(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
歌唱音声を示す歌唱信号の音高を順次解析する音高解析部と、
前記音高解析部が解析した音高が安定する音高安定区間を複数設定する区間設定部と、
前記複数の音高安定区間の各々における音高の代表値を算出する代表値算出部と、
前記複数の音高安定区間に亘る音高の代表値の度数分布を生成する音高分布生成部と、
前記度数分布のうち音階を構成する音階音の音高を含む範囲内の分布の散布度を算出する解析処理部と、
前記散布度に応じて前記歌唱音声の歌唱の巧拙を評価する評価部と
を具備する歌唱評価装置。
【請求項２】
前記解析処理部は、前記度数分布を音階音の音高を中心とする複数の単位範囲に区分し、各単位範囲を相互に重複させて当該各単位範囲の分布の度数を複数の単位範囲にわたり音高毎に合計することで評価分布を作成するとともに当該評価分布の散布度を算出し、
前記評価部は、前記評価分布の散布度に応じて歌唱の巧拙を評価する
請求項１の歌唱評価装置。
【請求項３】
前記解析処理部は、前記度数分布を音階音毎に区分した複数の単位範囲の各々について当該単位範囲内の分布の散布度を算出し、
前記評価部は、前記各単位範囲の散布度に応じて歌唱の巧拙を評価する
請求項１の歌唱評価装置。
【請求項４】
歌唱音声を示す歌唱信号の音高を順次解析する音高解析部、
前記音高解析部が解析した音高が安定する音高安定区間を複数設定する区間設定部、
前記複数の音高安定区間の各々における音高の代表値を算出する代表値算出部、
前記複数の音高安定区間に亘る音高の代表値の度数分布を生成する音高分布生成部、
前記度数分布のうち音階を構成する音階音の音高を含む範囲内の分布の散布度を算出する解析処理部、および、
前記散布度に応じて前記歌唱音声の歌唱の巧拙を評価する評価部
としてコンピュータを機能させるプログラム。
【請求項５】
歌唱音声を示す歌唱信号の音高を順次解析し、
前記音高が安定する音高安定区間を複数設定し、
前記複数の音高安定区間の各々における音高の代表値を算出し、
前記複数の音高安定区間に亘る音高の代表値の度数分布を生成し、
前記度数分布のうち音階を構成する音階音の音高を含む範囲内の分布の散布度を算出し、
前記散布度に応じて前記歌唱音声の歌唱の巧拙を評価する
コンピュータにより実現される歌唱評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歌唱の巧拙を評価する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
楽曲を歌唱した音声（以下「歌唱音声」という）を解析することで歌唱の巧拙を評価する各種の歌唱評価技術が提案されている。例えば、特許文献１には、歌唱者の歌唱音声を評価する技術において、歌唱音声の音高（歌唱音高）と、楽曲の歌唱パートの各構成音の音高（指定音高）とを比較して、歌唱音高と指定音高とが一致する程度に応じて歌唱の巧拙を評価する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−５８２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の構成では、歌唱対象となる楽曲毎に歌唱パートの旋律を表す楽譜データを用意する必要があり、楽譜データを作成する負担が大きいという事情がある。また、音高が不安定な区間（例えば、音符間で音高が連続的に遷移する区間や歌唱表現として音高が変動するビブラート区間等）を含む楽曲の全区間に亘って歌唱音高と指定音高との一致の程度を評価する構成では、評価のための計算量が膨大となり演算処理の負荷が大きいという事情や、旋律の音高変化以外の微小な音高遷移（例えば、楽曲の冒頭や小節の歌い出しや、ビブラート等）に対して必ずしも適切な評価がなされない、という事情がある。以上の事情を考慮して、本発明は、楽譜データの存在を前提とすることなく、演算処理の負荷を低減しながら歌唱音声の音高を適切に評価することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するために、本発明の第１態様に係る歌唱評価装置は、歌唱音声を示す歌唱信号の音高を順次解析する音高解析部と、前記音高解析部が解析した音高が安定する音高安定区間を複数設定する区間設定部と、前記複数の音高安定区間の各々における音高の代表値を算出する代表値算出部と、前記複数の音高安定区間のうち、一の音高安定区間における前記代表値と他の音高安定区間における前記代表値と、が所定の音高関係にあるか否かに応じて、前記歌唱音声の歌唱の巧拙を評価する評価部とを具備する。以上の構成では、歌唱信号のうち音高が安定する複数の音高安定区間の各々における音高の代表値に応じて歌唱の巧拙が評価されるから、楽曲のうち音高が不安定な区間を含む全区間に亘る歌唱音高が巧拙の評価対象とされる構成と比較して、演算の負荷を低減しながら適切に歌唱音高を評価することが可能になる。また、以上の構成では、一の音高安定区間における代表値と、他の音高安定区間における代表値とが所定の音高関係にあるか否かに応じて（すなわち相対的な音高関係に応じて）歌唱音の巧拙が評価されるから、歌唱音声と対比されるべき歌唱パートの楽譜データが存在しない場合でも、歌唱の巧拙を適切に評価することが可能である。
ここで、所定の音高関係としては、例えば、一の音高安定区間の代表値と他の音高安定区間の代表値とが、十二平均音律における半音（１００cent）の整数倍だけ相違する関係が例示される。また、代表値としては、平均値や、中央値等が例示される。
【０００６】
