Page Top  English Top  Collections        森の湯トップ  歌集トップ    2015/11/27 6:49:08

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

第4章 男声の特質とオーディオ再生について


  男声歌唱を再生する場合、どうせ男声は音が低いからそう高い性能はいらないと思っている方がいれば、それは大間違いです。 確かに男声は女声やバイオリンなどより音域が低いということになっています。 ところが、歌唱においては、男声は、アナウンサーなどの発声とはかなり違うのです。

  次にいくつかの問題点を掲げました。
1.男声の共鳴成分は基本波の5-10倍以上にわたる上、男声の低音域においては、その共鳴成分のピークのほうがずっと高い。
2.男声の低音は実音でない可能性が高く、実際に聴覚で認識しているのは、5-7倍波の合成されたビート(うなり)である可能性が高い。
3.男声では、3000Hz付近の声道共鳴が顕著で、基本波よりも高レベルである。
4. 男声の波形は、第一オクターブ領域であっても(C1-B1)4-7個に量子化されている。、胸郭共鳴や声道共鳴波長による。
5. 強いスパイク性ビブラートに加え短い短周期ビブラートがある。

 結論をいうと、女声は正弦波に近いため、アンプやスピーカーの周波数特性を重視すれば、あたらずとも遠からずです。 しかし、男声では、再生経路に必要な周波数帯域は、下は60Hzか100Hzくらいでいいが、上限は10000Hzは必要である。 ただし、増幅装置の周波数特性は、小信号(弱い音)や正弦波で測定されるため、参考くらいです。  

図ー1 女声ビブラートの合成
まずは、いきなり女声ソプラノのビブラートの合成実験です。 まず、880Hz A5 を発振させ(図A)、次のBに900Hzを重ね、最後に図Cにおいて、860Hzを重ね、中心周波数880Hzに対して20Hzだけプラスマイナスずれた3周波数混合とします。 その混合波形が、図Dです。 第2章冒頭で比較したように、ファジイさは別にすれば、ソプラノ歌手のビブラートのパターンが合成できたといえます。
 ここで、留意すべきは、880Hzに900Hzを重ねただけでは、波形を見ても聴いてみても、不協和音ですが、両側に、差分を配置すると(3元混合)、振幅変調型のパターンになってきますので、うなりというよりは、上下対象の”音量変化”として認識されるものと思われます。 ただし、ここでの合成は、さきに述べたファジイさの揺らぎがないため、機械的なソプラノ音響に聞こえます。



図ー2 男声の典型的低音発声の振幅波形
さて、次は男声ですが、実際は、男声のF2付近の音であっても、次の図-2のように、ひとつの大周期が7つ(周期が2+2+1+2=7)に分割され、その最初の2つのピークが高いですね。  このため、この波形を忠実に増幅し再生しようとすると音源の信号ライン上の振幅は測定上は低くでるとともに、実際は周波数が7倍も高い取り扱いが必要になるということです。 
 
この例では、F#2=93Hzですが、F2=88Hzになると、今度は8倍波が立ち上がってきますので、状況は同様です。 このことが引き起こす、男声ボーカルの録音についての問題は、第4章で詳しく述べます。 次の図-3に、この波形の周波数構成を示すスペクトルを示しました。 また、このほかに、波形特性によっては、サウンドレベルメーターの指示と信号ラインの実際の最大振幅が大きくずれることもあるし、音階移動の際に波形が変化し、時に110dB SPLを超えるような急激なスパイク的声量の増大が起こることがあるのも、大きな問題です。


