JPH02271396A - Formant sound synthesizing device - Google Patents

Formant sound synthesizing device

Info

Publication number
JPH02271396A
JPH02271396A JP1091761A JP9176189A JPH02271396A JP H02271396 A JPH02271396 A JP H02271396A JP 1091761 A JP1091761 A JP 1091761A JP 9176189 A JP9176189 A JP 9176189A JP H02271396 A JPH02271396 A JP H02271396A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
waveform
formant
pitch
formant sound
window
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP1091761A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2504178B2 (en
Inventor
Tetsuo Nishimoto
西元 哲夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yamaha Corp
Original Assignee
Yamaha Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yamaha Corp filed Critical Yamaha Corp
Priority to JP1091761A priority Critical patent/JP2504178B2/en
Publication of JPH02271396A publication Critical patent/JPH02271396A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2504178B2 publication Critical patent/JP2504178B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • 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
    • 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
    • G10H2250/471General 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
    • 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

PURPOSE:To synthesize diverse timbre and high-pitch formant sound by multiplying a formant sound pitch by the period waveform of independent desired timbre and a necessary window waveform, and further multiplying the result by a necessary damp waveform. CONSTITUTION:The window waveform (d) of a modulated wave is generated by the modulated wave generating circuit 3 consisting of a phase accumulator 31, applied with formant band width information BW controlled with a period waveform (b) corresponding to formant sound pitch outputted by a pulse generating circuit such as an accumulator 11 applied with the fundamental frequency information Fo on the fundamental pitch of formant sound pitch, and a sine square or its power circuit 32. A multiplier 5 multiplies this waveform (d) by the period waveform (e) corresponding to the desired timbre of a carrier generating circuit 2 such as an accumulator 21 controlled with a formant center frequency Ff and a multiplier 6 further multiplies the result with an output waveform (g) from a forcible damp waveform memory 4 to easily synthesize a high-pitch formant sound with diverse timbre that a window does not overlap with even when the period of the waveform (b) is shorter than the waveform (d).

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ この発明は、人声の母音や自然楽器音等のような)オル
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
ィルマント音合成装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Field of Application] The present invention relates to a device for electrically synthesizing ormantic sounds (such as vowels of human voices and sounds of natural instruments), and particularly relates to a device for electrically synthesizing ormantic sounds (such as vowels of human voices and sounds of natural instruments), and particularly, The present invention relates to a firmant sound synthesis device capable of synthesizing various formant sounds.

[従来技術] 第11図は、バス歌手が音高C5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] Fig. 11 shows an amplitude waveform diagram (a) and an amplitude spectrum diagram (b) when a bass singer utters the "A' sound at pitch C5.
shows. Further, FIG. 12 shows a general amplitude spectrum distribution curve of such a formant sound. In FIG. 12, ff is the formant center frequency and Bw is the formant bandwidth.

このようなフォルマント音波形は、周波数ft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/f、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、ウィンドウ波形という
)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f0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 the 13th frequency ft.
The first waveform as shown in Figure (b) and the first waveform with a longer period of 1/f rise from the reference level to a high level and then fall towards the reference level (Figure 13(a) )
A second waveform (hereinafter referred to as a window waveform) as shown in (hereinafter referred to as a window waveform) is repeatedly generated while initially setting the frequency f0 corresponding to the pitch (fundamental pitch) of the formant sound to be generated, and these waveforms are It can be obtained by multiplying. As a specific configuration of such a device, an example in which it is used as a sound source for an electronic musical instrument is disclosed in Japanese Patent Publication No. 59-19352 by the present applicant, for example.

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 Patent Publication No. 59-19352 changes the timbre by varying the rate of change 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, there is a limit to the range of timbre change simply by making the readout period variable.

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−aksin  (ωに+φ)な
る演算により変形したウィ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、多様なウィンドウ波
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, a method using a window waveform obtained by transforming a sine wave by calculating S (k) = Ge-aksin (+φ for ω) is proposed as an FOF method for IRCAM. In this method, by varying α and ω as parameters, it is possible to obtain a variety of window waveforms, thereby making it possible to vary the formant bandwidth Bw and, therefore, the timbre more broadly as shown in Fig. 14. .

