1. теоретичні положення
2. Теоретичне обґрунтування експертної практики
3. Теоретичне обґрунтування результатів експериментів
4. література
5. література

Серед кількох визначень біометрії з точки зору судово-медичної експертизи найбільш точним є те, в якому біометрія визначається як ідентифікація людини по унікальним, властивим тільки йому біологічними ознаками.

При вирішенні завдання медико-криміналістичної ідентифікації особистості по голосу і усної мови природним чином виникає питання про використання біометричних характеристик мовного тракту в якості ідентифікаційних ознак диктора.

Такі ознаки можуть бути виявлені в результаті спектрального аналізу мовного сигналу. У статті розглянуто зв'язок спектральних характеристик мови і біометричних параметрів мовного тракту. Дан аналіз теоретичних підстав, які є основою медико-криміналістичної ідентифікації особистості по біометричних характеристик мовного тракту.

теоретичні положення

Ще в середині 50-х років минулого століття вітчизняні дослідники Л.А. Варшавський і І.М. Литвак [1] ​​висловили гіпотезу про те, що акустичне якість звуків мови визначається співвідношенням рівнів сигналу в смугах спектра. форманти [ 1 ] Є лише доступним для мовного апарату людини способом досягнення необхідних смугових співвідношень.

При розширенні досліджень усної мови в рамках завдання медико-криміналістичної ідентифікації виникають нові питання. Це вимагає розвитку теорії визначення акустичного якості звуків мови стосовно мовного матеріалу обмеженого обсягу, на так званих етнічних мовах, до мовного матеріалу, пов'язаного з патологією мови, до побудови так званого мовного портрета, тобто визначення тих чи інших біометричних характеристик мовця за параметрами його голосу і мови.

У всіх перерахованих випадках слід говорити про рішення задачі з обмеженнями, що накладаються на початкові умови.

Теоретичне обґрунтування експертної практики

Поширимо гіпотезу Л.А. Варшавського і І.М. Литвака [1] на рішення методом формантного вирівнювання завдання ідентифікації диктора, який розмовляє етнічному мовою.

Методика, заснована на цьому методі, яка розроблена фахівцями Центру мовних технологій (Санкт-Петербург), описана в ряді робіт (див., Наприклад, [2, 3]). В даний час метод формантного вирівнювання успішно застосовується в ряді недержавних судово-експертних установ Російської Федерації.

У цій роботі ми зупиняємося докладно на комплексній методиці ідентифікації особистості по голосу і звучить етнічної мови. Ця методика, володіючи певною універсальністю, може бути застосована і для ідентифікації особистості дикторів, які розмовляють російською мовою.

Перш за все цікаве питання про зв'язок спектральних характеристик мови і біометричних параметрів мовного тракту, тобто мова йде про розподіл ідентифікаційного дослідження, в якому опосередковано відбувається порівняння геометричній конфігурації мовних трактів дикторів-фігурантів експертиз на порівнянних фрагментах вихідної і порівняльної фонограмах.

В рамках запропонованої методики [2, 3] згаданий порівняння проводять шляхом зіставлення формантного складу на ділянках реалізації в мовному сигналі артікуляторно подібних акустичних подій.

Таким чином, згідно з методом опорних сегментів, експерти відбирають для аналізу не однакові фонетичні реалізації звуків (слова, склади) [ 1 ], А артікуляторно подібні події. Такі події відповідають ситуації, коли мовотворчого органи людини знаходяться в положенні, що реалізує один і той же фонетично значуще звучання. Іншими словами, для порівняння підбирають не формально, а реально фонетично однакові звуки. Фонетично незначна частина формантного спектра таких звуків і утворює ідентифікуючі ознаки порівнюєш артикуляції [ 2 ] [2].

На думку розробників, основна ідея методу формантного вирівнювання заснована на припущенні, що кожен диктор в процесі породження мовлення може змінювати конфігурацію свого мовного тракту тільки в рамках жорстких анатомічних обмежень, що дозволяють змінювати геометричні розміри акустичного хвилеводу - мовного тракту тільки в певній мірі. Кожна конфігурація управляється диктором тільки за своїми основними геометричними розмірами, які забезпечують реалізацію цільових акустичних резонансних властивостей для низькочастотної частини спектра або, взагалі кажучи, тільки перших двох-трьох формантних максимумів.

Резонансні властивості кожної конфігурації мовного тракту для четвертої і вищих формант зазвичай диктором контролю не та задаються наявними анатомічними обмеженнями на можливі зміни конфігурації тракту цього диктора, тобто його біометричними характеристиками. Мовою формантного опису це призводить до того, що при фіксованих значеннях перших формант вищі за частотою форманти у даного диктора можуть займати тільки більш-менш стабільні індивідуальні положення.

