(57)【要約】【課題】軽い計算負荷で出力音の演奏表現を向上させることができるボコーダ装置を提供すること。【解決手段】第１フィルタ手段と第２フィルタ手段とを構成する各フィルタの特性は同等に固定したままで、第２フィルタ手段で分割される各周波数帯域のレベルを変調する変調レベルは、設定手段により第１フィルタ手段で検出される対応する各周波数帯域のレベルと、フォルマントを変更するフォルマント情報とに基づいて設定される。よって、従来のように第２フィルタ手段を構成する各フィルタの中心周波数や帯域幅を変化させるべく、サンプル毎に各フィルタのフィルタ計数を計算し変化させる必要はなく、軽い計算負荷で出力音の演奏表現を向上させることができる。【選択図】        図７
2004287171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の楽音信号のフォルマント特性を検出する第１フィルタ手段と、
入力された音高情報に対応する第２の楽音信号を発生する楽音信号発生手段と、
その楽音信号発生手段が発生する第２の楽音信号を複数の周波数帯域に分割するそれぞれの中心周波数が固定された第２フィルタ手段と、
前記第１フィルタ手段で検出されるフォルマント特性を変更するフォルマント制御情報とに基づいて、前記第２フィルタ手段で分割される各周波数帯域に対応する変調レベルを設定する設定手段と、
その設定手段で設定された変調レベルに基づいて、前記第２フィルタ手段で分割される各周波数帯域の信号のレベルを変調する変調手段とを備えていることを特徴とするボコーダ装置。
【請求項２】
前記設定手段は、前記第１フィルタ手段で検出される各周波数帯域のレベルと、フォルマントを変更するフォルマント制御情報とに基づいて前記第２フィルタ手段で分割される各周波数帯域に対応する変調レベルを、補間処理によって設定することを特徴とする請求項１に記載のボコーダ装置。
【請求項３】
前記設定手段は、音程情報とフォルマントを変更するフォルマント情報とに基づいて、前記第２フィルタ手段で分割される各周波数帯域に対応する変調レベルを設定することを特徴とする請求項１に記載のボコータ装置。
【請求項４】
前記設定手段は、フォルマントを非一様に変更するフォルマント変更テーブルを記憶し、その変更テーブルに基づいて、前記第２フィルタ手段で分割される各周波数帯域に対応する変調レベルを設定することを特徴とする請求項１に記載のボコータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボコーダ装置関にし、特に、軽い計算負荷で出力音の演奏表現を向上させることができるボコーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、入力される音声信号のフォルマント特性を検出し、その音声信号のフォルマント特性を鍵盤等の演奏操作により発生される楽音信号に施すことにより楽音信号が音声信号で変調され、特有の楽音を出力させるボコーダ装置が知られている。
【０００３】
このボコーダ装置は、入力される音声信号を分析フィルタバンクで複数の周波数帯域に分割し、その分析フィルタバンクの出力から音声信号のフォルマント特性を表す各周波数のレベルを検出する。一方、鍵盤等の演奏により発生された楽音信号は合成フィルタバンクで複数の周波数帯域に分割する。そして、合成フィルタバンクの出力を対応するエンベロープ曲線で振幅変調することで、出力音に上述したような効果が付与される。
【０００４】
しかし、従来のボコーダ装置では、分析フィルタバンクと合成フィルタバンクの対応する各フィルタの特性（中心周波数，帯域幅）は同等に設定されていたので、出力音には音声信号のフォルマント特性がそのまま反映され、入力された音声のフォルマントを変更して合成フィルタの出力を変調することはできなかった。即ち、従来のボコーダ装置では、出力音に性別、年齢、歌唱方法、特殊効果、音程、強弱等による音の変化を付与することができず、出力音の演奏表現に乏しいという問題があった。
【０００５】
