Формантный синтезатор речи

Совэ Советских

Социалистических

Республик (11) 5365 6

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 02.12.74 (21) 2082630/09 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.04.77. Бюллетень № 13 \ (45) Дата опубликования описания 11.07.77 (51) М, Кл,в 6 10 1. 1/10

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам нзобретеннй н открытий (53) УДК 621.395.664 (088.8) (72) Автор изобретения

В. А. Твеленев (71) Заявитель (54) ФОРМАНТНЫИ СИНТЕЗАТОР РЕЧИ

Изобретение относится к технике генерирования звуков речи, может использоваться в устройствах фонемного синтеза речи по правилам, в устройствах синтетической телефонии и в устройствах воспроизведения тонов музыкальных инструментов, Известен формантный синтезатор речи, содер. жащий входной регистр и последовательно соединенный генератор основного тона, ключ и генератор псевдослучайных чисел, выходы которого под - 1о ключены ко входам генераторов формант, выходы которых через последовательно соединенные смеситель и усилитель подключены ко входу громкоговорителя, при этом входы генератора основного тона, дополнительный вход ключа и другие входы генераторов формант подключены к выходам входного регистра (1).

Однако использование в генераторе форманты триггера на выходе накопителя приводит к искажению формы формантного колебания н наличию в gc спектре генерируемого сигнала нежелательных высокочастотных составляющих. Кроме того, в генераторе форманты отсутствует возможность инчариантного управления параметрами форманты и воспроизведения отличных от 0 и 1Г фазовых соотно- 25 шений формантных сигналов сонорных звуков, которые создаются в результате периодических колебаний голосовых связок и имсют дискретный частотный спектр. Все это снижает качество синтазируемой речи.

Цель изобретения — повышение качества синтезнруемой речи.

3m достигается тем, что в формантный синтезатор речи, содержаний входной регистр и последовательно соединенные генератор основного тона, ключ и генератор псевдослучайных чисел, выходы которого подключены ко входам генераторов формаит, выходы которых через последовательно соединенные смеснтель и усилитель подключены ко входу громкоговорителя, при этом входы генератора основного тона, дополнительный вход ключа и друтяе входы генераторов формант подключены к выходам входного регистра, введены генератор опорных частот и последовательно соединенные преобразователь "код — аналог" и формирователь разнополяр. ных напряжений; при этом один выход генератора опорных частот подключен ко второму входу генератора псевдослучайных чисел, другой выход — к дополнительному входу генератора основного тона, а остальные выходы — ко входам генераторов

553656

3 формант; вход преобразователя "код — аналог" соединен с соответствующим выходом входного регистра, а управляющий вход формирователя разнополярных напряжений подключен к выходу генератора основного тона и к другим входам генераторов формант; при этом выходы формирователя разнополярных напряжений подключены к соответствующим входам генераторов формант, Генераторы формант выполнены в виде вентиля и последовательно соединенных дешифратора опор. ных частот, делителя, узла сравнения, счетчика, функционального преобразователя "код — аналог" и фильтра нижних частот; выходы вентиля подключены к дополнительным входам счетчика, На чертеже изображена структурная электрическая схема устройства.

Синтезатор речи содержит входной регистр 1 и последовательно соединенные генератор основного тона 2, ключ 3 и генератор псевдослучайных чисел

4, выходы которого подключены ко входам генераторов формант Si — 5п выходы котдрых через последовательно соединенные смеситель 6 и усилитель 7 подключены ко входу громкоговорителя 8, при этом входы генератора основного тона 2, дополнительньй вход ключа 3 и другие входы генераторов формант 5, — 5п подключены к выходам входного регистра 1, генератор опорных частот