しかしながら、このFOF方式は、ウィンドウ波形が基
本的に指数的減衰波形であるため、減衰時間が長く、音
素の瓜なりが多く発生してしまう。このため、瓜なりの
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、ハードウェア構
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 phonemes often distort. Therefore, it is necessary to provide as many phoneme generators (in particular, the second waveform generating means and the multiplication means) in parallel, resulting in an inconvenience that the scale of the hardware configuration increases.

そこで、本発明者は、上記ウィンドウ波形として、 5(t)zsin2nkt   (但し、n! 2 ”
)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 inventor of the present invention created the window waveform as follows: 5(t)zsin2nkt (however, n! 2 ”
). This waveform is kt-
Since it is completely attenuated up to 2π, the attenuation time is short and the number of phoneme overlaps is reduced, making it possible to reduce the number of generators (phoneme generators or operators). In addition, two or more generators are used to alternately generate phonemes, and the structure is configured so that it can cope with the occurrence of overlapping phonemes equal to the number of generators, making it possible to synthesize formant sounds up to even higher pitches (hereinafter referred to as , called the advance 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′形状のウィンドウをかける。このウィンドウは
、基本ピッチごとに発生する。上記正弦波の位相は、ウ
ィンドウの開始点ごとにリセットされる。したがフて、
高いピッチの音を出す場合には、ウィンドウの発生周期
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、ウィンドウの幅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、ウィンドウの幅Wをピッチにかかわらず一定に保つ
必要がある。低いビッチの音を合成する場合にはウィン
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
すようにウィンドウが重なってくると単一のジェネレー
タではウィ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 a formant sound waveform, a 'shaped window corresponding to the timbre is applied to the first waveform of the formant frequency, for example, a sine wave. This window occurs for each basic pitch. The phase of the sine wave is reset at each starting point of the window. But then,
When producing high-pitched sounds, the window generation period must be shortened. On the other hand, the formant band width Bw has a property that the wider the window width W (see FIG. 14(a)), the narrower it becomes. Therefore, in order to keep the formant bandwidth constant regardless of the pitch, it is necessary to keep the window width W constant regardless of the pitch. When synthesizing low pitch sounds, the windows do not overlap, so a single generator is fine. However, as the pitch becomes higher and the windows overlap as shown in FIG. 14(b), it becomes a problem how to process the overlapping portions of the windows with a single generator.

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ィンドウ波
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ジ工ネレータ方式の場合、f、wlkH
z程度であった。
Even in the above-described prior method by the present inventor, since the number of generators used is finite, there is always a limit to the pitch that can be synthesized, that is, a minimum pitch at which the window waveforms of each generator do not overlap. According to the inventor's experiments, in the case of the two-gear generator system, f, wlkH
It was about z.

〔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 synthesis device that has a simple configuration, can generate various tones, and can synthesize higher pitch formant sounds.

[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(ウィンドウ
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O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 effects for solving the problem] In order to achieve this object, the present invention provides a formant sound independent of the pitch of the formant sound to be synthesized, which is repeatedly initialized and generated at a period corresponding to the pitch. A first waveform having a repeating period and a second waveform (window waveform) having a longer period than the first waveform are repeatedly initialized at the basic pitch of the formant sound, and these first and second waveforms are generated by repeatedly initializing them at the basic pitch of the formant sound. In a formant sound synthesis device that synthesizes a formant sound signal by multiplying two waveforms, a waveform of the square of a sine wave or a power thereof is used as the second waveform, and at least the basic pitch is the same as that of the second waveform. When it is shorter than the cycle, generate a third waveform starting from 1 and smoothly reaching O in synchronization with the first and second waveform generation operations, and multiplying this with the first and second waveforms. It is characterized by

[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ft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(Bo)は1 
/ f t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 /f、の周
期で繰返し発生させられるウィンドウ用エンベロープ(
第2の波形)で、(B)はウィンドウの周期Wが周期1
/f0より短い場合の波形、(Bo)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、cos”
”2πfot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、(Do)は(A)、(Bo)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 this invention, to explain by giving a specific example, the first
As waveforms 3 to 3, waveforms as shown in FIGS. 1(A) to 1(C) are generated, respectively. In FIG. 1, (A) is a sine wave (first waveform) having a frequency equal to the formant center frequency ft. (B) and (Bo) are 1
/ f A window envelope (
(2nd waveform), (B) shows that the period W of the window is period 1
/f0 is the waveform when it is shorter, (Bo) is the waveform when it is longer, (C) is the forced dump envelope (third waveform) that is a feature of this invention, and here, cos''
"An example using the first 1/4 waveform of 2πfot is shown. Formant sound is synthesized by multiplying these three waveforms. (D) is (A), (B) and (C) The formant sound waveform obtained by multiplying the waveform shown in is shown, and (Do) is (A), (Bo) and (C)
The formant sound waveform obtained by multiplying the waveform shown in is shown.

