语音教学第2章-语音的产生及数学模型.ppt

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1、第二章第二章 语音的产生及数学模型语音的产生及数学模型2/76一、语音处理研究的基本内容二、人的言语(speech)过程三、语音的发音机理四、语音的听觉机理五、语音信号模型第二章作业题本章要点：本章要点：3/76一、语音处理研究的基本内容一、语音处理研究的基本内容l从人与计算机交互的角度来看语音信号相应的处理如下：（1）人与计算机通信（计算机接收语音信号）：语音识别与理解；（2）计算机与人通信（计算机输出语音）语音合成：包括音乐合成和语音合成；（3）人-计算机-人通信：人通过网络，与处于异地的人进行语音通信，需要的语音处理包括：语音采集语音编码语音传输解码等。这里语音编/解码技术是信道利用率的

2、关键。4/76说的是什么内容？是谁在说话？计算机去说话？语音识别声纹识别语音合成2011-3-9第3页/共87页一、语音信号处理研究的基本内容一、语音信号处理研究的基本内容6/767/76语音处理语音处理综合性的新兴学科综合性的新兴学科语音合成语音合成教计算机学会说话教计算机学会说话 语音识别语音识别让计算机听懂人类语言让计算机听懂人类语言 语音编码语音编码去除冗余压缩数据去除冗余压缩数据8/76研究内容涉及三方面相互密切配合的任务和课题：涉及三方面相互密切配合的任务和课题：l应用应用l基础理论和算法基础理论和算法l硬件系统硬件系统9/761应用方面 通通信信产产业业起起源源于于1874187

3、4年年电电话话的的发发明明。从从那那时起，通信产业大致发生了三次重大变革。时起，通信产业大致发生了三次重大变革。（1 1）第第一一次次变变革革产产生生于于七七十十年年代代初初。19721972年年CCITTCCITT组组织织公公布布了了第第一一个个语语音音编编码码标标准准。即即对对数数PCMPCM编编码码，由由此此开开始始，数数字字程程控控交交换换网网络络逐逐步步淘淘汰汰了了传传统统的的模模拟拟交交换换传传输输方方式。式。10/76（2 2）第二次重大变革产生于八十年代末。）第二次重大变革产生于八十年代末。19881988年年欧欧共共体体1313个个国国家家数数字字移移动动特特别别工工作作组组

4、(GSM)(GSM)制制定定了了采采用用长长时时预预测测规规则则码码激激励励的的编编码码标标准准(13k(13k bps bps RPE-LTP)RPE-LTP)。从从而而确确立立了了全全球球范范围围移移动动通通信信产产业业（第第二二个个通通信信网网络）的崛起。络）的崛起。11/76（3 3）第第三三次次变变革革是是指指以以新新兴兴的的计计算算机机因因特特网网为为基基 础础 的的 信信 息息 高高 速速 公公 路路 为为 标标 记记 如如 何何 在在INTERNETINTERNET网网上上有有效效地地传传输输话话音音。IPIP电电话话将将使使因因特特网网成成为为第第三三个个话话音音通通信信传传

5、输输网网。目目前前IPIP电电话话所所用用的的话话音音编编码码标标准准有有、等等。这这些些标标准准各各有有长长短短。人人们们正正在在努努力力研研究究适适合合IPIP电电话话的的新新的的编编码码算算法法。低低延延迟迟、低低码码率率、低低复复杂杂性性、高高音音质质的的话话音音编编码码算算法法将将是是未未来来IPIP电电话话网络的奠基石。网络的奠基石。12/762、基础理论和算法方面从以下方面进行：从以下方面进行：（1 1）语音产生的机理（发音）和感知机理（听）语音产生的机理（发音）和感知机理（听）涉及心理学、语音学、语言学、认知学、神经生理学等。涉及心理学、语音学、语言学、认知学、神经生理学等。（

