日本語音声学

第３回

発声のしくみ


今日のポイント
呼吸のしくみ
音声はどうやって出るの？
声帯がなくても声は出る
復習テスト

1．呼吸のしくみ

まずは呼吸から

ぼくたちが声を出そうとする時、ほとんどの場合、

肺からの空気が関係していることは想像できるよね。

というわけで、呼吸の方法についてもちょっと見てみよう！

まずは下の図を見てね。

呼吸には２通りある。胸式呼吸と腹式呼吸。

両方とも胸郭（つまり肺の入っている肋骨のあたり）の容積を広げて空気を取り込み、

それをもとに戻すことによって息を出す。

ところで胸式呼吸と腹式呼吸の違いってなあに？

腹式呼吸は横隔膜を下に下げることによって胸郭の容積を広げて、空気を吸う。

胸式呼吸は胸郭を横に広げるんだ。

肋骨は硬いのにどうやって！！！と思うでしょ。

実は、肋骨と肋骨の間の筋肉を使って肋骨の角度を変えて容積を増やしているんだ。

すごい!


①共鳴腔
口腔・鼻腔
↑
②声の音源（喉頭原音）
声帯
↑
呼気流
↑
①呼吸器系（声の原動力）
肺


実験1 呼吸のしくみ！

風船に空気を入れて口を軽く閉じてみよう。

おしりの方を引っ張ると空気が中に入っていくよ。

風船の容積が増え、風船の中の気圧が低くなって、外の空気を吸い込むからだよ。

肺も同じしくみだよ。


たとえば、「吸着音」などの肺からの空気を使わない音（ＣＤを聞いてみて！）も同じようなしくみ、

つまり気圧を下げて空気を呼び込むってことを、肺以外の別のところでやってるんだ。


腹式呼吸 胸式呼吸
↓


【ここがポイント！】
息をはいている時 息を吸っている時
胸式呼吸 → ピンクの線のように
肋骨を上げることによって
胸郭の容積を増やす
↓
息が入ってくる
息をはいている時 息を吸っている時
腹式呼吸 → ピンクの線のように
横隔膜を下げることによって
胸郭の容積を増やす
↓
息が入ってくる
今回はこんな肺の模型を管に
つないで使うよ。
肋骨は上がらないので、
「腹式呼吸モデル」だよ。


肺の模型を作ろう！
【用意するもの】
２Lのペットボトル（形がくずれにくいもの）
軽い紙ねんど（色つきだとよりきれい！）
輪ゴム２個
Ｙ字分岐１個（アラム　チューブコネクターPP　Y型　Y-3を使用)
風船
９インチ２個…どこのメーカーでも可
１６インチ１個…できればQUALATEX製が幅広なのでよい
ビニールテープまたはセロテープ
【作り方】
ペットボトルは中心のくぼみより少し下で切り、上部だけを使います。
蓋は使いません。
切り口にビニールテープを巻きます。（あとで風船が破けないように）
Ｙ字分岐に９インチの風船を２個はめ、輪ゴムで止めます。
Ｙ字分岐を風船を下にして、内側からペットボトルの口にはめます。
紙ねんどを使ってＹ字分岐をペットボトルの口に固定します。
１６インチの風船の頭の部分をペットボトルの胴にはまる大きさぎりぎりに切ります。
初めは、少し小さめに切って加減をみて適当な大きさになるようにします。
切った１６インチの風船をペットボトルの胴にはめます。
はずれないようにビニールテープてとめます。
【使い方】
１６インチの風船の口を手で軽く握り、９インチの風船はふくらんだ状態にします。
16インチの風船は軽く握るだけで、下にはひっぱらないようにします。
１６インチの風船を上に押し込みます。
中の９インチの風船がちぢんで中の空気を押し出します。
ペットボトルの外に出たＹ字分岐の口からは空気が出ます。






