Generating expressive speech for storytelling applications

Work on expressive speech synthesis has long focused on the expression of basic emotions. In recent years, however, interest in other expressive styles has been increasing. The research presented in this paper aims at the generation of a storytelling speaking style, which is suitable for storytelling applications and more in general, for applications aimed at children. Based on an analysis of human storytellers' speech, we designed and implemented a set of prosodic rules for converting "neutral" speech, as produced by a text-to-speech system, into storytelling speech. An evaluation of our storytelling speech generation system showed encouraging results

Prosodic and Voice Quality Cross-Language Analysis of Storytelling Expressive Categories Oriented to Text-To-Speech Synthesis

Durant segles, la interpretació oral de contes i històries ha sigut una tradició mundial lligada a l’entreteniment, la educació, i la perpetuació de la cultura. En les últimes dècades, alguns treballs s’han centrat en analitzar aquest estil de parla ric en matisos expressius caracteritzats per determinats patrons acústics. En relació a això, també hi ha hagut un interès creixent en desenvolupar aplicacions de contar contes, com ara les de contacontes interactius. Aquesta tesi està orientada a millorar aspectes claus d’aquest tipus d’aplicacions: millorar la naturalitat de la parla sintètica expressiva a partir d’analitzar la parla de contacontes en detall, a més a més de proporcionar un millor llenguatge no verbal a un avatar parlant mitjançant la sincronització de la parla i els gestos. Per aconseguir aquests objectius és necessari comprendre les característiques acústiques d’aquest estil de parla i la interacció de la parla i els gestos. Pel que fa a característiques acústiques de la parla de contacontes, la literatura relacionada ha treballat en termes de prosòdia, mentre que només ha estat suggerit que la qualitat de la veu pot jugar un paper important per modelar les subtileses d’aquest estil. En aquesta tesi, el paper tant de la prosòdia com de la qualitat de la veu en l’estil indirecte de la parla de contacontes en diferents idiomes és analitzat per identificar les principal categories expressives que la composen i els paràmetres acústics que les caracteritzen. Per fer-ho, es proposa una metodologia d’anotació per aquest estil de parla a nivell de oració basada en modes de discurs dels contes (mode narratiu, descriptiu, i diàleg), introduint a més sub-modes narratius. Considerant aquesta metodologia d’anotació, l’estil indirecte d’una història orientada a una audiència jove (cobrint versions en castellà, anglès, francès, i alemany) és analitzat en termes de prosòdia i qualitat de la veu mitjançant anàlisis estadístics i discriminants, després de classificar els àudios de les oracions de la història en les seves categories expressives. Els resultats confirmen l’existència de les categories de contes amb diferències expressives subtils en tots els idiomes més enllà dels estils personals dels narradors. En aquest sentit, es presenten evidències que suggereixen que les categories expressives dels contes es transmeten amb matisos expressius més subtils que en les emocions bàsiques, després de comparar els resultats obtinguts amb aquells de parla emocional. Els anàlisis també mostren que la prosòdia i la qualitat de la veu contribueixen pràcticament de la mateixa manera a l’hora de discriminar entre les categories expressives dels contes, les quals son expressades amb patrons acústics similars en tots els idiomes analitzats. Cal destacar també la gran relació observada en la selecció de categoria per cada oració que han fet servir els diferents narradors encara quan, que sapiguem, no se’ls hi va donar cap indicació. Per poder traslladar totes aquestes categories a un sistema de text a parla basat en corpus, caldria enregistrar un corpus per cada categoria. No obstant, crear diferents corpus ad-hoc esdevé un tasca molt laboriosa. En la tesi, s’introdueix una alternativa basada en una metodologia d’anàlisi orientada a síntesi dissenyada per derivar models de regles des de un petit però representatiu conjunt d’oracions, que poden poder ser utilitzats per generar parla amb estil de contacontes a partir de parla neutra. Els experiments sobre suspens creixent com a prova de concepte mostren la viabilitat de la proposta en termes de naturalitat i similitud respecte un narrador de contes real. Finalment, pel que fa a interacció entre parla i gestos, es realitza un anàlisi de sincronia i èmfasi orientat a controlar un avatar de contacontes en 3D. Al tal efecte, es defineixen indicadors de força tant per els gestos com per la parla. Després de validar-los amb tests perceptius, una regla d’intensitat s’obté de la seva correlació. A més a més, una regla de sincronia es deriva per determinar correspondències temporals entre els gestos i la parla. Aquests anàlisis s’han dut a terme sobre interpretacions neutres i agressives per part d’un actor per cobrir un gran rang de nivells d’èmfasi, com a primer pas per avaluar la integració d’un avatar parlant després del sistema de text a parla.Durante siglos, la interpretación oral de cuentos e historias ha sido una tradición mundial ligada al entretenimiento, la educación, y la perpetuación de la cultura. En las últimas décadas, algunos trabajos se han centrado en analizar este estilo de habla rico en matices expresivos caracterizados por determinados patrones acústicos. En relación a esto, también ha habido un interés creciente en desarrollar aplicaciones de contar cuentos, como las de cuentacuentos interactivos. Esta tesis está orientada a mejorar aspectos claves de este tipo de aplicaciones: mejorar la naturalidad del habla sintética expresiva a partir de analizar el habla de cuentacuentos en detalle, además de proporcionar un mejor lenguaje no verbal a un avatar parlante mediante la sincronización del habla y los gestos. Para conseguir estos objetivos es necesario comprender las características acústicas de este estilo de habla y la interacción del habla y los gestos. En cuanto a características acústicas del habla de narradores de cuentos, la literatura relacionada ha trabajado en términos de prosodia, mientras que sólo ha sido sugerido que la calidad de la voz puede jugar un papel importante para modelar las sutilezas de este estilo. En esta tesis, el papel tanto de la prosodia como de la calidad de la voz en el estilo indirecto del habla de cuentacuentos en diferentes idiomas es analizado para identificar las principales categorías expresivas que componen este estilo de habla y los parámetros acústicos que las caracterizan. Para ello, se propone una metodología de anotación a nivel de oración basada en modos de discurso de los cuentos (modo narrativo, descriptivo, y diálogo), introduciendo además sub-modos narrativos. Considerando