DE2616656A1 - Sprachgenerator - Google Patents

Description

Institut Matematiki Sibirskogo Otdelenia Akademii Nauk SSSR

Novosibirsk - UdSSR

Spra chgenera tor

Die vorliegende Erfindung betrifft Mittel zur Wiedergabe zusammengesetzter Laute und menschlicher Sprache in beliebiger Reihenfolge ohne Vorzerlegung bzw. Aufzeichnung auf einen Träger, insbesondere einen Sprachgenerator, der auf dem natürlichen Luftschallverfahren der Sprachlautbildung aufgebaut ist.

Den erfindungsgemäßen Sprachgenerator kann man in Apparaten für ganz oder teilweise Stumme, ferner in Sprachsynthesegeräten zur Ausgabe von Sprachinformation

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ORIGINAL INSPECTED

aus Elektronenrechnern, in Sprachenübersetzungsmasehinen., im Telefon- und Telegrafenverkehr sowie in Musikinstrumenten verwenden.

Das Problem der Sprachsynthese gewinnt eine immer größere Bedeutung, besonders in letzter Zeit, mit der fortschreitenden Entwicklung der Kybernetik, des Nachrichtenverkehrs und der Rechentechnik.

Eine weitgehende Verwendung der Sprachsynthesegeräte wird für den gegenseitigen Verkehr in Systemen zwischen Mensch und Maschine erhofft.

Im Zusammenhang damit wird ein einfacher, zuverlässiger und billiger Generator von guter natürlicher Aussprache verlangt.

Die gegenwärtig bekannten Einrichtungen zum Erzeugen von Sprachlauten mit Hilfe des Luftschallverfahrens haben bisher keine Verbreitung gefunden.

So hatte beispielsweise der "Sprechapparat" der Gebrüder Bell (vgl. US-PS von I876), beschrieben im Buch Flanagan, M., "Analyse, Synthese und Wahrnehmungen der Sprache", I968, eine Sektionszunge, Lippen, die aus einem Drahtgerüst ausgeführt und mit einem weichen Stoff umwickelt (umzogen) sind, ein Gipsgebiß, einen Unterkiefer und ein Stimmband.

Obwohl der obengenannte Apparat eine weitgehende Kopie des menschlichen Sprechsystems darstellte, konnte er nur Vokale und Nasallaute sowie manche Lautverbindungen aussprechen.

Aus derselben Literaturstelle ist eine andere me-

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chanische Spreehvorrichtung "Richa" von 1937 bekannt, die gleichfalls die Aufgabe der Erzeugung einer zusammenhängenden Qualitätssprache nicht lösen konnte.

Bekannt ist auch die sog. Kempellen-Spreehmaschine, welche zum Erzeugen einiger Sprachlaute und einzelner Silben mit Hilfe des Luftschaliverfahrens bestimmt ist (vgl. Revue d'Acoustique, 1970, Nr. 11, S. 207).

Die Kempellen-Sprechmaschine enthält eine Luftleitung aus miteinander verbundenen Röhren, deren erste in einem Schalltrichter endet, und deren zweite mit einer veränderlichen Blindkammer hermetisch verbunden ist, und mit einem einen Deckel aufweisenden Hauptresonator, wobei der Deckel den Eingang aus dem Hauptresonator in die erste Röhre und die schmale Öffnung an der anderen Seite abschließt. In den Hauptresonator sind einzelne Resonatoren eingebaut, die durch entsprechende Öffnungen und Klappen sowohl mit dem Hauptresonator als auch mit der Außenluft in Verbindung stehen.

In der Kempellen-Maschine wird die Luft durch eine schmale Öffnung dem Hauptresonator zugeführt. Dann gelangt die Luft, je nach dem entsprechenden Spraehlaut, entweder durch die einzelnen Resonatoren mit Hilfe von Klappen in den Außenraum, oder - bei offenem Deckel des Hauptresonators - in die erste Röhre und den Schalltrichter - und weiter - in die Atmosphäre, wobei der Schalltrichter mit der Hand zusammengedrückt oder zugedeckt wird. Auf diese Weise werden einzelne Laute und Silben gebildet.

Das Fehlen von Steuerelementen (eines Schalldämpfers) der Kennwerte des Schalltrichters sowie eines Schallgebers

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verhindert in der Kempellen-Maschine eine zusammenhängende Qualitätssprache.

