言語聴覚士のための音声学


第５回
母音を見てみよう

	今日のポイント
	音声波形を見てみよう
	サウンドスペクトログラム
	フォルマント周波数って？
	復習テスト

1．音声波形を見てみよう

さあ、おまちかね本題に入ってきたよ。まずは、音声波形から始めようね。

	実験5-1 母音を録音してみよう。
	Wavesurferを立ち上げて、前回作ったonsei_1のテンプレートを開き、「あ」、「い」、「う」、「え」、「お」と録音してみよう。 １つずつ抑揚をつけずに平板に発音して録音しようね。 姿勢を正しくして顎はあまり引きすぎないようにして発音しよう。

こんな風になったかな？



上のテンプレートの図で一番上の列から


�@音声波形

�Aサウンドスペクトログラム

�Bピッチ曲線

�Cラベル（今はまだなんにも入ってない。あとでやるよ。）


だということをまず確認しておこうね。

あと、すべての列の横軸は「時間」だということもね。

録音すると左から右に波形その他が流れていくのが分かるよね。

横軸に沿って長いとその音は「時間が長い」ってことだよ。


で、本題の音声波形だけど。。。

縦に長くなると「音の強さが強い」ってことなんだ。

大きな声で録音すると波形が縦に長くなる。

小さな声で録音すると波形が縦に短くなる。

あ〜、あ〜、あ〜と発音してみよう。

やってみて！

こんな風になったかな？

（波形の図を入れる）








波形の縦の長さのことを「振幅」というよ。（図を入れる・時間、振幅、波長）

振幅は「音の強さ」（音圧）を表すんだ。


波形の横軸は時間の流れを表しておしまい？

なあんだ、音の強さしか表してないんだ。たいしたことないって。

じゃあ、波形を拡大してみよう。

それぞれの音の特徴が見えるよ。

	実験5-2 母音の波形を見てみよう。
	あ・い・う・え・お　と区切って録音して、それぞれの母音の波形を拡大してみてみよう。

[a](拡大波形）




[i]（拡大波形）




[ ]（拡大波形）




[e]（拡大波形）




[o]（拡大波形）






こんな感じだよ。

拡大してみると、「あ」、「い」、「う」、「え」、「お」でそれぞれ波形の形が違うのが分かるよね。

ぎざぎざの感じも違うし。５音ともとっても違うよね。

でも、共通していることがひとつあるよ。それはな〜んだ？

う〜ん。難しいなあって。

ヒント、それぞれの波形は何も規則性がないかな？

なんか似てるところない？

あっ！「繰り返しがある！」

規則はなんだか分からないけど。どの音も「同じ波形を繰り返している」！

そう！大正解！

それぞれの母音の波の特徴は違うけど、どれも複雑な波が繰り返しているね。

いいこと教えてあげようか？

この繰り返しの数だけ「声帯は振動してる」んだ！

だから、この繰り返しの数を数えると声帯を見なくてもどのくらい声帯振動があるかが分かる！

すっご〜い！

どうして？

これは話すと長くなるので「音響学」の時間でね。

とりあえず、この繰り返しの数を数えて、声帯振動数を見てみたいと思わない？

この「１秒間の繰り返しの数」は「基本周波数（f0　エフゼロと読むんだ)」ともいうよ。

これも覚えとこうね。

じゃあ、いってみよう！

	実験5-3 基本周波数（f0)を測定してみよう。
	あ・い・う・え・お　の１秒間の波形の繰り返しの数を数えてみよう。

【実験の手順】

録音用ヘッドセットで直接PCに取り込むよ。

あ・い・う・え・お　を１つずつ抑揚をつけずに平板に発音して録音する。（さっきやったね）

起動部　　　定常部　　　終動部

「あ」「い」「う」「え」「お」それぞれの波形の起動部、定常部（真ん中の安定しているところ）、

終動部の0.100 sec.分の波形を拡大する。

テンプレートの一番下の時間の帯を見てみて。ここから0.100 sec.分の波形を選択してそれを

「画面いっぱいに拡大」のボタンを使って拡大するよ。

0.100 sec.は10倍すると1秒間だよ。

その中に同じ波形がいくつ繰り返されているかを調べて10倍しよう。

0.100 sec.分を拡大した一部

繰り返されている回数×10＝基本周波数

自分の声の測定が終わったら、男性の声と女性の声を比較してみよう。

始動部・定常部・終動部はどうなっているかな？

気がついたことを書き出してみよう。

（男性・女性）

２．サウンドスペクトログラム

	実験5-4 ５母音のサウンドスペクトログラムを観察しよう。
	日本語の５母音のサウンドスペクトログラムを見てみよう。 また、フォルマントを見てみよう。

サウンドスペクトログラムってなあに？

テンプレートで２段目に出てるのがサウンド・スペクトログラムだよ。

縞々模様の段だよ。

これで何がわかるって？

いろんなことが分かるんだけど。

とりあえず、５母音の特徴の違いを見てみようね。

パッと見て何が違う？

縞模様が違う！そうそう。

当り！

縞模様はどうなってる？

よくわかんない。

この「縞模様の位置」ってのがとっても大事なんだ。

以下の実験で「縞模様の位置」を調べてみよう。

母音のサウンドスペクトログラムの縞模様の濃くなってるところを「フォルマント」っていうんだ。

