JP2008116498A

JP2008116498A - 声道模型及びこれを用いた音声生成模型

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Publication number: JP2008116498A
Application number: JP2006296936A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Arai; 隆行荒井
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Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2008-05-22

Abstract

【課題】簡単な機構で声道に相当する部分の形状を変えて異なる母音が生成できる声道模型を提供する。
【解決手段】声道模型１は、外筒１１によって形成される音響通路の長手方向における位置が可変であって、音響通路の断面積を狭めるように構成された狭め部材１２を有し、音源ユニット２１から音源信号が入力されることによって種々の母音の出力音を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、人間の声道を模擬する声道模型及びこれを用いて音声の生成機構を模擬する音声生成模型に関する。

発明者らは、音響学と音声科学に関わる教育のための教材として、人間の声道を物理的に模擬した声道模型をいくつも開発してきている（例えば、非特許文献１参照）。そして、発明者らはその声道模型の教材を用いることによって、音声生成の機構や現象を直感的に理解できること、手に取って自分で操作し、目で動作を確認しながら同時に音を聞くことができるような実演を通した教育が有効であることを示してきた。人間の声道を測定した結果を基に声道模型を作ることは知られているが、非特許文献１ではそれを復元し、教育応用への有効性を確認している。

非特許文献１には、筒型の声道模型とプレート型の声道模型が開示されている。両者ともシンプルでありながら、電気喉頭や笛式人工喉頭から音源信号を入力するだけで母音が生成される様子を示すことができる、大変有効な教材であることが示されている。音源としては、ホーンスピーカのドライバユニットを使うこともできる。この場合、入力には発振器からの信号のみならず、コンピュータに格納された音源信号をディジタル−アナログ変換器と増幅器を介して入力することが可能となる。

発明者らは最近、非特許文献１の声道模型に加え、その他の声道の物理模型も教育に有効であることを示している。例えば、非特許文献２に開示された声道模型にホーンスピーカのドライバユニットを介して様々な音源信号を入力し、教育現場で使用した事例（非特許文献３参照）などである。非特許文献２の声道模型の場合、厚さ１０ｍｍないし１５ｍｍのプラスティック製の角棒が片側の側面だけが開いた箱の中に何本もぴったりと挿入されており、それらの角棒を１つ１つ抜き差しすることによって任意の声道形状を実現している。

非特許文献４において、発明者らは非特許文献１の声道模型をさらに発展させた、肺の物理模型や頭部形状型の物理模型を提案している。後者の頭部形状型模型では、従来通り声道に音源信号を入力することによって母音を生成できる上、声道が頭部の中のどの位置にどのような形で存在するかを視覚的に確認することができる。肺の物理模型では、人工喉頭を接続することによって音源としての機能を果たすほか、人間の呼吸から発声までを視覚的にも見せることができる。
T. Arai, "The replication of Chiba and Kajiyama’s mechanical models of the human vocal cavity," J. Phonetic Soc. Jpn., 5(2), 31-38 (2001). N. Umeda and R. Teranishi, "Phonemic feature and vocal feature: Synthesis of speech sounds, using an acoustic model of vocal tract," J. Acoust. Soc. Jpn., 22(4), 195-203 (1966). T. Arai, E. Maeda and N. Umeda, "Education in Acoustics using Umeda and Teranishi's mechanical model of the human vocal tract," Proc. Autumn Meet. Acoust. Soc. Jpn., 1, 341-342 (2003). T. Arai, "Lung model and head-shaped model with visible vocal tract as educational tools in acoustics," Acoustical Science and Technology, 27(2), 111-113 (2006).

非特許文献４に開示された頭部形状型声道模型の発展型では、舌に相当する部材の位置を手で変えることができ、それによって声道形状が様々に変形される結果、異なる母音を生成することができる。非特許文献２の声道模型においても、角棒を動かすことによって声道形状を変えることで、同様に異なる母音を生成することができる。

しかし、いずれの声道模型においても声道の形状を変えるためには複雑な、すなわち自由度の多い操作が必要であり、簡単な機構で声道の形状を変えられるものは今までなかった。

従って、本発明は簡単な機構で声道に相当する部分の形状を変えて異なる母音が生成できる声道模型及びこれを用いた音声生成模型を提供することを目的とする。

本発明の一態様による声道模型は、音響通路と、音響通路の長手方向における位置が可変であって、音響通路の断面積を狭めるように構成された狭め部材とを具備することを特徴とする。また、より好ましくは、狭め部材は狭めの量を変えることができるように構成される。

