(57)【要約】【課題】世界のグローバル化の進展に伴い、一層の外国語学習策の強化が必要である。【解決手段】外国語の音声信号から、複数の帯域濾波器を有する第１の帯域濾波部により所定の帯域の信号を抽出し、包絡線抽出器を有する包絡線抽出部により各帯域信号の包絡線を抽出し、雑音源信号を複数の帯域濾波器を有する第２の帯域濾波部に加えて、上記所定の帯域に対応する雑音信号を抽出し、第１の帯域濾波部と第２の帯域濾波部の出力を乗算部において乗算し、乗算部の出力を加算部において累算して、劣化雑音音声信号を作成し、劣化雑音音声信号を聴取することにより、脳の外国語認識活動の活性化を行い、効果的な外国語学習を可能にする。【選択図】図１
2007017572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外国語の音声信号の少なくとも一部を帯域信号に分けて雑音化した劣化雑音音声信号を出力する外国語学習装置。
【請求項２】
外国語の音声信号を供給する音源信号部と、
前記音源信号部が供給する前記音声信号の少なくとも一部を複数の帯域信号に分けて、当該複数の帯域信号のうちの一部または全部の帯域信号を雑音化した劣化雑音音声信号を生成する劣化雑音音声生成部と、
前記劣化雑音音声信号を出力する出力部と、を具備する外国語学習装置。
【請求項３】
前記音源信号部は、
外国語の音声信号を複数記憶しており、
前記劣化雑音音声生成部は、
前記音源信号部が供給する前記音声信号の少なくとも一部を複数の帯域信号に分けて、当該複数の帯域信号の一部または全部の帯域信号を雑音化した劣化雑音音声信号を生成し、
学習者の回答結果を受け付ける受付部と、
前記回答結果に応じて、前記音源信号部に記憶されている前記複数の音声信号から１つ以上の音声信号を選択させ、選択された音声信号に対応する劣化雑音音声生成信号を、前記出力部に出力させる制御部と、をさらに具備する請求項２記載の外国語学習装置。
【請求項４】
前記音源信号部は、
外国語の音声信号を１つ以上記憶しており、前記音声信号を構成する言葉、前記音声信号の発声速度、前記音声信号のピッチ周波数のいずれかを変更して、前記劣化雑音音声生成部に供給し、
学習者の回答結果を受け付ける受付部と、
前記回答結果に応じて、前記音源信号部に、前記音声信号を構成する言葉、前記音声信号の発声速度、前記音声信号のピッチ周波数のいずれかを変更させる制御部と、をさらに具備する請求項２記載の外国語学習装置。
【請求項５】
学習者の回答結果を受け付ける受付部と、
前記回答結果に応じて、前記劣化雑音音声生成部が生成する劣化雑音音声信号の帯域分割周波数、または／および前記劣化雑音音声生成部が生成する劣化雑音音声信号の帯域数を変更させる制御部と、をさらに具備する請求項２記載の外国語学習装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記音声信号に対応する正解を示す情報である正解情報を記憶している正解記憶手段と、
前記正解情報と前記回答結果を比較し、正答率を算出し、前記正答率を所定の閾値と比較する回答評価制御手段を更に具備し、
前記正答率が前記所定の閾値より大きい場合、前記制御部は、前記劣化雑音音声信号の帯域分割周波数、または／および、雑音化する帯域数を、前記劣化雑音音声生成部に変更させ、前記劣化雑音音声生成部は、前記音源信号部から供給される音声信号とほぼ同じ信号を出力する請求項５記載の外国語学習装置。
【請求項７】
前記劣化雑音音声信号を記憶している音源信号部と、
前記劣化雑音音声信号を出力する出力部と、を具備し、
前記音源信号部が前記出力部に前記劣化雑音音声信号を供給する請求項１記載の外国語学習装置。
【請求項８】
外国語の音声信号の少なくとも一部を複数の帯域信号に分けて、当該複数の帯域信号の一部または全部の帯域信号を雑音化した劣化雑音音声信号であって、複数の劣化雑音音声信号、または、雑音化する周波数帯域、または／および、雑音化する周波数帯域の帯域数が変更された複数の劣化雑音音声信号を記憶している音源信号部と、
学習者の回答結果を受け付ける受付部と、
前記学習者の回答結果に応じて、前記音源信号部から前記劣化雑音音声信号を選択して読み出させる制御部と、
前記音源信号部が読み出した劣化雑音音声信号を出力する出力部と、を具備する請求項１記載の外国語学習装置。
【請求項９】
外国語の種別に関する情報である外国語種別情報を受け付ける種別受付部と、
前記種別受付部が受け付けた外国語種別情報に基づいて、前記劣化雑音音声生成部に、前記劣化雑音音声信号の生成における帯域数、または／および、帯域分割周波数を変更させる変更部と、をさらに具備する請求項２記載の外国語学習装置。
【請求項１０】
外国語の音声信号を受付け、種別に関する情報である外国語種別情報を生成する種別取得部と、
前記種別取得部が生成した外国語種別情報に基づいて、前記劣化雑音音声生成部に、前記劣化雑音音声信号の生成における帯域数、または／および、帯域分割周波数を変更させる変更部と、をさらに具備する請求項２記載の外国語学習装置。
【請求項１１】
前記音声信号の中から音声成分を抽出する音声信号抽出器をさらに具備し、前記劣化雑音音声信号は、前記音声信号抽出器の出力から作成される請求項２記載の外国語学習装置。
【請求項１２】
外国語の音声信号の少なくとも一部を帯域信号に分けて雑音化した劣化雑音音声信号を出力するステップを具備する外国語学習方法。
【請求項１３】
外国語の音声信号の少なくとも一部を複数の帯域信号に分けて、当該複数の帯域信号のうちの一部または全部の帯域信号を雑音化した劣化雑音音声信号を出力する第１のステップを具備する外国語学習方法。
【請求項１４】
学習者の回答結果を受け付けるステップと、
前記回答結果に応じて、外国語の２以上の音声信号から１つを選択するステップと、を更に具備し、
前記第１のステップにおいて、前記選択された音声信号の少なくとも一部を複数の帯域信号に分けて、当該複数の帯域信号のうちの一部または全部の帯域信号を雑音化した劣化雑音音声信号を出力するステップを具備する請求項１３記載の外国語学習方法。
【請求項１５】
学習者の回答結果を受け付けるステップと、
前記回答結果に応じて、外国語の音声信号を構成する言葉、前記音声信号の発声速度、ピッチ周波数のいずれかを変更するステップと、を更に具備し、
前記第１のステップにおいて、前記変更された音声信号の少なくとも一部を複数の帯域信号に分けて、当該複数の帯域信号のうちの一部または全部の帯域信号を雑音化した劣化雑音音声信号を出力する請求項１３記載の外国語学習方法。
【請求項１６】
学習者の回答結果を受け付けるステップと、
前記回答結果に応じて、前記劣化雑音音声信号の生成における帯域分割周波数、または／および雑音化する帯域数を変更させるステップと、を更に具備する請求項１３記載の外国語学習方法。
【請求項１７】
学習者の回答結果を受け付けるステップと、
前記回答結果と正解情報を比較し、正答率を算出し、前記正答率を所定の閾値と比較するステップと、
前記正答率が所定の閾値より大きい場合、前記劣化雑音音声信号の帯域分割周波数、または／および、雑音化する帯域数を変更し、出力する前記劣化雑音音声信号を前記外国語の音声信号とほぼ同じ信号にするステップと、を更に具備する請求項１３記載の外国語学習方法。
【請求項１８】
外国語の音声信号の少なくとも一部を複数の帯域信号に分けて、当該複数の帯域信号のうちの一部または全部の帯域信号を雑音化した劣化雑音音声信号を記録した外国語学習用の記録媒体。
【請求項１９】
前記記録された劣化雑音音声信号は、前記外国語の音声信号の少なくとも一部を複数の帯域信号に分けて、当該複数の帯域信号のうちの一部または全部の帯域信号を雑音化した劣化雑音音声信号であって、前記音声信号を構成する言葉、前記音声信号の発声速度、ピッチ周波数の何れかが異なるか、または、雑音化する周波数帯域、および、または、雑音化する周波数帯域の帯域数が異なる、複数の劣化雑音音声信号である請求項１８記載の外国語学習用の記録媒体。
【請求項２０】
コンピュータに、
外国語の音声信号の少なくとも一部を帯域信号に分けて雑音化した劣化雑音音声信号を出力する第１のステップを実行させるための外国語学習のプログラム。
【請求項２１】
コンピュータに、
学習者の回答結果を受け付けるステップと、
前記回答結果に応じて、外国語の２以上の音声信号から１つを選択するステップと、を更に実行させ、
前記第１のステップにおいて、
前記選択された音声信号の少なくとも一部を複数の帯域信号に分けて、当該複数の帯域信号のうちの一部または全部の帯域信号を雑音化した劣化雑音音声信号を出力する請求項２０記載の外国語学習のプログラム。
【請求項２２】
コンピュータに、
学習者の回答結果を受け付けるステップと、
前記回答結果に応じて、外国語の音声信号を構成する言葉、前記音声信号の発声速度、ピッチ周波数のいずれかを変更するステップと、を更に実行させ、
前記第１のステップにおいて、
前記変更された音声信号の少なくとも一部を複数の帯域信号に分けて、当該複数の帯域信号のうちの一部または全部の帯域信号を雑音化した劣化雑音音声信号を出力する請求項２０記載の外国語学習のプログラム。
【請求項２３】
コンピュータに、
学習者の回答結果を受け付けるステップと、
前記回答結果に応じて、前記劣化雑音音声信号の生成における帯域分割周波数、または／および、雑音化する帯域数を変更するステップと、を更に実行させる請求項２０記載の外国語学習のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声信号の少なくとも一部の帯域信号を雑音化した劣化雑音音声を聴取することにより、脳の活動を活発化し、外国語学習を行う外国語学習装置、外国語学習方法、外国語学習の記録媒体およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、音声信号の認識研究において、音声信号をそのまま聞かずとも、音声信号の成分を所定の方法で雑音化しても、言葉をかなり認識できることが知られている。かかる技術は、例えば、非特許文献１や非特許文献２や非特許文献３に記載されている。
【０００３】
かかる文献によれば、音声信号を４つの周波数帯域（０〜６００、６００〜１５００、１５００〜２５００、２５００〜４０００Ｈｚ）に分けて、それぞれの音声信号を半波整流し、１６Ｈｚのローパスフィルタにかけて、各周波数帯の振幅包絡をもとめ、各周波数帯域に対応したバンドノイズを掛け合わせた信号を足し合せた信号を作成する。このような信号を劣化雑音音声という。劣化雑音音声を正常な聴力を有する被験者に聞かせたところ約８０％の了解度が得られたことが報告されている。
【非特許文献１】Ｓｈａｎｎｏｎ，  Ｒ．Ｖ．，ｅｔ．ａｌ，："Ｓｐｅｅｃｈ  Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｐｒｉｍａｒｉｌｙ  Ｔｅｍｐｏｒａｌ  Ｃｕｅｓ"，ＳＩＥＮＣＥ，２７０，３０３−３０５（１９９５）
【非特許文献２】小畑宣久、力丸裕：経時的振幅変化に着目した周波数成分劣化音声知覚の検討、日本音響学会聴覚研究会資料Ｈ−９９−６（１９９９）
【非特許文献３】小畑宣久、力丸裕：帯域雑音により合成された日本語音声の了解度−聴覚中枢新家の機能を利用したスピーチプロセッサを目指して−、日本音響学会聴覚研究会資料Ｈ−２０００−３（２０００）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、世界のグローバル化の進展に伴い、一層の外国語学習策の強化が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明の外国語学習装置、外国語学習方法、外国語学習の記録媒体およびプログラムは、以下のような手段および手順を採用する。