第１態様に係る歌唱評価装置の好適例において、前記区間設定部は、前記音高解析部が解析した音高が所定の範囲内に維持される時間長が所定長を上回る区間を音高安定区間として設定する。以上の構成では、音高が所定の範囲内に維持される時間長が所定長を上回る区間が音高安定区間として設定されるから、時間長を加味せずに音高安定区間を設定する構成（極端に短い多数の音高安定区間が設定され得る構成）と比較して、演算処理の負荷を軽減しながら適切に歌唱を評価できるという利点がある。
【０００７】
第１態様に係る歌唱評価装置の好適例において、前記区間設定部は、歌唱の進行に並行して順次に前記音高安定区間を設定し、前記区間設定部が前記音高安定区間を設定するたびに、前記代表値算出部は、当該音高安定区間における音高の代表値を算出し、前記評価部は、当該音高安定区間の代表値と過去の音高安定区間の代表値との音高関係に応じて、前記歌唱音声の歌唱の巧拙を評価する。以上の構成では、歌唱の進行に並行して区間設定部が順次に音高安定区間を設定するたびに、当該音高安定区間における代表値が算出されて歌唱音声の歌唱の巧拙が評価される。したがって、歌唱の進行に並行して歌唱を評価することが可能になる。
【０００８】
以上の課題を解決するために、本発明の第２態様に係る歌唱評価装置は、歌唱音声を示す歌唱信号の音高を順次解析する音高解析部と、前記音高解析部が解析した音高が安定する音高安定区間を複数設定する区間設定部と、前記複数の音高安定区間の各々における音高の代表値を算出する代表値算出部と、前記複数の音高安定区間に亘る音高の代表値の度数分布を生成する音高分布生成部と、前記度数分布のうち音階を構成する音階音の音高を含む範囲内の分布の散布度を算出する解析処理部と、前記散布度に応じて前記歌唱音声の歌唱の巧拙を評価する評価部とを具備する。以上の構成では、歌唱信号のうち音高が安定する複数の音高安定区間の各々における音高の代表値に応じて歌唱の巧拙が評価されるから、楽曲のうち音高遷移が不安定な区間を含む全区間に亘る歌唱音高が巧拙の評価対象とされる構成と比較して、演算の負荷を低減しながら適切に歌唱音高を評価することが可能になる。また、前記複数の音高安定区間に亘る音高の代表値の度数分布のうち音階音の音高を含む範囲内の分布の散布度に応じて歌唱の巧拙が評価されるから、歌唱音声と対比されるべき歌唱パートの楽譜データが存在しない場合でも、歌唱の巧拙を適切に評価することが可能である。
散布度の一例として分散値σ２が例示される。以上の構成では、度数分布の散布度（分散値σ２）に応じて、例えば分散値σ２が大きい場合には低い評価値を設定し、分散値σ２が小さい場合には高い評価値を設定する、というように、分散値σ２に応じた評価値を設定する。したがって、一の音高安定区間における代表値と、他の音高安定区間における代表値とが所定の音高関係にあるか否かを音高安定区間毎に評価する構成と比較して、演算処理の負荷を軽減することが可能である。
【０００９】
本発明の第２態様に係る歌唱評価装置の好適例において、前記解析処理部は、前記度数分布を音階音の音高を中心とする複数の単位範囲に区分し、各単位範囲を相互に重複させて当該各単位範囲の分布の度数を複数の単位範囲にわたり音高毎に合計することで評価分布を作成するとともに当該評価分布の散布度を算出し、前記評価部は、前記評価分布の散布度に応じて歌唱の巧拙を評価する。以上の構成では、度数分布を音階音毎に区分した複数の単位範囲にわたり分布の度数を合計した評価分布の散布度に応じて歌唱の巧拙が評価されるから、複数の音階音について歌唱の巧拙を総合的に評価することが可能である。
【００１０】
本発明の第２態様に係る歌唱評価装置の好適例において、前記解析処理部は、前記度数分布を音階音毎に区分した複数の単位範囲の各々について当該単位範囲内の分布の散布度を算出し、前記評価部は、前記各単位範囲の散布度に応じて歌唱の巧拙を評価する。以上の構成では、度数分布を音階音毎に区分した複数の単位範囲の各々について分布の散布度が算定されるから、複数の単位範囲の分布を合計して作成された評価分布の散布度を算定する構成と比較して、楽曲の個々の音符の音高の正確さに着目した歌唱評価が可能になる。
【００１１】
以上の各態様に係る歌唱評価装置は、専用のハードウェア（電子回路）によって実現されるほか、CPU（Central Processing Unit）等の汎用の演算処理装置とプログラムとの協働によっても実現される。本発明のプログラムは、コンピュータが読取可能な記録媒体に格納された形態で提供されてコンピュータにインストールされ得る。記録媒体は、例えば非一過性（non-transitory）の記録媒体であり、ＣＤ-ＲＯＭ等の光学式記録媒体（光ディスク）が好例であるが、半導体記録媒体や磁気記録媒体等の公知の任意の形式の記録媒体を包含し得る。また、例えば、本発明のプログラムは、通信網を介した配信の形態で提供されてコンピュータにインストールされ得る。また、本発明は、以上に説明した各態様に係る歌唱評価装置の動作方法（歌唱評価方法）としても特定される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る歌唱評価装置１００のブロック図である。
【図２】音高解析部２２２によって解析される歌唱信号Ｖにおける音高Ｐのグラフである。
【図３】解析区間ＴAおよび音高安定区間ＴSの設定についての説明図である。
【図４】歌唱評価部２２(音高解析部２２２，区間設定部２２４，代表値算出部２２６)の動作のフローチャートである。
【図５】歌唱評価部２２（評価部２２８）の処理の動作のフローチャートである。
【図６】第２実施形態に係る歌唱評価装置１００のブロック図である。