本発明によれば、音響通路の長手方向における位置を可変とした狭め部材により音響通路の断面積を狭め、さらには狭めの量も変えることによって、簡単に声道相当部分の形状を変えることによって、種々の母音を生成することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１及び図２は、本発明の一実施形態に基づくスライド式３音響管型の声道模型１とこれに接続された音源ユニット２を含む音声生成模型を示している。文献G. Fant, Acoustic Theory of Speech Production, (Mouton, The Hague, Netherlands, 1960)（参考文献１）において、Fant氏は３音響管による電気回路モデルによって声道の共鳴をシミュレーションしている。そのシミュレーションの結果では、声道内の「狭め」の位置の関数として共鳴特性が描かれている。本実施形態では、その３音響管モデルを狭め部材がスライドするような声道模型によって実現する。

本実施形態のスライド式３音響管型の声道模型１は、両端が開口された断面積が一様な円筒状の外筒１１と、外筒１１内に挿入された内筒（以下、狭め部材という）１２からなる。狭め部材１２は外筒１１より長さが短い円筒状であり、外筒１１の長手方向に沿って移動が可能である。狭め部材１２の移動は、例えば図１中に示されるように狭め部材１２の一端側にねじ込み等により連結させた棒状あるいは線状の移動用部材（例えば、針金あるいはプラスティック製の棒）１６を用いて行うことができる。外筒１１は内部に音響通路を形成し、狭め部材１２は音響通路の断面積を狭める作用を果たす。移動用部材１６に代えて、マグネットなどを用いて狭め部材１２の移動を行うこともできる。この点については、以降の実施形態においても同様である。

音響通路は、３つの音響管１３，１４及び１５が直列に接続された形状となっている。すなわち、外筒１１の内部のうち狭め部材１２より右側の部分が第１音響管１３、左側の部分が第３音響管１５であり、第１音響管１３と第３音響管１５との間に第２音響管１４が挟まれている。第２音響管１４は、狭め部材１２の内側の空間に相当する。

図３を用いて本実施形態の声道模型１についてさらに詳しく説明する。図３に模式的に示されるように、外筒１１は長さがＬ、内径Ｄが一定の円筒であり、断面積はＡ＝πＤ²／４である。一方、内筒である狭め部材１２は長さがｌ₂、内径ｄが一定の円筒であり、断面積はＡ₂＝πｄ²／４である。狭め部材１２が外筒１１の内部を移動、すなわちスライドすると、第１音響管１３と第３音響管１５の長さｌ₁，ｌ₃は、第１乃至第３音響管１３〜１５の長さの合計が一定、つまりｌ₁＋ｌ₂＋ｌ₃＝Ｌという条件のもと、０とＬ−ｌ₂との間で変化する。

外筒１１は両端が開口されており、声道模型１を音声生成模型として使用する際には、外筒１１の図中右側の開口端に音源ユニット２が接続される。音源ユニット２は、例えば電気喉頭や人工喉頭が用いられる。音源ユニット２の具体例については、後に説明する。音源ユニット２から音源信号を音響通路に入力すると、声道模型１はその形状及び寸法と狭め部材１２の位置に応じた周波数で共鳴し、母音が生成される。

声道模型１の共鳴周波数を測定するため、母音を生成して録音を行った。録音に際して用いたパラメータを表１に示す。

外筒１１及び狭め部材１２にはアクリル製の円筒を用いた。外筒１１の厚みは3 mmとした。音源信号としては、コンピュータ上で生成されたインパルス列（標本化周波数は16 kHz）を用いた。コンピュータから音源信号をディジタル信号として出力し、ディジタル−アナログ変換器を入力部に有するディジタル・オーディオ増幅器（オンキヨー社製 MA-500U）を介して、ホーンスピーカのドライバユニット（ＴＯＡ社製 TU-750）から出力した。ドライバユニットのネック部及びネック部の後部の音響的なカップリングを避けるため、ネック部に硬いゴム製の筒状の詰め物（文献E. Maeda, T. Arai, N. Saika and Y. Murahara, “Studying the sound source of a mechanical vocal tract using a driver unit of horn speaker,” Proc. Spring Meet. Acoust. Soc. Jpn., pp. 417-418 (2003)（参考文献２））を挿入した。詰め物の中央には断面積が0.07 cm²の穴が開けられている。

共鳴周波数の測定に際しては、外筒１１の図中右側の開口端（喉頭側）に直径が25 cmのフランジを装着した。声道模型１からの出力音をマイクロホン（ソニー社製 ECM-23F5）にて収録し、ディジタル録音機（マランツ社製 PMD670）により標本化周波数16 kHzで録音した。収録は防音室の中で行われ、マイクロホンは外筒１１の左側の開口端（口唇側）から約20 cmの位置に設置した。室温は、パラメータ設定１と設定２の収録時でそれぞれ25.1℃と25.2℃であった。

