視覚障害者用早口合成音声に対する慣れの効果∗○西本 卓也, 酒向 慎司, 嵯峨山 茂樹 (東大),△小田 浩一, △渡辺 隆行 (東京女子大)

1

はじめに

内閣府の調査によると，2001 年現在日本国内において視覚障害を持つ人の数は 306,000 人とされている．そのうち点字を使用できる人々は 10%以下であり，点字は日本ではあまり広く使われていない．その理由としては，特に成人後に視力を失った場合に，点字を習得することが困難であるということが挙げられる．また同じ調査によると，視覚障害を持ちパーソナルコンピュータ (PC) を使用する人が 10,000 人以上いる．インターネットを音声で使用することにより，視覚障害を持つ人がリアルタイムのコミュニケーションを行えるようになり，社会的活動に参加することができる．このようなシステムを使いやすくするために，早口であっても正確に聞き取れるテキスト音
声合成システム (Text-to-Speech System, TTS) が求められている．渡辺 [1] は日本国内で視覚障害を持つPC 利用者がスクリーンリーダの音声をどのように設定しているか実状を調査した．多くの利用者はソフトウェアにおいて設定可能な最高の読み上げ速度を選択しており，これは一般的な読み上げ速度の約 2 倍であった．
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る [2, 3]．文章に含まれる単語の約 90%を聞き取ることができる話速を「最適速度」，約 50%の単語を聞き取ることができる話速を「最高速度」と定義し，合成音声の利用に熟練した被験者によって評価した結果，最適速度は約 18 モーラ／秒，最高速度は約 23 モーラ／秒であった．
我々は，独自に早口の合成音声を作成し，晴眼の女子大学生および 65 歳以上の高齢者がどのような話速の合成音声をどの程度聞き取れるのか，聞き取り能力は学習によってどのように変化するのか，といった検討を行ってきた [4–8]．4 桁の数字を対象とした聴取実験を通じて，早口音声は最初は聞き取りにくいが，しばらく聞いていればある程度は聞き取れるようになる，という学習効果が確認できた．さらに，若年者と比較して高齢者では学習の効果を得にくいことがわかった．

2

評価する合成音声

HTS (HMM-Based Speech Synthesis System) を使用し，HMM 方式によって早口合成音声を作成した．フレームシフトは標準の 5ms から 2ms に変更した [9, 10]．男性アナウンサー 1 名によって，日本語の∗Table 1

話速の実現値（グループごとの平均）
話速 (モーラ／秒)グループ モデル A モデル B

R1
R2
R3
R4
R5

17.60
20.12
23.07
27.27
31.10

17.57
20.17
23.32
27.01
29.67

音素バランス文の音声コーパスを収録する．合計 503
文のうち，203 文を標準的な話速で，150 文を早口で，150 文をゆっくり発話するように教示する．収録した音声の話速平均値は，早口，標準，ゆっくりのそれぞれについて 12.00，7.29, 5.38（モーラ／秒）であった．このコーパスから以下の統計的話者モデルを構築した．

A モデル： スペクトルとピッチの情報は全ての音声（503 文）で学習する．継続時間長は早口音声（150 文）で学習する．
B モデル： スペクトルとピッチの情報は全ての音声（503 文）で学習する．継続時間長は標準音声（203 文のうち 150 文）で学習する．
聴取させる音声は 4 桁の数字を含む文「番号はNNNN です」である．2 種類の話者モデル（A/B）
について，全ての数字（0〜9）が全ての桁位置（1〜4 桁目）に全ての目標話速（17〜30 モーラ／秒，5 グループ）で同じ回数だけ出現するように考慮した 100
種類の音声を 2 セット作成する（「課題セット 1」および「課題セット 2」）．目標話速は最低で約 17 モーラ／秒，最高で約 30 モーラ／秒とする．話速の実現
値の平均を表 1 に示す．

