Анализ, синтез и восприятие речи - Джеймс Л. Фланаган
Скачать (прямая ссылка):
Вследствие значительной связи между секциями частоты формант, строго говоря, не совпадают с резонансными частотами отдельных полостей речевого тракта. Распределение полюсов характеризует связанную систему в целом. В литературе делались многочисленные попытки связать ту или иную форманту с отдельной полостью голосового тракта, однако при строгом подходе это можно сделать лишь тогда, когда размеры сужений настолько малы, что полости практически оказываются несвязанными. Однако очень просто доказать, что такое соотнесение иногда приводит к серьезным ошибкам. Если перемещение приподнятой части языка вперед вызывает повышение резонансной частоты, например F2, в интервале 3<x<9 см. (рис. 3.39), то можно предположить, что резонанс определяется, главным образом, полостью, длина которой уменьшается, в данном случае — полостью рта. С другой стороны, можно вызвать повышение частоты той же форманты посредством оттягивания языка назад и соответственно укорочением полости глотки, например F2, в интервале 16>л;>13 см. Отсюда ясно, что на одну и ту же форманту могут влиять различные полости тракта.
Из четырехсекционной модели образования гласных вытекает, что артикуляцию гласных приближенно можно описать с помощью трех параметров, а именно: расстояния х от голосовой щели до сужения, образуемого приподнятой частью языка; размера языкового сужения A2 и степени огубления, которая, например, может измеряться отношением площади сечения губнрй секции к ее длине AaIU- Эти основные параметры уже давно применяются фонетистами для качественного описания артикуляции гласных. В работах Данна (1950), Стивенса и Хау^
100
АКУСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕЧЕВОГО АППАРАТА
за (1965) и Фанта (1960), связанных с разработкой электрических аналогов голосового аппарата, эти параметры получены также и в количественных соотношениях.
Как указывалось выше, Дайн применил схему, весьма близкую к схеме, показанной на рис. 3.39, т. е. приближенно представлял тракт в областях, смежных с сужением, посредством труб с постоянной площадью поперечного сечения. Стивене и Хауз, а также Фант развили эту схему, наложив ограничения на характер изменения площади поперечного сечения голосового тракта вблизи сужения. При этом Стивене и Хауз использовали параболическую аппроксимацию функции площади поперечного сечения, а Фант применил секцию в виде катенои-дального рупора (т. е. с гиперболическим законом изменения площади сечения). В обоих случаях для имитации гортани и нижней глотки применялись трубы с постояными размерами. В результате экспериментов по восприятию синтетических гласных Стивене и Хауз установили, что между допустимыми значениями х, A2 и AiIU и первыми тремя формантами гласных существует достаточно однозначная зависимость. Хотя указанные три параметра обеспечивают адекватное описание неносовых и неретрофлексных артикуляций гласных, ясно, что их в общем недостаточно для описания согласных и носовых конфигураций.
3.7.9. Многотрубные модели и электрические аналоги речевого тракта
С увеличением числа элементарных труб, используемых для аппроксимации голосового тракта, возрастает сложность вычислительных работ. Когда число аппроксимирующих секций превышает четыре, обычно прибегают к помощи аналоговых или цифровых устройств. Аналоговые электрические схемы зарекомендовали себя как полезное средство моделирования как голосового, так и носового трактов. Эти схемы широко использовались Данном (1950); Стивенсом, Фантом и Касовским (Kaso-WSKi); Фантом (1960); Стивенсом и Хаузом (1955, 1956) и Po-зеном. Основная идея такого моделирования состоит, во-первых, в аппроксимации линейных характеристик голосового аппарата достаточно большим числом трубчатых секций с последующей заменой их эквивалентными Т-образными или П-образными звеньями (рис. 3.3) с сосредоточенными и постоянными параметрами. На низких частотах эквивалентная схема с сосредоточенными постоянными ведет себя как длинная линия и достаточно хорошо моделирует распространение одномерной акустической волны в голосовом тракте. Верхняя граничная частота диапазона, для которого электрическая линия может быть адекватным
ПЕРЕДАТОЧНАЯ ФУНКЦИЯ РЕЧЕВОГО ТРАКТА
101
аналогом, определяется числом аппроксимирующих трубчатых секций, способом аппроксимации элементов, характеристики которых выражаются гиперболическими функциями и влиянием поперечных колебаний в реальном речевом тракте.
Как было показано выше, сопротивления плеч Т-образного эквивалента цилиндрической трубы определяются выражения-
ми: za = Zoth -у- и zb = Z0cschy/. Первое приближение для этих величин дает
Z„~Z0-J-(a + i?)/ И 2t*Z0
(a+ i?)/ )
(3.93)
Из соотношений, выведенных ранее, Z0= [(^ + itoL)/(G + itoC)l1''» и y=[(R + mL) (G + i(oC)]1/2, где R, G1 Ьи С — акустические величины на единицу длины, заданные ур-иием (3.33). Поэтому элементы Т-образных звеньев приближенно равны z0=~ (R + iaLjl
и гь = Ц{G+ inC)l.
Акустические величины Ra, La, Ga и Са в ур-нии (3.3) не соответствуют электрическим величинам, встречающимся на практике. Поэтому при переходе от акустических к электрическим импедансам целесообразно ввести масштабный множитель, чтобы выполнялось равенство ZQe=kZQa или
