Разработка анализатора спектра речи

т. е.

(1.7)

где В — коэффициент, зависящий от типа резонатора и близкий к единице.

В анализаторах последовательного действия при измерении периодических сигналов переходные процессы возникают вследствие .непрерывного изменения возбуждающей резонатор частоты, опре­деляемой скоростью изменения частоты ∆ƒ генератора качающейся частоты;

На рис.1.6 6 показаны статическая / и динамическая 2 харак­теристики резонатора в виде зависимости квадрата коэффициента -передачи резонатора /Сот параметра обобщенной расстройки: х = 2(ω-ω0)/dω0, где ωо — резонансная частота, d — затухание резонатора, Искажения характеристик резонатора определяются следующими отношениями: S=8Vf/d2ω20 — смещение максимума; ∆С = 16тv2/dω2 — уменьшение высоты максимума:

8v2f-S2—S1=A(16v2f/d2ω04) - приращение относительной ширины полосы пропускания, где А зависит от типа резонатора. Время анализа для анализаторов одновременного действия при­мерно равно времени установления резонаторов. Имея в виду уравнение (6.40), получим

(1.8)

Скорость анализа определяется отношением рабочего диапазона частот анализатора tр

(рис.6.38а) к времени анализа Tодн:

(1.9)

Обозначим fp=k∆ƒ, где ∆ƒp—разрешающая способность резонатора; определяемая уравнением (6.39). После замены ∆ƒф = ∆ƒр/q получим скорость одновременного анализа νодн(k/qB)∆ƒ2p.

Скорость последовательного анализа определяется уравнением vпосл = ∆fр/ty или с учетом (6.39) и (6.40) vпосл = ∆ƒp2/q В. Время анализа в этом случае будет равно

(1.10)

Из ур-ний (1.8) и (1.10) следует, что время последовательного анализа примерно в А раз больше времени, необходимого для одно­временного анализа.

Промежуточная частота выбирается так, чтобы при минималь­ной длительности исследуемого импульса т изображение спектра, получаемое по зеркальному каналу, не накладывалось на спектро­грамму основного канала (рис. 1.7). В большинстве случаев при исследовании спектра ограничиваются измерением основного и трех боковых лепестков спектра. Ширина основного лепестка прямо­угольного импульса равна 2 т, а боковых лепестков — 1/t. Таким об­разом, для устранения возможности перекрытия необходимо, чтобы fпр>4/t.

Рис. 1.7. Прямое и зеркальное изобра­жения спектра

Диапазон качания частоты гетеродина определяется шириной исследуемого спектра. Для измерения основного и трех боковых ле­пестков диапазон качания должен быть равен (рис.6.39) fг.макс — fг.мин≥8t. Частота развертки определяет число циклов качания частоты гетеродина в секунду. Минимальный период развертки ха­рактеризуется временем последовательного анализа Тпосл. При анализе спектра периодических импульсных сигналов период развертки Тр связан с-периодом следования сигналов Тс соотношением

TTр = тТ ≥ Тпосл, где т — число линий спектра, наблюдаемых па экране трубки.

Спектр речи

Речевой сигнал с точки зрения его интенсивности есть величина переменная во времени. Однако средние значения уровня интенсивно­сти за достаточно длительное время наблюдения довольно устойчивы, хотя и разные в различных частотных полосах.

Интенсивность звука (I, Вт/м')— количество энергии, переноси­мой через площадку 1 м2. расположенную перпендикулярно направле­нию распространения звуковой волны за 1 с.

Звуковое давление (Р, Па) — давление звукового поля в данной точке среды, являющееся избыточным по отношению к атмосферно­му давлению:

Pmin — 2 - 10~5 Па — едва слышимый звук;

Рmax = 20 Па — максимально громкий звук;

Рср = 1,5 Па — среднее значение звука для естественной речи.

Для характеристики интенсивности речи обычно пользуются поня­тием спектрального уровня речи, который определяется выражением

Вр = 1016(/1//о),

где /1— интенсивность, отнесенная к полосе частот шириной 1 Гц; /о = 10~12 Вт/м2 — интенсивность, соответствующая абсолютному ну­левому уровню.

Так как I1/Iо = (P1/Р0)2, то

ВР = 20lg (P1/Р2),

где Р1 — звуковое давление, отнесенное к полосе шириной 1 Гц, Па; ро - звуковое давление, соответствующее абсолютно нулевому уров­ню (2 - 1СГ5 Па).

Спектр речи — зависимость среднего в течение длительного време­ни наблюдения спектрального уровня речи от частоты; Вр(f). Спектр Русской речи, усредненный для мужских и женских голосов, представлен на рис. 2.1. Как следует из рис.2.1, основная энергия в спектра речи сосредоточена в области низких частот.

70 100 150200 400 600 1000 2000 4000 5000 Гц

Рис. 2.1 Спектр русской речи.

Если рассматривать раздельно спектры мужских и женских голосов, то в спектре мужских максимум незначительно сместится в область низких частот, в спектре женских — в область высоких частот.

Распределение формантных частот

Каждому звуку речи соответствует свое распределение энергии по частотному диапазону, называемое формантным рисунком.

Области частотного диапазона, где происходит увеличение ампли­туд спектральных составляющих, называются форматными областями, а частоты, на которых происходит максимальное увеличение амплиту­ды, — формантными частотами.

Спектральный состав звуков речи различен. Например, для глас­ных и звонких согласных (вокализованных звуков речи) энергетический спектр (формантный рисунок) имеет вид, представленный на рис. 2.2, для невокализованных звуков — на рис. 2.3

Форманта характеризуется амплитудой Аi, частотой Р± и шириной полосы ∆F, или добротностью Qi. Ширина i-й форманты ∆Fi; определяется на уровне 0,707Ai- и связана для гласных звуков с добротно­стью соотношением ∆Fi= Fi/Qi.

Различные звуки имеют разное число формант: гласные — до че­тырех формант, глухие согласные до 5-6 формант.

Первые две форманты называются основными, остальные — вспо­могательными. Основные форманты определяют произносимый звук речи, а вспомогательные характеризуют индивидуальную для каждого

Вр, дБ А

0.707A3,

Спектральный анализ

При дискретизации аналогового сигнала его спектр становится периодическим с периодом повторения, равным частоте дискретиза­ции. Однако одного только этого соотношения оказывается недостаточно для ре­шения всех практических задач спектрального анализа. Во-первых, в качестве исходных данных выступает именно последовательность дискретных отсчетов, а не аналоговый сигнал. Во-вторых, в большинстве случаев анализируемые сиг­налы являются случайными процессами, что требует выполнения какого-либо усреднения при расчете их спектров. Кроме того, в ряде случаев нам известна некоторая дополнительная информация об анализируемом сигнале, и эту инфор­мацию желательно учесть в спектральном анализе.

1	2	3	4	5	6	7	8	9