２．音声はどのように出るの？　音源フィルター理論


上智大学の荒井隆行先生の「声道模型のWabpage」http://www.splab.ee.sophia.ac.jp/Vocal_Tract_Model/

も参考にしよう！

実験2 音源フィルター理論ってなあに？


声道模型で遊んでみよう。

喉頭原音（声のもとになる声帯で作られる音）と声道の役割を考えてみよう。


声を作り出すモデル

私たちが出す声はどのように出るのかな？

単純にモデル化して考えてみよう。

では、下の図を見てね。

①肺からの空気は声帯のところまで上がってくる。

声帯はそれによって振動して喉頭原音というブザーみたいな音が出るよ。

その音によって声の高さが決まるんだ。

（音源特性っていうよ）


②声道（つまりそれから上の口の中とあとは鼻の中の空洞）で、喉頭原音が変化する。

つまり、声帯でつくられる音は同じでも、「あ」とか「い」とか口の形を変えると

それぞれの音が出るんだ！

（これを声道特性という）


これは、人工喉頭を使ってみるとよくわかる。

のどに人工喉頭をあてて息を止めて、

口の形だけ変えてみよう。




③あとは唇から出る時にちょっとだけ変化がある。

（放射特性というよ）



こんなモデルが考えられていて音声の分析や合成音作成などに役立っているんだ。



【ここがポイント！】
唇のところで変化
↑
口腔の形で共鳴
↑
声帯で音源が作られる
↑
肺からの空気
音源フィルター理論とは？（ここは一番下の「音源特性」から順番に見てね！
これが
外に出てくる
音声だ！
↑ 場所 決まるもの
放射特性
（さらにちょっと
だけ変わる）

 口唇
放射特性は影響小
↑
声道特性
（これによって
音色が
大体決まる）		 口腔
鼻腔		 フォルマント周波数
声道の共鳴
[a]になるか[i]になるか
↑
音源特性
（これが大もと！）		 声帯 基本周波数
声帯振動数
声の高さ
↑
肺



実験2-1 喉頭の解剖を覚えよう！（とっても大切）


声を出すために使う器官（調音器官または構音器官と言います）の名前を覚えよう。

下の図に名前を書き込んでみよう。



調音器官の解剖
図のどこにあるか番号を書いてみよう！

【調音器官の名前】

1.上唇（じょうしん）
2.上歯（じょうし）
3.上歯茎（じょうしけい）
4.硬口蓋（こうこうがい）
5.軟口蓋（なんこうがい）
6.口蓋垂（こうがいすい）
7.咽頭壁（いんとうへき）

8.下唇（かしん）
9.舌尖（ぜっせん）
10.舌端（ぜったん）
11.舌先（したさき）
12.前舌（ぜんぜつ）
13.後舌（こうぜつ）
14.舌根（ぜっこん）
15.喉頭蓋（こうとうがい）
16.声帯（せいたい）
17.喉頭（こうとう）
18.気管（きかん）
19.肺（はい）


鼻腔（びくう）
口腔（こうくう）
咽頭（いんとう）


【調音の位置の名前】
1.両唇音（りょうしんおん）
2.唇歯音（しんしおん）
3.歯音（しおん）
4.歯茎音（しけいおん）
5.そり舌音（そりじたおん）
6.後部歯茎音（こうぶしけいおん）
7.硬口蓋音（こうこうがいおん）
8.軟口蓋音（なんこうがいおん）
9.口蓋垂音（こうがいすいおん）
10.咽頭音（いんとうおん）
11.声門音（せいもんおん）

【喉頭の解剖】

甲状軟骨（緑）、輪状軟骨（黄）、披裂軟骨（青）に色分けしよう！
①喉頭蓋（こうとうがい）
②舌骨（ぜっこん）
③甲状軟骨（こうじょうなんこつ）
④輪状軟骨（りんじょうなんこつ）
⑤披裂軟骨（ひれつなんこつ）
⑥気管（きかん）
前から 後ろから



