College 7: Stemvorming en Geluid

Presentatie over: "College 7: Stemvorming en Geluid"— Transcript van de presentatie:

1 College 7: Stemvorming en Geluid
Eerste uur: bouw van de larynx aerodynamische myo-elastische theorie van stemvorming stemvorming en fonologie Tweede uur: parameters geluid bron-filter theorie spraakmachines

2 Bouw van de Larynx

3 Anatomie van de larynx

4 Anatomie van de larynx

5 Anatomie van de larynx thyroid epiglottis cricoid trachea hyoid

6 Anatomie van de larynx glottis thyroid cricoid arytenoid

7 Anatomie van de larynx

8 Anatomie van de larynx

9 Anatomie van de larynx 5 3 1 2 4 epiglottis hyoid thyroid thyroid
stembanden arytenoiden cricoid cricoid 1 2 trachea cricoid arytenoid glottis thyroid 4

10 Anatomie van de larynx

11 Anatomie van de larynx

12 Anatomie van de larynx

13 Biologische functie larynx
toevoer/afvoer lucht-longen verhinderen dat voorwerpen in de longen komen verwijderen van voorwerpen die per ongeluk in de luchtpijp zijn gekomen

14 Bij mens nevenfunctie: stemvorming
Door het periodiek open en dicht gaan van de glottis: periodieke variatie in de luchtdruk in de mond-keelholte Zichtbaar gemaakt m.b.v. stroboscopisch licht

15 Stemvorming

16 Stemvorming

17 Anatomie van de larynx

18 Wat drijft de stemvorming?
Mogelijkheid 1: De individuele openingen en sluitingen van de glottis worden direct door zenuwprikkels aangestuurd Geprepareerde larynx

19 Wat drijft de stemvorming?
Waarom is de glottale cyclus niet het gevolg van directe aansturing d.m.v. zenuwimpulsen? Hoge frequenties zenuwimpulsen zouden dan bereikt moeten worden Het blijkt mogelijk stemvorming te krijgen in een geprepareerde menselijke larynx

20 Wat drijft de stemvorming?
Mogelijkheid 2: De aerodynamisch-myoelastische theorie

21 Wat drijft de stemvorming?
De glottale cyclus is het gevolg van: drukvariaties aan weerszijden van de glottis spanning van de stembanden het Bernoulli-effect

22 Stemvorming volgens de Aerodynamisch-Myoelastische theorie (Van den Berg 1958):
1. subglottale druk loopt op en leidt tot opening van de glottis 3. Sluiting van de glottis doordat kracht van laryngale spieren > kracht a.g.v. subglottale druk 2. lucht ontsnapt door de geopende glottis  Bernoulli-effect en verlaging van de subglottale druk

23 Globale kenmerken: stemkwaliteit
normale fonatie vs. geen fonatie fluisterfonatie kraak/kraakstemfonatie falsettofonatie

24 Globale kenmerken: toonhoogte
Welke factoren bepalen de gemiddelde grondfrequentie waarmee de stembanden trillen (en daarmee de toonhoogte)? fysiologie sociale conventies (vnl. ondergrens bij vrouwen) spreekstijl (a.g.v. attitude, akoestische omstandigheden)

25 Globale toonhoogte, geslacht, en leeftijd

26 Globale toonhoogte en cultuur

27 Segmentele kenmerken laryngale kenmerken stemloos stemhebbend
aspiratie toonhoogte stemkwaliteit

28 Stemcontrasten in obstruenten
stemhebbende obstruenten gesloten, maar niet stijf aangedrukte stembanden relatief slappe stembanden verlaging van de larynx ( implosieven) verslapte wanden van farynx/gehele spraakbuis

29 Stemcontrasten in obstruenten
stemloze obstruenten gespreide of juist stijf aangedrukte stembanden relatief strakke stembanden enigszins verhoogde larynx verstrakte wanden van farynx/gehele spraakbuis

30 Stemfonologie

31 Stemfonologie

32 Toon, intonatie: het talig gebruik van toonhoogte
Melodisch (betekenisverschil door verschillen in melodie): accentfunctie markeringsfunctie

33 Fonologisch gebruik van melodie
Fonemisch gebruik van toon in het Shanghai-chinees: a) b)

34 Melodie als zinsaccent

35 De transcriptie van toon en intonatie
Methode 1: signaal + toonhoogte transcriptie [ ]

36 De transcriptie van toon en intonatie
Methode 2: signaal + toonhoogte transcriptie L+H* L-H% []

37 Geluid Geluid: trillingen van voorwerpen die door een medium (meestal lucht) worden voortgeplant en m.b.v. het gehoororgaan kunnen worden waargenomen

