Speech Analysis using Modern Techniques of Nonlinear Dynamics

Medical fields requires fast, simple and noninvasive methods of diagnostic techniques. Several methods are available and possible because of the growth of technology that provides the necessary means of collecting and processing signals. The present thesis details the work done in the field of voice signals. New methods of analysis have been developed to understand the complexity of voice signals, such as nonlinear dynamics aiming at the exploration of voice signals dynamic nature. The purpose of this thesis is to characterize complexities of pathological voice from healthy signals and to differentiate stuttering signals from healthy signals. Efficiency of various acoustic as well as non linear time series methods are analysed. Three groups of samples are used, one from healthy individuals, subjects with vocal pathologies and stuttering subjects. Individual vowels/ and a continuous speech data for the utterance of the sentence "iruvarum changatimaranu" the meaning in English is "Both are good friends" from Malayalam language are recorded using a microphone . The recorded audio are converted to digital signals and are subjected to analysis.Acoustic perturbation methods like fundamental frequency (FO), jitter, shimmer, Zero Crossing Rate(ZCR) were carried out and non linear measures like maximum lyapunov exponent(Lamda max), correlation dimension (D2), Kolmogorov exponent(K2), and a new measure of entropy viz., Permutation entropy (PE) are evaluated for all three groups of the subjects. Permutation Entropy is a nonlinear complexity measure which can efficiently distinguish regular and complex nature of any signal and extract information about the change in dynamics of the process by indicating sudden change in its value. The results shows that nonlinear dynamical methods seem to be a suitable technique for voice signal analysis, due to the chaotic component of the human voice. Permutation entropy is well suited due to its sensitivity to uncertainties, since the pathologies are characterized by an increase in the signal complexity and unpredictability. Pathological groups have higher entropy values compared to the normal group. The stuttering signals have lower entropy values compared to the normal signals.PE is effective in charaterising the level of improvement after two weeks of speech therapy in the case of stuttering subjects. PE is also effective in characterizing the dynamical difference between healthy and pathological subjects. This suggests that PE can improve and complement the recent voice analysis methods available for clinicians. The work establishes the application of the simple, inexpensive and fast algorithm of PE for diagnosis in vocal disorders and stuttering subjects.

Permutation Entropy Based Analysis of Complex Signals for Characterising Change in System Dynamics

Timely detection of sudden change in dynamics that adversely affect the performance of systems and quality of products has great scientific relevance. This work focuses on effective detection of dynamical changes of real time signals from mechanical as well as biological systems using a fast and robust technique of permutation entropy (PE). The results are used in detecting chatter onset in machine turning and identifying vocal disorders from speech signal.Permutation Entropy is a nonlinear complexity measure which can efficiently distinguish regular and complex nature of any signal and extract information about the change in dynamics of the process by indicating sudden change in its value. Here we propose the use of permutation entropy (PE), to detect the dynamical changes in two non linear processes, turning under mechanical system and speech under biological system.Effectiveness of PE in detecting the change in dynamics in turning process from the time series generated with samples of audio and current signals is studied. Experiments are carried out on a lathe machine for sudden increase in depth of cut and continuous increase in depth of cut on mild steel work pieces keeping the speed and feed rate constant. The results are applied to detect chatter onset in machining. These results are verified using frequency spectra of the signals and the non linear measure, normalized coarse-grained information rate (NCIR).PE analysis is carried out to investigate the variation in surface texture caused by chatter on the machined work piece. Statistical parameter from the optical grey level intensity histogram of laser speckle pattern recorded using a charge coupled device (CCD) camera is used to generate the time series required for PE analysis. Standard optical roughness parameter is used to confirm the results.Application of PE in identifying the vocal disorders is studied from speech signal recorded using microphone. Here analysis is carried out using speech signals of subjects with different pathological conditions and normal subjects, and the results are used for identifying vocal disorders. Standard linear technique of FFT is used to substantiate thc results.The results of PE analysis in all three cases clearly indicate that this complexity measure is sensitive to change in regularity of a signal and hence can suitably be used for detection of dynamical changes in real world systems. This work establishes the application of the simple, inexpensive and fast algorithm of PE for the benefit of advanced manufacturing process as well as clinical diagnosis in vocal disorders.

