(57)【要約】【課題】抑揚、高低、強弱など人間と同じ表現能力を備えた声を人工的に発することが可能な発声装置及びこれに用いられる声帯駆動機構、口唇駆動機構、舌駆動機構を提供すること【解決手段】気体を流通可能な呼気通路５内に、声帯駆動機構と、舌駆動機構及び口唇駆動機構とを配設した発声装置において、声帯駆動機構は、一対の弾性部材により形成される声帯４３と、弾性部材の張力をそれぞれ調節可能な周波数調節手段と、一対の弾性部材を接離可能な有声音・無声音切換手段とを有し、舌駆動機構は、呼気通路５の断面積を調節可能な舌体１０と、呼気通路５と舌体１０の下部との間に形成される空間を埋める充填手段９１とを有し、口唇駆動機構は、スリット状の口唇２３を有する口部４と、口唇２３の両端を押引可能な口角押引手段と、口唇２３を開閉可能であると共に、押引可能な口唇制御手段とを設ける。【選択図】        図１
2004333655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体を流通可能な呼気通路内に、有声音・無声音を発生する声帯駆動機構と、前記声帯駆動機構により発生した音を調音する舌駆動機構及び口唇駆動機構とを配設した発声装置において、
前記声帯駆動機構は、内側に気体を流通可能な一対の弾性部材により形成される声帯と、前記弾性部材の張力をそれぞれ調節可能な周波数調節手段と、一対の前記弾性部材を接離可能な有声音・無声音切換手段とを有し、
前記舌駆動機構は、前記呼気通路の断面積を調節可能な舌体と、前記呼気通路と前記舌体の下部との間に形成される空間を、舌体の動きに合わせて埋める充填手段とを有し、
前記口唇駆動機構は、気体を流通可能なスリット状の口唇を有する口部と、前記口唇の両端を押引可能な口角押引手段と、前記口唇を開閉可能であると共に、押引可能な口唇制御手段とを有することを特徴とする発声装置。
【請求項２】
前記呼気通路内の声帯駆動機構と舌駆動機構との間に、気体を流通可能な孔を有すると共に、口唇駆動機構側で反射・共鳴した音を、口唇駆動機構側に反射する反射手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の発声装置。
【請求項３】
内側に気体を流通可能な一対の弾性部材により形成される声帯と、前記弾性部材の張力をそれぞれ調節可能な周波数調節手段と、を有することを特徴とする声帯駆動機構。
【請求項４】
前記声帯駆動機構は、一対の前記弾性部材を接離可能な有声音・無声音切換手段を有することを特徴とする請求項３記載の声帯駆動機構。
【請求項５】
気体を流通可能な呼気通路内に設けられ、呼気通路の断面積を調節可能な舌駆動機構であって、
複数の支持部材を内部に配設される舌体と、前記支持部材に接続されるループ状のワイヤと、前記ワイヤが張設されるプーリと、前記プーリの回動方向と回動量を調節可能な駆動手段と、を有することを特徴とする舌駆動機構。
【請求項６】
前記呼気通路と前記舌体の下部との間に形成される空間を舌体の動きに合わせて埋める充填手段を有することを特徴とする請求項５記載の舌駆動機構。
【請求項７】
気体を流通可能なスリット状の口唇を有する口部と、前記口唇の両端を押引可能な口角押引手段とを有することを特徴とする口唇駆動機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、人間の発声動作を模擬して装置内部に配設された呼気通路に気体を流通することにより発声する発声装置及びこれに用いられる声帯駆動機構、口唇駆動機構、舌駆動機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から各種音声ガイドなどには、電子音声すなわち多数の発振器とそれらを足し合わせる加算器とからなる電子回路によって電子的に合成した音声が用いられてきたが、この電子音声は、声の強弱、高低、抑揚などの変化に欠けるため、人間的な発声には程遠いものであった。
【０００３】
そこで、人間と同じ発声のための諸器官、すなわち肺部、声帯駆動機構、舌体、唇部などを配置した装置により人工的に発声する研究が行われているが、未だ満足するものは完成していない。もし、このような発声装置を提供することができれば、抑揚、高低、強弱など人間と同じ表現能力を備えた声を人工的に発することが可能となるばかりか、このような装置の声帯駆動機構や舌体などとして、医療用の声帯や舌体などのデバイスを装着してその発声能力を評価することによりこれら各種人工器官の性能の向上を図ることができて望ましい。