このフォルマントの位置を調べてみよう。

ちなみに、サウンドスペクトログラムの縦軸は「周波数」（音の高さを表すよ）だよ。

	実験5-4 フォルマント周波数
	自分の５母音のフォルマント周波数を以下の図にプロットしてみよう。 この図はどんな特徴があるか考えてみよう。

３．フォルマント周波数って？

【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。（この辺は音響学でやるよ、今は気にしなくてＯＫ！） 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）。。。と呼ぶよ。 一般に、母音はＦ１とＦ２によって弁別されると言われているんだ。 つまり、Ｆ１とＦ２が分かれば、この母音は「あ」、「い」、「う」、「え」、「お」のうちどれか？ってことが分かるってこと。
	フォルマント周波数の平均はこんな感じ
【手順】
	�@ＣＤの音声３をWavesurferで、日本語５母音のフォルマント周波数を見てみよう！
	�A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。
	�B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と数字が出るよ）
	�C　�B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るよ。
	�D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！
	�E男性と女性のフォルマント周波数を比較してみよう。

	実験5-4 フォルマント周波数
	自分の５母音のフォルマント周波数を以下の図にプロットしてみよう。 この図はどんな特徴があるか考えてみよう。

	「フォルマント」ってなあに？
	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のゼロの位置が右上に来ているグラフだってことに注意！ 発音記号のところで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！

余裕があったらこれも見とこう。

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・広帯域分析の設定の仕方
�@Wavesurferを立ち上げよう。 �A音声３のファイルをテンプレートonsei_1で開く。 �BSpectrogramのpaneの上で、右クリック �CProperties→Spectrogramのタブ（→右の図を参照）を選択。 �D以下のところを変更する。 典型的な例を見てみよう！ 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 �Eスペクトログラムを比べよう。 �F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よう！
注意！ �@FFT 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ようね。 �AAnalysis 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こうね。

【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

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．基本周波数は何を表してる？ 唇の動きの回数 声帯の振動数 ２．基本周波数は男女で差が？ ある ない ３．フォルマント周波数は母音によって？ 違う 同じ ４．広帯域分析は何に向いている？ イントネーション フォルマント 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．授業の感想・今後の希望

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 1 2 3 4 5 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 1 2 3 4 5 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。 1 2 3 4 5 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.イントネーンョン 4.倍音の周波数 5.ホルマント周波数 1 2 3 4 5 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　 1 2 3 4 5 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 1 2 3 4 5 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） 1 2 3 4 5