発声はっせい

音声おんせい学がくにおける発声はっせい（はっせい、英えい: phonation）は、声帯せいたいが肺はいからの気流きりゅうを振動しんどうさせ音波おんぱを発生はっせいさせる作用さようである。

喉頭こうとうには粘膜ねんまくで覆おおわれ内部ないぶに筋すじ組織そしきを持もつ両側りょうがわに存在そんざいする1対ついの声帯せいたいと呼よばれる襞ひだ（ひだ）がある。声帯せいたいは内うち喉頭こうとう筋すじなどの働はたらきで、内うち転てん、外そと転てんをさせることができ、声帯せいたいの後部こうぶは左右さゆう1対ついの披裂軟骨なんこつに接続せつぞくする。両側りょうがわの声帯せいたい間あいだの間隙かんげきを声門せいもんという。音声おんせい学がくにおける発声はっせいのタイプは、発声はっせい時じの声門せいもんの状態じょうたいに関連かんれんして分類ぶんるいされる。

仕組しくみ[ソースを編集へんしゅう]

肺はいから押おし出だされる空気くうきが声こえ道どうを通過つうかする際さい、普段ふだんは開ひらいている声帯せいたいが狭せばまることにより、通過つうかする空気くうきが振動しんどうされ、「三角さんかく間隙かんげき鋸歯きょし状じょう波は」というブザーのような「声帯せいたいの基本きほん振動しんどう音おん」になる。この時点じてんでの音おとは声こえと認識にんしきできるものではない。声こえ道どう（口腔こうくう・鼻腔びこう）を変化へんかさせ共鳴きょうめい音おんを作つくり出だし（調音ちょうおん）てこの原音げんおんの音色ねいろを変化へんかさせ、口くちや鼻はなから放射ほうしゃさせることにより声こえとなる^[1]。

声こえの音源おんげんは「声帯せいたい音源おんげん」「乱らん流りゅう音源おんげん」「破裂はれつ音源おんげん」に分類ぶんるいされる^[2]。

「声帯せいたい音源おんげん」声帯せいたい通過つうか時じにおこるブザーのような基本きほん振動しんどう音おん（層そう流りゅう）
「乱らん流りゅう音源おんげん」層そう流りゅうが歯茎はぐき・舌した・口唇こうしん・歯はなどにより作つくられる空間くうかんを通過つうかする際さいに乱みだれ流りゅうとなる。
「破裂はれつ音源おんげん」口唇こうしんや舌したなどで流ながれを止とめた後のちに放出ほうしゅつすることにより破裂はれつ的てきな音おととなる。

「声こえ道どう#声こえ道どうと音色ねいろ」も参照さんしょう

開閉かいへいを繰くり返かえす声門せいもんについて、1周期しゅうきに含ふくまれる声門せいもん開放かいほう期きの割合わりあいは open quotient (O_q) と定義ていぎされる^[3]^[4]^[5]。

喉頭こうとう原音げんおん[ソースを編集へんしゅう]

発声はっせい時じ、呼気こき流りゅうと声帯せいたい振動しんどうの相互そうご作用さようにより生しょうじる音波おんぱを喉頭こうとう原音げんおん（こうとうげんおん、英えい: glottal sound）という^[6]^[7]。喉頭こうとう原音げんおんは直接ちょくせつ計測けいそくできないが、喉頭こうとう原音げんおんの波形はけいモデルがさまざま存在そんざいする^[8]。

声門せいもんの広ひろさは声帯せいたいの振動しんどうにより拡縮を繰くり返かえすため、声門せいもんを通過つうかする気流きりゅうの体積たいせきは時間じかん変化へんかする。この気流きりゅうの体積たいせき速度そくどを声門せいもん体積たいせき速度そくど（英えい: glottal volume velocity）という^[9]。この声門せいもん体積たいせき速度そくどはのこぎり波はに類似るいじした変化へんかを示しめす^[10]。喉頭こうとう原音げんおんが声門せいもん体積たいせき速度そくどに比例ひれいしている場合ばあい、喉頭こうとう原音げんおんは時間じかん領域りょういきでのこぎり波は状じょう、すなわち周波数しゅうはすう領域りょういきで倍音ばいおん構造こうぞうになる^[11]。

習得しゅうとく[ソースを編集へんしゅう]

