2004 − HI −109 (7)2004 − SLP− 52 (7)2004／7／16

情報処理学会 音声言語情報処理研究会 研究報告
2004-SLP-52-7, Vol.2004, No.74, pp.41-46, July 2004.

非言語情報を活用した音声インタフェース
後藤 真孝
産業技術総合研究所

m.goto@aist.go.jp
あらまし

本稿では，非言語情報を活用した音声インタフェースに関する我々の一連の研究を紹介し，音声インタフェー

スの新たな可能性について考察する．音声の持つ情報は，言語情報と非言語情報に大別できるが，従来の音声認識研究の多くは，言語情報しか利用していなかった．本研究では，非言語情報の中で言い淀み（有声休止）と韻律（声の高さ）を取り上げ，それらを活用する「音声補完」「音声シフト」「音声スタータ」「音声スポッタ」の四つの音声インタフェース機能を実現してきた．いずれの機能も，わかりやすく発声が容易なルールに基づいており，訓練なしで利用できる．そうしたルールに沿って，ユーザに意図的に非言語情報を発声してもらうことで，音声の持つ潜在能力を様々な形で引き出すインタフェースが実現できた．

Speech Interface Exploiting Nonverbal Information
Masataka Goto
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)
1-1-1 Umezono, Tsukuba, Ibaraki 305-8568, Japan
Abstract

This paper introduces our research on speech interfaces using nonverbal information and examines

new possibilities in speech interfaces. Although speech information consists of verbal and nonverbal information,
most speech-recognition research has made use of only verbal information. From among nonverbal information, we
have focused on hesitation (ﬁlled pause) and prosody (voice pitch) to create four speech-interface functions: SpeechCompletion, Speech Shift, Speech Starter, and Speech Spotter. These functions are based on simple, easy-to-utter rules
and can be used without the need for training. By having users intentionally utter nonverbal information according
to those rules, we have achieved interfaces that can exploit the potential of speech in various forms.

1はじめにinformation)☆1を積極的に活用することで，音声の持つ潜在能力を引き出した音声インタフェース機能の従来の音声認識研究の多くは，音韻や単語のような言語情報 (verbal information) をいかに音声から得るかに焦点を当てて，認識率の向上を競ってきた．そうした技術は重要ではあるものの，認識率を高くするだけでは不十分であり，音声認識を利用したインタフェースはまだまだ使いにくい．
「 キーボード のどのキーが押されたかを正しく認識する技術」と，「そのキーボード を用いて使いやすいインタフェースを構築する研究」が全く異なることからわかるように，音声においても「 インタフェースの要素技術としてどう音声認識を使うか 」という観点からの研究をしなければ，本当の意味でユーザにとって使いやすいものは実現できない．

実現を目指してきた．非言語情報には，言い淀みや声の高さなどがあるが，従来はど ちらかというと誤認識を招く一因として嫌われていた．例えば ，音声入力中に言い淀むと誤認識され，適切に入力できないことが多かった．声の高さのような韻律に関しては，主に音声認識率を向上させる目的で利用を試みられたこともあったが，「 現在実用に供されている音声認
識技術ではピッチ情報は全くと言ってよいほど利用さ
1)，「 韻律情報は対話処理に関しては重要れておらず」だと思われるが音声認識にはその有効性があまり示2)と指摘される状況であった．それに対されてない」

して我々は，音声が言語情報と非言語情報を同時に伝達できることが本質的で重要であると考え，両者そこで我々は，音声認識をインタフェースとして快適で 使いやすいものに することを 目標に ，従来は無視されることの多かった非言語情報 (nonverbalを積極的に活用する方法を検討してきた．その結果，☆1
ここでは便宜上，パラ言語情報は非言語情報に含まれるものとする．

−41−

表 1: 実現した音声インタフェース機能の一覧
音声インタフェース機能の名称

活用する非言語情報
言い淀み 声の高さ◦◦◦◦

音声補完: 言い淀むと助けてくれる音声インタフェース機能
音声シフト : 声の高さでモードを切り替える音声インタフェース機能
音声スタータ: 言い淀んで言い始める音声インタフェース機能
音声スポッタ: 人間同士の会話中に音声認識が利用できる音声インタフェース機能◦◦

従来のように，無意識に発声された非言語情報を言語情報を補う目的で利用するのではなく，ユーザに意図的に発声してもらった非言語情報を，新たなインタフェース機能の実現のために活用することが可能となった．