すなわち、この発明においては、ウィンドウの周期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
、ウィンドウ波形を第1図(Bo)に示すように強制的
にリセットすることにより、ウィ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
音色が長ピツ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N2の波形とともに乗算する。こ
れにより、とのフォルマント音合成装置における動作は
、ウィンドウ波形(Bo)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ィンドウ波形を
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 this invention, when attempting to synthesize a formant sound with a pitch shorter than the window period W, the window waveforms are forcibly reset as shown in FIG. 1 (Bo), thereby preventing the overlap of the window waveforms. Instead, the formant sounds are synthesized using a single generator. However, if this forced reset is continued, the spectrum of the formant sound, that is, the timbre, will be significantly different from the long pitch sound. Therefore,
In this invention, as shown in (C), the forced dump waveform starts from 1 and smoothly reaches 0 at the period of the basic pitch and in synchronization with the first and second waveform generation operations. 1 and N2 waveforms. As a result, the operation of the formant sound synthesizer is to convert the smoothly attenuating window waveform obtained by multiplying the window waveform (Bo) by the forced dump waveform (C) into the sine wave ( This is equivalent to multiplying by A). Therefore, changes in formant spectrum (timbre) due to pitch changes can be reduced.

なお、強制ダンプ用波形(C)としては、「1から始ま
ってOにつながるJ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d y / d xがOであ
る波形が望ましい。
In addition, as the forced dump waveform (C), use the J waveform that starts from 1 and continues to O. Here, in particular, 1/
Forced dump waveform (C) regardless of the size of fo and W
In the case of using a method of multiplying , it is desirable to have a waveform in which (1) the flat portion is appropriately long, and (2) the slope dy/dx of the starting point and ending point is O.

その理由は、音素が1/f0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 for this is that when the phonemes are shorter than 1/f0, 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 unnecessary This is to prevent sideband waves 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。[Example] Hereinafter, this invention will be explained 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。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a formant sound synthesis device according to an embodiment of the present invention.

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。
Moreover, FIGS. 3-3 are operation timing waveform charts of each part of the apparatus of FIG. 2.

同図の装置は、パルス発生回路1、搬送波形発生回路2
、ウィ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Ffs 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BIl1%
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等に基づいてフィルマント音を合成する。
The device shown in the figure includes a pulse generation circuit 1, a carrier waveform generation circuit 2
, a window waveform generation circuit 3, a forced dump waveform generation circuit 4, multipliers 5, 6, 7, a D/A converter 8, and the like. Such a device is used, for example, as a sound source for an electronic musical instrument, and is provided with a formant center frequency information value Ffs, a formant fundamental frequency information value FO, and a formant bandwidth value BI1% given from a sound generation control means (not shown).
A firmant sound is synthesized based on the formant sound amplitude (envelope) waveform data ENV, etc.

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0位相アキュムレータ11は、所定の
クロックパルスφに同期して上記フィルマント基本周波
数情報値F。を累算する。
In the pulse generation circuit 1, a 0-phase accumulator 11 consisting of a phase accumulator 11 and a differentiator 12 generates the fillant fundamental frequency information value F in synchronization with a predetermined clock pulse φ. Accumulate.

ここで、フォルマント基本周波数情報値F0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((1=1.2,3
.・・・・・・)を出力する。
Here, the formant fundamental frequency information value F0 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 has an accumulated value QFO ((1 =1.2,3
.. ......) is output.

