JPS6024593A - 波形発生方法 - 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 本発明は、複数の波形の補間演算によシ、時間変化を自
在につくシ出し、自然な感じの音声や楽音を作り出すよ
うにした波形発生方法であって、音声合成器や電子楽器
に適したものである。

従来例の構成とその問題点 従来、複数の波形を記憶しておき、この波形の１つを所
定回繰り返して、順次つぎの新たな波形に切シ替えてゆ
くことによって、音声波を合成する方法がある。この方
法では、波形の切シ替シ時に全く異なるスペクトルをも
つ波形をつなぐために、なめらかな音質の変化ができず
、不用な雑音が発生する。

これを防ぐために、特願昭５５−１５５０５３号のよう
に、複数の波形の油量計算を行なう方法があるが、自由
な波形を発生させるためには、さらに工夫が必要である
。

発明の目的 本発明は、ある波形から別の波形への推移がなめらかで
、かつ、その推移が波形の周期にとられれることなく自
由に行なえる波形発生方法を提供することを目的とする
。

発明の構成 本発明は、複数種の波形を順次発生させる波形発生器と
、窓関数を発生する窓関数発生器と、乗算器とを、それ
ぞれ１個または複数個設けて、上記波形と上記窓関数と
を乗算し、その積と原波形のうちの任意のものと”を加
え合わせて出力波形を得るようにし、上記窓関数の零点
区間において、上記波形を切シ替えるようにしたもので
ある。このようにすることにより、波形の切り替わり点
でのスベク）／しがなめらかに変化するので、不用な雑
音の発生がない。

実施例の説明 第１図は本発明の一実施例のブロック図である。

１．２は楽音の波形を発生する波形発生器であり、複数
種類の波形ＷＩ＋〜ＷＩｓを記憶したメモリ５と、Ｗ■
１〜Ｗ亘、を記憶したメモリ６から波形のサンプルを所
定の順序で読み出す。読み出された波形サンプルは、乗
算器７と８に供給される。

３．４は窓関数発生器であって、後述する窓関数波を出
力する。乗算器７と８は、波形と窓関数を乗算し、加算
器９はその積の和を算出する。エンベロープ発生器１０
と乗算器１１は、加算器９の出力波形に、エンベロープ
変化をイ、１加する。乗算器１１の出力はディジタルア
ナロゲ変換されて音波形とカシ出力される。

つぎに波形と窓関数について説明する。

波形酊、〜ＷＩ、　、　Ｗｌｌ　〜ＷＩ５はそれぞれ、
自然音声や楽器音の一周期分より構成されているものと
する。そして、第２図ａに示すように、ＷＩ、〜ＷＩ。

の各区間において、波形ＷＩ、〜ＷＩ５のそれぞれが繰
シ返される。一方、窓関数は第２図すに示すように、Ｆ
Ｉ、〜ＦＩ、のような三角形状の関数とする。

波形ＷＩ、〜ＷＩ、とｗｍ、〜ＷＩ５．窓関数ＦＩ、〜
ＦＩ。

とＦＩＧ、　〜ＦＩ［５は第２図ａとｃ、ｂとｄとを対
比するとわかるように、波形の切シ替え時刻と、窓関数
の位相がそれぞれだがいに異々つている。

時刻ｎＴにおける波形ＷＩ、のサンプル値を　。

ｗｘ、（ｎＴ）　、窓関数をＦＩ、（ｎＴ）、波形ＷＩ
［、のサンプル値をＷ　Ｘ　］　（ｎＴ　）　、窓関数
をＦ　Ｉ　］　（ｎＴ　）とすると出力波形ＷＯ（ｎＴ
　）は次式となる。

