(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の信号である被測定信号が入力される入力手段と、
その入力手段に入力される前記被測定信号のピッチを測定する基準となるクロック信号を生成するクロック生成手段と、
そのクロック生成手段により生成されたクロック信号の１クロックを最小単位として前記入力手段に入力された被測定信号の１周期の時間長を求めることで、その被測定信号のピッチを算出するピッチ算出手段とを備えたピッチ検出装置であって、
前記被測定信号の波形の１周期を検出する周期検出手段と、
その周期検出手段により検出された前記被測定信号の各１周期毎に、前記クロック信号の１クロックを前記最小単位とする時間長で前記被測定信号の１周期の時間を離散的に計測する周期計測手段と、
その周期計測手段により離散的に計測された前記被測定信号の各１周期に対応する計測時間を前記被測定信号の１周期毎に累積加算し、得られた累積時間が、要求されるピッチの誤差精度を実現する最小計測時間以上となった場合に前記累積加算を終了する累積周期計測手段と、
前記累積周期計測手段による累積加算が終了したときの、前記累積時間内に含まれる前記被測定信号の総波数を計数する総波数計数手段とを備え、
前記ピッチ算出手段は、前記累積周期計測手段により計測された累積時間と、前記総波数計数手段により計数された総波数とから、前記被測定信号のピッチを算出することを特徴とするピッチ検出装置。
【請求項２】
前記最小計測時間は、前記ピッチ算出手段により前記被測定信号のピッチが算出される際に要求されるピッチの誤差精度と、前記周期計測手段が前記被測定信号の各１周期の計測を行なう際に前記最小単位とする前記クロック信号の周波数とから算出されるものであることを特徴とする請求項１記載のピッチ検出装置。
【請求項３】
測定対象の信号である被測定信号が入力される入力手段と、
その入力手段に入力される前記被測定信号のピッチを測定する基準となるクロック信号を生成するクロック生成手段と、
そのクロック生成手段により生成されたクロック信号の１クロックを最小単位として、前記入力手段に入力された被測定信号の１周期に含まれるクロック数を求めることで、その被測定信号のピッチを算出するピッチ算出手段とを備えたピッチ検出装置であって、
前記被測定信号の波形の１周期を検出する周期検出手段と、
その周期検出手段により検出された前記被測定信号の各１周期毎に、前記クロック信号の１クロックを前記最小単位として、前記被測定信号の１周期に含まれる前記クロック数をカウントするクロック数カウント手段と、
そのクロック数カウント手段によりカウントされた前記被測定信号の各１周期に対応する前記クロック数を前記被測定信号の１周期毎に累積加算し、得られた累積クロック数が、要求されるピッチの誤差精度を実現する最小計測クロック数以上となった場合に前記累積加算を終了する累積クロック数カウント手段と、
前記累積クロック数カウント手段による累積加算が終了したときの、前記累積クロック数内に含まれる前記被測定信号の総波数を計数する総波数計数手段とを備え、
前記ピッチ算出手段は、前記クロック生成手段により生成されるクロック信号の周波数と、前記累積カウント手段により計測された累積クロック数と、前記総波数計数手段により計数された総波数とから、前記被測定信号のピッチを算出することを特徴とするピッチ検出装置。
【請求項４】
前記最小計測クロック数は、前記ピッチ算出手段により前記被測定信号のピッチが算出される際に要求されるピッチの誤差精度から算出されるものであることを特徴とする請求項３記載のピッチ検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はピッチ検出装置に関し、特に、被測定信号のピッチの誤差精度と、反応時間との両方を、実用上問題のない値に維持した上で、クロック信号の周波数を下げることができるピッチ検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のピッチ検出装置（例えば、入力された楽音のピッチを検出し、基準ピッチとの偏差を表示するチューナ装置）では、数百ＫＨｚ〜数ＭＨｚのクロック信号を使用して、入力された楽音のピッチ（被測定信号のピッチ）を検出している。ここで、図７を参照して、従来のピッチ検出装置における被測定信号のピッチ検出方法について説明する。図７は、従来におけるピッチの検出方法を示すフローチャートである。従来におけるピッチの検出では、まず、ピッチ検出装置に内蔵された中央演算装置（以下、「ＣＰＵ」と称す）は、クロック信号の１クロックを最小単位（時間長の計測の際の基準となる最小の単位）として、被測定信号の１周期の時間長を離散的に、予め定められた回数（固定値）、繰り返し計測する（Ｓ７１）。次に、その計測結果である被測定信号の１周期の時間長を、予め定められた回数分、累積加算した後、被測定信号の１周期の時間長の平均時間（平均周期）を算出し（Ｓ７２）、そこからピッチを求める（Ｓ７３）。従来のピッチ検出装置では、この検出方法により、被測定信号のピッチを検出していた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のピッチ検出装置では、被測定信号のピッチの誤差精度（ピッチの算出時に発生する誤差）と、反応時間（被測定信号が入力されてから、被測定信号のピッチを新たに検出するまでの時間）との両方を、実用上問題のない値とするために、一般的に、数百ｋＨｚ以上、例えば５００ｋＨｚ以上のクロック信号が必要であった。ここで、５００ｋＨｚ以上のクロック信号を用いる場合には、その周波数の高さに起因して、ピッチ検出装置における消費電流が数百μＡ程度となる。ピッチ検出装置においては、クロック信号の周波数を下げることは、装置の消費電流を下げる有効な手段であることは周知であり、この消費電流を、例えば数十μＡ程度にまで抑えようとすると、クロック信号の周波数を５００ｋＨｚから１桁程度下げる必要があることが分かっている。しかし、従来のピッチ検出装置では、クロック信号の周波数を下げると、被測定信号のピッチの誤差精度と、反応時間との両方を、実用上問題のない値に維持することが困難となる。以下、この理由について、５００ｋＨｚのクロック信号を用いた場合と、３２．７６８ｋＨｚのクロック信号（時計用の水晶振動子）を用いた場合とを比較することで、具体的に説明する。
【０００４】
なお、比較を行う前に、まず、クロック信号の１クロックを最小単位として、被測定信号の１周期の時間長（１周期に費やされる時間）を離散的に計測する方法について説明する。従来のピッチ検出装置のように、クロック信号の１クロックを最小単位として被測定信号の１周期の時間長を離散的に計測する方法としては、具体的には、例えばゼロクロスの間隔を、ゼロクロスによる割り込みの間に発生するクロック数（クロック信号の1周期が繰返す回数）により離散的に計測し、次に、自己相関関数に基づいて被測定信号の１周期を検出する公知の方法により、被測定信号の１周期を検出し、その後、検出した１周期の時間長を、１クロックの時間を乗じて求める。ここでは、計測が離散的に行なわれるため、次の計測誤差（被測定信号の１周期の時間長に対する計測誤差）が現れる。ここで、計測されたクロック数がｋであったときに生ずる計測誤差について説明する。まず、被測定信号の１周期が、クロック信号のｋ−１クロック分からクロック信号のｋクロック分との間であった場合には、被測定信号の１周期の時間長に対する計測誤差は、ｋクロック分では、被測定信号の１周期の真の時間長より少し長いことに起因する誤差となる。次に、被測定信号の１周期が、クロック信号のｋクロック分からクロック信号のｋ＋１クロック分との間であった場合には、被測定信号の１周期の時間長に対する計測誤差は、ｋクロック分では、その被測定信号の１周期の真の時間長よりも少し短いことに起因する誤差となる。以上より、その被測定信号の１周期の真の時間長は、クロック信号のｋ−１クロック分の総時間長とｋ＋１クロック分の総時間長との間における時間長であるが、ピッチ検出装置では、上述したいずれの場合においても、被測定信号の１周期の時間長を、クロック信号のｋクロック分の時間長として計測する。このように、被測定信号の１周期の時間長の計測が、クロック信号の１クロックを最小単位として離散的に行なわれるが故に、その計測で発生する誤差も離散的に発生する。
【０００５】
次に、被測定信号のピッチの誤差精度と、反応時間とについて説明する。両値は、以下の式から算出することができる。ピッチの誤差精度ｄ（ｃｅｎｔ）、反応時間ｔ（ｓ）は、被測定信号の周波数をｆ（Hｚ）、被測定信号の周期の検出回数をＮ（回）、クロック信号の周波数をＦｃ（Ｈｚ）、被測定信号の１周期をＮ回計測する総時間長内にカウントされるクロック信号の個数をｐ（クロック）とした場合、それぞれ、次の数式（１）、（２）および（３）から得ることができる。
