ケプストラム

私たちが音を聞き分けられるのは、音の高さ、大きさ、そして音色の三つの要素のおかげです。音の高低は、音の振動の速さ、つまり周波数によって決まります。高い音は速く振動し、低い音はゆっくり振動しています。音の大小は、音の波の大きさ、つまり振幅によって決まります。大きな音は波が大きく、小さな音は波が小さいです。そして音色は、音の波形の違いによって生み出されます。同じ高さ、同じ大きさの音でも、楽器によって異なる音に聞こえるのは、この音色の違いがあるからです。 この音色を捉える有力な方法の一つに、メル周波数ケプストラム係数（略してエムエフシーシー）と呼ばれるものがあります。これは、人間の耳の仕組みを模倣した計算方法で、音の特徴を数値化することができます。人間の耳は、高い音よりも低い音に対して敏感に反応するようにできています。エムエフシーシーは、この人間の耳の特性を考慮に入れて、音の周波数成分を分析します。 具体的には、まず音声を短い時間ごとに区切り、それぞれの区間で周波数分析を行います。そして、人間の耳の感度に合わせた特別な尺度を使って、周波数ごとのエネルギーの分布を計算します。最後に、この分布をさらに変換して、音色を表す特徴的な数値を抽出します。これがエムエフシーシーです。 エムエフシーシーは、まるで音の指紋のようなものです。同じ音であれば、エムエフシーシーも同じような値になります。逆に、異なる音であれば、エムエフシーシーも異なる値になります。この性質を利用することで、音声認識や音声検索、音声合成など、様々な音声処理技術で音声を識別することができます。例えば、音声認識では、入力された音声のエムエフシーシーを計算し、あらかじめ登録されている音声のエムエフシーシーと比較することで、どの音声に一番近いかを判断し、認識を行います。