JPS6236238B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は音声合成装置に関し、特に所定の時間
間隔でサンプリングされたトーン波形のデイジタ
ル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
理を実行することにより音声を合成する装置に関
するものである。

楽器音などの音声は、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、さらに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、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
単な回路構成で高速に合成することを可能とする
新規な音声合成装置を提供することを目的とす
る。

本発明の音声合成装置は、少なくとも１周期分
のトーン波形を所定の分割比でサンプリングした
トーン波形サンプリングデータを記憶する第１の
メモリと、少なくとも１周期分のエンベロープ波
形を所定の分割比でサンプリングしたエンベロー
プ波形サンプリングデータを記憶する第２の
ROMと、前記第１のメモリと第２のメモリとを
分離して制御し、これらのメモリからサンプリン
グデータを読み出す制御部と、読み出されたサン
プリングデータを所定の倍率で乗算する演算部
と、その結果を音声合成信号として出力する出力
部とを含み構成される。

以下、図面を参照して本発明の音声合成装置の
好適な一実施例を詳しく説明する。

第２図は本発明の一実施例を示す要部ブロツク
図である。図示したようにこの実施例では夫々が
独立したメモリ部を２個分離して有する。第１の
メモリ２は少なくとも１周期分のトーン波形を所
定の分割比でサンプリングした時のサンプリング
点での振幅値をデイジタル値で正規化したデータ
が記憶されるメモリで、例えばROMでよい。こ
のメモリ２には所定のアドレス領域に複数のトー
ン波形サンプリングデータを設定することができ
る。一方、このメモリとは別の領域に設けられる
第２のメモリには、同様の手法でサンプリングさ
れたエンベロープ波形のサンプリングデータが、
これも複数種類記憶されている。これらのメモリ
へのアドレス指定は、例えばマイクロプロセツサ
のような制御回路１から出力される計数信号がプ
ログラムカウンタ４，５に設定されている分周比
で分周された時間間隔で行なわれる。この時間間
隔が音声のピツチ（基本周波数）とエンベロープ
の変化時間とを定める。更に、前記第１のROM
２内の所定のアドレス空間に設定されている１周
期分のトーン波形サンプリングデータを読み出す
アドレスカウンタ６と、前記第２のROM３内の
所定のアドレス空間に設定されている１周期分の
エンベロープ波形サンプリングデータを順次読み
出すアドレスカウンタ７とを有する。尚、これら
のアドレスカウンタは１波形内のアドレス指定と
して用いるようにし、メモリ内のトーン及びエン
ベロープの種類を指定するのは別にアドレスラツ
チ回路８，９を設けておく方が便利である。即
ち、トーン及びエンベロープの種類をメモリ２，
３へのアドレスの上位ビツトで選択し、選択され
たトーン及びエンベロープの１周期分の各サンプ
リングデータを下位ビツトで選択するように構成
する。従つて、トーン及びエンベロープの波形名
は制御回路１からアドレスラツチ８，９にアドレ
ス上位ビツトを入力するだけで任意のものを選択
できる。１０はトーン波形の正負の符号を記憶す
るラツチである。メモリ（ROM）２，３から読
み出されたサンプリングデータは切替回路１１，
１２で制御されて、乗算演算を実行するシフトレ
ジスタ１３，１４及び加算器１５に導かれる。そ
の結果、トーン波形サンプリングデータはエンベ
ロープ波形サンプリングデータに応じて乗算され
ラツチ回路１６に格納される。この結果得られた
音声データが更にその音量（強弱）を決定される
べく再度の乗算を行なうため、シフトレジスタ１
３へ導入される帰還ループが設けられている。そ
してこの結果得られた終了的な出力データは各サ
ンプリング点での振幅を示すデイジタルデータと
してラツチ回路１７に設定され、Ｄ／Ａ変換器１
８を介してアナログ信号に変換されて音声信号と
してスピーカへ転送される。

