JP2504178B2 - Formant sound synthesizer - Google Patents

Formant sound synthesizer

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JP2504178B2
JP2504178B2 JP1091761A JP9176189A JP2504178B2 JP 2504178 B2 JP2504178 B2 JP 2504178B2 JP 1091761 A JP1091761 A JP 1091761A JP 9176189 A JP9176189 A JP 9176189A JP 2504178 B2 JP2504178 B2 JP 2504178B2
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    • G10H2250/00Aspects of algorithms or signal processing methods without intrinsic musical character, yet specifically adapted for or used in electrophonic musical processing
    • G10H2250/131Mathematical functions for musical analysis, processing, synthesis or composition
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    • G10H2250/481Formant synthesis, i.e. simulating the human speech production mechanism by exciting formant resonators, e.g. mimicking vocal tract filtering as in LPC synthesis vocoders, wherein musical instruments may be used as excitation signal to the time-varying filter estimated from a singer's speech
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、人声の母音や自然楽器音等のようなフォ
ルマント音を電気的に合成する装置に関し、特に、より
簡略な構成でより多様なフォルマント音の合成が可能な
フォルマント音合成装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a device for electrically synthesizing formant sounds such as vowels of human voices and natural musical instrument sounds, and more particularly, to a device having a simpler structure and more diverse structure. The present invention relates to a formant sound synthesizer capable of synthesizing different formant sounds.

[従来技術] 第11図は、バス歌手が音高C3で“あ”音を発声したと
きの振幅波形図(a)および振幅スペクトル図(b)を
示す。また、第12図は、このようなフォルマント音の一
般的な振幅スペクトル分布曲線を示す。第12図におい
て、ffはフォルマント中心周波数、BWはフォルマントバ
ンド幅である。
[Prior art] Figure 11 shows views amplitude waveform when the bus singer uttered the "a" sound pitch C 3 (a) and the amplitude spectrum diagram of (b). Further, FIG. 12 shows a general amplitude spectrum distribution curve of such a formant sound. In FIG. 12, f f is the formant center frequency, and B W is the formant bandwidth.

このようなフォルマント音波形は、周波数ffの第13図
(b)に示すような第1の波形と、第1の波形の周期1/
ffより長周期で基準レベルから高レベルに向って立上り
その後基準レベルに向って立下る第13図(a)に示すよ
うな第2の波形(以下、ウインドウ波形という)とを、
発生しようとするフォルマント音の音高(基本ピッチ)
に対応する周波数foで初期設定しながら繰返し発生し、
かつこれらの波形を乗算することによって得ることがで
きる。このような装置の具体的構成としては、例えば本
出願人による特公昭59−19352号に電子楽器の音源とし
て用いた例が開示されている。
Such a formant sound waveform has a first waveform of frequency f f as shown in FIG. 13 (b) and a period 1 / of the first waveform.
A second waveform (hereinafter referred to as a window waveform) as shown in FIG. 13 (a) that rises from the reference level toward a high level at a cycle longer than f f and then falls toward the reference level,
Pitch of the formant sound to be generated (basic pitch)
Occurs repeatedly with initial setting at the frequency f o corresponding to
And it can be obtained by multiplying these waveforms. As a specific configuration of such an apparatus, for example, Japanese Patent Publication No. 59-19352 by the present applicant discloses an example in which it is used as a sound source of an electronic musical instrument.

この特公昭59−19352号に開示された電子楽器は、第
1および第2の波形発生手段におけるアドレス信号の変
化速度、すなわち第1および第2の波形の周期を可変す
ることにより音色を比較的任意に変化させることができ
る。しかし、基本となる読出し波形が一定であるため、
読出し周期を可変にしただけでは、音色の変化範囲にも
自ずと限界があった。
The electronic musical instrument disclosed in Japanese Examined Patent Publication No. 59-19352 has a relatively timbre by varying the changing speed of the address signal in the first and second waveform generating means, that is, the period of the first and second waveforms. It can be changed arbitrarily. However, since the basic readout waveform is constant,
Only by making the reading cycle variable, there was a limit to the change range of the timbre.

また、コンピュータ・ミュージック・ジャーナル8
(3)第9〜14頁にはIRCAMのFOF方式として、正弦波を S(k)=Ge−αksin(ωk+φ) なる演算により変形したウインドウ波形を用いる方式が
提案されている。この方式においては、αおよびωをパ
ラメータとして可変することにより、多様なウインドウ
波形を得、もって、第14図に示すようなフォルマントバ
ンド幅BW、したがって音色をより広範に変化させること
が可能である。
Also, Computer Music Journal 8
(3) On pages 9 to 14, as a FOF method of IRCAM, a method of using a window waveform obtained by modifying a sine wave by an operation of S (k) = Ge- αk sin (ωk + φ) is proposed. In this method, a variety of window waveforms can be obtained by varying α and ω as parameters, and as a result, the formant band width B W as shown in FIG. 14, and thus the timbre, can be changed in a wider range. is there.

