Общепризнано, что речевой сигнал является по своей природе полиинформативным, что проявляется в многообразии типов информации, передаваемой с помощью речи.

Информация, заключенная в речевом сигнале, может быть разделена на два вида: основную, заключающуюся в передаче смыслового содержания речи, и дополнительную, заключающуюся в передаче индивидуальных особенностей говорящего, его физического и эмоционального состояния, а также характеристик передающей среды. В результате вид спектральных характеристик речи зависит не только от произносимого звука, как это видно из рис. 1.12, 1.13, но и от ряда индивидуальных факторов. Это наглядно представлено на рис. 1.14, где показаны сонограммы одного и того же звука /A/, произнесённого 7-ю дикторами.

Сонограммы звука /А/, произнесённого семью дикторами

Рис. 1.14. Сонограммы звука /А/, произнесённого семью дикторами

Во временной области речевой сигнал имеет многоуровневую структуру, состоящую, как это показано на рис. 1.15, из непрерывно следующих друг за другом сегментов различного уровня: фразы, слова, фонемы, питчи (периоды основного тона).

 

Пример многоуровневой сегментации речевого сигнала

Рис. 1.15. Пример многоуровневой сегментации речевого сигнала: а) фраз на слова, б) слова на фонемы, в) вокализованные участки на питчи

Сложную информационную и модуляционную структуру речевого сигнала можно отчётливо выявить, если рассматривать как сигнал в специфической биосистеме речевой связи «человек – человек» (рис.

1.16). При таком подходе речевой сигнал рассматривается не в отрыве от всего процесса общения, а как следствие речевой связи между двумя и более говорящими.

Схематическое изображение биосистемы речевой связи «человек – человек»

Рис. 1.16. Схематическое изображение биосистемы речевой связи «человек – человек»

Как известно из теории связи, для передачи любых сообщений требуется вполне определенная структура системы связи, которая предполагает наличие источников информации, модуляторов и переносчиков информации. Основной особенностью речевого сигнала, вытекающей из такого рассмотрения, является его полиинформативность и полимодуляционность.

Рассмотрим более подробно структуру передатчика в речевой системе связи. В передатчике определим схему формирования информационной структуры речевого сигнала (рис. 1.17).

Сначала выделим и уточним самые важные виды информации, которые передаются по каналу связи:

– смысловая информация (в процессе общения человек пытается передать информацию, содержащую некоторый смысл);

– индивидуальность голоса и речи (слушая речь, мы получаем информацию не только о том, что говорится, но и том, кто говорит);

– эмоциональное и физическое состояние человека (по речи мы можем определить, человек взволнован или спокоен, охрип или с заложенным носом);

– информация о характеристиках среды и каналах передачи (на слух мы можем определить, используется ли, например, высококачественное вещание или это передача по узкополосному телефонному каналу).

 

Структура передатчика в речевой системе связи

Рис. 1.17. Структура передатчика в речевой системе связи

Указанные виды информации связаны со слуховым восприятием. Смысл речевого высказывания передается с помощью фонетики и, в меньшей степени, просодики. Канал связи меняет тембр звука, вносит искажения и помехи.

Определим элементы слухового восприятия:

– фонетический состав;

– просодика (интонация);

– тембр звука;

– громкость звука;

– высота голоса;

– темп речи;

– искажения и помехи.

В «речевой» системе связи имеется, по крайней мере, 3 типа переносчика информации:

– тональный, с помощью которого передается тон (колебания голосовых связок) – это периодический переносчик;

– шумовой, переносящий шум в речи;

– импульсный, с помощью которого передаются импульсы (взрывы) в речи.

Рассмотрим теперь физику работы описанной схемы формирования информационной структуры речи.

Генерирование речевого сигнала связано с функционированием трех источников звука – переносчиков: тонального, шумового и импульсного (рис. 1.17). Передача информации осуществляется путем модуляции некоторых параметров α, β, γ, … каждого из указанных переносчиков.

Тональный переносчик в отсутствие модуляции может быть описан как периодическое колебание y(t), создаваемое движением голосовых связок, со спектром:

где A – среднеквадратическое значение амплитуд спектральных составляющих; ak – нормированные амплитуды k-х гармоник; ω 1 – частота первой гармоники; ϕk – фазовые сдвиги k–х гармоник; n – число гармоник.

