(57)【要約】  本発明は、言語的テストに対する人の精神生理学的反応を解析する方法および装置の分野に関する。ストレス状態を測定すべく本発明の方法を実行する本発明の装置（１）は例えばマイクロホン（５）から音声信号を受信するのに用いられる受信ユニット、スペクトルの基本周波数、強度、中央値および幅等のスペクトル特性に基づいて１個の無次元パラメータに従いストレス状態のレベルを測定する処理ユニット、およびストレス状態を決定すべく例えば発光装置（６）または振動を生成する装置（７）からなる表示ユニットを含んでいて、光の波長または振動周波数はストレス状態のレベルに依存する。【選択図】図３
2010506206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
声に応じて人のストレス状態を測定する方法であって、
一定時間間隔において音声信号を受信する工程と、
前記受信された音声信号のスペクトル特性を計算する工程と、
前記計算されたスペクトル特性に応じてストレス状態のレベルを測定する工程と、
前記測定されたストレス状態の結果を表示する工程とを含み、
前記スペクトル特性の計算では、前記受信された音声信号のスペクトルの基本周波数、スペクトルの強度、スペクトルの中央値、およびスペクトルの幅を含む少なくとも４個のパラメータが計算され、
前記ストレス状態のレベルの測定では、無次元の正規化されたストレスパラメータが前記４個のパラメータの全てについて計算され、
前記無次元の正規化されたストレスパラメータが前記スペクトルの前記パラメータの各々のストレス状態をゼロから１で示し、
前記ストレス状態のレベルの値が、全ての計算された正規化ストレスパラメータの加重平均値として測定される方法。
【請求項２】
少なくとも自身の幅の半分が重なる音声信号ウインドウが、前記スペクトル特性の計算に使用される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記音声信号ウインドウが、使用された音声信号ウインドウの列において非発声音声信号ウインドウが２個以上存在しないという条件で計算に使用される請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記音声信号ウインドウが、発声された音声信号ウインドウの任意の対における基本周波数の相対偏差が２０％を超えないという条件で計算に使用される請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記正規化ストレスパラメータの全ての計算において、前記正規化ストレスパラメータのストレス係数Ｚが、前記パラメータの算術平均値と前記パラメータの現在値との間の相対偏差と、前記パラメータの局所平均値と前記パラメータの前記現在値との間の相対偏差の和として予め計算され、
次いで、正規化ストレスパラメータが１／（１＋ｅＺ）として計算される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記基本周波数の現在値として、５０〜５００Ｈｚの周波数範囲におけるスペクトル特性の最大値における前記基本周波数を用いる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記スペクトル特性の２乗積分として前記スペクトルの強度が計算される請求項１に記載の方法。
【請求項８】
周波数を重みとして用いて、前記スペクトル特性の加重平均値として前記スペクトルの中央値が計算される請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記スペクトルの幅が、前記スペクトル特性が予め設定された閾値を上回る最大周波数と最小周波数との差として計算される請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記スペクトルの幅の計算において、前記スペクトル特性がゼロであると見なされる値より２〜８％低い閾値が予め設定されている請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
全ての計算された正規化ストレスパラメータの前記加重平均値が、その算術平均値として測定される請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記測定されたストレス状態の結果が、可視波長範囲における発光により表示され、
前記発光された光の波長が、測定されたストレス状態のレベルの値によって決められる請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記測定されたストレス状態のレベルの値がとり得る値の範囲における増減に応じて、前記発光された光の波長を増減させて前記測定されたストレス状態のレベルが表示される請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
緑色の光を用いてストレス状態のレベルの最小値を表示し、黄色の光を用いてストレス状態のレベルの平均値を表示し、赤色の光を用いてストレス状態のレベルの最大値を表示する請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記測定されたストレス状態の結果が振動により表示され、
前記振動の周波数が、前記測定されたストレス状態のレベルの値によって決められる請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
ストレス状態の前記測定されたレベルの値がとり得る値の範囲における増減に応じて、前記振動の周波数がゼロまで増減するように測定された前記ストレス状態の前記測定されたレベルが表示される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ストレス状態のレベルの最小値が、
とり得る値の範囲で振動の最小周波数あるいは振動が存在しないことを利用して表示され、
前記ストレス状態のレベルの平均値が、とり得る値の範囲で振動の平均周波数を利用して表示され、
前記ストレス状態のレベルの最大値が、とり得る値の範囲で振動の最大周波数を利用して表示される請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