【図７】第２実施形態の音高分布生成部２２７の処理についての説明図である。
【図８】第２実施形態の解析処理部２２９の処理についての説明図である。
【図９】第２実施形態の歌唱評価部２２の処理の動作のフローチャートである。
【図１０】第３実施形態の解析処理部２２９の処理についての説明図である。
【図１１】第３実施形態の歌唱評価部２２の処理の動作のフローチャートである。
【図１２】変形例に係る歌唱評価装置のブロック図である。
【図１３】変形例に係る歌唱評価装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る歌唱評価装置１００のブロック図である。図１に例示されるように、歌唱評価装置１００は、歌唱者の歌唱を評価する装置であり、演算処理装置１０と記憶装置１２と収音装置１４と表示装置１６と放音装置１８とを具備するコンピュータシステム（例えば携帯電話機やパーソナルコンピュータ等の情報処理装置）で実現される。収音装置１４は、周囲の音響を収音する装置（マイクロホン）である。具体的には、収音装置１４は、歌唱者が楽曲を歌唱した歌唱音声を収音して歌唱信号Ｖを生成する。表示装置１６（例えば液晶表示パネル）は、演算処理装置１０から指示された画像を表示する。例えば、歌唱音声の評価結果が表示装置１６に表示される。
【００１４】
記憶装置１２は、演算処理装置１０が実行するプログラムＰGMや演算処理装置１０が使用する各種のデータを記憶する。半導体記録媒体や磁気記録媒体等の公知の記録媒体または複数種の記録媒体の組合せが記憶装置１２として任意に採用される。記憶装置１２は、楽曲データＬを記憶する。楽曲データＬは、楽曲の伴奏音を時系列で規定する伴奏データＢと、歌詞を示す歌詞データＱとを包含する。伴奏データＢは、例えばＭＰ３等の形式の音楽ファイルである。歌唱者が所望の楽曲を選択すると、当該楽曲の伴奏データＢが再生される一方、当該楽曲の歌詞データＱが表示装置１６に表示される。
【００１５】
図１の演算処理装置１０（ＣＰＵ）は、記憶装置１２に格納されたプログラムＰGMを実行することで、歌唱評価装置１００の各要素を統括的に制御する。具体的には、演算処理装置１０は、収音装置１４が生成した歌唱信号Ｖが示す歌唱を評価するための複数の機能（歌唱評価部２２，表示処理部２４，再生処理部２６）を実現する。なお、演算処理装置１０の各機能を複数の装置に分散した構成や、専用の電子回路（例えばＤＳＰ）が演算処理装置１０の一部の機能を実現する構成も採用され得る。
【００１６】
再生処理部２６は、収音装置１４によって生成された歌唱信号Ｖと記憶装置１２から読み出された伴奏データＢとを混合するとともにアナログ信号に変換して放音装置１８に供給する。放音装置１８（例えばスピーカやヘッドホン）は、再生処理部２６から供給される信号に応じた音響を放音する。すなわち、伴奏データＢが表す楽曲の伴奏音と歌唱者の歌唱音声との混合音が放音装置１８から放音される。表示処理部２４は、各種の画像を表示装置１６に表示させる。具体的には、表示処理部２４は、歌唱対象として選択された楽曲が包含する歌詞データＱや、歌唱評価部２２によって生成された歌唱評価の結果を示す評価値Ｓを表示装置１６に表示させる。
【００１７】
歌唱評価部２２は、歌唱信号Ｖを解析することで歌唱者による歌唱の巧拙を評価する手段であり、音高解析部２２２と区間設定部２２４と代表値算出部２２６と評価部２２８とを含んで構成される。音高解析部２２２は、歌唱信号Ｖの音高（基本周波数）Ｐを所定周期毎に順次に解析する。
【００１８】
図２は、音高解析部２２２によって解析される歌唱信号Ｖにおける音高Ｐのグラフである。音高Ｐについては、十二平均音律に応じたcent値(１オクターヴ：１２００cent／十二平均音律の半音：１００cent)で規定された目盛を例示している。音高解析部２２２は、楽曲に想定され得る音符の時間長と比較して十分に短い周期（例えば１０ms毎）で音高Ｐを順次に特定する。歌唱音声の音高Ｐの特定には、公知のピッチ検出技術が任意に採用され得る。
【００１９】
図１の区間設定部２２４は、歌唱の進行に応じて、音高解析部２２２が解析した音高Ｐが安定する音高安定区間ＴSを複数設定する。具体的には、区間設定部２２４は、図２に例示される通り、歌唱信号Ｖのうち音高Ｐの変動量（すなわち、音高Ｐの最高値と最低値との差異）が所定の範囲内に維持される区間を音高安定区間ＴS（ＴS1,ＴS2,ＴS3,ＴS4,ＴS5,ＴS6…）として設定する。
【００２０】
図１の代表値算出部２２６は、図２に例示される通り、区間設定部２２４が設定した複数の音高安定区間ＴSの各々における音高Ｐの代表値ＰA（ＰA1，ＰA2，…）を算出する。具体的には、任意の１個の音高安定区間ＴS内で特定された複数の音高Ｐの平均値が代表値ＰAとして算出される。
【００２１】
図１の評価部２２８は、代表値算出部２２６が算出した複数の音高安定区間ＴSのうち、一の音高安定区間ＴSにおける代表値ＰAと、他の音高安定区間ＴS（例えば過去の音高安定区間ＴS）における代表値ＰAとが所定の音高関係にあるか否かに応じて、歌唱信号Ｖが表す歌唱の巧拙を評価する。本実施形態の評価部２２８は、音高遷移の正確さに着目して歌唱の巧拙を評価した評価値Ｓを出力する。
【００２２】
図４は、音高解析部２２２，区間設定部２２４，および，代表値算出部２２６による処理の動作のフローチャートである。例えば、楽曲データＬの再生が開始されると、図４の処理が開始される。
【００２３】
