ABML2011

O1-3

2011年11月3日-5日 東京（芝浦工業大学）

高齢者を対象とした合成音声の聞き取りやすさに関する研究
A Study on Ease of Comprehension of Synthesized Speech for the Elderly○ 成田拓也（東京大学）
鎌田実（東京大学）

二瓶美里（東京大学）

小竹元基（東京大学）

大中慎一（NEC）

井上剛伸（国立障害者リハビリテーションセンター研究所）

Takuya NARITA, The University of Tokyo
Misato NIHEI, The University of Tokyo
Motoki SHINO, The University of Tokyo
Shinichi OHNAKA, NEC Corporation
Minoru KAMATA, The University of Tokyo
Takenobu INOUE, Research Institute, National Rehabilitation Center for Persons with Disabilities
Abstract: The purpose of this study is to clarify the characteristics of synthetic speech easy to hear the elderly. The
evaluation experiment was focused on three elements, (a) speaker, (b) the fundamental frequency of speech, (c) the rate ofspeech. The participants were 20 elderly. As a result, the male speech with low frequency made hearing easier than others.
In addition, speech rate 4 and 5 mora/s made hearing easier than speech rate 6 mora/s. On the other hand, it was clarified
the relationship between hearing reduction (average hearing level) and difficult to hear the speech of female and child.
Among the 15 different speech conducted in this study, male speech (120Hz fundamental frequency) with 5 mora/s was themost easy to hear by elderly.
Key Words: Elderly, Auditory Function, Synthesized Speech
1

緒言
近年，日本では人口の高齢化が進んでいる．
それに伴い，加齢によって身体機能や認知機能が低下した高齢者を考慮し，建物の段差を失くす，手すりを設置するなどの設備のバリアフリーデザインやユニバーサルデザイン，必要最低限の機能を持つシンプルな家電製品の開発が行われている．
また，認知機能の低下を考慮し，機器の操作方法を音声案内する銀行 ATM や券売機が製品化されている．最近では家電などの一般製品の操作にも音声ガイドが用いられている(1) ．
本研究では，もの忘れのある高齢者や認知症高齢者を対象とし，スケジュール情報などの自立した日常生活を送るために必要な情報を支援するシステムの開発を行っている(2)．スケジュール情報は個別性が高いため，合成音声による音声ガイドを用いる．先行研究では，音声ガイドの聞き取りやすさは，音量や帯域などが関係しており，高齢者と若年者では主観評価が異なるという結果が報告されている(1)．また，高齢難聴者に適した話速変換方式の研究では，速度を下げ，明瞭な言葉を聴かせると言語理解力が上がることを示している(3) ．話者については視覚障害者を対象としたスクリーンリーダーの利用調査では，男性音声を使用している割合が 8 割以上を占めていることが報告されている(4) ．しかし，高齢者が聞き取りやすい合成音声の仕様や特性は明らかになっていない．そこで，本報では，合成音声の聞き取りやすさに影響する要素を，①高齢者入居施設での介助者と高齢者の対話によるやりとりを観察し，影響が大きいと考えられる要素を抽出し，②それらの要素ごとに設定した音声を用いて，聞き取り評価と主観評価を実施した．
2 事前調査2-1 事前調査の方法
調査は高齢者入居施設で行い，著しい聴覚機能低下のな
O1-3-1い高齢者 5 名（85.8±7.29 歳）について，対象高齢者の生活支援を担当する介助者に，高齢者に話しかけをする際に配慮している点に関する聞き取り調査を行った．音声刺激は NEC 社製 PaPeRo に搭載された合成音声を用い，各人に聞き取りやすい音声とするための試行錯誤的な調整を行った．
2-2 事前調査の結果
各対象高齢者に共通する項目と，関連する項目を次にまとめる．
[介助者による声掛け]・ 介助者が話しかけをする際には，ゆっくりとはっきりした声掛けを行う．
・ 高齢者への情報伝達は，わかりやすい言葉で文章の長さにも配慮する．
・ 高い声ではなく，低めの声で話しかけを行う．
[合成音声の調整]
・ 子ども音声（合成音声）は，「何か言っているみたいだけど，聞こえない」など聞き返すことが多く，聞き取りにくく，内容を認識しにくい・ 成人男性の肉声の録音声をもとに，話速を遅く，基本周波数を低く調整した際の音声が聞き取りやすい．また，成人男性の合成音声が聞き取りやすい．
・ 聞き取ることができる音量は，個人の聴力によって異なる．
2-3 評価項目
合成音声の話者は，個人の好みによって設定されることが多く，聞き取りやすさに個人差があることがわかっているが(4) ，事前調査の結果から，子ども音声が聞き取りにくく，男性音声が聞き取りやすい傾向にあったことから，高齢者が聞き取りやすい話者を調べる必要があると判断した．
また，同じ話者内においても周波数の違いによる聞き取りやすさが異なると考えたため，同一話者に対して数種類の周波数を比較することとした．話速については，視覚障害

