JPH06245290A - パーソナルコンピューターにおける音声発生の方法および装置 - Google Patents

パーソナルコンピューターにおける音声発生の方法および装置

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JPH06245290A
JPH06245290A JP5302255A JP30225593A JPH06245290A JP H06245290 A JPH06245290 A JP H06245290A JP 5302255 A JP5302255 A JP 5302255A JP 30225593 A JP30225593 A JP 30225593A JP H06245290 A JPH06245290 A JP H06245290A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
digital
pwm
present
speaker
latch
Prior art date
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Pending
Application number
JP5302255A
Other languages
English (en)
Inventor
Thomas C Burke
シー.バーク トーマス
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.)
NCR International Inc
NCR Voyix Corp
Original Assignee
AT&T Global Information Solutions Co
AT&T Global Information Solutions International Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by AT&T Global Information Solutions Co, AT&T Global Information Solutions International Inc filed Critical AT&T Global Information Solutions Co
Publication of JPH06245290A publication Critical patent/JPH06245290A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/16Sound input; Sound output

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Audiology, Speech & Language Pathology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】コンピューター、とくにパーソナルコンピュー
ターでスピーチ(話)および音楽を含めた音声の再生も
しくは合成を行なうための手段を提供する。 【構成】デジタル装置でデジタルデータから直接にパル
ス幅変調(PWM)波列を発生し、そのPWM波列をス
ピーカーに印加する。その場合、なんら電子的デジタル
-アナログ変換を行なう必要がない。デジタルデータは
市販のコンパクトデスクに収納された音楽等のデジタル
データでも、あるいはコンピューターの作成したデータ
でもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はスピーチ(話)および音
楽を含めた音声の再生もしくは合成を行なうための装置
に関する。本発明はコンピューター、とくにパーソナル
コンピューターへの使用に供することができる。
【0002】
【従来の技術】スピーチおよび音楽のような音声は一般
に「デジタル」信号ではなく「連続的な」信号すなわち
「アナログ」信号という範疇に分類される。通常、アナ
ログ信号はこれをコンピューターその他のデジタル装置
に格納するにはデジタル信号に変換される。簡単な例を
使ってその変換を示す。
【0003】図1はマイクロフォン(図示してなし)に
よって発生されるアナログ信号を例示する。マイクロフ
ォンは音声を採取する。この信号は図2に示すような周
期的間隔で標本採集される。各標本が、矢印で示すよう
な電圧を発生する。この標本がデジタル化される。すな
わち、各標本は図3の8領域のような、ある個数の領域
と比較される。標本にはそれが該当する領域の値が与え
られる。図3では標本が領域4に該当し、値4が与えら
れる。
【0004】アナログ信号全体のデジタル化は図4に示
されている。このデジタル化によって数のシーケンス、
すなわちこの図の下部に示す数4、6、7、8・・・
3、4が発生される。このシーケンスは図5(b)に示
すようにメモリ内に2進数で格納される。(ただし図で
は簡単のため、デジタル化した信号は2進数でなく10
進数で示してある。) 音声を再構成するには各2進数
をメモリからシーケンス通りに読み出して図6に示すよ
うなデジタル-アナログ変換器(D/A)に入力する。
このデジタル-アナログ変換器が各2進数に対する電圧
を発生する。
【0005】電圧を発生する一方法が図5(a)に示し
てある。各2進数ごとにデジタル-アナログ変換器は2
進数が表す領域の中間電圧を発生する(すべての数4が
4.5となり、すべての数5が5.5となる、等々であ
る。) デジタル-アナログ変換器は図5(a)に示すよ
うな電圧のシーケンスを発生する。(もちろん図5の仮
想線で示す元のアナログ信号に対して厳密に矢印が整合
しないため、図に示すように幾分かの誤差が含まれる。
