Основные способы изучения акустических свойств речи

§ 59. Исследование акустических свойств речи опирается на преобразование звуковых колебаний в электрические (при помощи микрофона), а затем — в визуальное изображение (при помощи спектрографа, осциллографа или заменяющей их компьютерной программы). Основные виды визуального представления звуков перечислены в табл. 6.

Таблица 6

Основные виды визуального представления звуков.

Осциллограмма^[1] позволяет измерять в первую очередь длительность звуков, но не их частотные составляющие.

Самый распространенный вид акустического анализа речевого сигнала — спектральный анализ, позволяющий определить относительные амплитуды частотных составляющих звука. Основной принцип спектрографии — использование фильтров, выполняющих функцию резонаторов для тех электрических колебаний, в которые при помощи микрофона преобразованы звуковые колебания. Из всего набора фильтров на подаваемый сигнал откликаются только тс, собственная частота которых близка к частоте исследуемого звука (при этом отклик тем сильнее, чем более интенсивна данная частота).

В спектрографе весь диапазон речевых частот (50—10 000 Гц) разбит фильтрами на определенное число шагов. В зависимости от их числа полоса одного фильтра может быть различной, поэтому спектрограммы делятся на узкополосные и широкополосные (рис. 23). В узкополосных спектрограммах ширина полосы составляет 30—50 Гц, и на них можно наблюдать гармоники звука и даже изменения ЧОТ, однако центр формантной области довольно трудно найти, особенно если две форманты расположены близко друг к другу, поскольку он может не совпадать ни с одной гармоникой. В широкополосных спектрограммах ширина полосы составляет 300—500 Гц (обычно это более двух гармоник), на них достоверно отражаются и непериодические сигналы. Поскольку широкополосные фильтры возбуждаются гораздо быстрее, чем узкополосные^[2], то на широкополосных спектрограммах можно увидеть быстрые изменения сигнала, отсутствующие на узкополосных.

Если измерить значения частот в одной точке акустического сигнала^[3], можно получить спектральный срез (или мгновенную спектрограмму)^[4]; для анализа изменений сигнала во времени используются динамические спектрограммы (измерения производятся через определенные временные интервалы).

Интенсивность колебаний при спектральном анализе регистрируется путем последовательного измерения напряжения на всех фильтрах. В результате получается информация об относительной интенсивности всех частотных составляющих (то есть о спектре).

Рис. 23. Широкополосная (а) и узкополосная (б) спектрограммы:

на узкополосной спектрограмме выделена 10-я гармоника, которая воспроизводит изменения ЧОТ

В последнее время спектральный анализ осуществляется при помощи компьютера: звуковой сигнал сначала преобразуется в электрический, затем в цифровую форму (это называется «оцифровкой» — см. ниже), затем — в изображение.

• [1] Осциллограммы слова Иванова можно увидеть в Приложении Г.
• [2] Резонаторы могут реагировать либо в ответ на узкий ранг частот (в этомслучае колебания медленно достигают максимума и медленно затухают), либов ответ на широкий диапазон (в этом случае нарастание и затухание происходитбыстро). Узкополосные резонаторы (или фильтры) очень долго возбуждаютсяи затухают, но гораздо точнее быстрых широкополосных.
• [3] Точка — это условное понятие. В таких случаях обычно производится усреднение приблизительно за 30—50 мс.
• [4] Спектральные срезы русских гласных приведены в Приложении Б (рис.1−9).