声に応じて人のストレス状態を測定する装置であって、
一定時間間隔における音声信号を受信する受信ユニットと、
デジタル形式に変換された前記受信音声信号のスペクトルのスペクトル特性を計算し、前記計算されたスペクトル特性に応じてストレスのレベルを測定する処理ユニットと、
測定されたストレス状態の結果を表示する表示ユニットとを含み、
前記処理ユニットが、前記受信された音声信号の前記スペクトルの前記スペクトル特性を計算し、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法により前記計算されたスペクトル特性に応じて前記ストレス状態のレベルを測定する能力を備えている装置。
【請求項１９】
前記表示ユニットが、可視波長の範囲で発光する発光手段であり、
前記発光している光の波長は処理ユニットにより測定されたストレス状態のレベルの値によって決められる請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記発光手段が、前記ストレス状態のレベルがとり得る値の範囲で最小値である場合は緑色の光を発光し、前記ストレス状態のレベルがとり得る値の範囲で平均値である場合は黄色の光を発光し、前記ストレス状態のレベルがとり得る値の範囲で最大値である場合は赤色の光を発光することができる、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記表示ユニットが、振動手段であり、
前記振動の周波数が、前記処理ユニットにより測定された前記ストレス状態のレベルによって決められる請求項１８に記載の装置。
【請求項２２】
前記振動手段が、前記ストレス状態のレベルがとり得る値の範囲で最小値である場合に前記振動手段がとり得る値の範囲でゼロまでの振動の最小周波数で振動することができ、前記ストレス状態のレベルがとり得る値の範囲で平均値である場合に前記振動手段がとり得る値の範囲で振動の平均周波数で振動することができ、前記ストレス状態のレベルがとり得る値の範囲で最大値である場合に前記振動手段がとり得る値の範囲で振動の最大周波数で振動することができる請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記装置の全てのユニットが単一のコンピュータ又はコンピュータ化されている装置に一体化されている請求項２１に記載の装置。
【請求項２４】
前記装置の全てのユニットがコンピュータまたはコンピュータ化された装置に組み込まれている請求項２１に記載の装置。
【請求項２５】
前記コンピュータ化された装置が、デジタルディクタフォン、携帯電話、デジタル録音カメラ、手のひらサイズのコンピュータを含む群から選択されている請求項２４に記載の装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、言語的テストに対する人の精神生理学的反応を解析する方法および装置の分野に関し、医用目的や司法手続き、また意思決定を伴う日常的な活動にも適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
ストレスにさらされた音声信号をパラメータ化する各種の方法および装置が従来技術として知られている。このように、人の潜在的な興奮状態を測定する装置および方法が公知である（２０００年１０月１９日公開の国際公開第００６２２７９号パンフレット）。本装置は、電話、マイクロホンまたはインターネット等の各種音声源、音声周波数スペクトル解析器、スピーカー等の音声結果の実演装置、あるいは図形、グラフ表現または何らかの描画形式によるディスプレイ上での視覚的結果の実演装置に接続されたアナログ／デジタル変換器を含んでいる。本方法は、音声断片の類似体をデジタル計算する工程、計算された値を解析する工程、話者の音声類似体における興奮状態を明らかにする工程、明らかにされた興奮状態を表示して出力する工程を含んでいる。公知の方法の短所として、解析における特定のテスト結果の精度が不十分である点、テストに対する特定の被験者の反応が正しく識別されることが保証されない点、被験者が質問に答える際の正直さに関する結論の信頼性が不十分である点が挙げられ、これらは質問の形式を変えることにより繰り返し確認することを必要とする。
【０００３】
また、人の感情の状態を制御する方法および装置が公知である（１９９５年７月２７日公開の国際公開第９５２０２１６号パンフレット］。感情の状態を制御する方法は、人の声の震えを検出する工程、検出された震えをフィルタリングして残留信号を受信する工程、残留信号を比較して結果を得る工程、同時発生した後方および前方残留信号を般化して声の震えを評価する工程、声の震えを超える評価を明らかにする工程、および話者の何らかの感情的な状態の表示を固定する工程を含んでいる。感情の状態を制御する装置は、音声検出器、逆および反転フィルタ、残留信号の関係の相互相関メーター、声の震えを評価するための部分的に重なる最大後方および前方信号の積分器、検出された興奮、累積、固定成分を処理および測定して人の感情的な状態を解析するプロセッサを含んでいる。公知の方法の短所として、使用したデータおよびデータ処理の手順の妥当性、および被験者の正直さまたは不正直さを測定する多くの統計的手法に起因して測定の客観性が疑わしく、従って被験者が不正直である旨の合理性を欠いた批判を行なう誤謬を犯す危険性が増すことが挙げられる。
【０００４】
