平成 27 年度卒業論文クリシェによるコード進行自動生成システム函館工業高等専門学校情報工学科 5 年東海林研究室江守南津郎

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ゆりかのえ
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1 平成 27 年度卒業論文クリシェによるコード進行自動生成システム函館工業高等専門学校情報工学科 5 年東海林研究室江守南津郎

2 目次第 1 章序論 2 第 1 節英文アブストラクト 2 第 2 節研究目的 2 第 3 節研究背景 3 第 4 節開発環境 3 第 2 章コード進行自動生成システムの開発 4 第 1 節システムの概要 4 第 2 節入力画面 5 第 3 節メイン画面 5 第 4 節キー解析 7 第 5 節コード候補群生成 8 第 6 節クリシェ推測 9 第 7 節出力ファイル 11 第 3 章出力例 12 第 4 章評価実験 14 第 1 節実験概要 14 第 2 節結果 14 第 3 節考察 15 第 5 章結論 15 参考文献 16 1

3 1 章序論第 1 節英文アブストラクト We sometimes see applications and software that create music automatically for a beginner without musical experience. However the accompaniments have made by these systems are often commonplace. So the user seldom uses these systems repeatedly. Therefore, the purpose of this study is to generate accompaniments that are not restricted by standard chord progression. For that, this system adopts a technique called "cliché" for musicians to compose and arrange music. At first, a user prepares MIDI data to which any melody has been inputted. Then, the system analyzes the MIDI data. Finally, the system generates accompaniments that assign chords to the melody. Also, the user is able to change at will the chord progressions. We perform further experiments of the system against some users. We also show the experimental results in the paper. Key words : chord progression, automatic accompaniment generation, cliche 第 2 節研究目的作曲やアレンジの際に使用されるクリシェという技法を取り入れたメロディーに対して動的に適切なコードを割り当てて伴奏を生成するシステムを作成する今回のシステムではまず初めにユーザは任意のメロディーを打ち込んだ MIDI データを用意するその後システムが MIDI データを解析しメロディーに合ったコード進行を割り当てて伴奏を生成するなおユーザによる自由な伴奏の変更も可能とする 2

4 第 3 節研究背景近年コンピュータの普及に伴い作曲ソフトウェアが簡単に入手できるようになったそれにより楽器が演奏できない人や音楽初心者でも気軽に作曲を行うことが出来るようになったしかし作曲をするにあたり少なからず音楽的知識が必要となるなかでもコード理論について初心者は難しく感じる人が多いそのため音楽経験のない初心者のために自動作曲アプリやソフトがあるがありきたりな伴奏になることが多く何度も利用しようと感じるものではないそこでこの研究ではコード理論に着目し作曲やアレンジの際使用されるクリシェという技法を取り入れメロディーに対して動的に適切なコードを割り当てて伴奏を生成することにした第 4 節開発環境開発環境は以下のとおりである使用 PC Windows10 home 64bit version Intel Core 2 Duo CPU E GHz RAM 4.0GB 使用ソフト Visual Studio 2015 Domino [1] 使用ライブラリ MIDIData ライブラリ [2] 使用言語 C++,C# [3] 3

2 章コード進行自動生成システムの開発第 1 節システムの概要初めにユーザは任意のメロディーを打ち込んだ MIDI データを用意するその後システムが MIDI データを解析してメロディーにあったコード進行を割り当てて伴奏を生成し生成された伴奏パートとメロディーパートを新規 MIDI データファイルとして出力する出力される MIDI データは SMF(Standard MIDI

5 2 章コード進行自動生成システムの開発第 1 節システムの概要初めにユーザは任意のメロディーを打ち込んだ MIDI データを用意するその後システムが MIDI データを解析してメロディーにあったコード進行を割り当てて伴奏を生成し生成された伴奏パートとメロディーパートを新規 MIDI データファイルとして出力する出力される MIDI データは SMF(Standard MIDI Format)1 とし分解能テンポは元の MIDI データファイルの値を用いるまたユーザによる自由なコード進行に変更することも可能とするシステムの処理の流れは図 1のように初めに MIDI データを読み込んで解析を行いその後コード伴奏が付加された MIDI データファイルを出力する MIDI データの解析処理内容は大きく 3 つの処理から成りそれぞれキー解析部コード候補群生成部クリシェライン推測部と分けられる図 1 システムの処理の流れ 4

