JP2009294570A

JP2009294570A - 音声生成装置

Info

Publication number: JP2009294570A
Application number: JP2008150267A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Kagoshima; 岳彦籠嶋; Yuuji Shimizu; 勇詞清水; Ryo Morinaka; 亮森中
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-06-09
Filing date: 2008-06-09
Publication date: 2009-12-17
Anticipated expiration: 2028-06-09
Also published as: JP5025571B2

Abstract

【課題】電気的な信号によらず、機械的な振動子の振動によって音声や歌声を生成する音声生成装置を提供する。
【解決手段】音声生成装置は、予め決められたそれぞれのホルマント周波数を中心とした任意の帯域幅を有する音波を振動することによって生成する複数の振動子１０１と、振動子１０１の近傍に回転自在に設けられたドラム１０３と、生成する音声の各音韻のそれぞれのホルマント周波数の組合せに対応する複数の振動子１０１を、順番に弾いて振動させるために、ドラム１０２に植設された複数のピン１０４と、ドラム１０２を回転させるためのハンドル１０３とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気的な信号によらずに、音声を生成する音声生成装置に関する。

機械式オルゴールは、櫛歯状に設置された複数の振動弁と、それに隣接するドラムから構成され、ドラムの回転にしたがってドラム上に配置されたピンで振動弁が弾かれ、音楽を奏でるものであった（例えば、特許文献１参照）。各振動弁は、それぞれ異なる基本周波数を持ち、隣り合う振動弁の基本周波数の差が１／１２オクターブとなるように振動弁の形状を調節することで、半音も含めて任意の音階の音を発生できるように構成されている。ドラム上のピンの配置の設定によって、音階と音が発生するタイミングを設定することが可能であるため、楽曲の楽譜にしたがってピンを適切に設定することによって、任意の楽曲を演奏することが可能である。
特許第２８３５３６３号公報

従来の機械式オルゴールでは、楽曲の演奏は可能であるが、電気的な信号によらず、機械的な振動子の振動によって音声や歌声を生成することは困難できないという問題点があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑み、電気的な信号によらずに、音声を生成する音声生成装置を提供する。

本発明は、予め決められたそれぞれのホルマント周波数を中心とした任意の帯域幅を有する音波を振動することによって生成する複数の振動子と、複数の前記振動子の近傍に設けられた基板と、生成する音声の各音韻のそれぞれの前記ホルマント周波数の組合せに対応する複数の前記振動子を、同時または連続して順番に弾いて振動させるために、前記基板に植設された複数のピンと、前記基板または前記振動子のどちらか一方を相対的に移動させて、複数の前記ピンによって複数の前記振動子を前記順番で弾くことによって振動させて、前記音声を生成する駆動部と、を有する音声生成装置である。

また、本発明は、予め決められたそれぞれのホルマント周波数を中心とした任意の帯域幅を有する音波を振動することによって生成する複数の振動子と、生成する音声の各音韻のそれぞれの前記ホルマント周波数の組合せに対応する複数の前記振動子が、同時または連続して振動させる順番に植設された基板と、複数の前記振動子を前記順番で弾くことによって振動させて、前記音声を生成する生成部材と、を有する音声生成装置である。

本発明によれば、電気的な信号によらず、振動子の振動によって音声を生成することが可能である。

以下、本発明の一実施形態の音声生成装置について説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態の音声生成装置について図１〜図５に基づいて説明する。

（１）音声生成装置の構成
図１は、本実施形態に係る音声生成装置の概観図である。この音声生成装置は、振動板１０５、振動子１０１、ドラム１０２、ハンドル１０３、ピン１０４より構成され、基台１０６の上に振動板１０５、振動子１０１が固定され、ドラム１０２が回転自在に取り付けられている。

振動板１０５は、基台１０６の上に水平に固定されている。この振動板１０５には、長い板状の振動子１０１が等間隔に櫛歯状に複数接続されており、各振動子１０１の先端の端点が、一直線上に並ぶように構成されている。また、図１の場合には、振動子１０１の長さが順番に長くなるように構成されている。振動子１０１は、その先端の端点を弾いて振動させることで、音波を発生させるものであり、そのパワースペクトルが所定の中心周波数の近傍に集中し、高調波のパワーが小さくなるように、その材質や形状が設定されている。振動子１０１と振動板１０５の材質としては、例えば金属または樹脂である。各振動子１０１の中心周波数は音声のホルマント周波数の変動範囲をカバーするように等間隔に設定する。本実施形態では、１００Ｈｚから３０００Ｈｚ（３ｋＨｚ）まで、１００Ｈｚ間隔となるように各振動子１０１の中心周波数が設定されている。すなわち、各振動子１０１は、それぞれホルマント周波数を中心に任意の帯域幅の周波数で振動する。

