発声のしくみ－声道の共鳴と音源の生成－

音声生成のプロセス

音源には言葉の音色はなく、声道（口の中）で音が共鳴することにより音色が作られる

母音、子音の生成プロセス

声道音響管筒型声道模型声道模型教材 VTM-10 プレート型

声道模型

円形と長方形の断面積の比較

人間

筒型声道模型の断面積変化を人間の声道形状に投影

*Chiba & Kajiyama ,The Vowel Its Nature and Structure ,1941

声道は屈曲

笛式人工声帯

電気式人工声帯

声道共鳴のしくみ

　時

間　

唇　　　　　声道内の位置　　　　　　　声帯

　振

幅

音源信号　　　　　　

唇から反射してきた波が声帯の位置で増大する空気体積速度の分布パタン

均一音響管の共鳴共振周波数 = 音速／波長

34000/(17/1.25)=2500 Hz

3400/(17/0.75)=1500 Hz 34000/(17/1.75)=3500 Hz

34000/(17×4)=500 Hz

17cm音速＝ 34000cm/ 秒

均一音響管の音声スペクトル

声道の音響特性

母音のスペクトログラフ

ホルマント周波数

F1

F2

F3

母音のスペクトル包絡

F1 F2 F3 F4ホルマント周波数

母音のホルマント周波数母音５角形

ホルマント周波数の相対的配置は、舌の相対的対置と一致する

声道断面積

声道断面積関数

声帯唇

MRI３次元画像による声道断面積の計測

声道断面積と声道共鳴特性

声帯 唇

声道断面積関数

声道共鳴特性（音声スペクトル）

/a/ /i/

/u/ /e/

声道断面積から声道の共鳴特性（音声スペクトル）が決定される

声帯が振動する仕組み

1m 2m1k 2k1r 2r

1d 2d

1( )x t2 ( )x t

1( )p t 2 ( )p t

　声帯振動は肺から送り出される空気の流れのよって生じる自励振動．　　　（ガラスに鉛筆を押し付けて動かす音がなるのと同じ仕組み）

　肺からの空気圧によって声帯が開き、ある程度開くと声帯のバネの性質　　とベルヌーイの負圧（空気の流れの２乗に比例する圧力）によって声帯が　　閉じる．

声帯振動のしくみ

声門を流れる空気流(声門体積速度）

声道の音響インピーダンスのリアクタンス（電気回路のコイルに相当）成分の影響により、声門体積速度波形は右側に傾き、頂点の部分が丸びをおびる

声帯振動と声質

強い声では、 OQ が小で SQ が小．弱い声では、 OQ が大で SQ が大 .

声帯音源のスペクトルは、 1 オクターブで約 12 ～ 18dB 減衰する特性をもつ .　　強い声の方が減衰が小さい（倍音に富んだスペクトルになる）

乱流音源の生成（１）

せばめ

障害物（歯）

摩擦音源（２）声門の狭め 声道の狭め

摩擦

音源

の強

さ

Aspiration Friction

破裂音源の生成（１）上唇

下唇

舌

口蓋

唇破裂音

舌破裂音

破裂音源の生成（２）

Aspiration は英語では強いが日本語では弱い

音声生成のメカニズム

声道断面積A1,A2,…,AN

肺圧 　声門の開き　声帯張力（ K)

音圧

体積速度

　　声の大きさ　　声の高さ　　　　　音韻性（音色）　　　　　　　　　　　有声 / 無声

口蓋帆

Ai

　　声道　　　　　　声帯　　　　　肺　

制御パラメータ

制御される対象

音声生成のモデル

ii

i

kQ

m

213 2( ) ( )

gg

g g

c UcZ

A t A t

2

2

1 1

a

b

cz R j L j

A A

zAj C jc

iAgA

( )p t

声帯振動モデル

1m 2m1k 2k1r 2r

1d 2d

1( )x t2 ( )x t

1( )p t 2 ( )p t

1 2( ) ( ) ( ) ( ( ) ( )) ( )i i i i i i c i im x t r x t k x t k x t x t d p t 声帯の運動方程式

0 0( ) ( )g gi g iA A t A x t 　声門の開きを とした時、声門面積は

声帯音源

音声生成モデルによる子音の生成

乱流音源のモデル