9 и последовательно соединенные преобразователь

"код — аналог" 10 и формирователь раэнополярных напряжений 11, при этом один выход генератора опорных частот 9 подключен ко второму входу генератора псевдослучайных чисел 4, другой выход — к дополнительному входу генератора основного тона 2, а остальные выходы — ко входам генераторов формант 5i — 5„, вход преобразователя "код— аналог" 10 соединен с соответствующим выходом входного регистра 1, а управляющий вход формирователя разнополярных напряжений 11 подключен к выходу генератора основного тона 2 и к другим входам генераторов формант 51 — 5>, при этом выходы формирователя разнополярных напряжений 11 подключены к соответствующим входам генераторов формант 5, — 5„, которые выполнены в виде вентиля! 12 и последовательно соединенных дешифратора опорных частот 13, делителя 14, узла сравнения 15, счетчика 16, функционального преобразователя "код — аналог" 17 и фильтра нижних частот 18; выходы вентиля 12 соединены с дополнительными входами счетчика 16.

Формантный синтезатор речи работает следующим образом.

Параметры сегментов речи из смежного устройства, например ЭВМ (на чертеже не показано), поступают на входной регистр 1 с частотой сегментации. Каждый из параметров задается кодом и передается по кодовым шинам на соответствующие элементы синтезатора.

Параметры сегментов речи содержат формантные параметры частот формант 1;, добротностей формант 9, фаз формант р;; (iZl,п, где i — номер форманты, а n — число формант) и параметры общей части„а именно — частоту основного тона амплитуду выходного сигнала А и сигнал тон — шум, Точность задания каждого из параметров определяется количеством разрядов кода.

На узел сравнения 15 каждого из генераторов формант 5, — 5П поступают исходные псевдослучайные числа, вырабатываемые генератором псевдослучайных чисел 4 с наибольшей частотой генерато1р ра опорных частот 9. Импульсы опорных частот генератора 9 в соответствии с применяемыми частотными диапазонами каждой форманты поступают на дешифратор опорных частот 13, Генератор частоты основного тона 2 формирует синхроимпульсы с

15 частотой основного тона Fo в соответствии со значением кода частоты основного тона посредством пересчета импульсов генератора опорных частот 9. При fo ФО импульсы частоты Fo поступают на, формирователь разнополярных напряжений 11 и

Ю одновременно — на вентиль 12 генераторов фор. мант 51 — 5„. При введении сигнала тон — шум импульсы частоты Р проходят дополнительно через ключ 3 на генератор псевдослучайных чисел 4 и определяют период повторения последовательности псевдослучайных чисел.

Формирователь 11 формирует два разнополярных симметричных напряжения .(+ U),каждое из которых для шумовых звуков постоянно, а для тональных звуков преобразуется в периодическое, 30 монотонно падающее по абсолютной величине, напряжение с периодом То, равным периоду основного тона, Tp —— / Fp. При этом средний уровень вы1 ходных напряжений формирователя определяется напряжением, формируемым на выходе преобразо8 вателя "код — аналог" 10 в соответствии со значением А кода амплитуды выходного многоформантного сигнала. Оба вырабатываемых формирователем 11 напряжения являются опорными для работы функционального преобразователя "код — аналог"

40 17 в составе каждого генератора форманты и задают форму огибающей выходного формантного сигнала.

Формирование i-того формантного сигнала начинается с выбора опорной частоты дешифратором

45 опорных частот 13 в соответствии со значением

4 кода частоты форманты. Таким образом задается частота форманты Рф (f i) выходного сигнала, которая определяется выражением

Р (У )— т.2"

4 где Гоп (fi) — опорная частота, соответствующая коду У „

rn; — емкость счетчика 16;

К; — число разрядов кода,.

Импульсы опорной частоты через делитель 14 с коэффициентом деления, равным значению g; кода добротности форманты, проходят на узел сравнения 15- и определяют моменты его срабатывания.