ＷＯ（ｎＴ　）　＝ＷＩｉ（ｎＴ　）　ＸＦＩ　ｘ　（
ｎＴ　）＋ＷＩ［ｊ（ｎＴ　）ＸＦ　Ｉ［］　（ｎＴ　
）・・・・・・・・・・・・（１） ここで＊　］　＝　’または１−１ ＷＩｉ区間において、波形ＷＩｉは繰シ返し読み出され
、Ｒ０波発生する。Ｒ１の値は窓関数ＦＩ、の時間長に
依存し、整数のときもあるが、小数のときもある。小数
のときは波形ＷＩｉの途中から波形ＷＩｉ＋１に切シ替
わる。この場合、波形ＷＩ工とＷ　Ｉ　ｉ＋、の位相は
必ずしも連続でないから、波形間で々めらかに推移する
とは限らないが、窓関数ＦＩ、からＦ工ｉや、に移ると
きに零値を経るから、乗算出力ＷＩｉＸ　ＦＩ、はなめ
らかに推移する。乗算出力ＷＬｉＸ　ＦＩｊ　について
も同様のことが云える。すなわち、波形ＷＩ−０，ＷＩ
［、の位相、繰り返し回数のいかんにかかわらず、乗算
出力においては、出力波形の瞬時値の不連続や、微係数
の不連続がないので不用な雑音が発生しない。この様子
を第２図ｅ。

ｆ、ｇに示す。ｅは波形、ｆは窓関数１ｇは債である。

波形ＷＩｉとしては、区間ＷＩｉ　において、−周期の
波形を繰シ返すようにしたが、その代りに１区間内の全
波形をメモリ５に記憶しておき読み出すようにしてもよ
い。このときも、区間の接点における不連続は生じない
・ 波形ＷＩ、からＷ　Ｉ　、＋　＋に移行する際に、それ
らの波形が同一形状であって、ただ初期位相が異なるよ
うなものにしてもよい。このときには、波形ＷＩ□＋、
を省１賂して波形Ｗｌ、の読み出しアドレスを不連続に
ジャンプさせれは良いのでメモリが節約できる。このよ
うな制御は、波形発生器１，２の出力するアドレスコー
ドを操作することによシ可能となる。

第３図ａ、ｂ、ｃ、ｄば、波形の区間と窓関数の別の例
である。区間ＷＩ、において窓関数ＦＩ、を一定（直と
しているので、波形ＷＩ、がそのまま乗算器７の出力と
して現われる。一方、窓関数ＦＢＩ、を零としているの
で、波形ＷＩＩ、は不用である。

区間ＷＩ、からＷＩ、への切り替りにおいては、窓関数
ＦＩ　とＦＩ　０間に零がないので、波形ＷＩ　と１　
２　１ Ｗ工、は連続波形とする必要がある。すなわち、区間Ｗ
Ｉ、とＷｌ２　を１つの区間とみなし、窓関数としてＦ
′１１とＦＩ、を合わせた台形波とみなせば良い。

第２図と第３図の例では Ｆｌｉ＋　ＦＩ［ｊ＝　１　・・・・・・・・・・・・
（２）（ｊ＝ｉ　または１−１） とした。しだがって（１）式の代りに次式の演算を行な
っても良い。

ＷＯ（ｎＴ　）　＝ＷＩ　ｉ（ｎ’Ｉ’　）＋（”Ｉｊ
（ｎＴ　）　ＷＩ　１（ｎＴ　））　Ｆｘｊ　（ｎＴ　
）・・・・・・・・・・・・（３） （ｊ＝ｉまたは１−１） あるいは ＷＯ（ｎＴ）＝（ＷＩｉ（ｎＴ）−ＷＩｊ（ｎＴ））Ｆ
ｌｉ（ｎＴ）十ＷＩｒｊ（ｎＴ）・・・・・・・・・・
・・（４） （ツーｉまたはｉ＋１） すなワチ、２つの波形のうちの一方のサンプル値に、２
つの波形ザンプルの差分値と、窓関数の積を加えるとい
う操作を行なうことになる。

つぎに第２図を用いて、波形ＷＩｉからＷｌ［ｉ＋、。

あるいは波形ＷＩ［、からＷＩｉへの補間が行なわれる
ことについて説明する。第２図すのＦＩｉの立下シ（時
刻ＴＯ〜Ｔ＋）に着目すると、波形Ｗ１１のレベルは単
調に減少する。一方、ＦＩＩ２は立上るから、波形Ｗ■
２はそのレベルが増加する。ＷＩ、とＷｌ１２の各周波
数成分の位相が一致している場合、各周波数成分につい
て、波形Ｗｌ、のレベｌしかうＷｌ２のレベルへ直線的
に変化してゆく。位相はそのまま保存される。すなわち
、各周波数スペクトルレベルが直線補間される。波形Ｗ
Ｉ、とＷＩ［２の各周波数成分の位相が一致していない
ときは、レベルの補間のみならず、位相角を含めたベク
トル加算として考える必要が出てくる。このときは位相
と振幅が共に変化してゆく。この様子の例を第６図に示
す。

