Kas formandid peegeldavad emotsioone?


Ülevaade. Formante peetakse üheks emotsiooni peegeldavaks akustiliseks parameetriks -kõneleja emotsionaalne seisund võib põhjustada muutusi häälikute formantstruktuuris. Uurimuse eesmärgiks on teada saada, kas ja kuidas mõjutab lausungi emotsioon eestikeelse etteloetud emotsionaalse kõne lühikesi vokaale ning ettelugeja artikulatsiooni täpsust. Selleks mõõdeti etteloetud emotsionaalse ning neutraalse kõne lühikeste rõhuliste vokaalide a, i, u esimest ja teist formanti. Uurimistulemustest selgus, et emotsioonipaariti (k.a neutraalne kõne) on statistiliselt olulised erinevused olemas vokaalide a ja i esimeste formantide (F1) keskmistes. Teine formant (F2) emotsioonide eristamisel olulist rolli ei mängi. Vokaalide redutseerumist ja artikulatsiooni täpsust uuriti eukleidilise kauguse arvutamise abil. Tulemused näitasid, et viha-ja rõõmu-lausungites jääb kõneleja artikulatsiooni täpsus võrreldes neutraalse kõnega enam-vähem samaks, kurbuse-lausungites see aga langeb.* Võtmesõnad: emotsionaalne kõne, akustika, formantanalüüs, artikulatsiooni täpsus, eesti keel * Artikkel on valminud tänu projektidele EKT1 ja SF0050023s09. 1 Seda vaid siis, kui kuulaja ei näe kõnelejat, sest vastasel juhul muutub akustiliste tunnuste domineerimine emotsiooni äratundmisel küsitavaks. 

Sissejuhatus

Paljud emotsioonisünteesi ja -tuvastusega seotud uurimused on näidanud, et igal emotsioonil on just talle omased akustilised tunnused. Kuulajad suudavad emotsioonid kõnes ära tunda ainuüksi heli põhjal, ilma kõnelejat nägemata (nt telefonivestlustes) (Bachorowski 1999). Kõnelõigu emotsiooni ollakse võimelised määrama isegi siis, kui kõik selle lõigu sõnad on tähenduseta (Goudbeek jt 2009). See, et kuulajad suudavad ainult hääle järgi emotsioone usaldusväärselt ära tunda, toobki kaasa oletuse, et hääl kannab kogu informatsiooni kõneleja emotsionaalse seisundi kohta 1 ja et emotsioonide häälelised väljendused on erineva akustilise mustriga (nt Paeschke jt 1999, Banse, Scherer 1996). 

Formandid

Üheks akustiliseks parameetriks, mida emotsionaalse kõne puhul uuritakse, on formandid. Formantide abil saab teha järeldusi selle kohta, kuidas emotsioonid üksteisest akustiliselt erinevad ning kuidas mõjutavad emotsioonid häälikute kvaliteeti ja kõneleja artikulatsiooni täpsust. 
Formandid on akustilise energia kontsentratsiooni piirkonnad kõnespektris. Kõikidel helilistel häälikutel on oma formantstruktuur ning nende foneetilist kvaliteeti tajutakse harilikult esimesest kolmest formandist (F1, F2 ja F3). 
Formantide asukohad ei ole fikseeritud, vaid sõltuvad kõnetrakti suurusest ja kujust. Kõnetrakt muutub, kui varieerub häälduselundite (nt keel, lõug ja huuled) asend. Samuti muudavad kõnetrakti suurust ja kuju emotsioonid. Kui kõneleja emotsionaalne seisund muutub, siis muutuvad tema näoilme ning häälduselundite asend ja lihaspinge (Ververidis, Kotropoulos 2006, Johnstone, Scherer 2000). Naeratades öelduna kõlab lausung akustiliselt üsnagi erinevalt sellest, kui öelda sama asja kulmu kortsutades (Tartter 1980). See omakorda tekitab kõnesignaalis akustilisi muutusi, mis peegelduvad formantmustrites. 
Uurimistulemused on näidanud, et emotsioonid mõjutavad kõige rohkem F1 ja F2 väärtusi (nt Tolkmitt, Scherer 1986). 

