DE2019280C3 - Elektrische Schaltungsanordnung zur Sprachsignalanalyse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Schaltungsanordnung zur Sprachsignalanalyse mit zwei parallelen Übertragungskanälen, die jeweils ein For* mantfilter zum Entfernen einer Formantfrequenz aus dem ihm zugeführten Sprachsignal und eine Formanterkennungsschaltung zum Erzeugen eines der im Ausgangssignal des Formantfilters verbleibenden Formantfrequenz entsprechenden Steuersignals enthalten.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung dieser Art werden an den Ausgängen der Übertragungskanäle Signale erzeugt, die einer gewünschten Formantfrequenz entsprechen. Zu diesem Zweck werden die Sprachsignale zunächst gefiltert, und aus den gefilterten Signalen werden der Formantfrequenz entsprechende Signale abgeleitet Die einzelnen Kanäle sind dabei unabhängig voneinander, und es gibt keine gegenseitige Einwirkung eines Übertragungskanals auf einen anderen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art so auszugestalten, daß bei besonders einfachem Aufbau gleichzeitig Signale, die Formantfrequenzen entsprechen, und Signale, die der Tonhöhe des zu analysierenden Sprachsignals entsprechen, erzeugt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Steuersignal aus der Formanterkennungsschaltung eines Übertragungskanals an das Fonnantfilter des jeweils anderen Übertragungskanals zur Steuerung seiner Sperrkennlinie angelegt ist und daß eine mit dem Sprachsignal gespeiste, vom Ausgangssignal wenigstens einer Formanterkennungsschaltung gesteuerte Meßvorrichtung zur Erzeugung eines die Tonhöhenfrequenz des Sprachsignals anzeigenden Signals vorhanden ist Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung

wird das Sprachsignal in jedem Übertragungskanal zunächst in einem Fonnantfilter gefiltert, das eine von zwei angenommenen Formantfrequenzen aus dem Sprachsignal entfernt Diese Filter sind hinsichtlich ihrer Sperrkennlinie steuerbar, was bedeutet, daß mittels

J5 eines dem Filter zugeführten Steuersignals die Lage des Minimums der Filterkurve verschoben werden kann. Nach der Filterung enthält das Ausgangssignal des entsprechenden Formantfilters nur noch eine Formantfrequenz, aus der in der Formant6ij:ennungsschaltung

ein Signal erzeugt wird, das der nach der Filterung noch vorhandenen Formantfrequenz entspricht Mit Hilfe dieses Signals wird die Sperrkennlinie des Formantfilters des jeweils anderen Kanals in der geschilderten Weise eingestellt Dies bedeutet also, daß das Ausgangs-

« signal eines Kanals jeweils auf den anderen Kanal einwirkt und in diesem die Sperrkennlinie des Formantfilters steuert Zur Erzeugung eines Signals, das die Tonhöhe des Sprachsignals angibt, dient in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eine Meß-

vorrichtung, die mit dem Ausgangssignal wenigstens eines Kanals gespeist wird. Die von der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung abgegebenen Signale können in einfacher Weise übertragen werden, und sie können an einem Empfangsort zur Sprachsynthese

eingesetzt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert Es zeigt

Fig, 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Kennlinie eines Formantfilters, wie es in der Schaltungsanordnung von F i g. 1 verwendet wird,

F i g. 3 ein Blockschaltbild eines Ausfuhrungsbeispiels einer Formanterkennungsschaltung und

