DE2263579A1 - Schaltungsanordnung zur elektrischen nachbildung von kehlkopfimpulsen - Google Patents

Description

• Schaltungsanordnung zur elektrischen Nachbildung von Kehlkopfimpulsen Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur elektrischen Nachbildung von Kehlkopfimpulsen. Bei der Erzeugung synthetischer Sprache, die im allgemeinen in Vocodern vorgenommen wird; sind für die Bildung der stimmhaften Laute Impulsgeneratoren als Anregungsquelle erforderlich.
• Diese Generatoretsind das Analogon zum menschlichen Kehlkopf, in welchem der gleichmäßige Luftdruck der Lungen durch die Stimmbandschwingungen in periodische Druckimpulse verwandelt wird.
• An die Pulsform des besagten Impulsgenerators brauchen keine besonderen anforderungen gestellt zu werden, wenn nur eine gut verständliche Sprache gefordert wirde Ublicherweise sind deswegen bislang s.B. Nadelpulse, Dreieck- oder Sägezahnpulse oder auch die positiven Halbwellen von Sinuaschwingungen verwandt worden.
• Um eine möglichst natürlich klingende Sprache zu erzeugen, reichen diese Pulsformern Jedoch nicht aus. Es ist vielmehr erforderlich, sich an dem natürlichen Vorbild zu orientieren und die vom Kehlkopf erzeugte Pulsform nachzuahmen. Entsprechende Untersuchungen sind von A.E. Rosenberg (J.Acoust.
• Soc.Amer. 49 (i97I)no. 2 (Pt 2), 583) veröffentlicht worden.
• Die natürliche Pulsform des Kehlkopfes wird von Rosenberg folgendermaßen charakterisiert (Fig. 1): Die Pulsamplitude r ist zu Beginn wieder Periode der Dauer T Null; sie steigt enschließend im Intervall Tp langsam mit sich kontinuierlich andernder tangentensteigung bis auf einen Maximalwert und fällt während des Intervalls Tn wieder gegen Null; beim Erreichen des Nuliwertes hat die Kurve eine sehr steile Tangente. Aus den Messungen von Rosenberg geht hervor, daß sich die natürlichete Sprache ergibt, wenn Tp/T = 0,40 und Tn/T = 0,16 gewählt wird.
• Von Rosenberg sind in der zitierten Arbeit Pulaformen angegeben, die den obigen Bedingungen genügen. Diese Darstellungen sind jedoch nur für die Simulation in einem Digitalrechner geeignet - die analoge Darstellung ist mit zu großen Schwierigkeiten verbunden.
• Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, die fragliche Pulsfor- als Produkt zweier Pulse derzustellen, wobei ein Faktox im wesentlichen ein Sägezahn und der andere im wesentlichen eine pozitive Sinushalbwelle ist und beide Pulsformen miteinander synchronisiert sind. Da die beiden Faktoren leicht darsustellen sind und die analoge Multiplikation heute leicht durchzu--führen ist, ist so eine bequeme Methode gefunden, die verlangte Pulsform zu erzeugen.
• In Fig. 2 ist der Vorgang näher erläutert: In Fig. 2a sind die positiven Halbwellen einer Sinuswelle gezeichnet. Mit den Einsetzen der positiven Halbwelle wird ein Sägezahimpuls, der mindestens eine Halbperflode dauert, getriggert; dieser Impuls ist in Fig. 2b dargestellt. Des Produkt beider Pulse ist in Fig. 2c gezeichnet und hat schon die gewUnschte Porm.
• Es ist leicht nachzurechnen, daß die so erhaltene PulBform noch nicht die oben erwähnten optimalen Beziehungen erfüllt, da Tp/T = 0,32 und Tn/T = 0,18 gilt. Durch leichte Änderungen kann hier Jedoch Abhilfe geschaffen werden. So sieht man sofort, daß welches normalerweise 0,5 ist, verkndert werden kann, wenn zur Sinuswelle vor der Gleichrichtung eine Gleichspannung addiert wird.
• Vorteilhafterweise wird nach der Erfindung die Sinuswelle nicht, wie naheliegend, durch einen harmonischen Oszillator erzeugt, sondern vielmehr mittels eines sogenannten puisformenden Netswerkes (Diodenformer) aus einer Dreieckspannung gewonnen. Die--se in vie-len Funktionsgeneraoren angewandte Technik, die dem fachmann wohlbekannt ist, bietet den vorteil, daß die Frequen der sinusspannung bequem elektronisch eingestellt werden kann und daß die Spitzenspannung unahhängig von der Frequenz ist.
