言語聴覚士のための音響学


第７回

母音のフォルマント周波数

	今日のポイント
	実験７　母音のフォルマント周波数測定
	狭帯域分析・広帯域分析
	復習テスト

１．実験７　母音のフォルマント周波数測定　

声道特性を観察してみよう！

【ここがポイント！】
	音声の特性＝音源特性＋声道特性＋放射特性

→放射特性はほぼ一定と考えてよい

人工喉頭を喉にあてて、いろいろな音の口の形をしてみよう！
→声道の形が変わると共鳴周波数が変化する！

Vtcalcs for Windows（声道モデルによる合成音作成ソフト）のデモ

		「サウンドスペクトログラム」ってなあに？
		前回、ちょっと登場しましたが。。。いわゆる「声紋」って言われているものです。
		→「スペクトログラム」ともいうよ。商品名で「ソナグラム」ともいうんだ。
	音 圧					今までは。。。同じ音声を「波形」と
		→時間 縦軸は音圧、横軸は時間！
						「スペクトル」で観てきました。
		スペクトルは、「ある一瞬の時間を分析」したものだったよね。 縦軸は音圧、横軸は周波数！
やっと 登場！	周 波 数					じゃあん！もうひとつの表現方法！ 「スぺクトログラム」登場！ （波形表示の下のシマシマ）
		→時間
		スペクトログラムは。。。 縦軸は周波数、横軸は時間
		ということは、「スペクトル」と「スペクトログラム」の関係を考えてみよう。 →２つの表示は周波数の軸が共通してる。 合わせてみるとどうなる？

	「飛び出す絵本」を作ろう！（これでぜったい忘れない）
	日本語の５母音のスペクトログラムにそれぞれのスペクトルを出して貼ってみよう！ ２つの表示の周波数の軸を合わせて糊で貼る！ 「スペクトログラム」の濃いところは、「スペクトル」の山を表している！ 薄いところは、「スペクトル」の谷を表している。
	あっ！スペクトログラムって地図の等高線みたいだね。
	スペクトルはスペクトルグラムのケーキをナイフで輪切りにしたようなもの。 一瞬の切り口を見てるんだね。 スペクトログラムは、スペクトルを時間を追って見れるようにしたものだね。 スペクトルのスライスを無限に並べるとスペクトログラム！ チョコレートケーキのスライスを全部ならべれば１個のケーキ！

フォルマント周波数を調べよう！

【ここがポイント！】
	フォルマント周波数とは？ →声道による共鳴周波数のこと。共鳴周波数といえばおいもさん！ 一般に、母音は低い方から１番目と２番目のフォルマント周波数によって弁別されると言われている。 こんなんだったよね。覚えてる？ 周波数の低い方からF1（第１フォルマント）、F2（第２フォルマント）、F3（第３フォルマント）。。。と呼びます。
	平均はこんな感じ
【手順】
	①音声３をダウンロードして、Wavesurferで、日本語５母音のフォルマント周波数を見てみよう！
	②自分の声で「あ、い、う、え、お」をマイクから録音して、フォルマント周波数を見てみよう！ 　周波数の低い方から第１フォルマント、第２フォルマント（それぞれF1、F2と略して書きます）という。
	③カーソル（つまり、ポインターの矢印の先）を各母音のフォルマントの中心の周波数にあて、測定しよう。 （一番下の帯のところに○○Hzと数字が出ます）
	④　③の代わりに、波形のウィンドウの下の境界線のところで、 右クリック→Create pane→Formant Plotを実行すると、以下のような画面になります。
	⑤今回は、Wavesurferが見つけてくれた赤い線と緑の線（デフォルトで赤F１・緑F2）の値ををとりあえず読もう！
	⑥男性と女性のフォルマント周波数を比較してみよう。

	「フォルマント」ってなあに？（その３）
	みんなで測定したF1とF2を集計してみるとこんな風になるよ！ F1とF2の0の位置が右上に来ていることに注意！ 音声学の時間に習った何かに似てない？ 口を開けながら（笑）よ～く見てみて。
	あっと思いついたら、なんでそうなるか考えてみよう！

