JP2006048073A - 発音評価装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来普及している語学の音声教材を利用し、簡略な構成で発音の善し悪しを採点できる発音評価装置を提供する。
【解決手段】教材の音声をMDプレーヤ2から入力し、これをスピーカ11から出力するとともにDSP13でストレスアクセント、トニックアクセント、イントネーションなどを分析する。分析結果はメモリ14に記憶する。次にマイク3から学習者の練習の音声を入力し、上記教材の音声と同様にDSP13でそのストレスアクセント、トニックアクセント、イントネーションなどの発音情報を分析する。学習者の音声の発音情報が教材のものと同じであれば正しく発音していると考えられるため、両発音情報を比較し、その類似度に基づく採点結果をディスプレイ22に表示する。これにより、採点のための情報を持たない従来の音声教材を用いて学習者の発音を採点することが可能になる。
【選択図】 図2

Description

この発明は、CD、MD、テープなど音声が記録されている語学教材を用いて、学習者の発音を評価することができる発音評価装置に関する。
語学教材として、CD、MD、テープなどに基本的なフレーズを録音したものがある。学習者はこの教材を再生して、手本の音声を聴きながら同じように発音することで語学の学習をする。この学習は、主として母音、子音の発音、および、語句のアクセントやイントネーションなどの発音について行われる。
しかし、学習者は、自分の発音が正しく教材の発音を模倣しているかを確認することができないため、自分が正しく学習できているかどうかを確認することができず不安になるという問題点があった。また、学習を重ねても学習の成果を確認することができないという問題点があった。
一方、学習者が発音した音声を音声認識し発音が正しいかを評価することも考えられる。しかし、音声認識のアルゴリズムは極めて複雑であり、さらに、音声認識したのちに、学習者の発音がその内容の表現として正しいものであるかを採点するためには、膨大なデータを必要とするという問題点があった。
この発明は、従来普及している教材を利用し、簡略な構成で学習者の発音を評価できる発音評価装置を提供することを目的とする。
請求項1の発明は、第1の音声信号および第2の音声信号の基本周波数を時系列で抽出する基本周波数抽出手段と、抽出した基本周波数の信号レベルを時系列関数化する関数化手段と、第1の音声信号に対する基本周波数の時間関数と第2の音声信号に対する基本周波数の時間関数とを比較してその類似度に基づく評価を出力する評価手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項2の発明は、第1の音声信号および第2の音声信号の信号レベルを時系列で抽出するレベル抽出手段と、第1の音声信号および第2の音声信号の高レベル部の信号レベルと該高レベル部のタイミングとを検出する高レベル部検出手段と、第1の音声信号の高レベル部の信号レベルおよび該高レベル部のタイミングと第2の音声信号の高レベル部の信号レベルおよび該高レベル部のタイミングとを比較してその類似度に基づく評価を出力する評価手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項3の発明は、第1の音声信号および第2の音声信号の基本周波数を時系列で抽出する基本周波数抽出手段と、第1の音声信号および第2の音声信号の基本周波数が高周波数となる部分の周波数とそのタイミングを検出する高周波数部検出手段と、第1の音声信号の高周波数部の周波数および該高周波数部のタイミングと第2の音声信号の高周波数部の周波数および該高周波数部のタイミングとを比較してその類似度に基づく評価を出力する評価手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項4の発明は、評価手段が第1の音声信号および第2の音声信号の比較対象情報を正規化したのち比較することを特徴とする。
請求項5の発明は、評価手段が出力した評価を蓄積記憶する評価蓄積記憶手段を備え、評価手段が蓄積された複数の評価に基づく統合評価を行うことを特徴とする。