esta metodología de anotación, el estilo indirecto de una historia orientada a una audiencia joven (cubriendo versiones en castellano, inglés, francés, y alemán) es analizado en términos de prosodia y calidad de la voz mediante análisis estadísticos y discriminantes, después de clasificar los audios de las oraciones de la historia en sus categorías expresivas. Los resultados confirman la existencia de las categorías de cuentos con diferencias expresivas sutiles en todos los idiomas más allá de los estilos personales de los narradores. En este sentido, se presentan evidencias que sugieren que las categorías expresivas de los cuentos se transmiten con matices expresivos más sutiles que en las emociones básicas, tras comparar los resultados obtenidos con aquellos de habla emocional. Los análisis también muestran que la prosodia y la calidad de la voz contribuyen prácticamente de la misma manera a la hora de discriminar entre las categorías expresivas de los cuentos, las cuales son expresadas con patrones acústicos similares en todos los idiomas analizados. Cabe destacar también la gran relación observada en la selección de categoría para cada oración que han utilizado los diferentes narradores aun cuando, que sepamos, no se les dio ninguna indicación. Para poder trasladar todas estas categorías a un sistema de texto a habla basado en corpus, habría que grabar un corpus para cada categoría. Sin embargo, crear diferentes corpus ad-hoc es una tarea muy laboriosa. En la tesis, se introduce una alternativa basada en una metodología de análisis orientada a síntesis diseñada para derivar modelos de reglas desde un pequeño pero representativo conjunto de oraciones, que pueden ser utilizados para generar habla de cuentacuentos a partir de neutra. Los experimentos sobre suspense creciente como prueba de concepto muestran la viabilidad de la propuesta en términos de naturalidad y similitud respecto a un narrador de cuentos real. Finalmente, en cuanto a interacción entre habla y gestos, se realiza un análisis de sincronía y énfasis orientado a controlar un avatar cuentacuentos en 3D. Al tal efecto, se definen indicadores de fuerza tanto para gestos como para habla. Después de validarlos con tests perceptivos, una regla de intensidad se obtiene de su correlación. Además, una regla de sincronía se deriva para determinar correspondencias temporales entre los gestos y el habla. Estos análisis se han llevado a cabo sobre interpretaciones neutras y agresivas por parte de un actor para cubrir un gran rango de niveles de énfasis, como primer paso para evaluar la integración de un avatar parlante después del sistema de texto a habla.For ages, the oral interpretation of tales and stories has been a worldwide tradition tied to entertainment, education, and perpetuation of culture. During the last decades, some works have focused on the analysis of this particular speaking style rich in subtle expressive nuances represented by specific acoustic cues. In line with this fact, there has also been a growing interest in the development of storytelling applications, such as those related to interactive storytelling. This thesis deals with one of the key aspects of audiovisual storytellers: improving the naturalness of the expressive synthetic speech by analysing the storytelling speech in detail, together with providing better non-verbal language to a speaking avatar by synchronizing that speech with its gestures. To that effect, it is necessary to understand in detail the acoustic characteristics of this particular speaking style and the interaction between speech and gestures. Regarding the acoustic characteristics of storytelling speech, the related literature has dealt with the acoustic analysis of storytelling speech in terms of prosody, being only suggested that voice quality may play an important role for the modelling of its subtleties. In this thesis, the role of both prosody and voice quality in indirect storytelling speech is analysed across languages to identify the main expressive categories it is composed of together with the acoustic parameters that characterize them. To do so, an analysis methodology is proposed to annotate this particular speaking style at the sentence level based on storytelling discourse modes (narrative, descriptive, and dialogue), besides introducing narrative sub-modes. Considering this annotation methodology, the indirect speech of a story oriented to a young audience (covering the Spanish, English, French, and German versions) is analysed in terms of prosody and voice quality through statistical and discriminant analyses, after classifying the sentence-level utterances of the story in their corresponding expressive categories. The results confirm the existence of storytelling categories containing subtle expressive nuances across the considered languages beyond narrators' personal styles. In this sense, evidences are presented suggesting that such storytelling expressive categories are conveyed with subtler speech nuances than basic emotions by comparing their acoustic patterns to the ones obtained from emotional speech data. The analyses also show that both prosody and voice quality contribute almost equally to the discrimination among storytelling expressive categories, being conveyed with similar acoustic patterns across languages. It is also worth noting the strong relationship observed in the selection of the expressive category per utterance across the narrators even when, up to our knowledge, no previous indications were given to them. In order to translate all these expressive categories to a corpus-based Text-To-Speech system, the recording of a speech corpus for each category would be required. However, building ad-hoc speech corpora for each and every specific expressive style becomes a very daunting task. In this work, we introduce an alternative based on an analysis-oriented-to-synthesis methodology designed to derive rule-based models from a small but representative set of utterances, which can be used to generate storytelling speech from neutral speech. The experiments conducted on increasing suspense as a proof of concept show the viability of the proposal in terms of naturalness and storytelling resemblance. Finally, in what concerns the interaction between speech and gestures, an analysis is performed in terms of time and emphasis oriented to drive a 3D storytelling avatar. To that effect, strength indicators are defined for speech and gestures. After validating them through perceptual tests, an intensity rule is obtained from their correlation. Moreover, a synchrony rule is derived to determine temporal correspondences between speech and gestures. These analyses have been conducted on aggressive and neutral performances to cover a broad range of emphatic levels as a first step to evaluate the integration of a speaking avatar after the expressive Text-To-Speech system

