JPWO2007145079A1 - 反復再生学習機およびプログラム - Google Patents
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Abstract
話速変換処理を伴う録音・再生による反復学習を手軽に実施可能にする。音声がマイク18を介してA/D変換器15に入力されると、入力が開始されたことが検知され(S41YES、S42NO)、入力された音声信号をA/D変換してサンプリングし、音声データとして、RAM14に書き込みを開始する(S43,S44)。入力が終了されると(S42YES)、RAM14に書き込まれている音声データを先頭から順に読み取り(S45)、音声データを変換比Mに話速変換処理し(S46)、D/A変換器16へ送り、D/A変換して、スピーカ19へ出力する(S47)。これらの再生が回数Nを終了すると再生処理を終了して(S48YES)、ステップS41へ進み、次の入力の待機状態に移行する。
Description
本発明は、単語、語句、文章等を暗記する際に使用する反復再生学習機およびプログラムに関し、詳しくは学習者が発した音声を録音した後、その録音音声を話速変換して反復再生する反復再生学習機に関し、また、パソコン、ゲーム機、カラオケ装置、携帯電話、デジタルオーディオプレーヤ、電子手帳、電子辞書、携帯端末等のコンピュータ内蔵装置において前述の反復学習を可能にするプログラムに関する。
従来、音声ファイルとして記録された音声データを、その音の高さを変えることなく再生時間を圧縮または伸長、つまり話速変換して再生し、語学その他の学習等に使用されている。それらの従来技術として、特許文献1に記載の「速聴装置」、特許文献2に記載の「外国語会話学習法及び外国語会話学習装置」、特許文献3に記載の「録音装置及び再生装置」、特許文献4に記載の「携帯型の語学学習装置」がある。
特開平11−52985号公報
特開2003−241644号公報
特開平8−335099号公報
特開2003−167502号公報
これら従来の音声を圧縮または伸長して再生する装置では、予め、市販の教材等の音声ファイルを用意したり、あるいは学習者本人が教材を朗読して音声ファイルを用意したりしてから、それを話速変換装置、またはパソコンの話速変換ソフトを用いて、話速変換処理、すなわち圧縮または伸長し、次に、パソコンその他の再生装置により、その変換処理した音声ファイルを再生させるという手順が必要であり、面倒であった。そのため、音声圧縮等の話速変換処理による学習方法の効果が顕著であると認められているにもかかわらず、学習方法として、あまり普及が進んでいないのが実情であった。そこで、本発明は、学習者が教材を朗読したら、直ちにその音声を圧縮等の話速変換処理をして反復再生するようにして、手軽に音声圧縮等の話速変換処理による学習を可能にした反復再生学習機を提案するとともに、パソコン、ゲーム機、カラオケ装置、携帯電話、デジタルオーディオプレーヤ、電子手帳、電子辞書、携帯端末等のコンピュータ内蔵装置において、それらの話速変換処理による反復学習を可能にするプログラムを提案することを目的とした。
上記課題を解決するために、本発明の反復再生学習機は、音声を入力するマイクと、該マイクから出力された音声信号を音声データに変換するA/D変換器と、該A/D変換器から出力された音声データが書き込まれるメモリと、音声データを音声信号に変換するD/A変換器と、該D/A変換器の出力側に接続されたスピーカと、前記マイクから出力される音声信号を監視し、音声信号の出力が開始されたら前記A/D変換器から出力された音声データを前記メモリに書き込む録音手段と、前記マイクから出力される音声信号を監視し、音声信号の出力が終了されたら前記メモリへの書き込み動作を停止し、前記メモリに書き込まれている音声データを順次読み取り、前記D/A変換器で音声信号に変換した後、前記スピーカへ送り所定回数再生させる再生手段と、音声データの入力または出力を監視し、音声データが前記メモリへ書き込まれる前に、または/および音声データが前記メモリから読み取られた後に、音声データの話速を所定の変換比に変換する話速変換手段とを備えたことを特徴とする。
ここで、前記反復再生学習機には、前記再生手段における再生回数の設定値を入力する再生回数入力手段と、前記話速変換手段における変換比の設定値を入力する変換比入力手段とを備えることが好ましい。また、前記反復再生学習機には、前記再生手段による音声データの再生中に前記マイクから出力される音声信号を監視し、音声信号の出力が開始されたら音声データの再生動作を停止させる再生停止手段を備えることも可能である。
