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Sprecherdiskrimination anhand der Intonation Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) Seminar: Forensische Phonetik Professor: Prof. Dr. Jonathan Harrington.

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1 Sprecherdiskrimination anhand der Intonation Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) Seminar: Forensische Phonetik Professor: Prof. Dr. Jonathan Harrington Referentin: Clara Tillmanns Datum:

2 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation2 Inwiefern kann eine Analyse der Intonation für die forensische Phonetik nützlich sein?

3 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation3 Pensum 1.Grundlagen und Einführung 2.Experiment 3.Diskussion der Ergebnisse

4 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation4 Pensum 1. Grundlagen und Einführung 1.1 Intonation und Sprechererkennung 1.2Die phonologische Struktur der Intonation 1.3Phonologische und phonetische Unterschiede zwischen Sprechern 2. Experiment 2.1Argumentation und Hypothese 2.2Prozedere 2.2.1Sprachdaten 2.2.2Versuchspersonen 2.2.3Ablauf der Aufnahmen 2.2.4Analysen 2.2.5Ergebnisse 3.Diskussion der Ergebnisse

5 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation5 Grundlagen und Einführung 1.Intonation und Sprechererkennung 2.Die phonologische Struktur der Intonation 3.Phonologische und phonetische Unterschiede zwischen Sprechern

6 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation6 Grundlagen und Einführung 1.1 Intonation und Sprechererkennung Intonation: Suprasegmentelles System, das dazu dient: -Strukturen abzugrenzen -Informationen hervorzuheben -Semantische Unterschiede zu unterstreichen -Turn-Taking zu regulieren Erzielt durch: -hauptsächlich die Variation der Glottalschwingung, wahrgenommen als Tonhöhe -Längung des betonten Wortes (Silbe, Vokals) -Auffällige Tonhöhenbewegungen -Höhere Lautheit (Amplitude; stark beeinflusst von F0)

7 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation7 Grundlagen und Einführung 1.1 Intonation und Sprechererkennung Intonation innerhalb der Sprechererkennung: -Statistiken auf der Grundlage von F0 -Und globale Vergleiche von F0-Konturen in bestimmten Äußerungen zeigten sich als hilfreich Solche Langzeitstatistiken verschleiern den Einfluss von Ereignissen, die mit lexikalischen und segmentellen Ereignissen verknüpft sind. -> hier Nolan (2002) die Untersuchung der Nützlichkeit für die Sprechererkennung von Merkmalen, die von einer linguistischen Analyse der Intonation definiert sind.

8 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation8 Grundlagen und Einführung 1.2 Die phonologische Struktur der Intonation Die linguistische Struktur der Intonation ist nicht eindeutig. Zur Erfassung gibt es drei konkurrierende Modelle: Die britische Tradition (z.B. Crystal 1969) Das IPO-Modell (z.B. `t Hart, Collier & Cohen 1990) Der autosegmentell-metrische Ansatz (Ladd 1996)

9 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation9 Grundlagen und Einführung 1.2 Die phonologische Struktur der Intonation Die britische Tradition konzentriert sich auf dynamische Ereignisse wie falls und rises.

10 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation10 Grundlagen und Einführung 1.2 Die phonologische Struktur der Intonation Der autosegmentell-metrische Ansatz Metrisch prominenten (betonten) Silben werden Töne (H, L) zugeordnet (pitch accents): - einzelne Töne: H*, L* (single tones) - Kombinationstöne: z.B. H*L Benannt wird der Ausgangspunkt und das Ziel, nicht die Bewegung selbst. Intonationsgrenzen werden Grenztöne zugeordnet: - H%, L%

11 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation11 Grundlagen und Einführung 1.3 Phonologische und phonetische Unterschiede zwischen Sprechern Intonatorische Variabilität Beispiel: Ja-oder-Nein-Frage H* L H% L* H% H* H%

12 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation12 Grundlagen und Einführung 1.3 Phonologische und phonetische Unterschiede zwischen Sprechern Phonetische Variabilität [SlIm] / [Slym] Es besteht ein Auditiver Unterschied Akustischer Unterschied

13 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation13 Grundlagen und Einführung 1.3 Phonologische und phonetische Unterschiede zwischen Sprechern Übertragbar auf die Intonation: Auditiver Unterschied: Welcher Silbe wird ein Akzent zugeordnet? Akustischer Unterschied: An welcher Position (auf der Zeitachse) wird dieser Akzent tatsächlich realisiert?