【０００６】
本第一の発明の外国語学習装置は、外国語の音声信号の少なくとも一部を帯域信号、または、複数の帯域信号に分けて、その一部または全部の帯域信号を雑音化した劣化雑音音声信号を生成する劣化雑音音声生成部、および、前記劣化雑音音声信号を出力する出力部を具備する外国語学習装置である。
かかる構成により、学習者の脳内で通常母国語の音声知覚や発声に使われる部位以外の部位を賦活し、外国語用の新しい神経ネットワークが形成され、外国語の学習の効率が上がる。
【０００７】
本第二の発明の外国語学習装置は、外国語の音声信号を出力する音源信号部、前記音声信号の少なくとも一部を複数の帯域信号に分けて、その一部または全部の帯域信号を雑音化した劣化雑音音声信号を生成する劣化雑音音声生成部、学習者の回答結果に応じて、前記音声信号の聞き取りの難易度を変更する制御部、および、前記劣化雑音音声信号を出力する出力部を具備する外国語学習装置である。
かかる構成により、学習者の脳内で通常母国語の音声知覚や発声に使われる部位以外の部位を賦活し、外国語用の新しい神経ネットワークがより広範に形成され、外国語の学習の効率が上がる。
【０００８】
本第三の発明の外国語学習装置は、外国語であって聞き取りの難易度が異なる音声信号を複数記憶する音源信号部、前記音声信号の少なくとも一部を複数の帯域信号に分けて、その一部または全部の帯域信号を雑音化した劣化雑音音声信号を生成する劣化雑音音声生成部、学習者の回答結果に応じて、前記複数の音声信号から音声信号を選択して前記劣化雑音音声生成部に供給して難易度を変更する制御部、および、前記劣化雑音音声信号を出力する出力部を具備する外国語学習装置である。
かかる構成により、学習者の脳内で通常母国語の音声知覚や発声に使われる部位以外の部位を賦活し、外国語用の新しい神経ネットワークがより広範に形成され、外国語の学習の効率が上がる。
【０００９】
本第四の発明の外国語学習装置は、外国語の音声信号を出力する音源信号部、前記音声信号の少なくとも一部を複数の帯域信号に分けて、その一部または全部の帯域信号を雑音化した劣化雑音音声信号を生成する劣化雑音音声生成部、学習者の回答結果に応じて、前記劣化雑音音声生成部における帯域分割周波数や雑音化する帯域数を変更する制御部、および、前記劣化雑音音声信号を出力する出力部を具備する外国語学習装置である。
かかる構成によっても、学習者の脳内で通常母国語の音声知覚や発声に使われる部位以外の部位を賦活し、外国語用の新しい神経ネットワークがより広範に形成され、外国語の学習の効率が上がる。
【００１０】
本第五の発明の外国語学習装置は、学習者の正答率の上昇と共に、前記劣化雑音音声信号の帯域分割周波数、および、または、雑音化する帯域数を変更し、前記劣化雑音音声信号が前記音声信号となるまで訓練を行うことを特徴とする外国語学習装置である。
かかる構成によっても、学習者の脳内で通常母国語の音声知覚や発声に使われる部位以外の部位を賦活し、外国語用の新しい神経ネットワークがより広範に形成され、外国語の学習の効率が上がる。
【００１１】
本第六の発明の外国語学習装置は、前記音源信号部と前記劣化雑音音声生成部に代えて、前記劣化雑音音声信号を記憶する音源信号部を具備し、前記音源信号部から前記劣化雑音音声信号を読み出し、前記出力部に供給することを特徴とする外国語学習装置、あるいは、外国語の音声信号の少なくとも一部を複数の帯域信号に分けて、その一部または全部の帯域信号を雑音化した劣化雑音音声信号であって、前記音声信号の聞き取りの難易度が変更された複数の劣化雑音音声信号、または、雑音化する周波数帯域、および、または、雑音化する周波数帯域の帯域数が変更された複数の劣化雑音音声信号を記憶する音源信号部、
学習者の回答結果に応じて、前記音源信号部から前記劣化雑音音声信号を選択して読み出す制御部、および、前記劣化雑音音声信号を出力する出力部を具備する外国語学習装置である。
かかる構成により、外国語用の新しい神経ネットワークをより広範に形成するのに最適な多数の音源を用意でき、外国語の学習の効率が上がる。
【００１２】
上記、外国語学習装置において適用する外国語学習方法は、コンピュータプログラムなどの手順として実行可能であるので、コンピュータに機能させるためのプログラムを記録したプログラム記録媒体やコンピュータに機能させるためのプログラムとしてよい。また、上記外国語の音声信号や劣化雑音音声信号を記録した記録媒体とすることにより、外国語学習用の教材として使用することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、外国語の通常音声を劣化雑音音声に変換して聴取する外国語学習装置、外国語学習方法、外国語学習の記録媒体およびプログラムにより、脳の活性化を促し、脳機能の強化、言語理解の増進により、効率的な外国語学習を行うことできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、外国語学習装置等の実施形態について図面を参照して説明する。なお、実施の形態において同じ符号を付した構成要素は同様の動作を行うので、再度の説明を省略する場合がある。
（実施の形態１）
【００１５】
図１は、本発明の外国語学習装置のブロック図である。図１において、マイクロフォンからの外国語の入力音声信号が、入力端子７を経て劣化雑音音声生成部９に供給される。劣化雑音音声生成部９は、後述する劣化雑音音声信号を生成し、出力部１６に供給する。出力部１６は、出力端子８を経てヘッドフォン１３に劣化雑音音声信号を供給し、劣化雑音音声信号を音に変換する。学習者は、ヘッドフォン１３により劣化雑音音声信号を聞き、外国語を学習する。劣化雑音音声生成部９は、帯域濾波部１、包絡線抽出部２、乗算部３、帯域濾波部４、雑音源５、および、加算部６を具備する。入力音声信号は、入力端子７を経て、帯域濾波部１に印加される。帯域濾波部１は、所定の帯域の信号を抽出する複数の帯域濾波器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを有し、音声信号を複数の帯域信号に分波する。各帯域濾波器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの出力信号は、包絡線抽出部２の包絡線抽出器２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄにそれぞれ印加され各帯域信号の包絡線を抽出する。雑音源５の出力する雑音信号は、複数の帯域濾波器４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを有する帯域濾波部４に印加され、帯域濾波部１と同様の周波数帯域を有する帯域雑音信号に分波される。包絡線抽出器２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと帯域濾波器４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの出力は、乗算器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを有する乗算部３において、対応する帯域毎に乗算され乗算結果は、加算部６において累算され、出力端子８において出力信号となる。なお、帯域濾波器は、信号の所定の周波数成分を抽出する周知の機能のもので、アナログ回路やデジタル回路、デジタル信号プロセッサなどにより構成できる。また、包絡線抽出器は、信号の振幅値の変化を検出する周知の機能を有するもので、半波整流や全波整流の原理を用いてアナログ回路やデジタル回路、デジタル信号プロセッサなどにより構成できる。また、帯域濾波部１、４において、最高帯域を担当する帯域濾波器１ａ，４ａは高域濾波器でもよく、高域濾波器の場合を含むものとする。最低帯域を担当する帯域濾波器１ｄ、４ｄは低域濾波器でもよく、低域濾波器の場合を含むものとする。なお、出力部１６において、ヘッドフォン１３に代りにスピーカを使用してもよい。また、出力端子８よりヘッドフォン１３に劣化雑音音声信号を供給する際には、劣化雑音音声信号のデジタルサンプル情報を、図示しないデジタルアナログ変換器と電力増幅器によりアナログ信号に変換して供給することは言うまでもない。また、出力部１６の内、デジタルアナログ変換器、電力増幅器、ヘッドフォン１３、スピーカのいずれかが、本発明の外国語学習装置の付属品として取替え可能になっていてもよい。
【００１６】
このようにして作成した外国語の劣化雑音音声を、イヤフォンにより聞かせると、脳の通常の聴覚認識の賦活部位以外の多様な部位が活性化されていることが判明した。上記のような４帯域の劣化雑音音声を聞かせながら、ＭＲＩ装置により、脳の賦活部位を調べると、左側頭葉の通常の音声認識に利用される部位と考えられる部分に活性化が見られる。また，これに加え、右側頭葉、前頭葉、頭頂葉，小脳の右側など、音声認識以外に関連すると考えられる部位にも賦活が見られる。図２は、ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ＭＲＩ装置を使用して、脳の活性化状態を観測した結果を示す図である。白く塗りつぶした部位は一定以上の活性化を観測した部位である。図中のＳｕｂ．Ａ、Ｓｕｂ．Ｂ、Ｓｕｂ．Ｃは、被験者を表す。Ｂ４、Ｂ１、Ｎ、Ｓは、提示した刺激であり、それぞれ以下のとおりである。Ｂ４は、音声素材をバンドパスフィルタにより４周波数帯域に分割し，それぞれの振幅包絡を抽出したもので、帯域分割周波数を６００、１５００、２１００Ｈｚとし、対応する周波数帯域をもつ狭帯域雑音と振幅包絡を掛け合わせて作成した。Ｂ１は、全周波数帯域の振幅包絡を抽出し，雑音と掛け合わせた。ただし，この雑音には前もって，上記帯域分割周波数で分割された音声素材の実効値が、対応する帯域に掛けられている。Ｓは、音声素材をそのまま用いたものである。Ｎは、Ｂ１と同様の方法でパワースペクトルをＢ４に近似したものであるが、振幅包絡は掛けられていない。音声素材としては、１２〜１６モーラ（２〜３秒）からなる平易な文章をサンプリング周波数８０００Ｈｚ、量子化精度１６ビットで録音した。さらに、ハイパスフィルタによって低周波ノイズ（４０Ｈｚ以下）を低減させたものである。図２中の［Ｂ４−Ｂ１］は、刺激Ｂ４と刺激Ｂ１の活性度の差を表す。［Ｓ−Ｎ］で見られる左側頭葉の賦活部位（図２ｃ）は，通常の音声認識に利用される部位であると考えられる。［Ｂ４−Ｂ１］（図２ａ、ｂ）、［Ｂ４−Ｎ］（図２ｅ）においても，［Ｓ−Ｎ］と同じ部位が賦活されている。また、これに加え右側頭葉の賦活も見られる。さらにＳｕｂ．Ｂでは前頭葉の両側、Ｓｕｂ．Ｃでは前頭葉と頭頂葉の両側、小脳の右側にも賦活が見られる。このことから、Ｂ４の聴取では、通常の音声認識の処理に加えて，他の補助的処理手段を用いて音声認識をおこなっていると考えることができる。また、側頭葉以外の賦活パターンが被験者間で大きく異なることが観測され、音声認識部位以外の活性化には、個人差があると考えられる。従って、従来人為的には活性化が期待できなかった部位を活性化する可能性がある。
【００１７】
