NL1013500C2 - Inrichting voor het schatten van de frequentie-inhoud of het spectrum van een geluidssignaal in een ruizige omgeving. - Google Patents

Description

NL 44.228-VB/yt

Inrichting voor het schatten van de frequentie-inhoud of het spectrum van een geluidssignaal in een ruizige omgeving

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het schatten van de frequentie-inhoud of het spectrum van een geluidssignaal dat met ruis is behept, omvattende een basilair membraanmodel waaraan het geluidssignaal is toege-5 voerd welk model een aantal in serie geschakelde segmenten omvat, en een op het basilair membraan aangesloten laagband-filter welke een geschat signaal verschaft.

Een dergelijke inrichting is bekend uit het artikel "Using an Auditory Model and Leaky Autocorrelators to Tune In 10 to Speech" van T. Andringa, gepubliceerd in ESCA Eurospeech 97, Rhodes, Greece, ISSN 1018-4074, pagina 2859-2862. Uit dit artikel is het bekend om gebruik te maken van een gehoormodel dat de werkingsprincipes van het basilair membraan nabootst. De uitgang van de segmenten van het model wordt gebruikt als 15 een ingang voor een verzameling van lekkende autocorrelator-eenheden die afgestemd zijn op een zekere periodiciteit. De activiteit van de responsgevende autocorrelatoreenheden als een functie van het segmentnummer is daarbij een directe maat voor het spectrum van de klinker die gedetecteerd dient te 2 0 worden.

Met deze inrichting uit de stand van de techniek is het mogelijk om in situaties waarin het signaal met ruis is vervuild, een energiespeetrum te reconstrueren waarvan de fundamentele periode zowel bekend als constant is. Het pro-25 bleem doet zich echter voor dat de bekende inrichting niet voorziet in de juiste reconstructie van een energiespectrum wanneer de periode onbekend is, niet constant is, of beiden. Doelstelling van de uitvinding is te voorzien in een inrichting waarmee een juiste klankreconstructie mogelijk is wan-30 neer de periode van het geluidssignaal onbekend is, en bovendien niet constant is.

In een eerste aspect van de uitvinding wordt de inrichting van de in de aanhef bedoelde soort er daartoe door gekenmerkt, dat het laagbandfilter is vormgegeven als een 35 vermenigvuldigingsorgaan met een eerste en een tweede ingang, 1 013500 2 waarbij aan de eerste ingang een van een segment van het ba-silair membraan afkomstig en gedurende een voorafbepaalde tijdsperiode aanwezig signaal is toegevoerd, dat aan de tweede ingang het signaal over een instelbare tijd Tl verschoven 5 is toegevoerd, en dat het vermenigvuldigingsorgaan een van de tijd Tl afhankelijk uitgangssignaal verschaft dat afhankelijk is van de in het signaal van dat segment in hoofdzaak aanwezige frequentie, en een maat vormt voor de frequentie-inhoud van het geluidssignaal.

10 In een tweede aspect van de uitvinding wordt de in richting van de in de aanhef bedoelde soort er daartoe door gekenmerkt, dat het laagbandfilter is vormgegeven als een vermenigvuldigingsorgaan met een eerste en een tweede ingang, waarbij voor ieder segment van het basilair membraan aan de 15 eerste ingang een van dat segment afkomstig signaal is toegevoerd, dat aan de tweede ingang het signaal over een tijd T2 verschoven is toegevoerd, en dat het vermenigvuldigingsorgaan een van het segment afhankelijk uitgangssignaal verschaft dat een maat vormt voor een tijdens de tijdsperiode in het ge-20 luidssignaal in hoofdzaak aanwezig freguentie-energiespec-trum.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, welke in fig. 1 een schema toont van het bekende basilair 25 membraan; in fig. 2 een blokschema toont van de inrichting volgens de uitvinding; in fig. 3 de autocorrelatiefunctie wordt getoond welke bepaald is ten aanzien van één segment van het basilair 3 0 membraanmode1; in fig. 4 het geschatte frequentie-energiespectrum toont dat is bepaald met betrekking tot alle segmenten van het basilair membraanmodel; in fig. 5 de resultaten van fig. 3 en fig. 4 geag-35 gregeerd in een tweedimensionale figuur weergeeft; en in de fig. 6, 7 en 8 blokschema's getoond zijn van de inrichting.