Quadratic Predictor based Differential Encoding and Decoding of Speech Signals

Modeling nonlinear systems using Volterra series is a century old method but practical realizations were hampered by inadequate hardware to handle the increased computational complexity stemming from its use. But interest is renewed recently, in designing and implementing filters which can model much of the polynomial nonlinearities inherent in practical systems. The key advantage in resorting to Volterra power series for this purpose is that nonlinear filters so designed can be made to work in parallel with the existing LTI systems, yielding improved performance. This paper describes the inclusion of a quadratic predictor (with nonlinearity order 2) with a linear predictor in an analog source coding system. Analog coding schemes generally ignore the source generation mechanisms but focuses on high fidelity reconstruction at the receiver. The widely used method of differential pnlse code modulation (DPCM) for speech transmission uses a linear predictor to estimate the next possible value of the input speech signal. But this linear system do not account for the inherent nonlinearities in speech signals arising out of multiple reflections in the vocal tract. So a quadratic predictor is designed and implemented in parallel with the linear predictor to yield improved mean square error performance. The augmented speech coder is tested on speech signals transmitted over an additive white gaussian noise (AWGN) channel.

A socio friendly approach to the analysis of emotive speech

This paper describes certain findings of intonation and intensity study of emotive speech with the minimal use of signal processing algorithms. This study was based on six basic emotions and the neutral, elicited from 1660 English utterances obtained from the speech recordings of six Indian women. The correctness of the emotional content was verified through perceptual listening tests. Marked similarity was noted among pitch contours of like-worded, positive valence emotions, though no such similarity was observed among the four negative valence emotional expressions. The intensity patterns were also studied. The results of the study were validated using arbitrary television recordings for four emotions. The findings are useful to technical researchers, social psychologists and to the common man interested in the dynamics of vocal expression of emotions

Sonidos reciclados.

Se presenta experiencia educativa que propone la elaboración de material de apoyo globalizado, utilizando la música y el reciclaje como temas principales, con la finalidad de facilitar la labor docente diaria. Se realiza en el CPR Gibalto en Riofrío, Granada. Los objetivos son: generar conciencia temprana, respecto al reciclado y cuidado del medio ambiente; reducir el nivel de contaminación y de residuos reutilizando y aprovechando los materiales de desecho; descubrir las posibilidades sonoras en la construcción de instrumentos con materiales caseros y de desecho; fomentar la capacidad de creatividad, dando utilidad a objetos ya utilizados; tomar conciencia de la expresión instrumental y vocal como vía de comunicación; dotar de vida a los cuentos de la literatura infantil mediante la ambientación musical de la narración con dichos instrumentos del taller; desarrollar la capacidad de imaginación, desplegando sentimientos, mediante la creación de cuentos infantiles de propia invención; capacitar y aumentar las posibilidades expresivas del alumnado; propiciar el desarrollo global de la personalidad; explorar y descubrir nuevas técnicas, metodología y recursos para el desarrollo del currículo. El proceso consta de varias fases: 1, respeto y cuidado del medio ambiente; 2, taller de construcción de instrumentos con los materiales de desecho; 3, selección de cuentos de la literatura infantil o inventados por el alumnado. Está dirigido al profesorado.

Juglares en el aula : los romances y la educación musical en el aula.

Se presenta memoria final de proyecto educativo que propone la grabación de romances clásicos cantados por el alumnado y acompañados de instrumentos para conseguir acercar el mundo actual y real de la música y la producción musical a nuestro alumnado. Se realiza en el CEIP Manuel Siurot en La Palma del Condado, Huelva. Los objetivos son: desarrollar en el alumnado y en el profesorado la capacidad de exploración e investigación; aplicar las destrezas artísticas, plásticas, musicales y dinámicas, al aprendizaje de otras áreas; integrar a toda la comunidad en el proyecto educativo; enriquecer la fantasía y la creatividad de nuestro alumnado; cultivar en nuestro alumnado los tres ámbitos básicos de la disciplina musical: el aspecto vocal, el instrumental y el de movimiento.

Formación coral : guía didáctica.

Guía didáctica que pone a disposición de los alumnos de magisterio de la UMU el material básico para la asignatura de formación coral. Consta de dos partes: una teórica y otra de repertorio. La primera incluye seis temas sobre voz, canto en la escuela, formación de coros, dirección coral, armonía y contrapunto. En la segunda se incluye una selección de obras polifónicas.

Educación Musical en EGB.

