JPS59176782A - デジタル音響装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はテジタルＩ音書装置に係り、実際の楽器から発
生された音葡線形予測法を用いて分析して単時間スペク
トル情報等の情報を記憶部に記憶せしめ、再生時キー操
作によって記憶部から諸情報を胱出し所定の音高の音を
合成して作り出し、少ない容量のメモリを用いて実際の
楽器から発生される音により近い音を作り出し得るデジ
タル音響装置を提供することを目的とする。

従来、実際の楽器から発生される音や実際の人声に近似
した音を電気的に作シ出して発生させるいわゆる疑似音
＋ｗ装置が揮々提案されているが、これらは、いずれも
いくつかの信号成形を適宜合成することによ）実際の楽
器から発生される音や実際の人声に近似した音を発生さ
せる構成とされている。これら従来の音響装置において
実際の楽器から発生される音や実際の人声に近い自然な
音を得るには、複雑な電子回路系を必女とし、又、それ
に伴って専門知識や素雑な操作を心安とする等の欠点が
あった。

不発Ｅ！Ａｒ／ｉ上記欠点を除去したものであシ、以下
、図面と共にその一実施例について説明する。

第１図は本発明になるデジタル音響装置の一実施例のブ
ロック系統図を示す。本発明装置の主たる動作である分
析を行なわしめるのに先立ち、ある楽器を演奏してそれ
から発音される音をマイクロホン１にて収音する。この
場合、曲を演奏する必要はなく、ある過当な高さの音を
一つだけ演奏する。この他の種々の楽器や人声について
もこれと同様の方法にである高さの音を収音する。

マイクロホン１にて収音された音は各楽器（各音源）別
に分析装置２のＡ／／Ｄ変換器３に供給され、ここでＰ
ＯＭ信号に変換される（第２図中、ステップ■）。ディ
ジタル値に変換された音声信号データは制御回路４の書
込み制御回路４ａに供給され（ステップ＠）、ここから
外部記憶部５の磁気ティスフ（ファイルＡ）に転送され
て書込１れる。

これと同時に、分析時間を例えは２秒間に設定される（
ステップ○）０ 次に、分析条件入力装置６にてサンプリングフレーム数
、シフト数、分析次数等を入力する（ステップ○）。第
３図（ＡＪに示す如き実際の楽器或いは人から発生され
る音の波形に対してサンプリングフレーム数を求める場
合、分析時間におけるサンプリングフレーム数をＦ、ｉ
フレーム当りのサンプルドデータ数をＮ、分析時間にお
ける全データ数をＸｌ　シスト数をＳとすると、 なる式が成立し、この式よりサンプリングフレーム数を
算出する。

例えは、人声（４０Ｈ２〜８０　Ｈ２程度）或いは楽器
（３０Ｈｚ　〜８　ｋＨ２程度）の連続音を線形子ｄ１
１］法を用いて分析する場合、第３図（Ｂ）　Ｋ示す嫂
く、線形予測条件としてこの２０．０００ポイントのう
ちの最初の１２８ポイントを１フレーム当シのサンプル
ドデータ数とし、最初の１２８ポイントを第１フレーム
、これを６４ポイントシフトした点から更に１２８ポイ
ントを数えた点までのポイントを第２フレーム、・とじ
て１秒間における全サンプリングフレーム数ｍを設定す
ると、この１秒間における全サンプリングフレーム数は
上式より、となる。従って、上記分析時間２秒間におけ
る全サンプリングフレーム数は６２０となる。

この場合、第３図（Ａｔに示す如き連続音波形を分析す
るに際し、これを２０　ｋＨｚでサンプリングすると、
サンプルドデータは１秒間に２０．０００ポイント必要
になり、１ポイント当９の情報を表わすのに必要なビッ
ト数を１６ビツトとした場合、１秒間２０．０００ポイ
ントの情報を表わすには４０キロバイトのメモリが必要
になる。然るに、同図（ＢＪに示す如き線形予測法を用
いて分析すると、後述の如き線形予測係数、利得係数、
有声音／無声音識別信号（以下、ン面信号という）、基
゛零周波数信号等の１フレーム蟲り計１５のデータに対
して２１３ビツト（約２６バイト）シか必要でなく、上
記のように１秒間３１０フレームの情報を表わすには、
３１０　Ｘ　２７　＝　８３７０バイト即ち約８３キロ
バイトしか必要でなく、上記の場合に比して１９３％程
度メモリを節約できる。