録音された出力音（母音）を分析した結果、測定された共鳴周波数は図４のようになった。図４の横軸は第１音響管１３の長さｌ₁であり、1から125 mmまでを2 mmステップで変化させている。図４の縦軸は共鳴周波数であり、0から3 kHzまで示している。共鳴周波数の分析は、まず出力音を8 kHzにダウンサンプリングした後、文献D. H. Klatt, “The new MIT speech VAX computer facility,” Speech Communication Group Working Papers IV, Research Laboratory of Electronics, MIT, Cambridge, pp. 73-82 (1984)（参考文献３）に開示されたKlatt氏の開発による音声分析ソフトウェアのＸＫＬ上で線形予測分析を用いて行った。

図４において、黒い点及び白い点はそれぞれ表１の「設定１」及び「設定２」での測定結果である。また、図４において実線は文献K. N. Stevens, Acoustic Phonetics, (MIT Press, Cambridge, MA, 1998)（参考文献４）に開示されたStevens氏による理論的な共鳴特性であり、いずれも単調増加あるいは単調減少の様子を示している。第２音響管１４の断面積Ａ₂がある程度小さければ、第２音響管１４で作られる狭めの音響質量のインピーダンスは、第１音響管１３及び第２音響管１５の特性インピーダンスに比べて大きくなることから、それぞれの共鳴現象を独立に考えることが可能となる。

図４中上側の右下がりの共鳴曲線は、第１音響管１３の共鳴周波数ｃ／２ｌ₁であり（ここでｃは音速）、右上がりの共鳴曲線は、第３音響管１５の共鳴周波数ｃ／４ｌ₃である。この場合、フランジがあるときの開口端補正0.82 ｒを用いて補正を行っている（ただし、ｒは第３音響管１５の半径）。

第１音響管１３と第２音響管１４は、ヘルムホルツ共鳴器としても振舞う。ヘルムホルツ共鳴器としての共鳴周波数は次式に示される。

図４においては、ヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数に対応する共鳴曲線も下方に描かれている。この場合、第３音響管１５がヘルムホルツ共鳴器に与える影響は無視している結果、その誤差も図４中には含まれる。

上述した３つの共鳴周波数は互いに交差している。その結果、低い周波数から共鳴のピークに「フォルマント」と呼ばれる名前で番号を割り当てた場合、同じフォルマント番号の描く軌跡は異なる共鳴曲線から構成されることとなる。

「設定１」においてｌ₁ = 9.1 cmのとき、出力音は母音の [i] に近くなった。これは声道の前方に狭めが存在する状態に対応しており、図４からも分かるように第２フォルマント周波数が最も高くなる。この事実は、発明者らの母音生成の知識とも一致する。「設定１」においてｌ₁ = 0.5 cmのとき、出力音は母音の [a] に近くなった。これは声道の後方に狭めが存在する状態に対応しており、第１フォルマント周波数と第２フォルマント周波数が最も接近する。この事実もまた、発明者らの母音生成の知識と一致する。

「設定１」においてｌ₁ = 2.5 cmのとき、出力音は母音の [o] に近くなった。「設定１」において狭めがほぼ声道の真ん中にきたとき（ｌ₁ = 7.5 cm）、出力音は母音の [u] に近くなった。また、ｌ₁ = 12.5 cmのとき（すなわち口唇側に狭めが存在するとき）も、出力音は母音の [u] に近づいた。母音 [u] では第１フォルマント周波数と第２フォルマント周波数が共に下がるが、口唇側に狭めがあるとすべての共鳴周波数が下がることから考えても、この観測結果は妥当であると言える。

「設定２」においてｌ₁ = 9.1 cmのとき、出力音は母音の（[i] ではなく）[e] になる。「設定１」において狭めが母音 [i] の状態からもう少し後ろ（第1音響管側）に移動し、ｌ₁ = 9.1 cm が 8.3 cmになると、出力音は母音の [i] から [y] （ドイツ語のuのウムラウトの音）に変わる。

このように「設定１」においてｌ₁を9.1 cmから0.5 cmまで変化させると、母音は [i] → [y] → [u] → [o] → [a] のように変化する。図５は、この様子を模式的に示している。ｌ₁が9.1 cmから7.5 cmまで変化することは、図５ように声道内で舌が同じ高さを保ったまま前方から後方へ移動することに対応する。一方、ｌ₁が7.5 cmから0.5 cmまで変化することは、声道内で舌が後方で高い位置から低い位置に移動することに対応する。これらの移動は、母音４角形の２辺上の移動に対応する。

