超早口音声の聴取における単語親密度の教示効果
瀬川亜希∗1

西本卓也∗2隆行∗1

渡辺The instruction eﬀect of word familiarity on listening to ultra fast speech
Aki Segawa∗1, Takuya Nishimoto∗2 and Takayuki Watanabe∗1
Abstract– We investigated the intelligibility of ultra-fast speech which may be used for screen
reader for persons with visual disability. The subjects were divided into four groups and they listened
to 150 words with the speed of approximately 20 morae/sec. The vocabulary contained the tasks ofhigh and low familiarity words, and the orders of tasks were diﬀerent by the groups. Four morae
Japanese words from the FW03 database were used as the vocabulary of the recall test. As a result,signiﬁcant learning eﬀect was observed in cases where the subject listened the high familiarity words insuccession. This indicates that the learning eﬀect to the ultra-fast speech is promoted when the mental
lexical access is easy.

Keywords : Ultra-Fast Speech, Word Familiarity, Mental Workload, NASA-TLX, FW03

1.

2.

はじめに

2. 1
視覚障害者のインターネット利用においては，情報

渡辺

関連研究

視覚障害者の音声利用[4]は日本国内で視覚障害を持つ PC 利用者が取得の効率性が重視されており，晴眼者の想像をはるスクリーンリーダの音声をどのように設定しているかかに超える早口の音声合成が用いられる．

実状を調査した．その報告によると，多くの利用者は近年コーパスベース音声合成の技術が普及し，自然ソフトウェアにおいて設定可能な最高の読み上げ速度で明瞭な人間らしい音声を任意のテキストから合成でを選択しており，これは一般的な読み上げ速度の約 2きるようになった．しかし前述した視覚障害者のニー倍であった．

ズに，音声合成技術がどのように応えるべきなのか，明らかになっているとは言えない．

視覚障害を持つ人々がどの程度の早口音声を聞き取ることができるか，といった検討を浅川らが行ってい3 倍速・4 倍速という合成音声は初めて聞く人にはる [5] ．日本語の文章を読み上げた音声を時間伸縮機能ほとんど聞き取れない．視覚障害者においてもこれはによって早口化し，視覚に障害を持ちスクリーンリー同じだとされており，学習効果に着目することは非常ダの熟練者である複数の被験者がこれを聴取した．文に重要である．

章に含まれる単語の約 90%を聞き取ることができる話

また「学習を必要とする作業」とは「疲れる作業」

速を「最適速度」と定義し，約 50%の単語を聞き取るである可能性が高い．音声化ソフトを使用する視覚障ことができる話速を「最高速度」と定義し，合成音声害者はしばしば「疲れる声」「疲れない声」の存在を示の利用に熟練した被験者によって評価した結果，最適唆する指摘をしている．早口音声を提供するにあたっ

速度は約 18 モーラ／秒，最高速度は約 23 モーラ／秒ては「多く聞き取れる」ことと「楽に聞き取れる」こであった．との両立が必要である．そして，聞き取ることが楽で2. 2あるかどうかは，「その単語を知っているか」すなわち単語親密度にも依存する．
このような観点から，我々は早口音声の了解度と心的負荷の関係を調べている [1]〜[3] ．

音声聴取と学習効果

自然性や明瞭性が十分ではないテキスト音声合成への学習効果については，渡辺の報告 [6], [7] がある．早口音声に関する検討ではないが，合成音声の累積受聴単語数が 5000 単語くらいまでは聞き続けるほど単語了解度が上がり，1〜2ヶ月の休止後の受聴テスト再開時も了解度が低下しない，とされている．

*1：東京女子大学 現代文化学部 コミュニケーション学科*2：東京大学大学院 情報理工学系研究科*1：Department of Communication, Tokyo Woman’sChristian University*2：Graduate School of Information Science and Technology, The University of Tokyo

音声知覚の観点から言語間の早口音声への適応について検討した研究 [8] によると，母語の違い，特に言語同士の音韻体系や言語の持つリズムの違いが早口音声への適応能力に影響を与える，とされる．これは音声聴取のボトムアップ情報に関する学習やその転移に着目した研究と言える．

