频谱图、语谱图║长时平均语谱图对助听器验配有什么意义?

健康   2024-10-23 10:37   北京  

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学前两问




什么是频谱图、语谱图、长时平均语谱图?


长时平均语谱图对助听器验配有什么意义?




频谱图 spectrum map

信号频率与能量的关系。对声音而言,表示振幅(声压)与频率的关系,用频谱表示,是指某一瞬间波形图中的频率分布。其横轴为频率,纵轴为强度,记录画出信号在各种频率的图形资料。纵坐标反映了某一频率的信号振动强度的大小,数值越高,代表该频率的信号振动能量越强。




其中有几个基本概念需要了解:


01


基频 Fundamental frequency

频谱图中最低的频率峰值,在声音中,基频是指一个复音中基音的频率。在构成一个复音的若干个音中,基音的频率最低,强度最大。基频的高低决定一个音的高低。平常所谓语音的频率,就是指基音的频率。基频用符号F0表示。


02


泛音/谐音 Harmonics

高于基频的频率,除了发音体整体振动产生的最低的音是基音(基频音),以基音为标准,物体的各部分(二分之一,三分之一,四分之一……)也在震动,是泛音。泛音的组合决定了特定的音色,并能使人明确地感到基音的响度。乐器和自然界里所有的音都有泛音。



03


共振峰 Formants

声场测听用的信号可以是纯音、啭音、窄带噪声或语言信号。只有满足自由场条件才能用纯音,否则应采用窄带噪声或调频声(啭音)来避免驻波效应。







语谱图 spectrograms

语谱图就是语音频谱图,一般是通过处理接收的时域信号得到频谱图,因此只要有足够时间长度的时域信号就可(时间长度为保证频率分辨率)。
专业点讲,那是频谱分析视图,如果针对语音数据的话,叫语谱图。语谱图的横坐标是时间,纵坐标是频率,坐标点值为语音数据能量。由于是采用二维平面表达三维信息,所以能量值的大小是通过颜色(早期用灰度)来表示的,颜色深,表示该点的语音能量越强。
语音在宽带语图上的表现,可分为几种模式:①短脉冲直条(又称冲直条),②无规则乱纹,③横杠。
①冲直条(spike)代表塞音(b,d,g,p,t,k)或塞擦音(z,zh,j,c,ch,q),表现为图中与垂直频率轴平行的较宽的黑条,在时间上持续时间很短。

②无规则乱纹(fill代表摩擦音(s,sh,x,f,h)或者送气音的送气部分,表现为图中无规则的乱纹。

③横杠(Bar):代表元音的共振峰位置,表现为图中与水平时间轴平行的较宽的黑杠,不同元音的共振峰位置不同,根据宽带语谱图上各横杠的位置可以区分不同的元音。

在分析辅音的发音方法上,冲直条表示塞音或塞擦音的除阻段;乱纹表示清辅音的摩擦段或送气段。横杠表示一切浊音,包括元音和浊辅音的基频和共振峰。这3种模式的单独出现或组合就构成一切语音的模式,它代表了一切语音的音色。

“毕业”发音语谱图





长时平均语谱图

LTASS,The long-term average speech
长时平均频谱是语音短时频谱的长时间平均。正常人的言语声在强度和频率上都有一定的波动范围,记录一段长时间言语会话(至少2mins以上),稳定后分析其强度变化范围及其与频率的关系,称为长时平均言语频谱(没有一定的时间限制,但通常30-40秒的语音和歌唱之后稳定)。将所得的各个频率LTASS值均增加12dB和下降18dB所获得的区间范围,代表长时言语的动态范围,整个言语会话的强度变动范围为30dB,在低频区域强度在40~70dB SPL,在高频区域强度在25~55dB SPL。一般认为,这个范围可以覆盖大多数言语声,可以对一般强度的言语声在各频率所能听到的部分进行有效的描述,并且可以用于评估助听效果。将该言语范围投射于听力图中,便可估计不同听阈曲线对言语的可听度。

助听器验配公式,如:理想感觉级(desired sensation level,DSL )处方公式,便是利用LTASS数据来预估最佳增益,通过比较LTASS曲线与放大的目标曲线,可以直观地了解听障患者对助听器的声放大需求,以帮助患者在动态范围内获得良好的可听度、舒适度和清晰度。


参考文献:

[1] 吴展元,蒋涛,杨强,主编译,布莱德*斯坦克,原著. 听力学词典(英汉双译)[M]. 中国科学技术出版社, 2005.

[2] 韩德民, 许时昂. 听力学基础与临床[J]. 2004.

[3] 李富强,万红,黄俊杰. 基于MATLAB的语谱图显示与分析[J]. 微计算机信息, 2005, 21(20):172-174.

[4] 胡旭君, 张巩, 李芳芳, et al. 性别、文本材料及母语方言对普通话长时平均言语频谱图的影响[J]. 听力学及言语疾病杂志, 2016, 24(5):430-434.

[5] Dong L, Kong J, Sundberg J.Long-term-average spectrum characteristics of Kunqu Opera singers’ speaking,singing and stage speech[J]. Logoped Phoniatr Vocol, 2014, 39(2):72-80.

[6]王坤赤, 陆伟家. 语谱图在聋人语训中的作用[J].中国听力语言康复科学杂志, 2007(6):42-45.


作者:姚依凡 李蕴
责任编辑:黄美萍
审阅:黄治物


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