新生児しんせいじは生うまれてすぐに音おとを発生はっせいさせる（泣なく）ことは出来できるが、言葉ことばとして発声はっせい出来できるようになるには身体しんたい的てきな声こえ道どうの発達はったつとともに、聴覚ちょうかくや知能ちのうの発達はったつとそれに伴ともなう発声はっせい技術ぎじゅつの習得しゅうとくが必要ひつようとなる。新生児しんせいじは1歳さい頃ごろまでは泣なき・笑わらい・叫さけびなどの反射はんしゃ的てき発声はっせいに始はじまり、赤あかちゃん言葉ことばである喃語なんご（なんご）の発声はっせいに留とまる^[12]。この期間きかんは「前ぜん言語げんご期き（pre-verbal period）」と呼よばれる。この前ぜん言語げんご期きにおける発達はったつ過程かていは完全かんぜんには解明かいめいされておらず、研究けんきゅう者しゃにより異ことなった分析ぶんせき・分類ぶんるいがされている。代表だいひょう的てきな分類ぶんるいにはOller DKやStark REのものがある^[13]。

習得しゅうとく過程かていの分類ぶんるい例れい[ソースを編集へんしゅう]

Stark REによる分類ぶんるい 1980年ねん（他たの研究けんきゅう者しゃは異ことなった定義ていぎで異ことなった時期じきに分類ぶんるいしている）^[13]

0-1か月げつ反射はんしゃ的てき発声はっせい
1-3か月げつ『クーイング期き』と呼よばれる時期じきで、機嫌きげんが良よい時ときには喉のどの奥おくをクーと鳴ならすような独特どくとくの発声はっせいと笑わらい
4-8か月げつ声ごえ遊あそび期き、離乳りにゅう期きにもあたり、咽頭いんとう部ぶが発達はったつして空間くうかんが広ひろくなってきて、喉のどで音おとを共鳴きょうめいさせて出だすことができるようになり、舌したや唇くちびるの動うごきも発達はったつする。この時期じきに規準きじゅんの音おとの発声はっせいを習得しゅうとくする。
8-10か月げつ反復はんぷくする音おと「マ・マ、ダ・ダ、カ・カなど」
10-12か月げつ単語たんご『有ゆう意味いみ語ご』の発声はっせいが始はじまる

種類しゅるい[ソースを編集へんしゅう]

発声はっせいは声帯せいたい振動しんどうの有無うむにより以下いかの2種類しゅるいに分類ぶんるいされる。

有声音ゆうせいおん: 声帯せいたい同士どうしが接近せっきんし声門せいもんを狭せばまり、呼気こきにより励起れいきされた声帯せいたいが周期しゅうき的てきに振動しんどうして発はっされる音おと
無声音むせいおん: 声帯せいたい同士どうしが開ひらき声門せいもんが広ひろがり、呼気こきがそのまま通過つうかして乱らん流りゅう雑音ざつおんのみが発はっされる音おと

また声帯せいたい振動しんどうの様式ようしきにより次つぎのようにも区分くぶんされる（声こえ区く）。上うえの区分くぶんほど息いきが漏もれ（閉鎖へいさが短みじかい/無ない、O_q 大だい）、下したほど閉鎖へいさが長ながくなる。

表ひょう. 声こえ区くと開閉かいへい様式ようしき
名称めいしょう	英名えいめい	声門せいもん（×:閉鎖へいさ, △:開閉かいへい, ○: 開放かいほう）
名称めいしょう	英名えいめい	声帯せいたい声門せいもん	軟骨なんこつ声門せいもん
ささやき声ごえ	whispering	×	○
息いきもれ声ごえ	breathy voice/falsetto	△	○^[14]
地声じごえ	modal voice	△	△
きしみ声ごえ	creaky voice/vocal fly	△	×

発声はっせいの違ちがいは声門せいもん開閉かいへいの違ちがいであるため、声門せいもん体積たいせき速度そくども発声はっせい方法ほうほうごとに異ことなる。そのため音波おんぱに含ふくまれる倍音ばいおん成分せいぶんに影響えいきょうを与あたえ、結果けっかとして声こえの音色ねいろに影響えいきょうを及およぼす。息いきもれ声ごえ（ファルセット）では声門せいもんの一部いちぶが開放かいほうされたままになり^[14]、有声音ゆうせいおんと無声音むせいおんが同時どうじに発声はっせいされる。

モデル[ソースを編集へんしゅう]

音声おんせい分析ぶんせき・音声おんせい合成ごうせいにおいて、発声はっせいは様々さまざまな形かたちでモデル化かされる。声門せいもん体積たいせき速度そくど $u_{g}(t)$ あるいはその微分びぶん波形はけいをモデル化かする場合ばあいが多おおい。

単位たんいインパルス列ぱるすれつ[ソースを編集へんしゅう]

単位たんいインパルス列ぱるすれつモデルは時間じかん領域りょういきのデルタ関数かんすう列れつで表現ひょうげんされた調しらべ波は構造こうぞうによる音源おんげんモデルである。音源おんげんが調しらべ波は構造こうぞう (harmonics) をもち全あきら倍音ばいおん成分せいぶんが同おなじ振幅しんぷくを持もつものとしてモデル化かされている（∞次じまでの和わがインパルス列ぱるすれつ、下図したず参考さんこう）。