しかしながら、このFOF方式は、ウインドウ波形が基
本的に指数的減衰波形であるため、減衰時間が長く、音
素の重なりが多く発生してしまう。このため、重なりの
数だけの音素発生器(特に第2波形発生手段および乗算
手段)を並列して設けなければならず、ハードウエア構
成の規模が大きくなるという不都合があった。
However, in this FOF method, since the window waveform is basically an exponentially decaying waveform, the decay time is long and a lot of phoneme overlap occurs. For this reason, it is necessary to provide as many phoneme generators (especially the second waveform generating means and the multiplying means) as the number of overlaps in parallel, which disadvantageously increases the scale of the hardware configuration.

そこで、本発明者は、上記ウインドウ波形として、 S(t)=sin2nkt(但し、n=2sa) なる波形を用いることを試みた。この波形は、kt=2π
までで完全に減衰するため、減衰時間が短く、音素の重
なりが少なくなってジェネレータ(音素発生器またはオ
ペレータ)の数を減らすことができる。また、2以上の
ジェネレータを用いて交互に音素を発生し、ジェネレー
タ数だけの音素の重なりが発生しても対応し得るように
構成し、さらに高いピッチまでフォルマント音の合成を
可能にした(以下、先行方式という)。
Therefore, the present inventor has tried to use a waveform of S (t) = sin 2n kt (where n = 2 sa ) as the window waveform. This waveform is kt = 2π
Since it is completely attenuated by, the decay time is short, the phoneme overlap is small, and the number of generators (phoneme generators or operators) can be reduced. In addition, two or more generators are used to alternately generate phonemes, and it is configured so as to be able to cope with the occurrence of phoneme overlaps by the number of generators, and formant sounds can be synthesized up to a higher pitch (below. , Called the preceding method).

上述したように、フォルマント音波形発生のためには
フォルマント周波数の第1の波形、例えば正弦波に音色
に応じた形状のウインドウをかける。このウインドウ
は、基本ピッチごとに発生する。上記正弦波の位相は、
ウインドウの開始点ごとにリセットされる。したがっ
て、高いピッチの音を出す場合には、ウインドウの発生
周期を短くしなければならない。一方、フォルマントバ
ンド幅BWは、ウインドウの幅W(第14図(a)参照)が
広い程、狭くなるという性質がある。このため、フォル
マントバンド幅をピッチにかかわらず一定にするために
は、ウインドウの幅Wをピッチにかかわらず一定に保つ
必要がある。低いピッチの音を合成する場合にはウイン
ドウが重ならないので、単一のジェネレータでも問題は
ない。しかし、ピッチが高くなり、第14図(b)に示す
ようにウインドウが重なってくると単一のジェネレータ
ではウインドウの重なり部分をどう処理するかが問題と
なる。
As described above, in order to generate the formant sound waveform, the first waveform of the formant frequency, for example, a sine wave, is provided with a window having a shape corresponding to the tone color. This window is generated for each basic pitch. The phase of the sine wave is
Reset at every start of window. Therefore, when producing a sound with a high pitch, the generation period of the window must be shortened. On the other hand, the formant band width B W has a property that it becomes narrower as the window width W (see FIG. 14 (a)) becomes wider. Therefore, in order to make the formant band width constant regardless of the pitch, it is necessary to keep the width W of the window constant regardless of the pitch. When synthesizing low pitch sounds, the windows do not overlap, so there is no problem with a single generator. However, when the pitch becomes high and the windows overlap as shown in FIG. 14 (b), how to handle the overlapping parts of the windows with a single generator becomes a problem.

本発明者による上記先行方式においても、使用するジ
ェネレータの数は有限であるので、必ず合成可能なピッ
チの限界、すなわち各ジェネレータにおいてウインドウ
波形が重ならない最小のピッチが存在する。本発明者の
実験によると、2ジェネレータ方式の場合、fo=1kHz程
度であった。
Since the number of generators used is also finite in the above prior art by the present inventor, there is always a limit of synthesizable pitch, that is, a minimum pitch in which window waveforms do not overlap in each generator. According to the experiments by the inventor, in the case of the two-generator system, f o = 1 kHz.

[発明が解決しようとする課題] この発明は、構成簡略で、多様な音色を発生でき、か
つより高いピッチのフォルマント音の合成が可能なフォ
ルマント音合成装置を提供することを目的とする。
[Problems to be Solved by the Invention] An object of the present invention is to provide a formant sound synthesizing apparatus which has a simple structure and is capable of generating various timbres and capable of synthesizing formant sounds of higher pitch.

[課題を解決するための手段および作用] この目的を達成するため、この発明では、音高に対応
する周期で繰返し初期設定され発生される、合成しよう
とするフォルマント音の音高とは独立の繰返し周期を有
する第1の波形とこの第1の波形より長周期の第2の波
形(ウインドウ波形)とを、上記フォルマント音の基本
ピッチで繰返し初期設定しながら発生し、これらの第1
および第2の波形を乗算することによりフォルマント音
信号を合成するフォルマント音合成装置において、上記
第2の波形として正弦波の自乗またはそのべき乗の波形
を用いるとともに、少なくとも上記基本ピッチが上記第
2の波形の周期より短いとき、上記第1および第2の波
形発生動作と同期して1から始まって滑らかに0に至る
第3の波形を発生し、これを上記第1および第2の波形
とともに乗算することを特徴としている。
[Means and Actions for Solving the Problem] In order to achieve this object, the present invention is independent of the pitch of the formant sound to be synthesized, which is repeatedly initialized and generated at a cycle corresponding to the pitch. A first waveform having a repeating period and a second waveform (window waveform) having a period longer than the first waveform are generated while repeatedly initializing at the basic pitch of the formant tone.
In a formant sound synthesizer for synthesizing a formant sound signal by multiplying a second waveform with a second waveform, a sine wave squared or a power thereof is used as the second waveform, and at least the basic pitch is the second waveform. When the period is shorter than the waveform period, a third waveform starting from 1 and smoothly reaching 0 is generated in synchronization with the first and second waveform generating operations, and this is multiplied with the first and second waveforms. It is characterized by doing.