２．サウンドスペクトログラムの狭帯域分析と広帯域分析の違いを観察してみよう！

狭帯域分析・広帯域分析 設定の仕方
①Wavesurferを立ち上げます。 ②音声３のファイルをテンプレートonsei_1で開きます。 ③Spectrogramのpaneの上で、右クリック ④Properties→Spectrogramのタブ（→右の図を参照）を選択します。 ⑤以下のところを変更します。 典型的な例を見てみましょう！ 狭帯域分析の場合（Analysis bandwidth: 45Hzに近くする） FFT window length: 512 points,　45.0704 Hz, Window: 355 points 広帯域分析の場合（Analysis bandwidth: 300Hzに近くする） FT window length: 128 points,　301.888 Hz, Window: 53 points ⑥スペクトログラムを比較します。 ⑦自分で「あいうえお」のファイル（過去の録音） 　　「おはようございます」を録音 　　その他の自由な文を録音 　　これらのファイルを… 　　狭帯域分析・広帯域分析で見てみましょう！
注意！ ①FFT window lengthは、２のべき乗（２の何乗かの値）を入れないとエラーが出るので注意しましょう。 ②Analysis bandwidth:○HzのあとのWindows○pointsの値はFFT window length○pointsの値より小さくしておく必要があります。

【ここがポイント！】（とっても大切！絶対覚えて！）
	広帯域分析 （Wide band）	時間分解能を高めた分析方法です。 周波数分析能は低くなります。 フォルマントの時間的変化の観測に向いている
	狭帯域分析 （Narrow band）	周波数分解能を高めた分析方法です。 時間解像度は低くなります。 アクセントやイントネーションなど声の基本周波数に関する観測に向いている

【ここがポイント！】
	以下は上から ①広帯域分析（FFT window length: 64 points,　500 Hz, Window: 32 points） →時間情報重視。１瞬、１瞬はよくとらえており、縦の線は細かく示せているが、各周波数ごとの情報を表す横の線はぼんやりして、上下の線とくっついて、③よりも太くなってしまっている。 ②デフォルト（FFT window length: 256 points　125 Hz, Window: 128 points） ③狭帯域分析（FFT window length: 1024 points　31.25 Hz, Window: 512 points） →周波数情報重視。きれいに各周波数ごとの強さの情報が見え、横の線は①より細く正確に示せているが、時間情報、つまり１瞬１瞬の縦の線は、ほとんど見えず、隣の線とくっついてしまっている。 の例です。

