Allmänt. Mätmetoder. Vad vill man veta/mäta? Mätmetodstyper. Direkta mätmetoder. Indirekta mätmetoder

Transkript

1 Mätmetoder - Allmänt - Direkt - Indirekt Allmänt Vad vill man veta? Vad vill man mäta? Vilka artikulatorer är inblandade? Störs talet av utrustningen? Vilka metoder är etiskt försvarbara? Vad får utrustningen kosta? Kan jag hantera utrustningen Ska utrustningen vara portabel? Vad vill man veta/mäta? Artikulatorernas storlek och form Artikulatorernas fysiologiska struktur Vilka muskler är aktiva? Artikulatorrörelsernas storlek Artikulatorrörelsernas hastighet Samspel mellan artikulatorererna Mätmetodstyper Direkt vs indirekt Direkt: gör artikulatorns ställning, rörelse synlig omedelbart Indirekt: slutsatser om artikulatorns ställning eller rörelse dras ur annan information Direkta mätmetoder Avbildande metoder (Imaging techniques) Mekaniska mätningar Mätningar av muskelarbete Kontaktmätningar Indirekta mätmetoder Artikulografi Fotooptiska metoder Aerodynamiska/luftflödesmätningar Akustiska metoder Simulering

2 Enskilda mätmetoder Metodens namn och teknik Vilka artikulatorer kan beskrivas Metodens typ På vilket sätt används den Fördelar och nackdelar Elektromagnetisk profilbilds artikulografi (EMMA) Rörelsen hos spolar klistrade på artikulatorerna fångas upp av ett elektromagnetisk fält och omräknas till artikulatorrörelse Hjälmliknande ställning över huvudet med spolar på olika ställen som bygger upp ett elekromagnetisk fält Från spolarna på artikulatorerna leder små trådar ut genom munnen, vilket kan störa uttalet, men inte särskilt mycket Artikulografi Artikulografi Artikulografi Artikulografi

3 Indirekt fotooptiska En ljuskälla fästes på ena sidan av artikulatorn och en fotocell på den andra Den ljusmängd som fångas upp av fotocellen relateras till öppningsgraden av passagen i talapparaten Används tex. för att beskriva öppningsstorleken av passagen mellan munhålan och näshålan, dvs graden av sänkning av den mjuka gommen Filmning Med vanlig kamera och objektiv knappast utförbart inne i talapparaten Fiberskop bestående av många fibrer, några levererar belysning och andra som är försedda med en optisk lins överför bilden Anvädning för undersökningar av t.ex. larynxaktivitet Med höghastighetskamera, ofta digital video Filmning Höghastighetsfilmning Direkt avbildningsteknik (Direct-imaging) Avbildning av artikulatorer framför allt utanför talapparaten, t.ex. käkrörelse För att få fram 3-D bilder använder man två kameror Lysdioder tjänar som referenspunkter för rörelsemätning (selspot) Fiberoptik Idag används fiberoptik som kombinerar ljusskälla och optik. Filmupptagningen är oftast någon form av digital video.

4 Strobe single Sp speech pressure microphone waveform maximum contact Lx laryngograph/egg vocal fold contact waveform maximum separation direct imaging Normal voice 26yr. 5µs light flashes with 10 µs latency normal modal voice adult male xh31-54 Normal Sp & Lx Röntgenfilmning Direkt avbildningsteknik (Direkt-imaging) Avbildning av artikulationsapparaten i profil, t.ex. tungrörelse och velumrörelse Användning av röntgenstrålning inte okontroversiell, utveckling av metoder som kräver lägre strålningsdos Vanlig röntgenfilmning Kvinnlig talare uttalar ordet [bo d ] Röntgenfilmning Microbeam Utrymmeskrävande som sagt! Microbeam: med referenselement klistrat på artikulatorerna behövs mindre strålning Mycket dyr och utrymmeskrävande utrustning!

