The source-filter theory of whistle-like calls in marmosets: Acoustic analysis and simulation of helium-modulated voices

西村剛、香田啓貴、脇田真清ほか

本研究では、コモンマーモセットでヘリウム音声実験を行い、そのホイッスル様の音声が、ヒトの音声と同様の仕組みで作られていることを明らかにしました。マーモセットやタマリンといった南米に生息する小型新世界ザルは、フィーコールというピッチが7-8000Hzという高いホイッスル様の信号音のような音声を出します。主に、個体同士の所在確認の鳴き交わしで使われています。この研究では、マーモセットにヘリウム・酸素ガス(ヘリウム80%、酸素20%の混合ガス。酸素がないと窒息します。)を吸ってもらって、その音声を分析しました。ヘリウム・酸素ガスは、よくパーティーグッズで売られているもので、ヒトでは吸うと声が変わります。その声は、ドナルドダック・ボイスとよばれることもあります。マーモセットのフィーコールも、ヒトと同様に変な声になりました。これは、喉の声帯で作られた音源で、そこから唇までの声道とよばれる空間が共鳴していることを示します。さらに、その変化を詳しく分析すると、声帯の音源と声道の共鳴が独立して作用していることがわかりました。ある種の木管楽器等では、ヘリウム空間では音源と共鳴が連動して変化します。つまり、マーモセットの音声が、そのような楽器とは異なり、ヒトの音声と同様の仕組みで作られていることを示しています。ただし、音響シミュレーションでさらに詳しく分析したところ、マーモセットでは、ヒトのように高度な音声操作ができない形態学的制約があるようです。ヒトの音声生成の仕組みは真猿類共通のようですが、その高度な操作には音声器官の形態学的進化も必要なようです。今後は、サル類での、音声の随意的操作の可能性や声帯振動をより詳しく解析して、ヒトの音声の高度な操作の霊長類的基盤を探る研究を推進します。

アメリカ音響学会誌 Journal of Acoustical Society of America 137(6):3068-3076.

Whistle-like high-pitched "phee" calls are often used as long-distance vocal advertisements by small-bodied marmosets and tamarins in the dense forests of South America. While the source-filter theory proposes that vibration of the vocal fold is modified independently from the resonance of the supralaryngeal vocal tract (SVT) in human speech, a source-filter coupling that constrains the vibration frequency to SVT resonance effectively produces loud tonal sounds in some musical instruments. Here, a combined approach of acoustic analyses and simulation with helium-modulated voices was used to show that phee calls are produced principally with the same mechanism as in human speech. The animal keeps the fundamental frequency (f0) close to the first formant (F1) of the SVT, to amplify f0. Although f0 and F1 are primarily independent, the degree of their tuning can be strengthened further by a flexible source-filter interaction, the variable strength of which depends upon the cross-sectional area of the laryngeal cavity. The results highlight the evolutionary antiquity and universality of the source-filter model in primates, but the study can also explore the diversification of vocal physiology, including source-filter interaction and its anatomical basis in non-human primates.

書誌情報

Koda H, Tokuda IT, Wakita M, Ito T, and Nishimura T. 2015. The source-filter theory of whistle-like calls in marmosets: Acoustic analysis and simulation of helium-modulated voices. J Acoust Soc Am 137(6):3068-3076.