• 努力（少ない／多い）• フラストレーション（低い／高い）

プダウン情報が重要であること，学習の効果もトップ• 作業成績（良い／悪い）
被験者は負担度評価の対象となる作業を遂行する前に，ダウン情報への関与が大きいこと，などを示唆する一下位尺度の重要度を評価する．作業のあとで被験者は連の実験を行ってきた．具体的には，数字の早口合成音声を聴取する実験を行い，了解度における学習の効

6 つの尺度それぞれに対する評定を（本研究では 0〜100 のスクロールバー操作によって）行う．重要度の果や加齢の影響について検討してきた．

評定に基づいて，下位尺度の評定値の mean weighted

これに対して我々は，超早口音声の聴取におけるトッ

まず，晴眼の若年者（大学生）における 4 桁の数字

workload score (加重平均作業負荷得点: WWL 得点）を対象とした実験を通じて，早口音声は最初は聞き取を求める．本実験では重要度が最上位と評価された尺りにくいが，しばらく聞いていれば特別な訓練（提示度から順に重みを 6〜1 とした．

した早口音声に対して正解を示すこと）を行わなくて3. 3もある程度は聞き取れるようになる，という学習効果

予備的実験として，単語親密度の異なる音声を話速が確認できた

[9]．

予備実験

を変えて聴取する実験を行い，単語了解度の検討と合また，晴眼の若年者および 65 歳以上の高齢者におわせて NASA-TLX によるメンタルワークロード測定

ける実験の結果，学習前における若年者と高齢者は 4を行った [1] ．その結果，話速を 2 倍に変換して低親密桁の数字を同じ程度聞き取れていること，学習による度の単語を提示した場合に，特に顕著な了解度の低下

了解度の向上は若年者でのみ顕著であること，高齢者と心的負荷の上昇が見られ，実験手法の妥当性が示さは数字を聞き取れてはいるものの順序を正しく記憶すれた．

[10]

3. 4

ることが困難であること，などが明らかになった

2. 3

．

聞き取りやすさの主観評価と心的負荷

実験手順

被験者は課題の音声を聴取したことがない大学生

了解度は音声伝達性能の評価基準として重要ではあ（女性）で日本語を母国語とする晴眼者かつ健聴者でるが，「聞き取りやすさ」あるいは「聞き取りにくさ」ある．

といった主観評価値も単語了解度を補完する尺度であ
これに関連して，音声をヒューマンインタフェース

1 人 1 台のノート PC (Microsoft Windows XP) とヘッドフォン (Panasonic RP-H750-S) を使用した．被験者自身に音声提示および Kiki-WWL ソフトウェアの手段として考えると，心的負荷も音声聴取課題の評を操作させて，16 秒間隔で再生される 4 モーラの音価に有用と考えられる．また，心的負荷の比較を通じ声を 1 つずつ聴取させ，聞こえた単語をコンピュータて，音声聴取に影響を与える要因の詳細な検討が行えにローマ字でタイピング入力させた．

ることが文献[11]などで指摘されている．

る可能性もある．

最初に音量の確認を兼ねたリハーサルのために女性

3.
3. 1

音声 15 問を聴取させて本番同様に回答させた．次に，実験の概要

音声ガイドと文字表示で下位尺度の説明を行い，下位提示する音声

親密度別単語了解度試験データベース FW03

尺度の順位付けをさせ，リハーサル課題に関する各尺[12]の度の負荷評定を行わせた．その後 3 回の試行について，録音音声から高品質の 4 倍速音声（約 20 モーラ／秒）を作成した．サンプリング周波数は 48KHz のまま使(1) 50 問の聴取を行わせて（所要時間は 10 分弱），(2)6 つの尺度の負荷評定を行わせ，(3) 疲労の影響を回用した．話速変換時のスペクトルのひずみを最小化す避するために 5 分間の休憩を取る，という手順を繰りるように繰り返し計算で振幅と位相を最適化する手法

返した．被験者は表 1 のように 4 群に分けた．FH-FLを用いている．音韻バランスやアクセント型に加えては親密度の高低を，V1-V6 は語彙セットが異なること読み上げ速度や単語親密度も統制された同一話者の 4を意味している．

モーラ単語である．

3. 2

NASA-TLX

NASA-TLX (Task Load Index) [13], [14] は以下の 6つの下位尺度によってメンタルワークロードを評価す

なお，NASA-TLX で得られた心的負荷は，被験者ごとに平均 50，標準偏差 10 となるように正規化する．

3. 5

親密度の教示と仮説親密度に関する被験者の自覚が，了解度や心的負荷る主観評価手法である．に与える影響を検討する．単語の親密度を教示しない• 知的・知覚的要求（小さい／大きい）• 身体的要求（小さい／大きい）

