| 太陽の光は、一般に、人間の目では白の一色であると感じる。 しかし、プリズムという器具を使用することにより、図１．１に示すように、 虹のような沢山の色が含まれていることを理解することができる。 これは、光の屈折率が波長により異なる性質を利用して、 光を周波数分析することにより、光に含まれる成分を分析し抽出できたことになる。 同様に、音声も、周波数分析装置等を利用することにより、 音声に含まれる成分を分析し抽出することができる。 |
| 音は、空気中を縦波として伝搬している。図１．２のように、コップに水を入れた場合、水の深さにより音の高さが異なることを経験する。これは、音の高さ（周波数）が、片端点開放の管では、４分の１波長分が基本モードの共振が生じるからである。この基本モードの共振周波数は、以下の式で計算される。 |
| これより、同一の温度では音速は一定であるから、管の共振周波数は、管の長さに反比例することになり、長い管の共振周波数は低く、短い管の共振周波数は高くなることが分かる。 |
| さらに、第２モードの共振周波数は、４分の３波長分が共振周波数になり、第３モードの共振周波数は、４分の５波長分が共振周波数となる。すなわち、第ｋ番目のモードの共振周波数では、４分の（２ｋ−１）波長分が共振周波数となる。 |
| 例えば、音速を３２０ｍ／秒、管の長さを１６ｃｍとすると、図１．３に示すように、基本モードの共振周波数は、３２０＊１００／（４＊１６）＝５００ Ｈｚとなる。第２番目のモードの共振周波数は１５００Ｈｚ、第３番目のモードの共振周波数は２５００Ｈｚとなり、さらに、第ｋ番目のモードの共振周波数は１０００＊ｋ−５００Ｈｚとなる。 |
| 音声を生成する調音器官も、コップと同様に、図１．４に示すように、唇を開放端、舌による狭めの位置を閉鎖端とする管であると、近似的に考えることができる。このため、コップの中の水の量により音の高さが変わるように、舌による狭めの位置により、音の高さが変わることになる。このため、一般的に言えば、後舌母音では共振周波数が低く、前舌母音では共振周波数が高くなることになる。 |
| 以上のことから、被爆の危険があるＸ線等を使用しないで、音声波形だけを用いて周波数分析することにより、調音器官による共振周波数を測定することができ、その結果から舌の狭めの位置（調音位置）を、間接的に計測する音声分析の基本概念を理解することができる。 |
| 空気中を伝搬する縦波の音は、マイクロフォンにより電気信号に変換され、図１．５のように、時間軸と振幅軸で表現される。この音は、大きさ、高さ、音色、持続時間で表現される。 このとき、１波長分の時間を周期（単位ｓ、秒）と呼び、周波数（単位Ｈｚ、ヘルツ）と周期の関係は次式で表現できる。 |
| 図１．５の例では、１周期波長が２５ｍｓであるので、周波数は４０Ｈｚとなる。また、位相（ｐｈａｓｅ）が４５度遅れた波形との関係は、図１．６のようになる。さらに、図１．５と比較して振幅が１０分の１で周波数が１０倍（周期が１０分の１）の４００Ｈｚの波形は、図１．７のようになる。 |
| 実際の音は、異なる周波数の波の合成で表現され、図１．８（ａ）の例では、図１．５に示した振幅が１０の大きさを持つ周波数４０Ｈｚの音と、図１．７に示した振幅１の大きさを持つ周波数４００Ｈｚの音の合成波形の例である。また、この合成波形を周波数分析すると、図１．８（ｂ）のように、２本の線スペクトルで表現される。このように、時間領域の波形では合成波形の成分を分解することが困難であるが、周波数領域のスペクトルでは、合成波形の成分を分解することができることが容易に理解できる。 |
| 音の大きさは、ｄＢ（デシベル）で表せる。このデシは、体積を表すｄｌ（デシリットル）とｌ（リットル）の関係と同様に、１Ｂ＝１０ｄＢであり、ｄＢを使うことにより、音の大きさを整数の値であらわすことができる。 |
| 音の大きさの比 | 常用対数 | 音の大きさの単位 |
| １倍 | ０ | ０ｄＢ |
| １０倍 | １ | １０ｄＢ |
| １００倍 | ２ | ２０ｄＢ |
| １０００倍 | ３ | ３０ｄＢ |
| ０．１倍 | −１ | −１０ｄＢ |
| 騒音計により音の大きさを表す場合には、ｄＢ（Ａ）、ｄＢ（Ｂ）、ｄＢ（Ｃ）の様に、騒音形の周波数特性を表す併せて記述する様になっている。このため、従来の騒音を表す単位のホーン（ｐｈｏｎｅ）は現在では用いない。 |
| 音の高さを表す単位には、周波数をあらわすＨｚ（ヘルツ）という物理的尺度の単位が用いられる。また、音の高さを聴覚的尺度では、ピッチ（ｐｉｔｃｈ）と呼び、ｍｅｌ（メル）の単位が用いられる。このメル尺度は、対数尺度のように、低い周波数では間隔が狭く、高い周波数では間隔が広くなる尺度である。 |
| 音声研究者が、声帯の振動周波数である基本周波数の術語を、ピッチ周波数と呼ぶことがあるが、これは狭い意味でのピッチ周波数のことであり、ピッチ周波数には音の高さの聴覚的尺度という本来の意味があるので、注意して使用する必要がある。 |
| 物理尺度 | 感覚尺度 | |
| 音の高さ | 周波数 | ピッチ |
| 単位 | Hz | Mel |