JPH0157359B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は音声合成方式に関し、特に所定の時間
間隔でサンプリングされたトーン波形（有声音波
形）のデータとノイズ波形（無声音波形）のデー
タを記憶するメモリを有し、このメモリから読み
出されるデータに基いて決められた演算処理を実
行する音声合成装置における音声合成方式の改良
に関するものである。

楽器音や人間などの音声は、音の高低（音階）
を定める基本周波数（ピツチ）と、音色の基本的
な性質を定めるトーン波形と、音の振幅の変化を
定めるエンベロープ波形と、音量を定める最大振
幅値、さらに無声音部のノイズ周波数と、ノイズ
波形と、ノイズエンベロープ波形と、ノイズの音
量を定める最大振幅値とを要素として合成するこ
とができる。

従来の電子式音声合成装置は第１図に示すよう
に、水晶発振回路またはCR発振回路等によつて
構成される発振回路１０１の発振出力を、音声を
合成する際に必要とされる周波数値に分周する分
周回路１０２で分周して、その出力にエンベロー
プ波形発生回路１０４から発生されたエンベロー
プ波形を付加して合成するものであつた。しかし
ながら分周回路１０２の出力は方形波であるので
ベルの擬似音などのように単純なトーン波形をも
つ音声しか合成することができないという欠点が
あつた。一方、より複雑なトーン波形とノイズ部
をもつ音声を合成するために、それぞれ発振周波
数の異なる発振器を複数個用意して、希望する音
声に従つて各発振器の出力を選択して取り出すよ
うにしたもの、あるいはフイルタ等のハードウエ
ア機構を付加したもの等もあるが、この場合装置
が複雑になりコスト高を招くという欠点があつ
た。しかもどの発振器の出力を合成するかの選択
が煩わしかつたり、合成すべき音声の種類に応じ
て多数の発振器を必要とするため半導体集積回路
化できない等の制御上、作成上の欠点も多かつ
た。

本発明は、上記欠点を除去し、複雑な音声を簡
単な回路構成で合成することを可能とする方式を
提供することを目的とする。

本発明は、デイジタル値を多数記憶することの
できるROM（読出専用メモリ）と、このROMの
アドレスを指定する４個のアドレスカウンタと、
上記ROMの読出出力を乗算する回路と、この回
路から得られる出力に基いて、デイジタル音声信
号をアナログ音声信号に変換するデイジタルアナ
ログ変換回路を有する音声信号出力部とを備え、
上記ROMに音声の１周期分のトーン波形のサン
プリング点での振幅デイジタル値、トーンエンベ
ロープ波形のサンプリング点での振幅デイジタル
値、およびノイズ波形のサンプリング点での振幅
デイジタル値、ノイズエンベロープ波形のサンプ
リング点での振幅デイジタル値を記憶させてお
き、上記４個のアドレスカウンタをトーン波形
用、トーンエンベロープ波形用、ノイズ波形用、
およびノイズエンベロープ波形用に割当て、トー
ン波形用カウンタとトーンエンベロープ波形用カ
ウンタとでそれぞれトーン及びトーンエンベロー
プの各振幅値を読み出して、これらを乗算し、更
に前記ノイズ波形用カウンタとノイズエンベロー
プ波形用カウンタとでノイズ及びノイズエンベロ
ープの各振幅値を読み出して、これらを乗算し、
乗算した結果に基づく音声デイジタル信号を順次
アナログ信号に変換して出力するようにしたこと
を特徴とする音声合成方式である。すなわち、本
発明は、アドレス指定回路をラツチとカウンタで
構成し、アドレスのうち波形の種類を指定する上
位ビツトはラツチに入力し、１波形分のデータを
読み出すための下位ビツトは周波数に応じた値を
設定してこれをカウンタに入力している。このた
め本発明によれば、カウンタのカウント周期を有
声音と無声音とに合う値に設定するだけで１波形
分の有声音と無声音とを夫々の周波数に見合う長
さで読み出すことができ、操作性が向上する。ま
たラツチとカウンタで構成できるためIC化に適
し、コストを低下することができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施例をより
詳しく説明する。