Artikulatsiooni täpsus ja redutseerunud häälikud

Põhjus, miks kuuldakse foneetilisi erinevusi kahe vokaali vahel, peitub selles, et vokaalidel on erinev asukoht kahemõõtmelises vokaaliruumis, mida iseloomustavad vokaali kõrgus ehk vertikaalne dimensioon ja vokaali eespoolsus-tagapoolsus ehk horisontaalne dimensioon. Need kaks mõõdet on seotud keele asukohaga suus vokaali moodustamisel. Jonathan Harrington (2010: 46) kirjeldab vokaale kahemõõtmelise jaotusega F1 x F2. Vokaali kõrguse kasv seostub F1 väärtuse vähenemisega, vokaali tagapoolsuse suurenemine seostub aga F2 kahanemisega. Seega: vokaali i F1 < vokaali e F1-st ja vokaali a F2 < vokaali ä F2-st. 
Kui vokaaliruum kitseneb, siis kõneleja artikulatsiooni täpsus väheneb. Vokaalid, mida hääldatakse vähem selgelt, kipuvad redutseeruma, s.t nad kaotavad oma kvaliteeti. Kui ilmneb kõrvalekalle vokaali n-ö normaalsest positsioonist akustilises ruumis, siis nimetatakse seda vokaali tsentraliseerumiseks (ingl centralization). Tsentraliseerumise puhul moodustub vokaal kõneleja vokaaliruumi keskpunkti lähedal ja sarnaneb švaa-häälikuga, millel pole selget kvaliteeti. (Harrington 2010: 190-193) Uurimistulemustest (Tolkmitt, Scherer 1986) on selgunud, et näiteks stressis või depressioonis inimene ei artikuleeri helilisi häälikuid sama jõupingutusega nagu neutraalse kõne puhul. Sellisel juhul häälikud redutseeruvad ning artikulatsiooni täpsus langeb. Harrington (2010: 190-193) kirjutab, et selge kõne puhul asetsevad vokaalid teineteisest kaugemal ning kuulajal on erinevate häälikute vahel kergem vahet teha. Vokaaliruum muutub suuremaks ning artikulatsiooni täpsus tõuseb. 

Uurimisküsimus ja -materjal

Formantanalüüsi eesmärk on leida vastused kahele küsimusele: 1) kas eestikeelse etteloetud emotsionaalse kõne lühikesi vokaale mõjutab lausungi emotsioon ning 2) kas emotsioonid mõjutavad ettelugeja artikulatsiooni täpsust. 
Uurimistöö akustiline baas on Eesti Keele Instituudi eesti emotsionaalse kõne korpus ehk EEKK2 . Korpus toetub seisukohale, et emotsioonid on hääle põhjal piisavalt hästi ära tuntavad ka loomulikus, mittenäideldud kõnes, ja et mittenäideldud kõne on loomuliku kõnesünteesi eeldus (Iida jt 2003). Korpuse loomisel on lähtutud printsiibist, et lõigu sisu kutsub lugejas esile mingi emotsiooni. Seetõttu pole lugejale ette öeldud, mis emotsiooniga teksti lugeda. Korpus sisaldab ühe naishääle etteloetud ajakirjanduslikke tekstilõike, mis on segmenteeritud lauseteks, sõnadeks ja häälikuteks. Korpuses sisalduvate lausete emotsioonid (viha, rõõm ja kurbus) või neutraalsus on määratud tajukatsetega (vt Altrov 2008). 
Uurimismaterjalis on EEKK laused, mille emotsiooni või neutraalsust on tajunud üle 50% kuulajaist. Formantanalüüsiks valiti neist lausetest välja kolm lühikest vokaali: a, i ja u (vokaale on kokku 2395, täpsemat jaotust vt tabelist 1). Need on eesti keeles sagedasti esinevad vokaalid, mis moodustavad kolmnurkse vokaaliruumi (a on madal tagavokaal, i kõrge eesvokaal, u kõrge tagavokaal), mille abil saab hästi kirjeldada kõneleja artikulatsiooni täpsust. Vokaalide juures oli oluline ka nende rõhuline positsioon. Selle tingis soov leida vokaale, mis oleksid võimalikult vähe redutseerunud, sest on teada, et mitterõhuliste silpide häälikud kipuvad oma kvaliteeti kaotama (vt nt Moon, Lindblom 1994). Kuna eesti keeles asub rõhk sõnades tavaliselt esimesel silbil, siis pärinevad väljavalitud vokaalid sõnaalgulistest positsioonidest, mille struktuur on VC, CVC või CCVC3 . Vokaalide redutseerumist ja artikulatsiooni täpsust mõõdeti eukleidilise kaugusega4 , et näha, kas vokaalid on võrreldes neutraalse kõnega tsentraliseerunud või mitte ning kas vokaaliruum on võrreldes neutraalse kõnega emotsiooniti suurenenud või vähenenud. (Vt Harrington 2010: 191-195) Et eukleidilist kaugust mõõta, määrati esmalt kõneleja vokaaliruumi keskpunkti (ingl centroid). Selleks arvutati välja neutraalne häälik x, võttes arvesse kõigi korpuses leiduvate ja uurimismaterjali tingimustele vastavate sõnaalguliste struktuuride VC, CVC või CCVC lühikeste vokaalide keskmised. 
Akustiliste parameetrite mõõtmisel kasutati programmi Praat5 ning kõne andmebaaside süsteemi EMU6 abi. Formantväärtuste automaatse arvutamise vead korrigeeriti käsitsi ning pärast seda analüüsiti mõõtmistulemusi statistikakeskkonnas R7 . R-i abil viidi läbi ANOVA-analüüs 8 . 
Klaus R. Scherer (1986) on välja töötanud emotsiooniakustika valdkonnas mudeli, mis ennustab emotsiooni mõju häälelisele väljendusele. Schereri component process model e CPM võtab arvesse psühholoogilisi ja füsioloogilisi mõjusid, mis kaasnevad emotsiooni väljendamisega, ning näitab, et on olemas emotsioonispetsiifilised akustilised mustrid. Scherer kirjeldab emotsiooni kui kohanemismuutuste (ingl adaptive changes) sarja, mis on vastastikuses seoses. Emotsiooni tekkimisest impulsi saanud närvisüsteem mõjutab nii kõneleja hingamist kui ka tema kõneorganite lihaspinget ning see toob kaasa erinevusi kõnesignaali akustikas. Nt midagi väga ebameeldivat avaldub tihti neelu ja kõri pitsituses, mille tagajärjel läheb kõnetrakt pingesse ning väljatulev hääl on kõrgema sagedusega (Thompson, Balkwill 2006). 
CPM-mudel ennustab muu hulgas, kuidas muutuvad emotsioonide mõjul vokaalide F1 ja F2 väärtused võrreldes neutraalse kõnega. Võrdlus antud töö uurimistulemuste ja CPM-mudeli ning varasemate uurimuste vahel esitatakse 6. peatükis. 

