特許 7593069 教習支援装置、教習支援方法、及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-25

(45)【発行日】2024-12-03

(54)【発明の名称】教習支援装置、教習支援方法、及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   G09B 15/00 20060101AFI20241126BHJP

   G10G 1/00 20060101ALI20241126BHJP

   G09B 5/02 20060101ALI20241126BHJP

【ＦＩ】

G09B15/00 Z

G10G1/00

G09B5/02

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020190868

(22)【出願日】2020-11-17

(65)【公開番号】P2022079963

(43)【公開日】2022-05-27

【審査請求日】2023-09-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000004075

【氏名又は名称】ヤマハ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100134359

【弁理士】

【氏名又は名称】勝俣 智夫

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100206391

【弁理士】

【氏名又は名称】柏野 由布子

(72)【発明者】

【氏名】有元 慶太

(72)【発明者】

【氏名】増田 英之

【審査官】白形 優依

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－０３５４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１８７８９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０９１２９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１８０９５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０５８４６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１８０９５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２４９６７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３１８０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】Saxophonists tune vocal tract resonances in advanced performance technics，The Journal of the Acoustical Society of America，2011年，Vol.129, No.1，pp.415-426

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０９Ｂ １１／００ － １５／０８

Ｇ０９Ｂ １／００ － ９／５６

Ｇ０９Ｂ １７／００ － １９／２６

Ｇ１０Ｇ １／００ － ７／０２

Ｇｏｏｇｌｅ Ｓｃｈｏｌａｒ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

管楽器を用いた演奏の演奏対象である音の音高情報を取得する音高情報取得部と、
前記音高情報に応じた音を演奏する際の手本となる口腔音響特性を取得する手本情報取得部と、
前記音高情報に応じた音を演奏する場合における演奏者の口腔音響特性を示す特性情報を取得する特性情報取得部と、
前記特性情報取得部によって取得された前記演奏者の口腔音響特性と、前記手本情報取得部によって取得された前記手本となる口腔音響特性と、を音高と共鳴の強さとの関係として表示する出力部と、
を備える教習支援装置。

【請求項2】

管楽器を用いた演奏の演奏対象である音の音高情報を取得する音高情報取得部と、
前記音高情報に応じた音を演奏する際の手本となる口腔音響特性を取得する手本情報取得部と、
前記音高情報に応じた音を演奏する場合における演奏者の口腔音響特性を示す特性情報を取得する特性情報取得部と、
前記特性情報取得部によって取得された前記演奏者の口腔音響特性と、前記手本情報取得部によって取得された前記手本となる口腔音響特性と、前記音高情報に対応する音に基づいて推定された前記演奏者の口腔形状を表示する出力部と、
を備える教習支援装置。

【請求項3】

前記出力部は、前記演奏者の口腔形状に対するコメントを表示する、
請求項２に記載の教習支援装置。

【請求項4】

前記手本となる口腔音響特性を示す手本特性情報を記憶する記憶部を更に備え、
前記手本情報取得部は、前記音高情報に応じた音に対応する前記手本特性情報を前記記憶部から読み出して取得する、
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の教習支援装置。

【請求項5】

前記出力部は、前記演奏者の口腔音響特性における共鳴のピークとなる音高と、前記手本となる口腔音響特性における共鳴のピーク音高をマークして表示する、
請求項１に記載の教習支援装置。

【請求項6】

スピーカから演奏者の口腔内に入力させた音による前記演奏者の口腔における共鳴音をマイクに集音させ、前記集音させた共鳴音に基づいて、演奏者の口腔音響特性を測定する口腔音響特性測定部を更に備え、
前記特性情報取得部は、前記口腔音響特性測定部によって測定された前記特性情報を取得する、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の教習支援装置。

【請求項7】

演奏者が演奏する場合に形成される口腔形状を維持させた状態で発音された有声音を線形予測分析することによって、前記演奏者の口腔音響特性を測定し、前記演奏者の口腔形状を推定する信号処理部を更に備え、
前記特性情報取得部は、前記信号処理部によって測定された前記演奏者の口腔音響特性、及び前記信号処理部によって推定された前記演奏者の口腔形状を取得する、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の教習支援装置。

【請求項8】

教習支援装置のコンピュータが行う教習支援方法であって、
音高情報取得部が、管楽器を用いる演奏の演奏対象である音の音高情報を取得し、
手本情報取得部が、前記音高情報に応じた音を演奏する際の手本となる口腔音響特性を取得し、
特性情報取得部が、前記音高情報に応じた音を演奏する場合における演奏者の口腔音響特性を示す特性情報を取得し、
出力部が、前記特性情報取得部によって取得された前記演奏者の口腔音響特性と、前記手本情報取得部によって取得された前記手本となる口腔音響特性と、を音高と共鳴の強さとの関係として表示する、
教習支援方法。