14 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation14 2. Experiment 1. Argumentation und Hypothese 2.Prozedere

15 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation15 2. Experiment 2.1 Argumentation und Hypothese Argumentation und Hypothese Nolan und Ferres (1999) zeigten, dass Sprecher vierer britischer Dialekte das Maximum der Tonhöhenbewegung zur Akzentuierung je nach Dialekt an unterschiedlichen Stellen realisierten. Nämlich während der betonten Silbe, der folgenden Silbe oder der darauf folgenden Silbe.

16 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation16 2. Experiment 2.1 Argumentation und Hypothese -> zwei Hypothesen: Die Zuordnung der intonatorischen Tonhöhe zu einer Silbe ist zeitlich unterschiedlich zwischen Sprechern. Die Zuordnung bleibt trotz Änderungen des Tonhöhenumfangs konstant. Betrachtet wird also nicht die Grundfrequenz in Hz sondern die (zeitliche) Position der Maxi- und Minima in Bezug auf die ihnen zugeordneten linguistischen Einheiten. (Deshalb: Zuordnungs-Merkmal (alignment feature) nicht Tonhöhen-Merkmal (pitch feature))

17 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation17 2. Experiment 2.2 Prozedere 1. Sprachdaten 2. Versuchspersonen 3. Ablauf der Aufnahmen 4. Analysen 5. Ergebnisse

18 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation18 2. Experiment 2.2 Prozedere 1. Sprachdaten: Zum Testen von subphonologischen Ereignissen, muss die phonologische Struktur identisch sein. Jede Äußerung muss abgrenzbare Tonhöhenumfänge darstellen. A: We were re - lying on a milliner. H L* H* L - L% B: A milliner? H* L - H% Mit drei Tonhöhenumfängen: neutral, gestaucht, gedehnt.

19 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation19 2. Experiment 2.2 Prozedere 2. Versuchspersonen 8 Teilnehmerinnen mit intonatorischer Vorbildung Alle Sprecherinnen des Southern British Dialekts 3. Aufnahmen Orientierungsaufnahmen sollten mit der eigenen Stimme imitiert werden

20 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation20 2. Experiment 2.2 Prozedere 4. Analyse Breitbandsonagramm und Oszillogramm: Zeitliche Lage und F0 in Hz von einigen intonatorischen Ereignissen Meist Maxima (H*) und Minima (L*) sowie der Zeitpunkt, zu der die Mitte des Frequenzbereichs zwischen H* und L* erreicht wurde (mid-fall).

21 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation21 2. Experiment 2.2 Prozedere Fig.1: F0-Verlauf der Äußerung We were relying on a milliner. mit gedehntem Tonhöhenumfang (aus Nolan 2002) L* relyingH* millinerL millinermid Mittfrequenz zwischen H* und L Nicht notwendigerweise äquidistant im Zeitbereich

22 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation22 2. Experiment 2.2 Prozedere Fig.2: F0-Verlauf der Äußerung A milliner? mit neutralem Tonhöhenumfang (aus Nolan 2002). H* millinerL2 milliner

23 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation23 2. Experiment 2.2 Prozedere Zuordnung der intonatorischen Ereignisse zu Segmenten: A: L* als % von [ rIlaIIN On ] (von Lösung des /l/ bis Beginn des velaren Nasals) A: H* und mid-fall als % von [ B: H*, mid-fall und L2 (Beginn final rise) je als ein Prozentsatz von [ A: H* to mid-fall (absolute duration in ms)

24 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation24 2. Experiment 2.2 Prozedere Evaluation der Aussagekraft der Merkmale über die Diskrimination: F-ratio Wie stark variieren die Merkmale zwischen und innerhalb der Sprecherinnen? Varianz der Sprecherdurchschnitte (1) zwischen F = Durchschnitt der Sprechervarianzen (2) innerhalb Wenn (1) groß: Große Unterschiede zwischen den Sprechern -> F-ratio > 1 Wenn (1) klein: kaum ein Unterschied zwischen den Sprechern -> F-ratio < 1

25 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation25 2. Experiment 2.2 Prozedere 5. Ergebnisse F-ratio-Werte der Merkmale dieser Studie werden mit den F-ratio-Werten der ersten drei Formanten von /l/ und /r/ verglichen: Fig.3: Vergleich der F-ratio-Werte der Intonation-Zuordnung dieser Studie mit denen von Nolan 1983 von den Formant- Frequenzen von /l/ und /r/.