Verwijzend nu eerst naar fig. 1 wordt een deel van het elektrotechnisch vervangingsschema van het basilair mem- 1013500 3 braan van het binnenoor getoond. Aan de linkerzijde in de figuur kan een ingangssignaal Vsound worden aangeboden, dat verwerkt wordt door een serie van tot 400 met elkaar gekoppelde tweede-orde-filters, segmenten genaamd. Ieder twee-or-5 de-filter representeert een zekere massatraagheid (spoelen), stijfheid en demping, welke bepaalt hoe snel trillingen in het aangeboden signaal Vsound door de aan elkaar geschakelde tweede-orde-filters worden uitgedempt. Gemodelleerd naar het feitelijk binnenoor vindt een koppeling van de onderscheiden 10 segmenten plaats naar de zenuwbanen die de geluidssignaalin-drukken doorgeven aan de hersenen.

Met behulp van een dergelijk in fig. 1 afgebeeld elektrisch vervangingsmodel van het basilair membraan is de inrichting volgens de uitvinding werkzaam. Het basilair mem-15 braanmodel van fig. 1 is daartoe in fig. 2 in het blok met verwijzingscijfer 1 opgenomen. Aan het basilair membraanmodel 1 wordt een geluidssignaal 2 toegevoerd dat verruist kan zijn. Op een of meer segmenten van het basilair membraanmodel 1 wordt een laagbandfilter 3 aangesloten. Dit laagbandfilter 20 3 levert een uitgangssignaal 4 op welke een schatting vormt van het ingangssignaal 2.

De essentie van de uitvinding is gelegen in de keuze van de filterfunctie die in het laagbandfilter 3 is opgenomen. In een eerste variant van de uitvinding is het laagband-25 filter daartoe vormgegeven als een vermenigvuldigingsorgaan met een eerste en een tweede ingang, waarbij aan de eerste ingang een van een segment van het basilair membraan afkomstig en gedurende een voorafbepaalde tijdsperiode aanwezig signaal is toegevoerd, dat aan de tweede ingang het signaal 30 over een instelbare tijd Tl verschoven is toegevoerd, en dat het vermenigvuldigingsorgaan een van de tijd Tl afhankelijk uitgangssignaal verschaft dat afhankelijk is van de in het signaal van dat segment in hoofdzaak aanwezige frequentie, en een maat vormt voor de frequentie-inhoud van het geluidssig-35 naai.

In een andere variant van de uitvinding is het laagbandfilter vormgegeven als een vermenigvuldigingsorgaan met een eerste en een tweede ingang, waarbij voor ieder segment van het basilair membraan aan de eerste ingang een van dat 1013500 4 segment afkomstig signaal is toegevoerd, dat aan de tweede ingang het signaal over een tijd T2 verschoven is toegevoerd, en dat het vermenigvuldigingsorgaan een van het segment afhankelijk uitgangssignaal verschaft dat een maat vormt voor 5 een tijdens de tijdsperiode in het geluidssignaal in hoofdzaak aanwezig frequentie-energiespeet rum.

In een meer wiskundig formularium en grafisch weergegeven kan de uitvinding verder als volgt worden toegelicht.

Voor de berekening van de frequentie-inhoud en het 10 frequentie-energiespectrum wordt telkens gebruik gemaakt van het in fig. 6 getoonde blokschema. Hierin representeert xe(t) het van het basilair membraanmodel 1 afkomstige signaal, en heeft T betrekking op een instelbare tijdverschuiving. Er geldt: α = e'st/T, verder wordt gewerkt met een tijdas (voor t 15 en T) die zodanig geschaald is dat δt = 1.

Bij de implementatie van de inrichting voor het bepalen van de frequentie-inhoud is het informatiesignaal dat afkomstig is van het basilair membraanmodel 1, een segment-reeks s(t) die een stapsgewijze continue functie is, zodat 20 binnen een voorafbepaalde tijdsperiode in de in fig. 7 getoonde grafische weergave het segmentnummer constant is.

