Brevet FR2475771A1 — publié le 19810814

La presente invention a pour objet des procédés et des dispositifs d'enseignement automatique de la prononciation d'une langue. Le secteur technique de l'invention est celui de la construction des dispositifs d'enseignement programmé. Les systèmes actuels d'enseignement automatique des langues ne sont pas capables de juger si la prononciation est acceptable ou mauvaise et on sait a quel degré la bonne prononciation d'une langue étrangère, notamment de l'anglais, est importante pour l'expression dans la langue mais aussi pour comprendre un locuteur de cette langue. L'objectif de la présente invention est de procurer des moyens automatiques permettant de juger, sans aucune intervention humaine, si la prononciation d'une langue vivante par un élève est acceptable et permettant donc de corriger cette prononciation en donnant a l'élève, selon ses beoins particuliers ainsi reconnus, des instructions plus détaillées et des exercices plus longs mais plus efficaces. L'incapacité des systèmes mécaniques non-humains a reconnaître à coup sûr les mots dans la chaîne parlée et à analyser leur prononciation a constitué jusqu'ici un obstacle irréductible à l'automatisation de l'enseignement de la prononciation des langues étrangères, notamment à l'enseignement de la prononciation de l'anglais par des locuteurs dont le phonétisme y est particulièrement opposé tels que les Français, les Marocains, les Malagasis, les Japonais, beaucoup d'Âfro-Américains etc L'inventeur a découvert que pour ceux-ci, l'élément phonétique essentiel d'une bonne prononciation anglaise est la modulation intra-syllabique, c' est-à-dire l'étendue de la modulation de la fréquence fondamentale à l'interieur de certains syllabes caractéristiques, modulation qui peut couvrir plus d'une octave. Dans la suite de l'expose, on se réfèrera plus particulièrement à des procédés d'enseignement automatique de la prononciation de la langue anglaise qui est l'une des langues les plus enseignées et dans lesquelles la qualité de la prononciation est des plus importantes. Il est précisé que ce choix n'entraîne aucune limitation de la portée de l'invention qui peut s'appliquer à ltenseignement de n'importe quelle langue. On se réfèrera également plus spécialement à des procédés et dispositifs qui mesurent la modulation intra-syllabique et la comparent à un modèle. Il est précisé que ce choix n'est pas limitatif et les procédés selon l'invention peuvent mesurer d'autres caractéristiques sonores de la chaîne parlée, par exemple le souffle qui accompagne certaines consonnes ou bien la répartition de la durée des syllabes. On connaît en effet des appareils d'analyse acoustique, notamment des appareils appelés vocoders qui sont utilisés en combinaison avec des synthétiseurs. Les vocoders à canaux comportent des organes d'analyse de la structure fine du spectre vocal et des organes d'analyse de la puissance du signal vocal dans des bandes de fréquence étroites et juxtaposées. De tels appareils connus sont décrits par exemple dans les brevets français 1 312 196, 811 886 et 1 602 217. Ils ont été utilisés jusqu'ici pour des études de la voix humaine destinées à la synthèse de celle-ci en vue de la transmission de la voix sous forme numérique dans des circuits de télécommunications ou de l'enregistrement de la voix. Ces vocoders permettent d'analyser les sons et de convertir en valeurs numériques successives les fréquences et les intensités des sons de la chaîne parlée. Ce sont des appareils de type numérique qui délivrent des informations sous forme numérique, codée en binaire,ce qui permet d'enregistrer ou de transmettre à distance les signaux binaires. Par opposition à ces appareils numériques coûteux, on connaît d'autres appareils d'analyse acoustique analogiques qui délivrent des signaux électroni- ques, notamment des tensions,qui reproduisent fidèlement les variations de certaines caractéristiques des sons. On connaît notamment des appareils analogiques dits mélographes qui délivrent une tension qui est l'image analogique de la fréquence fondamentale de la voix. Ces appareils analogiques permettent d'obtenir sur un enregistreur, par exemple sur I1 écran d'un oscillographe, une courbe qui indique les variations dans le temps de la fréquence fondamentale de la voix. Actuellement les mélographes sont utilisés comme sous-ensemble d'un vocoder à canaux pour analyser la fréquence dite fondamentale des sons voisés. On peut les utiliser pour reconnaître d'autres caractéristiques de la voix utiles à l'enseignement de la prononciation telles que le souffle, les coupures syllabiques dans le cas de langues comme le français, l'attaque vocalique brusque ou douce, l'anticipation vocalique ou consonantique etc Les appareils