Устройство для исследования артикуляторных процессов порождения речи

УСТРОЙСТВО для ИССЛЕДОВАНИЯ АРТИКУЛЯТОРНЫХ ИРОЦЕССОВ ПОРОЖДЕНИЯ РЕЧИ
Полезная модель относится к области визуализации работы органов человека с использованием магнитно-резонансной томографии (МРТ), а именно - визуализации органов, ответственных за голосовое воспроизведение речи, то есть визуализации губ, языка, ротовой полости, пищевода, гортани при произнесении звуков. Кроме отображения процесса произнесения звуков МРТ можно использовать для построения анимационных изображений, отображающих процесс произнесения более сложных звуковых констрз сций - слов, фраз и т.п. При этом уже полученные изображения гласных звуков можно использовать как особые метки при соотнесении магнитно-резонансных (МР) изображений и аудиозаписи.
Проблема визуализации органов речи разрабатывается достаточно давно. В качестве примера можно привести патент № 660255, опубликованный 23.10.1900, в котором описано устройство для обучения речи и чтению, использующее стойку с перекладинами, между ними расположены дощечки с буквами, над которыми размещены изображения органов речи в положении произнесения этих букв и имеются подвижные планки, за которыми можно спрятать нарисованные буквы. В настоящее время наиболее информативным средством экспериментального исследования речевой артикуляции считается кинофоторентгенография. С помощью этого метода построена хорошо известная и, по-видимому, пока единственная, артикуляторная база русского языка (в части стационарных участков звучания), приводимая в справочном издании «Атлас звуков русской речи (К. Болла «Атлас звуков русской речи, Будапешт, 1981 г.). Однако процесс снятия, расшифровки и прорисовки кинофоторенгенограмм технически сложен, имеет санитарно-гигиенические ограничения. Метод, в основном, рассчитан на получение статических изображений и не
---: l---   G01R33/20
приспособлен для изучения речи в процессе ее развертываний (в реальном времени).
Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является устройство для исследования артикуляторных процессов порождения речи, содержащее микрофон, связанный со средством аудиозаписи, средство формирования динамического изображения органов речи, средство синхронизации и дисплей (US6151577, опубликованный 21.11.2000). Данное устройство позволяет получить динамическое изображение работающих органов речи, однако это изображение формируется на основе программы, преобразующей поступающие сигналы в модельные образы. Последние не являются действительным изображением органов речи конкретного лица. Поэтому достоверное исследование артикуляторных процессов порождения речи с помощью данного устройства осуществить невозможно.
Техническим результатом, на достижение которого направлена данная полезная модель является применение методов МРТ для визуализации артикуляторных органов с целью исследования механизмов речепорождения, которые позволят получить достоверные знания о динамических механизмах речепорождения в разных языках, и в частности, применительно к русскому языку. Технический результат достигается использованием устройства, содержащего: микрофон, средство формирования динамического изображения органов речи, средство синхронизации и дисплей, причем в качестве средства формирования динамического изображения органов речи использован магнитно-резонансный томограф, а средство аудиозаписи снабжено дополнительным каналом, связанным с устройством синхронизации, по которому поступают сигналы начала сканирования, необходимые для правильного отнесения участка аудиограммы с соответствующим циклом сканирования. Приемная катушка магнитнорезонансного томографа выполнена в виде шлема, в который помещается голова говорящего, и служит основой для крепления микрофона.
На рисунке 1 изображена структурная схема устройства для исследования артикуляторных нроцессов порождения речи. Устройство содержит микрофон 1, связанный со средством 2 аудиозаписи, средство 3 синхронизации, подключенное к средству 2 аудиозаписи и к связанному с дисплеем 4 средству 5 формирования динамического изображения органов речи, в качестве которого использован магнитно-резонансный томограф.
Голова говорящего помещается в шлемовидную приемную катушку магнитно-резонансного томографа (катушку Гельмгольца), используемую для МРТ съемки. Средство синхронизации осуществляет запись меток начала сканирования для отнесения участков аудиограммы с конкретным циклом сканирования. Диктор произносит звуки в обычном для томографической съемки положении лежа на спине. Микрофон прикреплен к приемной катушке и расположен в непосредственной близости от рта диктора. Такое расположение позволяет минимизировать влияние акустического шума, обычно возникающего при МР сканировании из-за вибрации катушек при протекании через них импульсных токов.
Представленные на рисунке 2 МР изображения отображают конфигурацию артикуляционных органов при произнесении основных гласных звуков русского языка. МР изображения можно сравнить с соответствующимиизображениями,полученнымиметодом
кинофоторентгенографии. При значительном совпадении основных параметров обоих типов изображений в случае томографической съемки просматривается большая детализация действий органов артикуляции, особенно в отношении мягких тканей, например, кончика языка.
Кроме отображения процесса произнесения звуков, МРТ можно использовать для построения анимационных изображений, отображающих процесс произнесения более сложных звуковых конструкций - слов, фраз и т.п. При этом уже полученные изображения гласных звуков можно использовать как особые метки при отнесении МР изображений и аудиозаписи. Дополнительным подспорьем для такой работы могут стать
данные обычной видеосъемки, нозволяющей упростить отнесение внешних анатомических структур.
Применение метода МРТ для визуализации работы артикуляторных органов позволяет получать высококонтрастные детальные изображения этих органов на всех стадиях артикулирования звука, что позволяет с высокой степенью достоверности представить все основные особенности артикуляторных движений. Возможно применение разрабатываемых методик для всех артикуляторных моделей, определяющих артикуляторную базу языка. Это создает возможности для успешного решения как ряда фундаментальных задач теоретической фонетики и фонологии (прежде всего совершенствования теории речепорождения), так и для множества прикладных областей речеведения (лингводидактики, автоматического распознавания и синтеза речи, компьютерных речевых баз данных и т. д.). Метод МРТ позволяет преодолеть ограничения суш:ествующих методов, благодаря его чувствительности к сигналам от мягких тканей, получить высококонтрастные изображения артикуляционных органов - губ, языка, ротовой полости, нёбной занавески, гортани и др. в процессе порождения звука.