JP2014228691A - 航空管制用音声通信装置および音声処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】管制官とパイロットとの間での無線音声通信を介した会話を聞き取り易くすることで、聞き間違えや聞き逃しなどによる誤認を防止し、ヒューマンエラーによる航空機事故発生の防止に資する航空管制用音声通信装置、音声処理方法を提供する。
【解決手段】入力音声の発話部の声質を保持しつつ前記発話部の話速を遅くし、前記入力音声の非発話部の時間を縮める話速調整部と、前記発話部の音量レベルを所望の範囲内に収める音量レベル調整部と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、航空管制における音声通信技術に関し、特に、管制官とパイロット間の無線音声通信による会話での誤認を防止する技術に関する。

航空管制において、ヒューマンエラーによる航空機事故の防止は、極めて重要な課題である。ヒューマンエラーの代表的なものとして、管制官とパイロットとの間での無線音声通信による会話の誤認が挙げられる。航空機と管制塔、航空機と管制室との間での無線音声通信では、電波環境の影響、すなわち、電波干渉や電波反射、雷雲、高層障害物などの影響により、通信が中断したり雑音が増大したりする要因が多く存在する。その結果、管制官とパイロットとの間での会話が聞き取りにくくなる場合が多く発生している。そして、この会話が聞き取りにくいことによる「聞き間違え」や「聞き逃し」が、重大な航空機事故の原因となってきた。

特許文献１には、管制官とパイロットとの会話の前後での違和感を排除し、スムーズな通話を可能とする音声通信システムが開示されている。このシステムによれば、会話開始時の頭切れや会話開始前の不要な音声信号の伝送をなくし、かつ、会話終了時の語尾切れや会話終了後の不要な音声信号の伝送をなくした、音声通信システムを提供することが可能になるとしている。

特開２００７−２５９２８４号公報

しかしながら、特許文献１の技術によって、会話の前後での違和感を排除した会話を可能にしたとしても、会話そのものが聞き取りにくいことによる「聞き間違え」や「聞き逃し」を防止することはできなかった。

会話が聞き取りにくくなる原因としては、会話の速度すなわち話速が速いことによるもの、雑音などにより声質が変わってしまうことで会話の相手を特定しにくくなることによるもの、会話の音量のレベルが小さすぎるあるいは大きすぎるあるいは変動することによるもの、などが挙げられる。

また、人が会話の内容を正確に理解するためには、聴覚の性質上、発話開始部分をはっきり聞き取ることが重要となる。特に、航空管制においては、交信の一番初めに呼出符号（コールサイン）がくるため、自分に対する交信かどうかを認識するためにも、発話開始部分の聞き取りは重要である。

さらに、航空管制の会話では英語が用いられる。英語による会話は日本語による会話と比較して発話に抑揚やリズムがあり、これらは聞き取り易さを向上させるものである。そして、この抑揚やリズムを損なうことなく会話を行うために重要なのが、音声の声質を一定に保持することである。ピッチが変わるなどして声質が変わってしまうと、英語による会話では聞き取りが難しくなる場合が多い。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、管制官とパイロットとの間での会話を聞き取り易くすることで、「聞き間違え」や「聞き逃し」などによる誤認を防止し、ヒューマンエラーによる航空機事故発生の防止に資する航空管制に用いる音声通信装置および音声処理方法を提供することにある。

本発明の音声通信装置は、入力音声の発話部の声質を保持しつつ前記発話部の話速を遅くし、前記入力音声の非発話部の時間を縮める話速調整部と、前記発話部の音量レベルを所望の範囲内に収める音量レベル調整部と、を備えた音声通信装置である。

本発明の音声処理方法は、入力音声の発話部のピッチを保持しつつ前記発話部の話速を遅くし、前記入力音声の非発話部の時間を縮める話速調整工程と、前記発話部の音量レベルを所望の範囲内に収める音量レベル調整工程と、を有する音声処理方法である。

