JPH02271397A - ノイズ音発生装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、無声音（子音）や口笛の音または自然楽器
のアタック部分の音のようなフォルマント形状を有する
ノイズ音を電気的に合成するノイ［従来技術］ 無声音（子音）や口笛の音または自然楽器のアタック部
分の音は、振幅スペクトル分布が特定の周波数にピーク
を有するフォルマント形状をしている。

従来、このようなフォルマント形状を有するノイズ音は
、特定の周波数に共振点を有するバンドパスフィルタな
どを用いることにより実現していた。

ところで、音声が無声音（ノイズ音）から有声音（母音
すなわち）オルマント音）へ遷移する過程（フォルマン
ト軌跡）、口笛の音高が変化する過程、または自然楽器
のアタック部分から定常もしくはデイケイ部分（フォル
マント音部分）へ遷移する過程等を観察すると、上記ノ
イズ音のフォルマント形状のピーク周波数（以下、フオ
ルマント中心周波数という）は連続的に変化する。特に
、無声音から有声音に継続する際には、無声音のフォル
マント中心周波数から有声音のフォルマント中心周波数
へ連続的に変化する。

したがって、人声、口笛の音および自然楽器音等の忠実
な合成音を形成するためには、ノイズ音のフォルマント
中心周波数を連続的に変化させなければならない。

しかしながら、バンドパスフィルタの共振周波数をリア
ルタイムで連続的に動かすことは、特にディジタルフィ
ルタでは困難である。すなわち、上記従来法では、ノイ
ズ音のフォルマント中心周波数を細かく任意に動かすこ
とは困難ないし不可能であった。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は、フォルマント形状を有するとともにこのフ
ォルマント中心周波数の任意、かつ容易な移動が可能な
ノイズ音を合成するノイズ音発生装置を提供することを
目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明のノイズ音発生装置は、ホワイトノイズ発生手
段と、このホワイトノイズに低域通過特性を与えるスペ
クトル加工手段と、フォルマント中心周波数指定手段と
、このフォルマント中心周波数を有する周期波形を発生
する周期波形発生手段と、上記スペクトル加工されたノ
イズ信号と上記周期波形とを乗算する乗算手段とを具備
している。

［作用］ この発明は、「周波数領域の畳込みは、時間領域の積に
変形することができる」という周波数畳込み定理を基本
原理とするものである。第１図は、この周波数畳込み定
理を、余弦波形ｈ　（ｔ）と方形波形ｘ　（ｔ）とにつ
いて図解したものである。同図において、二！を線の６
角形はその上下のものがフーリエ変換対であることを示
す。

第１図から、時間領域でｈ　（ｔ）　＊ｘ　（ｔ）なる
乗算を実行することにより、周波数領域においては余弦
波スペクトルＨ（ｆ）と方形波スペクトルＸ（ｆ）との
畳込みが行なわれることが理解される。

すなわち、この発明においては、第２図（ａ）に示すよ
うな右下がりのスペクトル特性を有するノイズ波形と、
第２図（ｂ）に示すような周波数ｆ０の周期波形（例え
ば正弦波）とを乗算しており、これにより、第２図（ｃ
）に示すようなフォルマント中心周波数をｆｏとする振
幅スペクトルを有するノイズ音を形成することができる
。

ここで、周波数ｆｏは比較的容易にリアルタイムで可変
することができる。例えば上記周期波形発生手段として
電子楽器のメモリ音源と同様のものを用いた場合、周波
数情報値を可変することにより読出アドレスの変化速度
が可変され、実質的に連続的かつリアルタイムで周波数
ｆｏを可変することかできる。

また、この発明では、先ず、ホワイトノイズを発生する
ようにしている。このようなホワイトノイズは、シフト
レジスタを用いたＭ系列符号発生方式やコンピュータの
乱数発生法である乗算合同法等を応用することにより比
較的簡略に発生することができる。この発明では、次に
、発生したホワイトノイズのスペクトル特性をローパス
フィルタのようなスペクトル加工手段を用いて加工する
。このようなローパスフィルタとしては、例えばディジ
タルフィルタを用いることができ、少数のパラメータを
与えることで右下がり特性の傾きやカットオフ周波数等
を比較的自由に、かつ容易に可変することができる。

また、この加工されたノイズ波形と上記周期波形とを乗
算しているため、この周期波形の周波数を中心としたフ
ォルマント形状のノイズ音が得られる。すなわち、バン
ドパスフィルタを用いる従来例の１／２の次数のフィル
タで従来例と同じ左右に立ち下がるノイズ音を合成する
ことができる。フィルタの次数が少なくてよいため、実
質的にリアルタイムとみなし得る程の高速演算が可能と
なる。

［実施例］ 以下、この発明を実施例に基づき詳細に説明する。

第３図は、この発明の一実施例に係るノイズ音発生装置
の構成を示すブロック図である。

同図の装置は、例えば電子楽器の音源として用いられる
もので、ホワイトノイズ発生回路１、ディジタルフィル
タ３、周期波形発生回路４、乗算器５，７、エンベロー
プ波形発生回路６、およびアキュムレータ８等を具備す
る。

