Анализ, синтез и восприятие речи - Джеймс Л. Фланаган
Скачать (прямая ссылка):
68
АКУСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕЧЕВОГО АППАРАТА
педансом речевого тракта. Подобное сравнение позволяет выяснить вопрос о том, эквивалентна ли голосовая щель генератору тока (акустическому U-^o—т-ГгЗ—і потоку) или генератору напряжения (давления).
Входной импеданс тракта сильно зависит от его конфигурации, однако для тракта постоянного сечения такую оценку сделать легко. Рассмотрим тракт в виде однородной трубы длиной 17 см, открытой на дальнем конце. При отсутствии связи с носовой полостью тракт нагружен только на импеданс излучения через ротовое отверстие. Подобная модель тракта приведена на рис. 3.19. Используя соотношения для длинной линии, приведенные выше, можно показать, что входной импеданс Zt прямой трубы определяется как
L*-/%w-J
Рис. 3.19. Упрощенное представление импеданса речевого тракта со стороны голосовой щелн
Zf
Zr ch у / + Z0 sh у I 1 Z0 ch YI + ZT sh YI
(3.53)
где /=17 см, а остальные величины были определены выше. Если предположить, что в трубе потери отсутствуют, то у = i? и (3.53) может быть выражено через круговые функции:
Zf
ZT cos ? I + і Z0 sin ? I Z0 cos ? / -f- і ZT sin ? /
(3.54)
где Z0=pelA, ? = со/с. Максимумы Zt будут иметь место на ча-
Jt
стотах, для которых /=|(2п+1)Х/4, ?/=(2n + l) — и cos?/ = 0. Поэтому максимумы Zt для трубы без потерь равны
Z - —
макс „ Zr
(3.55)
и труба действует как четвертьволновый трансформатор. В точках минимумов Z(Mi,H=Zr, при этом труба эквивалентна полуволновому трансформатору.
Для оценки ZtMaKC можно использовать выражение для импеданса излучения поршня в бесконечном отражателе [см. ур-ние (3.36)]:
где а = У А/л и ka <Z 1.
голосовой источник
69
В качестве приемлемой величины площади поперечного сечения прямого тракта примем Л =5 см2. Первый четвертьволновый резонанс в трубе длиной 17 см имеет место на частоте примерно 500 гц. На этой частоте 2,.I500 щ = (0,18 + Ю,81) и (ос/А)2
ЛмаксІ500 гЧ = ~7- = 86(-77°1) ЗКуСТИЧеСКИХ 0М В СИСТЄМЄ
CGS. Этот входной импеданс по величине сравним с только что выведенным эквивалентным сопротивлением переменному току голосового источника.
По мере увеличения частоты значение ZT возрастает и нагрузка, пересчитанная на голосовую щель на четвертьволновых резонансах, становится меньше. Например, на втором резонансе 2г|1500гч = (1,63+і 2,44) и ZtMaKc|i5oos4 = 24 j—56° акустических ом в системе CGS. С дальнейшим увеличением частоты пересчитанный импеданс продолжает уменьшаться до тех пор, пока на очень высоких частотах Zt не достигнет величины Z0= = 8,4 акустических ома. Заметьте также, что на полуволновых резонансах тракта, т. е. при 1 = пХ/2, синусные слагаемые в выражении (3.54) равны нулю и Zt = Zr.
Таким образом, входной импеданс тракта имеет максимальное значение на частоте первого четвертьволнового резонанса (который соответствует первой форманте). На этой частоте и вблизи нее входной импеданс (без учета всех потерь, кроме излучения) имеет величину, сравнимую с сопротивлением переменному току голосового источника. На всех других частотах он меньше. Для прямой трубы максимумы пересчитанного импеданса имеют емкостный характер, так как нагрузка излучения имеет индуктивный характер. Таким образом, в первом приближении голосовой источник можно рассматривать, как генератор тока, исключая частоты вблизи первой форманты. Как было показано выше, источник, эквивалентный голосовым связкам, вырабатывает переменный ток величиной uA'(t) на Zt, включенный параллельно Rg. Изменения в конфигурации тракта в общем не оказывают сильного влияния на работу голосовых связок. Однако на частоте первой форманты и вблизи нее можно ожидать наличия некоторого взаимодействия источника и тракта, и оно действительно имеет место. Синхронные с периодом основного тона колебания частоты и ширины полосы первой форманты (ввледствие заметного взаимодействия тракта с источником) могут быть обнаружены экспериментальным путем.
') 86 j—77° обозначает комплексную величину, имеющую модуль, равный 86, и аргумент —77° (прим. ред.).
70
АКУСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕЧЕВОГО АППАРАТА
3.6. Источник шумового и импульсного возбуждения тракта
О механизме и свойствах шумового и импульсного возбуждений речевого тракта в настоящее время известно гораздо меньше, чем о голосовом возбуждении. Среди причин, объясняющих это, далеко не последнее место занимают трудности прямого измерения конфигурации тракта, размеров сужений, спектральных свойств и внутреннего импеданса источника, а также его пространственного распределения. Шумовое возбуждение возникает при прохождении воздушного потока через щель в речевом тракте. Возникающие при этом завихрения создают звуковое давление, которое в основном носит случайный характер. Например, звук / J / возникает при продувании воздушной струи через узкую щель между языком и небом. Турбулентный поток возникает также при встрече струи воздуха с преградой или с острым краем. При произношении зубных фрикативных типа /f/ такой преградой служат верхние зубы. Другой фрикативный согласный /h/ произносится при образовании турбулентного потока в голосовой щели. Механизм возбуждения остается при этом таким же, как и в случае произношения передних фрикативных, за исключением того, что артикуляционная щель образована невибрирующими голосовыми связками.