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MSB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およびウィ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、強制ダンプ川波形メそり4ヘアドレス
信号として供給される。
Figure 3 ■ shows the accumulated value output of the phase accumulator 11, and Figure 3 ■'' shows the most significant bit (MSB) of this accumulated value.
shows the output of Differentiator 12 differentiates the falling edge of this MSB output. Therefore, this pulse generation circuit 1 generates a pulse signal (see Fig. 3) as the output of this differentiator 12 with a period corresponding to the pitch of the formant sound to be generated.
occurs repeatedly. This pulse signal is supplied to carrier waveform generation circuit 2 and window waveform generation circuit 3 as an initial setting signal. Further, the accumulated value output QFo of the phase accumulator 11 is supplied as a forced dump river waveform mesori 4 head 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かうなる0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Frを累算し、その累算値qFr  (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qFr)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F、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 2πfπが順次
出力される。
In the carrier waveform generation circuit 2, a 0-phase accumulator 21 consisting of a phase accumulator 21 and a sine wave memory 22 accumulates the formant center frequency information value Fr in synchronization with the clock pulse φ, and calculates the accumulated value qFr (Q-
1, 2, 3, . . . ) are sequentially output as read address signals of the sine wave memory 22. The sine wave memory 22 stores the sequential sample point amplitude values sin θ of one period of the sine wave at each address, and the amplitude values sinθ are stored at the addresses designated by the address signal (accumulated value qFr) output from the accumulator 21. The sine wave amplitude values that are present are sequentially read out. As a result, the sine wave memory 22 sequentially outputs sample point amplitude values sIn 2πfπ of the sine wave at a frequency ff corresponding to the frequency information value F in accordance with the clock pulse φ.

ここで、フォルマント中心周波数情報値F。Here, formant center frequency information value F.

は、発生すべきフォルマント音の音高f。とけ独立して
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f、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ftに
等しい周波数の正弦波(第3図■)を発生することにな
る。
is the pitch f of the formant sound to be generated. It is set to a value corresponding to the formant center frequency f, which is one of the parameters that independently indicates the timbre of the formant sound. Therefore, this carrier waveform generating circuit 1 generates a sine wave (see FIG. ■) will occur.

ウィ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かうなる0位相アキュム
レータ31は、バンド幅値Byを上記クロックパルスφ
に開閉して累算し、その累算値QBw  (q=f、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sin’θ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3!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5in
2ktが順次読出される(第3図■)。
The window waveform generation circuit 3 includes a phase accumulator 31
and a 0-phase accumulator 31 consisting of a sine square wave memory 32 converts the bandwidth value By into the clock pulse φ
The accumulated value QBw (q=f, 2
,3. ...) are sequentially output as read address signals of the sine square wave memory 32. Moreover, as shown in FIG. 3, this phase accumulator 31 has an accumulated value of 2π.
When the value corresponding to 2π is reached, the accumulation operation is stopped and the value corresponding to 2π is continued to be output. In the sine square wave memory 32, sequential sample point amplitude values of 1/2 cycle of the sine square wave sin'θ are stored at each address, and the accumulator 3! The sine square wave amplitude value 5in stored at the address specified by the address signal (cumulative value qBw) output from
2 kt are sequentially read out (Fig. 3).

強制ダンプ用波形メモリ4kは(1−sin”θ)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qF、mx)に基づい
て指定されたアドレスx / 4k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F。に対応する周波数f0の強制ダンプ
用波形の順次サンプル点振幅値1−5in2nπfot
/2が順次出力される(第3図■)。
The waveform memory 4k for forced dump is 1 of (1-sin”θ)
Sequential sampling point amplitude values of /4 cycles are stored in each address, and the address x / 4k memory is specified based on the address signal (accumulated values qF, mx) output from the accumulator 11 of the pulse generation circuit 1. The forced dump waveform amplitude values that have been set are sequentially read out. As a result, the frequency information value F is output from the forced dump waveform memory 4 according to the clock pulse φ. Sequential sample point amplitude value 1-5in2nπfot of forced dump waveform of frequency f0 corresponding to
/2 are sequentially output (■ in Figure 3).

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 2πf、t(第3図■)とウィ
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sIn”kt(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 2ytfy t)
と(sln”k t )との積(第3図■)が得られる
In the multiplier 5, the sine wave amplitude value sin 2πf,t (Fig. 3) output from the carrier waveform generation circuit 2 and the sine square wave amplitude value sIn''kt (3 Figure ■).Thereby, as the output of multiplier 5, (sin 2ytfy t)
The product of (sln''k t ) (Fig. 3) is obtained.

