声道模型 −音声生成の基礎を学べる音響教育教材−
上智大学 理工学部 電気・電子工学科 荒井隆行
声道模型は、人間の「声の通り道」である声道を音響管で模擬した物理模型です。声道は声門より上方の共鳴腔で、喉頭、咽頭、口腔、鼻腔から構成されます。声道での「響き」により音声の特徴が変化するので、その形状が変わると様々な母音や子音となります。母音の場合、一般的には声帯の振動が音源となり、声道での「響き」が加わって「ア」や「イ」になります。
ところで、千葉・梶山（1942）はX線などで声道形状を計測し、粘土で声道模型を製作。そこから生成される「人工的な母音」が、実際の「母音」と同じ特徴を持つことを確認しています。この声道模型は、教材として音響音声学の授業や発声のしくみを示すデモンストレーションなど、様々な場面で用いることが可能であり、非常に大きな教育的効果を持っています。形状の異なる音響管によって、同じ音源から様々な母音が目の前で生成されていくこと自体が純粋な驚きですし、子供たちから専門家に至るまでそれを直感的に体得することができます。このことからArai（音声研究, 2001）は千葉・梶山の声道模型を復元し、その教材（www.sp4win.com）が音響教育に有効であることを示しています。以下は、パイプ型の声道模型（左）とプレート型の声道模型（右）です：
この声道模型が作り出す母音はこちら（音源は電気喉頭、母音は「イエアオウ」の順）：
2004年の国際音響学会議では、声道模型、人工喉頭（音源）、風船を利用した肺の模型などを組み合わせた「肺から声道までの一連のモデル」が展示され、注目を集めました。
ここでは、その一部をご紹介します。
笛式の人工喉頭（音源）だけでは、母音には聞こえません。
しかしその人工喉頭に、例えばパイプ型の声道模型を接続すると「母音らしい音」が聞こえます。
[パイプ型声道模型/i/と小さい肺のビデオ映像（277kB）]
[パイプ型声道模型/e/と小さい肺のビデオ映像（277kB）]
[パイプ型声道模型/a/と小さい肺のビデオ映像（309kB）]
[パイプ型声道模型/o/と小さい肺のビデオ映像（213kB）]
[パイプ型声道模型/u/と小さい肺のビデオ映像（277kB）]
人工喉頭で作られる音源は同じであるのにも関わらず、最終的に聞こえてくる母音の「韻質」は声道の形状に依存していることがこれでわかります。この例では、呼気流を作り出すためにペットボトルと風船で作った「小さい肺の模型」を使っていますが、「大きい肺の模型」と「頭部形状の声道模型」もあります：
詳しい解説とさらなるデモンストレーションに関しては、是非、以下をご参照ください：
http://www.splab.ee.sophia.ac.jp/Vocal_Tract_Model/index.htm
[参考文献]
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Chiba and M. Kajiyama, The Vowel, Its
Nature and Structure, Tokyo-Kaiseikan, 1942.
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