線形せんけい予測よそく符号ふごう（LPC）をはじめとしたソース・フィルタモデルでよく利用りようされる^[15]。線形せんけいフィルタはインパルス応答おうとうで表現ひょうげんできるため、単位たんいインパルス励起れいきを採用さいようすれば時間じかん領域りょういきのピッチ同期どうきインパルス応答おうとう重畳ちょうじょうで音声おんせいを生成せいせいできる。なお、声門せいもん体積たいせき流りゅうの波形はけいに由来ゆらいする調しらべ波は構造こうぞうは単位たんいインパルスで表現ひょうげんされず、声こえ道どう特性とくせいとともにフィルタとして表現ひょうげんされる^[16]。

Rosenbergモデル[ソースを編集へんしゅう]

Rosenbergモデルは声門せいもん体積たいせき流りゅうの時間じかん波形はけいモデルである (Rosenberg, 1970)^[17]。 O_q で特徴とくちょうづけられる3次じの多項式たこうしきおよびゼロで構成こうせいされ、基本きほん周波数しゅうはすうで正規せいき化かされた時刻じこく $t$ を用もちいて次つぎの式しきで表あらわされる。

$g(t)={\begin{cases}t^{2}(O_{q}-t),&{\text{if }}0<t<O_{q}\\0,&{\text{if }}O_{q}<t<1\end{cases}}$

開ひらけ大だい開始かいし時じは連続れんぞくで閉鎖へいさ時じには不連続ふれんぞく性せいをもつ。流量りゅうりょうが最大さいだいになるのは $2O_{q}/3$ となる。逆ぎゃくフィルタで推定すいていされた声門せいもん音源おんげんによくフィットする関数かんすうとして提唱ていしょうされた^[18]。

Lijencrants-Fantモデル[ソースを編集へんしゅう]

Lijencrants-Fantモデル（LF-model^[19]）は4つのパラメータを用もちいた微分びぶん声門せいもん体積たいせき流りゅう ${\partial u_{g} \over \partial t}$ のモデルである^[20]。F-modelの派生はせい型がたである^[21]。

Rosenberg-Klattモデル[ソースを編集へんしゅう]

Rosenberg-Klattモデル（RK model）は多項式たこうしきによる微分びぶん声門せいもん体積たいせき流りゅう ${\partial u_{g} \over \partial t}$ のモデルである^[22]。

脚注きゃくちゅう[ソースを編集へんしゅう]

[脚注きゃくちゅうの使つかい方かた]