波形ＷＩ、のベル）／しから波形Ｗ］［、のベクｌ−）
Ｖへ直線上を合成ベクトルＷＯが１多ってゆく。

第Ｓ図は、窓関数の他の例である。ＦＴｉとＦＩｉ＋１
の間に有限の零区間を設けており、波形ＷＩｉとＷＩ　
ｉ＋１は、この零区間の中で切り替わる。したがって、
波形ＷＩｉと°”工１−１−＋の間に不連続があっても
ＷＩ、　Ｘ　ＦＩ、とＷｌ１−１−＋　×”ｉ−ｈのつ
ながりには不連続が発生しない。零区間があるため、波
形ＷＩｉとＷｌ［、の間は直線補間から少しずれるが、
実用上問題ない。

第６図は、ＦＩ、とＦＩＧｉのそれぞれを台形とし。

かつ、　ＦＩ□十ＦＢＩｉ−１・・・・・・・・都）ま
たは Ｆｌ、＋　ＦＩ［□＋１−１　・・・・・・・・・（６
）としたものである。この場合は台形の頂上部で一方の
波形のみが出力される。台形の傾斜部では両波形の１火
桶間となる。

第７図は、本発明の別の実施例である。１０１は各区間
の波形を記憶したメモリである。１００はメモリ１０１
に対してアドレスを供給し、所定のアドレスメ疲形サン
プｌしを読み出して出力する波形発生器である。波形発
生器１００の出力は、乗算器１０２と加算器１０４に供
給される。乗算器１０２の出力は加算器１０４１Ｃ供給
される。加算器１０４の出力が出力波形データとなる。

１０３は窓関数発生器であって、後述する窓関数データ
を乗算器１０３に供給し、かつ、波形発生器１００に波
形の切替え指令を出力する。

メモリー０１には、波形酊、〜ＷＩ６．　ｗｘ１〜ｗｍ
６が順番に格納されている。第８図は演算処理の手順を
示している。

Ｗｏ（ｎＴ）＝Ｗ１１（ｎＴ）＋（Ｗｌ［、、（ｎＴ）
−ＷＩ、　（ｎＴ）　）Ｆｌ（Ｆ、区間） ＷＯ（ｎＴ）＝Ｗ］Ｉ、、（ｎＴ）−１−（Ｗｌ、（ｎ
Ｔ）−ＷＩ　、（ｎＴ）’ｔ　Ｆ　２（Ｆ２区間） ＊０（ｎＴ）＝ＷＩ２（ｎＴ）＋（ＶＩＥ、（ｎＴ）−
Ｗｌ２（ｎＴ））Ｆ３（Ｆ５区間） Ｔｏ　（ｎＴ）−ＶＩ工ｉ（”Ｔ）−Ｆ（”■ｌ＋１　
（ｎＴ）　ＷＩｌ（ｎＴ　）　）Ｆ　２１−１（Ｆ２ｉ
−４区間） ＷＯ（ｎＴ）＝Ｗ１［□」−１（ｎＴ）刊ｖｒＩｌ＋１
（ｎＴ）−ｗＩ［１＋１（ｎＴ））Ｆ２□（Ｆ２ｉ区間
） ・・・・・・・・・・°・・（７） 以上のような演算を、波形の各サンプル値に対して行な
えば、ＷＩｉとＷＩ［ｉ＋１またはＷＩｉとＷｌ、の間
のなめらかな波形の推移が実現できる。窓関数Ｆ２１．
Ｆ２．−１は単調１次減少波形である。

Ｆ　、Ｆ・の代シに １−１２１ ？、＋Ｆ・　＝１　・・・・・・・・・（８）２１　２
１ ’２ｉ−１十Ｆ２１−４−’　・・・・・・・・・（９
）を満足する。’ｚｉ−１ｒｒ２ｉ　を用いてけ）式を
変形した別の演算式を実行しても良い。