analogiques de type mélographe sont décrits dans les demandes de brevet FR 72 40703 ayant pour titre "Dispositif de mesure des périodes des sons fondamentaux delaparole" et FR 75 36006 ayant pour titre "Circuit de repérage des crêtes significatives d'un signal de parole". En associant un mélographe avec un ordinateur, on peut obtenir, sous forme numérique, la valeur de l'étendue de la modulation de la fréquence fondamentale au cours de la prononciation d'une syllabe. Cette valeur est exprimée en fractions d'octave, par exemple en cinquièmes d'octave. La présente invention constitue une application nouvelle, dans le domaine de l'enseignement automatique de laprononciationdes langues, des appareils d'analyse acoustique du type vocoder ou mélographe. Les procédés selon l'invention pour enseigner automatiquement la prononciation d'une langue comportent les opérations suivantes - on enregistre sur une mémoire, de préférence sur une mémoire vidéo à accès rapide du type vidéodisque à lecture optique, une suite de phrases prononcées dans ladite langue par un locuteur qualifié, - on sélectionne dans ces phrases certains sons caractéristiques, - on enregistre sur la mémoire, pour chaque son caractéristique, un repère qui indique sa position dans la phrase et un chiffre qui indique un seuil que devra atteindre la mesure d'une caractéristique acoustique de la prononciation dudit son par un élève pour etre jugée acceptable, - on demande à un élève de se placer devant un appareil de reproduction des sons enregistrés sur la mémoire et de mettre en route un appareil de lecture de la mémoire, - après certaines phrases, ledit appareil de lecture s'arrête et on invite l'élève à répeter la phrase ou la section de phrase qu'il vient d'entendre, - on analyse la prononciation de la phrase par l'relève au moyen d'un appareil d'analyse acoustique qui convertit les sons en valeurs numériques, - et on compare la valeur numérique mesuréeparl'appareil d'analyse acoustique lorsque l'élève prononce le son caractéristique qui occupe dans la phrase la position qui a été enregistrée sur la mémoire au seuil numérique enregistré sur la mémoire. Un procédé selon l'invention pour enseigner automatiquement la prononciation d'une langue, notamment de l'anglais, comporte les opérations suivantes - on choisit comme sons caractéristiques certaines syllabes dont la prononciation comporte une modulation intra-syllabique de la fréquence fondamentale que l'on mesure au moyen d'un appareil d'analyse acoustique et que l'on exprime en fractions d'octaves et, après la répétition de chaque phrase par l'élève, l'ordinateur compare la mesure de la modulation intra-syllabique d'une syllabe repérée dans la phrase à un chiffre, inscrit sur la mémoire, qui correspond à une fraction, par exemple à la moitie, de la modulation intrasyllabique mesurée sur la même syllabe telle qu'elle est enregistrée sur le disque. Un dispositif selon l'invention comporte en combinaison - une mémoire de signaux vidéo à accès rapide, de préférence un vi vidéodisque, sur lequel sont enregistrées les images et le son d'un locuteur qualifié prononçant des phrases successives, lesquelles phrases sont séparées par des signaux enregistrés qui comportent des signaux d'arrêt du disque, un repère qui détermine la position dans chaque phrase d'unsoncaractéristiqueetun chiffre qui indique un seuil que doit atteindre la mesure d'une composante acoustique de ce son caractéristique lorsqu'il sera prononcé par l'élève, - un appareil de télévision sur lequel est connecté le vidéodisque, - un ordinateur auquel est connecté le vidéodisque, - et un appareil d'analyse acoustique, par exemple un appareil de type vocoder ou mélographe,qui est connecté à L'ordinateur et qui analyse et mesure les sons prononcés par l'élève. L'invention a pour résultat la possibilité d'enseigner automatiquement et de perfectionner la bonne prononciation d'une langue étrangère ainsi que la possibilite de juger de façon non subjective la prononciation d'une langue étrangère d'un sujet par comparaison avec celle d'un modèle. Les avantages des procédés et dispositifs selon l'invention sont ceux qui sont inhérents à tous les systèmes d'enseignement programme, à savoir l'économie d'enseignants et la possibilité pour un élève de s'entraîner seul, aux heures qui lui conviennent et à son rythme. Les procédés selon l'invention permettent d'amener les élèves à faire des efforts pour acquérir une bonne prononciation et permettent de juger celle-ci sur des critères très précis qui sont quantifiés grâce aux moyens d'analyse acoustique du type vocoder ou mélographe. On sait combien la prononciation de l'anglais par des Français et par bien d'autres locuteurs est souvent très différente de la bonne prononciation au