第１０回
音のスペクトル
言語聴覚士のための音響学
第１０回
音のスペクトル
| 今日のポイント | |
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いろいろな音を作ってみよう！ |
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スペクトルを見てみよう |
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バンドノイズを作ってみよう！ |
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復習テスト |
１．実験１０－１ いろいろな音を作ってみよう！
多機能 高精度 テスト信号発生ソフト
WaveGene（フリーソフト）を使ってみよう。
サイン波・矩形波・三角波・ノコギリ波・パルス波・ホワイトノイズ・ピンクノイズが作れます。
→教科書参照
| 【ここがポイント！】 | ||||
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まずは。。。どんな音かみてみよう！ | |||
| スペクトル | ||||
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純音 | 周波数成分を１つだけ持つ音 単一の高さを感じる音 永遠に続くのが条件！ |
線スペクトル | |
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周期音 | 周期性のある音 基音と整数倍の倍音とに分解される 純音ももちろん周期音 方形波、三角波、ノコギリ波なども周期音 |
線スペクトル | |
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ホワイトノイズ | すべての周波数成分を均等に持つ |
連続スペクトル | 語音検査の マスキング |
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ピンクノイズ | 各周波数成分の強さが周波数に反比例 →1/fノイズともいう オクターブバンドごとのバンド音圧レベル一定 |
連続スペクトル | |
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バンドノイズ | ある特定の周波数範囲において周波数 成分を均一に持つ |
連続スペクトル | 純音検査の マスキング |
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パルス（クリック音） | 瞬間的に発する音 →あらゆる周波数成分を持つ |
連続スペクトル | |
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ウォーブルトーン（震音） |
周波数が高低に変化する音 | 連続スペクトル | 音場検査 |
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ウエイトノイズ |
周波数分布がA特性 | 連続スペクトル | 語音検査の マスキング |
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スピーチノイズ |
周波数スペクトラムが長時間スペクトラムに一致 | 連続スペクトル | 語音検査の マスキング |
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マルチトーカーノイズ |
10名以上の人が同時に同等の大きさで話した会話音 | 連続スペクトル | |
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バンドノイズって？ | ||
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ホワイトノイズの特定の周波数範囲を切り取ったようなもの 中心周波数と帯域幅（バンド幅）によって定義される 例えば、中心周波数200Hz、帯域幅100Hzの バンドノイズというよ。 |
 あとで 聴覚検査の 「マスキング」 に使うので覚え といて！ |
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WaveGeneの使い方 | ||
| サイン波・ホワイトノイズ・ピンクノイズを作ってみよう！ | |||
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上記のサイトからダウンロードして、ファイルを解凍します。 | ||
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WG.exeを立ち上げると以下のような画面が出ます。 | ||
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①上の段の「秒」を好きな長さにします。 今回は、20秒にします。 ②Wave1で「サイン波」を選択 ③「周波数」を選択（画像では1000Hｚ） ④サンプリング周波数を16000Hz にします。（44100Hzになってると ころです） 他も変えられますが。。。とりあえずデフォルトで作ってみましょう。 |
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サイン波作成時 | ||
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⑤上段の「緑の三角」を押して音を確認 （この画像の状態です。下に波形がでます） ⑥「黒の■」で音を止めます。 ⑦秒のボタンの横のボタンで保存します。 (拡張子はwavで保存されます） 同様に「サイン波」のところを「ホワイトノイズ」・「ピンクノイズ」にしてそれぞれの音を作ります。 |
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ホワイトノイズ作成時 | ||
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ピンクノイズ作成時 | ||
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それぞれの音を聴き比べてみよう！
２．スペクトルを見てみよう。
高速リアルタイム スペクトラムアナライザー
WaveSpectra for Windows（フリーソフト）を使ってみよう！