脳活動の活性化は、その部位の機能を維持、強化するので、聴覚認識部位の機能を強化できることはもちろん、聴覚認識部位以外の多様な部位、たとえば、言語認識部位について機能強化ができ、外国語学習効果が期待できる。通常、脳の所定の部位を選択的に活性化することは、普通の人にとっては容易ではない。特別な思考活動や運動をしないと活性化できない部位もある。本発明によれば、意識することなく、自分の脳の多様な部位の活性化を行うことができ、他の方法では活性化が困難な部位の活性化もできるので、聴力の機能強化、聴取内容の認識機能の強化により、外国語学習に効果的である。たとえば、帯域数を極端に減らしてトレーニングを始めると、通常使っていた周波数情報が使えないので、脳は周波数情報なしでなんとか音声を知覚・弁別しようとする。このとき、通常使用していないけれど、使えそうなものがあれば、換わりに使う（代償）仕組みが脳内で働き始める。しかし、この作業には、通常使わない脳内の部位を使う必要が生じ、新しい神経ネットワークが創設される。すなわち、劣化雑音音声の使用により、脳内で通常母国語の音声知覚や発声に使われる部位以外の部位を賦活し、外国語用の新しい神経ネットワークが形成されると考えられる。この過程で、通常の音声を聞いたときには弁別できなかった違いを弁別したり、弁別に従ってその外国語本来の正確な発音する機能を獲得したりできる。その結果、外国語の弁別能が上昇し、発声も上手になる。従って、ヒヤリングだけでなく、スピーキングにも効果が期待できる。
【００１８】
上記説明では、帯域濾波部４の出力信号である帯域雑音信号を雑音源５から作成したが、音声信号を歪ませて雑音化した信号から作成してもよい。帯域濾波部１の入力信号を歪ませて雑音信号として雑音源５の出力信号の代りに帯域濾波器４ａから４ｄに供給してもよいし、帯域濾波器１ａ〜１ｄの出力信号を歪ませて雑音信号として乗算器３ａから３ｄのそれぞれに供給してもよい。
【００１９】
図１では、４つの周波数帯域の音声信号についてそれぞれ包絡検出し、包絡信号により対応する帯域雑音信号の振幅を変化させたが、一部の包絡信号のみを用いてもよい。包絡信号の時間変化の早さは音声の変化に追随するものでよいが、更に遅いものにしてもよい。すなわち、各周波数帯域の包絡信号の時間平均値としてもよい。また、全周波数帯域の包絡信号としてもよい。脳の活性化効果は、やや少なくなることもあるが、聴覚認識や音声認識部位以外の活性化が行える。
【００２０】
図１では、４つの周波数帯域の音声信号のすべてを帯域雑音信号に置き換えたが、一部の周波数帯域の音声信号は乗算部３に加えずに、直接加算器６に加えるようにして、音声信号成分を残してもよい。外国語学習の初級者の場合、音声信号成分を残す周波数帯域を多くするようにしてもよい。また、外国語学習の進歩に従い、音声信号成分を残す周波数帯域を様々に変更してもよい。
【００２１】
本実施の形態の外国語学習装置の各ブロックは、アナログ回路による、帯域濾波回路、包絡検出回路、乗算回路、雑音信号発生回路などにより実現できる。また、これらの回路機能を、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）により実現することも可能である。
なお、マイクロフォンと入力端子７は、外国語の音声信号を劣化雑音音声生成部９に出力する音源信号部のブロックと看做してもよい。
【００２２】
以上、本実施の形態によれば、入力音声信号の少なくとも一部を単一又は複数の帯域信号に分けて雑音化した劣化雑音音声信号とし、学習者が聴取するようにした外国語学習装置であり、当該外国語学習装置により脳の活性化を促し、外国語学習に効果が期待される。
なお、帯域分割周波数を６００、１５００、２１００Ｈｚは、日本語の母音のフォルマントの差異に対応する周波数に近いので、外国人が日本語を学習する場合に適用できる。
（実施の形態２）
【００２３】
図３は、本発明の劣化雑音音声を用いた別の実施の形態による外国語学習装置のブロック図である。図３において、劣化雑音音声生成部９は、図１において示したのと同様に、帯域濾波部１、包絡線抽出部２、乗算部３、帯域濾波部４、雑音源５、加算部６により構成される。音源信号部１０には、外国語による種々の言葉や文章の音声信号が記憶されている。記憶されている音声信号は、外国語の音声波形をデジタルサンプルデータの形式としたものでよいが、音声圧縮されたデジタルデータ形式でもよい。なお、これら以外の形式でもよい。音源信号部１０は、記憶している音声信号を読み出して、劣化雑音音声生成部９に供給する。音源信号部１０が供給する音声信号は、上記デジタルサンプルの形式である。音源信号部１０が音声圧縮されたデジタルデータを読み出した場合は、圧縮を解いてデジタルサンプル形式とした音声信号を劣化雑音音声生成部９に供給する。制御部１１は選択用の操作手段を内蔵しており、音源信号部１０に制御信号または制御情報を加えて所定の言葉や文章の音声信号による課題を選択、指定する。操作手段は、ボタンスイッチやキーボード入力手段などでよい。音源信号部１０は、指定された言葉や文章の音声信号を劣化雑音音声生成部９の帯域濾波部１に供給する。出力端子８からは、その言葉や文章の劣化雑音音声信号が得られる。これを、出力部１６のヘッドフォン１３により、学習者に聞かせる。なお、出力部１６において、スピーカを使用してもよい。指導者は、制御部１１の操作手段を外国語学習の教科過程にしたがって操作して、順次、言葉や文章を聞かせ、学習者は劣化雑音音声を聴いて、認識した言葉や文章を指導者に口頭で回答し、指導者は、正誤を判定してその結果を学習者に知らせ、次のステップに進む。学習者は、正誤を知ることにより学習をする。指導者は正誤の状況に応じて、次に与える言葉や文章を選択する。
【００２４】
帯域濾波部１、４の各帯域濾波器の周波数帯域は、０〜６００Ｈｚ、６００〜１５００Ｈｚ、１５００〜２５００Ｈｚ、２５００〜４０００Ｈｚを標準的なものとする。帯域選択部１２は、帯域濾波部１と２の上記各帯域分割周波数、または／および、帯域数を切り替えることができる。このためには、帯域選択部１２には、帯域分割周波数や帯域数を指示する複数組の情報を記憶しておき、ボタンスイッチやキーボード入力手段などの操作手段により、複数組の情報から選択するようにすればよい。たとえば、周波数帯域の数を１、２、３、４の内から選択できる。これは、母音、子音、破裂音など、言葉によっては、４つの周波数帯域を必要としない場合があるからである。たとえば、帯域濾波器１ｃ、１ｄ、４ｃ、４ｄの出力を０とすることにより、周波数帯域の数を２とすることができる。また、全部、あるいは任意の一部の帯域濾波器について、その周波数帯域の間の帯域分割周波数を６００Ｈｚ、１５００Ｈｚ、２５００Ｈｚ、４０００Ｈｚとは別の周波数に切換選択できる。６００Ｈｚ、１５００Ｈｚ、２５００Ｈｚ、４０００Ｈｚは、第１フォルマントと第２フォルマントによって、音声の母音、日本語では、／ａ／、／ｉ／、／ｕ／、／ｅ／、／ｏ／を分離する周波数境界の標準的なものに近い値である。この周波数境界は、日本語を外国語として学習する場合に適用可能である。しかし、この周波数境界は、人によって少し異なっている場合がある。このような個人差に対応して、周波数帯域の境界を調整、変更することにより外国語学習効果がよくなることが期待されるので、このために帯域選択部１２により周波数境界を切換選択できるようにしておく。また、外国語では、母音の体系が日本語の場合とは異なるものがあるので、外国語に対応するように帯域濾波器の数や帯域分割周波数を切り替えられるようにしてもよい。
【００２５】
外国語対応をする場合は、言語自動認識部を設けておき、学習者や指導者が最初にマイクロフォンに入力した言葉や文章を自動認識して、言語自動認識部が国名データを帯域選択部１２に与えて、帯域選択部１２が、その国の言葉に対応した帯域濾波器数と周波数帯域境界を、帯域濾波部１と４に設定させるようにしてもよい。
なお、上記、帯域濾波器数と周波数帯域境界の選択や切換、言語自動認識による帯域濾波器数と周波数帯域境界の選択や切換は、実施の形態１で説明した外国語学習装置にも適用することができる。
以上、本実施の形態のような、上述の外国語学習装置により、外国語認識に対する脳の活動の活性化を促す効果がある。
【００２６】
なお、音源信号部１０は、半導体メモリ、ハードディスクメモリなどの記憶手段により実現できる。制御部１１は、専用のハードウェアにより構成されてもよく、あるいは、ハードディスクや半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェア・プログラムをＣＰＵ等のプログラム実行部が読み出して実行することによって実現され得る。制御部１１には、単語や文章を選択するスイッチのような入力手段を設ければよい。
（実施の形態３）
以下、外国語学習方法の実施の形態について説明する。図４は、本発明の外国語学習装置の機能を実施する方法のフローチャートの一例である。
【００２７】
以下説明する各ステップは、音声データが生成されるサンプリング周波数に対応する周期に同期して定常的に実行される。音声入力手順（ステップＳ１０）において、外国語学習装置のマイクロフォンからの入力音声信号をＡＤ変換し、帯域濾波手順（ステップＳ１２）に音声データを渡す。次に、帯域選択手順（ステップＳ１１）において、以降の帯域濾波手順（ステップＳ１２）と（ステップＳ１４）が行なう帯域濾波の帯域周波数の数や帯域分割周波数の変更や設定を必要に応じて行なう。この手順は、帯域選択部１２に対する学習者の操作がある場合に実行する。操作が無ければ手順を飛ばす。次に、帯域濾波手順（ステップＳ１２）において、設定された帯域濾波の帯域周波数の数や帯域分割周波数にもとづいて、音声データを濾波する。濾波された音声データは、包絡抽出手順（ステップＳ１３）において、その包絡成分データが抽出される。次に、帯域濾波手順（ステップＳ１４）において、ホワイトノイズの雑音信号を、上記設定された帯域濾波の帯域周波数の数や帯域分割周波数にしたがって濾波し、帯域雑音信号データを生成する。包絡成分データと帯域雑音信号データは、つぎの乗算手順（ステップＳ１５）において乗算され、乗算結果が複数の帯域分ある場合は、加算手順（ステップＳ１６）において累算する。累算した音声データは、劣化雑音音声データである。これを、信号提示手順（ステップＳ１７）において、ＤＡ変換しアナログ音声信号としてイヤフォンより学習者に提示し、聴取してもらう。
【００２８】
（ステップＳ１０）〜（ステップＳ１７）の各手順は、図４のように順次実行してもよいし、それぞれ並列的に実行してもよい。それらの手順は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）のプログラムの形式で実現できる。各帯域濾波手順は、周知のデジタルフィルタの演算処理プログラムにより実現できる。包絡抽出手順は、帯域濾波した音声データを半波整流処理し、高周波変動を除去する低域濾波処理を行えばよい。また、帯域濾波した音声データを半波整流処理し、その出力波形のデータのピーク値を包絡線データとしてもよい。このようなデジタル波形処理の個々は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）のプログラムとして周知であるので、詳細の説明は省く。また、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）の処理動作は、ＭＰＵと半導体メモリによるコンピュータシステム、および、メモリに記憶したプログラムによっても実現可能である。
【００２９】
また、（ステップＳ１１）から（ステップＳ１６）の手順は、劣化雑音音声作成手順（ステップＳ１００）を構成する。なお、（ステップＳ１００）を、以下の説明において、劣化雑音作成手順、または、第１のステップと呼ぶことがある。
【００３０】
帯域選択手順（ステップＳ１１）において、日本語、英語、ドイツ語、中国語などの言語自動認識手順を備えて、認識した言語にあった周波数帯域の数と帯域分割周波数を選択するようにしてもよい。言語自動認識の技術は、公知技術であるので、ここでの詳細な説明は省略する。
（実施の形態４）