【０００６】
ｄ＝１２００×ｌｏｇ２（ｐ／（ｐ−１））                  ・・・数式（１）
ｔ＝Ｎ／ｆ                                                ・・・数式（２）
ｐ＝Ｆｃ×Ｎ／ｆ                                          ・・・数式（３）
なお、ピッチの誤差精度ｄは、セント単位（１セントは、１オクターブの１２００分の１の音程）での誤差を示すものである。  
【０００７】
また、Ｆｃ／ｆは、被測定信号の１周期中にカウントされるクロック数である。これにより、数式（３）で示されるクロック数ｐは、被測定信号の周期をＮ回計測した時間内にカウントされるクロック数として、次の数式（３´）のようにも変形することができる。
ｐ＝（Ｆｃ／ｆ）×Ｎ                                    ・・・数式（３´）
この数式（３´）で表わされるｐは、被測定信号（例えば、マイクロフォンで集音された楽音）の周期をＮ回計測した総時間長中にカウントされる総クロック数、すなわち、クロック信号の１クロックを最小単位として離散的に計測した被測定信号の１周期の時間長におけるクロック数を、被測定信号のＮ周期分累積加算した、総クロック数と理解することができる。
【０００８】
なお、数式（１）では、クロック数ｐと、そのクロック数ｐの値よりも一つ小さいクロック数（ｐ−１）との比の対数を算出している。つまり、ピッチの誤差精度ｄは、クロック数ｐと、そのクロック数ｐよりも一つ少ないクロック数（ｐ−１）との間に発生する誤差を示している。
【０００９】
ここで、クロック数ｐと、そのクロック数ｐよりも一つ多いクロック数（ｐ＋１）との間に発生するピッチの誤差精度は、数式（１）における「（ｐ／（ｐ−１））」の部分を、「（（ｐ＋１）／ｐ）」へ変更すれば求めることができる。しかし、このピッチの誤差精度は、数式（１）を用いて算出されるピッチの誤差精度ｄよりも、小さい誤差となる。通常、ピッチ検出装置の設計においては、誤差精度の大きい方に着目し、その大きい方の誤差を設計目標値として考慮することが求められる。これを考慮して、数式（１）では、「（（ｐ＋１）／ｐ）」ではなく、「（ｐ／（ｐ−１））」を使用しているのである。なお、以後、前述した理由に基づき、ピッチの誤差精度ｄは、数式（１）を用いて求めることとする。
【００１０】
５００ｋＨｚのクロック信号を用いた場合と、３２．７６８ｋＨｚのクロック信号を用いた場合との比較へ移る。
【００１１】
まず最初に、ピッチの誤差精度ｄと反応時間ｔとの両方の値が、実用上問題のない場合について説明する。ここで、このピッチ検出装置の設計条件について説明する。設計条件は、
・クロック信号の周波数Ｆｃ      ：５００ｋＨｚ
・被測定信号の周波数ｆの検出範囲：３０．９Ｈｚ〜６５９Ｈｚ
・被測定信号のピッチの誤差精度ｄ：±１セント
・反応時間ｔ                    ：１５０ｍｓ以内
とする。ピッチの検出方法は、被測定信号の周期の検出回数Ｎを４回とし、クロック数をカウントすることにより得られる被測定信号の１周期の時間長（クロック信号を用いて離散的に計測を行なった結果）を４回分用いて、被測定信号の１周期の時間長の平均時間を算出し、その逆数を求める方法とする。
【００１２】
ここで、被測定信号の周波数ｆの検出範囲における最低周波数の３０．９Ｈｚは、５弦ベースの第５弦開放音に対応し、最高周波数の６５９Ｈｚは、バイオリンの第１弦開放音に対応する。これより、ピッチ検出装置のカバーする音域を３０．９Ｈｚ〜６５９Ｈｚと設定することができ、このピッチ検出装置を楽器用チューナに応用する場合、管楽器や弦楽器を含む現存する楽器のほとんどのチューニングをカバーできることがわかる。なお、以後、被測定信号のピッチの誤差精度ｄに対する設計条件を、「要求誤差精度」と称し、反応時間ｔに対する設計条件を、「要求反応時間」と称す。
【００１３】
上述の設計条件およびピッチの検出方法において、数式（１）および（３）を用いて算出されるピッチの誤差精度ｄは、０．０２７セント（３０．９Ｈｚ）〜０．５７１セント（６５９Ｈｚ）となり、要求誤差精度を満たす。また、数式（２）を用いて算出される反応時間ｔは、６．０７ｍｓ（６５９Ｈｚ）〜１２９ｍｓ（３０．９Ｈｚ）となり、これも要求反応時間を満たす。よって、５００ｋＨｚのクロック信号を用いた場合には、ピッチの誤差精度ｄと反応時間ｔとの両方の値を、実用上問題のない値とすることができる。なお、クロック信号を５００ｋＨｚ以上とすると、ピッチの誤差精度ｄは、上述の値から更に小さい値になり、反応時間ｔも、上述の時間から更に短い時間となる。従って、５００ｋＨｚ以上のクロック信号を用いれば、ピッチの誤差精度ｄと反応時間ｔとの両値を、実用上問題のない値にすることができ、ピッチの誤差精度が良く反応時間も短いより高性能なピッチ検出装置を得る結果となる。
【００１４】
次に、ピッチの誤差精度ｄまたは反応時間ｔの一方の値が、実用上問題となる場合について説明する。ここで、このピッチ検出装置の設計条件について説明する。設計条件は、クロック信号の周波数Ｆｃが３２．７６８ｋＨｚである他は、全て、５００ｋＨｚのクロック信号を用いた場合と同一とする。また、ピッチの検出方法も、５００ｋＨｚ以上のクロック信号を用いた場合と同一である。
【００１５】
上述の設計条件およびピッチの検出方法において、数式（１）および（３）を用いて算出されるピッチの誤差精度ｄは、０．４０８セント（３０．９Ｈｚ）〜８．７２７セント（６５９Ｈｚ）となり、要求誤差精度を満たさない（なお、数式（２）を用いて算出される反応時間ｔは、６．０７ｍｓ（６５９Ｈｚ）〜１２９ｍｓ（３０．９Ｈｚ）となり、こちらは要求反応時間を満たす）。
【００１６】
ここで、ピッチの誤差精度ｄを要求誤差精度である±１セント以内に抑えるには、数式（１）および（３）から、被測定信号の周期の検出回数Ｎを、４回から３５回へ増やせばよいことが分かる。この結果を用いて、検出回数Ｎを３５回とすると、ピッチの誤差精度ｄは、０．０４７セント（３０．９Ｈｚ）〜０．９９５セント（６５９Ｈｚ）となり、要求誤差精度を満たすことになる。しかしながら、今度は、反応時間ｔが、５３．１ｍｓ（６５９Ｈｚ）〜１１３３ｍｓ（３０．９Ｈｚ）となってしまい、要求反応時間を満たさなくなる。
【００１７】
このように、３２．７６８ｋＨｚのクロック信号（カウンタクロック信号）を用いると、ピッチの誤差精度ｄあるいは反応時間ｔが、要求誤差精度あるいは要求反応時間を満たさない。言い換えると、従来のピッチ検出装置では、ただ単にクロック信号の周波数Ｆｃを下げるだけでは、ピッチの誤差精度ｄと、反応時間ｔとの両方を、実用上問題のない値に維持することが困難となる。よって、従来のピッチ検出装置では、消費電力の抑制を抑制する目的で、クロック信号の周波数Ｆｃを下げると、ピッチの誤差精度ｄと、反応時間ｔとの両方を、実用上問題のない値に維持した上で、クロック信号の周波数を下げ、その結果として、消費電流の抑制を行うことが困難となるという問題点があった。
【００１８】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、被測定信号のピッチの誤差精度と、反応時間との両方を、実用上問題のない値に維持した上で、クロック信号の周波数を下げ、その結果として、消費電流の抑制を行うことができるピッチ検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この目的を達成するために請求項１記載のピッチ検出装置は、測定対象の信号である被測定信号が入力される入力手段と、その入力手段に入力される前記被測定信号のピッチを測定する基準となるクロック信号を生成するクロック生成手段と、そのクロック生成手段により生成されたクロック信号の１クロックを最小単位として前記入力手段に入力された被測定信号の１周期の時間長を求めることで、その被測定信号のピッチを算出するピッチ算出手段とを備えたものであり、前記被測定信号の波形の１周期を検出する周期検出手段と、その周期検出手段により検出された前記被測定信号の各１周期毎に、前記クロック信号の１クロックを前記最小単位とする時間長で前記被測定信号の１周期の時間を離散的に計測する周期計測手段と、その周期計測手段により離散的に計測された前記被測定信号の各１周期に対応する計測時間を前記被測定信号の１周期毎に累積加算し、得られた累積時間が、要求されるピッチの誤差精度を実現する最小計測時間以上となった場合に前記累積加算を終了する累積周期計測手段と、前記累積周期計測手段による累積加算が終了したときの、前記累積時間内に含まれる前記被測定信号の総波数を計数する総波数計数手段とを備え、前記ピッチ算出手段は、前記累積周期計測手段により計測された累積時間と、前記総波数計数手段により計数された総波数とから、前記被測定信号のピッチを算出するものである。
