مشروع EUNISON لمحاكاة الجهاز الصوتي لدى الإنسان

كل شخص في الحياة بحاجة للصوت، فهو يعتبر وسيلتنا الأولى والأهم في الاتصال مع العالم المحيط. وبالرغم من ذلك فإن للجهاز الصوتي لدى الإنسان تركيبة معقدة بشكل مفاجئ، فكان لابد من تمثيل هذه البنية إلكترونياً وإتاحتها للباحثين والأطباء للتمكن من فهمها بدقة. وهذا ما يعمل عليه فريق من الباحثيين في مشروع EUNISON

(Extensive UNIfied-domain SimulatiON of the human voice).

فيزيائياً، ينطوي الصوت على تفاعلات معقدة مختلفة، تشمل تدفق الهواء برقة أوبخشونة بالإضافة الاهتزازات، التشويه، الارتدادات عن الأوتار المرنة الصلبة والصدى الناتج عن تغير شكل مجرى الهواء أو القناة. إلى حد الآن، فإن هذه الخواص والآليات تمت دراستها بشكل منفصل باستخدام طرق متفاوتة وتقريبات اجمالية مختلفة.

أما الآن وبفضل التقدم الكبير بالتقنيات الحاسوبية فقد أصبح من الممكن محاكاة الجهاز الصوتي للإنسان بأكمله بما يمتلك من آليات صوتية وميكانيكية حيوية ضمن برنامج واحد. إن هذا التطورالكبير في عالم الحوسبة يقرب الباحثين أكثر وأكثر للحصول على محاكاة أكثر قرباً للواقع وأصوات أكثر قرباً لأصواتنا الحقيقية .

يهدف مشروع EUNISON إلى بناء محاكي صوتي بالاعتماد على مبادئ فيزيائية غاية في الدقة. يمكن من خلال هذه المبادئ تمثيل مكونات النظام الصوتي. حيث يمكن بتحديد المدخلات التي تمثل الطبولوجيا أو معطيات تنشيط العضلات تقديم نموذج ثلاثي الأبعاد لفيزياء الصوت وبالتالي إصدار الصوت المناسب الموافق لهذه المدخلات .

هدف هذا المشروع ليس الحصول على نظام تركيب كلام بل الحصول على نظام فيزيائي لمحاكاة الجهاز الصوتي لدى الإنسان (الحبال الصوتية والقناة الصوتية والأعصاب التي تتحكم بحركة العضلات). وبالتالي يمكن في مرحلة لاحقة انتاج أنظمة تركيب كلام قادرة على التحدث بأي لغة وإصدار أي صوت ونغمة. هذا سيمكن الباحثين، الطلاب والأطباء من استخدامه في دراساتهم وأبحاثهم لفهم حقيقة آلية عمل النظام الصوتي لدى الإنسان. ويشمل المشروع أيضا بناء نسخة ميكانيكية مطابقة لنتائج المشروع مما سيعزز صحة المحاكاة. كما سيكون للنموذج الميكانيكي دور تعليمي كبير كوسيلة إيضاح.

وللوصول إلى هذا الهدف لابد من تطوير طرائق برمجية جديدة وتطبيقها وتنسيق العمل فيما بينها، حيث تمثل هذه الوظائف موضوع البحث الأساسي ضمن مشروع EUNISON. وبما أن هذه الأبحاث ما زالت قيد التنفيذ ولذا يصعب شرح طرق البحث ونتائجها. فسنقوم بشرح البحث كمشروع مكون من عدة مراحل:

المرحلة الأولى: الحصول على الأصوات الساكنة:

المطلوب في هذه المرحلة بشكل أساسي بناء نموذج للحبال الصوتية (vocal fold (v قادر على محاكاة حركة الحبال الصوتية لدى الإنسان بما تقوم به من حركات تمدد وتقلص والتي ينتج عنها إصدار الصوت. وأيضاُ بناء نموذج القناة الصوتية (vocal tract (vt التي تنتشر عبرها الأمواج الصوتية والانتباه إلى الترابط بين الخرج الناتج عن حركة الحبال الصوتية ودخل القناة الصوتية.

المرحلة الثانية: تغيير الأصوات:

المطلوب في هذه المرحلة أن يكون النظامين السابقين vf+vt قادرين على إصدار صوتين متتاليين. استخدم برنامج FEM solver لمحاكاة نظام الحبال الصوتية vf وبرنامج ALE لتمثيل نظام القناة vt والمطلوب أيضاُ محاكاة حركة الإشارات العصبية للربط بين النظامين السابقين.

المرحلة الثالثة: الحصول على المقاطع وتوحيد المخارج:

هنا أصبح النظامين المترابطين السابقين قادرين على تقديم مجموعة من الأصوات المختارة (سواء كانت تحتاج إلى تدفق الهواء أم لا - أي تخرج من الفم أو الشفتين -)، وفي هذه المرحلة أيضاً يتم تمييز الموجات الصوتية عن بعضها البعض من خلال توحيد رموز FEM لكل موجة من الموجات الصوتية.

المرحلة الرابعة: الاتصال عن بعد وإصدار المشروع:

تم عقد ورشة عمل مع بعض المستخدمين النهائيين للاستفادة منهم بتشكيل الواجهة النهائية الخاصة بهم. ولتحقيق نظام قادر على إنتاج كافة الأصوات التي يرغب بها المستخدمين ، تم تصميم إجرائية تسمح لهم بطلب محاكاة المشروع باستخدام تعليماتهم التحكمية الخاصة (طبعاُ مع وجود بعض المحدودية في الصلاحيات).

وفي الختام نترككم مع هذا الفيديو الذي يوضح أهداف المشروع ومراحله:

المصدر: هنا

مصدر الصورة: هنا