また、本発明のプログラムは、マイク入力端子と、スピーカまたは音声出力端子を備えたコンピュータ内蔵の装置に組み込まれるプログラムであって、マイク入力端子からの音声信号の入力を監視し、入力が開始されたら入力された音声信号をA/D変換して得られた音声データを順次メモリに書き込む第1のステップと、マイク入力端子からの音声信号の入力を監視し、入力が終了されたら前記第1のステップにおける音声データのメモリへの書き込み処理を停止し、メモリから書き込まれている音声データを順次読み取り、D/A変換して所定回数スピーカまたは音声出力端子から再生出力する第2のステップと、前記第1のステップで音声データをメモリに書き込む前に、または/および前記第2のステップで音声データをメモリから読み取った後に、該音声データの話速を所定の変換比に変換する第3のステップとを有することを特徴とした。
ここで前記プログラムには、前記第2のステップで音声データをD/A変換してスピーカまたは音声出力端子から出力している再生動作中に、マイク入力端子からの音声信号の入力を監視し、入力が開始されたら前記再生出力動作を停止する第4のステップを有することも可能である。
以上述べたように本発明によれば、学習者の発声が録音された後、直ちに圧縮または伸長の話速変換処理がなされて繰り返し再生されるため、録音、変換および再生のための操作・作業が不要となる。その結果、学習の補助機器として手軽に使用することが可能となる。
以下、図に基づいて本発明の実施形態を説明する。図1は、本発明に係る反復再生学習機の第1の実施形態を示す外観図である。反復再生学習機の全体はヘッドセット状に構成され、スピーカを備えた1対のイヤーパッド1,2を半円状のフレーム3で連結し、イヤーパッド2の下端にマイク4を接続したものである。図示しないが、イヤーパッド2内には、音声信号および音声データを処理するマイクロコントローラ等が内蔵されている。この反復再生学習機の電源は、乾電池、充電池または商用電源のいずれでも良いし、あるいはそれらの併用でも良い。
なお、図示例はマイクとスピーカを組み合わせてヘッドセット状の形態にしたが、これとは別形態として、マイクロコントローラ等の回路部と電源部をボックス内に収納し、そのボックスにジャックを設けておき、そこへヘッドセットのプラグを差し込む構成とすることも可能である。この場合は、市販されているヘッドセットの使用が可能となる。また、他の形態として、マイクとスピーカの部分に、抜き差し自在のイヤホンマイクや骨伝導イヤホンマイクを使用し、マイクロコントローラ等の回路部と電源部をボックス内に収納して、外観をデジタルオーディオプレーヤのように構成にすることもできる。
図2は、図1に示された第1の実施形態の電気的構成を示したブロック図である。図示の実施形態は、CPU12,ROM13,RAM14,A/D変換器15,D/A変換器16、I/O部17等からなるマイクロコントローラ(microcontroller)11と、A/D変換器15に接続されたマイク(microphone)18と、D/A変換器16に接続されたスピーカ(speaker)19と、I/O部17に接続されたスイッチ(switch)20とから構成され
ている。なお、I/O部17には、図示してないが必要に応じてディスプレイが接続される。スイッチ20は、押しボタンスイッチ、ディップスイッチ、ロータリスイッチ、スライドスイッチ等により構成され、音声データを話速変換するときの変換比M(Mは正数)、再生回数N(Nは自然数であって無限大の値も含む)や、再生音と再生音との間の無音間隔等が、使用者により設定される。
ている。なお、I/O部17には、図示してないが必要に応じてディスプレイが接続される。スイッチ20は、押しボタンスイッチ、ディップスイッチ、ロータリスイッチ、スライドスイッチ等により構成され、音声データを話速変換するときの変換比M(Mは正数)、再生回数N(Nは自然数であって無限大の値も含む)や、再生音と再生音との間の無音間隔等が、使用者により設定される。