第９図は、窓関数ＦｊＱ別の形の例である。ここでは、
三角形の頂点とつぎの三角形の始点に、平担部分を設け
ている。この平担部分において波形の切替えを行なう。

上記説明において、窓関数として、三角形９台形、直角
三角形などを使う例を述べた。これらの関数は、ディジ
タル回路により容易に発生できる。

たとえば、システムクロックパルスを分周したものを、
カウンタで計数することにより発生できる。

アップダウンカウンタによシ対称三角波ができる。

アップカウンタまたはダウンカウンタによシ直角三角形
が出来る。カウンタへのクロック周波数を変えることに
より、傾きを変えることができる。

ｐウンタ出力が零になったときに、波形発生器１゜２　
、１００へ波形切替指令の出力を供給するととにする。

カウンタ出力が零や全部ゞ１＃のときにクロックを一時
停止すれば、零区間を設けるこ左ができる。他の方法と
して、所定の小さな値ΔＦを加算器で累算してゆけば、
１次単調増加関数を発生できる。所定の値を越えた時に
累算値を零にリセットするようにすれば、第８図Ｃのよ
うな関数が得られる。加減算器を用いておき、加算を減
算に切シ替えれば第２図す、ｄの関数が得られる。

この方法では、ΔＦを変えることによシ、各区間の時間
長が設定できる。

楽器のように長い間、楽音を発生し読ける必要があると
きの終了処理について説明する。メモリ１０１が非常に
大きければ長い音を出せるが、早晩メモリを読みつくし
てしまう。メモリの終りの区間に到達したときには、つ
ぎの処理を行なう。

（１）窓関数の最終値を保持し、その区間の波形をそれ
までと同様に繰り返し読み出し続ける。

（巧　窓関数の最終値に到達したら、以前の窓関数にも
どシ、波形もそのもどった区間の波形を読み出す。

（１）によると、最後の波形が繰り返されるので、時間
的変化がなくなる。（２）によれば、所定の区間の波形
かくシ返し出力されるので、時間的変動の伴なった音と
なる。

さらに３番目の方法として、最終波層の読み出し位相を
ランダムに変えるようにしても良い。このときは、位相
変調が窓関数に応じて付加されるので多少の時間変動が
生じる。

上記説明においては、乙種の波形の間の補間演算とし１
説明した。波形と窓関数をさらに増やしてつぎの一般式
を実行するようにしてもよい。

Ｎｏ（ｎＴ）　−ｉ、　Ｗｌ、（ｎＴ）ＦＮｔ（ｎＴ）
　−＝＝−（１０）Ｎ＝Ｉ、ＩＩ、Ｉ［ ｉ＝区間番号 この場合、単純な直線補間からは、はずれ、高次の補間
とみなすことができる。

また、窓関数としては、三角形２台形を用いて説明した
が、２次曲線や他の形状の関数を用いることも考えられ
る。一般的には、第１０図に示したように零区間を備え
た任意の波形が使える。

波形の形状によシ、補間式が変わるから、直線補間から
ずれることになるが、より自然な時間変化をもった音を
つくり出すことができる。窓関数に適当々変動成分を重
畳さぜり、ば、複数の波形間での振幅の変動が発生する
から、振幅変調効果に使うことができる。これは次式で
表わせる。

Ｆ＝Ｆ＋ＡＭ　・・・・・・山・・（１１）Ｆはもとの
窓関数、ＡＭは重畳成分、Ｆは新しい窓関数である。た
だし、波形の切替シ時点でＦが零であるように、ＡＭを
決めなければならないととはもちろんである。

（１１）式の代りに、任意の関数Ｅを用いて、次式のよ
うな窓関数を生成させてもよい。

Ｆ　＝　ｘ　Ｘ　Ｆ　、−＝山・＜１２）第１図におい
て、（１２）式を用いて窓関数ＦＩ、とＦＭ、をつくる
と、Ｅをエンベロープデータとみなし得るから、窓関数
によシエンベロープ制御ができる。振幅変調に用いると
ともできる。

第１図、第７図の実施例では、窓関数発生器３゜４．１
０３が関数を発生させるようにしたが、メモリに窓関数
波形を記憶しておき、これを読み出しても良い。

第１図、第７図では図示していないが、窓関数のそれぞ
れの時間長は、波形の区間長と対応しているものである
から、波形の区間長データを、メモリ５，６，１０１に
、波形と共に記憶させておき、この区間長データを窓関
数発生器が順次読み出して、所定の時間長の窓関数を生
成するようにするのが好ましい。

波形発生器１，２．１００１ｄ、メモリに記憶している
波形データを読み出すようにしたが、波形発生器がデニ
ク処理をしたり、あるいは自身で波形をつくり出すよう
なものでも良い。

