JPS63199400A - 音声合成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は音声合成装置に関し、特に周期性信号とノイズ
信号を音源信号として合成する音声合成装置に関する。

［従来の技術］ 第１０図は従来の音声合成装置のブロック構成図である
。図において、１は有声音源信号ＰＳを発生する有声音
源信号発生手段であり、例えばパルス信号発生器、三角
波信号発生器等の周期信号発生手段より成る。２は無声
音源信号ＮＳを発生する無声音源信号発生手段であり、
例えば白雑音信号発生器より成る。３は有声音源信号ｐ
ｓと無声音源信号ＮＳの何れかを選択して出力するアナ
ログスイッチ、４はアナログスイッチ３で選択した音源
信号ＡＳ（信号ｐｓ又はＮＳ）の振幅を制御する音源信
号振幅制御手段、５は音源信号ＡＳで駆動されて音声信
号ＢＳを発生する音源信号共振手段であり、例えば時間
と共に共振特性が変化する時変フィルタ回路（又は共振
器）より成る。

６は合成音声を出力するスピーカである。

かかる構成において、合成音声のピッチ周期はパルス信
号発生器１の基本周期によって決まり、外部からのピッ
チ周期信号でピッチ周期を制御することにより、高い声
から低い声まで合成できる。また、白雑音信号発生器２
は人の呼気の乱流や声道内の狭めにより生ずる摩擦音源
信号が白雑音信号に似ていることから用いられる。そし
て、これらの有声音源信号ｐｓと無声音源信号ＮＳは外
部からの有声無声選択信号に従ってアナログスイッチ３
によりその何れか一方が選択され、該選択された信号Ｐ
Ｓ又はＮＳは外部からの振幅パラメータに従って音源信
号振幅制御手段４により振幅制御される。更に、こうし
て振幅制御された音源信号ＡＳは時変フィルタ回路４を
駆動し、該フィルタ回路４は外部から音韻的特徴パラメ
ータを時系列に与える音響パラメータ信号に従って音源
信号ＡＳを音声信号ＢＳに変換する。そして、この音声
信号ＢＳはスピーカ６を駆動し、合成音声を出力する。

しかし、上記のような従来装置では、音源信号ＡＳが常
に有声音源信号ｐｓか無声音源信号ＮＳでしかないから
、例えば外来音声に特有の有声摩擦音［ｖ］、［５］、
［ｚ］等を合成出力できなかった。

また、このような音源信号ＡＳに微妙な変化を持たせる
といってもおのずと制限があるから、合成音声に声の大
きさ、発声時間長、アクセント等の変化を持たせること
が困難であった。

特に、規則に従って任意の音声を合成できる規則音声合
成装置では、一定の音声素片（フレーム）を単位として
各種の音声を合成するため、その合成音声は単調で機械
的な調子のものとなってしまい、著しく自然性が損なわ
れていた。

［発明が解決しようとする問題点コ 本発明は上述の従来技術の欠点を除去するものであり、
その目的とする所は、有声摩擦音のような音声を明瞭に
合成出力できる音声合成装置を提供することにある。

また本発明の他の目的は、簡単な構成で透明感のある声
、濁った声、しわがれ声等の声色を表現できる音声合成
装置を提供することにある。

また本発明の他の目的は、ゆらぎのある自然性の高い音
声を合成できる音声合成装置を提供することにある。

また本発明の他の目的は、子音部の明瞭度が高い音声合
成装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の音声合成装置は上記の目的を達成するために、
周期性信号の振幅とノイズ信号の振幅を変えて同時に合
成する信号合成手段を備えることをその概要とする。

