JPH0812559B2

JPH0812559B2 - 歌声音発生装置

Info

Publication number: JPH0812559B2
Application number: JP59203463A
Authority: JP
Inventors: 美昭田中
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1984-09-28
Filing date: 1984-09-28
Publication date: 1996-02-07
Anticipated expiration: 2011-02-07
Also published as: JPS6180299A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は歌声音発生装置に係り、特にホルマント周波
数を合成して歌声音として発生出力する歌声音発生装置
に関する。

従来の技術音楽を演奏する音響合成システムの中には楽器音の合
成用と歌声合成用とが存在する。このうち歌声合成シス
テムには、例えば「ホルマント型音声合成LSIを用いた
パソコン用歌声合成システム」（石原，伏木田，三留，
井上：昭和59年度電子通信学会総合全国大会,6−198）
などが知られている。このものは入力された音声文字列
と楽譜文字列とのうち、音声文字列を子音と母音を基本
単位とするパラメータに分解し、また楽譜文字列の中の
音階データに従つてピツチパラメータをテーブルから読
み取り、しかる後に上記の子音，母音パラメータの分解
により作成したテーブルに従つてデータROMより取り出
したホルマントパラメータ及び振幅に、上記音階のピツ
チパラメータを組み合わせて合成パラメータを生成する
と共に、楽譜文字列の中の音符長データに従つて時間長
テーブルを作成する。そして、上記合成パラメータは時
間長テーブルに従つて、順次音声合成LSI（大規模集積
回路）に所定のフレーム周期毎に転送された後、ここで
10kHzサンプリングで合成波形が生成される。

発明が解決しようとする問題点しかるに、上記の従来の歌声システムは歌声音を単に
発生することができるだけで、ビブラートなどの音楽的
変化をつけることが困難で音楽的表現に乏しい等の問題
点があつた。

また、指定した音高で人声音を発生させる装置とし
て、特開昭55−77799号に開示された装置もあるが、こ
のものはホワイトノイズで子音を近似させているため、
ホルマント周波数の急激な変化を正確に再現できず、従
つて発生される人声音は不明瞭で、不自然であるという
問題点があつた。

そこで、本発明は特にMIDI（Musical Instrument Di
gital Interface）規格のインターフエースを用いてシ
ンセサイザと接続することにより、上記の問題点を解決
した歌声音発生装置を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段本発明になる歌声音発生装置は、テーブル作成手段，
ピツチパラメータ変換手段，合成パラメータ作成手段，
データ変換手段，データ転送手段，シンセサイザ及びイ
ンターフエース手段とよりなる。上記テーブル作成手段
は入力歌詞データを子音と母音を単位とするパラメータ
に分解して第１のテーブルを作成し、上記ピツチパラメ
ータ変換手段は入力楽譜データの中の音階データに従つ
てピツチパラメータを、例えば予め用意した音階に対応
する第２のテーブルから読み取る。合成パラメータ作成
手段は上記第１のテーブルに従つてメモリから読み出し
たホルマントパラメータに、上記ピツチパラメータを組
み合わせて編集及び補間された合成パラメータを生成す
ると共に、上記楽譜データ中の音価データに従つて時間
長テーブルを作成し、それらを一時記憶する。

この合成パラメータは上記データ変換手段のよつて特
定の規格のデータに変換され、上記データ転送手段によ
つてその変換データのうち複数のホルマント周波数に関
するデータを転送され、ピツチ周波数に関するピツチ周
波数データを母音部発声期間中のみ前記時間長テーブル
に基づく期間発生出力される。上記インターフエース手
段は上記データ転送手段による転送データのうち複数の
ホルマント周波数に関するデータとピツチ周波数データ
とを前記シンセサイザ内の複数個の可変周波数発振器の
制御信号として別々に供給する。

作用上記シンセサイザ内の複数個の可変周波数発振器は子
音と母音とを構成する複数のホルマント周波数の信号を
夫々発生出力すると共に、母音の発声期間中は楽譜デー
タによる音階を定めるピツチ周波数の信号も発生出力す
るので、シンセサイザのスピーカから歌声音が発音され
る。シンセサイザは発音すべき音に音楽的効果をもたら
す手段を備えているから、これを利用することにより歌
声音に音楽的効果をもたらせることができる。また、本
発明によれば、合成パラメータ作成手段によりパラメー
タを編集及び補間するので細かいニュアンスの歌声音を
発生することができる。以下、本発明について実施例と
共に詳細に説明する。

