Språkljudens akustik. Akustik, akustiska elementa och talanalys

Relevanta dokument
TPPA-B(2): Akustisk fonetik I. Praktisk info. Kurslitteratur

Praktisk info. T-PPA 2 Lektion 1: Akustiska elementa

Idag. Tillägg i schemat. Segmenteringsproblemet. Transkription

Akustisk fonetik. Akustiska elementa. Ljudvågor. Ljudvågor. Talkommunikationskedjan. Talkommunikationskedjan

Talets akustik repetition

KÄLLA-FILTER. Repetition. Talapparaten i källa-filter perspektivet. Repetition (ff) Ljudkällor i talapparaten (ff) Ljudkällor i talapparaten

Skillnader vokaler - konsonanter. Konsonanters akustiska mönster. Vokaler. Konsonanter. Konsonantklasser. Sonoranter

! Susanne Schötz! ! akustisk-fonetisk analys! ! grupparbete!! om vi hinner: introduktion till Praat (kort demo)!

Akustiska elementa. Ljudvågor. Ljud och ljudvågor (ff) Ljud och ljudvågor. Ljud och ljudvågor (3) Ljud och ljudvågor (4)

Spektrogram att göra ljud synligt

Ljudlära. Ljud är Periodicitet. Introduktion. Ljudlära viktigt ur två aspekter:

Perception. Intonation och tonhöjd. Intrinsisk F0. Intonation och tonhöjd (ff) Akustiska och perceptoriska drag. Perception av prosodiska drag

MEDIESIGNALER INTRODUKTION

Örat. Johnson, Kap 3. Basic audition

Grundläggande ljud- och musikteori

Grundläggande akustik. Rikard Öqvist Tyréns AB

Rekommendation. Den mänskliga hörseln. Den mänskliga hörseln. Det perifera hörselsystemet: anatomi och fysiologi

Talakustik Ljudvågen period periodtid Frekvens Hz Infraljud ultraljud

Ljud. Låt det svänga. Arbetshäfte

Vokaler. Talrörets resonanser. Talrörets resonanser. Talrörets resonanser

Läran om ljudet Ljud är egentligen tryckförändringar i något material. För att ett ljud ska uppstå måste något svänga eller vibrera.

Bilaga A, Akustiska begrepp

1 Figuren nedan visar en transversell våg som rör sig åt höger. I figuren är en del i vågens medium markerat med en blå ring prick.

Fonetik. Dolores Meden

Ämnesområde Hörselvetenskap A Kurs Akustik och ljudmiljö, 7 hp Kurskod: HÖ1015 Tentamenstillfälle 4

Digital behandling av tal. Litteratur till dagens lektion. Talproduktion. Akustisk Fonetik. Akustiska Elementa och Digital Signalbehandling

Centralt innehåll. O Hur ljud uppstår, breder ut sig och kan registreras på olika sätt. O Ljudets egenskaper och ljudmiljöns påverkan på hälsan.

Akustiska Elementa och Digital Signalbehandling

Ämnesområde Hörselvetenskap A Kurs Akustik och ljudmiljö, 7 hp Kurskod: HÖ1015 Tentamenstillfälle 1

Vågor. En våg är en störning som utbreder sig En våg överför energi från en plats till en annan. Det sker ingen masstransport

I Rymden finns ingen luft. Varför kan man inte höra några ljud där?

SÄTT DIG NER, 1. KOLLA PLANERINGEN 2. TITTA I DITT SKRIVHÄFTE.

Prov i vågrörelselära vt06 Lösningsförslag

Grundläggande signalbehandling

2. Ljud. 2.1 Ljudets uppkomst

Upp gifter. c. Hjälp Bengt att förklara varför det uppstår en stående våg.

Vad är ljud? När man spelar på en gitarr så rör sig strängarna snabbt fram och tillbaka, de vibrerar.

Talets fysiologi, akustisk fonetik. Lungorna och struphuvudet. Röst David House: Talets fysiologi, akustisk fonetik VT16.

