病理嗓音时频分析的研究 毕业论文

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1、病理嗓音时频分析的研究摘要本文是在时频域中对正常嗓音和病理嗓音进行研究，为了能够更好的识别病理嗓音。采用了短时傅里叶变换，连续小波变换，小波包分析三种方法进行研究，利用MATLAB和上述三种方法得到了实验结果。因此得出如下结论：短时傅里叶变换时病理嗓音信号的高能量部分往高频区域迁移，连续小波变换时病理嗓音信号的小波系数幅值显著下降，小波包分析时分解层数越大识别率越高。关键词：病理嗓音，语音信号处理，时频分析，小波变换，小波包分析第一章绪论第一节引言言语是人们最常用、最便利、最基本的交流工具。嗓音则是指声带产生的一种复杂的、动态的过程，

2、使人们能够发出声音以及进行言语交流活动。嗓音既是一种必要的言语交流工具，同时也用来进行情绪表达和艺术创造。像歌剧演员、歌唱家、教师、行政人员以及销售人员等都将嗓音作为他们的职业工具，没有嗓音的功能，这些职业也就不存在了[1]。随着社会生活节奏的加快，人们生活的不规律，嗓音疾病越来越多。其最直接的表现就是言语障碍，言语障碍主要分为嗓音障碍、构音障碍以及语音障碍[2]。常见的嗓音疾病主要有：声带囊肿，声带小结，声带麻痹，声带息肉等。本文主要是对嗓音障碍进行研究，语音信号的分析有许多的方法，时域分析和频域分析是两种重要的方法，但两种单独分析

3、的方法均有其局限性[3]。为了避免此两种方法的局限性，因此本文主要才时频分析方法对病理嗓音信号进行分析，提取有关声学参数，然后与正常嗓音信号进行对比。最终得出病理嗓音信号的参数特征。第二节病理嗓音时频分析的研究意义近半个世纪以来，随着现代电子和计算机技术的发展，除主观应用听觉判定之外，客观的嗓音测试已应用于临床，采用电子计算机仪器测量如基频、音强、谐噪比频率微扰、振幅微扰等嗓音的各种参数进行分析，可对嗓音进行客观的定量评价。病理嗓音的时频分析的研究是为了更好的从声学角度去分析嗓音疾病，使我们对病理嗓音的诊断更加可靠，准确。我国地域辽阔

4、，自然条件差异较大，嗓音疾病有较高的发病率。不断提高嗓音疾病的诊疗水准，满足全社会日益增长的对嗓音康复保健工作的需求，有必要整合资源，集中力量，明确我们下一步发展目标，更好地团结全国同道，进行更广泛的交流和合作，促进我们国家的嗓音和嗓音医学研究健康发展，取得更大进步[5]。第三节病理嗓音时频分析的研究进展目前，相对于国外的研究水平而言，我国言语嗓音病理学基础研究的薄弱主要体现在言语嗓音病理的研究对象、研究工具和研究方法上。国内的嗓音研究主要还是集中在嗓音质量的主观心理听觉感知评估与客观声学检测分析及相关比较研究，在参数的比较研究中，嗓

5、音参数要具有很强的针对性，要有生理、病理和物理意义，紧密的联系于嗓音的产生机制，但由于研究工具大部分都来自国外，参数的具体来源、处理方法和意义并不为广大的研究工作所熟知。所以导致了嗓音研究在基础领域上聚焦到了大样本的临床统计实验上，而忽略参数本身的实验研究。在嗓音的研究方法上还是停留于主客观的比较研究和参数分析方面，没进入到病理言语嗓音的生成模型上，国内很少有研究人员对病理嗓音进行分析、合成和感知的实验验证，导致国内嗓音研究的理论水平停滞不前。正如(Coker，1972)所说的，“如今，未经分析合成验证实验，没有一个人敢于发表言语产生

6、方面的重要理论。”本文主要是从时频角度对病理嗓音进行研究，目前有的时频分析方法主要有：短时傅里叶变换，小波变换，Wigner-Ville分布，Cohen类时频分布等方法。第二章语音信号处理的基础知识第一节语音产生原理2.1.1语音发音的生理结构人的发音器官包括：肺，气管，喉（包括声带），咽，鼻和口。这些器官共同形成一条形状复杂的管道。喉的部分称为声门。从声门到嘴唇的呼气通道叫做声道。声道的形状主要由嘴唇，颚和舌头的位置来决定，由声道的形状不断改变，而发出不同的语音。语音是从肺部呼出的气流通过在喉头至嘴唇的器官的各种作用而发出的。作用的

7、方式有三种。第一是把从肺部呼出的直气流变为音源即变为交流的断续流或者乱流。第二是对音源起共振和反共振的作用，使它带有音色。第三是从嘴唇或者鼻孔向空间辐射的作用。因此，与发出语言声音有关的各器官叫做发音器官。图2.1所示为发音器官的部位和名称。在发音器官中最重要的部分是喉，喉是有许多软骨组成的。突出在颈部的喉结成为甲状软骨，喉的顶部是会厌软骨。会厌软骨的作用是：在吞咽食物时不让它进入气管。对发音影响最大的是从喉至杓状软骨之间的韧带褶，成为声带。声带的长度仅约10-14mm，比指甲还小。呼吸时左右两声带打开，讲话时则合拢起来。而声带之间的

8、部位称为声门。声门的开启和关闭是由两个杓状软骨控制的，他使声门呈形状开启或者关闭。图2.1发音器官和名称图2.2声门开度控制情况2.1.2发音原理人在讲话时声带合拢因而受声门下气流的冲击而张开；但声带韧性迅速地闭合，随后