Исследование вокальной речи как нестацинарного случайного процесса и разработка критериев объективной оценки певческого голоса

второй главе описывается методика и приводятся результаты экспериментального анализа певческих голосов на основе коэффициента отношения интенсивностей формант. В п. 2.1 описывается методика спектрального анализа вокальных гласных и производится оценка погрешностей измерений. Для получения спектра акустического сигнала используется дискретное преобразование Фурье. Для нестационарных сигналов типа речевых сигналов преобразование Фурье всей реализации нецелесообразно, так как спектр речи изменяется во времени. Более полезной характеристикой распределения энергии речевого сигнала является преобразование Фурье на коротком интервале (мгновенный спектр): , (2) где n = 0, 1, 2, …, N-1, имеет физический смысл времени; k = 0, 1, 2, …, N-1, имеет физический смысл частоты; Т – интервал между отсчетами; ω – угловая частота. Для данной работы спектры вокальных гласных были получены с помощью программ Cool Edit Pro 2.0 и Adobe Audition 1.5 с применением алгоритма быстрого преобразования Фурье. В этом подразделе также описывается методика экспериментального исследования голосов профессиональных исполнителей (Н. Гяурова, Б. Христова, Г. Отса, Д. Хворостовского, М. Ланца, С. Лемешева и др.) путем записи фонограммы с аудионосителя на жесткий диск компьютера с применением цифровой обработки аудиосигнала. Представлены спектры вокальных гласных профессиональных исполнителей. В п. 2.2 представлены результаты экспериментального исследования формантных характеристик спектров вокальных гласных профессиональных и непрофессиональных исполнителей. Исследования проводились для групп мужских голосов «бас», «баритон» и «тенор». Формантные области их голосов следующие: область НПФ для баса: (300-700) Гц, для баритона: (380-700) Гц, для тенора: (500-900) Гц; область ВПФ для баса: (1600-2600) Гц, для баритона: (2000-2700) Гц, для тенора: (2100-2800) Гц (рис. 2). Определено влияние изменения частоты основного тона на изменение отношения интенсивностей высокой и низкой певческих формант на отдельно взятом произведении для двух вокальных гласных: «А» и «Е» (исполнители: Г. Отс, Н. Гяуров и Д. Хворостовский, произведение – романс П.И. Чайковского «Серенада Дон Жуана»). Гласные взяты из одних и тех же слов, чтобы не нарушать эмоциональный настрой, заложенный в произведении. Проведено исследование отношения интенсивностей высокой и низкой певческих формант на разных частотах основного тона, распределенных не в отдельных гласных, взятых из разных слов вокального произведения, а по отдельно взятым музыкальным фразам романса П.И. Чайковского «Примиренье» в исполнении Е. Образцовой, Д. Хворостовского и С. Лемешева. Рис. 2. Д. Хворостовский. Гласная «А», fa# 1 октавы (370 Гц). Длительность 1,2 с. ЧОТ – частота основного тона, НПФ – нижняя певческая форманта, СПФ – средняя певческая форманта, ВПФ – высокая певческая форманта Для удобства анализа голосов исполнителей коэффициент отношения интенсивностей ВПФ и НПФ был назван коэффициентом отношения интенсивностей формант (КОИФ): (3) Полученные данные сведены в таблицы, а также представлены графически (например, рис. 3). Исследовано поведение КОИФ для трех разных профессиональных исполнителей (Е. Образцовой, Д. Хворостовского и С. Лемешева). Из проведенного анализа видно, что значение КОИФ, в основном, тем выше, чем выше частота основного тона. Следовательно, будет уместно более подробное исследование поведения коэффициента отношения интенсивностей формант в зависимости от частоты основного тона для всего диапазона исполнения голоса как профессиональных, так и непрофессиональных исполнителей с целью выявления определенных закономерностей и использования последних для решения практических задач. Для проведения исследования были выбраны диапазоны исполнения музыкальных звуков, присущие каждой группе мужских голосов (бас, баритон, тенор). Всего по 12 тонов (полутоны нами не учитывались, так как в данном случае принципиального значения это не имеет). На каждой ноте вычислялось значение отношения интенсивностей высокой и низкой певческих формант для каждой из шести основных вокальных гласных (А, Э, И, О, У, Ы) для того, чтобы впоследствии можно было проследить изменение этого отношения в зависимости от частоты основного тона. Также был вычислен средний (по диапазону частот) коэффициент отношения интенсивностей высокой и низкой певческих формант для шести гласных на каждой ноте. Проведенные исследования выявили закономерность изменения коэффициента отношения интенсивностей высокой и низкой певческих формант в зависимости от частоты основного тона: КОИФ зависит от частоты основного тона и носит возрастающий характер (рис. 4). Рис. 3. Вторая музыкальная фраза из романса П.