Fig.4 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanord-

In F i g, 1 ist ein Sprachsignal SP dargestellt, das gemeinsam den Eingängen von zwei Formantfilter!! F-1 und F_2 zugeführt wird, die in zwei getrennten Kanälen enthalten sind. Diese Filter weisen Kennlinien auf, wie sie durch die ausgezogene Linie in Fig.2 dargestellt sind. Die Frequenz, bei der das Minimum der in F i g. 2 dargestellten Kennlinie liegt, entspricht einer Formantfrequenz, die im Sprachsignal SP enthalten ist, die Frequenz, bei der das Minimum liegt, kann in jedem ι ο Filter F_i und F_2 mittels entsprechender Steuerspannungen verändert werden, die Ober Steuerleitungen Q und C₂ zugeführt werden. Auf diese Weise entfernen die Filter F_i und F_2 die Formantfrequenzen (gemäß der gestrichelten Linie von F i g. 2), auf die sie abgestimmt ι ■> sind, so daß der Ausgang jedes Filters F-\ und F_₂ ein Sprachsignal liefert, das nur eine Formantfrequenz enthält Die Ausgänge der Filter F-\ und F_₂ werden Formanterkennungsschaltungen Firund F₂Tzugeführt, die sich langsam ändernde Signale S; und S₂ erzeugen, die für die Formanurequenzen f\ und f₂ repräsentativ sind. Die Signale S\ und Si werden zu den Fonnantfiltern F-2 und F_i zu Steuerzwecken zurückgeführt Die Signale Si und S₂, werden auch den Steuereingängen der Filter F-ii und F-22 zugeführt, die einer Meßvorrichtung angehören und hintereinander geschaltet sind; diesen Filtern wird ebenfalls das Sprachsignal SP zugeführt Diese Filter F_n und F-22, deren Übertragungsfunktionen zwei Nullstellen aufweist, unterdrükken Formanten mit den Formantfrequenzen /i und & J" und es bleibt das Larynx-Signal /0 übrig. Eine Anzeige der Stimmlagenfrequenz oder der Tonhöhenfrequenz kann mittels einer Stimmlagenmeßeinrichtung C₀ erhalten werden, wobei diese Einrichtung die Form einer Impulszählvorrichtung haben kann; es kann auch a von Autokorrelationsverfahren Gebrauch gemacht werden, um die Periodizität des Larynx-Signals zu messen. Das Verfahren der Messung der Periodizität unter Verwendung der Autokorrelation ist an sich bekannt und beruht im Grunde auf einer variablen Verzögerungsschaltung, der das zu messende Signal zugeführt wird, wobei das Ausgangssignal der variablen Verzögerungsschaltung und das tatsächliche Signal miteinander multipliziert werden und das Ergebnissignal dann integriert wird. Durch eine Veränderung der Verzögerung der variablen Verzögerungsschaltung vom Verzögerungswert Null aus verändert sich das integrierte Ausgangssignal von einem Maximalwert zu einem Minimalwert und wieder zurück auf einen Maximalwert, und aus der Verzögerung, die erforderlich ist, um das Ausgangssignal des Integrators von einem Maximum zum nächsten zu verändern, kann eine Anzeige der Periodizität erhalten werden.

Bei der Übertragung der Sprache können ein Signal, welches die Tonlagenfrequenz oder die Stimmlagenfrequenz darstellt, und von der Meßeinrichtung Co abgegeben wird, und die Signale Si und S₂, die die Formantenfrequenzen f\ und /2 darstellen, über eine Telefonleitung übertragen, und zur Steuerung einer Sprachsyntheseschaltung am Empfangsort verwendet werden, die die Sprachsignale SP wiederherstellt Andere Steuersignale zur Erzeugung von Tönen, die nicht von der Larynx ausgehen (beispielsweise Pfeifoder Zischlaute), die jedoch von den Zähnen und Lippen ausgehen, können ebenfalls bei der Wiederherstellung des Sprachsignals verwendet werden.

In Fig.3 ist eine Formanterkennungsschaltung dargestellt, die bei der in F i g. 1 gezeigten Schaltung verwendet werden kann. Die Forrnanterkennungsschaltung besteht aus einem Filter F, wo zwischen dessen Eingang F, und Ausgang Fo ein phasenempfindlicher Gleichrichter PSR eingeschaltet ist Das Ausgangssignal dieses phasenempfindlichen Gleichrichters PSR wird mittels der Integrationsschaltung /TV integriert, und das integrierte Ausgangssignal wird mittels eines Verstärkers HG mit hoher Verstärkung verstärkt und zum Filter F zurückgeführt, um dessen Kennlinie zu steuern. Das Rückkopplungssignal zum Filter Fbefindet sich auf dem Minimalwert, wenn die Filterkennlinie genau auf die Formantenfrequenz, die gemessen wird, eingestellt ist, Das Rückkopplungssignal zum Filter F wird ferner als weiteres Ausgangssignal Fo' verwendet Das Ausgangssignal F₀ des in Fig.3 dargestellten Formantenregisters entspricht den Ausgangssignalen Si oder S₂ in F i g. 2, während das Ausgangssignal Fo dem Ausgang entspricht, der in F i g. 1 gestrichelt dargestellt ist Das Ausgangssignal F₀' entspricht dem Larynx-Signal, so daß eine Anzeige der Tonlagen- οφ*· Stimmhöhenfrequenz mittels einer Toniagenfrequenzineßeinrichtung Ca erreicht werden kann, wie bei der in F i g. 1 dargestellten Schaltung. Die Ausgangssignale Fo' von beiden Formanterkennungsschaltungen oder von einer Formaoterkennungsschaltung können verwendet werden, um eine Anzeige der Tonhöhen- oder Stimmlagenfrequenz zu erhalten. Wenn dieser Typ der Formanterkennungsschaltung in der in F i g. 1 dargestellten Schaltung verwendet wird, kann die Anordnung der Filter F-ti und F-22 zur Erzeugung einer Anzeige der Stirnmlagenfrequenz fortgelassen werden.

