2014 Fiscal Year Research-status Report
発話運動の３次元センシングとその認知科学的応用に関する研究
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25540071
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
鏑木 時彦 九州大学, 芸術工学研究科(研究院), 准教授 (30325568)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 音声生成 / 発話動作 / 磁気センサシステム / 送信コイル配置 / 磁場シミュレーション / モーションキャプチャ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
人の音声生成過程における発話運動を、高い時間分解能と空間分解能で測定するため、発話運動の測定に特化した３次元磁気センサシステムの開発をおこなっている。これまで本システムでは、６個の送信コイルよりそれぞれ異なる周波数の交流磁界を発生し（６チャンネルシステム）、マーカーである受信コイルに誘導される信号強度より、マーカーの３次元位置および傾きを検出していた。このマーカーコイルを複数使用することで、舌、唇、下顎、軟口蓋など、主要な音声器官の運動を、それぞれ100Hz以上のサンプリングレートで測定することが可能になる。さらに、調音運動と同時に音声の収録も可能であり、調音運動と音声の音響特性の間の関係を明らかにすることもできる。平成２６年度は、この６チャンネルシステムの最適化を目指して、(1)非決定性問題を解消するための送信コイルの配置の最適化シミュレーション、(2)最適化に基づいた修正システムの製作、(3)７チャンネルシステム、８チャンネルシステムの可能性の検討をそれぞれ行った。
(1)に関しては、６個の送信コイルの向きを組み合わせ的に非線形最適化するため、非常に膨大な計算量が必要とされている。非線形最適化に固有の局所解の問題も発生しており、平成２５年度に引き続いて計算を継続した。その結果、従来の配置に比べて測定精度の高い配置を得ることができた。(2)については、この最適化シミュレーションをもとにして、実際に送信コイルを配置するための治具を作成し、ハードウェアシステムを構築した。その上で、従来の配置に対して測定誤差がどの程度減少するかを定量的に分析し、本法の有効性を確認した。(3)については、まだ最適化シミュレーションの段階であるが、送信コイルの個数を６個より多くし、それらの位置を最適化することで、測定精度をさらに向上させることができるとの見通しを得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成２６年度は、これまでの送信コイル配置の最適化をさらに進め、さらに実測可能なハードウェアシステムを構築して、測定精度の定量的な評価を行うことができた。これらの成果を国際会議において２件発表するとともに、国内の学会、研究会においても成果発表を行った。さらに、現在、英文雑誌に投稿するための原稿を作成しており、間もなく第１稿を完成の予定である。このように、研究成果の外部発表という意味でも、実績を挙げることができたと考えている。他方、送信コイルの個数を増やすことで、測定精度の向上が可能である見通しを得ることができた。現在は、８チャンネルシステムに基づくハードウェアシステムを構築中であり、実際に観測実験を行うための種々の準備も整えつつある。これまでのところ、研究は順調に進んでいると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
６チャンネルシステムに関しては、一定のレベルに達しており、最適化シミュレーション、実測用ハードウェアシステムの製作、精度検証のための実測実験までがほぼ終了している。また、それらの研究成果を国際会議や学会で発表しており、論文化を進めている。今後は、(1)さらなる精度向上を目指すための８チャンネルシステムの構築と、(2)現在の６チャンネルシステムを用いた発話運動の測定実験を平行して進めていく予定である。
(1)については、現在の６チャンネルシステムでは、送信コイルの配置の最適化により従来よりも測定精度が向上したものの、測定時の受信コイルの傾斜が大きくなるに従ってシステムの測定精度が低下することが、今後解決すべき問題として残されている。実際の観測では、発話中の調音器官の柔軟な運動によって、コイルの傾斜が生じることはさけられない。この解決のためには、送信コイルの個数を増やし、マーカーコイルの位置推定における冗長性を上げることが考えられる。現在は磁界シミュレーションによって配置の最適化を進めている段階であり、今後は、ハードウェアシステムの製作が課題となる。
(2)については、磁気センサシステムとともに、声道の音響特性を推定するための測定装置や声帯振動を測定する電気式喉頭計を組み合わせることで、発声の際の音源部と声道部のトータルな観測実験を実施する計画である。そのためには、センサシステムを制御するソフトウェアやマーカー位置のリアルタイムモニタのためのソフトウェアの実装をはじめ、マーカーコイルを被験者に装着するための方法など、細部にわたる準備が必要であり、すでにこれら全体にわたる検討を進めているところである。
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