Es sind auch zahlreiche Arbeiten auf dem Gebiet der elektronischen Sprachsynthese bekannt. Doch ist in diesen Einrichtungen eine Vorzerlegung bereits von einem Menschen gesprochener Sprache bzw. deren Aufzeichnung auf einen Träger erforderlich. Diese Synthesegeräte zeigen in der Regel einen unnatürlichen, künstlichen "Maschinenklang" ihrer Sprache.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zusammenhängende Qualitätssprache ohne Vorzerlegung gesprochener menschlicher Sprache bzw. deren Aufzeichnung auf einem Träger zu erhalten.

Diese Aufgabe wird in einem Sprachgenerator mit einer Luftleitung aus miteinander verbundenen Röhren, deren erste in einem Schalltrichter endet, und deren zweite mit einer veränderlichen Blindkammer hermetisch verbunden ist, und mit einem einen Deckel aufweisenden Hauptresonator erfindungsgemäß gelöst durch einen im Schalltrichter beweglichen Schalldämpfer, wobei der Schalltrichter mit dem Hauptresonator hermetisch verbunden ist, dessen Ausgang direkt in die Außenluft führt.

Es ist zweckmäßig, daß die erste Röhre der Luftleitung eine Luftstrombildungsklappe hat, und daß der Schalldämpfer unterteilt ist, wobei sein Mittenabschnitt einen Resonator mit schmalem, gegen die Luftstrombildungsklappe gerichteten Hals darstellt.

Es ist bevorzugt, daß in der zweiten Röhre der Luftleitung auf der einen Seite ein Schallgeber und auf der anderen Seite eine Luftklappe angeordnet sind.

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Es ist auch zweckmäßig, daß der Hauptresonator einen zusätzlichen Resonanzblindraum enthält, der mit dem Hauptresonator durch eine öffnung verbunden ist, die mit einer Klappe schließbar ist, die gemeinsam mit der Öffnung des zusätzlichen Resonanzblindraums einen kleinen Resonator bildet, und daß der Schalltrichter am Außenrand eine Abschrägung mit einer Aussparung hat, die zur öffnung des zusätzlichen Resonanzblindraums gerichtet ist.

Es ist vorteilhaft, daß am zum Deckel zeigenden Rand des Hauptresonators mindestens ein Schlitz mit einer Klappe vorgesehen ist.

Es ist auch vorteilhaft, daß der Deckel des Hauptresonators mindestens eine öffnung mit einer Klappe aufweist.

Die Erfindung wird weitergebildet durch einen auf der Strecke der Luftleitung zwischen deren Eingang und dem Ausgang des Schalltrichters angeordneten Niederfrequenzmodulator mit einem Umleitungskanal und einer darin angeordneten Klappe sowie mit einer freischwingenden Lamelle, die auf einer konsolartigen Stütze befestigt ist und eine Düse in der Luftleitung überdeckt, wobei der Umleitungskanal eine Röhre ist, die mit der Luftleitung vor und hinter der Düse hermetisch verbunden ist.

Es ist zweckmäßig, daß der Schallgeber einen Umleitungskanal mit einer Klappe hat und als Röhre ausgebildet ist, die mit dem Eingang in die Luftleitung und der Strecke der Luftleitung hinter dem Schallgeber hermetisch verbunden ist.

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Die Erfindung löst die Sprachsynthese auf einfache Weise. Der Sprachgenerator arbeitet zuverlässig in einem weiten Betriebstemperaturbereich und kann aus weitverbreiteten Werkstoffen einfach hergestellt werden.

Darüber hinaus ist ein "Vorteil des erfindungsgemäßen Sprachgenerators, daß in ihm ein Modell des Sprechkanals dargestellt ist, welches das akustische Bild der Entstehung der Sprachlaute eindeutig bestimmt. Dieser Umstand kann bei den Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Theorie der Sprachbildung und der Spracherkennung verwendet werden.

Im folgenden wird die Erfindung beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sprachgeneratorsj

Fig. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sprachgenerators.

Der Sprachgenerator enthält eine Luftleitung 1 (Fig. 1), die als eine Kombination von miteinander verbundenen Röhren ausgeführt ist.

Die erste Röhre 2 der Luftleitung 1 endet in einem Schalltrichter 3* während die zweite Röhre 4 mit einer veränderlichen Blindkammer 5 verbunden ist. Der Sprachgenerator hat einen Hauptresonator 6, der mit einem Deckel J versehen ist.

Erfindungsgemäß ist innerhalb des Schalltrichters ein beweglicher Schalldämpfer 8 vorhanden. Der Schall-

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trichter 5 ist mit dem Hauptresonator β hermetisch verbunden, dessen Ausgang 9 direkt in die Außenluft führt.