【００３１】
図５は、外国語学習の進捗に従って、音声信号による課題の聞き取りの難易度を変更した劣化雑音音声信号や、劣化音声信号の帯域分割周波数や雑音化する帯域数を変更して異ならせた劣化雑音音声信号を学習者が聞いて学習効果を向上させるようにした本発明の外国語学習装置のブロック図である。聞き取りの難易度とは、音源信号部２０が出力する音声信号を聞いたときに、音声信号の理解が容易か、困難かを意味する。聞き取りの難易度は、外国語の音声信号を構成する文章や言葉が異なる場合に変わる。簡単な文章、短い文章、文法構造が簡単な文章、短い単語などは一般的に、聞き取りの難易度が低い。音声信号における話し言葉の速さ、すなわち、発生速度が中庸の場合は、発生速度が速い場合や発生速度が極端に遅い場合にくらべて、聞き取りの難易度が低い。英語などでは、女性の話し言葉の方が、男性の話し言葉よりも理解しやすく、聞き取りの難易度が低い。これは、音声信号のピッチ周波数の違いにより、聞き取りの難易度が異なることによると考えられる。本実施の形態では、学習者の回答結果により、上記のような音声信号の聞き取りの難易度を変化させて、学習効果を高める。聞き取りの難易度を変化させる方法としては、後述するように、文章や言葉、話し言葉の発声速度、ピッチ周波数などが異なる複数の音声信号を音源として記憶しておき、複数の音声信号から選択する方法や、音声信号の再生速度や再生ピッチ周波数を変化させる方法などがある。なお、以下の説明で、文章は、単語や熟語などの言葉も含む意味とする。逆に、言葉は、文章、単語、熟語などを含む意味とする。上記説明したように、音声信号の聞き取りの難易度を変更するとは、異なる音声信号から選択して変更を行う場合と、選択した音声信号に変更を及ぼす場合の何れをも含む概念である。また、音声信号を構成する文章の一部の単語などの言葉の音声信号を別の難易度の単語の音声信号に置き換えて別の文章の音声信号として出力する場合も含む。このような言葉の置き換えの方法は、編集による音声合成などの技術として周知であるので、説明を省く。
【００３２】
以上説明したように、本実施の形態においては、音声信号を構成する言葉、音声信号の発声速度、ピッチ周波数の１つが異なる複数の音声信号を記憶しておいて適宜選択し、劣化雑音音声信号に変換して出力部１６により出力する。また、音声信号を構成する言葉の一部、あるいは全部を元の音声信号から変更する、音声信号の発声速度を元の音声信号から変更する、あるいは、ピッチ周波数の１つを元の音声信号から変更することにより生成した難易度が異なる音声信号を、劣化雑音音声信号に変換して出力部１６により出力する。なお、難易度を異ならせる方法については、上記例に限定されない。
【００３３】
図５において、本発明の外国語学習装置は、音源信号部２０、劣化雑音音声生成部２１、制御部３０、ヘッドフォン１３、表示部１４、および、受付部１５を具備する。音源信号部２０には、外国語学習用の単語や文章の例文などの例題が音声信号として複数記憶されている。音源１から音源３は、音源信号であって、それぞれ難易度に対応しており、音源１は初級者用の例題、音源２は中級者用の例題、音源３は上級者用の例題である。各例題は、例えば、課題１０個ずつからなる。各課題は、難易度識別子Ｎｉ（Ｎｉ＝１〜３）と課題番号Ｑｊ（Ｑｊ＝１〜１０）により個別に選択可能となっている。音源信号部２０は、各課題の音声信号を劣化雑音音声生成部２１に供給する。
【００３４】
劣化雑音音声生成部２１は、図１において説明した劣化雑音音声を生成する構成と基本的には同様であるが、帯域分割周波数や雑音化する帯域数が変更できるようにしている。このために、各帯域濾波器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの出力信号と、それぞれに対応する各乗算器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの出力信号の何れかを選択するスイッチＳＷａ、ＳＷＢ、ＳＷｃ、ＳＷｄを各帯域に対応して設け、各スイッチＳＷａ、ＳＷＢ、ＳＷｃ、ＳＷｄの出力信号を加算部６において加算するようにしている。各スイッチＳＷａ、ＳＷＢ、ＳＷｃ、ＳＷｄにより、任意の帯域を外国語音声成分にするか、劣化雑音成分にするかを選択できる。すなわち、スイッチＳＷａ、ＳＷＢ、ＳＷｃ、ＳＷｄにより、劣化雑音成分を適用する帯域数を選択、変更できる。このために、帯域設定手段２２にスイッチ情報を格納するスイッチ情報レジスタを設けておき、当該レジスタ内のスイッチ情報により各ＳＷａ、ＳＷＢ、ＳＷｃ、ＳＷｄの信号選択を切り替える。本劣化雑音音声生成部２１の場合、スイッチ情報レジスタは４ビット、スイッチ情報は４ビットの情報でよい。また、各帯域濾波器１ａと４ａ、１ｂと４ｂ、１ｃと４ｃ、１ｄと４ｄの各帯域分割周波数、すなわち、境界周波数を変更可能とする。帯域設定手段２２に帯域分割周波数情報用の帯域分割周波数レジスタを設けておき、当該レジスタに設定される帯域分割周波数情報を各帯域濾波器に供給し、各帯域濾波器の帯域分割周波数を変更する。帯域濾波器１ａと４ａ、１ｂと４ｂ、１ｃと４ｃ、１ｄと４ｄのように４組の場合、帯域分割周波数は３つの周波数であるので、最低３つの帯域分割周波数情報を設定、変更すればよい。スイッチ情報と帯域分割周波数情報の詳細の例については、後述する。
【００３５】
制御部３０は、回答評価制御手段３１、正解記憶手段３２、音源選択手段３３、帯域選択手段３４、表示制御手段３６、および、入力解析手段３５を具備する。正解記憶手段３２には、音源信号部２０に記憶している各課題に対する正解情報として正解文字情報が記憶されている。正解１は初級者用の音源１の各課題に対応する正解文字情報であり、正解２は中級者用の音源２の各課題に対応する正解文字情報であり、正解３は上級者用の音源３の各課題に対応する正解文字情報である。各正解文字情報は、音源１、音源２、音源３と同様、難易度識別子Ｄｉ＝１〜３と課題番号Ｑｉ＝１〜１０により個別に選択可能となっている。受付部１５は、学習者が回答を入力する手段であり、学習者が入力する回答結果を受け付ける。受付部１５は、テンキーやキーボード等で構成されうる。入力解析手段３５は、受付部１５からの入力情報を解析し、文字列情報や数字情報に変換する手段であり、テンキーやキーボード等の入力用のデバイス・ドライバ等で実現され得る。表示部１４は、液晶表示などの表示手段であり、表示用のデバイス・ドライバなどによる表示制御手段３６からの出力情報を表示する。また、入力解析手段３５からは、入力された文字列情報や数字情報が表示制御手段３６に供給され、当該文字列や数字が、表示部１４に表示される。回答評価制御手段３１は、後述する手順にしたがって、難易度識別子Ｄｉ＝１〜３と課題番号Ｑｊ＝１〜１０の何れかを音源選択手段３３に供給し、かつ、帯域分割周波数情報とスイッチ情報を帯域選択手段３４に供給する。帯域選択手段３４は、帯域分割周波数情報とスイッチ情報を、図６に示した帯域設定手段２２に供給する。音源選択手段３３は、回答評価制御手段３１から供給された難易度識別子Ｄｉと課題番号Ｑｊに従って、音源信号部２０内の課題を読み出して劣化雑音音声生成部２１に供給するとともに、正解記憶手段３２から、上記読み出した課題に対応する正解文字情報を読み出して回答評価制御手段３１に供給する。回答評価制御手段３１は、正解記憶手段３２から供給される正解文字情報と、入力解析手段３５から供給される回答の文字列情報や数字情報とを比較し、後述する手順により、同じ難易度における次の課題の選択や、別の難易度における課題の選択を行い、該当する難易度識別子Ｄｉ＝１〜３と課題番号Ｑｊ＝１〜１０の何れかを音源選択手段３３に供給する。また、回答評価制御手段３１は、正解文字情報を表示制御手段３６に供給し、表示部１４に正解の文字列を表示する。回答評価制御手段３１は、正解記憶手段３２、音源選択手段３３、帯域選択手段３４、表示制御手段３６、および、入力解析手段３５の各動作の制御を行う。
【００３６】
図７は、本実施の形態における外国語学習装置の動作の手順を示すフローチャートである。図７は、音声信号の聞き取りの難易度を変更する場合のフローチャートである。外国語学習装置の電源がＯＮになると、回答評価制御手段３１は、最初に、帯域選択手段３４が予め記憶している帯域分割周波数情報とスイッチ情報を帯域設定手段２２に供給し、劣化音声化する周波数帯域の帯域分割周波数の設定と、雑音化する帯域数の設定を行わせる。次に、回答評価制御手段３１は、（ステップＳ３０）の音源選択手順において、初級者用の音源１の難易度識別子Ｄｉ＝１と課題番号Ｑｊ＝１を音源選択手段３３に供給する。音源選択手段３３は、難易度識別子Ｄｉ＝１と課題番号Ｑｊ＝１を音源信号部２０に渡し、音源信号部２０において音源１を選択させ、音源１の音声信号を劣化雑音音声生成部２１に供給させる。また、音源選択手段３３は、難易度識別子Ｄｉ＝１と課題番号Ｑｊ＝１を正解記憶手段３２に渡し、正解記憶手段３２に正解１を選択させ、正解１を回答評価制御手段３１に出力させる。
【００３７】
次に（ステップＳ１００）に進み、図４において説明した劣化雑音音声作成手順を実行する。次に（ステップＳ３１）に進み、劣化雑音音声提示手順を実行する。本手順は、図６の劣化雑音音声生成部２１により生成した劣化雑音音声信号をヘッドフォン１３により学習者に聞かせる手順である。出力端子８よりヘッドフォン１３に劣化雑音音声信号を供給する際には、劣化雑音音声信号のデジタルサンプル情報を、図示しないデジタルアナログ変換器と電力増幅器によりアナログ信号に変換して供給することは言うまでもない。
【００３８】
次に（ステップＳ３２）に進み、回答手順において、学習者は課題を聞き、回答案を受付部１５に入力する。受付部１５は、回答結果を受け付ける。学習者の回答結果である回答案情報は、入力解析手段３５において、単語や文章の文字列情報に変換され、回答評価制御手段３１に供給される。
【００３９】
次に（ステップＳ３３）の回答評価手順に進み、制御部３０の回答評価制御手段３１は、上記（ステップＳ３０）において受け取っていた難易度識別子Ｄｉ＝１と課題番号Ｑｊ＝１の課題に対する正解の文字列情報と回答案の文字列情報とを比較し、一致している場合、正解と判定し、不一致の場合、不正解と判定する。回答評価制御手段３１は、内部に具備する正解数記憶手段に正解数または不正解数を記録する。
【００４０】
次に（ステップＳ３４）の正解提示手順に進み、回答評価制御手段３１は、正解の文字列情報を表示制御手段３６に供給し、表示制御手段３６は、表示部１４に正解の文字列を表示させる。学習者は、自身の回答案と正解とを比較して、誤ったところを確認して学習する。
【００４１】
次に（ステップＳ３５）に進み、回答評価制御手段３１は、記憶している課題番号Ｑｊ＝１について、課題番号ＱｊがＱｊ＝１０かどうか判定する。Ｑｊ＝１０でない場合、難易度Ｎｉ＝１の課題については、まだ全問終了していないので、Ｎｏである。回答評価制御手段３１は、Ｑｊに１を加えた新たなＱｊを記憶し、（ステップＳ３０）に戻る。
【００４２】
（ステップＳ３０）において、回答評価制御手段３１は、難易度識別子Ｄｉ＝１と課題番号Ｑｊ＝２を音源選択手段３３に供給する。（ステップＳ３０）から（ステップＳ３４）の手順により、難易度識別子Ｄｉ＝１と課題番号Ｑｊ＝２の音声信号の課題を使用した学習が行える。制御部３０は、Ｑｊ＝１０になるまで、（ステップＳ３０）から（ステップＳ３５）の手順を繰り返す。この一連の手順において、回答評価制御手段３１は、（ステップＳ３３）においては、内部に具備する正解数記憶手段に正解数または不正解数を累積記録する。
【００４３】