また好ましくは、信号合成手段は周期性信号のスペクト
ル分布を変化させる周期性信号スペクトル制御手段を備
えることをその一態様とする。

また好ましくは、周期性信号スペクトル制御手段は音声
合成するフレーム情報の読み出しと関連して周期性信号
のスペクトル分布を変化させることをその一態様とする
。

また好ましくは、信号合成手段はノイズ信号のスペクト
ル分布を変化させるノイズ信号スペクトル制御手段を備
えることをその一態様とする。

また好ましくは、ノイズ信号スペクトル制御手段は音声
合成するフレーム情報の読み出しと関連してノイズ信号
のスペクトル分布を変化させることをその一態様とする
。

また好ましくは、ノイズ信号スペクトル制御手段はフレ
ーム情報の音韻パラメータの種類に応じてノイズ信号の
スペクトル分布を変化させることをその一態様とする。

［作用コ かかる構成において、信号合成手段は周期性信号の振幅
とノイズ信号の振幅を変えて同時に（オーバラップして
）合成する。その際に、好ましくは、信号合成手段は周
期性信号のスペクトル分布を変化させる周期性信号スペ
クトル制御手段を備え、音声合成するフレーム情報の読
み出しと関連して周期性信号のスペクトル分布を変化さ
せる。また好ましくは、信号合成手段はノイズ信号のス
ペクトル分布を変化させるノイズ信号スペクトル制御手
段を備え、同様にして、音声合成するフレーム情報の読
み出しと関連してノイズ信号のスペクトル分布を変化さ
せる。更に好ましくは、ノイズ信号スペクトル制御手段
はフレーム情報の音韻パラメータの種類に応じてノイズ
信号のスペクトル分布を変化させる。

［実施例の説明コ 以下添付図面に従って本発明の実施例を詳細に説明する
。

［第１実施例コ 第１実施例は周期性信号の振幅とノイズ信号の振幅を変
えて同時に合成することにより、有声摩擦音やしわがれ
声を発声するものに関する。

第１図は本発明による第１実施例の音声合成装置のブロ
ック構成図である。第１０図と同等の構成には同一番号
を付してその説明を省略する。

図において、７は有声音源信号ｐｓと無声音源信号ＮＳ
を合成して合成音源信号（ＰＳ’＋Ｎｓ’）を出力する
信号合成手段である。前記信号合成手段７は、外部から
時系列で送られるレベル制御信号ＧＰに従って有声音源
信号ｐｓの信号レベルを制御する周期信号レベル制御手
段８と、同じく外部から時系列で送られるレベル制御信
号ＧＮに従って無声音源信号ＮＳの信号レベルを制御す
るノイズ信号レベル制御手段９と、これらの各レベル制
御を受けた有声音源信号ＰＳ’及び無声音源信号ＮＳ’
を加算して合成音源信号（ｐｓ’＋ＮＳ′）を出力する
加算手段１０を含む。

更に、１１は音響パラメータを含む各種の制御パラメー
タを記憶しているパラメータ記憶手段である。工２は制
御手段であり、該制御手段１２はパラメータ記憶手段１
１から各種の制御パラメータを読み出し、有声音源信号
発生手段１にはピッチ周期信号を、信号合成手段７には
レベル制御信号ＧＰ及びＧＮを、音源信号振幅制御手段
４には振幅パラメータ信号を、及び音源信号共振手段５
にを音響パラメータ信号を夫々時系列（）Ｌ／−ム＠）
で送る。

第２図（Ａ）及び（Ｂ）は第１図の各部の信号波形を示
す図である。実施例を通して有声音源信号発声手段１に
はパルス信号発生回路を用いている。周期信号として方
形波（パルス）を用いるとその波形は第２図（Ａ）に示
すような信号ＰＳになる。無声音源信号発声手段２には
白雑音信号発生回路を用いている。その出力波形は第２
図（Ｂ）に示すような信号ＮＳになる。パルス信号ＰＳ
の振幅は周期信号レベル制御手段８によりレベル制御さ
れる。またノイズ信号ＮＳの振幅もノイズ信号レベル制
御手段９によりレベル制御される。レベル制御は時系列
で送られるレベル制御信号ＧＰ及びＧＮに従って夫々独
立に行なわれるが、木実流側では後の音源信号振幅制御
手段４における信号処理の便宜を考え、結果の合成音源
信号（ｐｓ’＋ＮＳ′）の振幅には正規化した出力か得
られるようになっている。即ち、第２図（Ａ）において
、合成音源信号（ＰＳ　’＋ＮＳ　’）の振幅（例えば
最大１．０に正規化）中でパルス信号ＰＳの振幅が占め
る割合ＲＰとノイズ信号ＮＳの振幅が占める割合ＲＮと
の和が最大でも１．０になるようにレベル制御をする。