非言語情報を活用し た音声イン

2(a) 「 うた だー」と言い淀む

タフェース
我々の研究では，音声の持つ潜在能力を引き出すための鍵が非言語情報にあると考え，それを有効活用する表 1 の四つの音声インタフェース機能を提案してきた．これらで用いる具体的な非言語情報としては，書き言葉にはない，音声に特有の言い淀み (有声休止) と声の高さ (基本周波数) の二つを取り上げた．

(b) 「 1 番」と言って候補を選択

なお言い淀みには，有声休止 (音節の引き延ばし )，無図 2: 音声フォワード 補完の画面表示例

声休止 (次の発話内容を考えているときの無音区間)，言い直し (例: 「 イタ，イタリア料理店は」) などの現☆2象があるが，本稿では有声休止 (ﬁlled pause)?

1. 音声フォワード補完のみ「うただー」

を対象とする．

「宇多田ヒカル」?

2. 音声バックワード補完

表 1 の機能では，従来の言語情報だけを伝達する「なんとかー ゆき」「小柳ゆき」音声入力と異なり，音声入力中にユーザが故意に言い3. 音声ツーウェイ補完

淀んだり声の高さを変えることが重要となる．それ「なんとかー じぇっ とー」

によって，新たな情報をユーザから計算機側に伝えることが可能になり，音声ならではの特長を生かしたイ?

?

「Blanky jet city」

図 3: 三種類の音声補完方式ンタフェース機能が実現できた．
を補って入力することを可能にする機能である 3)∼8) ．

2.1

音声補完

非言語情報の一つである言い淀みは，従来は単に誤認「 音声補完」は，音声入力時にユーザがある単語(あるいはフレーズ) の一部しか思い出せずに断片だけを言って言い淀むと，音声入力システム側がその残り☆2 本稿では有声休止を「母音の引き延ばし 」の意味で用いる．

識を招く一因と考えられていた．音声補完ではその言い淀みを逆に活用し，例えば，ユーザが単語発声途中に「 うた だー」☆3のように有声休止によって言い淀むと，「 宇多田ヒカル」を含む補完候補の一覧を見ることができる機能を提供した (図 1，図 2)．実際には，ユーザは必ずしも単語の頭がわかるわけでなく，末尾や中央部分に基づいて補完したい場合もある．そこで，ユーザが単語のど の部位を発声して入力した「うただー」

いか (補完したい方向) に応じて，図 3 の三種類の音「宇多田ヒカル？」

図 1: 音声補完: 全部を思い出せなくて言い淀むと計算機

声補完方式を提案した．これにより，入力中に困って側が残りを補って手助けをしてくれる

☆3

−42−

本稿では，発話中の有声休止箇所を下線で示す．

言い淀めば手助けが受けられる使いやすい音声入力る高さを推定し ，各発話がその基準からどれぐらいが実現できた．

高いかで識別する手法を実現して解決した．

技術的には，任意の単語中の有声休止のリアルタ
イムな検出と，検出した有声休止をトリガーとして，2.3

音声スタータ

補完のための候補を作成・提示する処理が必要とな「 音声スタータ」は，非定常雑音下で頑健な音声る．前者は，言語非依存な検出を可能にするために，認識の実現に，インタフェースの観点から取り組み，有声休止音が持つ音響的特徴 (音高とスペクトル包絡言い淀んだ後だけ音声認識することで雑音の誤検出の変動が小さい) を音響信号処理のみで検出する手を防止する機能である 14),15) ．従来，雑音下での認識法 9),10) を用いて解決した．後者は，入力された断片を実現するために，雑音に頑健な特徴量の研究が多と音響的に類似した部分を持つ複数の単語の候補をくなされてきたが，実際には，発話区間の切り出しミ生成できるように，音声認識システムを拡張して実スが誤認識に与える影響が大きく，特徴量の工夫だけ現した．

では頑健性を達成するのが困難であった．そこで，雑2.2

音下で話し始めるときには，必ず「えー」や「んー」音声シフトのような有声休止によって発話の頭で言い淀むこと「音声シフト」は，音声入力時に，ユーザの声の高をルールとするインタフェースを実現した (図 5)．通さで音声認識時の入力モード を切り替えることを可常，雑音中にはそうした言い淀みに似た音は含まれな