この問題を解決する方法として、合成フィルタバンクを構成する各フィルタの中心周波数を、分析フィルタバンクを構成する各フィルタの中心周波数に対して変化させる方法がある。この方法によれば、音声信号のフォルマント特性を周波数軸上でシフトなどして変化させることができ、出力音の演奏表現を向上させることができる。例えば、音声信号を分析フィルタバンクで複数の周波数帯域に分割し、所定時刻ｔにおいて図７（ａ）に示すような低域側が豊かなフォルマント曲線が検出されたとする。この場合、合成フィルタバンクを構成する各フィルタの中心周波数を、対応する分析フィルタバンクを構成する各フィルタの中心周波数よりも一定の比率で高くなるように変化させると、図７（ａ）に対応する出力音のフォルマント特性は図７（ｂ）に示すように、周波数軸上で高周波側に引き伸ばされるように変化する。よって、低域側が豊かな男性の声のフォルマント特性を高域側にシフトして女性あるいは子供の声のフォルマントに変化させることができる。
【０００６】
一方、上述したのとは逆に分析フィルタバンクからの出力から生成されるフォルマント曲線が図９（ａ）に示すように高域側が豊かな場合、合成側の各フィルタの中心周波数を、対応する分析側の各フィルタの中心周波数よりも一定の比率で低くなるように変化させると、図９（ａ）に対応する出力音のフォルマント特性は図９（ｂ）に示すように、周波数軸上で低周波側に引き伸ばされるように変化する。よって、高域側が豊かなフォルマント特性を有する女性の音声のフォルマントを低域側にシフトして男性の声のフォルマントに変化させることができる。
【０００７】
このように合成フィルタバンクを構成する各フィルタの中心周波数を、対応する分析フィルタバンクを構成する各フィルタの中心周波数に対して変化させれば、音声信号のフォルマント特性を変更して出力音に反映されることができ、出力音の演奏表現を向上させることができる。尚、特開２００１−１５４６７４号公報には、この方法に関連し、合成フィルタバンクの周波数帯域特性（中心周波数）を適宜変化させるべく、合成フィルタバンクの周波数帯域特性を決定するためのパラメータを設定するパラメータ設定手段を備えたボコーダ装置が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１５４６７４号公報（第３列第４９行目から第４列第１８行目、図１等）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、出力音の演奏表現を向上させるために上述した方法を採用する場合には、合成フィルタバンクを構成する各フィルタのフィルタ係数を変化させなければならず、これをデジタルフィルタで行う場合にはその計算を担う演算装置の計算負荷が大きくなってしまうという問題点がある。更に、合成フィルタバンクは実際に出力音を発生させる側なのでノイズの発生を防止するために、そのフィルタ係数をサンプル毎に変化させて計算する必要があり、演算装置の計算負荷が一層大きくなってしまうという問題点がある。
【００１０】
また、フォルマント特性の変更を演奏中に行うとき上述した方法を採用する場合には、合成フィルタバンクを構成する各フィルタのフィルタ係数を個別的に且つ連続的に変化させる必要がある。よって、演算装置の計算が複雑になり計算負荷が大きくなってしまうという問題点がある。
【００１１】
本発明は、これらの問題点を解消すべくなされたものであって、軽い計算負荷で出力音の演奏表現を向上させることができるボコーダ装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するために請求項１記載のボコーダ装置は、第１の楽音信号のフォルマント特性を検出する第１フィルタ手段と、入力された音高情報に対応する第２の楽音信号を発生する楽音信号発生手段と、その楽音信号発生手段が発生する第２の楽音信号を複数の周波数帯域に分割するそれぞれの中心周波数が固定された第２フィルタ手段と、前記第１フィルタ手段で検出されるフォルマント特性を変更するフォルマント制御情報とに基づいて、前記第２フィルタ手段で分割される各周波数帯域に対応する変調レベルを設定する設定手段と、その設定手段で設定された変調レベルに基づいて、前記第２フィルタ手段で分割される各周波数帯域の信号のレベルを変調する変調手段とを備えている。
【００１３】