本実施形態に示したスライド式３音響管型声道模型１は、音響教育における「体験型学習」にとても適している。この模型は使うだけでなく、模型自身を手作りで作製することも教育的である。手作りの方法について詳細は省くが、例えば外筒１１にペーパータオルやラップの紙製の芯（チューブ）を用い、内筒である狭め部材１２に銀塩フィルムの円筒容器を用いるなど、材料に日用品を利用して容易に声道模型１を作成することができる。手作りの場合、音源ユニット２としては電気喉頭やその他の人工喉頭、ホーンスピーカのドライバユニットなどを使ってもよいが、簡単なリード式の音源も有効である。

図６は、リード式音源の周波数スペクトルを示している。図６を見ると分かるように、各倍音の振幅は約10 dBの振れ幅の範囲内に収まっている。図７は、リード式音源からの音源信号を本実施形態に基づくスライド式３音響管型声道模型１（アクリル製）に入力したときの出力音のスペクトル包絡（実線）と、声道模型１を上記のような日用品を利用して手作りで作製した場合の出力音のスペクトル包絡（破線）を比較して示している。図７の場合、外筒１１の長さＬは18 cm、狭め部材１２の長さｌ₂は5 cmであり、狭め部材１２がちょうど外筒１１の長手方向の中央付近に位置していた結果、出力音は母音の [u] に近かった。

図７の周波数スペクトルを求めるために、出力音を録音後に8 kHzまでダウンサンプリングした後、12次の線形予測分析を行った。図７より、声道模型１がアクリル製の場合であっても日用品を使った場合であっても、両者のスペクトル形状（特に第１、第２フォルマント周波数など）は似ていることが確認された。日用品を用いた場合の方が第１フォルマント周波数は多少高い傾向にあるのは、アクリル製のものに比べて素材の硬さが多少軟らかいことによるものかも知れない（参考文献４）。また、フォルマントの帯域幅についても、アクリル製に比べ、日用品を用いた場合の方が多少広い傾向があるなどの違いが見られる。

このように本実施形態のスライド式３音響管型声道模型１は、様々に異なる母音を簡単な機構によって生成することができる。従って、本実施形態の声道模型１は、子どもを対象とした科学教室の工作から、音声科学を学ぶ学生のための教材としてまで、幅広く有効に活用されることが予想される。

次に、本発明の他の種々の実施形態について説明する。
（狭め部材の他の具体例）
狭め部材１２としては、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように長さが同じで径の異なる二つの円筒１２Ａ，１２Ｂを組み合わせてもよい。径が大きい方の円筒１２Ａの内径と、径が小さい方の円筒１２Ｂの外径はほぼ等しく（但し、前者より後者の方が若干小さい）、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）のように円筒１２Ａの内側に円筒１２Ｂをはめ込むことによって、種々の形状の狭め部材を形成できる。

（狭め量可変の狭め部材の具体例）
図９と図１０（ａ）（ｂ）及び（ｃ）を用いて、狭め量が可変の狭め部材の例について説明する。図９は狭め部材の展開斜視図を示している。狭め部材は、凹側部材２０と凸側部材２７からなる。凹側部材２０について説明すると、一対の扇状板２１Ａ，２１Ｂは、１８０°より大きい、例えば約２１０°の内角を有し、同じく約２１０°の半円筒状部材２２の半径方向と直交する方向の両端に接着される。このとき扇状板２１Ａ，２１Ｂの各々の一方の端縁位置は、半円筒状部材２２の円周方向の一方の端縁位置と一致する。

半円筒状部材２２の内周面に、例えば頂角が約３０°のくさび状部材２３の頂角と反対側の円弧状端面が接着される。さらに、くさび部状部材２３の平坦な両端面は、扇状板２１Ａ，２１Ｂの半径方向に沿う一方の端縁と面位置が一致するように、扇状板２１Ａ，２１Ｂの内側面の約３０°の範囲の部分に接着される。このように扇状板２１Ａ，２１Ｂ、半円筒状部材２２及びくさび状部材２３が一体化されることによって、半円筒状空間を持つ凹側部材２０が形成される。