【００２０】
なお、被測定信号の総波数は、例えば、累積周期計測手段による累積加算が終了したとき、その累積周期計測手段により、被測定信号の第１周期目の計測時間と、被測定信号の第２周期目の計測時間とが累積加算されている場合には、２（波数）となる。同様に、被測定信号の第１、第２および第３周期目の各計測時間が累積加算されている場合には、３（波数）となる。これは、請求項３についても同様である。
【００２１】
請求項２記載のピッチ検出装置は、請求項１記載のピッチ検出装置において、前記最小計測時間は、前記ピッチ算出手段により前記被測定信号のピッチが算出される際に要求されるピッチの誤差精度と、前記周期計測手段が前記被測定信号の各１周期の計測を行なう際に前記最小単位とする前記クロック信号の周波数とから算出されるものである。
【００２２】
請求項３記載のピッチ検出装置は、測定対象の信号である被測定信号が入力される入力手段と、その入力手段に入力される前記被測定信号のピッチを測定する基準となるクロック信号を生成するクロック生成手段と、そのクロック生成手段により生成されたクロック信号の１クロックを最小単位として、前記入力手段に入力された被測定信号の１周期に含まれるクロック数を求めることで、その被測定信号のピッチを算出するピッチ算出手段とを備えたものであり、前記被測定信号の波形の１周期を検出する周期検出手段と、その周期検出手段により検出された前記被測定信号の各１周期毎に、前記クロック信号の１クロックを前記最小単位として、前記被測定信号の１周期に含まれる前記クロック数をカウントするクロック数カウント手段と、そのクロック数カウント手段によりカウントされた前記被測定信号の各１周期に対応する前記クロック数を前記被測定信号の１周期毎に累積加算し、得られた累積クロック数が、要求されるピッチの誤差精度を実現する最小計測クロック数以上となった場合に前記累積加算を終了する累積クロック数カウント手段と、前記累積クロック数カウント手段による累積加算が終了したときの、前記累積クロック数内に含まれる前記被測定信号の総波数を計数する総波数計数手段とを備え、前記ピッチ算出手段は、前記クロック生成手段により生成されるクロック信号の周波数と、前記累積カウント手段により計測された累積クロック数と、前記総波数計数手段により計数された総波数とから、前記被測定信号のピッチを算出するものである。
【００２３】
請求項４記載のピッチ検出装置は、請求項３記載のピッチ検出装置において、前記最小計測クロック数は、前記ピッチ算出手段により前記被測定信号のピッチが算出される際に要求されるピッチの誤差精度から算出されるものである。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１記載のピッチ検出装置によれば、累積周期計測手段は、周期計測手段により離散的に計測された被測定信号の各１周期における計測時間を、被測定信号の１周期毎に累積加算し、その累積時間が、要求されるピッチの誤差精度を実現する最小計測時間以上となった場合に、累積加算を終了する。また、総波数計数手段は、累積周期計測手段による累積加算が終了したときの累積時間内に含まれる被測定信号の総波数を計数する。そして、ピッチ算出手段は、累積周期計測手段により計測された累積時間と、総波数計数手段により計数された総波数とから、被測定信号のピッチを算出する。
【００２５】
ここで、最小計測時間は、要求されるピッチの誤差精度を実現する時間である。よって、この最小計測時間以上の時間となるまで、被測定信号の各周期の時間を１周期毎に連続して繰返し離散的に計測し、得られた計測時間を累積加算して得た累積時間と、総波数計数手段により計数された総波数とから算出される被測定信号のピッチは、要求される誤差精度を満たすものとなる。これをより具体的に説明すると、前述の通り、累積周期計測手段は、周期計測手段により離散的に計測された被測定信号の各１周期の計測時間を、被測定信号の１周期毎に累積加算して、得られる累積時間が、最小計測時間以上となるまで累積加算を続ける。よって、累積周期計測手段は、被測定信号のピッチが高くなり、被測定信号の１周期の時間長が短くなる場合には、累積加算の回数を増やして、累積時間が、必ず、最小計測時間以上となるように動作する。一方、累積周期計測手段は、被測定信号のピッチが低くなり、被測定信号の１周期の時間長が長くなる場合には、累積加算の回数を減らして、累積時間が、やはり最小計測時間以上となるように動作する。このように、累積周期計測手段は、被測定信号のピッチに応じて、累積加算の回数を変化させ、累積時間が常時、最小計測時間以上となるように動作している。ここで、最小計測時間は、前述したように、要求されるピッチの誤差精度を実現する時間である。従って、累積時間を用いて上述の方法により算出される被測定信号のピッチは、要求される誤差精度を満たすのである。
【００２６】
また、累積周期計測手段は、累積時間が最小計測時間以上となった場合には、累積加算を終了する。このように、累積周期計測手段による累積加算の終了を、累積時間が最小計測時間以上となった場合としているので、ピッチ算出手段が被測定信号のピッチを新たに算出するまでの時間（反応時間）を、楽音のピッチが幾らであっても、一定の時間以下、即ち、計測可能な最低音の周期と最小計測時間との和で求まる時間以下にすることができる。ここで、計測可能な最低音の周期と最小計測時間との和で求まる時間を、設計条件として要求される時間内とすることで、反応時間を、設定条件として要求される時間内に留めることができる。
【００２７】
上述した結果から、本発明のピッチ検出装置によれば、被測定信号のピッチの誤差精度と、反応時間との両方を、設計条件として要求される値を満たした上で（実用上問題のない値に維持した上で）、クロック信号の周波数を下げることができるので、消費電流の抑制を実現すると同時に、実用上問題のない程度のピッチの誤差精度と、反応時間の両方を備えたチューナ装置の設計を行うことができるという効果がある。
【００２８】
請求項２記載のピッチ検出装置によれば、請求項１記載のピッチ検出装置において、最小計測時間は、ピッチ算出手段により被測定信号のピッチが算出される際に要求されるピッチの誤差精度と、周期計測手段が前記被測定信号の各１周期の計測を行なう際に最小単位とするクロック信号の周波数とから算出される。よって、最小計測時間を、複雑な計算を行うことなく、簡単に求めることができるという効果がある。
【００２９】
請求項３記載のピッチ検出装置によれば、請求項１記載のピッチ検出装置と同様の効果を奏することができる。また、請求項４記載のピッチ検出装置によれば、請求項２記載のピッチ検出装置と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のピッチ検出装置の一例である楽器用チューナの外観図である。
【図２】楽器用チューナの電気的構成を示したブロック図である。
【図３】メイン処理の流れを模式的に示した図である。
【図４】逐次加算処理を示したフローチャートである。
【図５】Ｓ２でＹｅｓと判定された場合における累積加算時間ｓｕｍと定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮとの関係を示した模式図である。
【図６】周波数Ｆｃと定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮとの関係を示した図である。
【図７】従来におけるピッチの算出方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の好ましい実施例について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明のピッチ検出装置の一例である楽器用チューナ１の外観図である。この楽器用チューナ１は、被測定信号として入力された楽音のピッチの誤差精度ｄと、反応時間ｔとの両方を、設計条件として要求される値を満たした上で、クロック信号の周波数を数十ｋＨｚ程度まで下げることができるので、クロック信号の周波数が数百ｋＨｚである従来のピッチ検出装置に比べて消費電流の抑制を行うことができる装置である。
【００３２】
