Анализ, синтез и восприятие речи - Джеймс Л. Фланаган
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 3.8. Манекен в рост человека для измерения отношения между звуковым потокам у губ и звуковым давлением ,в точке внешнего поля. Звукоиреобразователь смонтирован в толове манекена
220
2Uf 2Є0° 2aff .300°
2W° 260° 280° SO0"
Рис. 3.9. Распределение звукового давления вокруг головы манекена относительно распределения гипотетического источника: а) горизонтальное распределение; б) вертикальное распределение
ГОЛОСОВОЙ источник
5Г
лением у рта, может быть аппроксимирована характеристикой гипотетического излучателя,, представленной ур-нием (3.40). Необходимо отметить, что p(r)/U0 зависит от со и характеристика^ имеет спектральный нуль на нулевой частоте.
3.5. Голосовой источник 3.5.1. Возбуждение голосовыми связками
12 мм'
Способ возбуждения речевого тракта в случае вокализованных звуков речи был с качественной стороны представлен на рис. 2.1—2.4. Однако имеется возможность количественного подхода, позволяющего оценить акустические характеристики голосового источника, каким является голосовая щель. Подобные-оценки основываются, главным образом, на данных о подсвя-зочном давлении, о размерах голосовой щели и о характере изменения площади щели во времени.
Основные органы, участвующие в голосооб-разовании, схематически изображены на рис. 3.10. Дан вид спереди системы органов, расположенных ниже голосовой щели; размеры примерно такие, как у взрослого мужчины (Юдсон и Уивер — Judson and Weaver). В электрическом моделировании эта система эквивалентна схе- Рис зл0 Схематическое изображение орга-ме, приведенной на рис.3.4. нов подгортанной системы человека:
ПОРЦИЯ ВОЗДУХа ІВТЯГИ- '-трахея, 2-бронхи, 3 — легкие (макс. 4-5 л),
4 — голосовые связки, 5 — ложные связки
вается в легше и накапливается на их акустической емкости Сь. Легкие состоят из губчатой ткани и вносят акустические потери, представленные проводимостью GL,. которые зависят от степени наполнения легких. Мускулы; грудной клетки воздействуют на легкие с некоторой силой, повышая легочное давление Pl, в результате чего воздух; выталкивается по бронхам и трахее через относительно малое отверстие между голосовыми связками (gm., рис ЗЛ>);.. Под воз>-
68
АКУСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕЧЕВОГО АППАРАТА
действием изменений местного давления в голосовой щели связки, обладающие определенными массой и эластичностью, приходят в колебательное движение. Квазипериодические размыкания и смыкания связок приводят к колебаниям последовательного импеданса (Rg+iaLg) и модулируют воздушный поток. Поэтому поток воздуха, проходящий в голосовой тракт, имеет форму дискретных толчков или импульсов. При выталкивании воздуха мускулы грудной клетки сокращаются, и для сохранения постоянства голосового усилия стремятся поддерживать легочное давление постоянным. Емкость легких при этом уменьшается, так что отношение запаса воздуха к емкости остается примерно постоянным.
Бронхиальная и трахеальная трубки, представленные на рис. 3.11 эквивалентными Т-образными звеньями, относительно велики, так что падение давления в них мало1). Поэтому под-
12 3 4
Рис. 3.11. Эквивалентная схема подгортанной системы;
1 — легкие, 2 — бронхи, 3 — трахея, 4 — голосовая щель, 5 — голосовой тракт, 6 — площадь голосовой щели, 7 — мускульная сила
связочное давление P8 и легочное давление PL примерно одинаковы. Межсвязочное отверстие переменной площади представляет собой изменяющийся во времени импеданс, на котором расходуется основная часть подсвязочного давления. Под-связочный потенциал эффективно преобразуется в кинетическую энергию импульсов звукового потока голосовой щели Ug.
На частотах ниже нескольких тысяч герц основная составляющая импеданса голосовой щели активна. Для многих задач, связанных с анализом голосового тракта, удобно оперировать с эквивалентом сопротивления голосовой щели в виде схемы переменного тока; это означает, что схема на рис. 3.11 левее точек, отмеченных крестами, должна быть представлена эквивалентом Тевенина. Для определения такого эквивалента рассмотрим характер изменяющегося во времени импеданса голосовой щели и некоторые типичные характеристики площади голосовой щели и силы потока.
') Бронхиальные ветви представлены одной трубкой, площадь поперечного сечения которой равна сумме площадей поперечного сечения ветвей.
голосовой источник
59
Рис. 3.12. Простое приближенное представление
гортани человека
3.5.2. Импеданс голосовой щели
Для первоначальной оценки импеданса голосовой щели допустим, что отношение инертности к сопротивлению мало по сравнению с периодом колебательного изменения зазора щели (иначе говоря, постоянная времени Lg/Rg мала по сравнению с основным периодом T). Определим условия, при которых это допущение является справедливым. В подобном случае поток в щели можно представить в виде ряда чередующихся состояний, и для оценки сопротивления голосовой щели можно использовать выражения для постоянного потока через отверстие.
Поток через щель между голосовыми связками (рис. 3.10) можно приближенно представить как постоянный несжимаемый поток через круглое отверстие, показанное на рис. 3.12. іПодсвязочное и надсвязочное давления обозначены через Pi и P2 соответственно. Скорость частиц в проходе равна и, площадь отверстия — А и глубина (толщина) прохода — d. Если площади поперечного сечения примыкающих труб намного больше А, изменения Pi и P2, создаваемые потоком, невелики и величины давления следует считать достаточно постоянными. Кроме того, если размеры отверстия малы по сравнению с длиной волны акустического возмущения и если средняя скорость потока намного меньше, чем скорость звука, акустическое возмущение, по существу, сказывается мгновенно на всей ближайшей окрестности отверстия, так что допущение о несжимаемости оказывается справедливым. Далее, предположим, что распределение скорости в проходе является равномерным, а вязкое рассеяние отсутствует. При таких условиях кинетическая энергия на единицу объема, которой обладает воздух в отверстии, развивается под воздействием разности давлений (Pi—P2) и равна