請求項6の発明は、第1の音声信号および第2の音声信号の基本周波数を時系列で抽出する基本周波数抽出手段と、抽出した基本周波数の信号レベルを時系列関数化する関数化手段と、第1の音声信号および第2の音声信号の基本周波数が高周波数となる部分の周波数とそのタイミングを検出する高周波数部検出手段と、第1の音声信号および第2の音声信号の高レベル部の信号レベルと該高レベル部のタイミングとを検出する高レベル部検出手段と、第1の音声信号に対する基本周波数の時間関数と第2の音声信号に対する基本周波数の時間関数とを比較してその類似度に基づいて行うイントネーション評価、第1の音声信号の高レベル部の信号レベルおよび該高レベル部のタイミングと第2の音声信号の高レベル部の信号レベルおよび該高レベル部のタイミングとを比較して、その類似度に基づいて行うストレスアクセント評価、および、第1の音声信号の高周波数部の周波数および該高周波数部のタイミングと第2の音声信号の高周波数部の周波数および該高周波数部のタイミングとを比較して、その類似度に基づいて行うトニックアクセント評価を、それぞれ同時に個別に行って出力する評価手段と、を備えたことを特徴とする。
この発明によれば、手本の音声を入力するとともにこれに習って発音された練習の音声を入力してこれらを比較し、その類似度によって練習の成果を評価するようにしたことにより、特に評価のための情報を持たない一般の音声教材を用いて、評価付きの発音練習をすることができる。
図面を参照してこの発明の実施形態である発音評価装置について説明する。図1は同発音評価装置と接続されるポータブルMDプレーヤの使用形態を示す図、図2は同発音評価装置のブロック図、図3は同発音評価装置の押しボタンスイッチおよびディスプレイの構成を示す図、図4は同発音評価装置のメモリ構成図である。図5は語学教材であるMDの記憶形態を示す図である。また、図6は分析により抽出される発音情報の例を示す図である。
この実施形態の発音評価装置は、外国語(特に英語)のアクセントやイントネーションの練習に用いられる装置であり、録音教材を再生した音声や教師が発音した手本の音声を分析して記憶し、これに続いて発音される学習者の音声を分析した結果と比較することでその類似度を割り出し、この類似度に基づいて学習者の発音を評価するものである。
この実施形態では、MD(ミニディスク)の語学教材を用いる例を示している。MDには、図5に示すように英語の練習用のフレーズが順次記憶されており、各フレーズ毎にインデックス(曲番)がふってある。また、MDには、テキストデータを記憶するサブトラックが設けられており、この教材MDの場合には、ディスク教材のタイトルや各フレーズ毎の内容を示すテキストが記憶されている。ディスクのタイトルはディスクをMDプレーヤにセットしたとき読み出され、各フレーズの内容を示すテキストはそのフレーズを再生するとき読み出される。この発音評価装置では、入力されたテキストデータを表示するディスプレイ22を備えている。その表示態様は、例えば図3(A)のようなものである。なお、MDに記録されるフレーズの内容を示すテキストは、たとえば、「greeting」や「at the station」など場面を示す語句でもよく、また、長文を記録可能な場合には、そのフレーズの文を全部記録するようにしてもよい。
図1(A)において、上記MDの語学教材がセットされたMDプレーヤ2はケーブル4を介してこの発明の実施形態である発音評価装置1と接続されている。このケーブル4は図2に示すようにオーディオケーブル4aと制御ケーブル4bとを同軸に被覆したものである。
一般的なポータブルMDプレーヤの通常の使用形態は、図1(B)に示すように、本体2のコネクタにリモコン5を接続し、このリモコンにステレオイヤホン6を接続したものである。リモコン5は、複数のボタンスイッチを備え、ポータブルMDプレーヤ2本体の電源オン/オフ、プレイ/ストップ、スキップ/スキップバックなどを制御することができる。また、リモコン5は液晶のディスプレイを備えており、MDから読み出されたテキストを表示するようになっている。このため、ポータブルMDプレーヤ2のコネクタ2aには、オーディオ信号を出力するジャックのほか、制御用信号を入出力するコネクタが形成されている。