Emotsioonidega kaasnevad muutused formantväärtustes

Senised uurimused emotsioonide formantväärtuste kohta pole andnud päris üheseid tulemusi. Põhjus võib peituda erinevas uurimismaterjalis (näideldud vs. esile kutsutud emotsiooniga vs. spontaanne kõne; heli vs. heli + pilt), erinevas uuritavas keeles ja kultuuris ning erinevas emotsioonidele antavas sisus (nt viha all võib mõista nii raevu kui ka lihtsalt ärritust, rõõmu all rahulolu või vaimustust, kurbuse all pettumust või muret). (Burkhardt jt 2006, McIntyre, Roland 2006, Wilting jt 2006, Douglas-Cowie jt 2003, Scherer 2003) Samuti erineb viis, kuidas emotsioone kirjeldatakse. Domineerivad kaks lähenemist -kategoriaalne (ingl category approach) ja dimensiooniline (ingl dimensional approach). Esimene lähenemine määratleb emotsioonid kategooriatena, nt kurbus, viha ja rõõm. Teine lähenemine kasutab emotsioonide kirjeldamiseks dimensioone. Kaks enam kasutatavat dimensiooni on valents (positiivne vs. negatiivne) (ingl valence) ja virgumine (madal vs. kõrge) (ingl arousal). (McIntyre, Roland 2006, Cowie, Cornelius 2003) Kui panna emotsioonid kahemõõtmelisele teljestikule, siis on rõõm kõrge virgumise ja positiivse valentsiga emotsioon, viha kõrge virgumise ja negatiivse valentsiga emotsioon ning kurbus madala virgumise ja negatiivse valentsiga emotsioon. 
Varasemad uurimused prantsus- (Goudbeek jt 2009), inglis- (Murray, Arnott 2008, Tartter 1980), saksa- (Kienast, Sendlmeier 2000, Paeschke jt 1999) ja jaapanikeelse (Iida jt 2003) emotsionaalse kõne kohta on näidanud, et esinevad mingid üldised tendentsid teatud emotsioonide ja nende akustiliste korrelaatide vahel. 

