СПОСОБ ОБУЧЕНИЯ ЯЗЫКАМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК G09B19/04 

Изобретение относится к способу и устройству для обучения языкам и, в частности, иностранным языкам.

Хорошо известно, что голосовой выходной сигнал человека, т.е. звуки, которые он издает, испытывают значительную трансформацию по отношению к звуковым сообщениям, направляемым ему, т.е. звуковой информации, которую он принимает.

Следовательно, становится очевидным, что прогресс в обучении иностранным языкам будет более быстрым, если изучающий язык вместо того, чтобы бесконечное число раз повторять одно и то же предложение и получать поправки либо от преподавателя, либо от компьютера до достижения правильного его произношения по меньшей мере принимал бы звуковое сообщение, которое возникало бы от его собственного голосового выходного сигнала и которое было бы модифицировано посредством процесса, учитывающего характеристики языка и коэффициент гармоник его голосового выходного сигнала.

Известны устройства, особенно в области обучения языкам, в которых изречения человека принимаются, обрабатываются и возвращаются в измененном виде средством колебательного сигнала, в основном звукового сигнала.

В описании к патенту GB-A-2 026 817 электрический сигнал, порождаемый изречением человека, обрабатывается одновременно и параллельно в двух различных каналах посредством фильтрации и усиления. Выходной сигнал от одного или двух каналов, соответствующий амплитуде уровня среднего звукового давления его изречения, прикладывается к обучаемому.

В патенте BE-A-782 406 входной сигнал обрабатывается аналогичным способом, но в этом случае выходной сигнал подается сначала от одного канала назад к обучаемому в начало процесса обучения и затем выходной сигнал от другого канала после определенной стадии процесса обучения.

В патенте FR-A-2 495361 последовательная корреляция формируется между средним звуковым уровнем давления и частотой изречения обучаемого, и обработанные таким образом сигналы прикладываются к обучаемому.

В основу изобретения положена задача разработки способа и устройства для обучения языкам, которые позволили бы осуществлять коррекцию реального первоначального голосового выходного сигнала обучаемого, получаемую изменением выходного звукового сигнала в зависимости от изучаемого языка.

Задача решается тем, что предложен способ, включающий в себя следующие шаги:
прием изречения обучаемого на языке, подлежащем изучению, для создания первого сигнала, содержащего это изречение;
проведение первого этапа обработки первого сигнала, для создания второго сигнала, который содержит первый сигнал, модифицированный предварительно определенным способом согласно огибающей кривой, полученной из предварительно выбранных полос пропускания изучаемого языка;
проведение второго этапа обработки первого сигнала для созданий третьего сигнала, который содержит первый сигнал, модифицируемый согласно частотному спектру изречения и согласно характеристикам языка;
выборочная подача второго и третьего сигнала к обучаемому в зависимости от того, выше или ниже амплитуда первого сигнала заданного порога.

Таким образом, после того как изречение произнесено, обучаемый в ответ избирательно принимает или первое звуковое сообщение, которое соответствует его собственному изречению, модифицированному согласно заранее определенным параметрам изучаемого языка, в частности, частотам этого языка, или второе корректирующее звуковое сообщение, которое соответствует его собственному изречению, но которое модифицировано в данном случае согласно коэффициенту гармоник самого изречения и характеристикам изучаемого языка.

Предпочтительно и известным способом эти два звуковых сообщения передаются человеку или через среду его собственной костной структуры, или с помощью воздушных волн, последний путь немного медленнее, чем первый. Целесообразно, чтобы в заявленном способе второй и третий сигнал подавались на первый и второй переключатели, которые соответственно управляют после усиления и заранее определенных последовательных задержек переходом от второго сигнала к третьему сигналу и без задержки для восстановления второго сигнала через по меньшей мере один вибратор, помещаемый на кожу в области головы обучаемого и по меньшей мере один наушник, надетый на ухо обучаемого.

