音色の音高依存性を考慮した楽器音の音高操作手法

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  • An Analysis-and-synthesis Approach for Manipulating Pitch of a Musical Instrument Sound Considering Pitch-dependency of Timbral Characteristics
  • 音響分析・合成

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本稿では，ある音高を持つ楽器音をもとにして，音色の歪みを抑えながら任意の音高を持つ楽器音を合成する手法について述べる．我々は音色の聴感上の差に関する音響心理学的知見に基づき，楽器音のスペクトログラム上で観察される音色特徴量として，(i) 倍音ピーク間の相対強度，(ii) 非調波成分の分布，(iii) 時間方向の振幅エンベロープの3つを定義する．まず，もとになる楽器音の音色特徴量を分析するため，糸山らの調波·非調波統合モデルを用いて楽器音を調波構造と非調波構造に分離する．音高操作時には，特徴量(i)，(ii) の音高依存性を考慮しなければならない．そのため，音高に対する特徴量を3次関数で近似し，所望の音高における特徴量の値を予測する．32種類の楽器に対して音高操作を試みたところ，音高依存性を考慮しない場合と比べて合成音と実際の楽器音との距離が，スペクトル距離尺度では64.70%，MFCC距離尺度では32.31%減少し，手法の有効性が確かめられた．

This paper presents a synthesis method that can generate musical instrument sounds with arbitrary pitches from a given musical instrument sound while constraining distorting timbral characteristics. Based on the psychoacoustical knowledge on auditory effects of timbre, we define timbral features on the spectrogram of a musical instrument sound as (i) relative amplitudes of harmonic components, (ii) distribution of inharmonic components, and (iii) temporal envelopes of harmonic components. First, to analyze timbral features of a seed, it is separated into harmonic and inharmonic components by using Itoyama's integrated model. In pitch manipulation, it is necessary to take into account the relation of pitch and features (i) and (ii). Therefore, we predict the values of each feature by using a cubic polynomial that approximates the feature distribution over pitches. Experimental results showed the effectiveness of our method; the spectral and MFCC distances between synthesized sounds and real sounds of 32 instruments were reduced by 64.70% and 32.31%, respectively.

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