Denna våg passerar mikrofonen, studsar mot väggen och passerar åter mikrofonen efter tiden

Gyptone Undertak 4.1 Akustik och ljud

Ljudfysik Patrik Eriksson 2001

= T. Bok. Fysik 3. Harmonisk kraft. Svängningsrörelse. Svängningsrörelse. k = = = Vågrörelse. F= -kx. Fjäder. F= -kx. massa 100 g töjer fjärder 4,0 cm

Digital signalbehandling Digitalt Ljud

Vocoding och frekvensskiftningsexperiment inom det audiologiska forskningsfältet Av Morgan Karlsson

Våglära och Optik Martin Andersson

Planerad station, Misterhult.

FYSIK ÅK 9 AKUSTIK OCH OPTIK. Fysik - Måldokument Lena Folkebrant

Formelsamling finns sist i tentamensformuläret. Ämnesområde Hörselvetenskap A Kurs Akustik och ljudmiljö, 7,5hp Kurskod: HÖ1004 Tentamenstillfälle 1

Analys/syntes-kodning

Ljud, Hörsel. vågrörelse. och. Namn: Klass: 7A

Hörsel- och dövverksamheten. Information till dig som har hörselnedsättning Hörselverksamheten

Problem Vågrörelselära & Kvantfysik, FK november Givet:

Namn:.. Personnr:. 1. (4 p) I vilket av följande ord kan man i central rikssvenska höra 6 språkljud?

Rysk fonetik 5 hp föreläsning II. Institutionen för moderna språk Karine Åkerman Sarkisian Ryska A

Tema - Matematik och musik

Vår hörsel. Vid normal hörsel kan vi höra:

Kundts rör - ljudhastigheten i luft

Uppgifter 2 Grundläggande akustik (II) & SDOF

Handledning laboration 1

Ljud Molekyler i rörelse

Inst. för lingvistik & filologi, Uppsala universitet Pétur Helgason VT Vokaler

Lab skapades Ove (Orator Verbis Electris) av Gunnar Fant, KTH.

Ljudsignalers budskap

Hörselorganets anatomi och fysiologi Medicinska aspekter på hörselskador hos barn Hur vi hör Varför vissa barn inte hör

3. Metoder för mätning av hörförmåga

1. Allmänt vågrörelser mekaniska vågrörelser

Svängningar och frekvenser

Standarder, termer & begrepp

Mål med temat vad är ljud?

Akustik. Läran om ljudet

RealSimPLE: Pipor. Laborationsanvisningar till SimPLEKs pipa

Laboration 1 Fysik

F2 Beskrivning av ljud. Ljud = vågrörelse. Tryckvariation Akustisk Planering VTA070 Infrastruktursystem VVB090

Kod: Datum Kursansvarig Susanne Köbler. Tillåtna hjälpmedel. Miniräknare Linjal Språklexikon vid behov

MODUL 1 - ATT UNDERSÖKA LJUD 2

Ljudalstring. Luft Luft Luft Luft Luft Luft Luft Luft. Förtätning

Fonologisk typologi

F8 Rumsakustik, ljudabsorption. Hur stoppar vi ljudet? Rumsakustik 3 förklaringsmodeller. Statistisk rumsakustik.

Föreläsning: Digitalt Ljud. signalbehandling. Elektronik - digital signalbehandling. Signal och spektrum. PC-ljud. Ton från telefonen.

3. Mekaniska vågor i 2 (eller 3) dimensioner

Ljudmaskiner. Dra med en fuktig pappersbit längs tråden som sitter fast i plastburken. Till påsken kan du göra en påsktupp av en likadan burk.

Ultraljudsfysik. Falun

Fonetik I. Talets anatomi

Talperception. Talperception. Örat. Örat

F8 Rumsakustik, ljudabsorption. Hur stoppar vi ljudet? Rumsakustik 3 förklaringsmodeller. Isolering. Absorption. Statistisk rumsakustik

LÄRARHANDLEDNING INNEHÅLL

Grundläggande Akustik

Hur kan man mäta hörsel? Ann-Christin Johnson Karolinska Institutet, Stockholm, Sverige

Vågrörelselära och optik

1. a) I en fortskridande våg, vad är det som rör sig från sändare till mottagare? Svara med ett ord. (1p)

Att fånga den akustiska energin

TFEI02: Vågfysik. Tentamen : Svar och anvisningar. t 2π T x. s(x,t) = 2 cos [2π (0,4x/π t/π)+π/3]