この請求項１記載のボコーダ装置によれば、第１の楽音信号は第１フィルタ手段によってフォルマント特性が検出される。一方、第２の楽音信号は、入力された音高情報に対応するように楽音信号発生手段から発生し、第２フィルタ手段によって複数の周波数帯域に分割される。設定手段は、第１フィルタ手段で検出されるフォルマント特性を変更するフォルマント情報に基づいて、第２フィルタ手段で分割される各周波数帯域に対応する変調レベルを設定する。そして、第２フィルタ手段で分割される各周波数帯域に対応するレベルは、その設定された変調レベルに基づき、変調手段によって変調される。
【００１４】
請求項２に記載のボコーダ装置は、請求項１に記載のボコーダ装置において、前記設定手段は、前記第１フィルタ手段で検出される各周波数帯域のレベルと、フォルマントを変更するフォルマント情報とに基づいて、前記第２フィルタ手段で分割される各周波数帯域に対応する変調レベルを補間処理によって設定する。
【００１５】
請求項３に記載のボコーダ装置は、請求項１に記載のボコーダ装置において、前記設定手段は、音程情報とフォルマントを変更するフォルマント情報とに基づいて、前記第２フィルタ手段で分割される各周波数帯域に対応する変調レベルを設定する。
【００１６】
請求項４に記載のボコーダ装置は、請求項１に記載のボコーダ装置において、前記設定手段は、フォルマントを非一様に変更するフォルマント変更テーブルを記憶し、その変更テーブルに基づいて、前記第２フィルタ手段で分割される各周波数帯域に対応する変調レベルを設定する。
【００１７】
【発明の効果】本発明のボコーダ装置によれば、第１フィルタ手段と第２フィルタ手段とを構成する各フィルタの特性は同等に固定したままで、第２フィルタ手段で分割される各周波数帯域のレベルを変調する変調レベルは、設定手段により第１フィルタ手段で検出される対応する各周波数帯域のレベルと、フォルマントを変更するフォルマント情報とに基づいて設定される。よって、従来のように第２フィルタ手段を構成する各フィルタの中心周波数や帯域幅を変化させるべく、サンプル毎に各フィルタのフィルタ計数を計算し変化させる必要はなく、軽い計算負荷で出力音の演奏表現を向上させることができるという効果がある。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施例について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施例におけるボコーダ装置１の電気的構成を示すブロック図である。
【００１９】
ボコーダ装置１には、ＭＰＵ２と、楽音の発生を指示する鍵盤３と、音色選択やフォルマントの変更を指示する操作子や出力レベルボリューム等を含む操作子４と、ＤＳＰ６とがバスラインを介して接続されている。
【００２０】
ＭＰＵ２は、本装置１の全体を制御する中央演算装置であり、ＭＰＵ２で実行される各種の制御プログラムを記憶したＲＯＭや、そのＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行するに当たり、各種のデータを一時的に記憶するＲＡＭ等が内蔵されている。
【００２１】
ＤＳＰ６は、デジタル変換された音声信号の帯域毎のレベルを求めることによりフォルマントを検出する。操作子４により指定されるフォルマントの変更情報に基いて入力音声信号のフォルマントを変更し合成側の各周波数帯域に対応するレベルを求める。一方、鍵盤３の指示により、波形メモリ７から所定の波形を読み出し、その波形も同様に各帯域毎に分け、この各帯域ごとに変更後のフォルマント情報に基づいてレベルを変更し、各帯域の出力を合成してＡ／Ｄ変換機９へ出力する。なお、これらの処理プログラムやアルゴリズムは、ＤＳＰ６に内蔵されているＲＯＭに記憶されている。必要に応じてＭＰＵ２がＤＳＰ６のＲＡＭへ転送してもよい。
【００２２】
これらのプログラムが、後述する分析フィルタバンク１０、エンベロープ検出補間器１１、合成フィルタバンク１３において実行される音声信号の分析処理、エンベロープの補間生成処理、変調処理等を実行するプログラムである。また、このＤＳＰ６には、入力される音声信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ８と、変調された楽音信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ９とが接続されている。