11)∼13)．声の高さは現在の音声いため，様々な物音が鳴っても発話区間と誤らずに音認識では使われていないが，音声シフトではこれを声入力システム側は適切に無視できる．これにより，インタフェースの観点から活用し，普通に発声した発ユーザは発話開始時点を音声だけで明示的に指示で話と故意に高く発声した発話を異なる入力モード にき，従来，ボタン操作等による指示でハンズフリーの割り当てることで，音声のみでモード 指定と情報入利点が失われていた問題を解決できた．

能にする機能である力とを同時におこなうことを可能にした．例えば，音技術的には，雑音に頑健な有声休止の検出と，発声ディクテーションにおいて，「 改行」と普通に発声話開始点・終了点の決定が課題となる．前者は，音声， 改行」
するとその文字が入力され (文字入力モード )「補完と同じリアルタイム有声休止検出手法 9),10) を用☆4と高く発声すると行末が改行される (コマンドモー

いて，有声休止の音響的特徴を雑音下で頑健に検出ド ) 機能が実現できた (図 4)．こうした，ユーザに意して解決した．後者に関しては，まず，発話開始点を図的に声の高さを切り替えてもらうことで，同じ 単有声休止の途中として認識処理を開始する．そして，語を (言語的) 文脈に頼らずに異なる意味で入力でき音声認識の途中結果を各時刻においてモニタリングる機能は，ディクテーション以外でも活用できる．

して，その先に他の認識結果になる可能性がなくな

技術的には，ロバストな音高推定と，ユーザが意図るか，あるいは，文末の無音状態に到達したら，発話して高く発声したかど うかの識別が課題となる．前終了点であると判断する方法で実現した．

者は，入力信号中で最も優勢な (パワーの大きい) 高調波構造の基本周波数を推定する手法 9),10) で実現し2.4

音声スポッタた．後者は，話者ごとの固有の声の高さを事前学習せ「 音声スポッタ」は，マイク入力だけで人間同士ずに，音声入力中の有声休止区間から識別基準となの会話中の音声認識対象箇所を同定できる機能であ☆4る 16)∼18) ．人間同士の会話中に，あたかもそこに第本稿では，故意に高くした発声を文字の上の線で示す．

三者がいるかのように計算機の支援を受けられると通常の声の高さで「保存」と発声故意に高い声で「保存」と発声

文字入力モード
コマンドモード「えー、小泉純一郎」と言い淀んで発声

文字入力モード
コマンドモード「小泉純一郎」と単独で発声「小泉純一郎」の部分を音声認識

無視

図 4: 音声シフト : 意図的に声の高さを変えることで入力

図 5: 音声スタータ: 言い淀んだ後だけ音声認識すること

モードを発話ごとに切り替えられる

で雑音の誤検出を防止する−43−

表 2: 各音声インタフェース機能のルール
名称
音声補完
音声シフト
音声スタータ音声スポッタルール「前半がわかるときには，その語尾の母音を引き延ばすと，後半を教えてくれる．
」「後半がわかるときには，なんとかー，と言ってから後半を言うと，前半を教えてくれる．
」「普通の高さで発声すると文章として入力され，高い声で発声するとコマンドとして実行される．
」「音声入力する際に，発話の頭で必ず言い淀んでから話し始める．
」「会話中にシステムの支援が欲しくなったら，言い淀んでから高い声で要求を伝える．
」

便利である．例えば，人と会話をしながら今日が何日

れらは，音声シフトを実現する技術と音声スタータ

かを知りたくなったり，明日の天気予報や，スポーツを実現する技術を適切に組み合わせることで解決での結果を知りたくなったときに，もし計算機が人間同きた．

士の会話をモニタリングしていて，知りたいタイミングで結果を教えてくれると，会話を中断すること音声インタフェースの設計

3なく各種情報支援が得られて有用である．しかし 従我々の研究は，音声認識をインタフェースとして使来は，こうした支援の実現はマイク入力だけでは困難で，人間同士の会話全体を音声認識・理解することいやすくするにはど うすべきかという観点から生まはできず，ワード スポッティング技術を用いようとしれた研究であり，今後の音声インタフェースに関してても制約が多かった．

いくつかの方向性を示唆している．ここでは，既に述

そこで「音声スポッタ」では，通常の会話に現れないような特殊な発話だけをスポッティングして音声認べた「非言語情報の活用」以外の観点から，そうした方向性を議論する．

識対象とみなすことで，各種支援を実現した．ここ

ユーザに協力を求めるインタフェース

で，母音を延ばし て言い淀んだ後に故意に高い声で3.1発声された特殊な発話だけを検出することで，通常の会話部分が無視されるようにした (図 6)．例えば，2 章で紹介した四つの音声インタフェース機能は，いずれも，非言語情報をど う発声するかのルールに「えー，今日は何日」のように，有声休止の後に入力関して，ユーザに明示的に協力を求めている点が重したい文章を故意に高く発声すれば，計算機が「今日要である．具体的には，表 2 のようなルールを事前は何日」の部分を認識し ，その答えを教えてくれるにユーザに伝え，協力してもらう必要がある．