NYNÄSHAMNS GYMNASIUM El-programmet

Rysk fonetik 7,5 hp föreläsning III. Institutionen för moderna språk Karine Åkerman Sarkisian Ryska A

Akustik läran om ljudet

Musik finns överallt omkring

Introduktion till begreppet ortsfrekvens

INLEDNING. Översikt. Bakgrund

Källa: Kunskapsträdet - Fysik

Sundberg: Kap 4 Röstkällan

Transkript:

Akustik, akustiska elementa och talanalys Språkljudens akustik Mattias Heldner KTH Tal, musik och hörsel heldner@kth.se Talsignalen mer lättåtkomlig än andra delar av talkommunikationskedjan Det finns bra gratisprogram för akustisk analys av tal, t ex : wavesurfer: http://www.speech.kth.se/ wavesurfer/ praat: http://www.praat.org Under lektionerna om akustisk fonetik och akustiska elementa ska vi prata om ljudvågor, olika typer av ljud, ljudvågors egenskaper (frekvens, periodtid, våglängd, amplitud och fas). Vi ska prata lite om analysmetoder och speciellt då sådana som är relevanta för talanalys. Vi ska också något beröra filter och den akustiska modell för talproduktion som brukar kallas källa-filter-modellen..2.4.6.8 1

Ljudvågor Vad är ett ljud? Ljud är tryckförändringar över tid i något medium, oftast luft, men ljud utbreder sig även i andra medier som t ex i vatten Tryckförändringarna orsakas av variation i luftmolekylernas medelhastighet Svängningar i lufttryck över och under det atmosfäriska trycket Tryckförändringarna breder ut sig i rummet!de skapar tryckvågor, eller om man vill ljudvågor Ljudvågors egenskaper Det finns lite olika slags ljud Låt oss först bekanta oss med det som brukar kallas enkla ljud för att se hur de kan beskrivas med egenskaperna frekvens, amplitud och fas. Frekvens och amplitud

Ljudvågors egenskaper Tryck.1.2.3.4.5 Tid Ljudvågors egenskaper Periodiska vågor, perioder, periodtid, frekvens 4 perioder.1.2.3.4.5.6.7.8.9.1 T=,1 s Periodisk våg = mönster som upprepar sig Period = det mönster som upprepar sig Periodtid T = tiden det tar för ett mönster att upprepa sig, mäts i sekunder Frekvens f = antalet perioder på en sekund, mäts oftast i Hertz (Hz) f = 1/T för denna våg är f=1/,1=1 Hz

Olika frekvenser och periodtider.1.2.3.4 1 Hz 2 Hz 3 Hz 4 Hz 5 Hz Frekvens och periodtid Matematiskt kan sambandet uttryckas så här: f = 1/T där f = frekvensen (i Hz) och T = periodtiden (i s). eller om det är periodtiden man är ute efter: T = 1/f Några exempel: T =.5 s! f = 1/.5 = 2 Hz f = 125 Hz! T = 1/125 =.8 s 1-1.5 1.1.2.3.4.5-1.1.2.3.4.5

Pitch (Hz) 3.2123 6.4239 -.1471.4239 Frekvens, uppfattad tonhöjd, halvtoner Uppfattad tonhöjd förhåller sig inte linjärt i förhållande till frekvens Detta innebär bl a att en förändring från 1 Hz till 2 Hz upplevs som större än en från 2 Hz till 3 Hz (eller från 3 till 4 Hz) trots att förändringarna är lika stora mätt i Hz. och omvänt, att en tonhöjdsförändring från 5 Hz till 1 Hz upplevs som lika stor som en från 1 Hz till 2 Hz, trots att förändringarna är olika stora mätt i Hz Frekvens, uppfattad tonhöjd, halvtoner Tonhöjd uppfattas på en logaritmisk skala mycket lik den halvtonsskala som används inom musiken En fördubbling (eller halvering) av frekvensen motsvarar en förändring med en oktav Psykoakustik! Amplitud Amplitud = våghöjden räknat från medelnivån Den enhet som normalt används för att ange lufttryck är Pascal (Pa). Det motsvarar ett ganska litet tryck. Normalt lufttryck är ungefär 1 Pa. I väderrapporter använder man ofta enheten hektopascal (1 Pa) för att det ska överensstämma med den gamla enheten millibar (mb) där normalt luftryck är 113 mb vilket motsvarar 113 hektopascal.