Adding expressiveness to unit selection speech synthesis and to numerical voice production

La parla és una de les formes de comunicació més naturals i directes entre éssers humans, ja que codifica un missatge i també claus paralingüístiques sobre l’estat emocional del locutor, el to o la seva intenció, esdevenint així fonamental en la consecució d’una interacció humà-màquina (HCI) més natural. En aquest context, la generació de parla expressiva pel canal de sortida d’HCI és un element clau en el desenvolupament de tecnologies assistencials o assistents personals entre altres aplicacions. La parla sintètica pot ser generada a partir de parla enregistrada utilitzant mètodes basats en corpus com la selecció d’unitats (US), que poden aconseguir resultats d’alta qualitat però d’expressivitat restringida a la pròpia del corpus. A fi de millorar la qualitat de la sortida de la síntesi, la tendència actual és construir bases de dades de veu cada cop més grans, seguint especialment l’aproximació de síntesi anomenada End-to-End basada en tècniques d’aprenentatge profund. Tanmateix, enregistrar corpus ad-hoc per cada estil expressiu desitjat pot ser extremadament costós o fins i tot inviable si el locutor no és capaç de realitzar adequadament els estils requerits per a una aplicació donada (ex: cant en el domini de la narració de contes). Alternativament, nous mètodes basats en la física de la producció de veu s’han desenvolupat a la darrera dècada gràcies a l’increment en la potència computacional. Per exemple, vocals o diftongs poden ser obtinguts utilitzant el mètode d’elements finits (FEM) per simular la propagació d’ones acústiques a través d’una geometria 3D realista del tracte vocal obtinguda a partir de ressonàncies magnètiques (MRI). Tanmateix, atès que els principals esforços en aquests mètodes de producció numèrica de veu s’han focalitzat en la millora del modelat del procés de generació de veu, fins ara s’ha prestat poca atenció a la seva expressivitat. A més, la col·lecció de dades per aquestes simulacions és molt costosa, a més de requerir un llarg postprocessament manual com el necessari per extreure geometries 3D del tracte vocal a partir de MRI. L’objectiu de la tesi és afegir expressivitat en un sistema que genera veu neutra, sense haver d’adquirir dades expressives del locutor original. Per un costat, s’afegeixen capacitats expressives a un sistema de conversió de text a parla basat en selecció d’unitats (US-TTS) dotat d’un corpus de veu neutra, per adreçar necessitats específiques i concretes en l’àmbit de la narració de contes, com són la veu cantada o situacions de suspens. A tal efecte, la veu és parametritzada utilitzant un model harmònic i transformada a l’estil expressiu desitjat d’acord amb un sistema expert. Es presenta una primera aproximació, centrada en la síntesi de suspens creixent per a la narració de contes, i es demostra la seva viabilitat pel que fa a naturalitat i qualitat de narració de contes. També s’afegeixen capacitats de cant al sistema US-TTS mitjançant la integració de mòduls de transformació de parla a veu cantada en el pipeline del TTS, i la incorporació d’un mòdul de generació de prosòdia expressiva que permet al mòdul de US seleccionar unitats més properes a la prosòdia cantada obtinguda a partir de la partitura d’entrada. Això resulta en un framework de síntesi de conversió de text a parla i veu cantada basat en selecció d’unitats (US-TTS&S) que pot generar veu parlada i cantada a partir d'un petit corpus de veu neutra (~2.6h). D’acord amb els resultats objectius, l’estratègia de US guiada per la partitura permet reduir els factors de modificació de pitch requerits per produir veu cantada a partir de les unitats de veu parlada seleccionades, però en canvi té una efectivitat limitada amb els factors de modificació de les durades degut a la curta durada de les vocals parlades neutres. Els resultats dels tests perceptius mostren que tot i òbviament obtenir una naturalitat inferior a la oferta per un sintetitzador professional de veu cantada, el framework pot adreçar necessitats puntuals de veu cantada per a la síntesis de narració de contes amb una qualitat raonable. La incorporació d’expressivitat s’investiga també en la simulació numèrica 3D de vocals basada en FEM mitjançant modificacions de les senyals d’excitació glotal utilitzant una aproximació font-filtre de producció de veu. Aquestes senyals es generen utilitzant un model Liljencrants-Fant (LF) controlat amb el paràmetre de forma del pols Rd, que permet explorar el continu de fonació lax-tens a més del rang de freqüències fonamentals, F0, de la veu parlada. S’analitza la contribució de la font glotal als modes d’alt ordre en la síntesis FEM de les vocals cardinals [a], [i] i [u] mitjançant la comparació dels valors d’energia d’alta freqüència (HFE) obtinguts amb geometries realistes i simplificades del tracte vocal. Les simulacions indiquen que els modes d’alt ordre es preveuen perceptivament rellevants d’acord amb valors de referència de la literatura, particularment per a fonacions tenses i/o F0s altes. En canvi, per a vocals amb una fonació laxa i/o F0s baixes els nivells d’HFE poden resultar inaudibles, especialment si no hi ha soroll d’aspiració en la font glotal. Després d’aquest estudi preliminar, s’han analitzat les característiques d’excitació de vocals alegres i agressives d’un corpus paral·lel de veu en castellà amb l’objectiu d’incorporar aquests estils expressius de veu tensa en la simulació numèrica de veu. Per a tal efecte, s’ha usat el vocoder GlottDNN per analitzar variacions d’F0 i pendent espectral relacionades amb l’excitació glotal en vocals [a]. Aquestes variacions es mapegen mitjançant la comparació amb vocals sintètiques en valors d’F0 i Rd per simular vocals que s’assemblin als estils alegre i agressiu. Els resultats mostren que és necessari incrementar l’F0 i disminuir l’Rd respecte la veu neutra, amb variacions majors per a alegre que per agressiu, especialment per a vocals accentuades. Els resultats aconseguits en les investigacions realitzades validen la possibilitat d’afegir expressivitat a la síntesi basada en corpus US-TTS i a la simulació numèrica de veu basada en FEM. Tanmateix, encara hi ha marge de millora. Per exemple, l’estratègia aplicada a la producció numèrica de veu es podria millorar estudiant i desenvolupant mètodes de filtratge invers així com incorporant modificacions del tracte vocal, mentre que el framework US-TTS&S es podria beneficiar dels avenços en tècniques de transformació de veu incloent transformacions