一方、半円柱状の凸側部材２７が凹側部材２０の半円筒状空間内に挿入されることによって、狭め量可変の狭め部材が構成される。扇状板２１Ａ，２１Ｂには、扇の中心に貫通孔２４Ａ，２４Ｂがそれぞれ設けられ、また凸側部材２７の半円柱の中心にも、貫通孔２８が設けられており、これらの貫通孔２４Ａ、２８及び２４Ｂを図示しない回転中心軸が貫通する。凹側部材２０の一方の扇状板２１Ａには、切り欠き２５とねじ穴２６Ａが形成され、また凸側部材２７の切り欠き２５と同一半径位置にも、ねじ穴２９が形成されている。

図１０（ａ）（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、図９で説明した凹側部材２０及び凸側部材２７からなる狭め部材は、音響通路を形成する外筒３０の内側に挿入される。そして、貫通孔２４Ａ、２８及び２４Ｂに図示しない回転中心軸を挿入すると共に、ねじ穴２６Ａ及び２９に図示しない棒状あるいは線状の回転用部材（例えば、針金あるいはプラスティック製の棒）をそれぞれねじ込み、これらの回転用部材を用いて凹側部材２０と凸側部材２７を相対的に回転させることによって、狭め部材による音響通路の狭め量が変化する。

図１０（ａ）は、凸側部材２７を凹側部材２０に対して反時計回りにいっぱいまで相対的に回転させた状態を示している。この状態で狭め部材の位置に形成される音響通路３１は、凸側部材２７の外周面と外筒３０の内周面との間の僅かな間隙であり、その断面積は最小、すなわち狭め量は最大である。

図１０（ｂ）は、凸側部材２７を凹側部材２０に対して時計回りに所定角度だけ相対的に回転させた状態を示している。この状態では凸側部材２７の外周面と外筒３０の内周面との間の間隙に加えて、凹側部材２０と凸側部材２７との間に相対的な回転角度に応じた面積の扇状空間が音響通路３１として形成されるため、音響通路３１の断面積は増加し、狭め量は減少する。

図１０（ｃ）は、凸側部材２７を凹側部材２０に対して時計回りにいっぱいまで相対的に回転させた状態を示している。この状態では凹側部材２０と凸側部材２７との間に、約１５０°の角度範囲にわたる扇状空間が音響通路３１として形成される。従って、音響通路３１の断面積は最大、すなわち狭め量は最小となる。

このように狭め部材による音響通路の狭め量を変化させることによって、声道の特性を多様に変化させることができる。これによって、狭め部材の位置のみでは生成が難しい母音の生成も可能となる。

図１１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の他の実施形態に係る３音響管型の声道模型を示す断面図及び平面図である。音響通路を形成する方形状の外筒４１は、長手方向の一端側に図中上面から延びた音響信号導入通路４２を有し、この通路４２の入口部に貫通孔４３を有するコネクタ４４が接続される。コネクタ４４には、音源ユニットである例えばホーンスピーカのドライバユニットのネック部（二点鎖線で示す）が接続される。

外筒４１の図中右側の開口には、蓋部材４５がはめ込まれている。外筒４１内には、外筒４１の内部空間の高さより小さな厚さを持つ方形ブロック状の狭め部材４６が挿入されている。従って、外筒４１内の音響通路は狭め部材４６の位置では、外筒４１の上内壁面と狭め部材４６との間の空間となり、断面積が狭められることになる。このように本実施形態の声道模型は、狭め部材４６の図中右端と蓋部材４５との間の空間を第１音響管、狭め部材４６の図中上端と外筒４１との間の空間を第２音響管、そして狭め部材４６の図中左側の空間を第３音響管とする３音響管型声道模型として機能する。

外筒４１内部には蓋部材４５に設けられた貫通孔を通して棒状あるいは線状の移動用部材（例えば、針金あるいはプラスティック製の棒）４７が挿入され、この移動用部材４７の先端は狭め部材４６にねじ込まれている。移動用部材４７によって狭め部材４６を図中矢印で示すように左右方向、すなわち外筒４１の長手方向に移動させることにより、狭めの位置を変えることができ、図１及び図２に示した声道模型と同様の効果を得ることができる。

さらに、狭め部材４６として図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）及び（ｄ）に示されるような音響通路の長手方向における寸法が種々異なる方形状ブロックからなる狭め部材４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ及び４６Ｄを用意し、これらの狭め部材４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ及び４６Ｄを選択的に用いることによって、図３で説明した第２音響管の長さｌ₂を変えることができる。

図１３は、本発明の他の実施形態に係る声道模型の断面図であり、これまでの実施形態と異なり、２音響管型の声道模型を示している。本実施形態では、図１１中に示したと同様の外筒４１内に外筒４１の図中右側の開口端から比較的長い方形ブロック状の狭め部材４８が挿入されている。外筒４１によって形成される音響空間内で狭め部材４６を図中矢印で示すように左右方向、すなわち外筒４１の長手方向に移動させることにより、狭めの位置を変えることができる。