第２図（Ａ）において、−例の混合比率の推移を見ると
、始めはノイズ信号ＮＳの振幅の占める割合が１００％
であり、時間経過と供に図のような曲線に従って混合比
率は変化し、点Ｑに至って後はパルス信号ＰＳの振幅の
占める割合が１００％になっている。即ち、従来のよう
に単にパルス信号ＰＳとノイズ信号ＮＳの何れかが選択
されるのではなく、両信号はその振幅に占める割合を変
えてオーバラップしている。そして、このような混合条
件を満足する振幅制御パラメータＧＰ及びＧＮは予めパ
ラメータ記憶手段１１に記憶させておくことが可能であ
る。

第２図（Ｂ）に示す信号ｐｓ’及び信号ＮＳ′は夫々上
記の混合比率に従って振幅レベルを制御されたパルス信
号とノイズ信号である。加算手段１０はパルス信号ＰＳ
′及びノイズ信号ＮＳ′を加算して合成音源信号（ＰＳ
　’＋ＮＳ　′）を出力する。この信号波形は第２図（
Ｂ）の合成音源信号（ＰＳ　′＋ＮＳ　′）で示されて
いる。こうして、パルス波形とノイズ波形がまじり合っ
た音源信号ができる。この音源信号（ｐｓ’＋ＮＳ′）
は有声音と摩擦音がまじり合った有声摩擦音［Ｓ］、［
ｚ］等を合成出力する場合に適している。

第３図は音源信号振幅制御手段４における振幅パラメー
タ信号と出力音源信号ＡＳ’との関係を示す図である。

音源振幅制御手段４は時系列で送られる振幅パラメータ
信号に従って合成音源信号らＰＳ′＋ＮＳ’）の振幅を
図のように制御する。こうして、音源信号共振手段（声
道）５を刺激する音源信号ＡＳ′が形成される。そして
、音源信号共振手段５は音源信号ＡＳ′で駆動され、音
声信号波形ＢＳ”を出力する。

第４図はパラメータ記憶手段１１が記憶している各種の
制御パラメータの記憶構造を示す図である。制御パラメ
ータは合成音声の所定時間長に相当するフレーム単位に
時系列なデータとして記憶されており、時間経過と供に
フレーム番号（ｉ−ｔ）、（ｉ）、Ｈ＋ｔ）等の順序で
読み出される。第４図において、「ピッチ」は有声音源
信号発声手段１に与えるピッチ周期信号のパラメータ、
「パルスレベル」は周期信号レベル制御手段８に与える
レベル制御信号ＧＰのパラメータ、「ノイズレベル」は
ノイズ信号レベル制御手段９に与えるレベル制御信号Ｇ
Ｎのパラメータ、「音源のパワー」は音源信号振幅制御
手段４に与える振幅パラメータ信号のパラメータ、「音
韻パラメータ」は音源信号共振手段５に与える音響パラ
メータ信号のパラメータ（フィルタ係数）である。フィ
ルタ係数はフィルタの構成に対応しており、これにより
各音韻に対応した声道の伝達関数（共振特性）を与える
。一般的には、ＬＰＧ（線形予測）係数、ＰＡＲＣＯＲ
（偏自己相関）係数、ＬＳＰ（線スペクトル付）係数、
ケプストラム係数等があり、何れを用いても良い。

第５図はしわがれ声を合成する場合の一例の混合曲線を
示す図である。上記の第４図（Ａ）の有声摩擦音の場合
は点Ｑの以降ではパルス信号成分が１００％になってい
たが、しわがれ声を合成したい場合は、第５図に示すよ
うな混合曲線とすれは良い。即ち、点Ｑ以降でもノイズ
成分に所定のオフセットを与えておくのである。こうす
ると、母音部にも摩擦音が重畳し、声がしわがれる。

