Modulationsspektrums

Modulationsspektrum bezeichnet die spektrale Verteilung der zeitlichen Modulationen eines Signals. Im Gegensatz zum herkömmlichen Frequenzspektrum betrachtet es die Geschwindigkeit der Amplituden- und gegebenenfalls Frequenzmodulationen des Trägers. In der Praxis wird häufig die modulierte Amplitude oder Hüllkurve eines Signals extrahiert und deren Spektrum analysiert. Für Sprach- oder Audiosignale wird oft eine mehrstufige Analyse durchgeführt: Das Signal wird in Frequenzbänder zerlegt, die Hüllkurve jedes Bandes wird separat extrahiert und deren Modulationsspektrum wird durch eine Fourier-Transformation der Hüllkurve gewonnen.

Typische Modulationsfrequenzen liegen im Bereich von wenigen Hundertstel bis mehreren Tens Hertz. Für Sprache gelten oft Modulationsfrequenzen im Bereich von etwa 0,5 bis 20 Hz als relevant, wobei auch höhere Modulationsbänder in bestimmten Anwendungen verwendet werden. Die Analyse kann als Modulation Power Spectrum (MPS) oder als modulationsbasiertes Merkmalsset erfolgen, das in maschinellem Lernen oder in der Sprach- und Audioprozessierung eingesetzt wird.

Anwendungen finden sich in der Sprachanalyse und -synthese, Spracherkennung, Stimm- und Sprechpathologie sowie in der Musik- und Psychoakustik. Modulationsspektren liefern Informationen über rhythmische Strukturen, Dynamik und Temporalfeinstruktur eines Signals, die über das herkömmliche Spektrum hinausgehen. In der Praxis dienen sie als Merkmalskomponenten zur Charakterisierung von Sprach- oder Musiksignalen und zur Verbesserung von Modellierung, Wiedergabe oder Rauschunterdrückung.

Begrenzungen betreffen Abhängigkeiten von Fensterlänge, Filterbankwahl und Aufnahmebedingungen. Die Interpretation von Modulationsspektren erfordert eine sorgfältige Vorverarbeitung, da Rauschen und Nichtstationarität die Ergebnisse beeinflussen können.