示す
図

【図５】この発明を適用した受信側装置の他の構成例を
示す図

【図６】この発明を適用した受信側装置の他の構成例を
示す図

【図７】合成信号の例および音声信号の伸縮方式の例を
示す図

【符号の説明】 １…送信側装置、１０…クロック発生部、１１，１１′
…自動演奏部、１２，１２′，１２″…ビート信号発生
部、１４…マイク、１５，１６，１７…エンコーダ、１
８…マージ部、２…受信側装置、２０…分離部、２１，
２４…デコーダ、２１′…（伸縮機能を備えた）デコー
ダ、２５，３３…クロック発生部、２６，２６′…自動
演奏部、２２…ミキサ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定のテンポで自動演奏を実行し音声信
   号を発生する自動演奏手段と、 前記所定のテンポに同期した可聴周波数帯域以下のビー
   ト信号を発生するビート信号発生手段と、 前記音声信号および前記ビート信号を合成出力する合成
   出力手段と、 を備えたことを特徴とする自動演奏装置。
2. 【請求項２】 テンポを指示するテンポ指示手段と、 指示されたテンポで演奏または歌唱された音声信号を入
   力する入力手段と、 前記テンポに同期した可聴周波数帯域以下のビート信号
   を発生するビート信号発生手段と、 前記音声信号および前記ビート信号を合成出力する合成
   出力手段と、 を備えたことを特徴とする音声信号処理装置。
3. 【請求項３】 所定のテンポで演奏または歌唱された音
   声信号および前記所定のテンポに同期した可聴周波数帯
   域以下のビート信号を合成した合成信号を入力する入力
   手段と、 入力した合成信号から音声信号およびビート信号を分離
   する分離手段と、 分離されたビート信号に同期して自動演奏を実行し、演
   奏音信号を発生する自動演奏手段と、 該演奏音信号と前記音声信号を合成出力する手段と、 を備えたことを特徴とする自動演奏装置。
4. 【請求項４】 所定のテンポで自動演奏を実行し演奏音
   信号を発生する自動演奏手段と、 歌唱または演奏の音声信号および該演奏または歌唱のテ
   ンポに同期した可聴周波数帯域以下のビート信号を合成
   した合成信号を入力する入力手段と、 入力した合成信号から音声信号およびビート信号を分離
   する分離手段と、 前記自動演奏のテンポと前記ビート信号から割り出され
   た音声信号のテンポとを比較し、両方のテンポが同期す
   るように前記音声信号を伸縮する伸縮手段と、 を備えたことを特徴とする自動演奏装置。