このようにして、例えは、サンプリングフレーム数６２
０、シフト数６４、分析次数（ａ形予測係数の数）１２
を夫々入力すると、分析条件入力装置６からの信号は制
御回路４の分析制御回路４ｂに供給される。

これら分析条件の入力が終了すると、磁気ティスフのフ
ァイルＡに書込まれていた音声信号データのうち第１フ
レーム（１２８ポイント）分に対応したデータが制御回
路４の胱出し制御回路４ｃからの信号により読出され（
ステップｅ）、データの高調波成分が除去され（ステッ
プ■）、分析し易くするため高域成分を増強され（ステ
ップ■）だ後、演算装置７に供給される一方、分析制御
回路４ｂから各分析条件に対応した信号が演算装置７に
供給される。演算装置１において、データ列の自己相関
関数Ｃｉｊが算出され（ステップ■）、絖いて、分析条
件入力装置６にて入力された分析条件に基いた線形予測
法によシ、線形予測係数ａｉ、利得係数、／Ｕｖ信号が
算出される（ステップ■）。

これらは、連立方程式 ％式％ （但し、ｋ＝’ｌ、　　２．・・・、Ｍ）等を解く過程
において算出される。線形予測係数ａ工は楽器から発生
された音や人声の単時間スペクトル情報、利得係数は単
時間レベル情報Ｓ／ＶＵ信号は有声音と無声音とを識別
する情報である。

このようにして線形予測法にて分析演算された各情報は
外部記憶部５の磁気ティスフ（ファイルＢ）に書込まれ
（ステップ■）、次の第２フレームの分析に移る。例え
ば分析制御回路４ｂにおいて分析が所定の最終フレーム
に達したか否かが判別され（ステップ■）、達していな
い場合は上記の場合と同様の分析が次のフレームについ
ても繰返し行なわれて各情報が磁気ティスフのファイル
Ｂに書込まれる一方、達した場合は沓フレームについて
書込まれた各情報がファイルＢより一斉に設けられてい
るメモリ８の指定メモリ内に書込まれる（ステップ■）
。即ち、単時間スペクトル情報はＲＯＭ領域領域単時間
レベル情報及び／ＶＵ　識別情報はＲＯＭ領域領域夫々
書込まれる０他の楽器からの音或いは人声も上記の場合
と同様にして分析され、各情報がメモリ８の各領域に各
楽器（音源）別に書込まれる。次に第１図中、複数のキ
ーが音階順に並設されてなるキーボード９におけるキー
操作により、各音の音高に対応した周波数情報がメモリ
８のＲＯＭ領域領域書込まれる。

なお、メモリ８のＲＡＭ領域Ｂ、Ｄは他の音源から分析
された線形予測情報を新たに記録可能とするための拡張
憤域であシ、フロツビテイスクやＰＯＭテツキに記憶さ
れた単時間スペクトル情報、単時間レベル情報を夫々書
込むための拡張用ＲＡＭである。

次に、サウンドシミューレータ２０による再生時の動作
について説明する。使用者は再生したい楽器（音源）を
音源セレクタ１０にて選択設定しく第４図中、ステップ
■）、キーボード９にてキー操作する（ステップ０）。

これにより、メモリ８のＲＯＭ領域領域らは操作された
キーに対応した音の周波数情報が取出されて（ステップ
■）駆鯖波データ発生器１１に供給され、この周波数情
報に対応したパルステータを出力する。一方、メモリ８
のＲＯＭ領域領域　　Ｃからは音源セレクタ１０にて選
択された音源に対応した単時間スペクトル情報、単時間
レベル情報及びｖ／Ｕｖ識別情報が取出され、音源セレ
クタ１０を介して夫々所定の回路に供給される。即ち、
単時間スペクトル情報は合成フィルタ１２の演算器１９
、単時間レベル情報は合成フィルタ１２の乗算器１３、
ｖ／Ｕｖ識別情報は切換スイッチ１４の切換制御部１４
ａに供給される０ここで、切換スイッチ１４はｖ／ＵＶ
識別信号が有声音（Ｖ）コードであれば端子ａ、無声音
（ＵＶ）コードであれば端子すに夫々切換接続される構
成とされている。例えば、■コードの場合、駆動波テー
タ発生器１１から取出されたキー操作に対応した周波数
のパルスデータは乗算器１３で単時間レベル情報に乗算
された後、演算器１９に供給されて単時間スペクトル情
報と合成される。