3 合成音声の聞き取り評価実験方法
3-1 対象者と評価実験条件
実験対象者は 65 歳以上の男女 20 名とし，シルバーサー
ビスセンターに登録された聴覚障害のない健聴な高齢者とした．実験はテレビやラジオの音声の入らない一般的な日常生活音の範囲内である暗騒音約 30dB の静かな屋内で行った．音声刺激はスピーカ（YAMAHA－NX-U02）から呈示され，音源の距離は対象者から約 30cm の位置に設置した．音源のサンプリング周波数は 22kHz である．
3-2 評価実験方法
評価実験は，対象者の基本的な聴力レベルを測定する聴力測定と 15 種類（男性 5 種類，女性 5 種類，子ども 5 種類）の合成音声を聴取し，再生回答する聞き取り評価実験を行った．
(1)聴力測定
対象者の基本的な聴力レベルを測定するために，オージオメータ（リオン社製（AA-73A））を用いて各対象者の平均聴力レベルを算出した．平均聴力レベルの算出は一般的な聴力検査で用いられる 4 分法を用いた．4 分法による平均聴力レベル A は，式(1)で表わされる．

B + (C × 2) + D
A=[dB ]4Speaker

Table 1

Parameter of Synthesized Speech
MaleFemale
ChildLowMiddle
HighM
101
120
143
F
189
225
268
252
300
357
C

Fundamental
frequency[Hz]
Speaking
rate [mora/s]

49080■right ear ■left ear

6050403020100125

O1-3-2670(1)

ここで，B は 500Hz での聴力レベル，C は 1000Hz での聴力レベル，D は 2000Hz での聴力レベルである．
(2)合成音声の聞き取り評価実験
聞き取りやすさの評価実験は，合成音声が読み上げた文章を対象者が口頭で再生する形式で行った．正答率は，文章が合致しているかどうかで判断した．また，聞き取りやすさに関する主観評価（5 段階）を行った．
音声刺激は話者，基本周波数，話速の異なる計 15 種類の音声を作成した．
合成音声のパラメータを表 1 にまとめる．
ここで，基本周波数とは，各話者の最低周波数と最高周波数を設定し，スペクトル中の最も低いピーク値を基本周波数とした．また，実験に用いる音量は，普通の会話と同程度の音量である 60dB に設定した．
合成音声が読み上げる文章は，日常的に用いられる文章とし，補聴器適合評価用 CD（TY-89）に収録されている日常生活文リストを参考に作成した．読み上げる文章の長さの違いが正答率に影響を与えると考えたため，文章の長さは約 10 モーラを基準とした．また，対象者の言語能力の違いが正答率に与える影響を考慮し，単語の「なじみ」の程度を表わす単語親密度を基準とし，多くの人になじみのある単語（親密度：5.5 以上 7.0 未満）で構成した文章を作成した．実験に使用した文章を表 2 に示す．