ドラム１０２は円筒形であり、基台１０６から立設した一対の支持板１０７，１０７の間に回転自在に設置され、かつ、このドラム１０２の外周面が、振動子１０１の端点の並んだ一直線状に隣接している。

また、ドラム１０２の中心を軸として回転させるための駆動部として、ハンドル１０３がドラム１０２の側面の中心に接続されており、ハンドル１０３を回転させることにより、ドラム１０２の外周面と振動子１０１の端点との距離を一定に保ちつつドラム１０２を回転させることができる。

ドラム１０２の外周面が基板の役割を果たし、その外周面である基板には複数のピン１０４が植設されている。ピン１０４は、その太さが振動子１０１の幅と同程度で、植設されたときの高さが、振動子１０１の端点とドラム１０２の間の距離よりも大きくなるように設定されている。ハンドル１０３を回してドラム１０２を回転させると、ピン１０４は、対応する１つの振動子１０１と接触し、該振動子１０１を弾いて振動させる。

（２）ピン１０４の配置
次に、本実施形態の特徴であるピン１０４の配置について説明する。

図２（ａ）はドラム１０２の側面を母線と見た状態を示し、図２（ｂ）は、その母線の１つでドラム１０２を切り開いたと仮定した展開図を表している。この図２（ｂ）で横軸（ドラム１０２の回転方向）のピンの位置は、振動子１０１が弾かれるタイミングに相当し、図２の縦軸（母線の方向）の位置は、振動子１０１の中心周波数に対応する。図２は、「あいう」と発声する場合のピン１０４の配置を示している。

音声の音韻は、ホルマント周波数の組合せで特徴付けられている。図３に、日本語母音の典型的なホルマント周波数を示す。Ｆ１が第１ホルマントの周波数、Ｆ２が第２ホルマントの周波数を示している。図２では、女声のホルマント周波数に合わせてピン１０４が配置されている。音韻「あ」を発声するために、「あ」のＦ１とＦ２に近い中心周波数の振動子１０１を同時に弾き、一定時間後に再度Ｆ１とＦ２に近い中心周波数の振動子１０１を同時に弾くようなピン１０４の配置となっている。

音韻が「あ」から「い」に変化する場合には、ホルマント周波数が滑らかに遷移することが知られており、ピン１０４の配置も、「あ」のＦ１から「い」のＦ１へ、また「あ」のＦ２から「い」のＦ２に、振動子１０１の中心周波数が滑らかに変化するようになっている。

図４は、「あ」と「い」について、Ｆ１とＦ２に対応する振動子１０１を弾いたときに生成される音波（図４（ａ）と図４（ｂ）参照）及びそれらを同時に弾いたときに生成される音波（図４（ｃ）参照）の波形を表している。

ピン１０４が、時間方向に一定の間隔で配置されているため、ドラム１０２を一定の速度で回転させた場合に生成される波形は、例えば「あ」の場合、図４（ｃ）の波形を繰り返して得られる図５で示される音声波形が生成される。

（３）効果
本実施形態の音声生成装置によれば、ユーザがハンドル１０３を回して、ドラム１０２を回転させると、ドラム１０２に植設された複数のピン１０４が、振動子１０１をそれぞれ弾き、上記のように音声波形が生成されるので、従来のように電気的な信号を与えることなく、音声を生成できる。

（４）変更例１
上記実施形態では、ドラム１０２の回転方向のピン１０４の間隔は、生成される音声のピッチ周期と相関があるため、生成する音声のピッチ周期に応じた間隔に設定しても良い。間隔が短いほどピッチ周期は短く（声は高く）なり、間隔が長いほどピッチ周期は長く（声は低く）なる。

（５）変更例２
上記実施形態では、振動子１０１の中心周波数の間隔を１００Ｈｚとしたが、これに限定されるものではない。

間隔をより細かくすることにより、より滑らかなホルマントの遷移を表現することが可能で、高品質な音声を生成することができる。

また、周波数の間隔を対数の領域で等間隔としてもよく、従来のオルゴールの１／１２オクターブよりも細かい１／２０オクターブ間隔などに設定してもよい。

（６）変更例３
上記実施形態では、連続するピッチ周期でホルマント周波数が変化しない場合は、振動が収束していない振動子１０１に次のピン１０４が接触し、前の周期の振動が止められてから次の周期の振動が始まることになる。この場合、実際の音声のように、隣り合う周期の波形が重なり合う現象は再現されない。