人の発話の影響を受けた成分を自動的に分類する装置および方法がプロトタイプとして選択されている（１９９９年５月６日公開の国際公開第９９２２３６４号パンフレット）。本装置は、音声信号を受信、記録、および解析するユニット、当該信号のスペクトル特性を測定、計算および分類するユニット、並びにストレス状態の結果を表示するユニットを含んでいる。本方法は、音声信号を受信、記録、および解析して、統計処理に用いた少なくとも２個の計算されたウインドウに設定されたタイムカウントにおけるスペクトル特性の少なくとも一つの特徴、測定、計算および分類に特異性が現れた場合にその重要性および値を確定し、スペクトル走査において声が不誠実に聞こえた場合にそれらを分類してストレス状態の結果表示を行なう。公知の装置の短所として、各種の外乱に対する感度が高いこと、およびスペクトルから分離された初期パラメータの適切な選択および処理が不十分なために、得られた結果の信頼性が下がることが挙げられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決すべき技術的な課題は、声のスペクトル特性から最も妥当な初期パラメータを選択することにより、および提案された汎用的積分パラメータに基づいてストレスを計算するためにそのような初期パラメータを処理するのに最も十分なモデルを用いることにより、人の声のスペクトル特性に基づいて人のストレス状態の測定結果の信頼性および精度を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
声に応じて人のストレス状態を測定すべく以下の工程を含む方法を提案する、すなわち、一定時間間隔において音声信号を受信し、受信された音声信号のスペクトル特性を計算して、計算されたスペクトル特性に従いストレス状態のレベルを測定し、測定されたストレス状態の結果を表示する。新たな特徴として、スペクトル特性を計算する場合、受信された音声信号のスペクトルの少なくとも４個のパラメータ、すなわち基本周波数、スペクトルの強度、スペクトルの中央値、およびスペクトルの幅が計算され、ストレス状態のレベルを測定する際に、４個のパラメータの全てについて正規化された無次元のストレスパラメータが計算され、前記正規化された無次元ストレスパラメータがスペクトルの各パラメータのストレス状態を示し、０から１の範囲にあって、計算された全ての正規化ストレスパラメータの加重平均値としてストレス状態のレベルが決定される。
【０００７】
スペクトル特性を計算するために、少なくとも自身の幅の半分が重なる音声信号ウインドウを用いることがより好ましい。
【０００８】
また、音声信号ウインドウは、使用した音声信号ウインドウの列において非発声音声信号ウインドウが２個以上存在しないという条件で、および／または発声された音声信号ウインドウの任意の対が基本周波数の相対偏差が２０％を超えない場合に計算に用いられる。
【０００９】
正規化ストレスパラメータの全てを計算する場合、パラメータの算術平均値とパラメータの現在値との間、およびパラメータの局所平均値とパラメータの現在値との間の相対偏差の和として正規化ストレスパラメータのストレス係数Ｚを予め計算しておくことがより好ましく、次いで正規化ストレスパラメータは１／（１＋ｅＺ）として計算される。
【００１０】
この場合、基本周波数の現在値として、５０〜５００Ｈｚの周波数範囲におけるスペクトル特性の最大値における基本周波数を用いることがより好ましい。
【００１１】
スペクトル特性の２乗積分としてスペクトルの強度を計算することがより好ましい。
【００１２】
スペクトル特性の加重平均値としてスペクトルの中央値を計算し、その際に周波数を重みとして用いることがより好ましい。
【００１３】
スペクトルの幅を、そのスペクトル特性が予め設定された閾値（例えば、スペクトル特性がゼロであると見なされる値より２〜８％低い閾値を予め設定することにより）を上回る最大周波数と最小周波数との差として計算することがより好ましい。
【００１４】
ストレス状態のレベルを測定する工程において、全ての計算された正規化ストレスパラメータの加重平均値をその算術平均値として決定することがより好ましい。
【００１５】
測定されたストレス状態の結果を、可視波長範囲における発光により表示することができ、その場合発光された光の波長は測定されたストレス状態のレベルの値に依存する。
【００１６】
この場合、測定されたストレス状態のレベルの値が、それがとり得る値の範囲で増減することに伴い、発光された光の波長が増減するように、測定されたストレス状態のレベルが表示される。例えば、緑色の光を用いてストレス状態のレベルの最小値を表示し、黄色の光を用いてストレス状態のレベルの平均値を表示し、赤色の光を用いてストレス状態のレベルの最大値を表示する。
【００１７】
測定されたストレス状態の結果を振動で表示することができ、その場合、振動の周波数は測定されたストレス状態のレベルの値に依存する。
【００１８】
この場合、測定されたストレス状態のレベルは、測定されたストレス状態のレベルの値がとり得る値の範囲で増減するのに伴い振動の周波数がゼロまで増減するように表示される。例えば、とり得る値の範囲で振動の最小周波数あるいは振動が存在しないことを利用してストレス状態のレベルの最小値を表示し、とり得る値の範囲で振動の平均周波数を用いてストレス状態のレベルの平均値を表示し、とり得る値の範囲で振動の最大周波数を用いてストレス状態のレベルの最大値を表示する。
【００１９】
また、声に応じて人のストレス状態を測定すべく以下を含む装置を提案する。すなわち、一定時間間隔における音声信号を受信する受信ユニット、デジタル形式に変換された受信音声信号のスペクトルのスペクトル特性を計算し、計算されたスペクトル特性に従いストレスのレベルを測定する処理ユニット、および測定されたストレス状態の結果を表示する表示ユニットである。新たな特徴として、処理ユニットが、受信された音声信号のスペクトルのスペクトル特性を計算して、上述の方法に従いストレス状態のレベルを測定する能力を備えている点が挙げられる。
【００２０】
表示ユニットは、可視波長の範囲で発光する発光手段として実装可能であり、発光している光の波長は処理ユニットにより測定されたストレス状態のレベルの値に依存する。例えば発光手段は、ストレス状態のレベルが、ストレス状態のレベルがとり得る値の範囲で最小値である場合は緑色の光を発光し、ストレス状態のレベルがとり得る値の平均値である場合は黄色の光を発光し、ストレスのレベルがとり得る値の範囲で最大値である場合は赤色の光を発光することができる。
【００２１】
表示ユニットは振動手段として実装可能であり、振動の周波数は処理ユニットにより測定されたストレス状態のレベルに依存する。例えば振動手段は、ストレス状態のレベルがとり得る値の範囲で最小値である場合に振動手段がとり得る値の範囲でゼロまでの振動の最小周波数で振動することができ、ストレス状態のレベルがとり得る値の範囲で平均値である場合に振動手段がとり得る値の範囲で振動の平均周波数で振動することができ、ストレス状態のレベルがとり得る値の範囲で最大値である場合に振動手段がとり得る値の範囲で振動の最大周波数で振動することができる。
