歯を介した骨導に着目した音声取得
Recording Voice focused on Tooth Vibration during Phonation
5113E012-3
鳥飼 雄亮 指導教員 及川 靖広 教授TORIKAI Yusuke Prof. OIKAWA Yasuhiro
概要：本研究では，歯を介した新たな相互音コミュニケー ションの実現を目的とし，マウスピース型歯骨導マイクロ ホンにより取得された歯骨導音声に対して分析・明瞭度評価を行う．明瞭度評価には主観的評価法として単音節明瞭 度試験，客観的評価法としてLPCケプストラム距離による評価を用いた．その結果，明瞭な歯骨導音声が取得可能 であり，騒音下でも音声取得が可能であることが確認された．またBluetoothを用いた歯骨導マイクロホンの無線化 を行い，歯骨導音声の近距離無線伝送が可能であることを確認した．
キーワード：音声取得，歯骨導音声，骨導音声，コミュニケーションエイド
Keywords: recording voice, tooth-conducted speech, bone-conducted speech, communication aid
1. ま え が き
音声取得では，目的の音声を明瞭に取得することが重 要である．一般的な音声取得手法にマイクロホンがあげ られるが，音声明瞭度が収録状況に左右される難点があ る．これに対し，骨導音声は発話時の音声が話者の頭骨 や皮膚組織などを伝搬し振動として検出されるものであ り，音声取得の方法として周囲の騒音が影響しにくい特 徴を有する．また皮膚に覆われていない歯から音声を取 得することで，皮膚などの影響を受けることなく効率良く 音声取得できることが考えられ研究を行ってきた[1] [2]．
本研究では，マウスピース型歯骨導アクチュエータか ら取得された歯骨導音声の明瞭度を評価した．単音節明 瞭度試験では被験者による歯骨導音声の書き取りを行い，
その正答率から明瞭度を評価した．またLPCケプスト ラム距離を用い，同期収録した歯骨導音声と気導音声の 比較を行った．更にBluetoothによる無線化を行い，相 互音コミュニケーションに向けたデバイスの提案をする．
2. マウスピース型歯骨導マイクロホン
本研究で使用したマウスピース型歯骨導マイクロホン を図―1に示す．音声ピックアップには圧電素子を用い，
発話時に歯に伝わる振動を歯骨導音声として取得した．
圧電素子は中切歯，犬歯，第二大臼歯に接するように設 置し，取得される音声の設置場所による違いについて考 察を行った．
図―1 マウスピース型歯骨導マイクロホン
3. 歯を介した骨導に着目した音声取得
本研究では静寂・騒音下の2条件下にて歯骨導音声の 取得を行った．歯骨導音声の比較のため，騒音計による 気導音声を同時収録した．図―2に静寂下（発話内容: 5 母音），図―3に騒音下（発話内容: /waseda/）における 歯骨導音声（中切歯）および同時収録した気導音声のス ペクトログラムを示す．図中のカラーバーは音圧レベル である．
図―2から，各5母音の共鳴周波数の構成が確認でき る．また図―3から，気導音声では騒音の混入により発 話内容の共鳴周波数が確認できないが，歯骨導音声から は確認することができ騒音に対して頑健であると考えら れる．
Frequency [Hz]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0 1000 2000 3000 4000
SPL [dB]
0 20 40 60 80
Frequency [Hz]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0 1000 2000 3000 4000
SPL [dB]
0 20 40 60 80
Time [s]
Air-conducted Sound
Central Incisor
図―2 収録音声のスペクトログラム（静寂下）
Frequency [Hz]
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
0 1000 2000 3000 4000
SPL [dB]
0 20 40 60 80
Frequency [Hz]
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
0 1000 2000 3000 4000
SPL [dB]
0 20 40 60 80
Time [s]
Air-conducted sound
Central Incisor
図―3 収録音声のスペクトログラム（騒音下）
Air-conducted sound
Central Incisor Canine Tooth Second Molor 0
