Kuvia puheentutkimusprojektilta vuosina 2007 2013speech.math.aalto.fi/pdf/kuvakavalkadi.pdf ·...
19
Kuvia puheentutkimusprojektilta vuosina 2007–2013 Dos. Jarmo Malinen Aalto-yliopisto, Matematiikan ja systeemianalyysin laitos Dos. Jarmo Malinen Kuvakavalkadi 2013
Transcript of Kuvia puheentutkimusprojektilta vuosina 2007 2013speech.math.aalto.fi/pdf/kuvakavalkadi.pdf ·...
Kuvia puheentutkimusprojektiltavuosina 2007–2013
Dos. Jarmo Malinen
Aalto-yliopisto,Matematiikan ja systeemianalyysin laitos
Dos. Jarmo Malinen Kuvakavalkadi 2013
The king’s speech – a serious matter
Dos. Jarmo Malinen Kuvakavalkadi 2013
Puheentutkimusta ja matematiikkaa?
Syopia, epamuodostumia, vammoja...
...olisiko puheakustiikan mallinnuksella jotain annettavaakirurgisten toimenpiteiden ja kuntoutuksen suunnittelulle?
Dos. Jarmo Malinen Kuvakavalkadi 2013
Suomen kielen vokaalit pintamalleina
Kuvat on tuotettu laskemalla MRI-datasta kudos/ilma -rajapinta.Dos. Jarmo Malinen Kuvakavalkadi 2013
Aantovaylan akustiikkaa osittaisdifferentiaaliyhtaloilla
Akustisen analyysin perustyokaluja ovat 3D aaltoyhtalo
φtt = c2∆φ
ja yksinkertaisempi Websterin torvimalli
1
c2Σ(s)2∂2ψ
∂t2=
1
A(s)
∂
∂s
(A(s)
∂ψ
∂s
)− 2παW (s)
A(s)
∂ψ
∂t.
Yhtaloita on numeerisesti ratkaistava kuvantamismenetelminhankituissa geometrioissa, fysikaalisesti mielekkailla reunaehdoillaja aanihuulimallin antamalla syotteella.
Kytkettyja passiivisia reunakontrollisysteemeja.
Dos. Jarmo Malinen Kuvakavalkadi 2013
Akustiikka osana puheentuoton kokonaismallia “Dico”
Numeriikkaa, systeemeja ja malleja laajalla arsenaalilla.
Dos. Jarmo Malinen Kuvakavalkadi 2013
Vokaaligeometrian [o] alimpia resonansseja FEM:lla
R1 R2R3 R4
R5 R6 R7 R8
Luvassa uutta tietoa poikittaisresonanssien roolistamm. sopraanojen ja tenorien laulutekniikan kannalta(“Singer’s Formant”).
Dos. Jarmo Malinen Kuvakavalkadi 2013
Helmholtz-resonanssien ja mittausten vastaavuus
Vokaalien [e] ja [o] puheesta mitattuja spektriverhokayria, joistaaanihuuliheratteen harmoninen rakenne poistettu.
102
103
−70
−60
−50
−40
−30
−20
−10
0
Spectral envelope of vowel e
Frequency (Hz)
Magnitude −
norm
aliz
ed (
dB
)
102
103
−70
−60
−50
−40
−30
−20
−10
0
Spectral envelope of vowel oe
Frequency (Hz)
Magnitude −
norm
aliz
ed (
dB
)
Mittauskayrien huiput vastaavat aantovaylan geometriastalaskettuja resonansseja, jotka on esitetty pystyviivoin (pitkittaisetvahvennettuina).
Dos. Jarmo Malinen Kuvakavalkadi 2013
Yhtaaikaa puhetta ja 3D MRI:ta talteen?
Haaste: Validaatiota ja parametriestimointia varten aanidatan jakuvadatan tulee kuvata tarkoin samaa tilannetta.
Metallia (erityisesti ferromagneettista) ja elektroniikkaa eijuurikaan voida kayttaa MRI-koneen sisalla. Akustinen melu.
Dos. Jarmo Malinen Kuvakavalkadi 2013
Akustinen ratkaisu
Tarvitaan haiveteknologiaa!
Puhe ja melunayte kulkevat ensimmaiset 3 m akustisesti“puutarhaletkussa”.