26 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation26 2. Experiment 2.2 Prozedere Ergebnis 1/7: Kein Merkmal hat einen so großen Effekt auf die Sprecheridentifikation wie F3 von /r/ (denn es gibt mehrere Allophone im britischen Englisch). Fig.3: Vergleich der F-ratio-Werte der Intonation-Zuordnung dieser Studie mit denen von Nolan 1983 von den Formant- Frequenzen von /l/ und /r/.

27 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation27 2. Experiment 2.2 Prozedere Ergebnis 2/7: Die schlechtesten Werte der Zuordnungsmerkmale sind schlechter als der schlechteste Wert der Formanten. Fig.3: Vergleich der F-ratio-Werte der Intonation-Zuordnung dieser Studie mit denen von Nolan 1983 von den Formant- Frequenzen von /l/ und /r/.

28 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation28 2. Experiment 2.2 Prozedere Ergebnis 3/7: 1, 2, 5 sind < 1 und zeigen, dass die Varianz der einzelnen Sprecherinnen (intra) sogar größer ist, als die Varianz der Durchschnitte der Sprecherinnen (inter). Fig.3: Vergleich der F-ratio-Werte der Intonation-Zuordnung dieser Studie mit denen von Nolan 1983 von den Formant- Frequenzen von /l/ und /r/.

29 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation29 2. Experiment 2.2 Prozedere Ergebnis 4/7: Bester Wert: mid-fall in A (Unterschiedliche Stellung in 6, fall-rise, statt fall L%) Fig.3: Vergleich der F-ratio-Werte der Intonation-Zuordnung dieser Studie mit denen von Nolan 1983 von den Formant- Frequenzen von /l/ und /r/.

30 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation30 2. Experiment 2.2 Prozedere Ergebnis 5/7: 2t bester Wert: Beginn des final-rise in B. Fig.3: Vergleich der F-ratio-Werte der Intonation-Zuordnung dieser Studie mit denen von Nolan 1983 von den Formant- Frequenzen von /l/ und /r/.

31 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation31 2. Experiment 2.2 Prozedere Ergebnis 6/7: 4: der einzige absolute Wert liegt auch nur knapp über 1. Fig.3: Vergleich der F-ratio-Werte der Intonation-Zuordnung dieser Studie mit denen von Nolan 1983 von den Formant- Frequenzen von /l/ und /r/.

32 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation32 2. Experiment 2.2 Prozedere Ergebnis 7/7: Vergleich von Tonhöhen-Merkmalen mit Zuordnungs-Merkmalen L* in A als absoluter Frequenzwert hat einen F-ratio von 4,16, im Vergleich zum besten Zuordnungs-Merkmal mit 3,76. Fig.3: Vergleich der F-ratio-Werte der Intonation-Zuordnung dieser Studie mit denen von Nolan 1983 von den Formant- Frequenzen von /l/ und /r/.

33 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation33 3. Diskussion Warum sind die guten Merkmale so gut? Warum sind die schlechten Merkmale so schlecht? Was heißt das für die Wahrnehmung von Intonation zur Sprechererkennung? Was heißt das für den Nutzen der Analyse der Intonation in der forensischen Phonetik?

34 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation34 3. Diskussion Warum sind die guten Merkmale so gut? Warum sind die schlechten Merkmale so schlecht? Schon frühere Studien haben gezeigt, dass L* ein relativ stabiler Wert eines Sprechers für Äußerungen die mit fallender Tonhöhe enden, ist (Liberman & Pierrehumbert 1984). Fig.4: Diagramm der Positionen: mif-fall in A auf der x-, mid-fall in B auf der y-Achse.

35 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation35 3. Diskussion Warum sind die guten Merkmale so gut? Warum sind die schlechten Merkmale so schlecht? Hohe Variabilität innerhalb der Sprecher, geringe Variabilität zwischen den Sprechern, eine Kombination aus beidem? Fig. 5: Vergleich der Varianzen zwischen und innerhalb der Sprecher für zwei Zuordnungs-Merkmale: H* und mid-fall aus A.

36 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation36 3. Diskussion Warum sind die guten Merkmale so gut? Warum sind die schlechten Merkmale so schlecht? Heißt das nun, dass doch dynamische intonatorische Ereignisse bedeutungsvoller sind als die Extrempunkte (innerhalb der Sprechererkennung)? Achten Sprecher während der Produktion stärker darauf, wann ein mittlerer Wert erreicht sein soll, als auf die Zielpunkte? Nicht so schnell, die berühmten Messschwierigkeiten...

