Оценка треков резонансных частот речевого тракта

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Предлагается новый метод оценки треков формантных частот речевого тракта для произвольных речевых сегментов. Метод использует отношение двух преобразований Фурье речевого сигнала со специальными окнами экспоненциального типа, зависящими от некоторого параметра. Это отношение используется для определенных моментов времени и рассматривается как функция частоты и параметра. Анализируя для нескольких значений параметра распределение точек минимума (по частоте) для фазы этого отношения и/или аналогичное распределение точек экстремума для его амплитуды, можно оценить формантные частоты по пикам этих распределений. Представлено математическое исследование, обосновывающее такой подход. Проведены серии численных экспериментов по обработке синтетических и реальных речевых сигналов, подтвердившие работоспособность предложенного метода оценки формант. В частности, в экспериментах с синтезированными гласными было установлено, что погрешность оценки их резонансных частот мала и устойчива по отношению к аддитивным шумам вплоть до отношения сигнал/шум +5 дБ. Для реальной речи метод позволяет вычислить треки формантных частот как для звуков с голосовым возбуждением, так и для глухих фрикативных, аспиративных взрывов и шепотной речи.

Об авторах

А. С. Леонов

Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”

Email: vns@iitp.ru
Россия, 115409, Москва, Каширское ш. 31

В. Н. Сорокин

Институт проблем передачи информации им. А.А. Харкевича РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: vns@iitp.ru
Россия, 127051, Москва, Большой Каретный пер. 19, стр. 1

Список литературы

  1. Stevens K.N. Acoustic Phonetics. The MIT Press, 1998.
  2. Sorokin V.N., Leonov A.S., Makarov I.S., Tsyplikhin A.I. Speech inversion and re-synthesis // InterSpeech. 2005. P. 3209–3212.
  3. Сорокин В.Н. Речевые процессы. М.: Народное образование, 2012.
  4. Sreenivas Th., Niederjohn R.J. Zero-crossing based spectral analysis and SVD spectral analysis for formant frequency estimation in noise // IEEE Trans. Signal Processing. 1992. V. 40. № 2. P. 282–293.
  5. Сорокин В.Н., Трифоненков В.П. Об автокорреляционном анализе речевого сигнала // Акуст. журн. 1996. Т. 4. № 3. С. 418–425.
  6. Леонов А.С., Макаров И.С., Сорокин В.Н. Частотные модуляции в речевом сигнале // Акуст. журн. 2009. Т. 55. № 6. С. 809–821.
  7. Vakman D. On the Analytic Signal, the Teager-Kaiser Energy Algorithm, and Other Methods for Defining Amplitude and Frequency // IEEE Trans. Signal Processing. 1996. V. 44. № 4. P. 791–797.
  8. Маркел Дж.Д., Грей А.Х. Линейное предсказание речи. М.: Связь, 1980.
  9. Yegnanarayana B. Formant extraction from linear-prediction phase spectra // J. Acoust. Soc. Am. 1978. V. 63. P. 1638–1640.
  10. Леонов А.С., Сорокин В.Н. Формантный анализ в фазовой области // Информационные процессы. 2021. Т. 21. № 2. С. 125–134.
  11. Сорокин В.Н., Леонов А.С. Фазовые модуляции в речевом сигнале // Акуст. журн. 2022. Т. 68. № 2. С. 218–232.
  12. Raab D.H. Forward and backward masking between acoustic clicks // J. Acoust. Soc. Am. 1961. V. 33. C. 137–139.
  13. Elliot L.L. Backward and forward masking of probe tones of different frequencies // J. Acoust. Soc. Am. 1962. V. 34. P. 1116–1117.
  14. Babkoff H., Sutton S. Monaural temporal masking of transients // J. Acoust. Soc. Am. 1968. V. 44. P. 1373–1378.
  15. Green D.M. Temporal acuity as a function of frequency // J. Acoust. Soc. Am. 1973. V. 54. P. 373–379.
  16. Hermansky H., Morgan N. RASTA processing of speech // IEEE Trans. Speech and Audio Processing. 1994. V. 2. № 4. P. 578–589.
  17. Yegnanarayana B. Group delay spectrogram of speech signals without phase wrapping // J. Acoust. Soc. Am. 2022. V. 151. № 3. P. 2181–2191.
  18. Yegnanarayana B. Analysis of phase derivatives of speech signals // J. Acoust. Soc. Am. 2022. V. 152. № 3. P. 1721–1736.
  19. Сорокин В.Н., Чепелев Д.Н. Первичный анализ речевых сигналов // Акуст. журн. 2005. Т. 51. № 4. С. 536–542.

© А.С. Леонов, В.Н. Сорокин, 2023