滑舌の良い Cross synthesis VOCODER
西大 輝†
赤 桐 隼 人†西 村 竜 一†入 野 俊 夫†
河 原 英 紀†音声の狭帯域伝送技術として発明された VOCODER は，特有の品質劣化とクロス合成が簡単にできることを活かして，今では音楽におけるエフェクターとしての応用の方が有名になっている．ここでは，元の音声の品質をほとんど劣化させない分析合成を可能とする VOCODER の一種である
TANDEM-STRAIGHT を用いた Cross synthesis VOCODER を提案する．会場では，Matlab を用いたプロトタイプとその GUI を紹介する．

Making cross synthesis VOCODER intelligible
Taiki Nishi,† Hayato Akagiri,† Ryuichi Nisimura,†Toshio Irino† and Hideki Kawahara†“VOCODER” is regarded as an eﬀector for music applications nowadays, while it was originally invented as a technology to enable narrow-band telecommunications in 1930s. One ofthe reasons that promoted applications in music might be VOCODER’s unique quality/timbre
degradations. Simplicity in concept and implementation of VOCODER-based cross synthesis
might also be an important facilitating factor. We propose a new cross synthesis VOCODER
based on TANDEM-STRAIGHT, which is a cutting edge VOCDER enabling close-to-theoriginal reproduction of speech sounds. A prototype system that is implemented using Matlaband its GUI tools will be demonstrated.

を応用した実装では，音声の分析に帯域フィルタ群を

1. は じ め に用い，楽器音の処理にも帯域フィルタ群が用いられる．

“VOCODER” は，楽器の音に声を乗せるエフェ乗せられる音声の明瞭度は，このフィルタの精度にクターとして，J-POP などで広く用いられている．

依存する．本提案では，入力音声の分析に TANDEM-

しかし，VOCODER1) は，本来は音声の狭帯域伝送STRAIGHT を用い，求められたスペクトルにより設のために発明された技術であり，特有の劣化やクロ計されたフィルタを用いて楽器音を処理することで，ス合成の容易さが『キャラクター』として利用され明瞭度の高いクロス合成の実現を試みる．ている現状は，VOCODER にとって不本意に違いない．ここでは，VOCODER を現代的な技術として蘇らせた STRAIGHT2) の後継技術である TANDEM-STRAIGHT3)を用いた，『滑舌の良い』クロス合成を提案する．

3. TANDEM-STRAIGHT を用いた実装
以下では，まず TANDEM-STRAIGHT の概要を紹介し，それに基づいて，クロス合成にどのように応用し実装するかについて説明する．

3.1 TANDEM-STRAIGHT

2. 背景と狙い

短時間 Fourier 変換 (STFT) を用いて求められるス

クロス合成では，入力された音声のスペクトル情報

ペクトログラムには，分析対象の信号の周期性に起因をフィルタゲインの設定に用い，楽器の音をそのフィルする周期的な変動が，周波数方向と時間方向の双方にタを用いて処理することにより，楽器の音に声を乗せる認められる．TANDEM-STRAIGHT では，窓関数の1)工夫により時間方向の変動を取り除き，基本周波数にという効果が実現されている．Channel VOCODER

適応した平滑化により周波数方向の変動を取り除いて† 和歌山大学システム工学部
Faculty of Systems Engineering, Wakayama University

いる．基本周波数に適応したこれらの処理により，調波位置での値を保存しかつ滑らかなスペクトルを求め情報処理学会 インタラクション 2011
TANDEM−STRAIGHT
STFT
cepstrum4020level(dB)

0−20−40

図 1 クロス合成 VOCODER 用の GUI
Fig. 1 GUI for cross synthesis VOCODER−60−8001000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

frequency(Hz)

図 2 STFT，cepstrum 平滑化および STRAIGHT スペクトル
Fig. 2 STFT, cepstrum-smoothed and STRAIGHT
spectraることができる．

3.2 OLA によるフィルタ処理
こうして求められた滑らかなスペクトルを，FIR フィルタとして用いる．実際のフィルタ処理は，FFT によ提案方法の効果を確認するため，音声のスペクトルる高速畳み込みを用いて実装した．具体的には，窓長として STFT で求められるパワースペクトルをその10 ms の Hanning 窓を用いて切出した楽器音を 5 msまま用いる場合，cepstrum による平滑化を行った場毎に処理し，OLA(overlap and add)4)によりクロス合の二種類の処理を比較対象とした予備実験を行った．

合成された信号の波形を作成する．フィルタ処理に用

図 2 に，これらにより求められた母音/a/のスペクトいるスペクトルは，フレーム毎に読み出され更新さルの例を示す．用いる楽器音の種類によって効果は異れる．

なるが，提案法により処理された楽器音に乗せられた

なお，音声の長時間スペクトルは約-6 dB/oct の傾斜を有しているため，そのままでは，楽器音の高域を大きく減衰させてしまう．ここでは，出力信号を差分処理することにより，この高域の低下を補償する．

4. プロトタイプの GUI提案した方式の動作を確認するため，図 1 に示すインタフェースを持つプロトタイプを作成した．アルゴ
リズムの実装と GUI の作成には，Matlab が用いられている． この GUI では，以下の機能が提供される．

• 音声の録音，音声ファイルの読み込み，スペクトル（STRAIGHT）の計算と表示，再生• 楽器音の録音，音声ファイルの読み込み，スペクトル（STFT）の計算と表示，再生• クロス合成，再生，保存• 音声波形の表示• 楽器音の波形の表示
4.1 GUI の操作と予備検討
これらの機能は，GUI 上のボタンのクリックにより実行される．入出力にオーディオインタフェースを用いる場合，第一チャンネルに音声の入力が，第二チャンネルに楽器音の入力が割り当てられている．なお，読込み可能なファイルは，WAVE 形式のもののみである．入力された信号波形は，直ちに GUI の左側に表示される．

音声は，最も明瞭に感じられる．

5. ま と め
音声の分析に TANDEM-STRAIGHT を用いた『滑舌の良い』クロス合成を提案し，プロトタイプを実装した．今後は，提案法の高速化，用いる楽器音と処理音声の明瞭度の関係の検討を進める予定である．

参 考

文献

1) H.Dudley: Remaking speech, J. Acoust. Soc.
Am., Vol.11, No.2, pp.169–177 (1939).
2) H.Kawahara, I.Masuda, and A.deCheveigné:Restructuring speech representations using apitch-adaptive time-frequency smoothing and
an instantaneous-frequency-based F0 extraction, Speech Communication, Vol. 27, No. 3–4,pp.187–207 (1999).
3) H. Kawahara, M. Morise, T. Takahashi,
R. Nisimura, T. Irino, H. Banno: TandemSTRAIGHT: A temporally stable power spectral representation for periodic signals and applications to interference-free spectrum, F0,and aperiodicity estimation, Proc. ICASSP
2008, Las Vegas, pp.3933–3936 (2008).
4) A.V.Oppenheim, R.W.Shafer: Discrete Time
Signal Processing, Prentice Hall (1998), （旧版の訳は，伊達玄訳: ディジタル信号処理（上）, コ
ロナ社 (1978)）.