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ケネス・ノーブル・スティーブンス | |
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| 生まれる | 1924年3月24日 |
| 死亡 | 2013年8月19日（享年89歳） |
| 国籍 | カナダ人 |
| 市民権 | 私たち |
| 母校 | MIT、トロント大学 |
| 受賞歴 | アメリカ国家科学賞(1999) |
| 科学者としてのキャリア | |
| フィールド | 電気工学、音響音声学 |
| 機関 | マサチューセッツ工科大学 |
| 博士課程の指導教員 | レオ・ベラネク |
| その他の学術アドバイザー | JCR リックライダー、ウォルター A. ローゼンブリス |
| 博士課程の学生 | ジェームズ・L・フラナガン キャロル・エスピー・ウィルソン ローレンス・R・ラビナー ビクター・ズー アビール・アルワン |
ケネス・ノーブル・スティーブンス（1924年3月24日[1] - 2013年8月19日）は、MITのクラレンス・J・ルベル電気工学・コンピューターサイエンス教授であり、MIT電子工学研究所の健康科学技術教授であった。スティーブンスはMITの電子工学研究所（RLE）の音声コミュニケーショングループ[2]の責任者であり、音響音声学の分野で世界を代表する科学者の一人でした。
彼は 1999 年にビル・クリントン大統領からアメリカ国家科学賞を受賞し、2004 年には IEEE ジェームズ・L・フラナガン音声およびオーディオ処理賞を受賞しました。
彼は2013年にアルツハイマー病の合併症で亡くなった。[3]
教育
早期教育
ケン・スティーブンスは1924年3月23日にトロントで生まれました。[4]兄のピートはイギリス生まれで、ケンはその4年後、家族がカナダに移住した直後に生まれました。彼は子供の頃、医者になるのが夢でした。医者である叔父に憧れていたからです。[5]彼はトロント大学 教育学部付属の高校に通いました。
スティーブンスはトロント大学工学部に全額奨学金を得て入学した。学部時代はずっと実家暮らしだった。スティーブンス自身は視覚障害のため第二次世界大戦で戦うことはできなかったが、兄は戦争中ずっと海外にいたため、両親は毎晩BBCで最新情報を聴いていた。[5]スティーブンスは大学で工学物理学を専攻し、[6]動力機械の設計から物理学部で教えられる基礎物理学までを学んだ。夏には防衛産業で働き、ある夏はレーダーを開発している会社で働いた。1945年にSBとSMの両方の学位を取得した。[7]
スティーブンスは学部時代から教師を務めており、物理学の一部を含む家庭経済学の講義を担当していた。[5]修士号を取得した後、トロント大学に講師として残り、戦争から帰還した若者たちに講義を行った。その中には彼自身の兄もいた。[5] 1945年から1946年までオンタリオ財団のフェローを務め、その後1948年までトロント大学で講師として働いた。[7]
修士課程の研究中にスティーブンスは制御理論に興味を持ち、応用数学部の講義を受講しました。そこで教授の一人が、MITで博士課程に進学するよう勧めました。
博士課程
スティーブンスが MIT に入学して間もなく、レオ・ベラネックという新しい教授がスティーブンスが音響学を履修していることに気付きました。ベラネックはトロントにいるスティーブンスに連絡を取り、ベラネックの新しい音響学コースのティーチング アシスタントにならないかと尋ねたところ、スティーブンスは同意しました。その後間もなく、ベラネックはスティーブンスに再度連絡を取り、新しいスピーチ プロジェクトの研究職をオファーし、スティーブンスもそれを受け入れました。MITの放射線研究所(ビル 20) は戦後、電子工学研究所 (RLE) に転換され、他の研究所とともに RLE がベラネックの新しい音響学研究所をホストしました。
1949年11月、[8]ケンの隣のオフィスはスウェーデンから来た博士課程の客員学生グンナー・ファントに与えられ、ファントとは半世紀以上続く友情と共同研究を築くことになる。スティーブンスは博士課程の研究で母音の研究に焦点を当て、1950年に自己相関を使って母音を区別できると主張する短い論文を発表し、[9] 1952年の博士論文では電子共振器のセットを使って合成した母音の知覚結果を報告した。[10] ファントはスティーブンスに声道の伝送線路モデルは共振器モデルよりも柔軟であると確信させ、2人は1953年にこの研究を共同で発表した。[11]
