ILoveDiving.ru

Как давление газовой среды влияет на разборчивость речи водолаза?

Экспериментальные исследования процесса речеобразова-ния в нормальных условиях и с ростом давления газовой смеси, вдыхаемой водолазом, различны.

Оказалось, что в среднем с повышенной скоростью распространения звука и большим давлением частотный спектр речевого сигнала смещается в область высоких частот непропорционально увеличению скорости распространения звука относительно скорости звука в воздухе. Низкочастотные форманты смещаются в область высоких частот в большей степени, чем высокочастотные.

Уровень низкочастотных формант снижается больше теоретически предсказанного. Одновременно увеличивается частота основного тона.

Необъяснимым также кажется факт повышения частоты низкочастотной форманты при повышенном давлении воздушной среды, где скорость распространения звука остается неизменной. Причина такого положения состоит в том, что в большинстве случаев акустические модели речевого тракта аппроксимируются, как правило, отрезками труб, имеющими жесткие стенки. Учет влияния гибкости стенок речевого тракта позволил объяснить ряд изменений в спектральной картине речевого сигнала, а более подробный анализ работы голосового источника при повышенном давле :ии газовой среды подтвердил возможность роста частоты основного тона. Последнее, как представляется, не должно приводить к снижению качества речи водолаза. Но учет в акустической модели речевого тракта гибкости стенок, как постоянной параметра, характеризующего свойства материала стенок, также не позволяет в полной мере объяснить физическую природу наблюдаемого явления, если при этом по-прежнему предполагать, что в отрезке трубы распространяется только плоская волна.

В действительности звуковые волны не одномерны. Помимо плоской волны, переносящей звуковую энергию от одного конца трубы к другому, на стенки трубы воздействует также нормальная составляющая колебательной скорости частиц газа. Только для трубы, имеющей бесконечно жесткие стенки, эта составляющая близка к нулю. Поэтому в общем случае стенки трубы и тем более стенки речевого тракта, не могут считаться абсолютно жесткими, что должно приводить к появлению в трубе волн цилиндрического типа и, как следствие, к возникновению колебаний стенок трубы. При таком подходе речевой тракт представляет собой более сложную колебательную систему, в которой стенки речевого тракта, обладающие распределенной массой гп, характеризуются инерциальной составляющей, а механические связи между отдельными элементами массы, обусловливающие растяжение стенок, упругой составляющей.

Дальнейший анализ происходящих процессов показывает, что колебательные движения стенок приводят к дисперсии скоростей звуковых волн.

Рассмотренное явление особенно сильно проявляется в гелиевой среде при повышенном давлении, но такие процессы имеют место и в воздушной среде, хотя и в меньшей степени. При этом в качестве параметра, связывающего скорость звука и давление газовой среды, выступает модуль упругости газовой среды.

Рис. 3.2. Влияние изменения скорости распространения звука и повышенного давления специальной дыхательной смеси на генерацию двухформантного гласного звука (<0-2^/): а — амплитудно-частотный спектр двухформантного гласного звука при вдыхании человеком обычной воздушной смеси при нормальном давлении; б — амплитудно-частотный спектр гласного звука при генерации речевого сигнала в газовой смеси с повышенной скоростью распространения звука (/) и зависимость звукового давления от частоты звуковых колебаний в трубе с гибкими стенками при повышенном давлении газовой смеси (2); в — амплитудно-частотный спектр гласного двухформантного звука, образующийся при воздействии на речевой тракт человека повышенной скорости распространения звука, и повышенного давления газовой смеси

Более наглядно физические процессы, происходящие в речевом тракте при повышенном давлении газовой смеси, представлены на рис. 3.2.

Даже такое упрощенное представление физических процессов показывает, насколько сложен процесс речеобразования при повышенном давлении дыхательной смеси. Можно сделать вывод, что наибольшим изменениям подвергаются низкочастотные форманты звуков речи, так как по частоте они ближе к критической частоте тракта . Более детальное рассмотрение показывает, что увеличение фазовых скоростей гармоник, составляющих форманту, повышает групповую скорость распространения звуковой волны для данной форманты и, как следствие, увеличивает смещение низкочастотной форманты относительно высокочастотной. Но поскольку скорости низкочастотных составляющих форманты имеют больший вес, то помимо общего нелинейного смещения низкочастотной форманты относительно высокочастотных формант, имеют место нелинейные смещения внутри самой форманты, дополнительно увеличивающие смещение формантного максимума в область более высоких частот и тем самым одновременно уменьшающие ширину форманты. К сказанному следует добавить, что если в нормальных условиях частотный спектр гармоник основного тона от первой гармоники к более высоким имеет спад около 6 дБ/октаву, то, учитывая уменьшение продольной составляющей скорости vv, следует ожидать изменений и в амплитудном спектре гармоник основного тона, что также приведет к сужению ширины амплитуды форманты.

Кроме непосредственного воздействия давления, приводящего к возникновению колебаний стенок речевого тракта, возникают колебания стенок и других полостей головы человека, создавая дополнительное излучение звука от ее поверхности и увеличивая излучение звука через нос, что придает речи гнусавость. В результате в спектре речевого сигнала появляются дополнительные максимумы и минимумы и увеличивается искажение речи.

Таким образом, давление газовой смеси оказывавет влияние на качество чвязи с водолазом. Часть искажений амплитудно-частотного характера может быть устранена техническими средствами. Компенсация другой части искажений, обусловленных изменением амплитудных соотношений в речевом сигнале и появлением дополнительных максимумов в частотном спектре, представляет известные технические трудности. Естественно, что с увеличением глубины погружения искажения такого рода будут возрастать и приводить к безвозвратной потере полезной информации и снижению качества связи.

Опубликовано:
9.04.12

Категория - Связь под водой