ホワイトノイズ発生回路１は、ホワイトノイズ、すなわ
ちフラットなスペクトルを持つノイズを発生する。この
ホワイトノイズ発生回路１は、ホワイトノイズを発生す
るものならば何でも良いが、例えばＭ系列発生器を用い
ることができる。

このようなＭ系列発生器は、フィードバックループを含
む１ビットＮ段のシフトレジスタにより構成され、１周
期が２Ｎ−１ビツトのＭ系列符号を発生する。例えばシ
フトレジスタ駆動用クロックの周波数を５０ｋＨｚとす
ると、このＭ系列符号の繰返し周波数は、Ｎ＝２０のと
き約０．０４５Ｈｚ、Ｎ＝３０のとき約０．０ＯＯ０２
３Ｈｚとなる。

ディジタルフィルタ３は、加算器３１，３２゜３３、乗
算器３４、反転器３５および遅延回路３６からなる。こ
のディジタルフィルタ３は、１１Ｒフイルタと呼ばれる
形式のもので、ここでは伝達関数Ｈ（ｚ）が、 で表わされるローパスフィルタを形成している。

このＩＩＲフィルタは、たった１個のパラメータ（ＢＷ
）でスペクトル包結線の度合を制御でき、また、簡単な
ハードウェアでかなり急峻に減衰させることができるも
ので、通常の無声音と同様のフォルマント形状を得るの
に好適であった。第４図は、このディジタルフィルタ３
から出力される右下がりスペクトル特性を有するノイズ
信号波形（ａ）およびその振幅スペクトル（ｂ）を示す
。

なお、このディジタルフィルタ３として、高次のＦＩＲ
フィルタを用いることにより、フォルマント形状（右下
がりスペクトル特性）をさらに微細に制御することも可
能である。

周期波形発生回路４は、ピッチデータ発生器４１、セレ
クタ４２、位相アキュムレータ４３および正弦波メモリ
４４等を具備する。ピッチデータ発生器４１は、装置内
部に設定されたピッチデータパラメータに応じた関数に
従りて変化するピッチ情報値を発生する。セレクタ４２
は、ピッチデータ発生器４１から出力される内部ピッチ
情報値と外部装置から入力される外部ピッチ情報値との
一方を選択するためのものである。アキュムレータ４３
は、所定のクロックパルスφに同期して上記セレクタ４
２から出力されるピッチ情報値ＦＯを累算する。ここで
、ピッチ情報値Ｆｏは、発生しようとするノイズ音のフ
ォルマント中心周波数ｆｏおよびその変化に対応する値
に設定されており、アキュムレータ４３は、累算値ＱＦ
。

（ｑ＝１．２，３．・・・・・・）を正弦波メモリ４４
の読出しアドレス信号として順次出力する。正弦波メモ
リ４４には正弦波の１周期の順次サンプル点振幅値が各
アドレスに記憶されており、アキュムレータ４３から出
力されるアドレス信号（累算値ｑＦｏ）により指定され
たアドレスに記憶されている正弦波振幅値が順次読出さ
れる。これにより、正弦波メモリ４４からは各時点のピ
ッチ情報値Ｆｏに対応して遷穆する周波数ｆ０を有する
正弦波の順次サンプル点振幅値ｓｉｎ　２πｆａｔがク
ロックパルスφに従って順次出力される。

上述のように、この周期波形発生回路４は、外部ピッチ
情報値を使用可能にしているため、有声音部分の音源で
合成されるフォルマント音のピッチやその変動に一致ま
たは連動させることができる。あるいは、鍵盤ピッチ情
報をこの外部ピッチ情報値として与えることによりノイ
ズ音のフォルマント中心周波数を鍵盤ピッチに追随させ
ることもできる。

乗算器５においては、ディジタルフィルタ３から出力さ
れる右下がりスペクトル特性を有するノイズ信号と、周
期波形発生回路４から出力される正弦波振幅値ｓｉｎ　
２πｆｏｔとを乗算する。これにより、乗算器５の出力
としてフォルマント形状を有するノイズ音信号が得られ
る。この場合、上述のフィルタ３の周波数軸上での減衰
特性がそのまま上記フォルマント形状のバンド幅に対応
することになる。すなわち、フィルタ３の周波数特性の
カーブがそのままフォルマント中心周波数を中心として
左右対称となりフォルマントの形状となる。

エンベロープ波形発生回路６は、装置内部に設定されて
いるエンベロープパラメータに従って上記クロックパル
スφのタイミングで順次の時点におけるノイズ音の振幅
を表わすエンベロープデータＥＮＶを発生する。

乗算器７は、乗算器５から出力されるノイズ音信号に楽
音としてのエンベロープを付与するためのもので、上記
乗算器５の出力とエンベロープ波形発生回路６から出力
されるエンベロープ波形ＥＮＶとを乗算する。これによ
り、乗算器７の出力としてエンベロープ波形に従って振
幅が時間的に変化するフォルマント状ノイズ音が得られ
る。

