JPS6265098A - 音楽用ボコ−ダ - 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】 「産業上の利用分野」 この発明はｔｉｌｌｌの音声を任７窃の音程を持つ音声
に変換し、音楽を演奏することができる音楽用ボコーダ
に関するものである。

「従来の技術」 人声或いはその他の音を取込んで、その音を利用して音
楽を演奏しようとする試みが各種なされている。

その−例としては例えば第５図に示すような装置が考え
られる。

第５図に示す装置は入力端子１に利用しようとする音の
信号を入力する。この音の信号としてはマイクロホンか
ら人声音を入力するか、又は他の自然界で発生する音の
信号とするか或いは楽器音とするかは自由である。

入力端子ｌに入力された信号は帯域フィルタ２によって
音声帯域幅に制限され、Ａ−Ｄ変換器３でＡ−Ｄ変換し
、ディジタル符号化されてマイクロコンピュータによっ
て構成される制御器４に取込まれ、制御器４を介して書
込専用メモリ５Ａに書込まれる。制御器４は入力端子１
に与えられる信号を逐次書込専用メモリ５Ａに書込む、
！込専用メモリ５Ａの容量は有１杖であるため書込専用
メモリ５八には常に新しい一定量の入力信号が記憶され
、それ以前の音声データは吐き出されて順次消滅して行
く記憶方法を採る。

制ｉ：ｆ１Ｍ４は書込専用メモリ５Ａに書込んだ音声デ
ータから信号の一部を音素として取出し、この音素を続
出専用メモリ５Ｂに再書込みを行う。

キーボード６から音程情報を与えることにより制ｊＪ器
４は続出専用メモリ５Ｂに書込んだ音素をその音程情報
に対応した周波数のクロックによって続出す。

このようにして続出された音素情報はＤ−Ａ変換器７で
アナログ信号に変換され、フィルタ８を通して出力端子
９に出力される。

出力端子９に出力される信号は入力端子ｌに入力された
音の波形を有しキーボード６から入力した音程情報に対
応した音程の信号に変換される。

つまり第６図に示すように入力信号の状態で周ｌ！１Ｉ
Ｔ１を有する波形ｐ、を音素として例えば１０００サン
プルのディジタル信号としてメモリ５Ｂに再書込みした
とする。

この１０００サンプルのディジタル信号を例えば書込時
のクロック速度の１７３の速度のクロックによって読出
したとすると、読出されてＤ−Ａ変換されたアナログ信
号の周期は第６１ｊＪＢに示すように原信号Ｐ１の３倍
の周期３　Ｔ　ｌ　となる。

また書込クロックの３倍の速度を持つクロックによって
音素を続出したとすると、続出されてＤ−へ変換された
アナログ信号の周期は第６図Ｃに示すように原信号Ｐ、
の１／３の１′１月１／３Ｔｌ　　となる。

このように一つの音素を続出速度を変えて涜出すことに
より音素を低い音、高い音の任意の音程を持つ信号とし
て再現することができる。

「発明が解決しようとする問題点」 第５図に示した装置では音素を読出す速度を変えて出力
信号の音程を変えている。このように続出速度を変えて
メモリ５Ｂから音素を読出したとすると音声の明瞭度が
著しく悪くなる不都合が生じる。

つまり例えばテープレコーダの再生速度を非常に遅くし
た場合、音声の音程は低くなるが、言語の内容は聴き取
り難くなる。またテープレコーダの再！：ｔｉ！度を非
常に速くした場合には音程は高くなるが、この場合も言
語の内容は聴き取り難くなる。

第５図に示した装置はこれと同じであって、音程を原信
号Ｐ１の音程から大きく変化させるとその内容が聴き難
くなる。このことは音程を変更した場合はその変換出力
信号のフォルマントは原信号が持つフォルマントと太き
（異なるものになってしまうためと考えられる。従って
波形としては原信号の波形を持っているものの、再現さ
れる信号の音色は原信号の音色と異なる音色になってし
まう不都合がある。

更にこの方式では出力音程は入力音程に比例したものに
なるため、リアルタイムに任意の絶対音程を出力するの
は困難である。

「問題点を解決するための手段」 この発明ではメモリに取込んだ音素の続出クロックは書
込クロックとほぼ同一速度のクロックで読“おすと共に
涜出しの繰返し周期を変化させて音程を変化させるよう
に構成したものである。

