(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオ入力信号のピッチを測定して当該オーディオ信号入力の音名、オクターブ、基準ピッチからのずれの少なくとも１つを検出する調律器において、
前記オーディオ入力信号がゼロレベルとクロスする点を検出し、ゼロクロスする毎に値が変化する２値の参照波形を作成する参照波形作成手段と、
前記オーディオ入力信号が所定の上限値、下限値を越えたかどうかを判定するピーク値検出手段と、
ゼロクロス点にて区切られる各時間帯に、前記上限値または下限値を越えたピーク値が存在するかどうかを判定するピーク値判定手段と、
前記２値の参照波形を、ゼロクロス点で区切られる時間帯づつ遅延させた参照波形を作成する遅延手段と、
前記遅延された参照波形と、元の参照波形との相関を求める波形相関演算手段と、
前記各遅延された参照波形と元の参照波形との間で、ピーク値の存在点の相関を求めるピーク値相関演算手段と、
前記波形相関演算手段及びピーク値相関演算手段にて、共に高い相関が得られたときの遅延時間を当該オーディオ信号の周期であると推定し、ピッチを求めるピッチ認識手段と、
を有することを特徴とする調律器。
【請求項２】
前記オーディオ入力信号のレベルを一定に調整するレベル調整手段を配置したことを特徴とする請求項１記載の調律器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、楽器音等のオーディオ信号が正規のピッチからどれだけずれているかを検出し、これを表示する調律器に係り、特に、楽器音のピッチを高精度に検出する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ギターを演奏する際には、各弦の音程を調律する必要があり、従来より調律器が使用されている。調律器は、楽器から発せられる音のピッチを検出しこの音の音名（ド、レ、ミ、ファ等）、オクターブ及び基準のピッチからどれだけずれているかを表示するものである。そして、使用者は実際に楽器音を発してこの音が、例えば第２オクターブの「ド」となるように調律することができる。
【０００３】
このような調律器の公知例として、特公平３−４２４１２号公報に記載されたものが知られている。図７は、この公報に記載された内容を示す説明図であり、図示のように入力されるオーディオ信号（ａ）のゼロクロス点を検出し、このゼロクロス点にて「Ｈ」、「Ｌ」が逐次切り換わる２値の参照波形（ｂ）を作成する。そして、この参照波形に対して第１遅延波形（ｃ）、第２遅延波形（ｄ）、第３遅延波形（ｅ）、第４遅延波形（ｆ）、という具合にゼロクロス点の間隔時間分だけ遅延させた遅延波形を順次作成し、各遅延波形と参照波形との相関を求め、高い相関が得られた遅延波形の遅延時間を、この入力波形の周期を推定しピッチを求める。図７の場合は時間Ｔ５だけ遅延させた第２遅延波形についての相関が高いので、１サイクルはＴ５であると推定される。
【０００４】
ところが、上記のピッチ測定方法では、入力される楽器音に強い倍音が含まれる場合には、その倍音の周期で高い相関がとれてしまう場合がある。以下、これを図８を参照して説明すると、同図（ａ）に示す如く、一定の周期でゼロクロスする入力波形（例えば、オーボエの中高域の音）が与えられると、同図（ｂ）に示すように時間Ｔ１１の周期で交互に「Ｈ」、「Ｌ」が切り換わる参照波形が得られる。そして、この参照波形に対して時間Ｔ１１だけ遅れた第１遅延及び時間Ｔ１０だけ遅れた第２遅延を求めると、同図（ｃ）、（ｄ）の如くとなり、どちらの波形も元の参照波形（ｂ）と一致した波形となってしまう。従って、第１遅延の波形（ｃ）と元の参照波形（ｂ）とを比較した段階で相関が１００％であると認識してしまうので、実際の入力波形の周期はＴ１０であるにもかかわらず、その半分の周期Ｔ１１であると誤認識してしまう。つまり、２倍音にて高い相関が得られるので、実際の入力波形よりも１オクターブ高い音名を表示してしまうことになる。また、同様に３倍音にて高い相関がとれてしまう場合には、実際の音名に対して１オクターブと５度高い音名を表示してしまう。このような誤認識は、例えばピアノのように倍音の周波数が基音の正数倍よりも高くなる楽器のときには、ピッチのずれも高く間違った表示をしてしまう。