Erfindungsgemäß enthält die erste Röhre 2 der Luftleitung 1 eine Luftstrombildungsklappe 10 mit einem Druckknopf 11, während der Schalldämpfer 8 unterteilt ausgeführt ist, wobei ein Mittenabschnitt 12 einen Resonator mit einem schmalen gegen die Luftstrombildungsklappe 10 gerichteten Hals 13 darstellt.

Auf dem Mittenabschnitt 12 sind die Abschnitte und l6 angeordnet.

Erfindungsgemäß ist in der zweiten Röhre 4 der Luftleitung 1 an der einen Seite ein Schallgeber 16 und an der anderen Seite eine Luftklappe 17 vorhanden. Ein Pfeil 18 gibt die Richtung der in die Luftleitung 1 gelangenden Luft an.

Der Hauptresonator 6 hat vorzugsweise einen zusätzlichen Resonanzblindraum 19 (Fig. 2), der mit dem Hauptresonator 6 durch eine öffnung 20 verbunden ist, die durch eine Klappe 21 mit einem Druckknopf 22 geschlossen wird.

Die Klappe 21 bildet gemeinsam mit der öffnung des zusätzlichen Resonanzblindraums 19 einen kleinen Resonator 2^.

Der Schalltrichter 3 hat eine Abschrägung 24 mit einer Aussparung 25, die gegen die öffnung 20 des zusätzlichen Resonanzblindraums 19 gerichtet ist.

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Am Rand des Hauptresonators 6 ist seitens des Deckels 7 mindestens ein Schlitz 26 mit einer Klappe 27 und Druckknopf 28 vorhanden.

Der Deckel 7 des Hauptresonators 6 hat mindestens eine öffnung 29 mit einer Klappe 30 und einem Druckknopf 31.

Auf der Strecke der Luftleitung 1 ist zwischen deren Eingang und dem Ausgang des Schalltrichters 3 ein Niederfrequenzmodulator mit einem Umleitungskanal 32 mit einer Klappe 33 im letzteren angeordnet, die mit einem Druckknopf 3^ versehen ist.

Der Niederfrequenzmodulator ist als freischwingende Lamelle 35 ausgeführt, die von einer konsolartigen Stütze 36 vorspringt, die auf der Wandfläche der Luftleitung 1 angeordnet ist. Die freischwingende Lamelle 35 überdeckt die Düse 37, welche in der Luftleitung 1 untergebracht ist.

Der Umleitungskanal 32 ist als eine Röhre ausgeführt, die vor und hinter der Düse 37 mit der Luftleitung 1 hermetisch verbunden ist.

Der Schallgeber l6 ist mit einem Umleitungskanal 38 mit einer Klappe 39 und einem Druckknopf 4o versehen» Der Umleitungskanal 38 ist als Röhre ausgeführt, die mit dem Eingang in die Luftleitung 1 und der Strecke der Luftleitung 1 hinter dem Sehallgeber 16 hermetisch verbunden ist.

Die Arbeitsweise des vorliegenden Sprachgenerators besteht erfindungsgemäS im folgenden!

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Luft wird in die Luftleitung 1 (Fig. 2) in Pfeilrichtung 18 zugeführt. Beim Erzeugen der stimmlosen Konsonanten (P, T, K, P, S, S, Ch) gelangt der Luftstrom in den Umleitungskanal J58 und passiert die Klappe 39, die mit Hilfe des Druckknopfs 40 geöffnet wird. Weiter gelangt die Luft in die zweite Röhre 4, den Blindraum 5, die erste Röhre 2, den Schalltrichter J und strömt schließlich durch den Hauptresonator 6 in die Atmosphäre hinaus.

In diesem Falle schließt die Klappe 17 die zweite Röhre 4. Der Schalldämpfer 8 ist aus dem Schalltrichter herausgezogen, und der Schall ist für den freien Durchgang des Luftstroms geöffnet.

Beim Erzeugen des K-Lautes schließt die Luftstrombildung sklappe 10 den Eingang in die Röhre 2 mit Hilfe des Druckknopfs 11. Der Blindhohlraum 5 wird dabei mit Luft gefüllt.

Weiter öffnet die Klappe 10 die Röhre 2, und der Luftstrom prallt auf die Kanten des engen Halses 13 des Mittenabschnitts 12 des Schalldämpfers S, wobei ein Geräusch entsprechend diesem K-Laut entsteht.

Beim Erzeugen des Ch-Lautes verdeckt die Luftstrombildungsklappe 10 den Eingang in die Röhre 2, so daß nur ein Spalt offen bleibt.