【０００４】
また、かかる発声装置を提供することができれば、この装置をコンピュータ等にインプットしてその声道などをシミュレートすることにより、あらかじめ得られる音声を検証することができるので、各種デバイスの評価を事前に行うことができて発声装置を一層効果的に活用することができて望ましい。
【０００５】
従来、このような発声装置としては、気体を流通させることにより生じる振動の有無により「有声音」と「無声音」を生成する声帯駆動機構と、この声帯駆動機構を一端側に有し、口唇部、歯部、舌体部によって声帯駆動機構により生成された音の調音を行う呼気通路と、からなる発声装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３１１９７４号公報    （第２頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の発声装置においては、舌体部の下側（以下に舌下部という）に設けられた３自由度パンタグラフ機構を用いて、舌体部の形状を制御していたため、舌下部の空間を十分に閉鎖することができず、舌下部から音が漏れ易いという問題があった。また、舌体部を２点のみで支持していたため、人間の舌のような自然で多様な形状を形成することはできず、満足できる調音を実現するには至っていなかった。
【０００８】
これを解決するものとして本発明者らは、舌体部の下側に５個の支持部材を接着し、この支持部材をループ状のワイヤにより駆動させて舌体部の形状を制御すると共に、舌下部を完全に閉鎖するものを作製した。
【０００９】
しかしながら、この場合においても、舌下部に空間が生じるため、舌体部を形成するゴムを通して音が漏れると共に、この空間で共鳴した音が声道に入射し、声道の共鳴特性を不明瞭にしているという問題があった。また、舌体部に接着している支持部材が容易に剥がれるという問題があった。更に、舌体部の動きの自由度を５つに増加しても、人間の多様な舌形状を形成して人間の自然な声を実現するには至っておらず、例えばロボットに歌を歌わせることなどはできていなかった。
【００１０】
また、従来の声帯駆動機構は、声帯の基本周波数が１００〜１４０Ｈｚと範囲が狭いと共に、有声音と無声音との切換速度が遅いという問題があった。また、これを解決するものとして、声帯を構成する一対の柔軟性部材をモータで一方向にのみ回転させて巻き取るように構成した機構も考えられるが、この構成では、内側と外側の柔軟性部材の張力が異なる等の理由により、音の周波数が不安定となり自然な発話を妨げる原因となっていた。更に、この構成では、無声音発生のときに柔軟性部材の張力を緩めなければならず、声の高さ（ピッチ）を保ったままの有声音と無声音の切換が困難であった。
【００１１】
また、従来の発声装置は、母音の「う」のような口を丸め前に付き出すような円唇母音において、口唇の左右端の口角を突き出すことができなかった。
【００１２】
更に、従来の発声装置においては、声道での音声が声帯駆動機構の箱に入射し、反射・共鳴し、声道に達していたので、声道長さが声帯の箱内部の底部から口唇までと長くなり、その声帯の箱内部の形状が大きく音声生成に影響し、舌の形状変更による声道の共鳴特性が明瞭に現れない原因となっていた。
【００１３】
この発明は上記事情に鑑みなされたもので、抑揚、高低、強弱など人間と同じ表現能力を備えた声を人工的に発することが可能な発声装置及びこれに用いられる声帯駆動機構、口唇駆動機構、舌駆動機構を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の発声装置は、気体を流通可能な呼気通路内に、有声音・無声音を発生する声帯駆動機構と、前記声帯駆動機構により発生した音を調音する舌駆動機構及び口唇駆動機構とを配設した発声装置において、前記声帯駆動機構は、内側に気体を流通可能な一対の弾性部材により形成される声帯と、前記弾性部材の張力をそれぞれ調節可能な周波数調節手段と、一対の前記弾性部材を接離可能な有声音・無声音切換手段とを有し、前記舌駆動機構は、前記呼気通路の断面積を調節可能な舌体と、前記呼気通路と前記舌体の下部との間に形成される空間を、舌体の動きに合わせて埋める充填手段とを有し、前記口唇駆動機構は、気体を流通可能なスリット状の口唇を有する口部と、前記口唇の両端を押引可能な口角押引手段と、前記口唇を開閉可能であると共に、押引可能な口唇制御手段とを有することを特徴とするものである。
