1语音信号处理SpeechSignalProcessing长春工业大学图像工程研究所史东承教授dcshi@mail.ccut.edu.cn2010.8第二章语音信号的产生、特征与人耳的听觉特性§2.1语音信号的产生鼻腔口腔气管嘴巴鼻子声带软腭人类发音器官示意图发音器官：1)肺和气管：能源与能量传输；2)咽喉：振动源，包括声带和声门；3)声道（声门到嘴唇的呼气通道）：谐振腔(包括口腔、鼻腔等)；4)其他发音器官：包括嘴唇、齿、舌、面颊等，使谐振腔改变形状。产生语音的器官2发音机理•喉位于气管的上端，实际上是气管末端一圈软骨构成的一个框架，前方稍高处的软骨称为甲状软骨，前后方环成一圈的称为喉部环形软骨，喉中两片肌肉称为声带，声带之间的空隙为声门。•当声带张开时，声门打开，空气可自由呼出，正常呼吸就处于这种情况；当声带闭合，声门关闭。Tp基音周期声带靠拢当说话时，声带在软骨的作用下相互靠近但不完全闭合，声门变成一条窄缝，当气流通过窄缝时压力减小，外界压力大，从而两片声带完全闭合使得气流不能通过，当气流阻断时压力恢复正常，推开两片声带，声门再次打开，气流再次流过。声带的开启和闭合称为振动。这一振动过程周而复始，形成了一串周期性脉冲气流送入声道。这个过程发出的音称为浊音。如汉语发音的[a]、[i]、[u]和[o]等。男声发音“我的语音”的时域波形和语谱图3第二章语音信号的产生、特征与人耳的听觉特性§2.2语音信号的分类声学语音学，根据激励方式划分：（1）浊音(VoicedSpeech)，又称为有声语音基音（pitch）：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。（2）清音(UnvoicedSpeech)，又称为无声语音：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。（3）爆破音（PlosiveSpeech）：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。语音的形成原理•肺中的空气受到挤压形成气流，气流通过声门（VocalCords)（声带）沿着声道(VocalTract)（由咽-Pharynx、喉-Throat、口腔-Cavity等组成）释放出去，就形成了语音。•气流Stream、声门（Glottis）可以等效为一个激励源Excitation，声道可以等效为一个时变滤波器（共振峰）。•语音信号具有很强的相关性（长期相关、短期相关）。浊音•激励脉冲的周期值称为“基音周期”，用Tp表示。•称为“基因频率”。fs与声带尺寸与特性有关。•由周期脉冲串产生的语音称为“浊音”。pp1fT�60200:200450pppHzHzfff⎧−−⎪⎨−−⎪⎩男性说话者在范围内女性说话者和小孩在之间发音语音学•都是基本单位，二者等同。•由音节构成词，由词构成“节奏群”或“句子”；音素的各种不同发音方式称为“音素变体”。•音节=元音Vowel+辅音Consonant•辅音在元音前或后端（声母）•元音是音节主干（长度和能量占主要部分）（是浊音）（韵母）•音节结构：C-V结构，V-C结构，C-V-C结构⎧⎫⎨⎬⎩⎭音素：构成语音流的最小单位音节：发声的最小单位4汉语普通话音节结构框架发音语音学•韵母a,i,u,o为浊音；•声母s,sh,h,x,f为清音；•声母z,zh,j既有清音又有浊音。•鼻音韵母n,ng.•鼻音声母m,n,l.•Phoneme(smallest)音素:清音，浊音•Morpheme词素•Syllable音节：元音和辅音构成；（声母和韵母）•Word单词•Phrase短语•Sentence句子•Paragraph段落•Topics,Articles,Stories主题文章5语音信号时频特性32毫秒女声的时域波形及其功率谱第二章语音信号的产生、特征与人耳的听觉特性§2.3语音信号产生的模型语音生成模型常用的有：（1）声管模型：波动方程描述（2）LPC模型：数学模型描述（3）共振峰模型：谐振腔描述一.无损声管模型•短期内，声道可以表示为形状稳定的管道•各段管子截面积的和差比，称为反射系数一.无损声管模型•声道为一变截面积的声管。•声道的频率特性主要取决于声道截面最小值出现的位置（该点称为收紧点）。收紧点位置由舌来控制。17cm8.5cm13cm声道的无损模型6气流从喉向上经过口腔或鼻腔后从嘴或鼻孔向外辐射。气流流...