point qu'il est difficile pour un Anglais de les comprendre et qu'il leur est difficile de comprendre euxmêmes les anglophones. Les procédés et dispositifs selon l'invention permettent de remédier à ce défaut et de former des élèves dont la prononciation, sans être parfaite, se rapproche d'une bonne prononciation et est exempte des imperfections les plus sensibles à l'oreille. La figure 1 représente, sous forme de bloc diagramme, une installation d'enseignement programmé selon l'invention. La figure 2 est un diagramme enregistré par un mélographe. La figure 1 représente un appareil de télévision 1 et un appareil de lecture d'un enregistrement de signaux vidéo et de signaux sonores, de préference un appareil de lecture de vidéodisques à lecture optique 2 qui est branché sur l'appareil de télévision. Sur le vidéodisque 2, on a enregistre à la fois les images et le son d'un locuteur qualifié ou d'un enseignant qui prononce des phrases successives d'une ou plusieurs leçons d'une langue vivante étrangère, par exemple des leçons d'anglais. On rappelle qu'il existe des vidéodisques tournant à 1500 ou à 1800 tours minute et comportant une image (625 lignes) par tour, soit 25 images ou 30 images par seconde. On peut évidemment supprimer quelques lignes ou fractions de ligne par image sans nuire à la qualité de la reproduction de cellesci et utiliser la place ainsi libérée pour enregistrer sur le disque, sous forme binaire, un repère de chaque image et d'autres informations numériques, par exemple des chiffres qui indiquent une caractéristique de certains sons significatifs. On rappelle que le débit moyen d'une prononciation est de l'ordre de 5 syllabes par seconde et donc en moyenne la prononciation de chaque syllabe s'étend sur environ 5 images enregistrées sur le vidéodisque. Dans le cas de l'enseignement de la langue anglaise, on choisit pour caractériser la bonne qualité de la prononciaiton, la variation de fréquence au cours de la prononciation de certaines syllabes très modulées, caractéristiques de la prononciation de l'anglais, qui occupent dans le corps de phrase une place bien définie. On choisit de préférence des syllabes qui suivent immédiatement une coupure ou une consonne sourde et qui sont faciles à repérer. Par exemple dans la phrase : "Here I am, upstairs", on peut faire une coupure après "Here I am" et déterminer les deux syllabes suivantes "up" et "stairs" à cause de l'interruption du voisement due aux consonnes p, s et t.La syllabe "stairs", que l'on choisit comme syllabe caractéristique, est donc celle qui est située immédiatement après la deuxième coupure. On analyse chaque phrase prononcée par le locuteur qualifié au moyen d'un mélographe 3 qui est un appareil d'analyse acoustique qui mesure la fréquence fondamentale de chaque syllabe et l'étendue de la variation ou modulation de cette fréquence au cours de la prononciation de chaque syllabe. Cette mesure est exprimée par un chiffre qui correspond à un nombre de fractions d'octave du son fondamental. Par exemple, le nombre mesuré par le mélographe correspond à des cinquièmes d'octave. On sélectionne dans chaque phrase une syllabe modulée et on enregistre sur le disque un chiffre qui est une fraction de la mesure indiquée par le mélographe.Par exemple, on choisit dans la phrase "Here I am, upstairs", la syllabe "stairs" et si le mélographe a mesuré quela modulation intrasyllabique de cette syllabe "stairs" prononcée par l'enseignant s 'étend sur 6 cinqièmes d'octave, on enregistre sur le disque un nombre 3 qui est égal à la moitié de la modulation idéale et qui est considéré comme un seuil acceptable. On inscrit également sur le disque, par exemple à la fin de chaque phrase, un chiffre qui indique la position dans la phrase de la syllabe modulée. Par exemple dans le cas de la phrase "Here I am, upstairs", on inscrit sur le disque, à la fin de cette phrase, le chiffre 2 qui indique que la syllabe sélectionnée "stairs" suit le deuxième silence.Chaque phrase ou section de phrase est délimitée par un repère de l'image de début et un repère de l'image de fin de phrase ou de section de phrase. La description qui précède concerne la préparation des disques. La figure 2 représente l'utilisation de ceux-ci par un élève qui suit un enseignement automatique. L'élève 4 est placé devant l'écran du téléviseur 1 et il voit sur cet écran les images transmises par le vidéodisque 2 d'un enseignant qui prononce des phrases en une langue étrangère en même temps qu'il entend ces phrases. A la fin de chaque phrase ou section de phrase le vidéodisque s'ar rête. Le vidéodisque 2 est connecté par l'intermédiaire d'un dispositif de couplage 6, sur un ordinateur ou un microprocesseur 5 auquel est également connecté un mélographe 3 qui analyse les