実施例第１図は本発明装置の一実施例のブロツク系統図を示
す。同図中、歌詞キーボード１は例えば第２図に示す如
く、キーボード本体16上にアルフアベツトのキー17を複
数個三段に配置し、最下段に母音を示すアルフアベツト
のキーが配置された構造とされており、複数個のキー17
はローマ字で書かれた文字の集合体である歌詞（音声文
字列）に応じて選択的に押される。例えば文字「ビ」はの２つのキーを押すことによつて入力される。歌詞キー
ボード１には第２図に示す如く、更に最下段の位置に女
声用キー18と子供の声用キー19とが夫々配置されてお
り、発音すべき歌詞音を女声とするときはキー18を押
し、また子供の声とするときはキー19を押し、更に男声
とするときにはキー18及び19の両方を押さないことによ
つて指定することができる。この歌詞キーボード１によ
つて、入力された歌詞データ（文字音声データと声別デ
ータ）はI/O（入出力）インターフエース２を通して中
央処理装置（CPU）３へ供給される。

また他のキーボードとして音価キーボード４とコント
ロールキーボード5,更には後述するシンセサイザ10内の
キーボードがある。音価キーボード４は例えば第３図に
示す如く、音価（時価）を示す複数個のキー群21がマト
リクス状に配置された構造とされている。一方、コント
ロールキーボード５は数オクターブの音域内の音の高さ
を、例えば「１」から「88」までの範囲内の数字で推定
したり、音の強弱を指定するためのキーボードである。
音価キーボード４及びコントロールキーボード５の両出
力データは楽譜データ（楽譜文字列）としてI/Oインタ
ーフエース２を介してCPU3に供給される。

CPU3はランダム・アクセス・メモリ（RAM）6,リード
・オンリ・メモリ（ROM）７及びメモリ（例えば磁気デ
イスク）８が夫々双方向性バスを介して接続されてい
る。RAM6はCPU3のデータストア用及び作業用のメモリ回
路で、また後述する音階に対応するピツチパラメータな
どが予め格納されている。またROM7にはCPU3の制御プロ
グラムやホルマント周波数に関するホルマントパラメー
タテーブルが予め格納されている。更にメモリ８は入力
あるいは加工したデータの保存用のメモリ回路である。
また、I/Oインターフエース２は後述するMIDIインター
フエース９に双方向性バスを介して接続されており、MI
DIインターフエース９はシンセサイザ10に双方向性バス
を介して接続されている。

CPU3に入力された前記歌詞データ及び楽譜データはビ
デオコントローラ11を介してビデオ・ランダム・アクセ
ス・メモリ（V.RAM）12に書き込まれ、ビデオコントロ
ーラ11によりビデオ信号に変換された後、三原色信号分
離回路13で三原色信号とされてCRT（陰極線管）14に供
給される。また、CRT14にはCPU3によつて生成されたデ
ータに基づく三原色信号も供給される。これにより、操
作者はCRT14に表示された、例えば音価，音階，歌詞そ
の他の必要事項を示す表を見ながら、前記キーボード1,
4及び５を操作して所望のデータの入力の確認，訂正な
どができる。

また、CPU3は第４図に示す如き構成とされており、第
５図に示すフローチヤートに従つた動作を行なう。CPU3
はまずイニシヤライズされた後（第５図にステツプ40で
示す）、第４図の歌詞データ・楽譜データ受信部25によ
り、前記キーボード1,4及び５よりI/Oインターフエース
２を介して入力された歌詞データ及び楽譜データを夫々
受信し、取込む（第５図のステツプ41）。CPU3内の第４
図に示すテーブル作成手段26は取込んだ上記の歌詞デー
タを子音と母音を単位とする第１のパラメータに夫々分
解し、これにより第１のテーブルを作成し、これをRAM6
に格納する（第５図のステツプ42）。すなわち、日本語
の音節の大部分は広義の子音と母音との組合せからなる
ことが知られており、子音と母音を単位として、それら
の列によつて語の音形が表示されると考えられるから、
上記第１のパラメータによつて歌詞を示す個々の音節を
示すことができる。