【０００５】
更に、これとは反対に、２周期で高い相関がとれる場合には１オクターブ低い音名であると誤認識してしまい、３周期で高い相関がとれる場合には１オクターブと５度低い音名を表示してしまうことになり、ピッチ測定精度が低下してしまうという欠点がある。
【０００６】
また、入力されるオーディオ信号が低音で且つ倍音の多い楽器音である場合には、波形が複雑になり基本周波数の遅延時間も長くなるために上記の方法では高い相関値がとれず、ピッチを測定することができないことがある。このような場合には、調律器は楽器音を入力しているにもかかわらず反応しないという状態になる。そこで、基本周期を認識する際のしきい値となる相関値を低く設定すると今度は認識の精度が低下し、誤認識が多く発生するようになる。
【０００７】
一方、他の方法として、ＡＤ変換を行って入力波形全体の相関を取り、これによりピッチを測定する方法もあるが、通常楽器の音域は７オクターブ以上に渡り、２０Ｈｚ〜４０００Ｈｚ程度にまで及ぶため、高い精度で相関の計算を行うには波形情報を記憶するために莫大な量のメモリーと相関計算が必要となり、余儀なくシステムの大型化が強いられることになり、乾電池を主電源としてコンパクトに設計するものについては実用的ではない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来における調律器では、楽器音に強い倍音が含まれる場合や、低音で倍音を多く含む楽器の音を入力とした場合等においては、ピッチの認識精度が低下してしまい、ひいては、音名、オクターブを誤認識してしまうという欠点があった。
この発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、入力される楽器音の波形によらず、常に高精度に音名、オクターブ、基準ピッチからのずれを認識することのできる調律器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、オーディオ入力信号のピッチを測定して当該オーディオ信号入力の音名、オクターブ、基準ピッチからのずれの少なくとも１つを検出する調律器において、前記オーディオ入力信号がゼロレベルとクロスする点を検出し、ゼロクロスする毎に値が変化する２値の参照波形を作成する参照波形作成手段と、前記オーディオ入力信号が所定の上限値、下限値を越えたかどうかを判定するピーク値検出手段と、ゼロクロス点にて区切られる各時間帯に、前記上限値または下限値を越えたピーク値が存在するかどうかを判定するピーク値判定手段と、前記２値の参照波形を、ゼロクロス点で区切られる時間帯づつ遅延させた参照波形を作成する遅延手段と、前記遅延された参照波形と、元の参照波形との相関を求める波形相関演算手段と、前記各遅延された参照波形と元の参照波形との間で、ピーク値の存在点の相関を求めるピーク値相関演算手段と、前記波形相関演算手段及びピーク値相関演算手段にて、共に高い相関が得られたときの遅延時間を当該オーディオ信号の周期であると推定し、ピッチを求めるピッチ認識手段と、を有することが特徴である。
【００１０】
上述の如く構成された本発明によれば、入力されるオーディオ信号のゼロレベルを検出し、これにより２値の参照波形が作成される。そして、この参照波形に対して、ゼロクロス点で区切られる時間間隔づつ遅延させた遅延波形信号を作成して、各遅延波形信号と元の参照波形信号との相関を演算する。また、オーディオ信号が所定の上限値を越えたとき、及び所定の下限値を下回ったときの上限ピーク値、下限ピーク値をそれぞれピーク値判定手段にて判定し、元の参照波形と各遅延波形との間でピーク値の存在点の相関を求める。そして、前記信号波形の相関、及びピーク値存在点の相関が共に高くなったときの遅延波形における遅延時間を、入力波形の周期であると認識してオーディオ信号のピッチを求める。