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La velocità di articolazione come parametro identificativo: potenzialità e limiti per la caratterizzazione del parlante Antonio Federico*, Laura Mori**, Andrea Paoloni *** *Enea federico@casaccia. enea. it **Università di Roma ‘La Sapienza’ laura. mori@unitus. it ** *Fondazione Ugo Bordoni pao@fub. it

La VA in letteratura Ø La velocità di articolazione (VA) viene descritta come il parametro macroprosodico più stabile a livello intraparlatore, indipendentemente dalla lingua (ad es. francese, inglese, italiano, tedesco): § § § Goldman-Eisler (1968) Grosjean-Deschamps (1975) Miller-Grosjean-Lomanto (1984) Magno-Caldognetto-Vagges (1991) Magno Caldognetto-Ferrero-Zmarich (1996) Künzel (1997)

La VA nel forense Künzel (1997) Uno studio sperimentale condotto su alcuni parametri prosodici del tedesco da poter essere utilizzati per l’identificazione del parlante ha dimostrato che la velocità di articolazione: ü è sufficientemente stabile a livello individuale ü non è influenzata dalla modalità comunicativa in maniera significativa E QUINDI CONSENTE DI DISCRIMINARE PARLANTI DIVERSI AL PUNTO DA ESSERE CONSIDERATA UN PARAMETRO IDENTIFICATIVO

Alcune riflessioni sulla VA La variabilità della VA dipende da tre componenti: § La variazione connessa con la modalità d’eloquio (parlato letto, spontaneo, ripetuto) e con l’interlocutore (conversazione formale vs. informale); § La variazione dipendente dal testo del messaggio (struttura sillabica e tipologia dei foni). § La variazione dovuta alle abitudini articolatorie del parlante.

La velocità di articolazione: potenzialità Studi condotti sulla velocità di articolazione in italiano a fini forensi hanno messo in evidenza che: ü La velocità di articolazione non è correlata con i valori formantici (Federico & alii, in stampa) e quindi fornisce informazioni identificative aggiuntive. ü La velocità di articolazione non è condizionata in maniera significativa dalla variazione diafasica (Mori & Paoloni, 2004; Federico & alii, in stampa) Si è proceduto all’integrazione del parametro nel sistema di Identificazione del parlatore messo a punto dall’ENEA e dalla Fondazione Ugo Bordoni (IDEM-SPREAD/AR)

Correlazione con i parametri spettrali Un test di correlazione tra i valori della velocità di articolazione e le misure formantiche estratte dallo stesso segnale dimostrano che non esiste una correlazione tra questo parametro temporale e i parametri spettrali (database del Raggruppamento Investigazioni Scientifiche dell’Arma dei Carabinieri).

Il modello statistico (AR 2004) § Il primo modello statistico della velocità di articolazione è § § § stato sviluppato nel 2004 sulla base dei dati della FUB e del RACIS. L’elemento statistico modellato è la singola sillaba Sono stati calcolati il centroide della popolazione e le varianze intra-parlante ed inter-parlante per il discorso spontaneo E’ stata sottoposta a test l’ipotesi di normalità delle distribuzioni. Il modello è tuttavia inserito nel sistema SPREAD/AR che opera con un approccio generale nonparametrico

Convergenza sperimentale della variabilità intra-parlante

Dipendenza della velocità di articolazione dal testo La velocità di articolazione è soggetta ad una variazione locale (cfr. Giannini, 2000; Pettorino, 2004) dipendente dal testo del messaggio: la struttura sillabica e i foni presenti nella catena fonetica incidono sulla durata della sequenza e quindi sulla VA ma ciò non ha evidentemente valore informativo sulla identità del parlante.

Una procedura di normalizzazione Per eliminare la variazione dipendente dal testo si è messa a punto una procedura di normalizzazione basata sulla compensazione della composizione sillabica mediante un sintetizzatore vocale. La velocità di articolazione di una voce sintetica progettata per l’italiano presenta una variabilità dipendente solamente dalla struttura fonologica delle catene ma indipendente dal parlante. Ø Il modello statistico della VA viene corretto eliminando la variabilità dipendente dal testo.

