Segmental Durations of Speech

This dissertation considers the segmental durations of speech from the viewpoint of speech technology, especially speech synthesis. The idea is that better models of segmental durations lead to higher naturalness and better intelligibility. These features are the key factors for better usability and generality of synthesized speech technology. Even though the studies are based on a Finnish corpus the approaches apply to all other languages as well. This is possibly due to the fact that most of the studies included in this dissertation are about universal effects taking place on utterance boundaries. Also the methods invented and used here are suitable for any other study of another language. This study is based on two corpora of news reading speech and sentences read aloud. The other corpus is read aloud by a 39-year-old male, whilst the other consists of several speakers in various situations. The use of two corpora is twofold: it involves a comparison of the corpora and a broader view on the matters of interest. The dissertation begins with an overview to the phonemes and the quantity system in the Finnish language. Especially, we are covering the intrinsic durations of phonemes and phoneme categories, as well as the difference of duration between short and long phonemes. The phoneme categories are presented to facilitate the problem of variability of speech segments. In this dissertation we cover the boundary-adjacent effects on segmental durations. In initial positions of utterances we find that there seems to be initial shortening in Finnish, but the result depends on the level of detail and on the individual phoneme. On the phoneme level we find that the shortening or lengthening only affects the very first ones at the beginning of an utterance. However, on average, the effect seems to shorten the whole first word on the word level. We establish the effect of final lengthening in Finnish. The effect in Finnish has been an open question for a long time, whilst Finnish has been the last missing piece for it to be a universal phenomenon. Final lengthening is studied from various angles and it is also shown that it is not a mere effect of prominence or an effect of speech corpus with high inter- and intra-speaker variation. The effect of final lengthening seems to extend from the final to the penultimate word. On a phoneme level it reaches a much wider area than the initial effect. We also present a normalization method suitable for corpus studies on segmental durations. The method uses an utterance-level normalization approach to capture the pattern of segmental durations within each utterance. This prevents the impact of various problematic variations within the corpora. The normalization is used in a study on final lengthening to show that the results on the effect are not caused by variation in the material. The dissertation shows an implementation and prowess of speech synthesis on a mobile platform. We find that the rule-based method of speech synthesis is a real-time software solution, but the signal generation process slows down the system beyond real time. Future aspects of speech synthesis on limited platforms are discussed. The dissertation considers ethical issues on the development of speech technology. The main focus is on the development of speech synthesis with high naturalness, but the problems and solutions are applicable to any other speech technology approaches.Siirretty Doriast

Utterance-initial Duration of Finnish Non-plosive Consonants

Proceedings of the 16th Nordic Conference of Computational Linguistics NODALIDA-2007. Editors: Joakim Nivre, Heiki-Jaan Kaalep, Kadri Muischnek and Mare Koit. University of Tartu, Tartu, 2007. ISBN 978-9985-4-0513-0 (online) ISBN 978-9985-4-0514-7 (CD-ROM) pp. 160-166