[作用] この発明においては、具体例を挙げて説明すると、第
1〜3の波形として、それぞれ第1図(A)〜(C)に
示すような波形を発生する。第1図において、(A)は
フォルマント中心周波数ffに等しい周波数を有する正弦
波(第1の波形)である。(B)および(B′)は1/ff
より長い周期の正弦波の自乗またはそのべき乗波形から
なり、基本ピッチに対応する1/foの周期で繰返し発生さ
せられるウインドウ用エンベロープ(第2の波形)で、
(B)はウインドウの周期Wが周期1/foより短い場合の
波形、(B′)は長い場合の波形を示す。(C)はこの
発明の特徴とする強制ダンプ用エンベロープ(第3の波
形)であり、ここでは、cos1/m2πfo tの最初の1/4波
形を用いた例を示す。そして、これらの3つの波形を乗
算することによって、フォルマント音を合成する。
(D)は(A)、(B)および(C)に示す波形を乗算
して得られるフォルマント音波形を示し、(D′)は
(A)、(B′)および(C)に示す波形を乗算して得
られるフォルマント音波形を示す。
[Operation] In the present invention, a concrete example will be described. Waveforms as shown in FIGS. 1A to 1C are generated as the first to third waveforms, respectively. In FIG. 1, (A) is a sine wave (first waveform) having a frequency equal to the formant center frequency f f . (B) and (B ') are 1 / f f
Made from longer period of the sine wave of the square or a power waveform in the window for the envelope to be repeatedly generated in the period of 1 / f o corresponding to the basic pitch (second waveform),
(B) shows the waveform when the window period W is shorter than the period 1 / f o , and (B ') shows the waveform when it is long. (C) is an envelope for forced dumping (third waveform), which is a feature of the present invention. Here, an example using the first 1/4 waveform of cos 1 / m 2 πf o t is shown. Then, the formant sound is synthesized by multiplying these three waveforms.
(D) shows a formant sound waveform obtained by multiplying the waveforms shown in (A), (B) and (C), and (D ') shows the waveforms shown in (A), (B') and (C). The formant sound waveform obtained by multiplying by is shown.

すなわち、この発明においては、ウインドウの周期W
より短いピッチのフォルマント音を合成しようとする場
合、ウインドウ波形を第1図(B′)に示すように強制
的にリセットすることにより、ウインドウ波形の重なり
を無くし、単一のジェネレータでフォルマント音を合成
するようにしている。但し、このように強制的にリセッ
トしたままでは、フォルマント音のスペクトル、すなわ
ち音色が長ピッチの音と大幅に異なってしまう。そこ
で、この発明においては、(C)に示すような、基本ピ
ッチの周期で、かつ第1および第2の波形発生動作と同
期して1から始まって滑らかに0につながる強制ダンプ
用波形を、上記第1および第2の波形とともに乗算す
る。これにより、このフォルマント音合成装置における
動作は、ウインドウ波形(B′)と強制ダンプ用波形
(C)を乗算して得られる、滑らかに減衰するウインド
ウ波形を上記第1の波形である正弦波(A)と乗算した
のと等価となる。したがって、ピッチ変化に基づくフォ
ルマントスペクトル(音色)の変化を低減することがで
きる。
That is, in the present invention, the window period W
When trying to synthesize a formant sound with a shorter pitch, the window waveforms are forcibly reset as shown in FIG. 1 (B ') to eliminate the overlapping of the window waveforms, and formant sounds are generated by a single generator. I try to synthesize them. However, if the reset is forcibly reset in this way, the spectrum of the formant sound, that is, the timbre, is significantly different from that of the long-pitch sound. Therefore, in the present invention, as shown in (C), a forced dump waveform having a basic pitch period and starting from 1 and smoothly connecting to 0 in synchronization with the first and second waveform generating operations, Multiply with the first and second waveforms. As a result, in the operation of the formant sound synthesizer, a smoothly decaying window waveform obtained by multiplying the window waveform (B ') and the forced dump waveform (C) is a sine wave (the first waveform). It is equivalent to multiplication with A). Therefore, it is possible to reduce the change in the formant spectrum (timbre) due to the change in pitch.

なお、強制ダンプ用波形(C)としては、「1から始
まって0につながる」波形を用いる。ここで、特に、1/
foとWとの大小にかかわらず強制ダンプ用波形(C)を
乗算する方式とする場合には、平らな部分が適度に長
く、始点と終点の傾きdy/dxが0である波形が望まし
い。
As the forced dump waveform (C), a waveform “starting from 1 and connecting to 0” is used. Where 1 /
When the method for multiplying the force dampening waveform (C) regardless of the size of the f o and W are flat portion appropriately long waveform is desired slope dy / dx of the start and end points is 0 .