【００１５】
これにより、抑揚、高低、強弱など人間と同じ表現能力を備えた声を人工的に発することが可能となり、歌が歌えるなど人間のような発声を実現することができる。
【００１６】
本発明の請求項２記載の発声装置は、請求項１記載の発声装置を前提とし、前記呼気通路内の声帯駆動機構と舌駆動機構との間に、気体を流通可能な孔を有すると共に、口唇駆動機構側で反射・共鳴した音を、口唇駆動機構側に反射する反射手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１７】
これにより、呼気通路の口唇部側で反射・共鳴した音が声帯駆動機構に入射するのを防止することができるため、声道長さをその孔から口唇までとみなすことができ、舌形状の変化による声道の共鳴特性を明瞭に把握することができる。
【００１８】
本発明の請求項３記載の声帯駆動機構は、内側に気体を流通可能な一対の弾性部材により形成される声帯と、前記弾性部材の張力をそれぞれ調節可能な周波数調節手段と、を有することを特徴とするものである。
【００１９】
これにより、一対の弾性部材の両方に同じ張力を持たせることができるため、より安定した発声が可能である。また、非常に広い音域での発声が可能となる。
【００２０】
本発明の請求項４記載の声帯駆動機構は、請求項３記載の声帯駆動機構を前提とし、一対の前記弾性部材を接離可能な有声音・無声音切換手段を有することを特徴とするものである。
【００２１】
これにより、声帯の張力を保持したままでも有声音と無声音の切換ができるため、切換を素早く行うことができ、自然な発話を可能とすることができる。
【００２２】
本発明の請求項５記載の舌駆動機構は、気体を流通可能な呼気通路内に設けられ、呼気通路の断面積を調節可能な舌駆動機構であって、複数の支持部材を内部に配設される舌体と、前記支持部材に接続されるループ状のワイヤと、前記ワイヤが張設されるプーリと、前記プーリの回動方向と回動量を調節可能な駆動手段と、を有することを特徴とするものである。
【００２３】
これにより、支持部材が容易に剥がれることがなく、確実に舌体を調節することができる。
【００２４】
本発明の請求項６記載の舌駆動機構は、請求項５記載の舌駆動機構を前提とし、前記呼気通路と前記舌体の下部との間に形成される空間を舌体の形状や動きに合わせて埋める充填手段を有することを特徴とするものである。
【００２５】
これにより、声道の音響的境界が明確となり、舌体の形状の変化による声道の共鳴特性を明瞭とすることができる。
【００２６】
本発明の請求項７記載の口唇駆動機構は、気体を流通可能なスリット状の口唇を有する口部と、前記口唇の両端を押引可能な口角押引手段とを有することを特徴とするものである。
【００２７】
これにより、左右の口角を同期させて突き出すことができ、母音「う」のような口唇を丸め前に付き出すような円唇母音の発生を実現することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２９】
図１において、１は機械的に発声するロボット頭部であり、このロボット頭部１は、枠体２内に鼻腔３ａ，３ｂを有する鼻部３と、口部４から内部に連なる口腔部４Ａとで構成され、該口腔部４Ａは呼気通路５に連続して連通部６を介してロボット肺部７に連通している。鼻部３は図４に示すように鼻腔３ａ，３ｂを有し、また、呼気通路５は、鼻腔３ａ，３ｂへの開口部３ｃ直前で分岐しており、一方の分岐通路５ａが口部４に、また、他方の分岐通路５ｂが鼻腔３ａ，３ｂにそれぞれ通じている。
【００３０】
分岐通路５ａは、それぞれ呼気流通方向と交差する方向にＵ字形断面を形成する第１呼気通路形成体８と、第２呼気通路形成体９と、舌体１０とで構成される。これらの呼気通路５を形成する第１呼気通路形成体８及び第２呼気通路形成体９と、舌体１０は、人間に近い共鳴に近づけるため、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）などによる超低硬度ゴムからなり、アルミニウムで形成された金属基体１１の表面に貼着されている。このＥＰＤＭとしては、例えば、東京ゴム製品工業（株）製の超低硬度ゴムＴＰ０１０｛ショア硬さ：１Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）、引張強さ：６０〔ｋｇｆ／ｃｍ２〕、伸び：１１．８｝を用いることができる。舌体１０の厚さは、口腔部４Ａ内で舌体を駆動可能な大きさであればどのようなものでもよいが、例えば２ｍｍ〜１０ｍｍのものを用いることができる。特に本実施形態においては、舌体１０は、厚さ５ｍｍのものと３ｍｍのものを張り合わせて８ｍｍとし、舌先から歯部２１の先端部へと繋がる折り返し部分には２ｍｍのものを使用している。