de la qualitat de veu, aprofitant l’experiència adquirida en la simulació numèrica de vocals expressives.El habla es una de las formas de comunicación más naturales y directas entre seres humanos, ya que codifica un mensaje y también claves paralingüísticas sobre el estado emocional del locutor, el tono o su intención, convirtiéndose así en fundamental en la consecución de una interacción humano-máquina (HCI) más natural. En este contexto, la generación de habla expresiva para el canal de salida de HCI es un elemento clave en el desarrollo de tecnologías asistenciales o asistentes personales entre otras aplicaciones. El habla sintética puede ser generada a partir de habla gravada utilizando métodos basados en corpus como la selección de unidades (US), que pueden conseguir resultados de alta calidad, pero de expresividad restringida a la propia del corpus. A fin de mejorar la calidad de la salida de la síntesis, la tendencia actual es construir bases de datos de voz cada vez más grandes, siguiendo especialmente la aproximación de síntesis llamada End-to-End basada en técnicas de aprendizaje profundo. Sin embargo, gravar corpus ad-hoc para cada estilo expresivo deseado puede ser extremadamente costoso o incluso inviable si el locutor no es capaz de realizar adecuadamente los estilos requeridos para una aplicación dada (ej: canto en el dominio de la narración de cuentos). Alternativamente, nuevos métodos basados en la física de la producción de voz se han desarrollado en la última década gracias al incremento en la potencia computacional. Por ejemplo, vocales o diptongos pueden ser obtenidos utilizando el método de elementos finitos (FEM) para simular la propagación de ondas acústicas a través de una geometría 3D realista del tracto vocal obtenida a partir de resonancias magnéticas (MRI). Sin embargo, dado que los principales esfuerzos en estos métodos de producción numérica de voz se han focalizado en la mejora del modelado del proceso de generación de voz, hasta ahora se ha prestado poca atención a su expresividad. Además, la colección de datos para estas simulaciones es muy costosa, además de requerir un largo postproceso manual como el necesario para extraer geometrías 3D del tracto vocal a partir de MRI. El objetivo de la tesis es añadir expresividad en un sistema que genera voz neutra, sin tener que adquirir datos expresivos del locutor original. Per un lado, se añaden capacidades expresivas a un sistema de conversión de texto a habla basado en selección de unidades (US-TTS) dotado de un corpus de voz neutra, para abordar necesidades específicas y concretas en el ámbito de la narración de cuentos, como son la voz cantada o situaciones de suspense. Para ello, la voz se parametriza utilizando un modelo harmónico y se transforma al estilo expresivo deseado de acuerdo con un sistema experto. Se presenta una primera aproximación, centrada en la síntesis de suspense creciente para la narración de cuentos, y se demuestra su viabilidad en cuanto a naturalidad y calidad de narración de cuentos. También se añaden capacidades de canto al sistema US-TTS mediante la integración de módulos de transformación de habla a voz cantada en el pipeline del TTS, y la incorporación de un módulo de generación de prosodia expresiva que permite al módulo de US seleccionar unidades más cercanas a la prosodia cantada obtenida a partir de la partitura de entrada. Esto resulta en un framework de síntesis de conversión de texto a habla y voz cantada basado en selección de unidades (US-TTS&S) que puede generar voz hablada y cantada a partir del mismo pequeño corpus de voz neutra (~2.6h). De acuerdo con los resultados objetivos, la estrategia de US guiada por la partitura permite reducir los factores de modificación de pitch requeridos para producir voz cantada a partir de las unidades de voz hablada seleccionadas, pero en cambio tiene una efectividad limitada con los factores de modificación de duraciones debido a la corta duración de las vocales habladas neutras. Los resultados de las pruebas perceptivas muestran que, a pesar de obtener una naturalidad obviamente inferior a la ofrecida por un sintetizador profesional de voz cantada, el framework puede abordar necesidades puntuales de voz cantada para la síntesis de narración de cuentos con una calidad razonable. La incorporación de expresividad se investiga también en la simulación numérica 3D de vocales basada en FEM mediante modificaciones en las señales de excitación glotal utilizando una aproximación fuente-filtro de producción de voz. Estas señales se generan utilizando un modelo Liljencrants-Fant (LF) controlado con el parámetro de forma del pulso Rd, que permite explorar el continuo de fonación laxo-tenso además del rango de frecuencias fundamentales, F0, de la voz hablada. Se analiza la contribución de la fuente glotal a los modos de alto orden en la síntesis FEM de las vocales cardinales [a], [i] y [u] mediante la comparación de los valores de energía de alta frecuencia (HFE) obtenidos con geometrías realistas y simplificadas del tracto vocal. Las simulaciones indican que los modos de alto orden se prevén perceptivamente relevantes de acuerdo con valores de referencia de la literatura, particularmente para fonaciones tensas y/o F0s altas. En cambio, para vocales con una fonación laxa y/o F0s bajas los niveles de HFE pueden resultar inaudibles, especialmente si no hay ruido de aspiración en la fuente glotal. Después de este estudio preliminar, se han analizado las características de excitación de vocales alegres y agresivas de un corpus paralelo de voz en castellano con el objetivo de incorporar estos estilos expresivos de voz tensa en la simulación numérica de voz. Para ello, se ha usado el vocoder GlottDNN para analizar variaciones de F0 y pendiente espectral relacionadas con la excitación glotal en vocales [a]. Estas variaciones se mapean mediante la comparación con vocales sintéticas en valores de F0 y Rd para simular vocales que se asemejen a los estilos alegre y agresivo. Los resultados muestran que es necesario incrementar la F0 y disminuir la Rd respecto la voz neutra, con variaciones mayores para alegre que para agresivo, especialmente para vocales acentuadas. Los resultados conseguidos en las investigaciones realizadas validan la posibilidad de añadir expresividad a la síntesis basada en corpus US-TTS y a la simulación numérica de voz basada en FEM. Sin embargo, hay margen de mejora. Por ejemplo, la estrategia aplicada a la producción numérica de voz se podría mejorar estudiando y desarrollando métodos de filtrado