5

Table 2 Example of Speech Text
ゆっくり風呂に入る
風邪で学校を休む
今日はとても暑い
忘れ物を確かめる
朝食にパンを食べる
電話でタクシーを呼ぶ
電気のスイッチを入れる
食後に歯を磨く
ちゃんとガスを消す
テーブルの上を拭く
おいしいケーキがほしい
ワイシャツを毎日洗う
ちゃんと布団を片付ける
はがきをポストに入れる
頭がとても痛い
部屋の電気を消す
テレビをいつまでも見る
パンにバターを塗る
石鹸で顔を洗う
友だちと電話で話す
スーツをクリーニングに出す 駅に傘を忘れる
豆腐にしょうゆをかける
明日は起きるのが早い

Hearing level [dB]者の場合は早い速度を好む傾向があるが(5) ，高齢難聴者の場合は，「ゆっくり」話すことが情報伝達を行う上で重要であると言われている(3) ．本研究の対象者は，前期高齢者（65歳~74 歳）から後期高齢者（75 歳以上）であることから，難聴者も含む場合があるため，「ゆっくり」とした速度で正確に情報を伝えるための適切な速度を調べることとした．
以上の事前調査の結果をもとに，本研究で検討する高齢者の聞き取りやすさに関係すると考えられる合成音声の要素として，次の 3 つ(a) 話者，(b) 音声の基本周波数，(c) 発話速度（話速）を設定した．

Fig. 14250500

1000

2000

40008000

Frequency [Hz]Hearing Level of Participants

合成音声の聞き取り評価実験の結果

4-1 評価実験結果(1)実験参加者と平均聴力レベル
実験参加者は 66 歳から 81 歳の高齢者 20 名（男性 10 名，女性 10 名，平均年齢 71.35 歳）である．図 1 の箱ひげグラ
フに各周波数の左右聴力測定結果を示す．ここで，箱は 4分位，ひげは最大値，最小値，箱中の線は中央値を示す．
平均聴力レベルは平均 24.7±14.4dB（最小値 7.5dB，最大値 71.3dB）であった．実験参加者に聴覚障害の判定基準（両耳の平均聴力レベルが 70dB 以上もしくは一側耳の聴力レベルが 90dB 以上で他側耳の聴力レベルが 50dB 以上）に該当する者は含まれていなかった．
(2)各条件における評価実験結果(a)話者の性別
各話者について，話速や周波数の条件を変えた各 5 種類の平均正答率は，男性音声（92.5%)が最も高く，次いで女性音声（90%），最も低いのは子どもの音声（80%）であった．
(b)音声の基本周波数
図 2 に基本周波数ごとの正答率を示す．子ども音声（Low，252Hz）の基本周波数は，女性音声（High, 268Hz）の基本周波数より高い設定になっている．全体的に周波数が高い

120■FemaleAccuracy Rate [%]100bad■Male ■Child80

4mora/sFemaleFemaleMaleMaleChildChild

5mora/s

6mora/s

good6040200101120

143189225252268300357

Fundamental Frequency [Hz]Fundamental Frequency

FemaleFemaleMaleMaleMiddle

High050
100 -2.5
Percentage of answer-1.5-0.5
0.5
1.5
Subjective appraisal-2.5-1.5

-0.5
0.5
1.5
Subjective appraisal

Left ear

Hearing average

Accuracy rate

90

100908080707060605050

404030302020

102.5

100Fig. 3 Accuracy Rate of Difference of Fundamental Frequency

2.5

Accuracy Rate of Difference of the Rate of Speech

Right eargoodChildChild50
100
Percentage of answer

Accuracy rate[%]LowbadFig. 4

Hearing level[dB]