Viha ja selle võrdlus teiste emotsioonidega

Võrreldes teiste põhiemotsioonide ja neutraalse kõnega on viha puhul täheldatud vokaalide kõrgemat F1 sagedust (Goudbeek jt 2009, Murray, Arnott 2008, Juslin, Laukka 2003) ning vokaalil a oluliselt madalamat F2 sagedust (Goud beek jt 2009). Samuti on viha-emotsiooniga vokaalide juures märgitud nende kõrgemat artikulatsiooni täpsust (Murray, Arnott 2008, Juslin, Laukka 2003, Kienast, Sendlmeier 2000, Paeschke jt 1999). 
Viha kohta on saadud ka teistsuguseid tulemusi. Iida jt (2003) uurimusest selgus, et kõrgema helikõrguse ja kiirema tempoga emotsioonidel (nagu viha) on vokaaliruum kitsenenud ning vokaalid rohkem redutseerunud. 

Rõõm ja selle võrdlus teiste emotsioonidega

Rõõmu-lausungite vokaalidel on võrreldes teiste põhiemotsioonide ja neutraalse kõnega täheldatud F1 ja F2 väärtuste tõusu, kusjuures F1 on enamikul vokaalidel rohkem mõjutatud kui F2 (Juslin, Laukka 2003, Kienast, Sendlmeier 2000, Tartter 1980). 
Martijn Goudbeek kolleegidega (2009) märkis vokaalide a, i ja u F1 keskmise tõusu kõrge virgumisega emotsioonide (nt rõõm) puhul, kuid võrreldes madala virgumisega (nt kurbus) emotsioonidega oli neil vokaalil a madalam F2 keskmine. Positiivse emotsiooniga (nt rõõm) vokaalidel oli F2 keskmine kõrgem kui negatiivse emotsiooniga (nt viha) vokaalidel. 
Rõõmu-lausungite vokaalide artikulatsiooni täpsuse kohta on saadud kahesuguseid andmeid -artikulatsiooni täpsus kas tõuseb (nt Murray, Arnott 2008, Juslin, Laukka 2003, Johnstone, Scherer 2000) või on sarnane neutraalse kõne artikulatsiooni täpsusega (Kienast, Sendlmeier 2000). 

Kurbus ja selle võrdlus teiste emotsioonidega

Kurbuse-lausungite vokaalidele on võrreldes teiste põhiemotsioonide ja neutraalse kõne vokaalidega omane F1 keskmise langus (Juslin, Laukka 2003). Märgitud on ka seda, et negatiivse valentsiga emotsioonide (nt kurbus) vokaalidel on F2 keskmine madalam kui positiivsete emotsioonide (nt rõõm) vokaalidel. (Goudbeek jt 2009) Kurbuse-lausungite vokaalidele on omane ka madal artikulatsiooni täpsus (Murray, Arnott 2008, Juslin, Laukka 2003, Kienast, Sendlmeier 2000). 
Emotsioonide tekitatud muutusi heliliste häälikute formantväärtustes on Juslin ja Laukka (2003) selgitanud sellega, et viha ja rõõm on kõrge virgumisega emotsioonid, mis panevad kõneleja rääkimisel rohkem pingutama (ta püüab selgemalt artikuleerida). Lihaspinge tekitab kõris aga pitsituse. Pingutamine ja pitsitus viivad kõnetrakti lühenemiseni ning toovad kaasa kõrgema F1 ja täpsema artikulatsiooni. Rõõmu puhul muudab kõnetrakti lühemaks ka naeratamine (Tartter 1980). Madala emotsionaalse virgumisega kurbuse puhul pole aga kõris sellist lihaspinget ja kõneleja räägib lõdvestunumalt. See tingib madalama F1 ja ebatäpsema artikulatsiooni. 