И. Чайковского «Примиренье», исполненная тремя разными вокалистами (Д. Хворостовский – баритон; Е. Образцова – меццо-сопрано; С. Лемешев – тенор) Рис. 4. Усредненное изменение КОИФ в зависимости от частоты основного тона для групп мужских голосов В третьей главе рассмотрены вопросы коррекции вокальных гласных непрофессионального исполнителя с помощью КОИФ путем приближения его значения к эталонному. В п. 3.1 производится сравнение КОИФ с Коэффициентом звонкости В.П. Морозова, который определяется как отношение интенсивности ВПФ к общей суммарной интенсивности гласного, в котором эта форманта измеряется. Однако, на восприятие слушателем певца, влияет не только звонкость его голоса, определяемая ВПФ, но и низкочастотные обертоны, принадлежащие области НПФ (грудной резонатор). Исходя из этого, можно сделать предположение, что коэффициент отношения интенсивностей формант является количественной характеристикой этого баланса. Значения КОИФ для профессиональных певцов, как эталонные, можно применить в практике обучения вокалистов, программно или аппаратно изменяя интенсивности певческих формант в спектрах вокальных гласных непрофессиональных исполнителей с целью прогнозирования звучания их голосов в дальнейшем при правильной постановке голоса. В п. 3.2 исследуется влияние соотношения высокой и низкой певческих формант на восприятие вокального звука. Производится сопоставление КОИФ для разных певцов и рассматривается отличие их голосов в субъективном восприятии. Из статистических данных, приведенных в предыдущей главе, отчетливо наблюдается рост коэффициента отношения интенсивностей формант как в зависимости от частоты основного тона, так и в зависимости от типа голоса исполнителя. Чем выше тип голоса, тем больше значение КОИФ. КОИФ дает возможность выявить его оптимальное значение отношения интенсивностей высокой и низкой певческих формант для достижения наилучшего эмоционального и эстетического воздействия на слушателя. Количественно оценить степень такого воздействия можно с помощью экспертной оценки. Для этих целей на примере вокальной гласной «А» в исполнении Д. Хворостовского на ноте fa# 1 октавы (частота основного тона 370 Гц, длительность 1,7 с) используется несколько значений КОИФ для этого акустического сигнала: 0,8 (исходное значение); 0,1; 5; 10. Как показали результаты экспертной оценки (см. табл. 1) для звонкости, математическое ожидание с ростом КОИФ увеличилось, что указывает на субъективное увеличение звонкости. Однако чрезмерное увеличение звонкости ведет к резкому ухудшению тембра голоса, что негативно сказывается на слуховом восприятии по отношению к исходному фрагменту. Так же изменение КОИФ влияет и на субъективное восприятие громкости сигнала, хотя при КОИФ=10 (что заведомо является очень высоким значением), субъективно, громкость ниже, чем у исходного фрагмента. Таблица 1 Вероятностные характеристики экспертной оценки КОИФ Характеристика Звонкость Тембр Громкость 0,8 (исх.) 3,4 0,24 0,49 4,4 0,64 0,80 3,4 0,24 0,49 0,1 2,6 0,64 0,80 3,6 0,24 0,49 2,8 0,56 0,74 5 4,4 0,24 0,49 2,8 0,56 0,74 4,0 0,40 0,63 10 4,6 0,64 0,80 1,4 0,24 0,49 2,6 0,64 0,80 где – оценка математического ожидания; , – оценки дисперсии и среднеквадратического отклонения экспериментальных значений В п. 3.3 разрабатывается структурная схема устройства коррекции (рис. 5). Согласно данной структурой схеме, звуковой сигнал подвергается фильтрации. В блоках ПФ1 (полосовой фильтр 1) и ПФ2 (полосовой фильтр 2) происходит выделение из спектра сигнала областей нижней и верхней формант (ОНПФ и ОВПФ соответственно). Далее, в блоке анализа, происходит сравнение модулей максимумов огибающей спектра и вычисляется отношение интенсивностей верхней и нижней формант (коэффициент К), присущее данному исполнителю. В следующем блоке происходит сравнение полученного коэффициента К с эталонным (Кэтi). Если они не равны, то коэффициент К увеличивается до нужного значения Кэтi. Затем происходит коррекция вокальных гласных непрофессионального исполнителя с помощью эталонного коэффициента в соответствующем блоке коррекции. Далее выходной сигнал блока коррекции суммируется с входным сигналом и поступает на выход корректирующего устройства. Рис. 5. Структурная схема устройства коррекции характеристик певческого голоса В п. 3.4 произведено моделирование цифровых полосовых формантных фильтров. Для выделения формантных областей наиболее подходящей является амплитудно-частотная характеристика (АЧХ), приближающаяся