ケンは、MITの言語学部と電子工学研究所とのつながりをファントに負っているとしている。[5] ハーバード大学の音韻学者ローマン・ヤコブソンは1957年までにMITにオフィスを構え、モリス・ハレはMIT言語学部に加わり、1951年にRLEに移った。スティーブンスとハレの共同研究は音響学から始まったが、[12]音響学と調音学が言語の音声体系を組織する方法に焦点を当てるようになった。[13] [14] [15]
スティーブンスは1952年に博士論文を発表した。彼の博士課程委員会には指導教官のレオ・ベラネックの他、J.C.R. リックライダー、ウォルター・A. ローゼンブリスがいた。[5]博士号を取得後、スティーブンスはハーバードスクエアのボルト・ベラネック・アンド・ニューマン社（現BBNテクノロジーズ） に就職した。 [5] 1950年代初頭、ベラネックはBBNでフルタイムで働くためにMITの教授職を退職することを決めた。ベラネックはスティーブンスが教えることが大好きであることを知っていたため、MITの教授職に応募するようスティーブンスに勧めた。スティーブンスはそれに従い、1954年に教授職に就いた。
研究、教育、奉仕
科学的貢献
スティーブンスは音韻論、音声知覚、音声生成の分野への貢献で最もよく知られています。スティーブンスの最も有名な著書である『音響音声学』[16]は、スティーブンスの音韻体系の特徴に従って構成されています。
音韻論への貢献
スティーブンスは、おそらく「なぜ世界中の言語の音（音素や音節）は互いに似ているのか？」という疑問に答える理論を提唱したことで最もよく知られている。外国語を初めて学ぶと、ある言語の音声体系と他の言語の音声体系の間に存在する顕著な違いに驚かされる。スティーブンスは学生の認識を覆した。言語がなぜ異なるのかを問うのではなく、各言語の音声体系が完全に恣意的であるなら、なぜ言語は似ているのかと問うた。彼の答えは、音声の量子理論である。[17]量子理論は、サミュエル・ジェイ・ケイザー と共同で開発された、冗長な特徴や強化された特徴の存在を仮定する言語変化の理論によってサポートされている。[18]
スティーブンスの音声調査の方法論は、3 つのステップに分かれています。最初のステップでは、物理学 (主に管モデル) を使用して調音器の形状 (前腔と後腔の形状、唇の丸みの有無など) をモデル化します。調音管モデルに基づいて、共鳴周波数 (フォルマント周波数) を計算できます。共鳴周波数が計算されると、音声データが収集され、理論計算と比較するために分析されます。この 2 番目の段階は主に実験的であり、通常、関心のあるトークンは単独で、または制御されたキャリア フレーズに埋め込まれて録音されます。これらのフレーズは、通常、その言語の複数の女性/男性ネイティブ スピーカーによって話されます。データ収集の鍵は、できるだけ多くの要因を制御して、関心のある音響証拠を最小限のアーティファクトで調査できるようにすることです。調査の最後の段階では、データ結果を理論予測と比較し、発生する差異を説明します。違いは、チューブ モデルが通常、声帯壁の柔らかさによる損失を考慮しないほど単純化されているという事実によって説明できる場合があります (ただし、抵抗器を理論モデルに追加することはできます)。声門の開口部が大きい場合、声門下システムが声道生成システムに影響を与える可能性もあります (音声の影響に対する声門下共鳴の研究を参照してください)。理論モデルの予測は、実際の音声で何が見つかるかを大まかに予測することができ、実際の音声からの証拠は元のモデルを改良するのに役立ち、音声の生成に対するより深い洞察を提供します。
量子理論は、あらゆる音の音響的特徴を（物理学を用いて）エレガントに記述し、マトリックスにまとめることを目指しています。（『音響音声学』第 5 章を参照）すべての音声に対する究極の制約は物理的な調音システム自体であり、これは言語間で有限の音集合しかあり得ないという主張を裏付けています。音声集合が有限である理由は、調音器官の動きは連続的である一方、調音的および/または音響的に安定する傾向があるのは特定の構成のみであり、これにより、すべての言語で比較的普遍的な音（つまり、母音と子音）を形成するフォルマントの固定周波数が生じるためです。したがって、各音声は、少数の定義的特徴（通常は 2 値）によって記述できます。たとえば、唇の丸み（オンまたはオフ）は特徴の 1 つです。舌の高さ（高いまたは低い）は別の特徴です。音声の基本的な記述として機能するこれらの定義的特徴に加えて、音声をより認識しやすくする強化特徴もあります。これらの各機能について、スティーブンスの方法論を適用して、最初にチューブ モデルを使用して調音器官をモデル化し、共鳴周波数を予測し、次にデータを収集してその機能の音響特性を調べ、最後に理論モデルと照合してその機能の音響特性を要約することができます。