今、仮にノイズ成分のオフセット量を０．２とした場合
には、パルス成分の混合比は０．０〜０．８の間で与え
れば良い。

［第２実施例］ 第２実施例は、一般に人間の声帯では声が大きくなると
音声信号が正弦波に近くなるという特徴を音源信号に生
かすものであり、例えば周期信号ＰＳに対してスペクト
ル制御を施すことにより、従来、多くの人が°゛ロボツ
ト的゛とイメージしていた合成音声が、より人間の声に
近い“ゆらぎ°′を持つ音声になることに関する。

第６図は本発明による第２実施例の音声合成装置のブロ
ック構成図である。第６図は第１図と相違する点を中心
にして示しである。図において、１３は共振手段（パル
ス信号スペクトル制御手段）であり、例えば第７図（Ａ
）に示すように中心周波数Ｆ。（＝信号ｐｓのピッチ周
波数であって可変）、バンド幅ＢＷ（ｃｃ振幅パラメー
タ信号）の可変共振特性を持つ共振器である。

第７図（Ｂ）は第７図（Ａ）の共振特性を満足する一例
の２次の共振系のブロック構成図であり、その伝達特性
Ｔ　（ｆ）は、 ここで、 ｃ＝−ｅ−２ＬＢ硬Ｔ Ｂ＝２ｅ−几８ωＣｏ５２πＦｏ　Ｔ Ａ＝１−Ｃ−Ｂ で与えられる。尚、共振手段１３はデジタル共振器なの
で人力サンプル係数のサンプリング周期はＴとする。か
かる共振手段１３を使用し、中心周波数Ｆ。＝ピッチ周
波数となるように可変し、バンド幅ＢＷを小さくすれば
するほどＱが高くなる。よって当該ピッチの周波数成分
が犬になり、高域における周波数成分は小さくなる。よ
って、共振手段１３を通過した有声音源信号ｐｓ’は正
弦波に近くなる。また、音源の大きさにより、上記のＡ
、Ｂ、Ｃの値を計算したテーブルを用意しておけば、計
算時間が短縮でき、効率的である。

尚、本実施例では共振手段１３を用いたが、音源信号の
特性を示すようなフィルタでも良い。

［第３実施例コ 第３実施例はノイズ信号ＮＳのスペクトル分布を制御す
ることにより、特にささやき声を高品質な音声で出力す
るものに関する。

第８図は木発明による第３実施例の音声合成装置のブロ
ック構成図である。第８図は第１図と相違する点を中心
にして示しである。図において、ノイズ信号スペクトル
制御手段１４としては、第２実施例で述べた場合と同様
に、第７図（Ｂ）のような構成のディジタル共振器を用
いる事ができる。ささやき声は、従来は、有声音源信号
を使わずに無声音源信号のみを用いて行っていた。しか
し、白雑音信号の周波数成分は低域から高域に至るまで
平坦な特性であるので、ささやき声を出そうとしても、
品質の良いささやき声は合成できなかった。そこで、第
３実施例ではノイズ信号ＮＳのスペクトル分布を制御す
る。

第９図は第８図のノイズ信号スペクトル制御手段１４の
一例の周波数特性を示す図である。図のように、中心周
波数ＦＳ０を３ＫＨｚ〜４．５ＫＨｚ程度とし、またバ
ンド幅ＢＷを２００〜１０００Ｈｚ程度にすると、品質
の良いささやき声が得られた。

また、無声子音を合成する場合を考えると、同じ「Ｓ」
でも後に続く母音によってスペクトル分布が異なる。例
えば、「Ｓｉ」と「Ｓｕ」では、後者の「Ｓ」より前者
の「Ｓ」の方が高域におけるスペクトル密度が高い。よ
って、同じ「ｓ」ても、音韻パラメータに従い、ノイズ
信号スペクトル制御手段１４により中心周波数ＦＳｏ、
バンド幅ＢＷを制御すれば、子音の明瞭度が更に向上す
る。