音高解析部２２２が歌唱信号Ｖのうち時間軸上の１個の時点（以下「着目点」という）ついて音高Ｐを特定すると（SA1）、区間設定部２２４は、図３に例示される通り、音高Ｐが特定された時間軸上の着目点Ｋを終点とする所定長の解析区間ＴAを設定する（SA2）。解析区間ＴAは、時間窓関数が規定する分析の対象とされる時間的区間であり、例えば、音高解析が実行される周期（１０ms）よりも十分に長い時間長（例えば２００ms）に設定される。したがって、着目点Ｋについて新たに特定された音高Ｐと着目点Ｋ以前の音高Ｐとを含む複数の音高Ｐが解析区間ＴA内に包含される。
【００２４】
区間設定部２２４は、解析区間ＴA内の複数の音高Ｐの最大値ＰMAXと最小値ＰMINとを特定し、最大値ＰMAXと最小値ＰMINとの差分値Ｒ（すなわち解析区間ＴA内の音高の分布幅）が所定の閾値ＰTHを下回るか否かを判定する（SA3）。差分値Ｒ（解析区間ＴA内の音高の分布幅）が狭いほど、歌唱信号Ｖの音高Ｐが安定していると評価できる。例えば、閾値ＰTHは、十二平均音律における５０centに設定され得る。
【００２５】
区間設定部２２４は、差分値Ｒが閾値ＰTHを下回る場合（SA3：YES）、当該解析区間ＴAを音高安定区間ＴSに包含させる（SA4）。図３の解析区間ＴAnを例示すると、解析区間ＴAnでは音高Ｐの最大値ＰMAXと最小値ＰMINとの差分値Ｒが閾値ＰTHを下回るから、着目点Ｋnを含む解析区間ＴAnが音高安定区間ＴSに包含される。区間設定部２２４は、当該着目点Ｋnにおける音高Ｐを記憶装置１２に記憶する（SA5）。
【００２６】
区間設定部２２４は、楽曲が終了するまでの間(SA10：NO)、音高解析部２２２によって音高Ｐが特定される毎に(SA1)、当該音高Ｐの着目点Ｋを終点とする解析区間ＴAを設定し(SA2)、当該解析区間ＴAにおける音高Ｐの最大値ＰMAXと最小値ＰMINとの差分値Ｒが閾値ＰTHを下回るか否かを判定する(SA3)。すなわち、図３から理解される通り、音高解析部２２２が音高Ｐを特定する周期(１０ms)毎に解析区間ＴAを時間軸上で順次に移動させながら、当該解析区間ＴAが音高安定区間ＴS内に包含されるか否かが判定される。したがって、閾値ＰTHを下回る分布幅の範囲内の音高Ｐを音高解析部２２２が特定するたびに音高安定区間ＴSが時間軸上で順次に伸長していく。
【００２７】
他方、解析区間ＴA内における音高Ｐの最大値ＰMAXと最小値ＰMINとの差分値Ｒが閾値ＰTH以上である場合（SA3：NO）、区間設定部２２４は、当該着目点Ｋを音高安定区間ＴSに含めない（SA6）。区間設定部２２４は、現在の解析区間ＴAの直前の解析区間ＴAが音高安定区間ＴS内に存在するか否かを判定する（SA7）。判定結果が肯定である場合、区間設定部２２４は、直前の解析区間ＴAの終点（着目点Ｋ）を１個の音高安定区間ＴSの終点として確定する（SA8）。つまり、区間設定部２２４は、歌唱の進行に並行して順次に音高安定区間ＴSを設定する。以上の手順で音高安定区間ＴSが確定すると、代表値算出部２２６は、当該音高安定区間ＴSについて記憶装置１２に記憶された複数の音高Ｐの代表値ＰAを算定する（SA9）。すなわち、代表値算出部２２６は、区間設定部２２４が音高安定区間ＴSを設定するたびに（歌唱の進行に並行して順次に）当該音高安定区間ＴSの代表値ＰAを算出する。以上の構成によれば、楽曲を構成する区間のうち音高Ｐの変動量が小さい音高安定区間ＴSのみを歌唱評価の対象とすることが可能である。
【００２８】
次に、評価部２２８による歌唱評価について説明する。図５は、評価部２２８が歌唱の巧拙を評価する処理（評価処理）のフローチャートである。区間設定部２２４が楽曲内の第２番目以降の各音高安定区間ＴSn（ｎ＝２,３,４，……）を設定するたびに図５の評価処理が実行される。
【００２９】
評価部２２８は、時間軸上で相前後する音高安定区間ＴSについて代表値ＰAの差分値Ｃを算定する（SB1）。具体的には、区間設定部２２４が新たに設定した音高安定区間ＴSnの代表値ＰAnと直前の音高安定区間ＴSn-1の代表値ＰAn-1との差分値Ｃが算定される。
【００３０】
楽曲が十二平均律の１２種類の音階音（音律の音階を構成する離散的な音高）で構成される場合を想定すると、歌唱者が楽曲の音階音を正確に発音していれば、音符間の音高の差分は各音階音の間隔（半音に相当する１００cent）の整数倍に近似または合致すると期待される。したがって、１個の音高安定区間ＴSnの代表値ＰAnと直前の音高安定区間ＴSn-1の代表値ＰAn-1との差分値Ｃが１００centの整数倍に相当するときは、音高安定区間ＴSn-1から音高安定区間ＴSnにかけて、歌唱音高が音階音に沿って正確に遷移していると評価できる。そこで、第１実施形態では、時間軸上で相前後する音高安定区間ＴSについて代表値ＰAの差分値Ｃが十二平均音律の半音（１００cent）の整数倍に相当するときには、音高が正確に遷移する上手な歌唱として、評価部２２８は評価値Ｓnを増加させる。他方、差分値Ｃが１００centの整数倍から乖離する場合には、歌唱音高が音階音から外れていると推定される。したがって、差分値Ｃが１００centの整数倍から乖離するときは、音高の遷移が音階音から外れた下手な歌唱として、評価部２２８は評価値Ｓnを減少させる。
【００３１】