第 2 節入力画面図 2 はシステム起動時の最初の画面であるファイル参照ボタンで任意の MIDI データを選択し解析開始ボタンで MIDI データの解析処理を行う処理が終わると MIDI データを出力した後にメイン画面へ遷移しコードの詳細なエディットを行うことが出来る図 2 MIDI データファイル読み込み画面第 3 節メイン画面

6 第 2 節入力画面図 2 はシステム起動時の最初の画面であるファイル参照ボタンで任意の MIDI データを選択し解析開始ボタンで MIDI データの解析処理を行う処理が終わると MIDI データを出力した後にメイン画面へ遷移しコードの詳細なエディットを行うことが出来る図 2 MIDI データファイル読み込み画面第 3 節メイン画面メイン画面ではキー解析部とコード候補群生成部での処理結果を表示している ( 図 3) キー解析部で決定したキーとキーの候補を右上のコンボボックスに示しているこのキーはユーザによって自由に指定可能であるまたコード候補群生成部で生成された各小節でのコードの候補を中段のコンボボックスに順位とともに表示しているユーザがコンボボックスのコード候補を選択し変更を適用ボタンを押すと変更が適用された MIDI データファイルが再出力されるさらにユーザがクリシェ推測ボタンを押すとシステムが最適だと判断したクリシェパターンを推測する ( 図 4) 下段にあるコードの種類指定ではコードの種類やルート音をユーザが自由に指定できるまた Play Stop ボタンで MIDI の再生停止を行う 5

7 図 3 メイン画面図 4 クリシェ推測を行ったメイン画面 6

8 第 4 節キー解析キー (Key) とは曲のメロディーやコードスケールの指標になるものでキーが決まるとコードや使用できる音が決まる Key が C のときは主音のドからドレミファソラシ Key が G のときは主音のソからソラシドレミファ # といったように主に使われる音が決まっている [4] キー解析部では入力された MIDI データからメロディーを読み込みメロディー全体で使われている各音の高さと長さを調べてデータ配列に格納するその後メロディーの中に使用できない音と長さがどれだけ含まれているかを全てのキーに対して計算して順位を付ける最終的に使用できない音を一番含まなかったキーをそのメロディーのキーとしたなお同順位が存在する場合メロディーにキーの中心音がより多く含まれているキーを優先したまた全てのキーを可能性の高い順に順位付けしユーザに提示することでユーザによるキーの自由な変更も可能としたなお今回は長調のみを想定している例として実際にキー解析を行った結果を図 5 6 に示す図 5 は例として入力したメロディーである図 5 入力メロディー図 6 はこのメロディーに対するキーの解析結果である各配列の添え字の 0 から 11 はドからシを示している配列 gate は入力メロディー各音高の長さの総和であり何の音がどれだけ鳴っているかを表している今回は 4 分音符 1 つ分の長さを 480 に設定しそれを基準に 8 分音符では分音符では 960 のように数値を決めた例えば gate[2] は 720 なのでメロディー全体でレの音が 8 分音符 3 つ分鳴っているということを意味する一方配列 ScaleOutGate では各キーで使われない音がどれだけメロディーに含まれているかを示している最も値が少ないものが最適なキーの候補であるなお最適なキー候補の値が同じ場合はキーの中心音がより多く含まれているものを最適なキーとした 7

9 図 6 キー解析出力結果第 5 節コード候補群生成コード ( 和音 ) は音名が異なる 3 つ以上の音から構成されておりメロディーを彩って曲全体のイメージを作るまたコード進行とは小節ごとにコードを割り当てたものである楽器が伴奏を付ける際コード進行を基に作成することが多い [5] コード進行の例を図 7 に示す図 7 コード進行とメロディー 8