6、2 2）将语音作为一种信号来处理）将语音作为一种信号来处理 13/76常用语音编码算法分类语音编码算法PCM预测编码变换编码付立叶变换斜变换小波变换统计编码Huffman编码算术编码游程编码其他编码二值图像编码子带编码轮廓编码固定自适应固定自适应离散余弦变换KL变换沃尔什哈达马Harr变换LZW矢量量化差分预测15/76（3 3）硬件实现：）硬件实现：实时语音语音处理系统的产品化实时语音语音处理系统的产品化。（略）。（略）16/76分为五个阶段分为五个阶段：想说阶段想说阶段 说出阶段说出阶段 传送阶段传送阶段 接收过程接收过程 理解阶段理解阶段二、人的言语二、人的言语(speech)(spee

7、ch)过程过程17/76想说阶段说出阶段传送阶段接受阶段理解阶段机器翻译文语转换语音分析语音编码语音加密公用电信网移动通信网语音解码语音增强语音识别语音理解机器翻译图1.1人的语言过程18/76人的语言过程人的语言过程19/761 1、人的发音器官、人的发音器官组成：组成：肺和气管组成声源；肺和气管组成声源；喉和声带称为声门；喉和声带称为声门；由咽腔、口腔、鼻由咽腔、口腔、鼻腔组成声道。腔组成声道。三、语音的发音机理20/76 人的发音生理机构l主声道：声门主声道：声门以上，经咽喉、以上，经咽喉、口腔、鼻道口腔、鼻道21/76 机理示意22/76 l过程：过程：l发音时由肺部收缩送出一股直流空

8、气经气管流发音时由肺部收缩送出一股直流空气经气管流至喉头声门处；至喉头声门处；l在声门处的声带肌肉收缩，声带产生振动而且在声门处的声带肌肉收缩，声带产生振动而且具有一定的振动周期，从而产生声音。具有一定的振动周期，从而产生声音。23/76功能功能肺：产产生生压压缩缩气气体体，通通过过气气管管传传送送到到声声音音生成系统。生成系统。喉：控制声带运动的复杂系统。：控制声带运动的复杂系统。主要包括：环状软骨、甲状软骨主要包括：环状软骨、甲状软骨 、杓状软、杓状软骨、声带骨、声带24/7625/76l声声带带是是伸伸展展在在喉喉前前、后后端端之之间间的的褶褶肉肉，前前端端由由甲甲状状软软骨骨支支撑撑，

9、后后端端由由杓杓状状软软骨骨支支撑撑，而而杓杓状状软软骨骨又又与与环环状状软软骨骨较较高高部部分分相相联联。这这些些软软骨骨在在环环状状软软骨骨上上的的肌肌肉肉的控制下，能将两片声带合拢或分离。的控制下，能将两片声带合拢或分离。l声带之间的间隙称为声门，功能主要是声带之间的间隙称为声门，功能主要是产生激励产生激励。26/76l声声道道：声声道道包包括括喉喉以以上上的的所所有有发发音音器器官。官。主要功能是传输调制声波主要功能是传输调制声波。成成年年男男性性声声道道的的长长度度为为17cm17cm。当当声声波波通通过过声声道道时时，其其频频率率高高低低受受声声腔腔共共振振的的影影响响。这这种种共

10、共振振与与声声道道不不同同区区段段形形状状有有关。关。27/76四、语音的听觉机理四、语音的听觉机理听听 觉觉 器器 官官 耳是听觉的外周耳是听觉的外周感觉器官。感觉器官。听觉听觉和保持平衡的功和保持平衡的功能能.外耳：耳廓、外耳：耳廓、外耳道。外耳道。中耳：鼓膜、中耳：鼓膜、听小骨、咽鼓管听小骨、咽鼓管和听小肌。和听小肌。内耳：内耳：耳蜗。耳蜗。28/761.1.声音的传递：外耳、中耳声音的传递：外耳、中耳外耳的功能外耳的功能(2)(2)外耳道：外耳道：传音的通路；传音的通路；增加声强：与增加声强：与4 4倍于外耳道长的声波长倍于外耳道长的声波长(正常语言正常语言交流的波长交流的波长)发生共