評価部２２８は、差分値Ｃが１００centの整数倍であるか否かを判定する(SB2)。具体的には、差分値Ｃが、１００centの整数倍を含む所定の範囲内（例えば±１０％）にあるか否かが判定される。差分値Ｃが１００centの整数倍である場合(SB2:YES)、評価部２２８は音高安定区間ＴSnに対して、楽曲が開始されてから音高安定区間ＴSn-1までに獲得された評価値（得点:Score）Ｓn-1と、所定値Δ（正の整数）との加算値を、音高安定区間ＴSnまでに獲得した評価値（Score）Ｓnとして設定する（Ｓn＝Sn-1＋Δ）(SB3)。他方、差分値Ｃが１００centの整数倍とは乖離する場合(SB2:NO)、楽曲が開始されてから音高安定区間ＴSn-1までに獲得された評価値Ｓn-1と、所定値Δ（正の整数）との減算値を、当該ｎ番目の音高安定区間ＴSnまでに獲得した評価値Ｓnとして設定する（Ｓn=Sn-1−Δ）(SB4)。評価部２２８は、SB3およびSB4で設定した評価値Ｓnを表示処理部２４に出力する。表示処理部２４は、歌唱の評価値Ｓnを表示装置１６に表示させる(SB5)。つまり、楽曲の再生（歌唱の進行）に並行して評価値Ｓは時々刻々と変化していく。
【００３２】
以上に説明した通り、第１実施形態では、歌唱信号Ｖのうち音高Ｐが安定する音高安定区間ＴSの各々における代表値ＰAに応じて歌唱の巧拙が評価される。ここで、音符間で音高が連続的に遷移する区間や歌唱表現として音高が変動する区間（例えばビブラート区間）を含む楽曲の全区間に亘って歌唱を評価する構成（以下、「対比例１」という）では、音高が不安定に遷移する区間を含む楽曲の全区間の歌唱が歌唱評価の対象とされるから、必ずしも適切な評価がなされない場合がある。他方、第１実施形態の構成によれば、音高が安定する音高安定区間ＴSの代表値ＰAに応じて歌唱の巧拙が評価されるから、対比例１の構成と比較して、安定した区間の音高を用いた適切な評価を実現することが可能になる。
【００３３】
また、歌唱音声に応じた歌唱信号Ｖから１０ms程度の短い周期で特定される個々の音高Ｐに応じて歌唱を評価する構成（以下「対比例２」という）も想定され得る。対比例２の構成では、音高Ｐが特定される周期毎（１０ms毎）に、時間的に先行する周期の音高Ｐとの差分値が算定されて、差分値が１００cent単位で遷移しているか否かが判定されるから、演算処理の負荷が非常に大きい。他方、第１実施形態の構成では、音高Ｐが特定される周期（１０ms）と比較して十分に長い解析区間ＴA（例えば２００ms）を複数包含する音高安定区間ＴSが設定され、音高安定区間ＴSの代表値ＰAが歌唱評価の対象とされるから、対比例２の構成と比較して演算処理の負荷を大幅に低減することが可能になる。
【００３４】
第１実施形態の構成では、相前後する音高安定区間ＴSの間の代表値ＰAの差分値Ｃが所定の音高関係（具体的には、十二平均律等の特定の音律のもとで相互に隣合う各音階音の間隔の整数倍）にあるか否かに応じて歌唱が評価される。したがって、歌唱パートの楽譜データが存在しない場合でも、歌唱の巧拙を適切に評価することが可能になる。
【００３５】
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、区間設定部２２４によって新たな音高安定区間ＴSが設定される毎にリアルタイムに評価値Ｓが特定される構成を例示した。第２実施形態では、歌唱者による１曲分の歌唱が終了した後に、歌唱の巧拙を評価する構成（ノンリアルタイム）を例示する。なお、以下に例示する各態様において作用や機能が第１実施形態と同様である要素については、第１実施形態の説明で参照した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
【００３６】
図６は、第２実施形態に係る歌唱評価装置１００のブロック図である。図６から把握される通り、第２実施形態の歌唱評価装置１００においては、第１実施形態の構成に対して音高分布生成部２２７と解析処理部２２９とが付加される。音高解析部２２２および区間設定部２２４の機能および動作については第1実施形態と同様であるので詳細な説明を省略する。代表値算出部２２６は、第１実施形態と同様に、複数の音高安定区間ＴSの各々における音高Ｐの代表値ＰAを特定する一方で、第２実施形態では、特定した代表値ＰAを記憶装置１２に順次格納する。
【００３７】
楽曲の進行に並行して以上の処理が順次に実行されることで、楽曲の歌唱が終了した段階では、楽曲内の音高安定区間ＴSの総数に相当する個数の代表値ＰAが記憶装置に格納される。音高分布生成部２２７は、複数の音高安定区間ＴSに亘る代表値ＰAの度数分布を生成する。
【００３８】
図７は、音高分布生成部２２７の処理についての説明図である。音高分布生成部２２７は、複数の音高安定区間ＴSの代表値ＰAを記憶装置１２から読み出し、当該代表値ＰAの度数分布（ヒストグラム）Ｈを作成する。度数分布Ｈは、相互に隣合う各音階音の音高差（１００cent）と比較して充分に細かく代表値ＰAの数値範囲を区分した複数の階級の各々における代表値ＰAの度数の分布である。
【００３９】
図６の解析処理部２２９は、音高分布生成部２２７によって生成された度数分布Ｈのうち音階音の音高を含む所定範囲の分布である複数の分布のそれぞれを合計し、その合計した分布の散布度を１つ算出する。散布度は、音階音の音高の周囲における代表値ＰAの散らばりの度合を示す統計量である。具体的には、解析処理部２２９は、度数分布Ｈを音階音毎に区分した複数の単位範囲Ｔu(Ｔu1,Ｔu2,Ｔu3,Ｔu4,Ｔu5,Ｔu6)にわたり各単位範囲Ｔuの分布を合計して評価分布ＨAを作成するとともに当該評価分布ＨAの散布度を算出する。１個の単位範囲Ｔuは、音階音の音高に対応する１個の階級に対して±５０centの範囲である。
【００４０】