【００２２】
本装置の全てのユニットは、単一の携帯機器に一体化されていても、あるいはコンピュータ、またはデジタルディクタフォン、携帯電話、デジタル録音カメラ、手のひらサイズのコンピュータを含むグループから選択されたコンピュータ化された装置に組み込まれていてもよい。
【００２３】
本発明について、以下の図面に示す例により詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による装置の概略ブロック図である。
【図２】提案する方法の基本工程の簡略化されたブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は本発明による装置の概略ブロック図を示す。
図１に示すように、音声により人のストレス状態を測定する装置１は、一定時間間隔において音声信号を受信する受信ユニット２、デジタル形式に変換された受信音声信号のスペクトルのスペクトル特性を計算して、計算されたスペクトル特性に従いストレス状態のレベルを測定する処理ユニット３、および測定されたストレスの結果を表示する表示ユニット４を含んでいる。
【００２６】
全てのユニット２〜４は、コンピュータまたはコンピュータ化された装置のソフトウェア・ハードウェアとして実装可能である。
【００２７】
受信ユニット２は、一定時間間隔において音声信号のサンプルをデジタル形式で受信する、またはアナログ形式で受信して処理ユニット３で当該音声信号を更にデータ処理すべく更にデジタル形式に更に変換することを目的とする。音声信号のサンプルとして、リアルタイム・モードで音声信号を用いる、または任意の公知の有形媒体に格納された一定時間間隔内における音声信号の断片を用いることができる。例えば、リアルタイム・モードでは音声信号として、コンピュータ・音声カード、デジタルディクタフォンその他によりデジタル形式に変換されたマイクロホンからの音声信号、およびケーブル、無線その他の通信ネットワークを含む各種の放送網（テレビ、ラジオ）を介して受信された音声信号を用いることができる。音声信号の断片を格納するために、任意の磁気および光情報媒体、マイクロプロセッサを利用したデータ記憶装置を用いることができる。音声信号の断片は、デジタル形式およびアナログ形式の両方で媒体に記録および格納することができ、アナログ形式の場合は受信ユニット２において更にデジタル形式に変換することができる点に留意されたい。また、音声信号の断片は、音声信号として映像信号と共に媒体に記録および格納して、必要ならば更に音声信号を分離してデジタル形式に変換することができる点に留意されたい。受信ユニット２として、音声信号をコンピュータまたはコンピュータ化された装置内へデジタル形式またはアナログ形式で受け入れ、アナログ信号を更にデジタル形式に変換させることができる、音声カード、ＵＳＢポート、無線通信カード（電波、赤外線、ブルートゥース）、各種ディスク（ＦＤ、ＣＤ、ＤＶＤ）用のディスク駆動装置等、任意のソフトウェア・ハードウェア手段を用いてよい。
【００２８】
処理ユニット３は、受信ユニット２により受信されてデジタル形式に変換された音声信号のスペクトル特性を計算して、計算されたスペクトル特性に従いストレス状態のレベルを測定することを目的とする。処理ユニット３は、公知のコンピュータまたはコンピュータ化された装置、並びに本発明で提案する方法を実施するソフトウェアを搭載した別個の装置のソフトウェア・ハードウェアツール、を利用する中央処理装置を用いて実装することができる。
【００２９】
図２に、提案する方法の基本ステップ３１０〜３８０の簡略化されたブロック図を示し、これらは後述する処理ユニット３により処理される。
【００３０】
開始に先立って、以前に受信および計算された全ての音声信号のデータおよび音声信号のスペクトルのスペクトル特性のパラメータがリセットされる（ステップ３１０）。最初に、処理ユニット３は受信ユニット２から音声信号のデータブロックをデジタル形式で受信する（ステップ３２０）。受信したデータブロックは、任意の公知の一般的な方法により、当該データブロックの音声信号のスペクトル特性を取得することにより処理される（ステップ３３０）。
【００３１】
更なる研究の過程で、スペクトルの４個の初期パラメータ（すなわち、直接の計算によりスペクトルから導出されるパラメータ）である基音周波数または基本周波数（ＦＴＦ）、スペクトルの強度、スペクトルの中央値、およびスペクトルの幅が最も妥当であることがわかった。すなわち、ストレス状態のレベルを測定するには、以下に詳述するように、得られた結果から９５％を超える高い精度を示すこれら４個のパラメータを使用すれば十分である。
【００３２】
ステップ３４０を実行する際に、上述したスペクトルの４個のパラメータは、取得されたスペクトル特性から計算される。
【００３３】
以前に記録および格納された音声信号サンプルのデータに従って計算する場合、互いに幅の半分が重なり合っているウインドウを用いて計算が実行される。従って、全てのタイムカウントは、２個の計算されたウインドウに属する。しかし、データに従いリアルタイム・モードで計算する場合、最後の短い時間間隔で計算が実行される。
【００３４】
音声信号の音量がその信号が重要であると見なすのに十分である前提で、５０〜５００Ｈｚの範囲に最大スペクトル特性を有する周波数がＦＴＦの現在値とされる。しかし、格納されたサンプルに従って計算する場合、一つ前および更に前のものと合わせて非発声ウインドウが１個以下である場合にのみ１個のウインドウが計算に用いられ、その場合、発声ウインドウの全ての対でＦＴＦの相対偏差が２０％を超えてはならないことを指摘しておく。リアルタイム・モードで計算する場合、この条件は無視してよい。
【００３５】
スペクトルの強度を計算する場合、一般に認められた概念であるスペクトル特性の２乗積分としての強度を用いる。
【００３６】
