嗓音源谐波噪声独立分量分离估计方法

以发声生理和病理为基础,针对唇端语音、线性预测反滤波处理后的声门气流体积速度波和颈前体表传导嗓音信号分别采用独立分量分析,分离出谐波与噪声信号,并估计其谐波噪声比。在不同元音、不同发声方式以及不同病变条件下给出了实验结果,并与传统的谐波噪声比计算方法进行综合比较。分别证实了在正常和病变条件下更客观、准确地判断嘶音程度和喉病的适应方法。对发声基础研究、语言声学和喉病检测等领域有重要意义。     

男女嗓音源特性的比较研究

以男女性发声生理差异为基础,采用作者研制的嗓音测试系统无侵入地获取电声门波波形图、反滤波声门波波形图、扰动、声门发声效率等稳态和动态图谱与参数,对男女声带振动和嗓音源特性的差异进行了定量的比较研究,在男女性稳态发声声问波波形图时相参数对比、声门发声效率、浊音起声声带振动动态特性等方面获得了较多新的实验结果。这些结果与男女喉部解剖、发声生理解释相一致,对发声基础研究、言语工程技术和艺术嗓音学等领域有重要意义。     

喉发声功能评价方法的探讨

通过对喉发声机理的物理分析及病变对声喉功能影响的分析，寻找能够客观评价喉发声功能的途径——同步测量发声效率与频域相对谐噪比，将上述两参数结合可较全面地对喉发声功能进行量化评价。     

利用声带动力学模型参数反演方法进行病变嗓音分类

提出一种声带动力学模型参数反演方法,从发声机理角度对声带病变嗓音进行有效区分。依据声带生理组织和伯努利定律构建声带动力学模型,确定模型优化参数向量,耦合声门气流获取模型声门波;利用迭代自适应逆滤波算法获得实际嗓音声门波作为目标声门波;采用遗传优化算法提出通过匹配目标和模型声门波特征参数实现模型参数反演。实验结果表明,表征声门波的各时频域参数匹配相对误差不超过2%;依据反演所获模型参数提出去除声门下压影响的平均归一化缩放系数,克服声带非对称性特征在区分病变嗓音方面的不足,实现病理嗓音的全面有效区分。      

嗓音的测试与处理系统

本文介绍了一种无侵入、直接、客观、定量地反映发声过程中声带振动特性及嗓音嘶哑程度的自动测试与处理系统．该系统具有多路生理信号检测，电声门图参数提取，诣波噪声比分析，扰动分析，频谱分析，语话图分析等多种信息处理功能．实验与临床使用结果表明，本系统在正常与病变发声检查、艺术嗓音测试等方面具有重要应用价值．     

声带上表面振动黏膜波波速的激光测振估计方法

发声过程中声带组织振动的黏膜波测量对于声带组织力学特性和病理机制研究具有重要意义。本研究利用多普勒激光测振(Laser Doppler Vibrometer,LDV)和电声门图时间同步方法,对声带上表面的振动过程进行了重建,并基于该结果估计了黏膜波传播速度。通过离体犬喉发声实验,激光测振方法能够得到与高速光学方法相一致的黏膜波速度估计,并且能够重建不同时刻的声带上表面形态,证明了该方法应用于声带上表面振动特性研究的可行性和有效性。然而,由于单点测振的局限和时间同步的要求,稳态发声是保证该方法测量准确性的重要条件。      

一种基于β-warping变换算子的被动声源距离估计方法

基于浅海简正波水平波数差与波导不变量之间的关系, 本文提出了一种适用于水平不变浅海声波导中接收信号自相关函数的频域卷绕变换算子. 该算子可以将接收信号自相关函数中的简正波互相关成分变换为时域上可分离的脉冲序列, 且脉冲序列的相对延迟时间包含声源距离信息. 利用已知距离的引导声源, 由单水听器记录的脉冲信号即可实现被动声源距离估计. 对仿真和实验获得的脉冲信号数据处理结果验证了该变换算子用于被动声源距离估计的有效性.     

浅海负跃层条件下的warping变换宽带无源测距方法

夏季浅海波导中常常存在强烈的负跃层,研究warping变换无源测距在这种水文条件下的使用方法具有重要的应用价值。对于上发上收、上发下收和跃层强度较小时下发下收的情况,海面海底反射类简正波对声场起主要作用,可以对接收信号的自相关函数进行时域warping变换,利用特征频率匹配的方法进行无源测距。而对于跃层强度较大时下发下收的情况,水体折射-海底反射类简正波对声场起主要贡献,可以对接收信号的自相关函数进行频域β-warping变换进行无源测距。并且能在事先获得粗略的水体声速剖面参数的情况下,通过设置一个已知距离的引导声源,那么即使估计得到的波导不变量存在一定误差,实际测距结果也可以与真实距离符合得较好。利用warping变换对一次夏季浅海实验接收到的目标发出的宽带信号进行无源测距,估计距离与真实距离符合较好,相对误差在20%以内。      