→WavesurferのSpectrum Sectionでも測定できますが。。。リアルタイムで見てみよう。
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WaveSpectraの使い方 | ||
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上記のサイトからダウンロードして、ファイルを解凍します。 | ||
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WS.exeを立ち上げると以下のような画面が出ます。 上段の一番左のボタンから、先程WaveGeneで作った音声ファイルを読み込みましょう。 |
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ホワイトノイズの例（読み込むと上段の「三角ボタンが緑」になり、Wave: にファイルの種類が表示されます。 | ||
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| こんな感じになります。 | |||
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「緑の三角」を押すと再生が始まります。 止めるのは「黒い四角」、一時停止は「青の二本線」のボタンです。 ホワイトノイズのリアルタイムスペクトラムが表示されます。 |
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ピンクノイズはこうなります。低い周波数成分が強くなっています。 | ||
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ちょっと豆知識！ | |
光の波にたとえて名前がついている。 |
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すべての色の波を足し算すると「白」になることから……ホワイトノイズは、すべての周波数を含む音 |
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赤い光は、波長が長いことから……ピンクノイズは波長の長い（低い周波数）の音が強い音 |
３．実験１０－２ バンドノイズを作ってみよう！
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SFS/ESYSTEMを使ってみよう！ | ||||
| ロンドン大学（UCL）のHPにある | |||||
SFS/ESYSTEMというソフトを使ってみよう！ 信号とシステム理論を学習するためのソフト |
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| まずは、ボタンの説明です。左から。。。 |
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| 【作業用ボタン】 ①新規作成 ②印刷 |
【入力信号の種類】 ③サイン波 ④パルス波 ⑤パルス列 ⑥三角波 ⑦ホワイトノイズ ⑧音声ファイル読み込み |
【システム（フィルター）の種類】 ①全体の利得を変える ②共鳴させる（バンド幅を指定） ③ローパスフィルター ④バンドパスフィルター ⑤ハイパスフィルター ⑥母音システム →母音のように第１、第２、第３フォルマントを共鳴 ⑦ユーザー指定の共鳴 |
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左側の列は「波形表示」です。上から。。。 ①Input signal ↓ ②Output signal それぞれの波形上をクリックすると、音が鳴ります。 |
右側の列は「スペクトル表示」です。上から。。。 ①Input spectrum ↓ ②Frequencey Response（周波数応答） つまり、「フィルターの種類」の表示 ↓ ③Output spectrum |
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| 上の図は、ホワイトノイズを下限1000Hz/上限2000Hzの「バンドパスシステム」にかけたものです。 | |||||
Display→Save audioで「出力された音声ファイル」が保存できます。 Display→Printで画面を印刷できます。  から外部のファイルを読み込むこともできます。 |
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| 【今日の課題】 | |||
課題１ |
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① |
様々なフィルターをかけてもとの音を変化させてみよう！ |
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② |
ローパスフィルター、ハイパスフィルター、バンドパスフィルターは上限下限の周波数が変化するとどのような出力結果になるか見てみよう。 |
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③ |
先程作ったピンクノイズを読み込みそれぞれのフィルターをかけてみよう。 |
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ホワイトノイズ | ||
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サイン波 | ||
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パルス波 | ||
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三角波 | ||
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ピンクノイズ | ||
課題２ |
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| ホワイトノイズから「バンドパスシステム」で以下のバンドノイズを作ってみよう。 音声ファイルとして保存してみよう。 保存したバンドノイズを聴き比べてみよう。 気がついたことを下のフォームで送りましょう。 |