38 Geluid Geluid manifesteert zich als verstoringen van de barometrische (lucht)druk Een zuivere (of enkelvoudige) toon is periodiek, d.w.z. na T sec (een vaste tijd) is de verstoring van de barometrische druk exact hetzelfde; na T sec voert het trillende punt precies dezelfde beweging uit (periodieke trilling) zuivere toon komt nauwelijks voor (stemapparaat)

39 enkelvoudige golven

40 Oscillogram Een oscillogram is een registratie van de luchtdeeltjestrilling als een functie van de tijd

41 Parameters Geluid amplitude (A) (dB) luidheid periode (T) (sec) duur
Fysische grootheden Psychofysische grootheden meetbaar sensatie amplitude (A) (dB) luidheid max.waarde die de geluidsdruk aanneemt (max.uitwijking) periode (T) (sec) duur de tijd waarin het patroon zich herhaalt frequentie (F) (Hz) toonhoogte aantal trillingen per seconde

42 trillingstijd & amplitude
grondperiode

43 Decibel (dB) Eenheid van geluidsterkte. De amplitude of het volume of het niveau van een signaal wordt weergegeven in dB. 0 dB geeft de grens van het hoorbare aan. 130 dB is de pijngrens. Een normale spreekstem zit op dB.

44

45 Hertz (Hz) Meeteenheid voor frequenties, gemeten in trillingen per seconde. 1 Hertz is 1 trilling per seconde vaker gebruikt: eenheid Kilohertz (kHz): veelvouden van 1000 Hz Hoog: > 5 k; Laag: < 100 Hz

46 Waarneming geluid Gebied waarbinnen mensen geluid kunnen waarnemen is grofweg tussen 20 Hz - 20 kHz Het ‘klankspectrum’ neemt met het ouder worden af: een gemiddelde is ongeveer 40 Hz - 15 kHz

47 Waarneming geluid In frequentie toenemende sinusgolf 50-500 Hz
500 Hz - 5k 5 - 10k k > 15k

48

49 Geluid Infrasoon Geluid ultrasoon
F < 20 Hz 20 Hz < F < 20 kHz F > 20 kHz

50 Geluid Infrasoon Geluid ultrasoon
F < 20 Hz 20 Hz < F < 20 kHz F > 20 kHz puls (< 1/20 sec) stationair geluid voorbeeld puls: plofklanken: [p,t,k,b,d,]

51 Geluid Infrasoon Geluid ultrasoon
F < 20 Hz 20 Hz < F < 20 kHz F > 20 kHz puls stationair geluid enkelvoudige toon samengestelde trillingen (bevat 1 frequentie) (gelijktijdig meerdere frequenties) voorbeeld enkelvoudige toon: sinustoon hier: 440 Hz (A)

52 Geluid Infrasoon Geluid ultrasoon
F < 20 Hz 20 Hz < F < 20 kHz F > 20 kHz puls stationair geluid enkelvoudige toon samengestelde trillingen samengestelde toon ruis (bevat grondtoon + boventonen) (alle mogelijke frequenties komen voor) F0 + boventonen 2F0;3F0 … onregelmatig trillingspatroon voorbeeld ruis: fricatieven: []

53 Klankkleur

54 Grondtoon De laagste frequentie in een samengestelde golfvorm.

55 Boventonen Trillingen van frequenties die een meervoud zijn van de grondtoon

56 Spectrum Spectrum geluid: opbouw van de basisfrequenties (bepaalt klankkleur) Iedere samengestelde trilling met een frequentie F is te beschouwen als een som van harmonische trillingen met frequenties F, 2F, 3F, etc. F=grondtoon (1e harmonische) 2F = 1e boventoon (2e harmonische) 3F= 2e boventoon (3e harmonische)

57 Spectrum opbouw van de basisfrequenties (momentopname); een plaatje waarin de frequentie en de amplitude tegen elkaar worden uitgezet Ampl Freq grondtoon (F0)

58 golf & golfspectrum

59 samengestelde golven

60 Bron - Filter Functie van drie systemen: het bron-filter model

61 Klankkleur Bron Filter Theorie

62 [a]