【請求項9】

教習支援装置のコンピュータに、
管楽器を用いる演奏の演奏対象である音の音高情報を取得する音高情報取得手段、
前記音高情報に応じた音を演奏する際の手本となる口腔音響特性を取得する手本情報取得手段、
前記音高情報に応じた音を演奏する場合における演奏者の口腔音響特性を示す特性情報を取得する特性情報取得手段、
前記特性情報取得手段において取得された前記演奏者の口腔音響特性と、前記手本情報取得手段において取得された前記手本となる口腔音響特性と、を音高と共鳴の強さとの関係として表示する出力手段、
を実行させるプログラム。

【請求項10】

教習支援装置のコンピュータが行う教習支援方法であって、
音高情報取得部が、管楽器を用いる演奏の演奏対象である音の音高情報を取得し、
手本情報取得部が、前記音高情報に応じた音を演奏する際の手本となる口腔音響特性を取得し、
特性情報取得部が、前記音高情報に応じた音を演奏する場合における演奏者の口腔音響特性を示す特性情報を取得し、
出力部が、前記特性情報取得部によって取得された前記演奏者の口腔音響特性と、前記手本情報取得部によって取得された前記手本となる口腔音響特性と、前記音高情報に対応する音に基づいて推定された前記演奏者の口腔形状を表示する、
教習支援方法。

【請求項11】

教習支援装置のコンピュータに、
管楽器を用いる演奏の演奏対象である音の音高情報を取得する音高情報取得手段、
前記音高情報に応じた音を演奏する際の手本となる口腔音響特性を取得する手本情報取得手段、
前記音高情報に応じた音を演奏する場合における演奏者の口腔音響特性を示す特性情報を取得する特性情報取得手段、
前記特性情報取得手段において取得された前記演奏者の口腔音響特性と、前記手本情報取得手段において取得された前記手本となる口腔音響特性と、前記音高情報に対応する音に基づいて推定された前記演奏者の口腔形状を表示する出力手段、
を実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、教習支援装置、教習支援方法、及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

金管楽器、木管楽器等の管楽器を用いた演奏において、演奏者による口腔形状（アンブシュア）が重要である。演奏者が口腔にある様々な筋肉を動かすことにより、目的とする音が管楽器から出るような音響特性を有する空間を口腔に形成することで、目的とする音を演奏（吹鳴）しやすくなるためである。特許文献１には、口腔形状を測定し、測定した形状が手本に合致しているかを表示する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－１８７８９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、口腔内の筋肉のつき方や喉の長さなどが個人ごとに異なるため口腔形状には個人差がある。そのため、手本の口腔形状を真似ても、口腔内の音響特性が目的の奏法の音響特性とならないことがあるため目的の奏法が実現できないことがあった。

【0005】

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、その目的は、目的とする音を演奏することができる口腔の音響特性と、演奏者の口腔の音響特性を、演奏者に認識させることが可能な教習支援装置、教習支援方法、及びプログラムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決するために、本発明の一態様は、管楽器を用いた演奏の演奏対象である音の音高情報を取得する音高情報取得部と、前記音高情報に応じた音を演奏する際の手本となる口腔音響特性を取得する手本情報取得部と、前記音高情報に応じた音を演奏する場合における演奏者の口腔音響特性を示す特性情報を取得する特性情報取得部と、前記特性情報取得部によって取得された前記演奏者の口腔音響特性と、前記手本情報取得部によって取得された前記手本となる口腔音響特性と、を音高と共鳴の強さとの関係として表示する出力部と、を備える教習支援装置である。
また、本発明の一態様は、管楽器を用いた演奏の演奏対象である音の音高情報を取得する音高情報取得部と、前記音高情報に応じた音を演奏する際の手本となる口腔音響特性を取得する手本情報取得部と、前記音高情報に応じた音を演奏する場合における演奏者の口腔音響特性を示す特性情報を取得する特性情報取得部と、前記特性情報取得部によって取得された前記演奏者の口腔音響特性と、前記手本情報取得部によって取得された前記手本となる口腔音響特性と、前記音高情報に対応する音に基づいて推定された前記演奏者の口腔形状を表示する出力部と、を備える教習支援装置である。

【0007】

また、本発明の一態様は、教習支援装置のコンピュータが行う教習支援方法であって、音高情報取得部が、管楽器を用いる演奏の演奏対象である音の音高情報を取得し、手本情報取得部が、前記音高情報に応じた音を演奏する際の手本となる口腔音響特性を取得し、特性情報取得部が、前記音高情報に応じた音を演奏する場合における演奏者の口腔音響特性を示す特性情報を取得し、出力部が、前記特性情報取得部によって取得された前記演奏者の口腔音響特性と、前記手本情報取得部によって取得された前記手本となる口腔音響特性と、を音高と共鳴の強さとの関係として表示する、教習支援方法である。
また、本発明の一態様は、教習支援装置のコンピュータが行う教習支援方法であって、音高情報取得部が、管楽器を用いる演奏の演奏対象である音の音高情報を取得し、手本情報取得部が、前記音高情報に応じた音を演奏する際の手本となる口腔音響特性を取得し、特性情報取得部が、前記音高情報に応じた音を演奏する場合における演奏者の口腔音響特性を示す特性情報を取得し、出力部が、前記特性情報取得部によって取得された前記演奏者の口腔音響特性と、前記手本情報取得部によって取得された前記手本となる口腔音響特性と、前記音高情報に対応する音に基づいて推定された前記演奏者の口腔形状を表示する、教習支援方法である。