音声科学の世界を知るには、まず、Denes P. と Pinson E. の著書「The Speech Chain」を読むとよいでしょう。この本では、音声の生成と伝達について幅広い概要が説明されています。また、音の断片の主な音響的記述であるスペクトログラムとフォルマント周波数についても紹介されています。
の声門
声帯が振動すると、空気の塊が声道に押し出され (フィルターされ)、音が発生します。この音源は、音の発生をモデル化した回路内の電流源としてモデル化されます。声道が変化すると、発生する音も変化します。女性の声帯の振動周波数は男性よりも高い傾向があり、女性の声は男性の声よりもピッチが高くなります。
研究 (Hanson, HM 1997) によると、女性と男性の声帯の振動方法には違いがあり、女性の声門の広がりが大きいため、女性の声は男性の声よりも息が漏れるような音質になります。
声門下システム
声門下システムとは、人体の声門の下にあるシステムのことです。気管、気管支、肺が含まれます。基本的に固定されたシステムなので、個々の話者ごとに変わることはありません。研究結果によると、声門サイクルの開放期（声門が開いているとき）に声門下システムによって結合が生じ、周波数領域で極/ゼロのペアとして音響的に現れることがわかっています。結合によって生じたこれらの極/ゼロのペアは、スペクトルの禁止領域または不安定領域として機能し、+front や +back などの 母音の特徴の自然な境界として機能すると考えられています。
成人男性の場合、声門下システムの共鳴周波数は（侵襲的方法を使用して）600、1550、2200 Hz と測定されています。（音響音声学、197 ページ、石坂他、Crane & Boves）。女性の声門下共鳴周波数は、サイズが小さいため、わずかに高くなります。これらのピークを測定する非侵襲的方法の 1 つは、発声中の皮膚の加速度を記録するために、胸骨切痕（ヘンケ）の上に加速度計を配置することです。振動により、声門下システムの共鳴周波数が捕捉されます。
の声道
声道とは、声門の上部から唇の開口部までの通路を指します。声道をモデル化するためには通常 2 つの管モデルが使用され、1 つは後腔の寸法 (断面積と長さ) を捉え、もう 1 つは前腔をモデル化します。管モデルから計算された共鳴周波数がフォルマント周波数です。シュワー母音 /ə/ を生成するために、声道は声門から口までずっと比較的開いています。したがって、管モデルは比較的均一な開いた管と考えることができ、共鳴周波数 (またはフォルマント) は均等に離れています。口での放射により、これらの共鳴周波数は約 5 パーセント低くなります (音響音声学、139 ページ)。女性の声道 (平均 14.1 cm) は男性の声道 (平均 17.7 cm) よりも平均的に短いため、フォルマント周波数は男性よりも高くなります。
声道壁が柔らかいため、声道内でエネルギーが失われ、フォルマントの帯域幅が増加します。
の鼻腔
/n/ や /m/ などの特定の音を発音中に鼻咽腔口が開くと、へそ腔による結合が生じ、出力に鼻っぽい音質が与えられます。
音声知覚への貢献
量子理論によれば、言語の音韻目録は主に各セグメントの音響特性によって定義され、境界は音響調音マッピングによって指定される。つまり、音韻セグメントは何らかの音響不変性を持たなければならないということである。[19] Blumstein と Stevens [20] は、音響スペクトルと知覚される音の間に不変の関係があるように見えることを実証した。特定の周波数で「pa」のバースト スペクトルにエネルギーを加えると、周波数に応じてそれぞれ「ta」または「ka」に変換できる。余分なエネルギーが存在すると舌子音が知覚され、エネルギーがない場合は唇音音が知覚される。
スティーブンスの最近の研究では、音響不変性の理論を浅い階層的知覚モデル、つまり音響ランドマークと特徴的特徴のモデルに再構築しました。
スピーチ生成への貢献
1962年にスウェーデンのKTHで休暇を取っていたとき、スティーブンスはスヴェン・オーマンが行っていたシネラジオグラフィー実験にボランティアとして参加した。スティーブンスのシネラジオグラフィーフィルムは最も広く配布されているものの一つで、レーザーディスクのコピーが存在し、一部はオンラインで入手できる。[21]
MITに戻った後、スティーブンスはジョセフ・S・パーケルという歯科学生の研究を指導することに同意した。パーケルは口腔解剖学の知識を持っていたため、スティーブンスのX線フィルムを紙にトレースし、その結果を発表することができた。[22]
音声生成の研究へのその他の貢献としては、乱流音声励起のスペクトル形状（乱流ジェットの寸法に依存）を予測できるモデルや、異なる発声モードにつながる声帯構成に関する研究などがある。[23]