Uurimistulemused: vokaalide a, i, u esimese ja teise formandi väärtused emotsiooniti

Et saada teada, kas eestikeelse etteloetud emotsionaalse kõne lühikeste vokaalide F1 ja F2 väärtused on mõjutatud oluliselt lausungi emotsioonist võrreldes neutraalse kõnega ning kas emotsionaalse kõne vokaalide formantväärtused erinevad üks teisest oluliselt, mõõdeti vokaalide a, i, u F1 ja F2 väärtused ning arvutati emotsiooniti nende keskmised (vt tabel 2). Siin ja edaspidi on väärtused esitatud nii hertsides kui ka barkides (psühhoakustiline skaala). (Goudbeek jt 2009, Murray, Arnott 2008, Juslin, Laukka 2003) kui ka vokaali a oluliselt madalamat F2 sagedust (Goudbeek jt 2009). Neid tulemusi käesolev uurimus ei kinnitanud. Rõõmu puhul ennustab CPM-mudel F1 kahanemist. Antud uurimuse tulemused näitavad, et rõõmu-lausungites erineb neutraalse kõne vokaalide F1-st statistiliselt oluliselt vaid i F1, mille väärtus tõesti langeb. Teised uurimused on näidanud, et rõõmu vokaalide F1 ja F2 väärtused tõusevad (Juslin, Laukka 2003, Kienast, Sendlmeier 2000, Tartter 1980) ning neil on madala virgumisega emotsioonidest (nt kurbus) vokaali a F2 keskmine madalam. Samuti on rõõmu-lausungite vokaalidel F2 keskmine kõrgem kui negatiivse emotsiooniga (viha ja kurbus) lausungite vokaalidel. (Goudbeek jt 2009) Käesoleva uurimuse tulemustes polnud rõõmu puhul F2 väärtustes emotsiooniti ega võrdluses neutraalse kõnega statistiliselt olulisi erinevusi. Seega ka rõõmu puhul ei ühtinud antud uurimuse tulemused varasematega. 
Kurbuse kohta ennustab CPM-mudel, et võrreldes neutraalse kõnega heliliste häälikute F1 keskmine tõuseb ning F2 keskmine langeb. Antud uurimuse tulemused näitavad, et kurbuse-emotsiooni puhul erinevad vokaalide F1 keskmised statistiliselt oluliselt neutraalse kõne vokaalidest a ja i, mille F1 väärtused langevad. Varasemates uurimustes on kurbuse-lausungite vokaale iseloomustatud neutraalsest kõnest madalama F1 keskmisega (Juslin, Laukka 2003). Negatiivse valentsiga kurbuse puhul on märgitud ka vokaalide madalamat F2 keskmist võrreldes positiivsete emotsioonidega (nt rõõm) (Goudbeek jt 2009). Käesolevast uurimusest selgub, et ühegi vokaali F2 väärtused ei erine statistiliselt oluliselt emotsiooniti (v.a vokaalil a viha vs. kurbus Hertzi skaalal, vt tabel 4) ega võrreldes neutraalse kõnega. 
Tulemustest võib järeldada, et rõõmu ja viha väljendatakse eesti keeles teisiti kui keeltes, mille kohta on seni uurimusi tehtud. Osaline sarnasus on aga kurbuse väljendamises. Samas peab silmas pidama seda, et erinevuste põhjus võib peituda ka erinevas uurimismaterjalis. 