【0008】

また、本発明の一態様は、教習支援装置のコンピュータに、管楽器を用いる演奏の演奏対象である音の音高情報を取得する音高情報取得手段、前記音高情報に応じた音を演奏する際の手本となる口腔音響特性を取得する手本情報取得手段、前記音高情報に応じた音を演奏する場合における演奏者の口腔音響特性を示す特性情報を取得する特性情報取得手段、前記特性情報取得手段において取得された前記演奏者の口腔音響特性と、前記手本情報取得手段において取得された前記手本となる口腔音響特性と、を音高と共鳴の強さとの関係として表示する出力手段、を実行させるプログラムである。
また、本発明の一態様は、教習支援装置のコンピュータに、管楽器を用いる演奏の演奏対象である音の音高情報を取得する音高情報取得手段、前記音高情報に応じた音を演奏する際の手本となる口腔音響特性を取得する手本情報取得手段、前記音高情報に応じた音を演奏する場合における演奏者の口腔音響特性を示す特性情報を取得する特性情報取得手段、前記特性情報取得手段において取得された前記演奏者の口腔音響特性と、前記手本情報取得手段において取得された前記手本となる口腔音響特性と、前記音高情報に対応する音に基づいて推定された前記演奏者の口腔形状を表示する出力手段、を実行させるプログラムである。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、目的とする音を演奏することができる口腔の音響特性と、演奏者の口腔の音響特性を、演奏者に認識させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態の教習支援装置１０の構成の例を示すブロック図である。

【図2】実施形態の口腔音響特性を測定する方法を説明する図である。

【図3】実施形態の口腔形状を推定する方法を説明する図である。

【図4】実施形態の口腔形状を推定する方法を説明する図である。

【図5】実施形態の口腔形状を推定する方法を説明する図である。

【図6】実施形態の口腔形状を推定する方法を説明する図である。

【図7】実施形態の口腔形状を推定する方法を説明する図である。

【図8】実施形態の手本特性情報１６０の構成の例を示す図である。

【図9】実施形態の手本形状情報１６１の構成の例を示す図ある。

【図10】実施形態の表示部１５に表示される画像の例を示す図である。

【図11】実施形態の表示部１５に表示される画像の例を示す図である。

【図12】実施形態の表示部１５に表示される画像の例を示す図である。

【図13】実施形態の表示部１５に表示される画像の例を示す図である。

【図14】実施形態の教習支援装置１０が行う処理の流れを説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。以下の説明では、口腔とは人間の口唇から声門に至るまでの気道であって、管楽器を演奏する際に音響管として機能し、演奏する音に応じて形状が変化する部位のこと示す。

【0012】

図１は、実施形態の教習支援装置１０の構成の例を示すブロック図である。教習支援装置１０は、管楽器を用いる演奏に係る教習を支援するコンピュータであり、例えば、ＰＣ（Personal Computer）、サーバ装置などである。図１に示すように、教習支援装置１０は、例えば、音高情報取得部１１と、手本情報取得部１２と、特性情報取得部１３と、口腔音響特性測定部１４と、表示部１５と、記憶部１６と、口腔形状推定部１７とを備える。

【0013】

音高情報取得部１１は、音高情報を取得する。音高情報は、音高（ピッチ）を示す情報である。音高情報取得部１１は、例えば、マウスやキーボードなどの入力装置から入力された音高を示す情報を、音高情報として取得する。或いは、音高情報取得部１１は、楽譜データに示された音符における音高を示す情報を、音高情報として取得するようにしてもよい。音高情報取得部１１は、取得した音高情報を、手本情報取得部１２に出力する。

【0014】

手本情報取得部１２は、音高情報に応じた音を演奏する場合に手本となる口腔音響特性を取得する。ここでの手本は、演奏を教習させる場合に模範として示される対象である。口腔音響特性は、口腔内に形成された空間における音響の特性である。例えば、口腔音響特性は、口腔内に形成される空間において異なる周波数の音に対して共鳴する大きさ（共鳴の強さ）との関係を示すものである（図１０参照）。手本情報取得部１２は、例えば、音高情報取得部１１から音高情報を取得し、取得した音高情報に基づいて、記憶部１６から音高情報に応じた音に対応する手本特性情報１６０を取得する。手本特性情報１６０は、手本となる口腔音響特性を示す情報である（図８参照）。

【0015】

また、手本情報取得部１２は、音高情報に応じた音を演奏する場合に手本となる口腔形状を取得する。口腔形状は、口腔の形状を示す情報であり、例えば、口唇から声門に至るまでの気道における各部位（唇、歯、口腔、口狭部、下咽頭等）における気道断面積を示す情報である（図４参照）。あるいは、口腔形状は、口腔の入り口から声門に至るまでの気道を側面からみた模式図で示す情報である（図１２の画像Ｇ４参照）。手本情報取得部１２は、例えば、音高情報取得部１１から音高情報を取得し、取得した音高情報に基づいて、記憶部１６から音高情報に応じた音に対応する手本形状情報１６１を取得する。手本形状情報１６１は、手本となる口腔形状を示す情報である（図９参照）。