息肉与麻痹喉声源分类中非线性动力学发声系统模型研究

提出一种非线性动力学建模仿真发声系统,分类息肉和麻痹喉声源的方法,为声带疾病分类时参数选择提供了依据。首先介绍息肉和麻痹声带力学模型,耦合声门气流产生喉声源,求取喉声源频率(基频)、基频微扰;提出用庞加莱截面,分岔图对模型振动进行非线性分析;改变声带病理参数及声门下压,分析频率参数和混沌参数李雅普诺夫指数的变化。仿真实验结果表明,声带麻痹减小了发声基频,且只在一定压力范围内出现混沌振荡;息肉声带的混沌则分布在整个压力范围内。根据最大李雅普诺夫指数随声门下压变化的差异性分布,有助于识别并分类声带息肉和声带麻痹。      

高速摄影成像分析声带振动发声的前后不对称性

高速摄影成像直接观察到声带振动的前后不对称性。将11个离体狗喉声带进行发声实验,设置3组声门下压分别为10 cm H₂O,20 cm H₂O和30 cm H₂O,利用高速摄像仪和传声器,分别记录不同声门下压的声带振动图像和声信号.对高速摄影成像与同步采集的声信号基频进行定量分析和比较,基频均随声门下压的增大而增加。此外,对两种测量方法得到的基频进行相关分析比较,得到在同一声门下压下两种方法的基频相关系数均大于0.9,表明高速摄影成像得到的基频与声信号的基频具有高度相关性。高速摄影成像能直观地测量声带振动行为,对研究声带振动发声机理提供了有价值的测量手段。高速摄影获得的声带线性结构上25%,50%,75%位置处的振动幅度,显示了声带前后振动不对称且声门下压较低时振动不对称较明显。      

息肉与麻痹喉声源分类中非线性动力学发声系统模型研究

提出一种非线性动力学建模仿真发声系统,分类息肉和麻痹喉声源的方法,为声带疾病分类时参数选择提供了依据。首先介绍息肉和麻痹声带力学模型,耦合声门气流产生喉声源,求取喉声源频率(基频)、基频微扰;提出用庞加莱截面,分岔图对模型振动进行非线性分析;改变声带病理参数及声门下压,分析频率参数和混沌参数李雅普诺夫指数的变化。仿真实验结果表明,声带麻痹减小了发声基频,且只在一定压力范围内出现混沌振荡;息肉声带的混沌则分布在整个压力范围内。根据最大李雅普诺夫指数随声门下压变化的差异性分布,有助于识别并分类声带息肉和声带麻痹。     

红外目标湍流退化图像的优化复原算法

提出了基于最速下降法的湍流退化图像盲目复原算法。将图像转换到频域中，建立一个基于目标图像和点扩展函数频谱的目标函数，通过迭代方式采用最速下降优化方法来极小化该目标函数，并利用傅里叶变换和反变换将目标图像和点扩展函数在频域和空域之间进行变换，在每次迭代中交替加入约束条件进行反复修正，以便取得预期的图像恢复效果，增强算法的稳定性和抗噪能力。针对红外目标湍流退化图像，在微机上对算法进行了一系列复原验证实验。实验结果表明：该文算法复原效果稳定，抗噪能力强，具有实用价值。     

分数阶反卷积的高分辨力目标亮点提取

提出了一种采用分数阶反卷积的目标亮点提取方法对目标亮点进行高分辨力提取。该方法依据分数阶域卷积公式,引入反卷积理论去除窗函数的影响,实现了时频域去模糊,提升了时频分辨力。仿真和实验数据表明,基于反卷积的短时分数阶傅里叶变换对线性调频信号的频域分辨力高于分数阶傅里叶变换,可提高时频域上检测线性调频信号的性能。从而实现时频域上目标亮点的高分辨力提取,提升目标亮点间时延差的估计精度。与传统方法相比基于分数阶反卷积的目标亮点提取方法具有更高的分辨力,且对混响有一定的抑制作用。     

基于气泵的声管实验及分析

为研究声管的发声频率，进行了实验设计和分析.声管转动发声是由于空气在声管中的流动，考虑实际的实验条件，设计了气泵吹气代替声管转动的实验方式，改变吹气速率并测量发声频率.通过对实验结果的分析发现，此时的声管不符合两端开口即两端为波腹的条件，而是一端波节、一端波腹.声管的发声频率取决于其长度，符合驻波特性，发声时吹气速率与波纹长度须满足共振条件.研究结果有助于对驻波的理解和相关内容的实验设计.     