その理由は、音素が1/foよりも短いとき、すなわち重
ならないとき、本来の音素エンベロープに影響を与えな
いためと、強制ダンプ用波形が不連続になると、この波
形を乗算したときに余計な側帯波が生じるので、それを
防ぐためである。
The reason is that when the phonemes are shorter than 1 / f o , that is, when they do not overlap, they do not affect the original phoneme envelope, and when the forced dump waveform becomes discontinuous, there is an extra amount when this waveform is multiplied. This is to prevent such sidebands from occurring.

[実施例] 以下、この発明を実施例に基づき詳細に説明する。[Examples] Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples.

第2図は、この発明の一実施例に係るフォルマント音
合成装置の構成を示すブロック図である。また、第3図
〜は、第2図の装置の各部の動作タイミング波形図
である。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a formant sound synthesizer according to an embodiment of the present invention. 3 to 3 are operation timing waveform charts of respective parts of the apparatus shown in FIG.

同図の装置は、パルス発生回路1、搬送波形発生回路
2、ウインドウ波形発生回路3、強制ダンプ用波形発生
回路4、乗算器5,6,7、およびD/A変換器8等を具備す
る。このような装置は、例えば電子楽器の音源として用
いられ、図示しない発音制御手段から与えられるフォル
マント中心周波数情報値Ff、フォルマント基本周波数情
報値Fo、フォルマントバンド幅値BW、およびフォルマン
ト音の振幅(エンベロープ)波形データENV等に基づい
てフォルマント音を合成する。
The apparatus shown in FIG. 1 includes a pulse generating circuit 1, a carrier waveform generating circuit 2, a window waveform generating circuit 3, a forced dump waveform generating circuit 4, multipliers 5, 6, 7 and a D / A converter 8. . Such a device is used, for example, as a sound source of an electronic musical instrument, and is provided with a formant center frequency information value F f , a formant fundamental frequency information value F o , a formant band width value B W , and a formant sound of a formant sound, which are given from a sound generation control means (not shown). Formant sound is synthesized based on amplitude (envelope) waveform data ENV and the like.

パルス発生回路1は、位相アキュムレータ11および微
分器12からなる。位相アキュムレータ11は、所定のクロ
ックパルスφに同期して上記フォルマント基本周波数情
報値Foを累算する。ここで、フォルマント基本周波数情
報値Foは、発生しようとするフォルマント音の基本周波
数、すなわち音高(基本ピッチ)に対応する値に設定さ
れており、位相アキュムレータ11は、累算値qFo(q=
1,2,3,………)を出力する。第3図は、位相アキュム
レータ11の累算値出力を示し、第3図′はこの累算値
の最上位ビット(MSB)の出力を示す。微分器12はこのM
SB出力の立下がりを微分する。したがって、このパルス
発生回路1は、この微分器12の出力として、発生しよう
とするフォルマント音の音高に対応した周期のパルス信
号(第3図)を繰返し発生する。このパルス信号は、
搬送波形発生回路2およびウインドウ波形発生回路3へ
初期設定信号として供給される。また、位相アキュムレ
ータ11の累算値出力qFoは、強制ダンプ用波形メモリ4
へアドレス信号として供給される。
The pulse generation circuit 1 includes a phase accumulator 11 and a differentiator 12. The phase accumulator 11 accumulates the formant fundamental frequency information value F o in synchronization with a predetermined clock pulse φ. Here, the formant fundamental frequency information value F o is set to a value corresponding to the fundamental frequency of the formant sound to be generated, that is, the pitch (basic pitch), and the phase accumulator 11 calculates the accumulated value qF o ( q =
1,2,3, ...) are output. FIG. 3 shows the accumulated value output of the phase accumulator 11, and FIG. 3'shows the output of the most significant bit (MSB) of this accumulated value. Differentiator 12 is this M
Differentiate the fall of SB output. Therefore, the pulse generation circuit 1 repeatedly generates, as the output of the differentiator 12, a pulse signal (FIG. 3) having a cycle corresponding to the pitch of the formant tone to be generated. This pulse signal is
It is supplied as an initial setting signal to the carrier waveform generating circuit 2 and the window waveform generating circuit 3. Also, the accumulated value output qF o of the phase accumulator 11 is the compulsory dump waveform memory 4
Is supplied as an address signal.

