VocaListener2(ぼかりす2): ユーザ歌唱の音高と音量だけでなく声色変化も真似る歌声合成システム

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1 twitter アカウント twitter ハッシュタグ : #vocalis VocaListener2( ぼかりす 2) ユーザ歌唱の音高と音量だけでなく声色変化も真似る歌声合成システムの提案 中野倫靖, 後藤真孝 ( 産業技術総合研究所 ) 21 年 7 月 28 日第 86 回音楽情報科学研究会 (SIGMUS)

2 VocaListener1( ぼかりす 1) の実現 28 年 4 月 28 日 デモ動画を Web 掲載 PROLOGUE ぼかりす 年 5 月 28 日 中野, 後藤 : VocaListener: ユーザ歌唱を真似る歌声合成パラメータを自動推定するシステムの提案. 28-MUS-75. 2

3 ぼかりす 1 で解決を目指した課題 27 年 8 月 31 日 VOCALOID2 発売楽譜と歌声合成パラメータの入力を支援 27 年 12 月 27 日 VOCALOID2 鏡音リン レン 発売 歌声合成システムや音源 ( 歌手の声 ) を変えた場合歌声合成パラメータを自動的に再調整 3

4 分析合成声の高さ ぼかりす 1 で可能になったこと 歌うだけで楽譜 歌声合成パラメータ推定 人間らしい歌い方で合成 歌声合成システムや音源を替えても同じ歌い方 ユーザ ぼかりす 1 様々な歌声合成システムとその音源 歌唱音声 Vocaloid 音源 (A): KAITO 歌詞呑めと言われて陽気に呑んだ日本語 / 英語 声の大きさ 時間 時間 Vocaloid2 音源 (B): MEIKO 音源 (C): 音源 (D): 鏡音リン 4

5 分析合成声の高さ 21 月 4 月 3 日 : アペンド 発売 の声色 ( 6 種類 ) を替えて合成可能,,,,, ユーザ ぼかりす 1 と アペンド 歌唱音声 Vocaloid2 歌詞呑めと言われて陽気に呑んだ日本語 / 英語 声の大きさ 時間 時間 5

6 合成析 合成ぼかりす 2 で解決を目指す課題 ユーザ歌唱の声色変化も真似るように 声色を滑らかに変化させながら歌声合成 ユーザ歌唱 分析 ぼかりす 1 呑めと言われて陽気に呑んだ と アペンド ぼかりす 2 による合成 ( イメージ ) 音高 音量 Vocaloid2 6 分 中間の声色を作りながら歌声合成

7 ぼかりす 2 で解決を目指す課題 ユーザ歌唱の声色変化も真似るように 声色を滑らかに変化させながら歌声合成 ユーザ歌唱 分析 ぼかりす 1 呑めと言われて陽気に呑んだ と アペンド 同一歌唱中の声色変化を推定 音高 音量 7 分ぼかりす 2 による合成 ( イメージ ) 合Vocaloid2 成 析 信号処理による声色変化の反映 合 成 中間の声色を作りながら歌声合成

8 ぼかりす 2 の 実現方法 ( 概要 ) 8

9 合成分析Vocaloid2 物理的な現象としての声色の違い スペクトル包絡 ( 声道特性 ) 形状の違い ぼかりす 1 による時刻同期した歌唱の場合 音韻 お /o/ のスペクトル包絡 ぼかりす 1 と アペンド スペクトル包絡は STRAIGHT [Kawahara et al., 1999] により推定 9

10 スペクトル包絡変形に基づく 合成 スペクトル変形曲面 ( 相対的な違い ) の導入 スペクトル包絡 ( ) スペクトル包絡 ( ) スペクトル変形曲面 - = 対数のため 時間 - = 対数のため スペクトル変形曲線 1

11 スペクトル包絡変形に基づく 合成 スペクトル変形曲面 ( 相対的な違い ) の導入 スペクトル包絡 ( ) スペクトル包絡 ( ) - = 対数のため スペクトル変形曲面 時間 + = 対数のため 11