【0016】

特性情報取得部１３は、音高情報に応じた音を演奏する演奏者の口腔音響特性を取得する。特性情報取得部１３は、例えば、口腔音響特性測定部１４によって測定された演奏者の口腔音響特性を取得する。また、特性情報取得部１３は、音高情報に応じた音を演奏する演奏者の口腔形状を取得する。特性情報取得部１３は、例えば、口腔形状推定部１７によって推定された演奏者の口腔形状を取得する。

【0017】

口腔音響特性測定部１４は、音高情報に応じた音を演奏する演奏者の口腔音響特性を測定する。口腔音響特性測定部１４は、任意の測定方法を用いて、演奏者の口腔音響特性を測定してよい。口腔音響特性測定部１４が口腔音響特性を測定する方法については後で詳しく説明する。

【0018】

口腔形状推定部１７は、音高情報に応じた音を演奏する演奏者の口腔形状を推定する。口腔形状推定部１７は、任意の測定方法を用いて、演奏者の口腔形状を推定してよい。口腔形状推定部１７が口腔形状を推定する方法については後で詳しく説明する。

【0019】

教習支援装置１０における上記の各構成要素（音高情報取得部１１、手本情報取得部１２、特性情報取得部１３、口腔音響特性測定部１４、及び口腔形状推定部１７）が行う各処理は、例えば、教習支援装置１０が備えるＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）などのプロセッサが、記憶部１６に格納されたプログラムを実行することにより実現されるように構成される。或いは、教習支援装置１０における上記の各構成要素の全部または一部が、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の専用ハードウェアにより実現されてもよい。

【0020】

表示部１５は、画像を表示する機能を有するハードウェアとしてのＬＥＤ（light emitting diode、発光ダイオード）やＬＣＤ（Liquid Crystal Display、液晶ディスプレイ）などから構成される。表示部１５は、音高情報に応じた音における、手本となる口腔音響特性、及び演奏者による口腔音響特性を表示する。

【0021】

記憶部１６は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリなどの記憶装置（非一過性の記憶媒体を備える記憶装置）、或いはこれらの組合せである。記憶部１６は、教習支援装置１０の各構成要素を実現するためのプログラム、プログラムを実行する際に用いられる変数、及び各種の情報を記憶する。記憶部１６は、例えば、手本特性情報１６０と、手本形状情報１６１を記憶する。手本特性情報１６０は、手本となる口腔音響特性を示す情報である。手本形状情報１６１は、手本となる口腔形状を示す情報である。

【0022】

ここで、口腔音響特性測定部１４が、口腔音響特性を測定する方法について説明する。測定には、任意の方法が用いられてよいが、例えば、ニューサウスウェールズ大学（ＵＮＳＷ（University of New South Wales））等の研究者らにより開示された文献１（"Saxophonists tune vocal tract resonances in advanced performance techniques, Jer-Ming Chen, et al, January 2011, The Journal of the Acoustical Society of America 129(1):415-26"）や、他の文献２("A Single Microphone Capillary-Based System for Measuring the Complex Input Impedance of Musical Wind Instruments, D. B. Sharp, et al, September 2011, Acta Acustica united with Acustica 97(5):819-829")を、用いることができる。文献２には、細くて長い音響管を用いることによって、駆動源（スピーカ）への反射を近似的に０（ゼロ）とみなせるような測定環境を構築することが記載されている。

【0023】

図２は、口腔音響特性測定部１４による測定方法を説明する図である。図２に示すように、例えば、口腔音響特性測定部１４は、特殊マウスピースＴＭを用いて、演奏者Ｐにおける口腔音響特性を測定する。特殊マウスピースＴＭは、マイクＭと接続される第１音響管Ｃ１と、スピーカＳと接続される第２音響管Ｃ２とを備える。第１音響管Ｃ１は、口腔の入り口における音をマイクＭに集音させる。第２音響管Ｃ２は、スピーカＳによって発音された音を口腔内に入力させる。

【0024】

演奏者は、特殊マウスピースＴＭを装着した状態において、音高情報に応じた音を演奏するための口腔形状を形成する。口腔音響特性測定部１４は、ＤＡＣ（Digital-to-Analog Converter）を介してスピーカＳに特定の音高に対応する音を発音させる。これにより、第２音響管Ｃ２を介して演奏者の口腔内に音が入力され、その音が口腔内で共鳴し、共鳴した音響（共鳴音）が第１音響管Ｃ１を介してマイクＭに集音される。口腔音響特性測定部１４は、マイクＭに集音された音を、ＡＤＣ（Analog-to-Digital Converter）を介して取得する。口腔音響特性測定部１４は、例えば、スピーカＳにより発音させた音の音圧と、マイクＭに集音された音の音圧とを比較することによって、その音による口腔内における共鳴の強さを取得する。口腔音響特性測定部１４は、順次、音高を変化させた音をスピーカから発音させ、発音させた音に対応する共鳴の強さを取得する。これによって、口腔音響特性測定部１４は、演奏者の口腔音響特性を測定する。