搬送波形発生回路2は、位相アキュムレータ21および
正弦波メモリ22からなる。位相アキュムレータ21は、ク
ロックパルスφに同期して上記フォルマント中心周波数
情報値Ffを累算し、その累算値qFf(q=1,2,3,……)
を正弦波メモリ22の読出しアドレス信号として順次出力
する。正弦波メモリ22には正弦波の1周期の順次サンプ
ル点振幅値sinθが各アドレスに記憶されており、アキ
ュムレータ21から出力されるアドレス信号(累算値q
Ff)により指定されたアドレスに記憶されている正弦波
振幅値が順次読出される。これにより、正弦波メモリ22
からはクロックパルスφに従って周波数情報値Ffに対応
する周波数ffで正弦波の順次サンプル点振幅値sin 2πf
f tが順次出力される。
The carrier waveform generating circuit 2 comprises a phase accumulator 21 and a sine wave memory 22. The phase accumulator 21 accumulates the formant center frequency information value F f in synchronization with the clock pulse φ, and accumulates the accumulated value qF f (q = 1,2,3, ...).
Are sequentially output as a read address signal of the sine wave memory 22. The sine wave memory 22 stores the amplitude value sin θ of the sequential sampling points of one cycle of the sine wave at each address, and the address signal (accumulated value q
The sine wave amplitude value stored at the address designated by F f ) is sequentially read. This allows the sine wave memory 22
From the sinusoidal sequential sampling point amplitude value sin 2πf at the frequency f f corresponding to the frequency information value F f according to the clock pulse φ
f t are output sequentially.

ここで、フォルマント中心周波数情報値Ffは、発生す
べきフォルマント音の音高foとは独立してフォルマント
音の音色を示すパラメータの1つであるフォルマント中
心周波数ffに対応する値に設定されている。したがっ
て、この搬送波形発生回路1は、発生すべきフォルマン
ト音の音高とは独立して所望の音色に対応して任意に設
定されたフォルマント中心周波数ffに等しい周波数の正
弦波(第3図)を発生することになる。
Here, the formant center frequency information value F f is set to a value corresponding to the formant center frequency f f which is one of the parameters indicating the tone color of the formant tone independently of the pitch f o of the formant tone to be generated. Has been done. Therefore, the carrier waveform generating circuit 1 is independent of the pitch of the formant tone to be generated, and has a sine wave (see FIG. 3) having a frequency equal to the formant center frequency f f arbitrarily set corresponding to a desired tone color. ) Will occur.

ウインドウ波形発生回路3は、位相アキュムレータ31
およびサイン自乗波メモリ32からなる。位相アキュムレ
ータ31は、バンド幅値BWを上記クロックパルスφに同期
して累算し、その累算値qBW(q=1,2,3,……)をサイ
ン自乗波メモリ32の読出しアドレス信号として順次出力
する。また、この位相アキュムレータ31は、第3図に
示すように、累算値が2πに相当する値になると累算動
作を停止して2π相当値を出力し続ける。サイン自乗波
メモリ32にはサイン自乗波sin2θの1/2周期の順次サン
プル点振幅値が各アドレスに記憶されており、アキュム
レータ31から出力されるアドレス信号(累算値qBW)に
より指定されたアドレスに記憶されているサイン自乗波
振幅値sin2ktが順次読出される(第3図)。
The window waveform generation circuit 3 includes a phase accumulator 31.
And a sine-square wave memory 32. The phase accumulator 31 accumulates the bandwidth value B W in synchronization with the clock pulse φ, and the accumulated value q B W (q = 1,2,3, ...) Is the read address of the sine-square wave memory 32. The signals are sequentially output. Further, as shown in FIG. 3, the phase accumulator 31 stops the accumulation operation when the accumulated value reaches a value corresponding to 2π and continues to output the 2π equivalent value. The sine-squared wave memory 32 stores the amplitude values of sequential sampling points of 1/2 cycle of the sine-squared wave sin 2 θ at each address, and is specified by the address signal (accumulated value qB W ) output from the accumulator 31. The sine square wave amplitude value sin 2 kt stored at the designated addresses is sequentially read (FIG. 3).

強制ダンプ用波形メモリ4には(1−sin2nθ)の1/4
周期の順次サンプル点振幅値が各アドレスに記憶されて
おり、パルス発生回路1のアキュムレータ11から出力さ
れるアドレス信号(累算値qFf=x)に基づいて指定さ
れたアドレスx/4に記憶されている強制ダンプ用波形振
幅値が順次読出される。これにより、強制ダンプ用波形
メモリ4からはクロックパルスφに従って周波数情報値
Foに対応する周波数foの強制ダンプ用波形の順次サンプ
ル点振幅値1−sin2nπfo t/2が順次出力される(第3
図)。
Waveform memory 4 for forced dump has 1/4 of (1-sin 2n θ)
Sequential sampling point amplitude values of the cycle are stored in each address, and stored in the address x / 4 specified based on the address signal (accumulated value qF f = x) output from the accumulator 11 of the pulse generation circuit 1. The forced dump waveform amplitude values that have been read are sequentially read. As a result, the frequency information value is output from the forced dump waveform memory 4 according to the clock pulse φ.
Sequential sampling point amplitude values 1-sin 2n πf o t / 2 of the forced dump waveform of frequency f o corresponding to F o are sequentially output (third
Figure).

乗算器5においては、搬送波形発生回路2から出力さ
れる正弦波振幅値sin 2πff t(第3図)とウインド
ウ波形発生回路3から出力されたサイン自乗波振幅値si
n2kt(第3図)とを乗算する。これにより、乗算器5
の出力として、(sin 2πff t)と(sin2kt)との積
(第3図)が得られる。
In the multiplier 5, the sine wave amplitude value sin 2πf f t (FIG. 3) output from the carrier waveform generation circuit 2 and the sine square wave amplitude value si output from the window waveform generation circuit 3
n 2 kt (Fig. 3). As a result, the multiplier 5
As the output of, the product of (sin 2πf f t) and (sin 2 kt) (Fig. 3) is obtained.