なお、本実施形態の楽器用チューナ１では、設計条件を次の通りとしている。クロック信号の周波数Ｆｃが３２．７６８ｋＨｚ、被測定信号の周波数ｆの検出範囲が３０．９Ｈｚ〜６５９Ｈｚ、要求誤差精度が±１セント、要求反応時間が１５０ｍｓ以内としている。
【００３３】
楽器用チューナ１は、デジタル表示器２と、マイク３と、アナログ表示器４とを有している。マイク３は、チューニングを行おうとする楽音（被測定信号）を集音するマイクロフォンである。デジタル表示器２は、マイク３で集音された楽音のピッチに最も近い音名を表示する表示器であり、７セグメントＬＥＤを２つ並列に並べた構成となっている。例えば、楽譜上でト音記号における第２間の音名Ａ（ラ）の楽音が入力された場合には、デジタル表示器２には、「Ａ４」の表示が行われる。アナログ表示器４は、マイク３で集音された楽音のピッチとデジタル表示器２に表示される基準ピッチとの偏差（ピッチ差）を、セント単位で表示するアナログ表示器である。アナログ表示器４では、集音された楽音のピッチが基準ピッチよりも低ければ、アナログ表示器４の針５が左側に振れ、集音された楽音のピッチが基準ピッチよりも高ければ、アナログ表示器４の針５が右側に振れる。
【００３４】
次に、図２を参照して、楽器用チューナ１の電気的構成について説明する。図２は、楽器用チューナ１の電気的構成を示したブロック図である。楽器用チューナ１は、ＣＰＵ１１と、ＲＯＭ１２と、ＲＡＭ１３と、マイク３と、コンパレータ１４と、カウンタクロック発振子１５と、デジタル表示器２と、アナログ表示器４とを有している。
【００３５】
各部２，４，１１〜１３は、入出力ポート１６にそれぞれ接続されている。ＣＰＵ１１は、入出力ポート１６に接続された各部２，４，１２，１３とＣＰＵ１１に接続された各部１４，１５とを制御する制御装置である。ＲＯＭ１２は、この楽器用チューナ１で実行される制御プログラム等を格納した書換不能なメモリである。図３で後述する処理は、制御プログラムに従ってＣＰＵ１１により実行される。ＲＡＭ１３は各種のデータを一時的に記憶するためのメモリである。例えば、図３で示す処理に一時的に使用されるデータは、ＲＡＭ１３に記憶される。
【００３６】
コンパレータ１４は、マイク３から出力されたアナログ信号（マイク３で集音された楽音が変換された電気信号）を入力し、そのアナログ信号の立ち上がり時におけるゼロクロスを検出し、ゼロクロスを検出したタイミングで、ゼロクロス割込信号を出力する素子である。コンパレータ１４は、入力が、マイク３の出力へ接続され、出力が、ＣＰＵ１１へ接続されている。
【００３７】
カウンタクロック発振子１５は、周波数Ｆｃが３２．７６８ｋＨｚのクロック信号を出力する水晶振動子である。このクロック信号を用いて、ＣＰＵ１１は、マイク３で集音された楽音のゼロクロス同士の間隔、即ち、集音された楽音の１周期を、クロック信号の１周期を基準の１単位として（最小単位として）、離散的に計測する。
【００３８】
次に、図３を参照して、マイク３で集音された楽音のピッチを検出し、基準ピッチとの偏差を表示するメイン処理について説明する。図３は、ＣＰＵ１１で実行されるメイン処理の流れを模式的に示した図である。
【００３９】
メイン処理では、まず、コンパレータ１４は、入力立ち上りゼロクロスを検出し、その検出に対応するゼロクロス割込信号を、ＣＰＵ１１へ出力する。ここで、ＣＰＵ１１は、ゼロクロス割込信号の出力時間の間隔を、クロック信号の１クロックを１単位として離散的に計測する。（計測処理、ステップａ）。
【００４０】
次に、ＣＰＵ１１は、計測処理で離散的に計測されたゼロクロス割込信号の出力時間の間隔をもとに、自己相関処理を行う（ステップｂ）。この自己相関処理では、ＣＰＵ１１は、自己相関関数に基づいて、マイク３で集音された楽音の１周期、すなわちピッチを検出するための基本となる１周期を検出し、その１周期の時間長を、クロック信号の１クロックを最小単位として離散的に計測する。具体的には、クロック信号の１クロックを最小単位として離散的に計測された楽音の１周期の時間長を、次の数式（４）を用いて、マイク３で集音された楽音の１周期毎に、ｂｕｆ[０]，ｂｕｆ[１]，・・・，ｂｕｆ［ｎ］，・・・として得る。
ｂｕｆ［ｎ］＝ｃｌｋ／Ｆｃ                              ・・・数式（４）
ここで、ｂｕｆ[ｎ]は、楽音の周期の時間長の計測におけるｎ＋１回目の楽音の周期の計測値であり、単位は秒（ｓ）である。ｃｌｋは、マイク３で集音された楽音（被測定信号）の、ｎ＋１回目の１周期中にカウントされるクロック数を示している。また、Ｆｃはクロック信号の周波数であり、単位はヘルツ（Ｈｚ）である。（また、１／Ｆｃは、はクロック信号の周期であり単位は秒（ｓ）である。）ｂｕｆ［０］は、楽音の１周期の時間長の計測結果の初回の（第１周期における）計測値、ｂｕｆ［１］は２回目の（第２周期における）計測値、同様にｂｕｆ［ｎ］はｎ＋１回目の（第ｎ＋１周期における）計測値である。
【００４１】
次に、ＣＰＵ１１は、離散的に計測された楽音の１周期の各時間長を、１周期毎に、即ち、ｂｕｆ[０]，ｂｕｆ[１]，・・・，ｂｕｆ［ｎ］，・・・を、ＲＡＭ１３へ順次記憶する。
【００４２】
そして、ＣＰＵ１１は、離散的に計測された楽音の１周期の各時間長を、１周期毎に累積加算することを主な処理とする逐次加算処理（ステップｃ）を行う。ここで、図４を参照して、逐次加算処理について説明する。図４は、逐次加算処理を示したフローチャートである。
【００４３】
逐次加算処理（ステップｃ）では、まず、ｎおよびｓｕｍを初期化する（Ｓ１）。なお、ｎは、楽音の周期の「n＋１」回目の計測を示す変数として使用され、さらにこの逐次加算処理では、クロック信号の１クロックを最小単位として離散的に計測された、楽音の１周期の各時間長であるｂｕｆ[０]，ｂｕｆ[１]，・・・を、１周期毎に、累積加算するためにも使用される。
【００４４】
Ｓ１の処理後、累積加算時間ｓｕｍが定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ以上であるか否かを判定する（Ｓ２）。ここで、累積加算時間ｓｕｍは、次の数式（５）に示すように、ｂｕｆ[０]，ｂｕｆ[１]，・・・を、１周期毎に累積加算した結果である累積時間（合計時間）を示している。
ｓｕｍ＝ｂｕｆ[０]＋ｂｕｆ[１]＋・・・ｂｕｆ[ｎ]，・・・      ・・・数式（５）
【００４５】
また、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ（単位は秒（ｓ））は、要求誤差精度を実現するために必要となる楽音のピッチ計測の最小計測時間を示し、次の数式（６）と、後述する数式（７）とから理論的に計算される。
【００４６】
ｐ＝１＋１／｛２＾（ｄ／１２００）−１｝                      ・・・数式（６）
この数式（６）は、数式（１）を変形して得られたものである。「＾」は、べき乗を示し、ｄは、セントを単位とした、要求されるピッチの誤差精度を示している。これより、要求誤差精度ｄが決まれば、クロック信号の周波数に無関係に、要求誤差精度ｄを満たすために必要となるクロック数ｐが計算で一意に求められることがわかる。
【００４７】
ここで、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮの意味と、その具体的な数値について説明する。なお、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮの説明の前に、この定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮの決定に必要となる定数ＳＵＭ＿ＭＩＮについて説明する。本実施形態の楽器用チューナ１では、前述の通り、要求誤差精度は±１セントであるので、ｄの絶対値（＝１）を数式（６）に代入すると、ｐ＝１７３１．７３４・・・が得られる。この得られたｐは、計算上求められる暫定値であり、要求誤差精度を実現するために必要となる最小のクロック数を示している。ここで、クロック数は、整数であるので、１７３１．７３４・・・以上の最小の整数である１７３２を、要求誤差精度を実現するために必要な最小のクロック数、即ち、定数ＳＵＭ＿ＭＩＮとすればよい。また、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮは、前述の通り、要求誤差精度を実現するために必要となる楽音のピッチ計測の最小計測時間を示すものであり、数式（７）に示すように定数ＳＵＭ＿ＭＩＮを用いて計算され、５２．８６ｍｓとなる。
Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ＝ＳＵＭ＿ＭＩＮ／Ｆｃ                      ・・・数式（７）
