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초록
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본 논문에서는 해금 소리의 시간에 따른 변화를 사실적으로 묘사하기 위해 캡스트럼 분석을 이용한 전통 악기 해금의 스펙트럼 모델링을 제안한다. 정확한 캡스트럼 분석 결과를 얻기 위해 프레임 사이즈는 입력 신호의 3주기로 하였고 포만트 추출에 더 많은 캡스트럼 계수를 활용하였다. 정현파 성분 합성 과정에서 대역통과 필터차단주파수를 공명점 별로 유동적으로 조절하고 노이즈 성분에 남아있는 피크 성분들을 제거하는 과정을 추가하여 성능을 향상시켰다. 음 높이의 변화를 판단하기 위해 입력 프레임을 묵음구간, 어택구간, 지속구간으로 분류하였고 기본주파수에 따라 프레임 사이즈를 가변적으로 조절하였으며 지속구간에서의 기본주파수 검출 오류를 수정함으로써 정확도를 향상시켰다. 해금 연주 전문가의 청취테스트를 통해 원음과 합성음이 96~100 % 유사하다는 평가 결과를 얻었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposes a spectral modeling of Korean traditional instrument, Haegeum, using cepstral analysis to naturally describe Haegeum sounds varying with time. To get a precise result of cepstral analysis, we set the frame size to 3 periods of input signal and more cepstral coefficients are used ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • FM 합성 방식을 제외하면 물리적 모델링과 스펙트럼 모델링을 위한 것으로 특히 본 논문과 관련된 선행 연구는 [23-26] 정도이다.본 논문에서는 선행 연구를 개선한 캡스트럼 분석을 이용한 해금 소리의 스펙트럼 모델링을 제안한다. 분석과 합성과정은 프레임 기반으로 처리되며 정확한 캡스트럼 분석 결과를 얻기 위해 프레임 사이즈는 입력 신호의 3주기로 하고 충분한 캡스드럼 계수를 활용한다.
  • x(n) 의 캡스트럼 포락선은 길이 #의 사각 윈도우 (rectangular window)와 & 의 곱을 푸리 에 변환하여 구할 수 있다 이때 윈도우 크기 #는 포락선의 조밀함과 완만함을 결정하게 되며 보통은 기본주파수와 관계되는 두 번째 피크를 기준으로 윈도우 크기를 정하지만,电가 클수록 조밀한 포락선을 구할 수 있다. 본 논문에서는 세밀한 포락선을 구하기 위하여 캡스트럼 계수에서 입력 샘플 수만큼의 계수를 취하였다.
  • x(n) 의 캡스트럼 포락선은 길이 #의 사각 윈도우 (rectangular window)와 & 의 곱을 푸리 에 변환하여 구할 수 있다 이때 윈도우 크기 #는 포락선의 조밀함과 완만함을 결정하게 되며 보통은 기본주파수와 관계되는 두 번째 피크를 기준으로 윈도우 크기를 정하지만,电가 클수록 조밀한 포락선을 구할 수 있다. 본 논문에서는 세밀한 포락선을 구하기 위하여 캡스트럼 계수에서 입력 샘플 수만큼의 계수를 취하였다.
  • 추출한 공명점 정보를 통해 포만트 합성된 정현파 성분과 원음과의 차로 잔여신호 (residual signal)를 구할 수 있는데 이러한 감산은 시간영역에서 이루어 질 수도 있고주파수 영역에서 이루어 질 수도 있다. 본 논문에서는 시간 영역에서 감산을 수행하였다. 잔여신호는 이론적으로 노이즈의 형태를 보이게 되지만 원음과 정현파 성분과의차이로 얻어진 잔여신호에는 피크 성분이 일부 남아있을 수 있다 따라서 이를 보완해 줄 필요가 있으므로 잔여신호의 스펙트럼에서 그 크기가 현저히 크게 나타나는 몇몇 피크를 제거하는 과정이 필요하다.
  • 본 논문에서는 해금 소리의 시간에 따른 변화를 사실적으로 묘사하기 위해 캡스트럼 분석을 이용한 전통 악기 해금의 스펙트럼 모델링을 제안하였다. 캡스트럼 포락선이 피크 성분을 정확히 묘사할수 있도록 프레임 사이즈를 3주기로 결정하였으며 포만트 추출에 더 많은 캡스트럼 계수를 활용하였다.
  • 본 논문에서는 해금 소리의 시간에 따른 변화를 사실적으로 묘사하기 위해 캡스트럼 분석을 이용한 해금의 스펙트럼 모델링을 제안한다. 음 합성에 필요한 파라미터를 추출하기 위한 분석 과정은 그림 1과 같다.
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참고문헌 (26)

  1. Bonada, J., Loscos, A., Cano, P., Serra, X., "Spectral Approach to the Modeling of the Singing Voice", in Proc. of the 111th AES Convention, 2001. 