【００２３】
次に、図２乃至図１０を参照して、ＤＳＰ６において実行される処理について詳細に説明する。図２は、処理の概略をブロック図として表わしたものである。分析フィルタバンク１０は、入力された音声信号を複数の周波数帯域に分割し、各周波数帯域のレベルを検出するものである。分析フィルタバンク１０は周波数帯域の異なる複数のバンドパスフィルタで構成されている。周波数領域の聴覚特性は対数近似されるので、対数軸上で等間隔になるよう各周波数帯が設定されている。分析フィルタバンク１０を構成する各バンドパスフィルタは、周知であり例えば図５に示すように複数の１サンプル遅延器１５と、それぞれ異なる係数を有する複数の乗算器１６と、複数の加算器１７とによって構成される。各周波数帯域に分割された音声信号は、公知の技術である波形のピーク値あるいは実効値を得ることにより各周波数に対応するレベルが求められる。
【００２４】
エンベロープ検出補間器１１は、分析フィルタバンク１０で検出された各周波数帯域のレベルからある時刻における音声信号の周波数軸上のフォルマント曲線を検出すると共に、このフォルマント曲線を変更するフォルマント変更情報および音程情報に基づいて新たなフォルマントを生成するものである。ここで、フォルマントを変更するフォルマント変更情報とは、図１０（ｂ）（ｃ）に示すような変更表であったり、フォルマントを周波数が高い方、あるいは低い方へシフトする量を設定する情報であり、演奏者が任意に選択あるいは設定できるものである。
【００２５】
例えば、入力される音声が男性の声の場合には、これを女性の声のフォルマントへ変更するようなプリセットや、逆に入力される音声が女性の声の場合には、これを男性の声のフォルマントへ変更するようなプリセットなどの変更表を予め複数用意し、その中から選択するようにしてもよい。また、ここでいう音程情報は、波形発生器１２が発生する波形の音程であり、この音程に基づいて生成するフォルマント曲線をシフトしたり、音程に基いて変更表をシフトして変更する。この音程は、図１では、鍵盤３により指定される音高に対応する。波形発生器１２は、この音程に対応した楽音を発生するもので、波形メモリに記憶した波形を読み出し、所定の処理を行った後、合成フィルタバンク１３へ出力する。
【００２６】
合成フィルタバンク１３は、入力された楽音信号を複数の周波数帯域に分割すると共に、エンベロープ検出補間器１１で生成される新たなフォルマント情報に基づいて、各周波数帯域に分割された出力を振幅変調するものである。合成フィルタバンク１３は周波数帯域の異なる複数のフィルタで構成されており、その各フィルタの特性は、分析フィルタバンク１０の各フィルタの特性と同等に固定されている。
【００２７】
ミキサ１４は、合成フィルタバンク１３の各フィルタからの出力を合成する加算器である。ミキサ１４で合成フィルタバンク１３の各フィルタからの出力が合成され、所望するフォルマント特性を有する楽音信号が生成される。尚、このミキサ１４で合成された信号は、Ｄ／Ａコンバータ９でアナログ変換され、スピーカ等の出力装置から出力される。
【００２８】
図３は、鍵盤３において複数の押鍵がなされ、それぞれの押鍵に対応する楽音が生成され、異なる変調が行われる場合のフロック図である。各ブロックは、図２の対応する各ブロックと同じ番号が付されている。入力された音声信号は、分析フィルタバンク１０に入力され、各周波数のレベルが検出される。ここまでの処理は、図２と同じである。エンベロープ検出補間器１１は複数用意され、それぞれに鍵盤３で指定される複数の音程情報が入力される。それぞれの音程情報に従って、分析フイルタバンク１０で得られたフォルマントを新たなフォルマント情報に変更する。波形発生器１２は、各押鍵情報にしたがって、それぞれの音程に対応する楽音を生成し、合成フィルタバンク１３へ出力する。合成フィルタバンク１３では、入力された楽音信号を各周波数帯域帯に分割し、対応する音程により新たに生成されたフォルマント情報にしたがって、振幅変調を行いミキサ１４へ出力する。
【００２９】
