Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,007

ПРОГРАММНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗВУКОВЫХ ФОРМАНТ ЯКУТСКОГО ЯЗЫКА

Леонтьев Н.А. 1 Слепцов И.А. 1 Токарев И.З. 1
1 ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова»
В данной статье описывается исследование фонетики якутского языка с помощью свободно доступных программных средств. Приведен обзор исследований в области фонетики якутского языка с помощью аппаратных и компьютерных средств, а также анализа спектра речи. Использование свободных программных средств позволяет провести спектральный анализ фонем устной речи. В работе была использована бесплатная программа SpeechAnalyzer фирмы SIL International для выявления формантных частот записанной речи. Исследованы фонемы, которые присутствуют в якутском языке. Приводятся результаты исследования формантных частот устной речи на якутском языке, составлена таблица гласных и согласных звуков, а также дифтонгов. Результаты исследования позволят создать автоматизированные системы по синтезу и распознаванию речи с помощью математических моделей по обработке естественной речи.
фонетика
якутский язык
формантная частота
распознавание речи
таблица частот
1. Дьячковский Н.Д. Звуковой строй якутского языка. – Т. 1. Часть 1. Вокализм. – Якутск: Книж. изд., 1971.
2. Дьячковский Н.Д. Звуковой строй якутского языка. – Т. 1. Часть 2. Консонантизм. – Якутск: Книж.изд., 1977.
3. Желтов П.В., Семенов В.И. Вейвлет-анализ акустического сигнала // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. – 2008. – № 4. – С. 68–71.
4. Леонтьев Н.А., Слепцов И.А. Фонемный синтез речи на якутском языке. Свидетельство Роспатент № № 2014613342. Программа для ЭВМ.
5. Леонтьев Н.А., Слепцов И.А. Компилятивная модель для автоматизированного синтеза якутского языка // Инновационный потенциал молодежной науки: материалы Всероссийской научной конференции. – Уфа, 2013 – С. 217–220.
6. Леонтьев Н.А. Применение пакета Mathcad для обнаружения звуковых формант в задачах синтеза и распознавание речи // Современные научные исследования и инновации. – 2014 – № 4 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/04/33556 (дата обращения: 13.05.2014).
7. Слепцов И.А. Исследование формантных частот якутских гласных // Технические науки: проблемы и перспективы: материалы II междунар. науч. конф. (г. Санкт-Петербург, апрель 2014 г.). – СПб.: Заневская площадь, 2014. – С. 15–18.
8. Токарев И.З. Спектральное сравнение чисел на якутском языке для задач распознавание речи // XXI век. Образование. Творчество. Наука: материалы I Всерос. научной конференции для студентов и школьников, 21 февраля 2014 г. – Челябинск: изд-во Метеор-сити, 2014. – С. 51–54.
9. Хусаинов А.Ф. Программный комплекс для анализа речи (на примере распознавание фонем татарского языка) // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2013. – № 3 (29). – С. 129–133.

Автоматизированная обработка речи является перспективным направлением в информационных технологиях. Это направление привлекает многих исследователей, в мире проводятся множество работ по синтезу и распознавании речи. В области синтеза речи достигнуты хорошие результаты, но в области распознавания речи многие результаты не вышли за пределы лабораторных исследований и демонстраций дикторского распознавания. Большие компании, такие как Google и Apple, решают вопросы распознавания речи напрямую, они создают огромные базы данных голосов и фрагментов, в которых идет поиск и сравнение с образцами. Данный метод требует несколько миллиардов фрагментов речи и несколько десятков лет их сбора, а также необходимо наличие большого количества технических и программных средств для хранения и обработки данных.

В России и в мире ведутся исследования языков разных народов, например, татарского [9], чувашского [3] языков, но, к сожалению, изучение других языков остается в продвигаются медлено, что конечно в дальнейшем снижает количество носителей языка, так как происходит отток в сторону более информационно развитых языков. Данная ситуация также начинает преобладать в якутском языке, так как отсутствуют электронные ресурсы по поддержке якутского языка.

Развитие информационных технологий позволило расширить возможности автоматизированного исследования устной речи. Появились программные средства для анализа устной речи. Исследователями были разработаны множество методов и способов синтеза и распознавания речи, все они обладают своими преимуществами и недостатками.

Аппаратные исследования фонетики якутского языка были проведены в 70-х годах 20 века [1, 2]. В данных работах приведены данные о гласных и согласных фонемах якутского языка, показаны пневмоосцилограммы, палатограммы и рентгенограммы и кадры из кинорентгенограмм различных слов и фонем. Все это дает понимание механизма работы речевого тракта для задач синтеза и распознавания речи на якутском языке. Возможности вычислительной техники в те времена не могли обеспечить компьютерный анализ звуковой речи на якутском языке.

В работе [7] Слепцов И.А. исследовал формантные частоты гласных звуков устной речи на якутском языке. В работе [8] Токарев И.З. провел спектральное сравнение чисел на якутском языке. Все эти работы являлись начальным этапом исследовательской работы по изучении устной речи на якутском языке для задач синтеза и распознавания речи.

Современные информационные средства позволяют хранить и создавать устную речь с помощью компиляции частей речи [4, 5], но это не позволяет реализовывать такие характеристики речи, как просодия, интонация, эмоция. Для высококачественного синтеза устной речи необходимо обеспечить наличие всех характеристик речи, только в таком случае речь перестанет быть искусственной.