有声音 無声音


サムネイルをクリックすると大きくなります
口腔・鼻腔
横から見たところ
喉頭
正面から見たところ 内側 後ろから見たところ



喉頭って声を出すだけじゃない！
喉頭って声出すだけだと思ってない？

ちがうの？

もちろん声を出すのにも使うけど、それだけじゃないよ。

他にもとっても大切な役割があるんだ。

これらができないと命にかかわるようなことだから、ちゃんと知っておこうね。
喉頭の３つの役割
下気道の保護
 誤嚥（ごえん）しないように！
肺に食べ物が入らないように
守る。
上肢の固定
重い物を持ったり，りきむ時は
息を止めるよね。

発声
もちろん声も出すよ（笑）





声帯（vocal cords/ vocal folds 「ひも」と「ひだ」）の解剖

前 前
①甲状軟骨
②輪状軟骨
③披裂軟骨
④声帯
後 後
（　　　　　　　　　　　）音 （　　　　　　　　　　　）音

甲状軟骨（緑）、輪状軟骨（黄）、披裂軟骨（青）、声帯（赤）に色分けしよう！

「声帯」の開きぐあいを見てみよう！
上から見た図
声帯が開いた状態（つまり声帯外転！）

普通に呼吸してる時や無声音を出している時。
 緑が甲状軟骨
○が輪状軟骨
青が被裂軟骨

これが声帯！
声帯が閉じた状態（つまり声帯内転！）

有声音を出す時。		 被裂軟骨が
輪状軟骨の上
で内側に回転
一部だけ開いた場合（ちょっと絵が変ですが）

ささやき声などを出す時。


実験3 喉頭の解剖を組み体操で覚えよう！

【用意するもの】

10ｃｍ×１mくらいの布２枚（声帯にします）、うちわ（喉頭蓋にします）

絵のように各器官になったつもりで動かしてみよう！

甲状軟骨１名・輪状軟骨１名・披裂軟骨２名、声帯１名または２名、喉頭蓋１名



「喉頭原音」って
どうやって作られるの？		 声帯振動のしくみ
声帯って中は固いけど、外側は粘膜でぷにゅぷにゅしてるんだ。だからこそ起こる現象！
声帯の断面図
ところで、ベルヌーイ効果って知ってる？

コピー用紙を２枚1cmくらい離して縦に持って、その間に息を吹き込んでみて。
紙はどうなる？
↓
２枚の紙が息が通ったあとにくっつくのが分かる。声帯振動もこのしくみで起こっているんだ！
まず、肺からの空気が上がってきて、
声門下の空気圧が高まる。
↓
声帯を肺からの空気が押し開けて通過する。
↓
空気が通ったあとはベルヌーイ効果で声帯はまた閉じるんんだ。
声帯振動はこの繰り返しだよ。

空気の金太郎飴をポンポンと切っていく感じだよ。

実験4 声帯振動の様子をパラパラ漫画にしよう１


上でやった声帯振動の様子のプリントを切り取って教科書のページのところ

に貼ろう！パラパラ漫画にすると動いて見えるよ。




気道と食道の関係

犬やねこなどの４足の動物は気道と食道が並行。
だから、息を吸いながら食べられるんだ。


便利！
（動物の喉頭）










 （人の喉頭）

人間は直立歩行ができるようになったけど、
気道と食道が交差してしまったんだ。

だから、呼吸か食べるか一度にはどちらか片方しかできない。

ものを食べる時は気道を閉じる。
閉めそこなうと。。。むせてしまうか。。。
ひどい場合には、肺炎です。


不便！
喉頭の進化の過程を調べてみるとおもしろいよ！



さてと、本番です。

実際の声道模型ではこうなっている！
（荒井隆行先生の「声道模型のHP」でこの実験の動画が見られるよ。ぜひ見てみて！）
声道特性 こちらが声道模型の「パイプ型」。
下が喉頭側です。こちらから音を入れる。
以下がそれぞれから出た音だよ。