10 コード進行生成部では小節ごとにメロディーに合ったコードを推測する本システムは 3 つの音から構成されるコードと 4つの音から構成されるコード [6] を評価することでよりメロディーに合ったコード進行を生成する評価方法としてメロディーの音の高さと長さに注目しコードの構成音にメロディーの音が含まれる場合に長さに応じて加点したまたキー解析部で決定したキーを用いてそのキーでよく使われる7つのコード ( ダイアトニックコード ) に対しても加点の評価を行ったさらに決定したキーの音階に含まれない音をコードの構成音に含む場合は 1 音ごとに減点を行ったこれらの評価を全てのコードに行って評価点の高いものから順位付けをし順位が高いものをよりメロディーに合ったコードとした全ての小節に対してこれらの評価順位付けを行いコードの候補群を生成する生成されたコード群の中で一番順位の高いものを最適なコードとしたまた評価点が同じものはの者はドからシの順に並べられる例として生成されたコードの候補群を図 8 に示す図 8 生成された候補群第 6 節クリシェ推測クリシェとはコード進行のテクニックでよく使用される 1つのテクニックでありコード進行の中で特定の1つの音が半音または全音上下に動くことであるクリシェを用いることで単調なコード進行に変化を持たせることが可能である [7] またクリシェにはいくつか種類があり例えばコードの 5 度と7 度の音を変化させるメロディッククリシェルート音を変化させるベースクリシェ 2 つの音を同時に変化させるハーモニッククリシェ等があるが今回はメロディッククリシェに限定して実装を行ったクリシェを用いたコード進行の例を図 9 に示す 9

11 図 9 クリシェを用いたコード進行クリシェ推測部ではコード候補群生成部で順位付けを行ったコード群を用いてよりメロディーにあったクリシェパターンを推測する具体的にはクリシェを開始する小節の全てのコード候補群から 5 度もしくは 7 度の音を全音か半音ずらしたコードが次の小節のコード候補群に含まれているかどうかを探索するもし含まれている場合はそのコードから同様に 5 度か 7 度の音を全音または半音ずらしたコードが次の小節のコード候補群にないか探索を行っていくコードの遷移先の表を表 1に示すクリシェを終える小節まで来た場合今まで遷移してきたコードとコードの順位の総和を 1つのクリシェ候補とする例として探索を行う様子を図 10 に示す一方コードが含まれていない場合は別の遷移先の探索を行う全てのパターンの探索を行いコードの順位の総和がより少ないものを最適なクリシェを用いたコード進行とする表 1 5 度もしくは 7 度の音を全音か半音ずらしたコードの遷移表 Gm Gm-5 Gm Gm+5 Gm Gm6 Gm GmM7 Gm Gm7 Gm-5 Gm Gm-5 Gm Gm-5 Gm+5 Gm+5 Gm Gm+5 Gm-5 Gm+5 Gm6 Gm+5 Gm7 Gm6 Gm+5 Gm6 Gm Gm6 Gm7 Gm6 GmM7 Gm7 Gm6 Gm7 Gm+5 Gm7 GmM7 Gm7 Gm GmM7 Gm7 GmM7 Gm6 GmM7 Gm 10

12 図 10 クリシェパターンを探索する第 7 節出力ファイル MIDI データの解析を行い最適と判断したコード進行伴奏を付与した MIDI データファイルを新規ファイルとして出力するテンポや分解能は入力 MIDI データと同様とし複数の MIDI トラックを使用するため SMF1(Standard MIDI Format1)[8] を使用した最終的な出力例を図 11 に示す図 11 最終出力例 11

13 3 章出力例ここでは実際にメロディーが記された MIDI データファイルを解析してコード進行を生成した例を挙げる例 1 ちょうちょメロディーとして童謡のちょうちょ [9] の出だし 4 小節を用いる図 12 にコード候補群生成で生成された最適なコード伴奏例を示す図 12 ちょうちょに割り当てられたコード伴奏また最適なクリシェパターンを推測してメロディーに割り当てたコード伴奏例を図 13 に示す図 13 ちょうちょに割り当てられたクリシェを用いたコード伴奏 12

14 例 2 もみじメロディーとして童謡のもみじ [10] の 12 小節目から 16 小節目を用いる図 14 にコード候補群生成で生成された最適なコード伴奏例を示す図 14 もみじに割り当てられたコード伴奏また最適なクリシェパターンを推測してメロディーに割り当てたコード伴奏例を図 15 に示す図 15 もみじに割り当てられたクリシェを用いたコード伴奏 13

