JP2000242285A

JP2000242285A - 計算機による声域測定とその結果を反映したカラオケシステム

Info

Publication number: JP2000242285A
Application number: JP11086641A
Authority: JP
Inventors: Masaki Nakayama; 正樹中山
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-02-22
Filing date: 1999-02-22
Publication date: 2000-09-08

Abstract

(57)【要約】【課題】この発明は声域に合った伴奏を出力するカラ
オケシステムに関するものである。【解決手段】ユーザ毎に声域を測定し、その声域情報
と歌唱曲のメロディのピッチ分布とを、相互相関関数の
計算により相関値最大のピッチへと転調することで、ユ
ーザに最適の伴奏を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は声域に合った伴奏を
出力するカラオケシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のカラオケシステムは、あらかじめ
決まったキーで伴奏が出力される。そのためそのキーが
ユーザの声域に合わないと、ユーザは歌うことが出来な
い。そこで無理に歌うと、声帯ポリープなど喉を傷めて
しまうことが多い。そこで、リモコンや本体にキー変更
機能がついていて、演奏中にリアルタイムにキーを自由
に変更できるものが普及している。また演奏中にリアル
タイムにユーザの音声のピッチを抽出し、そのピッチに
伴奏を合わせるシステムもある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
従来技術によれば、演奏中にリアルタイムにキーを変更
する方式では、次のような問題がある。（イ）変更したキーを耳で聞き、歌声を合わせるのは
困難である。（ロ）一時的に歌えてもサビなど曲の途中で、キーが
上がると歌えなくなることもある。（ハ）聞き手にとって不快な感じを与える。そこで本発明は、演奏前にユーザに最適のキーを算出す
ることで、以上の問題を解決する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、請求項１の発明は演奏前にユーザに最適のキーを
算出することを特徴とするカラオケシステムである。本
発明は下記の手段を用いて演奏前にキーを算出する。（１）ユーザ毎に声域を測定し、その結果を記憶装置
に保存する。（２）歌唱する曲が選ばれたら、その曲のメロディの
ピッチ分布を抽出する。（３）声域情報とピッチ分布からユーザが最も歌いや
すいキーを相互相関関数により算出する。（４）そのキーへ伴奏を転調して出力する。また請求項２の発明は、上記１の声域測定をある曲をユ
ーザに歌わせてその感想を入力することで実現してい
る。請求項３の発明は、上記１の声域測定をあるピッチ
の音をユーザに聞かせてその音を大小それぞれの音量で
マイクに発声させ、音声のピッチを抽出して発声できた
かを判定することで実現している。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を、図１に示
す。本発明を構成している各装置について説明する。１
１は演算装置で、音声信号からピッチを抽出する、歌唱
曲のＭＩＤＩデータからピッチのヒストグラムを抽出す
る、声域測定の結果を記憶装置に記憶し、必要なときに
読み込む、ユーザに最適のキーを算出する、といった演
算処理を行う。１２は記憶装置で、声域測定の結果を保
存する。１３は楽曲合成装置で、演算装置から送られて
くるＭＩＤＩ信号からカラオケの伴奏の音響信号を計算
する。１４はミキサで、マイクから入力されるユーザの
歌声と楽曲合成装置１３から入力されるカラオケの伴奏
とを合成してスピーカ２に出力する。１５はマイクで、
ユーザからの音声信号を入力する。１６は入力装置で、
歌唱曲の指定やキーの変更を入力する。１７は曲データ
入力装置で、ホスト局につながったモデムやＤＶＤ、Ｃ
Ｄなどがあり歌唱曲のＭＩＤＩデータを入力する。１８
はＣＲＴで、歌唱中の歌詞情報や声域測定の指示が表示
される。２はスピーカで、歌声と伴奏が出力される。