• De im vorliegenden Fell eine Verformung analog 2 - 5% Kl,rrfaktor du-chous statthaft ist und pur eine Halbwelle der Dreieckspannung verformt zu werden bruch, ist der Aufwand für den Pulsformer nur gering.
• Bei den üblichen Funktionsgeneratoren ist es erforderlich, daß der positive und der negative Spitzenwert der Dreieckspannung genau übereinstirnrnen und daß die Vor- und Rückflanke des Dreiecks einander gleich sind. In Gegensatz dazu sollen bei dem erfindungsgemäßen Pulsgenerator beide Verhältnisse noch wählbar sein. Gerade dadurch ist die optimale Gestaltung der Pulsform möglich.
• Die Entstehung der Sinushalbwelle durch Gleichrichtung und Pulsformung ist in Fig. 3a dargestellt. Fig. 3b zeigt, daß bei unveranderter relativer Pulsform der Pulszwischenraum verändert werden kann. Das wird erreicht, indem bei dem Dreieckirnpuls die Flankensteilheiten und die positive Spitzenspannung konstant gehalten und ausschließlich die negative Spitzenspannung variiert wird. Auf diese Weise können bei dem Ausgangsimpuls, der durch Multiplikation mit dem Sägezahn ent,-steht, bei konstanten Tp und Tn sowie Tp/Tn die wichtigen Werte T /T sowie T /T variiert und eingestellt werden.
• n Figur 3c zeigt, wie das verhältnis Tp/Tn verändert werden kann. Dazu ist im Prinzip eine Verzerrung der Sinushalbwelle erforderlich. Diese wird auf einfache Weise durch unterschiedliche Steilheit von Vorder- und Rückflanke des Dreieckimpulses erreicht. Eine Kombination beider Mahmen ist selbstverständlich möglich.
• Es ist dem Fachmann klar, mit welchen schaltungstechnischen Maßnahmen die oben beschri ebenen Variationen erreicht werden können; auf eine genaue Beschreibung kann daher an dieser Stelle verzichtet werden.
• Der vollständige Aufbau eines erfindungsgemäßen Impulsgenere tors ist in Fig. 4 gezeigt: In einem Generator 1 wird die Dreieckapannung erzeugt und erscheint an Leitung 6. Der Generator 1 hat ein erstes Einstellpotentiometer 2, an dem die negative Spitzenspannung, und ein zweites Einstellpotentiometer 3, an dem das Verhältnis der Flankensteilheiten eingestellt werden können. Die Frequenz des Dreieckgenerators wird über eine Gleichspannung, die an einer Leitung.4 liegt, eingestellt. Dieselbe Gleichspannung wird einem Sägezahngenerator 5 zugeftihrt. Dadurch wird erreicht, daß die Spitzenspannung des Sägezahns frequenzunabhängig ist. Der Sägezahn wird jeweils vom Nulldurchgang der positiven Flanke des. Dreiecks getriggert. Der Sägezahn liegt auf einer Leitung 9. Das Dreieck wird in einem Pulsformer 7 in eine positive Sinushelbwelle umgewandelt, die auf einer Leitung 8 erscheint.
• In einem Multiplikator 10 wird das Produkt aus der Sinushalbwelle und dem Sägezahn gebildet. Dieses Produkt liegt an einer Leitung 11 und hat die verlangte Impulsform.
• Wenngleich die vorstehende Beschreibung auf eine analoge Multiplizierschaltung bezogen ist, so ist es selbstverständlich auch möglich, eine digitale Multiplizierachaltung zu verwenden, die auf dem gleichen Grundgedanken beruht.
• Patentansprüche:

Claims (1)

1. Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung zur elektrischen Nacilbildung von Kehlkopfimpulsen, gekennzeichnet durch eine Multiplizierschaltung, derem ersten Eingang eine Sägezahnspannung und derem zweiten Eingang eine mit der Sägezahnspannung synchrone positive Sinushalbwelle zugeführt werden, 2.Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinushalbwelle in einem pulsfornenden Netzwerk aus einer Dreiec'spanrnrng ab geleitet wird.

   3. Schaltungsanodnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwert und/oder die Flankensteilheiten der Dreieckspannung veränderbar sind.

   4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Verzerrung der Sinushalbwelle vorgesehen sind.

   5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine analoge Multiplizierschaltung.

   6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine digitale Multipliziersehaltung.

   L e e r s e i t e