【００４８】
Ｓ２の判定において、累積加算時間ｓｕｍが定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ未満であると判定された場合には（Ｓ２：Ｎｏ）、ｂｕｆ[ｎ]を、即ち、第n＋１周期における楽音の１周期の時間長を、累積加算時間ｓｕｍに累積加算する（Ｓ３）。そして、ＣＰＵ１１は、nを１加算して（Ｓ４）、Ｓ２の判定へ戻る。上述のＳ２〜Ｓ４の処理を繰り返すことで、楽音の１周期の時間長を、楽音の１周期毎に、順次累積加算する。この累積加算を繰り返し、Ｓ２の判定において、累積加算時間ｓｕｍが定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ以上であると判定された場合には（Ｓ２：Ｙｅｓ）、累積加算の回数をＮとして（Ｓ５）、この逐次加算処理を終了する。
【００４９】
なお、Ｓ２の処理でＹｅｓと判定された場合の変数Ｎ（Ｓ５）は、逐次加算処理で行った累積加算の回数を示している。ここで、累積加算の回数Ｎは、例えば、ｂｕｆ[０]と、ｂｕｆ[１]とが累積加算されている場合には２回となる。同様に、ｂｕｆ[０]と、ｂｕｆ[１]と、ｂｕｆ[２]とが累積加算されている場合には３回となる。また、逐次加算処理で行った累積加算の回数Ｎは、楽音が何周期分、累積加算されたか、言い換えれば、楽音が何波数分、累積加算されたかを示している。なお、Ｓ５の処理で得られた累積加算の回数Ｎは、累積加算時間ｓｕｍが定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ以上を満たす回数のうち、最小の累積加算の回数である。
【００５０】
ここで、図５を参照して、Ｓ２でＹｅｓと判定された場合における累積加算時間ｓｕｍと定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮとの関係について説明する。図５は、Ｓ２でＹｅｓと判定された場合における両者の関係を示した模式図である。Ｓ２でＹｅｓと判定された場合には、累積加算時間ｓｕｍが定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ以上と判定されるのであるが、このとき、累積加算時間ｓｕｍと定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮとの関係は、図５に示す通りとなる。即ち、数式（５）から分かるように、累積加算時間ｓｕｍは、逐次加算処理によって、ｎが増加するに連れて楽音の１周期毎に増加する。そして、累積加算時間ｓｕｍが定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮを初めて越えた場合に、累積加算時間ｓｕｍが定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ以上を満たす最小の累積加算の回数Ｎを得て、この逐次加算処理が終了となる。このとき、要求誤差精度を実現するために必要となる楽音のピッチ計測の最小計測時間である定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮを超えて（つまり、要求誤差精度を実現するために必要なクロック信号の最小クロック数を示す定数ＳＵＭ＿ＭＩＮ（＝１７３２）のクロック周期倍を超えて）、楽音のピッチが離散的に計測されたことになる。よって、Ｓ２でＹｅｓと判定された場合には、要求誤差精度を満たしたと判定し、累積加算の回数をＮとして（Ｓ５）、逐次加算処理を終了するのである。
【００５１】
図３の説明に戻る。ＣＰＵ１１は、逐次加算処理（ステップｃ）が終了すると、逐次処理で算出された累積加算時間ｓｕｍ（逐次加算処理で累積加算された累積加算時間）と、逐次加算処理で得た、累積加算時間ｓｕｍが定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ以上を満たす最小の累積加算の回数Ｎとを用いて、平均処理（ステップｄ）を行って、楽音の１周期平均時間長（平均周期）を求める。そして、求めた平均周期の逆数により、マイク３で集音された楽音のピッチを求める。
【００５２】
そして、ＣＰＵ１１は、平均処理で求めた楽音のピッチと設定された基準ピッチの偏差を算出し、その算出した偏差を、アナログ表示器４へ表示する表示処理を実行する（ステップｅ）。なお、この表示処理と平行して、ＣＰＵ１１は、累積加算時間ｓｕｍおよびｂｕｆの各値を初期化すると共に、ステップａに戻り、計測処理を再び実行する。
【００５３】
ここで、上述したメイン処理を実行する楽器用チューナ１が、楽音のピッチ（周波数）ｆの検出範囲が３０．９Ｈｚ〜６５９Ｈｚである場合に、設計条件を満たしているか、即ち、ピッチの誤差精度ｄが±１セント以内であり、反応時間ｔが１５０ｍｓ以内であるかを検証する。
【００５４】
上述の設計条件において、まず、ピッチの誤差精度ｄが±１セント以内であり、要求誤差精度を満たす理由について説明する。図４および図５に示されるように、逐次加算処理（ステップｃ）では、マイク３で集音された楽音の１周期の各周期における計測時間ｂｕｆ[０]，ｂｕｆ[１]，・・・を、累積加算時間ｓｕｍが定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ以上となるまで、１周期毎に、逐次、累積加算する。この時、逐次加算処理（ステップｃ）では、累積加算時間ｓｕｍが定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ以上を満たす最小の累積加算の回数Ｎを、楽音のピッチに応じて増減する。具体的には、楽音のピッチが高くなり、楽音の１周期の時間長が短くなるにつれて、累積加算の回数Ｎを増加し、累積加算時間ｓｕｍが、必ず、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ以上となるように動作する。一方、楽音のピッチが低くなり、楽音の１周期の時間長が長くなるにつれて、累積加算の回数Ｎを減少するが、その場合でも、累積加算時間ｓｕｍが、やはり最低限、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ以上となるように動作する。このように、逐次加算処理（ステップｃ）では、楽音のピッチに応じて、累積加算の回数Ｎが変化すると共に、累積加算時間ｓｕｍが常時、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ以上となるように動作している。よって、逐次加算処理（ステップｃ）を終了する時の累積加算の回数Ｎは、累積加算時間ｓｕｍが常に定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ以上となる回数のうち、最小の回数となる。ここで、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮは、前述のように要求誤差精度を実現するために必要となる楽音のピッチ計測の最小計測時間である。従って、累積加算時間ｓｕｍを用いて平均処理（ステップｄ）で算出される楽音のピッチは、要求誤差精度を満たすことになるのである。
【００５５】
ここで、被測定信号の周波数ｆの検出範囲を３０．９Ｈｚ〜６５９Ｈｚとした場合について具体的に述べる。まず下限周波数ｆ=３０．９Ｈｚの場合は、数式（３）´より、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ以上となる場合、すなわち定数ＳＵＭ＿ＭＩＮ＝１７３２（クロック）以上を満たす累積加算の最小回数Ｎは２となることがわかる。このときのクロック数ｐは、数式（３）よりｐ＝２１２１、よって数式（１）より、ピッチの測定誤差ｄ＝０．８１６セントとなり、要求誤差精度±１セントを満たすことがわかる。上限周波数ｆ＝６５９Ｈｚの場合も同様にして、定数ＳＵＭ＿ＭＩＮ＝１７３２（クロック）以上を満たす累積加算の最小回数Ｎは３５となり、このときのクロック数ｐ＝１７４０、ピッチの測定誤差ｄ＝０．９９５セントとなり、要求誤差精度±１セントを満たすことがわかる。
【００５６】
