1 Ryszard Gubrynowicz [email protected]Dwięk w multimediach Ryszard Gubrynowicz Wykład 3

2 Formowanie sygnału mowy

3 Rezonanse najbardziej uproszczonego modelu toru głosowego

4 Rezonanse w falowodach cylindrycznych – fale stojąceSą dwa rodzaje falowodów cylindrycznych: Rura zamknięta na jednym końcu, otwarta na drugim Otwarta lub zamknięta na obu końcach – oba typy mają identyczne rezonanse Falowody cylindryczne odgrywają podstawową rolę w instrumentach muzycznych (instrumenty dęte, organy itp.)

5 Fala bieżąca – fala stojąca

6 Fale stojące w strunach – analogia do f. s. w rurachmaksymalne wychylenie (ciśnienie), prędkość=0) zerowe wychylenie

7 Fala stojąca w falowodzie

8 Rozkład fal stojących (rezonansów) w falowodach o stałym przekrojuRezonans ćwierćfalowy

9 Co dzieje się na otwartym i zamkniętym końcu falowodu ?

10 1-y rezonans w torze głosowym= 4 l = 70 cm – długość fali 1-ego rezonansu Prędkość rozchodzenia się fali akustycznej w powietrzu = 345 m/s = cm/s

11 Rozkład maksimów w torze głosowym (prędkości i ciśnienia)Aproksymując tor głosowy do postaci rury cylindrycznej o długości 17.5 cm otrzymuje się pierwszy rezonans w okolicy 500 Hz. 1= 70 cm c = 345 m/s F1= c/ 1=500 Hz F2=1500 Hz F3=2500 Hz

12 Co się dzieje na granicy 2 segmentów cylindrycznych? (AkAk+1)

13 Podstawy opisu i klasyfikacji dźwięków mowyOpis artykulacyjny Opis akustyczny

14 Artykulacja samogłoskowa

15 Czworobok artykulacyjny samogłosek AmEng

16 Przekroje samogłoskowe (PL)Samogłoska i Samogłoska y Samogłoska e Samogłoska a Samogłoska o Samogłoska u

17 Podstawowe własności akustyczne samogłosek

18 Podstawowe własności akustyczne samogłosek

19 Akustyka samogłosek

20 Wyznaczanie częstotliwości formantowych

21 Sonagram (spectrogram) i przekrój widmowy (short-term spectrum)

22 Formanty w sonagramie i w przekroju widma

23 Opis artykulacyjny i akustyczny samogłosek

24 Wysoka artykulacja (wysokie ułożenie masy języka – F1 samogłoski przednie

25 Niska artykulacja – F1 samogłoski przednie

26 Wysoka artykulacja – F1 samogłoski tylne

27 Niska artykulacja – F1 samogłoski tylne

28 Wysoka artykulacja – F2 samogłoski przednie

29 Wysoka artykulacja – F2 samogłoski tylne

30 Opis artykulacyjny a opis akustyczny

31 Częstotliwości formantowe a artykulacja i rozmiary toru głosowego

32 Akustyka samogłosek - podsumowanie

33 Czworobok artykulacyjny samogłosek polskich

34 Czworobok artykulacyjny samogłosek polskich

35 Częstotliwości formantowe samogłosek polskich

36 Czworobok samogłosek polskich w płaszczyźnie akustycznej (F1-F2)

37 Wpływ długości toru głosowego na rozkład częstotliwości formantowychmodel samogłoski /a/

38 Rozkład częstotliwości formantowych u dzieci i młodzieży w wieku 3-19samogłoska /a/

39 Konfiguracja toru głosowego, a częstotliwości formantoweMiędzy konfiguracją toru głosowego i częstotliwościami formantowymi istnieje związek, jednakże nie może być on jednoznacznie opisany. Różne konfiguracje geometryczne toru głosowego mogą mieć takie same częstotliwości formantowe, jak również różnym częstotliwościom formantowym mogą odpowiadać te same konfiguracje. Jednakże, zmiany w płaszczyźnie artykulacyjnej (miejsce i wysokość) powodują jednoznaczne zmiany w płaszczyźnie formantowej F1 i F2.

40 Artykulacja spółgłoskowa

41 Funkcjonalny schemat organu mowy Układ: źródło pobudzenia - filtr

42 Dwa źródła pobudzenia toru głosowegoŹródło krtaniowe - pobudzenie periodyczne (harmoniczne) powstające w wyniku drgań fałdów głosowych Źródło szumowe - szum powstający w wyniku gwałtownej zmiany ciśnienia lub przewężenia w torze głosowym.