inverso, así como incorporando modificaciones del tracto vocal, mientras que el framework US-TTS&S desarrollado se podría beneficiar de los avances en técnicas de transformación de voz incluyendo transformaciones de la calidad de la voz, aprovechando la experiencia adquirida en la simulación numérica de vocales expresivas.Speech is one of the most natural and direct forms of communication between human beings, as it codifies both a message and paralinguistic cues about the emotional state of the speaker, its mood, or its intention, thus becoming instrumental in pursuing a more natural Human Computer Interaction (HCI). In this context, the generation of expressive speech for the HCI output channel is a key element in the development of assistive technologies or personal assistants among other applications. Synthetic speech can be generated from recorded speech using corpus-based methods such as Unit-Selection (US), which can achieve high quality results but whose expressiveness is restricted to that available in the speech corpus. In order to improve the quality of the synthesis output, the current trend is to build ever larger speech databases, especially following the so-called End-to-End synthesis approach based on deep learning techniques. However, recording ad-hoc corpora for each and every desired expressive style can be extremely costly, or even unfeasible if the speaker is unable to properly perform the styles required for a given application (e.g., singing in the storytelling domain). Alternatively, new methods based on the physics of voice production have been developed in the last decade thanks to the increase in computing power. For instance, vowels or diphthongs can be obtained using the Finite Element Method (FEM) to simulate the propagation of acoustic waves through a 3D realistic vocal tract geometry obtained from Magnetic Resonance Imaging (MRI). However, since the main efforts in these numerical voice production methods have been focused on improving the modelling of the voice generation process, little attention has been paid to its expressiveness up to now. Furthermore, the collection of data for such simulations is very costly, besides requiring manual time-consuming postprocessing like that needed to extract 3D vocal tract geometries from MRI. The aim of the thesis is to add expressiveness into a system that generates neutral voice, without having to acquire expressive data from the original speaker. One the one hand, expressive capabilities are added to a Unit-Selection Text-to-Speech (US-TTS) system fed with a neutral speech corpus, to address specific and timely needs in the storytelling domain, such as for singing or in suspenseful situations. To this end, speech is parameterised using a harmonic-based model and subsequently transformed to the target expressive style according to an expert system. A first approach dealing with the synthesis of storytelling increasing suspense shows the viability of the proposal in terms of naturalness and storytelling quality. Singing capabilities are also added to the US-TTS system through the integration of Speech-to-Singing (STS) transformation modules into the TTS pipeline, and by incorporating an expressive prosody generation module that allows the US to select units closer to the target singing prosody obtained from the input score. This results in a Unit Selection based Text-to-Speech-and-Singing (US-TTS&S) synthesis framework that can generate both speech and singing from the same neutral speech small corpus (~2.6 h). According to the objective results, the score-driven US strategy can reduce the pitch scaling factors required to produce singing from the selected spoken units, but its effectiveness is limited regarding the time-scale requirements due to the short duration of the spoken vowels. Results from the perceptual tests show that although the obtained naturalness is obviously far from that given by a professional singing synthesiser, the framework can address eventual singing needs for synthetic storytelling with a reasonable quality. The incorporation of expressiveness is also investigated in the 3D FEM-based numerical simulation of vowels through modifications of the glottal flow signals following a source-filter approach of voice production. These signals are generated using a Liljencrants-Fant (LF) model controlled with the glottal shape parameter Rd, which allows exploring the tense-lax continuum of phonation besides the spoken vocal range of fundamental frequency values, F0. The contribution of the glottal source to higher order modes in the FEM synthesis of cardinal vowels [a], [i] and [u] is analysed through the comparison of the High Frequency Energy (HFE) values obtained with realistic and simplified 3D geometries of the vocal tract. The simulations indicate that higher order modes are expected to be perceptually relevant according to reference values stated in the literature, particularly for tense phonations and/or high F0s. Conversely, vowels with a lax phonation and/or low F0s can result in inaudible HFE levels, especially if aspiration noise is not present in the glottal source. After this preliminary study, the excitation characteristics of happy and aggressive vowels from a Spanish parallel speech corpus are analysed with the aim of incorporating this tense voice expressive styles into the numerical production of voice. To that effect, the GlottDNN vocoder is used to analyse F0 and spectral tilt variations associated with the glottal excitation on vowels [a]. These variations are mapped through the comparison with synthetic vowels into F0 and Rd values to simulate vowels resembling happy and aggressive styles. Results show that it is necessary to increase F0 and decrease Rd with respect to neutral speech, with larger variations for happy than aggressive style, especially for the stressed [a] vowels. The results achieved in the conducted investigations validate the possibility of adding expressiveness to both corpus-based US-TTS synthesis and FEM-based numerical simulation of voice. Nevertheless, there is still room for improvement. For instance, the strategy applied to the numerical voice production could be improved by studying and developing inverse filtering approaches as well as incorporating modifications of the vocal tract, whereas the developed US-TTS&S framework could benefit from advances in voice transformation techniques including voice quality modifications, taking advantage of the experience gained in the numerical simulation of expressive vowels

