临界带宽滤波器组对语音频谱表达的特点

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1、http://www.paper.edu.cn临界带宽滤波器组对语音频谱表达的特点122傅雷鹏，刘惠华，范京（1.清华大学工程物理系，北京，100084；2.北京信息工程学院信息与通信工程系，北京，100101）摘要：本实验通过对比语音信号通过临界带宽滤波器组后的频谱与快速傅立叶变换（FFT）频谱来考察临界带宽滤波器组对语音频谱表达的特点。实验表明临界带宽滤波器组对于语音频谱能起到平滑包络和突出共振峰的作用，有利于信号特征的表现。实验也表明，路数较多的滤波器组对频谱表达的效果更好。关键词：语音信号处理；临界带宽滤波器组；快速傅立叶变换（FFT）中图分类号：TN912

2、.3文献标识码：ATheSpectrumofSpeechSignalPassedasetofCriticalFilters122FuLeipeng,LiuHui-hua,FanJing(1.DepartmentofEngineeringPhysics,TsinghuaUniversity,Beijing,100084,China;2.DepartmentofInformation&CommunicationEngineering,BeijingInformationTechnologyInstitute,Beijing,100101,China)Abstract:T

3、hisexperimentinvestigatethecharacteristicsofspectrumofspeechsignalpassedasetofcritical-bandfilterscomparedwithFFTspectrum.Theresultofexperimentindicatethatspectrumproducedbycritical-bandfiltershassmootherenvelopeandsharperpeaks,thusitisbettertorepresentspeechsignalfeatures.Keywords:Spe

4、echsignalsprocessing;Criticalbandfilter;FastFourierTransform(FFT)[1][2]临界带宽滤波器是语音处理中受到广泛应用的技术，将语音信号通过临界带宽滤波器组后其频谱会有什么样的改变，元音的共振峰在临界带宽滤波后会有什么样的变化，不同参数设置下的临界带宽滤波器组对语音信号有什么不同的影响，对这些问题进行多方面细节的探讨有助于对这一技术的深入理解和应用。这方面的讨论对今后语音处理滤波器的选用和比较，以及语音信号处理滤波器的设计都具有一定的启示和参考作用。本文通过对比语音信号的傅立叶变换频谱和通过临界带宽滤波器

5、组后的频谱来考察临界带宽滤波器组对语音频谱表达的特点。实验中分别设计了由14路临界带宽滤波器组成的滤波器组和由64路临界带宽滤波器组成的滤波器组，选取了[e]、[i]、[o]三个单韵母元音，以及辅音[z]，进行了两种对比：（1）初始语音信号的频谱图和通过临界带宽滤波器组后的频谱图的比较；（2）不同路数的临界带宽滤波器组对语音信号处理后的频谱图的比较。实验表明临界带宽滤波器组对于语音频谱能起到平滑包络和突出共振峰的作用，有利于信号特征的表现。实验也表明，路数较多的滤波器组对频谱表达的效果更好。1临界带宽滤波器组相关概念与工作流程人类听觉中一个重要特性是掩蔽效应。它是指

6、当两个响度不等的声音作用于人耳时，则响度较高的频率成分的存在会影响到对响度较低的频率成分的感受，使其变得不易察觉。一般说来，低音容易掩蔽高音，而高音掩蔽低音难。掩蔽会造成因一个声音的存在，而使另一个声音的听阈上升。为了描写这种掩蔽的效果引入了临界带宽（Criticalband）的概念。一个纯音可以被以它为中心频率、并且具有一定频带宽度的连基金项目：国家自然科学基金项目[项目编号：60272061]1http://www.paper.edu.cn续噪声所掩蔽，当纯音处于刚能被听到的临界状态，即称这一带宽为临界带宽。临界带宽用符号Z来表示，[3]临界带宽Z的单位是Bar

7、k，临界带宽Z与频率f（单位是Hz）之间的关系可用下式表示：26.81*fZ=−.0531960+f临界带宽滤波器组就是以不同中心频率为中心具有相应的临界带宽及频域特性的多个临界滤波器的并联，语音信号通过这个滤波器组，它的频谱会发生改变，通过和原始语音的傅立叶变换得到的频谱进行比较可以更细致的观察临界带宽滤波器组在语音频谱表达上的特点。临界带宽滤波器组中各滤波器采用阶次为N=3的巴特沃思带通滤波器，其中心频率与临界带宽等参数引自参考文献[4]。本实验所设计的14路临界带宽滤波器组的带宽参数如表1所示。[4]表114路临界带宽滤波器组的参数滤波器中心频频率范围带宽