スペクトルの中央値は、スペクトル特性の値と関連する周波数との積の和をスペクトル特性の値の和で除算したものとして計算される。現実にはスペクトル特性は配列として格納され、周波数の代わりに配列指数が用いられ、次いで得られた商が整数指数に約分されるという事実から、関連する周波数の値を用いることができる。換言すれば、スペクトルの中央値はスペクトル特性の加重平均値であって、周波数が重みである。
【００３７】
スペクトルの幅を計算するには、それを下回るスペクトル特性は条件付けでゼロであると考えられる何らかの閾値（この場合、統計に基づいて５％の閾値を採用した）を与えることが必要である。スペクトル特性がこの閾値を上回る最大周波数と最小周波数との差をスペクトルの幅とする。
【００３８】
更に、メモリ装置（ＲＡＭ）が、以前の何らかのデータブロックに基づいてスペクトルの４個の初期パラメータ用に以前に計算されたデータを有する場合、以前のデータは更新される（ステップ３５０）。
【００３９】
更に、ステップ３６０を実行する場合に、スペクトルの４個の初期パラメータの更新された値に基づいて４個の初期パラメータ全てに合う４個のストレス係数が次式により計算される。
Ｚ＝（Ｍ−Ｐ）／Ｍ  ＋（Ｌ−Ｐ）／Ｌ
ここで、Ｍ：関連する初期パラメータの算術平均値
Ｌ：関連する初期パラメータの局所平均値
Ｐ：関連する初期パラメータの現在値
である。
【００４０】
従って、局所平均値は以下のように計算される。
【００４１】
データが１個のみである場合、当該１個だけのデータに比較する対象が無いため、Ｌ＝Ｐと仮定される。
【００４２】
境界データの場合、リアルタイム・モードにおける計算で頻繁に生起するように、初期パラメータに先行値と後続値が各々１個だけ存在することが示唆され、合理的な理由により後続値が全く存在しない場合は次式により計算が行なわれる。
Ｌ＝（２・Ｐ＋Ｐｏｕｔ）／３
ここで、Ｐｏｕｔは境界値（例：一つ前の）を有するパラメータの隣接値である。
【００４３】
初期パラメータの先行および後続値の両方が存在することが示唆される内部データの場合、次式により計算が行なわれる。
Ｌ＝（Ｐ−＋２・Ｐ＋Ｐ＋）／４
ここで、
Ｐ−：パラメータの先行値
Ｐ＋：パラメータの後続値
である。
【００４４】
このように、ステップ３６０を実行した後で４個の無次元ストレス係数が導出され、ステップ３７０の開始時点でこれらを用いて、スペクトルの関連パラメータによりストレス状態を示す４個の無次元正規化ストレスパラメータを次式に従い計算する。
Ｓｔｒｅｓｓ＝１／（１＋ｅＺ）
【００４５】
導出された正規化Ｓｔｒｅｓｓ値は常に０〜１の間であって、ストレス係数が正の無限大に近づくにつれてゼロに近づき、ストレス係数が負の無限大に近づくにつれて１に近づく。従って、正規化ストレス係数は、ストレス係数が増加するにつれて単調減少する。原理的には、４個の正規化Ｓｔｒｅｓｓ値の全てを用いてこの無次元パラメータの値に従うストレス状態のレベルを識別することができるが、ステップ３７０を実行する場合、結果の精度を相当向上させるために、統合無次元パラメータＳｔｒｅｓｓΣが計算され、むしろこちらの方がストレス状態の存在およびストレス状態のレベルを４個の導かれた正規化ストレスパラメータ全ての加重平均値として正確に示す。研究が示すように、この場合は加重平均値として算術平均値を用いてよい。
【００４６】
更に、ステップ３８０を実行する場合、処理ユニット３で計算された結果を表示ユニット４に出力させるコマンドが形成される。これを行なう際に、コマンドの性質は計算されたＳｔｒｅｓｓΣの値に依存する。このとき、ＳｔｒｅｓｓΣの値もまた０〜１の範囲にあるため、ＳｔｒｅｓｓΣの値がほぼゼロに等しいときにストレスの欠如を示すよう指示され、ＳｔｒｅｓｓΣの値が１にほぼ等しいときに強いストレスの存在を示すよう指示され、ストレスが中間値である場合にはＳｔｒｅｓｓΣの値に比例してストレス状態を示すよう指示される。
【００４７】
更に、処理ユニット３は、音声信号の次のデータブロックが存在すれば受信ユニット２からデジタル形式で受信し、このデータブロックのためにステップ３２０〜３８０が繰り返される。
【００４８】
処理ユニット３が受信したストレス状態の結果を表示する表示ユニット４は、ＳｔｒｅｓｓΣの値を直接的に表示すること、およびＳｔｒｅｓｓΣの値またはＳｔｒｅｓｓΣのある値区間に対応する各種の信号を表示することの両方により、ストレス状態の現在のレベルを表示することを目的とする。そのため、表示ユニット４は結果を図形、光または他の情報として表示可能な任意の組み込み型周辺装置として実装することができる。別の例により、各種の信号を表示するいくつかの実施形態を提示する。
【００４９】
図３に、アクセサリーまたはペンダントとして使用可能な分離された携帯用の音声ストレス検出器の本発明の一実施形態の模式図を示す。
【００５０】
この実施形態では、携帯型ストレス検出器１はマイクロプロセッサを利用して実装された上述のユニット２〜４を含んでおり、この場合、受信ユニット２はマイクロホン５、表示ユニットは、交通信号と同じ順に並んだ赤、黄、緑の３個の発光ダイオード６を有する３色光パネルおよび一般的な携帯電話の振動呼び出しまたは振動メロディで用いられるバイブレータと同様の圧電素子として実装されたバイブレータ７を含んでいる。ユニット２〜４は上述と同様に動作し、そのために、得られた結果を表示する二つの実施形態があって一緒にまたは別個に利用できる。
【００５１】
発光だけで表示する実施形態では、発光ダイオード６の１個が、以下に従い処理ユニット３により計算されるＳｔｒｅｓｓΣの現在値に応じて光る。ＳｔｒｅｓｓΣ＝０．０〜０．３の場合、興奮を含むストレス状態が無いかまたはわずかな値であることに対応する緑色の発光ダイオードが発光してマイクロホン５が拾った発声が充分に正直であることが示唆される。ＳｔｒｅｓｓΣ＝０．３〜０．７の場合、ストレス状態が無いかまたはわずかな値であることに対応する黄色の発光ダイオードが発光してマイクロホン５が拾った発声に興奮が含まれる、すなわち発言の正直さがやや疑わしいことを示唆する。ＳｔｒｅｓｓΣ＝０．７〜１．０の場合、ストレス状態が相当大きいことに対応する赤色発光ダイオードが発光してマイクロホン５が拾った発声の興奮が極端なレベルである、すなわち発言が恐らく不正直であることを示唆する。そのような交通信号と同様の光信号はむしろユーザが容易に認識することができる。
