vẽ tín hiệu đáp ứng tần số của tuyến âm có 3 hộp cộng hưởng mắc nối tiếp

vẽ tín hiệu đáp ứng tần số của tuyến âm có 3 hộp cộng hưởng mắc nối tiếp

Lời nói đầu

Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật , đặc biệt

là ngành công nghệ thông tin Các phương tiện truyền thông đa phương tiện phát triển càng mạnh mẽ và đóng vai đò khá quan trọng Trong đó

xử lý tiếng nói đóng vai trò then chốt

Bài tập lớn của nhóm chúng em là vẽ tín hiệu đáp ứng tần số của tuyến

âm có 3 hộp cộng hưởng mắc nối tiếp Đó là 1 đề tài thật sự hữu ích cho chúng em trong học tập cũng như cho công việc sau này Qua đây chúng em hiểu rõ hơn về tuyến âm và các hàm xử lý fourier

Cuối cùng chúng em chân thành cảm ơn : Thầy giáo PGS.TS Trịnh Văn Loan đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng em hoàn thành bài tập lớn này

Nhóm 2

Đề bài:

Tuyến âm được xem như các mạch côông hưởng mắc nối tiếp với nhau Hãy xây dựng tuyến âm gồm 3 mạch côông hưởng ở các tần số F1 = 881Hz, F2 = 1532Hz, F3 = 2476Hz Dải thông tương ứng là B1 = 177Hz, B2 = 119Hz, B3 = 237Hz

Tần số lấy mẫu là 10000Hz

Vẽ dạng đáp ứng tần số của tuyến âm xây dựng trên

Tần số formant, dải thông, tần số và biên đôô côông hưởng được xem là các tham số có thể thay đổi Vẽ lại dạng đáp ứng tần số của tuyến âm mỗi khi thay đổi các tham số trên

I Cơ sơ lý thuyết :

Tiếng nói là một đặc trưng chỉ có ở con người do đó để nghiên cứu về xử lý tiếng nói trước tiên ta phải hiểu được cấu trúc vật lý của tiếng nói và cơ chế tạo tiếng nói của con người

Âm thanh thường được chia thành ba nhóm: âm thanh tiếng nói(voiced sounds),

âm thanh không là tiếng nói( unvoiced sounds) và các phụ âm dừng (stop-consonants) Các nguyên âm(Ví dụ như /a/,/e/,/i/) và các âm mũi(/n/, /m/ ) là

âm thanh tiếng nói, các phụ âm xát (fricatives) (/s/,/h/,/f/) là ví dụ của âm thanh không là tiếng nói , và các âm bật (plosives) (/k/, /p/, /t/) thuộc về nhóm phụ âm dừng

Quá trình tạo tiếng nói bắt đầu từ phổi, nơi mà luồng khí xuất phát Âm thanh được hình thành trong quá trình luồng khí đi qua thanh quản và vùng phát âm (vocal tract) Thanh quản bao gồm sụn thanh quản, hốc phát âm và sụn phễu (arytenoid cartilage) Vùng phát âm có thể được chia thành ba phần: họng, khoang mũi, miệng Lưỡi, vòm miệng, hàm dưới và môi có ảnh hưởng nhất trong vùng phát âm và do đó tạo nên sự phân biệt của âm thanh Sơ đồ tổ chức

sự tạo tiếng nói được biểu diễn ở Hình 1

Tuỳ thuộc vào trạng thái hoạt động của các hốc phát âm, các âm thanh có thể được chia thành hai nhóm lớn như sau:

Thứ nhất, khi các hốc phát âm đóng mở theo chu kỳ thì sẽ tạo ra một chuỗi các xung (xung thanh môn) Điều này là cho âm thanh trong trường hợp này có đặc trưng của tiếng nói đó là: tính chu kỳ trong thời gian và cấu trúc điều hoà trong tần số

Thứ hai là các hốc phát âm chỉ mở, hình thành luồng khí chuyển động không đều giữa các hốc và âm thanh lúc này là nhiễu Các âm thanh mà không phải là tiếng nói được hình thành theo cách này Các phụ âm dừng được sinh ra ngay khi các hốc phát âm đóng lại

Mô hình tiếng nói có thể chia thành hai khái niệm khác nhau: Mã hoá hạng sóng (waveform coding) và mã hoá nguồn (source coding) Ban đầu, người ta đã

cố gắng để mô phỏng tất cả hiện tượng và tín hiệu của chúng như bản thân chúng vốn có; trong xử lý tiếng nói điều này tương ứng với mã hoá theo dạng

sóng Mã hoá theo dạng sóng đó là cố gắng bảo toàn hình dạng sóng ban đầu và việc mã hoá đươc dựa vào lượng tử hoá và rút gọn dạng sóng Mặt khác thì người ta thường có xu hướng chia mục đích nghiên cứu thành các phần nhỏ hơn,

và phân tích và mô hình các phần đó Từ những phần đó mà người ta tập hợp lại thành chủ đề mà cần nghiên cứu Chính điều này đã dẫn tới khái niệm mã hóa nguồn, mô hình hoá tiếng nói bằng các tham số khác nhau

