Спектральный звуковой анализ в целях идентификации и классификации людей по голосу

Актуальность

Исследование звуков речи важно для многих целей: медицинский анализ голоса (фониатрия), включающий выявление недиагностируемых традиционными методами ранее различных патологий голосового аппарата, более точное определение типа голоса лиц голосо-речевых профессий, предъявляющих высокие требования к качеству голоса; компьютерные методы голосовой биометрии, идентификация говорящего по характеристикам голоса, голосовой анализ, имеющий важное применение, например, в области судебной медицины и звуковой криминалистики.

Цель

Реализация метода спектрального звукового анализа в применении к исследованию звукового спектра голоса человека на основе комплекса звукозаписывающего оборудования и компьютерной обработки, визуализация спектральной картины голоса, компьютерный анализ звуковых спектров голоса с определением характеристик голоса, интерпретация полученных результатов с позиций анатомического строения голосового аппарата и особенностей звукообразования у человека.

Задачи

1. Изучить основы теории звука и акустики.
2. Понять, как работает голосовой аппарат человека и происходит формирование человеческой речи. Изучить анатомию (строение) голосового аппарата человека.
3. Изучить основы анализа звукового спектра.
4. Проанализировать способы спектрального звукового анализа и возможное оборудование для осуществления анализа спектра голоса.
5. Создать комплексную систему на основе звукозаписывающего оборудования и компьютерной обработки для записи человеческого голоса.
6. Изучить основы и тонкости звукозаписи и оборудования для звукозаписи.
7. Научиться процессу звукозаписи, подключению и работе с звукозаписывающим оборудованием и специализированным программным обеспечением для звукозаписи и проведения звукового анализа.
8. Разработать различные вариации системы звукозаписи.
9. Попробовать несколько вариантов программ для работы со звуком и выбрать наилучшую для решений задач проекта.
10. Подобрать оптимальные корректные параметры для спектрального анализа.
11. Выяснить параметры микрофона, которые влияют на результаты спектрального анализа.
12. Сравнить и проанализировать схемы подключения с разными микрофонами.
13. Сравнить микрофоны как по техническим характеристикам, так и по результатам качества записи и спектрального анализа.
14. Сравнить фонетически буквы алфавита посредством спектрального анализа.
15. Сравнить и проанализировать голоса разных людей посредством спектрального анализа.
16. Интерпретировать полученные результаты с позиций анатомического строения голосового аппарата и особенностей звукообразования у человека.
17. Сравнить запись голоса с оригиналом посредством спектрального анализа.
18. Сравнить естественные голоса с имитациями чужих голосов посредством спектрального анализа.
19. Сравнить естественный голос с голосом при чревовещании посредством спектрального анализа.
20. Проанализировать возможность использования спектрального анализа голоса для идентификации людей, в том числе в сложных случаях.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Ноутбук
• Микрофонная стойка
• Динамические микрофоны Inter-M MC 906 и Sony F-V%
• Микшер Behringer Xenyx X1622USB
• Наушники Dialog и AKG K 55

Описание

Первым делом авторы изучили основы теории звука и акустики, а также основы анализа звукового спектра; работу голосового аппарата человека и принцип формирования человеческой речи.

Анализировали способы спектрального звукового анализа и подбор подхода и оборудования для осуществления анализа спектра голоса.

Создали комплексную систему на основе звукозаписывающего оборудования и компьютерной обработки для записи человеческого голоса.

Изучили процесс звукозаписи и работы со звукозаписывающим оборудованием и

специализированным программным обеспечением для звукозаписи и проведения звукового анализа.

Разработали различные схемы системы звукозаписи.

Подобрали оптимальные параметры для спектрального анализа.

Выявили параметры микрофона, которые влияют на результаты спектрального анализа.

Сравнили и анализировали схемы подключения с разными микрофонами: выбрали вариант подключения через микшер.

Сравнили микрофоны как по техническим характеристикам, так и по результатам качества записи и спектрального анализа: наилучшим из использованных микрофонов является микрофон AKG Perception 120, наихудшим – Sony F-V5.

Сравнили фонетически буквы алфавита посредством спектрального анализа.

Сравнили и анализировали голоса разных людей посредством спектрального анализа.

Произвели интерпретацию полученных результатов с позиций анатомического строения голосового аппарата и особенностей звукообразования у человека.

Результаты работы/выводы

Разработана методика спектрального звукового анализа в целях идентификации и классификации людей по голосу.

Перспективы использования результатов работы

Применение наработанной методики спектрального звукового анализа в реальных задачах идентификации людей и медицинского анализа голоса. Также данную методику можно применить в разработке алгоритмов автоматизированного распознавания речи и идентификации людей по голосу (компьютерной голосовой биометрии).