またピツチパラメータ変換手段27は取込んだ上記の楽
譜データの中の音階データに従つて、RAM6に予め記憶さ
れていたテーブルから音階を定める母音の基本周波数
（ピツチ周波数）F₀を示すピツチパラメータを読み出す
（すなわちピツチパラメータに変換するもので、これは
第５図にステツプ43で示す）。また、第４図に示すCPU3
内の合成パラメータ作成手段28は、テーブル作成手段26
により作成されてRAM6に格納されていた前記第１のテー
ブルを参照しながら前記ホルマントパラメータをROM7か
ら読み出し、これにピツチパラメータ変換手段27により
変換して得た前記ピツチパラメータを組み合わせ、パラ
メータの編集，補間（音が滑らかに変化するように音に
区切りをつけることなど）を行なつて合成パラメータを
作成すると共に、楽譜データの中の前記音価データに従
つて時間長テーブルを作成し、それらをRAM6に一時記憶
する（第５図のステツプ44）。

ここで、歌声は歌詞を示す個々の音節とそれと共に発
生させる音とからなり、前者は前記第１のパラメータに
より子音と母音とで示され、また第６図に示す如きホル
マント周波数対時間特性を示すことが知られている。す
なわち、音声の識別は音声波形を構成している基本周波
数（ピツチ周波数）と複数個のホルマントに基づいて行
なわれていると見做されている。第1,第２及び第３ホル
マント（以下、ホルマント周波数ともいう）をF₁,F₂及
びF₃とすると、一の音節は最初に漸次ホルマント周波数
変化を伴つて子音部が発音され、次に母音部が略一定の
ホルマント周波数により発音される。なお、母音部発声
期間はホルマント周波数F₁〜F₃と共にピツチ周波数も発
生される。

上記子音部におけるホルマント周波数F₁〜F₃の変化は
子音によつて異なり、例えばg,d及びｂの各子音のホル
マント周波数は第７図（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）に示す
如くに変化することが一般に知られている。ここで、前
記した合成パラメータ中のホルマントパラメータは上記
３種のホルマント周波数F₁〜F₃を決定するパラメータで
ある。また、ピツチパラメータは前記ピツチ周波数を定
める。

一方、音節（歌詞）と共に発生される上記の音は音の
高さ，大きさ，長さによつて定まり、これが楽譜データ
として前記した如くCPU3に入力されるが、音階に応じて
第６図に示したホルマント周波数対時間特性が縦軸方向
に平行移動した如き特性となり、前記ピツチパラメータ
（ピツチ周波数）がその移動量（音の高さ）を定める。
また音の長さは母音部の時間長によつて得ることができ
る。更に音の大きさはコントロールキーボード５によつ
て入力されるが、音量パラメータとして前記合成パラメ
ータ中に含まれている。

この合成パラメータはMIDIデータ変換手段29により公
知のMIDI規格に適合したデータ（これをMIDIデータとい
うものとする）に変換する（第５図のステツプ45の処理
を行なう。）。ここで、MIDI規格は楽器を演奏する際に
行なわれる種々の操作（キーを押す，ボリユームを回す
など）を夫々数バイトのデータに変換し、複数の楽器，
又はそれらをコントロールする機械との間で送受信する
ための規格である。MIDIデータは２〜３バイトのシリア
ルデータで伝送されるが、最初の１バイトがステータス
で、後続のデータバイトがどのようなフアンクシヨンを
持つているかを指示するメツセージになつている。ステ
ータスを含むデータ長は１〜３バイトと不定であり、ス
テータスとデータとは各バイトの第１ビツトが“1"のと
きステータス，“0"のときデータという形で認識され
る。上記メツセージには大別して個別の操作データを送
るチヤンネルメツセージと、ネツトワークをコントロー
ルするためのシステムメツセージとに分けられる。

変換された上記のMIDIデータはデータ転送手段30に供
給され、ここで第５図に示すステツプ46〜56の処理動作
に従つて、CPU3よりI/Oインターフエース2,MIDIインタ
ーフエース９を夫々介してシンセサイザ10へ転送され
る。すなわち、第５図において、データ転送手段30は変
数Ｊを「１」にセツトし（ステツプ46）、変数Ｉを
「０」にセツトし（ステツプ47）、次にシンセサイザ10
よりMIDIインターフエース９及びI/Oインターフエース
２を介して入来するデータに基づいてシンセサイザ10は
受信可能か否かが判定され、受信可能となるまで待機す
る（ステツプ48）。シンセサイザ10が受信可能（イネー
ブル）となつた場合は、MIDIデータのうち子音のホルマ
ント周波数F₁〜F₃及び音量等に関する第１のデータをI/
Oインターフエース2,MIDIインターフエース９を夫々通
してシンセサイザ10へ転送した後、変数Ｉの値を「１」
だけ加算する（ステツプ49,50）。加算後の変数Ｉの値
がＮ以上となるまで上記ステツプ49及び50の処理動作が
繰り返される（ステツプ51）。

