[发明专利]一种电子喉擦音重建方法

说明书

【技术领域】

本发明属于语音重建、替代及语音通讯技术领域，特别涉及一种电子喉擦音源的合成方法，利用该嗓音源能够重建高可懂度的汉语擦音。

【背景技术】

我国每年都有大量患者因全喉切除手术而失去正常发声能力，语音康复对喉切除病人来说具有极其重要的意义。现有的语音康复技术中，电子喉以其操作简单，可持续发声等优势在全切除患者中得到了广泛的应用。但目前商业电子喉语音因为存在严重的辅音混淆导致了电子喉语音的可懂度比较低，使电子喉的应用受到了较大的限制。

现有电子喉的发声原理是将电机撞击膜片产生的周期性振动信号通过颈外侧传递进入声道作为嗓音源，然后嗓音源通过上声道共振调制产生语音。辅音是气管气流通过声道中的阻碍区形成的冲击气流撞击声道壁产生的噪声嗓音源经过口腔共振调制产生的。因此，现有商业电子喉以周期性振动信号作为嗓音源并不符合辅音的发声方式，导致电子喉辅音混淆程度较高，电子喉语音的可懂度较低。而根据相关研究，在所有的汉语电子喉辅音中，擦音是混淆程度最高的一类辅音，对电子喉语音的可懂度起着至关重要的作用。

通过改善电子喉嗓音源来提高电子喉语音质量是目前电子喉研究领域的热点之一。目前，有研究提出利用自然语音反滤波得到的正常人声门嗓音源作为电子喉嗓音源，也有专利(ZL 201010222878.1)提出具有声道补偿的电子喉嗓音源来改善电子喉语音。然而，这些方法仍然以周期信号作为嗓音源，因此只能提高元音的重建质量而无法有效改善电子喉辅音的重建质量。

随着经济的快速发展，人们对生活品质的追求越来越高，提高电子喉语音的可懂度对提高喉切除患者的生活质量具有重要意义。然而面对电子喉语音中混淆程度极高的擦音，目前仍旧没有提出合理的擦音嗓音源来改善电子喉擦音的重建质量。

【发明内容】

针对上述现有商业电子喉因嗓音源与电子喉辅音重建不相符而造成的电子喉擦音混淆度较高的问题，本发明提供了一种基于擦音嗓音源合成的电子喉擦音重建方法。能够有效提高电子喉重建擦音的质量。

本发明所采用的技术方案为：

一种电子喉擦音重建方法，包括以下步骤：

一、确定电子喉擦音源的合成参数

S11：根据正常汉语擦音的嗓音源确定汉语擦音嗓音源的合成参数；S12：通过声道传递函数修正步骤S1中确定的汉语擦音嗓音源的合成参数；S13：根据使用者的颈部频率响应函数调整步骤S2得到的汉语擦音嗓音源合成参数；

二、合成嗓音源信号：

以白噪声为激励源，以线性振动器为振动源，通过嗓音源合成滤波器后得到各个擦音的嗓音源，合成嗓音源信号。

利用一个低通滤波器和一个高通滤波器合成步骤S11的电子喉擦音嗓音源。

所述低通滤波器的截止频率W_L和滤波器阶数N_L以及高通滤波器的截止频率W_H和滤波器阶数N_H的确定方法为：低通滤波器和高通滤波器的截止频率是一样的，即W_L＝W_H；低通滤波器阶数N_L由高频衰减度T_HF来确定，高通滤波器阶数N_H由低频衰减度T_LF来确定，斜率增加6dB/oct则滤波器阶数增加一阶。

步骤S12中声道传递函数的确定方法为：通过波导模型计算出电子喉重建擦音的声道结构的输入输出，根据输入输出计算出声道结构的传递函数。

步骤S12的具体方法为：通过传递函数和自然擦音频域信息计算出频域差异，确定频域差异区域的频率范围，将差异区域的高频截止频率作为低通滤波器的截止频率，而滤波器阶数保持不变。

步骤S13的具体方法为：通过无反射声管测出电子喉使用者的颈部传递函数，然后通过颈部传递函数确定出高频相对衰减幅度；通过高频相对衰减幅度值的大小调整嗓音源合成中高通滤波器的阶数，滤波器阶数的调整力度根据滤波器的频率衰减斜率6dB/oct进行调整，由此将颈部传递函数的低通作用通过提高高通滤波器阶数整合于滤波器合成参数中。

步骤二中的线性振动器通过功率放大器对其幅度进行控制。

步骤S12的具体方法为：

S121：将各个擦音的声道结构分为若干段，每一段近似为一个圆柱体，根据每段声道的面积通过以下公式计算出每段声道之间的反射系数：