Äänitutkimus sellaisenaan ei ole mikään yhtenäinen menetelmä, vaan se on yleisnimitys kokoelmalle erilaisia tutkimusmenetelmiä, joilla on yhteinen kohde. Mikä näistä menetelmistä kulloinkin valitaan, riippuu tutkimuksen tavoitteesta. Kun tavoitteena on puhesisällön selvittäminen, käytetään häiriöäänten poistoon ja laadunparannukseen kehitettyjä menetelmiä. Puhujan tunnistamisessa ja teknisten äänten tutkinnassa tarvitaan puolestaan auditiivisia, akustisia ja tilastollisia menetelmiä. Omat menetelmänsä on myös esimerkiksi äänitallenteiden aitouden selvittämisessä ja puhenäytteiden profiloinnissa.
Suomessa viranomaisen toimeenpanemia äänitutkimuksia tehdään Keskusrikospoliisin rikosteknisessä laboratoriossa ja Onnettomuustutkintakeskuksessa. Oikeusministeriön alaisen Onnettomuustutkintakeskuksen tehtävänä on selvittää onnettomuuteen tai vaaratilanteeseen johtaneet ja vaikuttaneet tekijät siten kuin laissa ja säädöksissä on määrätty. Onnettomuustutkinnassa ei oteta kantaa rikosoikeudellisiin syyllisyys- tai vastuukysymyksiin, eikä tutkintaselostusta tulisi käyttää mihinkään muuhun tarkoitukseen kuin turvallisuuden parantamiseen. Rikostutkinnan tarkoituksena on puolestaan etsiä tapahtuneesta rikosoikeudellisessa vastuussa olevat henkilöt. Keskusrikospoliisin rikosteknisen laboratorion äänitutkimus tuottaa sille toimitetun aineiston perusteella lausuntoja rikostutkintaa ja oikeudenkäyntiä varten.
Oli tapahtumien tutkimuksen lähtökohtana sitten syiden (onnettomuustutkinta) tai syyllisten (rikostutkinta) selvittäminen, ovat äänitallenteiden tutkimuksessa käytetyt analysointimenetelmät kuitenkin samat. Esittelemme seuraavassa kolme yleisintä äänitutkimuksen osa-aluetta.
Puhesisällön selvitys
Kohinaisten tai hälyisten äänitallenteiden sisällönselvitys on eräs äänitutkimuksen yleisimpiä mutta samalla haasteellisimpia tehtäviä. Erilaisilla suodatustekniikoilla pyritään parantamaan tallenteen äänenlaatua ja löytämään häiriöäänten seasta onnettomuus- tai rikostutkinnan kannalta keskeinen äänitieto. Koska esimerkiksi puheen ymmärrettävyyttä huonontavia hälytyyppejä on useita, ei laadunparannuksestakaan selvitä ainoastaan yhdellä suodatintyypillä. Kun tavoitteena on selvittää puhesisältö, tutkitaan näytteestä äänteille tyypillisiä akustisia rakenteita.
Huonolaatuisen tallenteen sisällönselvitys on vaativa tehtävä. Työhön soveltuvien laitteiden ja erikoisohjelmistojen lisäksi tarvitaan kieleen ja teknisiin ääniin liittyviä tietoja sekä runsaasti aikaa. Aikaa tarvitaan siksi, että kuuloaistin mukautuminen eli adaptoituminen tallenteen erityislaatuun ei tapahdu hetkessä. Kuuloaistin yksilölliset vaihtelut ja adaptoitumisen vaatima aika on syytä pitää mielessä silloin, kun tallennetta harkitaan esitettäväksi laajemmalle kuulijajoukolle esimerkiksi oikeudenistunnossa.