なお、スイッチ20として、押しボタンスイッチを用いた場合は、1対のインクリメントスイッチとデクリメントスイッチとし、別途設置した液晶等からなるディスプレイ上に、設定数値や目盛りを表示させて、表示値を増減しながら設定値の入力操作を行うことができる。また、変換比M、無音間隔等を連続した値で調整したい場合は、スイッチ20の代わりにボリューム(可変抵抗器)を用いることも可能である。また、図示しないが、スピーカ19の音量を調節する操作手段も設置されている。マイク18は、図1のマイク4に相当し、使用者の音声が入力される。マイク18に入力された音声信号は、A/D変換器15によりA/D変換された後、サンプリングされて、RAM14に書き込まれる。このとき音声データを圧縮処理することも可能である。
これらの録音作業が終了した後、RAM14から音声データが読み取られて、D/A変換器16により音声信号に変換された後、スピーカ19に送られて、設定されたN回再生される。また、これらの録音再生過程の途中であって、音声データがRAM14に書き込まれる前に、または/および音声データがRAM14から読み取られた後に、話速がその変換比Mに変換される。図示例での話速変換は、圧縮としたので圧縮処理がなされる。その結果、スピーカ19からは、マイク18に入力された使用者の発声が、本来の再生速度よりも高速になって反復再生される。なお、図2のスピーカ19は、図示していないが、図1のイヤーパッド1,2内に設置されている1対のスピーカである。
図3は、図2のマイク18へ入力される音声信号に対するスピーカ19から出力される音声信号の関係、すなわち、マイクロコントローラ11における入出力の関係を模式的に示した信号図である。図2におけるマイク18へ、使用者の発声が期間T1の間入力された後、期間T2の休止期間を経過すると、音声入力が終了したものと判断される。すると、音声データは、ピッチをそのままにして再生時間のみを所定の変換比Mに圧縮する話速変換がなされて再生時間T3となって、スピーカ19から再生される。図示例では、変換比(圧縮比)Mが2に設定されている場合であり、再生時間T3は、期間T1の2分の1の長さである。ここで、設定される変換比としては、圧縮処理の場合、2.0以上が好ましく、圧縮比が大きい程、時間当たりの反復回数が増して、学習効率が増すものである。しかしながら、学習者の聞き取り能力以上の圧縮比にして高速に再生させると、聞き取れなくなり、学習効果が損なわれる。そのため、学習者の聞き取り可能な最大の圧縮比に設定することが好ましい。
スピーカ19の再生回数Nは、図3の例では3に設定されている場合であり、無音の間隔T4を隔てて3回再生される。これら録音・再生が終了し、休止期間T5を経過して、使用者からの次の音声入力が期間T6の間あると、同様に2分の1に圧縮されて、期間T2の休止期間を経過後、再生時間T7となって再生される。ここで、設定される再生回数Nとしては、10回程度が好ましいが、学習者の好みで、10回ではしつこいと感じられる場合は、もっと少ない回数、例えば3回でもよい。また、一度学習して記憶した内容を、復習するような場合は、3回以下の少ない回数に設定してもよい。また、10回の再生回数では、回数が少なくてどうしても記憶することができないような場合は、再生回数を20回、50回等に増すことも可能である。または、再生回数を無限大の回数に設定して、記憶できたという実感が得られるまで、繰り返し再生させることもできる。この場合、再生を中断させるために、別途、中断用のスイッチを設けておく。
また、音声入力の終了を検知する期間T2、および無音の間隔T4は調整可能であり、使用状況に応じて使用者が調節することができる。なお、音声入力の終了を検知する期間T2は、学習者の発声の速度や使用機器の感度等に応じて設定するものとし、実際には、0.05〜1.0秒の範囲の値が適当である。同様に、無音の間隔T4は、学習者が最適と思える学習速度に応じて設定するものとし、実際には、0.1〜2.0秒の範囲の値が適当である。なお、マイクロコントローラ11における話速変換の処理法としては、例えば、公知の話速変換手法であるボコーダ方式等を用いることができる。
図4は、図2における録音・再生処理を系統的に示したフローチャートである。以下、図4に基づいて、図1および図2を参照しながら、マイクロコントローラ11における録音・話速変換・再生処理を説明する。図1に示された反復再生学習機を使用者が頭部に装着し、電源を投入し、スイッチ20により音声データの話速の変換比M、再生回数Nをセットしてから、学習教材を読み上げると、音声がマイク18を介してA/D変換器15に入力される。
