JP2555738B2 - フォルマント音発生装置 - Google Patents

フォルマント音発生装置

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JP2555738B2 JP1222727A JP22272789A JP2555738B2 JP 2555738 B2 JP2555738 B2 JP 2555738B2 JP 1222727 A JP1222727 A JP 1222727A JP 22272789 A JP22272789 A JP 22272789A JP 2555738 B2 JP2555738 B2 JP 2555738B2
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    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10HELECTROPHONIC MUSICAL INSTRUMENTS; INSTRUMENTS IN WHICH THE TONES ARE GENERATED BY ELECTROMECHANICAL MEANS OR ELECTRONIC GENERATORS, OR IN WHICH THE TONES ARE SYNTHESISED FROM A DATA STORE
    • 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
    • G10H2250/261Window, i.e. apodization function or tapering function amounting to the selection and appropriate weighting of a group of samples in a digital signal within some chosen time interval, outside of which it is zero valued
    • GPHYSICS
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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
    • G10H2250/471General musical sound synthesis principles, i.e. sound category-independent synthesis methods
    • 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

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  • Electrophonic Musical Instruments (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、管楽器音や人声音(コーラス音)等を発
生させる際に用いて好適なフォルマント音発生装置に関
する。
「従来の技術」 管楽器音や人声音等のフォルマントを持つ楽音を発生
する装置として、X,Rodetにより、FOF(Formant wave F
unction)という方法が提案されている(Computer Musi
c Journal 8(3)9−4)。この方法では、フォルマ
ント状フィルタのインパルスレスポンスがs(k)=Ge
−αk・sin(ωk+φ)となることを利用し、これを
ウインドウエンベロープとして用いる。そして、s
(k)を基本ピッチ毎に発生して、それらを全て加算す
ることにより、フォルマントスペクトルを発生する。す
なわち、ウインドウエンベロープを基本ピッチ毎に発生
するとともに、発生したウインドウエンベロープに対し
てフォルマント周波数を有する正弦波を掛ける。この場
合、正弦波の位相は、ウインドウエンベロープの開始点
毎にリセットされる。
しかし、この方法においては、ウインドウエンベロー
プが基本的に指数関数(e−αk)であるため、減衰時
間が長く音素の重なりが発生し易いという問題があっ
た。例えば、第9図に示すようにピッチ(1/fo)が低い
場合には音素の重なりがないが、第10図に示すようにピ
ッチがある程度高くなると音素の重なるが発生する。こ
のような場合は、重なりの数に対応するだけの音素発生
器を並列に具備する必要があり、ハードウエアの規模が
大となる欠点があった。
このような欠点を解決したものとして、特願平1−77
383号がある。この装置は、ウインドウエンベロープと
して減衰の早いものを用いることにより、ピッチが高く
なっても音素の重なりが抑えられるようになっている。
さらに、当該装置においては、ピッチが非常に高くなっ
て音素の重なりが発生しても、その重なり数が少なく、
並列駆動すべき音素発生器の数をピッチに対応して予め
求めることができる。そして、所望のピッチに対応した
数の音素発生器を適宜駆動するようにし、ハードウエア
の増大を抑えている。
「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、特願平1−77383号に示される装置に
おいては、装置に具備し得る音素発生器の数が有限であ
るため、発生可能なピッチ周波数の限界が存在した。実
験によると、例えば、音声発生器を2つ設けた場合にお
いても、ピッチは1KHzが限界であった。
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、
ハードウエアの規模を大きくすることなく、極めて高い