Ljudvågors egenskaper Olika amplituder 1 1.5.1.15.2 Ljudvågors egenskaper Normalt atmosfärstryck Ljudtryck 1 Pa.2 Pa 2 Pa Det svagaste ljud vi kan uppfatta Det starkaste ljud vi kan uthärda Amplitud, ljudtryck och decibel Amplitud = hur mycket ljudvågen avviker (uppåt eller neråt) från det atmosfäriska trycket Lägsta uppfattbara ljudtryck är.2 Pascal (Pa). Högsta uppfattabara ljudtryck!smärttröskeln är 2 Pa. Dvs att högsta uppfattbara ljudtryck är 1!miljon gånger starkare än det lägsta. Inte heller förhållandet mellan tryckets amplitud och uppfattad ljudstyrka är linjär, en viss förändring i Pa kan upplevas mycket olika beroende på vilket tryck förändringen utgår från.

Ljudvågors egenskaper Hörseltröskeln Amplitud, ljudtryck och decibel Den logaritmiska skalan decibel db stämmer bättre med hur den mänskliga hörseln uppfattar ljudstyrka En fördubbling av ljudtrycket motsvarar en ökning av den uppfattade ljudstyrkan med 6 db En tiodubbling motsvarar en ökning med 2 db. Smärttröskeln ligger 12 db över hörseltröskeln. Smärtgränsen 1 Olika faser (överkurs) Fas 1.5.1.15.2 1 1.5.1.15.2 1 9º 18º 27º 1.2

Ljudvågors egenskaper Frekvens och våglängd Frekvens, våglängd # = c/f några exempel Våglängd! = hur långt en ljudvåg hunnit (i meter) under tiden för en period T Ljudets hastighet i luft c " 34 m/s! = c/f f = c/! Samband mellan frekvens och våglängd: förutsättning: c = 34 m/s om f = 1Hz! = 34m/s / 1Hz = 3.4m om f = 2Hz! = (34m/s) / (2Hz) = 1.7m om f = 5Hz! = (34m/s) / (5Hz) =.68m

Olika typer av ljud Olika typer av ljud Enkla periodiska toner (sinustoner) Kan beskrivas med 3 egenskaper: frekvens, amplitud och fas Komplexa (sammansatta) periodiska toner Kan analyseras som sammansatta av enkla periodiska toner Kan beskrivas med de ingående tonernas frekvenser, amplituder och faser Ett spektrum är ett frekvens-amplitud-diagram Sinustoner och komplexa/ sammansatta toner Komplexa vågor 4 perioder.1.2.3.4.5.6.7.8.9.1 Sinuston = bara en grundton, inga övertoner Komplexa toner = grundton plus övertoner, dvs en grundsvängning och överlagrade övertoner. Kallas även klang..1.2

Deltoner, övertoner Fourieranalys Deltoner: grundtonen F = första deltonen, första övertonen = andra deltonen En harmonisk komplex ton har deltoner/ övertoner på jämna avstånd Dvs om F/d1 (grundtonen/första deltonen) = 1 Hz så är d2 (andra deltonen) på 2 Hz, d3 på 3 Hz, d4 på 4 Hz, d5 på 5 Hz, d6 på 6 Hz osv Den akustiska analys som tar fram deltoner ur en komplex ton kallas Fourieranalys och förekommer t ex i spektrogram och spektrumsnitt Olika typer av ljud Aperiodiska (dvs icke periodiska) ljud Brus Transienter (eller impulser) Kan också beskrivas i termer av amplituder vid olika frekvenser Olika typer av ljud Vitt brus = samma amplitud vid alla frekvenser Färgat brus = olika amplituder vid olika frekvenser Transienter = kort ljud med samma amplitud vid alla frekvenser

.5 Vitt brus (ljudvåg, spektrum) 2 Vitt och färgat brus (glättade spektra) 2 4.1 1 2 2 2 2 4 1 1 1 Ljudkällor i tal Ljudkällor i tal Tal består av klanger, brus och tystnader Klanger är periodiska signaler, de akustiska mönstren upprepar sig Brus är aperiodiska signaler, mönstren upprepar sig inte Tystnader är avsaknad av akustisk aktivitet