Elaborar una programación para la enseñanza de Música en los tres ciclos de EGB: Preescolar y ciclo inicial, ciclo medio y ciclo superior. Objetivos y actividades a realizar en EGB relacionadas con los siguientes bloques temáticos: educación auditiva, educación vocal, ritmo e instrumentación y movimiento y danza. Sobre los tres primeros bloques temáticos aporta únicamente objetivos y actividades globales para cada ciclo. En el bloque de movimiento y danza abarca aspectos específicos para cada ciclo, así, con respecto al ciclo inicial trata del esquema corporal, de la percepción y estructuración espacial y de la relación espacio-tiempo (la danza); con respecto al ciclo medio, además de tratar los temas anteriores, trata también de conceptos espaciales, relaciones lógico-matemáticas, escribir con posturas corporales y aprender a escuchar; en el ciclo superior trata dos bloques temáticos, la expresión y el gesto corporal y la danza. Basado en bibliografía especializada en juegos educativos, danza, expresión corporal, psicomotricidad, Educación Física y gimnasia rítmica. Propone utilizar en el aula elementos como juegos, canciones, ejercicios individuales con pelotas, aros, cuerdas, etc. Se describen los objetivos y actividades que pueden ser realizados para la adquisición de los conceptos musicales básicos de los alumnos de EGB. Realiza una programación completa de Educación Musical en EGB. Aporta un listado de actividades y materiales para utilizar en el aula como pueden ser instrucciones de varios juegos, canciones, etc. No deja constancia de que dicha programación haya sido aplicada de forma práctica por lo que no se pueden aportar otros resultados.

El lenguaje oral en la escuela : condiciones para su adquisición en Preescolar.

Estudiar los elementos de orden físico que intervienen en la adquisición del lenguaje y por tanto condicionan su buen funcionamiento desde el punto de vista formal. Analizar los aspectos de carácter ambiental que podrían denominarse sociolingüísticos y que influyen en el mencionado. Se estudian: la respiración, la fonación y la articulación como factores físicos que afectan a la adquisición del lenguaje; los elementos neurológicos del lenguaje poniendo especial énfasis en las disartrías. Se analiza: el papel del ambiente en la adquisición del lenguaje; el fenómeno del bilingüismo, su situación en España y en el mundo. Y, por último, se describe el proceso de adquisición del lenguaje en el niño en Preescolar. Exposición descriptiva de carácter teórico en torno al proceso de adquisición del lenguaje, enfocándolo desde distintas disciplinas: Fisiología, Psicolingüística, Sociología, Neurología. Los sonidos dentales aparecen antes que los palatales. El aprendizaje vocálico comienza por una vocal abierta, la 'a', y las consonantes más frecuentes serán la 'm', la 'p' y la 't'. Otra constante es la duplicación de sílabas en palabras como papá, mamá, etc... Después de la 'a' el niño adquiere la 'i', la 'u' y una especie de 'e' que aparece tras las consonantes dentales. A partir de los 18 meses el niño emite sílabas en presencia de determinadas personas y objetos y, se produce lo que Piaget denomina el monólogo colectivo que desaparece a los 2 años y es sustituido por una forma de lenguaje cercano a lo convencional. A los 3 años diferencia claramente los tiempos y modos verbales y es capaz de construir oraciones coordinadas y subordinadas. La utilización de adverbios, preposiciones y conjunciones marca el comienzo de una etapa equivalente a la adulta y suele llegar a los 4 ó 5 años. La adquisición del lenguaje oral tiene una gran importancia tanto por su uso inmediato como vehículo de comunicación perfecto para el hombre, como por su valor como antecedente ineludible para la adquisición de posibilidades comunicativas posteriores. Este trabajo supone una primera aportación teórica como base de una serie de actividades didácticas que la autora se propone llevar a cabo.

Cuidamos la voz

Resumen basado en la publicaci??n. T??t. en los cr??ditos del CD: La vaca mimosa : programa de reeducaci??n de problemas de voz

Dificultades que presentan los escolares españoles en la percepción del sistema fonológico inglés : fundamentos para un entrenamiento fonético.

Detectar aquellos fonemas ingleses de tipo vocálico, oclusivo, fricativo y africado, cuya percepción resulta difícil para alumnos españoles de Segunda Etapa de EGB. Comprobar el efecto que tiene la similaridad formal entre las palabras, para percibir las distinciones fonémicas entre las mismas. Comprobar si las dificultades perceptivas son fundamentalmente las mismas a los 8 años y a partir de los 11 años. Sentar las bases para un programa de entrenamiento fonético a nivel perceptivo, procurando evitar el fenómeno de interferencia. Analizar hasta qué punto el tiempo de exposición a la enseñanza del inglés como lengua extranjera influye en la percepción fonémica. Alumnos de Primera y Segunda Etapa de EGB, del Colegio Nacional Francisco Franco y el Colegio Nacional Calvo Sotelo, ambos de Almería. Aplicación de diferentes tests, compuestos de ítems, a lo largo del curso académico 1981-1982. Tests y pruebas prácticas realizadas en clase. Tablas estadísticas y desviación típica. Dificultades en la percepción del sistema vocálico inglés: la habilidad para discriminar sonidos no depende de la edad, ni del tiempo de aprendizaje; por el contrario parece tratarse de algo fundamentado en gran parte en las condiciones de desarrollo personal de cada individuo. Dificultades en la percepción de las consonantes oclusivas del inglés: los fonemas 'p' y 'b' han sido los más difíciles de percibir. Dificultades en la percepción de las consonantes fricativas del inglés: la percepción de la rima se hace más difícil cuando la palabra que no rima comparte dos fonemas similares con alguna de las que riman. En el caso de que estas categorías sólo compartan un fonema común, siempre hay más dificultad si este fonema común es la vocal intermedia. Dificultades en la percepción de las consonantes africadas del inglés: en el caso de que las palabras rítmicas y no rítmicas compartan dos fonemas similares, la percepción se hace más difícil. Cuando el fonema común es la vocal en posición media, la percepción resulta más difícil que cuando se trata de otra posición.

