Введение
Американский ученый-компьютерщик (1924-2013) исполнительный директор Ассоциации скаутов Кеннет Нобл Стивенс (24 марта 1924 года - 19 августа 2013 года) был профессором электротехники и компьютерных наук Кларенса Дж. Лебеля и профессором наук о здоровье и технологий в исследовательской лаборатории электроники в MIT. Стивенс возглавлял группу речевой коммуникации в исследовательской лаборатории электроники (RLE) МТИ и был одним из ведущих мировых ученых в области акустической фонетики. Он был награжден Национальной медалью науки от президента Билла Клинтона в 1999 году, и IEEE Джеймс Л. Фланаган Премия речи и аудио обработки в 2004 году. Он умер в 2013 году от осложнений болезни Альцгеймера.
the Scout Association executive
Kenneth Noble Stevens (March 24, 1924 – August 19, 2013) was the Clarence J. LeBel Professor of Electrical Engineering and Computer Science, and professor of health sciences and technology at the research laboratory of electronics at MIT. Stevens was head of the speech communication group in MIT's research laboratory of electronics (RLE), and was one of the world's leading scientists in acoustic phonetics. He was awarded the National Medal of Science from President Bill Clinton in 1999, and the IEEE James L. Flanagan Speech and Audio Processing Award in 2004. He died in 2013 from complications of Alzheimer's disease.
Раннее образование
Кен Стивенс родился в Торонто 23 марта 1924 года. Его старший брат Пит родился в Англии, а Кен - через четыре года, вскоре после того, как семья эмигрировала в Канаду. Его детская мечта была стать врачом, потому что он восхищался дядей, который был врачом. Он учился в школе, присоединенной к департаменту образования в Университете Торонто. Стивенс учился в инженерной школе Университета Торонто на полную стипендию. Он жил дома на протяжении всех своих студенческих лет. Хотя сам Стивенс не мог сражаться во Второй мировой войне из-за нарушения зрения, его брат был в отъезде на всю войну; его родители каждый вечер настраивались на Би-би-си для получения обновлений. охватывающих темы от проектирования моторизованных машин до базовой физики, которая преподавалась физическим факультетом. Летом он работал в оборонной промышленности, в том числе одно лето в компании, которая разрабатывала радары. Он получил как степень С. Б. и С. М. в 1945 году. Стивенс был учителем с тех пор, как окончил университет, когда читал лекции по домашней экономике, которые включали в себя некоторые аспекты физики. кабинет рядом с Кеном был передан докторанту из Швеции по имени Гуннар Фант, с которым он установил дружбу и сотрудничество, которое продлилось более полувека. Стивенс сосредоточился на изучении гласных во время своих докторских исследований; в 1950 году он опубликовал короткую статью, в которой утверждал, что автокорреляция может быть использована для различения гласных, в то время как его докторская диссертация 1952 года сообщала о результатах восприятия гласных, синтезированных с использованием набора электронных резонаторов. Фант убедил Стивенса, что модель передающей линии голосового тракта более гибкая, чем модель резонатора, и они опубликовали эту работу вместе в 1953 году. Кен приписывает Фанту связь между отделом лингвистики и исследовательской лабораторией электроники в МТИ. но сосредоточился на том, как акустика и артикуляция организуют звуковые системы языка. Стивенс защитил докторскую диссертацию в 1952 году; в его докторский комитет входили его советник Лео Беранк, а также Дж. организован в соответствии с отличительными особенностями фонологической системы Стивенса.