	【ちょっと国試に挑戦】
	第1回午前77
	音声の基本周波数を決めるのはどれか。
	1. 声道の共鳴 2. 声帯の振動 3. 鼻腔の共鳴 4. 声道壁の振動 5. 気管腔の共鳴
	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1回午前80
	母音弁別を左右する主要因はどれか。
	1. 基本周波数 2. 第1、第2倍音の周波数 3. アンチホルマント周波数 4. ホルマント周波数 5. ピッチ
	第2回午前77
	声帯振動だけを調整しても変えられないのはどれか。
	1. 倍音の強さ 2. ホルマント 3. ピッチ 4. ラウドネス 5. アクセント
	第2回午前78
	母音/a/と比較したときの/i/の特徴はどれか。
	1. 第1、第2ホルマントともに低い。 2. 第1ホルマントは低く、第2ホルマントは高い。 3. 第1ホルマントは高く、第2ホルマントは低い。 4. 弟1、第2ホルマントともに高い。 5. ピッチは低いもののホルマントは同じである。
	第3回午前77
	基本周波数に関係ないのはどれか。
	1. 声帯の振動数 2. アクセント 3. イントネーション 4. 倍音の周波数 5. ホルマント周波数
	第4回午前80
	広域帯分析サウンドスペクトログラフの特徴はどれか。
	a．時間分解能が高い。 b．周波数分解能が高い。 c．声の高さの時間変化パターンの分析に適する。 d．広い周波数範囲の音声分析に適する。 e．ホルマント周波数の分析に適する。 1. a、b　　2. a、e　　3. ｂ、ｃ 　4. ｃ、ｄ　　5. ｄ、e
	第7回午前72
	広帯域サウンドスペクトログラフでの測定に適さないのはどれか。
	1. 分節音の持続時間 2. 母音の無声化 3. ホルマント周波数 4. 子音の破裂の有無 5. イントネーション
	第8回午前81
	音響分析で適切でない組合せはどれか。
	1. イントネーション　　　　 ホルマント軌跡 2. アクセント　　　　　　　　 狭帯域サウンドスペクトログラム 3. 子音構音　　　　　　　　 広帯域サウンドスペクトログラム 4. 共鳴特性　　　　　　　　 パワースペクトル 5. ．嗄声度　　　　　　　　　基本周波数のゆらぎ
	第9回午前76
	サウンドスペクトログラフの説明で誤っているのはどれか。
	1. ホルマントの動きを観察するには広帯域分析が適している。 2 .単音のセグメント境界を測定するには広帯域分析が適している。 3. 広帯域分析は周波数分解能を犠牲にしている。 4. 倍音構造の動きを観察するには狭帯域分析が適している。 5. ＶＯＴの測定には狭帯域分析が適している。
	第9回午前77
	基本周期が8msec、第２ホルマント周波数が1,500Hzのは母音[ɯ]で一番強い 成分は第何倍音か。
	1. 11 2. 12 3. 13 4. 14 5. 15
	第9回午前78
	｢居合(イアイ)｣の[a]の第１、第２ホルマント周波数(F1、F2)は単独に発音した [a]に比べてどうなるか。
	1. F1、F2ともに高くなる。 2. F1、F2ともに低くなる。 3. F1は高くなりF2は低くなる。 4. F1は低くなりＦ2は高くなる。 5. 変わらない。
	第10回午前77
	基本周波数２００Hzで「あー」を発声しているとき、声道内を伝搬する音波の 性質について正しいのはどれか。
	a.音速は男女で異なる。 b.振動数が1,000Hzの音波は存在しない。 c.振動数が200Hzの音波の波長は１ｍ以上である。 d.反射は声道内のいたるところで起こっている。 e.共鳴は反射と屈折によって起こる。 1. a、b　　　2. a、e　　　3. b、c　　　4. c、d　　　5. d、e
	第10回午前78
	日本語母音の構音とホルマント周波数との関係について誤っているのは どれか。
	1. 同じ母音では成人男性より成人女性のホルマント周波数の方が高い。 2. 成人女性の５母音は第１、第２ホルマント周波数だけを区別できる。 3. 「う」の構音で口唇を円めると第２ホルマント周波数は低くなる。 4. 舌を低くするほど第１ホルマント周波数は高くなる。 5. 舌を後ろに引くほど第２ホルマント周波数は高くなる。
	第12回午前40
	ホルマントと無関係な音波の性質はどれか。
	1. 干渉 2. 放射 3. 反射 4. 音速 5. 波長
	第12回午後39
	日本語母音の第１ホルマント周波数値の適切な２分類はどれか。
	1. （ア、イ、ウ）（エ、オ） 2. （ア、エ、オ）（イ、ウ） 3. （ア、イ、オ）（ウ、エ） 4. （ア、ウ、オ）（イ、エ） 5. （ア、ウ）（イ、エ、オ）
	第13回午後41
	広帯域サウンドスペクトログラムについて正しいのはどれか。
	1. 数ミリ秒の短い分析窓を用いる。 2. 周波数分析能がよい。 3. ホルマント周波数の測定に用いる。 4. 倍音の時間変化の様子が観察できる。 5. 鼻音区間の長さの測定に適している。 1. a,b 2. a,e 3. b,c 4. c,d 5. d,e
	全部できたかな？

	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．フォルマント周波数は何をあらわしているか？ 声帯振動数 口腔の共鳴 ２．フォルマント周波数は 母音によって違う どの母音も同じ ３．時間分解能が高いのは？ 狭帯域分析 広帯域分析 ４．イントネーションの観察に向いているのは？ 狭帯域分析 広帯域分析 ５．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 ６．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 ７．本日の課題はここに貼って送る。授業への希望・感想。