5 Microbeam De röda prickarna på tunga och läppar representerar små kulor av guld som man klistrat fast. Anledningen till detta är att guld är mycket svårgenomträngligt för röntgenstrålar och genom att använda sådana kulor som markörer kan man sänka stråldosen till ett absolut minimum. Datortomografi/snittröntgen Direkt avbildning av den enskilda artikulatorns struktur, dvs. fysiologisk sammansättning, t.ex. tungan Röntgenbilder i olika skikt från olika vinklar som sätts samman i en dator till en bild av hela organen Nackdel: dålig tidsupplösning; talaren är utsatt för hög stråldos Magnetic Resonance Imaging (MRI) Direkt avbildning av artikulatorer i profil Olika artikulatorer har varierande vätejondensitet Med hjälm över huvudet byggs det upp ett elektromagnetisk fält Med hjälp av vätejonernas återstrålning efter avstängning av det elektromagn. fältet får man information om artikulatorns läge MRI Nackdelar: mycket dyr utrustnig Enstaka bilder som kräver relativt lång exponeringstid Talaren i hjälm blir utsatt till ljud med hög volym Talarens tal kan inte inspelas samtidigt med god kvalitet MRI MRI [a] [ ] [œ] [ ] [f] [j]

6 MRI Ultraljud Direkt avbildning av artikulator och dess rörelse En ljudvåg med ultrahög frekvens sänds mot artikulatorn, som reflekterar delar av vågformen och på detta sätt ger information om artikulatorns rörelse och form Nackdel: ljudvågen fortplantas dåligt genom luft och kan därför inte användas för alla artikulatorer Mekaniska Återspeglar artikulatoriska rörelser direkt Velotrace: en liten arm som läggs mot översidan av mjuka gommen och går ut genom näsan Lägesändringar av delen utanför näsan sker pga varierad grad av velumöppning Nackdel: inte särskilt bekvämt... Elektromyografi (EMG) Direkt information om muskelaktivitet Kan användas i alla muskler Mycket små elektroder sticks in i muskeln Elektrisk impuls representerar sammandragning av respektive muskel Många impulser innebär mycket muskelarbete Nackdel: invasiv teknik, kräver specialistkompetens (vanligen läkare) Elektrisk palatografi (EPG) Elektrisk palatografi (EPG) Direkt information om tungkontakt mot gommen Gomplatta liknade tandställning försedd med t.ex. 62 elektroder i 8 rader (bara 6 elektroder i främre raden) Avläsning av tungkontakt ca. 100ggr/sek, dvs varje tionde ms Varje avläsning visas som en karta Gomplatta måste framställas för varje talare

7 Elektrisk palatografi (EPG) Elektrisk palatografi (EPG) Elektrisk palatografi (EPG) Elektrisk palatografi (EPG) I EPG-sekvensen (frame length 7.5 ms) kan man se att tungkroppsslutningen för den velara konsonanten (k) överlappar med tungblads/spets gesten för det följande l:et, vilket visas av en lätt frontkontakt så tidigt som i frame 130. De följande ramarna visar fullständigt överlapp för /k/ och /l/ slutning under omkring 20 ms. Kurvor som visar det orala flödet, det nasala flödet, den akustiska signalen och EPG (ElektroPalatoGrafi) aktiviteten vid produktionen av ordet weakling i en fras. Dissektionsstudier Man har bland annat använt dissektionsstudier för att undersöka artikulatorernas mekaniska egenskaper. Det är då främst stämläpparna (epitelet, ligamentets olika lagren, vocalismuskel) man undersökt. Dissektionsstudier Eftersom det av bl.a. etiska skäl är både känsligt och svårt att få tillgång till mänskliga kadaver har man gjort en hel del studier baserade på undersökningar av djur vars organ liknar människans. När det gäller stämläpparna har fram för allt hund använts.