11、振，从而增加声强。发生共振，从而增加声强。(1)(1)耳廓：耳廓：利于集音；利于集音；判断声源：依据声判断声源：依据声波到达两耳的强弱和时波到达两耳的强弱和时间差判断声源。间差判断声源。29/76结构特点结构特点：是是一一个个具具有有一一定定紧紧张张度度、动动作作灵灵敏敏、斗斗笠笠状状的的半半透透明明膜膜，对对声声波波的的频频率率响响应应较较好，失真度较小。好，失真度较小。外耳道外耳道鼓膜鼓膜镫骨镫骨锤骨锤骨砧骨砧骨半规管半规管中耳的功能中耳的功能 鼓膜：鼓膜：功能作用：功能作用：能如实地把声波振动传递给听小骨。能如实地把声波振动传递给听小骨。30/76(2).(2).听小骨听小骨：结构特点结

12、构特点：由锤骨由锤骨-砧骨砧骨-镫骨依次连接成镫骨依次连接成呈弯曲杠杆状的呈弯曲杠杆状的听骨链。听骨链。功能作用功能作用：传递振动，增强振压倍传递振动，增强振压倍)，减小振幅，减小振幅(约约1/4)1/4)，防止卵，防止卵圆窗膜因振幅过大造成损伤。圆窗膜因振幅过大造成损伤。31/76(3).(3).咽鼓管咽鼓管：结构特点结构特点：是是鼓鼓室室与与咽咽腔腔相相通通的的管管道道，其其鼻鼻咽咽部部的的开开口口通通常呈闭合状态，常呈闭合状态，当吞咽、打呵欠或喷嚏时则开放。当吞咽、打呵欠或喷嚏时则开放。功能作用功能作用：调调节节鼓鼓膜膜两两侧侧气气压压平平衡衡、维维持持鼓鼓膜膜正正常常位位置置、形状和振

13、动性能。形状和振动性能。咽咽鼓鼓管管粘粘膜膜上上的的纤纤毛毛运运动动可可排排泄泄中中耳耳内内的的分分泌泌物。物。32/762.2.2.2.声波在内耳耳蜗转变为动作电位声波在内耳耳蜗转变为动作电位声波在内耳耳蜗转变为动作电位声波在内耳耳蜗转变为动作电位 内内内内耳耳耳耳耳耳耳耳蜗蜗蜗蜗形形形形似似似似蜗蜗蜗蜗牛牛牛牛壳壳壳壳，蜗蜗蜗蜗管管管管腔腔腔腔被被被被前前前前庭庭庭庭膜膜膜膜和和和和基基基基膜膜膜膜分分分分隔隔隔隔为为为为三三三三个个个个腔腔腔腔：前前前前庭庭庭庭阶阶阶阶、蜗蜗蜗蜗管管管管和和和和鼓阶。鼓阶。鼓阶。鼓阶。基膜上有螺旋器：基膜上有螺旋器：基膜上有螺旋器：基膜上有螺旋器：由内、

14、外毛细由内、外毛细由内、外毛细由内、外毛细胞、支持细胞及胞、支持细胞及胞、支持细胞及胞、支持细胞及盖膜等构成盖膜等构成盖膜等构成盖膜等构成.33/76 当当当当声声声声音音音音振振振振动动动动中中中中耳耳耳耳听听听听骨骨骨骨链链链链振振振振动动动动卵卵卵卵圆圆圆圆窗窗窗窗振振振振动动动动前前前前庭庭庭庭阶阶阶阶外外外外淋淋淋淋巴巴巴巴+基基基基膜膜膜膜上上上上下下下下振振振振动动动动：以以以以行行行行波波波波方方方方式式式式从从从从蜗蜗蜗蜗底底底底向向向向蜗蜗蜗蜗顶顶顶顶传传传传播播播播，同同同同时时时时振振振振幅幅幅幅也也也也逐逐逐逐渐渐渐渐加加加加大大大大，到到到到基基基基膜膜膜膜的的的的

