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スペシャル・セッション〔障害者・高齢者支援と音声情報処理〕

非可聴つぶやき声の音響的特徴 *○ 平原達也、清水奨太、大谷真（富山県立大学・工学部）、中島淑貴（奈良先端大学院大学）

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はじめに

音声には通常の音声のほかに、歌声、叫び声、小声、ささやき声など様々な発声様式のものがある。これらの音声は、周期性又は雑音性の音源波を声道で共鳴させ口唇や鼻口から大気中に放射した気導音である。一方、声道内で共鳴した音は、口唇から放射されるだけでなく声道壁から体内組織にも伝わる。そのため、適切なセンサーを体表に装着することによって、声道共鳴音を骨導音や肉伝導音としても検出できる。すなわち、音声の伝導様式も多様である。
このうち、微弱な呼気を駆動音源として生成される微弱な声道共鳴音である非可聴つぶやき声（NAM:Non-audible Murmur)は頭頚部に装着した振動センサーで検出される[1]。
このNAM は、様々な音環境において音声認識装置や携帯電話などを利用したり、発声障碍者の音声コミュニケーション手段として利用する新しい「音声」として注目されている。本報
告では、NAM の音響的特徴を解析した結果について報告する。

2

NAM データの収録方法と分析方法

2.1 収録方法
NAM データの収録は、無響室あるいは防音室内で行った。Fig. 1 に示すソフトシリコー
ン型 NAM マイクロフォン（ミツミ電機）をネックバンドで頭頚部に装着した話者に、ATR音素バランス文 50 文章を読み上げさせた。
こ
れらの音声データは、ソリッドステートレコーダ（Marantz: PMD670）にサンプリング周波数 Fs = 48 kHz、量子化精度 16 bit で収録した。
話者は健常者 14 名と発声障碍者 4 名である。健常者については、NAM 信号と通常音声を NAM マイクロフォンで検出した BTOS(BodyTransmitted Ordinary Speech)信号を収録した。一部の話者については、呼気を流さずに、調音器官だけを運動させた場合の NAM 様発声音[2]と、人工喉頭（電制：ユアトーン）を用いて発話した代用音声を NAM マイクロフォンで検出した信号も収録した。
発声障碍者については、咽頭炎による嗄声患者 1 名と喉頭摘出者 3 名の NAM 等を収録した。嗄声患者からは、NAM 信号と嗄声を NAMマイクロフォンで検出した信号を収録した。
喉頭摘出者からは、食道発声音と NAM 様発声音を収録した。NAM 様発声音とは、発声時の調音運動によって生じた声道共鳴音を NAM マイクロフォンで検出した信号である。喉頭摘出者では呼気が声道に流れ込まないために健常者のような NAM は生成できない。
2.2 分析方法
収録した音声データは、通常の音声と同様の音響分析を行った。すなわち、音声波形からパワーとパワースペクトログラムを算出するとともに、パワーとデルタケプストラムを利用して、音声区間を切り出した。そして、音声区間と雑音区間の平均パワーの比を取ることによって S/N を算出した。また、音声区間のパワースペクトルを加算平均することによって長時間スペクトルを算出した。

Fig. 1: Soft-silicon NAM microphone.

3

結果

3.1 音圧波形とスペクトログラム
Fig. 2 に今回の分析した NAM 信号の音圧波形とスペクトログラムの一例を示す。同図に示されるように、NAM 信号には大振幅のポップノイズ（▼印）が重畳する。これは、NAM*

Acoustic characteristics of non-audible murmur, by HIRAHARA, Tatsuya, SHIMIZU Shota, OTANI
Makoto (Toyama Prefectural Univ.) and NAKAJIMA Yoshitaka (NAIST)

日本音響学会講演論文集−335−

2007年3月

日本音響学会講演論文集

Frequency in kHz

8642034567Time in seconds
Fig. 2 Sound waveform and spectrogram of atypical NAM signal.
Relative spectrum in dB

センサーと皮膚との接触状態の変化や、調音運動に伴って生じる舌と口蓋や唇同士等の接触に起因するものである。これらの NAM 特有のポップノイズは NAM 信号と同じ帯域を持つために、スペクトル処理でノイズを低減することは困難であり、波形処理で低減した。
3.2 信号対雑音比（S/N）
健常者が発話した NAM 信号の S/N は、Fs =48kHz では 15 dB であった。Fs を低くしていくと S/N は徐々に高くなるが最大でも 21 dB（Fs =2kHz）程度であった。
なお、S/N の算出には 3.1 で述べた NAM 信号に特有のポップノイズを波形処理によって低減した信号を用いた。ポップノイズは NAM信号よりも振幅が大きいため、それらを低減しないと S/N はさらに低下する。
気導マイクロフォンで検出される通常の気導音と比べて NAM 信号の S/N はかなり低い。
これは声道共鳴音が声道壁を通じて頭頚部組織へ伝わる際の反射、頭頚部組織の伝播損失、体表と NAM マイクロフォンの接触部での反射、NAM マイクロフォンの感度などの要因によって、NAM 信号自体が低レベルになっているためである。
3.3 長時間スペクトル
Fig. 3 に Fs = 16 kHz にリサンプルした男
性 6 名と女声 7 名の NAM 信号から得られた長時間スペクトルの平均を示す。女性 1 名については録音レベルが他のものより 20 dB 以上低かったために、分析対象から除外した。
男性の NAM 信号も女性の NAM 信号も、その長時間スペクトルは 500～800 Hz で最大となっており、400 Hz 以下では約-10 dB/oct.、800 Hz 以上では約-17 dB/oct.で減衰している。男性の NAM 信号の方が女性のものよりやや低域に伸び、高域側の減衰が大きい。これは声道長の違いによるものと考えられる。
また、これらの長時間スペクトルをノイズフロアーと比較すると、今回用いたソフトシリコーン型 NAM マイクロフォンで検出できるNAM 信号の帯域幅は 3 kHz 程度であることが分かる。
なお、その後開発したウレタンエラストー
マ型の NAM マイクロフォン[3]では、検出される NAM 信号の帯域を広げることができることを別途確認している。

01220
Male NAM
0Female NAM-20-40
Noise floor
-60
0.1

0.4

1k

4k

8k

Frequency in Hz

Fig. 3

4Long-term spectrum of NAM signal.

まとめソフトシリコーン型 NAM マイクロフォンを用いて収録した、NAM 信号の音響的特徴を解析した。その結果、NAM 信号の帯域幅は 3 kHz程度であること、平均 S/N は 15dB 程度である
こと、NAM 信号の長時間スペクトルは 500～800 Hz に山があり低域側は約-10 dB/oct.、高域側は約-17 dB/oct.で減衰していることが分かった。
本研究は総務省 SCOPE-S『発声障害者の音声コミュニケーション手段の研究開発』により実施した。

参考文献[1] 中島淑貴 他“非可聴つぶやきをインタフェースとするコミュニケーションのためのソフト
シリコーン型 NAM マイクロホンの開発, ”信学論，Vol.J89-D, No.8, 1802-1810, 2006.
[2] 中島淑貴 他“喉頭摘出者の NAM 様発声音”
音響学会講演論文集 2-4-11, 2006-03[3] 中島淑貴 他“NAM マイクロフォンの日常使用に適する装着法とその音響的考察 －ウレ
タンエラストマー型 NAM マイクロフォンの開発－”音響学会講演論文集 1-Q-30, 2005-09−336−

2007年3月