これにより、入力されるオーディオ信号に倍音、３倍音が含まれている場合等においても正確にピッチを測定することができ、これにより入力されるオーディオ信号の音名、オクターブ、及び正規のピッチからのずれを高精度に表示することができるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明が適用された調律器の概略的な構成を示すブロック図であり、同図に示すようにこの調律器は、楽器音等のオーディオ入力信号を電気的な信号に変換するマイク１と、当該マイク１にて検出された入力信号のレベルが一定となるように制御するオートレベルコントローラ（以下、ＡＬＣ回路と略す）２と、このＡＬＣ回路２の出力から波形のピーク値及びゼロクロス点を検出するピーク，ゼロクロス検出器１５と、ピーク値及びゼロクロス点のデータからオーディオ入力信号のピッチを測定して、音名、オクターブ、基準ピッチからのずれを検出するＣＰＵ３と、この検出結果を表示する表示器４と、から構成されている。
【００１２】
図２は、ＡＬＣ回路２及びピーク，ゼロクロス検出器１５の具体的な回路構成を示す説明図であり、図示のように、マイク１の出力は増幅器５，６，１０を介して３つのコンパレータ１１，１２，１３にそれぞれ接続され、増幅器６の出力はダイオード９を介してコンパレータ７に接続され、この出力はダイオード１４を経てＦＥＴ８のゲートに接続されている。そして、このＦＥＴ８の出力は増幅器５の入力側に接続されている。
【００１３】
コンパレータ１２は、オーディオ入力信号とゼロレベルとの比較を行うことにより、当該オーディオ入力信号がゼロクロスする毎に出力値が２値に変化する参照波形を作成するための参照波形作成手段として機能する。コンパレータ１１は、入力信号と予め設定されている上限値ＶＨとの比較を行うことにより上限ピーク値を検出し、コンパレータ１３は、入力信号と予め設定されている下限値ＶＬとの比較を行うことのより、下限ピーク値を検出するものであり、各コンパレータ１１、１３がピーク値検出手段として機能する。
【００１４】
図３は、ＣＰＵ３の内部構成を機能的に示すブロック図であり、同図に示すようにＣＰＵ３は、各コンパレータ１１〜１３の出力側と接続され上限ピーク値、下限ピーク値と前記参照波形との対応を求めるピーク値判定部２１と、コンパレータ１２の出力側と接続され参照波形を所定時間遅延させる遅延回路２２と、この遅延回路２２の出力及びコンパレータ１２の出力との相関を計算する波形相関演算部２３と、参照波形と遅延波形との間でピーク値の出力タイミングが一致するかどうかを判定するピーク値相関演算部２４と、このピーク値相関演算部２４による比較結果と波形相関演算部２３による演算結果に基づいて入力信号のピッチを認識するピッチ認識部２５と、から構成されている。
【００１５】
図４は、表示部４の構成例を示す説明図であり、図示のように５線譜及びピアノの鍵盤をアレンジした表示板２９にＣ〜Ｂの１２音階を示すＬＥＤ２６を配置し、図３に示したピッチ認識部２５にて認識された音名に対応する部位のＬＥＤが点灯するようになっている。また、オクターブを表示するためにＬＥＤ２７が配置され、全体で７オクターブの表示が可能となっている。更に、入力信号が正規のピッチからどれだけずれているかを表示するために、ピッチずれ表示メータ２８が搭載されている。
【００１６】
次に、上記の如く構成された本実施形態の作用について説明する。まず、図２に示すＡＬＣ回路の動作について、図５，図６に示す特性図を参照しながら説明すると、マイク１にて検出されたオーディオ信号Ｓ１は増幅器５，６にて増幅され更に、増幅器１０にて増幅された後、３系統に分岐され３つのコンパレータ１１，１２，１３に供給される。また、増幅器６の出力は平滑化されダイオード９を経て信号Ｓ２の如くの波形となりコンパレータ７に供給される。コンパレータ７では、信号Ｓ２と所定の基準値とを比較し、信号Ｓ２がこの基準値を越えるとコンパレータ７から信号Ｓ３が出力される。この信号Ｓ３は平滑化されてＦＥＴ８のゲートに供給され、これにより当該ＦＥＴ８のソース・ドレイン間の抵抗値が小さくなるので、増幅器５に入力される信号Ｓ１のレベルが小さくなるように調整される。これにより、入力信号Ｓ１の大きさによらず増幅器１０から出力される信号Ｓ１´のレベルは一定のレベルに調整されることになる。
