Puhesignaalit

Puhesignaalit ovat äänisignaaleja, jotka kuvaavat puheeseen liittyviä ääni-ilmiöitä. Ne syntyvät ilmanpaineen vaihteluina, kun ihmiset puhuvat, ja niitä voidaan tuottaa myös keinotekoisesti. Puhesignaalit voivat olla luonnollisia tallenteita tai synteettisesti tuotettua puhetta, ja niitä käytetään sekä tutkimuksessa että sovelluksissa.

Äänisignaalin digitaalinen käsittely alkaa näytteenotolla ja kvantisoinnilla. Puhesignaali tallennetaan useilla kilohertsin näytteenottotaajuuksilla, jotta taajuuskomponentit voidaan rekonstruoida. Puhe jaetaan lyhyisiin kehyksiin (esimerkiksi 20–40 millisekuntia), joiden sisällä taajuuskomponentteja analysoidaan. Yleisimmät analyysimetodit ovat Fourier- ja Mel-taajuusasteikot, joiden avulla muodostuu spektri ja erilaisia piirteitä, kuten f0 ja formantit.

Ominaisuudet ja piirteet: Perustaajuus f0 kuvaa puheen sykliä, formantit ovat puhekanavan resonansseja, ja prosodialla tarkoitetaan puheen rytmiä ja intonaatiota. Yleisimmät ääniefektipohjaiset piirteet puheessa ovat MFCC:t (Mel-cepstral coefficientit), joita käytetään laajasti puheentunnistuksessa ja -syntheksessä.

Sovellukset: Puhesignaalien analyysi on keskeinen osa puheentunnistusta (ASR), puhesynteesin kehittämistä sekä telekommunikaation palveluita ja puheominaisuuksien parantamista. Sitä käytetään myös akustisessa tutkimuksessa, kielitieteessä ja forensisessa puheanalyysissä.

Haasteet ja kehitys: haasteisiin kuuluvat melu, kanavavaikutukset, signaalin laadun vaihtelut sekä puhujien ja kielten välinen variaatio. Robuudien piirteiden ja mallien kehittäminen parantaa suorituskykyä monipuolisissa olosuhteissa.