Для осуществления заявляемого способа предложено устройство согласно изобретению, которое включает в себя:
микрофон для приема изречения человека на изучаемом языке и для создания первого сигнала;
первую обрабатывающую схему для первого сигнала для создания второго сигнала, модифицированного относительно первого сигнала согласно огибающей кривой, полученной из предварительно выбранных полос пропускания изучаемого языка;
вторую обрабатывающую схему для первого сигнала, которая создает третий сигнал, модифицированный в связи с первым сигналом согласно частотному спектру изречения и согласно характеристикам языка; и
средство для избирательной подачи второго или третьего сигнала обучаемому в зависимости от того, ниже или выше амплитуда первого сигнала заданного порога.

Целесообразно, чтобы второй вариант устройства включал в себя:
схему адаптации для такого изменения первого сигнала, при котором его амплитуда попадает между двумя заранее определенными значениями;
схему анализа для выработки выходного сигнала, амплитуда которого является функцией мгновенной частоты модифицированного первого сигнала;
схему вычисления для выработки выходного сигнала, амплитуда которого пропорциональна разности между амплитудами выходного сигнала со схемы анализа и заданными параметрами языка; и
схему для приема и преобразования первого сигнала с использованием выходных параметров, полученных посредством схемы вычисления, для выработки третьего сигнала.

Полезно, чтобы устройство содержало:
первый и второй переключатели для приема соответственно второго и третьего сигналов;
по меньшей мере один вибратор, расположенный на коже человека, предпочтительно на голове обучаемого, и управляемый первым переключателем;
по меньшей мере один наушник, который накладывается на ухо обучаемого и соединен со вторым переключателем; и
средство для избирательного и соответствующего управления двумя переключателями таким образом, чтобы передавать второй сигнал или третий сигнал обучаемому.

Эти сигналы передаются соответственно костной структурой человека или колебаниями воздуха, причем последний путь немного медленнее, чем первый.

В дальнейшем изобретение поясняется вариантами его выполнения со ссылкой на чертеж, изображающий блок-схему устройства, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения.

На чертеже показан обучаемый 1: изречение 2 обучаемого на изучаемом языке принимает микрофон 3. Для удобства иллюстрации микрофон 3 изображен на расстоянии от человека 1. В действительности микрофон 3 помещен в непосредственно близости от рта 4 обучаемого 1. Микрофон 3 вырабатывает первый сигнал 6, который содержит изречение 2, усиленное усилителем 5 для обеспечения требуемой амплитуды.

Сигнал 6 подается на первую схему 7 обработки, называемую мультичастотным эквалайзером, который управляется заданным способом с помощью управляющих параметров, обозначенных позицией 8, в соответствии с изучаемым языком и, в частности, согласно предварительно определенным полосам пропускания языка. На практике эквалайзер 7 образуется множеством последовательных фильтров, соответственно настраиваемых на различные частоты и имеющих низкую добротность так, что смежные амплитудные характеристики фильтров согласно частотам перекрываются на последовательных спадающих и возрастающих фронтах. Таким образом, пропуская сигнал через эквалайзер 7 с использованием управляющих параметров 8, получают зависимость огибающей кривой усиления от частоты: эта огибающая кривая представляет изучаемый язык.

Первый сигнал 6 также подается на вторую схему 9 обработки, также представляющую мультичастотный эквалайзер, параметры управления которым, обозначенные позицией 10, не определены заранее, но частично задаются в соответствии с изучаемым языком, как отмечено позицией 8' и частично в соответствии с коэффициентом гармоник звуковых колебаний изречения 2. Первый сигнал 6 подается на схему 11 адаптации и так называемый компандер, позволяющий избежать неправильного анализа изречения 2, когда оно слишком слабое или слишком сильное. В настоящем примере сигнал с усилителя 5 подается также на схему 11, которая служит лишь для сжатия максимума сигнала 6, поскольку усилитель 5 гарантирует по меньшей мере минимальные значения сигнала. Сигнал 12 с выхода схемы 11 подается на схему анализа 13 для получения на ее выход сигнала 14, амплитуда которого является функцией мгновенного значения частоты первого сигнала 6, преобразованного в сигнал 12. В рабочем режиме схема 13 разделяет сигнал 12 на различные частотные диапазоны, чтобы применить различные коэффициенты усиления к ним. Амплитуда выходного сигнала 14 схемы 13, следовательно, является функцией частот сигнала 12.