（ステップＳ３５）において、回答評価制御手段３１は、記憶している難易度識別子Ｄｉ＝１と課題番号Ｑｊについて、課題番号ＱｊがＱｊ＝１０かどうか判定する。Ｑｊ＝１０の場合、難易度Ｎｉ＝１の課題については、全問終了であるので、Ｙｅｓであり、（ステップＳ３６）に進む。（ステップＳ３６）の正答率評価手順において、回答評価制御手段３１は、正解数記憶手段に記憶している正解数と不正解数を調べ、正解数と不正解数の和に対する正解数の比、すなわち、正答率ＣＩ（％）を算出する。
【００４４】
次に（ステップＳ３７）の正答率提示手順に進み、回答評価制御手段３１は、算出した正答率情報を表示制御手段３６に渡し、表示部１４に、正答率ＣＩの数値を％表示させる。次に（ステップＳ３８）の正答率対応音源探索手順に進み、回答評価制御手段３１は、正答率ＣＩが所定の閾値、たとえば、７５％以上かどうかを判定し、上記閾値以上の場合、難易度識別子Ｄ１に１を加算しＤｉ＝２とし、課題番号をＱｉ＝１として、音源選択手段３３に供給する。音源選択手段３３は、難易度識別子Ｄｉ＝２と課題番号をＱｉ＝１に対応する課題の音源と正解の情報が音源信号部２０と正解記憶手段３２にあるかどうかを調べる。見つかれば、音源選択手段３３は、回答評価制御手段３１に正解記憶手段３２内の難易度識別子Ｄｉ＝２と課題番号をＱｉ＝１に対応する正解文字情報を渡す。
【００４５】
回答評価制御手段３１は、（ステップＳ３９）に進み、新難易度の課題の有無を判定する。回答評価制御手段３１は、難易度識別子Ｄｉ＝２と課題番号をＱｉ＝１に対応する正解文字情報を受け取ったことにより、新難易度の課題の有と判定し、Ｙｅｓとなり、（ステップＳ３０）に戻る。
【００４６】
（ステップＳ３０）から（ステップＳ３５）において、難易度識別子Ｄｉ＝２、課題番号をＱｉ＝１から１０の課題について、劣化雑音音声信号がヘッドフォン１３を介して学習者に供給され、中級者用の音源２を教材として外国語の学習が行われる。（ステップＳ３５）において、Ｑｉ＝１０になると、難易度識別子Ｄｉ＝２の課題が終了し、（ステップＳ３６）から（ステップＳ３９）に進み、難易度識別子Ｄｉ＝２の課題１０問に対する正答率ＣＩの判定が行われ、正答率ＣＩが所定の閾値以上であれば、更に難易度が高い上級者向けの難易度識別子Ｄｉ＝３の教材である音源３の課題１０問が学習者に提示される。
【００４７】
上級者向けの難易度識別子Ｄｉ＝３の教材の課題１０問の学習が終わり、正答率ＣＩが所定の閾値以上の場合、回答評価制御手段３１は、正解記憶手段３２から、もはや正解文字情報の供給がないので、（ステップＳ３９）において、回答評価制御手段３１は、学習終了の文字情報を生成して、表示制御手段３６に供給し、表示制御手段３６は、表示部１４に学習終了の文字を表示させる。
以上のように、図７のフローチャートの手順によれば、学習者の回答結果の正答率ＣＩが閾値より高い場合、課題の難易度を変更し、高い難易度の課題を提示するので、高い学習効果が得られる。
【００４８】
また、次のようにしてもよい。回答評価制御手段３１内部に正答率記憶手段を設けておき、算出した正答率を正答率記憶手段に閾値として記憶しておく。回答評価制御手段３１は、今回の例題に対する正解率ＣＩを算出すると、次に、今回の当該正答率ＣＩと上記正答率記憶手段に記憶している閾値、すなわち前回の正答率とを比較する。今回の正答率ＣＩが閾値より大きい場合、回答評価制御手段３１は、正答率が上昇したと判定し、難易度識別子Ｄｉを増加させて、音源選択手段３３に、次の例題を選択させるようにしてもよい。このようにすれば、学習者の回答結果の正答率ＣＩの上昇に従って、課題の難易度を変更し、高い難易度の課題を提示するので、高い学習効果が得られる。
【００４９】
なお、同じ難易度の音源の音声信号と当該音声信号に対応する正解情報を各難易度についてそれぞれ複数組記憶しておき、正答率ＣＩが所定の閾値に達しない場合は、（ステップＳ３８）において、難易度が同じである他の課題を選択して提示するようにしてもよい。正答率ＣＩが別の所定の閾値よりも小さい場合は、難易度が低い課題を選択するようにしてもよい。
【００５０】
また、上記フローチャートでは、難易度が最も低い課題から課題提示を始めるようにしたが、学習者が難易度を選択するようにしてもよい。このためには、スタート直後に、回答評価制御手段３１が、「１．初級」、「２．中級」、「３．上級」、「数字を選択してください」などの文字情報を表示制御手段３６に供給して、表示部１４に表示させ、学習者に選択を促す。学習者が選択した数字を受付部１５に入力すると、入力解析手段３５は、数字情報を回答評価制御手段３１に渡す。回答評価制御手段３１は、受け取った数字情報を難易度識別子Ｄｉとして適用し、課題番号Ｑｊ＝１と共に音源選択手段３３に供給して、任意の難易度の音声信号の課題を選択するようにすればよい。
【００５１】
上記説明では、正解１、正解２、正解３の各正解文字情報を、制御部３０内に設けた正解記憶手段３２に記憶したが、正解１、正解２、正解３の各正解文字情報を、音源１、音源２、音源３とそれぞれ対にして、音源信号部２０の内部に記憶してもよい。この場合は、音源選択手段３３が、音源１、音源２、音源３の何れかを選択すると、対になっている正解文字情報を、音源選択手段３３が取り出して、回答評価制御手段３１に渡すようにすればよい。
【００５２】
音源１、音源２、音源３は、聞き取りの難易度を変化させるために、各音源を構成する文章、単語、熟語などの言葉が互いに異なるような音声信号とする。あるいは、音源１、音源２、音源３は、話し言葉の速さが互いに異なる音声信号とする。また、音源１、音源２、音源３は、ピッチ周波数の異なる音声信号とする。また、音源１、音源２、音源３は、男性、女性、子供などの声による音声信号としてもよい。
【００５３】
また、音源信号部２０の内部に、音声信号の速度変換手段、または、ピッチ周波数変換手段を具備させ、音源１、音源２、音源３による音声信号を速度変換手段により発声速度を変化させるか、または、ピッチ周波数変換手段によりピッチ周波数変化させ、劣化雑音音声生成部２１に供給してもよい。この場合は、音源信号部２０の内部に記憶している音源１、音源２、音源３による音声信号は、音源信号部２０が劣化雑音音声生成部２１に供給する音声信号の元になるデジタルサンプルの形式のデータである。この場合は、制御部３０の音源選択手段３３は、音源信号部２０内部の速度変換手段、または、ピッチ周波数変換手段に対して、学習者の回答結果に従って、速度指示情報、または、ピッチ周波数指示情報を供給すればよい。速度変換手段やピッチ周波数変換手段の具体例としては、音声信号のデジタルサンプルデータの読み出し速度を変化させる手順、高速読み出しによりデジタルサンプルデータが不足になる場合に読み出したデジタルサンプルデータを繰り返して挿入する手順、また、低速読み出しにより音声信号のデジタルサンプルデータが余る場合にデータを間引く手順、などの処理を組み合わせることによる周知の手段を適用できる。
【００５４】
また、既に上記説明で触れたが、音源信号部２０の内部に記憶している音源１、音源２、音源３による音声信号として、文章を構成する主語、述語、目的語、副詞、助詞など、および、各種の単語などの文章の構成要素を音声信号の形式で記憶しておき、構成要素を選択し、つなげて１つの文章を構成するようにした、音声信号の生成方式、すなわち、編集による音声合成方式を適用する場合は、次のようにすればよい。すなわち、回答評価制御手段３１は、受け取った数字情報を難易度識別子Ｄｉとして適用し、課題番号Ｑｊと共に音源選択手段３３に供給する。音源選択手段３３は、難易度識別子Ｄｉと課題番号Ｑｊを音源信号部２０に渡す。音源信号部２０は、難易度識別子Ｄｉと課題番号Ｑｊに従って、課題の文章を構成する単語を選択して、１つの文章を構成し、音声信号の形式で、劣化雑音音声生成部２１に供給する。このためには、音源信号部２０の内部に、難易度識別子Ｄｉと課題番号Ｑｊと対応する文章の構成要素の識別子群との対応表を設けておく。音源信号部２０は、音源選択手段３３から得た難易度識別子Ｄｉと課題番号Ｑｊを元に、上記対応表を参照して、使用する構成要素の識別子を調べ、その識別子の要素である音声信号を識別子の順に読み出して、一連の文章になった音声信号を生成すればよい。従って、文章の元になる上記文章の要素の音声信号は、音源信号部２０が記憶する音声信号であって、劣化雑音音声生成部２１に供給する音声信号の元になるデジタルサンプルの形式の音声信号に相当する。なお、それぞれの要素の音声信号１つ１つが、音源選択手段３３が供給する音声信号であると看做してもよい。この場合は、音源信号部２０は、複数の音声信号を連続した１群として、劣化雑音音声生成部２１に供給するとも看做せる。
（実施の形態５）
【００５５】
本実施の形態では、学習者の学習の進捗状況に応じて帯域分割周波数や雑音化する帯域数を変更する。本実施の形態の外国語学習装置の構成は、図５および図６において説明した構成と同様であるので、異なる部分を中心に説明する。
【００５６】
図６に示した劣化雑音音声生成部２１において、帯域濾波器１ａと４ａの高域遮断周波数をｆａ（Ｈｚ）とする。帯域濾波器１ａと４ａの低域遮断周波数、および、帯域濾波器１ｂと４ｂの高域遮断周波数、すなわち、帯域分割周波数をｆａｂ（Ｈｚ）とする。帯域濾波器１ｂと４ｂの低域遮断周波数、および、帯域濾波器１ｃと４ｃの高域遮断周波数、すなわち、帯域分割周波数をｆｂｃ（Ｈｚ）とする。帯域濾波器１ｃと４ｃの低域遮断周波数、および、帯域濾波器１ｄと４ｄの高域遮断周波数、すなわち、帯域分割周波数をｆｃｄ（Ｈｚ）とする。帯域濾波器１ｄと４ｄの低域遮断周波数をｆｄ（Ｈｚ）とする。１組の帯域分割周波数情報を、｛ｆｄ、ｆｃｄ、ｆｂｃ、ｆａｂ、ｆａ｝で表す。帯域分割周波数情報がＭ組ある場合、各帯域分割周波数情報の１組を、｛ｆｍ｝＝｛ｆｄｍ、ｆｃｄｍ、ｆｂｃｍ、ｆａｂｍ、ｆａｍ｝と表す。ここで、ｍ＝１〜Ｍとする。ｍは、帯域分割周波数情報の組を識別する識別子情報である。
【００５７】
また、各スイッチＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃ、ＳＷｄのスイッチ情報をＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄとする。スイッチ情報＝１の場合、各スイッチＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃ、ＳＷｄにおいて、それぞれ帯域濾波器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの出力信号を選択し、スイッチ情報＝０の場合、それぞれ乗算器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの出力信号を選択するものとする。１組のスイッチ情報を、｛Ｓ｝＝｛Ｓｄ、Ｓｃ、Ｓｂ、Ｓａ｝と表す。なお、Ｓｄ＝Ｓｃ＝Ｓｂ＝Ｓａ＝１の場合は、劣化雑音音声生成部２１の出力端子８における出力信号は入力端子７の音源信号とほぼ同じで、劣化雑音成分を含まない音源信号に戻る。Ｓｄ＝Ｓｃ＝Ｓｂ＝Ｓａ＝０の場合は、劣化雑音音声生成部２１の出力端子８における出力信号は、全ての周波数帯域が劣化雑音成分になる。スイッチ情報がＮ組ある場合、各スイッチ情報の１組を、｛Ｓｎ｝＝｛Ｓｄｎ、Ｓｃｎ、Ｓｂｎ、Ｓａｎ｝と表す。ここで、ｎ＝１〜Ｎとする。ｎは、スイッチ情報の組を識別する識別子情報である。
【００５８】
また、正答率をＣＩ（％）で表し、正答率の閾値を２５％、５０％、７５％とする。正答率ＣＩが、０％≦ＣＩ≦２５％の場合、ｍ＝１、ｎ＝１とし、２５％＜ＣＩ≦５０％の場合、ｍ＝２、ｎ＝２とし、５０％＜ＣＩ≦７５％の場合、ｍ＝３、ｎ＝３とし、７５％＜ＣＩ≦１００％の場合、ｍ＝４、ｎ＝４とする。なお、この場合は、Ｍ＝Ｎ＝４である。
