Akustische Modelle der Sprachproduktion Inhalt Grundlagen, Begriffe Signal, System, Frequenz, Amplitude, Phase, Spektrum Abtastung, Quantisierung Akustische Modelle der Sprachproduktion Röhrenmodell Quelle-Filter-Modell Formantverschiebung (Perturbation Model) spektrale Merkmale der Lautklassen Spektralanalyse Grundfrequenzanalyse

beschäftigt sich mit der Signalverarbeitung und Sprachkommunikation Sprachakustik beschäftigt sich mit der Signalverarbeitung und Sprachkommunikation Gebiete: Spracherzeugung, Vokaltraktmodelle Sprachsignalanalyse Sprachwahrnehmung, Sprachverständlichkeit und -güte Sprach- und Toncodierung Sprachsynthese Störsignalunterdrückung, robuste Sprachsignalverarbeitung Spracherkennung Sprechererkennung

Grundlagen und Begriffe Signal analoges (zeit- und wertekontinuierlich) modulierte Signale: amplituden-, frequenzmoduliert digitales (zeitdiskret und wertediskret) Signalparameter Frequenz Amplitude Phase Dämpfung System Spektrum

Frequenz, Amplitude, Phase Frequenz = 1 / Periodendauer = wie oft pro Sekunde wiederholt sich die Schwingung Einheit 1/s = Hertz = Hz Amplitude = Grad der Auslenkung Phase [Grad] = Schwingungszustand der Welle an best. Ort zu best. Zeitpunkt Amplitude = maximale Auslenkung der Schwingung/Welle Bei Schall: Spannung, die vom Mikrofon geliefert wird

Wellen mit gleicher Phase Phasenverschiebung Wellen mit gleicher Phase Wellen mit verschiedener Phasenlage Auslöschung Staubsauger

Analoge und digitale Signale

Amplitudenmodulation (AM) amplitudenmoduliertes Signal hochfrequentes Trägersignal niederfrequentes Nutzsignal einfache Erzeugung und Rückgewinnung Träger- und Nutzfrequenz werden multipliziert und dann zur Trägerfrequenz addiert Modulationsgrad wie stark die Amplitude beeinflusst wird Warum Amplitudenmodulation: Um mehrere Nutzsignale gleichzeitig in einem verfügbaren Frequenzband zu übertragen sehr weite Übertragung von niederfrequenten Signalen Beispiel: Rundfunk-AM (Lang-Mittel-Kurzwelle) – jeder Sender 2x4,5kHz = 9 kHz Bandbreite CB-Funk Amateurfunk Flugnavigation Addition = Überlagerung = Interferenz

Frequenzmodulation (FM) frequenzmoduliertes Signal Nutzsignal verändert die Frequenz des Trägersignals (Phase wird ebenfalls beeinflusst) Vorteile gegenüber AM: größerer Dynamikumfang des Nutzsignals möglich geringere Störanfälligkeit Anwendung: Funktechnik: störungsarme, drahtlose Übertragung von Rundfunkprogrammen (UKW), Sprechfunk Fernsehton, bei SECAM auch Farbinformation Videosignal beim Videorekorder (auch Ton bei Hifi-Video) Messtechnik, Rasterverfahren der Drucktechnik Sprechfunk = Handfunkgeräte, Mobilfunkgeräte und Feststationen z.B. CB-Funk, Taxi-Funk, teilweise Bahn-Funk, Walkie-Talkies, BOS-Funk (Behörden und Organisationen), Bündelfunk, Flugfunk, Seefunk, teilweise Amateurfunk ... Rasterverfahren in der Drucktechnik: frequenzmodulierte Rasterung: sehr kleine Bildpunkte, gleiche Größe, unterschiedlich dichte Streuung der Punkte helle Stellen: wenige Punkte, dunkle Stellen: viele Punkte  detailreichere Wiedergabe,  Vermeidung von Moiré-Effekten Ermöglicht geringere Auflösung bei gleicher Qualität Amplitudenmodulierte Rasterung: Variation der Punktgrößen und Rasterwinkel FM in der Natur: best. den charakt. Klangeindruck von Klangkörpern mit großen Flächen (z.B. Glocken, Gong, Röhren, Platten, Bleche) im Unterschied zu eindimensionalen Schwingkörpern (Saiten, Orgelpfeifen) Metallblech = steif, wehrt sich gegen Verbiegen wellenförmiges Metallblech – ist quer zu den Wellen noch steifer

Bild FM Modulation: mit einem abstimmbaren Schwingkreis (Änderung der Resonanzfrequenz) Demodulation: erst Amplitude konstant machen (kann durch Übertragungsfehler schwanken, steckt aber keine Info drin) meist nicht direkt, sondern über Umwandlung in AM oder Pulsmodulation Kenngrößen: Frequenzhub (=Änderung der Trägerfrequenz) Änderung des Phasenwinkels

Frequenzmoduliertes Signal Gestrichelt = Nutzsignal Linie = moduliertes Signal Nutzsignal = Kosinus Trägersignal hat 15fache Frequenz des Nutzsignals am Min. des Nutzsignals ist die Frequenz des modulierten Signals am geringsten am Nulldurchgang des Nutzsignals haben unmoduliertes Trägersignal und unmoduliertes Signal die gleiche Frequenz Frequenz des Nutzsignals wird durch die f-Änderung des Trägers bestimmt Amplitude des Trägers ist abhängig von der f-Änderung (Hub) (beide direkt proportional) je größer f und A des Nutzsignals sind, desto mehr Bandbreite wird benötigt

ungedämpfte Schwingung gedämpfte Schwingung Dämpfung ungedämpfte Schwingung in der Natur nicht vorhanden, nur technisch erzeugt gedämpfte Schwingung Normalfall gleichbleibende vs. abnehmende Amplitude je stärker die Dämpfung, desto schneller nimmt die Amplitude ab Ursache: Energieverlust durch Reibung, Wärmeentwicklung ...

Systeme in der Signalverarbeitung Eingangssignal wird verändert wieder ausgegeben Ausgangssignal ist Funktion des Eingangssignals  Übertragungsfunktion  Transformationsvorschrift  Operator Eigenschaften: Komplexität Dynamik Wechselwirkung mit dem Umfeld Determiniertheit Stabilität Energiezufuhr diskret – kontinuierlich zeitvariant – zeitinvariant Linearität geregelt – ungeregelt adaptiv autonom denkend Lernend ...

Aufbau eines Systems