43 Charakterystyka aerodynamiczna spółgłosekPodczas artykulacji spółgłosek w ponadkrtaniowej części toru głosowego powstaje zwężenie znacznie mniejsze, niż w przypadku artykulacji samogłoskowej. Wpływa ono na przepływ powietrza w tej części i może oddziaływać na pracę fałdów głosowych. Zwężenie powoduje zmniejszenie amplitudy drgań fałdów głosowych, wskutek wzrostu ciśnienia ponadgłośniowego (różnica ciśnień pod- i ponad głośniowego jest mniejsza niż w przypadku artykulacji samogłoskowej). Może powodować też nieznaczne obniżenie częstotliwości drgań.

44 Artykulacja spółgłoskowa

45 Efekty aerodynamicznePrzy artykulacji spółgłosek powstają w zależności od stopnia zwężenia różne efekty aerodynamiczne i akustyczne. Zmniejszenie przekroju poprzecznego zwężenia powoduje zmniejszenie strumienia powietrza przepływającego w torze głosowym i wzrost ciśnienia ponadkrtaniowego. Gdy wzrost ten jest odpowiednio duży fałdy głosowe przestają poruszać się. Wzrost ciśnienia ponadkrtaniowego może nastąpić znacznie szybciej, gdy fałdy są rozwarte.

46 Stopień przewężenia Sposób artykulacji spółgłosek określony jest przez wielkość zwężenia toru głosowego. Przy artykulacji spółgłosek przymkniętych ”j,l,ł” (approximants) powierzchnia przekroju poprzecznego zwężenia jest największa, natomiast przy spółgłoskach zwartych („p,t,k,b,d,g”) jest praktycznie równa zeru. Gwałtowne rozwarcie toru głosowego powoduje generację krótkiego impulsu szumowego.

47 Spółgłoski przymknięteW tym przypadku zwężenie toru głosowego nie różni się w istotny sposób od zwężenia utworzonego dla samogłosek. Nie powoduje zaburzenia przepływu powietrza, dzięki czemu fałdy głosowe mogą swobodnie wykonywać ruchy drgające. Znamienne dla spółgłosek przymkniętych jest to, że zwężenie podczas ich artykulacji zmienia swoją wielkość. Można je wymówić tylko w sąsiedztwie samogłosek, stąd widoczne są często znaczne ruchy formantów. Obie komory przed i po zwężeniu uczestniczą w formowaniu dźwięku mowy.

48 Źródło szumowego pobudzenia toru głosowego

49 Hydrodynamika toru głosowego – źródło szumu trącegoStrumień turbulentny Strumień laminarny

50 Hydrodynamika toru głosowego: szum trącyTor głosowy (zamknięta/otwarta rura) z b. wąskim przewężeniem w przedniej części strumień laminarny strumień turbulentny

51 Przepływ laminarny i turbulentny

52 Przepływ powietrza przez szczelinę U wylotu szczeliny powstaje częściowa konwersja energii aerodynamicznej na akustyczną.

53 Model dyszy

54 Miejsce pobudzenia – a miejsce artykulacji

55 Mechanizm powstawania turbulencji w szczelinieWypływ powietrza ze szczeliny przy osiągnięciu odpowiedniej prędkości przestaje być laminarny. Oddziaływanie ścian wskutek tarcia powoduje, że ruch cząsteczek w ich pobliżu jest bardziej hamowany, niż cząsteczki w środku strugi. Aby przepływ stał się turbulentny siły bezwładnościowe oddziaływujące na strugę przepływającego powietrza przekraczają siły wiążące ze sobą jego cząsteczek.

56 Warunki powstania turbulencjiDla szczeliny określonych rozmiarów prędkość strugi powietrza musi przekroczyć pewną krytyczną wartość (określoną przez liczbę Reynoldsa), aby jej wypływ stał się turbulentny.

57 Liczba Reynoldsa h-wymiar charakterystyczny (średnica)m-współczynnik lepkości ośrodka W przypadku przepływu powietrza przez cylindryczną rurę, liczba Reynoldsa zależy od gęstości ośrodka, rozmiarów przekroju rury, lepkości ośrodka i prędkości przepływu v. Dla rury przyjmuje się krytyczną wartość równą ~2300. W przypadku przewężenia o powierzchni przekroju 0.6 cm2, i prędkości objętościowej przepływu 1000 cm3/s - Re=12000

58 Model równoważny (w układzie elektrycznym) źródła szumowego - szczelinaLc=rlc/Ac, lc – długość szczeliny kc – współczynnik kształtu Dla spółgłosek trących kc0.9 Funkcja transmitancji definiowana jako stosunek U0/Ps jest liniową funkcją powierzchni przekroju szczeliny Ac.

59 Fizyczny model źródła szumowego spółgłosek trących

60 Układ ze szczeliną i przeszkodąCharakterystyka doświadczalna dla prędkości objętościowych (2 źródła szumu)