図1(A)おいて、発音評価装置1もケーブル4を介してMDプレーヤ2のプレイ/ストップ、スキップ/スキップバックなどを制御することができる。学習者が発音評価装置1の操作パネルに設けられている押しボタンスイッチ21を操作したとき、発音評価装置1は、ケーブル4を介してポータブルMDプレーヤ2に対して上記プレイ/ストップ、スキップ/スキップバックなどのコマンドを送信し、MDプレーヤ2の動作を制御する。
学習者が、所定の押しボタンスイッチ21をオンして、MDプレーヤ2がフレーズを再生すると、そのフレーズ音声がスピーカ11から出力される。学習者がこれを聴いてこれに習って同じフレーズを発音するとこれがマイク3から入力さされる。内部のDSP13(図2参照)が、これら音声を分析してストレスアクセント、トニックアクセント、イントネーションの発音情報を抽出する。これら手本の発音情報(第1の発音情報)および学習者の発音情報(第2の発音情報)を比較してその類似度を割り出すことにより、学習者の発音を評価する。評価結果は、ディスプレイ22に表示される(図3(B)参照)。
図2において、オーディオケーブル4aは発音評価装置1内でオーディオアンプ10およびA/Dコンバータ12に接続されている。オーディオアンプ10にはスピーカ11が接続されている。これにより、MDプレーヤ2が再生した教材MDのフレーズ音声は、アンプ10で増幅されスピーカ11から出力される。すなわち、ヘッドホン専用のポータブルMDプレーヤ2でもスピーカ11から音声を出力させることができるようになり、この発音評価装置1はポータブルMDプレーヤのアクティブスピーカを兼ねた構成になっている。
そして、制御ケーブル4bはコントローラ20に接続されている。コントローラ20はインタフェース等を内蔵した制御用のマイコンであり、この装置の動作およびMDプレーヤ2の動作を制御するものである。
このコントローラ20には、学習者が操作する押しボタンスイッチ群21、再生中のフレーズの内容や得点などを表示する液晶マトリクスのディスプレイ22、前記A/Dコンバータ12、入力された音声信号を処理するDSP13、処理結果が記憶されるメモリ14などが接続されている。
A/Dコンバータ12には、MDプレーヤ2のほか学習者が音声を入力するマイク3も接続されている。A/Dコンバータ12はアナログ信号の入力切換スイッチを内蔵しており、コントローラ20の指示により、MDプレーヤ2またはマイク3のいずれか一方を選択して、そこから入力されるアナログ音声信号をディジタル信号に変換する。変換されたディジタルの音声信号は、DSP13に入力される。
DSP13は、入力された音声信号に対してFFT解析などの処理を行い、信号レベル、周波数スペクトルなどを時系列に演算して入力された音声の発音を分析する。この分析により抽出される情報は、ストレスアクセント、トニックアクセント、イントネーションなどである。ストレスアクセントとは、フレーズ中の強く発音する箇所(レベルの大きい箇所)であり、そのタイミングやレベルが抽出される(図6(A)参照)。また、トニックアクセントとは、フレーズ中の高く発音する箇所(基本周波数の高い箇所)であり、そのタイミングや周波数が抽出される(図6(B)参照)。また、イントネーションとは、フレーズの高低(基本周波数)の抑揚であり、その抑揚曲線が分析され関数化される(図6(B)参照)。なお、基本周波数は、FFT解析で求められたピークのうち一番周波数の低いものである。また、周波数スペクトルからフォルマントを抽出し、発音されている母音を分析することも可能である。さらに、周波数スペクトルから倍音構成比が算出される。この時間的変動が一致すれば母音が類似していると評価することができる。
教材の音声および学習者の音声を順次入力して上記分析を行い、抽出された第1の発音情報および第2の発音情報をメモリ14の手本データ記憶エリア141および練習データ記憶エリア142に記憶する。
こののち、これら発音情報を比較して得点を決定する。このとき、両方の発音情報が似ていれば学習者の音声が教材の音声に近い発音をしているとして高い得点にする。得点は、上記ストレスアクセント、トニックアクセント、イントネーション毎に個別に算出するとともに、これらを平均した総合得点を算出する。この得点は、ディスプレイ22に表示されるとともにメモリ14の得点蓄積エリア143に蓄積記憶される。なお、この比較・採点の処理は、DSP13が行ってもよく、コントローラ20が行ってもよい。