ピッチのフォルマント音の発生を行うことができるフォ
ルマント音発生装置を提供することを目的としている。
「課題を解決するための手段」 この発明は、上記課題を解決するために、音高周期に
対応したピッチ制御信号を発生するピッチ制御信号発生
手段と、窓関数のバンド幅に対応したバンド幅制御信号
を発生するバンド幅制御信号発生手段と、前記ピッチ制
御信号とバンド幅制御信号とを比較することにより、バ
ンド幅が音高周期を越えるか否かを判定し、越える場合
にはピッチ制御信号を、越えない場合にはバンド幅制御
信号を各々選択する選択手段と、前記選択手段によって
選択されたバンド幅制御信号またはピッチ制御信号に対
応した周期で窓関数を発生する窓関数発生手段と、フォ
ルマント中心周波数を有する周期的関数を発生する周期
関数発生手段と、前記周期関数発生手段によって発生さ
れた周期関数を前記窓関数発生手段によって発生された
窓関数によって変調する変調手段とを具備することを特
徴としている。
「作用」 ピッチが低く、窓関数のバンド幅がピッチを越えない
場合にはバンド幅制御信号に基づく所定の周期で窓関数
が発生される。一方、ピッチが高くなり、バンド幅がピ
ッチを越えるようになると、前記選択手段によってピッ
チ制御信号が選択され、これに基づく周期で窓関数が発
生される。したがって、窓関数のバンド幅がピッチに追
従して狭くなり、フォルマント音の重なりが回避され
る。
「実施例」 次に、図面を参照してこの発明の実施例について説明
する。
(1)実施例の構成 第1図は、この発明の一実施例である電子楽器の構成
を示すブロック図である。図において、楽音制御情報発
生回路1は、キーボードとその周辺回路とから構成され
ており、押下されたキーに対応する周波数データfo(音
高に対応)と、キーが押下されていることを示すキーオ
ン信号KONと、フォルマント中心周波数ffと、バンド幅
周波数fbwとを出力する。ここで、フォルマント中心周
波数ffとは、ウィンドウ(窓関数)に乗算される周期波
形(この実施例ではsin波)の周波数であり、バンド幅
周波数fbwとは、ウインドウの時間幅を規定する周波数
である。また、この実施例においては、フォルマント中
心周波数ffおよびバンド幅fbwは、音色毎にその値が設
定されており、指定された音色に対応する値が適宜出力
されるようになっている。
次に、位相発生器2は、アキュームレータによって構
成されており、楽音制御情報発生回路1から供給される
周波数データfoを順次累算する。この位相発生器2は、
オーバーフローするとリセットされ再び0から累算動作
を行うようになっている。したがって、位相発生器2の
累算周期は、周波数データfoに対応した時間になり、周
波数データfoが大きいほど小さくなる。ここで、第2図
(イ)に、位相発生器2の累算値を示す。また、位相発
生器2はオーバーフローパルス(例えば、最上位ビット
MSB)を微分回路3に供給するようになっている。微分
回路3は、ワンショットマルチバイブレータから構成さ
れており、オーバーフローパルスが立ち上がると、第2
図(ロ)に示すように所定幅のリセットパルス信号RSを
位相発生器4および位相発生器12に供給する。すなわ
ち、微分回路3は、位相発生器2の出力値が0になるタ
イミングを検出し、このタイミングにおいてリセットパ
ルスRSを出力する。
10は比較器であり、周波数データfoとバンド幅周波数
fbwとを比較し、fo≧fbwのときに切換信号Sbをセレクタ
11へ出力する。セレクタ11は、A入力端にバンド幅周波
数fbwが、B入力端に周波数データfoが各々供給されて
おり、切換信号Sbが供給されるとB入力端を選択するよ
うになっている。このセレクタ11を介して出力されるバ
ンド幅周波数fbwまたは周波数データfoは、位相発生器1
2に供給される。位相発生器12は、バンド幅fbwまたは周
波数データfoを順次累算し、この累算結果をsin2(x/
2)テーブル13ヘアドレスデータとして供給する。位相
発生器12における累算は、第2図(ハ)に示すように、
オーバーフローするとその値を保持するようになってお
り、また、リセットパルスRSが供給されるとリセット状
態となり、再び累算を繰り返すようになっている。
sin2(x/2)テーブル13の出力データは、第2図
(ヘ)に示すようになり、これがウインドウとなる。こ
のウインドウは乗算器6の一方の入力端に供給される。
次に、位相発生器4は、フォルマント中心周波数ff
値を順次累算する回路である。この場合、フォルマント
中心周波数ffが低いときは累算の速度が小さく、フォル
マント中心周波数ffが高いときは累算の速度が大きくな
る。また、累算値がオーバーフローしたときは再び初期
値に戻って累算を繰り返すようになっている。したがっ
て、フォルマント中心周波数ffが高いときは累算の繰り
返し周期が短く、逆にフォルマント中心周波数ffが低い
ときは繰り返し周期が長い。また、位相発生器4は、リ
セットパルスRSが供給されると強制的にリセットされ、
位相発生器2との同期が取られるようになっている。こ
こで、第2図(ニ)に位相発生器4の累算値の変化を示
す。
位相発生器4の累算出力は、sinxテーブル5にアドレ
スデータとして供給されるようになっており、このsinx
テーブルから読出されたsin波データ(第2図(ホ)参
照)は、乗算器6の他方の入力端に供給される。これに
より、乗算器6においては、sinx(周期関数)とウイン
ドウとが乗算され、フォルマント音信号(第2図(ト)
参照)が作成される。
15はエンベロープジェネレータであり、キーオン信号
KONが供給されると、所定のエンベロープ信号を発生
し、乗算器14の一方の入力端に供給する。乗算器14の他