【０００６】本発明の動作は次の通りである。まず、ユ
ーザは演算装置１１からの指示が表示されたＣＲＴ１８
を見ながら、対話的に声域を測定する。具体的な測定手
順は後述する。声域測定の結果は記憶装置１２に保存さ
れる。声域測定の結果は、本発明で独自に定義した声域
関数という形式で保存される。声域関数とは各ピッチの
歌いやすさを示した関数で、あるピッチが最も歌いやす
い時を１００点とし、歌えない時を０点とする。入力装
置１６で選択された歌唱曲のＭＩＤＩデータが曲データ
入力装置から演算装置１１に読み込まれる。演算装置１
１は、ＭＩＤＩデータのボーカルが歌うチャンネルのピ
ッチ分布のヒストグラムを抽出する。具体的には、ＭＩ
ＤＩのＮｏｔｅＯＮ、ＮｏｔｅＯＦＦイベントを抽出す
る。ユーザに合ったキーを計算する概要を図２に示す。
演算装置１１は声域関数（１）と歌唱曲のピッチのヒス
トグラム（２）から、相互相関関数（３）を計算する。
相互相関関数の計算では声域関数を固定し、歌唱曲のピ
ッチをずらして相関値を計算する。演算装置１１は相関
値が最大のピッチへ、歌唱曲のキーを転調する。これ
は、声域関数の大きいピッチつまり歌いやすいピッチ
に、多くの音符がいくことで最もうたいやすいキーを算
出するからである。演算装置１１はこのようにして算出
したキーに転調した歌唱曲のＭＩＤＩデータを楽曲合成
装置１３に出力する。楽曲合成装置１３は、ＭＩＤＩデ
ータからカラオケ伴奏の音響信号を作成し、ミキサ１４
に送る。ミキサ１４は楽曲合成装置１３から送られた伴
奏と、マイク１５からの音声信号を合成し、スピーカ２
に出力する。

【０００７】声域測定の実施例として、ある曲をユーザ
に歌わせてその感想を入力する形式の声域測定法を述べ
る。演算装置１１は、測定用のサンプル曲を曲データ入
力装置１７から読み込む。演算装置１１は、ＣＲＴ１８
にサンプル曲の音域を表示する。ユーザはその音域でサ
ンプル曲を歌唱する。ユーザは歌ってみて喉が疲れたか
どうかの感想を、入力装置１６から演算装置１１に入力
する。感想は３段階で、以下の中から選択する。（１）自分の声域に合わず、歌えない（２）歌えるが、一部喉が疲れる（３）無理なく歌える声域関数は例えば次のように作成する。演算装置１１
は、その感想情報とサンプル曲の音域から声域関数に加
点する。加点する点数はサンプル曲の音域内のピッチの
範囲で、音域の中央が最も高い点数とする。感想が１の
場合は加点しない。感想が２の場合はサンプル曲の音域
の上限、下限を０点とし、音域の中央のピッチを５０点
とする。声域関数は図３に示すように次式で定義され
る。

【数１】ここで、ｐはピッチ、Ｓ（ｐ）は、ピッチｐのときの声
域関数、Ｈ，Ｌはサンプル曲の音域の上限、下限、Ｍは
音域の中央のピッチである。感想が３の場合はサンプル
曲の音域の上限、下限を５０点とし、音域の中央のピッ
チを１００点とする。声域関数は図４に示すように次式
で定義される。

【数２】ここで、ｐはピッチ、Ｓ（ｐ）は、ピッチｐのときの声
域関数、Ｈ，Ｌはサンプル曲の音域の上限、下限、Ｍは
音域の中央のピッチである。Ｓ（ｐ）を声域関数に加点
する。以前加算された点数と重なる場合は、以前の点数
とＳ（ｐ）との最大値をとる（図５参照）。声域関数に
Ｓ（ｐ）を加点した後、演算装置１１あるいはユーザは
サンプル曲の音域をずらし、再度測定する。以上の繰り
返しで、ユーザと演算装置１１が対話的に声域関数を作
成する。