ここで、上記Ｎの値は子音部の発声時間帯において、
一定間隔（例えば0.33ms）で、第１〜第３ホルマント周
波数F₁〜F₃の夫々について行なうべき周波数変更の回数
を示している。これにより、上記のステツプ49〜51で第
６図，第７図に示した如き子音部発声時間帯のホルマン
ト周波数F₁〜F₃の周波数変化を直線近似的に行なわせる
各ホルマント周波数については各々３バイトの第１のデ
ータが転送され、約3ms（≒３×３×320μｓ）毎にホル
マント周波数データが書き換えられる。

変数Ｉの値がＮ以上となると、次に前記MIDIデータの
うち母音のホルマント周波数F₁〜F₃,ピツチ周波数F₀及
び音量等に関する第２のデータがシンセサイザ10へ転送
されてピツチ周波数F₀の設定等が行なわれる（ステツプ
52）。そして、前記時間長テーブルに基づいて音価に従
つた時間長となるように、母音部の時間長さのチエツク
のためのタイムカウントが行なわれ、所定の時間長とな
ると第２のデータの送出がオフとされる（ステツプ5
3）。データ転送手段30は次に第１のデータをクリアし
た後（ステツプ54）、変数Ｊの値を「１」だけ増加する
（ステツプ55）。増加後の変数Ｊの値が発生すべき総音
符数ｍを越えるまで上記のステツプ47〜55の動作が繰り
返され、ｍを越えた時点で動作終了となる（ステツプ5
6）。

このようにして取り出されたMIDIデータI/Oインター
フエース２を通してMIDIインターフエース９に供給さ
れ、更にこれよりシンセサイザ10へ供給される。第８図
はMIDIインターフエース９の一例の回路図を示す。I/O
インターフエース２よりのMIDIデータ（第1,第２のデー
タ）は、信号処理装置60のデータ入力端子D₀〜D₇に供給
され、ここで並直列変換等されてインバータ61,62,抵抗
63,コネクタ64等を介してシンセサイザ10へ転送され
る。またシンセサイザ10よりのデータはコネクタ65,フ
オトカプラ66を夫々介して信号処理装置60に供給され、
そのデータ入出力端子D₀〜D₇より並列に出力される。な
お、信号処理装置60はクロツクモジユールIC67より例え
ば500kHzのクロツクが供給される。

第９図はシンセサイザ10の一実施例のブロツク系統図
を示す。MIDIインターフエース９よりのMIDIデータはシ
ンセサイザ10内の入出力インターフエース（図示せず）
を介して入力端子70₁〜70₆に順次入力される。入力端子
70₁〜70₄の入力データは電圧制御発振器（VCO）71〜74
に制御信号として供給される。ここで、VCO71,72及び73
は夫々前記第1,第２及び第３ホルマント周波数の信号を
発生出力し、VCO74はピツチ周波数F₀の信号を発振出力
する。また入力端子70₅に入来したデータは低周波発振
器（LFO）75に供給され、その発振動作を制御する。こ
のLFO75の出力信号はVCO71〜74に供給されてその出力発
振周波数を可変制御してビブラート効果を得ることがで
き、またLFO75の出力信号は電圧制御フイルタ（VCF）78
及び電圧制御増幅器（VCA）79に夫々供給されて特定の
倍音のみを強調したり、トレモロ効果を得ることができ
る。

VCO71〜74の各出力信号はリングモジユレータ76に夫
々供給され、ここで各周波数の和又は差の周波数の信号
に変換された後ミキサ77に供給され、ここでVCO71〜74
の各出力信号と混合される。リングモジユレータ76は特
定の音色を得るような場合に用いられ、その動作は端子
70₆よりのデータによつて制御される。ミキサ77の出力
混合信号はVCF78,VCA79及び増幅器80を夫々経て第10図
に示す如き波形の信号とされてスピーカ81に供給され
る。第10図中、Ｔはピツチ周期を示す。

