[招待講演]　音声生成における非線形振動の基礎と応用: 病理音、歌声から生物音響まで

摘要

音声生成は、大きく分けて、声帯振動による音源生成と声道による調音フィルタの二つからなっている.声道の音響特性が線形予測フィルタでよく近似できることから、音声生成は線形システムとして捉えられることが多い.ただし、音源を生成する声帯振動は強い非線形性をもち、条件によっては分数調波、準周期振動、カオス、そして分岐現象などがみられる.通常の音声分析では、音源とフィルタは独立と仮定されているが、歌声などの発声条件では、この独立性が失われ、音源と声道の間に非線形干渉が起こることも知られている.本発表では、音声生成の基礎から始めて、線形理論では説明のつかない音声の非線形現象について概観する.応用として、病理発声、歌声における声区の遷移、生物音響(手長サルの発声)における音源-フィルタ干渉について紹介する.%Voice production is mainly composed of two parts: (a) laryngeal source produced by vocal fold vibrations and (b) acoustic filtering produced by supraglottal vocal tract. Since acoustic property of the vocal tract filter can be well described by a linear predictive model, the voice production is often considered as a linear system. The vocal folds vibrations are, however, an inherently nonlinear process, which gives rise to subharmonics, quasi-periodic oscillations, chaos, and variety of bifurcation phenomena under some conditions. For standard speech analysis, it is usually that the source and filter are mutually independent. However, in an extreme condition, e.g., in singing voice, such independence is broken and various levels of source-filter interaction can be observed. In the present talk, we start from the fundamentals of voice production and overview the nonlinear phenomena arise in the voice production. As applications, voice instability in pathological voice, bifurcations in register transition, and source-filter interaction in bioacoustics are described.