к прямоугольной, но в то же время не слишком высокого порядка (для уменьшения переходных процессов). Расчет полосового фильтра рассмотрен на примере фильтра Чебышева. Синтез цифрового фильтра осуществлен методом обобщенного билинейного преобразования. Наиболее компактная реализация получается при использовании рекурсивных фильтров. В п. 3.5 проводится исследование способа коррекции на компьютерной модели. Моделирование прохождения акустического сигнала через корректирующее устройство производится в программной среде Matlab 5.3, используя разработанный алгоритм. Приводятся результаты работы программы улучшения звучания голоса непрофессионального исполнителя путем приближения значения его  КОИФ к эталонному. На рис. 6, 7 представлены спектры сигналов до и после коррекции. Рис. 6. Певец В.С. Усредненный спектр отрезка вокального произведения длительностью 46 секунд (до коррекции) Рис. 7. Певец В.С. Усредненный спектр отрезка вокального произведения длительностью 46 секунд (после коррекции) Таблица 2 Вероятностные характеристики экспертной оценки № п/п Характеристика Исходный звуковой фрагмент Скорректированный звуковой фрагмент 1 Звонкость 2,0 0,39 0,63 4,6 0,24 0,49 2 Тембр 2,8 0,96 0,98 4,0 0,40 0,63 3 Громкость 2,4 0,64 0,80 4,2 0,56 0,74 Экспертная оценка показала, что субъективное восприятие звонкости улучшилось в 2,3 раза, тембра – в 1,4 раза и громкости – в 1,8 раза. Субъективное восприятие отчетливости отдельных слов и музыкального текста в целом улучшилось в 1,9 раза. Таким образом, увеличение уровня ВПФ (в пределах эталонных значений профессиональных исполнителей) приводит к улучшению субъективного восприятия отчетливости вокальной речи наравне с повышением звонкости и красоты тембра голоса непрофессионального исполнителя. В

Похожие:

	Учебной программы, тема урока К числу основных критериев оценки урока относится в первую очередь соблюдение на нем принципов обучения, а также критериев оценки...		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цель урока: развитие у детей музыкального слуха, певческого голоса и творческих способностей
	Документация о закупке «Разработка технологии комплексной системы защиты от утечки конфиденциальной информации, критериев оценки и рекомендаций по выбору...		Подготовка методических рекомендаций и разработка критериев оценки... Федеральное государственное бюджетное научно-исследовательское учреждение «Российский институт культурологии» (фгбниу «рик»)
	Название статьи: Устойчивое оценивание одновременного тренда среднего... Ренда среднего и дисперсии случайного процесса, построенные по дискретным независимым наблюдениям, аналогичные по структуре оценкам...		Закономерности процесса психического развития лиц с овз Обсуждение выявленных показателей образовательной среды и критериев оценки иот, обсуждение презентаций
	Приёмышева Т. В Изучение документов на этапе внедрения фгос. Подбор, разработка интегрированных работ, диагностических материалов для контроля и...		Отчет о научно-исследовательской работе Разработка критериев оценки качества очистки внутренних поверхностей трубопроводов систем теплоснабжения жилого фонда г. Красноярска...
	Разработка и исследование технологических основ процесса фотонностимулированного... Разработка и исследование технологических основ процесса фотонностимулированного локального анодного окисления наноструктур на основе...		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Адаптированная программа вокального кружка разработана на основе типовых программ, М. И. Белоусенко «Постановка певческого голоса...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Определение сущности содержания процесса рсв речи. Развитие слухового восприятия дошкольников рассматривается как один из компонентов...		Проекта Подход к построению ip-сети для передачи телефонного трафика на безе распределенной сети агу. Механизмы управления и решения проблем...
	Жанры исследовательских работ школьников Описание оценки жанров "реферат", " Исследовательский реферат ", " Исследовательская работа ", " Проектно-исследовательская работа"....		Отчет о научно исследовательской работе по теме: «Разработка системы... Целью выполнения работы является разработка системы критериев определения досрочной утраты профессиональной трудоспособности работников,...
	Отчет о самообследовании Целью самообследования является определение объективной оценки деятельности образовательного учреждения педагогическим коллективом...		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цель: Воспитание просодических компонентов речи: дыхания, голоса, темпа речи, выразительности, выдержки, зрительной ориентировки...