ここで、子音部発声時間帯は端子70₁〜70₃にのみ所定
のデータが印加されるので、VCO71,72及び73から第1,第
２及び第３ホルマント周波数F₁,F₂及びF₃が夫々同時的
に出力され、かつ、その周波数値が前記Ｎ段階に分けて
順次変更せしめられるが、VCO74からは信号は発生出力
されない。これに対して、母音部発声時間帯は前記第２
のデータの一部によつてVCO74からは音階を定めるピツ
チ周波数F₀が初めて発生出力されると共に、VCO71〜73
からは引続き第１〜第３ホルマント周波数F₁〜F₃の信号
が一定値で夫々発生される。この結果、スピーカ81から
は歌詞キーボード１によつて入力された歌詞が、音価キ
ーボード４及びコントロールキーボード５によつて入力
された楽譜に従つて人声音で発音される。また、その人
声音、すなわち歌声音にはビブラート，トレモロ等の如
き音楽的変化をつけることもできる。この結果、ニユア
ンスがつき、より好ましい歌声となる。なお、第９図に
示したシンセサイザ10は、キーボード82の使用によつて
従来と同様に楽器音だけを得ることもできる。また、ピ
ツチパラメータ変換手段はテーブルから読みとるものに
限らず、その値を計算で求めることもできる。更にまた
ホルマントの数は３に限定されるものではなく３以外の
複数でも本発明を適用することができる。

発明の効果上述の如く、本発明によれば、シンセサイザを用いて
歌声音を発生することができ、またホルマント周波数等
を合成するようにしたので、子音としてホワイトノイズ
を利用する従来装置に比し、自然で明瞭な歌声音を発生
することができ、更にシンセサイザを用いているので容
易に歌声音に音楽的変化をもたせることができる等の従
来にない際立つた特長を有するものである。また、本発
明によりパラメータを編集及び補間するので、連続的な
音が生成でき、細かいニュアンスも表現された歌声音を
生成できる等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を示すブロツク系統図、
第２図及び第３図は第１図図示ブロツク系統中の各キー
ボードの概略構成を示す図、第４図は本発明装置の要部
の一実施例を示すブロツク系統図、第５図は本発明装置
の要部の動作説明用フローチヤート、第６図は合成音声
の子音部，母音部とホルマント周波数の関係を示す図、
第７図は各子音のホルマント周波数と時間との関係を示
す図、第８図は第１図図示ブロツク系統中のMIDIインタ
ーフエースの一例の回路図、第９図は第１図図示ブロツ
ク系統中のシンセサイザの一実施例を示すブロツク系統
図、第10図は第９図図示ブロツク系統中のスピーカの入
力合成音声信号波形の一例を示す図である。１……歌詞キーボード、２……I/Oインターフエース、
３……中央処理装置（CPU）、４……音価キーボード、
５……コントロールキーボード、６……ランダム・アク
セス・メモリ（RAM）、７……リード・オンリ・メモリ
（ROM）、９……MIDIインターフエース、10……シンセ
サイザ、11……ビデオコントローラ、12……ビデオ・ラ
ンダム・アクセス・メモリ（V.RAM）、25……歌詞デー
タ・楽譜データ受信部、26……テーブル作成手段、27…
…ピツチパラメータ変換手段、28……合成パラメータ作
成手段、29……MIDIデータ変換手段、30……データ転送
手段、70₁〜70₆……入力端子、71〜74……電圧制御発振
器（VCO）、75……低周波発振器（LFO）、77……ミキ
サ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力歌詞データを子音と母音を単位とする
パラメータに分解して第１のテーブルを作成するテーブ
ル作成手段と、入力楽譜データの中の音階データに従つ
てピツチパラメータに変換するピツチパラメータ変換手
段と、作成された該第１のテーブルに従つてメモリから
読み出したホルマントパラメータに、上記ピツチパラメ
ータを組み合わせて編集及び補間された合成パラメータ
を生成すると共に上記楽譜データの中の音価データに従
つて時間長テーブルを作成し、それらを一時記憶する合
成パラメータ作成手段と、該合成パラメータを特定の規
格のデータに変換するデータ変換手段と、該変換データ
のうち複数のホルマント周波数に関するデータを転送す
ると共に該ピツチパラメータに関するピツチ周波数デー
タを母音部発声期間中のみ前記時間長テーブルに基づく
期間発生出力するデータ転送手段と、複数個の可変周波
数発振器の出力信号を混合して出力するシンセサイザ
と、該データ転送手段よりの転送データのうち複数のホ
ルマント周波数に関するデータと該ピツチ周波数データ
とを該シンセサイザ内の該複数個の可変周波数発振器に
制御信号として別々に供給するインターフエース手段と
よりなることを特徴とする歌声音発生装置。