Fig. 200

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Participant ID

ほど正答率は低くなる傾向があるが，子ども音声（Low,252Hz）と女性音声(High, 268Hz）では，女性音声の方が聞き取りやすく，子ども音声は周波数が高いほど正答率が高くなる傾向があることがわかった．
(a)-(b)話者と基本周波数
図 3 に話者（子ども，男性，女性）と周波数ごとの正答率および主観評価の結果を示す．周波数は表 1 に示した各話者の 3 種類の基本周波数である．主観評価は 5 段階（1:とても聞き取りにくい，2:聞き取りにくい，3:ふつう，4:聞き取りやすい，5:とても聞き取りやすい）を，0 を中心として，負の値が聞き取りにくく，正の値が聞き取りやすいスケールに変換した．その結果，男性音声は，低い周波数（Low, 101Hz）の正答率が高く，女性音声については，高い周波数（High, 268Hz）の正答率が高く，子どもの音声については，高い周波数の方が，正答率が高い傾向にあることがわかった．一方，主観評価の結果は，男性音声が聞き取りやすく，特に男性音声（Middle, 120Hz）が最も聞き取りやすいことがわかった．
(c)話速
話速については，4 mora/s，5 mora/s が正答率 86.7%，6mora/s が正答率 85%であり，6 mora/s 以上になると聞き取りにくくなる可能性があることがわかった．
(a)-(c)話者と話速図 4 に話者と話速ごとの正答率および主観評価の結果を示す．主観評価は 0 を中心として，負の値が聞き取りにく
く，正の値が聞き取りやすいことを表わす．男性音声は，5mora/s が最も正答率が高く（95%），女性音声では 4 mora/s,6 mora/s の正答率が高い（90%)．子ども音声では，各速度とも正答率は 80%であった．また，主観評価についても 5mora/s が最も聞き取りやすいと感じていることがわかった．

O1-3-3Fig. 5

Average of Hearing Level and Accuracy Rate

Table 3

The Number of Correct and Incorrect (Male)
M5M
M5H
M5L
M6L
M4M
191820
17
18
1203
2

Correct
Incorrect

総合的には，話者は男性音声，基本周波数 120Hz，話速は 5 mora/s が最も聞き取りやすいことがわかった．
4-2 聴覚特性と聞き取りやすさの評価実験結果(1)平均聴力レベルと正答率
実験参加者の平均聴力レベルと合成音声の聞き取りやすさを比較する．
実験参加者の左右平均聴力レベルと 15 種類の音声の聞き取り評価実験結果を図 5 に示す．ここで，正答率とは，15 種類の文章聞き取りに正答した割合（正答率）を表わす．その結果，平均聴力レベルと正答率には関連性が認められなかった．
(2)平均聴力レベルと各条件の正答率
平均聴力レベル（左）と話者 5 種類の聞き取りやすさとの関係を調べるために，各条件で正解（correct），不正解（incorrect）の平均値を比較した．それらの結果を図 6~8に示す．ここで，項目は話者・話速・周波数を表わし，例
えば M5M は Male, 5 mora/s, Middle を意味する．
(a)男性音声
各項目の正解／不正解数は表 3 に示す．また，図 6 に男性音声刺激に対する正解／不正解と平均聴力レベル（左）の結果を示す．その結果，男性音声については，実験参加者の聴力レベルと正解／不正解は関連がないことがわかった（p>0.05).

80

correct70の結果を示す．その結果，子ども音声については C5M（5mora/s，300Hz）（p<0.05），C5L（5 mora/s，252Hz）（p<0.01）の条件のみにおいて，不正解であった実験参加者の聴力レベルが低いことがわかった．
以上より，合成音声の女性音声や子ども音声は，聴力レベルが低下した高齢者に対して聞き取りにくいことがわかった

incorrect

Hearing level [dB]