【０００８】声域測定の実施例として、あるピッチの音
をユーザに聞かせてその音を大小それぞれの音量でマイ
クに発声させ、音声のピッチを抽出して発声できたかを
判定する声域測定法を述べる。演算装置１１は、あるピ
ッチをスピーカ２からユーザに聞かせる。ユーザはその
ピッチをマイク１５から発声する。演算装置１１は、マ
イク１５から入力された音声信号からピッチを抽出す
る。演算装置１１は、ユーザに聞かせたピッチと、音声
信号のピッチとを比較し、正しく発声できたかを判定す
る。発声できたら演算装置１１はピッチを上げていき、
発声出来る音の範囲を広げていく。発声できなくなった
ところまでを声域とする。同じピッチで、小さい音量と
大きい音量の両方をユーザに発声させ、両方が発声でき
たとき、そのピッチは発声可能とする。これは、多くの
人のボーカルの問題点として小さな声では音程がとれな
くなることがあり、小さな声で発声できないピッチで歌
うことは喉を傷めることがあるからである。ピッチが発
声できたかどうかの判定は、次のように行う。演算装置
１１は、音声信号の音量から音声信号の発声区間を抽出
する。区切るのは、発声していないときの音量をあらか
じめ測定して、その３倍程度の音量をしきい値として、
音声信号を区切る。演算装置１１は発声区間の音声信号
を短区間の窓に区切り、それぞれの窓でピッチを抽出す
る。ピッチ抽出は例えば自己相関関数を用いて行う。演
算装置１１は指定したピッチと一致する窓数を計算し、
発声区間の窓数の５０％以上の窓数が一致していたら、
その発声は成功とする。ここで５０％としたのは、発声
にビブラートがかかっている場合があり、指定したピッ
チから半音ずれたピッチが抽出されることがあるためで
ある。発声できる最低音から最高音までを声域とし、声
域から声域関数を作成する。声域関数は例えば次のよう
なものがある。声域関数は、声域の中央を高得点とした
ものを図６に示す。式は以下の通りである。

【数３】ここで、ｐはピッチ、Ｖ（ｐ）はピッチｐのときの声域
関数の値。Ｈ，Ｌは、声域の上限、下限、Ｍは声域の中
央のピッチである。また話し声の音域を測定しておき、
その範囲を高得点としたものを図７に示す。式は以下の
通りである。

【数４】ここで、ｐはピッチ、Ｖ（ｐ）はピッチｐのときの声域
関数の値。Ｈ，Ｌは、声域の上限、下限。Ｂ，Ａは、話
し声の音域の上限、下限、Ｃは話し声の音域の中央のピ
ッチである。

【０００９】

【発明の効果】以上のようにして、ユーザが歌唱前に声
域を測定し、歌唱曲毎に最適のキーを演算装置１１が算
出することで、ユーザは自分の声域合った歌いやすいキ
ーでカラオケが楽しめる。従来のカラオケの問題であっ
た無理なキーで歌うことによる喉への負担が本発明によ
り軽くなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態を示す。

【図２】声域に合ったキーの計算方法を示す。

【図３】サンプル曲による声域測定の感想２の声域関数
を示す。

【図４】サンプル曲による声域測定の感想３の声域関数
を示す。

【図５】サンプル曲による声域測定の声域関数を示す。

【図６】１つの音の発声による声域測定の声域関数の中
で、中央に重みをつけた関数を示す。

【図７】１つの音の発声による声域測定の声域関数の中
で、話し声の音域に重みをつけた関数を示す。

【符号の説明】

１１演算装置１２記憶装置１３楽曲合成装置１４ミキサ１５マイク１６入力装置１７曲データ入力装置１８ＣＲＴ２スピーカ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】声域測定の結果と歌唱曲のピッチ分布か
ら、相互相関関数により声域に合った最適の伴奏に転調
して出力することを特徴とするカラオケシステム。
【請求項２】ある曲をユーザに歌わせてその感想を入力
する形式の声域測定法。
【請求項３】あるピッチの音をユーザに聞かせてその音
を大小それぞれの音量でマイクに発声させ、音声のピッ
チを抽出して発声できたかを判定する声域測定法。