次に、第２図の構成ブロツク図で音声が合成さ
れる手順を以下に説明する。第３図は１周期分
（１ピツチ分）のトーン波形の一例を示す波形図
である。このトーン波形を時間軸に沿つて例えば
32分割にてサンプリングして、各サンプリング点
での波形振幅値を２進数のデイジタル値として７
ビツトに符号化する。さらに振幅の正負の符号を
１ビツト加えて合計８ビツトのトーン波形サンプ
リングデータとし、これをROM２の所定のアド
レス領域に格納する。更に、第４図は１個のエン
ベロープ波形例で、これを時間軸で16分割したサ
ンプリング点での振幅データを２進数デイジタル
値として５ビツトに符号化し、ROM３の所定の
アドレス領域に設定する。尚、この様な解析法で
さまざまな楽器音について、多種類のトーン波形
サンプリングデータを用意し、エンベロープ波形
に関しても打音、持続音等に応じて複数種のサン
プリングデータをROM２及び３に用意しておく
ことを妨げない。更にこの例ではトーン波形用ア
ドレスカウンタ６としては５ビツト構成のカウン
タを、又エンベロープ波形用アドレスカウンタ７
としては４ビツト構成のカウンタを夫々独立して
設ける必要がある。又、前述したようにカウンタ
６とアドレスラツチ８とでROM２のアドレス
を、カウンタ７とアドレスラツチ９とでROM３
のアドレスを夫々任意に選択することができる。

音声合成開始時に、制御回路１からアドレスラ
ツチ８および９に第３図と第４図の波形選択すべ
き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切
替回路１２の１つの入力に与える。カウンタ６お
よび７と加算結果のラツチ１６、さらに出力信号
ラツチ１７はそれぞれリセツトして初期値に調整
しておく。今、プログラマブルカウンタ４および
５のカウントトリガー信号（計数信号）の周波数
を夫々1MHzとし、トーン波形用プログラマブル
カウンタ４の分周比を１００、エンベロープ波形
用プログラマブルカウンタ５の分周比を12800に
選ぶと、トーン波形用ROM２のアドレスを指定
するカウンタ６は0.1ミリ秒ごとにアドレスを１
つ進め、エンベロープ波形用ROM３のアドレス
を指定するカウンタ７は12.8ミリ秒ごとにアドレ
スを１つ進めることになる。アドレスを指定する
ことにより、ROM２から読出されたトーン波形
サンプリングデータを切替回路１１を通してシフ
トレジスタ１３に入力し、ROM３から読み出さ
れたエンベロープ波形サンプリングデータを切替
回路１２を通してシフトレジスタ１４に入力す
る。この時、加算結果を入れるラツチ１６はリセ
ツトされている。シフトレジスタ１４に設定され
ているデータの最下位ビツトが「１」ならば、シ
フトレジスタ１３とラツチ１６の出力を加算して
その結果をラツチ１６に入れる。更に、シフトレ
ジスタ１３を１ビツト桁上げし、シフトレジスタ
１４を１ビツト桁下げする。一方、シフトレジス
タ１４に設定されているデータの最下位ビツトが
「０」ならば、シフトレジスタ１３を１ビツト桁
上げし、シフトレジスタ１４を１ビツト桁下げす
る。シフトレジスタ１３を14ビツト、シフトレジ
スタ１４を５ビツト、加算器を15ビツト、加算結
果のラツチ１６を15ビツトとすると、シフトレジ
スタ１４を４回桁下げして上記動作を繰返せば、
始めシフトレジスタ１３にあつたトーン波形サン
プリングデータとシフトレジスタ１４にあつたエ
ンベロープ波形サンプリングデータとを乗算した
結果がラツチ１６に得られる。次に制御回路１か
ら最大振幅値を切替回路１２を通してシフトレジ
スタ１４に入れ、加算結果のラツチ１６の内容を
再びシフトレジスタ１３に入れる。シフトレジス
タ１４の最下位ビツトの値により前記と同様の動
作を行なつて、最終的にトーン波形の振幅値とエ
ンベロープ波形の振幅値および出力の大きさを決
める最大振幅値の３つの値が乗算された結果がラ
ツチ１６に得られる。その上位７ビツトを有効ビ
ツトデータとしてラツチ１７に入れ、ラツチ１０
に設定されているデータに応じて正負を決定し
DA変換器１８でアナログ信号に変換して出力す
る。上記の動作をトーン波形サンプリングデータ
の入つているROM２のアドレスを指定するカウ
ンタ６の内容が変化する度に行なうと、DA変換
器１８のアナログ信号出力には第５図に示すよう
に１個のトーン波形が3.2ミリ秒で、１個のエン
ベロープ波形が204.8ミリ秒の音声出力波形が得
られる。エンベロープ波形サンプリングデータの
入つているROM３のアドレスを選択するカウン
タ７がオーバーフローしたときに回路を初期状態
にリセツトさせるか、もしくは制御回路１から直
接回路を初期状態にリセツトすれば１つの音の発
生が完了することになる。