次に、反応時間ｔが１５０ｍｓ以内であり要求反応時間を満たす理由について説明する。図４および図５に示されるように、逐次加算処理（ステップｃ）では、累積加算時間ｓｕｍが定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ以上となった場合に、累積加算を終了する。このように、逐次加算処理（ステップｃ）における累積加算の終了を、累積加算時間ｓｕｍが最小計測時間である定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ以上となった場合としているので、反応時間ｔ（平均処理（ステップｄ）で楽音のピッチを新たに算出するまでの時間）の最小時間は、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮとなる。次に、反応時間ｔのばらつきについて述べる。逐次加算処理（ステップｃ）においては、累積時間ｓｕｍが、計測された楽音のピッチの１周期の時間長毎に累積加算されることから、反応時間ｔのばらつき時間を考慮した最長計測時間は、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ以上、｛定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ＋計側した楽音の１周期の時間長｝未満となる。
【００５７】
ここで、被測定信号の周波数ｆの検出範囲を３０．９Ｈｚ〜６５９Ｈｚとした場合について具体的に述べる。被測定信号の最低音の周波数ｆ=３０．９Ｈｚの１周期の周期長は３２．３６ｍｓ、最高音の周波数ｆ＝６５９Ｈｚの１周期の周期長は１．５２ｍｓであるので、前述した、要求誤差精度±１セントを満たすときの定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ＝５２．８６ｍｓより、反応時間ｔの取りうる範囲の上限は、最低音では８５．２２ｍｓ未満、最高音では５４．３８ｍｓ未満となり、要求反応時間が１５０ｍｓ以内を満たすことがわかる。
【００５８】
即ち、従来におけるピッチの検出方法、具体的には、累積加算の回数を楽音のピッチの高低にかかわらず予め定められた回数だけ行う方法では、数式（２）から分かるように、反応時間は、被測定信号の周波数が低くなるとそれに反比例して増加してしまうが、本実施形態の楽器用チューナ１では、反応時間ｔは、楽音のピッチの高低にかかわらず、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮに近似する時間となるので、反応時間ｔのばらつきの範囲を、被測定信号（計測した楽音）の1周期の時間長未満内に抑えることができる。
【００５９】
なお、反応時間ｔのばらつきの範囲は、前述したように被測定信号の1周期の時間長未満内に留まることから、結局、想定されるピッチ測定時間のばらつきの最長値は、被測定信号の最低音の１周期の時間長によって決まることになる。また、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮは、数式（６）および数式（７）からも明らかなように、要求誤差精度が決まれば、クロック信号の周波数から一意に求められる。これらの結果を利用して、本実施形態の楽器用チューナ１では、反応時間ｔが、要求反応時間以内となるように、クロック信号の周波数を決定することができる。具体的には、数式（６）および数式（７）を用いて、｛定数Ｔ＿ＳＵＮ＿ＭＩＮ＋被測定信号の最低音の１周期の時間長｝が、要求反応時間を超えないように、クロック信号の周波数を決定する。
【００６０】
このように、本実施形態の楽器用チューナ１によれば、楽音のピッチの誤差精度ｄと、反応時間ｔとの両方を、設計条件として要求される値を満たした上で（実用上問題のない値に維持した上で）、クロック信号の周波数を、例えば３２．７６８ｋＨｚへ下げることができ、その結果、消費電流の抑制を行うことができる。
【００６１】
また、本実施形態の楽器用チューナ１によれば、逐次加算処理（ステップｃ、図４参照）は、累積加算時間ｓｕｍが、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ以上となったとＳ２の処理により判定された場合に、累積加算時間ｓｕｍが定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ以上を満たす最小の累積加算の回数Ｎを得て（Ｓ５）、累積加算を終了する。よって、逐次加算処理は、累積加算時間ｓｕｍが、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ以上となるまで、確実に、累積加算を続けることができる。従って、累積加算時間ｓｕｍを用いて算出される楽音のピッチを、確実に、要求誤差精度を満たすものとすることができる。
【００６２】
また、本実施形態の楽器用チューナ１によれば、要求誤差精度を実現するために必要となる楽音のピッチ計測の最小計測時間を示す定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮは、数式（６）と数式（７）から明らかなように、要求誤差精度と、クロック信号の周波数とから算出される。よって、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮを、要求誤差精度を決めた上で、複雑な計算を行うことなく、簡単に求めることができる。
【００６３】
以上、本実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変形改良が可能であることは容易に推察できるものである。
【００６４】
上述した実施形態の楽器用チューナ１によれば、逐次加算処理（ステップｃ、図４参照）は、累積加算時間ｓｕｍが、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ以上となったとＳ２の処理により判定された場合に、累積加算時間ｓｕｍが定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ以上を満たす最小の累積加算の回数Ｎを得て（Ｓ５）、累積加算を終了する。しかし、逐次加算処理（ステップｃ）における累積加算の終了の判断については、累積加算時間ｓｕｍが最小計測時間である定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ以上となった場合とする以外にも、別の判断条件を設定しても良い。例えば、被測定信号の周期の累積加算の回数Ｎが小さい（たとえば３以下）場合には、自己相関処理時（ステップｂ時）において周期を比較する対象が限られるため（比較する対象となる周期の数が少ないため）、ノイズ等の影響により被測定信号の本来のピッチの周期とは異なる周期に誤判定をしてしまう場合がある。これを考慮して、累積加算時間ｓｕｍが定数Ｔ＿ＳＵＭ_ＭＩＮ以上であり、かつ、累積加算の回数Ｎが、自己相関処理時の正確なピッチ検出を可能にする回数であると共に、設計条件である要求反応時間を満たす反応時間を実現する回数である所定の回数Ｍ（例えば４）以上になることを条件として、逐次加算処理を終了してもよい。このように構成することで、ノイズや外乱によるピッチ検出ミスを減らし、安定したピッチ検出を実現することができる。
【００６５】
また、上述した実施形態の楽器用チューナ１では、ステップｂにおいて、楽音の１周期中にカウントされたクロック数を、クロック信号の周波数Ｆｃにより時間に換算して（Ｆｃで除算して）、楽音の１周期の時間長を１周期毎に算出した（数式（４）参照）。また、ステップｃにおいて、要求誤差精度を実現するために必要なクロック数を示す定数ＳＵＭ＿ＭＩＮを、同様に時間に換算して、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮを算出した（数式（７）参照）。しかし、これに限られるものではなく、ステップｂおよびステップｃで、クロック信号の周波数Ｆｃによる時間換算を行わなくても良い。この構成について説明する。まず、ステップｂでは、楽音の１周期中にカウントされたクロック数そのものを、楽音の１周期毎に、ｂｕｆ´[０]，ｂｕｆ´[１]，・・・ｂｕｆ´[ｎ]に代入する（数式（４）で示された、時間を単位とするｂｕｆ［ｎ］と区別するために、「´（ダッシュ）」を付与し、クロック信号の１クロックを単位としてｂｕｆ´［ｎ］と表記する。後述のｓｕｍ´も同様）。次に、ステップｃでは、数式（６）だけを用いて、定数ＳＵＭ＿ＭＩＮを算出して（定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮは算出せず）、クロック数そのものを示すｂｕｆ´[０]，ｂｕｆ´[１]，・・・ｂｕｆ´[ｎ]を、それらの累積加算クロック数ｓｕｍ´（逐次加算処理で累積加算されたクロック信号の合計クロック数）が定数ＳＵＭ＿ＭＩＮ以上となるまで、楽音の１周期毎に累積加算する構成とする。そして、ステップｄでは、累積加算クロック数ｓｕｍ´と、逐次加算処理で行った累積加算の回数（被測定信号の周期の検出回数）とを用いて、平均処理（ステップｄ）を行う。具体的には、累積加算クロック数ｓｕｍ´が定数ＳＵＭ＿ＭＩＮ以上を満たす最小の累積加算の回数Ｎで、累積加算クロック数ｓｕｍ´を除算して、楽音の１周期中にカウントされたクロック信号の平均クロック数を求め、その求めた平均クロック数で、クロック信号の周波数Ｆｃを除算して、マイク３で集音された楽音のピッチを求める処理とすれば良い。上述した構成の場合にも、楽音のピッチの誤差精度ｄと、反応時間ｔとの両方を、設計条件として要求される値を満たした上で、クロック信号の周波数を、例えば３２．７６８ｋＨｚへ下げることで、消費電流の抑制を行うことができる。さらに、ｂｕｆ[ｎ]，ｓｕｍ，Ｔ_ＳＵＭ_ＭＩＮを、前述したような秒単位、あるいはクロック数単位（１／Ｆｃを１クロックとする単位）以外の任意の単位に換算して、同様なピッチ算出処理を行ってもよい。