37 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation37 3. Diskussion Warum sind die guten Merkmale so gut? Warum sind die schlechten Merkmale so schlecht? Messfehlerquellen: - Der Verlauf der Grundfrequenz ist nie eine glatte Kurve sondern unruhig: Dellen oder Beulen können von Messgeräten als Maxima interpretiert werden obwohl für die Wahrnehmung der gröbere Verlauf der wichtigere ist. - Maxima und Minima zeigen sich selten in ^ - oder v - Form. D.h.: Es ist schwer (wenn nicht nahe unmöglich) den richtigen Punkt auf einem Plateau zu finden. -...

38 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation38 3. Diskussion Warum sind die guten Merkmale so gut? Warum sind die schlechten Merkmale so schlecht? Um die Frage wenigstens etwas zu klären, ob die schlechten Merkmale wirklich schlechter sind als die Guten, wurde der Einfluss der enormen Tonhöhenunterschiede dieser Äußerungen auf die Varianz der H*- und mid-fall- Werte berechnet. Siehe da: mid-fall ist mit einer Korrelation von 0.26 weniger beeinflusst als H* mit einer Korrelation von Schön, aber das nur am Rande.

39 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation39 3. Diskussion Zurück zur Frage: Ziel oder Bewegung? Und auch: Was heißt das für die Wahrnehmung von Intonation zur Sprechererkennung? Da über die zeitlichen Aspekte der Maxima und Minima in dieser Studie fast nichts ausgesagt werden kann, nun noch ein kurzer Blick auf die Bewegung von einem Ziel zum nächsten. Fig. 6: Schematische Repräsentation von zwei möglichen koartikulatorischen Transitionen von unterschiedlichen Personen zwischen phonologischen benannten H und L Zielen.

40 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation40 3. Diskussion Zurück zur Frage: Ziel oder Bewegung? Und auch: Was heißt das für die Wahrnehmung von Intonation zur Sprechererkennung? Nolan (1983) fand, dass unterschiedliche Bewegungsbahnen der Artikulatoren zwischen den gleichen Zielen zur Sprechererkennung beitragen. Hiervon die These für weitere Forschung: Sprecher wählen ihren eigenen Weg innerhalb der Freiheit zwischen zwei Zielen; Hörer nutzen diesen zur Sprechererkennung. Fig. 6: Schematische Repräsentation von zwei möglichen koartikulatorischen Transitionen von unterschiedlichen Personen zwischen phonologischen benannten H und L Zielen.

41 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation41 3. Diskussion Was heißt das für den Nutzen der Analyse der Intonation in der forensischen Phonetik? Von dieser Studie ist kein direkter Nutzen ableitbar da: 1. Vergleiche auf der Basis des gleichen Textes 2. In gleicher intonatorischer Realisation 3. Mit vorsichtig ausgewähltem Phoneminventar (Sonoranten und Vokale) um Störungen des F0-Verlaufs zu vermeiden. 4. Aufnahmen entstanden in einem schallarmen Raum. Aber Die Zuordnungs-Merkmale zeigten auch bei extremen Tonhöhenunterschieden die Möglichkeit Sprecher zu diskriminieren. An deren Robustheit muss weiter gearbeitet werden. Fig. 6: Schematische Repräsentation von zwei möglichen koartikulatorischen Transitionen von unterschiedlichen Personen zwischen phonologischen benannten H und L Zielen.

42 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation42 Quellen Crystal. D. (1969) Prosodic Systems and Intonation in English, London: Cambridge University Press Ladd, D. R. (1996) Intonational Phonology, Cambridge: Cambridge University Press Liberman, M. und Pierrehumbert, J. (1984)Intonational invariance under changes in pitch range and length, in M. Aronoff and R. Oerhle (Hrg.), Language Sound Structure, Cambridge, Mass.: MIT Press, S Nolan, F. (2002) Intonation in speaker identification: an experiment on pitch alignment features. INTERNATIONAL JOURNAL SPEECH LANGUAGE AND THE LAW, 9, 1-21 `t Hart, J., Collier, R. und Cohen, A. (1990) A Perceptual Study of Intonation: an Experimental-Phonetic Approach to Speech Melody, Cambridge: Cambridge University Press


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