第２図は本発明の一実施例を示す音声合成装置
の要部ブロツク図である。１は全体の回路の制御
を行なう制御回路で、プログラム操作やキー操作
に基いて制御動作を実行するマイクロプロセツサ
等で構成される。有声音を示すトーン波形の１周
期分を所定のタイミングでサンプリングした振幅
デイジタル値とそのエンベロープ波形の各サンプ
リング点での振幅デイジタル値、無声音を示すノ
イズ波形のサンプリング点の振幅デイジタル値、
そのエンベロープ波形のサンプリング点の振幅デ
イジタル値はROM１７に格納される。４，１
０，１１はプログラマブルカウンタで、制御回路
１から与えられるカウントトリガー信号を所定の
分周比で分周してサンプリングデータの読み出し
間隔を制御する。３はプリセツトカウンタで、カ
ウンタ内容がオーバーフローすると初期値が制御
回路１からプリセツトされるもので、１ノイズ波
形分のアドレスを指定するカウンタである。５は
前記ROM内の１ノイズエンベロープ波形分のア
ドレスを指定するカウンタである。９は前記
ROM内の１トーン波形分のアドレスを指定する
カウンタである。１２は前記ROM内の１トーン
エンベロープ波形分のアドレスを指定するカウン
タである。前記ROM１７に記憶されているノイ
ズ波形の種類はアドレスラツチ２の内容により選
択される。又、同じくROM１７に記憶されてい
るノイズエンベロープ波形の種類はアドレスラツ
チ６の内容によつて選択される。一方、ROM１
７の他の領域に記憶されているトーン波形の種類
はアドレスラツチ８の内容によつて選択され、ト
ーンエンベロープ波形の種類はアドレスラツチ１
３の内容によつて選択される。又ラツチ７はノイ
ズ出力の振幅レベル、即ち音量（音の強さ）を決
めるデータを記憶するラツチで、１４はトーン出
力の振幅レベル（音の強さ）を決めるデータを記
憶するラツチである。ラツチ２の内容を上位アド
レスとしてカウンタ３の内容を下位アドレスとす
ることによりノイズ波形の１周期分の波形データ
がROMから読み出される。同様のアドレス方式
がラツチ６とカウンタ５、ラツチ８とカウンタ
９、ラツチ１３とカウンタ１２にも適用され、
夫々ノイズエンベロープ、トーン波形、トーンエ
ンベロープの各１周期分のデータがROMから読
み出される。１５，１６は４入力のうちの１つの
入力を選び、前述のアドレスのペアを選択して出
力する切替回路である。１８はROMに格納され
ているトーン波形の正負の符号を記憶するラツ
チ、１９はトーン波形またはノイズ波形の振幅値
出力を記憶するラツチ、２０はROMからのトー
ンエンベロープ波形またはノイズエンベロープ波
形の振幅値出力を記憶するラツチ、２１はROM
からのノイズ波形の正負の符号を記憶するラツチ
である。２２，２３は切替回路である。２４はデ
イジタル乗算回路である。２５は乗算結果を一時
記憶するラツチで、ノイズ及びトーンの波形デー
タと夫々のエンベロープデータとが集積された
後、その音量をを示す振幅値データ（ラツチ７，
１４のデータ）と更に乗算して所定の音の強さを
示す音声デイジタルデータを作るために用意され
ているものである。２６はトーン出力の振幅を記
憶するラツチである。２７はノイズ出力の振幅を
記憶するラツチである。２８は２入力のうちどち
らかの入力を選ぶ切替回路である。２９は前記符
号ラツチ１８，２１の内容により加算または減算
を行なう回路である。３０は得られた音声デイジ
タル信号をアナログ信号に変換して音声出力をス
ピーカに転送するためのDA変換器である。