条件を実験 1 とする．これに対して，音声を提示す• タイムプレッシャー（弱い／強い）（親密度：低）」または「よく知られている単語（親密るソフトウェアの画面に「あまり知られていない単語表1

実験の構成Group

Trial 1

Trial 2

Trial 3

T3，G6(HHL) の T2-T3・T1-T3，G7(LLH) の T2-T3・
T1-T3，G8(HHH) の T1-T2 であった．正規化 WWL

L-L-L
H-H-L

FL-V1 FL-V2
FH-V4 FH-V5

FL-V3
FL-V3

に関して 5%水準で有意差があったのは G7(LLH) のT2-T3・T1-T3 であった．

L-L-H FL-V1 FL-V2 FH-V6
H-H-H FH-V4 FH-V5 FH-V65.

考察

了解度をモーラ単位で集計した場合と単語単位で集度：高）」を表示する条件を実験 2 とする．この実験計した場合で，試行間の有意差に関する傾向はほぼ一における仮説は以下の通りである．

致している．しかし，特に低親密度単語の聴取におい(1) この課題における学習効果は，課題遂行自身に対する学習，ボトムアップ情報としての音声刺激に対する学習，トップダウン情報としての心的辞書アクセては，モーラ単位の了解度と比較して単語単位の了解スに関する学習から構成される．低親密度の単語を聞の高親密度単語を回答している場合が多い．

度は著しく低い．被験者は低親密度単語の早口音声に対して，無意味な 4 モーラの文字列や正解に似た発音き続ける条件では，心的辞書アクセスに関する学習が1 回目から 3 回目までの試行 (T1,T2,T3) における妨害される．高親密度の単語を聞き続ける条件では，推移は，例えば H と L のどちらで学習が促されるか，心的辞書アクセスの学習が促される．

あるいは学習効果がどのように転移するか，といった(2) 多くのトップダウン情報を活用できる条件では，心的負荷は少なくなる．高親密度の音声を最初に聞く観点からは顕著な傾向を見出しにくい．そこでこれらを親密度の教示に着目して検討する．

被験者はトップダウン情報を利用できることを期待す

例えば G3（教示なし，L-L-H）の T3 では課題がる．これに対して，低親密度音声を最初に聞く被験者楽になったはずであるが，心的負荷の顕著な低下が見はトップダウン情報が利用できないことを自覚する．

られない．しかし G7（教示あり，L-L-H）の T3 で4.
4. 1

実験結果

親密度の教示を行わない場合は了解度が上昇するだけでなく，心的負荷も有意に低下している．
また G4 (教示なし，H-H-H) では T2 から T3 にか親密度の教示を行わない場合の実験結果を表 2,3, 平

けて了解度の上昇と心的負荷の低下が見られる．これ

均と標準偏差の推移を図 1, 2, 3, 4 （モーラ了解度）,に対して，G8（教示あり，H-H-H）では T3 で了解度

図 9, 10, 11, 12 （単語了解度）に示す．G1-G4 の被も頭打ちになり，心的負荷も有意に変化しない．

験者数は 16,15,14,14(人) である．両側分布 t 検定のこれらのことは「親密度に関する自覚＝構え」が早結果，モーラ了解度に関して 5%水準で有意差があっ口音声の聴取に影響を与えることを示唆する．親密度たのは G1(LLL) の T1-T3，G2(HHL) の T2-T3・T1-が高いと教示されれば心的辞書を活用して楽に聞く

T3，G3(LLH) の T1-T2・T2-T3・T1-T3，G4(HHH)の T2-T3・T1-T3 であった．単語了解度に関して 5%水準で有意差があったのは G1(LLL) の T1-T2・T1-T3，ことができる．心的辞書が活用できない場合はボトムG2(HHL) の T2-T3・T1-T3，G3(LLH) の T1-T2・T2T3・T1-T3，G4(HHH) の T2-T3・T1-T3 であった．

また，単語親密度が教示されない場合は，親密度が推測できるか否かが重要になる．超早口音声の場合に正規化 WWL に関して 5%水準で有意差があったのはは単語親密度を推測することができず，高親密度の単G2(HHL) の T2-T3・T1-T3，G4(HHH) の T2-T3・
T1-T3 であった．