Puhujantunnistus
Puhujantunnistamisen menetelmät voidaan jakaa kolmeen eri osaan. Näitä ovat diskriminaatio eli puhujien erottelu, identifikaatio eli puhujan nimeäminen ja verifikaatio eli puhujan todentaminen. Diskriminaation perusteella voidaan todeta, ovatko puhujat sama vai eri henkilö. Tällöin voidaan vertailla esimerkiksi kahta tuntematonta puhenäytettä. Identifikaatiossa tunnistetaan ja nimetään puhuja rajatusta tai rajoittamattomasta puhujajoukosta. Tuntematonta näytettä voidaan hakea esimerkiksi henkilötiedot sisältävistä puhujatietokannoista. Verifikaatiossa taas puhujaa verrataan ennalta tunnettuun ja rajattuun puhujajoukkoon. Diskriminaation, identifikaation ja verifikaation merkittävin ero on siinä, että kahdessa ensimmäisessä puhuja ei välttämättä halua tulla tunnistetuksi, kun taas viimeisessä puhuja pyrkii kaikin tavoin tunnistautumaan (esim. kulkuoikeus).
Kaikissa puhujantunnistuksen osa-alueissa puheäänien vertailun tekee mahdolliseksi se, että jokaisella ihmisellä on yksilöllinen puhe-elimistö ja jokainen käyttää sitä yksilöllisesti. Vaikka puheääni onkin yksi biometrisistä tunnisteista, on käyttö ollut vähäistä siksi, ettei tutkimusmenetelmien tuoma erottelutarkkuus ole vielä riittävä. Ongelmanratkaisun parissa työskentelee useita tutkimusryhmiä ympäri maailmaa, ja edistystä on odotettavissa lähitulevaisuudessa.
Puhujantunnistustutkimuksen tulos ilmaistaan kategorisen kyllä/ei-vastauksen tai prosentuaalisen osuuden sijasta sanallisella johtopäätösasteikolla. Keskeisenä syynä tähän menettelytapaan on juuri edellä kuvattu tutkimusmenetelmien erottelutarkkuuden riittämättömyys. Vertailtavissa näytteissä on lähes aina joitakin sellaisia häiriötekijöitä tai teknisiä eroavaisuuksia, ettei täysin varmaa lausuntoa suuntaan tai toiseen voida antaa.
Tekniset äänet
Teknisten äänien tutkimus perustuu autenttisten ja rekonstruktiossa kerättyjen näytteiden vertailuun. Jos äänilähde on tunnettu ja käytettävissä, pyritään myös rekonstruktiossa käyttämään alkuperäistä äänilähdettä. Mikäli tunnettu äänilähde (esimerkiksi ilma-alus) on vaurioitunut, tuhoutunut tai kadonnut, rakentuu rekonstruktio ominaisuuksiltaan mahdollisimman samanlaisen äänilähteen varaan (ilma-aluksen sisaralus). Näytteiden vertailututkimuksen avulla voidaan saada selvyyttä esimerkiksi siihen, millaisia normaaleihin käyntiääniin kuulumattomia ääniä esiintyy onnettomuuteen johtaneen tapahtumaketjun alkuhetkillä.
Ilmailuonnettomuuksien tutkintaa varten kerätään erityistä äänitietokantaa ilma-alusten ohjaamoäänistä. Tietokanta sisältää hyvin dokumentoidun ja monipuolisen mallinäytekokoelman siitä, minkälaisia ohjaamoääniä erilaisten ilma-alustyyppien koneyksilöt aiheuttavat eri lennonvaiheissa. Tieto koneyksilön sisäisestä ja yksilöiden välisestä vaihtelusta voi olla ratkaiseva silloin, kun tehdään mittaustuloksia koskevia päätelmiä. Yksittäisten mittaustulosten väärä tulkinta voi johtaa esimerkiksi koneen vikaantumista koskevaan virhepäätelmään. Tietokannan keräys on aloitettu yhteistyössä Onnettomuustutkintakeskuksen kanssa ja Suomen Kulttuurirahaston Etelä-Savon rahaston tuella.
Laadunvarmistus
Onnettomuustutkintakeskuksen ja rikosteknisen laboratorion laatuvaatimukset ovat korkeat. Toimintaa ohjaa järjestelmä, jonka tarkoituksena on taata toiminnan lainmukaisuus, riippumattomuus, yhdenmukaisuus, tasa-arvoisuus ja läpinäkyvyys. Sisäisen laatujärjestelmän lisäksi äänitutkimuksen menetelmät rikosteknisessä laboratoriossa on akkreditoitu ensimmäisenä maailmassa.