演算器１９では、従来周知のＰＡＲＣＯＬ法によって音
声合成が行なわれ、選択された楽器（音源）の音色で、
かつ、駆動波データ先生器１１からの周波数情報に応じ
た音高の音に対応した音声コード信号が作シ出される（
ステップ（２））。これは、他のキー操作についても同
様であり、操作されたキーに対応した音の音声コード信
号が得られる。

一方、ＵＶコードの場合、白色雑音源１５から取出され
た白色雑音は乗算器１３で単時間レベル情報と乗算され
た後、演算器１９に供給され、白色雑音に単時間レベル
情報及び単時間スペクトル情報を重畳された音高に無関
係の音声コード信号が取出される。

音声合成フィルタ１２から取出された音声コード信号は
ソア変換器１６にてアナログ信号に変換され（ステップ
○）、低域フィルタ１７にて不要周波数成分を除去され
た後スピーカ１Ｂに供給されて発音される。キーボード
９によって曲を演奏すれば、選択された楽器（音源）に
よって演奏しているかの如き効果を得ることができる。

なお、線形予測法は、設足された分析時間内において一
定の間隔を以て一様にサンプリングして分析する方法で
あるので、第３図（Ａｌに示す弦楽器や管楽器或いは人
声等の如き単時間当りの振幅変動がそれ程激しくない音
を分析するのには適している。然るに、この方法は第５
図に示す打楽器の如き単時間当りの振幅変動が非常に激
しい音を分析及び合成しきれず、分析して得た結果は単
時間当シのスペクトルと実際の音のスペクトルとに大き
な差を生じてしまい、打楽器音の如き衝撃音の分析には
適さない。

上述の如く、本発明になるテジタル音響装置は、実際の
楽器からの音や実際の人声を収音してこれをデジタル信
号に変換する信号変換部と、デジタル信号を線形予測法
を用いて演算して単時間スペクトル情報、単時間レベル
情報、　有声ｉＦ　７無声音識別情報等の各情報を算出
する演算部と、音階順に並べられた複数のキーにて構成
されるキーボードと、各情報を楽器、人声等の音源別に
記憶する一方、キーボードの各キーに対応した音高の周
阪数情報を夫々記憶する情報記憶部と、音源の指定とキ
ーボード操作による音高の指定とによシ情報記憶部から
諸情報を読出してこれらを合成し、指定された音源の音
色でかつ操作されたキーの音高に対応した音声コード信
号を得る音声合成部と、音声合成部からの信号をアナロ
グ信号に変換して再生する信号変換部とを設けたため、
波形合成により実際の楽器から発生される音や実際の人
声に灯似した音を作シ出していた従来の疑似音響装置に
比してより実際の楽器から発生される音や実際の人声に
近い音を作シ出し得、従来の装置に比して多種多様な楽
器の音を作シ出し得、又、線形予測法を用いているので
テークのメモリ容量の比較的小さな記憶装置で隣な等の
特長を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例のブロック系統図、第２
図は本発明装置の分析動作を説明するためのフローチャ
ート、第３図（Ａｔ、　（ＢＪは夫々楽器から発生され
る音の波形図及び線形予測法によるサンプリングを説明
するための図、第４図は本発明装置の再生動作を説明す
るためのフローチャート、第５図は衝撃音の波形図であ
る。 １・・・マイクロホン、２・・・分析装置、３・・・Ａ
／］）変換器、４・・・制御回路、６・・・分析条件入
力装置、１・・・演算装置、８・・・メモリ、９・・・
キーボード、１０・・音源セレクタ、１１・・・駆動波
テーク発生器、１２・・・合成フィルタ、１３・・・乗
算器、１６・・・シ。 変換器、１８・・スピーカ、１９・・・演算器、２０・
・・サウンドシミュレータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 実際の楽器からの音や実際の人声を収音してこれをデジ
   タル信号に変換する信号変換部と、該デジタル信号を線
   形予測法を用いて演算して単時間スペクトル情報、単時
   間し６ル情報、　有声音７無声音識別情報等の各情報を
   算出する演算部と、音階順に並べられた複数のキーにて
   構成されるキーボードと、該各情報を楽器、人声等の音
   源別に記憶する一方、該キーボードの該各キーに対応し
   た音高の周波数情報を夫々記憶する情報記憶部と、音源
   の指定と該キーボード操作による音高の指定とにより該
   情報記憶部から諸情報を読出してこれらを合成し、指定
   された音源の音色でかつ操作されたキーの音高に対応し
   た音声コード信号を得る音声合成部と、該音声合成部か
   らの信号をアナログ信号に変換して再生する信号変換部
   とよりなることを特徴とするデジタル音響装置。