次に、外形状を種々変更した声道模型について説明する。図１４（ａ）及び（ｂ）は、頭部形状型の声道模型を示している。本実施形態の声道模型は、形式としては３音響管型に属する。

頭部を模擬する頭部模型５０は、この例では５層構造となっている。第１層５１と第５層５５は図１５（ａ）に示すように、声道部分のない頭部全体の形状をなしている。第２層５２と第４層５４は図１５（ｂ）に示すように、声道部分５６の音響通路を含む頭部形状をなし、第３層５３も図１５（ｃ）に示すように、声道部分５６の音響通路を含む頭部形状をなしている。但し、図１５（ｂ）と図１５（ｃ）を比較して分かるように、第２層５２と第４層５４における声道部分５６の音響通路の高さは、第３層５３の声道部分５６の音響通路の高さより低くなっており、これによって声道部分５６の音響通路には口蓋に相当する位置に、声道の長手方向に沿った凹部が形成される。なお、このように頭部模型５０を５つの層５１〜５５を重ね合わせて形成せず、予め一体に成型してもよいことはいうまでもない。

頭部模型５０の声道部分５６の音響通路には、上記のように口蓋に相当する位置に凹部が形成されており、ここに図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように狭め部材５７が挿入される。狭め部材５７は図１４（ｂ）に示すように、声道部分５６の音響通路の凹部に合致する凸部を有し、凹部をガイドとして声道部分５６の音響通路内を移動可能となっている。また、声道部分５６の喉頭側の開口に図示しない音源ユニットが接続される。

従って、声道部分５６に音源ユニットから音源信号を入力すると共に、狭め部材５７の口唇側の面にねじ込み等により連結させた棒状あるいは線状の移動用部材（例えば、針金あるいはプラスティック製の棒）５８を用いて狭め部材５７を声道部分５６の長手方向に移動させることによって、種々の母音を出力することができる。

図１６は、頭部形状型の声道モデルの他の例であり、狭め部材５７が軸５９を中心に回動可能であり、回動に伴って狭め部材５７が声道部分の音響通路内を移動するように構成されている。

図１７は、頭部形状型の声道模型のさらに別の例であり、複数個に分割された狭め部材５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃ及び５７Ｄが支持部材６０に対してそれぞれ矢印で示す方向に移動可能に支持され、狭め部材５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃ及び５７Ｄのそれぞれが選択的にかつ狭め量が可変となるように声道部分の音響通路内に対して挿入可能となっている。

次に、長さを可変とした狭め部材の他の例について説明する。図１８（ａ）は円柱状の狭め部材の例であり、比較的長い基本狭め部材１２−１に対して、増設用狭め部材１２−２を凸部と凹部との結合等により所望の数だけ結合して増設することにより、狭め部材の長さを変えられるように構成されている。この場合、狭め部材が円柱状であるため、結合のための凸部と凹部は中心からずれた円周上の複数箇所の位置に形成される。

図１８（ｂ）は方形状の狭め部材の例であり、基本的には図１８（ａ）の例と同様に比較的長い基本狭め部材４６−１に対して、増設用狭め部材４６−２を凸部と凹部との結合等により所望の数だけ結合して増設することにより、狭め部材の長さを変えられるように構成されている。この場合、狭め部材が直方体であるため、結合のための凸部と凹部は中心に一つずつあればよい。

図１８（ｃ）は頭部形状型の声道模型に適した狭め部材の例であり、図１８（ａ）及び（ｂ）と同様に比較的長い基本狭め部材５７−１に対して、増設用狭め部材５７−２を凸部と凹部との結合等により所望の数だけ結合して増設することにより、狭め部材の長さを変えられるように構成されている。

次に、狭め量を可変とした狭め部材の他の例について説明する。図１９（ａ）及び（ｂ）は、狭め部材を長手方向に対して斜めの方向に沿って二つの部材１３Ａ及び１３Ｂに分割し、図１９（ａ）の状態で全体の断面積が大きくなって狭め量が増加し、部材１３Ａを矢印の方向に引っ張ることにより断面積が小さくなって狭め量が減少するように構成されている。