乗算器6は、乗算器5から出力される積(sin2 r
c f 1 t)・(5ln2k t )にメそり4か
ら出力される強制ダンプ波形(1−s1021πf、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 2 πf 、 t )と第2の
波形(sin”k t )と第3の波形(1−5in”
 π fot/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。
Multiplier 6 outputs the product (sin2 r
The forced dump waveform (1-s1021πf, t
/2). As a result, the output of the multiplier 6 is the first waveform (sin 2 πf, t), the second waveform (sin"k t), and the third waveform (1-5in").
π fot/2) (Fig. 3 ■) is obtained. This product indicates the sequential sample point amplitude value 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 2 y
r f y t)−(5ln2k t)・(1−5in
”πfOt/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(1とエンベロープ波形値ENVとの積
である(sin 2πfπ)・(sin”kt)・(1
−sin2nπfo t/2)4NV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 for adding an envelope to the formant signal, and the output of the multiplier 5 (sin 2 y
r f y t)-(5ln2k t)・(1-5in
”πfOt/2) and the above envelope waveform data ENV
Multiply by As a result, the output of the multiplier 7 is the product of the formant sound amplitude (1 and the envelope waveform value ENV) (sin 2πfπ)・(sin”kt)・(1
−sin2nπfot/2)4NV is obtained. This product indicates the sequential sample point amplitude value 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。
This 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、 4kyc≦x< (4k+2)πのとき1 + (5l
n2i )’ (4k+2)π≦x< (4k+4) πのとき1−(
・i・′(号−刊)。
Note that FIG. 4 shows the forced dump waveform output from the forced dump waveform memory 4. This waveform is expressed as 1 + (5l
n2i )'(4k+2)π≦x< (4k+4) When π, 1−(
・i・′ (Issue-Issue).

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1−(
sin’牙)’ヲ示す。
In the figure, the parameter n is set to 1, respectively.
, 4.Curve 1-( when set to 16, 64, 256
sin'tusk)' wo show.

次に、第2図の装置を用い、パラメータnおよびウィン
ドウ幅Wを様々に設定してフォルマント中心周波数がf
t =4kHzで、基本周波数がf、=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 window width W are set variously so that the formant center frequency becomes f.
An example will be described in which a formant sound is synthesized at t = 4 kHz and the fundamental frequency is f = 200 Hz.

第5〜第7図は、ウィンドウ幅Wと基本ピッチ1/f0
を等しく設定して、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。
Figures 5 to 7 show the window width W and basic pitch 1/f0.
are set equal, and the parameters n are set to 0, 16, .
The waveform (a) and amplitude spectrum (b) of a formant sound are shown in the case where n=0 means no forced dumping.

これらの第5〜第7図を比較することにより、ウィンド
ウ幅Wが基本ピッチ1/f0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。
By comparing these FIGS. 5 to 7, it can be seen that if the window width W is shorter than the basic pitch 1/f0, the effect of multiplication by the forced dump envelope waveform will hardly appear.

第8〜第10図は、基本ピッチI/foをウィンドウ幅
Wの1/2に設定して、パラメータ口を上記と同様にそ
れぞれO(強制ダンプなし)。
In FIGS. 8 to 10, the basic pitch I/fo is set to 1/2 of the window width W, and the parameter port is set to O (no forced dump) as above.

16.64k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、ウィンドウ幅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。
Waveform of formant sound when setting 16.64k (a
) and amplitude spectrum (b), these 8th to
By comparing FIG. 10, when the window width W is longer than the basic pitch 1/fo, a good formant with a narrow band width can be obtained by multiplying by the forced dump waveform.

なお、上述の実施例においては、ウィンドウ波形として
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25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Byを調整することができる。また、このSをウィン
ドウ波形の前半と後半とで異ならせて、ウィンドウ波形
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 addition, in the above-mentioned embodiment, an example was shown in which a sine square wave was used as the window waveform, but it is also possible to use a sine square wave obtained by raising this to a power. In this case, by changing S, the formant bandwidth By can be adjusted. Furthermore, by making S different between the first half and the second half of the window waveform to make the window waveform asymmetric between the first half and the second half, it is possible to adjust the balance between the formant band width Bw and the bottom waveform. Furthermore, by setting S in the latter half to a large value, it is possible to make it less susceptible to the influence of forced dumping.