Velocità di articolazione normalizzata La velocità di articolazione, cioè il numero di sillabe per unità di tempo articolate tra due pause silenti, viene normalizzata alla velocità virtuale di articolazione di sequenze di sillabe identiche. SCOPO: “evidenziare le manifestazioni individuali determinate dalla configurazione anatomo-fisiologica e dalle abitudini articolatorie dell’individuo” La nuova variabile VAnorm ha caratteristiche statistiche differenziate rispetto alla velocità di articolazione.

Proprietà della VA normalizzata La nuova variabile VAnorm = VA – VAsint ha caratteristiche statistiche differenziate rispetto alla velocità di articolazione. Il centroide della popolazione della variabile normalizzata non è altro che la differenza tra i valori attesi della VA (7, 17 sillabe/s) e della VA del sintetizzatore (7, 01 sillabe/s). E’ nullo se il sintetizzatore viene tarato sulla VA media(7, 17 sillabe/s). La variabilità intra-parlante è soltanto quella determinata dal parlante e risulta pari al 78% della variabilità totale della singola sillaba (W=5, 61) Il valore atteso della variabilità inter-parlante non cambia con la normalizzazione.

Informazione della VA normalizzata E’ significativo lo studio della correlazione lineare del parametro normalizzato. La matrice: Correlazioni VA VA Va norm VA sint 1 VA norm . 88 1 VA sint . 36 -0, 12 1 Esso mette in luce l’esistenza di un 36% di informazione legata al testo nella VA normale. La nuova variabile, a normalizzazione effettuata, perde del tutto la correlazione con l’informazione legata al testo ( = -0, 12 ~0) e rafforza la sua capacità di interpretare la dinamica intraparlante ( = 0, 88). La nuova variabile, per effetto della varianza intra-parlante ridotta, aumenta la sua precisione nel processo di identificazione statistica del parlante.

Criteri metodologici ü SELEZIONE SEQUENZE ARTICOLATE: Catene foniche composte da un minimo di sei sillabe comprese tra due pause silenti e senza pause vocalizzate e allungamenti segmentali ü SILLABIFICAZIONE FONETICA: Il profilo dell’energia con i relativi picchi di intensità è stato assunto come punto di riferimento nella determinazione del numero di sillabe fonetiche ü SEGMENTAZIONE: Analisi spettro-acustica (forma d’onda e sonogramma) e riscontro uditivo

Il sistema SPREAD/AR esegue il test di identificazione a partire dal modello statistico qui presentato e dai dati che complessivamente costituiscono il Database di riferimento per la popolazione adulta maschile italiana, in coerenza con il sistema IDEM FUB. La figura mostra la disposizione del parametro VA attraverso le funzioni continue di verosimiglianza intra-parlante e interparlante. Il punto di intersezione delle due densità corrisponde al Likelihood Ratio unitario e viene assunto da alcuni test come distanza di soglia per l’identificazione del parlante.

Il sistema SPREAD/AR

Il test di identificazione del parlante viene eseguito dal sistema con tutti i principali algoritmi sviluppati in letteratura e di maggior utilizzo nella pratica di laboratorio. In funzione del test viene calcolato il rapporto di verosimiglianza che consente, mediante la formula di Bayes, la combinazione con la probabilità a priori e con i risultati degli altri test di laboratorio, supposti statisticamente indipendenti: Ppost = LRAR * LR 1 * LR 2 * … LRK * Pprior La figura presenta un caso pratico di applicazione con dati reali.

Risultati del Test di identificazione

Test di identificazione Bayesiani

Conclusioni La procedura di compensazione sillabica ci consente di eliminare la variabilità della VA dipendente da fattori linguistici (composizione delle. catene sillabiche). Permane la criticità della fase di controllo della modalità espressiva del parlante che rilascia il saggio fonico. La modalità d’eloquio del saggio deve essere quanto più possibile spontanea.

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