2015 Fiscal Year Research-status Report
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15K00263
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| Research Institution | National Institute of Information and Communications Technology |
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Principal Investigator |
竹本 浩典 国立研究開発法人情報通信研究機構, ユニバーサルコミュニケーション研究所 多感覚・評価研究室, 研究員 (40374102)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ビブラート / 音声生成 / 発声器官 / 歌声 / MRI動画 / 時間領域差分法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は，プロとしての活動経験の豊かなオペラ歌手（熟練者）3名と，音楽大学の声楽科を卒業して間がなく，プロとしての活動経験がほとんどない歌手（非熟練者）2名を被験者として，歌唱中の発話器官の振動をMRI動画で観測した。また，撮像中の歌声も同時に録音して基本周波数（F0）の変動を分析した。その結果，熟練者では音高が上昇すると発声器官の振動が大きくなり，F0の変動も大きくなった。一方，非熟練者では音高によらずビブラートによる発声器官の振動は小さく，F0の変動も小さかった。
次に，熟練者のMRI動画を用いて，ビブラートによる発声器官の振動パタンを解析した。その結果，どの被験者でも，喉頭は上下に，舌根部は前下－後上に，咽頭壁は前後に振動していた。しかし，舌の振動方向は，被験者によってそれぞれ異なっていた。これらの結果は，ビブラート生成時には，従来言われていた輪状甲状筋と甲状披裂筋だけでなく，中・下咽頭収縮筋，特に下咽頭収縮筋の甲状咽頭部も活動していることを示唆している。
また，ハミングではビブラートがかかりにくいという被験者の内観報告に基づき，鼻腔・副鼻腔の音響特性の解析も試みた。鼻腔・副鼻腔の3次元形状はコーンビームCTで計測した画像から機械学習で抽出し，その音響特性は時間領域差分法で解析した。その結果，鼻腔・副鼻腔の音響特性は，声門を閉鎖端，外鼻孔を解放端とする片側閉管に副鼻腔が分岐管として接続した系で近似できるが，これに微細な構造を持つ篩骨洞が複雑な影響を与えていることが明らかになった。そのため，鼻腔・副鼻腔の伝達関数は非常に複雑となる。しかも，共鳴周波数を変化させることができる可動部分が少ないため，歌手が通常行っているフォルマント同調が困難であることが予想される。これらの要因により，ハミングではビブラートがかかりにくい可能性があることが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
2つの点で当初計画したよりも研究が進展した。第1に，初年度でビブラート生成時における発声器官の振動に関与する筋肉を推定することができた点である。当初の予定では，2年目に予定していた発声器官の振動の位相とF0変動の位相との比較検討を踏まえて，最終年度に解剖学的な知見に基づき推定することになっていた。しかし，ビブラートに伴う振動の部位と方向を予期していたより詳細に解析できたため，初年度で推定まで行うことができた。
第2に，鼻腔・副鼻腔の音響特性を解析できた点である。当初の計画では，鼻腔・副鼻腔の音響解析は予定されていなかった。しかし，MRIの実験時に被験者からハミングではビブラートがかかりにくいという内観報告を受け，その原因を追究するために鼻腔・副鼻腔の音響解析に取り組んだ。そして，予期していなかった知見を得ることができた。
よって，当初の計画以上に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27 年度に特定した発声器官の振動部位に位置センサを置き，位置センサの変動とF0の変動との対応関係を検討する。これに基づき，ビブラート生成時に活動していることが推定された中・下咽頭収縮筋がF0の変動にどのような影響を与えているか検討する。
被験者は，基本的に前年度にMRI 実験に参加した者とする。ビブラートにともなって振動していた舌の部位に位置センサを置き，口元にマイクロホンを設置する。位置センサは，NDI 社製のWave System のものを予定している。Wave System は，調音運動の観測に世界中で広く用いられている磁気センサシステムの一種で，20×20×8 cm のフィールド・ジェネレータと呼ばれる磁場発生装置の近傍の50×50×50 cm の空間内におけるセンサの位置を，0.6 mm の精度で計測することができる。位置センサのサンプリング周波数は最高で400 Hであり，ビブラートの速度5 Hzに対して十分大きい。位置センサの大きさは3×3×2 mm，位置センサから延びるワイヤは直径0.10 mm であり，位置センサを設置して発声しても違和感はほとんどない。発声タスクはMRI と同じ条件（母音・音高）とする。位置センサの変位と音声は，同期して記録することが可能である。そこで，位置センサの変位から，発声器官の振動の方向と周期や位相を計算し，録音した音声からF0 の変化パタンを抽出してビブラートの周期や位相を計算する。これにより，発声器官の振動とF0 の変化との関係を明らかにし，中・下咽頭収縮筋のF0に与える影響を考察する。
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| Causes of Carryover |
鼻腔の音響解析の結果を発表するために参加した音声研究会は，当初は2日間にわたり開催される予定であった。しかし，発表件数が少なく1日開催となったため，宿泊費などが余って次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額は，次年度予算と合算して，MRI画像を処理するための高解像度液晶ディスプレイの購入に充てる。
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