  2. J. O. Smith, Spectral Audio Signal Processing, http://ccrma.stanford.edu/-jos/sasp/, Online Book, 2007. 

  3. R. W. Schafer and J. D. Markel, eds., Speech Analysis, New York: IEEE Press, 1979. 

  4. J. L. Flanagan and R. M. Golden, "Phase vocoder," Bell System Technical Journal, vol. 45, pp. 1493-1509, 1966. 

  5. X. Serra and J. O. Smith, "PARSHL: An Analysis/Synthesis Program for Non-Harmonic Sounds based on a Sinusoidal Representation," in Proc. of the 1987 International Computer Music Conference, Computer Music Association, 1987. 

  6. McAulay, R.J. and T.F. Quatieri, "Magnitude-only Reconstruction using a Sinusoidal Speech Model," in Proc. of the 1984 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, New-York: IEEE Press, 1984. 

  7. McAulay, R.J. and T.F. Quatieri. 1986. "Speech Analysis/ Synthesis based on a Sinusoidal Representation," IEEE Trans. on Acoust., Speech and Signal Processing vol. 34, no. 4, pp. 744-754, 1986. 

  8. X. Serra and J. Smith, "Spectral Modeling Synthesis: A Sound Analysis/Synthesis System based on a Deterministic plus Stochastic Decomposition," Computer Music Journal, vol. 14, no. 4, pp. 12-24, 1990. 

  9. X. Serra and J. O. Smith, "Residual Minimization in a Musical Signal Model based on a Deterministic plus Stochastic Decomposition," J. Acoust. Soc. Am., vol. 95, no. 5-2, pp.2958-2959, 1994. 

  10. Serra, X. Bonada, J. "Sound Transformations Based on the SMS High Level Attributes," in Proc. of International Conference on Digital Audio Effects (DAFX98 ), 1998. 

  11. Verma, T. S., T. H. Y. Meng., "Time Scale Modification Using a Sines+Transients+Noise Signal Model," in Proc. of International Conference on Digital Audio Effects (DAFX98 ), 1998. 

  12. Tony S. Verma and Teresa H. Y. Meng, "An analysis/ synthesis tool for transient signals," in Proc. 16th International Congress on Acoustics/135th Meeting of the Acoustical Society of America, vol. 1, pp. 77-78, 1998. 

  13. Verma, T. S., T. H. Y. Meng., "Extending Spectral Modeling Synthesis with Transient Modeling Synthesis", Computer Music Journal, vol. 24, no. 2, pp. 47-59, 2000. 

  14. 조상진, 정의필, "산조가야금의 물리적 모델링," 한국음향학회지, 23권, 7호, 521-531쪽, 2004. 

  15. 조상진, 최진규, 정의필, "안족과 몸통의 임펄스 응답을 이용한 가야금 사운드 합성", 한국신호처리및시스템학회논문지, 7권, 3 호, 102-107쪽, 2006. 

  16. 조상진, 정의필, "개선된 산조 가야금의 물리적 모델링을 이용한 오른손 주법의 음 합성", 한국음향학회지, 25권, 8호, 325-332쪽, 2006. 

  17. 조상진, 정의필,"안족이 있는 악기의 개선된 현의 모델 개발", 한국음향학회지, 26권, 7호, 328-333쪽, 2007. 

  18. 변중배, 조상진, 홍연우, 정의필, "태평소의 음향분석을 통한 팔 랑 특성 추출", 한국음향학회지, 27권 1호, 12-17쪽, 2008. 

  19. 강명수, 홍연우, 조상진, 정의필, "디지털 피리 구현을 위한 개선 된 스펙트럼 모델링 합성 알고리듬", 한국공학예술학회논문지, 1 권, 1호, 5-11쪽, 2009. 

  20. Kieu Huu Thu, Sangjin Cho, Yeonwoo Hong, Myeongsu Kang, Uipil Chong, "Synthesis of Piri Based on the Modified SMS," The 10th Western Pacific Acoustics Conference, CD Proceeding, pp. 45, 2009. 

  21. 변중배, 조상진, 정의필, "주파수 영역에서의 상관함수를 이용한 피리의 FM합성 파라미터 추출," 한국디지털아트미디어학회 학술 발표대회 논문집, 4권, 1호, 85-88쪽, 2006. 

  22. 변중배, 조상진, 정의필, "비대칭 FM합성방식을 이용한 피리 소리의 합성," 한국신호처리시스템학회 하계학술대회 논문집, 7권, 1호, 37-40쪽, 2006. 

  23. 홍연우, 조상진, 변중배, 정의필, "운지법에 따른 해금 소리의 배 음 구조 분석," 한국신호처리시스템학회 하계학술대회논문집, 8(1), pp. 58-61, 2007. 

  24. 홍연우, 조상진, 최명환, 정의필, "해금 소리 합성을 위한 스펙트럼 파라미터 추출," 한국디지털아트미디어학회 학술발표대회 논문집, 5권, 1호, 7-10쪽, 2007. 

  25. Yeonwoo Hong, Sangjin Cho, Myeongsu Kang, Hyungseob Han, Uipil Chong, "Spectrum modeling of Haegum using format extracted from cepstral envelope," The 10th Western Pacific Acoustics Conference, CD Proceeding, pp. 44, 2009. 

  26. 홍연우, 조상진, 김종면, 정의필, "캡스트럼 포락선을 이용한 해금 소리의 포만트 합성," 한국음향학회지, 28권, 6호, 526-533쪽, 2009. 

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