【００６６】
上述した実施形態の楽器用チューナ１では、クロック信号の周波数Ｆｃが３２．７６８ｋＨｚのカウンタクロック発振子１５を用いた場合に、反応時間ｔの上限が、５４．３８ｍｓ未満（６５９Ｈｚ）〜８５．２２ｍｓ未満（３０．９Ｈｚ）となり、要求反応時間である１５０ｍｓ以内の反応時間を十分満たす結果となった。このとき、楽器用チューナ１では、要求反応時間に対して十分短い反応時間となっている。よって、楽器用チューナ１においては、自己相関処理時（ステップｂ時）のノイズによる誤判定等を考慮して、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮを、５２．８６ｍｓよりも長くしても良い。例えば、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮを、２倍の時間である１０５．７２ｍｓとしても良い。この場合でも、応答時間ｔの上限は、１０７．２４ｍｓ未満（６５９Ｈｚ）〜１３８．０８ｍｓ未満（３０．９Ｈｚ）となり、要求反応時間として要求される１５０ｍｓ以内を十分満たす。
【００６７】
なお、このように定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮを長くした場合、クロック信号の周波数Ｆｃが一定のままで、楽器用チューナ１よりも更に高い誤差精度を実現できる。この理由について説明する。数式（６）で前述した通り、要求誤差精度ｄが決定されると、その要求誤差精度ｄを実現するために必要となるクロック信号の最小カウント数である定数ＳＵＭ_ＭＩＮが求まる。定数ＳＵＭ_ＭＩＮが求まると、数式（７）より、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮも求まる。このようにして求められた定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮは、要求誤差精度を実現するために必要となる「最低限の」測定時間を示している。よって、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮよりも測定時間を長くすると、最低限の測定時間よりも長くなった定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ´（最低限の測定時間を示す定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮと区別して「´（ダッシュ）」を付与する）に基づいて、要求誤差精度を実現するために必要となる最低限の測定時間よりも長い時間をかけて、楽音の１周期が繰り返し計測されることになる。ここで、楽音のピッチは、前述のように、繰返し測定された楽音の１周期の時間長が累積加算されて累積時間が求められ、その累積時間を、累積加算した回数で平均化して求められるわけであるが、測定時間が長くなると、その累積加算の回数が増えると共に累積時間も長くなる。累積時間が長くなれば、累積時間内に含まれるクロック数も増える。これはすなわち、ピッチの誤差精度ｄを算出する数式（１）において、クロック数ｐが増えることに他ならない。ここで、クロック数ｐが増えると、ピッチの誤差精度ｄの値が小さくなり、高いピッチ測定精度が実現できることは数式（１）より明らかである。よって、クロック信号の周波数Ｆｃが一定の場合、要求誤差精度を実現するために必要となる最低限の測定時間よりも長くなった定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ´を使ってピッチ検出を行うことで、楽器用チューナ１よりも更に高いピッチ測定精度が実現されるのである。
【００６８】
また、上述した実施形態の楽器用チューナ１では、ピッチの誤差精度ｄが±１セント、反応時間ｔが１５０ｍｓ以内を設計条件としたが、両設計条件は、これに限られるものではない。例えば、要求反応時間を、５００ｍｓ以内としても良い。この場合には、クロック信号の周波数Ｆｃを、上述した楽器用チューナ１の場合よりも、更に下げることができる。この理由について説明する。要求反応時間を長くするということは、最小計測時間である定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮを長くするということである。数式（７）に示されるように、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮは、クロック信号の周波数Ｆｃに反比例する。この関係は、図６に示すように、関数ｆ（ｘ）のグラフで示す関係となる。関数ｆ（ｘ）から決定される定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮは、対応するクロック信号の周波数がＦｃである場合に、要求誤差精度を実現するために必要となる「最低限の」測定時間を示している。よって、要求反応時間を長くすれば、即ち、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮの値が大きくなれば、図６から明らかなように、クロック周波数を低くすることができることがわかる。
【００６９】
ここで再び、ある一定のクロック信号の周波数Ｆｃ（任意の値）において、最低測定時間である定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮよりも測定時間の長い定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ´をピッチ検出に用いることで測定精度が上がることについて、図６と対比させて説明する。ある一定のクロック信号の周波数Ｆｃ（任意の値）において、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮは、関数ｆ（ｘ）のグラフ上の座標点である一方で、最低測定時間である定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮよりも測定時間の長い定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ´は、関数ｆ（ｘ）のグラフ上を越えた領域ａに存在することになる。これはつまり、領域ａ内に座標点を持つクロック信号の周波数Ｆｃ、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ´を用いてピッチ検出を行うと、要求誤差精度を実現するために必要となる「最低限」の測定時間よりも長く、ピッチ検出が行われることを示している。
【００７０】
なお、クロック信号の周波数Ｆｃが一定の場合、測定時間が長くなるにつれて、より高いピッチ測定精度が実現されることは前述した通りであるが、今度は、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ´が一定の場合について述べる。図６から分かるように、クロック信号の周波数Ｆｃの値と定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮの値とは反比例の関係（関数ｆ(ｘ)のグラフで示す関係）を保ちつつ変化するので、領域ａ内にある座標のうち、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ´が一定の場合、ピッチ測定精度はクロック信号の周波数Ｆｃに応じて変化する。具体的には、数式（７）から明らかなように、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ´が一定でクロック信号の周波数Ｆｃが高くなると、累積時間内に含まれるクロック数である定数ＳＵＭ＿ＭＩＮ´が増加すると共に、ピッチ測定精度も高くなる。逆に、クロック周波数Ｆｃが低くなると、定数ＳＵＭ＿ＭＩＮ´が減少すると共に、ピッチ測定精度も低くなる。ここで、クロック信号の周波数Ｆｃの値と定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ´の値との座標点に着目すると、図６から分かるように、その座標点が領域ａ内に存在している限り、ピッチ測定精度は、少なくとも要求精度ｄを満たしていることが分かる。さらに、その座標点が、領域ａ内に存在し、且つ、関数ｆ(ｘ)のグラフからより離れた位置にあるほど、ピッチ測定精度は向上することが分かる。