【００５２】
振動により表示の実施形態では、ＳｔｒｅｓｓΣが０．１未満の場合にはバイブレータ７は振動せず、ＳｔｒｅｓｓΣ＝０．１のときにバイブレータ７で可能な振動の最小周波数で振動し、ＳｔｒｅｓｓΣの値が増加するために振動周波数が比例的に増加して、ＳｔｒｅｓｓΣが１にほぼ等しいかまたは等しい場合に最大の周波数で振動する。
【００５３】
提案する装置がソフトウェアの見地からはむしろ単純であって、デジタルディクタフォン、携帯電話、デジタル録音カメラ、手のひらサイズのコンピュータ等、音声信号を処理する公知のコンピュータ化された装置と一体化できることは明らかであろう。
【００５４】
提示した実施形態は、本発明のいくつかの実施形態をあくまでも例示する目的で用いたものであって、特許請求の範囲に記載した法的保護範囲を何ら制限するものではなく、当業者であれば他の方法により本発明の別の実施形態を容易に実現できよう。
【図１】
2010506206.tif 000003
【図２】
2010506206.tif 000004
【図３】
2010506206.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成20年12月5日(2008.12.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
声に応じて人のストレス状態を測定する方法であって、
一定時間間隔において音声信号を受信する工程と、
前記受信された音声信号のスペクトル特性を計算する工程と、
前記計算されたスペクトル特性に応じてストレス状態のレベルを測定する工程と、
前記測定されたストレス状態の結果を表示する工程とを含み、
前記スペクトル特性の計算では、前記受信された音声信号のスペクトルの基本周波数、スペクトルの強度、スペクトルの中央値、およびスペクトルの幅を含む少なくとも４個のパラメータが計算され、
前記ストレス状態のレベルの測定では、無次元の正規化されたストレスパラメータが前記４個のパラメータの全てについて計算され、
前記無次元の正規化されたストレスパラメータが前記スペクトルの前記パラメータの各々のストレス状態を反映し、前記正規化されたストレスパラメータのストレス係数Ｚに基づいて計算され、
前記ストレス係数Ｚが、前記パラメータの算術平均値と前記パラメータの現在値との間の相対偏差と、前記パラメータの局所平均値と前記パラメータの前記現在値との間の相対偏差の和として予め計算され、
前記正規化ストレスパラメータが、１／（１＋ｅＺ）として計算され、
前記ストレス状態のレベルの値が、全ての計算された正規化ストレスパラメータの加重平均値として測定され、
前記測定されたストレス状態の結果が、前記ストレス状態のレベル値を直接表示することにより、および／または前記ストレス状態のレベル値または前記ストレス状態のレベル値のある区間に対応する信号を表示することにより表示される方法。
【請求項２】
少なくとも自身の幅の半分が重なる音声信号ウインドウが、前記スペクトル特性の計算に使用される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記音声信号ウインドウが、使用された音声信号ウインドウの列において非発声音声信号ウインドウが２個以上存在しないという条件で計算に使用される請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記音声信号ウインドウが、発声された音声信号ウインドウの任意の対における基本周波数の相対偏差が２０％を超えないという条件で計算に使用される請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記基本周波数の現在値として、５０〜５００Ｈｚの周波数範囲におけるスペクトル特性の最大値における前記基本周波数を用いる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記スペクトル特性の２乗積分として前記スペクトルの強度が計算される請求項１に記載の方法。
【請求項７】
周波数を重みとして用いて、前記スペクトル特性の加重平均値として前記スペクトルの中央値が計算される請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記スペクトルの幅が、前記スペクトル特性が予め設定された閾値を上回る最大周波数と最小周波数との差として計算される請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記スペクトルの幅の計算において、前記スペクトル特性がゼロであると見なされる値より２〜８％低い閾値が予め設定されている請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
全ての計算された正規化ストレスパラメータの前記加重平均値が、その算術平均値として測定される請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記測定されたストレス状態の結果が、可視波長範囲における発光により表示され、
前記発光された光の波長が、測定されたストレス状態のレベルの値によって決められる請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記測定されたストレス状態のレベルの値がとり得る値の範囲における増減に応じて、前記発光された光の波長を増減させて前記測定されたストレス状態のレベルが表示される請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
緑色の光を用いてストレス状態のレベルの最小値を表示し、黄色の光を用いてストレス状態のレベルの平均値を表示し、赤色の光を用いてストレス状態のレベルの最大値を表示する請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記測定されたストレス状態の結果が振動により表示され、
前記振動の周波数が、前記測定されたストレス状態のレベルの値によって決められる請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