Der Luftstrom umspült den Kegel der Klappe 10, erzeugt einen schmalen Strahl und prallt auf die Kanten des engen Halses 13 des Mittenabschnitts 12 des Schalldämpfers 8. Dabei entsteht ein Geräusch, das dem Ch-Laut entspricht.

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Beim Erzeugen des T-Lautes wird der Abschnitt 15 des Schalldämpfers 8 in den Schalltrichter 3 hineingeschoben und versperrt dem Luftstrom hermetisch den Ausgang aus dem Schalltrichter 3.

Dabei wird der Blindhohlraum 5 mit Luft ausgefüllt. Weiter schiebt sich der Abschnitt 15 des Schalldämpfers heraus und öffnet dem Luftstrom den Weg aus dem Schalltrichter 3 über den Hauptresonator in die Atmosphäre, wobei ein Geräusch entsteht, das dem T-Laut entspricht.

Beim Erzeugen des P-Lautes wird der Hauptresonator 6 mit dem Deckel 7 und den Klappen 27 und 30 mit Hilfe der Druckknöpfe 28 und 31 verdeckt.

Der Blindhohlraum 5 wird dabei mit Luft ausgefüllt, wonach der Deckel den Hauptresonator 6 öffnet, und die Luft strömt mit einem Geräusch nach außen hinaus, welches diesem P-Laut entspricht.

Beim Erzeugen des S-Lautes schiebt sich der Abschnitt 15 des Schalldämpfers 8 in den Schalltrichter 3 hinein und versperrt dem Luftstrom den Ausgang aus dem Schalltrichter 3, wobei die Aussparung 25 an die Kante des Schalltrichters 3 zum Durchgang der Luft geöffnet bleibt, deren Strom gegen die Kanten der öffnung 20 des zusätzlichen Resonanzblindraums 19 aufprallt. Dabei erfolgt ein Geräusch, das dem S-Laut entspricht.

Beim Erzeugen des S-Lautes schiebt sich der Abschnitt 15 des Schalldämpfers 8 in den Schalltrichter 3 hinein und versperrt dem Luftstrom den Austritt aus dem Schalltrichter 3j wobei die Aussparung 25 an der Kante

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des Schalltrichters 3 zum Durchgang der Luft geöffnet bleibt, während die Klappe 21 mit Hilfe des Druckknopfs

22 die öffnung 20 schließt, indem ein kleiner Resonator

23 gebildet wird. Durch die offene Aussparung 25 prallt der Luftstrom auf die Kanten der Öffnung 20, wobei ein Geräusch entsteht, das dem Laut "S" entspricht.

Beim Erzeugen des F-Lautes wird mit Hilfe des Druckknopfs Jl die öffnung im Deckel 7 geschlossen, welcher seinerseits den Hauptresonator schließt, während der Schlitz 26 in der Kante des Resonators β zum Durchgang der Luft offen bleibt. Dabei entsteht ein Geräusch, das dem Laut "F" entspricht.

Beim Erzeugen der stimmhaften Laute A, 0, U, E, I, R, L, M. N, B, D, G, V, Z, Z, Y wird der Umleitungskanal 38 von der Klappe 39 überdeckt, und die Luft gelangt über den Umleitungskanal 32 zum Schallgeber l6 und dann in die zweite Röhre 4, in den Blindhohlraum o> in den Schalltrichter 3 und tritt schließlich durch den Hauptresonator 6 in die Atmosphäre hinaus. Beim Erzeugen der stimmhaften Laute B, D, G, V, Z, Z, Y verläuft die Arbeit des vorliegenden Sprachgenerators entsprechend und analog der Erzeugung der stimmlosen Laute P, T, K, F, S, S, Ch.

Das Erzeugen der Vokale 0, U, E wird durch verschiedene öffnungsweiten des Deckels 7 des Hauptresonators 6 erreicht.

Der Laut A wird durch volles Öffnen des Deckels 7 des Hauptresonators 6 und der Klappe 17 der zweiten Röhre 4 erzeugt.

Der Laut I wird mit Hilfe des im Schalltrichter 3 sich verstellenden Abschnitts 14 des Schalldämpfers 8 erzeugt.

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Beim Erzeugen des M-Lauts wird der Haupresonator 6 durch den Deckel J und die Klappen 27 und 30 mit Hilfe der Druckknöpfe 28 und 31 überdeckt. Die Klappe 17 der zweiten Röhre 4 ist dabei geöffnet.

Beim Erzeugen des N-Lauts wird der Abschnitt 15 des Schalldämpfers 8 in den Schalltrichter 3 eingeschoben und versperrt hermetisch dem Luftstrom den Austritt aus dem Schalltrichter. Die Klappe 17 der zweiten Röhre 4 ist dabei geöffnet.

