Анализ, синтез и восприятие речи - Джеймс Л. Фланаган
Скачать (прямая ссылка):
Когда переключатель IJ2 находится в положении «Спектрограмма», ток на выходе полосового фильтра усиливается и подводится к наконечнику, положение которого в вертикальной плоскости определяется количеством оборотов магнитного диска и значением несущей частоты (т. е. однозначно соответствует настройке полосового фильтра относительно анализируемого спектра). Наконечник соприкасается с электрочувствительной бумагой, которая закреплена на барабане, расположенном на одном валу с магнитным диском. Электрический ток, протекающий через наконечник, прожигает бумагу, и по степени ее почернения определяют величины тока. Бумага играет роль двухполупериодного детектора, изображенного на рис. 5.4, а конечные размеры и расплывчатость следов от прожогов характеризуют процесс низкочастотной фильтрации. Плотность следа от прожога приблизительно пропорциональна логарифму величины тока. Механически связанные друг с другом наконечник и несущая при вращении магнитного диска медленно перемещаются по частотному диапазону сигнала, в результате чего на бумаге «вырисовывается» изображение этого сигнала в измерениях время — интенсивность — частота.
Обычно в спектрографе используются два типа полосовых фильтров с полосами прозрачности 300 и 45 гц. Ширина полос этих фильтров, по существу, определяет разрешающую способность анализа во времени и по частоте. Известно, что филь-
172
УСТРОЙСТВА ДЛЯ АНАЛИЗА РЕЧИ
. м.. щи ко Тур&удмтямй ^
,' - • >. -йда хш »Sg* гатсвВых. евтт
Чагтатаг»4 Частота ,гц
Рис. 5.8. Звуковая спектрограмма фразы «That you may see», полученная с помощью широкополосных фильтров (а), и графики распределения амплитуд по частоте (амплитудные сечения), полученные для гласного звука в слове «that» и фрикативного звука в слове «see» (б) (Барни и Данн). Звездочкой обозначено расстояние между соседними гармониками колебаний
голосовых связок
тры с широкой полосой пропускания позволяют осуществить более точный анализ речевых образцов во времени, а узкополосные фильтры обеспечивают более высокую разрешающую способность спектрального анализа вокализованных участков речи, позволяющую выделить каждую гармоническую составляющую. В верхней части рис. 5.8 показана типичная спектрограмма, полученная при помощи анализирующего фильтра с полосой пропускания в 300 гц. Стрелками указаны некоторые характерные признаки речи. Разрешающую способность во времени наглядно характеризуют вертикальные полоски на участках звонких звуков, показывающие основной период колебаний голосовых связок.
Электрочувствительная бумага позволяет воспроизвести диапазон интенсивностей (от бледно-серого до самого черного) в пределах не более 12 дб (Престиджиакомо — Prestigiacomo, 1957). Однако во многих случаях требуется провести исследования амплитудного спектра для значительно большего дина-
СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РЕЧИ
173
мического диапазона. Поэтому в спектрографе предусмотрена возможность получения в любой заданный момент по шкале времени графиков зависимости амплитуды от частоты. Для этой цели переключатель IJ2 (рис. 5.7) переводится в положение «Сечение». На окружности барабана в точке, соответствующей времени воспроизведения того звука, для которого нужно получить амплитудное сечение, закрепляется кулачок. Функции несущей и наконечника остаются прежними.
Блок формирования амплитудного сечения состоит из двух-полупериодного детектора, интегрирующей і?С-цепочки и запертого мультивибратора. При вращении магнитного диска и барабана кулачок в нужный момент замыкает контакты включателя блока формирования сечения. Происходит «считывание» величины мгновенного спектра и запоминание ее посредством заряда конденсатора в сеточной цепи запертого мультивибратора. Напряжение на зажимах конденсатора уменьшает смещение на сетке, и мультивибратор начинает генерировать импульсы до тех пор, пока заряд на конденсаторе не упадет до некоторой пороговой величины. После этого генерация прекращается. Во время работы мультивибратора к наконечнику подводится ток, и вследствие экспоненциального закона спадания заряда на конденсаторе длина следа на бумаге оказывается пропорциональной логарифму величины сглаженного напряжения на выходе анализирующего фильтра. Так как наконечник перемещается по шкале частот вместе с фильтром, на бумаге вычерчивается график зависимости амплитуды (в децибелах) от частоты для выбранного момента времени.
Амплитудные сечения обычно выполняются посредством узкополосного фильтра с шириной полосы в 45 гц. В нижней части рис. 5.8 показаны типичные сечения для гласного и фрикативного звуков.
Поскольку в процессе перемещения анализирующего фильтра вдоль полосы частот речевого образца последний нуж> но воспроизводить многократно, на изготовление полной спектрограммы затрачивается довольно значительное время. На практике обычно сокращают время анализа путем увеличения в несколько раз скорости воспроизведения, например в три раза.
Записанная полоса частот от 100 до 4000 гц в этом случае расширяется в пределах от 300 до 12 000 гц. Если середина полосы пропускания анализирующего фильтра расположена на частоте 15000 гц, то частота несущей изменяется от 15 000 до 27 000 гц. Для анализа речевого образца продолжительностью 2,5 сек требуется от одной до нескольких минут в зави-