ストレス状態の前記測定されたレベルの値がとり得る値の範囲における増減に応じて、前記振動の周波数がゼロまで増減するように測定された前記ストレス状態の前記測定されたレベルが表示される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ストレス状態のレベルの最小値が、とり得る値の範囲で振動の最小周波数あるいは振動が存在しないことを利用して表示され、
前記ストレス状態のレベルの平均値が、とり得る値の範囲で振動の平均周波数を利用して表示され、
前記ストレス状態のレベルの最大値が、とり得る値の範囲で振動の最大周波数を利用して表示される請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
声に応じて人のストレス状態を測定する装置であって、
一定時間間隔における音声信号を受信する受信ユニットと、
デジタル形式に変換された前記受信音声信号のスペクトルのスペクトル特性を計算し、前記計算されたスペクトル特性に応じてストレスのレベルを測定する処理ユニットと、
測定されたストレス状態の結果を表示する表示ユニットとを含み、
前記処理ユニットが、前記受信された音声信号の前記スペクトルの前記スペクトル特性を計算し、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法により前記計算されたスペクトル特性に応じて前記ストレス状態のレベルを測定する能力を備えている装置。
【請求項１８】
前記表示ユニットが、可視波長の範囲で発光する発光手段であり、
前記発光している光の波長は処理ユニットにより測定されたストレス状態のレベルの値によって決められる請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記発光手段が、前記ストレス状態のレベルがとり得る値の範囲で最小値である場合は緑色の光を発光し、前記ストレス状態のレベルがとり得る値の範囲で平均値である場合は黄色の光を発光し、前記ストレス状態のレベルがとり得る値の範囲で最大値である場合は赤色の光を発光することができる、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記表示ユニットが、振動手段であり、
前記振動の周波数が、前記処理ユニットにより測定された前記ストレス状態のレベルによって決められる請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
前記振動手段が、前記ストレス状態のレベルがとり得る値の範囲で最小値である場合に前記振動手段がとり得る値の範囲でゼロまでの振動の最小周波数で振動することができ、前記ストレス状態のレベルがとり得る値の範囲で平均値である場合に前記振動手段がとり得る値の範囲で振動の平均周波数で振動することができ、前記ストレス状態のレベルがとり得る値の範囲で最大値である場合に前記振動手段がとり得る値の範囲で振動の最大周波数で振動することができる請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記装置の全てのユニットが単一のコンピュータ又はコンピュータ化されている装置に一体化されている請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】
前記装置の全てのユニットがコンピュータまたはコンピュータ化された装置に組み込まれている請求項２０に記載の装置。
【請求項２４】
前記コンピュータ化された装置が、デジタルディクタフォン、携帯電話、デジタル録音カメラ、手のひらサイズのコンピュータを含む群から選択されている請求項２３に記載の装置。
【手続補正書】
【提出日】平成21年6月8日(2009.6.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
声に応じて人のストレス状態を測定する方法であって、
一定時間間隔において音声信号を受信する工程と、
前記受信された音声信号のスペクトル特性を計算する工程と、
前記計算されたスペクトル特性に応じてストレス状態のレベルを測定する工程と、
前記測定されたストレス状態の結果を表示する工程とを含み、
前記スペクトル特性の計算では、前記受信された音声信号のスペクトルの基本周波数、スペクトルの強度、スペクトルの中央値、およびスペクトルの幅を含む少なくとも４個のパラメータが計算され、
前記ストレス状態のレベルの測定では、無次元の正規化されたストレスパラメータが前記４個のパラメータの全てについて計算され、
前記無次元の正規化されたストレスパラメータが前記スペクトルの前記パラメータの各々のストレス状態を反映し、前記正規化されたストレスパラメータのストレス係数Ｚに基づいて計算され、
前記ストレス係数Ｚが、前記パラメータの算術平均値と前記パラメータの現在値との間の相対偏差と、前記パラメータの局所平均値と前記パラメータの前記現在値との間の相対偏差の和として予め計算され、
前記正規化ストレスパラメータが、１／（１＋ｅＺ）として計算され、
前記ストレス状態のレベルの値が、全ての計算された正規化ストレスパラメータの加重平均値として測定され、
前記測定されたストレス状態の結果が、前記ストレス状態のレベル値を直接表示することにより、および／または前記ストレス状態のレベル値または前記ストレス状態のレベル値のある区間に対応する信号を表示することにより表示される方法。
【請求項２】
少なくとも自身の幅の半分が重なる音声信号ウインドウが、前記スペクトル特性の計算に使用される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記音声信号ウインドウが、使用された音声信号ウインドウの列において非発声音声信号ウインドウが２個以上存在しないという条件で計算に使用される請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記音声信号ウインドウが、発声された音声信号ウインドウの任意の対における基本周波数の相対偏差が２０％を超えないという条件で計算に使用される請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記基本周波数の現在値として、５０〜５００Ｈｚの周波数範囲におけるスペクトル特性の最大値における前記基本周波数を用いる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記スペクトル特性の２乗積分として前記スペクトルの強度が計算される請求項１に記載の方法。