【0025】

口腔音響特性測定部１４は、演奏者が特殊マウスピースＴＭを装着して管楽器を演奏した状態で、演奏者の口腔音響特性を測定するようにしてもよい。この場合、口腔音響特性測定部１４は、マイクＭに集音された音にフィルタ処理する等して、演奏により管楽器から出力された音に相当する成分を減衰させる。口腔音響特性測定部１４は、フィルタ処理後の音の音圧を用いて、口腔内における共鳴の強さを取得する。

【0026】

ここで、口腔形状推定部１７が、口腔形状を推定する方法について説明する。推定には任意の方法が用いられてよいが、例えば、ＷａｒｅとＡｋｉのアルゴリズム（文献３「音を用いた気道断面積測定法とその臨床応用」日本音響学会誌４９巻４号（１９９３）等に開示）を用いることができる。

【0027】

図３～図７は、口腔形状推定部１７による推定方法を説明する図である。図３に示すように、例えば、口腔形状推定部１７は、ウェーブチューブ（音響管）Ｃ３を用いて、演奏者Ｐにおける口腔形状を推定する。ウェーブチューブＣ３には、圧力トランスデューサＡＴと、ホーンドライバＨとが設けられる。ホーンドライバＨは、ウェーブチューブＣ３を介して、音を口腔内に入力させる。圧力トランスデューサＡＴは、口腔からウェーブチューブＣ３を介して外部に出力される音の反射波の音圧に応じた電気信号を出力する。ホーンドライバＨは、「スピーカ」の一例である。圧力トランスデューサＡＴは、「マイク」の一例である。

【0028】

演奏者は、ウェーブチューブＣ３を装着した状態において、音高情報に応じた音を演奏する場合における口腔形状を形成する。口腔形状推定部１７は、ＤＡＣ（Digital-to-Analog Converter）を介してホーンドライバＨにインパルス波形を発音させる。これにより、ウェーブチューブＣ３を介して演奏者の口腔内に音が入力される。そして、その音が口腔内で反射し、ウェーブチューブＣ３を介して口腔外に出力され、圧力トランスデューサＡＴで測定される。口腔形状推定部１７は、圧力トランスデューサＡＴで測定された音圧を、ＡＤＣ（Analog-to-Digital Converter）を介して取得する。

【0029】

口腔形状推定部１７は、取得した反射波の音圧を用いて、原点から距離ｘだけ離れた位置における気道の断面積を算出する。ここでの原点とは、入力波及び反射波を計測する際に原点となる位置であり、ウェーブチューブＣ３における圧力トランスデューサＡＴが設けられた位置である。これにより、図４に示すように、口腔形状推定部１７は、入口からの距離ｘと、気道断面積との関係を算出することができ、この関係に基づいて口腔形状を推定することが可能となる。

【0030】

図５には、口腔形状を単純化したモデル（以下、単純モデル）が示されている。単純モデルは、原点におけるウェーブチューブＣ３の断面積が面積Ａ０であり、原点から距離ｘ０離れた位置における気道の断面積がＡ１に変化するモデルである。この場合、口腔形状推定部１７は、以下の（１）式を用いて、原点からの距離ｘ０にある部位における反射係数ｒを表記する。

【0031】

ｒ＝（Ｐｒ／Ｐｉ）×（Ａ０－Ａ１）／（Ａ０＋Ａ１） …（１）

【0032】

（１）式におけるＰｒは反射波の音圧、Ｐｉは入力波の音圧を示す。また、（１）式におけるＡ０は原点における断面積、Ａ１は原点から距離ｘ０離れた位置における気道の断面積を示す。

【0033】

口腔形状推定部１７は、（１）式を面積Ａ１について解き、（２）式のように変形させて、面積Ａ１を、係数Ｋと断面積Ａ０との積で表記する。

【0034】

Ａ１＝Ｋ×Ａ０ …（２）
但し、Ｋ＝（Ｐｒ－ｒＰｉ）／（Ｐｒ＋ｒＰｉ）

【0035】

面積Ａ０が既知であることから、口腔形状推定部１７は、係数Ｋを決定することにより、面積Ａ１を算出することができる。係数Ｋは、入力波Ｐｉの音圧、時刻Ｔにおいて測定された反射波Ｐｒ（Ｔ）の音圧、及び反射係数ｒを用いて算出することが可能である。ここで、時刻Ｔは、往復距離（２×ｘ０）を音波が伝搬するのに要した時間である。

【0036】

図６には、実際の口腔形状に近いモデル（以下、実モデル）が示されている。実モデルは、入口における気道の断面積が面積Ａ０であり、入口から距離ｘ０、２ｘ０、３ｘ０、４ｘ０、…離れた位置における気道の断面積がＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、…と段階的に変化するモデルである。

