JP4626310B2 - 発音評価装置 - Google Patents
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Description
本発明は、このような背景の下に案出されたものであり、外国語の発音を学習する学習者に対し、その発音内容のどの部分が良好でないのかを具体的に提示できるようなシステムを提供することを目的とする。
本願発明の実施形態について説明する。
まず、以降の説明において用いる主要な用語を定義しておく。「センテンス」の語は、発音のお手本となる一纏まりのフレーズを意味する。「発音記号」の語は、英語に存在する母音及び子音を夫々固有に表す記号を意味する。「音声素片」の語は、音声の構成要素を意味し、母音のみからなる音素、母音から子音に遷移する音素連鎖、子音から母音に遷移する音素連鎖、及び母音から別の母音に遷移する音素連鎖のいずれをも含む。
(1)発音評価サービス
これは、教材として予め準備しておいた複数のセンテンスを生徒に発音させてそれらの音声情報を解析することにより、その生徒の発音の良否を客観的に評価するサービスである。
(2)高評価発音リマインダーサービス
これは、各生徒に対し、自身が高評価を受けた過去の発音の音声情報を提示するサービスである。
生徒端末10の各々は、マイクロホンアレイ30と接続される。このマイクロホンアレイ30は、話者である生徒の発した音声を最適に集音する機能に加えて、その発音が行われた際の息遣いの状況を計測する機能を搭載している。
「高評価音声ライブラリ」のフィールドには、発音評価サービスにおいて、発音減点ポイントが「0」と算出された音声情報を蓄積する。そして、このフィールドに蓄積された音声情報は、高評価発音リマインダーサービスを通じて生徒に提示されることになっている。
「発音記号」のフィールドには、母音又は子音の発音記号を表す発音記号情報が記憶される。「フォルマント」のフィールドには、フォルマント情報が記憶される。フォルマント情報は、第1、第2、及び第3フォルマントのフォルマントレベルとフォルマント周波数とを示す情報である。フォルマントとは、音声波形の周波数スペクトル上の優勢な周波数成分であり、周波数の低い順に第1フォルマント、第2フォルマント、第3フォルマント、第4フォルマント・・・と呼ばれる。これらのうち、第3フォルマントまでが音韻性に寄与しており、第1乃至第3フォルマントの特徴を参照すれば、発音された音声に含まれる母音の種類を一意に特定できる。「スペクトル情報」のフィールドには、スペクトル情報が記憶される。スペクトル情報は、各母音及び子音のスペクトルの遷移を示す情報である。子音は第1乃至第3フォルマントを参照しただけではその種類を特定できないことも多いが、そのような場合は、フォルマントに加えてスペクトルの遷移を参照することによって、子音の種類を一意に特定できる。
本実施形態の動作は、初期登録処理と、音声評価処理と、高評価音声提示処理とに分けることができる。
ある生徒端末10がDSPサーバ装置40へアクセスすると、DSPサーバ装置40のCPU41はその生徒端末10へサービス選択画面の表示データを送信する。そして、表示データを受信した生徒端末10のCPU11は、サービス選択画面を自らのコンピュータディスプレイ17に表示させる。
「初期登録サービス」と記したボタンが選択されると、生徒端末10のCPU11は、初期登録サービスの提供を求めるメッセージをDSPサーバ装置40へ送信する(S100)。
メッセージを受信したDSPサーバ装置40のCPU41は、生徒管理データベース45bにレコードを一つ追加する(S110)。
続いて、CPU41は、新規な生徒IDを生成し、その生徒IDをステップ110で追加したレコードの「生徒」のフィールドに記憶する(S120)。
表示データを受信した生徒端末10のCPU11は、マイク調整用フレーズ発音要求画面をコンピュータディスプレイ17に表示させる(S140)。
マイク調整用フレーズ発音要求画面の上段には、「マイクロホンアレイの集音特性を最適化しますので、以下のフレーズをはっきりと発音してください。」という内容の文字列が表示され、その下には、マイク調整用フレーズを示す文字列が表示される。
生徒端末10は、マイクロホンアレイ30から自端末10に入力されてくるデジタル音声信号に所定の符号化処理を施して得た音声情報をDSPサーバ装置40へ送信する(S150)。
更に、CPU41は、ステップ170で記憶したものと同じ集音特性制御パラメータを生徒端末10へ送信する(S180)。
集音特性制御パラメータを受信した生徒端末10のCPU11は、その集音特性制御パラメータをマイクロホンアレイ30に出力する(S190)。上述したように、マイクロホンアレイ30は、集音特性制御パラメータを記憶するためのパラメータ記憶メモリ36を備えている。生徒端末10から入力された集音特性制御パラメータがパラメータ記憶制御部35によってこのメモリ36に記憶されると、集音特性制御部37は、記憶されたパラメータに応じて自身が内蔵するフィルタのカットオフ周波数を直ちに設定する。この設定により、マイクロホンアレイ30の集音特性がその利用者である生徒の声質に応じて最適化されることになる。
メッセージを受信したDSPサーバ装置40のCPU41は、新たな生徒別素片データベース45cをハードディスク45に設ける(S210)。設けられた生徒別素片データベース45cを構成する各レコードの「音声素片」のフィールドには、各音声素片の素片名情報が既に記憶されている。その一方で、「特徴パラメータ」のフィールドには未だ特徴パラメータが記憶されておらず、以下に実行される一連の処理を通じて、特徴パラメータが順次蓄積されることになる。
CPU41は、予め準備されている素片抽出用フレーズ群のうちの1つを所定の雛形に埋め込んで素片抽出用フレーズ発音要求画面の表示データを生成し、生成した表示データを生徒端末10へ送信する(S220)。
素片抽出用フレーズ発音要求画面の上段には、「あなたの肉声を基に音声合成用のデータベースを作成します。以下のフレーズを発音してください。」という内容の文字列が表示され、その下には、素片抽出用フレーズを示す文字列が表示される。
生徒端末10のCPU11は、マイクロホンアレイ30から自端末10に入力されてくるデジタル音声信号に所定の符号化処理を施して得た音声情報をDSPサーバ装置40へ送信する(S240)。
CPU41は、ステップ250でRAM42に記憶した音声情報に復号化処理を施して元の音声信号を取得すると、その音声信号が示す時間波形を解析して音声素片の特徴パラメータを取得する(S260)。
このステップについて更に具体的に説明する。本ステップでは、まず、音声情報を復号化して得た音声信号が示す時間波形に高速フーリエ変換をかけ、所定のフレーム毎の周波数スペクトルの特徴を示す特徴パラメータ列を取得する。そして、取得された一連の特徴パラメータを、時間波形に含まれる各音声素片の長さと夫々対応する区間毎に切り出す。
全ての素片抽出用フレーズの音声信号から取得した特徴パラメータが生徒別素片データベース45cに蓄積されるまで、ステップ220乃至ステップ270の処理は繰返される。
生徒IDを受信した生徒端末10のCPU11は、その生徒IDをハードディスク20の所定領域に記憶する(S290)。
以上で、初期登録処理が終了する。
「発音評価サービス」と記したボタンが選択されると、生徒端末10のCPU11は、発音評価サービスの提供を求めるメッセージをDSPサーバ装置40へ送信する(S400)。
メッセージを受信したDSPサーバ装置40のCPU41は、生徒IDの送信を求めるメッセージを生徒端末10へ送信する(S410)。
メッセージを受信した生徒端末10のCPU11は、初期登録処理を通じてDSPサーバ装置40から取得していた生徒IDをハードディスク20の所定領域から読み出し、その生徒IDをDSPサーバ装置40へ送信する(S420)。
続いて、CPU41は、集音特性制御パラメータの送信を求めるメッセージを生徒端末10へ送信する(S440)。
メッセージを受信した生徒端末10のCPU11は、自端末10に接続されたマイクロホンアレイ30のパラメータ記憶メモリ36に記憶されている集音特性制御パラメータを取得し、取得した集音特性制御パラメータをDSPサーバ装置40へ送信する(S450)。
ステップ460にて、集音特性制御パラメータが一致しないと判断したCPU41は、サービスの提供を拒否するメッセージを生徒端末10へ送信する(S470)。
一方、ステップ460にて、集音特性制御パラメータが一致すると判断したCPU41は、評価ポイントの算出に用いる領域(以下、「ポイント算出領域」と呼ぶ)をRAM42の一部に確保し、そのポイント算出領域に評価ポイントの満点である「100」を記憶する(S480)。
CPU41は、ステップ490で特定したレコードの「発音記号列」のフィールドに記憶されているお手本記号列情報、「息遣い」のフィールドに記憶されたお手本息遣い情報、及び「音声素片列」のフィールドに記憶された音声素片列情報をRAM42に読み出す(S500)。
表示データを受信した生徒端末10のCPU11は、発音課題提示画面をコンピュータディスプレイ17に表示させる(S520)。
発音課題提示画面の上段には、「以下のセンテンスをはっきり発音して下さい。」という内容を示す文字列が表示され、その下には、センテンスのスペルを示す欧文字列が表示される。
生徒端末10のCPU11は、マイクロホンアレイ30から自端末10へデジタル音声信号と音圧分布情報とが入力されてくると、デジタル音声信号を音声情報化し、その音声情報を音圧分布情報と併せてDSPサーバ装置40へ順次送信する(S530)。
CPU41は、ステップ540でRAM42に記憶した音声情報に所定の変換処理を施すことにより、生徒の発音内容を示す発音記号列を取得する(S550)。
このステップについて更に具体的に説明する。本ステップでは、まず、音声情報を復号化して得た音声信号に高速フーリエ変換をかけ、所定のフレーム毎の周波数スペクトルを取得する。そして、取得された周波数スペクトルから、第1、第2、及び第3フォルマントのフォルマント周波数とフォルマントレベルとを抽出する。続いて、抽出したフォルマント周波数とフォルマントレベルの各対を、時間波形に含まれる子音及び母音の長さと各々対応する区間毎に夫々切り出す。更に、発音記号辞書データベース45dの各レコードを参照し、切り出したフォルマント周波数及びフォルマントレベルと「フォルマント」のフィールドの記憶内容が最も近い母音又は子音の発音記号を取得する。なお、子音については、各レコードの「フォルマント」のフィールドを参照しただけでは発音記号の候補を1つに絞り込めないケースが生じうる。その場合は、その子音と対応する区間の周波数スペクトルの遷移と各レコードの「スペクトル情報」の記憶内容とを夫々比較して更なる絞込みを行い、周波数スペクトルの遷移の特徴が最も近似する唯一の子音の発音記号を取得する。
CPU41は、お手本記号列情報が示す発音記号列と一致しなかった箇所の発音記号の数に所定のポイント換算率を作用させて発音減点ポイントを取得する(S570)。
ステップ580にて、発音減点ポイントが「0」であると判断したCPU41は、ステップ540でRAM42に記憶した音声情報を、ステップ430で特定したレコードの「高評価音声ライブラリ」のフィールドへ記憶する(S590)。
一方、ステップ580にて、発音減点ポイントが「0」でないと判断したCPU41は、ステップ590を実行することなく次のステップへ進む。
CPU41は、ステップ570で取得した発音減点ポイントとステップ580で取得した息遣い減点ポイントの合計を、RAM42のポイント算出領域に記憶させてある評価ポイントから減算する(S610)。
CPU41は、ステップ500で読み出したお手本記号列情報とステップ560で特定した箇所との関係を表す要矯正箇所提示画面の表示データを生成し、生成した表示データを生徒端末10に送信する(S620)。
図14は、要矯正箇所提示画面である。
「センテンスの正しい発音手順を示す発音記号は以下のようになっています。赤色で表示された箇所の発音をお手本のように矯正する必要があります。」という内容の文字列が表示され、その下には、発音記号列表示領域Aと、スペル表示領域Bとが表示される。
なお、本実施形態では、ステップ560で特定した箇所と対応する発音記号を残りの発音記号と異なる色によって表わしているが、文字の大きさ、書体等によって両者の表示態様に違いを与えてもよい。
また、スペル表示領域Bには、センテンスのスペルを示す欧文字列が表示される。
更に、画面の下段には、「自分の声の正しい発音を聴いてみる」と記したボタンと、「次のセンテンスに進む」と記したボタンとが表示される。
「自分の声の正しい発音を聴いてみる」と記したボタンが選択されると、生徒端末10のCPU11は、矯正音声情報の送信を求めるメッセージをDSPサーバ装置40へ送信する(S640)。
メッセージを受信したDSPサーバ装置40のCPU41は、ステップ500で読み出した音声素片列情報が示す一連の音声素片のうち、ステップ560で特定した箇所と対応する一部の音声素片又は音声素片列を抽出し、抽出した音声素片又は音声素片列と特徴パラメータを生徒別音声データベース45cから読み出す(S650)。
このステップについて更に具体的に説明する。本ステップでは、まず、音声情報を復号化して得た音声信号が示す時間波形に高速フーリエ変換をかけ、所定のフレーム毎の周波数スペクトルの特徴を示す特徴パラメータ列を取得する。そして、取得された一連の特徴パラメータのうち、ステップ560で特定した箇所の音声素片又は音声素片列と対応する区間を特定し、特定した区間の特徴パラメータをステップ650で読み出した特徴パラメータに置換する。次に、置換が施された後の特徴パラメータ列に逆フーリエ変換をかけ、時間波形を示すデジタル音声信号を取得した後、その音声信号に所定の符号化処理を施すことにより、矯正音声情報を取得する。
矯正音声情報を受信した生徒端末10のCPU11は、その矯正音声情報を復号化して得たデジタル音声信号をスピーカインターフェース15を介してスピーカ60へ供給する(S680)。これにより、スピーカ60からは、センテンスの正しい発音が、生徒自身の声質の音声として放音される。
メッセージを受信したDSPサーバ装置40のCPU41は、未だ参照対象となっていないレコードがセンテンスデータベース45aに残っているか否かを判断する(S700)。
ステップ700にて、参照対象となっていないレコードが残っていると判断されると、再びステップ490に戻って、参照対象となるレコードを1つシフトさせた後、以降の一連の処理が繰返される。
続いて、CPU41は、評価ポイントを所定の雛形に埋め込んで評価結果通知画面の表示データを生成し、その表示データを生徒端末10に送信する(S720)。
評価結果通知画面の上段には、「あなたの今回の評価ポイントは以下の通りです。」という内容を示す文字列が表示され、その下には、評価ポイントが表示される。
以上で、発音評価サービス処理が終了する。
「高評価音声リマインダーサービス」と記したボタンが選択されると、生徒端末10のCPU11は、高評価音声リマインダーサービスの提供を求めるメッセージをDSPサーバ装置40へ送信し、その後、DSPサーバ装置40は、集音特性制御パラメータを用いた認証を行う。これら一連の処理の内容は、図12に示したステップ400乃至470と同様であるので、再度の説明を割愛する。
ステップ460にて、集音特性制御パラメータが一致すると判断したDSPサーバ装置40のCPU41は、ステップ430で生徒管理データベース45bから特定したレコードの「高評価音声ライブラリ」のフィールドに蓄積されている音声情報をRAM42に読み出す(S800)。
音声情報を受信した生徒端末10のCPU11は、その音声情報を復号化して得たデジタル音声信号をスピーカインターフェース15を介してスピーカ60へ出力する(S820)。これにより、過去の発音評価サービスにおいて高い評価を得ていた自らの音声が、スピーカ60から放音される。
第1に、自身の発音内容のどの箇所が良好でないかを生徒に具体的に把握させることができる。本実施形態における発音評価サービスでは、DSPサーバ装置40が、生徒の発音内容を示す音声情報を変換して得た発音記号列とお手本となる発音記号列の不一致の度合いを評価する。そして、その結果が要矯正箇所提示画面として生徒に提示される。この要矯正箇所提示画面では、お手本記号列情報が示す一連の発音記号列のうち、生徒が正しく発音できなかった箇所の発音記号が残りの発音記号とは異なる色で表示されるようになっている。従って、各生徒は、要矯正箇所提示画面を参照することにより、自らが正しく発音できていた箇所と正しく発音できなかった箇所とを発音記号レベルではっきりと把握することができる。
本願発明は、種々の変形実施が可能である。
上記実施形態において、DSPサーバ装置40は、あるセンテンスの音声情報を変換して得た発音記号列がお手本記号列情報が示す発音記号列と一致しているか否かを判断した後、その判断結果を要矯正箇所提示画面の表示データとして生徒端末10へ送信するようになっていた。これに対し、センテンスを良好に発音するための口の動きを示す動画像を併せて提示してもよい。この変形例では、DSPサーバ装置10が、口の動きを示す動画像情報を各発音記号と対応付けて自らのハードディスク45に記憶しておく。同サーバ装置40は、音声情報を変換して得た発音記号列を構成する一連の発音記号のうち、お手本記号列情報が示す発音記号列と内容が一致しない箇所を特定した後、その箇所の発音記号と対応付けられた動画像情報をハードディスク45から読み出す。そして、読み出した動画像情報を生徒端末10へ送信する。
これに対し、音声信号の波形に高速フーリエ変換をかける機能を生徒端末10にも搭載させ、同端末10はマイクロホンアレイ30から入力されたデジタル音声信号に高速フーリエ変換を施して得た特徴パラメータ列をDSPサーバ装置40に送信するようにしてもよい。かかる変形例によると、DSPサーバ装置40は、音声信号に改めて高速フーリエ変換を施す必要がなくなり、同サーバ装置40の処理負担が軽減される。つまり、初期登録処理においては、生徒端末10から送信されてきた特徴パラメータ列を各音声素片と対応する区間毎に切り出して生徒別素片データベース45cに蓄積すればよく、また、発音評価サービス処理においては、送信されてきた特徴パラメータ列のうち、お手本と一致しなかった箇所を生徒別素片データベース45cから読み出した特徴パラメータで置換するだけでよい。
Claims (4)
- 外部の特定の装置と情報の遣り取りを行う発音評価装置であって、
発音のお手本となるセンテンス又は単語の発音手順を示す発音記号列を記憶した発音記号記憶手段と、
話者が発音した前記センテンス又は単語を示す音声情報、又はその音声情報が示す波形の解析結果である特徴パラメータ列を前記外部の特定の装置から受信する発音内容受信手段と、
前記発音記号記憶手段から発音記号列を読み出す記号列読出手段と、
前記発音内容受信手段が受信した音声情報又は特徴パラメータ列に所定の変換処理を施すことにより、前記話者の発音内容を表す発音記号列を取得する記号列取得手段と、
前記記号列取得手段が取得した発音記号列と前記記号列読出手段が読み出した発音記号列との不一致の度合いを評価する発音評価手段と、
前記発音評価手段による評価結果を内包した評価情報を前記外部の特定の装置へ送信する送信手段と、
音声情報を記憶する音声情報記憶手段と、
前記記号列取得手段が取得した発音記号列と前記記号列読出手段が読み出した発音記号列との不一致の度合いが所定値を下回ると、その音声情報を前記音声情報記憶手段に記憶させる高評価音声蓄積手段と、
高評価を受けた音声情報の送信を求めるメッセージを前記外部の特定の装置から受信する要求受信手段とを備え、
前記送信手段は、
前記要求受信手段が前記メッセージを受信すると、前記音声情報記憶手段に記憶された音声情報を前記外部の特定の装置へ送信する
発音評価装置。 - 外部の特定の装置と情報の遣り取りを行う発音評価装置であって、
発音のお手本となるセンテンス又は単語の発音手順を示す発音記号列を記憶した発音記号記憶手段と、
話者が発音した前記センテンス又は単語を示す音声情報、又はその音声情報が示す波形の解析結果である特徴パラメータ列を前記外部の特定の装置から受信する発音内容受信手段と、
前記発音記号記憶手段から発音記号列を読み出す記号列読出手段と、
前記発音内容受信手段が受信した音声情報又は特徴パラメータ列に所定の変換処理を施すことにより、前記話者の発音内容を表す発音記号列を取得する記号列取得手段と、
前記記号列取得手段が取得した発音記号列と前記記号列読出手段が読み出した発音記号列との不一致の度合いを評価する発音評価手段と、
前記センテンス又は単語を良好に発音するためのお手本となる息遣いの状態を示す息遣い情報を記憶した息遣い情報記憶手段と、
話者が前記センテンス又は単語を発音した際の息遣いの状態を示す息遣い情報を前記外部の特定の装置から受信する息遣い情報受信手段と、