Амплитуда сигнала 14 в свою очередь обрабатывается в схеме 15 вычисления, выход которой, обозначенный позицией 10, определяет управляющие параметры для схемы 9 обработки. Эта схема 15 определяет для каждого частотного диапазона разность между сигналом 14 и параметрами 8', которые создаются подобно параметрам 8 в зависимости от изучаемого языка. Таким образом, всякий раз, когда на эквалайзер 7 заводят параметры только в соответствии с частотными характеристиками изучаемого языка, на эквалайзер 9 заводят параметры, обозначенные позицией 10, в соответствии с разностью частот между обработанным сигналом, соответствующим реальному изречению обучаемого, и частотными характеристиками языка.

Таким образом, при использовании первого сигнала 6, содержащего изречение 2 обучаемого 1, получают второй сигнал 16, который изменяется по отношению к первому сигналу заданным способом в соответствии с полосами пропускания языка, в то время как третий сигнал 17 извлекается из первого сигнала 6 посредством преобразования согласно частотному спектру изречения 2 и характеристик языка.

Далее два сигнала 16 и 17 в зависимости от их содержания избирательно передаются обучаемому 1, который, таким образом, принимает тот или другой из двух сигналов 16 и 17 в ответ на его изречение 2.

Предпочтительно каждый из двух сигналов 16 и 17 передается с помощью известных средств обучаемому 1 через его костную структуру и через воздушные волны. Для этой цели устройство содержит первый переключатель 18, который принимает два сигнала 16 и 17, и второй переключатель 19, который также принимает эти два сигнала. Выходной сигнал 20 первого переключателя 18 управляет предпочтительно после усиления в усилителе 21 по меньшей мере одним преобразователем 22 и как вариант двумя, которые помещены на коже или в волосах обучаемого 1 в непосредственной близости от его головы, тогда как выходной сигнал 23 второго переключателя 19, предпочтительно усиленный усилителем 24, управляет по меньшей мере одним 25 и предпочтительно двумя наушниками, помещенными на уши человека 1.

Первый переключатель 18 управляет схемой 26 задержки, которая принимает выходной сигнал 12 схемы 11 адаптации в качестве входного сигнала. Второй переключатель 19 управляется выходным сигналом 29 так называемой прецизионной схемы 27, которая запускается выходным сигналом 28 схемы 26 задержки, управляющей переключателем 18. Переключатели 18 и 19, управляющие схемы 26 и 27 сконструированы таким образом, чтобы звуковые сигналы, соответствующие обработанным сигналам 16 и 17, передавались обучаемому 1 в выбранной последовательности с требуемыми чередованиями и задержками.

В этом примере схема 26 управляет переключателем 18 с первоначальной заранее определенной задержкой, затем переключателем 19 с дополнительной задержкой, задаваемой схемой 27, при введении сигнала 17, если амплитуда сигнала 12 превышает заданное пороговое значение. Переключатели 18 и 19 снова активизируются при подаче сигнала 16 под управлением схем 26 и 27 без какой-либо задержки, как только совпадающая амплитуда сигнала 12 снова пересечет этот порог. Таким образом, обучаемый 1 принимает сигнал 16, если его собственное изречение является правильным, и корректирующий сигнал 17, если его изречение является неправильным. Как было указано выше, указанное является преимуществом в обучении иностранному языку за счет контраста, создаваемого между голосовым выходным сигналом и ответным звуковым сигналом, который соответствует этому голосовому выходному сигналу.

