Анализ, синтез и восприятие речи - Джеймс Л. Фланаган
Скачать (прямая ссылка):
189
нальные средним плотностям переходов через нуль речевого сигнала и его производной во времени соответственно. Способ основывался на том факте, что на вокализованных участках нефильтрованной речи первая форманта является наиболее четко выступающей спектральной составляющей. Поэтому ожидалось, что она будет оказывать наибольшее влияние на величину частоты переходов через нуль. С другой стороны, в дифференцированном сигнале первая форманта оказывается подавленной и доминирующую роль приобретает вторая форманта. Однако полученные результаты экспериментов оказались недостаточно хорошими, и был сделан вывод, что такой способ не обеспечивает !приемлемой точности измерения.
Предлагались усовершенствования метода, основанного на измерении частоты переходов через нуль. Одно из них (Ман-сон и Монтгомери—Munson and Montgomery; Дэвис, Биддалф и Балашек—Davis, Biddulph and Balashek) состояло в том, что речевой сигнал предварительно расфильтровывался на ряд частотных диапазонов, соответствующих отдельным формантам. В каждом из этих диапазонов измерялись частота переходов сигнала через нуль и его амплитуда. Однако и здесь имеют место ошибки, возникающие вследствие взаимного перекрытия диапазонов формантных частот. Та же идея была реализована более тщательно с некоторыми особенностями, позволившими свести к минимуму нежелательные взаимные перекрытия (Чанг—Chang). Принцип действия устройства состоял в применении повторного измерения средней скорости переходов сигнала через нуль в данном частотном диапазоне и в существенном сужении этого частотного диапазона на основе измеренной частоты переходов. При этом ставка делается на быстрое приближение измеряемой частоты к ее истинному значению. Описанный способ иллюстрируется рис 5.18. С помощью фильтров с фиксированными полосами пропускания сигнал предварительно разбивается на два диапазона, примерно соответствующих первым двум формантам. В низкочастотном диапазоне измеряется частота переходов через нуль ро, и ее величина используется дня автоподстройки более узкополосного фильтра с перестраиваемой полосой про-
Ргчь
300-1200
¦ А
ПФ с переменной полосой
J3O
-j-w>
700-2Ш
1PSV с . переменной полосой
гц
'F2
Рис. 5.18. Автоматическое измерение формант методом подсчета числа переходов сигнала через нуль с предварительно подстраиваемыми фильтрами (Чанг)
190
устройства для анализа речи
пускания. Частота переходов через нуль, измеренная на выходе узкополосного фильтра, принимается, в свою очередь, за часто-' ту первой форманты (Fi). Ее величина используется для установления частоты среза фильтра верхних частот с переменной полосой пропускания. Среднее значение частоты переходов через нуль на выходе последнего берется в качестве оценки частоты второй форманты (F2).
Если спектральное распраделениеоигнала имеет непрерывный характер, как в случае невокализованных звуков, средняя частота переходов через нуль для данного спектрального элемента равна приблизительно удвоенному моменту первого порядка для этого участка спектра (Чанг, Пил и Эссигман—Chang, Pihl and Essigman).
Спектральные моменты. Моментом л-го порядка амплитудного спектра Л (со) является величина Mn=J coM(co)dco, где со есть круговая частота. При условии соответствующей предварительной фильтрации или разбиения спектра на отдельные участки формантная частота приближенно может быть най-
личество способов измерения формантных частот, основанных «а этом принципе (Ооттер и Стейнберг — Potter and Steinberg; Габор, Шредер — Gabor, Shroeder, 1956; Кампанелла— Campanella). Но при этом по-прежнему оставалась нерешенной важная проблема разделения спектра «а отдельные участки, в значительной степени влияющая на точность измерений. Были установлены, правда, некоторые соотношения между моментами, оказавшиеся полезными при выделении частотных диапазонов, занимаемых формантами (Сузуки, Кадокава и Наката—Suzuki, Kadokawa and Nakata). Другая трудность метода моментов заключается в асимметрии спектральных характеристик резо-нансов. Измеренная частота форманты может соответствовать не середине спектрального максимума, а значению, сдвинутому к более «крутой» стороне.
Методы развертывания спектра во времени и отбора по пиковым значениям. Другой метод автоматического слежения за частотами формант в реальном масштабе времени состоит просто в определении и измерении горбов мгновенного амплитудного спектра. Было предложено и реализовано, по крайней мере, два таких метода (Фланаган, 1956, а). Один из них основан на определении положения точек спектральной огибающей
_ M1 дена как со — ТГ-
і
. Было исследовано большое ко-
ФОРМАНТНЫЙ АНАЛИЗ РЕЧИ
191
с нулевым наклоном, а другой—на определении местных спектральных максимумов путем сравнения амплитудных величин.
В первом методе (рис. 5.19) сначала посредством набора полосовых фильтров, детекторов и интеграторов получают данные о мгновенном амплитудном спектре. При этом точность анализа должна соответствовать описанной выше в разд. 5.1.3. Сигналы, получаемые на выходах фильтровых каналов, довольно быстро (со скоростью порядка 100 раз в секунду) развертываются во времени с помощью схемы считывания, с последующим удержанием считанного значения. В результате получается функция времени, которая представляет мгновенный спектр с достаточно большим количеством (в данном случае 36) значений по оси частот в виде ступенчатой кривой. Для каждого периода развертки временная функция дифференцируется и преобразуется в двоичную последовательность для получения импульсов, отмечающих спектральные максимумы. Эти маркирующие импульсы посредством счетчика направляются в отдельные каналы, где они считывают соответствующие значения линейно нарастающего напряжения, генерируемого с частотой развертки. Считанные напряжения, !пропорциональные частотам соответствующих спектральных максимумов, удерживаются до конца периода развертки. Полученные напряжения ступенчатой формы сглаживаются впоследствии с помощью фильтров нижних частот.
