理学部情報科学科

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コンピュータが音楽を聴く(1)

音響信号をコンピュータに入力し,その中から演奏されている音の高さや長さなどの楽譜情報を取り出す処理のことを採譜と言います.いわゆる,耳コピと言われる作業をコンピュータで行うことです.
採譜の技術は音響信号から楽譜を作成するために必要なばかりでなく,コンピュータによる自動伴奏や自動譜めくりなど,さまざまな目的で必要となる重要な技術なのですが,実はコンピュータで正確に行うのがとても難しい技術の1つです.
前回の研究トピックスでも述べられていますが,音は空気の振動,つまり波です.様々な波の中で一番単純で基本的な波が正弦波(sin波)で,純音と呼ばれています.(図1上)
1秒の間の波の数を周波数と言い,この周波数が音の高さを決定します.
例えば,1秒間に波が約262個ある音を聞いたときに,ドの音(第4オクターブのC音)に聞こえることになります.
楽器から出る音,楽音も同様に波形が周期的になっていますが,純音のようにきれいな正弦波ではなく,もっと複雑な波形をしています.(図1下)
コンピュータが音楽を聴く(1)
図1 同じ高さの正弦波(上)とピアノ音(下)の波形
波形は大きく異なりますが,どちらの波形も図の区間内に大きな波の山が7つあることが分かります.このように大きな波の数が同じ音は,波形が違っていても人間には同じ高さの音として聞こえます.
では,コンピュータで音の高さを判定するにはどうすれば良いでしょうか?
正弦波のように単純な波形の場合は,簡単に波の数を数えることができますが,楽音のように波形が複雑な場合は,山や谷が沢山現れるので,直接波の数を数えるのは困難です.
周期的に繰り返す波形にどのような周波数成分が含まれているかは,周波数分析という方法で知ることができます.

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