【請求項７】
周波数を重みとして用いて、前記スペクトル特性の加重平均値として前記スペクトルの中央値が計算される請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記スペクトルの幅が、前記スペクトル特性が予め設定された閾値を上回る最大周波数と最小周波数との差として計算される請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記スペクトルの幅の計算において、前記スペクトル特性がゼロであると見なされる値より２〜８％低い閾値が予め設定されている請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
全ての計算された正規化ストレスパラメータの前記加重平均値が、その算術平均値として測定される請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記測定されたストレス状態の結果が、可視波長範囲における発光により表示され、
前記発光された光の波長が、測定されたストレス状態のレベルの値によって決められる請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記測定されたストレス状態のレベルの値がとり得る値の範囲における増減に応じて、前記発光された光の波長を増減させて前記測定されたストレス状態のレベルが表示される請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
緑色の光を用いてストレス状態のレベルの最小値を表示し、黄色の光を用いてストレス状態のレベルの平均値を表示し、赤色の光を用いてストレス状態のレベルの最大値を表示する請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記測定されたストレス状態の結果が振動により表示され、
前記振動の周波数が、前記測定されたストレス状態のレベルの値によって決められる請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
ストレス状態の前記測定されたレベルの値がとり得る値の範囲における増減に応じて、前記振動の周波数がゼロまで増減するように測定された前記ストレス状態の前記測定されたレベルが表示される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ストレス状態のレベルの最小値が、とり得る値の範囲で振動の最小周波数あるいは振動が存在しないことを利用して表示され、
前記ストレス状態のレベルの平均値が、とり得る値の範囲で振動の平均周波数を利用して表示され、
前記ストレス状態のレベルの最大値が、とり得る値の範囲で振動の最大周波数を利用して表示される請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
声に応じて人のストレス状態を測定する装置であって、
一定時間間隔における音声信号を受信する受信ユニットと、
デジタル形式に変換された前記受信音声信号のスペクトルのスペクトル特性を計算し、前記計算されたスペクトル特性に応じてストレスのレベルを測定する処理ユニットと、
測定されたストレス状態の結果を表示する表示ユニットとを含み、
前記処理ユニットが、前記受信された音声信号の前記スペクトルの前記スペクトル特性を計算し、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法により前記計算されたスペクトル特性に応じて前記ストレス状態のレベルを測定する能力を備えている装置。
【請求項１８】
前記表示ユニットが、可視波長の範囲で発光する発光手段であり、
前記発光している光の波長は処理ユニットにより測定されたストレス状態のレベルの値によって決められる請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記発光手段が、前記ストレス状態のレベルがとり得る値の範囲で最小値である場合は緑色の光を発光し、前記ストレス状態のレベルがとり得る値の範囲で平均値である場合は黄色の光を発光し、前記ストレス状態のレベルがとり得る値の範囲で最大値である場合は赤色の光を発光することができる、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記表示ユニットが、振動手段であり、
前記振動の周波数が、前記処理ユニットにより測定された前記ストレス状態のレベルによって決められる請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
前記振動手段が、前記ストレス状態のレベルがとり得る値の範囲で最小値である場合に前記振動手段がとり得る値の範囲でゼロまでの振動の最小周波数で振動することができ、前記ストレス状態のレベルがとり得る値の範囲で平均値である場合に前記振動手段がとり得る値の範囲で振動の平均周波数で振動することができ、前記ストレス状態のレベルがとり得る値の範囲で最大値である場合に前記振動手段がとり得る値の範囲で振動の最大周波数で振動することができる請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記装置の全てのユニットが単一のコンピュータ又はコンピュータ化されている装置に一体化されている請求項１７に記載の装置。
【請求項２３】
前記装置の全てのユニットがコンピュータまたはコンピュータ化された装置に組み込まれている請求項１７に記載の装置。
【請求項２４】
前記コンピュータ化された装置が、デジタルディクタフォン、携帯電話、デジタル録音カメラ、手のひらサイズのコンピュータを含む群から選択されている請求項２３に記載の装置。
【国際調査報告】
2010506206.tif 000006
2010506206.tif 000007