JPS62182799A - 音響信号解析合成装置 - 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】 Δ　産業上の利用分野 本発明は外部より入力される音響信号をフーリエスペク
トル解析した後、音階を付して波形合成し楽音を発する
音響信号解析合成装置に関し、特に波形合成演算に必要
なスペクトル間のピッチ表現データを与える対数演算回
路の改良に関する。

Ｂ　発明の概要 本発明はフーリエスペクトル解析及び償畠加口合成を利
用して、入力音に音階を付しく楽音を作る装置のうち、
特に音階付与演口に必要なフーリエスペクトル周波数間
の周波数比を、対数表現（ピッチ表現という）に変換す
る対数部ｎ回路において、スペクトル間の周波数比を表
わずビットデータの最上位有効ビット位置を検出し整数
型指数データを得るごットシフ１−変換器と、ビットシ
フトされた所定の桁数の有効上位ビットに基づいて対応
する対数データを与えるＲＯＭテーブルを設けることに
より、この対数演算を高速かつ小さな記憶古墳で実行す
ることができる。

Ｃ従来の技術 従来より外部から入力される音響信号（例えば鐘の音や
動物の鳴声等）をフーリエスペクトル解析し主要なスペ
クトル成分を抜き出しこれに音階を付して倍音加算合成
し楽音を発する装置が知られていた。音階を付する場合
、各検出スペクトル内の最低周波数成分（以下基音成分
という）に対してより高い周波数成分（以下倍音成分と
いう、ただし整数倍音に限られず非整数倍音も含む）の
周波数比を一定に保ちつつ、基音成分の周波数を所望の
音階を与える周波数に設定する必要がある。

さもないと音色自体が変化してしまうからである。

従って音階を付する場合、基音に対する倍音成分の周波
数比を対数の形（以下これをオクターブピッチ表現また
は単にピッチ表現という）であらかじめ求めでお【プば
、ｇ階付与時に各倍音成分の周波数口出が容易になる。

ピッチ表現データは音階によらず保存されるので単に対
数軸上でＭｇに対してピッチ表現データの加算を実行す
れば良いからである。この目的のために対数演算回路が
設置ノられている。

Ｄ　発明が解決しようとする問題点 しかしながら従来の対数演算回路は、対数を与える近似
式を用いた演算を実行していたので複雑でありＣＰＵに
負担をかけ、高速処理の障害となっていた。又対数換算
テーブルを用いた演算もあるが、テーブルが大容囁を要
したため高速化、低コスト化の＋Ｓ害となっていた。

Ｅ　問題点を解決するための手段 本発明は上記に述べた従来の問題点を解決することを目
的とする。そのために以下の構成手段を得た。

すなわち音響信号をフーリエスペクトル解析しで得られ
た主要成分のうち基音成分に対する各倍音成分の周波数
比を表現するビットデータＸをＸ＝ＭＸ２’の形で把握
してみる（１≦Ｍ＜２以下Ｍを重み付き係数又は係数と
いう、Ｎ：ｇｌ数、以下、Ｎを指数という）。ビットデ
ータは２進数であるから指数Ｎはビットデータの最上位
有効ピット位置に対応する。これを検出するためにＮビ
ットシフトレジスタを設けた。同時にビットシフトされ
た係数Ｍのうち所定の有効上記桁数分を抜き出しこれに
基いて対応する対数データｌｏａ２−Ｍを与えるＲ　Ｏ
Ｍ　５−プルを設りた。ざらに先にビットシフトされた
桁を元にもどすための−Ｎビットシフトレジスタも設け
である。以上により１ＯＱ２ｘ＝ＩＯ（１２ＭＸ２　　
＝Ｉ０１１１２Ｍ＋ｌ０ＩＪ２２’　−１００２Ｍ十Ｎ
の演算が実行される。