В предложенном способе и устройстве для обучения языкам речь 2, воспроизводимая субъектом 1 на языке, подлежащем обучению, служит для создания первого сигнала 6, представляющего указанное изречение; первую обработку первого сигнала 6 выполняют для создания второго сигнала 16, представляющего первый сигнал, модифицированный заранее определенным способом, в качестве функции от полосы пропускания языка, подлежащего изучению, и, в частности, огибающей кривой последнего; вторая обработка применяется к первому сигналу 6, чтобы получить третий сигнал 17, представляющий указанный первый сигнал как функцию частотного спектра произнесенного изречения 2 и характеристик языка, и второй сигнал или третий сигнал 16,17 избирательно сообщается субъекту 1 в соответствии с тем, находится ли амплитуда первого надлежащим образом сформированного сигнала ниже или выше заданного порогового значения. Предпочтительно, чтобы приложение сигналов происходило к жестким костяным тканям, и с помощью накладываемых средств указанная последняя система дает небольшую задержку по отношению к первой. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ обучения языкам, согласно которому формируют на основе изречения обучаемого на языке, подлежащем изучению, первый сигнал, содержащий указанное изречение, производят обработку полученного сигнала, прикладывают обработанные сигналы к голове и ушам обучаемого, отличающийся тем, что на этапе обработки сигнала формируют второй сигнал на основе первого сигнала, причем второй сигнал изменяют по отношению к первому сигналу в зависимости от полосы пропускания и огибающей речевого сигнала, соответствующего языку, подлежащему изучению, формируют третий сигнал на основе первого сигнала, причем указанный третий сигнал изменяют по отношению к первому сигналу в зависимости от частотного спектра изречения и характеристик изучаемого языка - полосы пропускания и огибающей речевого сигнала, производят избирательную подачу к обучаемому второго или третьего сигнала в зависимости от того, является ли амплитуда первого сигнала соответственно выше или ниже заданного порогового значения. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при формировании третьего сигнала последовательно придают первому сигналу форму, позволяющую расположить амплитуду выходного сигнала между двумя заданными значениями, анализируют зависимость амплитуды выходного сигнала от мгновенного значения частоты первого сигнала, вычисляют выходные сигналы, амплитуды которых пропорциональны разности между мгновенными амплитудами выходного сигнала и параметрами изучаемого языка, принимают и преобразуют первый сигнал с использованием выходных параметров, полученных на этапе вычисления для выработки третьего сигнала. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что второй сигнал посылают обучаемому с первой предварительно заданной задержкой. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что третий сигнал посылают обучаемому с дополнительной заданной задержкой по отношению к второму сигналу. 5. Устройство для осуществления способа по пп.1 4, содержащее микрофон для приема изречения обучаемого, блок обработки полученного сигнала, по меньшей мере один вибратор, размещаемый на коже и/или на голове обучаемого, и по меньшей мере один наушник, размещаемый на ухе обучаемого, отличающееся тем, что блок обработки полученного сигнала содержит первую схему обработки первого сигнала, выполненную с возможностью формирования второго сигнала, модифицированного по отношению к первому сигналу в соответствии с полосой пропускания речевых сигналов, соответствующих языку, подлежащему изучению, вторую схему обработки первого сигнала, выполненную с возможностью формирования третьего сигнала, модифицированного по отношению к первому сигналу в зависимости от частотного спектра речевого сигнала и характеристики языка, подлежащего изучению, блоки избирательной подачи обучаемому второго и третьего сигналов в зависимости от того, является ли амплитуда первого сигнала расположенной выше или ниже предварительно определенного порога, причем вход первой схемы обработки подключен к входу второй схемы обработки сигнала, а выход каждой из схем обработки сигнала подключен к соответствующим входам каждого из блоков избирательной подачи, выходы которых подведены к обучаемому. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что первая схема обработки выполнена в виде многочастотного выравнивателя, регулируемого по заранее заданному алгоритму в соответствии с полосой пропускания и огибающей речевого сигнала языка, подлежащего изучению. 7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что вторая схема обработки сигнала содержит последовательно соединенные схему формирования сигнала путем его сжатия-расширения, схему анализа, делящую сигнал на частотные фрагменты, с последующим дифференцированным усилением указанных фрагментов, схему вычисления, определяющую для каждого частотного участка разность между сигналом и установленным параметром, выравниватель, выход которого подключен к блоку избирательной подачи, а второй вход которого является входом второй схемы обработки сигнала. 8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что первый блок избирательной подачи содержит пусковую схему и схему задержки, выход которой подключен к входу пусковой схемы. 9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что второй блок избирательной подачи содержит пусковую схему и схему задержки, выход которой подключен к входу пусковой схемы.