Một nguồn tạo tiếng nói thường được mã hoá như sau:

S(z) = E(z)G(z)V(z)L(z), trong đó E(z) là hàm tác động cho G(z) là mô hình hình dạng của thanh môn, cho L(z) là mô hình sóng tại môi, V(z) là mô hình vùng phát âm Thường thì G(z), V(z) và L(z) được kết hợp thành hô hình cho vùng phát âm Hàm E(z) trong miền thời gian là e(n) được gọi là nguồn kích và

nó có thể là chuỗi các xung hoặc nhiễu ngẫu nhiên

Việc kích của âm thanh tiếng nói thường được mô hình bằng một chuỗi các xung, còn việc kích của âm thanh không là tiếng nói thì sử dụng kích nhiễu ngẫu nhiên

Tiếng nói có thể được xem xét như quá trình dừng cục bộ Tuy nhiên, các phần của tiếng nói, ví dụ như các âm thanh tiếng nói (như đã phân chia ở trên) có thể được xem như các tín hiệu xác định Tín hiệu tiếng có chu kỳ riêng biệt theo thời gian lại theo một khuôn dạng, ở đó mẫu thứ n liên quan tới các mẫu gần với

nó (các mẫu có tương quan với nhau)

Do đó mãu thứ n có thể được dự đoán từ các mãu trước đó, hay mẫu s(n) có thể được biểu diễn bởi các mẫu s(n-k), 1<=k<=p Đặc trưng dừng cục bộ của các tín hiễu được thể hiện trong việc dự đoán tuyến tính (LP), tức là mẫu s(n) được

biểu diễn như tổ hợp của các mẫu trước đó Việc dự đoán này được tối ưu bởi sự cực tiểu hoá lỗi tiên đoán Dựa vào các tham số việc tiên đoán, các thuộc tính khác nhau của một đoạn tiếng nói có thể được mô hình với tiên đoán tuyến tính

Hình 1: Tổ chức tạo tiếng nói

Từ việc nghiên cứu cơ chế tạo tiếng nói của con người, người ta đã mô hình hoá được quá trình tạo tiếng nói trong miền thời gian đã được rời rạc hoá (Hình 2)

Hình 2: Mô hình rời rạc theo thời gian của việc tạo tiếng nói

II Xây dựng tuyến âm

Hàm truyền đạt của bôô lọc số ở tần số format Fk được cho bởi:

Trong đó:

T: Chu kì lấy mẫu

2σk : Dải thông (Bk)

Tìm phương trình sai phân mô tả quan hêê giữ tín hiêêu ra y k (n) và tín hiêêu vào x k (n):

Từ hàm truyền đạt Hk(z) ta có:

Sử dụng biến đổi z-1:

ta có:

Đăôt:

Ak = -2.|zk|.cosθk ; Dk = | zk|2

Ck =

Ta có:

(n) + Ak (n - 1) + Dk (n - 2) = Ck (n)

 (n) = Ck (n) – Ak (n-1) – Dk (n-2)

Đây là phương trình sai phân mô tả quan hêô giữa tín hiêôu ra (n) và tín hiêôu vào (n)

Xây dựng tuyến âm từ phương trình sai phân:

Tuyến âm gồm 3 mạch côông hưởng mắc nối tiếp nhau có phương trình sai phân như sau:

III Đáp ứng tần số của tuyến âm

Từ phương trình sai phân ta có:

yk(n) = Ck.x(n) – Ak.yk(n-1) – Dk.yk(n-2)

 yk(n) + Ak.yk(n-1) + Dk.yk(n-2) = Ck.x(n)

Biến đổi Fourier:

x(n – n0)  e-jnow.x(ejw)

Ta có:

Z -1

Z -1

+

x(n 1 )

c1

Yk(ejw) + Ake-jw.Yk(ejw) + Dk.e-2jw.Yk(ejw) = Ck.Xk(ejw)

Vâôy:

Đăôt Pk =

Qk =

Tuyến âm gồm 3 mạch côông hưởng nên:

IV Chương trình mô phỏng:

Chươn trình được viết trong môi trường Android:

Hình 3: Giao diện chính của ứng dụng

Hình 4: Đáp ứng biên độ của tuyến âm

Hình 5: Đáp ứng pha của tuyến âm

Các hàm tính chuỗi Fourier của H1(ejw), H2(ejw), H3(ejw) và H (ejw) như sau:

}

}

}

Bk)*Math.cos(4* PI*F*Ts));

}

Bk)*Math.sin(4* PI*F*Ts));

Math.pow(Reality(F, Fk, Bk),2)));

}

}

C = Ck(F1, B1) * Ck(F2, B2) * Ck(F3, B3);

MS = (Math.pow(Reality(F, F1, B1),2) +

Math.pow(Imaginary(F, F1, B1),2)) * (Math.pow(Reality(F, F2, B2),2) + Math.pow(Imaginary(F, F2, B2),2)) * (Math.pow(Reality(F, F3, B3),2) + Math.pow(Imaginary(F, F3, B3),2));

RealNum = Reality(F, F1, B1)*Reality(F, F2, B2)*Reality(F, F3, B3)

- Reality(F, F1, B1)*Imaginary(F, F2, B2)*Imaginary(F, F3, B3)

- Imaginary(F, F1, B1)*Reality(F, F2, B2)*Imaginary(F, F3, B3)

- Imaginary(F, F1, B1)*Imaginary(F, F2, B2)*Reality(F, F3,

B3);

ImageNum = Reality(F, F1, B1)*Reality(F, F2, B2)*Imaginary(F, F3,

B3) + Reality(F, F1, B1)*Imaginary(F, F2, B2)*Reality(F, F3,

B3) + Imaginary(F, F1, B1)*Reality(F, F2, B2)*Reality(F, F3,

B3)

- Imaginary(F, F1, B1)*Imaginary(F, F2, B2)*Imaginary(F,

F3, B3);

}

double RealNum, ImageNum;

RealNum = Reality(F, F1, B1)*Reality(F, F2, B2)*Reality(F, F3,

B3)

- Reality(F, F1, B1)*Imaginary(F, F2, B2)*Imaginary(F,

F3, B3)

- Imaginary(F, F1, B1)*Reality(F, F2, B2)*Imaginary(F,

F3, B3)

- Imaginary(F, F1, B1)*Imaginary(F, F2, B2)*Reality(F,

F3, B3);

ImageNum = Reality(F, F1, B1)*Reality(F, F2, B2)*Imaginary(F,

F3, B3) + Reality(F, F1, B1)*Imaginary(F, F2, B2)*Reality(F,

F3, B3) + Imaginary(F, F1, B1)*Reality(F, F2, B2)*Reality(F,

F3, B3)

- Imaginary(F, F1, B1)*Imaginary(F, F2,

B2)*Imaginary(F, F3, B3);

}

Hàm vẽ đồ thị:

package com.example.firstandroidproject;

//Sử dung thư viện mã nguồn mở GraphView để vẽ đồ thị

LinearLayout layout ;

String title = "" ;

@Override

setContentView(R.layout.activity_graph);

Bundle extra = getIntent().getExtras();

if(extra == null){

}

tinh = new tinhtoan();

data = new GraphView.GraphViewData[num];

layout = (LinearLayout) findViewById(R.id.layout);

if(rbBiendo == true){

title = "Ðáp ứng biên độ" ;

for(int i=0;i<num;i++){

data [i] = new

GraphView.GraphViewData(50*i, tinh AmpH(50*i,f1,b1,f2,b2,f3,b3));

}

exampleSeries = new GraphViewSeries( data );

}

title = "Ðáp ứng pha" ;

for(int i=0;i<num;i++){

data [i] = new

GraphView.GraphViewData(50*i, tinh PhaseH(50*i,f1,b1,f2,b2,f3,b3));

}

exampleSeries = new GraphViewSeries( data );

} GraphView graphView = new LineGraphView(

, title // heading

);

graphView.addSeries( exampleSeries );

graphView.getGraphViewStyle().setGridColor(Color.GREEN);

graphView.getGraphViewStyle().setHorizontalLabelsColor(Color.WHITE); graphView.getGraphViewStyle().setVerticalLabelsColor(Color.WHITE);

graphView.getGraphViewStyle().setTextSize(40);

graphView.getGraphViewStyle().setNumHorizontalLabels(5);

graphView.getGraphViewStyle().setNumVerticalLabels(4);

layout addView(graphView);

layout setBackgroundColor(Color.BLACK);

}

}

Kết luâôn

Chương trình chạy ổn định, giao diêôn thân thiêôn, bố trí hợp lý Rất mong nhâôn được những lời góp ý của thầy

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy!

Nhóm sinh viên

Phạm Quang Tùng Nguyễn Văn Công