Ｆ　実施例 以下図面に従って本発明の好適な実Ｒ例を詳細に説明す
る。

第１図は音響信号解析合成＠ざの構成図である。

各回路ブロックの出力信号図を示１第２図と併わせで説
明する。１はＡ／Ｄ変挽変格回路って外部より入力され
る音響アナログ信号Ｓ１　（例えばマイクロホンにより
採取される鐘の声や動物の鳴声等）をデジタル波形デー
タＳ２に変換する。２はサンプリングデータメモリであ
ってサンプリングされたデジタル波形データを一時格納
づる。３は高速フーリエ変換（Ｆ　Ｆ　Ｔ　）演算回路
であって、サンプリングデータメモリ２からＳ２を所定
０ツトづつ読み出し、周波数スペクトル解析を行なう。

４はスペクトル抽出回路であってＦＦＴ演算回路３から
入力された周波数スペクトルのうら、特に振幅強度の大
きい所定本数のスペクトルを抽出するものであり、得ら
れたデータを８３として示す。

振幅強度の大ぎなスペクトル群は主要なものであり充分
に源波形の忠実な再生が可能でありかっ、スペクトルの
本数をしぼることにより合成油ｎが高速化される。＄３
は基音成分子ｏと倍音成分子＋　、ｆａ、ｆａ及びｆ４
を含む。倍音成分は必ずしも整数倍音に限られない。外
部からの入力音の特徴により非整数倍音も含まれる。

さて５は対数演算回路であってスペクトル抽出回路４に
接続されている。対数演算回路５は基８周波数「０に対
する倍音周波数ｒ１〜ｆ４の比の対数値３１／’Ｊわち
ピッチ表現データを求めるものである。その詳細は後で
説明される。

６は倍音加算音源回路であり、スペクトル抽出回路４か
ら入力されるスペクトルデータに基いて、所定の振幅及
び周波数の正弦波を重ね合わせ合成して楽音データを得
る。この際所定の振幅はＳ３に示す各スペクトルの振幅
強度値に比例して定められる。又周波数は、Ｓ３に示さ
れるｆｏないし「４の相対比率を保ちつつ、基音周波数
ｆｏを所定の音階に一致するように設定する。この際各
倍音周波数を算出するため先に得られたピッチ表現デー
タが利用される。１なわち倍音周波数は対数軸上で基音
周波数に対して単にピッチ表現データを加えるだ【プで
得られるのである。

７は音階発生装置であって例えばキーボードからなり、
例えば音階名Ａ４ならＡ４のキーを押すことにより音階
データ４４０１Ｉｚをイ８へ加詐音源回路６に送り基音
周波数を決定りる。

８はＤ／Ａ変換器であり、倍音加０昌淵回路６によって
合成されたデジタル波形を＄４に示１ようなアナログ波
形データに変換する。Ｓ４は増幅器９によって１（１幅
された後スピーカ１０によって楽音に変換される。１１
は制御回路であって、先に述べた各回路の周期、タイミ
ング制御を行なう。

次に本発明の特徴事項である対数演算回路の貝体例を第
３図により、第４図を参照１）つつ説明する。１２はＮ
ビットシフト変換器である。入力値としてｒ１〜．ｉ　
／　ｆ　ｏ　＝　Ｘをスペクトル抽出回路４から受は入
れる。Ｘは第４図１０１の１６ビツトデータとして表現
、されている。今Ｘ＝Ｍ・２Ｎとして考える（１≦Ｍ＜
２．Ｎ：整数）。すると指数Ｎは１６ビットデータ１０
１の最上位有効桁数に一致する。ビットデータ１０１は
２進数表示だからである。Ｎを求めるためＮビットシフ
ト変換器１２は最上位有効桁が左端に移動するまでビッ
トシフトを行ないシフト吊Ｎ’　＝３を計測づる。

ＮはＮ＝１６−Ｎ’　＝１６−３＝１３により求まる。

次にビットシフトされた１６ビツトデータＤ１（第４図
において番号１０２で表示）は係数Ｎに対応しているの
で、これを対数変換ＲＯＭテーブル１３により対数変換
しｌ００２Ｍに対応する８ビツトデータＤ３　（第４図
において番号１０３で表示）を得る。この際１６ビツト
データ１０２のうち１−位８桁をもってＲＯＭテーブル
１３のアドレスどしてＲＯＭテーブル検索を実行する。