語が提示されても，低親密度だと思い込んで聞いてし4. 2

親密度の教示を行う場合アップ知覚に頼るため，負担が大きく，学習効果も得られにくい．

まうかも知れない．G4 (教示なし，H-H-H) の T2 から T3 にかけての了解度の上昇と心的負荷の低下は，親密度の教示を行った場合の実験結果を表 4,5, 平

課題を遂行するうちに親密度が推測できるようになり，均と標準偏差の推移を図 5, 6, 7, 8 （モーラ了解

トップダウン情報が活用できるようになったためと解度）図 13, 14, 15, 16 （単語了解度）に示す．G5-

釈できる．

G8 の被験者数は 8,8,7,7(人) である．両側分布 t 検定の結果，モーラ了解度に関して 5%水準で有意差が6.

まとめあったのは G5(LLL) の T1-T2・T1-T3，G6(HHL) の

単語親密度の異なる超早口音声の聴取実験を行った

T2-T3・T1-T3，G7(LLH) の T1-T2・T2-T3・T1-T3，G8(HHH) の T1-T2 であった．単語了解度に関して結果，(1) 心的辞書が活用できることによって学習が5%水準で有意差があったのは G5(LLL) の T1-T2・T1-覚することが心的負荷の上昇をもたらす，などが示唆促される，(2) 聴取者が心的辞書を活用できないと自表 2 了解度の平均と標準偏差 (%, Exp.1)．上段はモーラ単位，下段は単語単位．

表 4 了解度の平均と標準偏差 (%, Exp.2)．上段はモーラ単位，下段は単語単位．

Group

Trial 1

Trial 2

Trial 3Group

Trial 1

Trial 2

Trial 3

G1:
L-L-L

54.7 (6.8)
11.3 (5.9)

62.1 (6.9)
13.3 (7.0)

62.2 (8.2)
15.8 (10.6)

G5:
L-L-L

53.6 (6.8)
10.0 (4.5)

61.4 (7.5)
13.3 (5.7)

62.9 (6.8)
15.0 (5.9)

G2:
H-H-L

79.2 (5.6)
62.3 (8.5)

80.2 (3.9)
63.1 (6.2)

64.1 (6.0)
16.1 (7.1)

G6:
H-H-L

77.6 (5.4) 79.1 (7.7)
61.5 (11.6) 64.0 (10.4)

64.6 (5.8)
15.8 (6.7)

G3:
L-L-H

55.1 (6.3)
10.7 (4.9)

62.4 (5.7)
14.9 (7.7)

83.8 (6.4)
64.7 (12.1)

G7:
L-L-H

51.6 (6.8)
6.3 (2.0)

83.3 (6.5)
66.0 (8.0)

G4:
71.5 (8.1) 74.6 (10.3)
H-H-H 52.9 (12.2) 57.4 (12.9)

84.8 (4.6)
67.7 (9.2)

G8:
71.5 (6.6) 74.9 (6.9) 78.1 (12.4)
H-H-H 53.1 (11.4) 57.7 (10.9) 60.6 (18.8)

表 3 正規化心的負荷 (N-WWL) の平均と標準偏差 (Exp.1)

表5

Group

正規化心的負荷 (N-WWL) の平均と標準偏差 (Exp.2)

Trial 2

Trial 3Group

G1: L-L-L

49.2 (10.8) 51.0 (9.6)

49.8 (9.4)

G2: H-H-L
G3: L-L-H
G4: H-H-H

48.5 (8.6)
50.5 (6.7)
58.3 (9.0)

G5: L-L-L
G6: H-H-L

Trial 143.0 (7.1) 58.6 (7.1)
55.2 (9.2) 44.3 (10.6)
49.4 (7.9) 42.4 (5.4)

視覚障害者は超早口の合成音声を聞き取れるとされ，[4]やインターネットの利用という状況・文脈を活用して語彙を絞り込み，かなり割り切った戦略で聴取および[5]その訓練を行っていることが伺える．例えば親密度の高低を効果音やパラ言語情報などで提示できれば，超早口音声の聴取を支援できるかも知れない．

[6]