12 スペクトル包絡変形に基づく 合成 スペクトル変形曲面 ( 相対的な違い ) の導入 スペクトル包絡 ( ) スペクトル包絡 ( ) - = 対数のため スペクトル変形曲面 時間 変形曲面 + = 対数のため 12

13 を基準として滑らかに変形して合成 ぼかりす 2 ではスペクトル変形曲面を推定? + = 対数のため スペクトル包絡 時間 スペクトル変形曲面 各声色への近さ 変形を反映したスペクトル包絡 13

14 声色空間に基づくスペクトル変形曲線の推定 スペクトル包絡を分析して声色空間 (3 次元 ) へ射影 スペクトル変形曲線 声色空間 (3 次元 ) ある時刻における声色空間と各声色の位置 14

15 声色空間の構成結果 ( 全時刻の平均 ) 第 2 軸 第 3 軸 第 1 軸 第 3 軸 15 第 1 軸

16 声色空間に基づくスペクトル変形曲線の推定 スペクトル包絡を分析して声色空間 (3 次元 ) へ射影 スペクトル変形曲線 声色空間 (3 次元 ) のスペクトル変形曲線 16

17 デモ : 合成結果と声色空間 大漁船 ぼかりす

18 声色空間に基づくスペクトル変形曲線の推定 スペクトル包絡を分析して声色空間 (3 次元 ) へ射影 スペクトル変形曲線 声色空間 (3 次元 ) のスペクトル変形曲線 18

19 スペクトル変形曲面の生成と適用 全時刻のスペクトル変形曲線を合わせて生成 スペクトル変形曲線 全時刻で推定 + = 対数のため スペクトル包絡 大漁船 時間 スペクトル変形曲面 19 ユーザ歌唱の声色変化を反映したスペクトル包絡

20 ぼかりす 2 による歌声合成 ユーザ歌唱 ぼかりす 1 ユーザ歌唱の音高 音量 声色変化を真似る 音高 音量 分析 呑めと言われて陽気に呑んだ 合成と アペンド 2 合成Vocaloid2 分析基本 ぼかりす 2 による合成 ユーザ歌唱の音高 ( 声域は変更可能 ) ユーザ歌唱の 時間 時間 声色変化を反映した スペクトル包絡 (+ 音量 ) ユーザ歌唱の声色変化を反映した合成歌唱

21 ぼかりす 2 の 実現方法 ( 詳細 ) 21

22 ユーザ歌唱の声色変化を真似る ユーザ歌唱のスペクトル包絡を 合成対象と同じ声色空間へ射影する必要がある 音韻 お /o/ スペクトル包絡は [Kawahara et al., 1999] により推定 22

23 スペクトル包絡形状は歌唱者にも依存 ユーザ歌唱のスペクトル包絡を 合成対象と同じ声色空間へ射影する必要がある 音韻 お /o/ 鏡音リン スペクトル包絡は [Kawahara et al., 1999] により推定 23

24 スペクトル包絡形状は音韻 ( 歌詞 ) にも依存 ユーザ歌唱のスペクトル包絡を 合成対象と同じ声色空間へ射影する必要がある 音韻 お /o/ 鏡音リン 音韻 い /i/ 鏡音リン スペクトル包絡は [Kawahara et al., 1999] により推定 24

25 スペクトル包絡形状は音韻 ( 歌詞 ) にも依存 ユーザ歌唱のスペクトル包絡を 合成対象と同じ声色空間へ射影する必要がある スペクトル包絡形状音韻 お /o/ 鏡音リン 音韻 い /i/ = 音韻性 + 個人性 + 声色成分 (+ ノイズ等 ) 鏡音リン 声色成分 = スペクトル包絡 - 音韻性 - 個人性 スペクトル包絡は [Kawahara et al., 1999] により推定 25