Prosody beyond pitch and emotion in speech and music: evidence from right hemisphere brain damage and congenital amusia

This dissertation examines the relationship of prosodic processing in language and music from a new perspective, considering acoustic features that have not been studied before in the framework of the parallel study of language and music. These features are argued to contribute to the effect of ‘expressiveness’ which is here defined as the combination of the acoustic features (variation in duration, pitch, loudness, and articulation) that results in aesthetic appreciation of the linguistic and the musical acoustic stream and which is distinct from pitch, emotional and pragmatic prosody as well as syntactic structure. The present investigation took a neuropsychological approach, comparing the performance of a right temporo-parietal stroke patient IB; a congenitally amusic individual, BZ; and 24 control participants with and without musical training. Apart from the main focus on the perception of ‘expressiveness’, additional aspects of language and music perception were studied. A new battery was designed that consisted of 8 tasks; ‘speech prosody detection’, ‘expressive speech prosody’, ‘expressive music prosody’, ‘emotional speech prosody’, ‘emotional music prosody, ‘speech pitch’, ‘speech rate’, and ‘music tempo’. These tasks addressed both theoretical and methodological issues in this comparative cognitive framework. IB’s performance on the expressive speech prosody task revealed a severe perceptual impairment, whereas his performance on the analogous music task examining ‘expressiveness’ was unimpaired. BZ also performed successfully on the same music task despite being characterised as congenital amusic by an earlier study. Musically untrained controls also had a successful performance. The data from IB suggest that speech and music stimuli encompassing similar features are not necessarily processed by the same mechanisms. These results can have further implications for the approach to the relationship of language and music within the study of cognitive deficits