【００３１】
また、呼気通路５の下端には、後述する声帯駆動機構１４を配置する固定枠１３が設けられており、該固定枠１３に舌体１０の一端が第１呼気通路形成体８及び第２呼気通路形成体９と対面して配置され、この舌体１０の他端は口部４側に配置された止め板１５に固着されている。また、呼気通路５の内部側では、声帯駆動機構１４に連通する連通部６を介してロボット肺部７が配設され、該ロボット肺部７は、空気の流入を行うが排気を阻止する逆止め弁１６を一端に配し、内部にピストン１８を配置したシリンダ１７と該シリンダ１７を上下する減速機を有しないアクチュエータを備えたＤＣサーボモータＭ１と、その位置を検出するエンコーダＥＣ１とで構成される。また、口唇２３及び歯部２１が開口している状態においては、呼気通路５に連通する声帯駆動機構１４の開口部から空気を吸入可能となっている。したがって、この逆止め弁１６は必ずしも必要ではないが、本実施形態においては、この逆止め弁１６を設けることによって空気の吸入が容易となっている。なお、ＤＣサーボモータＭ１は、呼気途中で後述する電気制御回路６１の指令により回転速度を可変して呼気速度を変更する機能を有している。
【００３２】
分岐通路５ｂは、鼻腔３ａ，３ｂへの開口３ｃを閉鎖する位置に軟口蓋１９が取り付けられていて、この軟口蓋１９には図示しないワイヤによりＤＣサーボモータＭ２が接続されていて回動可能となっている。そして、このサーボモータＭ２には、その位置を検出するエンコーダＥＣ２とその初期位置を検出するポテンショメータＰＭ１が付設されている。このような構成により軟口蓋１９を開いて鼻腔３ａ，３ｂに空気が抜けるようにすることで、鼻音を発生することが可能となっている。
【００３３】
口部４は、図１、図２に示すように、呼気通路５の出口側の開口２２ａの中央部に、水平方向に長いスリット状の口唇２３を有し、開口２２ａを閉鎖する大きさの弾性材、例えば、超低硬度ゴムＴＰ０１０により形成されており、その呼気通路５側に、口唇２３の開口面積と突出長さとを制御する口唇駆動機構が設けられている。
【００３４】
口唇駆動機構は、図３に示すように、口唇固定板２２Ａの上端及び口唇固定板２２Ｂの下端にそれぞれ固定された支持軸２４と、この支持軸２４の両端に取り付けられたスライド部材２５と、このスライド部材２５が上下方向に摺動自在に嵌合したスライドガイド２６とを有し、この支持軸２４の一端には、第１のプーリ２７が固定されている。
【００３５】
この第１のプーリ２７の径方向の一端及び他端には図４（ａ）に示すように接続部材２８，２８Ａが取り付けられていて、これら接続部材２８，２８Ａにはワイヤ２９，２９Ａが固定されていると共にこのワイヤ２９，２９Ａはそれぞれ一対の第２のプ−リ３０，３０Ａに装架されていて、そして、この第２のプーリ３０，３０Ａには、それぞれ図示しないアクチュエータを備えたＤＣサーボモータＭ３，Ｍ４と、その位置を検出するエンコーダＥＣ３，ＥＣ４と、初期位置を検出するためのポテンショメータＰＭ２，ＰＭ３とが接続されている。なお、３１はワイヤ２９，２９Ａの方向を調整するための従動プーリであり、この従動プーリ３１とワイヤ２９，２９Ａの長さとを適宜組み合わせることで、第２のプーリ３０，３０Ａは適当な箇所に設置可能となっているが、図４（ａ）においては説明の便宜上、第１のプーリ２７の両側に配置したものとして説明する。
【００３６】
口唇駆動機構をこのような構成とすることにより、以下のようにして口唇固定板２２Ａ，２２Ｂを制御することができる。すなわち、口唇固定板２２Ａの場合について説明すると、サーボモータＭ３，Ｍ４により一対の第２のプーリ３０，３０Ａをそれぞれ独立して回転させるが、この際、第２のプーリ３０，３０Ａを同相である図４（ａ）の実線の矢印の方向に同じ速度で回転させると、ワイヤ２９，２９Ａは両方とも上方に移動しこれに伴い第１のプーリ２７、口唇固定板２２Ａ、さらにはこの口唇固定板２２Ａに固着された口唇２３Ａが上方に移動し口唇２３が開くことになる。また、第２のプーリ３０，３０Ａを同相でそれぞれ逆方向に回転させれば口唇２３Ａは下方に移動して口唇２３が閉じることになる。