方の入力端には、乗算器6の乗算結果が供給されてお
り、これにより、フォルマント音信号にエンベロープが
付される。この乗算器14の出力信号は、DAC16によりア
ナログ信号に変換される。
(2)実施例の動作 次に、上述した構成によるこの実施例の動作について
説明する。
まず、fo<fbwのときは、比較器10が切換信号Sbを出
力しないから、セレクタ11はA入力端を選択する。これ
により、バンド幅周波数fbwは、セレクタ11を介して位
相発生器12へ供給される。この結果、sin2(x/2)テー
ブル13から出力されるウインドウの幅はバンド幅周波数
fbwに対応した所定幅(固定値)となる。この状態にお
いては、fo<fbwであるから、音の周期(リセットパル
スRSの周期に対応)の方がバンド幅fbwより大きく、波
形の重なりは生じない。一例としてfbw=800Hz、ff=63
00Hzのときに,fo=300Hzおよび500Hzとした場合のフォ
ルマント音の波形図を第3図(イ)、(ロ)に示す。ま
た、この場合の周波数スペクトルを第4図(イ)、第5
図(イ)に各々示す。なお、第4図(ロ)、第5図
(ロ)は、エンベロープをかけた場合の波形図である。
次に、fo≧fbwのときは、比較器10が切換信号Sbを出
力し、セレクタ11がB入力端子を選択する。この結果、
バンド幅周波数fbwに替えて周波数データfoが位相発生
器12に供給され、ウインドウの幅が周波数データfoに対
応したものとなる。これにより、発音の周期(ピッチ:1
/fo)とウインドウ幅とが等しくなり、ピッチの変化に
応じてウインドウの幅が変化する。したがって、ピッチ
が上昇すれば、それに応じてウインドウ幅が狭くなり、
いかなるピッチにおいても音の重なりが生じることがな
い。
一例として、ff=6300Hzのもとにおいて、fo=800H
z、1100Hz、1400Hzとした場合のフォルマント音の波形
を第3図(ハ)、(ニ)、(ホ)に示す。これらの図か
らも判るように、音の重なりはピッチが高い場合におい
ても生じない。また、この場合の周波数スペクトルを第
6図(イ)、第7図(イ)、第8図(イ)に各々示す。
なお、第6図(ロ)、第7図(ロ)、第8図(ロ)は、
エンベロープをかけた場合の波形図である。
fo=1100H,1400Hzの場合の周波数スペクトルにおいて
は、fbw=800Hzに固定した場合に比べて高調波成分(倍
音)の比率に多少の変化が見られるが(第7図(イ)、
第8図(イ)参照)、音質的には問題がない。
[発明の効果] 以上説明したように、この発明によれば、音高周期に
対応したピッチ制御信号を発生するピッチ制御信号発生
手段と、窓関数のバンド幅に対応したバンド幅制御信号
を発生するバンド幅制御信号発生手段と、前記ピッチ制
御信号とバンド幅制御信号とを比較することにより、バ
ンド幅が音高周期を越えるか否かを判定し、越える場合
にはピッチ制御信号を、越えない場合にはバンド幅制御
信号を各々選択する選択手段と、前記選択手段によって
選択されたバンド幅制御信号またはピッチ制御信号に対
応した周期で窓関数を発生する窓関数発生手段と、フォ
ルマント中心周波数を有する周期的関数を発生する周期
関数発生手段と、前記周期関数発生手段によって発生さ
れた周期関数を前記窓関数発生手段によって発生された
窓関数によって変調する変調手段とを具備したので、音
素発生系が1つであっても、極めて高いピッチのフォル
マント音の発生を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第2図は同実施例における回路各部の波形図、第3図は
同実施例において発生したフォルマント波形を示す波形
図、第4図〜第8図は各々同実施例において発生したフ
ォルマント音の周波数スペクトルおよびアタックエンベ
ロープをかけた場合のフォルマント音波形を示す波形
図、第9図及び第10図は各々従来装置におけるフォルマ
ント音波形を示す波形図であり、第9図はピッチが低い
場合、第10図はピッチが高い場合の波形図である。 2……位相発生器(ピッチ制御信号発生手段)、3……
微分器(ピッチ制御信号発生手段)、4……位相発生手
段(周期関数発生手段)、5……sinxテーブル(周期関
数発生手段)、6……乗算器(変調手段)、10……比較
器(選択手段)、11……セレクタ(選択手段)、12……
位相発生器(窓関数発生器)、13……sin2(x/2)テー
ブル(窓関数発生手段)、fo……周波数データ(ピッチ
指示信号)、RS……リセットパルス(ピッチ制御信
号)、fbw……バンド幅周波数(バンド幅制御信号)。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】音高周期に対応したピッチ制御信号を発生
    するピッチ制御信号発生手段と、 窓関数のバンド幅に対応したバンド幅制御信号を発生す
    るバンド幅制御信号発生手段と、 前記ピッチ制御信号とバンド幅制御信号とを比較するこ
    とにより、バンド幅が音高周期を越えるか否かを判定
    し、越える場合にはピッチ制御信号を、越えない場合に
    はバンド幅制御信号を各々選択する選択手段と、 前記選択手段によって選択されたバンド幅制御信号また
    はピッチ制御信号に対応した周期で窓関数を発生する窓
    関数発生手段と、 フォルマント中心周波数を有する周期的関数を発生する
    周期関数発生手段と、 前記周期関数発生手段によって発生された周期関数を前
    記窓関数発生手段によって発生された窓関数によって変
    調する変調手段と、 を具備することを特徴とするフォルマント音発生装置。
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