すると、CPU12は、入力が開始されたことを検知し(S41YES、S42NO)、入力された音声信号をA/D変換してサンプリングし、音声データとして、メモリであるRAM14に書き込みを開始する(S43,S44)。次に、使用者の発声に区切りがつき、入力の終了が検知されると(S42YES)、CPU12は、メモリであるRAM14に書き込まれている音声データを先頭から順に読み取り(S45)、音声データの再生時間をそのピッチを変えることなく設定された変換比Mに話速変換し(S46)、次いで、D/A変換器16へ送り、D/A変換して、スピーカ19へ出力する(S47)。スピーカ19の発音は使用者に聴取される。
また、これらステップS45〜S47における音声データの出力は、繰り返されてその回数がカウントされ、設定されている回数Nを終了すると再生処理を終了して(S48YES)、ステップS41へ進み、次の入力の待機状態に移行する。このようにして、話速変換を圧縮にした場合、使用者は、教材を読み上げてから、その音声を高速にして再生した音声を聞くことで、「目で読む」、「口で発声」、「耳で聴く」の3つの器官を用いた一連の動作をしながら学習を進めることができる。特に、話速変換を圧縮とした場合は、高速で再生された音声が耳に入力されるため、頭脳へのインパクトが強力となり、効果的な学習が可能となる。同様に、話速変換を伸長にした場合も、ゆっくりと時間をかけて聞くことで学習効果が得られる。
次に、第2の実施形態について説明する。第2の実施形態は、部品構成が第1の実施形態と同一に構成されていて処理方法のみが異なる。図5は、マイクロコントローラ11における入出力の関係を模式的に示した第2の実施形態の信号図である。図では、再生回数を無限大に設定しておいて、入力した音声を使用者が満足する回数まで、再生を繰り返す場合を示し、再生の途中で、次の音声を入力することにより、それまでの再生が中断され、新たに入力した音声の録音と再生が開始されることを示している。この実施形態では、音声の再生中にも、マイク18からの入力を監視することで、再生の中断が可能となる。
次に、第3の実施形態について説明する。第3の実施形態は、部品構成が第1の実施形態と同一に構成されていて処理方法のみが異なる。図6は、マイクロコントローラ11における入出力の関係を模式的に示した第3の実施形態の信号図を示すものである。図6の実施形態が図3の実施形態と異なるところは、マイク18から期間T1の音声入力があると、その音声データを録音すると同時に、そのままスピーカ19で同時再生するものである。他の動作は、図3の実施形態と同一である。この場合は、第1および第2の実施形態よりも、再生回数が増えた分、学習効果が増大するものである。
なお、図3、図5および図6の各実施形態では、音声入力後の複数回の再生は、話速変換を全て圧縮として、その圧縮比を同一にしている場合を示しているが、他の実施形態として、圧縮比を変化させることも可能である。図示しないが、複数回再生する場合は、個々の再生ごとに圧縮比を変化させ、例えば、最初の再生では、圧縮比を1とし、次の再生では圧縮比を2とし、さらに次の再生では圧縮比を3というように、圧縮比が次第に増大するように変化させることも可能である。さらには、高圧縮比の再生と低圧縮比の再生を交互に繰り返すことも可能である。また、圧縮比を1以下、すなわち再生時間を伸長して再生させることも可能である。これら圧縮比をその都度変化させる場合は、その変化の態様を再生パターンとして、予め入力して記憶させておき、それを再生の際に選択するように構成することが可能である。
次に、第4の実施形態について説明する。図7は、第4の実施形態における録音・再生処理を系統的に示したフローチャートである。この実施形態の部品構成は図1および図2に示した第1の実施形態と共通である。以下、図7に基づいて、図1および図2を参照しながら、マイクロコントローラ11における第4の実施形態の録音・話速変換・再生処理を説明する。図1に示された反復再生学習機を使用者が頭部に装着し、電源を投入し、スイッチ20により音声データの変換比M、再生回数Nをセットしてから、学習教材を読み上げると、音声がマイク18を介してA/D変換器15に入力される。