【００７１】
なお、要求反応時間を５００ｍｓとした場合には、一般的なチューナよりも、反応時間ｔが長くなるので、これを補うべく、逐次加算処理（ステップｃ）の実行中はデジタル表示器２を点滅させ、逐次加算処理（ステップｃ）が完了した時に、デジタル表示器２を点灯させても良いし、或いは、逐次加算処理の完了時にデジタル表示器２を点灯させると共に、デジタル表示器２とは別のＬＥＤを設けてそのＬＥＤを点灯させることで、ピッチの算出が完了したことを報知しても良い。これにより、要求反応時間を長くしても、ユーザは、ピッチの検出の最中であることや、楽音のピッチの検出が完了したことを、容易に把握することができる。
【００７２】
また、上述した実施形態の楽器用チューナ１では、設計時に要求誤差精度および要求反応時間を予め設定し、その設定した要求反応時間を満たし、かつ要求誤差精度を実現する楽音のピッチ計測の最小計測時間である定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮを求めたが、これに限られるものではなく、要求誤差精度および要求反応時間の両方、或いは一方を、楽器用チューナ１上で可変調整可能にして、ユーザが自由に設定する構成としても良い。この場合、本実施形態の楽器用チューナ１で用いられる定数であるＴ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮおよびＳＵＭ＿ＭＩＮが、変数として用いられることになる。これにより、楽器用チューナ１の楽音のピッチの誤差精度と反応時間の両方、或いは一方を、ユーザの好みに調整することができる。
【００７３】
また、上述した実施形態の楽器用チューナ１では、要求誤差精度および要求反応時間を予め設定し、要求誤差精度を実現する最小計測時間を予め計算により求めて、その求めた最小計測時間を、楽音のピッチを計測する時間としたが、これに限られるものではない。即ち、要求誤差精度を満たすように予め計算により求められた最小計測時間が、要求反応時間よりも短時間となった場合には、楽音のピッチを計測する時間を、最小計測時間以上、要求反応時間以下の時間内で、ユーザが自由に設定する構成としても良い。このように楽音のピッチを測定する時間を設定することで、要求反応時間を満たすと共に、要求誤差精度よりも更に精度の高いピッチの誤差精度を実現することができる。
【００７４】
また、上述した実施形態の楽器用チューナ１では、要求誤差精度を実現するために必要となる最小計測時間である定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮを固定値として、累積時間が初めて定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮよりも長くなったときに、累積加算を終えて入力された楽音のピッチ検出を行ったが、これに限られるものではない。すなわち、入力された楽音の１周期の時間長を、入力された楽音の１周期毎に累積加算してｓｕｍを求め、ｓｕｍがクロック信号の１周期の時間長分、すなわち１／Ｆｃずれた場合の誤差となるピッチの測定誤差精度ｄを、次の数式（１´）を用いて直接求め、求めたピッチの誤差精度ｄが要求誤差精度以下になったときに、入力された楽音の１周期毎に行われる累積加算を終えて、入力された楽音のピッチ検出を行ってもよい。
ｄ＝１２００＊ｌｏｇ２（ｓｕｍ／（ｓｕｍ−１／Ｆｃ））        ・・・数式（１´）
なお、数式（１´）は、数式（１）のクロック数ｐを、ｓｕｍ×Ｆｃで置き換えたものである。
【００７５】
ここで、上述した実施形態の楽器用チューナ１では、予め要求誤差精度を１セントと定め、数式（１）を変形した数式（６）、および数式（７）より、ピッチの誤差精度ｄが１セント以下を実現するために必要となるクロック信号の最小計測時間を示す定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮ（＝５２．８６ｍｓ）を得たわけであるが、数式（１´）を用いる方法は、定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮを使用しない一つの方法である。ただし、得られる結果は、結局、上述した実施形態の楽器用チューナ１と同じとなる。その理由を次に説明する。
【００７６】
一定の周期を持つクロック信号を最小単位として用いた楽音のピッチ測定においては、数式（１），（６），（７）から分かるように、ピッチの誤差精度ｄが１セント以下を実現するために必要となる最小計測時間である定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮは、一意に求められる。これにより、数式（１）で用いられたｐをｓｕｍ×Ｆｃへ置き換えた数式（１´）から、ピッチの誤差精度ｄを満たす最小値として一意に求まるｓｕｍも、結局、数式（１）を用いて求まる値（ピッチの測定精度ｄが１セント以下を実現する値）、即ち、上述した実施形態の楽器用チューナ１における定数Ｔ＿ＳＵＭ＿ＭＩＮと同値となるからである。
【００７７】
また、本実施形態の楽器用チューナ１では、立ち上がりゼロクロスのみを検出する方法（片エッジゼロクロス検出による方法）を示したが、これに限られるものではなく、立ち上りゼロクロスと立ち下がりゼロクロスとの両方を検出する方法（両エッジゼロクロス法）でも良い。或いは、ピーク検出による方法でも良い。
【００７８】
本実施形態の楽器用チューナ１では、計測処理（ステップａ）で、コンパレータ１４から出力されたゼロクロス割込信号を用いて、マイク３で集音された楽音の１周期を検出したが、これに限られるものではなく、例えば、マイク３で集音されたのち、ＡＤコンバータ（アナログ−デジタルコンバータ）を介してＲＡＭ１３に記憶された楽音を使用して、ＣＰＵ１１（或いは、ＤＳＰ：デジタルシグナルプロセッサ）に、ゼロクロス間の時間を求めさせて、マイク３で集音された楽音の１周期を検出する構成としても良い。
【００７９】
また、本実施形態では、楽音のピッチを算出し、その算出したピッチと基準ピッチとの偏差をアナログ表示器４に表示する楽器用チューナを、本発明のピッチ検出装置の一適用例としたが、これに限られるものではなく、算出した楽音のピッチをパラメータとして取り込み、集音した楽音に効果音を付加する、または変調をかけるエフェクタを、本発明のピッチ検出装置の適用例としても良い。この適用例の場合には、楽器用チューナ１のメイン処理から、表示処理を除く構成とすれば良い。なお、この適用例では、装置自体の消費電力を減らすことが目的ではなく、例えば、カウンタクロック発振子１５の周波数を高く設定して、ピッチの誤差精度ｄを高めたり、或いは反応時間ｔを短縮することで、低音から高音までの幅広い音高レンジを持つ楽音に対して、聴感上違和感なく、ピッチの算出結果に基づいた所望のエフェクト効果をかけることを目的としている。なお、このようなエフェクタとしては、例えば、ボーカル入力に対して、ユニゾン・パートを歌うボーカル１声を付加するダブリングエフェクタや、集音された楽音のピッチに対して指定されたピッチ分シフトした音を付加するハーモナイザなどがある。
【符号の説明】
【００８０】
１            楽器用チューナ（ピッチ検出装置）
２            デジタル表示器（基準ピッチ設定手段）
３            マイク（入力手段）
１５          カウンタクロック発振子（クロック生成手段）
Ｓ２          逐次加算処理（累積周期計測手段の一部、累積クロック数カウント手段の一部）
Ｓ３，Ｓ４    逐次加算処理（累積周期計測手段の一部、累積クロック数カウント手段の一部）
自己相関処理（周期検出手段、周期計測手段、クロック数カウント手段）
逐次加算処理（総波数計数手段）
平均処理（ピッチ算出手段）
累積加算時間ｓｕｍ（累積周期計測手段の一部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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