ことを可能にした．本機能は，こうした日時，天気，ニュースの問い合わせに関する情報支援で有用であっただけでなく，曲名を「音声スポッタ」の形式で発話
すると，その曲がその場で再生され，人間同士がそれに関して議論するような用途にも応用できた．また，人間同士の対面での会話をマイクでモニタリングして適用するだけでなく，電話での会話に対して適用しても有効であった．

実は，こうしたユーザに協力を求めるインタフェー
スはめずらしくなく，従来の計算機インタフェースのほとんどは，ときには暗黙のうちに，ユーザに計算機側のルールや都合へ協力してもらっている．例えば ，キーボード 入力，マウス等による GUI 操作，携
帯電話や家電製品等に搭載されて普及しているインタフェースのどれ一つとっても，ユーザがインタフェー
ス側のルールを理解しないことには，使うことはで技術的には，主に，有声休止の検出，発話開始点・終了点の決定，その発話区間の音高が意図的に高く発声されたかど うかの識別の三つが課題となる．こきない．一見，新たなルールを覚えずに使えるように思えても，過去に利用したインタフェースで経験・理解しているルールから，類推していることが多い．
結局，ユーザはルールを覚えて協力することで，各種インタフェースを使いこなしてきた．

「あれ、今日って何日だっけ？」

しかし従来，音声インタフェースでは，必ずしもそ「うーん、調べてみようか。
えー、今日は何日？」

うしたルールは明示されてこなかった．音声認識をユーザに使いやすく提供する一つの方法として，人間同士の対話のように計算機と対話をすることを目指「１０月２４日です」

す音声対話技術が活発に研究されている．もし仮に

図 6: 音声スポッタ: 言い淀んだ後に高い声で発声した箇所

人間同士と同じような対話が実現できれば ，これはだけ音声認識する

非常に魅力的なインタフェースになる可能性がある−44−

(音声対話が，理想のインタフェースの一つの形と考のは，音声対話を直接実現したのではなく，音声対話えられているのは，そのためである)．しかし実際にの一場面をインタフェース機能として適切に抽象化は，人間同士のような自由度の高い対話の実現は極してルール化したことである．一方，音声スタータめて困難で，結果的に，「 こういう発話は認識できなの場合は，音声対話でも言い淀んでから話し 始めるい」「こういう風に言えば理解される」というようなことがよくあるものの，多少不自然な印象を与える．

(暗黙の) ルールに沿って，ユーザは発話しなければならなかった．このように現在の音声対話技術は，一見音声シフトで声を高くするのも，腹話術のようなイメージで捉えることもできるが，不自然である．

ルールがないように見せかけて実はルールがあるこ

しかし，(人間同士の音声対話で未経験という意味とが多いため，人間同士の対話☆5 との違いが際立っで ) 不自然であるからといって，使いにくいとは限らて，ユーザに使いにくい印象を与えることがあった．

ない．もちろん自然であることに越したことはない

それに対して，本研究では発想を変え，結局ユーが，たとえ不自然であっても，ルールとして明確にザに協力してもらう必要があるのであれば，いっそのなっていれば，ユーザは使いやすいと感じる．実際，

こと最初から音声インタフェース機能のルールを明他の計算機インタフェースでは，人間が未経験だった示し ，それに沿って発声してもらうという研究アプルールでも採用されてきた．そこで，そうした不自然ローチを展開している．従来の音声対話の自由度をさを敢えて利用したのが，音声スポッタである．人間増す研究も依然として重要ではあるものの，現状で同士の会話中に通常出現しない発話，つまり，不自然実用的なインタフェースとして活用してもらうには，な発話をユーザに言ってもらうことで，人間同士の会他の計算機インタフェースと同様に，固有のルールを話に干渉せずに様々な支援が提供できた．こうした研明示的にユーザに理解してもらうのが有効である．