本発明によれば、航空管制における音声通信による管制官とパイロットとの間での会話が聞き取り易くなることで、「聞き間違え」や「聞き逃し」などによる誤認が防止され、ヒューマンエラーによる航空機事故発生の防止に資する航空管制に用いる音声通信装置および音声処理方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態の航空管制用音声通信装置の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態の航空管制用音声通信装置の話速調整器の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態の航空管制用音声通信装置の話速調整器の動作を説明する図である。 本発明の第１の実施形態の航空管制用音声通信装置の入力音声と出力音声との関係を示す図である。 本発明の第１の実施形態の航空管制用音声通信装置の音量レベル調整器による音量レベル調整の様子を説明する図である。 本発明の第２の実施形態の航空管制用音声通信装置の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態の航空管制用音声通信装置の話速調整器の構成を示す図である。

以下、図を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の航空管制用音声通信装置１０の構成を示す図である。また、図２は、本実施形態の航空管制用音声通信装置１０に備える話速調整器５の構成を示す図である。航空管制用音声通信装置１０は、航空無線通信による入力音声信号１１を受信する対空無線機１と、複数回線を切り替える交換機２と、入力音声信号の話速と声質と音量レベルとを調整する信号処理部３と、出力音声信号１２を再生するヘッドフォンなどの音声再生部４とを有する。

信号処理部３は、話速調整器５と音量レベル調整器６とを有する。話速調整器５は、発話部と非発話部とを音声の主成分分析等により分離する音声分離部５１と、発話部の音声の声質を保ちつつ話速の調整を行う発話音声制御部５２と、非発話部の長さの調整を行う非発話音声制御部５３と、発話部と非発話部とを合成する音声合成部５４とを有する。

次に、図３を参照して話速調整器５の動作を説明する。図３は、本実施形態の航空管制用音声通信装置１０の話速調整器５の動作を説明する図である。

入力音声信号７１は入力音声を模式的に表しており、対空無線機１、交換機２を介して信号処理部３に入力される。入力音声信号７１は、図２の音声分離部５１で、発話部７２と非発話部７４とに分けられ、それぞれ発話音声制御部５２と非発話音声制御部５３とに送られる。

発話音声制御部５２では、発話部７２の音声（たとえば、「ＪＡ５６７１」と発声）の声質を保ちつつ話速の調整を行う。すなわち、発話部の開始部分の話速を遅くする。さらに、発話部の終了部分に近付くに従って話速を速くする。あるいは、発話部の終了部分に近付くに従って当初の話速に近づける。この間、話速の変化に伴って声質を変化させないために、音声のピッチや波形を保つ。そして、波形の繰り返しを増やすことで、話速を遅くする。以上の発話音声制御部５２での処理により、発話部７２は発話部７３に調整される。

音声のピッチを保つことなく音声の波長を長くすることで話速を遅くすると、声質の低い音声に変化してしまう。さらに、声質は波形によるため、母音・子音単位で波形は元の音声の波形を保ち、その繰り返しを多くすることで、声質は変化させずに話速を遅くすることができる。

なお、図３の発話部７３では、発話部の開始部分の話速を遅くした後に、発話部の終了部分に向かって話速を滑らかに速くすることができる。また、終了部分に向かって話速を段階的に速めることも可能である。また、発話部の終了部分に向かって必ずしも話速を速める必要はなく、発話開始部分のゆっくりした話速を、発話部の全体にわたって保つこともできる。

一方、非発話音声制御部５３では、非発話部７４の長さの調整を行う。すなわち、非発話部７４の長さを短くする。以上の非発話音声制御部５３での処理により、非発話部７４は非発話部７５に調整される。

以上の発話音声制御部５２と非発話音声制御部５３との処理では、発話部７２の時間長と発話部７３の時間長の時間差と、非発話部７４の時間長と非発話部７５の時間長の時間差とが等しくなるようにする。すなわち、発話音声制御部５２の処理で発話部の時間が長くなった分を、非発話音声制御部５３の処理で非発話部の時間を短くする。

