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音声科学と音声学において、フォルマントは人間の声道の音響共鳴から生じるスペクトルの広い最大値である。[1] [2]音響学では、フォルマントは通常、スペクトルの広いピーク、または局所的な最大値として定義される。[3] [4]この定義では、倍音の場合、フォルマント周波数は共鳴によって最も増強される倍音の周波数とみなされることがある。これら 2 つの定義の違いは、「フォルマント」が音の生成メカニズムを特徴付けるのか、生成された音自体を特徴付けるのかにある。実際には、スペクトルのピークの周波数は、運よく倍音が共鳴周波数と一致する場合、またはささやき声や声のかすれのように音源がほとんど非倍音である場合を除いて、関連する共鳴周波数とわずかに異なる。
部屋は、その共鳴、すなわち壁や物体からの音の反射の仕方によって、その部屋特有のフォルマントを持っていると言えます。この種の部屋のフォルマントは、特定の周波数を強調し、他の周波数を吸収することで、自らを強化します。これは、たとえば、Alvin Lucierが作品「I Am Sitting in a Room」で活用しています。音響デジタル信号処理では、フォルマントの集合 (部屋など) が信号に与える影響は、インパルス応答で表すことができます。
音声と部屋の両方において、フォルマントは空間の共鳴の特徴的な特性です。フォルマントは音声などの音響源によって励起され、音響源の音を形作る（フィルタリングする）と言われていますが、フォルマント自体は音響源ではありません。
歴史
音響学の観点から見ると、声道の有効長が母音を変えるという考え方には、音声学にとって深刻な問題があった。[5]実際、声道の長さが変わると、口腔によって形成されるすべての音響共鳴器がスケールされ、その共鳴周波数も変わる。したがって、バスとソプラノの歌手など、声道の長さが異なる話者が、同じ音声カテゴリに属すると認識される音を出すことができる場合、母音が周波数に依存する仕組みは不明であった。母音のアイデンティティを支えるスペクトル情報を正規化する何らかの方法が必要だった。ヘルマンは1894 年にこの問題の解決策を提案し、「フォルマント」という造語を作った。彼によると、母音は特別な音響現象であり、特別な部分音、つまり「フォルマント」または「特性」特性の断続的な生成に依存する。「フォルマント」の周波数は、母音の特性を変えずに少し変化することがある。例えば「長いe」（eeまたはiy）の場合、最も低い周波数の「フォルマント」は同じ人でも350Hzから440Hzまで変化することがあります。[6]
音声学
フォルマントは、音声、楽器[8]、または歌唱によって生成される音響信号の特徴的な周波数成分です。人間が音声を区別するために必要な情報は、周波数スペクトルのピークを特定することで純粋に定量的に表すことができます。これらのフォルマントのほとんどはチューブとチャンバーの共鳴によって生成されますが、いくつかのホイッスルトーンはベンチュリ効果の低圧ゾーンの周期的な崩壊に由来します。[9]
最も低い周波数のフォルマントはF 1、2番目はF 2、3番目はF 3というように呼ばれる。声の基本周波数またはピッチはF 0と呼ばれることもあるが、フォルマントではない。ほとんどの場合、最初の2つのフォルマント、F 1とF 2があれば母音を識別するのに十分である。知覚される母音の質と最初の2つのフォルマント周波数の関係は、クリック音列（声門脈波列をシミュレートする）を一対のバンドパスフィルター（声道共鳴をシミュレートする）に通すことによって生成される「人工母音」を聞くことで理解できる。前母音はF 2が高く、低母音はF 1が高い。唇を丸めると、後母音のF 1とF 2 が、前母音のF 2とF 3が低くなる傾向がある。[10]
鼻音は通常、約 2500 Hz に追加のフォルマントを持ちます。流音[l] は通常 1500 Hz に追加のフォルマントを持ちますが、英語の"r" 音 ( [ɹ] ) は非常に低い第 3 フォルマント (2000 Hz よりはるかに低い) によって区別されます。
破裂音（およびある程度の摩擦音）は、周囲の母音のフォルマントの配置を変更します。両唇音（「ball」や「sap」の/b/や/p/など）はフォルマントを低下させます。スペクトログラムでは、軟口蓋音（英語の/k/と/ɡ/）は、ほとんどの場合、軟口蓋音の前にF 2とF 3 が「軟口蓋のピンチ」で一緒になり、軟口蓋音が解放されると同じ「ピンチ」から分離します。歯茎音（英語の/t/と/d/）は、正確にどの母音が存在するかによって部分的に異なりますが、隣接する母音フォルマントの体系的な変化をあまり引き起こしません。母音フォルマント周波数のこれらの変化の時間経過は、「フォルマント遷移」と呼ばれます。