波形の発生は、楽音の周波数の一周期サンプル数倍に対
応した周期または平均的周期で行なうのが普通である。

これに対して、窓関数は実時間に対応し１発生させる場
合がある。このときは、それぞれの実時間上の時刻位置
が必ずしも完全に同期しない。しかしながら、窓関数の
変化は、波形の変化よシゆっくりしていることが多いか
ら、窓関数のサンプル値として、本来の時刻位置の前後
の値を採用しても、大幅な誤差にならない場合が多い。

すなわち、波形の発生と窓関数の発生とは同期を完全に
とる必要はない。この場合、−灰石線型の窓関数を用い
ても直線上で多少の増減が発゛生ずることになるが実用
」二さしつがえない。

なお上記説明では、楽音や音声の一波を中心に述べたが
、−波でない多数波よりなる波形やその他の任意の波形
や、音以外の波形、たとえば、映像信号や種々の信号に
対しても適用できる。

発明の効果 本発明は複数の波形のザンプルと、その差サンプルとを
発生させ、零値または実質的零値を有する窓関数を上記
差ザンプルに乗算し、その積を上記波形のザンプルに加
算して出力波形を得、上記窓関数が零値または実質的零
値において、上記複数の波形の種類（を切り替えるよう
にしたものである。

したがって、時々刻々に変化してゆく自然音声や、自然
楽器の音を余分な雑音の発生を伴なわずに合成すること
ができる。複数種の波形の位相をそろえる必要がないか
ら、振幅の推移だけでなく、位相の推移を補間的に再現
できる。位相の推移を連続させれば、周波数が変化する
から、本来の波形の周期からずれた高調波性のない音を
つくり出すこともできる。さらには、複数種の波形の位
相関係をずらしたり、あるいは、１つの波形の読み出し
アドレスを区間ごとに順次変えてゆくことにより、ビデ
ラードや位相変調効果あるいは遅延時間変調をつくるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の波形発生方法の一実施例のプロ１．り
図、第２図、第３図はその波形演算方法を説明するだめ
の図、第４図は同じく位相と振幅の補間を説明するため
のベクトル図、第５図、第６図は他の窓関数を用いた場
合の波形演算方法を説明するだめの図、第７図は本発明
の別の実施例のブロック図、第８図は第７図の実施例の
波形演算方法を説明するだめの図、第９図、第１０図は
他の窓関数波形の図である。 、１，２，１００・・・・・・波形発生器、３，４，１
００・・・・・・窓関数発生器、７，８，１０２・・・
・・・乗算器、９．１０４・・・・・・加算器。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名箇２
図 ＭＪ、にＦＩＬＷＬｔ＋＋　Ｘ　１１４ｔｌ第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 ０３

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ｍ数の波形のサンプルと、その差サンプルとを
   発生させ、零値または実質的零値を有する窓関数を上記
   差サンプルに乗算し、その積を上記波形のサンプルに加
   算して出力波形を得、上記窓関数が零値または実質的零
   値において、上記複数の波形の種類を切シ替えるように
   したことを特徴とする波形発生方法。
2. （２）窓関数が実質的に三角形または台形であ′ること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の波形発生方法
   。
3. （３）複数種の波形を順次発生させる波形発生器と。 窓関数を発生する窓関数発生器と、乗算器とをそれぞれ
   複数個備え、さらに加算器を備え、上記波形と上記窓関
   数とを上記乗算器において乗じ、その積を上記加算器に
   加えて出力波形を得るようにし、上記窓関数の実質的零
   点区間において、それぞれの波形発生器における波形の
   揮類を切り換えることを特徴とする波形発生方法。
4. （４）複数の波形発生器、窓関数発生器２乗算器が時分
   割的に作動される単一の波形発生器、窓関数発生器およ
   び乗算器であることを特徴とする特許請求の範囲第３項
   記載の波形発生方法。
5. （５）波形発生器が波形の書き込まれたメモリからその
   波形を読み出すことによ多波形を発生させることを特徴
   とする特許請求の範囲第３項記載の波形発生方法。
6. （６）窓関数の和が実質的に一定であるようにしたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第３項記載の波形発生方法
   。
7. （７）窓関数が実質的に三角形または台形であることを
   特徴とする特許請求の範囲第３項記載の波形発生方法。