このエラーは図2の各標本がその領域の中間点に「丸め
られる」ことに起因する。)
【0006】電圧のシーケンスは図6に矢印で示す。電
圧シーケンスは増幅器APMに送られ、この増幅器がス
ピーカーに出力する。スピーカーが音声を生ずる。
【0007】デジタル-アナログ変換器は非常によく機
能する。しかしこの変換器はパーソナルコンピューター
の費用を高くする。その一つの理由はパーソナルコンピ
ューターの構成の大部分がデジタル素子からできてお
り、全部とは言わないまでもその中で行なわれる機能が
ほとんどがデジタル形態のものであるからである。デジ
タル-アナログ変換のようなアナログ機能を含めるとな
るとさらに付加的アナログ回路が必要となる。アナログ
回路を含めることは高価につく。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、電子
的に音声を合成する改良された手段を与えることであ
る。
【0009】本発明の別の課題は、パーソナルコンピュ
ーターに音声の合成のための改良手段を与えることであ
る。
【0010】本発明のさらに別の課題は、純粋にデジタ
ル機でありながら、高品質の音声を発生することのでき
る音声合成システムを与えることである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明はその一形態にお
いて、既にデジタル化された市販の音声を利用する。デ
ジタル化された音声を、パルス幅変調した波列(pulse-
width modulation wavetrain, 以下、PWM波列とい
う)に変換する。本発明はこのPWM波列を直接にスピ
ーカーに出力し、スピーカーが音声を再生する。
【0012】
【実施例】
【本発明のいくつかの原理の簡単な説明】本発明の一つ
の形態が図7に示してある。図7位示す標本は図5
(b)に示した者である。本発明はこのようなデジタル
化した標本のシーケンスを受信する。本発明はこのシー
ケンスをPWM波列に変換する。すなわち各デジタル化
された標本(すなわち4、6、7、8・・・3、4)が
各々、パルスに変換される。各パルスの持続時間は図7
に示すように標本の大きさに比例する。すなわち図7で
は「4」標本は4単位の長さのパルスを生じ、「6」標
本は6単位の長さを生ずる。
【0013】PWM波列は増幅器AMPに入力され、増
幅器AMPはスピーカーに出力する。(場合によっては
増幅器が必要ない。)
【0014】本発明をより詳細に説明すると次のとおり
である。図8は一周期を例示している。本発明はこの期
間に二つの事象を行なう。その一つは、図に計数値と表
記したゼロから7までの数をカウンタ(図示してなし)
が計数する。二つ目は、ラッチ装置(図示してなし)が
ある数を保持する。図8におけるこの数はラッチ保持値
(latch contents)と表記したように1である。
【0015】本発明はこの二つの事象を図9に示すよう
に連続的に反復する。(ただしラッチ保持値は一般に周
期ごとに異なる。) すなわち、周期1では、カウンタ
は0から7まで計数する。ラッチ保持値は数1である。
周期2では、カウンタは再び0から7まで計数する。ラ
ッチ保持値は数2である。周期3では、カウンタは再び
0から7まで計数する。ラッチ保持値は数3である。以
下同様。
【0016】本発明は各周期を二つの小周期に分割す
る。その分割点は、計数値がラッチ保持値に等しくなる
時刻(図10で点線の箱で示す)である。本発明は各計
数値0のときPWMパルスを開始し、上記分割点でそれ
を終了する。分割点は各点線の箱内にある。
【0017】例えば、図10の周期1ではPWMパルス
は最も左にカウンタオーバーフローと表記した点線の時
刻0で開始する。ラッチ保持値が計数値(点線の箱B1
内)に等しくなったとき、PWMパルスは終了する。
【0018】言い換えると、終了前はラッチ保持値が計
数値より大きい。終了後はその逆が起きる。すなわち計
数値がラッチ保持値を超える。
【0019】次に、計数値が0(図10では点P)に戻
るとき、本発明は図に示すようにPWM信号を再び
「高」にする。ここで別のパルスが開始する。
【0020】次に計数値がラッチ保持値(箱B2内)に
達すると、本発明はPWM信号を低に下げる。
【0021】これと同じ手続きが図10に示す残りの周
期にも起きる。すなわち 1.カウンタがオーバーフローするとき、すなわちカウ
ンタが7から0に切り替わるとき、本発明はPWM信号
を高にする。 2.次いで本発明は計数値がラッチ保持値に達するとP
WM信号を低に下げる。 3. 次に上記ステップ1、2が反復されてパルスシーケ
ンスを発生する。
【0022】もしもラッチ保持値が図10に示すように
周期ごとに変わると、PWM信号は各周期ごとにその持
続時間を変える。したがってPWM信号はパルス幅変調
信号である。パルスの持続時間(すなわち幅)はラッチ
保持値により決定される。
【0023】
【本発明のさらに詳細な説明】図11は上記のPWM信
号を発生するための装置を示す。ラッチ装置がデータバ
ス上に8ビットワードを受信する。図上、このバスはパ
ーソナルコンピューターの並列ポートのような24ピン
コネクタに接続されていることが示されている。このラ
ッチ装置は上記のワードをデジタル比較器の入力端に与
える。
【0024】比較器はカウンタ(図9および10に示す
計数値を発生する)から別の8ビットワードを受信す
る。比較器はラッチ保持値を計数値と比較する。後者の
値が前者の値に等しくなるまで比較器は出力「低」を発
生し、インバーターの出力を高にする。この高の状態は
図10に表記した各カウンタオーバーフロー位置に示さ
れている。
【0025】計数値がラッチ保持値に達すると、比較器
は高状態となり、インバーターを低にする。この事象は