通常の有声音では、声帯によって生成される基礎振動は、倍音を豊富に含んだ 鋸歯状波に似ています。基本周波数または（多くの場合）倍音の 1 つがシステムの共振周波数よりも高い場合、共鳴は弱く励起されるだけで、共鳴によって通常与えられるフォルマントはほとんど失われます。これは、母音を判別するのが非常に困難になるほど高いピッチで歌うソプラノオペラ歌手の場合に最も顕著です。
共鳴の制御は、倍音歌唱と呼ばれる発声技法の重要な要素です。倍音歌唱では、演者が低い基音を歌い、鋭い共鳴を作り出して高次の倍音を選択し、複数の音が同時に歌われているような印象を与えます。
スペクトログラムはフォルマントを視覚化するために使用できます。スペクトログラムでは、歌うときにフォルマントと自然に発生する倍音を区別することが難しい場合があります。ただし、ボーカルフライなどの無調技法を使用すると、母音の形で自然なフォルマントを聴くことができます。
フォルマント推定
フォルマントは、声道の音響共鳴として見られるか、またはバンドパス フィルターのような音声スペクトルの極大値として見られるかに関係なく、その周波数とスペクトル幅(帯域幅)によって定義されます。
この情報を取得するには、さまざまな方法があります。音響定義におけるフォルマント周波数は、スペクトログラム（図）またはスペクトルアナライザを使用して、音の周波数スペクトルから推定できます。ただし、音声録音から声道の音響共鳴（つまり、フォルマントの音声定義）を推定するには、線形予測コーディングを使用できます。中間的なアプローチは、基本周波数を中和してスペクトルエンベロープを抽出し、 [11]その後でスペクトルエンベロープの極大値を探すこと です。
フォルマントプロット
最初の 2 つのフォルマントは母音の質を決定する上で重要であり、開/閉（または低/高）および前/後次元（伝統的に舌の形と位置に関連付けられている）に対応するとよく言われます。したがって、最初のフォルマントF 1は、 [a]などの開母音または低母音では周波数が高く、 [i]や[u]などの閉母音または高母音では周波数が低くなります。また、2 番目のフォルマントF 2 は、 [i]などの前母音では周波数が高く、 [u]などの後母音では周波数が低くなります。[12] [13]
母音はほとんどの場合4つ以上の区別可能なフォルマントを持ち、時には6つ以上あります。しかし、最初の2つのフォルマントは母音の質を決定する上で最も重要であり、母音図では互いに対比してプロットされることがよくあります[14] 。ただし、この単純化では、丸めなどの母音の質のいくつかの側面を捉えることができません。[15]
多くの著者が、フォルマント プロット上の母音の位置と従来の母音四辺形上の母音の位置との最適な整合を見つける問題に取り組んできました。Ladefoged の先駆的な研究[16]では、メルスケールがヘルツで表される基本周波数の音響測定よりも、聴覚のピッチスケールに近いと主張されたため、メル スケールが使用されました。メル スケールの代替として、バーク スケールとERB レート スケールがあります。[17]広く採用されている別の戦略は、 F 2ではなくF 1とF 2の差を横軸にプロットすることです。[要出典]
歌手のフォルマント
訓練を受けた話者やクラシック歌手、特に男性歌手の周波数スペクトルの研究では、 3000 Hz（2800～3400 Hz）付近に、訓練を受けていない話者や歌手のスピーチやスペクトルには見られない、明瞭なフォルマントがあることが示されています。これは、声道の1つ以上の高次共鳴と関連していると考えられています。 [18] [19] 3000 Hzでのこのエネルギー増加により、歌手の声がオーケストラの中でも聞き取りやすく理解しやすいのです。このフォルマントは、たとえば「魔女の声」と呼ばれるvoce di strega [20]の練習など、発声訓練によって積極的に開発され、共鳴器として機能する声道の一部によって生じます。[21]クラシック音楽や発声教育学では、この現象はsquilloとしても知られています。
参照
参考文献
- ^ Titze, IR (1994). Principles of Voice Production、Prentice Hall、ISBN 978-0-13-717893-3。
- ^ Titze, IR, Baken, RJ Bozeman, KW, Granqvist, S. Henrich, N., Herbst, CT, Howard, DM, Hunter, EJ, Kaelin, D., Kent, RD, Löfqvist, A., McCoy, S., Miller, DG, Noé, H., Scherer, RC, Smith, JR, Story, BH, Švec, JG, Ternström, S. および Wolfe, J. (2015)「発声における倍音、共鳴、フォルマントの記号表記に関するコンセンサスに向けて」J. Acoust. Soc. America. 137, 3005–3007.