本演算においてはそれほどの精度を要求されておらずむ
しろＲＯＭテーブルの記憶容量を小ざくすることが重要
である。そこで有効桁数を８ビツトどし、ＲＯＭテーブ
ルのアドレスを２８＝２５６に限定した。

以上により指数Ｎと真数Ｍの対数値ｔｏ（１２Ｍが求め
られた。すなわち１ｏｏ２Ｘ＝　　ｌｏａＭ　−２Ｎ＝
　　ｌｏａＭ十Ｎの演算が実行されることになる。

１４は−Ｎビットシフト変換器でありＲＯＭテーブル１
３の出力に接続されている。先にＮビットシフト変換器
１２によってＮ′＝３ビット左側にシフトしであるので
、これをもど寸ため８ビツトデータ１０３を右側にＮ′
　＝３ビットシフトしかつ不足している下位ビットデー
タずつに０を挿入する。以上により最終的な１６ビツト
データ（第４図１０４で表示）を（ｑる。これは求める
べぎ数値ｌ　ｏｇ２　Ｘに対応しており、再びスペクト
ル抽出回路４にもどされるのである。

Ｇ　発明の効果 本発明はフーリエスペクトル相互間のピッチ表現データ
を得るための対数演算回路を、指数部を求めるビットシ
゛ノドレジスタと、重み付（〕係数部の対数を限定され
た有効ビット数で与えるＲＯＭテーブルより構成したの
で、対数演算をＣＰ　Ｕに負担をかけることなく高速に
実行でき、かつ１又○Ｍテーブルの記憶容量を最少に押
えることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は８警信号解析合成装置の構成図、第２図は各ブ
ロックの出力信号図、第３図は対数病τ）回路図、第４
図は対数換算フロー図である。 １・・・Ａ／Ｄ変換器 ２・・・サンプリングデータメモリ ３・・・ＦＦＴ演ｎ回路 ４・・・スペクトル抽出回路 ５・・・対数演等回路 ６・・・倍音Ｉｊｎ算回路 ７・・・音階発／Ｉ：装置 ８・・・Ｄ　／　Ａコンバータ ９・・・増幅器 １０・・・スピーカ １１・・・制御回路 １２・・・Ｎヒツトシフト変換器 １３・・・対数換専ＲＯＭテーブル １４・・・−Ｎビットシフト変換器 出願人　　セイコー電子工業株式会社 代理人　　弁理上　　最　−し　　　務・〈１（他１名
） 各ブロックの出力（３号図 第２図 Ｄ？ ＤＩ：　Ｍ Ｄ２．Ｎ Ｄ３：Ｌ０２２ｍ 対数省耳口語図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アナログ音響信号をデジタル波形データに変換す
   るＡ／Ｄ変換器と、該デジタル波形データを記憶するサ
   ンプリングデータメモリと、記憶されたデジタル波形デ
   ータを周波数スペクトル解析するフーリエ解析演算回路
   と、主要なスペクトル成分を抽出するスペクトル抽出回
   路と、該スペクトル抽出回路に接続され、抽出されたス
   ペクトル間の周波数比を対数によるピッチ表現データに
   変換する対数演算回路と、所望の音階データを入力する
   音階発生装置と、ピッチ表現データ及び音階データを受
   け入れ、これに基いてスペクトルの加算合成を行なう倍
   音加算音源回路と、得られた合成デジタル波形をアナロ
   グ音響信号に変換するＤ／Ａ変換器と、電気音響変換器
   よりなる音響信号解析合成装置において、該対数演算回
   路は、スペクトル間の周波数比を表わすビットデータの
   最上位有効ビット位置を検出し指数データを得るビット
   シフト変換器と、所定の桁数の有効上位ビットデータに
   基いて対応する対数データを与えるＲＯＭテーブルより
   構成されていることを特徴とする音響信号解析合成装置
   。
2. （２）該ＲＯＭテーブルは該所定の桁数の上位ビットを
   アドレスとして対数データを与える特許請求の範囲第１
   項記載の音響信号解析合成装置。