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。
In addition, in the above description, a sine wave is used as the carrier waveform in order to synthesize a formant sound waveform with a unimodal spectrum, but by using a signal having frequency components corresponding to each peak of the amplitude spectrum as the carrier waveform, , it is possible to synthesize a formant sound waveform that has multiple peaks in its amplitude spectrum.

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。
Further, in the above description, multiplication is performed using a multiplier, but by handling each data logarithmically, an adder can be used instead of the multiplier. In this case, a log/antilog converter is ultimately 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、加算器で加算すること
によって、ウィンドウ波形の幅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
としてハードウェア構成を簡略化することができる。ま
たは、同等のハードウェ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17f。
[Effects of the Invention] As explained above, conventionally, each phoneme is synthesized using two or more operators and then added by an adder, so that the width W of the window waveform is long (the formant bandwidth is However, according to this invention, each time a new phoneme begins, if the previous phoneme continues, it is forcibly dumped.
One formant sound can be synthesized with a single operator. Therefore, although a waveform generator for forced dumping is required, the number of operators can be reduced, and as a result, the hardware configuration can be simplified. Alternatively, a larger number of formant sounds can be generated simultaneously with the same hardware configuration. In this case, the basic pitch is 17f.

に対してウィンドウ幅Wが長くなる程、強制ダンプの影
響が強く現われ、f0/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
なフィ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。
The longer the window width W becomes, the stronger the influence of forced dump appears, and the more complex control logic such as generating phonemes at a cycle of f0/n (n is the number of operators) and accumulating them, becomes more pronounced. This is no longer necessary, and greater benefits can be obtained, such as an increase in the number of firmant sounds that can be generated simultaneously.

また、常時、強制ダンプするように構成した場合でも、
音素のウィンドウ幅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。
Also, even if configured to always force dump,
When the window width W of a phoneme is short, it is possible to reduce the influence of forced dumping and to obtain a performance comparable to that of the conventional system.

さらに、従来方式においては、f、/nより長い周期の
音素は取り扱うことができなかフた。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ぎしばしば発生
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。
Furthermore, in the conventional method, phonemes with a period longer than f, /n cannot be handled. Such phonemes often occur when the formant width is narrowed in the high range, but according to the present invention, formant sounds can be synthesized without being subject to such limitations.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation 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、自然フィ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ィ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ィンドウ波形図である。 パルス発生回路 搬送波形発生回路 変調(ウィンドウ)波形発生回路 強制ダンプ用波形メモリ、 6:乗算器 :サイン自乗波メモリ 手続補正書(方式) 平成元年8月15日 特許庁長官  吉 1)文 股 殿 1、事件の表示 平成1年特許願第91761号 2、発明の名称 フォルマント音合成装置 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 住 所 静岡県浜松市中沢町10番1号名称 (407
)ヤマハ株式会社 代表者 川  上  浩 4、代理人〒105 住 所 東京都港区虎ノ門二丁目8番1号平成1年6月
30日(平成1年7月25日)6、補正の対象
FIG. 1 is a waveform diagram for explaining the basic operation of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of the formant sound synthesis device according to the present invention, and FIG. 3 is the operation timing of each part of the device shown in FIG. 2. Figure 4 is a diagram of the forced dump envelope waveform generated by the device in Figure 2. Figures 5 to 10 are formant sounds synthesized when various parameters are set for the device in Figure 3. In each figure, (a) is a waveform diagram, (b) is an amplitude spectrum diagram, Figure 11 (a) and (b) are a waveform diagram and amplitude spectrum diagram showing an example of natural fillant sound, and Figure 12 is 13(a) and 13(b) are diagrams showing carrier waveforms and window waveforms used in a conventional formant synthesis device. FIGS. 14(a) and 14(b) are schematic spectral diagrams of natural formant sounds. FIG. 4 is a window waveform diagram for explaining the operation of a method previously attempted by the present inventor. Pulse generation circuit carrier waveform generation circuit modulation (window) waveform generation circuit forced dump waveform memory, 6: Multiplier: Sine square wave memory procedure amendment (method) August 15, 1989 Commissioner of the Japan Patent Office Yoshi 1) Fumi Mata 1. Indication of the case 1999 Patent Application No. 91761 2. Name of the invention Formant sound synthesizer 3. Person making the amendment Relationship to the case Patent applicant address 10-1 Nakazawa-cho, Hamamatsu City, Shizuoka Prefecture Name ( 407
) Yamaha Corporation Representative Hiroshi Kawakami 4, Agent 105 Address 2-8-1 Toranomon, Minato-ku, Tokyo June 30, 1999 (July 25, 1999) 6, Subject to amendment