Beim Erzeugen des L-Lauts wird der Hauptresonator 6 durch den Deckel 7 und die Klappe 27 mit Hilfe des Druckknopfs 28 überdeckt. Die öffnung 29 im Deckel 7 bleibt geöffnet, während die Klappe 17 der zweiten Röhre 4 geschlossen bleibt. Dabei entsteht eine Schallwirkung, die dem Laut L entspricht.

Beim Erzeugen des R-Lauts werden die Umleitungskanäle 32 und 38 durch die Klappen 33 und 39 entsprechend mit Hilfe der Druckknöpfe 34 und 4o überdeckt, und die Luft gelangt in die Düse 37 des Niederfrequenzmodulators, wobei die Lamelle 35 zu schwingen beginnt, indem sie den aus der Düse 37 austretenden Luftstrom mit einer Frequenz unterbricht, die durch die Abmessungen.der.Lamelle 35 bestimmt wird. Dabei entsteht eine Schallwirkung, die dem R-Laut entspricht.

Beim Erzeugen zusammenhängender Sprache stellen sich die Elemente des Generators zum Erzeugen der entsprechenden Laute des zu sprechenden Satzes nacheinander ein, wobei der Zusammenhang der Sprache automatisch erreicht wird.

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Die Steuerung des Generators kann man sowohl manuell als auch unter Anschluß der beweglichen Elemente des Generators an verschiedene Stellgeräte durchführen.

Die Erfindung ermöglicht eine Vertonung aus Sprachlauten beliebig zusammengebauter Sätze mit hoher Güte und natürlichem Klang.

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Claims (8)

Pa tentansprüche

1. Sprachgenerator, mit einer Luftleitung aus miteinander verbundenen Röhren, deren erste in einem Schalltrichter endet, und deren zweite mit einer veränderlichen Blindkammer hermetisch verbunden ist, und mit einem einen Deckel aufweisenden Hauptresonator, gekennzeichnet durch einen im Schalltrichter (3) beweglichen Schalldämpfer (8), wobei der Schalltrichter (3) mit dem Hauptresonator (6) hermetisch verbunden ist, dessen Ausgang (9) direkt in die Außenluft führt.

2. Sprachgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Röhre (2) der Luftleitung (1) eine Luftstrombildungsklappe (10) hat, und daß der Schalldämpfer (8) unterteilt ist, wobei sein Mittenabschnitt (12) einen Resonator mit schmalem, gegen die Luftstrombildungsklappe (10) gerichteten Hals (13) darstellt.

3« Sprachgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Röhre (4) der Luftleitung (1) auf der einen Seite ein Schallgeber (l6) und auf der anderen Seite eine Luftklappe (17) angeordnet sind.

4. Sprachgenerator nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptresonator (6) einen zusätzlichen Resonanzblindraum (19) enthält, der mit dem Hauptresonator (6) durch eine Öffnung (20) verbunden ist, die mit einer Klappe (21) schließbar ist,

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die gemeinsam mit der öffnung (20) des zusätzlichen Resonanzblindraums (19) einen kleinen Resonator (23) bildet, und daß der Schalltrichter (3) am Außenrand eine Abschrägung (24) mit einer Aussparung (25) hat, die zur Öffnung (20) des zusätzlichen Resonanzblindraums (19) gerichtet ist.

5. Sprachgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am zum Deckel (7) zeigenden Rand des Hauptresonators (6) mindestens ein Schlitz (26) mit einer Klappe (27) vorgesehen ist.

6. Sprachgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (7) des Hauptresonators (6) mindestens eine öffnung (29) mit einer Klappe (30) aufweist.

7. Sprachgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen auf der Strecke der Luftleitung (1) zwischen deren Eingang und dem Ausgang des Schalltrichters (3) angeordneten Niederfrequenzmodulator mit einem Umleitungskanal (32) und einer darin angeordneten Klappe (33) sowie mit einer freisehwingenden Lamelle (35), die auf einer konsolartigen Stütze (36) befestigt ist und eine Düse (37) In der Luftleitung (1) überdeckt, wobei der Umleitungskanal (32) eine Röhre ist, die mit der Luftleitung (1) vor und hinter der Düse (37) hermetisch verbunden ist.

8. Sprachgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 7* dadurch gekennzeichnet, daß der Schallgeber (l6) einen Umleitungskanal 38 mit einer Klappe 39 hat und als Röhre ausgebildet ist, die mit dem Eingang in die Luftleitung (1) und der Strecke der Luftleitung (1) hinter dem ' Schallgeber (l6) hermetisch verbunden ist.

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