図４は、図２および図３の各ブロックおよび波形の概略を表わした図である。分析フィルタバンク１０を構成する各フィルタ（０−ｎ）の周波数軸上の特性図と、フィルタを通過した音声信号の一例とを図示している。図４のエンベロープ検出補間器１１の内部には、変更前の時間軸エンベロープ曲線と、変更後のエンベロープ曲線とを図示している。
【００３０】
合成フィルタバンク１３は、入力された楽音信号を複数（０−ｎ、ここでは分析フィルタバンク１０と合成フィルタバンク１３のフィルタの個数は同数とし、各周波数帯（中心周波数および帯域幅）も同じとするが、それぞれ異なるようにしてもよい）の周波数帯域に分割すると共に、エンベロープ検出補間器１１で生成される新たなエンベロープ曲線に基づいて、各周波数帯域に分割された出力を振幅変調するものである。合成フィルタバンク１３は周波数帯域の異なる複数のフィルタで構成されており、その各フィルタの特性は、分析フィルタバンク１０の各フィルタの特性と同等に固定されている。また、各フィルタには、エンベロープ検出補間器１１で生成される新たなエンベロープ曲線に基づいて、対応する各フィルタの出力を振幅変調する振幅変調器１３ａが備えられている。
【００３１】
ミキサ１４は、合成フィルタバンク１３の各フィルタからの出力を合成する加算器である。ミキサ１４で合成フィルタバンク１３の各フィルタからの出力が合成され、所望するフォルマント特性を有する楽音信号が生成される。
【００３２】
図６は、所定時刻ｔにおける分析側の各フィルタの振幅値を包絡して生成されるフォルマント曲線を太い実線で３次元的に示す図である。横軸が時間を、斜め右上に方向が周波数軸をそれぞれ表わし、周波数（バンド）毎の振幅エンベロープが細線により表わされている。
【００３３】
図７（ａ）は所定時刻ｔにおける各フィルタのレベルを包絡して生成されるフォルマント曲線を２次元的に示す図であり、各周波数ｆ１、ｆ２…のレベルがそれぞれａ１，ａ２，…である。（ｂ）は（ａ）に示すフォルマント曲線を音程情報とフォルマント制御情報に基いて変更した新たなフォルマント曲線を示し、従来の方法で振幅変調を行う場合の周波数とレベルの関係を実線で、本発明で実施する方法を破線で示す図である。すなわち、従来の方法では、各周波数で得られたレベル値ａ１，ａ２は、そのままで、合成フィルタバンク１３の各周波数を、ｆ１からｆ１‘へ、ｆ２からｆ２’（以下同様）へ変更する。これに対し本発明は、合成フィルタバンク１３の各フィルタの中心周波数は固定し、変更された新たなフォルマント曲線の、それらの周波数に対応するレベルを求めている。（ｃ）は、所定の周波数におけるレベルを補間により求めるために用いるＳｉｎｃ関数を表わしている。この関数は、理想低域ＦＩＲフィルタのインパルス応答（ＳｉｎＸ）／Ｘに適当な窓をかけて短くしたものである。この図では、ｆ５に対応するレベルａ５’を求めるため、Ｓｉｎｃ関数の中央をｆ５に一致させている状態を表わす。（ｄ）はこの方法により（ｂ）と同じ変化をしたフォルマント曲線であって、各周波数ｆ１、ｆ２…のレベルａ１’，ａ２’…を求めた図である。
【００３４】
次に、上記の構成により行われる処理の具体例を説明する。第１の動作例として、音声信号のフォルマント特性を対数周波数軸上で線形に伸縮する場合について説明する。デジタル変換された音声信号が分析フィルタバンク１０に入力されると、音声信号は分析フィルタバンク１０の各フィルタで複数の周波数帯域に分割され、各周波数帯域のレベル（図６，図７（ａ）の実線矢印）が検出される。
【００３５】
エンベロープ検出補間器１１は、この各周波数帯域のレベルを包絡し、図６，図７（ａ）に示すようなフォルマント曲線を生成すると共に、音程情報とフォルマントを変更するフォルマント情報とに基づいて、新たなフォルマント情報を生成し、そのフォルマント情報にしたがって合成フィルタバンクの各周波数に対応する変調レベルを補間処理によって設定し、図７（ｄ）に示す新たなフォルマント曲線を生成する。
【００３６】
この補間処理として最も簡単なのは求める標本値の前後の値の直線（一次）補間方式である。しかし、この直線補間方式では各バンド分割を節約すると誤差が大きくなるため、望ましい補間方式は時系列標本信号の補間に利用されるＳｉｎｃ関数による多項式演算方式である。尚、この方式の場合、原理的には各バンドのフィルタもＳｉｎｃ関数が望ましいが、フォルマント生成には、それ程厳格な特性を必要としない。