In Fig.4 ist eine weitere Abwandlung der in Fig. 1 dargestellten Anordnung gezeigt Die in F i g. 4 gezeigte Schaltung ist zur Behandlung einer Dreiformanten-Sprache geeignet; und es werden drei Ausgangssignale Si, S₂ und S₃ mit den Formantenfrequenzsn f\, h und /3 erzeugt Wie bei der Anordnung in F i g. 1 wird das Sprachsignal SP den Formantfiltern F_i urid F_2 zugeführt, die Kennlinien haben, die den Formantenfrequenzen /ι und h entsprechen. Da angenommen wird, dai> das Sprachsignal SP eine Dreiformantensprache enthält, weist das Ausgangssignal des Filters F-1 die Formantenfrequenzen /i und /3 auf, während das Ausgangssignal des Filters F-2 ein Sprachsignal ist, das die Formantenfrequenzen f\ und H enthält Das Ausgangssignal des Filters F-₂ wird einem Hochpaßfilter HPi und einem Tiefpaßfilter LPi zugeführt Das Hochpaßfilter HPi ist derart ausgebildet, daß es die Formantenfrequenz /3 durchläßt, während es die Formantenfrequenz./1 sperrt; das Tiefpaßfilter LPi läßt die Formantenfrequenz /1 hindurch, jedoch nicht die Formantenfrequenz & Pas Ausgangssignal des Tiefpaßfilter·; LPi wird einer Formanterkennungsschaltung F\_T zugeführt, die ein Ausgangssignal Si erzeugt, das für die Formantenfrequer:! f\ charakteristisch ist Das Ausgangssignal des Hochpaßfilters HPi wird einer weiteren Formanterkennungsschaltung Fit zugeführt, die ein Ausgangssignal 53 erzeugt, das die Formantenfrequenz /3 kennzeichnet

Das Ausgangssignal des Formantfilters F~\ wird einem weiteren Formantfilter F_₃ zugeführt, dessen Ausgangssignal ein Sprachsignal ist, das lediglich die Formantenfrequenz /2 enthält; und dieses Sprachsignal wird einer Formanterkennungsschaltung Fjr zugeführt, deren Ausgangssignul Sj der Formantenfrequenz A entspricht Die Ausgangssignale Si, S₂ und S₃ werden den Formantfiltern F-1, F-2 und F_₃ zugeführt, damit deren Kennlinien gesteuert werden. Außerdem werden

sie den Formanfiltern F- w, F-n und F-33 zugeführt. Die Filter F_ _n, F-22 und F_» sind in Kaskade geschaltet und das Sprachsignal SP wird dem Eingang des Filters F- u zugeführt Das Ausgangssignal /0 des Filters F-33 entspricht dem Larynx-Signal, eine Anzeige der Stimmlagenfrequenz kann wiederum mittels der StimmlagenfrequenzmeBeinrichtung C₀ wie bei der in F i g. I dargestellten Ausführungsform erhalten werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektrische Schaltungsanordnung zur Sprachsignalanalyse mit zwei parallelen Übertragungskanälen, die jeweils ein Formantfilter zum Entfernen einer Formantfrequenz aus dem ihm zugeführten Sprachsignal und eine Formanterkennungsschaltung zum Erzeugen eines der im Ausgangssignal des Formantfilters verbleibenden Formantfrequenz entsprechenden Steuersignals enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal aus der Formanterkennungsschaltung (F\t, Fit) eines Übertragungskanals an das Formantfilter (F-\, F-₂) des jeweils anderen Übertragungskanals zur Steuerung seiner Sperrkennlinie angelegt ist und daß eine mit dem Sprachsignal (SP) gespeiste, vom Ausgangssignal wenigstens einer Formanterkennungsschaltung gesteuerte Meßvorrichtung (F- n, F-22, G,) zur Erzeugung eines die Tonhöhenfrequenz des Sprachsignais (SP) anzeigenden Signals vorhanden ist

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Formantfilter (F-\, F-2) und der Formanterkennungsschaltung (F\_T, Fit) eines der parallelen Kanäle ein Tiefpaßfilter (LPi) in Serie geschaltet ist, daß der Ausgang des Formantfilters dieses einen Kanals mit einem Hochpaßfilter (HP 1) verbunden ist, dessen Ausgang mit einer weiteren Formanterkennungsschaltung (Fij) verbunden ist, daß der andere Kanal ein weiteres Fonnantfilter (F-₃) enthält und daß das Ausgangssignal der weiteren Formanterkennungsschaltung (F₃τ) an das weitere Formantfilter (F-₃) zu dessen Steuerung angelegt ist

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Formanterkennungsschaltung ein Filter (F), einen phasenempfindlichen Gleichrichter (PSR), der mit den Eingangssignalen und den Ausgangssignalen des Filters (F) gespeist ist, und eine Integrationsschaltung (IN) zum Integrieren des Ausgangssignals des phasenempfindlichen Gleichrichters (PSR) aufweist

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang jeder Formanterkennungsschaltung mit einem weiteren, in Kaskade geschalteten Formantfilter verbunden ist, daß an den Eingang dieses weiteren Formantfilters das Sprachsignal angelegt ist und daß zur Anzeige der Tonhöhenfrequenz das Ausgangssignal der in Kaskade geschalteten Formantfilter ausgewertet wird.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung eine Impulszählvorrichtung enthält

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung eine Autokorrelationsvorrichtung zum Anzeigen der Periodizität der zugeführten Signale enthält