Вклад в фонологию
Стивенс, возможно, наиболее известен своим предложением теории, отвечающей на вопрос: почему звуки языков мира (их фонемы или сегменты) так похожи друг на друга? Когда человек впервые изучает иностранный язык, его поражает, насколько сильно отличаются звуковые системы одного языка от звуковых систем любого другого. Стивенс перевернул восприятие студента с ног на голову: вместо того, чтобы спросить, почему языки разные, он спросил, если звуковая система каждого языка совершенно произвольна, почему языки так похожи? Его ответ - квантовая теория речи. Квантовая теория поддерживается теорией изменения языка, разработанной в сотрудничестве с Сэмюэлем Джей Кейзером, которая постулирует существование избыточных или улучшающих функций. Методология Стивенса в исследовании звуков речи состоит из трех этапов. Первый шаг - использование физики (в основном модели труб) для моделирования формы артикуляторов (например, формы передней и задней полости, округления или не округления губ и т. д.). На основе моделей суставной трубки можно рассчитать резонансные частоты, которые являются формативными частотами. После вычисления резонансных частот, данные о речи собираются и анализируются для сравнения с теоретическими расчетами. Этот второй этап в основном экспериментальный, где токены интереса обычно записываются либо в изоляции, и/или встроены в контролируемую фразу-носитель, обычно произносимую несколькими женщинами/мужчинами, носителями языка. Ключ к сбору данных - контроль за как можно большим количеством факторов, чтобы акустические доказательства интереса могли быть исследованы с минимальным количеством артефактов. Последний этап исследования - сравнение результатов данных с теоретическими прогнозами и объяснение имеющихся различий. Различия иногда могут быть объяснены тем, что модели труб обычно упрощены, чтобы не учитывать потери из-за мягкости голосовых стен (хотя к теоретической модели могут быть добавлены резисторы). Подглатная система может также влиять на продуктивную систему голосового тракта, когда глотный проход большой (см. исследование по подглатным резонансам на эффекты речи). Теоретические модели предсказаний могут дать общие предсказания о том, что можно ожидать найти в реальной речи, и доказательства из реальной речи также может помочь уточнить оригинальную модель, и дать лучшее представление о производстве речевых звуков. Квантовая теория направлена на элегантное описание (с использованием физики) и организацию всех акустических особенностей всех возможных звуков в матрицу. (См. главу пять в "Акустической фонетике") Основным ограничением для всех звуков речи является сама физическая артикуляционная система, таким образом, поддерживая утверждение, что среди языков может быть только конечный набор звуков. Причина, по которой набор речевых звуков конечен, заключается в том, что, хотя движение артикуляторов непрерывно, только определенные конфигурации, как правило, являются артикуляторно и / или акустически стабильными, что приводит к фиксированным частотам формантов, которые образуют звуки, относительно универсальные для всех языков (т. Е. гласные и согласные). Таким образом, каждый акустический звук может быть описан несколькими определяющими характеристиками (обычно двоичными). Например, круглые губы (включенные или выключенные) - это особенность. Высота языка (высокая или низкая) - еще одна особенность. В дополнение к этим определяющим признакам, которые служат основным описанием акустических звуков, существуют также усиливающие признаки, которые помогают сделать звуки более узнаваемыми. Для каждой из этих функций можно применить методологию Стивенса, чтобы сначала использовать модель трубки для моделирования артикуляторов и прогнозировать резонансные частоты, затем собирать данные для изучения акустических свойств этой функции и, наконец, согласовать с теоретической моделью и обобщить акустические свойства этой функции. Чтобы познакомиться с миром науки о речи, можно сначала прочитать книгу "The Speech Chain" (Целевая цепь речи) Денеса П. и Пинсона Э., где дается широкий обзор производства и передачи речи. Вводится в спектрограммы и формантные частоты, которые являются основным акустическим описанием звуковых сегментов.
Глоттис
Когда голосовые связки вибрируют, воздух проталкивается (фильтруется) через голосовой тракт, создавая звук. Этот источник звука моделируется как источник тока в схеме, моделирующей производство звука. Изменения в голосовых путях могут привести к изменению звука, который производится. Частота вибрации женских голосовых связок, как правило, выше, чем у мужчин, что придает женским голосам более высокую высоту, чем мужским голосам. Исследования (Hanson, H. M. 1997) показали, что существует разница между тем, как женщины и мужчины вибрируют свои голосовые складки; существует большее распространение женской глоттисы, что придает женским голосам более дыхательное качество, чем мужским голосам.
подглотальная система
Подглатная система относится к системе, которая находится ниже глатчи в человеческом теле. В нее входят трахея, бронхи и легкие. По сути, это фиксированная система, поэтому она не меняется для каждого отдельного оратора. Результаты исследований показали, что во время открытой фазы глоттового цикла (когда глотта открыта) вызывается связь вследствие субглотальной системы, проявляющейся акустически в виде пары полюса/нуля в частотной области. Эти пары полюса/нуля, введенные соединением, служат, по гипотезе, запрещенными или нестабильными областями в спектре, служа естественными границами для особенностей гласных, таких как +передний или +задний. Для взрослых мужчин частоты резонанса их подглотовой системы были измерены (используя инвазивные методы) в 600, 1550 и 2200 Гц. (Акустическая фонетика, стр. 197, Ишизака и др. al., Crane & Boves). Субглотальные резонансные частоты у самок немного выше из-за их меньших размеров. Один из неинвазивных способов измерения этих пиков - использование акселерометра, помещенного над надрезом грудной клетки (Henke), для записи ускорения кожи во время фонации. Вибрация будет улавливать резонансные частоты ниже глоттиса (подглоттовой системы).
