Статистические значения уровней звука в октавных полосах частот

Одной из важнейших характеристик речи является ее формантный спектр. В процессе формирования звуков воздушные струи встречают на своем пути систему резонаторов, которые образуются воздушными объемами полости рта и носоглотки. Они видоизменяются в процессе произнесения различных звуков положением языка и зубов. Проходя через эту систему резонаторов, одни гармонические составляющие получают усиление, а другие, наоборот, подавляются. Области концентрации энергии в частотном диапазоне, получающиеся при произнесении какого либо звука речи, и носят название формант. Каждый звук речи имеет несколько формант. Форманты полностью заполняют частотный диапазон речи. В нем нет промежутков, форманты располагаются не только вплотную, но даже перекрывают друг друга. Как часто встречаются форманты в различных участках речевого диапазона, зависит от статистической частоты повторения звука речи.

Формантная структура звука мало зависит от особенностей голоса, но определяется языковыми конструкциями. Для русского языка, как это видно из кривой A=φ(f)приведенной на рис. 3.2, характерно наличие трех ярко выраженных формантных областей (для английского языка, например, существуют две формантные области).

Каждая ордината кривой представляет собой относительное число формантных составляющих, содержащихся в полосе шириной 100 Гц, отложенное по средней частоте этой полосы, если общее число формант во всем речевом спектре принять за единицу.

Поскольку форманты значительно мощнее других составляющих, то они-то главным образом и воздействуют на ухо слушающего, формируя звучание того или иного звука, а разборчивость передаваемой речи зависит, прежде всего, от того, какая часть формант дошла до уха слушающего без искажений.

Сопоставлением значений разборчивости формант А и частот f при одинаковых значениях разборчивости слогов, получено приведенное на рис. 3.3 формантное распределение по всему речевому диапазону в интегральной форме, которое описывается кривой k =φ(f), позволяет определять границы и средние частоты равноартикуляционных (равноразборчивых) полос, необходимые для расчета разборчивости (кривая на рис. 3.3 дифференциальная по отношению к зависимости на рис. 3.2). Эта зависимость была получена простым пересчетом, поскольку были найдены зависимость слоговой разборчивости от частоты, ограничивающей пропускаемый диапазон частот, и зависимость слоговой разборчивости от разборчивости формантной, а затем зависимость словесной разборчивости от разборчивости формантной W = f (A)/

Приведенная на рис. 3.3 кривая описывается формулой

Весовые коэффициенты любой i -ой дискретной полосы частот вычисляются по формуле

где k _в и k _н – соответственно весовые коэффициенты для верхней и нижней граничных частот рассматриваемой полосы спектра.

К примеру, весовой коэффициент полосы шириной в 1000 Гц, для диапазона частот 500…1500 Гц будет равен примерно 0,3, а для диапазона частот 5000…6000 Гц будет равен примерно 0,03. Таким образом, в первой приведенной полосе форманты встречаются в десять раз чаще, чем во второй приведенной полосе. Границы равной разборчивости получаются путем определения спектральных полос, имеющих одинаковые весовые коэффициенты k_i.

Поскольку, согласно формантной теории разборчивости речи, понятность речи определяется только формантами, представляет интерес выделить и построить их спектр отдельно. По приведенной на рис. 3.4 усредненной кривой спектра формант русской речи для интегрального уровня звукового давления 94 дБ (1 Па) (пунктиром обозначена кривая спектра речи в целом из графика на рис. 3.1 видно, что спектры речи и формант не тождественны.

Разность между уровнем речи в целом и уровнем формант , представленная на рис. 3.5 в виде частотной зависимости , найдена путем анализа артикуляционных измерений. Формантный параметр речи Δ А характеризует энергетическую избыточность произвольно выбранной полосы частот. Эта избыточность объясняется присутствием в различных участках спектра речи энергии сигналов, не относящихся к формантам.

Формантный параметр i -ой полосы частот Δ А_i находится из графика по соответствущему значению среднегеометрической частоты данной полос f _ср.

Приведенная на рис. 3.5 кривая описывается формулой

В табл. 7 приведены характеристики октавных полос речевого диапазона частот, применяемых на практике при проведении инструментальных измерений.

Таблица 7