【００３７】
ここで、この補間は、時間軸上ではなく周波数軸上での処理であるのはいうまでもない。図７（ｃ）に示すインパルス応答に標本値をかけて重畳したものが標本値の間を補間したことになる。
【００３８】
【数１】
2004287171.tif 000003
ここで、Ｉｉは標本値Ｙｉによる応答値、Ｙｉは求める補間点からｉだけずれた標本値を示している。重畳した値は、
【００３９】
【数２】
2004287171.tif 000004
となるものの、インパルス応答の長さは窓で制限され、ｉは有限であるので計算量は少なくてすむ。
【００４０】
例えば、図７（ａ）の左から５番目のレベル（実線矢印）から、図７（ｃ）のインパルス応答を利用して、図７（ｂ）における左から５番目のレベル（点線矢印）に対応する図７（ｄ）の左から５番目のレベル（太線実線矢印）を求める場合に着目する。図７（ｃ）に示すインパルス応答の範囲には、求める目的の補間値（図７（ｄ）の太線実線矢印ａ５’）を中心として６つの標本値が含まれているのが見える。これらの標本値をインパルス応答の中心からずれた対応する値と各々積和すれば目的の補間値を求めることができる。同様にして、他の標本値ａ１’−ａ１０’を求めることにより時刻ｔにおける新たなフォルマント曲線、図７（ｄ）を求めることができる。
【００４１】
このようにして、エンベロープ検出補間器１１で新たなフォルマント曲線が生成されると、この新たなフォルマント曲線に基づいて振幅エンベロープ曲線が生生され、合成フィルタバンク１３で帯域分割された対応する楽音信号の出力が振幅変調器１３ａによって振幅変調される。よって、出力音のフォルマント特性は、低周波側が豊かなフォルマント特性から高周波側が豊かなフォルマント特性に変化する。従来のように合成フィルタバンク１３を構成する各フィルタの中心周波数を変更するため多数の係数を変化させる必要がなく、単に振幅を変調するだけでよいので、その計算を担うＤＳＰ６の計算負荷を軽減することができる。
【００４２】
更に、上述した方法によれば、楽音信号を変調するための変調レベルを生成するタイミングは、出力音を出力する合成フィルタバンク１３ではないため、サンプル毎に行う必要はなく、比較的緩慢な信号でよいこととなる。よって、変調レベルを生成するタイミングは数ミリ秒周期で良く、その周期間の値は図８に示すように簡単な線形（直線補間）または積分による補間で求められる。例えば、サンプリング周波数が３２ｋＨｚのとき、合成フィルタバンク１３で、時々刻々と中心周波数や帯域幅を変化する処理をするならば、サンプリング間隔である３１マイクロ秒毎に処理が必要であるが、本発明によれば、数ミリ秒毎の簡単な直線補間で良い。よって、一層その計算を担うＤＳＰ６の計算負荷を軽くすることができる。
【００４３】
図９は、図７（ａ）、（ｂ）、（ｄ）に相当するフォルマント曲線を図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のそれぞれに図示したものであり、ここでは、元のフォルマントを低域側にシフトしている。
【００４４】
次に、第２の動作例を図１０を参照して説明する。第１の動作例では、音声信号のフォルマントを対数周波数軸上で線形に伸縮する場合について説明したが、第２動作例では、音声信号のフォルマントを対数周波数軸上で非線形に伸縮する場合について説明する。図１０（ａ）から（ｃ）は、入力した音声信号から検出されるフォルマントを、そのフォルマントを変更するフォルマント情報としての左側の表によって変更し、右側に示すようなフォルマントを表すエンベロープ曲線に変更する様子を示す図である。
【００４５】
男性の声を女性や子供の声に変更する場合のように性別や年齢によるフォルマントの変化は、概ね対数周波数軸上で一様に伸縮しているものの、厳密には女性と子供とは、咽喉、口蓋、唇の大きさが違い、また個人差もある。よって、男性の声を対数周波数軸上で線形に伸長しても女性とも子供のそれとも微妙に異なって不自然な印象を与える。
【００４６】