【0037】

実モデルでは、時刻０（ゼロ）において、入力波Ｐｉが口腔に接続されたウェーブチューブＣ３に入力されるものとする。また、時刻Ｔにおいて、原点から距離ｘ０離れた位置における断面において反射した反射波Ｐｒ（Ｔ）が測定されるものとする。同様に、時刻２Ｔ、３Ｔ、…において、原点から距離２ｘ０、３ｘ０、…離れた位置における断面において反射した反射波Ｐｒ（２Ｔ）、Ｐｒ（３Ｔ）、…が測定されるものとする。

【0038】

実モデルにおいては、時刻２Ｔまでは多重反射が無いため単純モデルと同様に、（２）式を用いて、面積Ａ１、Ａ２を算出することができる。しかしながら、図７に示すように、実モデルでは、時刻Ｔ３において、原点から距離３ｘ０離れた位置において反射した反射波と、破線の矢印で示すような多重反射した反射波とが混在した波が、圧力トランスデューサＡＴによって測定される。

【0039】

口腔形状推定部１７は、このような多重反射した反射波を、面積Ａ０～Ａ２を用いて算出する。口腔形状推定部１７は、時刻Ｔ３において測定された反射波の音圧から、多重反射した反射波音圧を減算し、減算後の（すなわち、原点から距離３ｘ０離れた位置における断面に反射した反射波のみからなる）音圧を（２）式に代入することによって、面積Ａ３を算出する。このような、多重反射による影響を考慮した推定を行うことで、より精度よく、口腔形状を推定することが可能となる。

【0040】

上述した、口腔音響特性測定部１４による測定、及び口腔形状推定部１７による推定に係る処理を、例えば、ＤＳＰなどを用いて実行することにより、ＤＳＰを用いずにＣＰＵのみで実行する場合と比較して、より高速に演算処理を実行することができる。したがって、演奏する音の変化とほぼリアルタイムに、口腔音響特性の測定、及び口腔形状の推定を実行することが可能となる。

【0041】

図８は、実施形態の手本特性情報１６０の構成の例を示す図である。図８に示すように、手本特性情報１６０は、例えば、音高情報と、手本特性との項目を備える。音高情報は、音高を示す情報である。手本特性は、音高情報で特定される音を演奏する場合において手本となる口腔音響特性を示す情報である。手本となる口腔音響特性は、例えば、熟練の演奏者による演奏において実際に測定（実測）された口腔音響特性である。或いは、実測ではなく、シミュレーションなどの手法を用いて作成された特性であってもよい。

【0042】

図９は、実施形態の手本形状情報１６１の構成の例を示す図である。図９に示すように、手本形状情報１６１は、例えば、音高情報と、手本形状との項目を備える。音高情報は、音高を示す情報である。手本形状は、音高情報で特定される音を演奏する場合において手本となる口腔形状を示す情報である。手本となる口腔形状は、例えば、熟練の演奏者による演奏において、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）等の測定装置を用いて実際に測定（実測）された口腔形状である。或いは、実測ではなく、シミュレーションなどの手法を用いて作成された形状であってもよい。

【0043】

図１０から図１３は、実施形態の表示部１５に表示される画像の例を示す図である。図１０に示すように、表示部１５は、手本となる口腔音響特性Ｌ１と、演奏者による口腔音響特性Ｌ２を表示する。この図の例では、画像Ｇ１が表示されている。画像Ｇ１には、特性Ｌ１と、特性Ｌ２とが、重ねて表示されている。ここでの口腔音響特性は、横軸が音高、縦軸が共鳴の強さを示す。このように、口腔音響特性の音高が周波数で示されていてもよい。これにより、演奏者に、特性Ｌ１とＬ２との相違を認識させることが可能である。演奏者は、口腔にある筋肉の動かし方を変えることによって音響特性がどう変化するのかを認識することができる。したがって、目的とする音を演奏することができる音響特性と、その音を演奏する場合における口腔にある筋肉の動かし方との関係を、演奏者に習得させることができる。

【0044】

図１１に示すように、表示部１５は、口腔音響特性を示す波形に加え、マーカＭＫ１～ＭＫ３を表示するようにしてもよい。この図の例では、表示部１５は、画像Ｇ２、Ｇ３を表示する場合の例が示されている。画像Ｇ２では、楽譜ＧＨと、演奏位置を示すマーカＭＫ１が示されている。画像Ｇ２を表示させることによって、演奏者が演奏位置や演奏音を認識しやすくなる。また、画像Ｇ３では、周波数の差分（図１１では、「音ズレ」と記載）を示すマーカＭＫ２と、強度差を示すマーカＭＫ３とが示されている。ここでの周波数の差分は、手本の特性Ｌ１における共振のピークとなる周波数と、演奏者の特性Ｌ２における共振のピークとなる周波数との差分である。強度差は、手本の特性Ｌ１における共振のピーク値と、演奏者の特性Ｌ２における共振のピーク値との差分である。この図の例に示すように表示部１５は、周波数の差分を、［ｃｅｎｔ］など演奏者が把握しやすい単位で示すようにしてもよい。周波数（Ｈｚ）で表示する場合と比較して、より直感的に周波数のずれ度合を認識させることができる。