第３図の装置においては、ディジタルフィルタ３ないし
乗算器７を時分割使用することにより、複数のノイズ音
を並列的に合成することができる。アキエムレータ８は
これら複数のノイズ音をデータ的に累算して、音響的に
混合するためのものである。

アキュムレータ８から出力されたノイズ音は、図示しな
いＤ／Ａ変換器によってアナログ信号に変換され、図示
しない増幅器およびスピーカシステム等からなるサウン
ドシステムを介してノイズフォルマント音響として発音
される。

第５および第６図は、第３図の装置において、バンド幅
Ｂ胃を０．００２とし、フォルマント中心周波数ｆ０は
それぞれ５および２．５ｋＨｚとした場合のフォルマン
ト状ノイズの波形図（ａ）および振幅スペクトル図（ｂ
）を示す、また、第７図は、第５図と同一条件における
第３図のディジタルフィルタ３以降のインパルス応答を
示す第５図と同様の図である。

第８図は、パラメータＢＷおよびｆ。は第５図と同一の
０．００２および５ｋＨｚに設定し、周期波形の形状を
正弦波ｓｉｎθでなく、その３乗の５ｉｎ３θに設定し
た場合に合成されるノイズ音の波形図（ａ）および振幅
スペクトル図（ｂ）を示示す、このようにこの発明によ
れば、複数個のフォルマント中心周波数を有するノイズ
音も、各フォルマント中心周波数に相当する複数の周波
数成分を含む周期波形を用いることにより、合成するこ
とができる。

すなわち、周期波形として正弦波を用いればフォルマン
トが１つのノイズ音が発生されるが任意の倍音成分を持
つ周期波形を用いればそれぞれの倍音成分に山（フォル
マント）のあるノイズ音が合成できる。但し、周期波形
の選択には折り返しノイズなどの影響を受けないなどの
各種の条件を考慮しなければならない。

この発明は、音声合成に通用することも可能である。す
なわち、実際の音声は、周知のように、有声音（母音）
と無声音（子音）の２種類で構成されている。それらは
それぞれにフォルマントと呼ばれるスペクトラムの山が
数個存在し、それらによって様々な音声として区別され
ている。

音声は、音素という単位に分けることができるが、音素
は、その前後に発生された音素にある程度の影響を受け
る。そのことは無声音から有声音（もしくはその逆）の
変化（有声音と無声音は音素の単位において分離するこ
とが可能）においても例外ではない。

実際どのような影響があるかと言えば、それぞれのフォ
ルマントは急な変化には追従し切れず、滑らかな変化を
していく、よって、このことを実現するためには、有声
音のフォルマント周波数とノイズのフォルマント周波数
とをリンクする必要がある。この発明を利用すれば、周
期波形を例えば正弦（奈弦）波形とし、その正弦波の周
波数を有声音のフォルマント周波数に同期させれば可能
となる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、 １、音声や楽音などのシミュレーションにおいて、無声
音またはアタック音（ノイズ音）から有声音または定常
音へ変化するとき有声音等のフォルマント周波数に一致
させて無声音等のフォルマント周波数を線形的に有声音
等と同期移動させることが可能になフた。

２、任意の倍音のある周期波形を使うことにより複数個
のフォルマントのあるノイズ音が実現できる。

３、実現のためのアルゴリズムが簡単である。

４、ノイズのスペクトル加工手段の計算時間が少ない手
法（例えば−次１１ＦＬフィルタ）を採用すれば全体の
計算時間はほとんどかからない。

５、容易に各種コントローラ（外部コントローラを含む
）でフォルマント中心周波数を制御できる。

等の効果が実現される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の基本原理を示す説明図、第２図は
、この発明の基本動作を説明するための波形図、 第３図は、この発明に係るノイズ音発生装置のブロック
図、 第４図（ａ）（ｂ）は、第３図の装置におけるホワイト
ノイズに右下がりスペクトル特性を付与されたノイズ信
号の波形および振幅スペクトル図、 第５および第６図の（ａ）（ｂ）は、第３図の装置にお
いて合成されるノイズ音の波形および振幅スペクトル図
、 第７図（ａ）、（ｂ）は、第３図の装置におけるホワイ
トノイズ発生回路を除く部分のインパルス応答を示す出
力波形および振幅スペクトル図、そして 第８図（ａ）（ｂ）は、第３図の装置において周期波形
としてサイン３乗波形を用いた場合に合成されるノイズ
音の波形および振幅スペクトル図である。 １：ホワイトノイズ発生回路 ３：ディジタルフィルタ ４：周期波形発生回路 ５：乗算器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ホワイトノイズ発生手段と、 このホワイトノイズに低域通過特性を与えるスペクトル
   加工手段と、 フォルマント中心周波数指定手段と、 上記フォルマント中心周波数を有する周期波形を発生す
   る周期波形発生手段と、 上記スペクトル加工されたノイズ信号と上記周期波形と
   を乗算する乗算手段と を具備することを特徴とするノイズ音発生装置。