Ljudkällor i tal Ljudkällor i tal Vokaler är ett exempel på talljud som bygger på klanger Frikativor är ett exempel på talljud som bygger på brus Klusiler är ett exempel på talljud som bygger på tystnad följd av ett kort brus Ljudkällorna kan kombineras. Till exempel finns det tonande frikativor och tonande klusiler som är kombinationer av klanger och brus, eller affrikator som är kombinationer av tystnad och ett kort brus följda av ett längre brus en frikativa Ljudkälla Resonator Ljud Typ Exempel Vokaler /i/ /u/ Diftonger /ai/ /ou/ Stämläpparna Talröret Periodiskt Halvvokaler /w/ /y/ Amplitudfrekvensdiagram Talröret Talröret Aperiodiskt Nasaler Klusiler Frikativor Affrikator /m/ /n/ /p/ /k/ /s/ /f/ /tj/ Tonande klusiler /b/ /g/ Stämläpparna och talröret Talröret Blandat periodiska och aperiodiska Tonande frikativor /v/ /z/ Tonande affrikator /dj/

Grundton 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 Grundtonens frekvens bestämmer tonhöjden Om F stiger ökar tonhöjden korta perioder - hög F och vice versa Avståndet mellan intilliggande deltoner = F 4 8 12 16 2 24 Källa-filter-modellen Vokalklanger, resonanser och formanter Alla rör förstärker vissa frekvenser och försvagar andra prata genom ett hoprullat papper så ska ni se att det låter annorlunda än utan rör. Dvs alla rör har resonansegenskaper Rörets form påverkar dess resonansegenskaper om man förändrar rörets form ändras dess resonansegenskaper Artikulationen används för att ändra talrörets form och därigenom dess resonansegenskaper

Vokalklanger, resonanser och formanter Källa-filter-modellen De frekvenser som förstärks av talröret kallas formanter En vokals klangfärg eller vokalkvalitet bestäms av dess formantfrekvenser 4 4 Sound pressure level (db/hz) 2 Sound pressure level (db/hz) 2 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 5

Formantfrekvenser 5 Sound pressure level (db/hz) 4 4 [i] [!] F4 F3 2 [u] 3 F3 F4 F3 F2 2 1 5 F1 F2 F2 F1 F1 Spektrogram Spektrogram 1.629

Spektrogram glottal vokal dental bilabial lateral vokal frikativa frikativa klusil Spektrogram Spektrogram De tre första formanterna i tre vanliga vokaler. [i] [e] [$] F 3 F 2 F 1

Vokalfyrsidingen igen Några vanliga vokaler. [i] [e] [$] [o] [u] Samband mellan F1, F2 och artikulation längs dimensionerna öppen-sluten och främre-bakre F2 Främre vokaler har högre F2 än bakre Öppna vokaler F1 har högre F1 än slutna Kan man koppla detta till vokalfyrsidingen på något sätt? 5.42 1-1.42 Pitch (Hz) 3 1.494 16 8 1.494 1-1 1.494

Icke tonande ljud Hittills har vi enbart behandlat tonande ljud, men som vi vet innehåller talet även andra typer av ljud som har en annan ljudkälla än stämbandston. Det gäller då fram för allt frikativa ljud som tex. [s], [%], [f] och [h]. Dessa ljud följer förstås precis samma lagar som de tonande, men har andra egenskaper. Ljudkällan är här brus som uppstår genom turbulens då luftströmmen från lungorna tvingas genom en trång passage eller då den träffar en kant av något slag, t ex tänderna, med relativt hög hastighet. Icke tonande ljud Bortsett från denna skillnad bildas resonanser av precis samma skäl och på precis samma sätt som för tonande ljud och dessa resonanser ger även de frikativa ljuden sin karaktär. För [h], vars ljudkälla är friktionsbrus vid stämbanden, är resonansrummet detsamma som för vokaler men för alla andra frikativa ljud är det mindre och annorlunda format. Det betyder att det resonansmönster (formanter) man ser är ganska radikalt annorlunda än vokalernas. Brus och brusspektra Brus bildas när luft passerar genom en trång passage Friktionen som uppstår leder till virvelbildning eller turbulens 5.1837.5768 -.133.5768

5 5 1.57.6198.331 -.415 1.57 5 5 1.831 1.265