3

若年者を対象とした実験

3.1

聴取実験の手順被験者は課題の音声を聴取したことがない大学生（女性）で日本語を母国語とする晴眼者かつ健聴者である．21 人の被験者のうち途中で欠席した 1 人を除いて 20 人を分析対象とした．
1 人 1 台のノート PC(Microsoft Windows XP) とヘッドフォン (Panasonic RP-H750-S) を使用する．実験に先立ってサンプル音声を提示し，被験者に音量をThe Effect of Learning on Listening to Ultra-Fast Synthesized Speech. by Nishimoto Takuya, Sako Shinji,Sagayama Shigeki (The University of Tokyo), Oda Koichi and Watanabe Takayuki (Tokyo Woman’sChristian University)

Fig. 1 女子大学生の実験における聴取率の変化（バーは標準偏差）調節してもらう．被験者自身にウェブブラウザを操作させて，実験用に作成したウェブページに含まれる「番号は XXXX です」という音声を 1 つずつ聴取させ，聞こえた数字をフォームに入力させた．
約 90 分の聴取実験を 1 週間に 1 回行った．提示する音声は 3 週間にわたって同一である．課題セット 1および 2 をそれぞれランダムに並べ替えた後，前半50 課題と後半 50 課題に分割し 8 つのページを作成した．各ページには 4 桁の数字の聴取が 50 課題ずつ含まれる．のべ 1600 個（4 桁× 50 課題× 8 ページ）の数字聴取を 3 週間繰り返した．
1 ページ聴取させるごとにグループの全員が終了するのを待ち，次のページに進むように指示を出した．
また，各ページの所要時間が 7〜8 分になるように適宜休憩を取った．これは疲労の影響を回避するためである．

3.2
3.2.1

結果
学習効果

学習効果による聴取率の変化を図 1 に示す．各週(w1-w3) ごとの試行（p1-p4，課題セット 2 種類を 2回ずつ反復する各課題群）についての被験者 20 人の聴取率の平均と標準偏差である．この結果から，聴取課題を繰り返すことのみで学習効果が得られている．第 1 週 (w1) における試行 p1-p4 の効果は統計的に有意であり（F = 4.515, p = 0.0057），有意水準5%で Post Hoc テスト（Fisher の PLSD）を行った
結果，p1 と他 3 群の間で平均値の有意差があり，実験開始直後の学習効果が顕著である．

3.2.2

第 1 週から第 3 週にかけての学習効果

被験者 20 人の第 1 週から第 3 週にかけての聴取率の変化を図 2 に示す．試行の効果は統計的に有意であり（F = 10.791, p < 0.0001），有意水準 5%で PostHoc テスト（Fisher の PLSD）を行った結果，w1-w2および w1-w3 の組み合わせで平均値の有意差があった．このことから，聴取率の向上は第 1 週から第 3 週

Fig. 2 女子大学生の第 1 週から第 3 週にかけての聴取率の変化（バーは標準偏差）Fig. 3 女子大学生の第 1 週と第 3 週における話者モ
デルごとの話速と聴取率．
まで続き，まったく学習を行わないで 1 週間が経過しても学習効果は持続すること，第 3 週の実験からは顕著な学習効果がみられなくなること，などが示
唆された．
第 1 週 (W1) および第 3 週 (W3) における話速と聴取率を図 3 に示す．話者モデルによる差は顕著とはいえず，継続時間長の制御に早口コーパスの統計量を用いることの有効性は示せなかった．しかし，いずれの話者モデルにおいても，第 3 週では話速 30 モーラ／秒で聴取率が約 50%になっており，学習によって高速での聞き取りが可能になることが示された．

