Vocaloid軟體的系統架構(System architecture)分為三個部分:歌曲編輯器(Score Editor)、音源庫(Singer Library)和合成引擎(Synthesis Engine)。
Vocaloid從二代起在核心繫統方面就沒有作過太大改動。第二代Vocaloid的系統架構主要部分是由歌曲編輯器(也稱Vocaloid編輯器)、音源庫和合成引擎三部分組成的。合成引擎收到歌曲編輯器傳來的樂譜信息後,會從音源庫選擇適當的樣品,將其拼接並最終輸出成歌聲。山葉提供的不同Vocaloid產品的版本所擁有的合成引擎和音樂編輯器幾乎毫無區別。因此如果用戶安裝了一個版本的Vocaloid,就可以通過直接添加音源庫的方式啟用另一個Vocaloid版本。
Vocaloid主要支持2種語言,日語和英語,但是也支持國語、韓語和西班牙語,。Vocaloid的整體系統建構是獨立的(可輸出為WAV),並可和DAW搭配使用。還可以與ReWire程式或作為VSTi外掛程式來訪問。
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