Laadukkaan tutkimustyön kulmakivenä on ammattitaito. Forensista äänitutkimusta tekevien ammattitaitoon kohdistuu erityisvaatimuksia. Vastoin yleisiä käsityksiä asiantuntija-aseman tunnusmerkiksi ei riitä pelkästään normaaliksi todistettu kuuloaisti. Sen lisäksi tarvitaan vahvaa tieteellistä tietoa ja menetelmällistä osaamista. Jokaisen äänitutkimuksen asiantuntijaksi itseään nimittävän on pystyttävä tarvittaessa osoittamaan oma tietotaitotasonsa tutkimusalalla.
Laadunvarmistukseen kuuluu myös ammattitaidon ylläpito ja kehittäminen. Tämä tapahtuu aktiivisen tutkimustoiminnan, menetelmien kehitystyön ja kansainvälisen yhteistyön avulla. Eurooppalaisten rikoslaboratorioiden yhteenliittymän ENFSI:n (European Network for Forensic Science Institutes) piirissä toimii äänitutkijoiden ryhmä, Forensic Speech and Audio Analysis Working Group, joka huolehtii jäsentensä tiedon ja taidon tasosta, järjestää testejä ja antaa erilaisia ohjeistuksia. Eri maiden onnettomuustutkijat kokoontuvat vuosittain tutkimusalansa mukaisiin koulutustilaisuuksiin. Forensisen fonetiikan ja akustiikan järjestö IAFPA (The International Association for Forensic Phonetics and Acoustics) yhdistää alan tutkijat kansainvälisesti. Forensiseen tieteellis-teoreettiseen ja käytännön menetelmällisiin tutkimuksiin erikoistuneen järjestön jäsenet ovat myös sitoutuneet noudattamaan yhdistyksen laatimia toimintaohjeita (Code of Practice).
Päivikki Eskelinen-Rönkä
Puhetieteiden laitos, Helsingin yliopisto
Onnettomuustutkintakeskus
Tuija Niemi-Laitinen
Rikostekninen laboratorio/KRP
Äänitutkimuksen tulevaisuudennäkymät
Ääneen perustuvat kommunikaatiomenetelmät ovat tällä hetkellä ja todennäköisesti pitkälle tulevaisuudessakin ylivertaisia muihin viestintätapoihin verrattuna. Syy on varsin yksinkertainen: ääni on nopeasti ja kätevästi saatavilla, se on halpa ja hygieeninen sekä toimii melko luotettavasti ääriolosuhteissa. Se ei myöskään vaadi näköyhteyttä eikä valaistusta. Kielellisen informaation ohella äänen kautta välittyy samanaikaisesti paljon muutakin tietoa. Tällaisia ovat esimerkiksi puhujan sukupuoli, tunnetila, kielitausta ja terveydentila.
Äänen tutkiminen ja tuotteistaminen jatkunee voimakkaasti myös tulevaisuudessa. Ala ei kuitenkaan ole täysin ongelmaton. Vakavimmat ongelmat liittyvät analysointimenetelmien erottelukyvyn tehokkuuteen ja markkinoille tuotujen ohjelmien tieteelliseen perustaan. Jos ohjelmien reliabiliteettia ja validiteettia ei pystytä puolueettomasti todentamaan, varsin epäselväksi jää, mitä ohjelma viime kädessä edes mittaa.
Mitä tämä tarkoittaa käytännössä? Esimerkiksi sitä, ettei yksikään automaattiseen puhujantunnistukseen tarkoitettu ohjelma vielä tällä hetkellä tuota sataprosenttista tunnistustulosta. Entä sitten kaupallisessa myötätuulessa myyntilukuja kasvattavat valheenpaljastusohjelmat? Sarjakuvien ja scifin fantasiasta poiketen mikään automaattinen valheenpaljastusohjelma ei pysty pelkän puheäänen perusteella luotettavasti osoittamaan puhujan aikomuksia tai kertomuksen todenperäisyyttä.
Äänitutkimus kokonaisuudessaan on suhteellisen nuori mutta erittäin haastava tutkimusalue. Perustutkimus ja soveltava tutkimus kuitenkin edistyvät, joten merkittäviä tuloksia on odotettavissa jopa lähitulevaisuudessa.