26 時刻が同期した多様な歌声を合成する ぼかりす 1 を最大限活用 全日本語 VOCALOID17 種類の 大漁船 を利用 KAITO, MEIKO,, 鏡音リン, 鏡音レン, がくっぽいど, 巡音ルカ, メグッポイド, 氷山キヨテル, 歌愛ユキ, SF-A2 開発コード miki Append (,,,,, ) [RWC-MDB-G-21 No.91] 計 17 種類の合成歌唱音声 26

27 多様な歌声からの声色空間の構成 時刻が同期した多様な歌声 ( ぼかりす 1 による 17 種類 + ユーザ歌唱 ) のスペクトル包絡を推定 ユーザ歌唱 MEIKO KAITO [Kawahara et al., 1999] 27 スペクトル包絡

28 主成分分析 (PCA) に基づく声色空間の構成 歌詞が同一の時刻同期したスペクトル包絡 各時刻において音韻性は同じ = 音韻性以外の個人性 声色成分による変動が大きい = 低次主成分は個人性 声色成分の寄与が大きい 28

29 主成分分析 (PCA) に基づく声色空間の構成 歌詞が同一の時刻同期したスペクトル包絡 各時刻において音韻性は同じ = 音韻性以外の個人性 声色成分による変動が大きい = 低次主成分は個人性 声色成分の寄与が大きい 29

30 主成分分析 (PCA) に基づく声色空間の構成 歌詞が同一の時刻同期したスペクトル包絡 各時刻における全歌唱者の全スペクトル包絡で PCA 低次主成分 を保存してスペクトル包絡に逆射影 平均 5.4 次元を使用 全時刻の全歌唱者の全スペクトル包絡で PCA 3

31 主成分分析 (PCA) に基づく声色空間の構成 時刻が同期した多様な歌声のスペクトル包絡を ( ぼかりす1による17 種類 +ユーザ歌唱 ) PCAに基づいて3 次元の声色空間へ射影 ユーザ歌唱 MEIKO 声色空間 (3 次元 ) ユーザ歌唱 KAITO スペクトル包絡 ある時刻において各歌唱が声色空間上の一点に対応 31

32 声色変化可能な領域 時刻が同期した多様な歌声を用いて各声色に囲まれた (VocaListener1 多面体による ( ポリトープ 17 種類 + ) ユーザ歌唱を想定 ) その内側が変形可能な領域と仮定 歌声間変動が大きい声色空間へ射影 ユーザ歌唱 MEIKO KAITO スペクトル包絡 32 声色空間 (3 次元 ) ユーザ歌唱 ある時刻において各歌唱が声色空間上の一点に対応

33 声色変化可能な領域 時刻が同期した多様な歌声を用いて多面体 ( ポリトープ ) の (VocaListener1 時間軌跡を声色変化チューブと呼びによる17 種類 +ユーザ歌唱 ) 声色変化可能な領域と考える 声色空間 (3 次元 ) 歌声間変動が大きい声色空間へ射影 ユーザ歌唱ユーザ歌唱の軌跡 MEIKO KAITO 声色変化チューブ 時間 スペクトル包絡 33 声色空間 (3 次元 ) ユーザ歌唱 ある時刻において各歌唱が声色空間上の一点に対応

34 声色変化可能な領域 時刻が同期した多様な歌声を用いて多面体 ( ポリトープ ) の (VocaListener1 時間軌跡を声色変化チューブと呼び声色空間はユーザ歌唱を含めたによる17 種類 + ) 声色変化可能な領域と考える多様な歌唱音声を表現でき 声色空間 (3 次元 ) 歌声間変動が大きい声色空間へ射影 ユーザ歌唱ユーザ歌唱の軌跡 MEIKO KAITO 声色変化チューブ 時間 スペクトル包絡 34 声色空間 (M 次元 : M=3) ユーザ歌唱 ある時刻において各歌唱が声色空間上の一点に対応