次に、第２図の回路を用いて音声を合成する方
法を説明する。第３図、第５図は１周期分のトー
ン波形とノイズ波形の一例を示す波形図で、トー
ン波形及びノイズ波形は１波形を時間軸ｔにそつ
て32分割にサンプリングされ、各サンプリング点
での振幅の値を２進数のデイジタル値として７ビ
ツトに符号化し、さらに正負の符号を１ビツト加
えて合計８ビツトのサンプリングデータとして
ROM１７に格納される。第４図、第６図はトー
ンエンベロープ波形とノイズエンベロープ波形の
一例を示す波形図である。１個のエンベロープ波
形を時間軸ｔにそつて16分割してサンプリング
し、その振幅値を２進数のデイジタル値として５
ビツトに符号化しROM１７の所定のアドレス領
域に格納する。この例では、カウンタ３，９は５
ビツト、カウンタ５，１２は４ビツトが必要にな
る。カウンタ３とアドレスラツチ２のビツト数を
加えたビツト数と、カウンタ５とアドレスラツチ
６のビツト数を加えたビツト数と、カウンタ９と
アドレスラツチ８のビツト数を加えたビツト数と
カウンタ１２とアドレスラツチ１３のビツト数を
加えたビツト数は夫々等しく、ROM１７のアド
レスを任意に選択するための上位及び下位アドレ
スとして使用される。

音声合成開始時に、制御回路１でラツチ２６，
２７をリセツトし、アドレスラツチ２，６，８，
１３に第３図、第４図、第５図、第６図の波形を
記憶しているROMアドレスの上位ビツトを設定
し、かつ２進符号３ビツトからなる最大振幅値の
データをラツチ７，１４に設定する。

まずトーン波形を出力する場合を説明する。プ
ログラマブルカウンタ１０，１１のカウントトリ
ガー信号周波数を1MHzとし、トーン波形のプロ
グラマブルカウンタ１０の分周比を100、トーン
エンベロープ波形のプログラマブルカウンタ１１
の分周比を12800に選ぶと、トーン波形の振幅値
の入つているアドレスを選択するカウンタ９は
0.1ミリ秒ごとにアドレスを１つ進め、トーンエ
ンベロープ波形の振幅値の入つているアドレスを
選択するカウンタ１２は12.8ミリ秒ごとにアドレ
スを１つ進めることになる。トーン波形の入つて
いるアドレスを選択するカウンタ９の内容が変化
した時、ラツチ８、カウンタ９の内容がROM１
７のアドレスを選択するように切替回路１５，１
６を切替える。この結果ROM１７のトーン波形
振幅出力がラツチ１９に入力され、その正負の符
号出力がラツチ１８に入力される。

次にラツチ１３、カウンタ１２の内容がROM
１７のアドレスを選択するように切替回路１５，
１６を切替え、ROM１７のトーンエンベロープ
波形振幅出力をラツチ２０に入れる。その後切替
回路２２，２３をラツチ１９，２０が乗算回路２
４に与えられるように切替え、乗算結果の上位７
ビツトをラツチ２５に記憶しておく。次に、ラツ
チ２５とラツチ１４のデータが乗算回路２４に与
えられるように切替回路２２，２３を切替え、乗
算結果の上位７ビツトをトーン出力の振幅データ
を記憶するラツチ２６に入れる。その後、切替回
路２８をラツチ２７の内容が加減算回路２９に与
えられるように切替える。この結果、以前に演算
されたノイズデータと現在演算されたトーンデー
タとが符号ラツチ１８，２１から与えられる正負
の符号により加算または減算が行なわれて、その
結果、ノイズとトーンとが合成された演算結果が
８ビツトDA変換器３０を介してアナログ信号に
変換されて出力される。