 これらのことも頭にいれておかないと、スピーカーが追随できなかったり音が著しく歪んでしまいます。 これについては、また時間を見つけて説明します。


図ー3 男声の典型的低音発声の周波数スペクトラム
  次に、男性の典型的発声帯域のうちF#2(93Hz)での歌声の周波数分析のスペクトルを示します。
この サウンドスペクトルを見るとわかるように、 最低、F#2=93Hz の7倍=650Hz をピークとし、さらに13倍波まで裾野がひろがっていますので、一番低い部類のF#2であっても少なくとも80Hzから1500Hzまでの帯域幅が必要ということになります。  男声の中音域から高音域にかけては、声道共鳴が優勢となり、これは中心値が3000Hz前後だから、7000Hz以上の帯域が必要になってきます。 この男声の声道共鳴位置は、E7付近に該当し、第一バイオリンの甲高い響きよりも高く強く、オーケストラの音の”海”の中でも”火山島”のように突出して検地されます。   また、音程をあらわすはずの基本周波数(ここでは93Hz F#2)の強さが、5分の1くらいしかなく、人間の聴覚補正をすると(約ー20dB=10分の1)なので、7倍波にくらべて50分の1の強度となり、他の成分も多いことから、これではほとんど聞こえないレベルと思われます。 では人間はどうやって男性の低い声を認知しているかというと、5-8倍波のビートを取っているのではないかと思われます。 音程もその辺で認知しているのだと思われます。 実際、基本波を含め下の2,3本の周波数信号は、言語認識にほとんど影響しないことが知られています。  
左図に、D1からA#5にわたる男声広帯域歌声のスペクトル特性と振幅特性についての概要を表示しておきます。通常のレコーディングや再生で必要な帯域です。 第一章に女声や楽器との比較など詳しい説明があります。
 第1章 男声のサウンドスペクトラム的特質について

歌唱範囲をはるかに超える男性の広帯域での発声スペクトルの詳細については、第14章等(実音音源ファイル付き)などをご参照下さい。 

図ー4 男性の低音における歌声と普通の話声の比較
さて、冒頭でアナウンサーの声、すなわち話し声と歌声は違うと述べましたが、実例を挙げておきました。 左中のサウンドスペクトルでは、A側に男声歌唱の低音C2(65Hz)を、引き続いて同人が話した声のパターンをB側に示しました。 
その一部のスペクトルをBとCに示しました。 Bは、D1(73 Hz)で、Cは、話し言葉のうちここでは一番低いG2での解析を示しました。 これでわかるように、65Hz C2という限界に近い極低音であっても、2倍波の130Hzが1倍波の65Hzより高く、またやや下がりますが胸郭共鳴の1000Hz前後に大きなピークが見られます。 これは、実に15倍波にあたり、その”盛り返し”が特徴的で、スペクトルパターンとしては、中音域D3付近の全体が2オクターブ移動したのと似ていますね。要するに男性の典型的歌声のパターンです。 なお、Bにおいて、65Hzのピークの肩があるのは、上のサウンドスペクトルでもみられるように、環境ノイズですので無視してください。 一方で、話声Cの場合は、1倍波と2倍波が中心であるとともにビブラートがみられないことがわかります。
  ここに示したように、男声の極低音であっても胸郭共鳴が声道共鳴のような役割りをして基本波を超える高さになっていることと、D3あたりの共鳴点でみられるように2倍波の130Hzが高いことです。女声ソプラノの場合は、前章でも示したとおり、2倍波が高いので、そのパターンに似ていますが、14-15倍という極めて高次の倍数波が立ち上がっているのが特徴で、この極低音を忠実に再生する場合でも広い周波数帯域が必要であることがわかりますね。 基本波は歌声BのC2(65Hz)にくらべ、話声G2(101Hz)のほうが倍近く高いのに話し声のほうが主ピークが低いほうに偏在するので、歌声よりも低い周波数の再生能力が必要であることは意外だと思います。 
図ー5 ビブラートの実測と合成
 さらに中音域では、左図Aに示したように数ヘルツのゲジゲジのような長周期ビブラートによる振幅の増減が激しいから、増幅装置やスピーカーには、過渡特性、すなわちアンプの出力の立ち上がり立下りの性能が必要になってきます。 しっかり作られたスピーカーでないと、このビブラートによって振動が撹乱変調されてしまいます。 これは、パルスを増幅するのに要求される性能と似てきます。 
左の図ー5Aの実測は、男声が長時間(22秒間)、一定の音程でD4(309Hz)を発声した場合の振幅の様子を示しています。これでわかるように、スパイク状の強いビブラートが観測され、その間隔は約0.25秒(4Hz)です。 このスパイクの原因は、図2に示したように、分割された波形は均一な山の高さをもつのではなく、これらのうち一つか2つが特別に大きい信号となるからです。