机动目标逆合成孔径激光雷达方位成像快速算法

针对逆合成孔径激光雷达对机动目标成像时存在方位多普勒时变的问题,提出了一种基于方位时频域keystone变换的机动目标逆合成孔径激光雷达方位成像快速算法.利用多分量线性调频子回波信号的调频斜率与起始频率的比值为常量这一特点,在方位时频域采用keystone变换将多分量线性调频信号同时转换为多分量单频信号,利用快速傅里叶变换实现方位聚焦.采用基于分数阶傅里叶变换和最小熵的线性调频参量估计方法,实现了对调频斜率与起始频率比值的精确、快速估计.结果表明,与现有的基于Radon-Wigner变换的距离-瞬时多普勒成像算法相比,所提出的算法成像效率大大提高,且能够保留更多的目标细节信息,适合于逆合成孔径激光雷达的实时成像.     

利用波导不变量进行运动单线阵的无源测距测速

为克服单线阵难以无源测距、测速的缺点,提出了利用目标辐射低频声场干涉结构和波导不变量的运动单线阵无源测距、测速方法。定义了运动目标的距离距变率比（目标距离与距离变化率的比值）,并利用与目标辐射声场的时间-频率干涉结构和波导不变量相关的变量来表征距离距变率比。根据此定义,通过对目标辐射声场的时间-频率干涉结构图进行Radon变换等处理,实现对距离距变率比的估计。利用所估计的距离距变率比,结合平台速度、目标方位角和目标航向角实现对目标距离和速度的同时估计。仿真实验验证了所提方法在测距、测速时的正确性和有效性。结果表明:所提方法在目标航向角较大时有较高的距离、速度估计精度;同时,目标方位估计误差越小,所提方法的距离、速度估计精度越高。      

北京话声调分布区的知觉研究

声调分布区问题是研究声调信息是由字音的整个带音部分，还是由其韵母或主要元音所携带。本文采用感知实验方法研究这个问题。从一位说北京话的男青年单说的“癌”、“矮”和“爱”；“羊”、“养”和“样”；“苗”、“秒”和“妙”及“前”、“浅”和“欠”切割得到的刺激声，由１０位受试者作辨认实验，其结果表明，当字音Ｆ０曲线有明显的“弯头”和“降尾”，单说的字音声调的音高感知与浊辅音声母或介音及鼻音韵尾或元音韵尾无关；甚至当字音Ｆ０曲线的“降尾”不明显，鼻音韵尾或元音韵尾与字音声调音高的感知也无关。调型段起始和末了部分中的Ｆ０也可能跟字音的声调音高无关。总而言之，对北京话单说的声调来说，不仅可以把浊辅音声母或介音，而且也可以把鼻音韵尾或元音韵尾排除在声调分布区之外，因而，北京话单说的声调信息主要由主要元音及其过渡携带。弯头段和降尾段里的Ｆ０不是人们特意产生的，人们特意产生的只是在调型段里的Ｆ０；浊辅音声母、介音、鼻音韵尾和元音韵尾跟声调无关，声调信息主要存在于主要元音（及其声学过渡）上，因此可以说，Ｆ０跟字音声调音高相联系的函数是不连续的；字音里的Ｆ０并不都能引起其声调音高的感知。     

声矢量圆阵宽带相干目标MVDR方位估计*

针对宽带相干目标的远程探测问题，本文提出一种基于声压振速联合处理和矢量重构的声矢量圆阵MVDR波束形成方法。该方法利用相位模态变换技术，将声矢量圆阵变换为与信号频率无关的虚拟线阵，并构建虚拟线阵声压与组合振速的互协方差矩阵，利用声压与振速各分量间的空间相关性有效地抑制各向同性环境噪声；并对宽带相干信号的互协方差矩阵进行矢量重构，即将最大特征值对应的特征向量划分为相互重叠的子向量，从而构建前/后向Hermitian矩阵；最后，基于MVDR波束形成器实现宽带相干目标的方位估计。仿真计算和实验数据处理结果表明，该方法具较强的解相干能力和噪声抑制能力以及较高的方位估计性能。     

嗓音的测试与处理系统

本文介绍了一种无侵入、直接、客观、定量地反映发声过程中声带振动特性及噪音嘶哑程度的自动测试与处理系统。该系统具有多路生理信号检测，电声门图参数提取，谐波噪声比分析，扰动分析，频谱分析，语谱图分析等多种信息处理功能。实验 临床使用结果表明，本系统在正常与病变发声检查、艺术噪音测试等方面具有重要应用价值。     

波导不变量误差对频域β-warping变换及浅海被动测距的影响*

频域β-warping变换可将接收信号自相关函数中简正波互相关部分,变为时域上时延随声源距离线性增大的脉冲序列。对信号自相关函数进行β-warping变换需要已知波导不变量值。但是,在实际应用中,很难获得波导不变量的准确值。研究表明,在事先获得粗略的水体声速剖面参数的情况下,如果估计得到的波导不变量为其真实值的q倍,那么频域β-warping变换后得到的脉冲时延也会变为波导不变量取真实值时的q倍。进一步研究表明,在水平不变浅海波导中采用频域β-warping变换进行被动测距时,通过设置一个已知距离的引导声源,那么即使估计得到的波导不变量存在一定误差,实际测距结果仍与真实距离符合得较好。