【００５９】
各帯域分割周波数情報のｍ＝１〜Ｍの組、｛ｆｍ｝＝｛ｆｄｍ、ｆｃｄｍ、ｆｂｃｍ、ｆａｂｍ、ｆａｍ｝（ただし、ｍ＝１〜Ｍ）と、スイッチ情報のｎ＝１〜Ｎの組、｛Ｓｎ｝＝｛Ｓｄｎ、Ｓｃｎ、Ｓｂｎ、Ｓａｎ｝（ただし、ｎ＝１〜Ｎ）をテーブルとして、帯域選択手段３４内の記憶手段に記憶しておく。Ｍ＝Ｎ＝４の場合の、本テーブルの例を図９（Ａ）および（Ｂ）に示す。
【００６０】
また、回答評価制御手段３１内の記憶手段に、正答率の閾値２５％、５０％、７５％の閾値情報と、正答率ＣＩが０％≦ＣＩ≦２５％の場合、ｍ＝１、ｎ＝１とし、２５％＜ＣＩ≦５０％の場合、ｍ＝２、ｎ＝２とし、５０％＜ＣＩ≦７５％の場合、ｍ＝３、ｎ＝３とし、７５％＜ＣＩ≦１００％の場合、ｍ＝４、ｎ＝４とする対応表とを記憶しておく。本対応表の例を図９（Ｃ）に示す。なお、閾値としては上記以外の値でもよい。
【００６１】
図８は、本実施の形態における外国語学習装置の動作手順のフローチャートである。なお、｛Ｓ１｝＝｛０、０、０、０｝、｛Ｓ２｝＝｛０、１、０、０｝、｛Ｓ３｝＝｛０、１、０、１｝、｛Ｓ４｝＝｛１、１、１、１｝であるものとして、以下の説明を行う。本発明の外国語学習装置の電源がＯＮになると、回答評価制御手段３１は、（ステップＳ４０）において、最初に、識別子情報ｍ＝１と識別子情報ｎ＝１、すなわち、（ｍ、ｎ）＝（１、１）を帯域選択手段３４に渡す。帯域選択手段３４は、記憶手段内の図９（Ａ）のテーブルと図９（Ｂ）のテーブルを参照し、ｍ＝１の帯域分割周波数情報｛ｆ１｝とｎ＝１のスイッチ情報｛Ｓ１｝を選択して帯域設定手段２２に供給する。帯域設定手段２２は、帯域分割周波数情報｛ｆ１｝とスイッチ情報｛Ｓ１｝に従って、劣化雑音音声生成部２１において劣化音声化する周波数帯域の帯域分割周波数の設定と雑音化する帯域数の設定を行う。スイッチ情報｛Ｓ１｝は｛０、０、０、０｝であるので、音声信号の全体域が劣化雑音成分になる。
【００６２】
次に、回答評価制御手段３１は、（ステップＳ３０）の音源選択手順において、初級者用の音源１の難易度識別子Ｄｉ＝１と課題番号Ｑｊ＝１を音源選択手段３３に供給する。音源選択手段３３は、難易度識別子Ｄｉ＝１と課題番号Ｑｊ＝１を音源信号部２０に渡し、音源信号部２０において音源１を選択させ、音源１の音声信号を劣化雑音音声生成部２１に供給させる。また、音源選択手段３３は、難易度識別子Ｄｉ＝１と課題番号Ｑｊ＝１を正解記憶手段３２に渡し、正解記憶手段３２に正解１を選択させ、正解１を回答評価制御手段３１に出力させる。
【００６３】
次に（ステップＳ１００）に進み、劣化雑音音声生成部２１は、帯域分割周波数情報｛ｆ１｝とスイッチ情報｛Ｓ１｝に従って、音源１の課題番号Ｑｊ＝１の音声信号から劣化雑音音声信号を生成する。その後の（ステップＳ３１）から（ステップＳ３５）は、実施の形態４において図７と共に説明した手順と同じである。１０問の課題の学習が終わると、（ステップＳ３５）においてＹｅｓとなり、（ステップＳ３６）に進み、回答評価制御手段３１は、正答率ＣＩを算出する。次に（ステップＳ３７）に進み、正答率ＣＩが表示部１４に表示される。（ステップＳ３６）、（ステップＳ３７）も、実施の形態４において図７と共に説明した手順と同じである。
【００６４】
次に、（ステップＳ４８）の正答率対応帯域探索手順に進む。（ステップＳ４８）において、回答評価制御手段３１は、その内部に設けてある記憶手段に記憶している図９（Ｃ）の対応表を探索し、正答率ＣＩが該当する欄を調べ、正答率ＣＩの値に対応する識別子情報の組（ｍ、ｎ）を読み出して帯域選択手段３４に渡す。図９（Ｃ）の対応表を探索し、正答率ＣＩが該当する欄を調べるには、正答率ＣＩと２５％、５０％、７５％の閾値情報とを、回答評価制御手段３１内に設けた比較手段により比較し、正答率ＣＩが、どの閾値の範囲になるかを調べればよい。
【００６５】
次に（ステップＳ４９）に進み、正答率ＣＩが１００％であればＹｅｓとなり、学習を終了する。正答率ＣＩが１００％未満の場合、Ｎｏの判定となり、（ステップＳ４０）に戻る。（ステップＳ４０）に戻ると、回答評価制御手段３１から帯域選択手段３４に渡されていた（ｎ、ｍ）に基づき、帯域選択手段３４は、図９（Ａ）、（Ｂ）のテーブルを参照して、｛ｆｍ｝、｛Ｓｎ｝を読み出し、帯域設定手段２２に渡す。帯域設定手段２２は、｛ｆｍ｝、｛Ｓｎ｝に従い、劣化雑音音声生成部２１内の各帯域濾波器の周波数特性と各スイッチの設定を行う。
【００６６】
次に（ステップＳ３０）から（ステップＳ３５）の手順を繰り返す。正答率ＣＩが３０％であった場合、（ｍ、ｎ）＝（２、２）が図９（Ｃ）の対応表により選択され、図９（Ｂ）のテーブルにより、｛Ｓ２｝＝｛０、１、０、０｝に従って、各スイッチが設定される。帯域濾波器１ｃの帯域の音声信号の部分が帯域雑音成分になる。正答率が向上するに従い、｛Ｓｄｎ、Ｓｃｎ、Ｓｂｎ、Ｓａｎ｝において、ビット１が増えるので、音源１の課題番号Ｑｊ＝１から１０の音声信号に対して、音源１の音声信号成分が使用される帯域数が増える。正答率ＣＩが７５％を越えると、（ｍ、ｎ）＝（４、４）となり、｛Ｓ４｝＝｛１、１、１、１｝であるので、全帯域において、音源信号成分が使用され、元の音声信号に戻る。このように、本実施の形態の外国語学習装置では、学習が進んで正答率ＣＩが大きくなると、図９（Ｃ）の対応表では、（ｍ、ｎ）の識別子の値が大きくなり、劣化雑音成分と原音声信号成分の分布割合が変化する。
【００６７】
｛ｆｍ｝、｛Ｓｎ｝の情報の内容の意義について説明する。学習の初期においては、当該外国語を聞き分けて理解するための神経回路が脳に殆どないと考えられる。この状態では、｛Ｓｎ｝＝｛０、０、０、０｝としておき、学習者が通常使用しない部位の脳細胞を活性化させて、新たな神経回路を形成しやすくする。全帯域濾波器の周波数帯域で、劣化雑音音声成分となり、多様な部位の脳細胞が活性化される。なぜなら、帯域数を極端に減らしてトレーニングを始めると、通常使っていた周波数情報が使えないので、脳は周波数情報なしでなんとか音声を知覚・弁別しようとする。このとき、通常使用していないけれど、使えそうなものがあれば、換わりに使う（代償）仕組みが脳内で働き始める。しかし、この作業には、通常使わない脳内の部位を使う必要が生じ、新しい神経ネットワークが創設されるからである。この状態で学習を続けると、外国語の聞き分けが少しではあるが可能になり、正答率ＣＩが２５％を越えるようになる。この段階では、全周波数帯域が劣化雑音音声成分ではなく、全帯域濾波器の一部の周波数帯域で、元の音声信号成分を使用する。すなわち、｛Ｓｎ｝の一部のビットを１とする。正答率ＣＩが向上するに従って、｛Ｓｎ｝のビットの１を多くする。この過程で、最初の｛Ｓｎ｝＝｛０、０、０、０｝の場合とは異なる部位の脳細胞が活性化されるとともに、当該外国語の聞き分けに必要な脳神経回路の形成とその強化が進む。正答率ＣＩが１００％に近づいた段階では、｛Ｓｎ｝＝｛１、１、１、１｝として、劣化雑音音声生成部が音声信号とほぼ同じ信号を出力する。すなわち、全帯域濾波器の周波数帯域を元の音声信号成分として、当該外国語の聞き分けに必要な脳神経回路の強化を完成する。劣化雑音音声生成部が音声信号と同じ信号を出力するには、｛Ｓｎ｝＝｛１、１、１、１｝として、全帯域信号が、元の音声信号の成分により構成されるようにする。なお、元の音声信号を出力端子８に直接導くスイッチを設けてもよい。元の音声信号とほぼ同じ信号とは、音声信号と全く同じ周波数成分を有する信号、または、大略同じ周波数成分を有する信号を意味する。すなわち、帯域濾波部１において、フィルタの周波数特性や位相特性によって、元の音声信号の周波数成分やその位相が変更されるので、出力端子８における信号の周波数成分やその位相特性は、元の音声信号とは全く同じにならない場合があるが、このような場合もほぼ同じ信号といえる。
【００６８】
帯域分割周波数情報｛ｆｍ｝についても、同様の考え方で、様々な帯域周波数分割状態を作って、脳に通常とは異なる音刺激を与えることにより、当該外国語の聞き分けに必要な脳神経回路の形成とその強化を行うことができる。たとえば、最初は、４つの周波数帯域が設定され、正答率ＣＩが向上するに従って、帯域雑音化している周波数帯域の帯域幅を狭めてゆき、帯域雑音化しない周波数帯域の帯域幅を拡大してゆき、正答率ＣＩが十分大きくなると、帯域雑音化している周波数帯域の帯域幅をゼロとすれば、スイッチ情報｛Ｓｎ｝により帯域数を変更するのと同様の効果を実現できる。また、最初に、｛ｆ１｝＝｛ｆｄ１、ｆｃｄ１、ｆｂｃ１、ｆａｂ１、ｆａ１｝を｛１００Ｈｚ、１００Ｈｚ、８０００Ｈｚ、８０００Ｈｚ、８０００Ｈｚ｝とすると、帯域濾波器１ｄ、４ｄ、１ｂ、４ｂ、１ａ、４ａの周波数帯域幅は、ほぼ０Ｈｚになり、帯域濾波器１ｃ、４ｃの周波数帯域幅は、ほぼ１００Ｈｚから８０００Ｈｚになり、帯域数が１つになる。この帯域の音声信号を雑音帯域信号に変換すると、元の音声信号成分が殆どなく、かつ、抽出される包絡線信号も１つになるので、聞き取りの難易度が高い劣化雑音音声信号になる。｛ｆ２｝、｛ｆ３｝、｛ｆ４｝になるに従って、ｆｃｄ＝６００Ｈｚ、ｆｂｃ＝１５００Ｈｚ、ｆａｂ＝２５００Ｈｚのような値に近づけるように変更してゆくと、聞き取りの難易度がやや低下して聞き取りやすくなる。さらに、４つの帯域の信号を帯域雑音信号から音声信号成分に戻してゆくと、更に聞き取り易くなってゆく。したがって、帯域分割周波数を変化させることにより、各帯域濾波器の帯域幅を変化させることができると共に、帯域数を変化させることもできる。
【００６９】
また、次のようにしてもよい。回答評価制御手段３１内部に正答率記憶手段を設けておき、算出した正答率を正答率記憶手段に閾値として記憶しておく。回答評価制御手段３１は、今回の例題に対する正解率ＣＩを算出すると、次に、今回の当該正答率ＣＩと上記正答率記憶手段に記憶している閾値、すなわち前回の正答率とを比較する。今回の正答率ＣＩが閾値より大きい場合、回答評価制御手段３１は、正答率が上昇したと判定し、ｍ、ｎの値を増加させ、帯域選択手段３４に、（ｍ、ｎ）に対応した帯域分割周波数や帯域数を選択させる。
【００７０】
図９（Ａ）のテーブルでは、ｍ＝１から４の４種類の帯域分割周波数の組を選択した。ｍの数を多くして、多数の帯域分割周波数の組から選択するようにしてもよい。また、正答率ＣＩの大きさに正比例または反比例するように、帯域分割周波数の値を連続的に変化させてもよい。各帯域濾波器の帯域分割周波数を正答率ＣＩの関数式の形で変化させてもよい。
【００７１】
このように、聞き取りの難易度が高い劣化雑音音声信号を聞いて学習を行っておくと、実施の形態１において説明したと同様に、いきなり通常の音声を聞いたときには弁別できなかった違いを弁別したり、弁別に従ってその外国語本来の正確な発音する機能を獲得したりできる。その結果、外国語の弁別能が上昇し、発声も上手になる。従って、ヒヤリングだけでなく、スピーキングにも効果が期待できる。本実施の形態では、帯域分割周波数や劣化雑音の帯域数を順次変化させるので、外国語学習効果が多角的に行える。
【００７２】
帯域分割周波数情報｛ｆｍ｝、スイッチ情報｛Ｓｎ｝の内容や表現形式は上記の例に限られない。正答率ＣＩと（ｍ、ｎ）の対応についても、図９（Ｃ）の対応表以外でもよい。たとえば、（ｍ、ｎ）のｍとｎをランダムに変更して、様々な帯域分割周波数情報｛ｆｍ｝とスイッチ情報｛Ｓｎ｝の組み合わせにより、劣化雑音音声信号を作り学習者に聞かせてもよい。
【００７３】
本実施の形態では、（ステップＳ３０）において、初級者用の音源１を使用するように説明したが、中級者用の音源２、上級者用の音源３を使用してもよいことは言うまでもない。使用する音源を学習者に選択させる手順を追加してもよいし、正答率の向上に伴って、使用する音源の難易度を変更する手順を組み合わせてもよい。