 そこで、その発生原理を探索するため、770Hzの信号(図ー3Bの赤番号1)にプラスマイナス4Hzの信号を重ねる実験をしてみました。まず、770Hzに766Hzを重ねると(赤番号2)強い不協和音のパターンが発生します。次に774Hzを重ねる(赤番号3)と2の倍の周期の振幅変調的ビブラートのパターンが現れます。 さらに、660Hz (4)、550Hz (5)と重ねていくと、なんとなく上の図Aの実測ビブラートにそっくりになってきましたね。 6-9は、加えた逆順で周波数成分をはずしていった場合で、ふたたび不協和音的パターンへと戻っていってます。 この場合のビブラートの主周期は4Hzです。 この実験から、男性が発声する場合、声帯振動が数ヘルツの振幅変調波を発振していることがわかります。 これは、基本的には、そのビブラート周波数で振幅変化する中心周波数の信号として振舞いますので、アンプを含めた再生装置は、その搬送波である89Hzを増幅できればいいわけなので、アンプの低周波再生下限の20Hz-40Hzよりもかなり低くても、再生OKなわけです。  なんか手品みたいですね。
  
ディジタル記録および再生におけるビットレートと周波数特性


  このサイトでMP3を48kHzではなく44.1kHz 320bpsにしたのは、そのような男声の音源特性によるということがまずあります。  周波数のビット数より、振幅のビット数が高いほうが振幅記録に適しているからです。 過度特性は、簡単にいうとレベルAからBへの移動の早さと細かさであり、周波数軸より振幅軸が重要です。 録音自体は、192KHz 32ビットで行っている理由もそれであります。 周波数特性が192kHということではありません。  このサンプル数ならびに振幅ビットが少ないと細かい声の状態、特に細かいビブラートや子音を聞き逃してしまいます。 次に、録音レベルは、プリアンプの増幅率を低くした上で、できるだけ高くする、すなわち音源の大きさを確保する必要があるわけです。  これには、発声強度の確保がベストです。  一旦高密度にディジタルに変換されれば、振幅のことはたいてい自由になりますから。 それで、ちょっと聴いたところでは、CD品質とハイレゾの違いはあるのかと思いますが、男声では全然違います。 特に伴奏がないことが、言語としての認識に大きな影響が感知できるのです。 たとえば、可聴周波数以下のビブラートの響きとか特定の子音が違う言葉に聞こえたり聞こえなかったりが起こります。 ですから、科学的に聴覚も含めて声を解析しようと思ったら、周波数ではなく波形を忠実に録音、再生できることが必須なのです。 
  さらにやっかいな問題は、スピーカーです。 通常の会話や女声のソプラノなどでは、3000Hzくらいが一区切りなので、普通の中音用スピーカーか、ツイータ(高音用スピーカ)の組み合わせで問題ないんですが、それで男声を再生すると、高音部と低音部が違ったように聞こえることがあります。 このわけは、中音と高音の境目の3000 Hz付近に、男声では主たる音域である声道共鳴があります。 これが、2つのそれも取り付け位置の違うスピーカーによって上下に分断されてしまい、位相や振幅、定位が狂ってしまうために違う聞こえかた、あるいは別の声あるいは歪のような聞こえ方になると思われます。 これは、スピーカーシステムの周波数特性を見ていてもわかりません。 自分のは高性能で40-100kHまで再生するから間違いなというわけではないのです。 そこで、何が重要かというと、中音/低音用スピーカと高音用スピーカーの分担切り替え周波数、すなわちクロスオーバー特性と急激な変化をする男声ビブラートに追随する過度特性の高さです。 男声を再生しようと思ったら、6000Hzくらいにクロスオーバーを持つダンピング能力の高いスピーカーとメインアンプの組み合わせがベストでしょう。 もちろん、中音用で高性能なものなら一本でいけますので、それでもいいわけです。 男声の低音成分は強度も低く、無理して再生しようとは思わないほうがいいと思います。 増強しようとすると、逆に低音スピーカがびり付いたりして変になることがあります。 実際は数百Hzの隣接した倍音のビートで聴覚的に生成しますので、かなりのローボイスであっても、低音再生能力はそうはいらないということになります。 ロシア民謡の歌手などでは、A1など出すそうですが、それでも基本波としては55Hzです。
  それと、CD再生では速度の安定さが重要です。これでだいぶ音が違います。 安物だと、スピーカーからの長周期が数ヘルツの男声ビブラートでびり付いて音とびなど起こすことがありますl。 ところで、男声のこの強烈な自然ビブラートは、意外に子供が寝付くんですね。 私の子は、”父ちゃん”の子守歌で寝てました。 なんでかなと思っていたのですが、ある日、小型飛行機に子供と搭乗したところ、あのプロペラの風きりによるビブラートで、泣くどころか寝てしまったので、気がついたというわけです。  

