情報処理学会 インタラクション 2023
IPSJ Interaction 2023

3B-192023/3/1

和音の構成音のずれから生じるうなりの強調提示による歌声を協和させる技術の練習支援システム
引原 翼1

大西 鮎美2

寺田 努2,a)

塚本 昌彦2

概要：合唱で美しい和音を実現するためには，自分の歌声を自分以外の歌声と協和させる技術が必要である．この技術を習得するための既存の練習では，歌手は指導者の指示に従って歌声の高さを調整する．しかしこの練習には，歌手が不協和を自覚して声の高さを調整する練習にはならないという問題がある．そこで本研究では，不協和音で発生するうなりを聞き取りやすく合成して聞かせ，歌手に不協和を自覚させることで，歌声を協和させる技術の練習を支援するシステムを提案する．評価実験より，提案システムを使用した練習で，うなりを聞き取る能力が向上する可能性を確認した．

1. 研究の背景と目的合唱で美しい和音を実現するために，歌手は他パートとイヤホン
基準⾳とうなりを出⼒する

マイク
歌声を⼊⼒するPC
⾳声信号を処理する

協和する音の高さで歌う．ここで協和とは，和音に含まれ図 1る音の周波数の比が簡単な整数比で，和音が美しく響いて提案システムの構成
基本周波数からうなりを合成聞こえる状態を指す．合唱団等で行われる歌声を協和させる練習では，協和と不協和を聞き分けられる指導者が不協ー

フ

和の原因となっている歌手に指示を出し，歌手はその指示に従って声の高さを調整する．しかし，このような既存の練習は，合唱時に必要な歌手が不協和を自覚して声の高さを修正する技術の練習にはならない．この技術の習得には，歌手が和音の不協和を自覚して，不協和が解消されるように声の高さを調整する練習が必要である．
合唱の練習支援に関する先行研究として，練習者の歌声⼊⼒⾳の時間波形

[s]

図 2

リエ
変換

[Hz]
[s]
⼊⼒⾳の合成したうなりの周波数スペクトル
時間波形

提案システムが行う信号処理の流れ

2. 提案システムが事前に登録された楽譜データの音の高さから一定以上離提案システムは，聞き取りやすいうなりを合成して練習れている場合に，音量や音高に関するフィードバックを表中のユーザに聞かせることで，和音の不協和を自覚させる．

示し指導を行うシステムがある [1]．しかし，このシステムシステムの構成を図 1 に示す．ユーザは他パートの声にでは絶対的な音の高さを基準としているため，他のパート見立てた基準音をイヤホンから聞きながら，基準音と協和の歌声を聞き，それと協和するように声の高さを調整する

する高さの歌声をマイクに入力する．入力音と基準音の音練習はできない．

声信号は PC 上でリアルタイムに処理され，聞き取りやすそこで本研究では，和音が不協和なときに発生する，音く合成されたうなりがイヤホンから出力される．ユーザは量の周期的な変化であるうなりに着目し，合唱時に歌声をそれを聞きながら歌声の高さを調節する．うなりの音量変協和させる技術を歌手に習得させるために，聞き取りやす化の周期は和音が協和に近づくにつれて大きくなるため，く合成したうなりを聞かせることで，歌手に不協和を自覚

ユーザはうなりの音量変化の周期が大きくなるように歌うさせる練習支援システムを提案する．

ことで，歌声を協和させる技術の向上が見込める．
提案システムが行う信号処理は，入力音の基本周波数の推定・うなりが発生するかの判定・うなりの合成の 3 つに12a)

神戸大学工学部
神戸大学大学院工学研究科
tsutomu@eedept.kobe-u.ac.jp© 2023 Information Processing Society of Japan

分けられ，音声信号は図 2 のように処理される．提案シス
テムはまず，入力された音声から得られる時間波形をフー

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は窓長と周波数分解能がトレードオフの関係になるため，提案システムでは窓長を 1 秒，周波数分解能を 1 Hz として，入力が出力に反映されるのにかかる時間を 1 秒に収めた．次にフーリエ変換によって推定した基本周波数をも正解⾳との差 [Hz]リエ変換し，その基本周波数を推定する．フーリエ変換でとに，基準音と入力音声がそれぞれにもつ正数倍音成分が5P5(システムなし)

5P4(システムあり)

44433322211

100

練習前 練習後

練習前 練習後

図 3

件は，うなりの音量変化の周波数 f ，基準音の基本周波数

fbase ，入力音の基本周波数 f0 ，基準音と入力音の干渉する

うなりの音量変化の周波数が可聴周波数帯域内（20 Hz-

練習前 練習後

テストでの歌声と正解音の差の変化 (被験者 B)