Analyzing Navajo Discourse: Investigating Form and Function of Intonational Units in Referential Discourse

Extensive research has been conducted on the Navajo verb complex (prefix morphology) and specific constructions (i.e. relative clause structure, subject-object-inversion), but to date the proposed establishment of a method to analyze actual discourse from a functional or usage based approach has not occurred. The goal of this study is twofold. The first is to establish a method to analyze spoken Navajo using the Intonation Units (IU) as a measure as it occurs in natural, uninterrupted speech, according to the parameters outlined by Chafe (1994), and show the influence of the morphological complexity of Navajo on the size of the IU. Secondly, analyzing the function of the IU within discourse from the intonation-as-information-flow\u27 approach (Couper-Kuhlen 2005) including deliberate manipulation by speakers in a sequential manner and the framing in which story threads are woven together expressing various points of view within a single text. IUs (Chafe 1994, DuBois et al. 1993) are portions of speech occurring under a single prosodic contour that reveal how speakers naturally segment their speech. Prosodic structure, including the suprasegmental phonetic cues of intonation, pitch, rhythm, duration and pauses, has been studied in many languages, but to date, there has not been an analysis of Navajo that has attempted to define an IU and its function in discourse. The hope is the research presented will leave the reader with a better understanding of communicative process, how syntactic structural features are interrelated to cognitive constraints and interlocutor motivation which ultimately may influence and impact actual performance which are revealed via various voices (Dinwoodie 1999) represented within a text. By proposing a unit larger than the morphologically complex verb for analysis, a specific type of clause (i.e., relative or subordinate), or even a culturally relevant structure (i.e., subject-object inversion), the desire is the results presented will both foster and aid subsequent Navajo discourse analysis studies and ultimately positively impact Navajo language education efforts