図８は、解析処理部２２９により作成された評価分布ＨAの説明図である。解析処理部２２９は、音階音の階級（図７では1200cent、1300cent、1400cent、1500cent、1600cent、1700cent）を０とする±５０centに亘る数値αの範囲（α＝-50cent〜+50cent）に各単位範囲Ｔuの分布を対応させたうえで複数の単位範囲Ｔuに亘る分布の度数を数値α毎に合計する。そして、数値α毎の各合計度数を±５０centの範囲内でさらに合計した積算値（分布の下側の合計面積）が所定値（例えば１）となるように各積算値を正規化することで評価分布ＨAを生成する。言い換えれば、解析処理部２２９は、音階音の音高を中心とする複数の単位範囲Ｔuに度数分布Ｈを区分し、各単位範囲Ｔuを相互に重複させて各単位範囲Ｔuの分布の度数を複数の単位範囲Ｔuにわたり数値α（音高）毎に合計する（さらにはその合計度数を正規化する）ことで評価分布ＨAを生成する。図８の関数Ｇ(α)は、数値αを変数とした正規化後の評価分布（度数）ＨAを表現する関数である。以上の説明から理解される通り、評価分布ＨAは、複数の音階音の各々に対する代表値ＰAの分布の傾向を統一的に表現する。
【００４１】
解析処理部２２９は、評価分布ＨAの散布度Ｄを算出する。第２実施形態の解析処理部２２９は、正規化後の評価分布ＨAの分散値σ２を散布度Ｄとして算定する。ただし、分散値σ2は散布度Ｄの例示である。例えば以下の数式(1)で定義される２次モーメントＭを散布度Ｄとして算定してもよい。数式(1)の符号Ａは、評価分布ＨAの平均値を表す。
【数１】
0006569224.tif 000002
【００４２】
評価部２２８は、解析処理部２２９によって算定された評価分布ＨAの散布度Ｄに応じて歌唱の巧拙を評価する。歌唱者が楽曲の音階音を正確に発音した場合、代表値ＰAの度数は度数分布Ｈのうち音階音の階級に集中するから、評価分布ＨAの散布度Ｄは小さい数値となる。他方、歌唱者が音階音からずれた音高を頻繁に発音した場合、代表値ＰAの度数は、音階音の階級の周囲の広範囲にわたり平坦に分布するから、評価分布ＨAの散布度Ｄは大きい数値となる。以上の傾向を考慮し、第２実施形態の評価部２２８は、評価分布ＨAの散布度Ｄが小さいほど、楽曲の全体を通して音階音に沿って正確に音高が遷移する上手な歌唱として評価値Ｓを大きい数値に設定する。他方、評価分布ＨAの散布度Ｄが大きいほど、楽曲の全体を通して音階音がずれた下手な歌唱として評価値Ｓを小さい数値に設定する。
【００４３】
図９は、第２実施形態の歌唱評価部２２の処理のフローチャートである。楽曲の再生が開始されると図９の処理が開始される。
【００４４】
第１実施形態で例示した図４のステップSA1〜SA9と同様の処理で楽曲内の１個の音高安定区間ＴSについて代表値ＰAが算定されると（SC1）、演算処理装置１０は、楽曲が終了したか否かを判定する(SC2)。楽曲が終了していない場合(SC2：NO)、ステップSC1の処理が繰り返し実行される。
【００４５】
楽曲が終了すると(SC2：YES)、音高分布生成部２２７は、楽曲内の複数の音高安定区間ＴSに亘る代表値(音階音)ＰAの度数分布Ｈを作成する(SC3)。解析処理部２２９は、音高分布生成部２２７によって生成された度数分布Ｈを音階音毎に区分した複数の単位範囲Ｔuについての分布を合計して評価分布ＨAを作成する(SC4)。解析処理部２２９は、正規化後の評価分布ＨAについての分散値σ２を散布度Ｄとして算定する(SC5)。評価部２２８は、散布度Ｄ(分散値σ２)に応じて歌唱の巧拙についての評価値Ｓを算出する(SC6)。例えば、評価分布ＨAの散布度Ｄが小さいほど、楽曲の全体を通して音階音に沿って正確に音高が遷移する上手な歌唱として評価値Ｓを大きい数値に設定する。他方、評価分布ＨAの散布度Ｄが大きいほど、楽曲の全体を通して音階音がずれた下手な歌唱として評価値Ｓを小さい数値に設定する。以降については第１実施形態と同様であるので詳細な説明を省略する。
【００４６】
以上の説明から理解される通り、第２実施形態では、音高が安定する音高安定区間ＴSにおける代表値ＰAの分布の散布度Ｄに応じて歌唱の巧拙が評価されるから、第１実施形態と同様に、楽曲のうち音高遷移が不安定な区間を含む全区間に亘る歌唱音高が巧拙の評価対象とされる構成と比較して適切に歌唱音高を評価することが可能である。
【００４７】
第２実施形態では、度数分布Ｈから生成された評価分布ＨAの散布度Ｄに応じて歌唱の巧拙が評価されるから、楽曲の歌唱パートの楽譜データが存在しない場合でも、歌唱の巧拙を適切に評価することが可能である。複数の音高安定区間ＴS（具体的には楽曲の全体）に亘る歌唱者の音高の正確性を評価できるという利点もある。
【００４８】
＜第３実施形態＞
第２実施形態では、度数分布Ｈを音階音毎に区分した複数の単位範囲Ｔuについての分布を合計した１個の評価分布ＨAを作成し、評価分布ＨAの散布度Ｄを算出する構成を例示した。第３実施形態では、度数分布Ｈを音階音毎に区分した単位範囲Ｔu毎に散布度Ｄを算出する。第３実施形態における歌唱評価装置１００は、第２実施形態と同様の構成要素を包含する。なお、第３実施形態では、解析処理部２２９および評価部２２８の処理が第２実施形態と相違する。
【００４９】
図１０は、第３実施形態における解析処理部２２９による散布度Ｄの算出についての説明図である。解析処理部２２９は、音高分布生成部２２７が生成した度数分布Ｈを音階音毎に区分した複数の単位範囲Ｔu(Ｔu1,Ｔu2,Ｔu3,Ｔu4,Ｔu5,Ｔu6…)について、各単位範囲Ｔu内の分布の散布度Ｄ(Ｄ1,Ｄ2,Ｄ3,Ｄ4,Ｄ5,Ｄ6…)を算出する。散布度Ｄとしては、分散値σ２が例示される。具体的には、第３実施形態の解析処理部２２９は、単位範囲Ｔu毎に平均値ＡTuを算出して、当該平均値ＡTuに応じて散布度Ｄ（分散値σ２）を算出する。
【００５０】
評価部２２８は、複数の単位範囲Ｔuのうち散布度Ｄが最も小さい単位範囲Ｔuを基準単位範囲ＴGとして選択する。歌唱者が音階音を正確に発音するほど単位範囲Ｔuの散布度Ｄは小さい数値となるから、基準単位範囲ＴGに対応する音階音が、歌唱者の歌唱において最も安定した音高であると推測される。