15、某某某某一一一一部部部部位位位位，振幅达到最大，以后则很快衰减。振幅达到最大，以后则很快衰减。振幅达到最大，以后则很快衰减。振幅达到最大，以后则很快衰减。基基基基膜膜膜膜的的的的最最最最大大大大振振振振幅幅幅幅区区区区为为为为兴兴兴兴奋奋奋奋区区区区，该该该该部部部部位位位位的的的的毛毛毛毛细细细细胞胞胞胞受受受受到刺激而兴奋，从而引起不同音调的感觉。到刺激而兴奋，从而引起不同音调的感觉。到刺激而兴奋，从而引起不同音调的感觉。到刺激而兴奋，从而引起不同音调的感觉。耳蜗底部耳蜗底部-高音、中部高音、中部-中音、顶部中音、顶部-低音低音 高频声波高频声波低频声波低频声波34/76声声 波波外耳道外

16、耳道鼓鼓 膜膜听骨链听骨链卵圆窗卵圆窗前庭阶外淋巴前庭阶外淋巴基底膜基底膜螺旋器上下振动螺旋器上下振动毛细胞的听毛弯曲毛细胞的听毛弯曲毛细胞的听毛与盖膜发生交错的移行运动毛细胞的听毛与盖膜发生交错的移行运动耳蜗的感音换能作用耳蜗的感音换能作用耳蜗的感音换能作用耳蜗的感音换能作用 耳蜗的功能之一是声耳蜗的功能之一是声耳蜗的功能之一是声耳蜗的功能之一是声-电转换的换能作用。电转换的换能作用。电转换的换能作用。电转换的换能作用。听神经动作电位听神经动作电位毛细胞膜上离子通透性改变毛细胞膜上离子通透性改变35/76 声波振动声波振动声波振动声波振动外耳外耳外耳外耳(耳廓耳廓耳廓耳廓外耳道外耳道外耳道外

17、耳道)中耳中耳中耳中耳(鼓膜鼓膜鼓膜鼓膜听小骨听小骨听小骨听小骨卵圆窗卵圆窗卵圆窗卵圆窗)内耳内耳内耳内耳(耳蜗的内淋巴液耳蜗的内淋巴液耳蜗的内淋巴液耳蜗的内淋巴液螺旋器螺旋器螺旋器螺旋器声声声声-电转换电转换电转换电转换)神经冲动神经冲动神经冲动神经冲动听觉中枢听觉中枢听觉中枢听觉中枢听觉。听觉。听觉。听觉。听听觉觉的的产产生生过过程程36/76耳蜗截面图耳蜗截面图耳蜗截面图耳蜗截面图37/7639/76听觉的形成听觉的形成声波声波外耳道外耳道声波的通道声波的通道鼓膜鼓膜耳廓耳廓收集声波收集声波听小骨听小骨声音放大声音放大耳蜗耳蜗耳蜗内有听觉感受器耳蜗内有听觉感受器产生兴奋产生兴奋听神经听神

18、经大脑大脑听觉听觉将振动转换成神经冲动将振动转换成神经冲动传递冲动传递冲动振动传声振动传声-将声波转换成振动将声波转换成振动40/76传导性聋传导性聋经空气径路传导的声波，受到经空气径路传导的声波，受到外耳道，中耳病变的阻碍，到达内外耳道，中耳病变的阻碍，到达内耳的声能减弱，致使不同程度听力耳的声能减弱，致使不同程度听力减退者称为传导性聋。减退者称为传导性聋。41/76神经性耳聋神经性耳聋内耳听毛细胞、血管纹、螺旋神经节、内耳听毛细胞、血管纹、螺旋神经节、听神经或听觉中枢的器质性病变均可阻碍听神经或听觉中枢的器质性病变均可阻碍声音的感受与分析或影响声音讯息的传递，声音的感受与分析或影响声音讯息