Таким чином, високочастотна формантного структура мови диктора при фіксованій низькочастотної формантной структурі часто є стабільною [ 3 ], Незмінною в часі і не підлягає навмисного або ненавмисного зміни диктором-фігурантом експертизи. Іншими словами, високочастотна формантного структура - це, за висловом розробників методу, «стійка біометрична характеристика» індивідуума. Порівняльний аналіз цих високочастотних формантних структур (через них і геометричних характеристик мовного тракту) дозволяє ідентифікувати дикторів з високим ступенем надійності [3].

За своєю суттю метод опорних сегментів відповідає непрямим вимірам і порівняно дрібних деталей геометричної будови мовних трактів дикторів. У процесі ідентифікації експерт-дослідник шукає збігаються конфігурації мовних трактів у вихідній і порівняльної записах. При достатній кількості знайдених збіглися конфігурацій такий збіг вважається, на думку авторів методу, невипадковим, і може бути прийнято рішення про ідентифікацію дикторів.

Проілюструємо справедливість гіпотези [1] стосовно методу опорних сегментів (метод формантного вирівнювання) на конкретному прикладі [ 4 ] (Рис. 1).

Малюнок 1. Рис. 1а. Динамічна спектрограмма [i] -образного гласного в вихідної записи етнічної мови. Малюнок 1. Рис. 1б. Динамічна спектрограмма [i] -образного гласного в порівняльній записи етнічної мови.

На рис. 1 збігаються положення 4 формант досліджуваного звуку: F1 ≈400 Гц, F2 ≈1780 Гц, F3 ≈2430 Гц, F4 ≈3480 Гц.

Проаналізуємо так звані спектральні зрізи, відповідні тим тимчасовим позначок у вихідній і порівняльної фонограмах, які відзначені на рис. 1 вертикальними курсором (рис. 2).

Малюнок 2. Рис. 2. Миттєві спектри [i] -образного гласного в моменти часу, відмічені на динамічних спектрограмах рис. 1 вертикальними курсором. На рис. 2 чорна крива відповідає виголошення невідомого М, сіра - виголошення підозрюваного, тобто фонограмі-зразком.

Мал. 1 ілюструє високий ступінь збігу характерних особливостей реалізації спектрально-часової картини при проголошенні аналізованого звуку. Мал. 2 свідчить про високий ступінь збігу співвідношень рівнів сигналу в смугах спектра [ 5 ]. І те й інше непрямим чином характеризує збіг біометричних параметрів мовного тракту обстежуваних дикторів.

Теоретичне обґрунтування результатів експериментів

Порівняльний аналіз мовного сигналу в нормі і при певній патології (наприклад, при хворобах гортані), проведений в роботі [5], показав, що при виключенні гортанного шлуночка (моргання шлуночок) з мовного тракту зникає третя форманта F3 для всіх голосних звуків, крім [ і]. Можна зробити висновок, що гортанний шлуночок відповідає за формування третьої форманти в російських голосних [а], [е], [о], [у].

З теоретичної точки зору, зникнення з спектральної картини мовного сигналу третьої форманти F3 означає, що в смузі спектра, відповідної F3, зникає спектральний максимум, який співвідноситься з відповідним резонансом. Отже, відбувається перерозподіл співвідношень рівнів мовного сигналу в смугах спектра, що підтверджує правильність спостереження про можливість застосування гіпотези [1] до оцінки біометричних характеристик мовного тракту диктора.

Форманти (максимуми в спектрі мовного сигналу) і в цьому випадку виконують роль доступного для мовного апарату способу досягнення необхідних смугових співвідношень.

Продовжуючи обговорення можливостей використання біометричних характеристик мовного тракту диктора в якості ідентифікаційних ознак, поширимо гіпотезу про те, що акустичне якість звуків мови визначається співвідношенням рівнів сигналу в смугах спектра, на теоретичне обґрунтування тієї частини завдання побудови мовного психологічного портрета, яка пов'язана з визначенням розміру ротового отвору мовця.

Інтуїтивно ясно, що при побудові психологічного портрета по голосу і усної мови інформація про диктора-фігуранта експертизи передається акустичним шляхом. В.П. Морозов [6] в своїх дослідженнях не тільки виділив ряд видів і різновидів цієї інформації, але і довів досить об'єктивну їх зв'язок з психофізичними особливостями диктора. Це стосується перш за все таких чисто фізичних ознак людини, які легко перевірити, наприклад: вік, стать, зріст. Зв'язок інформації про диктора з його фізичним станом пояснюється тим фактом, що акустичні особливості голосу залежать від розміру голосових складок, величини резонаторів мовного тракту «обстежуваного» диктора: чим більше ці розміри, тим нижче голос і «гущі» його тембр, і, навпаки, чим менше ці розміри, тим «вище» голос і «світліше» тембр [7].

В.П. Морозову [6] вдалося показати, що суб'єкт сприйняття здатний по голосу навіть відтворити загальний вигляд говорить, намалювати його портрет з досить точним зображенням деталей, наприклад відносного розміру рота.

Для оцінки ширини рота диктора-фігуранта такої експертизи В.П. Морозов ввів спеціальний коефіцієнт k. Даний коефіцієнт характеризує процентне відношення акустичної енергії високочастотної частини спектра звуку в смузі 1-11 кГц до енергії за все звуку в цілому, тобто до енергії в смузі 0,1-11 кГц (рис. 3).