Kaksikanavainen aanenkerain ja aaltojohtimet vasemmalla.Oikealla kerain ilman vaimenninrakenteita.
Dos. Jarmo Malinen Kuvakavalkadi 2013
Mikrofonit suojattava voimakkaalta RF-taustalta
Aaltojohtimet vievat mikrofoniasetelmaan, joka on asennettuaanieristetyn ja taysin ei-ferromagneettisen Faradayn hakin sisalle.
Dos. Jarmo Malinen Kuvakavalkadi 2013
Ongelma: aaltojohtojen pitkittaiset resonanssit
Valitettavasti:
Puhe ei vality hyvin aaltojohtimissa, joiden pituus on useitakertoja puheen tyypillisia aallon pituuksia.
Aaltojohtimien seisovat aallot resonanssitaajuuksillayliohjaavat mikrofonielementit.
Yliohjautuneet mikrofonit eivat toimi lineaarisellakayttoalueellaan. Syntyneita artefakteja ei voida poistaatallannetuista signaaleista, koska informaatiota on kadonnut.
Tarvitaan ratkaisu pitkittaisresonanssien sammuttamiseksi tai edesriittavaksi vaimentamiseksi.
Dos. Jarmo Malinen Kuvakavalkadi 2013
Sahkoinen siirtolinja analogiana
Sahkoisissa siirtolinjoissa ongelma ratkaistaan terminaatio-vastuksella RL linjan karakteristiseen impedanssiin Z0.
Vakiot L ja C ovat jakautuneita induktansseja ja kapasitansseja.Dos. Jarmo Malinen Kuvakavalkadi 2013
Akustinen siirtolinja
Aaltojohtimet ovat toinen siirtolinjatyyppi, joka on matemaattisestilaheista sukua sahkoisille linjoille.
Akustisia resistansseja RL ei ole saatavilla kaupasta, vaikka oikeaarvo (5.24 akustista megaohmia) voidaankin laskea teoreettisesti.
Dos. Jarmo Malinen Kuvakavalkadi 2013
Toimisivatko reiat mikrofonielementtien vieressa?
Lahikuvassa neljan mikrofonin asetelma Faradayn hakin sisalta.
Kylla, mutta:
Ei taydellista vastetta, mutta riittavan hyva.
Vierekkaiset kanavat ylikuuluvat reikien kautta.
Dos. Jarmo Malinen Kuvakavalkadi 2013
Signaalinkasittelylla jaannosresonanssit
300 600 900 1200 1500 1800 2100−30
−25
−20
−15
−10
−5
0
5
5 mm10 mm
15 mmSpeech channel
Vaimentunut pitkittaisresonanssirakenne voidaan kompensoidanumeerisesti, taajuusvastemittauksin fysikaalisella mallillakaiuttomassa huoneessa.
Dos. Jarmo Malinen Kuvakavalkadi 2013
Akustisen melun poisto signaalinkasittelylla
MRI-huoneessa vallitsee noin 95 dB(SPL) melutaso kuvauksenaikana. Melu koostuu muutamasta taajuuskomponentistaharmonisine ylasavelineen.
Puhenaytteesta vahennetaan melunaytteen sisalto optimaalisesti.
Adaptiivinen spektraalifiltteri etsii melun harmonisen rakenteen japoistaa jaannosmelukaistan puhenaytteesta.
Dos. Jarmo Malinen Kuvakavalkadi 2013
Poikkitieteellisesti mukana
Prof. O. Aaltonen, Prof. R.-P. Happonen, Doc. J. Malinen
DI A. Aalto, Dr. D. Aalto, Ms. L. Altarriba, Dr. A. Hannukainen,
DI A. Huhtala, Dr. P. Jaasaari, Mr. A. Kivela, M.Sc. J. Kuortti,
Dr. T. Lukkari, HLK J.-M. Luukinen, M.Eng. T. Murtola, Lic. P. Palo,
Doc. R. Parkkola, Dr. J. Saunavaara, Doc. T. Soukka, Doc. M. Vainio.
Dos. Jarmo Malinen Kuvakavalkadi 2013
That’s all, folks. Questions?
Dos. Jarmo Malinen Kuvakavalkadi 2013