35 声色変化可能な領域 時刻が同期した多様な歌声を用いて多面体 ( ポリトープ ) の (VocaListener1 時間軌跡を声色変化チューブと呼び声色空間はユーザ歌唱を含めるによる17 種類 + ) 声色変化可能な領域と考える多様な歌唱音声を表現でき声色変化チューブで声色変化対象の範囲を決定できる 声色空間 (3 次元 ) 歌声間変動が大きい声色空間へ射影 ユーザ歌唱ユーザ歌唱の軌跡 MEIKO KAITO 声色変化チューブ 時間 スペクトル包絡 35 声色空間 (M 次元 : M=3) ユーザ歌唱 ある時刻において各歌唱が声色空間上の一点に対応

36 ユーザ歌唱の軌跡のシフト スケーリング 時刻が同期した多様な歌声を用いて ユーザ歌唱の軌跡は同じ空間の (VocaListener1 別の場所にあると考えられるによる17 種類 +ユーザ歌唱 ) 声色空間 (3 次元 ) 歌声間変動が大きい声色空間へ射影 ユーザ歌唱ユーザ歌唱の軌跡 MEIKO KAITO 声色変化チューブ 時間 スペクトル包絡 36 声色空間 (M 次元 : M=3) ユーザ歌唱 ある時刻において各歌唱が声色空間上の一点に対応

37 ユーザ歌唱の軌跡のシフト スケーリング 時刻が同期した多様な歌声を用いて ユーザ歌唱の軌跡は同じ空間の (VocaListener1 別の場所にあると考えられるシフト スケーリング操作によりによる17 種類 +ユーザ歌唱 ) 声色空間上の合成目標位置を決定 声色空間 (3 次元 ) 歌声間変動が大きい声色空間へ射影 ユーザ歌唱ユーザ歌唱の軌跡 MEIKO KAITO 声色変化チューブ 時間 スペクトル包絡 37 声色空間 (M 次元 : M=3) ユーザ歌唱を 各声色それぞれの次元の平均と分散で正規化 ユーザ歌唱 ある時刻において各歌唱が声色空間上の一点に対応

38 声色空間に基づくスペクトル変形曲線の推定 [Turk et al., 28] Radial Basis Function を用いた Variational Interpolation スペクトル変形曲線 声色空間 (3 次元 ) 推定 ユーザ歌唱 ( ) のスペクトル変形曲線? 38

39 声色空間に基づくスペクトル変形曲線の推定 [Turk et al., 28] Radial Basis Function を用いた Variational Interpolation 声色空間 (3 次元 ) 制約 スペクトル変形曲線 ユーザ歌唱が各声色と重なった場合 それと同じスペクトル変形曲線を生成 ユーザ歌唱 ( ) のスペクトル変形曲線 39

40 声色空間に基づくスペクトル変形曲線の推定 [Turk et al., 28] Radial Basis Function を用いた Variational Interpolation 声色空間 (3 次元 ) 制約 スペクトル変形曲線 ユーザ歌唱が各声色と重なった場合 それと同じスペクトル変形曲線を生成 ユーザ歌唱 ( ) のスペクトル変形曲線 4

41 声色空間に基づくスペクトル変形曲線の推定 [Turk et al., 28] Radial Basis Function を用いた Variational Interpolation スペクトル変形曲線 声色空間 (3 次元 ) ユーザ歌唱 ( ) のスペクトル変形曲線 41

42 声色空間に基づくスペクトル変形曲線の推定 [Turk et al., 28] Radial Basis Function を用いた Variational Interpolation スペクトル変形曲線 声色空間 (3 次元 ) ユーザ歌唱 ( ) のスペクトル変形曲線 42

43 スペクトル変形曲面の生成と適用 全時刻のスペクトル変形曲線を合わせて生成 平滑化処理により急峻な変化を低減 スペクトル変形曲線 スペクトル変形曲面 時間 - 平面で平滑化 + = 対数のため スペクトル包絡 大漁船 時間 スペクトル変形曲面 ( 平滑化後 ) 43 ユーザ歌唱の声色変化を反映したスペクトル包絡