Pragmatics and Prosody

Most of the papers collected in this book resulted from presentations and discussions undertaken during the V Lablita Workshop that took place at the Federal University of Minas Gerais, Brazil, on August 23-25, 2011. The workshop was held in conjunction with the II Brazilian Seminar on Pragmatics and Prosody. The guiding themes for the joint event were illocution, modality, attitude, information patterning and speech annotation. Thus, all papers presented here are concerned with theoretical and methodological issues related to the study of speech. Among the papers in this volume, there are different theoretical orientations, which are mirrored through the methodological designs of studies pursued. However, all papers are based on the analysis of actual speech, be it from corpora or from experimental contexts trying to emulate natural speech. Prosody is the keyword that comes out from all the papers in this publication, which indicates the high standing of this category in relation to studies that are geared towards the understanding of major elements that are constitutive of the structuring of speech

Auslan and Matukar Panau: A modality-agnostic look at quotatives

Investigations of quotatives are essential for understanding how humans talk about talking. However, comparison of quotatives and other communicative phenomena have been hampered by theoretical paradigms that privilege Western, spoken, conventionalised forms of communication while marginalising others, including signed languages, visible bodily actions, vocal depiction, and non-Western communication practices more generally. Here we demonstrate how corpus typology methods can redress some of these biases and provide insights on how languages work and why they differ. We investigate the quotatives used by five pairs of Auslan signers and five groups of Matukar Panau speakers undertaking a narrative problem-solving picture task. We find that the signers and speakers in our study used almost unilaterally direct forms of quotatives. However, both groups preferred direct quotation of different narrative elements, with Matukar Panau speakers preferring to quote dialogue and thought, while Auslan signers preferred to quote action and dialogue. We employ a novel “expressivity index” to reveal a range of user variability within each language group. This study demonstrates how a modality-agnostic framework of comparative semiotics is useful for advancing our understanding of inter- and intra-language variability, while enriching our understanding of direct quotation in both signed and spoken language interactions.National Foreign Language Resource Cente

Directional adposition use in English, Swedish and Finnish

Directional adpositions such as to the left of describe where a Figure is in relation to a Ground. English and Swedish directional adpositions refer to the location of a Figure in relation to a Ground, whether both are static or in motion. In contrast, the Finnish directional adpositions edellä (in front of) and jäljessä (behind) solely describe the location of a moving Figure in relation to a moving Ground (Nikanne, 2003). When using directional adpositions, a frame of reference must be assumed for interpreting the meaning of directional adpositions. For example, the meaning of to the left of in English can be based on a relative (speaker or listener based) reference frame or an intrinsic (object based) reference frame (Levinson, 1996). When a Figure and a Ground are both in motion, it is possible for a Figure to be described as being behind or in front of the Ground, even if neither have intrinsic features. As shown by Walker (in preparation), there are good reasons to assume that in the latter case a motion based reference frame is involved. This means that if Finnish speakers would use edellä (in front of) and jäljessä (behind) more frequently in situations where both the Figure and Ground are in motion, a difference in reference frame use between Finnish on one hand and English and Swedish on the other could be expected. We asked native English, Swedish and Finnish speakers’ to select adpositions from a language specific list to describe the location of a Figure relative to a Ground when both were shown to be moving on a computer screen. We were interested in any differences between Finnish, English and Swedish speakers. All languages showed a predominant use of directional spatial adpositions referring to the lexical concepts TO THE LEFT OF, TO THE RIGHT OF, ABOVE and BELOW. There were no differences between the languages in directional adpositions use or reference frame use, including reference frame use based on motion. We conclude that despite differences in the grammars of the languages involved, and potential differences in reference frame system use, the three languages investigated encode Figure location in relation to Ground location in a similar way when both are in motion. Levinson, S. C. (1996). Frames of reference and Molyneux’s question: Crosslingiuistic evidence. In P. Bloom, M.A. Peterson, L. Nadel & M.F. Garrett (Eds.) Language and Space (pp.109-170). Massachusetts: MIT Press. Nikanne, U. (2003). How Finnish postpositions see the axis system. In E. van der Zee & J. Slack (Eds.), Representing direction in language and space. Oxford, UK: Oxford University Press. Walker, C. (in preparation). Motion encoding in language, the use of spatial locatives in a motion context. Unpublished doctoral dissertation, University of Lincoln, Lincoln. United Kingdo