図9および10に示すA1のような各矢印ごとに起き
る。
【0026】カウンタの各オーバーフローに先立ってデ
ータバスがラッチ装置に別の8ビットワードを与える。
カウンタがオーバーフローすると、信号線RCO上に信
号が発生し、ラッチに新しい8ビットワードを捕捉させ
る。
【0027】図12はラッチ保持値のシーケンスとこれ
に対応するPWM出力を例示する。このPWM出力は図
11の装置により発生することができ、大抵の場合はA
MPと表記した仮想線で示す中間増幅器を通して、図1
1のスピーカーのようなオーディオ変換器に印加され
る。
【0028】
【さらに考慮すべき点】1.図11に示した比較器は計
数値がラッチ保持値に到達したときに切り替わることを
仮定した。しかし比較器は計数値がラッチ保持値を超え
たときに状態を切り替えるように設計することもでき
る。
【0029】2.上の議論では各カウンタオーバーフロ
ーがPWM信号を高にさせた。しかしその反対のシーケ
ンスを起こすこともできる。すなわち各オーバーフロー
がPWM信号を低にさせるようにすることができる。そ
の後、計数値がラッチ保持値に達したときにPWM信号
が高となるようにできる。
【0030】3.8ビットカウンタの場合、図11に示
す50メガヘルツのクロックイン信号は信号線RCO上
に19.5キロヘルツ(すなわち50, 000,000/
256=19, 500)のオーバーフロー信号を発生す
る。したがってラッチ保持値はこれと同じ19.5キロ
ヘルツで変換する。 図9および10の各周期は、した
がって1/19, 500秒の長さである。これは5.1
2マイクロ秒に等しい。線RCO上の信号には5キロヘ
ルツないし100キロヘルツの範囲にあるものが含まれ
る。
【0031】4.上記の議論ではシーケンス0、1、
2、3、・・・のようなカウンタの増分を仮定してい
る。しかし7、6、5、・・・のような計数値の減数シ
ーケンスを使用することもできる。
【0032】5.図11に示すように(また図7でも暗
に示すように)ラッチ装置にはパルス-コード変調した
(Pulse-code-Modulated, PCM)波列が印加される。本
発明はPCMシーケンスから、(PCM信号でなく)P
WM信号のシーケンスを導出する。
【0033】6.図11のラッチ装置に印加されるpC
M信号は、音声あるいは音楽を記録したコンパクトディ
スクに用意されているような市販のPCM信号でもよ
い。本発明はPWM信号のシーケンスを使うことにより
デジタル-アナログ変換器なしに音楽又は音声を再生す
ることができる。デジタル-アナログ変換はスピーカー
のインダクタンス、スピーカー質量、空気質量および人
間の聴力限界等の因子の複雑な相互作用を経て起きると
信じられている。デジタル-アナログ変換は機器を通し
て行なうものである。しかし本発明はなんら電子的に顕
著なデジタル-アナログ変換機能を行なわない。
【0034】7.図11に示すラッチ装置に印加される
pCM信号の標本採取率は記録された音声の標本採取率
と同程度とすべきである。例えばもしも記録された音声
が40, 000標本/秒であるなら、図11のラッチ装
置には毎秒約40, 000標本を入力すべきである。そ
うしないと、再生速度が元の音声の速度と一致せず、歪
みが生じる。
【0035】8.上述の説明は音声記録の再生について
行なった。しかし、本発明は音声の合成にも適用するこ
とができる。例えばパーソナルコンピューターが、アル
ゴリズムにもとづいて、あるいは音素ライブラリー(li
brary of phonemes)にもとづいて、適当なワードシー
ケンスを発生することができる。ラッチ装置に与えられ
るデータは実際の音声から導出されたものである必要は
ない。
【0036】9.本発明は、振幅がすべて同一であるが
持続時間が異なるパルス波列を印加することにより、パ
ーソナルコンピューターのスピーカー等のスピーカーか
ら音声あるいは音楽を生ずる。
【0037】10.図3に関して説明したアナログ-デ
ジタル変換は8レベルを仮定した。もちろん256、5
12あるいはそれ以上のレベルを使用するもっと高い解
像度が好ましい。
【0038】
【効果】以上に説明したように、本発明はデジタル装置
でデジタルデータから直接にパルス幅変調(PWM)波
列を発生し、そのPWM波列をスピーカーに印加するこ
とにより、高品質の音声あるいは音楽を発生(再生およ
び合成)することができる。その場合、本発明ではなん
ら電子的デジタル-アナログ変換を行なう必要がない。
デジタル装置はコンピューター、とくにパーソナルコン
ピューターでよい。デジタルデータは市販のコンパクト
デスクに収納された音楽等のデジタルデータでも、ある
いはコンピューターの作成したデータでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】先行技術で使用されているデジタル録音の原理
を示す図である。
【図2】先行技術で使用されているデジタル録音の原理
を示す別の図である。
【図3】先行技術で使用されているデジタル録音の原理
を示す別の図である。
【図4】先行技術で使用されているデジタル録音の原理
を示す別の図である。
【図5】先行技術で使用されているデジタル録音の原理
を示す別の図である。
【図6】先行技術で使用されているデジタル録音の原理
を示す別の図である。
【図7】本発明の動作を示す図である。
【図8】本発明の動作を示す別の図である。
【図9】本発明の動作を示す別の図である。
【図10】本発明の動作を示す別の図である。
【図11】本発明の一形態を示す図である。
【図12】PCM波列によって発生されるPWM波列の
例を示す図である。
【符号の説明】
A1 計数値がラッチ保持値に達する時刻 B1 計数値を示す箱