19、的传递，由此引起的听力减退或听力丧失称为感音由此引起的听力减退或听力丧失称为感音神经性聋。神经性聋。42/76五、语音信号模型 l语语音音信信号号模模型型的的基基本本思思想想是是认认为为任任何何语语音音都都是是由由一一个个适适当当的的激激励励源源作作用用于于声声道道而而产产生生的的，这这意意味味着着激激励励源源与与声声道道系系统统是是互互相相独独立立的。的。有三部分作用施加在语音的声波上：有三部分作用施加在语音的声波上：声门产生的激励模型声门产生的激励模型G(z)；声道产生的调制函数声道产生的调制函数V(z)；嘴唇产生的辐射函数嘴唇产生的辐射函数R(z)。l语音信号的传递函数由这三个函数级联而

20、成，即：语音信号的传递函数由这三个函数级联而成，即：H(z)=G(z)V(z)R(z)43/76激励过程激励过程（声门）（声门）调制过程调制过程（声道）（声道）语音辐射语音辐射人的发声过程包括三个步骤：人的发声过程包括三个步骤：声门声门/声带产生不同频率的声音声带产生不同频率的声音（准周期气流脉冲或白噪声）（准周期气流脉冲或白噪声）声道对声源的调制作用声道对声源的调制作用44/76语音信号的产生数学模型l激励模型激励模型l声道模型声道模型l辐射模型辐射模型45/761、语音类型l压缩空气通过声门激励声道滤波器，根据压缩空气通过声门激励声道滤波器，根据激励方式不同发出的话音分成三种类型：激励方式

21、不同发出的话音分成三种类型：浊音浊音(voicedsounds)清音清音(unvoicedsounds)爆破音爆破音(plosivesounds)46/76话音的分类浊音（voiced sounds）：声道打开，声带在先打开后关闭，气流经过使声带要发生张驰振动，变为准周期振动气流。浊音的激励源被等效为准周期的脉冲信号。清音（unvoiced sounds）：声带不振动，而在某处保持收缩，气流在声道里收缩后高速通过产生湍流，再经过主声道（咽、口腔）的调整最终形成清音。清音的激励源被等效为一种白噪声信号。爆破音（plosive sounds）：声道关闭之后产生压缩空气然后突然打开声道所发出的声音。

22、清音：纯粹由气流受阻构成，声带清音：纯粹由气流受阻构成，声带不振动，不带乐音。普通话中包括不振动，不带乐音。普通话中包括b、p、f、d、t、g、k、h、j、q、x、zh、ch、sh、z、c、s，共，共17个。个。浊音：除气流受阻以外，声带振浊音：除气流受阻以外，声带振动，带乐音。普通话中包括动，带乐音。普通话中包括m、n、l、r，共，共4个。个。爆破音爆破音p b t d k g.47/76(1)、发浊音情况 空空气气流流经经过过声声带带时时，如如果果声声带带是是崩崩紧紧的的，则则声声带带将将产产生生张张弛弛振振动动，即即声声带带将将周周期期性性地地启启开开和和闭闭合合。声声带带启启开开时时，

23、空空气气流流从从声声门门喷喷射射出出来来，形形成成一一个个脉脉冲冲，声声带带闭闭合合时时相相应应于于脉脉冲冲序序列列的的间间隙隙期期。因因此此，这这种种情情况况下下在在声声门门处处产产生生出出一一个个准准周周期期脉脉冲冲状状的的空空气气流流。该该空空气气流流经经过过声声道道后后最最终终从从嘴嘴唇唇辐辐射射出出声声波波，这这便便是是浊浊音音语语音音。这这个个准准周周期期脉脉冲冲的的周周期期即即为为基基音音周周期期。男男性性的的基基语语音音率率一一般般为为5050250Hz250Hz，女性基语音率为，女性基语音率为100100500Hz500Hz。48/7649/76(2)、发清音情况 空空气气流

24、流经经过过声声带带时时，如如果果声声带带是是完完全全舒舒展展开开来来的的，则则肺肺部部发发出出的的空空气气流流将将不不受受影影响响地地通通过过声声门门。空空气气流流通通过过声声门门后后，会会遇遇到到两两种种不不同同情情况况。一一种种情情况况是是，如如果果声声道道的的某某个个部部位位发发生生收收缩缩形形成成了了一一个个狭狭窄窄的的通通道道，当当空空气气流流到到达达此此处处时时被被迫迫以以高高速速冲冲过过收收缩缩区区，并并在在附附近近产产生生出出空空气气湍湍流流，这这种种湍湍流流空空气气通通过过声声道道后后便便形形成成所所谓谓摩摩擦擦音音或或清清音音。另另一一种种情情况况是是，如如果果声声道道的的