上記の動作はトーン波形１波形分の振幅値の入
つているアドレス空間を選択するカウンタ９の内
容が変化する度に実行される。こうしてDA変換
器３０のアナログ信号出力には第７図に示すよう
に１個のトーン波形のピツチが3.2ミリ秒で、１
個のトーンエンベロープ波形のピツチが20.48ミ
リ秒（サンプリング周期は12.8ミリ秒）の音声出
力が得られる。次にノイズ波形を出力する場合を
説明する。プログラマブルカウンタ４のカウント
トリガー信号周波数を1MHzとし、ノイズエンベ
ロープ波形のプログラマブルカウンタ４の分周比
を5000に選ぶとノイズエンベロープ波形の振幅値
の入つているアドレスを選択するカウンタ５は５
ミリ秒ごとにアドレスを１つ進めることになる。
プリセツトカウンタ３のカウントトリガー信号を
40KHzとしカウンタ内容がオーバーフローした
時、制御回路１からランダムな５ビツトの２進数
をセツトしノイズ波形のくり返し周期を実際のノ
イズに合わせてランダムに変化させるようにす
る。ノイズ波形の入つているアドレスを選択する
カウンタ３の内容が変化した時、切替回路１５，
１６をラツチ２、カウンタ３の内容でROM１７
のアドレスが選択されるように切替え、ROM１
７のノイズ波形振幅出力をラツチ１９に入れ、正
負の符号出力をラツチ２１に入れておく。次に切
替回路１５，１６をラツチ６、カウンタ５の内容
でROM１７のアドレスが選択されるように切替
え、ROM１７のノイズエンベロープ波形振幅出
力をラツチ２０に入れる。その後、切替回路２
２，２３をラツチ１９，２０が乗算回路２４に与
えられるように切替え、乗算結果のうち上位７ビ
ツトをラツチ２５に記憶しておく。次に切替回路
２２，２３をラツチ２５とラツチ７の内容が乗算
回路２４に与えられるように切替え、その乗算結
果のうち上位７ビツトをノイズ出力の振幅を記憶
するラツチ２７に入れる。その後、以前に演算し
たトーンデータを記憶するラツチ２６を加減算回
路２９とを接続するように切替回路２８を切替
え、符号ラツチ１８，２１の符号データにより以
前のトーンデータと現在のノイズデータとの加算
または減算を行なつて演算した結果を８ビツト
DA変換器３０でアナログ信号に変換して出力す
る。

上記動作をノイズ波形の振幅値の入つているア
ドレスを選択するカウンタ３の内容が変化する度
に行なうと、DA変換器３０のアナログ信号出力
には第８図に示すようにノイズ振幅データが25マ
イクロ秒（ピツチ0.8ｍ秒）ごとに出力され、１
個のノイズエンベロープ波形が80ミリ秒（サンプ
リング周期５ｍ秒）のノイズ出力が得られる。

尚、上記の動作において、トーンデータ作成時
にラツチ２７から読み出されるノイズデータは零
一方ノイズデータ作成時にラツチ２６から読み出
されるトーンデータは零であり、加減算回路２９
は単にトーン、ノイズの符号に応じて各トーン、
ノイズデータのみを作成する。

以上はトーン波形とノイズ波形を別々に発生さ
せる場合を説明したが、カウンタ３，４，５，
９，１０，１１，１２に同時に制御回路１から所
定のデータを与え、カウンタ３およびカウンタ９
の内容が変化する度に上記ノイズ作成及びトーン
作成動作を行ない、トーン出力ラツチ２６とノイ
ズ出力ラツチ２７にトーン出力とノイズ出力の演
算結果を記憶させ、符号ラツチ１８，２１の内容
によりトーン出力とノイズ出力を加算または減算
すれば、トーン波形Ｔとノイズ波形Ｎとを混合し
て出力することができる。この場合、始めが無声
音で途中から有声音に切り替わるような子音は第
９図のようにして合成することができる。しか
も、無声音と有声音との境界部付近Ｓでは両者が
合成されて自然音に近に滑らかな音声データが得
られ、音のとび等は生じない。

このように、本実施例によれば、直接実際の音
声の原波形をサンプリングしたトーン及びノイズ
とそのエンベロープデータをROM１７から相異
なる４つのアドレス手段で読み出して必要な乗算
処理を行なうことにより連続的に音声信号を発生
できるので、高速度で有声音、無声音を含む複雑
な音声を合成することができる。又、波形を出力
している途中でトーン波形の形を変える時は、ア
ドレスラツチ８の内容を所望の波形の入つている
アドレスにすることで簡単に行なうことができ
る。また基本周波数を変えるときは、プログラマ
ブルカウンタ１０の分周比を変えることにより簡
単に行うことができる。エンベロープ波形もアド
レスラツチ１３の内容を変えることにより別のエ
ンベロープ波形に簡単に切替えられる。更に、こ
の様な構成ではデイジタルフイルタや複雑な演算
回路が不要であるため集積化に極めて好適で、有
声音、無声音を自由に混ぜ合わせて自然音に近似
した音声を合成できる。更に、プログラムとして
トーン波形とそのエンベロープ波形、ノイズ波形
とそのエンベロープ波形の入つているアドレスの
順番を作成しておくことにより、プログラム制御
の下で連続音声の合成が可能である。