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| ① | 下限周波数300Hz/上限周波数500Hz | ||
| ② | 下限周波数1000Hz/上限周波数2000Hz | ||
| ③ | 下限周波数2000Hz/上限周波数3000Hz | ||
| ④ | 下限周波数1000Hz/上限周波数1500Hz | ||
| ⑤ | 下限周波数2000Hz/上限周波数2500Hz | ||
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「喉頭原音もどき」と「自分の声」をつくってみよう！ | |
音源フィルター理論の復習！ WaveGeneで「ノコギリ波」を以下の設定でつくってみよう！ 10秒（あまり長くすると読み込めなくなるので注意！） 周波数150Hz（男性）と250Hz（女性） または、「以前に測定した自分の基本周波数」にしてもいいよ サンプリング周波数はとりあえず16000Hzにしておこう 保存して音声ファイルにする！ SFS/ESYSTEMで読み込んで、「母音システムフィルター」をかけて音声っぽくしてみよう！  母音システムのフィルターの設定はとりあえず、 デフォルト（500Hz・ 1500Hz・ 2500Hz これってどこかで計算したよね？覚えてる？）  のままで作ってみよう。 できたら、以前測定した自分の「フォルマント周波数」に合わせてみよう。 第３フォルマント情報が必要なので。。。 Wavesurferで →右クリック→Create pane→Formant Plotで第３フォルマント（青線）も測定してみよう。 自分の声に似てるかな？ |
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フィルターってなあに？ | |
| ローパスフィルターとは？ ある周波数よりも低い周波数成分だけ通すシステム |
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| ハイパスフィルターとは？ ある周波数よりも高い周波数成分だけを通すシステム |
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| バンドパスフィルターとは？ 下限の周波数と上限の周波数を決め、その間だけ通すシステム |
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短音のスペクトル！ | |
純音は永遠に続いていなければならない。。。（昔やったよね） 短音になると。。。 |
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| スペクトルはスプラッタ（splatter)または過渡歪みが出て、連続スペクトルになる。 短くなればなるほど周波数情報ははっきりしなくなる。 「周波数情報」⇔「時間情報」は両立しない。 |
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以下の音を聞き比べてみよう。 音の高さの感じ方が変わっていくかな？ 500Hz, 5sec. 500Hz, 15msec. 500Hz, 10msec. 500Hz, 5msec. 500Hz, 3msec. 500Hz, 2msec. |
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【ちょっと国試に挑戦】 |
| 第5回午前76 | |
| 連続スペクトルになるのはどれか。 | |
| a．トーンバースト b．純 音 c．周期音 d．雑 音 e．過渡音 1．a、b、c 2．a、b、e 3．a、d、e 4．b、c、d 5．c、d、e |
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| 第6回午前78 | |
| 線形増幅の補聴器に純音を入力したとき正しいのはどれか。 | |
| 1. 出力は倍音を含む複合音になる。 2. 出力は連続スペクトルになる。 3. 入出力間で位相は不変である。 4. 入出力間で振幅は不変である。 5. 入出力間で周波数は不変である。 |
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| 第7回午前81 | |
| 帯域を10kHzに制限された60dB/Hzの白色雑音の音圧レベルはどれか。 | |
| 1．100 2．90 3．80 4．70 5．60 |
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| 第8回午前78 | |
| 誤っているのはどれか。 | |
| １．雑音は無数の周波数成分を持つ。 ２．非周期音は単一の周波数成分を持つ。 ３．白色雑音の平均スペクトル傾斜はOdB/octである。 ４．純音２周期分しかない音波は無数の周波数成分を持つ。 ５．有声声門音源の平均ｽﾍﾟｸﾄﾙ傾斜は12dB/octである。 |
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| 第8回午前80 | |
| 線形フィルタの特性はどれか。 | |
| 1. 入力音が小さいと利得が増大する。 2. 純音を入力すると複合音が出力される。 3. 入方音圧に応じて周波数特性が変化する。 4. 入力音圧をｎ倍すると出力がｎ倍になる。 5. 入力音が急に増大すると利得が減少する。 |
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| 第10回午後85 | |
| 純音聴力検査のマスキングに用いるのはどれか。 | |
| 1. ホワイトノイズ 2. バンドノイズ 3. ピンクノイズ 4. スピーチノイズ 5. ウエイトノイズ |
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| 第12回午前41 | |
| 線形システムについて誤っているのはどれか。 | |
| 1. 入力信号の大きさを10倍にすると出力も10倍になる。 2. 入力信号の大きさが零であれば出力も零になる。 3. 入力信号が純音であれば出力も純音になる。 4. 入力信号の周波数は出力でも変わらない。 5. 入力信号の波形は出力でも変わらない。 |
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| 全部できたかな？ |
４．復習テスト
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それでは、まとめのテストです！ |