つまり原信号の基本波の１周期分を一つの音素として切
出し、その音素部分にウィンドウを掛け、音素を一定の
速度で読出す、この読出した音素データに無音部を付加
し、この無音部の長さをキーボードからの音程情報に応
じて変化させる。熾音部の長さを変えることにより音素
の再現周期を変化させ、再現周期の変化により音程を変
化させるように構成したものである。

従ってこの発明によれば再現される音素の長さは原信号
の長さとほぼ同一に近い、このため再現される音素のフ
ォルマントは原信号のフォルマントにほぼ近領している
と見ることができる。この結果音程が変わってもフォル
マントが原信号のフォルマントに近いことから音の内容
をよく聴き取ることができる。

「実施例」 第１図にこの発明の一実施例を示す、第１図に示す装置
の概略の構成は第３図で説明した装置の構成と同じであ
る。第３図との違いは制御器を高速比のために三つのマ
イクロコンピュータ４Ａ。

４Ｂ、４Ｃによって構成した点である。

マイクロコンピュータ４Ａはホストコンピュータとして
動作し、起動時の初期化とキーボード６からの音程情報
及び操作パネル１１に設定した各種の設定条件をメモリ
制御用マイクロコンピュータ４Ｂと４０に伝達し、メモ
リ制御用マイクロコンビエータ４Ｂと４０の動作を統括
して制′４ｎする。

１２はマイクロコンピュータ４Ａを動作させるためのプ
ログラムを収納したＲＯＭ及び各動作状態に応じたデー
タを一時記憶するＲＡＭを含むメモリ、１３は人出力イ
ンターフエイスを示す。

メモリ制ｉｎ用マイクロコンピュータ４Ｂと４０はそれ
ぞれにメモリ５と５′を具備し、この二つのメモリ５と
５′を交互に使って高速度にデータを取り込むことと、
データの読出しを実行できるように構成した場合を示す
。

つまり例えばマイクロコンピュータ４Ｂがメモリ５に入
力データを書き込んでいるときは、マイクロコンピュー
タ４Ｃはメモリ５′から音素を読出す動作を行う。

つまりメモリ５に入力データが取込まれ、その入力デー
タから一つの音素を切出す位置を決定する。音素の切出
位置が決まるとその切出位置にウィンドを掛け、音素を
読出す動作を実行する。このとき他方のマイクロコンピ
ュータ４Ｃは入力データの取込動作を実行している。

このようにして二つのマイクロコンピュータ４Ｂと４０
は入力データの取込みと読出動作を交互に実行し、出力
端子９に入力信号の音色を有し、キーボード６から入力
した音程情報で規定される音程を持つ出力信号をリアル
タイムで出力する。

制御器４を三つのマイクロコンピュータ４Ａ〜４Ｃによ
って構成した点は発明の本質ではない。

この発明の特徴とする点は、 ■　メモリ５と５′にそれぞれ取込んだ入力データから
音素を切出す際に前回の切出位置との関連において相関
係数（共分散）が最大となるような位置を選択して切出
す点と ■　切出した音素を書込クロックと同じ速度の続出クロ
ックによって読出し、入力信号の波形に近い波形の音素
を再現する。この音素信号に無音部を付加し、この無音
部の時間を変化させて音素（８号の繰返し周期を変化さ
せ音程を変化させる点と、 ■　子音部分では入力１３号を出力信号に直接重畳させ
、音のｉｇ　ｉａ性を向上させる点と、■　音素として
切出したデータを読出す際にデータをそのまま読出すと
波長としてクロック周期の整数値しかとれず、正確な音
程が再現できない。

このためこの実施例では、音素を読出す際に補間により
新しいデータを作ることにより正しい音程を持つ音を再
現できるようにした点である。

先ず■の音素の切出方法について説明する。波形を切出
す位置を選ぶ際に、波形の微分係数ｆ′（ｘ）と前回の
切出し位置の周囲数点における相関係数（共分散）Ｍが
最大になる点を選択する。