【００３７】
一方、第２のプーリ３０，３０Ａを逆相である図４（ａ）の破線の矢印の方向にそれぞれ回転させると、ワイヤ２９は第１のプーリ２７に対して上方に移動しワイヤ２９Ａは第１のプーリ２７に対して下方に移動する。これに伴い第１のプーリ２７は接続部材２８，２８Ａの位置が上下に変位することで図示時計回りに回動し、口唇固定板２２Ａ、さらには口唇２３Ａが前方に回動することになる。一方、第２のプーリ３０，３０Ａをそれぞれこれとは逆方向に回転させれば口唇２３Ａは後方に移動することになる。このような口唇２３Ａ（口唇固定板２２Ａ）の前後動は、ワイヤ２９，２９Ａの接続箇所である接続部材２８，２８Ａの位置の変動によるものであり、第２のプーリ３０，３０Ａの回転量に差があれば同相であっても同じように変動する。したがって、第２のプーリ３０，３０Ａの回転方向と回転量とを組み合わせることにより口唇固定板２２Ａを上下に移動させると同時に前後に移動させることもできる。なお、接続部材２８，２８Ａは第１のプーリ２７をワイヤ２９，２９Ａとともに回動させるためのものであり、第２のプーリ３０，３０Ａの回転量の差により第１のプーリ２７を回動させることが可能であれば必ずしも必要でなく、第１のプーリ２７の径方向両端にワイヤ２９，２９Ａを直接固定するなど他の手段を用いてもよい。以上、上口唇固定板２２Ａの場合について説明してきたが、下口唇固定板２２Ｂについても上下方向が逆転する以外基本的には同じであり、図４（ｂ）に示すような構成となり、同図においてＭ５，Ｍ６は、アクチュエータを備えたＤＣサーボモータであり、ＥＣ５，ＥＣ６は、その位置を検出するエンコーダであり、ＰＭ４，ＰＭ５は、初期位置を検出するためのポテンショメータである。
【００３８】
また、口唇駆動機構は、図５に示すように、口唇２３の両端に位置する口角７０に接続される口角接続部７１と、口角接続部７１を支持する口角支持部７２と、口角支持部７２に口角７０を押したり引いたりする力を伝達するレリーズ機構７３とから構成される口角押引手段８０を有する。
【００３９】
レリーズ機構７３は、図６に示すように、口角支持部７２のそれぞれに一端が接続される２本の第１のワイヤ７４と、この第１のワイヤ７４の他端に接続され、口唇を付き出す方向にスライドガイド７５上を摺動可能に嵌合されるスライド部材７６と、ＤＣサーボモータＭ７により回転される駆動プーリ７７と、第２のワイヤ７８の方向を調整する従動プーリ７９と、駆動プーリ７７及び従動プーリ７９に固定されると共に、スライド部材７６に接続されてＤＣサーボモータＭ７の回転運動を直線運動に変換する第２のワイヤ７８とで構成される。
【００４０】
口角押引手段８０をこのように構成することにより、左右の口角７０を同期させて突き出すことができ、母音「う」のような口唇２３を丸め前に付き出すような円唇母音の発生を実現することができる。
【００４１】
口部４の内側には、図７に示すように、金属基体１１に固定された上歯２１Ａと、止め板１５の前方表面側に配設される下歯２１Ｂとで構成される歯部２１が設けられている。上歯２１Ａは、図７に示すように、板材からなり下端部が細かな凹凸状に形成されている。また、下歯２１Ｂは、上端部が細かな凹凸状に形成される四角形状の板材からなり、スライド凹部３１に下歯２１Ｂに接続される歯部制御手段によって上下スライド可能に形成されている。この歯部制御手段は、下歯を上下動可能なものであればどのようなものでも良いが、例えば上述した第２の口唇制御手段に用いられているのと同様、下歯２１Ｂに一端が接続される第１のワイヤ３２を上下動可能なレリーズ機構（図示せず）を用いることができる。また、歯部制御手段は、下歯の位置を検出するエンコーダＥＣ７と、下歯２１Ｂの初期位置を検出するためのポテンショメータＰＭ６とが接続されている。このような歯部制御機構により下歯２１Ｂは、常時は上側にあって上歯２１Ａと当接しているが、発声時などにはサーボモータＭ７を作動させることによりワイヤ３２が下歯２１Ｂを所望量下方に引き下げる構成となっている。
【００４２】