また、フォルマントの特定の山の中心周波数や帯域幅を変化させて特殊効果を出したいこともある。例えば、シンキングフォルマントといって発音ピッチに合わせるために意図的にフォルマントの共振周波数を動かしたい場合がある。このような場合に、フォルマントを単に対数周波数軸上で伸縮するだけでは所望する出力を得ることができないため、フォルマントを対数周波数軸上で非一様に伸縮する必要がある。
【００４７】
そこで、対数周波数軸のスケールを非一様に歪ませることによって低域、中域、高域の位置を変化させ、フォルマントを対数周波数軸上で伸縮を非一様にする。スケールを歪ませる方法としては、特定の関数によるもの、数値表による方法等がある。本実施例では、図１０（ａ）から（ｃ）の左側に示す表によって音声信号のフォルマントを対数周波数軸上で非一様に変化させる。
【００４８】
エンベロープ検出補間器１１は、分析フィルタバンク１０で検出された各周波数帯域のレベルと、フォルマントを変更するフォルマント情報として図１０に示す左側の表とに基づいて、楽音信号のレベルを変調する変調レベルを設定し、エンベロープ検出補間器１１で検出される音声信号のフォルマント曲線から、図１０の右側に示すような新たなフォルマントを表すフォルマント曲線を生成する。
【００４９】
具体的には、図１０の左側に示す表には、Ｙ軸方向に入力の周波数が規定され、Ｘ軸方向に出力の周波数が規定されている。エンベロープ検出補間器１１で検出される音声信号のフォルマント曲線が、図１０（ａ）の左側に示す表により変換されると、入力された周波数は変化せずに出力されるので、新たに生成されるフォルマント曲線は、図１０（ａ）の右側に示すように特に変化されない。
【００５０】
一方、エンベロープ検出補間器１１で検出される音声信号のフォルマント曲線が、図１０（ｂ）の左側に示す表により変換されると、低周波側の入力は高周波側に引き伸ばされ、高周波側の入力は収縮されて出力される。よって、音声信号のフォルマント曲線は、図１０（ｂ）の右側に示すように、低域側が引き延ばされ、高域側が縮められるように変化する。これにより、低域側を豊かな音質に表現させることができる。
【００５１】
また、エンベロープ検出補間器１１で検出される音声信号のフォルマント曲線が、図１０（ｃ）の左側に示す表により変換されると、低周波側の入力は収縮され、高周波側の入力は高周波側に引き伸ばされて出力される。よって、音声信号のエンベロープ曲線は、図１０（ｃ）の右側に示すように、低域側が縮められ、高域側が引き伸ばされるように変化する。これにより、高域側が豊かな音質に表現させることができる。
【００５２】
こうして得られる新たなフォルマント曲線は、合成フィルタバンク１３で分割される各周波数帯域に対応するレベルを変調する新たなエンベロープ曲線である。また、ボコーダ装置１をポリフォニックにする場合、上述したように、発音ピッチによってフォルマントを変化させるとすると、各ボイス毎にエンベロープ検出補間器と合成フィルタバンクと振幅変調器を用意しなければならない。幸いピッチによる変化は穏やかであるのでボイス毎でなく音域、例えば、高、中、低の３グループに分けて発音を配分することによって合成フィルタバンク等の数を少なくすることもできる。
【００５３】
以上、実施例に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、入力される音声のフォルマントを検出する方法として、複数のデジタルバンドパスフィルタを用いたが、これに変えてフーリエ変換（ＦＦＴ）により、所定の周波数毎のレベルを検出するようにしてもよい。この場合には、入力された楽音の基本周波数とそれぞれの倍音のレベルを求めることができる。こうして求められた基本波および倍音のレベルに基いて、合成側のバンドパスフィルタで分割されたそれぞれの成分を振幅変調することができる。
【００５４】
また、上記実施例では、分析および合成用のバンドパスフィルタの例として、ＩＩＲフィルタを上げたがＦＩＲフィルタでもよい。また、各バンドパスフィルタにより分割された各音声信号は、それぞれ帯域が制限されているので、帯域に応じたサンプリング周波数でリサンプルし、演算の時間当たりの回数を減らすようにしてもよい。
【００５５】