発話部７３と非発話部７５とは音声合成部５４に送られ合成され、出力音声信号７６となる。以上より得られた出力音声信号７６の出力音声は、入力音声信号７１の入力音声と同じ時間長を有する。入力音声信号７１に比べて出力音声信号７６では、発話部の開始部分で話速はゆっくりとなり、かつ声質は変わらないため、聞き取りやすい音声となっている。また、入力音声信号７１と出力音声信号７６の時間長は同じなので、管制官とパイロットとの会話に不自然な遅延は生じない。

図４は、図３の処理動作による入力音声９１と出力音声９２との関係を示すイメージ図である。図４のイメージ図では日本語での記載となっているが、英語など他の言語でも良い。出力音声９２は入力音声９１に比べ、発話部の開始部分はゆっくりとなり、その分、非発話部は短縮されている。

次に、図５を参照して、音量レベル調整器６の動作を説明する。図５は、本実施形態の航空管制用音声通信装置１０に備える音量レベル調整器６による音量レベル調整の様子を説明する図である。音量レベル調整器６は、音量レベルの基準値や基準範囲を保持している。そして、入力音声の音量レベルを基準値に近づける処理を行うことにより、出力音声の音量レベルを基準範囲内に収める。この音量レベル調整器６の処理により、音量レベルが、小さすぎること、あるいは、大きすぎること、あるいは、ばらつくことによる聞き取りにくさを防止することができる。

本実施形態の航空管制用音声通信装置によれば、管制官とパイロットとの間での無線音声通信による会話が聞き取りにくいことによる誤認が防止される。すなわち、会話が聞き取りにくくなる原因である、会話の速度である話速が速いこと、声質が変わってしまい相手を特定しにくくなること、会話の音量のレベルが小さすぎるあるいは大きすぎるあるいは変動すること、を防止することができるためである。特に、聴覚の性質上で重要な、発話開始部分をはっきり聞き取ることができるようになり、「聞き間違え」や「聞き逃し」の防止に有効である。

さらに、航空管制の会話では英語が用いられる。英語による会話は日本語による会話と比較して、発話に抑揚やリズムがあり、これらは聞き取り易さを向上させるものである。そして、この抑揚やリズムを損なうことなく会話を行うために重要なのが、音声の声質を保持することである。逆に言えば、声質を保持しないで話速だけを変えてしまうと、特に、英語による会話では聞き取りが難しくなる場合が多い。

声質は音声の波形に依存する。音声の波形を保持しないで波形を引き伸ばすことで話速だけを遅くすると、音声が低い声質へと変化してしまう。声質が変わることで、パイロットは複数の管制官から指示を受けている感覚を覚え、混乱を招くこととなる。本実施形態の航空管制用音声通信装置によれば、話速をゆっくりにしても声質が変わらないため、聞き取りやすい音声になっている。

以上の効果により、本実施形態の航空管制用音声通信装置によれば、「聞き間違え」や「聞き逃し」などによる会話の誤認を防止し、ヒューマンエラーによる航空機事故発生の防止に資する。また、管制官やパイロットの疲労の軽減に資する。その理由は、音声が聞き取り易くなることで、聞き取りに過剰に神経を配る必要がなくなるためである。また、管制官がより多くの航空機を管制でき、昨今の航空交通量の増加への対応に資する。その理由は、通信される音声が聞き取り易くなることで、日常的に行われている「聞きなおし」の回数が低減され、単位時間当たりの有効交信量が増えるためである。
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態の航空管制用音声通信装置２０の構成を示す図である。また、図７は、本実施形態の航空管制用音声通信装置２０に備える話速調整器８の構成を示す図である。航空管制用音声通信装置２０は、航空無線通信による入力音声信号２１を受信する対空無線機１と、複数回線を切り替える交換機２と、入力音声信号の話速と声質と音量レベルとを調整する信号処理部７と、出力音声信号２２を再生するヘッドフォンなどの音声再生部４とを有する。