実際、すべての言語のすべての可能な音素のスペクトル特性 (フォルマント、フォルマントの帯域幅、その他の声門特性) は、物理学に基づく共鳴モデルを使用して理論的にモデル化および予測できます。基本的なチューブ共鳴器を使用して、母音のフォルマントの一般的な予測を行うことができます。基本モデルをさらに改良するには、抵抗器やコンデンサをモデルに追加して、声道壁によるエネルギー損失を表します。声門下システムによる音響結合も、元の声道モデルに追加のチューブを追加して、声門下結合の影響を表すスペクトルに極/ゼロを導入することでモデル化できます (これらの極/ゼロ ペアの位置は、声門下システムの共鳴周波数です)。声の高さ (F0)、開放商 (H1-H2)、気息度 (H1-A3) などの声門特性も、スペクトルからモデル化して測定できます (Hanson & Stevens)。
スティーブンスを指導者として
スティーブンスは1954年にMITに助教授として加わった。[24] 彼は1957年に准教授、1963年に教授となり、1977年にクラレンス・J・ルベル教授に任命された。[7] 彼の長年の協力者の一人であるデニス・クラット（スティーブンスの研究室で働いていたときにDECtalkを書いた）は、「リーダーとして、ケンは学生への献身と、慈悲深い無政府主義の原則に従って管理しているように見えながら忙しい研究室を運営する驚異的な能力で知られている」と述べた。[4]
スティーブンスがMITで署名した最初の博士論文は、1955年に同級生のジェームズ・L・フラナガンの論文だった。フラナガンはスティーブンスと同じ年にMITの大学院に入学したが、修士号は取得していなかった。彼は1950年にベラネックの指導の下で修士号を取得し、その後1955年にスティーブンスの指導の下で博士論文を完成させた。[25]
スティーブンスは2001年に、自分が約40人の博士課程の学生を指導したと推定している。[5]
1995年にアメリカ音響学会の金メダルを受賞した際、同僚たちはスティーブンスのスピーチグループについて「ほぼ40年間存在し続けてきた間、女性研究者への支援は傑出しており、その多くが世界中の研究室の上層部に進出している」と記した。[4] スティーブンスの研究室は同僚から「国宝」と呼ばれている[6]
プロフェッショナルなサービス
スティーブンスは大学院生時代からアメリカ音響学会で活動していた。1963年から1966年まで執行委員会委員を務め、 [26] 1971年から1972年まで副会長、1976年から1977年まで同学会会長を務めた。[27] 彼はASAのフェローである。1983年にスピーチコミュニケーション部門で銀メダルを受賞し、1995年には同学会から金メダルを受賞した。 [4]
スティーブンスはIEEEでも活躍し、IEEE終身フェローを務めた。2004年、ケン・スティーブンスとグンナー・ファントはIEEEジェームズ・L・フラナガン音声・音声処理賞の共同第1回受賞者となった。[28]
スティーブンスはアメリカ芸術科学アカデミー会員、米国工学アカデミー会員、[29]米国科学アカデミー会員、[30]であり、1999年に米国国家科学賞を受賞した。[6]
参考文献
- ^ 帰化書類と本人の発言によれば、彼は1924年3月23日に生まれた。
- ^ 「MIT音声コミュニケーショングループ」。
- ^ 「ケネス・スティーブンス、EECS名誉教授、89歳で死去」mit.edu 2013年8月23日。
- ^ abcd 「Acoustical Society of America Gold Medal Award, 1995: Kenneth N. Stevens」。2007年6月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年7月2日閲覧。
- ^ abcdefgh 「AIP Oral History Transcript — Dr. Kenneth Stevens」。2013年8月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年7月2日閲覧。
- ^ abc 「D. Halber、「RLE のケネス・スティーブンス教授が米国科学賞を受賞」、2000 年 1 月 1 日」。2000 年 1 月。
- ^ abc 「Sensimetrics Consulting Resume、Kenneth N. Stevens」。
- ^ 「Gunnar Fant、「過去 50 年間の音声学と音韻論」、2004 年 6 月の「音から感覚へ: 音声コミュニケーションにおける 50 年以上の発見」で発表(PDF)。