^ 「声紋せいもんとは？」日本にっぽん音響おんきょう研究所けんきゅうじょ、閲覧えつらん2012-8-25
^ 法ほう科学かがく鑑定かんてい研究所けんきゅうじょ「音声おんせいの個人こじん性せい」閲覧えつらん2012-8-25
^ O_qは様々さまざまな方法ほうほうで測定そくていされ、それぞれバイアスがある. 画像がぞう診断しんだん系けい ${\overline {O_{q}^{edge}}}$ : 声門せいもん辺べを区画くかく化かして各部かくぶ開閉かいへいの平均へいきん値ち. ${\overline {O_{q}^{edge}}}^{+}$ : 常時じょうじ閉鎖へいさしてる区画くかくを除のぞいた ${\overline {O_{q}^{edge}}}$ . $O_{q}^{A0}$ : 開口かいこう部ぶが存在そんざいすればOpen判定はんていとするO_q. $O_{q}^{A50}$ : 全長ぜんちょう中ちゅう50%区画くかくの開口かいこうでOpenとするO_q. OT-50: 開口かいこう度ど50%を開口かいこう判定はんていとするO_q. $O_{q}^{dA}$ : 時間じかん一いち次じ微分びぶんの正負せいふピークで開閉かいへい判定はんてい. $O_{q}^{K(x)}$ : x=anterior/mid/posterior線区せんくのみでの O_q. $O_{q}^{MLK}$ : $O_{q}^{K(x)}$ 5本ほんの平均へいきん. multiline kymography. 電磁気でんじき系けい $O_{q}^{dEEG}$ : 電極でんきょく変位へんいの一いち次じ微分びぶん正負せいふピークで開閉かいへい判定はんてい. $O_{q}^{CQ}$ : EEG閾値越こえをContact Quotientとした差分さぶん. 音声おんせい系けい $H1^{*}-H2^{*}$ : フォルマント補正ほせいしたf_o強度きょうど/2f_o強度きょうど差さ Yokonishi, et al. (2015). Relationship of Various Open Quotients With Acoustic Property, Phonation Types, Fundamental Frequency, and Intensity.
^ "O. Q. = Fraction of Cycle During Which Glottis Is Open / Duration of Entire Cycle" R TIMCKE, et al. (1958). Laryngeal vibrations: measurements of the glottic wave. I. The normal vibratory cycle.
^ "characteristics of vocal-fold vibratory movement ... In this context, the open quotient Oq is a glottal source parameter ... It is defined as the ratio of the glottal open time over the fundamental period." Nathalie Henrich. (2005). Glottal open quotient in singing: Measurements and correlation with laryngeal mechanisms, vocal intensity, and fundamental frequency.
^ ソース・フィルタモデルにおける「ソース」に相当そうとう.
^ "肺はいから送おくられてくる呼気こきが、喉頭こうとうにある左右さゆう1対ついのひだである声帯せいたい（vocal folds）を振動しんどうさせると、喉頭こうとう原音げんおん (glottal sound) が発はっせられます。" Arai Laboratory. 発声はっせい. 上智大学じょうちだいがく.
^ "喉頭こうとう原音げんおんだけを直接ちょくせつ聞きくことはできませんが、様々さまざまな研究けんきゅうによって喉頭こうとう原音げんおんに関かんするモデルが提案ていあんされています。" Arai Laboratory. 発声はっせい. 上智大学じょうちだいがく.
^ "声門せいもんを通過つうかする気流きりゅうの体積たいせき速度そくどである声門せいもん体積たいせき速度そくど（glottal volume velocity）" Arai Laboratory. 発声はっせい. 上智大学じょうちだいがく.
^ "非対称ひたいしょうの三角波さんかくなみが間隔かんかくを開あけて並ならんでいるような時間じかん波形はけいになります。その形状けいじょうの特徴とくちょうとして、開ひらくときは声門せいもんを流ながれる気流きりゅうは緩ゆるやかに増加ぞうかし、声門せいもんが閉とじるときは急激きゅうげきに減少げんしょうすることがあげられます。" Arai Laboratory. 発声はっせい. 上智大学じょうちだいがく.
^ "気流きりゅうが急激きゅうげきに遮断しゃだんされることで時間じかん波形はけいに「鋭するどい角かく」が生うまれ、高たかい周波数しゅうはすうにも豊ゆたかな倍音ばいおん成分せいぶんを持もつことにつながります。" Arai Laboratory. 発声はっせい. 上智大学じょうちだいがく.
^ 「赤あかちゃんの言葉ことばの発達はったつと前ぜん言語げんご期きの音声おんせい・喃語なんご」閲覧えつらん2012-8-26
^ ^a ^b 柳田やなぎだ早織さおり, 今井いまい智子さとこ, 榊原さかきばら健けん一いちほか、「【原著げんちょ】前ぜん言語げんご期きの音声おんせい発達はったつ」『音声おんせい言語げんご医学いがく』 2011年ねん 52巻かん 1号ごう p.1-8, doi:10.5112/jjlp.52.1
^ ^a ^b Table 1 of Yokonishi, et al. (2015). Relationship of Various Open Quotients With Acoustic Property, Phonation Types, Fundamental Frequency, and Intensity.
^ "LPC分析ぶんせき法ほうでは, 白色はくしょく雑音ざつおんあるいは単一たんいつインパルスを入力にゅうりょくとした全ぜん極きょく型がた声こえ道どうフィルタの応答おうとうを音声おんせい信号しんごうとして考かんがえる." 高だか橋きょう. (2018). 音域おんいきが広ひろい歌声うたごえの声帯せいたい音源おんげん波形はけいと声こえ道どう形状けいじょうの推定すいていに関かんする研究けんきゅう.
^ "声帯せいたい音源おんげんのスペクトル特性とくせいと声こえ道どうの周波数しゅうはすう伝達でんたつ特性とくせいを区別くべつできず, 音源おんげんと声こえ道どうフィルタ特性とくせいは全ぜん極きょく型がたARフィルタにまとめて表あらわされる." 高だか橋きょう. (2018). 音域おんいきが広ひろい歌声うたごえの声帯せいたい音源おんげん波形はけいと声こえ道どう形状けいじょうの推定すいていに関かんする研究けんきゅう.
^ Rosenberg. (1970). Effect of Glottal Pulse Shape on the Quality of Natural Vowels. The Journal of the Acoustical Society of America. p.586.
^ "the basic difference between pulse shapes is the number and location of slope discontinuities." Rosenberg. (1970). Effect of Glottal Pulse Shape on the Quality of Natural Vowels. The Journal of the Acoustical Society of America. p.586.
^ "It is referred to as the LF-model." Fant, et al. (1985). A four-parameter model of glottal flow.
^ Fant, et al. (1985). A four-parameter model of glottal flow.
^ Fant, G. (1979). Glottal source and excitation analysis.
^ Klatt & Klatt. (1990). Analysis, synthesis, and perception of voice quality variations among female and male talkers.