10.2. ФОРМАНТНЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗБОРЧИВОСТИ РЕЧИ

Был предпринят ряд попыток для нахождения непосредственной связи между разборчивостью речи, с одной стороны, характеристиками трактов передачи речи и условиями ее приема и передачи, с другой, но не было получено приемлемых результатов. Только при посредстве формантной теории, разработанной Флетчером и Коллардом, удалось установить эту связь.

Форманты звуков речи заполняют весь частотный диапазон от 150 до 7000 Гц. Средняя вероятность появления формант в том или ином участке диапазона для каждого языка вполне определенна. Условились делить весь частотный диапазон на 20 таких полос, чтобы в каждой из них вероятность появления формант была одинаковой. Соответствующие полосы назвали полосами равной разборчивости. Они определены для ряда языков, в том числе и для русского. Оказалось, что при достаточно большом количестве передаваемого материала вероятности появления формант подчиняются правилу аддитивности. Вследствие этого вероятность появления формант в каждой полосе равной разборчивости равна 0,05.

Если слушать речь в условиях шумов и помех, то ее разборчивость получается меньшей, чем в их отсутствие. Дело в том, что форманты имеют различные уровни интенсивности: у громких звуков выше, чем у глухих. Поэтому при увеличении уровня шумов сначала маскируются форманты с низкими уровнями, а затем с более и более высокими. Вследствие этого по мере увеличения уровня шумов и помех вероятность восприятия формант постепенно уменьшается. Коэффициент, определяющий это уменьшение, называют коэффициентом восприятия или коэффициентом разборчивости Таким образом, в каждой полосе равной разборчивости вероятность приема формант будет

Так как в основном вся энергия звуков речи сосредоточена в формантах, то уровни формант практически совпадают с уровнями звуков речи. На рис. 10.1

показано распределение уровней речи, т. е. интегральная вероятность появления уровня не менее заданного в зависимости от разности между средним уровнем речи, определенным за длительный интервал времени, и заданным уровнем. Эта вероятность практически совпадает с вероятностью распределения формант. Заметим, что это распределение почти не зависит от частоты.

Порог слышимости в шумах (см. § 2.7) определяется спектральными уровнями шумов. Для флуктуационных шумов величина порога слышимости почти не зависит от времени. Вследствие этого разность между средним спектральным уровнем речи и спектральным уровнем шумов будет определять вероятность появления формант выше уровня шумов. Но разеость между уровнем сигнала и уровнем порога слышимости называют уровнем ощущения. Следовательно, коэффициент разборчивости определяется уровнем ощущения формант

где средний спектральный уровень речи; спектральный уровень шумов.

Коэффициент разборчивости может быть определен с помощью графика рис. 10.1. Для примера на этом рисунке показаны уровень ощущения и соответствующий ему коэффициент разборчивости

Для уровней ощущения, лежащих в пределах коэффициент разборчивости может быть определен по приближенной формуле Для каждой полосы равной разборчивости коэффициент разборчивости в общем случае будет разный Поэтому суммарная вероятность приема формант, называемая разборчивостью формант, 20 20

Между формантной и другими видами разборчивости экспериментально были найдены зависимости. Для слоговой разборчивости такая зависимость приведена на рис. 10.2. Интересно отметить, что при формантной разборчивости, равной 0,5 (принимается только половина всех формант), слоговая разборчивость равна

80%, т. е. получается почти полная понятность речи. Это характеризует избыточность речи и комбинационную способность человеческого мозга.

Рис. 10.1. Интегральное распределение уровней речи: 1 — для непреобразованного сигнала; 2 — для предельно-ограниченного по амплитуде

Рис. 10.2. Зависимость слоговой разборчивости от формант ной