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AudioAndVisual/SoundGeneration

音・音楽の生成



人は自らに備わった音源(声帯)を利用して音声を発することができると同時に、機械的あるいは電気・電子的な手段で様々な音・音楽を生成することができます。

音声

人は声帯を振動源として(男声約110Hz〜・女声約220Hz〜)、また喉から唇までの声道を共鳴腔として、複雑な音声を構成して情報を発することができます。
声帯は声の基本周波数を決め、声道(特に口の開きぐあいと舌の位置)が共鳴の性質を決めます。例外として、ささやき声の場合は声帯は振動せず、空気の流れを雑音源として共鳴のみで音を作っています。そしてもちろんその情報の大半は、話し言葉としての言語情報です。

我々は通常、話し言葉を構成する音節を単独に生成・識別することができます。
つまり音韻的な音色についての絶対音感をもっているわけで、たとえば日本人の場合、約100種類の日本語の音節による音韻体系をもって、言語情報を生成処理しています。参考までに述べると中国では400 以上、英語だと3000 以上と言われます。

この話し言葉の単位音節の生成・識別には、特に母音のホルマント(Formant、音を特徴づける成分音)の存在が重要で、例えば「イ」の音では 300Hz と2000Hz、「エ」の音では500Hz と1700Hz の成分が特に強いというような特徴があります。歌声(Singing Voice)の場合も、この特徴成分の発振を保持すれば、音程とは無関係に「イ」・「エ」の発声ができるというしくみです。
 その意味では歌声は、一種の楽器として捉えた場合、音の出しかたの自由度が大きい、非常に可能性の大きい楽器であると言えます。

我々は、このような音韻体系を聴覚系の形成と並行して(遺伝的ではない)習得し、生後18ケ月ごろにはほぼその基礎的な生成・識別能力を獲得しています。




楽器

> ページを独立させました。Music/Instruments



音響情報処理

アクティブノイズ制御

音で音を消す技術で、低減させたい騒音に対して別に用意した制御音源から逆位相の音を発生させることで、位相干渉を利用して消音する手法のことです。
 現在では、ダクト内の騒音制御やヘッドホンのノイズキャンセラー機能として利用されるています。

付記
アクティブノイズ制御と同じ「位相を反転して重ねる」という方法を用いると、ステレオサウンドのセンターつまり両チャンネルに同一に録音されたボーカルの音を除去することが可能です。




スピーカ

電気的な振動(交流電流)を物体の振動に変換し、最終的に空気の粗密波としての音を生成するには、スピーカ(電気音響変成器・継電器)が必要です。
 スピーカには、コイルをつけた振動板を磁場に置いて電流に応じた振動をつくるという動電型(ダイナミック型)と、電圧によって伸縮する圧電型とがあり、スピーカ・ヘッドホンの大部分は動電型、効率重視の携帯電話や薄さが必要になる壁掛けスピーカなどには圧電型が用いられています。動電型の場合、電気から音響へ、また音響から電気への相方向への変換が可能で、例えば動電型のスピーカはマイクロフォンとしても利用できます。スピーカを形状で分類すると、コーン型・ドーム型・ホーン型・リボン型などがあり、また再生帯域に関して分類すると、人間の可聴域(20Hz~20000Hz)を一つのスピーカーユニットでカバーする「フルレンジスピーカー」と、可聴域を帯域別に分けて、各帯域を専用に振動させる「スーパーウーファ(超低音用)」・「ウーファ(低音用)」・「スコーカ(中音用)」・「ツイータ(高音用)」などがあります。

再生のシステムには、モノラル・2元ステレオ(立体音響)・多元ステレオ(5.1チャンネルが主流)などがありますが、2元ステレオが最も一般的な方法です。2系統の音を2個のスピーカから出すというこの方法は「音場に立体感ができる」・「音源の移動が再現できる」などの理由で1950年代以降普及しはじめ、あらゆる音響機器もそれに伴なって2チャンネル(L⇔R)を基本とするようになりました。

音は聴覚がとらえ得る範囲の空気の振動です。この厳然たる事実がある以上、音を生成する楽器や音響機器の基本的な仕組みは変わりません。子どものころに作った糸電話を思い出してみましょう。基本に立ち返れば何か面白い発想も浮かんでくるのではないでしょうか。

補足:音再生と振動板について
音の最終的な出力に際して、アナログ信号で板を振動させるという方法は百年来変わっていなませんが、物の振動を空気の振動に変えるというのは、実は非常に変換効率が悪く(のれんに腕押しの状態)、音になるのは1%程度であると言われます。また特に小さな面積の振動板では、それを低い周波数で振動させても空気が回り込んで音にならないため、低い音を再生したければ大きな面積の振動板が必要になるのです(コントラバスのサイズが大きいのも同じ理由です)。

補足:可逆変換器について
動電型のスピーカは、そのままマイクとして使う事もできます。このような、どちらの向きにも変換できるものを可逆変換器といいます。






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Last-modified: 2023-07-13 (木) 11:22:34