そこで、同一の中心周波数を持つ振動子１０１を複数備えるようにしてもよい。これにより、ホルマント周波数が変化しない場合でも、同一中心周波数を持つ複数の振動子１０１を交互に弾くようにピン１０４を植設することで、隣り合う周期の波形の重なりあう現象を再現することが可能となり、より自然な音声を生成することができる。

（７）変更例４
上記実施形態では、ドラム１０２をハンドル１０３によって回転駆動させたが、これに代えてモータまたはゼンマイによって駆動部を形成してドラム１０２を回転されてもよい。

（８）変更例５
上記実施形態のようにドラム１０２にピン１０４を植設するのでなく、平板以上の基板にピン１０４を植設し、その基板に沿って複数の振動子１０１を有する振動板１０５を移動させて、音声を生成してもよい。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る音声生成装置について、図６と図７に基づいて説明する。

（１）音声生成装置の構成
本実施形態の音声生成装置は、図６に示すように、かまぼこ状の基台２００の上面にある基板２０１と振動子２０２及びヘラ２０３とから構成される。

基板２０１は、かまぼこ状の基台２００の上面に設けられ、図６に示すようにｔ軸方向は直線上であり、ｆ軸方向は曲面状に形成されている。

ピン状の複数の振動子２０２は、基板２０１に植設されている。振動子２０２を弾いたときに生成される音波は、第１の実施形態における振動子１０１と同様である。振動子２０２の上端の端点が、一つの平面上に並ぶように振動子２０２が植設され、かつ、生成される音波が異なるように振動子２０２の長さがそれぞれ異なっている。そして、板状のヘラ２０３を一方向に移動させながら、振動子２０２の上端の端点を順次弾くことによって音声を生成する。

図７に示すように、生成する音声の音韻に対応するホルマント周波数を中心周波数とする振動子２０２が同時に弾かれるように、ｆ軸と平行な直線２０４上に任意の間隔（ｆ１，ｆ２，ｆ３，・・・）毎に配置されており、その直線２０４と直交するｔ軸の方向に一定の距離（ｔ１，ｔ２，ｔ３，・・・）を置いて、次の周期の音声波形を生成するための振動子２０２が、直線２０５上に配置されている。同様に、周期的に他の振動子２０２を基板２０１上に配置する。

（２）動作状態
そして、図６に示すように、ｔ軸の方向に一定速度でヘラ２０３を移動させながら振動子２０２を順次弾くことにより、音韻に対応するホルマント周波数の特徴を持つ周期的な波形が生成される。一つの音韻から次の音韻に変化する過渡部では、ホルマント周波数が滑らかに変化するように、各周期に対応する振動子２０２の中心周波数の組合せを決定すればよい。

（３）変更例１
直線２０４と直線２０５の間隔のような、振動子２０２が配置されている位置の間隔は、生成される音声のピッチ周期と相関があるため、生成する音声のピッチ周期に応じた間隔に設定しても良い。間隔が短いほどピッチ周期は短く（声は高く）なり、間隔が長いほどピッチ周期は長く（声は低く）なる。図６の例では、平面図の左から右に（ｔ１からｔ６）に向けて弾いたとすると、間隔が次第に長くなっているため、ピッチ周期が次第に長くなる（声がしだいに低くなる）音声が生成される。

（４）変更例２
本実施形態では、ヘラ２０３を用いて振動子２０２を順次弾くものとして説明したが、音声を生成する生成部材はこのヘラ２０３に限られるものではなく、例えば指やコインなど、振動子２０２を弾いて振動を開始させることが出来るものであれば、何を用いてもよい。

コインなど、弾く部分が直線的でない物体を用いることを前提とする場合には、振動子２０２の端点が平面上でなく曲面上に並ぶように設定すればよい。

（変更例）
本発明は上記各実施形態に限らず、その主旨を逸脱しない限り種々に変更することができる。

（１）変更例１
上記した各実施形態では、ホルマント周波数の組合せに対応する振動子２０２を同時に弾くように、ピン１０４及び振動子２０２を配置したが、必ずしも同時である必要はなく、若干の時間をおいて連続して弾かれるようにピン１０４及び振動子２０２を配置してもよい。