В процессе речеобразования модулируемыми параметрами могут быть амплитуда A – амплитудная модуляция, {ak} – модуляция формы спектра и фаза {ϕk} – фазовая модуляция спектра.

Шумовой переносчик в отсутствие модуляции может быть описан как гауссовский стационарный процесс, исчерпывающей 52 характеристикой которого является его функция корреляции или спектр мощности:

где Ω = π/Т; Т – интервал корреляции; dk – коэффициенты разложения нормированной функции корреляции в ряд Фурье; Р – мощность случайного процесса.

В процессе речеобразования основными модулируемыми параметрами являются Р – амплитудная модуляция и {dk} – модуляция формы спектра.

Импульсный переносчик характеризуется резким нарастанием скорости воздушного потока с дальнейшим экспоненциальным его спадом при раскрытии смычки у взрывных звуков:

Основным модулирующим параметром является U – амплитудная модуляция.

Кроме указанных видов модуляции целесообразно выделить в отдельный класс модуляцию длительности звуков и манипуляцию переносчиков как предельный случай амплитудной модуляции, характеризуемой дискретным процессом их независимого включения или выключения.

Как видно из рис. 1.17, наибольшее число видов модуляции, а, следовательно, и наибольшую информационную емкость, имеет тональный переносчик, а наименьшую – импульсный. Переносчики включаются или выключаются в связи с фонетическим составом сообщений. Каждый из переносчиков может менять свои параметры, т.е. может происходить:

модуляция формы спектра или спектральная модуляция – несет наибольшую нагрузку и моделирует все источники (коэффициенты ak и bk), она модулирует и тональный переносчик.

манипуляция переносчиков (включение / выключение переносчиков, связана с фонетическим составом сообщений);

модуляция длительности звуков – это просодика, фонетика, темп.

амплитудная модуляция – ей подвергаются все типы переносчиков. Амплитуда играет важную роль при передаче фонетической и просодической информации;

частотная модуляция (модуляция частоты основного тона) – участвует в передаче просодической информации: передает эмоциональное состояние человека через высоту его голоса, воздействует только на тональный переносчик.

Ни один из видов модуляции не передаётся одним источником. Почти все типы модуляции используются для передачи нескольких источников информации.

Роль каждого вида модуляции в передаче элементов информационной структуры речевого сигнала поясним на примере передачи информации о фонемном составе и интонации речи.

При передаче информации о фонемном составе речи осуществляется непрерывный процесс перестройки речевого тракта. Это приводит к непрерывному изменению формы мгновенных спектров речевого сигнала – модуляция формы спектров – и его средней мощности – амплитудная модуляция. При перестройке речевого тракта осуществляется также фазовая модуляция, хотя полной ясности ее роли в восприятии речевых звуков нет. Кроме того, процесс передачи информации о фонемном составе связан с постоянной сменой комбинаций включения переносчиков – манипуляция переносчиков – и с изменением частоты основного тона на смычках звонких взрывных звуков – частотная модуляция. Информация об интонационной окраске речи, а также о физическом и эмоциональном состоянии, об индивидуальных особенностях голоса и характеристике электроакустической среды передается в основном путем модуляций частоты основного тона – частотная модуляция – и общего уровня звуков – амплитудная модуляция.

Рассмотренная схема передающего устройства речевой системы связи не претендует, конечно, на полноту охвата всех возможных видов передаваемой и получаемой информации, а также всего разнообразия видов модуляции. На схеме рис. 1.17 не указана такая важная операция, непосредственно предшествующая модуляции переносчиков, как кодирование передаваемых сообщений. Однако в целом из рассмотрения схемы на рис. 1.17 можно сделать несколько важных выводов:

– в процессе речевого общения осуществляется параллельная передача различных видов информации;

– для передачи информации каждого вида одновременно используются несколько видов модуляции;

– ни один из видов модуляции (кроме манипуляции переносчиков) не используется для передачи только одного вида информации.


 

 

 

Добавить комментарий