44 ぼかりす 2 の 応用 44

45 スペクトル包絡変形に基づく 合成 スペクトル変形曲面 ( 相対的な違い ) の導入 スペクトル包絡 ( ) スペクトル包絡 ( ) - = 対数のため スペクトル変形曲面 時間 変形曲面 + = 対数のため 45

46 スペクトル包絡変形に基づく 合成 スペクトル変形曲面 ( 相対的な違い ) の導入 スペクトル包絡 ( ) 対数のため スペクトル包絡 ( ) スペクトル変形曲面 スペクトル変形曲面を替えると - = から アペンドが合成可能 時間 変形曲面 + = 対数のため 46

47 スペクトル包絡変形に基づく 合成 スペクトル変形曲面 ( 相対的な違い ) の導入 スペクトル包絡 ( ) スペクトル包絡 ( ) 今度は 基準となるスペクトル を替える - = 対数のため スペクトル変形曲面 時間 変形曲面 + = 対数のため 47

48 スペクトル包絡変形に基づく 合成 スペクトル変形曲面 ( 相対的な違い ) の導入 スペクトル包絡 ( ) スペクトル包絡 ( ) 今度は 基準となるスペクトル を替える - = 対数のため スペクトル変形曲面 時間 鏡音リン変形曲面 + = 対数のため 48

49 声色転写による鏡音リン 擬似アペンド合成 スペクトル変形曲面を別の音源に適用する 鏡音リン + = 対数のため 用の変形曲面 スペクトル包絡 大漁船 鏡音リン 時間 スペクトル変形曲面 鏡音リン 擬似 のスペクトル包絡 合成結果の具体例は で視聴可能 49

50 鏡音リン 擬似アペンドで声色変化を真似る 声色空間上で鏡音リン 擬似アペンドを生成 スペクトル変形曲線 声色空間 (3 次元 ) 鏡音リン 5

51 鏡音リン 擬似アペンドで声色変化を真似る 声色空間上で鏡音リン 擬似アペンドを生成 鏡音リン 声色空間 (3 次元 ) 51

52 鏡音リン 擬似アペンドで声色変化を真似る 声色空間上で鏡音リン 擬似アペンドを生成 擬似 擬似 鏡音リン 擬似 擬似 擬似 擬似 声色空間 (3 次元 ) 52

53 鏡音リン 擬似アペンドで声色変化を真似る 声色空間上で鏡音リン 擬似アペンドを生成 擬似 鏡音リン スペクトル変形曲線 擬似 擬似 擬似 声色空間 (3 次元 ) 擬似 擬似 擬似 鏡音リン 擬似 擬似 擬似 擬似 擬似 ユーザ歌唱 ( ) のスペクトル変形曲線 53

54 擬似アペンドの合成とぼかりす 2 の課題 擬似アペンドの合成方法の検討 スペクトル変形曲面の最適化 ( 再推定 ) が必要 現在の単純な入れ替えでは不十分 鏡音リン + = 変形曲面 54

55 擬似アペンドの合成とぼかりす 2 の課題 擬似アペンドの合成方法の検討 スペクトル変形曲面の最適化 ( 再推定 ) が必要 現在の単純な入れ替えでは不十分 声色空間上での対応付け方法の検討 鏡音リン + = 変形曲面? 鏡音リン 55

56 おわりに 56

57 まとめ VocaListener1( ぼかりす 1) を最大限活用し 声色空間の構成 ユーザ歌唱の声色変化を反映させた歌声合成 が行える VocaListener2( ぼかりす 2) を提案 今後 応用で述べた 汎用的な声色転写 等の検討 声色変化の新たな活用法の検討 人間らしい 歌唱や知覚に関する知見を得て活用 57

58 VocaListener2 ユーザ歌唱の音高と音量だけでなく声色変化も真似る歌声合成システムの提案 中野倫靖, 後藤真孝 ( 産業技術総合研究所 ) 21 年 7 月 28 日第 86 回音楽情報科学研究会 (SIGMUS)

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