【0045】

図１２に示すように、表示部１５は、さらに手本となる口腔形状Ｌ３と、演奏者の口腔形状Ｌ４を表示するようにしてもよい。この図の例では、さらに画像Ｇ４が表示されている。画像Ｇ４には、形状Ｌ３と、形状Ｌ４とが、重ねて表示されている。

【0046】

図１３に示すように、表示部１５は、口腔形状に、コメントＣＭ１、ＣＭ２を表示するようにしてもよい。この図の例では、表示部１５は、画像Ｇ５を表示する場合の例が示されている。画像Ｇ５では、演奏者の口腔形状における舌の位置に「舌を下げて」とのコメントＣＭ１が示されている。また、画像Ｇ５では、演奏者の口腔形状における下咽頭の位置に「喉を閉めて」とのコメントＣＭ２が示されている。このようなコメントを付すことにより、演奏者に筋肉の動かし方のヒントを与えることができる。

【0047】

図１４は、実施形態の教習支援装置１０が行う処理の流れを説明するフローチャートである。教習支援装置１０は、音高情報を取得する（ステップＳ１０）。教習支援装置１０は、音高情報に対応する音を演奏する場合において手本となる口腔音響特性を取得する（ステップＳ１１）。教習支援装置１０は、音高情報に対応する音を演奏する場合における演奏者の口腔音響特性を測定する（ステップＳ１２）。教習支援装置１０は、手本となる口腔音響特性と、演奏者の口腔音響特性とを表示する（ステップＳ１３）。

【0048】

一方、教習支援装置１０は、音高情報に対応する音を演奏する場合において手本となる口腔形状を取得する（ステップＳ１４）。教習支援装置１０は、音高情報に対応する音を演奏する場合における演奏者の口腔形状を推定する（ステップＳ１５）。教習支援装置１０は、手本となる口腔形状と、演奏者の口腔形状とを表示する（ステップＳ１６）。

【0049】

なお、上述したフローチャートでは、口腔音響特性と口腔形状との両方を表示する場合を例示して説明した。しかしながら、これに限定されない。教習支援装置１０は、少なくとも、手本となる口腔音響特性と、演奏者による口腔音響特性とを表示すればよい。
また、上述したフローチャートでは、口腔音響特性を表示した後に、口腔形状を推定する場合を例示した。しかしながら、これに限定されない。教習支援装置１０は、口腔音響特性と口腔形状とをまとめて表示するようにしてもよい。この場合、ステップＳ１２の後にステップＳ１４、Ｓ１５が実行され、その後、ステップＳ１３、Ｓ１６が実行される。

【0050】

なお、上述した実施形態では、口腔音響特性測定部１４が演奏者の口腔音響特性を測定する場合を例示して説明した。しかしながら、これに限定されない。教習支援装置１０は、外部装置によって測定された口腔音響特性を取得するようにしてもよい。この場合、外部装置は、口腔音響特性測定部１４と同等の機能部を備え、その機能部によって測定された口腔音響特性を、教習支援装置１０に送信する。

【0051】

以上説明したように、実施形態の教習支援装置１０は、音高情報取得部１１と、手本情報取得部１２と、特性情報取得部１３と、表示部１５とを備える。表示部１５は、「出力部」の一例である。音高情報取得部１１は、演奏対象である音高情報を取得する。手本情報取得部１２は、音高情報に応じた音を演奏する際の手本となる口腔音響特性を取得する。特性情報取得部１３は、演奏者が音高情報に応じた音を演奏する場合における口腔音響特性を取得する。表示部１５は、特性情報取得部１３によって取得された演奏者の口腔音響特性、及び手本情報取得部１２によって取得された手本となる口腔音響特性を表示する。

【0052】

これによって、実施形態の教習支援装置１０は、演奏者の口腔音響特性と、手本となる口腔音響特性とを示すことができる。演奏時に形成される口腔形状は、口腔に所望の音響共鳴（口腔音響特性）を持つ空間をつくるための手段でしかない。目的とする音が吹鳴できるか否かは、口腔形状を提示するより、口腔音響特性を提示する方が、より本質的である。このため、演奏者に、手本となる音響特性との差異を認識させ、口腔にある筋肉の動かし方を変えることによって音響特性がどう変化するのかを認識させることが可能である。したがって、目的とする音を演奏することができる音響特性と、その音を演奏する場合における口腔にある筋肉の動かし方との関係を、演奏者に習得させることが可能となる。

【0053】

また、実施形態の教習支援装置１０では、記憶部１６を更に備える。記憶部１６は、手本特性情報１６０を記憶する。手本特性情報１６０は、手本となる口腔音響特性を示す情報である。手本情報取得部１２は、音高情報に応じた音に対応する手本特性情報１６０を記憶部１６から読み出して取得する。これにより、実施形態の教習支援装置１０は、予め記憶された手本特性情報１６０を音高情報に応じて選択することができ、インターネットなどの通信網と接続されていない環境であっても、手本特性情報１６０を取得することが可能である。