Формантный метод синтеза обладает возможностью изменения их параметров, это позволяет изменять характеристики речи, получать разные типы голосов, создавать ударения, выражать эмоции. Такой метод также обладает малым объемом и делает возможным реализацию речи на микроэлектронных устройствах.

Целью работы является получение таблицы формантных частот устной речи якутского языка.

Материалы и методы исследования

По теории создания звука в речевом тракте звук представляет формантными частотами, это резонансные параметры речевого тракта и диапазона частот формантных областей в которых сосредоточена большая часть энергии сигнала. Согласно теории формантных частот для фонемы необходимо выделить основную частоту и дополнительные четыре формантных частоты.

Обычно считается, что достаточно указать две первые формантные частоты для задач распознавания и синтеза, но иногда необходимо учитывать и более высокие формантные частоты, а также основной тон. Для выделения формантных частот создают спектрограмму голосового сигнала и проводят анализ по обнаружению формантных частот. Формантные частоты раньше анализировались с помощью динамического спектрографа, который производил запись спектрограмм (сонограмм). Исследования разных языков мира, в частности, английского языка, его гласных и согласных, дифтонгов усовершенствовали методы исследования и позволили создать программное обеспечение, с помощью которого можно производить анализ звука и речевых сигналов.

Обнаружение основных и формантных частот возможно производить с помощью программных средств анализа радиосигналов MatLab, с помощью математической программы MathCAD [6] или с помощью специализированного программного обеспечения, такого как SpeechAnalyzer фирмы SIL International, который относится к свободно распространяемым программным продуктам.

Результаты исследования и их обсуждение

В ходе исследований получены формантные частоты гласных звуков устной речи на якутском языке, приведенные в табл. 1. В якутском языке существуют долгие гласные и гласные, характерные для якутского языка, это гласные «Ө» и «Ү».

Таблица 1

Формантные частоты гласных звуков

Фонемы

Формантные частоты (Гц)

F1

F2

F3

F4

А

730

1481

2731

3336

АА

741

1467

2713

3409

Э

601

1682

2827

3646

ЭЭ

573

1619

2853

3569

И

302

2221

3295

3450

ИИ

254

2218

2953

3548

О

637

1834

3150

 

ОО

491

1877

2868

3520

Ө

459

1567

2673

3639

Ө Ө

432

1492

2569

3562

У

254

735

2122

3265

УУ

305

749

2140

3214

Ү

175

2177

3103

 

ҮҮ

261

1892

2259

3306

Ы

271

1778

2259

3361

ЫЫ

256

2286

3427

 

При анализе гласных звуков программа SpeechAnalyzer показывает временной отклик сигнала, а также производить вычисления формантных частот. На рисунке приведена спектрограмма гласного звука «Ө».

Также был исследованы дифтонги якутского языка «иэ», «уо», «ыа» и «үө». При произношении дифтонгов звук произносится слитно. При исследовании дифтонгов выяснилось, что дифтонги имеют формантные частоты (табл. 2), отличные от слияния двух разных фонем.

pic_21.tif

pic_22.tif

Спектрограмма гласного звука «Ө»

Таблица 2

Формантные частоты дифтонгов

Дифтонги

Формантные частоты (Гц)

F1

F2

F3

F4

F5

иэ

434

1871

2605

3593

4699

уо

502

980

2123

3280

4153

ыа

433

1568

2637

3975

5455

үө

430

1647

2510

3507

4651

Таблица 3

Формантные частоты согласных

Фонемы

Формантные частоты (Гц)

F1

F2

F3

F4

1

2

3

4

5

Б

614

1535

2459

3509

Г

314

1395

2321

3402

Ҕ

276

1676

2815

 

Д

250

1590

2729

 

Дь

73

2598

   

Й

572

2835

   

К

625

1669

3514

 

Л

309

2216

   

М

604

1527

2616

 

Н

347

1520

2581

3622

1

2

3

4

5

Ҥ

178

1591

   

Нь

619

1726

2665

 

П

241

1517

2495

3575

Р

1527

2563

3603

 

С

1005

     

Һ

450

1564

3616

 

Т

954

1993

2944

 

Х

476

1621

2776

 

Ч

259

1644

2525

 

Также авторами впервые были получены формантные частоты согласных звуков якутского языка, до этого такие исследования не производились. В якутском языке существуют характерные согласные «Дь», «Ҥ», «Нь», «Һ» и «Ҕ». Звуки, заимствованные из русского языка «В», «Ш», «Щ», «Ц», «З», «Ф», «Ж», произносятся согласно фонетике русского языка.

Заключение

В результате исследования получена таблица формантных частот, с помощью которых возможно создать электронный синтезатор речи на якутском языке, а также создать программное обеспечение по распознаванию речи на якутском языке. Материалы по фонетике якутского языка необходимо собирать и анализировать с помощью новых программных средств, что позволяет сохранить чистое произношение якутского языка.


Библиографическая ссылка

Леонтьев Н.А., Слепцов И.А., Токарев И.З. ПРОГРАММНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗВУКОВЫХ ФОРМАНТ ЯКУТСКОГО ЯЗЫКА // Современные наукоемкие технологии. – 2015. – № 3. – С. 43-46;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=34922 (дата обращения: 06.12.2022).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074