前記押しボタンスイッチ21は、図3(A)に示すように、「次へ」スイッチ、「もう一度」スイッチ、「戻る」スイッチ、「先頭へ」スイッチ、「集計」スイッチ、「クリア」スイッチを有している。このうち、「次へ」スイッチ、「もう一度」スイッチ、「戻る」スイッチ、および、「先頭へ」スイッチが、プレイスイッチであり、このボタンスイッチが操作されるとMDプレーヤ2に対して再生の指示を送る。
発音評価装置1は、MDプレーヤ2に対して1フレーズ(1曲)ずつ手本の発音を再生するように指示する。すなわち、あるフレーズ(曲)の0秒0フレームから再生をスタートし、時間カウンタの値が次のフレーズの0秒0フレームになったとき再生を停止(ポーズ)するようにMDプレーヤ2に指示する。
こののち、「次へ」スイッチがオンされた場合には、現在頭出しされているフレーズを再生するようにMDプレーヤ2に指示する。また、「もう一度」スイッチがオンされた場合には、先程再生したフレーズに戻って(スキップバックして)もう一度再生するようにMDプレーヤ2に指示する。また、「戻る」スイッチがオンされた場合には、2回スキップバックし、先程再生したフレーズのさらに前のフレーズに戻って再生を行うようにMDプレーヤ2に指示する。また、「先頭へ」スイッチがオンされた場合には、曲番号1のフレーズを再生するようにMDプレーヤ2に指示する。プレイ、ポーズ、スキップバックなどは、全て前記コネクタ2aを介して入力可能なコマンドである。
上記構成の発音評価装置1の使用の態様および動作について説明する。発音評価装置1にポータブルMDプレーヤ2が接続され、学習者がいずれかのプレイスイッチをオンすると、発音評価装置1は、この操作に応じた指示をMDプレーヤ2に送信する。MDプレーヤ2は、この指示に応じたフレーズを再生する。図2において、MDプレーヤが再生した教材のフレーズ音声は、発音評価装置1においてオーディオアンプ10およびA/Dコンバータ12に入力される。オーディオアンプ10は、この手本のフレーズ音声を増幅しスピーカ11から出力する。同時にこの音声信号は、A/Dコンバータ12でディジタル信号に変換され、DSP13に入力される。DSP13は、この手本の音声信号を分析し、ストレスアクセント、トニックアクセント、イントネーションからなる第1の発音情報を割り出す。割り出された第1の発音情報はメモリ14の第1発音情報記憶エリア141に記憶される。
次に、コントローラ20はA/Dコンバータ12をマイク3側に切り換え、学習者が発音する練習の音声を入力する。学習者は、スピーカ11から出力される手本のフレーズ音声を聞いてアクセントやイントネーションを確認し、これに習って同じように発音する。この音声はマイク3およびA/Dコンバータ12を介してDSP13に入力される。DSP13はこの学習者の練習の音声も上記手本の音声と同様に分析し、ストレスアクセント、トニックアクセント、イントネーションを第2の発音情報として割り出す。この第2の発音情報をメモリ14の第2発音情報記憶エリア142に記憶する。
そして、第1および第2の発音情報が記憶されると、これらの類似度を比較する。なお、第1、第2の発音情報とも、フレーズ全体の発音時間、レベルの強弱レンジ、周波数の高低レンジを正規化したのち比較するようにする。そして、その類似度に基づいて得点を算出する。
このとき、類似度の算出は、重ね合わせ法など周知の技術を用いればよい。重ね合わせ法とは、第1の発音情報、第2の発音情報それぞれにデータを曲線(折れ線)化して重ね合わせ、はみ出した部分の面積の大小で類似度を割り出す方式である。また、これ以外にも、前後のデータを比較して値が増加しているか減少しているかのデータに変換し、手本データと練習データとの間の増加中か減少中かの一致率によって類似度を算出する方法などがある。
類似度に基づいて算出された得点は、上記ストレスアクセント、トニックアクセント、イントネーション別に算出するとともに、これらを平均した総合得点を算出し、図3(B)のように表示するとともに、この得点を上記得点蓄積エリア143に蓄積記憶してゆく。