8 Ett tidigt experiment för att undersöka sambanden mellan flödet, trycket, stämläppsspänningen och grundtonen. Experimentet skiljer sin inte så mycket från dagens experiment bortsett från att vi nu har tillgång till tekniskt mer sofistikerad apparatur. Som t.ex. den här använd av van den Berg 1959 J. Müller, Über die Compensation der physischen Kräfte am menschlichen Stimorgan eller som här i Tizes laboratorium 1992 Muskeln sträcks ut och slappnar av genom att armen rör sig upp och ned. Muskelns övre ände är fäst vid en tråd. Muskeln är fixerad i denna ände För att förhållandena så långt möjligt ska likna verklighetens befinner sig muskeln i ett vätskebad som håller kroppstemperatur. Vokalismuskel som utsätts för upprepad töjning. Avsikten med försöket är bl.a. att bestämma muskelns elasticitet. Kurvan visar vocalismuskelns elasticitet vid olika grad av förlängning. Till att börja med ger den med sig väldig lätt när man ökar dragkraften. Vid större förlängning ökar motståndet. Mekaniska egenskaper efter mätningar gjorda på organ från hund VOCALIS HÖLJET

9 Teoretisk beräknade kurvor för motsvarande strukturer hos människan Stämläpparnas deformering under en glottisvåg Schematisk framställning av höljets och ligamentets rörelse under glottisvågen Resultaten har erhållits genom studier av kadaver. Successiva former på den ena stämläppen under den deformering den genomgår under glottisvågen Aerodynamiska mätningar Luftflödesmätningar ger information om graden av förträngning i talapparaten Med mask möjliggörs separat mätning nasalt och oralt flöde Kan kombineras med lufttrycksomvandlare som placeras någonstans i eller utanför talapparaten Mätningar i klusiler, av nasalitet och stämbandskontakt Luftflödesmätningar Rothenberg mask + inversfiltrering ger flödesglottogram Metoder för att studera den glottala vågformen Olika mätmetoder visar olika aspekter luftflödet flödesglottogram grad av stämläppskontakt elektroglottogram glottisöppningens area fotoglottogram stämläpparnas rörelser i detalj stroboskopfotografering röntgenfilmning Olika glottogram Flödesglottogram maximum vid maximal flöde = max. öppning Fotoglottogram maximum vid maximal ljus = max. öppning Elektroglottogram maximum vid maximal stämläppskontakt = början av sluten fas används också omvänt

10 Flödesglottogram Fotoglottogram (EGG) Rothenbergmask Elektroglottografi Stämläpparnas kontakt mäts genom att en svag ström sänds genom struphuvudet Elektroder är placerade på ömse sidor av sköldbrosket Strömmen är proportionell mot stämläpparnas kontaktarea Elektroglottogram (EGG) Sp Lx Flow EGG/Laryngograph signal in relation to acoustic and Lx & flow airflow waveforms Akustiska mätningar Den akustiska bilden återspeglar indirekt artikulationen Variationen är dock stor både inom och mellan talare Inget entydigt förhållande mellan ljud och bild - samma ljudbild kan åstadkommas med olika artikulationsställningar Fördel: Relativt enkel och billig utrustning Simulering med hjälp av modeller Att använda sig av simuleringar, antingen med mekaniska eller datorimplementerade modeller, ger möjlighet att pröva teoretiska modeller på ett sätt som inte är möjligt med direkta metoder.

11 Att studera talets akustik med hjälp av modeller är inte precis något nytt som denna bild visar... eller denna Kratzensteins modell av ryska vokaler från 1779 Två av de resonansrör Helmholz använde för att beräkna vokalers formantfrekvenser (senare delen av 1800-talet) Mekanisk modell i stor skala för att simulera de strömningsförhållanden som råder i glottis. Data från sådana simuleringar används sedan som underlag för datormodeller. Bilden är tagen i Titzes laboratorium. Modell av stämläpparna Kanal med välkontrollerad laminär luftström... men vi ska nu ta en titt på lite modernare metoder 16-element modell (Titze, 1973) 64-element modell (Titze, 1979) En mekanisk modell av stämläpparna. I det här fallet en s.k. 2- mass modell. Med en sådan kan t.ex. glottisvågen modelleras. Mekaniska modeller som ligger till grund för datorsimuleringar som ska ge oss ökade kunskaper om stämläpparnas mekanik. VOC Ligament Hölje

12 Allmänt Val av metod är kritiskt med avseende på Kostnad Komplexitet Kompetens Etiska överväganden Situation (tex. lab vs. fältarbete) Önskad precision Generaliserbarhet