15 4 章評価実験第 1 節実験概要実際に本システムを用いて被験者からメロディーにコード伴奏を付けてもらいアンケートを行った被験者は 17~20 歳で 4 名に行った実施日は 2016 年 2 月 24 日 ( 水 ) である被験者は 2 種類の用意されたメロディーから 1つ選んでもらいメロディーにコード伴奏を付けてもらうその後出力されたクリシェを用いないコード伴奏とクリシェを用いたコード伴奏を聞いてもらったあとにアンケートを取ったアンケートは 5 段階評価で高いほど良いアンケートの内容は下記のとおりである簡単にコード伴奏をつけられたかクリシェを用いないコード伴奏のクオリティはどうかクリシェを用いたコード伴奏のクオリティはどうか実際に使ってみたいか第 2 節結果結果を表 2 に示す表 2 アンケート結果アンケート項目 1 人目 2 人目 3 人目 4 人目平均簡単にコード伴奏をつけられたかクリシェを用いないコード伴奏のクオリティはどうかクリシェを用いたコード伴奏のクオリティはどうか実際に使ってみたいか

16 また以下のコメントを得たよりオーケストラ感が増した推測時間が長いクリシェの無駄遣い計算時間が長い Web やモバイル上でなら使ってみたい第 3 節考察簡単にコード伴奏をつけられたかは全員 4 以上であり本システムで手軽に伴奏をつけることができたといえるクリシェを用いた伴奏とクリシェを用いない伴奏のクオリティではクリシェを用いた伴奏の方が評価が若干高かったため本研究の目的を達成しているといえる一方実際に使ってみたいかどうかは評価が良くなかった原因としてクリシェ推測の時間が長いことや Web などで手軽に使えなかったことが考えられる 5 章結論本研究では作曲やアレンジの際に使用されるクリシェという技法を取り入れメロディーに対して動的に適切なコードを割り当てて伴奏を生成するシステムの作成を行った更に実際にユーザに使用してもらいアンケートを行った結果簡単にコード伴奏をつけることができるということが分かった今後の課題としてクリシェの推測アルゴリズムを改良して時間を短くしたり Web やモバイル上への移植を行いたい 15

17 参考文献 [1]MIDI 音楽編集ソフト Domino( ドミノ ) TAKABO SOFT [2] MIDI データ作成編集用ライブラリ [3] 池谷京子増田智明国本温子著,Visual C# 2008 逆引き大全 ( 秀和システム版,2009) [4] キー ( 調性 ) / スケール ( 音階 ) / コード ( 和音 ) の関係 88notes / 実践!DTM で作曲する人のためのコード進行音楽理論 [5] 成瀬正樹著, コード進行スタイルブック (RittorMusic,2001) [6] 篠田元一著, 実践コードワーク (RittorMusic,2005) [7] クリシェを使ったコード進行 88notes / 実践!DTM で作曲する人のためのコード進行音楽理論 [8]MIDI ファイルの基礎知識 [9] ちょうちょうの楽譜 / おとタマ [10] 畑中良助著, 小学生の音楽 4( 株式会社教育芸術者,2009) 16

目次 1 章序論 1.1 英文アブストラクト研究背景 1 2 章開発環境 2 3 章自動作曲アプリケーションの開発 3.1 概要メロディパートの作成調の判定コード作成コード進行伴奏パートの作成ベースパー

目次 1 章序論 1.1 英文アブストラクト研究背景 1 2 章開発環境 2 3 章自動作曲アプリケーションの開発 3.1 概要メロディパートの作成調の判定コード作成コード進行伴奏パートの作成ベースパー平成 25 年度卒業論文マイクによる音声入力を利用した自動作曲アプリ函館工業高等専門学校情報工学科 5 年東海林研究室田村祐樹目次 1 章序論 1.1 英文アブストラクト 1 1.2 研究背景 1 2 章開発環境 2 3 章自動作曲アプリケーションの開発 3.1 概要 3 3.2 メロディパートの作成 3 3.3 調の判定 4 3.4 コード作成 4 3.5 コード進行 4 3.6 伴奏パートの作成

平成 27 年度卒業論文 クリシェによるコード進行自動生成システム 函館工業高等専門学校情報工学科 5 年 東海林研究室江守南津郎

平成 27 年度卒業論文クリシェによるコード進行自動生成システム函館工業高等専門学校情報工学科 5 年東海林研究室江守南津郎