図２０（ａ）及び（ｂ）の例では、図２０（ａ）の直方体部材１４をこれより若干大きな内形状を持つ図２０（ｂ）の方形状の箱１５内にコイルバネ１８を介して収容可能としている。狭め量可変の狭め部材は、直方体部材１４と箱１５によって形成される。直方体部材１４内に埋め込んだパイプ１６及びコイルバネ１８の内部を通して線状部材１７が挿入され、この線状部材１７の一端は箱１５の底部に固定されている。線状部材１７を引っ張ると、直方体部材１４が箱１５内に押し下げられることにより、狭め部材の断面積が小さくなって狭め量は減少する。

次に、ブック型の声道模型について説明する。図２１は、下板６１の表面上に声道部分の音響通路６３を形成する一対の円弧状案内板６２を接着により固定するか、下板６１と一体に形成すると共に、下板６１の上に上板６４を載せて音響通路６３の喉頭側と口唇側に開口部が形成されるように上板６４を接着するようにしたものである。上板６４の表面には、先に説明した頭部形状型の声道模型の頭部模型と同様な模式的な横顔を表す絵６５が描かれている。この場合、上板６４は透明材料、例えば透明アクリルにより作られており、横側を表す絵６５は声道部分が下板６１上の音響通路６３と一致するように描かれていることが望ましい。また、下板６１の周縁部と上板６４の周縁部との間に、音響通路６３の喉頭側と口唇側に開口部以外を閉塞させる側板を挿入してもよい。

音響通路６３には、狭め部材６７の一端側にねじ込み等により連結させた棒状あるいは線状の移動用部材６８を用いて狭め部材６７が挿入され、移動用部材６８によって狭め部材６７の位置を変えることができる。

図２２は、ブック型の声道模型の他の例であり、下板７１に対して上板７２が例えば蝶番７５Ａ及び７５Ｂ等の機構により開閉できるように構成されている。下板７１は声道部分に音響通路７３を有する。上板７２は図２１の場合と同様に透明材料、例えば透明アクリルにより作られており、横側を表す絵６４が描かれている。

図２３は、図２２の下板７１の音響通路内に種々の形状の狭め部材を挿入して母音を出力する様子を示しており、狭め部材７７Ａにより/i/、狭め部材７７Ｂにより/e/、狭め部材７７Ｃにより/a/、狭め部材７７Ｄにより/o/、狭め部材７７Ｅにより/u/が出力される。

次に、口唇キャップを用いる例について説明する。図２４においては、音響通路を形成する外筒８０の口唇側の開口部に、図２５（ａ）及び（ｂ）に示されるような開口の面積や形状が異なる種々の口唇模型８２を保持した筒状部材８１が被されている。筒状部材８１と口唇模型８２の部分を口唇キャップという。このような口唇キャップを用いることにより、実際の発音において口唇を広げたり狭めたりすることによる出力音の変化を再現することができる。

次に、音源ユニットの具体例について説明する。前述したように、声道模型に組み合わせる音源ユニットとしてはホーンスピーカのドライバユニットや、リード式音源を用いることができるが、ここではリード式音源の具体例について幾つか述べる。

図２６はリード式音源の一例を示しており、フランジ９０に半円状の貫通孔が空けられ、この貫通孔に半円弧状の保持部材９２によって保持されたリード９１が挿入される。保持部材９２は、例えば外径１０ｍｍ、長さ３０ｍｍ、厚み１ｍｍ程度の円筒を図２７（ａ）に示すように長さ方向に沿って半分に切断し、さらに図２７（ｂ）に示す曲線９３のように面取りを行うことにより作製される。リード９１は、通常は図２７（ａ）の実線の状態にあるが、図２７（ａ）の右側から空気が吹き込まれると、空気圧により破線で示すように保持部材９２の面取り部分９３に押し付けられつつ振動し、音を発生する。

図２８（ａ）（ｂ）及び（ｃ）はリード式音源の他の例を示しており、例えば保持部材１００は２ｍｍ×６ｍｍ×３０ｍｍのアクリル製の図２８（ｂ）の底面部材１０１と、この底面部材１０１と同サイズで、かつ図２８（ｃ）の曲線１０３のように面取りした二つの側面部材１０２Ａ及び１０２Ｂを図２８（ａ）のように貼り合わせることによって作製される。この保持部材１００の側面部材１０２Ａ及び１０２Ｂ上に、リード１０４が保持されている。この例においても、リード１０４は通常は図２８（ｃ）の実線の状態にあるが、図２８（ｃ）の右側から空気が吹き込まれると、空気圧により破線で示すように保持部材１００の面取り部分１０３に押し付けられつつ振動し、音を発生する。