被験者A

倍音の字数 n1 , n2 を用いて (1) 式のように表せる．

(1)

0M3(システムなし)

正解⾳との差の平均干渉しあってうなりが発生するかを判定する．この判定条

f = |n1 fbase − n2 f0 | ≤ 20

5P554321

図 420,000 Hz）にある場合，人間はうなりを認識できない．そP4

被験者B
M3

5432
1P5P4M3

練習前練習後※枠内はシステムあり

うなりが聞き取れたかの質問紙調査の結果(1: 全く聞き取れなかった-5: よく聞き取れた)のため提案システムでは，うなりの音量変化の周波数が 20

Hz 以下であればうなりが発生したと判定する．最後に，こが聞き取れるようになったか質問紙調査を行い，被験者のの判定でうなりが発生したとみなした場合には，うなりをうなりを聞き取る能力が向上したかを評価した．

合成して出力する．このとき，ユーザの発声技術に起因す

練習前後のテストでの被験者 B の歌声と正解音の差の変る，ユーザの意図しない歌声の周波数の揺らぎの影響を抑化を図 3 に示す．縦軸は歌声の周波数と正解音の周波数のえるために，うなりの合成には推定した基本周波数の移動差を示し，値が 0 に近づくほど歌声を協和させる技術が高平均を用いる．

くなったといえる．システムなしで練習を行った P5 とシ

また提案システムは個人練習での使用を想定している．

ステムありで練習を行った P4 の結果を見ると，ともに練技術の習熟に合わせて基本周波数の移動平均をとる時間を習後の正解音との差の平均は練習前の正解音との差の平均短くし，システムが合成するうなりを合唱時に起こるうなより小さくなっていた．この結果から，システムによってりに近づけることで，最終的にはシステムなしでうなりを歌声を協和させる技術が向上した可能性があるが，単純に聞き取れることを目標とする．

練習による技術の向上が影響している可能性もある．

3. 評価実験

次にうなりが聞き取れるようになったかの質問紙調査の結果を図 4 に示す．赤色の枠で囲まれた部分はシステムを提案システムを使用した練習で歌声を協和させる技術と用いて練習を行った際の結果である．被験者 A の P5 や被うなりを聞き取る能力が向上するかを検証する評価実験を

験者 B の P4 での結果をみると，システムを使用した練習行った．被験者は楽器演奏等の音楽経験がある 20 代の男

後にうなりがよく聞き取れるようになっていた．また，全女各 1 名（被験者 A，B）である．

試行の終了後の質問紙調査では「うなりに耳が向くように本実験は協和するように歌う練習と，歌声がどれだけ協なって合わせやすかった」等の肯定的な意見が得られた．

和したか測定するテストに分かれ，練習前テスト・練習・これらの結果から，提案システムを使用した練習でうなり練習後テストを 1 試行とした．練習では，被験者はシステを聞き取る能力が向上するのではないかと考えられる．

ムを使用して，もしくは使用しないで，基準音を聞きながら基準音と歌声が協和するように 4 分間歌った．テストで4. まとめは，被験者は基準音と協和するように 10 秒間歌った．こ

本研究では合唱時に歌声を協和させる技術の練習を支援

れを 3 回繰り返し，それぞれの歌声の周波数を測定した．

するために，和音中のうなりを聞き取りやすく合成して歌そして練習を行う前と後のテストで測定した歌声の周波数手に聞かせるシステムを提案した．評価実験の結果，提案がどれだけ協和する音（正解音）に近づいたかを，被験者システムを用いることでうなりを聞き取る能力が向上するの歌声を協和させる技術の評価指標とした．正解音は基準可能性があった．

音と完全 5 度（P5），完全 4 度（P4），長 3 度（M3）で協和する 3 音とし，被験者はそれぞれの正解音で前述の 1 試

参考文献行を行った．各被験者で試行順は同様である．被験者 A は[1]

正解音を P5，M3 とするとき，被験者 B は正解音を P4 とするときに練習でシステムを使用し，他の正解音での練習ではシステムを使用しなかった．また毎テスト後にうなり© 2023 Information Processing Society of Japan香山瑞恵, 中西 将, 岡部真実, 浅沼和志, 伊東一典, 為末隆
弘, 橋本昌巳: 指導者知識に基づく合唱学習支援システムの構築とその評価, 情報処理学会論文誌, Vol. 51, No. 2,
pp. 365–379 (Feb. 2010).

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