Artikulatsiooni täpsus emotsiooniti

Selleks, et saada vastus küsimusele, kas emotsioonid mõjutavad ettelugeja artikulatsiooni täpsust, arvutati esmalt välja lugeja neutraalne häälik x (F1 = 511 Hz / 4,9 Bark ja F2 = 1745 Hz / 11,7 Bark) ning seejärel eukleidiline kaugus emotsionaalse ja neutraalse kõne vokaalide a, i ja u keskmiste ning neutraalse hääliku x vahel kasutades valemit d(x,V em ) = sqrt((F1x-F1V em ) 2 + (F2x-F2V em ) 2 ), kus x on neutraalne vokaal ja V em vaadeldava emotsiooni vokaali keskmine. 
Eukleidilise kauguse mõõtmistulemused on esitatud tabelis 5. Tabelist 5 selgub, et emotsionaalse kõne vokaalide a, i ja u artikulatsiooni täpsus emotsiooniti ja võrreldes neutraalse kõnega eriti ei erine. Erandiks on kurbuseemotsiooni a, mis on võrreldes neutraalse kõne ja teiste emotsioonidega tsentraalsele häälikule x märkimisväärselt lähemal. Kurbuse-emotsiooni a artikulatsiooni täpsus on seega muutunud ning vokaal on oma kvaliteedi kaotanud. Vt joonis 1. Kui võrrelda antud uurimuse artikulatsiooni täpsuse tulemusi varasemate uurimustega, saab öelda, et kurbuse puhul need osaliselt kattuvad -paljud uurijad on kurbuse-lausungites märkinud artikulatsiooni täpsuse langemist (Murray, Arnott 2008, Juslin, Laukka 2003, Kienast, Sendlmeier 2000). Viha kohta on saadud erinevaid tulemusi. Osa uurijaid väidab, et viha puhul artikulatsiooni täpsus tõuseb (Murray, Arnott 2008, Juslin, Laukka 2003, Kienast, Sendlmeier 2000, Paeschke jt 1999, Scherer 1986), teised aga märgivad artikulatsiooni täpsuse langemist (Iida jt 2003). Antud uurimuse tulemuste põhjal võib öelda, et viha puhul artikulatsiooni täpsus võrreldes neutraalse kõnega oluliselt ei muutu. 
Rõõmu-lausungite vokaalide artikulatsiooni täpsuse kohta on saadud samuti kahesuguseid andmeid -artikulatsiooni täpsus on kas tõusnud (nt Murray, Arnott 2008, Juslin, Laukka 2003, Johnstone, Scherer 2000) või on olnud sarnane neutraalse kõne artikulatsiooni täpsusega (Kienast, Sendlmeier 2000). Käesoleva uurimuse andmed olulist artikulatsiooni täpsuse tõusu rõõmu-lausungites võrreldes neutraalse kõnega ei näita. 
Kurbuse artikulatsiooni täpsuse vähenemise tendents kinnitab seda, et kurbust väljendatakse keeleti sarnaselt. Teiste emotsioonide kohta saadud tulemuste vasturääkivusi võib seletada nii uurimismaterjali erinevuse kui ka nende emotsioonide kultuurispetsiifilisema väljenduslaadiga. 

Tabel 1. Formantanalüüsi materjal Vokaal Emotsioon Vokaalide arv

  Uurimisküsimustele vastuse leidmiseks mõõdeti esmalt etteloetud emotsionaalse ning neutraalse kõne lühikeste rõhuliste vokaalide a, i ja u esimest ja teist formanti.Harrington (2010: 172-183)kirjutab, et otsus vokaali kvaliteedi kohta tehakse akustiliste andmete põhjal mingil kindlal ajahetkel ja harilikult on selleks koht, mis ühtib vokaali kestuse keskpunktiga (ingl vowel target). Suuresti valitakse vokaali keskpunkt formantide mõõtmiseks seepärast, et naaberhäälikute kontekstiline mõju on siis mõõdetavale vokaalile kõige väiksem ning selles punktis on vokaal kõige stabiilsem, s.t formantväärtused muutuvad kõige vähem. 


	3. Meetod	
		viha	395
		rõõm	279
	a	kurbus	244
		neutraalne	319
		KOKKU	1237
		viha	220
		rõõm	146
	i	kurbus	154
		neutraalne	145
		KOKKU	665
		viha	138
		rõõm	133
	u	kurbus	115
		neutraalne	107
		KOKKU	493
	a, i, u	KOKKU	2395



  Tabelist 2 selgub, et erinevused emotsionaalse kõne ja neutraalse kõne vokaalide F1 keskmiste vahel on väikesed.Kõige enam eristub neutraalsest kõnest kurbuseemotsioon (vokaal a 635 Hz / 6 Bark vs. 558 Hz / 5,4 Bark ja vokaal i 403 Hz / 4 Bark vs. 359 Hz / 3,6 Bark).Emotsiooniti erinevad F1 keskmised kõigil kolmel vokaalil, kuid ka siin ei ole erinevused alati suured.Kõige rohkem erineb teistest emotsioonidest kurbus vokaalide a ja i puhul.Vokaali a juures viha vs. kurbus (615 Hz / 5,9 Bark vs. 558 Hz / 5,4 Bark) ja rõõm vs. kurbus (615 Hz / 5,9 Bark vs. 558 Hz / 5,4 Bark) ning vokaal i juures viha vs. kurbus (386 Hz / 3,9 Bark vs. 359 Hz / 3,6 Bark).Erinevused emotsionaalse kõne ja neutraalse kõne vokaalide F2 keskmistes on samuti väikesed.Kõige enam eristub neutraalsest kõnest kurbuse-emotsioon vokaali u juures (1274 Hz / 10 Bark vs. 1334 Hz / 10,3 Bark).Emotsiooniti erinevad F2 keskmised vokaalide a ja u puhul.Vokaali a juures erineb kõige rohkem viha kurbusest (1412 Hz / 10,7 Bark vs. 1460 Hz / 10,9 Bark) ning vokaali u juures rõõm kurbusest (1272 Hz / 10 Bark vs. 1334 Hz / 10,3 Bark).Et saada teada, kas emotsioonirühmade erinevused on statistiliselt olulised, tehti formantväärtustele ANOVA-analüüs.Tulemused on esitatud tabelites 3 ja 4. ANOVA-analüüsi tulemused emotsionaalsete lausete lühikeste vokaalide a, i, u F1 kohta.(Statistiliseltoluline erinevus on märgitud halli taustaga)Tabelist 3 nähtub, et emotsioonipaariti on statistiliselt olulised erinevused (p < 0,05) vokaalide F1 keskmistes nii a kui ka i puhul (v.a vokaali i viha vs. rõõm).Vokaali u puhul pole erinevused F1 keskmistes emotsiooniti olulised.Kui võrrelda emotsioone neutraalse kõnega, erinevad sellest oluliselt vokaali a puhul viha-ja kurbuse-emotsioon ning vokaali i juures kõik kolm emotsiooni. ANOVA-analüüsi tulemused emotsionaalsete lausete lühikeste vokaalide a, i, u F2 kohta. (Statistiliselt oluline erinevus on märgitud halli taustaga) 