Узел . сравнения пропускает на выход импульс опорной частоты при условии, если в момент его

553656

К; прихода текущее значение числа, поступающее из генератора псевдослучайных чисел 4 равно числу, заданному значением g; кода добротности фор. манты, или меньше его. Этим вводится нестабильность в опорную частоту, чем задается добротность форманты Оф (g;7 которая рассчитывается по формуле:

Счетчик 16 накапливает импульсы с узла сравнения 15 по мод п1.. Выходы всех или.старших разрядов счетчика 16 связаны с соответствующими входами функционального преобразователя "коданалог" 17, преобразующего каждое текущее значение разрядов S счетчика 16 в выходное напряжение Оф (S) по гармоническому закону, определяемому выражением:

29

У вп -.8 ри S E 0, —

1 2

ul>и sI

Щ1

rn i прй56 " m -1

Опорные напряжения t U задают форму огибающей выходного формантного колебания.

Импульсы частоты F основного тона для тональных звуков устанавливают через вентиль 12 значения разрядов счетчика 16 в соответствии со значением Ф; кода фазы форманты и тем самым задают начальную фазу колебания выходного напряжения Оф (Ф;) формантного сигнала.

Формантные сигналы каждого иэ генераторов формант 5 — 5„через фильтр нижних частот 18 поступают на входы смесителя 6 и далее через усилитель 7 на громкоговоритель 8, Таким образом, формантный синтезатор речи, согласно изобретению, позволяет воспроизводить следующие типовые сегменты, поступающие один за другим в непрерывном речевом потоке: сегменты гласных звуков и некоторых звонких согласных, составляющих группу сонорных звуков, которые возбуждаются голосовыми связками и имеют периодические формантные сигналы на периоде То основного тона с дискретным частотным спектром, содержащим составляющие, к ратные частоте Fo основного тона; сегменты глухих согласных звуков, которые образуются без участия голосовых связок в резуль. тате шумового возбуждения с псевдослучайными формантными сигналами на периоде значительно большем, чем период основного тона и частотным спектром, содержащим составляяицие более низкой частоты, чем частота основного тона; сегменты остальных звонких согласных, которые образуются при совместном действия шумового возбуждения и голосовых связок с формантными сигналами, имеющими псевдослучайную структуру выходного колебания от периода к периоду основного тона со смешанным типом частотного спектра.

Формула изобретения

1. Формантный синтезатор речи, содержащий входной регистр и последовательно соединенные генератор основного тона, ключ и генератор псевдослучайных чисел, выходы которого подключены ко входам генераторов формант, выходы которых через последовательно соединенные смеситель и усилитель подключены ко входу громкоговорителя, при этом входы генератора основного тона, дополнительный вход ключа и другие входы генераторов формант подключены к выходам входного регистра, о тл и ча ющий ся тем, что, с целью повышения качества синтеэируемой речи, в него введены генератор опорных частот и последовательно соединенные преобразователь "код — аналог" и формирователь разнополярных напряжений, при этом один выход генератора опорных частот подключен ко второму входу генератора псевдослучайных чисел, другой выход — к дополнительному входу генератора основного тона, а остальные выходы — ко входам генераторов формант, вход преобразователя "код — аналог" соединен с соответствующим выходом входного регистра, а управляющий вход формирователя раэнополярных напряжений подключен к выходу генератора основного тона и к другим входам генераторов формант, при этом выходы формирователя раэнополярных напряжений подключены к соответствующим входам генераторов формант.

2. Синтезатор речи по п,1, отличающийся тем, что генераторы формант выполнены в виде вентиля и последовательно соединенных дешифратора опорных частот, делителя, узла сравнения, счетчика, функционального преобразователя "код — аналог" и фильтра нижних частот, при этом выходы вентиля подключены к дополнительным входам счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Твеленев В.А. Генератор форманты речи.

Автоматическое распознавание слуховых обрыов (АРС0-8), ч. 4, Львов, ЛГУ, 1974.

553656

Составитель Е. Погнблов

Техреду И. Асталош Корректор Л. Власенко гедактор Б. Федотов

Заказ 197/39 филиал ППП " Патент ", r. Ужтород, ул. Проектная, 4

Тираж 509 Подписное

QHHH13H Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретениЯ н открытий

113С35, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5