すると、CPU12は、入力が開始されたことを検知し(S71YES、S72NO)、入力された音声信号をA/D変換してサンプリングし(S73)、得られた音声データを、そのピッチを変えることなく、その再生時間を設定された変換比Mに話速変換する(S74)。次いで、話速変換された音声データを、メモリであるRAM14に書き込む(S75)。次に、使用者の発声に区切りがつき、入力の終了が検知されると(S72YES)、CPU12は、メモリであるRAM14に書き込まれている音声データを先頭から順に読み取り(S76)、次いで、D/A変換器16へ送り、D/A変換して、スピーカ19へ出力する(S77)。スピーカ19の発音は使用者に聴取される。また、これらステップS76、S77における音声データの出力は、繰り返されてその回数がカウントされ、設定されている回数Nを終了すると再生処理を終了して(S78YES)、ステップS71へ進み、次の入力の待機状態に移行する。
なお、この実施形態では、図4の実施形態と異なり、音声データが入力されてメモリであるRAM14に書き込まれる前に、話速変換の処理が行われる。また、この実施形態とは別に、話速変換の処理のタイミングを、RAM14に音声データが書き込まれる前と、RAM14から音声データが読み取られた後の両方で実施することも可能である。例えば、話速変換をボコーダ方式等で処理する場合は、サンプリングされた音声データを分析処理し、得られたパラメータをメモリへ格納しておき、再生のときはそのメモリからパラメータを読み取り、そのパラメータを用いて設定されている話速変換比にもとづいて音声の合成処理をおこなうことができる。
また、上述した各実施形態に追加する機能として、ステレオ再生にすることも可能である。音源は、単一のマイクであるが、左右のスピーカの音量を、予め設定しておいた再生パターンに基づき交互に増減して、立体感をも持たせることができる。また、この学習機の使用者は、再生された自分の声が高すぎたり、低すぎたりすると思う場合もある。その場合は、ピッチコントローラの機能を備えておき、再生音のピッチの増減の調節を可能にする。その場合の調整範囲の限界は±20〜30%程度が適当である。同様に、ボイスチェンジ機能を備えて、声色を男声から女声へ、反対に女声から男声等へと、異なった音色に変換したりすることも可能である。
また、本発明の実施形態では、マイクから音声信号を入力していたが、他の音声信号発
声機器、例えば、ラジオ、音声レコーダ、MDプレーヤ、CD・DVDプレーヤ、デジタルオーディオプレーヤ、電子辞書等からの音声信号を、短時間入力させてから、マイク入力の場合と同じく、話速変換して繰り返し再生させることも可能である。さらに、マイク等から入力された音声を再生した後も、その音声データをそのままメモリに記憶させておき、2回目以降の学習の際は、マイク等からの再度の音声入力をすることなく、記憶されている音声データを再生させるという使用方法も可能である。
声機器、例えば、ラジオ、音声レコーダ、MDプレーヤ、CD・DVDプレーヤ、デジタルオーディオプレーヤ、電子辞書等からの音声信号を、短時間入力させてから、マイク入力の場合と同じく、話速変換して繰り返し再生させることも可能である。さらに、マイク等から入力された音声を再生した後も、その音声データをそのままメモリに記憶させておき、2回目以降の学習の際は、マイク等からの再度の音声入力をすることなく、記憶されている音声データを再生させるという使用方法も可能である。
上述した4つの実施形態は、いずれも、マイクロコントローラ等から構成された装置により実現されている。しかしながら、本発明の構成は、マイク入力端子と、スピーカまたは音声出力端子を備えたパソコンでも実現可能である。同様に、CPUおよびメモリを内蔵して、マイク入力端子と、スピーカまたは音声出力端子を備えたゲーム機、カラオケ装置、携帯電話、デジタルオーディオプレーヤ、電子手帳、電子辞書、携帯端末等でも実現可能である。
これらの装置には、上述した4つの実施形態のいずれかまたはそれらの組み合わせた動作を、プログラムとして組み込み、マイク入力端子に、マイクやヘッドセットを接続して、変換比および再生回数を設定して、あるいは最初から変換比および再生回数を設定しておいて、音声入力することで、装置のスピーカまたは音声出力端子に接続したスピーカ、ヘッドフォン、ヘッドセットにより、話速変換処理した入力音声を所定回数再生させて、学習の補助機器として使用することができる。また、特に、パソコンを使用した場合は、マイク入力の代わりに、音声ファイルの再生音や、CDやDVDの再生音を、短時間取り込み、話速変換してから繰り返し再生させることも可能である。