【００１７】
次いで、コンパレータ１２では、信号Ｓ１´とゼロレベルとを比較し、ゼロレベルと越えるときには「Ｈ」、越えないときには「Ｌ」の信号を出力する。即ち、図６（ａ）に示す如くの入力波形に対して同図（ｄ）に示すような２値化された参照波形を得ることができる。また、コンパレータ１１では、入力波形と予め設定されている上限値ＶＨとを比較し、図６（ｂ）に示すように入力波形が上限値ＶＨを越えたときに「Ｈ」レベルの信号を出力する。コンパレータ１３では、入力波形と下限値ＶＬとを比較し、同図（ｃ）に示すように入力波形が下限値ＶＬよりも小さくなったときに「Ｌ」レベルの信号を出力する。
【００１８】
そして、図３に示すピーク値判定部２１では、図６（ｄ）に示される参照波形のレベルが「Ｈ」、「Ｌ」に切り換わる時点にて区切られる各区間内に上限値ＶＨを越える上限ピーク値または、下限値ＶＬを下回る下限ピーク値が存在するかどうかを判定し、ピーク値の有無に関するデータを作成する。これにより、図６（ｅ）に示す如くのピーク値の有無データを得ることができる。なお、同図において上段の○は上限ピーク値、下段の○は下限ピーク値を示している。
【００１９】
遅延回路２２では、参照波形が「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに変化するまでの時間間隔づつ当該参照波形を遅延させた波形を作成する。即ち、同図（ｄ）に示す参照波形を時間Ｔ１だけ遅延させることにより、同図（ｆ）に示す第１遅延波形を作成し、時間Ｔ２だけ遅延させることにより、同図（ｈ）に示す第２遅延波形を作成する。図３に示す波形相関演算部２３では、参照波形（ｄ）と第１遅延波形（ｆ）および第２遅延波形（ｈ）との相関を演算する。そして、図中では波形が一致している部位を「＋」、一致しない部位を「−」で示しており、同図から明かなように、第１遅延波形（ｆ）では全体１７区間のうち１０区間が参照波形（ｄ）と一致しており、残りの７区間が一致していない。つまり、｛（１０／１７）−（７／１７）｝を求めると、相関は１８％となる。また、第２遅延波形（ｈ）は参照波形（ｄ）と完全に一致しており、従って相関は１００％となる。
【００２０】
次に、ピーク値相関演算部２４では、第１遅延波形に対応させて、ピーク値データを遅延させる。この際の遅延量はブロック単位とされ、２ブロックづつ遅延させる。即ち、第１遅延波形に対するピーク値データは図６（ｇ）に示す如くとなり、第２遅延波形に対するピーク値データは更に２ブロック遅延されて同図（ｉ）に示す如くとなる。そして、このピーク値データから上限ピーク値及び下限ピーク値の一致、不一致を判定すると、第１遅延では１１ブロックのうち７ブロックが一致し、残りの４ブロックが一致していないので、｛（７／１１）−（４／１１）｝により、相関は２７％と求められ、第２遅延では全ブロックが一致しているので、相関は１００％と求められることになる（図中、●は一致、○は不一致を示している）。
【００２１】
ピッチ認識部２５では、波形相関演算部２３及びピーク値相関演算部２４の双方の結果から、参照波形と遅延波形との間で高い相関が得られ、かつピーク値が一致すると判定されたときの遅延時間が入力信号の周期であると推定してピッチを求めるので、上記の場合においては第１遅延についてはピーク値が参照波形と一致しないので、この遅延時間Ｔ１は周期として認識しない。そして、第２遅延については波形の相関が１００％で且つピーク値の相関も１００％であるので、この遅延時間Ｔ２を入力波形（ａ）の周期であると認識してピッチを求める。
【００２２】
そして、表示部４では、求められたピッチから、入力されるオーディオ信号の音名、オクターブ、及び正規のピッチからのずれをそれぞれ求めて、図４に示したパネル上に表示する。これにより、使用者は入力されたオーディオ信号の音名、オクターブ、正規のピッチからのずれを容易に認識することができ、これを利用して、例えばギターの弦の調律等を容易に行うことができるようになる。
