Анализ, синтез и восприятие речи - Джеймс Л. Фланаган
Скачать (прямая ссылка):
3.4. Распространение звука в пространстве вокруг головы
При акустическом анализе речевого тракта обычно определяют величину колебательного воздушного потока, поступающего на нагрузку излучения у губ или у ноздрей. В этих: точках звуковая энергия излучается в окружающее пространство. Затем звуковые колебания воспринимаются ухом или микрофоном в некоторой фиксированной точке в пространстве. Желательно поэтому определить характер распространения звукам между губами и заданной точкой в пространстве.
Изложенные выше приближенные методы оценки импедан-сов излучения не определяют характера распространения звука-в пространстве вокруг головы. Не исключена возможность того, что изменение формы отражательного экрана у источника1 вызовет большие изменения в характере распределения звука в. пространстве и вместе с тем сравнительно' мало скажется на нагрузке излучения. Например, как было показано выше, поршень в стенке и поршень в сфере имеют примерно одинаковые-сопротивления излучения. В первом случае излучение звука ограничено полупространством, тогда как во втором случае излучение носит сферический характер. Пространственное распределение лепестков является также различным.
Следует ожидать, что на частотах, для которых длина волны велика по сравнению с диаметром головы, влияние головьи на поле излучения не будет слишком большим. Структура про-
54
АКУСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕЧЕВОГО АППАРАТА
странства излучения звука должна быть весьма близка к пространству излучения простого сферического источника с интенсивностью, соответствующей мощности колебаний у губ. На высоких частотах, однако, следует ожидать, что диффракция вокруг головы окажет заметное влияние на поле излучения.
Сферический источник с синусоидальной пульсацией создает на расстоянии г от своего центра скорость частиц и звуковое давление, которые соответственно равны
U(r)= ^ l + ikr с-' Hr - а)
г 1 — і ka і kr
И
m=9_cm^_±ka_^Hr-a) ( (339)
г 1 + і ka
где а—радиус, U0— величина скорости поверхности и к = а>[с. (Третий множитель в выражении для и(г) дает подъем низких частот, который достигается, когда говорят в микрофон, расположенный близко у губ — излюбленный прием певцов ночных клубов.) Если k << 1, источник называется гипотетическим (точечным) и звуковое давление равно
^)=LAe-1*', (3.40)
4л г
где U0 = 4na2u0 — интенсивность источника или сила звукового потока. Следовательно, гипотетический источник создает звуковое давление, имеющее сферическую симметрию и амплитуду, пропорциональную 1/г и о.
Морз нашел распределение давления в дальнем поле малого вибрирующего поршня, помещенного в сферический экран. Полагая, что рот и голова имеют примерно такую же конфигурацию с радиусом сферы порядка 9 см, можно диаграмму излучения системы определить относительно диаграммы излучения гипотетического излучателя равной интенсивности, помещенного в ту же точку. При этом можно получить график, изображенный на рис. 3.7. Если поле давления не будет отличаться от поля давления гипотетического излучателя, то все кривые совпадут с окружностью, соответствующей нулевому давлению в дб, на плоскости полярных координат. Кривые рис. 3.7 симметричны относительно оси рта (поршня), совпадающей с нулем градусов. Как видно из рисунка, на оси рта подъем высоких частот несколько больше, чем +6 дб на октаву, как это характерно для гипотетического источника (на частотах выше 300 гц этот дополнительный подъем составляет примерно +2 дб
РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЗВУКА ВОКРУГ ГОЛОВЫ
55
на октаву). Кроме этого, образуются лепестки излучения, особенно с тыльной стороны «головы».
Возникает вопрос о степени пригодности сферической аппроксимации формы головы. Чтобы получить хотя бы частичный ответ на этот вопрос и оценить распределение звукового давления вокруг головы средних размеров, был проведен (возможно
120° 100° 80° 60°
Рис. 3.7. Пространственное распределение звукового давления для малого поршня в сфере с радиусом 9 см. Давление выражено в дб относительно давления, создаваемого простым сферическим источником равной интенсивности
единственный) эксперимент (Фланаган — Flanagan, 1960, а). В голову манекена взрослого человека (рис. 3.8) был помещен громкоговоритель, прокалиброванный таким образом, чтобы можно было получить у губ манекена звуковые колебания заданной силы, а амплитуду и фазу внешнего поля давления измерить с помощью микрофона. Результаты измерения амплитуд относительно уровней, которые были получены с помощью расположенного у рта гипотетического источника такой же интенсивности для горизонтальной и вертикальной секущих плоскостей, проходящих через рот, показаны на рис. 3.9.
Можно заметить, что на частотах до 4000 гц, величина давления в пределах вертикального и горизонтального углов порядка ±60°, отложенных относительно оси рта, отличается от
-56
АКУСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕЧЕВОГО АППАРАТА
уровней для гипотетического источника не более чем на ±3 дб. Выполненные одновременно измерения фазы показали, что в пределах того же пространственного угла фаза отклоняется примерно не более чем на 30° по сравнению с фазой гипотетического источника. В указанных пределах функция, связывающая силу звукового потока через ротовое отверстие со звуковым дав-