	Tabel 4. Vokaal	Emotsioonipaar	DF	F value	Pr(>F) Hertzi skaala	Pr(>F) Barki skaala
		viha vs. rõõm	672	1,77	0,1839	0,28
		viha vs. neutraalne	712	3,69	0,0553	0,05
	a	viha vs. kurbus rõõm vs. neutraalne	637 596	4,42 0,13	0,0358 0,7195	0,07 0,49
		rõõm vs. kurbus	521	0,55	0,4600	0,50
		neutraalne vs. kurbus	561	0,25	0,6176	0,93
	Tabel 3. Vokaal i	viha vs. rõõm viha vs. neutraalne Emotsioonipaar viha vs. kurbus rõõm vs. neutraalne rõõm vs. kurbus	364 363 DF 372 289 298	0,07 0,19 F value 0,19 0,02 0,31	0,7926 0,6667 Pr(>F) 0,6610 0,8948 Hertzi skaala 0,5753	0,84 0,63 Pr(>F) 0,40 0,81 Barki skaala 0,40
		viha vs. rõõm neutraalne vs. kurbus	672 297	6,43 0,48	0,0115 0,4896	0,03 0,30
		viha vs. neutraalne viha vs. rõõm	712 269	4,01 0,71	0,0457 0,4015	0,04 0,38
	viha vs. kurbus viha vs. neutraalne rõõm vs. neutraalne rõõm vs. kurbus viha vs. kurbus rõõm vs. neutraalne Tabel 2. Vokaalide a, i, u esimese ja teise formandi keskmised emotsiooniti 637 20,17 243 0,51 0,4758 0,0001 a 596 0,65 0,4211 521 33,04 0,0001 251 1,14 0,2859 u 238 0,00 0,9623 Vokaal Emotsioon F1 (Hz) F1 (Bark) F2 (Hz) neutraalne vs. kurbus 561 35,42 0,0001 rõõm vs. kurbus 246 3,27 0,0718 a viha 615 5,9 1412 viha vs. rõõm 364 0,45 0,5010 neutraalne vs. kurbus 220 2,55 0,1118 rõõm 644 6,1 1440 kurbus 558 5,4 1460 neutraalne 635 6 1448 viha vs. neutraalne 363 5,70 0,0174 viha vs.kurbus 372 14,77 0,0001 Tabelist 4 selgub, et emotsiooniti on statistiliselt oluline erinevus (p < 0,05) F2 0,40 0,01 0,69 0,01 0,32 0,96 0,07 0,01 F2 (Bark) 0,09 0,44 10,7 10,8 10,9 0,02 0,01 keskmistes vaid vokaali a hertside puhul, kus F2 eristab viha kurbusest (p = 0,0358). i rõõm vs. neutraalne 289 6,48 0,0115 0,01 Barki skaalal statistiliselt olulist erinevust siin ei ole. Ülejäänud F2 keskmised ei 10,9 i viha 386 3,9 2652 rõõm vs. kurbus 298 6,81 0,0095 0,01 erine oluliselt ühegi uuritud vokaali puhul ei emotsiooniti ega ka võrdluses neut-14,9 rõõm 382 3,8 2658 neutraalne vs. kurbus 297 27,41 0,0001 0,01 raalse kõnega. 14,9 kurbus 359 3,6 2642 viha vs. rõõm 269 0,45 0,5013 0,39 14,9 neutraalne 403 4 2660 14,9 u viha 427 4,3 1298 10,1 rõõm 418 4,2 1272 u viha vs.neutraalne 243 0,11 0,7380 0,78 viha vs. kurbus 251 2,11 0,1478 6. Formantanalüüsi tulemuste võrdlus CPM-mudeli 0,14 rõõm vs. neutraalne 238 0,78 0,3778 ja varasemate uurimustega 0,31 10 kurbus 410 4,1 1334 rõõm vs. kurbus 246 0,38 0,5384 0,60 CPM-mudel ennustab, et võrreldes neutraalse kõnega tõuseb viha-lausungites 10,3 neutraalne 430 4,3 1274 neutraalne vs. kurbus 220 2,59 0,1089 0,11 heliliste häälikute F1 ja langeb F2. Kui kõrvutada see ennustus antud uurimuse 10 tulemustega, siis selgub, et neutraalse kõne vokaalidest erinesid viha puhul a ja i,
	mille F1 keskmised vastupidiselt CPM-i ennustusele langesid. Vokaalide a, i ja u
	F2 keskmised neutraalse kõne F2-st ei erinenud. Varasemates uurimustes on viha
	puhul täheldatud nii vokaalide kõrgemat F1 sagedust		