本報告は孤立単語の聞き取り実験を踏まえたものであるが，文章の聞き取りにおいては，モーラ数，構文，[7]イントネーションの知覚など，さまざまな要因の影響[8]を受けると考えられる．これらを踏まえつつ，早口音声の聞き取りやすさを音響的な観点からも分析し，スクリーンリーダなどへの応用に結び付けていくことが，[9]

今後の課題である．
謝辞：話速変換には小野順貴 講師（東京大学）のプログラムを使用させていただいた．また ITRC UAI[10]研究会および音声・音楽研究会（音音研）の参加者各位など多くの方々との議論から重要な示唆を得た．

[11]

参考文献

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[3] Takuya Nishimoto, Yukika Kariya, Takayuki

Trial 1

Trial 2

[13]

[14]

Trial 346.8 (10.4) 54.9 (4.1) 48.4 (11.8)
46.8 (9.4) 50.8 (7.0) 52.5 (12.1)

G7: L-L-H 55.0 (8.2) 54.7 (5.9)
G8: H-H-H 49.8 (10.2) 54.0 (8.3)

された．
訓練の効果が大きいとも言われている．実際には PC

58.5 (6.3)
11.1 (5.3)

40.3 (7.4)
46.2 (9.9)

Watanabe: ”The eﬀect of learning on listening
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100
Intelligibility Score, %Intelligibility Score, %10080
T3 (L)T2 (L)T1 (L)

60402000204060
N-WWL

80

Intelligibility Score, %Intelligibility Score, %T3 (L)604020204060
N-WWL80

図64060
N-WWL

80

100

T2 (H)T1 (H)
T3 (L)

60
4020204060
N-WWL

80

100

心的負荷とモーラ了解度 (H-H-L of Exp.2)

100
T3 (H)

80

Intelligibility Score, %Intelligibility Score, %100

T2 (L)T1 (L)

604020204060
N-WWL

80

100

T3 (H)80

T2 (L)T1 (L)

60
402000100

図 3 心的負荷とモーラ了解度 (L-L-H of Exp.1)204060
N-WWL

80100

図 7 心的負荷とモーラ了解度 (L-L-H of Exp.2)

100T3 (H)
T2 (H)

80

Intelligibility Score, %Intelligibility Score, %208000100

図 2 心的負荷とモーラ了解度 (H-H-L of Exp.1)

T1 (H)

60
40
200020100
T2 (H)T1 (H)

800040

図 5 心的負荷とモーラ了解度 (L-L-L of Exp.2)

10000

T2 (L)
T3 (L)T1 (L)

6000100

図 1 心的負荷とモーラ了解度 (L-L-L of Exp.1)

80204060
N-WWL

80100

図 4 心的負荷とモーラ了解度 (H-H-H of Exp.1)

T3 (H)
T2 (H)T1 (H)

8060402000204060
N-WWL80100

図 8 心的負荷とモーラ了解度 (H-H-H of Exp.2)

100Intelligibility Score, %Intelligibility Score, %100806040T3 (L)T2 (L)T1 (L)

2000204060
N-WWL80

T2 (H)T1 (H)

604020T3 (L)
204060N-WWL80

80

100

T2 (H)T1 (H)

604020T3 (L)
204060N-WWL80

10010080
T3 (H)
604020T2 (L)T1 (L)
204060N-WWL80

10080
T3 (H)
60402000100

図 11 心的負荷と単語了解度 (L-L-H of Exp.1)

T2 (L)T1 (L)
204060N-WWL80100

図 15 心的負荷と単語了解度 (L-L-H of Exp.2)

100Intelligibility Score, %Intelligibility Score, %4060
N-WWL

図 14 心的負荷と単語了解度 (H-H-L of Exp.2)

Intelligibility Score, %Intelligibility Score, %10080
T3 (H)
T2 (H)T1 (H)

60402000208000100

図 10 心的負荷と単語了解度 (H-H-L of Exp.1)

00T2 (L)T3 (L)T1 (L)

20100800040

図 13 心的負荷と単語了解度 (L-L-L of Exp.2)

Intelligibility Score, %Intelligibility Score, %1006000100

図 9 心的負荷と単語了解度 (L-L-L of Exp.1)

80204060
N-WWL

80100

図 12 心的負荷と単語了解度 (H-H-H of Exp.1)

80
T3 (H)
T2 (H)T1 (H)

60402000204060
N-WWL80100

図 16 心的負荷と単語了解度 (H-H-H of Exp.2)