［発明の効果］ 以上述べた如く木発明によれば、周期性信号の振幅とノ
イズ信号の振幅を変えて同時に合成することにより、外
来音等に多く使われる有声摩擦音を容易に合成できる。

また、有声区間においてもノイズ信号を混合することに
より、風邪をひいた時の声、しわがれた声等を容易に合
成できる。

また本発明によれば、音声合成するフレーム情報の読み
出しと関連して周期性信号のスペクトルを変化させるこ
とにより、即ち、例えば声の大きさ、ピッチなどに合わ
せて有声音源のスペクトル分布を変化させることにより
、ゆらぎのある自然性の高い音声を合成できる。

また本発明によれば、音声合成するフレーム情報の読み
出しと関連してノイズ信号のスペクトルを変化させるこ
とにより、自然なささやき声を合成できる。

また本発明によれば、フレーム情報の音韻パラメータの
種類に応じてノイズ信号のスペクトル分布を変化させる
ことにより、子音部の明瞭度が格段に向上した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による第１実施例の音声合成装置のブロ
ック構成図、 第２図（Ａ）及び（Ｂ）は第１図の各部の信号波形を示
す図、 第３図は音源信号振幅制御手段４における振幅パラメー
タ信号と音源信号ＡＳ′の関係を示す図、 第４図はパラメータ記憶手段１１が記憶している制御パ
ラメータの記憶構造を示す図、第５図はしわがれ声を合
成する場合の一例の混合曲線を示す図、 第６図は本発明による第２実施例の音声合成装置のブロ
ック構成図、 第７図（Ａ）は共振手段１３が備える一例の共振特性を
示す図、 第７図（Ｂ）は第７図（Ａ）の共振特性を満足する一例
の２次の共振系のブロック構成図、第８図は本発明によ
る第３実施例の音声合成装置のブロック構成図、 第９図は第８図のノイズ信号スペクトル制御手段１４が
備える一例の共振特性を示す図、第１０図は従来の音声
合成装置のブロック構成図である。 図中、１・・・有声音源信号発生手段、２・・・無声音
源信号発生手段、３・・・スイッチ、４・・・音源信号
振幅制御手段、５・・・音源信号共振手段、６・・・ス
ピーカ、７・・・信号合成手段、８・・・周期信号レベ
ル制御手段、９・・・ノイズ信号レベル制御手段、１０
−加算手段、１１・・・パラメータ記憶手段、１２・・
・制御手段、１３・・・共振手段、１４・・・ノイズ信
号スペクトル制御手段である。 弐埋人　弁理士　　　犬塚康徳（化１名）０　　　０．
５　　　１　　　１．５　　　２　　　２．５［にＨｚ
］ （Ａ） 第７ 八ｎ （Ｂ） 図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）周期性信号とノイズ信号を音源信号として合成す
   る音声合成装置において、前記周期性信号の振幅と前記
   ノイズ信号の振幅を変えて同時に合成する信号合成手段
   を備えることを特徴とする音声合成装置。
2. （２）信号合成手段は周期性信号のスペクトル分布を変
   化させる周期性信号スペクトル制御手段を備えることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の音声合成装置。
3. （３）周期性信号スペクトル制御手段は音声合成するフ
   レーム情報の読み出しと関連して周期性信号のスペクト
   ル分布を変化させることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項記載の音声合成装置。
4. （４）信号合成手段はノイズ信号のスペクトル分布を変
   化させるノイズ信号スペクトル制御手段を備えることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の音声
   合成装置。
5. （５）ノイズ信号スペクトル制御手段は音声合成するフ
   レーム情報の読み出しと関連してノイズ信号のスペクト
   ル分布を変化させることを特徴とする特許請求の範囲第
   ４項記載の音声合成装置。
6. （６）ノイズ信号スペクトル制御手段はフレーム情報の
   音韻パラメータの種類に応じてノイズ信号のスペクトル
   分布を変化させることを特徴とする特許請求の範囲第５
   項記載の音声合成装置。