4

高齢者を対象とした実験

4.1

高齢者の定義と特徴

今回の研究においては 65 歳以上を高齢者実験の対象とする．高齢者の知覚や認知に関する特徴を以下にまとめる [11]．

1. 視覚：焦点の合わせにくさ，光の強弱における順応の遅さ，視野の狭まり，色覚の弱さ，という特徴があげられる．色覚では，紫や藍色，青や緑が見えにくくなるが，橙や赤はよく見えるという特徴がある．
2. 聴覚：若者よりも鈍くなり，特に高音が聞こえにくくなる，周囲の雑音と聴き取るべき音の区別が難しくなる，音源の方向を察知しにくい，聞こえてはいるが意味がわからない，などの特徴があげられる．
3. 反応速度：加齢とともに低下する．主に脳内での処理作業能力が低下し，一般化をする時や，複雑なタスクを行う時，聴き取ろうとする音と雑音の区別などに時間がかかる．
4. 記憶：記憶すべき項目数が短期記憶容量を超えたり，情報操作が必要であったり，注意を分割する必要があると，タスクを学習するのが困難になりやすい．
5. 対応力：経験による知能は 60 代でも 20 代と同等のレベルを保つ．しかし，新しい場面に適応する際に働く知能は 30 代でピークをむかえ、60歳まで保たれるが，その後大きく低下する．

4.2Fig. 4 高齢者における合成音声への慣れ（4 週間，バーは標準偏差）

実験方法

女子大学生の実験と同様に，1 人 1 台 PC とヘッドフォンを使用し，ウェブページ上で課題音声を聴取させ，聞こえた数字をフォームに入力させた．高齢者は若年者よりも疲労の影響が大きいと考え，課題音声は 1 回につき 200 問に減らし，1 ページの課題数を20 問とし，ページごとに休憩を取った．また若年者の実験よりも実験期間を増やして 4 週間とした．

4.3

被験者

65 歳以上の被験者を集めるために，NPO シニア
SOHO 普及サロン・三鷹と，三鷹市高齢者社会活動マッチング推進事業事務局の協力を得た．被験者の年齢は 65 歳から 78 歳で，男性 8 人，女性 5 人である．
被験者全員についてオージオメーター（リオン AA30W）を用いて，第 1 週から第 4 週のいずれかの実験後に聴力の測定を行った．左右それぞれ 500Hz,1000Hz, 2000Hz, 4000Hz の測定を行った．その結果，特に聴力に障害のある被験者は含まれていなかった（4000Hz 付近の音声が聞き取りにくい被験者が存在したが，後述する実験の結果からは，その影響を確認できなかった）．
4.4

実験結果

高齢者 13 人の聴取実験における 4 週間の聴取率の推移を図 4 に示す．試行の効果は有意傾向であった（F = 2.221, p = 0.0990）．有意水準 5%で Post Hocテスト（Fisher の PLSD）を行った結果，w1-w3 および w1-w4 の組み合わせで平均値の有意差があった．
話速と聴取率の関係を図 5 に示す．
女子大学生と高齢者の聴取率の比較を行った結果を図 6 に示す．両者は 1 週間ごとの課題数が異なるため，200 課題の聴取ごとに聴取率を比較する．つまFig. 5 高齢者における話速と聴取率の関係（第 1 週および第 4 週）り若年者実験における第一週の前半および後半の各200 課題が，高齢者実験の第 1 週の 200 課題，第 2 週の 200 課題に対応すると見なす．また，最も遅い話速 (R1) についての結果を図 7 に，最も早い話速 (R5)についての結果を図 8 に示す．

4.5

考察

高齢者の聴取率は若年者と比較すると低い．高齢者の実験においてもある程度の学習効果が確認されたが，若年者と比較して有意な差が生じるまでに多くの試行を要している．この理由としては高齢者の「聴覚の機能低下」「対応力の低下」などが考えられる．実験条件における最低話速（図 7）において，若年者は短期間に 90%程度の聴取率を達成したが，高齢者は 4 週間後も約 80%であった．

5

まとめ

晴眼者の女子大学生および高齢者の早口合成音声への学習効果を検討した．高齢者の早口合成音声の

0.9

0.7
0.6
0.5
0.4

recall rate

0.5
0.4
0.3

0.1
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

number of sentences (x100)

number of sentences (x100)

