Параметры электрических сигналов

Спектр частот электрического сигнала образован в соответствии с характеристиками речевых сообщений.

Звуки речи относятся к сложным звукам, которые состоят из суммы гармонических колебаний (спектром гармонических колебаний), среди которых имеется частота основного тона голоса и до 40 гармонических составляющих, придающих характерную «окраску» голосу говорящего, т.е. определяют тембр голоса человека.

Основной тон определяет высоту голоса (бас, баритон, тенор и т.д.). По основному тону и тембру происходит узнавание голоса говорящего.

Каждая гармоническая составляющая звука речи характеризуется своей частотой и амплитудой, поэтому частотный спектр звуков речи можно представить в виде распределения уровней интенсивности его составляющих на оси частот (рисунок 6).Огибающие частотного спектра гласных и некоторых согласных звуков имеют максимумы, т.е. узкие области частот, где составляющие по своей амплитуде значительно превосходят гармоники соседних участков. Эти области усиленных гармонических составляющих в спектре звуков речи называются формантами.

Рисунок 6 – Спектр интенсивности частот звука «А»

Например, на рисунке 6 представлен спектр частот звука «А», где четко выражены две форманты. Число формант у разных звуков колеблется от одной до пяти.

Положение формант в спектре частот данного звука речи, их количество и относительное амплитудное значение слабо зависит от субъективных особенностей голоса говорящего. Это позволяет считать форманты объективным показателем, характеризующим распознавание звуков речи. Данные о формантах гласных звуков представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Частотные значения формант гласных звуков речи

Для опознавания гласных звуков русского языка достаточно двух первых формант. У подавляющего числа гласных звуков две первые форманты лежат в полосе частот 300…3000 Гц. Поэтому для разборчивого воспроизведения необходимо обеспечить передачу данной полосы частот речевого сигнала. Вообще для сохранения натуральности голоса требуется передача диапазона частот от 100…7000Гц.

Зависимость распознавания звуков от положения формант в спектре и их интенсивности свидетельствует о том, что в формантах заключается основная информация о звуке. Это справедливо для гласных и некоторых длительных согласных звуков, у которых огибающие частотных спектров имеют четко выраженные форманты. Для распознавания таких звуков наиболее важную роль играют временные характеристики, поскольку в них заключается основная информация.

Особое значение имеют энергетические характеристики речи, к которым относятся: средняя мощность речи, динамический диапазон и энергетический спектр речи.

Под средней мощностью речи понимается величина полной энергии речи говорящего, измеренная за достаточный промежуток времени (20…30с) и отнесенная к 1с. Средняя мощность речи при нормальном по громкости и темпу разговоре достигает величины 10 мкВт.

Динамическим диапазоном речи называется величина, определяемая логарифмом отношения средней мощности, развиваемой при произнесении наиболее сильного звука Р_max, к средней мощности самого слабого звука речи Р_min (или – отношение наибольшей мгновенной мощности сигнала к его наименьшей мощности) т.е.

D_р = 10lg , дБ.

Для русской речи наиболее сильным звуком является звук «А», у которого величина Р_max ≈ 650 мкВт, а самым слабым – звук «Т» с Р_min ≈ 0,01 мкВт, при этом динамический диапазон речи D_р окажется равным 48 дБ.

Обеспечение передачи речевых сигналов с таким динамическим диапазоном связано с усложнением аппаратуры и резким повышением ее стоимости. Поэтому для удовлетворительного качества воспроизведения ограничиваются передачей речевых сигналов с D_р = 25…30 дБ.

Канал связи также имеет определенный динамический диапазон, который определяется как разность между максимально возможным и минимально допустимым уровнем мощности в канале. Максимально возможный уровень в канале ограничивается максимальной неискаженной мощностью усилителей и других узлов аппаратуры.

Чем больше уровень сигнала, тем больше мощность создаваемых им нелинейных искажений, кроме того, чем выше уровень сигнала в канале, тем больше создаваемое сигналом электромагнитное поле и, следовательно, тем больше влияние данного канала на каналы параллельных цепей.

Минимально допустимый уровень в канале ограничивается имеющимся в нем уровнем помех, т. е. в канале всегда должна выдерживаться определенная разность между допустимым уровнем сигнала и уровнем помех. Естественно, что для обеспечения нормальной передачи сигнала по каналу связи его динамический диапазон не должен превышать динамического диапазона канала связи.

Энергетический спектр русской речи, полученный усреднением множества измерений, представлен на рисунке 7.

Рисунок 7 – Форма огибающей частотного спектра русской речи

Форма огибающей спектра свидетельствует о наибольшей интенсивности частотных составляющих в полосе 200…400 Гц.

Эта огибающая принята для изображения спектра электрического телефонного сигнала (исходного сигнала). На основании приведенных зависимостей можно сделать вывод, что наиболее важной для разборчивости полосой частот речевого сигнала является полоса с предельными частотами 300…3000 Гц. С целью получения высокого качества передачи МККТТ рекомендует для телефонной связи ограничиться полосой передаваемых частот 300…3400 Гц.

Дата добавления: 2014-09-10; просмотров: 529; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!