舌駆動機構は、図８に示すように舌体１０を構成する２枚のゴムの間に適宜間隔をおいて固定される複数、例えば７個の支持部材３４たる厚さ１ｍｍの金属板とこれら支持部材３４が固定されたワイヤ３５とを備え、ワイヤ３５はループ状となっていて上側は金属基体１１を貫通して図示しない方向転換手段である従動プーリ及び駆動プーリを経て下顎の箇所から金属板３４に帰還するようにして張設された構成を有する。また、この駆動プーリは、ＤＣサーボモータＭ８〜Ｍ１４と、その位置を検出するエンコーダＥＣ８〜ＥＣ１４と、その初期位置を検出するためのポテンショメータＰＭ７〜ＰＭｌ３にそれぞれ接続している。舌駆動機構をこのような構成とすることにより、図示しない駆動プーリをＤＣサーボモータＭ８〜Ｍ１４により独立して回動させると金属板３４がそれぞれ独立して駆動して舌体１０の形状を変化させることができる。これにより、自然で多様な舌形状を生成でき，母音の自然性向上，新たな子音発声の効果が得られる。なお、本実施例においては駆動点となる支持部材を７個設置しているが、支持部材の数は７個に限定されるものではなく、適宜その他の数の支持部材を設けることも勿論可能である。
【００４３】
また、舌体１０の下部の空間領域には、図１に示すように、固定枠１３上に、例えばサイコウッド製の載置台９０が固定されており、この載置台９０の上に例えばＰＶＡ（Ｐｏｌｙ  Ｖｉｎｙｌ  Ａｌｃｏｈｏｌ）をＳＥＰＳ（Ｓｔｙｌｅｎ  Ｅｔｙｌｅｎ  Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ  Ｓｔｙｌｅｎｅ）で包んだ軟素材製の充填手段９１を配置した。また、載置台９０の上部には溝９２が掘ってあり、内部に充填手段９１の下面に当接して上方に押圧するばね９３が設けられている。これにより、後舌母音生成時には、その充填手段９１の一部が舌体１０によってこの溝９２の中に押し込まれ、前舌母音時には、ばね９３の復元力によって、充填手段９１を素早く空間内に押し戻すことができるので、声道の音響的境界が明確となり、舌体１０の形状の変化による声道の共鳴特性を明瞭とすることができる。
【００４４】
また、声帯駆動機構１４は、図９ないし図１２に示すように、音を発生する声帯４３と、声帯で発生する音の高低を調節する周波数調節手段５０と、有声音と無声音とを切り換える有声音・無声音切換手段５１とで構成される。
【００４５】
声帯４３は、図９に示すように、両端の下部にＲが設けられた略Ｔ字状の一対の弾性部材、例えば超低硬度ゴムＴＰ０１０のシートからなる。これを該Ｒ部分及びその下方側端部で接着等により接合することにより、気体を連通すると振動し有声音を発生する調音部４３Ａと、下端部に連通部６の連通管４４へ接続可能な穴を有する接続部４３Ｂが形成される。
【００４６】
周波数調節手段５０は、図１０に示すように、各弾性部材の両端をそれぞれ固定する一対の第１の声帯軸４５ａ，４５ｂ及び第２の声帯軸４６ａ，４６ｂと、第１の声帯軸４５ａ，４５ｂ及び第２の声帯軸４６ａ，４６ｂの距離を一定に固定する声帯軸固定手段４２と、第１の声帯軸４５ａ，４５ｂをそれぞれ逆相で回転し、一対の弾性部材をそれぞれ第１の声帯軸４５ａ，４５ｂの内側から巻き込む方向で回転させるＤＣサーボモータ等の動力源Ｍ１５と、第１の声帯軸４５ａ，４５ｂの巻き取り位置を検出するエンコーダＥＣ１５及びポテンショメータＰＭ１４と、第１の声帯軸４５ａ，４５ｂの回転を第２の声帯軸に伝動するタイミングベルト４７Ａ，４７Ｂと、第１の声帯軸４５ａ，４５ｂの回転を逆回転に変換する１対のギア４８Ａ，４８Ｂとからなる。
【００４７】
周波数調節手段５０をこのように構成することにより、第１の声帯軸４５ａ，４５ｂ及び第２の声帯軸４６ａ，４６ｂを回転させて弾性部材の張力を上げると高い音を発声させることができ、張力を下げると低い音を発声させることができるので、非常に広い音域での発声が可能となる。また、一対の弾性部材の両方に同じ張力を持たせることができるため、より安定した発声が可能である。
【００４８】
有声音・無声音切換手段５１は、図１２に示すように、声帯固定手段４２に接続されると共に、図示しない駆動手段例えばモータにより、第１の声帯軸４５ａ，４５ｂを中心にして２つの第２の声帯軸を離隔する方向に引くことができるワイヤ５２と、図示しない駆動手段により、第１の声帯軸４５ａ，４５ｂを中心にして２つの第２の声帯軸を押接する方向に声帯固定手段４２を押接する板ばね５３とからなり、第２の声帯軸が隔離している際には無声音が生じ、押接している際には有声音が生じるように構成されている。