 ちょっと難しい話になってしまいましたが、男性の歌声の再生と話声の再生では要求される装置の能力が異なることが理解できれば幸いです。 自然音源(人間の歌声も話声も(生物の)自然音源ですよ!)の”忠実な再生”には音源の特性を十分に考慮する必要がありどれにもあてはまるという常識はないということだと思います。
 
結局,世代交代して行き着いたところは、帯域の広さや安定性、スピーカーのクロスオーバー周波数(6-7kHz:小型)の仕様を重視して以下のような組み合わせになっています:

1.録音した音源分析やファイル作製:Onkyo製のGX77Mとサブウーハー併用(Pioneer)
2。試聴用(リスニングルーム): CRーN765(プリメイン)、C-N7050(プリアンプ+Pioneer A-D1);スピーカー:D-NFR9 (Onkyo)  注:スピーカはEXシリーズなどはクロスオーバーが2-3kHzくらいですので、男声の発声音域が2つに分断されて音声が”2重化”され、別人がいるようなあるいは歪のように聞こえることがあります。 

再生機器についてはこちらを見て下さい   
  1. 録音方法   歌集のレコーディング(録音)方法について  男声アカペラ歌唱再生に適した機器
  2. 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
    1. 第1章 男声のサウンドスペクトラム的特質について
    2.  第2章 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
    3. 第3章 男声の特質ーその2: 和声とビブラートについて
    4. 第4章 男声歌唱のオーディオ再生について
    5.  第5章 男声歌唱のレコーディングにおける留意点
    6. 第6章-歌唱発声における物理的・身体的要因-進化論的考察
    7. 第7章 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
    8. 第8章 男声歌唱のレコーディングにおける留意点-その3:最大音量
    9.  第9章 男声の特質ー低音限界発声について
    10.  第10章ー最大音量とスペクトルの歌唱言語による違い
    11  特別章ー男声の発する可聴周波数以下の超低音は聴こえるのか?
    12.  第12章 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 
    13.  第13章 声帯振動と非声帯振動の比較と歌声
    14.  第14章 男性の超広帯域発声ーバスとテノール声区の連結 14Bバスとテノール連結声区の声洞の物理サイズの計算 
  3. 自然界の音響
    1. 夏の森のセミの喧騒の中に浮かび上がる夏のウグイスの声ーForest acoustics
    2. 春のウグイスの声と森の音響空間
資料室-発声実験解説や音響実験データー理論的考察の解説

      超低音 超低音男性の発する可聴周波数以下の超低音は聴こえるのか?男性の発する可聴周波数以下の超低音は聴こえるのか?
      超低音共鳴ー超低音共鳴男性の超低音発声における周波数解析パターンと身体共鳴の遷移転換男性の超低音発声における周波数解析パターンと身体共鳴の遷移転換
      極低音の共鳴ー男性の発する低音から可聴周波数以下の極低音の共鳴構造男性の発する低音から可聴周波数以下の極低音の共鳴構造
      男性の声区声区よさらば!ー男性歌声の自然な声量とオクターブおよび男性声区との関係声区よさらば!ー男性歌声の自然な声量とオクターブおよび男性声区との関係
      その1-男性の歌声の量子化現象についてー音程と倍数波ーその1男性の歌声の量子化現象についてー音程と倍数波ーその1
      量子化現象その2ー男性の発声の量子化現象についてー音程と倍数波ーベートーベンのトリック男性の発声の量子化現象についてー音程と倍数波ーベートーベンのトリック
      歌声と話し声ーその1-歌声はどこに響いて発生するのかー声洞共鳴の存在について歌声と話し声ーその1-歌声はどこに響いて発生するのかー声洞共鳴の存在について
      声道共鳴と声洞共鳴ー声道と声洞はどう違うのか? 声道と声洞はどう違うのか?
      音程と倍数波音程と倍数波ーその2: 男声における音階と倍数波との和合性と不和合性 音程と倍数波ーその2: 男声における音階と倍数波との和合性と不和合性
      音楽PTSDー音階に関する議論での不足点と音楽PTSDとベートーベンの感性音階に関する議論での不足点と音楽PTSDとベートーベンの感性

ページトップへ         森の湯トップ   歌集トップ