乗算器6は、乗算器5から出力される積(sin 2πff
t)・(sin2kt)にメモリ4から出力される強制ダンプ
波形(1−sin2nπfo t/2)を乗算する。これにより、
乗算器6の出力として、第1の波形(sin 2πff t)と
第2の波形(sin2kt)と第3の波形(1−sin2nπfo t/
2)との積(第3図)が得られる。この積は、フォル
マント信号の順次サンプル点振幅値を示している。
The multiplier 6 outputs the product (sin 2πf f
t) · (sin 2 kt) is multiplied by the forced dump waveform (1-sin 2n πf o t / 2) output from the memory 4. This allows
As the output of the multiplier 6, the first waveform (sin 2πf f t), the second waveform (sin 2 kt) and the third waveform (1-sin 2 nπf o t /
2) and the product (Fig. 3) are obtained. This product indicates the amplitude value of the sequential sampling points of the formant signal.

乗算器7は、フォルマント信号にエンベロープを付与
するためのもので、上記乗算器5の出力(sin 2πff
t)・(sin2kt)・(1−sin2nπfo t/2)と上記エンベ
ロープ波形データENVとを乗算する。これにより、乗算
器7の出力としてフォルマント音振幅値とエンベロープ
波形値ENVとの積である(sin 2πff t)・(sin2kt)
(1−sin2nπfo t/2)・ENVが得られる。この積は、フ
ォルマント音の順次サンプル点振幅値を示している。
The multiplier 7 is to add an envelope to the formant signal, and outputs the output of the multiplier 5 (sin 2πf f
t) · (sin 2 kt) · (1−sin 2 nπf o t / 2) is multiplied by the envelope waveform data ENV. As a result, the output of the multiplier 7 is the product of the formant sound amplitude value and the envelope waveform value ENV (sin 2πf f t) · (sin 2 kt)
(1-sin 2 nπf o t / 2) · ENV is obtained. This product indicates the amplitude value of the sequential sampling points of the formant sound.

DA変換器8は、この乗算器7から出力されるフォルマ
ント音の順次サンプル点振幅値データをアナログ信号に
変換する。
The DA converter 8 converts the sequential sample point amplitude value data of the formant sound output from the multiplier 7 into an analog signal.

このアナログ信号は、図示しない増幅器およびスピー
カシステム等からなるサウンドシステムを介して音響に
変換され、フォルマント音響として発音される。
The analog signal is converted into sound through a sound system including an amplifier and a speaker system (not shown), and is produced as formant sound.

なお、第4図は、上記強制ダンプ用波形メモリ4から
出力される強制ダンプ用波形を示す。この波形は、kを
正の整数として、 4kπ≦x<(4k+2)πのとき (4k+2)π≦x<(4k+4)πのとき で表わされる波形で、図は、パラメータnをそれぞれ1,
4,16,64,256に設定した場合の曲線 を示す。
Note that FIG. 4 shows the forced dump waveform output from the forced dump waveform memory 4. This waveform is when 4kπ ≦ x <(4k + 2) π, where k is a positive integer When (4k + 2) π ≦ x <(4k + 4) π In the figure, the parameter n is 1, respectively.
Curve when set to 4,16,64,256 Indicates.

次に、第2図の装置を用い、パラメータnおよびウイ
ンドウ幅Wを様々に設定してフォルマント中心周波数が
ff=4kHzで、基本周波数がfo=200Hzのフォルマント音
を合成した例について説明する。
Next, using the apparatus shown in FIG. 2, the parameter n and the window width W are set variously so that the formant center frequency becomes
An example in which a formant sound having a fundamental frequency f o = 200 Hz is synthesized at f f = 4 kHz will be described.

第5〜第7図は、ウインドウ幅Wと基本ピッチ1/fo
等しく設定して、パラメータnをそれぞれ0,16,64とし
た場合のフォルマント音の波形(a)および振幅スペク
トル(b)を示す。n=0は強制ダンプしない場合を意
味する。これらの第5〜第7図を比較することにより、
ウインドウ幅Wが基本ピッチ1/foより短ければ、強制ダ
ンプ用エンベロープ波形を乗算することによる影響はほ
とんど現われないことが分る。
Fifth to seventh figure set equal to the window width W and the basic pitch 1 / f o, formant sound waveforms in the case where the parameter n, respectively 0,16,64 (a) and an amplitude spectrum (b) Indicates. n = 0 means that no forced dump is performed. By comparing these FIG. 5 to FIG.
It can be seen that if the window width W is shorter than the basic pitch 1 / f o, the effect of multiplying the envelope waveform for forced dumping hardly appears.