25、某某个个部部位位完完全全闭闭合合在在一一起起，当当空空气气流流到到达达时时便便在在此此处处建建立立起起空空气气压压力力，闭闭合合点点突突然然开开启启便便会让气压快速释放，经过声道后便形成所谓爆破音。会让气压快速释放，经过声道后便形成所谓爆破音。50/762、语音生成 下下图图为为语语音音生生成成的的机机理理模模型型。空空气气由由肺肺部部排排入入喉喉部部，经经过过声声带带进进入入声声道道，最最后后由由嘴嘴辐辐射射出出声声波波，这这就就形形成成了了语语音音。在在声声门门（声声带带）以以左左，称称为为“声声门门子子系系统统”，它它负负责责产产生生激激励励振振动动；右右边边是是“声声道道系系统统”和和

26、“辐辐射射系系统统”。当当发发不不同同性性质质的的语语音音时时，激激励励和和声声道道的的情情况况是是不不同同的的，它它们们对对应应的的模模型型也也是是不同的。不同的。51/76发音器官机理模型52/763、二元激励模型ll l发发浊浊音音时时，由由于于声声门门不不断断开开启启和和关关闭闭，产产生生间间隙隙的的脉脉冲冲。经经仪仪器器测测试试它它类类似似于于斜斜三角形的脉冲。三角形的脉冲。53/7654/76l由由图图可可以以看看出出单单个个斜斜三三角角波波的的频频谱谱G(ej)表表现现出出一一个个低低通滤波器的特性。可以把它表示成通滤波器的特性。可以把它表示成z变换的全极点形式：变换的全极点形式

27、：l因因此此，作作为为激激励励的的斜斜三三角角波波串串可可以以用用一一串串加加了了权权的的单单位位脉脉冲冲序序列列去去激激励励上上述述单单位位斜斜三三角角波波模模型型实实现现。这这个个单单位位脉冲串和幅值因子可以表示成下面的脉冲串和幅值因子可以表示成下面的Z变换形式变换形式55/76l所以浊音激励模型可表示为所以浊音激励模型可表示为l在发清音的场合，声道被阻碍形成湍流。在发清音的场合，声道被阻碍形成湍流。所以可以模拟成随机白噪声。所以可以模拟成随机白噪声。56/764、声道模型l典型的声道模型有两种。即：典型的声道模型有两种。即：共振峰模型共振峰模型和无和无损声管模型。通过两种方法得到的数字模

28、型本质损声管模型。通过两种方法得到的数字模型本质上没有区别。上没有区别。（1 1）共振峰模型共振峰模型 当声波通过声道时，受到声腔共振的影响，当声波通过声道时，受到声腔共振的影响，在某些频率附近形成谐振。反映在信号频谱图上，在某些频率附近形成谐振。反映在信号频谱图上，在谐振频率处其谱线包络产生峰值，一般把它叫在谐振频率处其谱线包络产生峰值，一般把它叫作共振峰，如下图。作共振峰，如下图。57/7658/76l 从物理声学可以容易推导出均匀断面的从物理声学可以容易推导出均匀断面的共振峰频率。例如对成人声道共振峰频率。例如对成人声道17cm长，其共长，其共振频率计算公式为：振频率计算公式为：li是共

29、振频率的序号，是共振频率的序号，c为声波的速度，为声波的速度，L为声管长度。按此算出前三个共振频率为：为声管长度。按此算出前三个共振频率为：F1=500Hz，F2=1500Hz，F3=2500Hz。由。由于发音时，声道的形状很少是均匀断面的。于发音时，声道的形状很少是均匀断面的。因此必须通过语音信号来计算共振峰。因此必须通过语音信号来计算共振峰。59/76l一个二阶谐振器的传输函数可以写成一个二阶谐振器的传输函数可以写成 实践表明，用前三个共振峰代表一个实践表明，用前三个共振峰代表一个元音足够了。多个元音足够了。多个Vi叠加可以得到声道的叠加可以得到声道的共振峰模型：共振峰模型：60/76（2