sons captés par un microphone 7 placé devant l'élève. Lorsque le vidéodisque s'arrête à la fin d'une phrase, il peut s'arroter sur une image qui affiche sur l'écran de télévision la phrase à répéter sur laquelle la syllabe à moduler peut etre soulignée. On affiche également sur l'écran 1' invitation "Répétez". Lorsque le vidéodisque s'arrête à la fin de chaque phrase ou section de phrase, l'ordinateur lit sur le vidéodisque le repère de l'image de fin de phrase. Il lit également l'ordre de mettre en route le mélographe 3 pour que celui-ci analyse la phrase qui va etre prononcée par l'élève. L'ordinateur lit aussi sur le vidéodisque 2 un repère qui indique la position dans la phrase ou section de phrase qui vient de s'achever, de la syllabe modulée qui va permettre a l'ordinateur de choisir, parmi les signaux que lui enverra le mélographe, celui dont la mesure doit être retenue. Enfin, l'ordinateur lit sur le disque un chiffre qui indique le seuil de modulation intrasyllabique qui doit être atteint par l'élève, lorsqu'il prononce la syllabe sélectionnée, pour que sa prononciation soit jugée acceptable. Ces valeurs sont inscrites dans la mémoire centrale de l'ordinateur 5. L'élève répète la phrase qui vient d'être prononcée par l'enseignant. Le mélographe 3 analyse les sons prononcés par l'élève et les mesures relevées par le mélographe sont transmises à l'ordinateur 5. L'ordinateur sélectionne la mesure qui correspond à la syllabe sélectionnée dont le repère de position dans le corps de phrase correspond à celui qui a été lu sur le vidéodisque. L'ordinateur compare cette mesure au seuil qui a été lu sur le vidéodisque. Si la comparaison fait apparaître que le seuil n'est pas atteint, la prononciation de l'élève n'est pas satisfaisante. Après un certain nombre d'examens on arrive à un jugement objectif, et pratiquement sur, de la qualité de la prononciation de l'étudiant. Selon cette qualité et le point du programme où se situe le jugement, l'ordinateur choisira sur le vidéodisque la section appropriée à 1' étudiant. La figure 2 représente, à titre d'exemple, un graphique tel qu'il apparaît sur un écran d'oscillographe couplé à un mélographe pendant la prononciation de la phrase anglaise "Here I am,upstairs".Les ordonnées sont des coordonnées logarithmiques. Les traits forts correspondent à des octaves qui sont subdivises par des traits fins en cinquièmes d'octave. Le graphique indique les fréquences fondamentales de la voix. Les abscisses représentent le temps. Le graphique est divisé en trois tronçons séparés par des vides qui correspondent aux silences ou aux consonnes sourdes. Le premier tronçon à gauche correspond à la prononciation continue du membre de phrase " Here I am". Le petit tronçon médian correspond à "up" et le dernier tronçon à "stairs". On voit que pendant la prononciation de "Here", la variation de la fréquence fondamentale s'étend sur 7,5 cinquièmes d'octave et pendant la prononciation de "stairs" elle s'étend sur 7 cinquièmes d'octave. Cette modulation de fréquence très étendue de certaines syllabes est une caractéristique importante de la bonne prononciation de l'anglais et un appareil du type du mélographe permet de la quantifier d'ou la possibilité de procéder à un enseignement automatique de la prononciation portant sur l'élément essentiel à une bonne prononciation de l'anglais. On peut évidemment améliorer le procédé en vérifiant d'autres signaux sonores de la chaîne parlée. Par exemple les souffles qui accompagnent la prononciation de certaines consonnes anglaises, comme par exemple le p de "park" sont également un élément important d'une bonne prononciation. Ces souffles correspondent à des sons sifflants et s'étendent sur une bande de fréquences qui dépassent les 8000Hz. On peut les déceler en remplaçant le mélographe 3 par un appareil d'analyse acoustique du type vocoder. Dans ce cas, l'ordina- teur 5 recevant les mesures relevées par le vocoder pendant que l'relève répète une phrase, détecte si le vocoder a détecté ou non un souffle à l'endroit de la phrase où celui-ci doit se trouver. Un appareil du type vocoder peut également mesurer dans certaines Ian - guesladureedessyllabes,dans la langue française par exemple, les syllabes inaccentuées ont approximativement la même durée et sont beaucoup plus aisément repérables que dans la langue anglaise où elles sont très inégales en durée et réparties de façon imprévisible. La comparaison entre les durées des syllabes d'une même phrase en français, prononcée par un enseignant et repétée par un élève, peut également constituer un critère de jugement de la qualité de la prononciation du fran çais par des locuteurs anglophones entre autres. Il est précisé que le vidéodisque 2 est avantageusement du type décrit dans