第8〜第10図は、基本ピッチ1/foをウインドウ幅Wの
1/2に設定して、パラメータnを上記と同様にそれぞれ
0(強制ダンプなし),16,64に設定した場合のフォルマ
ント音の波形(a)および振幅スペクトル(b)を示
す。これらの第8〜第10図を比較することにより、ウイ
ンドウ幅Wが基本ピッチ1/foより長いときは、強制ダン
プ用波形を乗算することにより、バンド幅の狭い良好フ
ォルマントが得られる。
Eighth to FIG. 10, the base pitches 1 / f o of the window width W
The waveform (a) and the amplitude spectrum (b) of the formant tone when the parameter n is set to 0 (no forced dump), 16, and 64, respectively, are shown below. By comparing these FIGS. 8 to 10, when the window width W is longer than the basic pitch 1 / f o , a good formant with a narrow band width can be obtained by multiplying by the waveform for forced dump.

なお、上述の実施例においては、ウインドウ波形とし
てサイン自乗波を用いた例を示したが、さらにこれをべ
き乗したサイン2s乗波を用いることも可能である。この
場合、sを変化させることにより、フォルマントバンド
幅BWを調整することができる。また、このsをウインド
ウ波形の前半と後半とで異ならせて、ウインドウ波形を
前半と後半とで非対称系とすることにより、フォルマン
トバンド幅BWとすそ野波形との兼ね合いを調整すること
ができる。また、後半のsを大きく設定することによ
り、強制ダンプによる影響を受けにくくすることができ
る。
In the above embodiments, the sine squared wave is used as the window waveform, but it is also possible to use a sine 2s squared wave which is a power of this. In this case, the formant band width B W can be adjusted by changing s. Further, by making s different between the first half and the second half of the window waveform and making the window waveform asymmetric between the first half and the second half, it is possible to adjust the balance between the formant bandwidth B W and the skirt waveform. Further, by setting s in the latter half to be large, it is possible to reduce the influence of the forced dump.

また、上述においては、単峰スペクトルのフォルマン
ト音波形を合成するため、上記搬送波形として正弦波を
用いているが、振幅スペクトルの各ピークに相当する周
波数成分を有する信号を搬送波形として用いることによ
り、振幅スペクトルに複数のピークを有するフォルマン
ト音波形を合成することができる。
Further, in the above description, a sine wave is used as the carrier waveform in order to synthesize the formant sound waveform of the unimodal spectrum, but by using a signal having a frequency component corresponding to each peak of the amplitude spectrum as the carrier waveform. , A formant sound waveform having a plurality of peaks in the amplitude spectrum can be synthesized.

さらに、上述においては、乗算器を用いて乗算を行な
っているが、各データを対数で扱うことにより、乗算器
の代わりに加算器を用いることができる。この場合、最
終的には対数/真数変換器が必要となるが、演算速度を
早くすることができる。
Furthermore, in the above description, multiplication is performed using a multiplier, but by treating each data logarithmically, an adder can be used instead of the multiplier. In this case, a logarithm / antilogarithm converter is finally required, but the calculation speed can be increased.

[発明の効果] 以上説明したように、従来であれば2個以上のオペレ
ータを用いて各音素を合成した後、加算器が加算するこ
とによって、ウインドウ波形の幅Wが長い(フォルマン
トバンド幅が狭い)場合の音素の重なりを処理していた
が、この発明によれば、新しい音素が始まるごとに、前
の音素が続いていればそれを強制ダンプしてしまうの
で、単一のオペレータで1つのフォルマント音を合成す
ることができる。したがって、強制ダンプ用波形発生器
は必要であるが、オペレータの数を減らすことができ、
結果としてハードウエア構成を簡略化することができ
る。または、同等のハードウエア構成でより多数のフォ
ルマント音を同時に発生することができる。この場合、
基本ピッチ1/foに対してウインドウ幅Wが長くなる程、
強制ダンプの影響が強く現われ、fo/n(nはオペレータ
の数)の周期で音素を発生したり、それらを累算する等
の複雑なコントロールロジックが不要となり、また、同
時発生可能なフォルマント音数が増加する等、より大き
なメリットが得られる。
[Effects of the Invention] As described above, in the conventional case, after adding each phoneme by using two or more operators, the adder adds the phonemes so that the width W of the window waveform is long (formant band width is However, according to the present invention, each time a new phoneme starts, if the previous phoneme continues, it will be forcedly dumped. It is possible to synthesize two formant sounds. Therefore, although a waveform generator for forced dump is required, the number of operators can be reduced,
As a result, the hardware configuration can be simplified. Alternatively, a larger number of formant sounds can be simultaneously generated with the same hardware configuration. in this case,
The longer the window width W with respect to the basic pitch 1 / f o ,
The effect of forced dumping appears strongly, eliminating the need for complicated control logic such as generating phonemes in a cycle of f o / n (n is the number of operators) and accumulating them, and also possible formants Greater advantages such as an increase in the number of sounds can be obtained.

また、常時、強制ダンプするように構成した場合で
も、音素のウインドウ幅Wが短いときは、強制ダンプの
影響を少なく、従来のものと同程度の性能が得られるよ
うに構成することも充分可能である。
Further, even when the forced dump is always performed, when the window width W of the phoneme is short, the influence of the forced dump is small, and it is possible to sufficiently obtain the same performance as the conventional one. Is.