次に、従来技術にて説明した図８（ａ）に示した２倍音を含む入力波形が与えられたときのピッチの測定について説明すると、前述したように入力波形（ａ）の周期はＴ１０であるにもかかわらず従来方法では、その半分の周期Ｔ１１であると誤認識していた。これに対して、本実施形態の調律器では、上限ピーク値及び下限ピーク値を求めるので、図８（ｅ）に示す２値の上限ピーク波形及び同図（ｆ）に示す２値の下限ピーク波形が得られる。そして、参照波形（ｂ）に対するピーク値の有無を調べると同図（ｇ）に示す如くのデータが得られる（上段の○は上限ピーク値、下段の○は下限ピーク値を示している）。
【００２３】
このデータに対して、それぞれ第１遅延及び第２遅延を求めると、同図（ｈ）、（ｉ）に示す如くとなるので、これらの相関を求めると、参照波形のピーク値データと第１遅延波形のピーク値データとの間の相関は、３点のうち２点が一致しているので、相関は３３％と求められる。これに対して、参照波形データと第２遅延波形のピーク値データとの間の相関は全体が全て一致しているので、相関は１００％となる。つまり、単に参照波形（ａ）と第１遅延の波形（ｂ）とを比較すると相関が１００％と判定されてしまうのでこの遅延時間が入力波形（ａ）の周期であるとされてしまうが、ピーク値の有無に対する相関を比較する場合には、参照波形に対するピーク値データ（ｇ）と第１遅延波形に対するピーク値データ（ｈ）とを比較した際に高い相関が得られないので、第１遅延波形の遅延時間Ｔ１１が入力波形（ａ）の周期ではないことが認識され、ピーク値データの相関が高くなる第２遅延の遅延時間Ｔ１０が入力波形（ａ）の周期であると認識されることになり、精度の高いピッチ測定が可能になる。
【００２４】
このようにして、本実施形態では、単に２値の参照波形を遅延させて得られる遅延波形と元の参照波形との間の相関を求めるだけでなく、参照波形及び遅延波形に含まれるピーク値データを比較することにより入力波形のピッチを測定しているので、誤検出が無く高精度なピッチ測定が可能になる。従って、入力されるオーディオ信号の音名、オクターブ、正規のピッチからのずれを正確に表示することができ、精度の高い調律を行うことができるようになる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、入力されるオーディオ信号から２値の参照波形を作成し、この参照波形を所定時間づつ遅延させ遅延波形との間で相関を演算し、更に、遅延された波形と参照波形との間でピーク値の存在点の相関を求めることにより入力波形の周期を求めている。従って、入力波形のピッチを高精度に測定することができ、楽器音から得られるオーディオ信号の音名、オクターブ、正規のピッチからのずれを正確に表示することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る調律器の概略的な構成を示すブロック図。
【図２】ＡＬＣ回路の詳細な構成を示す回路図。
【図３】ＣＰＵの内部構成を機能的に示すブロック図。
【図４】表示器を示す説明図。
【図５】図２に示したＡＬＣ回路の各出力信号の波形を示す説明図。
【図６】ＣＰＵ内部にて処理される各信号の波形を示す説明図。
【図７】従来におけるピッチ測定方法の例を示す説明図。
【図８】２倍音を含む入力波形が与えられた時の各波形を示す説明図。
【符号の説明】
１  マイク
２  ＡＬＣ回路（オートレベルコントロール回路）
３  ＣＰＵ
４  表示器
５，６，１０  増幅器
７，１１，１２，１３  コンパレータ
８  ＦＥＴ
９，１４  ダイオード
１５  ピーク，ゼロクロス検出器
２１  ピーク値判定部
２２  遅延回路
２３  波形相関演算部
２４  ピーク値相関演算部
２５  ピッチ認識部
２６，２７  ＬＥＤ
２８  ピッチずれ表示メータ
２９  表示板
【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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【図８】
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