【0054】

また、実施形態の教習支援装置１０では、表示部１５は、演奏者による口腔音響特性と、手本となる口腔音響特性とを、音高と共鳴の強さとの関係を表示する。これにより、実施形態の教習支援装置１０は、手本との周波数の差や強度差を直感的に認識することが可能となる。

【0055】

また、実施形態の教習支援装置１０では、表示部１５は、演奏者の口腔音響特性における共鳴のピークとなる音高と、手本となる口腔音響特性における共鳴のピーク音高をマークして表示する。これにより、実施形態の教習支援装置１０は、手本と音ズレや強度差を定量的に認識することが可能となる。

【0056】

また、実施形態の教習支援装置１０では、口腔音響特性測定部１４を更に備える。口腔音響特性測定部１４は、図２に示すように、スピーカＳから演奏者の口腔内に音を入力させる。口腔音響特性測定部１４は、演奏者Ｐの口腔内に入力させた音による、演奏者Ｐの口腔における共鳴音をマイクＭに集音させる。口腔音響特性測定部１４は、マイクＭに集音させた共鳴音に基づいて、演奏者の口腔音響特性を測定する。これにより、実施形態の教習支援装置１０では、演奏者の口腔音響特性を測定することができる。

【0057】

（実施形態の変形例１）
ここで、実施形態の変形例１について説明する。本変形例では、演奏者の口腔音響特性の測定処理と、口腔形状の推定処理とを、まとめて実施する点において、上述した実施形態と相違する。

【0058】

以下の説明では、口腔音響特性測定部１４が、演奏者の口腔音響特性の測定処理と、口腔形状の推定処理とを、まとめて実施する場合を例示して説明する。しかしながら、これに限定されない。口腔形状推定部１７や、教習支援装置１０における他の機能部が奏者における口腔音響特性の測定処理と、口腔形状の推定処理とを、まとめて実施するようにしてもよい。

【0059】

まず、演奏者は、マウスピースを装着した状態で音高情報に応じた音を演奏する場合における口腔形状を形成する。ここでのマウスピースは、上述した特殊マウスピースＴＭではなく、通常のマウスピースである。

【0060】

次に、演奏者は、演奏する場合における口腔形状を維持させたまま、有声音を発声する。口腔音響特性測定部１４は、演奏者により発生された有声音をマイクに集音させ、集音させた有声音を取得する。口腔音響特性測定部１４は、取得した音を、例えば線形予測分析（ＬＰＣ、Linear Predictive Coding）することによって、口腔における伝達関数を推定し、推定した伝達関数に基づく共振特性を求めることによって、口腔における共振特性（音響特性）を測定する。また、口腔音響特性測定部１４は、推定した伝達関数に基づいて、その伝達関数を持つ等価音響管（口腔形状のモデル）の形状を推定する。

【0061】

以上説明したように、実施形態の変形例１に係る教習支援装置１０は、口腔音響特性測定部１４を更に備える。口腔音響特性測定部１４は、演奏者が演奏する場合に形成される口腔形状を維持させた状態で発音された有声音を線形予測分析する。口腔音響特性測定部１４は、線形予測分析した結果を用いて、演奏者の口腔音響特性を算出する。口腔音響特性測定部１４は、線形予測分析した結果を用いて、演奏者の口腔形状を算出する。特性情報取得部１３は、口腔音響特性測定部１４によって算出された演奏者の口腔音響特性、及び口腔形状を取得する。これにより、実施形態の変形例１に係る教習支援装置１０では、マイクやスピーカが内蔵された特殊な装置（例えば、特殊マウスピースＴＭ）などを使わなくても、演算処理により簡便に、口腔音響特性及び口腔形状を算出することができる。

【0062】

（実施形態の変形例２）
ここで、実施形態の変形例２について説明する。本変形例では、手本となる口腔形状が、同じ音高に対応する音ごとに複数記憶される点において、上述した実施形態と相違する。上述したように、演奏時に形成される口腔形状を、見本の口腔形状と真似ても目的とする音を吹鳴できない場合があり得る。この対策として、演奏者の属性と似た属性をもつ熟練者による口腔形状を提示する。これにより、見本の口腔形状と真似ると、目的の音を吹鳴できるようになる可能性を高めることが期待できる。ここでの属性は、任意の属性であってよく、例えば、性別、年齢、身長や体重などの体格、喉の長さ、肺活量など、演奏に寄与すると考えられる部位の属性が好適である。或いは、演奏者が、手本とする熟練者を指定できるようにしてもよい。例えば、演奏者が憧れる熟練者の口腔形状を提示することにより、演奏者における練習意欲を向上させることが期待できる。

【0063】

上述した実施形態における教習支援装置１０の全部または一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

【0064】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0065】

１０…教習支援装置、１１…音高情報取得部、１２…手本情報取得部、１３…特性情報取得部、１４…口腔音響特性測定部（信号処理部）、１５…表示部、１６…記憶部、１６０…手本特性情報、１６１…手本形状情報、１７…口腔形状推定部（信号処理部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】