63 samengestelde golven Niet alle samengestelde golven zijn periodiek

64 aperiodieke golven

65 spectrum & spectrogram
Een verzameling van opeenvolgende spectra van een signaal waarbij de relatieve intensiteit in grijstinten is weergegeven heet een spectrogram

66 [a]

67 Vocaal - Fricatief - Vocaal

68 Vocaal - Fricatief - Vocaal

69 Vocaal - Plosief - Vocaal

70 Spectrogram lezen

71 Geluid bewerken: Equalisatie

72 Equalisatie (EQ) De afstelling van een frequentieweergave in een audiosignaal om de gewenste klank te krijgen Een equalizer kan bepaalde frequenties afsnijden of opwaarderen. Dit gebeurt met behulp van filters

73 Parametrische Equalisatie (EQ)

74 Gefilterde Spraak Spraak gefilterd beneden 1600 Hz
Spraak gefilterd boven 1600 Hz

75

76 Dips in frequentiegebieden
boer buur bier compleet signaal roos reus race gefilterd signaal bos bes bas (beneden 1k) lap lak lat las laf lag Waarom heeft het weinig zin om tegen een slechthorende te gaan schreeuwen?

77 Transities

78 Categorische perceptie
[ba] (aanpassing F2-transitie in 14 stappen) [b] (aanpassing F2-transitie in 14 stappen) [ze:] (startpunt ingekort in 10 stappen) [se:] (startpunt ingekort in 10 stappen)

79 Spraaksynthese

80 Kunstmatige Spraak kunstmatige spraak = spraaksignalen die niet door mensen worden voortgebracht en niet als zodanig zijn opgenomen

81 Hoe maak je kunstmatige spraak?
methode 1: bouw de menselijke spraakbuis fysiek na

82 Hoe maak je kunstmatige spraak?
methode 1: bouw de menselijke spraakbuis fysiek na methode 2: bouw een (elektrisch) systeem waarin bron(nen) en filter(s) nog fysiek gescheiden zijn maar zonder mechanische articulatoren

83 Hoe maak je kunstmatige spraak?
methode 1: bouw de menselijke spraakbuis fysiek na methode 2: bouw een (elektrisch) systeem waarin bron(nen) en filter(s) nog fysiek gescheiden zijn maar zonder mechanische articulatoren methode 3: ontwerp een algoritme dat de golfvormen van menselijke spraak berekent

84 Von Kempelen’s Spraakmachine (1778)

85 De Spraakmachine van Riesz

86 De Voder (1939)

87 Articulatorische/fonologische modellen
Zijn in feite geformaliseerde en in computerprogramma’s geïmplementeerde fonetische fonologische theorieën Pattern Playback (Cooper 1951) Het dynamisch-articulatorische model van Haskins Laboratories (Yale) PAT Formant Synthesizer (Lawrence 1962)

88 Spraaksynthese Bron: periodiek geluid ruis Synthese van vier segmenten
Ingekort/Envelope filter (ADSR) Concatenatie

89 Allofoonsynthese Bij allofoonsynthese worden stukjes spraak van akoestisch segmentbegin tot -einde aaneengeschakeld. Een bekend voorbeeld is Dennis Klatt’s DECtalk systeem De verschillende stemmen van DECtalk Female Voice Female Voice (1987)

90 DECTalk Different Rates: Fast (300 w/m) Slow (120 w/m)

91 Transities

92 Difonen Meeste informatie zit in de transities
Difonen zijn overgangen tussen twee fonen Voorbeeld waarin overgangen zijn weggelaten Voorbeeld waarin alleen overgangen hoorbaar zijn

93 Difoonsynthese bij difoonsynthese wordt niet geprobeerd akoestische segmenten af te bakenen maar worden de grenzen juist bij de extremen gelegd difonen 1 voor 1 concatenatie van dezelfde serie: attentie met toonhoogteverschillen Duits met Ned. difonen Frans met Ned. difonen

94 INFOVOX Verschillende talen in INFOVOX

95 Toegift: Ruis

96 Ruis Witte ruis: ruis die het totale frequentiegebied bestrijkt, en 6 dB toeneemt per octaaf In ruis zitten alle frequenties opname + kuch

97 Visuele Anticipatie

98 Visuele Anticipatie

99 Visuele Anticipatie

100

101 Auditieve Anticipatie
In ruis zitten alle frequenties opname + kuch originele opname