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (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 first waveform generating means that generates a first waveform having a predetermined first repetition period that is arbitrarily set corresponding to a desired timbre independently of the pitch of the formant sound to be synthesized. It consists of the square of a sine wave or its power waveform, and the first waveform is
a second waveform generating means for generating a second waveform having a second period longer than the repetition period of the formant sound; and a pulse signal generating means for repeatedly generating a pulse signal having a period corresponding to the pitch of the formant sound; The waveform generation operation in the first and second waveform generation means is repeatedly initialized by the pulse signal, and the first and second waveform generation means are
a control means for repeatedly generating a waveform of , when at least the cycle of the pulse signal is shorter than the second cycle, a third waveform that starts from 1 and smoothly reaches 0 in synchronization with the pulse signal at the cycle of the pulse signal; a third waveform generation means for generating a waveform; and a multiplication means for multiplying the waveforms generated from the first to third waveform generation means, and generates a formant sound waveform as an output of the multiplication means. A formant sound synthesis device characterized by:
(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 1−(sin^2(X/4)^n (4k+2)π≦x<(4k+4)πのとき1−{si
n^2([π/2]/[X/4])}^n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 is expressed as 1-(sin^2(X/4)^n (4k+2)π≦x< when 4kπ≦x<(4k+2)π, where x is the phase and k is a positive integer. When (4k+4)π, 1−{si
2. The formant sound synthesis device according to claim 1, wherein the formant sound synthesizer has a waveform represented by n^2([π/2]/[X/4])}^n.
JP1091761A 1989-04-13 1989-04-13 Formant sound synthesizer Expired - Fee Related JP2504178B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1091761A JP2504178B2 (en) 1989-04-13 1989-04-13 Formant sound synthesizer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1091761A JP2504178B2 (en) 1989-04-13 1989-04-13 Formant sound synthesizer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH02271396A true JPH02271396A (en) 1990-11-06
JP2504178B2 JP2504178B2 (en) 1996-06-05

Family

ID=14035535

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1091761A Expired - Fee Related JP2504178B2 (en) 1989-04-13 1989-04-13 Formant sound synthesizer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2504178B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04274294A (en) * 1991-02-28 1992-09-30 Yamaha Corp Electronic musical instrument

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04274294A (en) * 1991-02-28 1992-09-30 Yamaha Corp Electronic musical instrument

Also Published As

Publication number Publication date
JP2504178B2 (en) 1996-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
De Poli A tutorial on digital sound synthesis techniques
JPH0375877B2 (en)
WO1990013887A1 (en) Musical signal analyzer and synthesizer
JP2004527005A (en) Method for eliminating aliasing in a waveform table synthesizer
JP4076887B2 (en) Vocoder device
Serra Introducing the phase vocoder
US5243124A (en) Electronic musical instrument using FM sound generation with delayed modulation effect
JPS5919352B2 (en) electronic musical instruments
JPH079591B2 (en) Instrument sound analyzer
KR100190484B1 (en) Musical tone generating apparatus
JPS6332196B2 (en)
JPH02271396A (en) Formant sound synthesizing device
JP3147413B2 (en) Musical tone waveform synthesizer and musical tone waveform analyzer / synthesizer
JPH0363079B2 (en)
JPS59187398A (en) Wave table alteration equipment and method for generating musical sound
JP2504173B2 (en) Formant sound synthesizer
JP2699629B2 (en) Music signal generator
JP2504179B2 (en) Noise sound generator
US4294153A (en) Method of synthesizing musical tones
JP2784399B2 (en) Tone generator
JP3278066B2 (en) Formant sound synthesizer
JPH0131638B2 (en)
JPH0715640B2 (en) Sound analyzer synthesizer
JP2689765B2 (en) Noise imparting device
Goeddel et al. High quality synthesis of musical voices in discrete time

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees