JP5050180B2 - 外部雑音改善型発話音声分析システム - Google Patents

Description

本発明は、発話音声から発話者の覚醒状態（脳活性状態）を評価するための発話音声分析システムに係り、特に、そのシステムの外部雑音を改善する外部雑音改善型発話音声分析システムに関するものである。

本発明者らは、既に、カオス論的発話音声分析装置とその応用について先行して開発し、提案している（下記特許文献１〜４）。
そのカオス論的発話音声分析装置（以下、一般名称としての発話音声分析装置との区別を明確にするために、本発明に係る装置については、特にカオス論的発話音声分析装置という）は、発話音声の有するカオス性を評価し、発話者の大脳新皮質の活性度と高い相関を示すと考えられる診断値を算出する装置である。

このカオス論的発話音声分析装置の特徴は、一つの発話音声に対して唯一つの診断値を返すことにあり、一般市場において様々に提供されている発話音声分析装置や、ポリグラフ装置のように多数の診断値やグラフを経験的に解釈して感情レベル等を診断する装置に比較して、恣意性を排除した客観的な診断が容易であることを特徴としている。
なお、ポリグラフ装置等においても、知識情報処理の技術を利用することにより、利用者の経験等を要さない診断を可能とするものは存在するが、知識処理システムそのものが強い恣意性を含む構造を有しており、このような装置で最終的に利用者の恣意性が排除されることと、カオス論的発話音声分析装置が原理的に恣意性を有さないことは、全く別次元の客観的な信頼性を実現し得ることにおいて、明確に区別されるべき事柄である。
特願２００６−０９３２６７号 特願２００６−０９３２６８号 特願２００６−０９７３８９号 特願２００６−０９７３９１号

しかしながら、逆にカオス論的発話音声分析装置は、一つの発話音声に対して唯一つの診断値（誤解の無いように述べれば、信号処理パラメータを変更すれば、異なる診断値を算出するが、設定が固定されれば、唯一つの診断値が算出される。）のみを算出するため、その入力された音声信号の品質が悪いこと等により診断値の信頼性が低い場合であっても、音声信号の品質が十分に良好な場合と同様の診断値を算出する場合があり、カオス論的発話音声分析装置の運用における信頼性の確保を困難にしている。

具体的には、例えば、カオス論的発話音声分析装置がそれぞれの入力音声に対して２００〜１０００の間の診断値を返すとすれば、入力音声の品質が十分に高い場合には、眠くてボンヤリしている状態で３００前後の診断値を返し、事務作業等を行っている状態で４００〜６００の診断値を返し、緊張状態や疲労しているにも拘らず作業をしなければならない状況では７００程度以上の診断値を返すとすれば、空調機やモーター等による特徴的な周波数スペクトルを有する騒音が強い場合には、緊張しているにも拘らず３００程度の低い診断値や、５００程度の健常状態と判断される診断値を返す場合がある。また、明確な周波数スペクトルを有さない白色雑音のレベルが高い場合には、その雑音レベルに依存して診断値が高い方にずれて、ボンヤリしているにも拘らず５００以上の診断値が返されたり、極めて雑音レベルが高い場合には１０００以上の診断値が算出されたりする場合がある。

本発明は、上記状況に鑑みて、カオス論的発話音声分析装置の算出する診断値に対してその信頼性を評価する信頼性指標値（信頼性情報）を同時に算出することにより、カオス論的発話音声分析装置の運用における信頼性の向上を図ることができる外部雑音改善型発話音声分析システムを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕外部雑音改善型発話音声分析システムにおいて、発話音声を収録する利用者音声収集用マイクロフォン（１）と、発話環境の雑音状況をモニターする環境雑音収集用マイクロフォン（２）と、カオス論的発話音声分析装置（５）と、環境雑音分析装置（６）と、前記カオス論的発話音声分析装置（５）に接続され、利用者音声診断値（Ａ）が入力されるとともに、前記環境雑音分析装置（６）に接続され、環境雑音評価値（Ｂ）が入力される診断値比較判定装置（７）と、前記カオス論的発話音声分析装置（５）に接続され、利用者音声診断値（Ａ）が入力されるとともに、前記診断値比較判定装置（７）に接続され、信頼性指標値（信頼性情報）（Ｃ）が入力される診断情報表示及び警告等報知装置（８）とを具備し、前記環境雑音分析装置（２）からの雑音が弱い場合には利用者の発話波形を採用し、前記環境雑音分析装置（２）からの雑音が強い場合には利用者の発話波形を採用せず、再診断を要求することを特徴とする。

〔２〕外部雑音改善型発話音声分析システムにおいて、発話音声を収録する利用者音声収集用マイクロフォン（２３）と、発話環境の雑音状況をモニターする環境雑音収集用マイクロフォン（２６）と、カオス論的発話音声分析装置（２５）と、環境雑音分析装置（２７）とを具備し、前記カオス論的発話音声分析装置（２５）からの利用者音声診断値（Ａ）と前記環境雑音分析装置（２６）からの環境雑音評価値（Ｂ）とに基づいて、カオス論的発話音声を評価した信頼性指標値（信頼性情報）（Ｃ）を出力するカオス論的発話音声指標値出力評価装置（２８）とを具備することを特徴とする。

〔３〕上記〔１〕または２記載の外部雑音改善型発話音声分析システムにおいて、前記発話音声を収録する利用者音声収集用マイクロフォン（１，２３）は単一指向性マイクロフォンであり、前記発話環境の雑音状況をモニターする環境雑音収集用マイクロフォン（２，２６）は無指向性マイクロフォンであることを特徴とする。
〔４〕上記〔１〕または〔２〕記載の外部雑音改善型発話音声分析システムにおいて、発話環境が車両（２１）の運転席（２２）である場合、前記発話音声を収録する利用者音声収集用マイクロフォン（２３）は運転士（２４）の口元に配置し、前記発話環境の雑音状況をモニターする環境雑音収集用マイクロフォン（２６）は前記運転席（２２）から離れた場所に設置し、前記発話音声を収録する利用者音声収集用マイクロフォン（２３）と前記発話環境の雑音状況をモニターする環境雑音収集用マイクロフォン（２６）の両方を同一の指向特性を有するマイクロフォンとすることを特徴とする。

〔５〕上記〔４〕記載の外部雑音改善型発話音声分析システムにおいて、前記発話環境の雑音状況をモニターする環境雑音収集用マイクロフォン（２６）に代えて振動センサーを備えることを特徴とする。

本発明によれば、カオス論的発話音声分析装置の算出する診断値に対してその信頼性を評価する指標値（信頼性情報）を同時に算出することにより、カオス論的発話音声分析装置の運用における信頼性の向上を図ることができる。

本発明の外部雑音改善型発話音声分析システムは、発話音声を収録する利用者音声収集用マイクロフォン（１）と、発話環境の雑音状況をモニターする環境雑音収集用マイクロフォン（２）と、カオス論的発話音声分析装置（５）と、環境雑音分析装置（６）と、前記カオス論的発話音声分析装置（５）に接続され、利用者音声診断値（Ａ）が入力されるとともに、前記環境雑音分析装置（６）に接続され、環境雑音評価値（Ｂ）が入力される診断値比較判定装置（７）と、前記カオス論的発話音声分析装置（５）に接続され、利用者音声診断値（Ａ）が入力されるとともに、前記診断値比較判定装置（７）に接続され、信頼性情報（Ｃ）が入力される診断情報表示及び警告等報知装置（８）とを具備し、前記環境雑音分析装置（２）からの雑音が弱い場合には利用者の発話波形を採用し、前記環境雑音分析装置（２）からの雑音が強い場合には利用者の発話波形を採用せず、再診断を要求する。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施例を示す外部雑音改善型発話音声分析システムのブロック図である。
この図において、１は発話音声を収録する利用者音声収集用マイクロフォン、２はその発話環境の雑音状況をモニターする環境雑音収集用マイクロフォン、３は利用者音声収集用マイクロフォン１に接続されるアンプ、４は環境雑音収集用マイクロフォン２に接続されるアンプ、５はアンプ３に接続される発話音声分析装置（カオス論的発話音声分析装置）、６はアンプ４に接続される環境雑音分析装置、７は発話音声分析装置５に接続され、利用者音声診断値Ａが入力されるとともに、環境雑音分析装置６に接続され、環境雑音分析装置６からの環境雑音評価値Ｂが入力される診断値比較判定装置、８は発話音声分析装置５に接続され、利用者音声診断値Ａが入力されるとともに、診断値比較判定装置７に接続されて、診断値の信頼性指標値（信頼性情報）Ｃが入力される診断情報表示及び警告等の報知装置である。

図２は本発明の第１実施例を示す外部雑音改善型発話音声分析システムの動作フローチャートである。
この図から明らかなように、このシステムでは、比較判定演算部１１では利用者音声診断値Ａと環境雑音評価値Ｂとが考慮されて、信頼性指標値（信頼性情報）Ｃが生成される。その信頼性指標値（信頼性情報）Ｃは運用基準部１２によって有効の場合は、警告等の報知情報Ｄを出力し、無効な場合には再診断Ｅを要求する。

発話音声の収録時に、発話音声を収録する利用者音声収集用マイクロフォン１と共に、発話環境の雑音状況をモニターする環境雑音収集用マイクロフォン２を併設し、発話音声分析装置（カオス論的発話音声分析装置）５による利用者音声診断値Ａと、環境雑音分析装置６からの環境雑音評価値Ｂとを同時に評価する。そして、発話音声分析装置（カオス論的発話音声分析装置）５の算出する利用者音声診断値Ａに対して、環境雑音評価値Ｂを考慮してその信頼性を評価する信頼性指標値（信頼性情報）Ｃを同時に算出するようにした。これにより、発話音声分析装置（カオス論的発話音声分析装置）５の利用者音声診断値Ａの信頼性が低い場合でも、その利用者音声診断値Ａの評価を行い、補償するように構成した。

なお、発話音声分析装置（カオス論的発話音声分析装置）５からの診断値はそれなりに出力させ、環境雑音分析装置６の環境雑音評価値Ｂが大きい場合には、監視者が人的にその診断値による判断を中止（警告等の報知）を行うようにしてもよい。
上記のような、発話音声を収録する利用者音声収集用マイクロフォン１と共に、発話環境の雑音状況をモニターする環境雑音収集用マイクロフォン２を組み合わせる際、両者を近接して設置する必要がある場合には、発話音声を収録する利用者音声収集用マイクロフォン１を単一指向性マイクロフォンとし、発話環境の雑音状況をモニターする環境雑音収集用マイクロフォン２を無指向性マイクロフォンとすれば、十分に利用可能である。

図３は本発明の外部雑音改善型発話音声分析システムの実験例（その１）、図４は本発明の外部雑音改善型発話音声分析システムの実験例（その２）、図５は本発明の外部雑音改善型発話音声分析システムの実験例（その３）を示す図である。
図３において、実線Ａで示されているのは利用者の口元の発話波形、薄い線Ｂで示されているのは少し強い雑音である。この程度であれば、口元の発話波形を採用し、その発話波形を評価できる。

図４においては、実線Ｃで示されているのは利用者の口元の発話波形、薄い線Ｄで示されているのは弱い雑音である。このように軽度な弱い雑音であれば、口元の発話波形を採用し、評価するのに問題はない。
図５において、実線Ｅで示されているのは利用者の口元の発話波形、薄い線Ｆで示されているのは強い雑音である。このように、強い雑音がある場合には、発話波形の採用には、外部条件を改善する必要があり、再診断を要求するようにする。

図６は本発明の第２実施例を示す外部雑音改善型発話音声分析システムのブロック図である。
この図において、２１は車両、２２は運転席、２３は発話音声を収録する利用者音声収集用マイクロフォン、２４は運転士、２５は発話音声分析装置（カオス論的発話音声分析装置）、２６は発話環境の雑音状況をモニターする環境雑音収集用マイクロフォン、２７は環境雑音収集用マイクロフォン２６に接続される環境雑音分析装置、２８は発話音声分析装置（カオス論的発話音声分析装置）２５から出力される診断値に環境雑音分析装置２７から出力される環境雑音評価値を考慮して、カオス論的発話音声分析の評価を行い指標値を出力するカオス論的発話音声指標値出力装置である。

このように、車両２１の運転席２２等の一様な雑音環境であれば、発話音声を収録する利用者音声収集用マイクロフォン２３を運転士２４の口元に、発話環境の雑音状況をモニターする環境雑音収集用マイクロフォン２６を運転席２２から離れた場所に設置することとすれば、両方とも同一の指向特性を有するマイクロフォンであっても構わない。
特に、自動車の運転席においてエンジン騒音や路面による騒音を問題とする場合には、発話環境の雑音状況をモニターする環境雑音収集用マイクロフォンとして振動センサー等を利用しても、同様な診断値の評価を行うことは可能である。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の外部雑音改善型発話音声分析システムは、外部雑音が問題となる発話環境においても、その指標値の信頼性を高めることができる発話音声分析システムとして利用することができる。

本発明の第１実施例を示す外部雑音改善型発話音声分析システムのブロック図である。 本発明の第１実施例を示す外部雑音改善型発話音声分析システムの動作フローチャートである。 本発明の外部雑音改善型発話音声分析システムの実験例（その１）を示す図である。 本発明の外部雑音改善型発話音声分析システムの実験例（その２）を示す図である。 本発明の外部雑音改善型発話音声分析システムの実験例（その３）を示す図である。 本発明の第２実施例を示す外部雑音改善型発話音声分析システムのブロック図である。

１，２３ 発話音声を収録する利用者音声収集用マイクロフォン
２，２６ 発話環境の雑音状況をモニターする環境雑音収集用マイクロフォン
３ 利用者音声収集用マイクロフォンに接続されるアンプ
４ 環境雑音収集用マイクロフォンに接続されるアンプ
５，２５ 発話音声分析装置（カオス論的発話音声分析装置）
６，２７ 環境雑音分析装置
７ 診断値比較判定装置
８ 診断情報表示及び警告等の報知装置
１１ 比較判定演算部
Ａ 利用者音声診断値
Ｂ 環境雑音評価値
Ｃ 信頼性情報（信頼性指標値）
１２ 運用基準部
Ｄ 報知情報
Ｅ 再診断
２１ 車両
２２ 運転席
２４ 運転士
２８ カオス論的発話音声指標値出力装置

Claims (5)

1. （ａ）発話音声を収録する利用者音声収集用マイクロフォン（１）と、
   （ｂ）発話環境の雑音状況をモニターする環境雑音収集用マイクロフォン（２）と、
   （ｃ）カオス論的発話音声分析装置（５）と、
   （ｄ）環境雑音分析装置（６）と、
   （ｅ）前記カオス論的発話音声分析装置（５）に接続され、利用者音声診断値（Ａ）が入力されるとともに、前記環境雑音分析装置（６）に接続され、環境雑音評価値（Ｂ）が入力される診断値比較判定装置（７）と、
   （ｆ）前記カオス論的発話音声分析装置（５）に接続され、利用者音声診断値（Ａ）が入力されるとともに、前記診断値比較判定装置（７）に接続され、信頼性指標値（信頼性情報）（Ｃ）が入力される診断情報表示及び警告等報知装置（８）とを具備し、
   （ｇ）前記環境雑音分析装置（２）からの雑音が弱い場合には利用者の発話波形を採用し、前記環境雑音分析装置（２）からの雑音が強い場合には利用者の発話波形を採用せず、再診断を要求することを特徴とする外部雑音改善型発話音声分析システム。
2. （ａ）発話音声を収録する利用者音声収集用マイクロフォン（２３）と、
   （ｂ）発話環境の雑音状況をモニターする環境雑音収集用マイクロフォン（２６）と、
   （ｃ）カオス論的発話音声分析装置（２５）と、
   （ｄ）環境雑音分析装置（２７）とを具備し、
   （ｅ）前記カオス論的発話音声分析装置（２５）からの利用者音声診断値（Ａ）と前記環境雑音分析装置（２６）からの環境雑音評価値（Ｂ）とに基づいて、カオス論的発話音声を評価した信頼性指標値（信頼性情報）（Ｃ）を出力するカオス論的発話音声指標値出力評価装置（２８）とを具備することを特徴とする外部雑音改善型発話音声分析システム。
3. 請求項１または２記載の外部雑音改善型発話音声分析システムにおいて、前記発話音声を収録する利用者音声収集用マイクロフォン（１，２３）は単一指向性マイクロフォンであり、前記発話環境の雑音状況をモニターする環境雑音収集用マイクロフォン（２，２６）は無指向性マイクロフォンであることを特徴とする外部雑音改善型発話音声分析システム。
4. 請求項１または２記載の外部雑音改善型発話音声分析システムにおいて、発話環境が車両（２１）の運転席（２２）である場合、前記発話音声を収録する利用者音声収集用マイクロフォン（２３）は運転士（２４）の口元に配置し、前記発話環境の雑音状況をモニターする環境雑音収集用マイクロフォン（２６）は前記運転席（２２）から離れた場所に設置し、前記発話音声を収録する利用者音声収集用マイクロフォン（２３）と前記発話環境の雑音状況をモニターする環境雑音収集用マイクロフォン（２６）の両方を同一の指向特性を有するマイクロフォンとすることを特徴とする外部雑音改善型発話音声分析システム。
5. 請求項４記載の外部雑音改善型発話音声分析システムにおいて、前記発話環境の雑音状況をモニターする環境雑音収集用マイクロフォン（２６）に代えて振動センサーを備えることを特徴とする外部雑音改善型発話音声分析システム。