信号処理部７は、話速調整器８と音量レベル調整器９とを有する。話速調整器８は、発話部と非発話部とを音声の主成分分析等により分離する音声分離部８１と、発話部の音声の声質を保ちつつ話速の調整を行う発話音声制御部８２と、非発話部の長さの調整を行う非発話音声制御部８３と、発話部と非発話部のそれぞれの音量レベルの調整を行う音量レベル調整器９と、発話部と非発話部とを合成する音声合成部８４とを有する。

発話音声制御部８２の発話部の音声の声質を保ちつつ話速の調整を行う機能、非発話音声制御部８３の非発話部の長さの調整を行う機能、音声合成部８４の発話部と非発話部とを合成する機能は、第１の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

音量レベル調整器９は、第１の実施形態と同様に、音量レベルの基準値や基準範囲を保持している。そして、入力音声の音量レベルを基準値に近づける処理を行うことにより、出力音声の音量レベルを基準範囲内に収める。この音量レベル調整器９の処理により、音量レベルが小さすぎること、あるいは、大きすぎること、あるいは、ばらつくことによる聞き取りにくさを防止することができる。

本実施形態と第１の実施形態との違いは、本実施形態では、音量レベル調整器９を話速調整器８に組み込むことによって、音量レベル調整を、発話部の音声と非発話部の音声（雑音以外の音声は発せられていない）のそれぞれに対して個別に行うことができる点である。本実施形態の音量レベル調整器９によって、第１の実施形態の処理に加えて、次のような処理を行うことができる。

まず、非発話部では雑音以外の音声は発せられていないため、非発話部の音量レベルを十分に低減する処理を行うことができる。これにより、非発話部の雑音を聞かなくて済むようになり、発話部の音声をより聞きやすくすることができる。

また、発話部の発話開始部分を聞きやすくすることが特に重要であるため、発話開始部分の音量レベルを、不自然でない程度に基準範囲内で適度に高めに設定することができる。これにより、発話開始部分の話速をゆっくりにし、かつ音量レベルを発話開始部分の話速に連動させて適度に上げることができることから、発話部の聞き取りやすさをより一層向上させることができる。

以上のように、本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、よりきめ細かな聞き取り易さ向上のための処理が可能となる。このため、管制官とパイロットとの間での無線音声通信による会話が聞き取りにくいことによる誤認の、より一層の防止に資する。