究は，自然なルールだけに視野を狭めていたのでは，決して生まれなかった．

3.2

ルールの設計べきかは，用途や実現可能性等の様々な要因に依存

熟練者だけが使える音声インタフェース

そうした明示的に示すルールをど のように設計す3.3

するため，明確な指針を述べるのは難しいが，ここ今後，上記の議論を発展させた一つの形として，「熟では，2 章で紹介した音声インタフェース機能につい練者だけが使える音声インタフェース」☆6 という研て，わかりやすさ，容易さ，自然さという観点から考究アプローチも考えられる．これは，使いこなすのは察してみる．

大変だけれど も，使いこなせるようになると極めて使いやすいインタフェースを実現するには，ルー優れているような音声インタフェースを目指すアプ

ルはわかりやすく覚えやすい方がよい．表 2 からもローチである．もしそれが十分魅力的で慣れると使いわかるように，四つの音声インタフェース機能は，いやすければ，そのインタフェースの熟練者が使っていずれも単純なルールでわかりやすい．また，これらる様子を見た人達が，自分も使いたくて自発的に練に沿ってユーザが容易に発声できることも重要だが，習するようになり，次第に普及していく可能性がある

言い淀むことは自発的な会話では誰もがおこなってお☆7

り，声の高さを変えることも誰にでも容易にできる．

先取りしているかもしれない音声インタフェースを，このようなわかりやすさと容易さを備えているため，音声の良さが失われる極論と決めつけずに，一度真各機能のルールさえ理解すれば ，特別な訓練を積む剣に検討してみるのは有意義であろう．

．この一見時代に逆行した，しかし ，実は時代をことなく使えるインタフェースが実現できた．
次に，自然さに関しては，音声補完は自然，音声ス

4

おわりにタータはやや不自然，音声シフトと音声スポッタは不本稿では，ユーザに特定のルールに沿って非言語情自然なルールを採用している．ユーザが最も自然だと感じるのは，人間同士の音声対話である．音声補完

報を発声してもらうことで，従来なかったような使いでは，そうした音声対話からヒントを得て，言い淀やすい音声インタフェース機能を実現する研究アプ

めば手助けをしてくれるという，人間同士の対話で経ローチを紹介した．我々は，一連の研究を「音声補完験している自然なルールを実現した．ここで重要な☆5
ただし，ルールがないように感じる人間同士の音声対話にも，実はルールがある．

☆6 2004 年 2 月の音声言語情報処理研究会で，名古屋大学の伊藤克亘 氏がこれを提案する発言をしていた．
☆7
実は，計算機のキーボードも，そうした熟練者用インタフェースの一つである．

−45−

シリーズ」の第 1 弾から第 4 弾と称して，「 音声補完」「音声シフト 」「音声スタータ」「音声スポッタ」の四つの音声インタフェース機能を提案し，研究を展開してきた．これらの研究の「非言語情報を活用した音声インタフェース」「，ユーザに明示的に協力を求める音声インタフェース」という考え方は，今後，他の音声インタフェース機能を考える際にも有効である．
本研究の 関連研究とし ては ，五十嵐らによる音声の非言語情報によって直接操作するインタフェース 19),20) がある．ユーザが連続的に声を出し続けている間は，ずっとボタンが押されているとみなしたり，その連続的な発声の音高変化を，あるパラメータ値の変化に対応させたりする機能を提案している．また，この五十嵐らの研究のように，通常の音声認識の処理をせずに，声の現象を信号処理で検出する研究事例としては，他にも Chris Schmandt の “Grunt”21)などがある．これは音声合成による車の道案内中に，ユーザがあいづちを打ったのか聞き返しているのかを，発話の長さと声の高さから判断して，案内を続けるか繰り返すかを制御するものである．
音声補完シリーズは，言語情報と非言語情報の両者を的確に認識して活用している点が，これらの関連研究とは異なる．音声は，言語情報と非言語情報を同時に伝達できることが本質であり，そこにこそ音声インタフェースの優位性がある．このように高い潜在能力を持つ音声のメリットをさらに引き出せば，従来から議論されている音声の利点 (ハンズフリー，速い入力速度，等) とも相まって，優れたインタフェースを生み出していけるはずである．今後，音声の持つ大きな潜在能力を引き出す多様な音声インタフェース機能が研究されていくことを期待したい．

謝 辞
音声インタフェースの在り方について議論し ，共に研究してきた伊藤 克亘 氏，北山 広治 氏，尾本 幸
宏 氏，速水 悟 氏，秋葉 友良 氏，小林 哲則 氏に感謝する．また，日頃ご議論頂く麻生 英樹 氏，緒方 淳氏と，学会発表等の場でご議論頂いた多くの方々に感謝する．

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