学習者がプレイボタンをオンするごとに上記のような動作が実行され、その都度そのときの発音に対する得点が表示されるとともに、その得点が得点蓄積エリア143に蓄積記憶されてゆく。そして、学習者が集計ボタンをオンすると、それまで蓄積した得点を集計して表示する。集計・表示の態様は、図3(C)に示すように全得点の平均点を表示する方式、同図(D)に示すように練習を重ねてゆくにしたがって得点がどのように推移したかを示す折れ線グラフを表示する方式などがある。
図7のフローチャートを参照して前記コントローラ20の動作を説明する。同図は、押しボタンスイッチ21が操作された場合の動作を示している。まず、s1〜s3でどのスイッチがオンされたかを検出する。プレイスイッチがオンされた場合には、s1の判断でs5以下の動作に進む。ここで、プレイスイッチとは、上述したように「次へ」スイッチ、「もう一度」スイッチ、「戻る」スイッチ、「先頭へ」スイッチの総称である。
プレイスイッチがオンされると、このスイッチ操作で指定されたフレーズの再生をMDプレーヤ2に指示する(s5)。MDプレーヤ2が指定されたフレーズの再生をスタートするとき、最初にサブデータとして記憶されているテキストデータを読み出して発音評価装置1に入力する。コントローラ20は、これを読み取ってディスプレイ22に表示する(s6)。このテキストデータに続いてMDプレーヤ2から手本のフレーズ音声が入力される。コントローラ20は、A/Dコンバータ12をMDプレーヤ2側に切り換えるとともに、DSP13に対してこの音声の分析を指示する。DSP13は入力された音声を分析してストレスアクセント、トニックアクセント、イントネーションからなる第1の発音情報を割り出し(s7)、これを第1発音情報記憶エリア141に記憶する(s8)。MDプレーヤ2から入力されるフレーズ番号が次の番号になったとき(s9)、MDプレーヤに対してポーズの指示を出して(s10)再生を停止させる。
こののち、A/Dコンバータ12をマイク3側に切り換えて学習者の音声の入力を許可する。学習者の練習音声が入力されると、これを分析してストレスアクセント、トニックアクセント、イントネーションを割り出し(s11)、これを第2の発音情報として第2発音情報記憶エリア142に記憶する(s12)。練習音声の入力が終了するまで(s13)、これを継続する。練習音声の入力が終了すると、この練習音声の分析結果である第2の発音情報と前記第1の発音情報とを比較し(s14)、その類似度に基づいて今回の得点を算出する(s15)。得点は、上記ストレスアクセント、トニックアクセント、イントネーションの各項目についてそれぞれ個別に算出するとともにこれらを平均した総合得点を算出する。そしてこれを図3(B)のような態様で表示するとともに(s16)、メモリ14の得点蓄積エリア143に蓄積記憶して(s17)、動作を終了する。なお、上記s14,s15の比較・得点算出の処理は、DSP13に行わせるようにしてもよい。
また、集計スイッチがオンされた場合には(s2)、前記得点蓄積エリア143に記憶されている得点を集計する(s20)。この集計結果をディスプレイ22に表示する(s21)。この集計・表示は、たとえば、図3(C)、(D)に示す態様で行われる。一方、クリアスイッチがオンされた場合にはメモリ14の得点記憶エリア143をクリアして(s25)動作を終了する。
上記実施形態では、一般的なポータブルMDプレーヤが備える特性を活かして発音評価装置1からMDプレーヤ2を制御し、手本のフレーズ音声を1フレーズずつ再生して学習者にも1フレーズずつ発音させ、この発音を採点するようにしているが、この発明はこのような実施形態に限定されるものではない。
たとえば、手本の音声を再生する装置を利用者がマニュアルで操作して手本音声を入力するようにしてもよく、また、手本の音声は録音媒体に限定されず、教師などの生の発音を用いてもよい。このような場合、手本入力スイッチや練習入力スイッチなどのキースイッチを設け、手本の音声の入力および練習の音声の入力をそれぞれキースイッチ操作で装置に指示するようにすればよい。
また、上記実施形態では、入力された音声のレベル包絡線や周波数スペクトルを分析し、これから抽出したストレスアクセント、トニックアクセント、イントネーションを用いて手本音声と練習音声とを比較するようにしたが、周波数スペクトル(フォルマント)から割り出される母音を比較するようにしてもよく、また、より簡略化する場合には、音声信号波形そのものを比較するようにしてもよい。
