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男声の特質シリーズ第(男声のサウンドスペクトラム的特質について 男声の特質ーその1; ビブラートの性質と倍数波による重層的和音と現代音階の不協和音について その2: 和声とビブラートについて 男声歌唱のオーディオ再生について 男声歌唱のレコーディングにおける留意点 歌唱発声における物理的・身体的要因-進化論的考察 音階移動速度と身体の共鳴空間および部屋の残響時間の関係 男声歌唱のレコーディングにおける留意点-その2:最大音量 男性の低音限界発声について 男性の最大声量とスペクトルの歌唱言語による違い 11 男性の身体共鳴周波数と共振支配による発声波形の量子化と声量の関係の解析   声帯振動と非声帯振動の比較と歌声 男性の超広帯域発声ーバスとテノール声区の連結 バスとテノール連結声区の声洞の物理サイズの計算)章

声帯の振動の起源  可聴周波数帯域外への挑戦-男声の周波数特性と倍音のマジック

この章では、声帯音源と非声帯音源のうち、声帯音源に近い音源と遠い音源を比較することによって、声帯音源の振動起源を考察します。 ここで、声帯は膜状の表皮組織であることから、皮膚に近いと考え、指の皮膚の振動を非共鳴モデルとして使い、一方で自由振動モデルとしてピアノの弦振動を取り上げています。 中間的なものとして、共鳴はほとんど持たないが、リードに息を吹き込むタイプの楽器(音階は変えられないが)の振動とも比較しました。 これらの振動においては、ショートホルンが強く吹かなければ音が出ず、強度調整が事実上不可能なため、他の音源についても強い振動を誘起させた場合で比較してあります。

図-1 非声帯音源と声帯音源の比較-リアルタイムサウンドスペクトル

音源MP3  Flac 

非声帯音源と声帯音源の比較-リアルタイムサウンドスペクトル図-1の上は、振幅(135dB SPL フルスケール)各種音源(A-E)の振幅を示します:A, ショートホルン; B、歌声(E5); C、指の皮膚; D、ピアノ単音(D5); E、叫び声。

図-1の下は、各種音源(A-E)のリアルタイムサウンドスペクトル:A, ショートホルン; B、歌声(E5); C、指の皮膚; D、ピアノ単音(D5); E、叫び声。

  歌声の発声においては、ショートホルンと同程度になるような息の送り強さで発声しています。 D5のつもりでしたが、D#5に近いE5(646Hz)になっています。 叫び声については全力での発声になります。 音階は頂点が864Hz A5です。  AとBの間に示してある両矢印(赤)はVDR1に相当する周波数の位置を示します。

 図-2 非声帯音源と声帯音源の比較 

音源MP3  Flac

非声帯音源と声帯音源の比較A. ショートホルン

強く吹かないと音がでないので(クラリネットににている)、この強さになります: 130dB SPL。  基本波の周波数はD5です。

B. 歌声

声帯にわずかに痛みを感じるほぼ最大発声した場合の歌声で、ビブラートはちゃんとかかって安定しています。 646Hz E5, 126dB SPL 1倍波が最大で,2倍と4倍波が強く、共鳴点(BR1)近いことを示します。2倍波(1290Hz) は、BR2に、4倍波は2576HzでVDR1にはまります。 3倍波は、梨状陥没によると思われる共鳴抑圧作用で下がっています。

C. 指の皮膚

 人差し指と中指をくっつけて、そのつけた根元あたりに口をあてて息を強くふいて指の皮膚を振動させ、音を出しています。 皮膚振動により、声帯ににた振動を起こしているのがわかります。 音源を聞くと、”う”の母音に聴こえますが、共鳴調節ができないので、変化させることは難しいです。 Aのショートホルンに似ています。

D. ピアノ単弦

ショートホルンや歌声と同じD5のピアノの単弦音です。 打音は短く、ほとんどが弦の残響での発振です。

E. 叫び声です。

 最大音圧レベルは130dBSPLで、発声時間は、0.2秒と緩和音が0.2秒の合計0.4秒くらいです。ショートホルンより大きい音圧をしめしています。 図ー1の振幅チャートEのように、降下時に再度音圧の復活が観察されます。 

 図-2Eにおいて、図-1Eの振幅チャートには、2回の極大が記録されています。冒頭の1回目の声量極大は1倍波の共振と見られますが、この後のほうの声量極大は、 声帯の緊張緩和にともなう周波数逓減過程で周波数降下中に2倍波がBR1による共鳴点に達したため2倍波が共振を起こした結果と思われます。 同一人物による息の最大の吹き込みによる音源の比較になりますので、声帯の音源効率はショートホルンより高いことをうかがわせます。 この図には音源ファイルがあります:MP3  Flac(192kHz 24bits: HiRes)。 さらに、波形がほぼ対象であって、ショートホルンと同様な発生源であるにもかかわらず直流的成分が少ないことを示しており、口頭から発声されるまでに伝達関数が共鳴や咽頭などの構造あるいは声門閉鎖により調節されている結果であろうと思われます。

   図-2Cの指の皮膚の振動で、注目すべきは、倍数波がきちっとでていることです。 これは、振動形態が両端固定型の自由振動の結果とみなしていいと思います。 同様な振動の倍数性は共鳴空間を通過した声にも明確に存在するため、この正確な倍数波は声帯振動の固定膜振動様式による倍数波であると考えていいですね。 ここで、ピアノの音源D.では、一見同じような振動に見えますが、ほとんどが弦の自由振動による残響で構成されています。 一方で、声帯振動には、指の皮膚振動と同じく、残響はほとんどみられないため、声洞などの共鳴空間の伝達関数的プロセスによる波長の選択的強調が重要な部分を占めると思われます。 要するに、声帯にしろ、指の皮膚にしろ、振動の駆動をやめると(息の送りをやめると)すぐに振動が消滅するきわめてダンピングファクターの高い振動様式であるところが、大部分が残響で構成されるピアノを初めとした弦楽器とは伝達関数的には根本的に異なります。 たとえていえば、人間の声の場合は、コイルとコンデンサによる共鳴関数はごく一部にすぎず、大部分は抵抗とコンデンサによる伝達関数によって量子数や声量がコントロールされていると考えられるわけです。 実際、BR1やVDRの周波数においては、詳細に分析すると残響は存在するようです。 これが、身体共鳴点での声の切れの低下や制御が難しくなる原因のひとつと思われます。 こういった観察は、ホールのような残響のある空間での歌唱や振動質量の大きいあるいはダンピングの悪いマイク、たとえば電磁型のマイクロフォンなどでは明確に区別は困難です。 詳細については、また時間をみつけて書きます。

 声帯の自由振動周波数の測定声帯の自由振動周波数の測定

図-3. 男声超低周波数における間歇振動における声帯の振動波

<font SIZE="+2"><b>男声超低周波数における間歇振動における声帯の振動波</b></font>

 この図ー3は、可聴周波数帯域外の発声にともなう間歇的な声帯振動です。 波長にすると0.1秒前後で周波数とすれば10Hz前後になります。 もっとも声帯が弛緩した状態での自由振動と言えるでしょう。 800Hz程度の声帯の減衰振動に該当します。 波形をさらに拡大して観察すると、825Hzの3倍の2500Hzくらいに相当する振動が重なっており、声洞共鳴VDR1の共鳴とみられます。  記録装置の周波数特性が、20Hz以下はカットされるため、正弦波成分は記録されておらず、規則的ですが、間歇的な声帯振動の微分波形ともいえます。

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