- ^ Jeans, JH (1938) Science & Music、Dover 社より 1968 年に再版。
- ^ 標準事務局、アメリカ音響学会、(1994)。ANSI S1.1-1994 (R2004) アメリカ国家標準音響用語、(12.41) アメリカ音響学会、メルヴィル、ニューヨーク州。
- ^ ヘルマン、ルディマー (1894)。Phonophotographische Untersuhungen [ Phonophotographical Studies ] (ドイツ語) (第 5 版)。
- ^ McKendrick, JG (1903). 実験音声学。1902年6月30日までのスミソニアン協会理事会年次報告書 (pp. 241–259)。スミソニアン協会。
- ^ キャットフォード、JC（1988）音声学実践入門、オックスフォード大学出版局、p.161。ISBN 978-0198242178
- ^ Reuter, Christoph (2009): 楽器のブレンディングと部分マスキングにおけるフォルマント位置とマイクロモジュレーションの役割。アメリカ音響学会誌(JASA)、第 126 巻、4 号、2237 ページ。
- ^ Flanagan , James L. (1972). 音声分析、合成、知覚。doi :10.1007/978-3-662-01562-9. ISBN 978-3-662-01564-3。
- ^ トーマス、エリック・R. (2011)。社会音声学入門。パルグレイブ・マクミラン。p. 145。ISBN 978-0-230-22455-1。
- ^ 河原 秀樹; 増田 勝瀬 育代; de Cheveigné, Alain (1999年4月). 「ピッチ適応型時間周波数スムージングと瞬間周波数ベースF0抽出を用いた音声表現の再構築: 音における反復構造の考えられる役割」.音声コミュニケーション. 27 (3–4): 187–207. doi :10.1016/S0167-6393(98)00085-5.
- ^ ラデフォゲド、ピーター（2006）音声学講座（第5版） 、ボストン、マサチューセッツ州：トムソンワズワース、p。188。ISBN 1-4130-2079-8
- ^ ラデフォゲド、ピーター（2001）母音と子音：言語の音入門、マサチューセッツ州マルダーン：ブラックウェル、p。40。ISBN 0-631-21412-7
- ^ Deterding, David (1997)「標準的な南部イギリス英語の発音における単母音母音のフォルマント」、国際音声学協会誌、27、pp. 47–55。
- ^ ヘイワード、カトリーナ（2000）実験音声学、ハーロー、イギリス：ピアソン、p.149。ISBN 0-582-29137-2
- ^ Ladefoged, P. (1967).実験音声学の3つの領域. オックスフォード. p. 87.
- ^ ヘイワード、K. (2000).実験音声学. ロングマン. ISBN 0-582-29137-2。
- ^ Sundberg, J. (1974). 「「歌唱フォルマント」の調音解釈」アメリカ音響学会誌、55、838-844。
- ^ Bele, Irene Velsvik (2006年12月). 「話し手のフォルマント」. J. Voice . 20 (4): 555–578. doi :10.1016/j.jvoice.2005.07.001. PMID 16325374.
- ^ フリゼル、アンソニー (2007)。バリトン・ボイス。ボストン：ブランデン・ブックス。p. 84。ISBN 978-0-8283-2181-5。
- ^サンドバーグ、 ヨハン（1987）。歌声の科学。イリノイ州デカルブ：ノーザンイリノイ大学出版局。ISBN 0-87580-542-6。
外部リンク
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