前記息遣い情報記憶手段から息遣い情報を読み出す息遣い情報読出手段と、
前記息遣い情報受信手段が受信した息遣い情報と、前記息遣い情報読出手段が読み出した息遣い情報との不一致の度合いを評価する息遣い評価手段と、
前記発音評価手段および前記息遣い評価手段のそれぞれによる各評価結果を内包した評価情報を前記外部の特定の装置へ送信する送信手段と
を備えた発音評価装置。 - 請求項1または2に記載の発音評価装置において、
前記発音内容受信手段は、前記話者が発音した前記センテンス又は単語を示す音声情報を前記外部の特定の装置から受信する手段であり、
全ての音声素片が網羅されるように体系化された複数のフレーズのそれぞれを前記話者が発音した発音内容を示す各音声情報を、前記外部の特定の装置から受信するフレーズ音声情報受信手段と、
前記フレーズ音声情報受信手段により受信された前記各音声情報をそれぞれ解析して前記話者が発音した全ての音声素片について、周波数スペクトルの特徴を示すパラメータである特徴パラメータを当該音声素片毎にそれぞれ生成することにより取得して素片データベースに蓄積する全特徴パラメータ取得手段と、
前記発音内容受信手段が受信した音声情報を解析して前記センテンス又は単語に含まれる音声素片毎の周波数スペクトルの特徴をそれぞれ示す一連のパラメータからなる特徴パラメータ列を取得する特徴パラメータ列取得手段と、
前記記号列取得手段が取得した発音記号列と前記記号列読出手段が読み出した発音記号列とが一致しない箇所を特定する不一致箇所特定手段と、
前記特徴パラメータ列取得手段が取得した特徴パラメータ列において、前記不一致箇所特定手段が特定した前記箇所の音声素片と対応する区間を特定し、特定した当該区間の前記パラメータを、前記全特徴パラメータ取得手段により蓄積され、且つ、当該音声素片と対応する特徴パラメータに置換することにより、前記話者が発音の仕方を矯正するための正しい発音内容を示す音声情報である矯正音声情報を合成する矯正音声情報合成手段と、
前記矯正音声情報の送信を求めるメッセージを前記外部の特定の装置から受信する矯正音声情報要求受信手段とを備え、
前記送信手段は、
前記矯正音声情報要求受信手段が前記メッセージを受信すると、前記矯正音声情報合成手段により合成された矯正音声情報を前記外部の特定の装置へ送信する
発音評価装置。 - 請求項1または2に記載の発音評価装置において、
前記発音内容受信手段は、前記話者が発音した前記センテンス又は単語を示す音声情報を解析して当該センテンス又は単語に含まれる音声素片毎の周波数スペクトルの特徴をそれぞれ示す一連のパラメータからなる特徴パラメータ列を生成する前記外部の特定の装置から、生成した当該特徴パラメータ列を受信する手段であり、
全ての音声素片が網羅されるように体系化された複数のフレーズのそれぞれを前記話者が発音した発音内容により示される各音声情報をそれぞれ解析して前記音声素片毎の周波数スペクトルの特徴を示すパラメータである特徴パラメータを生成した前記外部の特定の装置から、生成した当該特徴パラメータを取得して素片データベースに蓄積する全特徴パラメータ取得手段と、
前記記号列取得手段が取得した発音記号列と前記記号列読出手段が読み出した発音記号列とが一致しない箇所を特定する不一致箇所特定手段と、
前記発音内容受信手段が受信した特徴パラメータ列において、前記不一致箇所特定手段が特定した前記箇所の音声素片と対応する区間を特定し、特定した当該区間の前記パラメータを、前記全特徴パラメータ取得手段により蓄積され、且つ、当該音声素片と対応する特徴パラメータに置換することにより、前記話者が発音の仕方を矯正するための正しい発音内容を示す音声情報である矯正音声情報を合成する矯正音声情報合成手段と、
前記矯正音声情報の送信を求めるメッセージを前記外部の特定の装置から受信する矯正音声情報要求受信手段とを備え、
前記送信手段は、
前記矯正音声情報要求受信手段が前記メッセージを受信すると、前記矯正音声情報合成手段により合成された矯正音声情報を前記外部の特定の装置へ送信する
発音評価装置。
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