Tratamiento conductual de disfonías profesionales.

Estudio de los profesionales de la enseñanza con problemas de voz y de las repercusiones de estos problemas en su actividad laboral y en sus actitudes personales, así como las distintas técnicas de tratamiento conductual. Profesores de EGB, BUP y Preescolar. Cuestionario de afectación vocal a los participantes a un curso de disfonía; Entrevistas a los directores de centros escolares y aplicación de cuestionarios basados en la escala de Cooper, a los profesores. Escala de autoevaluación de síntomas vocales negativos de Cooper modificada. Cuestionario de personalidad EPI, adaptación española. Autoevaluación de ansiedad estado-rasgo (Spielberger y Col). Medias y desviaciones típicas otorgadas por jueces en las diferentes variables y sesiones analizadas a través de ANOVAS unifactoriales de grupos independientes con dos niveles; Método de predicción lineal analizado mediante ANOVA; Exploración laringoscópica. La disfonía profesional es debida a : la cantidad de habla, la necesidad de hablar de una forma determinada; la sensibilidad especial de la mucosa laríngea como componente hereditario, componentes alérgicos, etc.. Necesidad de colaboración y un enfoque interdisciplinar en el tratamiento e investigación de las disfonías. Además de una información con carácter preventivo sobre la utilización óptima de la voz hablada.

El modelo sociopsicológico de retraso mental : evidencias experimentales sobre etiología y tratamiento.

Elaboración y exposición del enfoque o modelo psicosociológico o comportamental del retraso mental con sus peculiares características, así como su aplicación en una situación preferente de trabajo clínico-educativo en una serie de casos piloto. 5 sujetos, unos escolarizados, otros sin escolarizar, y algunos en plan del inicio de escolarización, cuya valoración, diagnóstico y tratamiento se lleva a cabo en el Centro de Educación y Desarrollo Infantil (Centro Privado de Psicología Clínica). La investigación sigue un proceso principalmente de observación directa de los sujetos, también se realiza una valoración historiográfica de cada sujeto, así como una valoración de las ocho áreas que se presentan en los historiogramas: área de conducta previa, área de conducta verbal comprensiva, área de imitación vocal, área de lenguaje funcional, área de conducta motora, área de conducta de autonomía, área de conducta social,área de conducta conceptual. Todo esto se realiza a través de sesiones clínicas, en las que interviene un terapeuta, a lo largo de un año. Observación directa; entrevistas con los padres de los sujetos; Portage Guide to Early Education; escala de Hayden y Dmitriev; material aportado por Luciano Soriano. Análisis visual; prueba de Wilcoxon; prueba binomial; análisis estadístico de series temporales (Simplified Time Series de Tryon). Se muestran a través de gráficos. La definición de retraso mental cambia a retardo en el desarrollo. La identificación del retardo en el desarrollo es inmediata y objetiva. Individualización del diagnóstico conductual. El diagnóstico conductual permite pronosticar el curso del problema y del tratamiento. Relación directa entre diagnóstico y etiología conductuales. Individualización de las técnicas, estrategias o procedimientos de entrenamiento o intervención. Posibilidad de evaluar la fiabilidad de aplicación correcta de la variable independiente: aplicación de una técnica de entrenamiento.

Did??ctica del m??todo Kod??ly

El presente CD-ROM incluye 38 pistas de canciones infantiles con el objetivo de servir como material did??ctico de apoyo en las actividades de formaci??n del profesorado, en este caso, en el m??todo Kod??ly. Entre los m??todos pedag??gicos de la Educaci??n Musical, el m??todo Kod??ly es uno de los m??s completos, ya que abarca la educaci??n vocal e instrumental desde sus or??genes hasta sus niveles m??s altos en el campo profesional. Tiene una s??lida estructura y una acertada secuenciaci??n pedag??gica basada en criterios cient??ficos que tienen en cuenta el desarrollo psicoevolutivo del alumnado.

Programa de intervención psicolingüística.

Seleccionado en la convocatoria: Ayudas a la innovación e investigación educativa en centros docentes de niveles no universitarios, Gobierno de Aragón 2009-10