голосовой тракт
Голосовой тракт относится к проходу, который находится над глоттисом, вплоть до открытия губ. Для моделирования голосового тракта обычно используется модель из двух труб, одна из которых фиксирует размер (площадь поперечного сечения и длину) задней полости, другая моделирует переднюю полость. Резонансные частоты, рассчитанные по модели трубки, являются формативными частотами. Для получения шуа-гласных /ə/, голосовой тракт относительно открыт от глоттиса до рта, таким образом, модель трубки может рассматриваться как относительно однородная открытая трубка, делающая резонансные частоты (или форматы) равномерно разными. Излучение в рот приведет к тому, что эти резонансные частоты будут примерно на пять процентов ниже. (Acoustics Phonetics, pg 139) Женские голосовые пути (в среднем 14,1 см) в среднем короче, чем мужские голосовые пути (в среднем 17,7 см), что делает их более высокими частотами форманта, чем у мужчин. Поскольку стенки голосового тракта мягкие, энергия теряется в голосовом тракте, что увеличивает пропускную способность формантов.
носовая полость
Когда велофарингеальный порт открывается во время производства определенных звуков, таких как /n/ и /m/, вводятся соединения из-за морской полости, что придает выходу носовое качество.
Вклад в восприятие речи
Квантовая теория предполагает, что фонологическая инвентаризация языка определяется в первую очередь акустическими характеристиками каждого сегмента, с границами, определенными акустическим артикуляторным отображением. Это означает, что фонологические сегменты должны иметь какой-то тип акустической инвариантности. Блумштейн и Стивенс продемонстрировали, что, казалось, инвариантная связь между акустическим спектром и воспринимаемым звуком: добавляя энергию в спектр взрыва "па" на определенной частоте, можно превратить его в "та" или "ка" соответственно, в зависимости от частоты. Наличие дополнительной энергии вызывает восприятие лингвистического согласного; его отсутствие вызывает восприятие лабиального. Недавние работы Стивенса реструктурировали теорию акустической инвариантности в поверхностную иерархическую модель восприятия, модель акустических ориентиров и отличительных особенностей.
Вклад в произведение речи
В 1962 году, находясь в отпуске в KTH в Швеции, Стивенс добровольно принял участие в экспериментах по кинерадиографии, проводимых Свеном Оманом. Кинорадиографические фильмы Стивенса являются одними из самых распространенных; копии существуют на лазерных дисках, а некоторые доступны в Интернете. После возвращения в МТИ, Стивенс согласился контролировать исследования студента-стоматолога по имени Джозеф С. Перкелл. Знания Перкелла об анатомии полости рта позволили ему проследить рентгеновские снимки Стивенса на бумаге и опубликовать результаты. Другие вклады в изучение речевого производства включают модель, с помощью которой можно предсказать спектральную форму турбулентного речевого возбуждения (в зависимости от размеров турбулентного струи), и работу, связанную с конфигурациями голосовых складков, которые приводят к различным способам фонации. Фактически, спектральные свойства (форматы, полоса пропускания форматов, другие глоттовые характеристики) всех возможных звуковых фонем во всех языках теоретически могут быть смоделированы и предсказаны с использованием физических резонаторных моделей. Основные трубные резонаторы могут быть использованы для получения общего прогноза формантов для гласных. Дополнительная усовершенствование базовой модели используется путем добавления резисторов и/или конденсаторов к модели для представления потерь энергии из-за стенки голосового тракта. Акустическое соединение, обусловленное подгластовой системой, также может быть смоделировано путем добавления дополнительных труб к модели исходного голосового тракта, вводя полюс/нуль в спектры, которые представляют эффекты подгластового соединения. (Местонахождение этих полюсов/нулевых пар является резонансными частотами субглотальной системы). Глотальные характеристики, такие как глотальный тон (F0), открытый коэффициент (H1 H2) и степень дыхания (H1 A3), также могут быть смоделированы и измерены из спектров. (Хенсон и Стивенс).
Стивенс как наставник
Стивенс присоединился к MIT в качестве ассистента в 1954 году. Он стал доцентом в 1957 году, профессором в 1963 году и был назначен профессором Clarence J. Lebel Chaired в 1977 году. Стивенс оценил в 2001 году, что он контролировал примерно сорок Ph. Кандидаты в депутаты. Вице-президент с 1971 г. и президент Общества с 1976 г. Он член Ассоциации прокуроров. В 1983 году он получил серебряную медаль в области речевой коммуникации, а в 1995 году получил золотую медаль от общества. Стивенс был членом Американской академии искусств и наук, членом Национальной академии инженерии, членом Национальной академии наук и в 1999 году награждён Национальной медалью США в области науки.