- ^ 「KN Stevens、「音声音の自己相関分析」、J. Acoust. Soc. Am. 22:769–771、1950」。2013年7月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ KN Stevens、 「共鳴回路によって形成された音の知覚」、1952年。OCLC 15508683。
- ^ 「Stevens, KN, Kasowski, S. and Fant, G. (1953) An electrical analog of the vocal tract, Journal of the Acoustical Society of America 25, 734–742」。2013年7月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ Halle, Morris; Kenneth N. Stevens (1959)。「合成による分析」音声圧縮および処理に関するセミナー議事録。第 2 巻。
- ^ スティーブンス、ケネス N.、モリス ハレ (1967)。「合成による分析と特徴に関する考察」音声と視覚形態の知覚モデル、pp. 88–102。MIT プレス。ISBN 9780262230261。
- ^ Halle, Morris; Kenneth N. Stevens (2002) [初版1971年]. 「喉頭の特徴に関する注記」pp. 45–61. Mouton de Gruyter. ISBN 9783110171433。
- ^ Halle, Morris; Kenneth N. Stevens (1979)。「音声学の理論的基礎に関する考察」音声コミュニケーション研究の最前線、pp. 335–349。Academic Press。ISBN 9780124498501。
- ^ KN Stevens (2000). 音響音声学. Current Studies in Linguistics. MIT Press. ISBN 9780262194044。
- ^ KN Stevens (1968). 音声の量子的性質: 調音音響データからの証拠。
- ^ KN Stevens; SJ Keyser (1989). "「子音における主要な特徴とその強化」言語65(1):81–106。言語。65 ( 1 ):81–106。doi :10.2307/414843。JSTOR 414843 。
- ^ SE Blumstein; KN Stevens (1979). 「音声生成における音響不変性: 破裂子音のスペクトル特性の測定による証拠」J. Acoust. Soc. Am. 66(4):1001-1017. 2013-07-02にオリジナルからアーカイブ。
- ^ SE Blumstein; KN Stevens (1980)。「異なる母音環境における破裂子音の知覚的不変性と開始スペクトル」J. Acoust. Soc. Am. 67(2):648–662。2013年7月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ “Ken Stevens x-ray film on youtube”. YouTube . 2021年12月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ ジョセフ・S・パーケル（1969年）。音声生成の生理学：定量的シネラジオグラフィー研究の結果と意味（研究モノグラフ）。MITプレス。ISBN 978-0262661706。
- ^ スティーブンス、ケネス N.; 平野実;財団、音声 (1981)。声帯生理学、1980 年、平野実、ケネス N. スティーブンス編。東京大学出版会。ISBN 978-0860082811。
- ^ 「音から感覚へ: 音声コミュニケーションにおける 50 年以上の発見」 2004 年 5 月 11 日。
- ^ Frederik Nebeker (1997 年 4 月 8 日)。「IEEE Oral-History:James L. Flanagan」。
- ^ 「アメリカ音響学会理事会の過去および現在の役員およびメンバー」。[永久リンク切れ ]
- ^ 「エミリオ・セグレビジュアルアーカイブ、会員協会会長ギャラリー」。
- ^ 「IEEE Global History Network、Kenneth N. Stevens」。2016年2月2日。
- ^ 「NAE メンバー: ケネス N. スティーブンス博士」。
- ^ 「アルバーツ氏、NASの新メンバーに異議を唱える」ザ・サイエンティスト、1998年6月8日。
外部リンク
- RLE/MIT におけるスティーブンスの経歴 2013-07-30 にWayback Machineでアーカイブ