相関係数Ｍは Ｍ−ａＸＪ’（ｘ）＋ｂｘ　　Σ（ｊ　（ｘ＋ｉ）　ｘ
　ｆ　（ｘｐ＋ｊ）１で与えられる。ここでａ及びｂは
重み係数、ｆ′（Ｘ）は波形の微分係数、つまり波形の
傾斜を指す、またｘｐは前回選択した位置である０Ｍが
最大になる時点Ｘを選定することにより前フレームとの
連続性を確保できる。

この演算処理はメモリ制御用マイクロコンビエータ４Ｂ
と４０において実行され、各人力データの切出しを行う
。この切出は時点Ｘで決まる波形の先頭アドレスから入
力波形の基本周期Ｔ０で決まる終了アドレスまでの間に
ウィンドウを掛け、このウィンドウ部分を読出すことに
より切出を行なう。

次に■について説明する０例えば人力信号が第２図Ａに
示すような波形を持ち、その基本周期Ｔ。

があったとする。キーボード６から与えられる音程情報
が周期Ｔ０で規定される周波数より低い場合、周期Ｔ０
を音素長として切出す、その切出位置は前項■で規定し
た相関係数Ｍが最大となる位置Ｘを選択する。

第３図へに選択して切り出した音素の波形の−例を示す
音素は書込速度と同じ速度で読出され無音部ＮＯ３を付
加する。無音部ＮＯ３の付加により出力端子９に出力さ
れる信号の周期はＴ、となる、この周１ｔＪ］　Ｔ　、
で音素が繰返し出力され、キーボード６から入力した音
程を持つ音の信号として出力される。

無音部ＮＯ５の時間Ｔ、ｏｓはＴ　ｙｏ　ｓ　＝　Ｔ　
ｓ　　Ｔ　。

で求めることができる。Ｔ、はキーボード６から人力さ
れた音程情報により決められ、音程情報が与えられると
ｉαちに求められる。Ｔ、は音素の長さで決まり既知で
ある。よって無音部ＮＯ３の長さＴ　、。、は音程情報
の入力により直ちに求められる。

キーボード６から入力される音程情報の周波数が高（な
ると無音部ＮＯ３の時間Ｔ。。、が短かくなる。音程情
報によって決まる周波数が音素の１周期Ｔ０によって決
まる周波数より高くなった場合は入力信号から切出す音
素を切りつめて切出長Ｔ０を短かく設定する。

■に関しては華位時間当りの入力信号のゼロ交叉数を検
出し、単位時間当りのゼロ交叉数が所定値を越えたとき
子音部と判定する。子音部を検出したとき人力信号をそ
のまま出カイ３号に重畳させて出力する処理を行う、こ
の処理を施すことにより特に人声音のとき言語内容の明
瞭度が向上する。

■はメモリ５及び５′に書込んだデータから音素をクロ
ックの周期に同期して取出す。これに月し無音部ＮＯ３
の長さＴイ。、は音程情報によって決められる。よって
無音部ＮＯ３の長さＴ　１１０３はクロックの周期に関
連なく決められるため、無音部ＮＯ３の終了時点と次の
周期で続出すべき音素の続出開始までの間にずれが生し
る。

その状態を第３図を用いて説明する。第３図Ａに示す波
形Ｐはメモリ５又は５′から続出される音素の波形であ
る。この音素の波形Ｐは第３図Ｂに示すクロックＰＣに
よって続出されるため、その始まりと終了はクロックＰ
Ｃに同期している。

これに対し音素波形Ｐの繰返し周期Ｔ、は無音部ＮＯ３
の時間Ｔ、、、と波形Ｐの周期Ｔ、の和Ｔ＠　＋ＴＮＯ
３によって決まる。挺身部Ｎ０３Ｏ時間Ｔｗｏｓ　は音
程情報によって決められるためクロックＰＣの周期に同
門していない、よってＩ’？ｉｌ　３１ＪＩＴ、の終了
のタイミングはクロックＰＣと同期しない位置になるこ
とが多い。周期Ｔ、が終了し、次の周期Ｔ、の始まりは
前のＴ、の終了後の１個目のクロックからメモリ５又は
５′の読出力が開始される。よって前の周期Ｔ、の終了
から次の周Ｍ　Ｔｓの開始までの時間ΔＴが誤差となり
、実際の周期はＴ、＋ΔＴとなる。これは再現される音
の音程がΔＴに相当する分だけ低くなることを意味して
いる。

