Sprecherdiskrimination anhand der Intonation

1. Sprecherdiskrimination anhand der Intonation Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) Seminar: Forensische Phonetik Professor: Prof. Dr. Jonathan Harrington Referentin: Clara Tillmanns Datum: 15.11.2007

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

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

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

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

6. Grundlagen und Einführung1.1 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) Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation

7. Grundlagen und Einführung1.1 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. Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation

8. Grundlagen und Einführung1.2 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) Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation

9. Grundlagen und Einführung1.2 Die phonologische Struktur der Intonation Die „britische“ Tradition konzentriert sich auf dynamische Ereignisse wie falls und rises. Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation

10. Grundlagen und Einführung1.2 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% Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation

11. Grundlagen und Einführung1.3 Phonologische und phonetische Unterschiede zwischen Sprechern Intonatorische Variabilität Beispiel: Ja-oder-Nein-Frage H* L H% L* H% H* H% Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation

12. Grundlagen und Einführung1.3 Phonologische und phonetische Unterschiede zwischen Sprechern Phonetische Variabilität [SlIm] / [Slym] Es besteht ein Auditiver Unterschied Akustischer Unterschied Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation

13. Grundlagen und Einführung1.3 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? Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation

14. 2. Experiment • Argumentation und Hypothese 2. Prozedere Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation

15. 2. Experiment2.1Argumentation 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. Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation

16. 2. Experiment2.1Argumentation 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)) Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation

17. 2. Experiment2.2 Prozedere • Sprachdaten • Versuchspersonen • Ablauf der Aufnahmen • Analysen • Ergebnisse Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation

18. 2. Experiment2.2 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. Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation

19. 2. Experiment2.2 Prozedere 2. Versuchspersonen 8 Teilnehmerinnen mit intonatorischer Vorbildung Alle Sprecherinnen des Southern British Dialekts 3. Aufnahmen Orientierungsaufnahmen sollten mit „der eigenen Stimme“ imitiert werden Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation

20. 2. Experiment2.2 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). Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation

21. 2. Experiment2.2 Prozedere Fig.1: F0-Verlauf der Äußerung „We were relying on a milliner.“ mit gedehntem Tonhöhenumfang (aus Nolan 2002) L* relying H* milliner L milliner mid Mittfrequenz zwischen H* und L Nicht notwendigerweise äquidistant im Zeitbereich Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation

22. 2. Experiment2.2 Prozedere Fig.2: F0-Verlauf der Äußerung „A milliner?“ mit neutralem Tonhöhenumfang (aus Nolan 2002). H* milliner L2 milliner Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation

23. 2. Experiment2.2 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 [mIlIn@] B: H*, mid-fall und L2 (Beginn final rise) je als ein Prozentsatz von [mIlIn@] A: H* to mid-fall (absolute duration in ms) Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation

24. 2. Experiment2.2 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 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation

25. 2. Experiment2.2 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: Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation 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. 2. Experiment2.2 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). Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation 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. 2. Experiment2.2 Prozedere Ergebnis 2/7: Die schlechtesten Werte der Zuordnungsmerkmale sind schlechter als der schlechteste Wert der Formanten. Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation 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. 2. Experiment2.2 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). Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation 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. 2. Experiment2.2 Prozedere Ergebnis 4/7: Bester Wert: mid-fall in A (Unterschiedliche Stellung in 6, fall-rise, statt fall L%) Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation 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. 2. Experiment2.2 Prozedere Ergebnis 5/7: 2t bester Wert: Beginn des final-rise in B. Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation 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. 2. Experiment2.2 Prozedere Ergebnis 6/7: 4: der einzige absolute Wert liegt auch nur knapp über 1. Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation 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. 2. Experiment2.2 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. Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation 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. 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? Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation

34. 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). Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation Fig.4: Diagramm der Positionen: mif-fall in A auf der x-, mid-fall in B auf der y-Achse.

35. 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? Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation Fig. 5: Vergleich der Varianzen zwischen und innerhalb der Sprecher für zwei Zuordnungs-Merkmale: H* und mid-fall aus A.

36. 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... Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation

37. 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. - ... Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation

38. 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 0.40. Schön, aber das nur am Rande. Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation

39. 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. Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation Fig. 6: Schematische Repräsentation von zwei möglichen „koartikulatorischen“ Transitionen von unterschiedlichen Personen zwischen phonologischen benannten H und L Zielen.

40. 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. Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation Fig. 6: Schematische Repräsentation von zwei möglichen „koartikulatorischen“ Transitionen von unterschiedlichen Personen zwischen phonologischen benannten H und L Zielen.

41. 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: • Vergleiche auf der Basis des gleichen Textes • In gleicher intonatorischer Realisation • Mit vorsichtig ausgewähltem Phoneminventar (Sonoranten und Vokale) um Störungen des F0-Verlaufs zu vermeiden. • 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. Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation Fig. 6: Schematische Repräsentation von zwei möglichen „koartikulatorischen“ Transitionen von unterschiedlichen Personen zwischen phonologischen benannten H und L Zielen.

42. 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. 157-233 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 Clara Tillmanns: Sprecherdiskrimination anhand der Intonation