【００７４】
上記実施の形態４及び実施の形態５における劣化雑音音声生成部２１の動作（ステップＳ１００）は、図４に示した（ステップＳ１１）〜（ステップＳ１６）の各手順と同様でよい。なお、図６におけるスイッチＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃ、ＳＷｄが、劣化雑音成分を選択しない場合は、該当する帯域の乗算を省いてもよい。図４のように各処理ステップを順次実行してもよいし、音源信号情報のサンプリング周波数に同期して、それぞれ並列的に実行してもよい。それらの手順は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）のプログラムの形式で実現できる。各帯域濾波手順は、周知のデジタルフィルタの演算処理プログラムにより実現できる。包絡抽出手順は、帯域濾波した音声データを半波整流処理し、高周波変動を除去する低域濾波処理を行えばよい。また、帯域濾波した音声データを半波整流処理し、その出力波形のデータのピーク値を包絡線データとしてもよい。このようなデジタル波形処理の個々は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）のプログラムとして周知であるので、詳細の説明は省く。また、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）の処理動作は、ＭＰＵと半導体メモリによるコンピュータシステム、および、メモリに記憶したプログラムによっても実現可能である。
【００７５】
上記実施の形態４及び実施の形態５における制御部３０は、通常、ＭＰＵやメモリ等から実現され得る。メモリとしては、半導体メモリやハードディスクメモリなどの記憶媒体が適用できる。記憶媒体は、不揮発性の記憶媒体が好適であるが、揮発性の記憶媒体でもよい。制御部３０における各処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはＲＯＭ等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア（専用回路）で実現しても良い。回答手順（ステップＳ３２）、正解提示手順（ステップＳ３４）、正答率提示手順（ステップＳ３７）は、テンキーやキーボード等の入力手段のためのデバイス・ドライバや、表示画面の制御ソフトウェア等で実現され得る。表示部１４への表示の出力とは、ディスプレイへの表示、プリンタへの印字、音出力、外部の装置への送信等を含む概念である。また、表示部１４は、ディスプレイやスピーカ等の出力デバイスを含むと考えても含まないと考えても良い。音源信号部２０と正解記憶手段３２には、半導体メモリやハードディスクメモリなどの記憶媒体が適用できる。回答評価制御手段３１や帯域選択手段３４内の記憶手段についても、半導体メモリやハードディスクメモリなどの記憶媒体が適用できる。また、音源信号部２０と正解記憶手段３２を、ＣＤ−ＲＯＭ記憶装置により構成し、ＣＤ−ＲＯＭディスクのような記録媒体に音源信号部２０と正解記憶手段３２を記録しておき、ＣＤ−ＲＯＭドライブ装置によりＣＤ−ＲＯＭディスクを読み出すようにしてもよい。
（実施の形態６）
【００７６】
図１の外国語学習装置では、マイクロフォンからの入力音声信号が、入力端子７を経て帯域濾波部１に印加されるようにしたが、入力の音声信号に音声成分とともに周囲雑音成分が含まれる場合がある。このような場合には、図１０のような構成にしてもよい。図１０において、マイクロフォンからの入力端子７に印可された入力音声信号は、音声信号抽出部５０を経て劣化雑音音声生成部９に印加される。音声信号抽出部５０は、周囲雑音などを含む入力音声信号から、音声信号を抽出する機能を有する。このために、例えば、スペクトルサブトラクションのような手法で、入力音声信号中に含まれる音声信号以外の雑音成分を抑圧するような構成とする。
（実施の形態７）
【００７７】
図３の外国語学習装置や図５の外国語学習装置において、音源信号部１０、２０の音声信号が音声成分以外の周囲雑音を含む場合は、図１０において説明した音声信号抽出部５０を経て劣化雑音音声生成部９、２１に印加するようにしてもよい。また、２人の内のひとりが、マイクロフォンから言葉や文章を入力して、もうひとりが、その劣化雑音音声を聞き、元の言葉や文章を言い当てるようなゲーム形式の外国語学習装置やゲーム装置では、周囲の雑音が混入することがあるので、音声信号抽出部５０を設けることが好ましい。
（実施の形態８）
【００７８】
図１１は、音源信号部４０に、あらかじめ音声信号を劣化雑音音声に変換した劣化雑音音声信号を音源として記憶しておき、劣化雑音音声信号を出力部１６に供給し、ヘッドフォン１３により学習者に聞かせる外国語学習装置である。本実施の形態では、図３や図５の劣化雑音音声生成部９、２１を具備しなくともよいことになる。制御部３０は、図５の実施の形態と同様でよい。
【００７９】
また、音源信号部４０に、劣化雑音音声信号の音源１、音源２、音源３と、各音源と対になる正解１、正解２、正解３の各正解文字情報を記憶してもよい。各正解文字情報は、各音源を構成する複数の課題に対応して、課題ごとの正解文字情報から構成される。この場合は、制御部３０の音源選択手段３３が、音源１、音源２、音源３の何れかを選択すると、選択される音源と対になっている正解文字情報を、音源選択手段３３が音源信号部４０から取り出して、制御部３０の回答評価制御手段３１に渡すようにすればよい。
【００８０】
音源信号部４０を、ＣＤ−ＲＯＭ記録媒体とＣＤ−ＲＯＭドライブ装置のような記録媒体と記録媒体読み出し装置により構成し、制御部３０の音源選択手段３３が、記録読み出し装置に指示して、所定の劣化雑音音声信号音源と正解文字情報を読み出し、劣化雑音音声信号を出力部１６に出力し、正解文字情報を回答評価制御手段３１に渡すようにしてもよい。記録媒体と記録媒体読み出し装置としては、不揮発性の半導体メモリを内蔵したメモリカードのような記憶媒体と記憶媒体の読み出し装置により構成してもよい。ＣＤ−ＲＯＭ記録媒体やメモリカードには、劣化雑音音声信号の音源１、音源２、音源３とそれぞれ対になった正解１、正解２、正解３の各正解文字情報を記録または記憶しておく。実施の形態４、実施の形態５で説明した制御部３０の処理手順のプログラムも、ＣＤ−ＲＯＭ記録媒体やメモリカードに記録または記憶しておいてもよい。
（実施の形態９）
【００８１】
上記図５の構成を基本として、種々の外国語学習用のゲーム装置を実現することができる。最初に、ゲームのタイトルや難易度選択画面を表示し、遊戯者が難易度を受付部１５から選択し、制御部３０は、選択された難易度の単語や文章の劣化雑音音声を選択して提示する。正答率の記録や正答数などをゲーム中にも表示部１４に表示してゆく。高得点が得られたら表示部１４に面白い画面がご褒美として現れ、遊戯者が楽しめるようにする。一定時間内に何問答えられ、何問の正解が出るかを競うようにすることもできる。このようなゲームの場合、外国語学習の初級者向けでもよいし、上級者向けのゲーム装置とすることもできる。対象者によって、提示内容、提示速度、提示画面は、適切なものにすることができる。高得点を獲得しようとする意欲が脳の活性化を更に促す効果も期待できる。
【００８２】
遊戯者が、ゲームの難易度の選択を、受付部１５を操作して行なってもよい。たとえば、帯域濾波器の数を１〜４個の内から選択する。４個の場合の方が、１個の場合よりも、元の言葉や文章をより正しく判別し易いので、ゲームの難易度レベルの遊戯者が選択できることになる。
（実施の形態１０）
次に、実施の形態２において簡単に述べた、外国語に応じて帯域分割周波数を変更する場合の構成について、図１２（Ａ）、（Ｂ）により更に詳しく説明する。
【００８３】
図１２（Ａ）において、マイクロフォン６３と入力端子７は、音源信号部６０を構成する。マイクロフォン６３の出力信号は、図示しないアナログ・デジタル変換回路によりデジタル音声信号情報の形式に変換した音声信号として、入力端子７を介して、劣化雑音音声生成部９に供給される。また、デジタル形式の音声信号は、種別取得部６３にも供給される。種別取得部６３は、周知の言語自動認識手段を内蔵している。言語自動認識手段は、デジタル音声信号情報を分析して、どの外国語かを調べ、該当する外国語に対応した外国語種別情報を生成する機能を有するもので、一般的にはコンピュータシステムによって構成される。外国語種別情報とは、日本語、英語、中国語、フランス語、ドイツ語などに割り振られた外国語識別用の情報である。種別取得部６３は、デジタル音声信号情報を受付け、受け付けたデジタル音声信号情報に基づいて外国語種別情報を生成し、外国語種別情報を変更部６２に供給する。変更部６２は、外国語種別情報に従って、その国の言葉に対応した帯域濾波器数と周波数帯域境界を、帯域濾波部１と４に設定させる。変更部６２は、帯域選択部１２と同様に実現できるが、帯域濾波器数と周波数帯域境界を設定するパラメータとして、各国の言語に対応したパラメータを予め内蔵しておき、外国語種別情報に従って、パラメータを選択する構成とすればよい。すなわち、変更部６２は、帯域分割周波数、または／および、帯域数に関する外国語ごとの対応表を記憶しておき、種別取得部６３から供給される外国語種別情報に従って、帯域分割周波数、または／および、帯域数の情報を対応表から読み出し、劣化雑音音声生成部９に供給する。
【００８４】
図１２（Ｂ）は、言語自動認識装置に代えて、キーボードやマウスなどの入力装置により、外国語に適した帯域濾波器数と周波数帯域境界を、劣化雑音音声生成部９の帯域濾波部１と４に設定させる実施例である。種別受付部６４は、指導者または学習者が外国語種別情報を入力する入力手段であって、スイッチ、キーボード、マウスなどの入力装置などを適用できる。種別受付部６４が受け付けた外国語種別情報は、変更部６２に供給される。変更部６２は、帯域分割周波数、または／および、帯域数に関する外国語ごとの対応表を記憶しておき、種別取得部６３から供給される外国語種別情報に従って、帯域分割周波数、または／および、帯域数の情報を読み出し、劣化雑音音声生成部９に供給する。種別受付部６４が受け付けた外国語種別情報は、音源信号部１０にも供給される。音源信号部１０には、複数の外国語に対応した音源信号が記憶されており、音源信号部１０は、供給された外国語種別情報に従って、該当する外国語の音声信号を選択して、劣化雑音音声生成部９に供給する。
このようにすれば、当該外国語に適した帯域濾波器数と周波数帯域境界を劣化雑音音声生成部９に設定させ、適切な劣化雑音音声信号を生成して、出力部１６に出力することができる。
【００８５】
なお、劣化雑音音声生成部９の代りに、劣化雑音音声生成部２１の構成を適用してもよい。この場合は、劣化雑音音声生成部２１内に帯域設定手段２２が設けられているので、変更部６２は、帯域選択手段３４と同様の構成とし、内部に、帯域濾波器数と周波数帯域境界を設定するパラメータとして、各国の言語に対応したパラメータを予め内蔵しておき、外国語種別情報に従って、パラメータを選択して、帯域設定手段２２に供給する構成とすればよい。すなわち、変更部６２は、帯域分割周波数、または／および、帯域数に関する外国語ごとの対応表を記憶しておき、種別取得部６３から供給される外国語種別情報に従って、帯域分割周波数、または／および、帯域数の情報を対応表から読み出し、帯域設定手段２２に供給する。
【００８６】