【００５１】
評価部２２８は、以下の数式(2)の二乗平均値Ｂと数式(3)の分散値σ２の平均値Ｙとを算出する。数式(2)の平均値ＡTGは、基準単位範囲ＴGの平均値ＡTGを意味する。符号Ｎは、単位範囲Ｔuの総数である。数式(2)から理解される通り、平均値ＡTuが基準単位範囲ＴGの平均値ＡTGから乖離する単位範囲Ｔuが多いほど二乗平均値Ｂは大きい数値となる。歌唱者が各音階音を歌唱した場合の音高の平均値ＡTuが基準単位範囲ＴGの平均値ＡTGから乖離するほど、当該歌唱は下手であると評価できるから、歌唱の巧拙の指標として二乗平均値Ｂを利用することが可能である。具体的には、二乗平均値Ｂの数値が小さいほど歌唱が上手であると評価できる。
【数２】
0006569224.tif 000003
【００５２】
次に、評価部２２８は、単位範囲Ｔu毎の分散値σ２の平均値Ｙを以下の数式(3)の演算により算出する。分散値σ2が大きい単位範囲Ｔuが多いほど平均値Ｙは大きい数値となる。分散値σ2が大きい（すなわち音階音の音高に対する散らばりが大きい）単位範囲Ｔuが多いほど歌唱は下手であると評価できるから、歌唱の巧拙の指標として平均値Ｙを利用することが可能である。具体的には、平均値Ｙの数値が小さいほど歌唱が上手であると評価できる。
【数３】
0006569224.tif 000004
【００５３】
評価部２２８は、以上の演算により算出した二乗平均値Ｂおよび分散値σ２の平均値Ｙに応じて評価値Ｓを算出する。前述の通り、二乗平均値Ｂの数値が小さいほど、各単位範囲Ｔuの平均値ＡTuと基準単位範囲ＴGの平均値ＡTGとの乖離が少ないと評価でき、平均値Ｙが小さいほど複数の音階音の各々に対する代表値ＰAの散らばりが少ないと評価できる。以上の傾向を考慮して、評価部２２８は、二乗平均値Ｂおよび平均値Ｙの値が小さいほど評価値Ｓを大きい数値に設定する。他方、二乗平均値Ｂおよび平均値Ｙの値が大きいほど評価値Ｓを小さい数値に設定する。
【００５４】
図１１は、第３実施形態の歌唱評価部２２の処理のフローチャートである。第１実施形態で例示した図４のステップSA1〜SA9と同様の処理で楽曲内の１個の音高安定区間ＴSについて代表値ＰAが算定されると（SC1）、第２実施形態で例示した図９のステップSC1〜SC2と同様の処理で、楽曲が終了したか否かを判定され(SC2)、楽曲が終了すると(SC2：YES)、音高分布生成部２２７は、楽曲内の複数の音高安定区間ＴSに亘る代表値ＰAの度数分布Ｈを作成する(SC3)。
【００５５】
解析処理部２２９は、度数分布Ｈを音階音毎に区分した複数の単位範囲Ｔuについて、平均値ＡTuを算出するとともに、当該平均値ＡTuに応じた分散値σ２を散布度Ｄとして算出する(SD1)。評価部２２８は、全単位範囲Ｔuのうち散布度Ｄの分布幅が最も狭い基準単位範囲ＴGの度数の平均値ＡTGと単位範囲Ｔuの平均値ＡTuとを用いた二乗平均値Ｂと、単位範囲Ｔu毎の分散値σ２の平均値Ｙとを算定する。評価部２２８は、二乗平均値Ｂおよび平均値Ｙが小さいほど評価値Ｓを大きい数値に設定する一方で、二乗平均値Ｂおよび平均値Ｙが大きいほど評価値Ｓを小さい数値に設定する。(SD2)。以降については第１実施形態と同様であるので詳細な説明を省略する。
【００５６】
以上に説明したように、第３実施形態では、単位範囲Ｔu毎の散布度Ｄ（分散値σ２）に応じて歌唱の巧拙が評価されるから、単位範囲Ｔuの度数を合計した評価分布ＨAの散布度に応じて歌唱の巧拙を評価する第２実施形態の構成と比較して、個々の音符間の音高の正確さに着目した歌唱評価が可能になる。他方、第２実施形態の構成によれば、個々の音符の音高に関わらず、楽曲全体を通した歌唱音声の音高遷移の正確さの観点からの歌唱評価が可能になる。
【００５７】
第３実施形態では、単位範囲Ｔuのうち、分散値σ２が最も小さい基準単位範囲ＴGの平均値ＡTGを利用して算定された二乗平均値Ｂと、単位範囲Ｔu毎に算出された分散値σ２の平均値Ｙを含む評価値Ｓが算定されるから、歌唱音声のうち安定した音高が維持される範囲に着目した評価が可能になるという効果が実現される。
【００５８】
＜変形例＞
前述の各形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様を適宜に併合することも可能である。
【００５９】
（１）前述の各形態では、音高安定区間ＴS内の複数の音高Ｐの平均値を代表値ＰAとして特定したが、代表値ＰAの算定方法は以上の例示に限定されない。例えば、音高安定区間ＴS内の複数音高Ｐの中央値や最頻値を代表値ＰAとして算定することも可能である。
【００６０】
（２）第３実施形態では、各単位範囲Ｔu毎に散布度Ｄ（分散値σ２）を算出して、散布度Ｄが最も小さい基準単位範囲ＴGの平均値ＡTGと単位範囲Ｔuの平均値ＡTuとを用いた二乗平均値Ｂと、単位範囲Ｔuの分散値σ２の平均値Ｙとに応じて評価値Ｓを算定した。以上の例示以外に、評価値Ｓを、単位範囲Ｔu毎（音階音毎）の散布度Ｄ（分散値σ２）に応じて設定してもよい。評価値Ｓを、単位範囲Ｔu毎の散布度Ｄに応じて設定する構成によれば、音階音を含む単位範囲Ｔu毎に歌唱が評価されるから、個々の音符の音高と歌唱音声との適合の度合いを精度良く評価することが可能である。
【００６１】
（３）前述の各形態では、記憶装置１２に伴奏データＢと歌詞データＱとを包含する楽曲データＬが記憶される構成を例示したが、図１２に例示される通り、通信装置２３と楽曲提供サーバー５００との間で通信網（例えば移動通信網やインターネット）４００を介した通信を実行することで楽曲データＬを受信する構成としてもよい。歌唱評価装置１００は、歌唱者が携行する可搬型の通信端末（例えば携帯電話機やスマートフォン）とした構成も採用され得る。