本発明は上記の実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。

また、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。

付記
（付記１）
入力音声の発話部の声質を保持しつつ前記発話部の話速を遅くし、前記入力音声の非発話部の時間を縮める話速調整部と、前記発話部の音量レベルを所望の範囲内に収める音量レベル調整部と、を備えた音声通信装置。
（付記２）
前記話速調整部は、前記入力音声の発話部の話速を遅くしたことによる時間の延びた分と、前記入力音声の非発話部の時間の縮めた分と、を略等しくする、付記１記載の音声通信装置。
（付記３）
前記話速調整部は、前記入力音声の発話部の開始部分の話速を遅くする、付記１または２記載の音声通信装置。
（付記４）
前記話速調整部は、前記入力音声の発話部の開始部分の話速を遅くし、前記入力音声の発話部の終了部分に向けて話速を速くする、付記１から３の内の１項記載の音声通信装置。
（付記５）
前記音量レベル調整部は、前記発話部に対する前記話速調整部の処理に連動して前記発話部の音量レベルを調整する、付記１から４の内の１項記載の音声通信装置。
（付記６）
前記音量レベル調整部は、前記入力音声の発話部の開始部分の音量レベルを上げる、付記１から５の内の１項記載の音声通信装置。
（付記７）
前記音量レベル調整部は、前記非発話部の音量レベルを下げる、付記１から６の内の１項記載の音声通信装置。
（付記８）
入力音声の発話部の声質を保持しつつ前記発話部の話速を遅くし、前記入力音声の非発話部の時間を縮める話速調整工程と、前記発話部の音量レベルを所望の範囲内に収める音量レベル調整工程と、を有する音声処理方法。
（付記９）
前記話速調整工程は、前記入力音声の発話部の話速を遅くしたことによる時間の延びた分と、前記入力音声の非発話部の時間の縮めた分と、を略等しくする、付記８記載の音声処理方法。
（付記１０）
前記話速調整工程は、前記入力音声の発話部の開始部分の話速を遅くする、付記８または９記載の音声処理方法。
（付記１１）
前記話速調整工程は、前記入力音声の発話部の開始部分の話速を遅くし、前記入力音声の発話部の終了部分に向けて話速を速くする、付記８から１０の内の１項記載の音声処理方法。
（付記１２）
前記音量レベル調整工程は、前記発話部に対する前記話速調整工程の処理に連動して前記発話部の音量レベルを調整する、付記８から１１の内の１項記載の音声処理方法。
（付記１３）
前記音量レベル調整工程は、前記入力音声の発話部の開始部分の音量レベルを上げる、付記８から１２の内の１項記載の音声処理方法。
（付記１４）
前記音量レベル調整工程は、前記非発話部の音量レベルを下げる、付記８から１３の内の１項記載の音声処理方法。

１ 対空無線機
２ 交換機
３、７ 信号処理部
４ 音声再生部
５、８ 話速調整器
６、９ 音量レベル調整器
１０、２０ 航空管制用音声通信装置
１１、２１、７１ 入力音声信号
１２、２２、７６ 出力音声信号
５１、８１ 音声分離部
５２、８２ 発話音声制御部
５３、８３ 非発話音声制御部
５４、８４ 音声合成部
７２、７３ 発話部
７４、７５ 非発話部
９１ 入力音声
９２ 出力音声

Claims (10)

1. 入力音声の発話部の声質を保持しつつ前記発話部の話速を遅くし、前記入力音声の非発話部の時間を縮める話速調整部と、
   前記発話部の音量レベルを所望の範囲内に収める音量レベル調整部と、を備えた音声通信装置。
2. 前記話速調整部は、前記入力音声の発話部の話速を遅くしたことによる時間の延びた分と、前記入力音声の非発話部の時間の縮めた分と、を略等しくする、請求項１記載の音声通信装置。
3. 前記話速調整部は、前記入力音声の発話部の開始部分の話速を遅くする、請求項１または２記載の音声通信装置。
4. 前記話速調整部は、前記入力音声の発話部の開始部分の話速を遅くし、前記入力音声の発話部の終了部分に向けて話速を速くする、請求項１から３の内の１項記載の音声通信装置。
5. 前記音量レベル調整部は、前記発話部に対する前記話速調整部の処理に連動して前記発話部の音量レベルを調整する、請求項１から４の内の１項記載の音声通信装置。
6. 前記音量レベル調整部は、前記入力音声の発話部の開始部分の音量レベルを上げる、請求項１から５の内の１項記載の音声通信装置。
7. 前記音量レベル調整部は、前記非発話部の音量レベルを下げる、請求項１から６の内の１項記載の音声通信装置。
8. 入力音声の発話部の声質を保持しつつ前記発話部の話速を遅くし、前記入力音声の非発話部の時間を縮める話速調整工程と、
   前記発話部の音量レベルを所望の範囲内に収める音量レベル調整工程と、を有する音声処理方法。
9. 前記話速調整工程は、前記入力音声の発話部の話速を遅くしたことによる時間の延びた分と、前記入力音声の非発話部の時間の縮めた分と、を略等しくする、請求項８記載の音声処理方法。
10. 前記話速調整工程は、前記入力音声の発話部の開始部分の話速を遅くする、請求項８または９記載の音声処理方法。

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