この発明の実施形態である発音評価装置が接続されるポータブルMDプレーヤとその接続形態を示す図 同発音評価装置のブロック図 同発音評価装置の押しボタンスイッチおよびディスプレイを示す図 同発音評価装置のメモリ構成図 語学教材であるMDの記憶形態を説明する図 同発音評価装置の音声分析の内容を説明する図 同発音評価装置の動作を示すフローチャート
符号の説明
1…発音評価装置、2…ポータブルMDプレーヤ、3…マイク、4…ケーブル、4a…オーディオケーブル、4b…制御ケーブル、
10…オーディオアンプ、11…スピーカ、
12…A/Dコンバータ、13…DSP、14…メモリ、
141…第1発音情報記憶エリア、142…第2発音情報記憶エリア、143…得点蓄積エリア、
20…コントローラ、21…押しボタンスイッチ、22…ディスプレイ

Claims (6)

  1. 第1の音声信号および第2の音声信号の基本周波数を時系列で抽出する基本周波数抽出手段と、
    抽出した基本周波数を時系列関数化する関数化手段と、
    第1の音声信号に対する基本周波数の時間関数と、第2の音声信号に対する基本周波数の時間関数とを比較して、その類似度に基づく評価を出力する評価手段と、
    を備えたことを特徴とする発音評価装置。
  2. 第1の音声信号および第2の音声信号の信号レベルを時系列で抽出するレベル抽出手段と、
    第1の音声信号および第2の音声信号の高レベル部の信号レベルと該高レベル部のタイミングとを検出する高レベル部検出手段と、
    第1の音声信号の高レベル部の信号レベルおよび該高レベル部のタイミングと、第2の音声信号の高レベル部の信号レベルおよび該高レベル部のタイミングとを比較して、その類似度に基づく評価を出力する評価手段と、
    を備えたことを特徴とする発音評価装置。
  3. 第1の音声信号および第2の音声信号の基本周波数を時系列で抽出する基本周波数抽出手段と、
    第1の音声信号および第2の音声信号の基本周波数が高周波数となる部分の周波数とそのタイミングを検出する高周波数部検出手段と、
    第1の音声信号の高周波数部の周波数および該高周波数部のタイミングと、第2の音声信号の高周波数部の周波数および該高周波数部のタイミングとを比較して、その類似度に基づく評価を出力する評価手段と、
    を備えたことを特徴とする発音評価装置。
  4. 前記評価手段は、前記第1の音声信号および前記第2の音声信号の比較対象情報を正規化したのち比較する請求項1〜3のいずれかに記載の発音評価装置。
  5. 前記評価手段が出力した評価を蓄積記憶する評価蓄積記憶手段を備え、
    前記評価手段は、蓄積された複数の評価に基づく統合評価を行う、請求項1〜4のいずれかに記載の発音評価装置。
  6. 第1の音声信号および第2の音声信号の基本周波数を時系列で抽出する基本周波数抽出手段と、
    抽出した基本周波数の信号レベルを時系列関数化する関数化手段と、
    第1の音声信号および第2の音声信号の基本周波数が高周波数となる部分の周波数とそのタイミングを検出する高周波数部検出手段と、
    第1の音声信号および第2の音声信号の高レベル部の信号レベルと該高レベル部のタイミングとを検出する高レベル部検出手段と、
    第1の音声信号に対する基本周波数の時間関数と第2の音声信号に対する基本周波数の時間関数とを比較して、その類似度に基づいて行うイントネーション評価、第1の音声信号の高レベル部の信号レベルおよび該高レベル部のタイミングと第2の音声信号の高レベル部の信号レベルおよび該高レベル部のタイミングとを比較して、その類似度に基づいて行うストレスアクセント評価、および、第1の音声信号の高周波数部の周波数および該高周波数部のタイミングと第2の音声信号の高周波数部の周波数および該高周波数部のタイミングとを比較して、その類似度に基づいて行うトニックアクセント評価を、それぞれ同時に個別に行って出力する評価手段と、
    を備えたことを特徴とする発音評価装置。
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