なお、上記実施例において、ROMの記憶ビツ
ト数、DA変換器３０、カウンタ３，４，５，
９，１０，１１，１２、ラツチ２，６，７，８，
１３，１４，１９，２０，２５，２６，２７の各
ビツト数は合成すべき音声の精度に応じて適当な
値を選ぶことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の電子音合成装置の構成図、第
２図は本発明の一実施例を示す構成図、第３図は
トーン波形とサンプリング点とを示す波形図、第
４図はトーンエンベロープ波形とサンプリング点
とを示す波形図、第５図はノイズ波形とサンプリ
ング点とを示す波形図、第６図はノイズエンベロ
ープ波形とサンプリング点とを示す波形図、第７
図はDA変換器のトーン信号出力のはじめの部分
を例示する波形図、第８図はDA変換器のノイズ
信号出力のはじめの部分を例示する波形図、第９
図はノイズエンベロープとトーンエンベロープを
同じ時間軸上に重ねて合成した時の音声波形図で
ある。 １……制御回路、２……ノイズ波形アドレスラ
ツチ、３……ノイズ波形プリセツトアドレスカウ
ンタ、４……プログラマブルカウンタ、５……ノ
イズエンベロープバイナリまたはポリノミナルア
ドレスカウンタ、６……ノイズエンベロープアド
レスラツチ、７……ノイズ最大振幅値ラツチ、８
……トーン波形アドレスラツチ、９……トーン波
形バイナリまたはポリノミナルアドレスカウン
タ、１０，１１……プログラマブルカウンタ、１
２……トーンエンベロープバイナリまたはポリノ
ミナルアドレスカウンタ、１３……トーンエンベ
ロープアドレスラツチ、１４……トーン最大振幅
値ラツチ、１５，１６……切替回路、１７……
ROM、１８……トーン符号ラツチ、１９，２０
……ROM出力ラツチ、２１……ノイズ符号ラツ
チ、２２，２３……切替回路、２４……乗算回
路、２５……乗算結果のラツチ、２６……トーン
出力ラツチ、２７……ノイズ出力ラツチ、２８…
…切替回路、２９……加減算回路、３０……DA
変換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 有声音の波形データ、その包絡線データ、振
   幅値データ、および無声音の波形データ、その包
   絡線データ、振幅値データを夫々記憶するメモリ
   と、前記各データを個々にアドレス指定する複数
   のアドレス指定回路と、前記有声音の波形データ
   と包絡線データと振幅値データとの乗算および前
   記無声音の波形データと包絡線データと振幅値デ
   ータとの乗算とを交互に実行する演算回路と、有
   声音の演算結果と無声音の演算結果とを別々に格
   納する第１および第２のラツチ回路と、第１のラ
   ツチ回路に格納された有声音の演算結果とそれ以
   前に前記第２のラツチ回路に格納された無声音の
   演算結果との加減算および前記第２のラツチ回路
   に格納された無声音の演算結果とそれ以前に前記
   第１のラツチ回路に格納された有声音の演算結果
   との加減算を交互に繰り返して実行する手段とを
   有し、有声音の前記波形データとその包絡線デー
   タおよび無声音の前記波形データとその包絡線デ
   ータをアドレス指定するアドレス指定回路は、有
   声音および無声音の１波形分を読み出すアドレス
   の上位ビツトが格納されるラツチ回路および下位
   ビツトが格納されるカウンタとで構成され、前記
   カウンタに有声音および無声音の周波数に応じた
   分周比のデータを下位ビツトとして格納し、該カ
   ウンタの計数周期に応じて有声音および無声音の
   各１波形分のデータを前記メモリから読み出せる
   ようにしたことを特徴とする音声合成方式。