Kalan elintarvikejalostuksen sivutuotevirtojen jalostaminen kalaöljyksi

Tässä työssä selvitettiin mahdollisuuksia hyödyntää kalanjalostusteollisuuden elintarvikelaatuisia sivutuotevirtoja kalaöljyn tuotannossa, öljyn markkinoita ja arvioitiin toiminnan kannattavuutta. Maailmalla tuotetaan kalaöljyä noin miljoonaa tonnia vuodessa. Valtaosa kalaöljystä on peräisin valtameristä pyydetyistä kaloista ja määrästä noin neljännes saadaan elintarvikekäyttöön menevien kalojen sivutuotevirroista. Kalaöljystä eristettyjen EPA- ja DHA-rasvahappojen kokonaismäärän arvioidaan olevan 200 tuhatta tonnia. Nykyisin kalanviljely käyttää kolme neljäsosaa ja ihmiset yhden neljäsosan tuotetusta kalaöljystä. Kalaöljymarkkinoiden suurin ja kasvava markkinasegmentti on terveystuotteet: ravintolisät ja terveysvaikutteiset elintarvikkeet. Lisäksi kalaöljyä käytetään lääkkeiden sekä imeväisikäisten ravinnon ja lemmikkieläinten rehun valmistamiseen. Suomen kalaöljypohjaisia ravintolisämarkkinoita on vaikea arvioida, sillä kattavia myyntilukuja ei tilastoida. Markkinoilla on lukuisia kalaöljypohjaisia ravintolisätuotteita ja niiden sisältämän öljyn laadussa (EPA + DHA-pitoisuus) ja öljyn vähittäismyyntihinnassa (€/kg) on paljon vaihtelua. Suomen kalanjalostusteollisuuden jalostama kalamäärä oli vuonna 2015 73 miljoonaa kiloa, josta kasvatetun kalan osuus oli 54 miljoonaa kiloa. Kasvatetun kirjolohen ja lohen jalostustoiminnasta muodostui elintarvikekelpoisia sivutuotteita (selkäruodot, pää ja vatsalieve) noin 11 miljoonaa kiloa. Tässä työssä tutkittiin eri prosessiolosuhteiden vaikutusta sivutuotevirroista saatavan öljyn määrään ja laatuun. Kokeissa testattiin uuttolämpötilan, uuttoajan ja lisätyn entsyymin määrän ja laadun vaikutuksia öljysaantoon. Lähtömateriaalina käytettiin kalanjalostuslaitokselta saatuja lohen ja kirjolohen sivutuotteita ja uutot tehtiin laboratotio- ja pilottimittakaavassa. Vatsaliepeiden öljypitoisuus oli tutkituista sivutuotteista korkein (45–50 %) eikä sivutuotteiden välillä ollut eroja EPA ja DHA pitoisuuksissa. Tämän vuoksi jatkotyöt tehtiin vatsaliepeillä. Prosessiolosuhteet eivät vaikuttaneet kalaöljyn rasvahappokoostumukseen, joten periaatteessa kaikki testatut entsyymit soveltuvat kalaöljyn tuottamiseen, koska niillä saadaan vähintään 75 % öljysaanto 60 minuutissa alhaisella entsyymikonsentraatiolla (0,05 %) käyttäen matalia lämpötiloja (50–55 °C). Näissä prosessiolosuhteissa tuotettu kalaöljy on myös korkealaatuista (alhaiset PL- ja AL-arvot) entsyymin inaktivoinnista huolimatta. Koska inaktivointi alentaa eristetyn öljyn laatua hieman, niin kalaöljyn laadun optimoinniksi öljy kannattaisi eristää hydrolysaatista ennen entsyymin inaktivointia. Lohen ja kirjolohen vatsaliepeet sisältävät runsaasti (45–50 %) rasvaa soveltuen siten erittäin hyvin kalaöljyn raaka-aineeksi. Tehdyissä pilotointikokeissa öljyn saanto oli 75–80 %. Saantoa on mahdollista parantaa menetelmien optimoinnilla. Tuore kalaöljy oli laadultaan erinomaista täyttäen ihmiskäyttöön tarkoitetun korkealaatuisen kalaöljyn kriteerit. Myös öljynerotusprosessin sivutuotteena syntyvät vesifaasi ja sakka ovat potentiaalisia lisäarvotuotteita. Vaikka pelkkään kuumennuskäsittelyyn perustuvalla öljyn eristysmenetelmällä on mahdollista tuottaa korkealaatuista kalaöljyä ihmiskäyttöön, niin entsymaattiseen hydrolyysiin perustuva menetelmällä on enemmän kaupallista potentiaalia, koska sen avulla on mahdollista tuottaa bioaktiivisia peptidejä. Mahdollisissa jatkohankkeissa tulisi pyrkiä optimoimaan eristysmenetelmiä paremman öljysaannon lisäksi myös vesifaasin/sakan sisältämien bioaktiivisten ominaisuuksien suhteen. Öljysaantoa on mahdollista kasvattaa myös ottamalla talteen myös vesifaasin sisältämä öljy esimerkiksi keraamisten kalvosuodattimien avulla. Suomessa syntyy vuosittain noin 13,7 mijoonaa kiloa kirjolohi- ja lohijalostusteollisuuden sivuvirtaa, josta 2,1 miljoonaa kiloa on vatsaliepeitä. Jo 1 miljoonasta kilosta vatsaliepeitä voidaan eristää 360–400 tonnia kalaöljyä, joka puolestaan sisältää 25–28 tonnia EPA- ja DHA-rasvahappoja.201