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Lesson 3 Mechanism of Speech第一页，共十七页。 The nature of speech声音是携带信息的极其重要的媒体（20％）声音是通过空气传播的一种连续的波，叫声波，也具有反射、折射和衍射现象。声音信号是由许多频率不同的分量信号组成的复合信号。复合信号的频率范围称为带宽。带宽为20Hz－20kHz的信号称为音频（audio）信号，可以被人的耳朵感知。声音是时基类媒体。第二页，共十七页。 anatomy and physiology of the speech generation发声器官：喉；声道；嘴Trachea 器官Esophagus食管Epiglottis 会厌 第三页，共十七页。 ●肺：能源；●喉：振动源，包括声带和声门；●声道（声门到嘴唇的呼气通道）：谐振腔；●其他发音器官：包括唇、齿、舌、面颊等，使谐振腔改变形状。一、语音发音系统（发音器官及其作用）第四页，共十七页。 产生语音的器官第五页，共十七页。 喉的生理结构 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。发音机理甲状软骨声门声带环形软骨人的前方第六页，共十七页。 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。声带靠拢Tp基音周期 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。第七页，共十七页。 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。第八页，共十七页。 话音的形成原理 肺中的空气受到挤压（squeeze)形成气流，气流通过声门（vocal cords)（声带）沿着声道(vocal tract) （由咽pharynx、喉throat、口腔(cavity)等组成）释放出去，就形成了话音。 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）。 话音信号具有很强的相关性（长期相关、短期相关）。第九页，共十七页。 话音产生的数字模型周期脉冲序列发生器伪随机噪声产生器周期时变数字滤波器音量控制声道参数语音输出浊/清选择第十页，共十七页。 女声汉语拼音a的时域波形第十一页，共十七页。 第十二页，共十七页。 声道 气流从喉向上经过口腔或鼻腔后从嘴或鼻孔向外辐射，期间的传输通道称为声道。气流流过声道时犹如通过了一个具有某种谐振特性的腔体，放大某些频率，在频谱上形成相应位置的峰起，称为共振峰。 讲话时，由于舌和唇的连续运动，使声道形状改变，随即改变谐振频率，使得发不同的音。声道的不同的形状，对应不同的谐振频率。声带振动频率输出气流的频率声道的谐振特性第十三页，共十七页。 声道模型短期内，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，称为反射系数第十四页，共十七页。 鼻端嘴唇17cm8.5cm13cm声道的无损模型谐振频率的计算谐振频率发生在：Fn= （声道的横截面是均匀的，发元音e时，声道近似是均匀的。）L=17cm，声道的长度n=1,2,3 … 称为第一共振峰F1=500Hz 、第二共振峰F2=1500Hz 、第三共振峰F3=2500Hz ，…c=340m/s2n-14Lc第十五页，共十七页。 语音的基本单位Phoneme (abstract, 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 主题文章第十六页，共十七页。 ☆ F0 =1/Tp，基音频率，由声带的质量来决定。 ☆ F0的大小决定了声音的高低，称为音高。 ☆