さらに、従来方式においては、fo/nより長い周期の音
素は取り扱うことができなかった。このような音素は、
高音域でフォルマント幅を狭くしたときしばしば発生す
るが、この発明によれば、このような制限を受けること
なくフォルマント音を合成することができる。
In addition, the conventional method cannot handle phonemes with a period longer than f o / n. Such phonemes are
This often occurs when the formant width is narrowed in the high tone range, but according to the present invention, the formant tone can be synthesized without being subject to such a limitation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、この発明の基本動作を説明するための波形
図、 第2図は、この発明に係るフォルマント音合成装置のブ
ロック図、 第3図は、第2図の装置の各部の動作タイミング図、 第4図は、第2図の装置において発生される強制ダンプ
用エンベロープ波形図、 第5〜10図は、第3図の装置の各パラメータを種々に設
定した場合に合成されるフォルマント音を示し、各図の
(a)は波形図、(b)は振幅スペクトル図、 第11図(a)(b)は、自然フォルマント音の一例を示
す波形図および振幅スペクトル図、 第12図は、自然フォルマント音の模式的スペクトル図、 第13図(a)(b)は、従来のフォルマント合成装置で
用いられる搬送波形およびウインドウ波形を示す図、 第14図(a)(b)は、本発明者が先に試みた方式の作
用説明のためのウインドウ波形図である。 1:パルス発生回路 2:搬送波形発生回路 3:変調(ウインドウ)波形発生回路 4:強制ダンプ用波形メモリ、 5,6:乗算器 33:サイン自乗波メモリ
FIG. 1 is a waveform diagram for explaining the basic operation of the invention, FIG. 2 is a block diagram of a formant sound synthesizer according to the invention, and FIG. 3 is an operation timing of each part of the apparatus of FIG. 4 and FIG. 4 are envelope waveform diagrams for forced dump generated in the apparatus of FIG. 2, and FIGS. 5 to 10 are formant sounds synthesized when various parameters of the apparatus of FIG. 3 are set variously. FIG. 11A is a waveform diagram, FIG. 11B is an amplitude spectrum diagram, and FIGS. 11A and 11B are waveform diagrams and amplitude spectrum diagrams showing an example of natural formant sounds. , (A) and (b) are schematic spectrum diagrams of natural formant sounds, FIGS. 13 (a) and (b) are diagrams showing carrier waveforms and window waveforms used in a conventional formant synthesizer, and FIGS. 14 (a) and (b) are main diagrams. The inventor explained the operation of the method that he tried first. Which is the window waveform diagram. 1: Pulse generation circuit 2: Carrier waveform generation circuit 3: Modulation (window) waveform generation circuit 4: Forced dump waveform memory, 5, 6: Multiplier 33: Sine square wave memory

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】合成すべきフォルマント音の音高とは独立
して所望の音色に対応して任意に設定された所定の第1
の繰返し周期を有する第1の波形を発生する第1の波形
発生手段と、 正弦波の自乗またはそのべき乗波形からなり、上記第1
の繰返し周期より長い第2の周期を有する第2の波形を
発生する第2の波形発生手段と、 上記フォルマント音の音高に対応した周期のパルス信号
を繰返し発生するパルス信号発生手段と、 上記パルス信号により上記第1および第2の波形発生手
段における波形発生動作を繰り返し初期設定し上記フォ
ルマント音の音高に対応した周期で上記第1および第2
の波形を繰返し発生させる制御手段と、 少なくとも上記パルス信号の周期が上記第2の周期より
短いとき、上記パルス信号の周期で、このパルス信号に
同期して1から始まり滑らかに0に至る第3の波形を発
生する第3の波形発生手段と、 上記第1ないし第3の波形発生手段から発生される波形
を乗算する乗算手段と を具備し、上記乗算手段の出力としてフォルマント音波
形を発生することを特徴とするフォルマント音合成装
置。
1. A predetermined first set arbitrarily corresponding to a desired tone color independently of the pitch of a formant tone to be synthesized.
A first waveform generating means for generating a first waveform having a repetition period of, and a sine wave squared or exponentiated waveform thereof.
Second waveform generating means for generating a second waveform having a second cycle longer than the repetition cycle of, and pulse signal generating means for repeatedly generating a pulse signal having a cycle corresponding to the pitch of the formant tone, The waveform generating operation in the first and second waveform generating means is repeatedly initialized by a pulse signal, and the first and second waveforms are generated at a cycle corresponding to the pitch of the formant tone.
Control means for repeatedly generating the waveform of, and at least when the cycle of the pulse signal is shorter than the second cycle, the third cycle of the pulse signal starts from 1 in synchronization with the pulse signal and reaches 0 smoothly. And a multiplication means for multiplying the waveforms generated by the first to third waveform generation means, and a formant sound waveform is generated as an output of the multiplication means. Formant sound synthesizer characterized by the above.
【請求項2】前記第3の波形は、xを位相、kを正の整
数として 4kπ≦x<(4k+2)πのとき (4k+2)π≦x<(4k+4)πのとき で表わされる波形である請求項1記載のフォルマント音
合成装置。
2. The third waveform, when x is a phase and k is a positive integer and 4kπ ≦ x <(4k + 2) π When (4k + 2) π ≦ x <(4k + 4) π The formant sound synthesizer according to claim 1, which has a waveform represented by
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