この不都合を解消するために、この実施例では前の周期
Ｔ、の終了と同時に次の周ルＩＴ、におけるメモリの読
出しを実行したのと等価な続出波形ＰＭ（第３図点線図
示）を得るようにする。この続出波形ＰＭを得るには、
１個目のクロックＰＣ０が与えられた時点で１すてにΔ
１゛経過したと等価な値を出力させるもので、これは第
１サンプルと第２サンプルの間を？ｉｌｉ間して第１サ
ンプルからΔＴ経過した時点の値と等価であり、その値
を一次補間によって求めることにより第２周期Ｔ、の１
個目のクロックにおける値として出力する。（図では、
クロックＰＣを粗く描いているがＸｆｉは音素波形Ｐに
対しクロックＰＣはこまかい周期のクロックとなる。）
よって第２サンプルと第３サンプルの間でも第２サンプ
ルからΔＴ経過した時点の値を補間により求め、２個目
のクロックにおける値として出力させる。以下同様にし
てΔＴだけ位相を進ませた信号ＭＰを出力させる。

この処理によりキーボード６から入力した音程に合致し
た音を再現することができる。

以上説明した■、■、■、■の機能は、それぞれマイク
ロコンピュータ４Ａ〜４Ｃに収納したプログラムによっ
て実行するものである。

プログラムの環嬰を第４図にフローチャートとして示す
。

図にはマイクロコンピュータ４Ｂと４０の動作状況を合
わせて示している。ステップ■でマイクロコンピュータ
４Ｂが入力処理を行っているとき、マイクロコンピュー
タ４Ｃは出力動イ）ヲ行っている。

この実施例では、二つのマイクロコンピュータ４Ｂと４
０を設け、一方のマイクロコンピュータ４Ｃが信号を出
力している状態で、他方のマイクロコンピュータ４Ｂは
Φ〜■のステップの処理を実行し、マイクロコンピュー
タ４Ｂが出力ステップ■を実行中はマイクロコンピュー
タ４Ｃが■′〜■′のステップの処理を行いこの交互動
作により高速度に音の音程を変換する動作を実行するよ
うにしている。

「発明の効果」 上述したようにこの発明にれは音素の続出速度を取込時
の書込クロックと同一速度にし、その代りに音程情報に
よって決まる時間長を持つ無音部ＮＯ３を付加し、この
無音部ＮＯ３の付加によって音素の出力周期Ｔ、を変化
させ、その出力周期Ｔ、の変化により音程を変える構成
としたから再現される音のフォルマントは入力信号のそ
れに近似し、音程が変わっても入力信号のフォルマント
をほぼ維持する。よって再現される音の音質は入力した
音の音質に近似し、音程だけを変化させることができる
。

この結果人声を入力した場合、言語の内容がよ（判る明
瞭度の高い音を再現することができる利点が得られる。

さらに、この方式によれば、入力波形から厳密なピンチ
抽出を行なうことなく、容易に任意の絶対的な出力音程
を得ることができる。　　・

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
及び第３図はこの発明の要部の動作を説明するための波
形図、第４図はこの発明の詳細な説明するためのフロー
チャート、第５図は従来技術を説明するためのブロック
図、第６図は従来技術の動作を説明するための波形図で
ある。 に入力端子、２：フィルタ、３：Ａ−Ｄ変換器、４；制
御ｎ器、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ：フイクＯ：＋ンピュータ、
５．５’：メそり、６：キーボード、７　：　Ｄ−Ａ変
換器、８：フィルタ、９：出力端子、１１：操作パネル
、１２：メモリ、１３：入出力インターフェース。 特許出願人　　京王技研工業株式会社 代　　理　　人　　　　草　　　　野　　　　　　　　
　卓十４図 出力 斥５霞 オ６固

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａ、入力される音声信号をディジタル信号に変換
   するＡ−Ｄ変換器と、 Ｂ、このＡ−Ｄ変換器によって変換された音声データを
   記憶するメモリと、 Ｃ、このメモリに記憶した音声データを分析し所要のデ
   ータ区間から成る音素を切出す 手段と、 Ｄ、この切出された音素を鍵盤操作によって選択された
   周期で出力する手段と、 から成る音楽用ボコーダ。