le brevet français 75 40403 (Télédiffusion de France et A. Le Rodallec > c'est-à-dire qu'il est équipé d'un dispositif de positionnement de la tête de lecture avec arrêt sur l'image et de moyens de déplacement de la tête et d'identification de chaque image qui permettent d'adresser à la demande une image donnée enregistrée sur le vidéodisque. L'élève peut alors faire répéter,aussi souvent qu'il le désire, une meme séquence sans être astreint de relire le vidéodisque depuis le début. REVENDICATIONS iProcédé pour enseigner automatiquement la prononciation d'une langue, ca racterisé en ce que - on enregistre sur une mémoire, de préférence sur une mémoire vidéo à ac ces rapide du type vidéodisque à lecture optique, une suite de phrases prononcées dans ladite langue par un locuteur qualifié, - on selectionne dans ces phrases certains sons caractéristiques, - on enregistre sur la mémoire, pour chaque son caractéristique, un repère qui indique sa position dans la phrase et un chiffre qui indique un seuil que devra atteindre la mesure d'une caractéristique acoustique de la prononciation dudit son par un élève pour être jugée acceptable, - on demande à un élève de se placer devant un appareil de reproduction des sons enregistrés sur la mémoire et de mettre en route un appareil de lecture de la mémoire, - après certaines phrases ledit appareil de lecture s'arrente et on invite l'élève à répéter la phrase ou la section de phrase qu'il vient d'enten dre, - on analyse la prononciation de la phrase par l'élève au moyen d'Zh appa reil d'analyse acoustique qui convertit les sons en valeurs numériques, - et on compare la valeur numérique mesurée par l'appareil d'analyse acoustique lorsque l'élève prononce le son caractéristique qui occupe dans la phrase la position qui a été enregistrée sur la mémoire au seuil numerique enregistré sur la mémoire. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les seuils enre gistrés sur la mémoire sont égaux à une fraction des valeurs numériques mesurees par l'appareil d'analyse acoustique lorsque le locuteur qualifié prononce lesdits sons caractéristiques. 3 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 pour enseigner automatiquement la prononciation d'une langue, notamment de l'anglais, caractérisé en ce que l'on choisit comme sons caractéristiques certaines syllabes dont la prononciation comporte une modulation intra-syllabique de la fréquence fondamentale que l'on mesure au moyen d'un appareil d'a nalyse acoustique et que l'on exprime en fractions d'octaves et, après la répétition de chaque phrase par l'élève, l'ordinateur compare la mesu re de la modulation intra-syllabique d'une syllabe repérée dans la phrase à un chiffre, inscrit sur la mémoire, qui correspond à une fraction, par exemple à la moitié, de la modulation intra-syllabique mesurée sur la même syllabe telle qu'elle est enregistrée sur le disque. 4 - Dispositif pour enseigner automatiquement à un élève la prononciation d'une langue, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison - une mémoire de signaux vidéo à accès rapide, de préférence un vidéodis que 2, sur lequel sont enregistrées les images et le son d'un locuteur qualifié prononçant des phrases successives, lesquelles phrases sont sé parées par des signaux enregistrés qui comportent des signaux d'arrêt du disque, un repère qui détermine la position dans chaque phrase d'un son caractéristiqueetunchiffrequi indique un seuil que doit atteindre la mesure d'une composante acoustique de ce son caractéristique lorsqu'il sera prononcé par l'élève, - un appareil de télévision 1 sur lequel est connecté le vidéodisque, - un ordinateur 5 auquel est connecte le vidéodisque, - et un appareil d'analyse acoustique, par exemple un appareil de type vocoder ou mélographe,qui est connecté à l'ordinateur et qui analyse et mesure les sons prononcés par l'élève. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit appareil d'analyse acoustique 3 est un appareil de type mélographe ou vocoder qui mesure sous forme numérique la frequence des sons fondamentaux et en ce que les sons sélectionnés comme sons caractéristiques sont les syllabes dont la bonne prononciation doit comporter une modulation intra-syllabique importante de la fréquence fondamentale qui est exprimée en fractions d'octave, par exemple en cinquième d'octave, laquelle modulation est me surée par l'appareil d'analyse acoustique couplé à l'ordinateur lors qu'un élève répète une phrase et est comparée par l'ordinateur à un chif fre qui est enregistré sur le vidéodisque à la suite de chaque phrase et qui correspond à une fraction de l'étendue de la modulation intra syllabique du meme son prononcé par le locuteur qualifié, par exemple à la moitie de cette modulation intra-syllabique.