Характеристики речевых сигналов

Звеньями тракта передачи речевых сообщений являются звуковые (акустические) поля, которые образуются в воздушных пространствах между преобразователями и органами речи и слуха человека.

Энергетическими характеристиками звукового поля являются звуковое давление Р и интенсивность звука J. При нормальном атмосферном давлении и температуре 20°С плотность воздуха =1,205 кг/м³ и скорость звука с =344 м/с. Для этих условий получены выражения для Р и J, имеющие практическое значение:

, (3.1)

(3.2)

Спектр мощности сигнала речи имеет максимум вблизи частоты 4000Гц и спадает на более высоких частотах со скоростью около 9дБ на октаву. В соответствии с рекомендациями МСЭ-Т при обработке сигналов речи ограничиваются интервалом частот 300-3400Гц.

Длительность звуков речевого сигнала составляет от нескольких десятков до нескольких сотен миллисекунд при среднем значении 130 мс, причем среднее значение для гласных звуков 210 мс, а для согласных 95 мс.

Мгновенный уровень речевого сигнала изменяются в диапазоне 35-40дБ. При этом уровень согласных в среднем на 20дБ ниже уровня гласных.

Слуховое ощущение прироста громкости звука подчиняется психофизиологическому закону Вебера-Фехнера, по которому прирост ощущения пропорционален логарифму отношения раздражений.

Для получения прироста ощущения в децибелах коэффициент пропорциональности принимают равным десяти.

Для определения уровня интенсивности и звукового давления на любой частоте приняты интенсивность нулевого уровня J₀=10^-12 Вт/м² и звуковое давление нулевого уровня .

Величины J₀ и Р₀ приблизительно соответствуют минимальной интенсивности и минимальному звуковому давлению, воспринимаемыми человеческим ухом в области частоты 1000Гц. Таким образом, уровни интенсивности и звукового давления, измеряемые в децибелах, определяются по формуле:

, (3.3)

Область звуковых ощущений у человека лежит между порогом слышимости и порогом болевого ощущения.

Порог слышимости – минимальный уровень звукового сигнала (порог чувственности), общепринятый начальный уровень P₀=20 мкПа. Уровень звукового давления обозначается SPL и для порога слышимости составляет 0дБ SPL.

Порог болевого ощущения – максимальный уровень, который соответствует звуковому давлению примерно 200 Па и составляет примерно 140дБ SPL.

Реальные примеры уровней звукового давления показаны на рисунке 3.1.