  Tabel 5. Eukleidiline kaugus vokaalide ja neutraalse hääliku x vahel (Hertzi skaala / Barki skaala) 


	Vokaal	x -viha	x -rõõm	x -kurbus	x -neutraalne
	a	348,9/1,4	332,7/1,5	288,8/0,9	321,8/1,4
	i	915,6/3,3	922,1/3,4	909,8/3,4	921,3/3,3
	u	454,8/1,7	482,1/1,8	423,2/1,6	477,9/1,8

Vt http://peeter.eki.ee:5000/ (28.09.2011). 

V -vokaal; C -konsonant. 

Eukleidilise kauguse valem: d(x,V em ) = sqrt((F1x-F1V em ) 2 + (F2x-F2V em ) 2 ), kus x on neutraalne vokaal ja V em vaadeldava emotsiooni vokaali keskmine. 

http://www.praat.org/ (28.09.2011). 

http://emu.sourceforge.net/ (28.09.2011). 

http://www.r-project.org/ (28.09.2011). 

Tabeli genereerimiseks kasutati R'i skripti (vt http://peeter.eki.ee:5000/anova_aiu.R), lähteandmeid vt http://peeter.eki.ee:5000/vokaalid_aiu.csv (28.09.2011). 

DO FORMANTS SPEAK OF EMOTIONS?


Kairi Tamuri


Institute of the Estonian Language

Formants belong to the acoustic parameters addressed by the research of emotional speech. The aim of the present study was to find out how, if at all, the utterance emotion of Estonian read emotional speech may affect short vowels and articulatory precision. 
The acoustic basis of the study was the Estonian Emotional Speech Corpus (EESC) of the Institute of the Estonian Language. The Corpus contains non-acted speech (journalistic passages) read by a female voice, which have been segmented into sentences, words and speech sounds. The emotional colouring (anger, joy, sadness) or neutrality of the Corpus sentences has been ascertained by perception tests. The research material consisted of such Corpus sentences whose emotion or neutrality had been confirmed by more than half of the listeners. Three short vowels, a, i and u, were picked from those sentences and subjected to formant analysis. Those three are frequent Estonian vowels defining a triangular vowel space (a being a low back vowel, i a high front vowel and u a high back vowel) enabling a fine description of a speaker's articulatory precision. 
To solve the research question, measurements were conducted on the first and second formants (F1 and F2) of the short stressed vowels a, i, u as segmented from read Estonian emotional and neutral speech. The results showed that when measured pairwise (partners including neutral sentences) significant differences are revealed between the F1 means of a and i. F2, however, plays no significant role in emotion differentiation. Vowel reduction and articulatory precision were investigated by using Euclidian distance. According to the results, in the case of angry and joyous utterances articulatory precision was more or less the same as in neutral ones, while a a fall signalled sad utterances. 
Keywords: emotional speech, acoustics, formant analysis, articulatory precision, Estonian
Kairi Tamuri
Kas formandid peegeldavad emotsioone?