60504030205100M5MFig. 6M5H
M5L
M6L
Male_mora/s_Frequency

結言
本研究では，高齢者に聞き取りやすい合成音声のパラメータを明らかにすることを目的として，高齢者を対象とした合成音声の聞き取り評価実験を行った．まず，合成音声の聞き取りやすさに影響する要素を，高齢者入居施設での介助者と高齢者 5 名の対話によるやりとりを調査することによって(a) 話者，(b) 音声の基本周波数，(c) 発話速度(話速）の 3 つの要素を抽出した．次に，それらの要素について 15 種類の合成音声を高齢者 20 名が聴取し，再生回答する評価実験を行った．
その結果，話者では男性音声，基本周波数は話者によって異なるものの，低い周波数の方が，聞き取りやすいことがわかった．また，話速は，4，5 mora/s が聞き取りやすいことがわかった．一方，実験参加者の平均聴力レベルと聞き取りやすさの関係を調べたところ，聴力レベルが低下すると女性音声や子ども音声が聞き取りにくくなることがわかった．本研究で実施した 15 種類の音声の中では，男性音声（基本周波数 120Hz），話速 5 mora/s が最も聞き取りやすいことがわかった．今後は，認知症者を対象とした合成音声の聞き取りやすさを明らかにし，高齢者と認知症者での合成音声の聞き取りやすさの違いについて明らかにしていく予定である．

M4M

Hearing Level and Accuracy Rate of Male Speech

Table 4Correct
incorrect

The Number of Correct and Incorrect (Female)
F5M
F5H
F5L
F6L
F4M
172018181830222*80

correct70incorrect

Hearing level[dB]6050403020100Fig. 7

F5M

8070

Hearing level[dB]

60

F4M

Hearing Level and Accuracy Rate of Female Speech

Table 5Correct
Incorrect

F5H
F5L
F6M
Female_mora/s_Frequency

The Number of Correct and Incorrect (Child)
C5M
C5H
C5L
C6L
C4M
161715161643544

謝辞
本研究に協力いただいた公益社団法人文京区シルバー人材センターおよび実験参加者のお皆様に感謝の意を表す．
また，
本研究は科研費(21300213）の支援を受けて実施した．

correct

参考文献(1) 渡辺英樹，有川泰史，小川哲史，濱野博司他，ユニバーサルデザインに配慮した音声ガイドの「聞き取りやすさ」評価法，松下電工技報Vol. 53, No.4, pp.28-33.
(2) Takenobu Inoue, Misato Nihei, Takuya Narita, Minoru
Onoda, Rina Ishiwata, Ikuko Mamiya, Motoki Shino,
Hiroaki Kojima, Shinichi Ohnaka, Yoshihiro fujita, Minoru
Kamata, Field-based Development of an Information
Support Robot for Persons with Dementia, Assistive
Technology Research Series, Volume 29, pp.534-541,
2009.
(3) 伊福部達，高齢難聴者のための音声情報変換方式，電子情報通信学会誌，vol.84, No.5, pp. 325-328, 2001.
(4) 渡辺哲也，視覚障害者向け音声インタフェースに関する研究－合成音声の話速，ピッチ，性別の設定値に関する調査－，電子情報通信学会，信学技報WIT2004-6，pp. 13-18.
(5) 林実，合成音声の話速に対する高齢者および弱視者の聴覚特性，電子情報通信学会，信学技法WIT2007-3，pp.13-18.

incorrect

*

**

C5M

C5H
C5L
C6M
Child_mora/s_Frequency

50403020100Fig. 8C4M

Hearing Level and Accuracy Rate of Child Speech(b)女性音声
各項目の正解／不正解数は表 4 に示す．また，図 7 に女性音声刺激に対する正解／不正解と平均聴力レベル（左）の結果を示す．その結果，女性音声については F6M（6mora/s，225Hz）の条件のみにおいて，不正解であった実験参加者の聴力レベルが低いことがわかった（p<0.01)．
(c)子ども音声
各項目の正解／不正解数は表 5 に示す．また，図 8 に子ども音声刺激に対する正解／不正解と平均聴力レベル（左）O1-3-4