20 40 60 80 100
Accuracy rate[%]
Mono-sylable Articulation
subject A subject B
図―4 単音節明瞭度（静寂下）
Air-conducted sound
Central Incisor Canine Tooth Second Molor 0
20 40 60 80 100
Accuracy rate[%]
Mono-sylable Articulation
under 90dB - subject A under 80dB - subject B
図―5 単音節明瞭度（騒音下）
4. 歯骨導音声の明瞭度評価 4. 1 単音節明瞭度評価
歯骨導音声の主観的評価として単音節明瞭度評価を 行った．静寂・騒音下の2条件下で同時収録された歯骨 導音声および気導音声を被験者に聴取してもらい，その 正答率から明瞭度を評価した．
試験音声は，発話者を2名(talker A，B)用意し，67-S 語表の20単音節を話者の口元から約30 cmの位置に設 置した騒音計にて75〜85 dBの音圧レベルで読み上げ，
気導音声および歯骨導音声を同時録音した．また，ホワ イトノイズによる外部雑音無し・有り（騒音計位置にて 80 dB，90 dB)の3種類の条件下で録音を行い，騒音下 にて取得された音声についても評価及び考察を行った．
聴取実験には，20〜24歳までの男女11名の被験者が参 加し，単音節の書き取りを行った．被験者は密閉式ヘッ ドホンから試験音声を聴取し，音声が聞こえた通りに答 案用紙への回答の書き取りを行った．図―4に静寂下で 収録した音声，図―5に80および90 dB騒音下で収録 した音声に対する単音節明瞭度の結果を示す．
4. 2 LPCケプストラム距離
歯骨導音声の客観的評価としてLPC(Linear Predic- tiveCoding)ケプストラム距離(LCD)を用いた．LCD は，音声の元信号（気導音声）と比較音声信号（歯骨導・
骨導音声），それぞれのLPCケプストラム係数の距離を 計算したものであり，
LCD= 10 log 10
vu ut2
∑M
i=1
[cx(i)−c′x(i)]2 (1)
と定義される．ここでcx(i)は音声の元信号，c′x(i)は比 較音声信号のLPCケプストラム係数，MはLPC次数 である．このときLCDの値が0に近いほど，収録され た比較音声信号が音声の元信号に近くなると考えられる．
本実験におけるLCDは，被験者Aが5母音を発話した 時の気導・骨導および歯骨導音声から計測を行った．算
/a/ /i/ /u/ /e/ /o/
0 1 2 3 4 5 6 7
LPC Cepstrum Distance
Bone-conducted sound Central Incisor Canine Tooth Second Molor
図―6 5母音のLPCケプストラム距離平均値
図―7 無線化された歯骨導マイクロホン
出区間は母音の定常部分から0.5秒間，LPC次数は16， 512サンプル毎にLCDを計算、その時間平均を求めた．
図―6にLPCケプストラム距離の時間平均値を示す．こ の結果から，/a/，/i/，/e/において骨導音声に対し歯骨 導音声の方がLCDが小さく，より気導音声に近いこと が確認できる．
5. 歯骨導マイクロホンの無線化
本研究の目的である歯を介した相互音コミュニケー ションの実現には，様々な状況での音声信号の入出力に 対応するために無線化が必要である．そこで近距離無線 規格であるBluetoothを用いた歯骨導マイクロホンの無 線化を行った．無線化された歯骨導マイクロホンを図―
7に示す．
6. む す び
本研究では，歯骨導音声の取得およびその明瞭度評価，
無線化の検討を行った．マウスピース型歯骨導マイクロ ホンによる歯骨導音声の取得では，静寂・騒音下どちら においても，波形，スペクトログラムおよび明瞭度試験 による評価から明瞭な音声を取得することができると考 えられる．また歯骨導マイクロホンの無線化により音声 送信が可能であることを確認し，相互コミュニケーショ ンにむけたデバイスに向けた応用の可能性を示した．
今後，歯骨導マイクロホンによって取得された音声を 歯骨導アクチュエータにより受聴を行い，その明瞭度を 測定するなど，より効率的な歯骨導音声による相互コ ミュニケーションデバイスの開発に向けた研究を行う所 存である．
参 考 文 献
[1] 鳥飼雄亮，久世大，村松未輝雄，黒澤潤子，及川靖広，山 崎芳男， マウスピース型歯骨伝導アクチュエータを用い た音声取得 ，音講論集，pp.1337–1378, 2013.9.
[2] 鳥飼雄亮，久世大，黒澤潤子，及川靖広，山崎芳男， 歯骨 導音声の明瞭度評価 ，音講論集，pp.1479–1480, 2014.9.