[a][i][u][e][o]
こちらが声道模型の「プレート型」です。真ん中
に空いた穴の大きさが違うプレートを並べて「パイ
プ型」とほぼ同じ型の筒をつくるんだ。
喉頭側に人工喉頭を当てて音を出してね。
以下がそれぞれから出た音だよ。

[a][i][u][e][o]
音源特性 これが人工喉頭。しくみは電動かみそりとほぼ同じ
ということ。「喉頭原音」に近いブザー音を出してくれ
る。これを直接喉に当てて、息をちょっと止めて、口
だけ動かしてみると、その口の形の音が出せるよ。
人工の声帯の代わりの笛だよ。息を吹き込むと、
リードが震えて音源になる。


「フォルマント」ってなあに？（あとでくわしく説明するから今回はざっとね）

簡単にいうと、
まず、声帯振動によって音源が作られる。
（こんな感じ→）
↓
次に、声道の形を変えることによって音源のうちで、共鳴する（強められる）周波数が変わってくる。
（緑の部分、これがフォルマントだよ）
サウンドスペクトログラム（よく言う「声紋」）というもので見ると「強められた高さの音」が帯に見える

以下は本物の人間（ちなみに私が録音）の「あいうえお」の例　　音声ファイルはここだよ
↑サムネイルをクリックすると大きくなるよ
「人はフォルマントの違いによって母音を聞き分けている」と言われてるよ。
主に第１フォルマントと第２フォルマントを使っている！
人間のフォルマント周波数はだいたいこのくらい　　　各母音で違っているのが分かるよね


３．声帯がなくても声は出る！


ところで、「電気式人工喉頭」って何のためのあるか知ってる？

この実験のため？

ちがう、ちがう。

これって、実は、喉頭癌などで声帯を取ってしまった方のために作られたものなんだ。

えぅ！本当の声帯の代わりをしてるんだ！

うん。

これがあるとちゃんと話せるよね。

ありがたいよね。

で、僕たちも使える？

うん。ちょっとこつがいるけど。。。


声を出さずに口の形だけ変えて「あいうえお」と言ってみよう。

息を止めるとうまく出るよ。


他にも、声帯の代りとして「食道発声」というのがある。

食道発声！！！なにそれ！

声帯の代わりに食道の壁をふるわせて声を出すんだ。

人工喉頭より訓練が必要だけど。。。

大変そう。

ちょっとはね。

講習会とかもやってるから気になった人は一度試してみて。

（銀鈴会などの情報）



【ちょっと国試に挑戦】
第1回午前78
ホルマントを形成するのはどれか。
1. 声帯の振動
2. 鼻腔の反共鳴
3. 口唇からの音放射
4. 声道の共鳴
5. 胸腔の共鳴
第4回午前71
開口時に直接見えないのはどこか。
a．舌根
b．下咽頭
c．舌背
d．口蓋垂
e．歯茎
第7回午前71
言語音の有声・無声の調節に直接関係するのはどれか。
1．輪状軟骨
2．甲状軟骨
3．披裂軟骨
4．舌骨
5．胸骨
全部できたかな？


４．復習テスト

それでは、まとめのテストです！
名前

メールアドレス

学籍番号


１．横隔膜を下げて空気を吸い込むのは？
腹式呼吸 胸式呼吸

２．音源フィルター理論で喉頭原音（声帯で出る音）は？
声道特性 音源特性

３．声帯振動と関係あるのは？
ベルヌーイ効果 唇の形

４．声帯が内転すると？
無声音 有声音

５．「あ」「い」「う」「え」「お」を分けているのは？
声帯振動 口腔の形

６．今日の授業の進度はどうでしたか？
もっと速くてもいい ちょうどいい速すぎた

７．今日の授業のコンピュータ操作はどうでしたか？
簡単だった 大体大丈夫大変だった

８．授業の感想・今後の希望