また、本実施の形態に、図５から図９において説明した、回答結果に従って難易度の変化した音声信号を供給したり、回答結果に従って帯域分割周波数、または／および、帯域数を変更したりする構成を組み合わせてもよいことは言うまでもない。
（その他の実施の形態及び補足）
【００８７】
音源信号部１０、２０に記憶されている音声信号は、音声信号波形のデジタルサンプルデータの形式で記憶されるのが好適であるが、アナログ波形、圧縮データ形式などでもよく、これらの形式に限定されない。出力部１６の出力端子８における劣化雑音音声信号の出力形式は、デジタルサンプルデータの形式、アナログ信号波形などが考えられるが、デジタルサンプルデータの形式の場合、アナログ信号波形に変換してヘッドフォン１３に供給することは言うまでもない。劣化雑音音声信号は、最終的に音に変換され、学習者が聞くことになる。
【００８８】
上記各実施の形態では、劣化雑音音声生成部９、２１における帯域濾波部１と４の帯域濾波器の数を、典型例として４個としたが、その数は、４個に限定されるものではなく、４個以下、以上でもよく、その時々に必要に応じた帯域数で実施すればよい。また、帯域分割周波数や雑音化する帯域数を変化させる方法は、図６に示した劣化雑音音声生成部２１による方法に限られない。たとえば、帯域濾波器の高域、低域の遮断特性を変化させることにより、劣化雑音成分と元の音声信号成分の比を変化させるような構成にしてもよい。劣化雑音音声生成部２１は、劣化雑音音声信号における元の音声信号成分と雑音成分のエネルギー比、エネルギー比の周波数分布などが変化できるものでもよい。スイッチＳＷａの代りに、乗算器３ａと帯域濾波器１ａの出力信号に重み付けをして加算する加算器を設け、重み情報を、正答率ＣＩに従って変更すると、元の音声信号成分と雑音成分のエネルギー比を変更できる。スイッチＳＷｂ、ＳＷｃ、ＳＷｄについても同様の加算器に置き換え、各加算器の重み情報を変更設定すれば、帯域ごとの元の音声信号成分と雑音成分のエネルギー比を自由に変更できる。
【００８９】
上記実施の形態４、５では、例題として課題１０問に対して正答率ＣＩを算出したが、課題１問ごとの正答率、すなわち、正解か誤りかを判定し、その結果により次の課題を選択するようにしてもよいことは言うまでもない。
【００９０】
また、学習者が、受付部１５に当該外国語の文字で入力してもよいし、母国語の文字で入力するようにしてもよい。正解記憶手段３２に記憶する正解文字情報は、当該外国語の文字情報、および、または、母国語の文字情報とすればよい。
【００９１】
学習者が、回答番号を選択して回答するようにしてもよい。このためには、例題の各課題に対応して、複数個、例えば、５個の回答案の文字情報と回答番号を正解文字情報として正解記憶手段３２に記憶しておき、回答評価制御手段３１が、表示制御手段３６を介して表示部１４に表示させ、回答者が、表示を見て、回答番号を選択して受付部１５に入力する、あるいは、マウスにより、表示部１４上の回答番号の文字を選択して、入力解析手段３５に入力するようにすればよい。
【００９２】
上記各実施の形態において、劣化雑音音声信号を出力する前に、元の音声信号を出力して、学習者に聞かせるようにしてもよい。劣化雑音音声信号と元の音声信号を交互に出力するようにしてもよい。このためには、音源信号部１０、２０の出力信号を、劣化雑音音声生成部２１を迂回してヘッドフォン１３に供給する経路を設けておけばよい。
【００９３】
本発明の外国語学習のプログラムは、上記各実施の形態において説明した外国語学習装置の処理手順をコンピュータに動作させるためのプログラムであり、幾つかのプログラムがあり得る。すなわち、外国語の音声信号の少なくとも一部を帯域信号に分けて雑音化した劣化雑音音声信号を出力するステップ、例えば、劣化雑音作成手順、または、第１のステップである（ステップＳ１００）を具備する外国語学習のプログラムである。
【００９４】
あるいは、学習者の回答結果を受け付けるステップ、例えば（ステップＳ３２）と、前記回答結果に応じて、外国語の音声信号を構成する言葉、前記音声信号の発声速度、ピッチ周波数の１つを変更して聞き取りの難易度を変更するステップと、前記変更された音声信号の少なくとも一部を複数の帯域信号に分けて、当該複数の帯域信号のうちの一部または全部の帯域信号を雑音化した劣化雑音音声信号を出力するステップ、例えば（ステップＳ１００）と（ステップＳ３１）を具備する外国語学習のプログラムである。
【００９５】
あるいは、学習者の回答結果を受け付けるステップ、例えば（ステップＳ３２）と、前記回答結果に応じて、外国語の２以上の音声信号から１つを選択するステップ、例えば（ステップＳ３０）と、前記選択した音声信号の少なくとも一部を複数の帯域信号に分けて、当該複数の帯域信号のうちの一部または全部の帯域信号を雑音化した劣化雑音音声信号を出力するステップ、例えば（ステップＳ１００）と（ステップＳ３１）を具備する外国語学習のプログラムである。
【００９６】
あるいは、外国語の音声信号の少なくとも一部を複数の帯域信号に分けて、当該複数の帯域信号のうちの一部または全部の帯域信号を雑音化した劣化雑音音声信号を出力するステップ、例えば（ステップＳ１００）と（ステップＳ３１）と、学習者の回答結果を受け付けるステップ、例えば（ステップＳ３２）と、前記回答結果に応じて、前記劣化雑音音声生成部における帯域分割周波数、または／および、雑音化する帯域数を変更するステップ、例えば（ステップＳ４０）を具備する外国語学習のプログラムである。
【００９７】
なお、本発明の外国語学習方法手順のプログラムを記録した記録媒体は、プログラムを記録したＲＯＭ、ＲＡＭ、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、メモリカード、ハードディスクなどの記録媒体をいう。また、電話回線、搬送路などの通信媒体も含む概念である。すなわち、本実施の形態の処理を、ソフトウェアで実現する場合、このソフトウェアをソフトウェアダウンロード等により配布しても良い。
【００９８】
また、音源信号部１０、２０、４０が記憶する音声信号または劣化雑音音声信号、および、音源信号部２０、４０が記憶する音声信号または劣化雑音音声信号、あるいは、更には、例題や課題に対応する正解文字情報を記録した記録媒体は、プログラムを記録したＲＯＭ、ＲＡＭ、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、メモリカード、ハードディスクなどの記録媒体をいう。また、音源信号部１０、２０、４０が記憶する音声信号または劣化雑音音声信号、および、音源信号部２０、４０が記憶する音声信号または劣化雑音音声信号、あるいは、更には、例題や課題に対応する正解文字情報を、教材などのソフトウェアとしてソフトウェアダウンロード等により配布しても良い。
【００９９】
外国語の音声信号またはその劣化雑音音声信号は、複数の課題や複数の例題として纏めて、遠隔地にあるサーバ装置に格納しておき、当該サーバ装置から、通信手段を介して、外国語の音声信号またはその劣化雑音音声信号のデータをダウンロードして、音源信号部１０、２０、４０に一旦記憶してから、上記各実施の形態のように読み出してもよい。また、外国語の音声信号またはその劣化雑音音声信号による課題を１つだけ学習時にダウンロードして使用し、学習が終わると次の課題をダウンロードするようにしてもよい。サーバ装置には、正解情報も格納しておき、例題や課題と共にダウンロードするのが好ましい。この場合は、学習者の回答結果を制御部３０から通信手段により、遠隔地にある外国語の音声信号またはその劣化雑音音声信号を格納してあるサーバ装置に送信し、サーバ装置が次の例題を選択するようにしてもよい。音源信号部２０を遠隔地にあるサーバ装置内部に設け、劣化雑音音声生成部２１、制御部３０および、出力部１６を、個人情報端末ＰＤＡ、携帯電話、家庭用のパソコン、家庭電気機器などに搭載し、劣化雑音音声生成部２１、制御部３０とサーバ装置との間を通信手段により結合するようにしてもよい。音源信号部２０と劣化雑音音声生成部２１を遠隔地にあるサーバ装置内部に設け、制御部３０と出力部１６を、個人情報端末ＰＤＡ、携帯電話、家庭用のパソコン、家庭電気機器などに搭載し、制御部３０、出力部１６とサーバ装置との間を通信手段により結合するようにしてもよい。音源信号部４０を遠隔地にあるサーバ装置内部に設けて、制御部３０と出力部１６を、個人情報端末ＰＤＡ、携帯電話、家庭用のパソコン、家庭電気機器などに搭載し、制御部３０、出力部１６とサーバ装置との間を通信手段により結合するようにしてもよい。
【０１００】
また、音源信号部２０と劣化雑音音声生成部２１、または、音源信号部４０と、制御部３０とを遠隔地にあるサーバ装置内部に設け、表示部１４、受付部１５、ヘッドフォン１３のような出力部１６を、個人情報端末ＰＤＡ、携帯電話、家庭用のパソコン、家庭電気機器などの端末装置に搭載し、サーバ装置が、劣化雑音音声信号と当該劣化雑音音声信に対応する正解情報を端末装置に、通信回線を介して送信すべく出力するようにしてもよい。正解情報は、端末装置内の表示部１４において表示され、受付部１５により受け付けた回答結果は、通信回線を介して、サーバ装置の制御部３０に送られるようにすればよい。なお、制御部３０の入力解析手段３５と表示制御手段３６は、端末装置に設けてもよい。
なお、上記のようなダウンロード形式を適用する場合、サーバ装置と端末装置には通信回線と結合するための送受信回路を設けることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明にかかる外国語学習装置、外国語学習方法、外国語学習の記録媒体およびプログラムは、外国語学習学校や一般家庭において使用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の一実施形態による外国語学習装置のブロック図
【図２】劣化雑音音声による脳の活動活性化の観測例を示す図
【図３】本発明の一実施形態による別の外国語学習装置のブロック図
【図４】本発明の一実施形態による外国語学習装置の動作を示すフローチャート
【図５】本発明の一実施形態による更に他の外国語学習装置のブロック図
【図６】本発明の一実施形態による劣化雑音音声生成部のブロック図
【図７】本発明の一実施形態による外国語学習装置の動作を示すフローチャート
【図８】本発明の一実施形態による別の外国語学習装置の動作のフローチャート
【図９】本発明の一実施形態によるテーブル、対応表などの図
【図１０】本発明の一実施形態による更に別の外国語学習装置のブロック図
【図１１】本発明の一実施形態による更に他の外国語学習装置のブロック図
【図１２】本発明の一実施形態による更に他の外国語学習装置のブロック図
【符号の説明】
【０１０３】
１、４    帯域濾波部
２    包絡抽出部
３    乗算部
５    雑音源
６    加算部
７    入力端子
８    出力端子
９    劣化雑音音声生成部
１０、２０、４０    音源信号部
１１、３０    制御部
１２    帯域選択部
１３    ヘッドフォン
１４    表示部
１５    受付部
１６    出力部
２２    帯域設定手段
３１    回答評価制御手段
３２    正解記憶手段
３３    音源選択手段
３４    帯域選択手段
３５    入力解析手段
３６    表示制御手段
５０    音声信号抽出部
６０    音源信号部
６１    種別取得部
６２    変更部
６３    マイクロフォン
６４    種別受付部
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図２】
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