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】コンピューターのスピーカーから音声を発
    生する方法であって該スピーカーに i) 実質上同一の振幅と ii)異なる持続時間と を有するパルス波列を印加することを含む改良方法。
  2. 【請求項2】オーディオスピーカーを有するコンピュー
    ターであって該スピーカーにパルス幅変調した信号を印
    加することを含むコンピューター。
JP5302255A 1992-11-12 1993-11-09 パーソナルコンピューターにおける音声発生の方法および装置 Pending JPH06245290A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US97525792A 1992-11-12 1992-11-12
US975257 1992-11-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06245290A true JPH06245290A (ja) 1994-09-02

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ID=25522836

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5302255A Pending JPH06245290A (ja) 1992-11-12 1993-11-09 パーソナルコンピューターにおける音声発生の方法および装置

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EP (1) EP0597687A1 (ja)
JP (1) JPH06245290A (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1028524B1 (en) * 1999-02-11 2004-08-18 STMicroelectronics S.r.l. PWM power amplifier with digital input
US8897465B2 (en) 2011-06-01 2014-11-25 Robert Bosch Gmbh Class D micro-speaker

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3029625B2 (ja) * 1989-08-18 2000-04-04 旭化成工業株式会社 パルス幅変調回路
DE3934215A1 (de) * 1989-10-13 1991-04-18 Rheydt Kabelwerk Ag Digital/analogsystem
WO1992008185A1 (en) * 1990-10-25 1992-05-14 Tower Tech Srl Voice and sound reproduction device on personal computer

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EP0597687A1 (en) 1994-05-18

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