【００４９】
有声音・無声音切換手段５１をこのように構成することにより、声帯の張力を保持したままでも有声音と無声音の切換ができるため、切換を素早く行うことができ、自然な発話を可能とすることができる。
【００５０】
また、声帯駆動機構１４の口部４側には、図１に示すように、例えば金属やアクリル等の音を反射し得る材料により形成され、孔を有する反射手段９４が設けられている。これにより、呼気通路の口唇部側で反射・共鳴した音が声帯駆動機構に入射するのを防止することができるため、すなわち、口唇駆動機構側で反射・共鳴した音を、口唇駆動機構側に反射できるため、声道長さをその孔から口唇までとみなすことができ、舌形状の変化による声道の共鳴特性を明瞭に把握することができる。
【００５１】
なお、反射手段９４の孔の大きさは、声帯駆動機構側からの気体を口部４側に供給し得る限り小さい方が好ましい。また、孔の数は１つでも複数でも可能であり、形状も任意のものを用いることができる。
【００５２】
そして、本実施形態の発声装置を制御する電気回路は、図１３に示すようにＣＰＵとインターフェースを有した電気制御回路６１を有し、この電気制御回路６１は、各ポテンショメータＰＭ１〜ＰＭ１４の初期位置信号を初期位置検出手段６２から受け、またＥＣ１〜ＥＣ１５による各移動部材の動作位置信号を移動部材位置検出手段６３から受け、ＲＯＭ６４に記憶されているプログラムに従って各サーボモータＭｌ〜Ｍ１５を駆動するモータ駆動手段６６を制御するように構成されている。なお、図９中６５はＲＡＭであり、６７は入出力手段である。
【００５３】
以下、前述したような構成を有する本実施例の発声装置の作用について説明する。まず、第１ステップとして、肺部７のエンコーダＥＣｌの指示にしたがってサーボモータＭｌによってシリンダ１７内のピストン１８を最下点に移動する。この際、シリンダ１７内が負圧となり逆止弁１６から空気がシリンダ１７内に流入する。
【００５４】
次に、第２ステップとして、発声段階においては、舌駆動機構において、ポテンショメータＰＭ７〜１３のデータとＥＣ８〜１４のデータに基き初期位置検出手段６２と移動部材位置検出手段６３により７つの支持部材３４の位置を確認したら、発声音に対応する位置に各指示部材３４を移動する。
【００５５】
続いて、第３ステップとして、サーボモータＭ２を作動させて軟口蓋１９を所定の位置に回動し、さらに、口唇制御手段において第２のプーリ３０，３０Ａを駆動して口唇２３（上口唇２３Ａ及び下口唇２３Ｂ）を所定形状に移動し、さらに歯部制御手段においてワイヤ３２を所望量引っ張ることで歯部２１の開度を調整する。
【００５６】
さらに、第４ステップとして、声帯駆動機構においてサーボモータＭ１３を作動させて声帯４３の調音部４３Ａのテンションを発声音に対応するものとして調整を行う。
【００５７】
そして、第５ステップとして、サーボモータＭｌを作動させてピストン１８がシリンダ１７内の空気を排気することによって第１音が発声され、その後、ピストン１８の動作中に第２ステップ乃至第４ステップが必要に応じて個別もしくは並列的に行われ断続的に音を発声し、所定音数の発声が終了すると、サーボモータＭｌが停止して呼気が停止する。
【００５８】
その後は、第６ステップとして、肺部７のエンコーダＥＣｌの指示にしたがってサーボモータＭｌによって、シリンダ１７内のピストン１８を最下点に移動してシリンダ１７内に空気を補給する。
【００５９】
このようなステップを繰り返すことにより発声することができる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明の請求項１記載の発声装置は、気体を流通可能な呼気通路内に、有声音・無声音を発生する声帯駆動機構と、前記声帯駆動機構により発生した音を調音する舌駆動機構及び口唇駆動機構とを配設した発声装置において、前記声帯駆動機構は、内側に気体を流通可能な一対の弾性部材により形成される声帯と、前記弾性部材の張力をそれぞれ調節可能な周波数調節手段と、一対の前記弾性部材を接離可能な有声音・無声音切換手段とを有し、前記舌駆動機構は、前記呼気通路の断面積を調節可能な舌体と、前記呼気通路と前記舌体の下部との間に形成される空間を、舌体の動きに合わせて埋める充填手段とを有し、前記口唇駆動機構は、気体を流通可能なスリット状の口唇を有する口部と、前記口唇の両端を押引可能な口角押引手段と、前記口唇を開閉可能であると共に、押引可能な口唇制御手段とを有することを特徴とするものであり、これにより、抑揚、高低、強弱など人間と同じ表現能力を備えた声を人工的に発することが可能となり、歌が歌えるなど人間のような発声を実現することができる。