このように、本実施例によれば、実際の楽器音
の音声波形をそのままサンプリングしたデータを
トーンデータとエンベロープデータとにわけて
夫々ROM２とROM３に分離して格納しているの
で、制御回路１からのROMアドレス指定が極め
て簡単になる。特にトーンデータとエンベロープ
データとの読み出し時期が重なつた場合でも、
夫々相互の影響なく独立してアドレス指定できる
という利点がある。これは処理高速化に極めて大
きな効果を発揮できることが確認された。しか
も、トーン波形とエンベロープ波形との組み合わ
せを自由に選択できるので、複雑な楽器音に対し
ても、その音声に近い音声を合成することが可能
になつた。例えば、１個のエンベロープ波形の途
中でトーン波形の形を変えるときは、アドレスラ
ツチ８の値を変更するだけでよいし、又、トーン
波形をそのままにしてエンベロープ波形を変化さ
せるときにはアドレスラツチ９の値を変更するだ
けでよい。更に、基本周波数を変えるときは、プ
ログラマブルカウンタ４の分周比を変えることに
より簡単に行うことができる。又、ROM２，３
を夫々独立したチツプあるいはモジユール（プレ
ーン、ボード）とすることにより、いづれか一方
を差し換えるだけで、組合せにより多種の楽器音
の合成が可能である。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ある。尚、制御回路
１を外部キー操作で制御することにより、そのキ
ーに対応する楽器音で音楽を演奏できる。一方、
制御回路１にトーン波形とエンベロープ波形の入
つているアドレスと、それを読出す順番を記憶さ
せておくことにより、プログラム制御の下でメロ
デイーの自動演奏が可能である。

なお、上記実施例において、ROMの記憶ビツ
ト数、DA変換器１８、シフトレジスタ１３，１
４、加算器１５の各ビツト数、さらに一波形の分
割数で決まるアドレスを選択するバイナリまたは
ポリミナルカウンタ６，７の段数などは、合成す
べき音声の精度に応じて適当な値を選ぶことが望
ましい。更に無声音を合成する白色ノイズ周波数
発生器を付加すれば、楽器音のみならず人間をは
じめ動物の音声をも容易に合成できることは明ら
かである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来例の電子合成装置のブロツク
図、第２図は本発明の一実施例を示す要部ブロツ
ク図、第３図はトーン波形図、第４図はエンベロ
ープ波形図、第５図はDA変換器のアナログ信号
出力のはじめの部分を例示する波形図である。 １……制御回路、２……トーン波形を記憶する
ROM、３……エンベロープ波形を記憶する
ROM、４，５……プログラマブルカウンタ、
６，７……バイナリまたはポリノミナルカウン
タ、８，９……アドレスラツチ、１０……トーン
波形の正負の符号ラツチ、１１，１２……切替回
路、１３，１４……シフトレジスタ、１５……加
算器、１６……加算結果のラツチ、１７……出力
信号のラツチ、１８……DA変換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくとも１周期分のトーン波形を所定の分
   割比でサンプリングしたトーン波形サンプリング
   データを複数組記憶する第１のメモリと、少なく
   とも１周期分のエンベロープ波形を所定の分割比
   でサンプリングしたエンベロープ波形サンプリン
   グデータを複数組記憶する第２メモリと、これら
   第１及び第２のメモリから夫々のサンプリングデ
   ータを読み出す制御部と、読み出された夫々のサ
   ンプリングデータを所定の倍率で乗算する演算部
   とその乗算結果を音声信号として出力する出力部
   とを含み、前記第１及び第２のメモリは互いに独
   立して設け、その独立したメモリの各々に対して
   前記第１のメモリの中から１つのトーン波形を指
   定する第１のアドレス指定部と、指定されたトー
   ン波形に対してそのサンプリングデータを順次読
   み出す第２のアドレス指定部と、前記第２のメモ
   リの中の１つのエンベロープ波形を指定する第３
   のアドレス指定部と、指定されたエンベロープ波
   形に対してそのサンプリングデータを順次読み出
   す第４のアドレス指定部とを夫々独立に設けたこ
   とを特徴とする音声合成装置。