本発明は、マイク入力端子と、スピーカまたは音声出力端子を備えたパソコン、ゲーム機、カラオケ装置、携帯電話、デジタルオーディオプレーヤ、電子手帳、電子辞書および携帯端末以外にも、CPUおよびメモリを内蔵し、その入出力端子部分に、マイク入力端子と音声出力端子を増設可能な全ての電子機器に、プログラムを組み込むことで利用可能である。
1,2 イヤーパッド
3 フレーム
4 マイク
11 マイクロコントローラ
12 CPU
13 ROM
14 RAM
15 A/D変換器
16 D/A変換器
17 I/O部
18 マイク
19 スピーカ
20 スイッチ
3 フレーム
4 マイク
11 マイクロコントローラ
12 CPU
13 ROM
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15 A/D変換器
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17 I/O部
18 マイク
19 スピーカ
20 スイッチ
Claims (5)
- 音声を入力するマイクと、
該マイクから出力された音声信号を音声データに変換するA/D変換器と、
該A/D変換器から出力された音声データが書き込まれるメモリと、
音声データを音声信号に変換するD/A変換器と、
該D/A変換器の出力側に接続されたスピーカと、
前記マイクから出力される音声信号を監視し、音声信号の出力が開始されたら前記A/D変換器から出力された音声データを前記メモリに書き込む録音手段と、
前記マイクから出力される音声信号を監視し、音声信号の出力が終了されたら前記メモリへの書き込み動作を停止し、前記メモリに書き込まれている音声データを順次読み取り、前記D/A変換器で音声信号に変換した後、前記スピーカへ送り所定回数再生させる再生手段と、
音声データの入力または出力を監視し、音声データが前記メモリへ書き込まれる前に、または/および音声データが前記メモリから読み取られた後に、音声データの話速を所定の変換比に変換する話速変換手段と、
を備えたことを特徴とする反復再生学習機。 - 請求項1に記載の反復再生学習機において、
前記再生手段における再生回数の設定値を入力する再生回数入力手段と、
前記話速変換手段における変換比の設定値を入力する変換比入力手段と、
を備えたことを特徴とする反復再生学習機。 - 請求項1または2に記載の反復再生学習機において、
前記再生手段による音声データの再生中に前記マイクから出力される音声信号を監視し、音声信号の出力が開始されたら音声データの再生動作を停止させる再生停止手段を備えたことを特徴とする反復再生学習機。 - マイク入力端子と、スピーカまたは音声出力端子を備えたコンピュータ内蔵の装置に組み込まれるプログラムであって、
マイク入力端子からの音声信号の入力を監視し、入力が開始されたら入力された音声信号をA/D変換して得られた音声データを順次メモリに書き込む第1のステップと、
マイク入力端子からの音声信号の入力を監視し、入力が終了されたら前記第1のステップにおける音声データのメモリへの書き込み処理を停止し、メモリから書き込まれている音声データを順次読み取り、D/A変換して所定回数スピーカまたは音声出力端子から再生出力する第2のステップと、
前記第1のステップで音声データをメモリに書き込む前に、または/および前記第2のステップで音声データをメモリから読み取った後に、該音声データの話速を所定の変換比に変換する第3のステップと、
を有することを特徴としたプログラム。 - 請求項4に記載のプログラムにおいて、
前記第2のステップで音声データをD/A変換してスピーカまたは音声出力端子から出力している再生動作中に、マイク入力端子からの音声信号の入力を監視し、入力が開始されたら前記再生出力動作を停止する第4のステップを有することを特徴としたプログラム。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006162241 | 2006-06-12 | ||
JP2006162241 | 2006-06-12 | ||
PCT/JP2007/061059 WO2007145079A1 (ja) | 2006-06-12 | 2007-05-31 | 反復再生学習機およびプログラム |
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