また、第２の実施形態の場合は、振動子２０２を直線上または曲線上に配置するようにし、ホルマント周波数の組合せに対応する振動子２０２が連続して弾かれるようにしてもよい。

（２）変更例２
上記した各実施形態では、母音を生成する例について説明したが、子音を生成することも可能である。有声子音は、母音と同様に周期的な波形であり、ホルマント周波数の組合せやその変化パターンによって音韻が特徴付けられるため、母音と同様に生成することが可能である。

このときの、ピン１０４または振動子２０２の配置は、実際の音声を分析して得られるホルマント周波数の変化パターンに基づいて設定すればよい。

また、無声子音は、ホルマント周波数の組合せで特徴付けられるが、非周期的な波形となるため、第１の実施形態では時間方向（ドラム１０２の回転方向）のピン１０４の配置を非周期的にすることにより、また、第２の実施形態では振動子２０２の配置を非周期的にすることにより、生成することができる。

（３）変更例３
実際の音声では、各ホルマントのパワーは均一ではなく、音韻毎に各ホルマントのパワーにも特徴がある。

そこで、第１の実施形態では、パワーの大きなホルマントほど振動子２０２を強く弾くように、ピン１０４の長さや形状、材質などを設定するようにしてもよい。

例えば、パワーの大きなホルマントほどピン１０４の長さ（突出量）を長くすることによって、振動子２０２の振幅が大きくなり、ホルマントのパワーが大きくなる。

第２の実施形態では、ホルマントのパワーに応じて、対応する振動子２０２の長さや形状、材質などを設定するようにしてもよい。

上記した各実施形態では、振動子２０２の端点が一つの平面上に並ぶものとして説明したが、パワーの大きいホルマントに対応する振動子２０２は、その長さを長く設定して平面から突出するようにし、大きな振幅で弾かれるようにしてもよい。

本発明の第１の実施形態の音声生成装置の概観図である。（ａ）はドラムの側面を母線と見た状態を示し、（ｂ）は、その母線の１つでドラムを切り開いたと仮定した展開図を表している。日本語母音の典型的なホルマント周波数を示す表の図である。（ａ）と（ｂ）は、「あ」と「い」について、Ｆ１とＦ２に対応する振動子を弾いたときに生成される音波の波形図を示し、（ｃ）は、それらを同時に弾いたときに生成される音波の波形図である。第１の実施形態の音声生成装置で生成される音声の波形図である。第２の実施形態の音声生成装置の斜視図である。第２の実施形態の振動子の配置を示す説明図である。

符号の説明

１０１振動子
１０２ドラム
１０３ハンドル
１０４ピン
１０５振動板

Claims

予め決められたそれぞれのホルマント周波数を中心とした任意の帯域幅を有する音波を振動することによって生成する複数の振動子と、
複数の前記振動子の近傍に設けられた基板と、
生成する音声の各音韻のそれぞれの前記ホルマント周波数の組合せに対応する複数の前記振動子を、同時または連続して順番に弾いて振動させるために、前記基板に植設された複数のピンと、
前記基板または前記振動子のどちらか一方を相対的に移動させて、複数の前記ピンによって複数の前記振動子を前記順番で弾くことによって振動させて、前記音声を生成する駆動部と、
を有する音声生成装置。
予め決められたそれぞれのホルマント周波数を中心とした任意の帯域幅を有する音波を振動することによって生成する複数の振動子と、
生成する音声の各音韻のそれぞれの前記ホルマント周波数の組合せに対応する複数の前記振動子が、同時または連続して振動させる順番に植設された基板と、
複数の前記振動子を前記順番で弾くことによって振動させて、前記音声を生成する生成部材と、
を有する音声生成装置。
複数の前記ピンが、前記音声のピッチ周期に応じた間隔で、前記基板上に周期的に植設されている、
請求項１記載の音声生成装置。
複数の前記振動子に対応する前記ホルマント周波数の差が１／１２オクターブよりも小さいことを特徴とする請求項１記載の音声生成装置。
前記ホルマント周波数が同一である前記振動子を複数備えることを特徴とする請求項１記載の音声生成装置。
複数の前記振動子が、前記音声のピッチ周期に応じた間隔で、前記基板上に周期的に植設されていることを特徴とする請求項２記載の音声生成装置。