Fig. 6 女子大学生と高齢者の平均聴取率の比較（200問単位，エラーバーは標準偏差）1students
elderly persons

0.2

0.3

1.1

0.6
recall rate

recall rate

0.8

0.7

students
elderly persons

students
elderly persons

Fig. 8 女子大学生と高齢者の平均聴取率の比較 (話速 R5, 200 問単位，エラーバーは標準偏差）[2] C. Asakawa, H. Takagi, S. Ino, T. Ifukube, ”Maximum listening speeds for the blind,” Proceedings
Conference of International Community for Auditory Display 2003, pp. 276-279, 2003.
[3] 浅川 智恵子，高木 啓伸，井野 秀一，伊福部 達: “視覚障害者への音声提示における最適・最高速度,”
ヒューマンインタフェース学会論文誌, Vol.7, No.1,
pp.105-111, Feb 2005.

0.9
0.8
0.7
0.6
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26
number of sentences (x100)

Fig. 7 女子大学生と高齢者の平均聴取率の比較 (話速 R1, 200 問単位，エラーバーは標準偏差）[4] 西本 卓也, 酒向 慎司, 嵯峨山 茂樹, 小田 浩一, 渡辺 隆
行: “早口合成音声の聴取実験によるテキスト音声合成の評価,” 電子情報通信学会技術報告, WIT2005-5,
pp.23-28, May 2005.
[5] 西本 卓也，酒向 慎司，嵯峨山 茂樹，大島 一恵，小田 浩一，渡辺 隆行: “早口合成音声に対する聴取者の慣れの効果の検討,” 日本音響学会 2005 年秋季研究発表会講演論文集, 3-6-14, pp.355-356, Sep 2005.
[6] 大島 一恵，西本 卓也，渡辺 隆行: “視覚障害者用早口合成音声による慣れの効果,” 電子情報通信学会技術報告, WIT2005-43/SP2005-81, pp.19-24, Oct 2005.

利用の可能性は示せたが，若年者の場合と比較して，大きな聴取率の上昇は見られなかった．早口合成音声の利用においてユーザの学習効果に期待する場合は，対象となる年齢による効果の違いを考慮する必要がある．今後は個人差の詳細な検討，早口音声に対する学習への動機付けの可能性の検討などを行いたい．

[7] Takuya Nishimoto, Shinji Sako, Shigeki Sagayama,
Kazue Ohshima, Koichi Oda, Takayuki Watanabe: “Effect of Learning on Listening to UltraFast Synthesized Speech,” Proceedings of the 28th
IEEE Engineering in Medicine and Biology Society Annual International Conference (EMBC2006),
pp.5691-5694, New York, Sep 2006.

謝辞[8] 小野 友理子，渡辺 隆行，西本 卓也: “早口合成音声に対する高齢者の慣れ,” 電子情報通信学会技術報告,WIT2006-70, pp.115-120, Dec 2006.

本研究は科学研究費補助金特定研究「情報福祉の基礎」Kiki 班計画研究「視覚障害者の聴覚認知の解明と音声対話への利用」（課題番号 16091210）の支援を受けた．実験を実施した大島一恵さん・小野友理子さんに感謝する．また実験にご協力いただいた NPO シ
ニア SOHO 普及サロン・三鷹，三鷹市高齢者社会活動マッチング推進事業事務局の皆様に深く感謝する．

参考文献[1] 渡辺 哲也: “スクリーンリーダの速度・ピッチ・性別の設定状況,” 電子情報通信学会論文誌 D-I, Vol. J88-D-I,
No.8, pp.1257-1260, Aug 2005.

[9] http://hts.ics.nitech.ac.jp/[10] 酒向 慎司，西本 卓也，嵯峨山 茂樹: “HMM 音声合成手法による早口音声合成の検討,” 日本音響学会 2005
年秋季研究発表会, 3-6-15, pp.357-358, Sep 2005.
[11] Roy J. Shephard（柴田 博, 青柳 幸利, 新開 省二 訳）:
シェパード老年学, 大修館書店, 2005.