また、上記実施例では、分析フィルタバンク１０も複数のバンドバスフィルタで構成し各周波数帯の楽音信号に分割したが、楽音信号をフーリエ変換（ＦＦＴ）によりスペクトル波形を得、このスペクトル波形に周波数帯毎の窓をかけて分割し、それぞれを逆フーリエ変換し、各周波数帯域の楽音信号に分割してもよい。
【００５６】
また、本実施例のボコーダ装置１では、入力した音声信号のフォルマントを変更する所定のフォルマント情報を付与する場合について説明してきた。しかしながら、音声信号を入力することなく、予め記憶しておいて、この音声信号のフォルマントを検出し、そのフォルマントに基いてエンベロープ信号を形成し、楽音信号を変調するようにしても良い。また、変調される楽音信号としては、ピアノ等の電子楽器に限定されるものではなく、音声、動物の鳴き声、自然界で発生する音等であっても良い。
【００５７】
なお、フォルマントを変更する他の方法としては、分析フィルタバンク１０を構成する各フィルタの中心周波数および帯域幅を変化させる方法がある。具体的には、分析フィルタバンク１０の中心周波数および帯域幅を合成フィルタバンク１３のものよりも一定の比率で小さくし、各分析フィルタで得られたレベルを対応する合成フィルタのレベルとすれば、図７（ａ）に示すフォルマント特性を有する音声信号から、対数周波数軸上で高周波側に引き伸ばされる図７（ｂ）に示すようなフォルマント曲線が生成される。このようにして得られたエンベロープ曲線で合成フィルタバンク１３の出力を変調すれば、出力音のフォルマント特性を高周波側に移動させることができる。よって、相対的に合成フィルタバンク１３を構成する各フィルタの中心周波数を変化させたのと同様な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例におけるボコーダ装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】ボコーダ装置の理論的構成を示すブロック図である。
【図３】ボコーダ装置の理論的構成を示すブロック図である。
【図４】ボコーダ装置の理論的構成を示す詳細なブロック図である。
【図５】分析フィルタバンク、合成フィルタバンクを構成するバッドパスフィルタの回路例を示す図である。
【図６】所定時刻ｔにおける分析側の各フィルタのレベルを包絡して生成されるフォルマント曲線を３次元的に示す図である。
【図７】（ａ）は所定時刻ｔにおける各フィルタのレベルを包絡して生成されるフォルマント曲線を２次元的に示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示すフォルマント曲線を変化させて生成されるフォルマント曲線を示す図であり、（ｃ）はＳｉｎｃ関数であり、（ｄ）は（ｂ）と同じ変化をしたフォルマント曲線になるように（ａ）に示すフォルマント曲線の各々のレベルを示す図である。
【図８】１つのフィルタの時間軸上で所定の間隔毎のレベルを直線補間したエンベロープ曲線を示す図である。
【図９】（ａ）は所定時刻ｔにおける各フィルタのレベルを包絡して生成されるフォルマント曲線を２次元的に示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示すフォルマント曲線を従来の方法で変化させて生成されるフォルマント曲線を示す図であり、（ｃ）は（ｂ）と同じ変化をしたフォルマント曲線になるように（ａ）に示すフォルマント曲線の各々のレベルを示す図である。
【図１０】（ａ）から（ｃ）の各図は、検出される音声信号のフォルマント曲線を、左側の表によって、右側に示すフォルマント曲線に変更する様子を示す図である。
【符号の説明】
１        ボコーダ装置
２        ＭＰＵ
３        鍵盤（楽音信号発生手段の一部）
６        ＤＳＰ
１０      分析フィルタバンク（第１フィルタ手段）
１１      エンベロープ検出補間器（設定手段）
１３      合成フィルタバンク（第２フィルタ手段）
１３ａ    振幅変調器（変調手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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