図２９（ａ）及び（ｂ）はリード式音源の別の例を示しており、例えば厚さ２ｍｍで３０ｍｍ程度の長さのアクリル製の図２９（ａ）に示す円筒状の保持部材１１０を図２９（ｂ）の線１１１に沿って面取りし、この保持部材１１０上にリード１１２を保持することによって作製される。

図３０（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は音源のさらに別の例として、リードに代えて可撓性のバンドを用いた音源を示しており、例えばアクリル製の円筒状部材１２１の底面に直径１０ｍｍ程度の貫通孔１２３を有するアクリル製の円板１２２を装着すると共に、円板１２２の上にゴムなどの可撓性材料で作られた薄いバンド１２４を固定したものである。バンド１２４は円筒状部材１２１の外径と同程度かもしくはこれより若干大きい長さを有し、バンド１２４を円板１２２の上に置いた状態で円筒状部材１２１の底面側を円板１２２に接触させて固定することにより、バンド１２４の両端が固定される。

図３０（ａ）（ｂ）及び（ｃ）のリード式音源を実際に音源ユニットとして使用する際には、円板１２２側を内側にして図示しない外筒の音響通路に挿入し、円筒状部材１２１の円板１２２側と反対側の開口から空気を送り込むことによって可撓性のバンド１２４が振動し、音響信号が音響通路に入力される。

なお、図２６、図２７（ａ）及び（ｂ）、図２８（ａ）（ｂ）及び（ｃ）、図２９（ａ）及び（ｂ）に示したリード式音源では、図３０（ａ）（ｂ）及び（ｃ）に示した筒状部材１２１に相当するものは図示を省略したが、図３０（ａ）（ｂ）及び（ｃ）の例と同様にリード式音源は筒状部材の一方の開口端側に装着されて使用される。

本発明の一実施形態に係る声道模型及びこれを含む音声生成模型の一部を切り欠いて示す斜視図図１の声道模型の断面図図１の声道模型の各部のパラメータを示す図同実施形態の声道模型を用いて生成される出力音の共鳴周波数を示す図同実施形態における狭め部材の位置変化により生成される母音の変化を説明する図リード式音源の周波数スペクトルの一例を示す図本実施形態に係る声道模型及び手作りで作製した同形状の声道模型にリード式音源からの音源信号を入力したときの出力音のスペクトル包絡を示す図狭め部材の他の例を示す図狭め量の大きさが可変の狭め部材を示す展開斜視図図９の狭め部材の狭め量が変化する様子を説明する断面図本発明の他の実施形態に係る声道模型を示す断面図及び平面図図１１中の狭め部材の種々の例を示す図本発明の他の実施形態に係る声道模型を示す断面図本発明の他の実施形態に係る声道模型を示す正面図及び要部の断面図図１４の声道模型に用いる頭部モデルの各層の形状を示す平面図本発明の他の実施形態に係る声道模型を示す正面図本発明の他の実施形態に係る声道模型を示す正面図狭め部材の狭めの長さを変える方法について示す図狭め部材の狭め量を変える方法について示す図狭め部材の狭め量を変える方法について示す図本発明の他の実施形態に係る声道模型を示す斜視図本発明の他の実施形態に係る声道模型を示す斜視図図２２の声道部分の音響通路に狭め部材を挿入して種々の母音を生成する様子を示す図本発明に係る声道模型に口唇キャップを装着した様子を示す図図２４の口唇キャップの例を示す図リード式音源の例を示す図図２６のリード式音源のリード部の例を示す図リード式音源のリード部の他の例を示す図リード式音源のリード部の別の例を示す図リード式音源の更に別の例を示す図

符号の説明

１・・・声道模型
２・・・音源ユニット
１１・・・外筒
１２・・・狭め部材
１３〜１５・・・音響管
１６・・・移動用部材

Claims

音響通路と、
前記音響通路の長手方向における位置が可変であって、前記音響通路の断面積を狭めるように構成された狭め部材と、を具備する声道模型。
前記狭め部材は、狭めの量が可変である請求項１に記載の声道模型。
前記狭め部材は、前記音響通路の長手方向に移動可能に設けられる請求項１または２のいずれか１項に記載の声道模型。
前記狭め部材は、前記音響通路内に内側の空間が前記音響通路と連続するように配置され、両端が開口された管状部材である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の声道模型。
前記狭め部材は、当該狭め部材の外壁面と前記音響通路の内壁面との間に前記音響通路と連続する空間を形成するように配置される請求項１乃至３のいずれか１項に記載の声道模型。
請求項１乃至５のいずれか１項に声道模型と、前記音響通路の一端に接続された音源ユニットと、を具備する音声生成模型。