De outputverzameling {r^ 0(f).....r*(/) r (0) representeert de lo pende autocorrelatie onder het segmentcontour op tijdstip t.

Fig. 3 toont een typisch verloop van bovenbedoelde outputverzameling op een zeker tijdstip t waarbij T op de x-5 as is aangegeven.

Bij de implementatie van de inrichting voor het bepalen van het frequentie-energiespectrum komen de meetresultaten van de segmenten uit het basilair membraanmodel 1 die de lage frequenties representeren, met enige vertraging tot 10 uiting ten opzichte van de segmenten die betrekking hebben op de hogere frequenties. Bij een gegeven signaal T(t) moet hiervoor gecorrigeerd worden volgens TB(t) = T(t+da), waarbij dB de lokale groepvertraging van segment s is. Dit leidt tot de in fig. 8 getoonde implementatie.

In dit laatste geval wordt derhalve een energie-inhoud bepaald voor ieder segment van het basilair membraanmodel 1, waaruit een uitgangsverzameling .r,G)W.....

resulteert die betrekking heeft op tijdstip t.

1013500 5

Pig. 4 toont grafisch het daarmee corresponderende meetresultaat waarbij op de x-as de segmentnummers van het basilair membraanmodel 1 zijn geplaatst.

Verder wordt nog verwezen naar fig. 5 welke een grafische weergave biedt van de autocorrelatiewaarden met als variabelen de op de x-as weergegeven tijdverschuiving T en de op de y-as weergegeven segmentnummers van het basilair membraanmodel. Hierbij valt op te merken dat de uitvoering van de inrichting voor het bepalen van de frequentie-inhoud van één segment, een meetresultaat geeft dat correspondeert met een horizontale doorsnede zoals deze bijvoorbeeld kan worden bepaald voor het segment van het basilair membraanmodel dat een resonantiefrequentie heeft van circa 470 Hz. De inrichting die dient voor de bepaling van het frequentie-energies-pectrum van alle segmenten van het basilair membraanmodel geeft een meetresultaat dat correspondeert met een doorsnede in verticale richting, bijvoorbeeld genomen op t = 4,7 ms.

-10135C0

Claims (2)

1. Inrichting voor het schatten van de frequentie-inhoud van een geluidssignaal dat met ruis is behept, omvattende een basilair membraanmodel waaraan het geluidssignaal is toegevoerd welk model een aantal in serie geschakelde seg- 5 menten omvat, en een op het basilair membraan aangesloten laagbandfilter welke een geschat signaal verschaft, met het kenmerk, dat het laagbandfilter is vormgegeven als een verme-nigvuldigingsorgaan met een eerste en een tweede ingang, waarbij aan de eerste ingang een van een segment van het ba-10 silair membraan afkomstig en gedurende een voorafbepaalde tijdsperiode aanwezig signaal is toegevoerd, dat aan de tweede ingang het signaal over een instelbare tijd Tl verschoven is toegevoerd, en dat het vermenigvuldigingsorgaan een van de tijd Tl afhankelijk uitgangssignaal verschaft dat afhankelijk 15 is van de in het signaal van dat segment in hoofdzaak aanwezige frequentie, en een maat vormt voor de frequentie-inhoud van het geluidssignaal.

2. Inrichting voor het schatten van het spectrum van een geluidssignaal dat met ruis is behept, omvattende een 20 basilair membraanmodel waaraan het geluidssignaal is toegevoerd welk model een aantal in serie geschakelde segmenten omvat, en een op het basilair membraan aangesloten laagbandfilter welke een geschat signaal verschaft, met het kenmerk, dat het laagbandfilter is vormgegeven als een vermenigvuldi-25 gingsorgaan met een eerste en een tweede ingang, waarbij voor ieder segment van het basilair membraan aan de eerste ingang een van dat segment afkomstig signaal is toegevoerd, dat aan de tweede ingang het signaal over een tijd T2 verschoven is toegevoerd, en dat het vermenigvuldigingsorgaan een van het 30 segment afhankelijk uitgangssignaal verschaft dat een maat vormt voor een tijdens de tijdsperiode in het geluidssignaal in hoofdzaak aanwezig frequentie-energiespectrum. ,1 0 135 CO