30、）无损声管模型无无损损声声管管模模型型是是假假定定声声道道由由多多个个等等长长的的不不同同截截面面积积的的管管子子串串联联而而成成的的系系统统，并并假假定定管管子子中中的的流流体体及及管管壁壁没没有有热热传传导导和和粘粘滞滞的的损损耗耗。在在短短时时间间内内，声声道道可可表表为为形形状状稳稳定定的的管管道道，并并可可以以认认为为声声波波是是沿沿管管轴轴传传播播的平面波，如图所示。的平面波，如图所示。61/76l可以把声道视作截面积变化的管子，研究声音沿可以把声道视作截面积变化的管子，研究声音沿管道是怎样传播的管道是怎样传播的62/7663/76l对于对于N个无损声管级联的情况，通过数学个无损声

31、管级联的情况，通过数学推导和归纳法，忽略系统延迟，可得到推导和归纳法，忽略系统延迟，可得到无损声管的传递函数为：无损声管的传递函数为：64/765、辐射模型l从声道模型输出的是速度波从声道模型输出的是速度波ul(n)，而语音信号是声，而语音信号是声压波压波Pl(n)。二者倒比称为辐射阻抗。二者倒比称为辐射阻抗Zl，它表征口唇它表征口唇的辐射效应。如果认为口唇张开的面积远远小于头的辐射效应。如果认为口唇张开的面积远远小于头部的表面积，利用单板开槽辐射的处理方法，可以部的表面积，利用单板开槽辐射的处理方法，可以得到辐射阻抗，得到辐射阻抗，r近似为近似为165/76l 由辐射引起的能量损耗正比于辐射

32、阻抗的实由辐射引起的能量损耗正比于辐射阻抗的实部部R(z)，其频响曲线表现出一阶高通滤波器的特性。，其频响曲线表现出一阶高通滤波器的特性。在实际信号分析时，常用所谓预加重技术，即：在在实际信号分析时，常用所谓预加重技术，即：在取样之后加入一个一阶高通滤波器。这样，模型只取样之后加入一个一阶高通滤波器。这样，模型只剩下声道部分，对参数分析就方便了。在语音合成剩下声道部分，对参数分析就方便了。在语音合成时再进行解加重处理。常用的预加重因子为时再进行解加重处理。常用的预加重因子为，这里这里R(n)是信号是信号S(n)的自相关函数，对浊音的自相关函数，对浊音R(1)R(0)1，对清音该值可取得很小。，

33、对清音该值可取得很小。66/766、语音产生的数字模型下下图图出出了了语语音音产产生生的的数数字字模模型型。它它包包括括三部分：激励模型、声道模型和辐射模型。三部分：激励模型、声道模型和辐射模型。激激励励源源分分浊浊音音和和清清音音两两个个分分支支，按按照照浊浊音音/清清音音开开关关所所处处的的位位置置来来决决定定产产生生的的语语音是浊音还是清音。音是浊音还是清音。67/7668/767、模型局限性 数数字字模模型型的的基基本本思思想想是是认认为为任任何何语语音音都都是是由由一一个个适适当当的的激激励励源源作作用用于于声声道道而而产产生生的的，这这意意味味着着激激励励源源与与声声道道系系统统是

34、是互互相相独独立立的的。上上述述假假定定对对于于大大多多数数语语音音是是合合适适的的，但但在在有有些些情情况况下下，例例如如某某些些瞬瞬变变音音，实实际际上上声声门门和和声声道道是是互互相相耦耦合合的的，这这便便形形成了这些语音的非线性特性。成了这些语音的非线性特性。69/76 并并非非任任何何语语音音都都能能够够明明显显地地按按清清音音和和浊浊音音来来划划分分，有有的的音音甚甚至至也也不不是是清清音音和和浊浊音音的的简简单单叠叠加加。这这种种将将语语音音信信号号截截然然分分为为周周期期脉脉冲冲激激励励和和噪噪声声激激励励两两种种情情况况的的“二二元元激激励励”法法在在高高质质语语音音的的合合