【００６１】
請求項２記載の発声装置は、請求項１記載の発声装置を前提とし、前記呼気通路内の声帯駆動機構と舌駆動機構との間に、気体を流通可能な孔を有すると共に、口唇駆動機構側で反射・共鳴した音を、口唇駆動機構側に反射する反射手段を設けたことを特徴とするものであり、これにより、呼気通路の口唇部側で反射・共鳴した音が声帯駆動機構に入射するのを防止することができるため、声道長さをその孔から口唇までとみなすことができ、舌形状の変化による声道の共鳴特性を明瞭に把握することができる。
【００６２】
請求項３記載の声帯駆動機構は、内側に気体を流通可能な一対の弾性部材により形成される声帯と、前記弾性部材の張力をそれぞれ調節可能な周波数調節手段と、を有することを特徴とするものであり、これにより、一対の弾性部材の両方に同じ張力を持たせることができるため、より安定した発声が可能である。また、非常に広い音域での発声が可能となる。
【００６３】
請求項４記載の声帯駆動機構は、請求項３記載の声帯駆動機構を前提とし、一対の前記弾性部材を接離可能な有声音・無声音切換手段を有することを特徴とするものであり、これにより、声帯の張力を保持したままでも有声音と無声音の切換ができるため、切換を素早く行うことができ、自然な発話を可能とすることができる。
【００６４】
請求項５記載の舌駆動機構は、気体を流通可能な呼気通路内に設けられ、呼気通路の断面積を調節可能な舌駆動機構であって、複数の支持部材を内部に配設される舌体と、前記支持部材に接続されるループ状のワイヤと、前記ワイヤが張設されるプーリと、前記プーリの回動方向と回動量を調節可能な駆動手段と、を有することを特徴とするものであり、これにより、支持部材が容易に剥がれることがなく、確実に舌体を調節することができる。
【００６５】
請求項６記載の舌駆動機構は、請求項５記載の舌駆動機構を前提とし、前記呼気通路と前記舌体の下部との間に形成される空間を舌体の形状や動きに合わせて埋める充填手段を有することを特徴とするものであり、これにより、声道の音響的境界が明確となり、舌体の形状の変化による声道の共鳴特性を明瞭とすることができる。
【００６６】
請求項７記載の口唇駆動機構は、気体を流通可能なスリット状の口唇を有する口部と、前記口唇の両端を押引可能な口角押引手段とを有することを特徴とするものであり、これにより、左右の口角を同期させて突き出すことができ、母音「う」のような口唇を丸め前に付き出すような円唇母音の発生を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による発声装置を示す断面図である。
【図２】口部を示す（ａ）断面図、（ｂ）正面図である。
【図３】本発明の口唇駆動機構を示す斜視図である。
【図４】本発明の口唇駆動機構を示す説明図である。
【図５】口角押引手段を示す概略斜視図である。
【図６】レリーズ機構を示す概略斜視図である。
【図７】本発明の歯部制御手段を示す背面図である。
【図８】本発明の口唇駆動機構を説明する概略断面図である。
【図９】声帯を示す正面図である。
【図１０】周波数調節手段を示す斜視図である。
【図１１】本発明の声帯駆動機構を示す斜視図である。
【図１２】有声音・無声音切換手段を示す平面図である。
【図１３】電気回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
Ｍ８  ＤＣサーボモータ（駆動手段）
４  口部
５  呼気通路
１０  舌体
１４  声帯駆動機構
２３，２３Ａ，２３Ｂ  口唇
３４  支持部材
３５  ワイヤ
４３  声帯
５０  周波数調節手段
５１  有声音・無声音切換手段
８０  口角押引手段
９１  充填手段
９４  反射手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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