【００６２】
（４）第２実施形態および第３実施形態では、楽曲の進行に応じて音高安定区間ＴSを設定するとともに音高安定区間ＴS毎に代表値ＰAを設定し、楽曲の終了後に度数分布の生成から評価値Ｓの算定までの一連の処理を実行したが、図１３に例示されるように、１曲分の歌唱が終了するまでの歌唱音声に応じた歌唱信号Ｖを記憶装置１２に記憶し、１曲分の歌唱が終了した後に、音高Ｐの特定（音高解析部２２２）、音高安定区間ＴSの設定（区間設定部２２４）、代表値ＰAの算出（代表値算出部２２６）を順次実行してもよい。
【００６３】
（５）第１実施形態では、相前後する各音高安定区間ＴSの代表値ＰAの差分値Ｃが十二平均音律の半音（１００cent）の整数倍に相当するか否かに応じて評価値Ｓを設定したが、評価値Ｓに反映される代表値ＰA間の音高関係は、以上の例示に限定されない。例えば２個の音高安定区間ＴSの代表値ＰAの差分値Ｃが協和音（例えば、完全５度，完全４度，オクターブ[完全８度]）の関係にあるか否かに応じて歌唱を評価することも可能である。
【００６４】
（６）前述の各形態では、１個の音高安定区間ＴSnの代表値ＰAnと、直前の音高安定区間ＴSn-1の代表値ＰAn-1とが所定の音高関係にあるか否かに応じて歌唱音声の歌唱の巧拙を評価したが、音高関係の解析対象となる２個の音高安定区間ＴSの関係は、時間軸上で相前後する関係には限定されない。例えば、楽曲内の特定の音高安定区間ＴS（例えば楽曲内の最初の音高安定区間ＴS）と、当該音高安定区間ＴSに対して時間的に後方に位置する複数の音高安定区間ＴSとの間で代表値ＰAが所定の音高関係にあるか否かを判定することも可能である。以上の説明から理解される通り、前述の各形態における評価部２２８は、一の音高安定区間ＴSにおける代表値ＰAと他の音高安定区間ＴSにおける代表値ＰAとが所定の音高関係にあるか否かに応じて歌唱を評価する要素として包括的に表現され、一の音高安定区間ＴSと他の音高安定区間ＴSとの時間軸上の位置関係は任意である。
【００６５】
（７）前述の各形態では、区間設定部２２４は、歌唱信号Ｖのうち音高Ｐの変動量が所定の範囲内に維持される区間を音高安定区間ＴSとして設定したが、例えば極端に短い多数の音高安定区間ＴSが特定され得る構成では、演算処理の負荷が過大となる可能性がある。そこで、区間設定部２２４は、音高解析部２２２が解析した音高Ｐが所定の範囲内に維持される時間長が所定長を上回る区間を音高安定区間ＴSとして設定してもよい。以上の構成では、所定長を上回る時間長の区間が音高安定区間ＴSに設定されるから、時間長を考慮せずに音高安定区間ＴSを設定する構成と比較して演算処理の負荷を低減することが可能である。
【００６６】
（８）第１実施形態では、音高Ｐが特定される毎に、音高安定区間ＴSの設定と代表値ＰAおよび評価値Ｓの算定とを、歌唱の進行に並行してリアルタイムに実行したが、１曲分の歌唱音声に応じた歌唱信号Ｖを記憶装置１２に記憶し、１曲分の歌唱が終了した後に、記憶装置１２に記憶された歌唱信号Ｖから、第１実施形態の例示と同様の方法で、音高Ｐの特定（音高解析部２２２）、音高安定区間ＴSの設定（区間設定部２２４）、代表値ＰAの算出（代表値算出部２２６）、評価値Ｓの算出（評価部２２８）を順次実行してもよい。
【００６７】
（９）第２実施形態および第３実施形態では、楽曲の終了後に、楽曲内の複数の音高安定区間ＴSに亘る代表値ＰAの度数分布Ｈを作成して評価値Ｓを算定したが、度数分布Ｈの作成や評価値Ｓの算定のタイミングは以上の例示（楽曲の終了後）に限定されない。例えば、楽曲を時間軸上で区分した複数の区間（例えばイントロ，サビ等の区間）の各々について、当該区間内の複数の音高安定区間ＴSに亘る代表値ＰAの度数分布Ｈから評価値Ｓを算定することも可能である。すなわち、楽曲の進行に並行して楽曲内の区間毎に評価値Ｓが更新される。
【００６８】
（１０）前述の各形態では、歌唱の巧拙の評価結果として評価値Ｓを表示させる構成を例示した。評価値Ｓに替えて、「ＯＫ」や「ＮＧ」等のテキスト情報を評価情報として表示させてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１００……歌唱評価装置、１０……演算処理装置、１２……記憶装置、１４……収音装置、１６……表示装置、１８……放音装置、２２……歌唱評価部、２３……通信装置、２４……表示処理部、２６……再生処理部、２２２……音高解析部、２２４……区間設定部、２２６……代表値算出部、２２７……音高分布生成部、２２８……評価部、２２９……解析処理部、Ｂ……伴奏データ、Ｄ……散布度、Ｑ……歌詞データ、Ｌ……楽曲データ、ＴS……音高安定区間、Ｔu……単位範囲。
【図１】
0006569224.tif 000005
【図２】
0006569224.tif 000006
【図３】
0006569224.tif 000007
【図４】
0006569224.tif 000008
【図５】
0006569224.tif 000009
【図６】
0006569224.tif 000010
【図７】
0006569224.tif 000011
【図８】
0006569224.tif 000012
【図９】
0006569224.tif 000013
【図１０】
0006569224.tif 000014
【図１１】
0006569224.tif 000015
【図１２】
0006569224.tif 000016
【図１３】
0006569224.tif 000017