35、成成中中是是不不适适用用的。的。7、模型局限性70/76一种更精确的域音产生模型71/76电话是如何发明的电话是如何发明的l亚历山大亚历山大格拉汉姆格拉汉姆贝尔（贝尔（AlexanderGrahamBell，1847-1942）美国发明家和企业家。他发明了世界上第）美国发明家和企业家。他发明了世界上第一台可用的电话机，创建了贝尔电话公司。被誉为一台可用的电话机，创建了贝尔电话公司。被誉为“电话电话之父之父”。l1847年生于英国苏格兰，他的祖父亲毕生都从事聋哑年生于英国苏格兰，他的祖父亲毕生都从事聋哑人的教育事业，由于家庭的影响，他从小就对声学和语言人的教育事业，由于家庭的影响，他从小就对声学

36、和语言学有浓厚的兴趣。开始，他的兴趣是在研究电报上。有一学有浓厚的兴趣。开始，他的兴趣是在研究电报上。有一次，当他在做电报实验时，偶然发现了一块铁片在磁铁前次，当他在做电报实验时，偶然发现了一块铁片在磁铁前振动会发出微弱的声音，而且他还发现这种声音能通过导振动会发出微弱的声音，而且他还发现这种声音能通过导线传向远方。这给贝尔以很大的启发。他想，如果对着铁线传向远方。这给贝尔以很大的启发。他想，如果对着铁片讲话，不也可以引起铁片的振动吗片讲话，不也可以引起铁片的振动吗？这贝尔关于电话的这贝尔关于电话的最初构想。最初构想。72/76电话是如何发明的电话是如何发明的73/76电话是如何发明的电话是如

37、何发明的为了纪念贝尔的功绩，将电学和声学中计量为了纪念贝尔的功绩，将电学和声学中计量功率或功率密度比值的一种单位命名为功率或功率密度比值的一种单位命名为“贝尔贝尔”。由于贝尔1876年3月10日所使用的这部电话机的送话器，在原理上与另一位电话发明家菲利浦格雷(德国科学家)的发明雷同，因而格雷便向法院提出起诉。一场争夺电话发明权的诉讼案便由此展开，并一直持续了十多年。最后，法院根据贝尔的磁石电话与格雷的液体电话有所不同，而且比格雷早几个小时提交了专利申请等这些因素，作出了现在大家已经知道结果的判决，电话发明权案至此画上句号。74/76共振峰频率或共振峰 当声音产生后，便沿着声道进行传播。声道可以

38、看当声音产生后，便沿着声道进行传播。声道可以看成是一根具有非均匀截面的声管，在发音时起着共鸣成是一根具有非均匀截面的声管，在发音时起着共鸣器的作用。器的作用。声音进入声道后，其频谱必定会受到声道声音进入声道后，其频谱必定会受到声道的共振特性的影响，声道具有一组共振频率，称为共的共振特性的影响，声道具有一组共振频率，称为共振峰频率或共振峰。振峰频率或共振峰。声道的频谱特性便主要地反映出声道的频谱特性便主要地反映出这些共振峰的不同位置以及各个峰的频带宽度。共振这些共振峰的不同位置以及各个峰的频带宽度。共振峰及其带宽取决于声道的形状和尺寸，因而不同的语峰及其带宽取决于声道的形状和尺寸，因而不同的语音对应于一组不同的共振峰参数。音对应于一组不同的共振峰参数。75/76第二章 作业题l1发音器官的组成及功能。发音器官的组成及功能。l2语音的产生过程。语音的产生过程。l3声门、声道、浊音、清音、基音周期、声门、声道、浊音、清音、基音周期、共振峰。共振峰。76/76l4语音信号模型由哪三部分组成？语音信号模型由哪三部分组成？l5典型的两种声道模型，共振峰概念。典型的两种声道模型，共振峰概念。