Малюнок 3. Рис. 3. Експеримент В.П. Морозова [6].

Отже, за значеннями коефіцієнта k, тобто по співвідношенням рівнів сигналу в смугах спектра, можна судити про таке біометричний показнику диктора-фігуранта експертизи, як розмір його ротового отвору.

Таким чином, і в цьому випадку, тобто в задачі визначення розміру ротового отвори говорить, співвідношення рівня сигналу в смугах спектра виступає як ідентифікаційна ознака.

Аналіз співвідношень рівнів сигналу в смугах спектра [1] є загальним теоретичним фундаментом, на якому базується методологія виявлення стійких ідентифікаційних ознак інструментальної групи, пов'язаних з біометричними характеристиками мовного тракту диктора при медико-криміналістичної ідентифікації особистості по голосу і усної мови.

З іншого боку, наведені результати свідчать про важливість зіставлення значень формант, які при вирішенні ряду завдань виступають в якості доступного для мовного апарату способу досягнення необхідних смугових співвідношень.

література

1. Варшавський Л.А., Литвак І.М. Дослідження формантного складу і деяких інших фізичних характеристик звуків російської мови. Проблеми фізіологічної акустики. М-Л: АН СРСР 1955; 3: 5-17.
2. Коваль С.Л., Хитров М.В. Ідентифікація дикторів при аналізі різномовних фонограм на основі порівняння формантних спектрів. Міжнародна конференція "Інформація правоохоронних органів": Праці. М: Академія управління МВС 2003; 348-349.
3. Зубова П.І., Коваль С.Л. Ідентифікації особистості по голосу і усної мови на основі комплексного аналізу фонограм. Теорія і практика судової експертизи 2007; 3: 7: 68-76.
4. Каганов А.Ш. Криміналістична ідентифікація особи по голосу і усної мови. 2-е изд., Перераб. і доп. М: Юрлітінформ 2012.
5. Квасов А.Н. Модель голосоутворення і аналіз мовного сигналу в нормі і при патології: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Томськ 2007.
6. Морозов В.П. Невербальна комунікація. Експериментально-психологічні дослідження. М: Інститут психології РАН 2011 року.
7. Морозов В.П. Невербальна комунікація в системі мовного спілкування. Психофізіологічні і психоакустические основи. М: Інститут психології РАН 1998.

!!

література

1. Varshavsky LA, Litvak IM Issledovanie formantnogo sostava I nekotorykh drugikh fizicheskikh kharakteristik zvukov russkoy rechi . Problemy fiziologicheskoy akustiki. M.-L .: AN SSSR 1955; 3; 5 - 17. [Investigations into the formant composition and some other characteristics of the sounds of the Russian speech]. Problems of physiological acoustics. M.-L .: AN SSSR 1955; 3; 5 - 17.
2. Koval 'SL, Khitrov MV Identifikatsia diktorov pri analize raznoyazychnykh fonogramm na osnove sravneniya formantnykh spektrov . Mezhdunarodnaya konferentsiya "Informatsiya pravookhranitel'nykh organov". Trudy. M .: Akademia upravleniya MVD; 348 - 349. [Identification of the newscasters during the analysis of multilingual phonograms based on the comparison of the formant spectra. International conference "Information law-enforcement authorities". Proceedings]. M .: Akademia upravleniya MVD; 348 - 349.
3. Zubova PI, Koval 'SL Identifikatsiya lichnosti po golosu I zvuchashchey rechi na osnove kompleksnogo analiza fongramm [Personality identification by the voice and sonorous speech based on the comprehensive analysis of phonograms ]. Teoriya I praktika sudebnoy ekspertizy, 2007, 3; 7; 68 - 76.
4. Kaganov A.Sh. Kriminalisticheskaya identifikatsiya lichnosti po golosu I zvuchashchey rechi. 2-e izd. , Pererab. i dop. [Personality identification by the voice and sonorous speech. 2nd edition, revised and enlarged]. M .: Yurlitinform, 2012.
5. Kvasov AN Model 'golosoobrazovaniya and analiz rechevogo signala v norme I patologii . Avtoref. diss ... kand. tekhn. nauk. Tomsk., 2007. [The vocalization model and the analysis of the speech signal under the normal and pathological conditions. Synopsis of the thesis for the candidate of med. sci. degree]. Tomsk. 2007].
6. Morozov VP Neverbal'naya kommunikatsiya. Eksperimental'no-psikhologicheskie issledovaniya [Non-verbal communication. Experimental and psychological investigations]. M .: Institut psikhologii RAN, 2011 року.
7. Morozov VP Neverbal'naya kommunikatsiya v sisteme rechevogo obshcheniya. Psikhofiziologicheskie I psickhoakusticheskie osnovy. [Non-verbal communication in the system of auditory communication. . Psychophysiological and psychoacoustic principles]. M .: Institut psikhologii RAN, 1998..