LA VOZ
Física de las ondas sonoras, Música y Acústica, 1933.
Las ondas sonoras son ondas mecánicas longitudinales, se originan por el movimiento de alguna porción de un medio elástico (sólido, líquido o gaseoso) con respecto a su posición de equilibrio, y debido a las propiedades elásticas del medio, esta perturbación puede desplazarse de un lugar a otro. Existe un gran margen de frecuencias entre las cuales se puede generar ondas mecánicas longitudinales. Las ondas sonoras se reducen a los límites de frecuencia que pueden estimular el oído humano para ser percibidas en el cerebro como una sensación acústica. Estos límites de frecuencia se extienden de aproximadamente 20 Hz a cerca 20 KHz y se llaman límites de audición. Las ondas audibles son producidas por cuerdas en vibración (por ejemplo el violín y las cuerdas vocales), por columnas de aire en vibración (el órgano y el clarinete) y por placas y membranas en vibración (el caso del tambor) [Resnick, Halliday. 1965].
Aparato Fonador Humano
El aparato fonador es el conjunto de órganos que tienen como función producir la voz humana, lo conforman los pulmones, los cuales producen un flujo de aire; la laringe, que contiene las cuerdas vocales, la faringe, las cavidades oral y nasal y una serie de elementos articulatorios como los labios, los dientes, el alvéolo, el paladar, el velo del paladar y la lengua.
En el proceso de generación de la voz, el sonido inicial proviene de la vibración de las cuerdas vocales conocida como vibración glotal, es decir, el efecto sonoro se genera por la rápida apertura y cierre de las cuerdas vocales conjuntamente con el flujo de aire emitido desde los pulmones. Las cuerdas vocales son dos membranas ubicadas dentro de la laringe, la abertura entre ambas cuerdas se denomina glotis. Cuando la glotis comienza a cerrarse, el aire proveniente desde los pulmones experimenta una turbulencia, emitiéndose un ruido de origen aerodinámico.
Al cerrarse más las cuerdas vocales comienzan a vibrar a modo de lengüetas, produciéndose un sonido tonal, es decir periódico y cuya frecuencia varia en forma inversa al tamaño de las cuerdas. Este sonido es propio del hablante y es más agudo para el caso de mujeres y niños. Carece de información lingüística.
Luego de atravesar la glotis el sonido pasa a través de la cavidad supraglótica, que es la porción del aparato fonador que permite modificar el sonido dentro de márgenes muy amplios. Está conformado principalmente por tres cavidades, la cavidad oral, la cavidad labial y la cavidad nasal, correspondientes a la garganta, los labios y la nariz respectivamente. Estas cavidades constituyen resonadores acústicos, los cuales modifican los sonidos de acuerdo a la forma que adopten, la lengua y los labios permiten efectuar esta variación de manera voluntaria.
TIPOS DE SEÑALES DE VOZ
Señal Sonora
La señal sonora se genera por la vibración de las cuerdas vocales manteniendo la glotis abierta, lo que permite que el aire fluya a través de ella. Estas señales se caracterizan por tener alta Energía y un contenido frecuencial en el rango de los 300 Hz a 4000 Hz presentando cierta periodicidad, es decir son de naturaleza cuasiperiódica. El tracto vocal actúa como una cavidad resonante reforzando la energía en torno a determinadas frecuencias (formantes). En la figura siguiente se muestra el comportamiento de este tipo de señales en el tiempo. Toda las vocales se caracterizan por ser sonoras pero existen consonantes que también lo son, tales como, la ‘b’, ’d’ y la ’m’, entre otras.
Señal No Sonora
A esta señal también se le conoce como señal fricativa o sorda, y se caracteriza por tener un comportamiento aleatorio en forma de ruido blanco. Tienen una alta densidad de Cruces por Cero y baja Energía comparadas con las señales de tipo sonora. Durante su producción no se genera vibración de las cuerdas vocales, ya que, el aire atraviesa un estrechamiento, y genera una turbulencia. Las consonantes que producen este tipo sonidos son la ’s’, la 'f’ y la 'z’ entre otras. La figura siguiente muestra la forma de onda de una señal no sonora.
Señal Plosiva
Esta señal se genera cuando el tracto vocal se cierra en algún punto, lo que causa que el aire se acumule para después salir expulsado repentinamente (explosión). Se caracterizan por que la expulsión de aire está precedida de un silencio. Estos sonidos se generan por ejemplo, cuando se pronuncia la palabra 'campo’. La p es una consonante de carácter plosivo, y existe un silencio entre las sílabas 'cam’ y 'po’. Otras consonantes que presentan esta característica son ’t’, y 'k’, entre otras. La figura siguiente muestra el comportamiento de este tipo de señal.
Factores que afectan la señal de voz
Existen muchos factores que afectan la correcta percepción de las Señales de Voz, tales como el ruido, la acústica y la calidad del micrófono. El ruido, se define como aquellos sonidos aleatorios que de forma “oculta” transforman y enmascaran el sonido. Dado que, es poco probable encontrar un entorno de audio digital en perfecto silencio, es importante conocer la cantidad de ruido, en relación con la señal que se introduce en el equipo de sonido, especialmente en la tarjeta de sonido. La fuerza de cualquier sonido (hablar por ejemplo), comparada con la fuerza promedio del ruido, se conoce como relación señal a ruido (SNR). A medida que aumenta la relación SNR, es mejor el trabajo realizado en grabación.
Acústica de la habitación (ecos), puede crear cambios en el espectro de la Señal de Voz, debido a las resonancias de la habitación. Puesto que, cualquier ambiente cerrado tendría resonancias inherentes, su énfasis cuando interfiere con una señal de habla puede crear rangos anormales de frecuencias. Debido a esto, se producen dos cambios básicos en la acústica de una habitación, el primero es causado por el retardo en el tiempo del retorno de la señal original de una superficie reflectante, tal como una pared o una ventana. Cuando la onda es reflejada, regresa con mucho menor amplitud, y retardada en el tiempo, ésta interactúa con la forma de onda originalmente hablada para crear un nuevo espectro compuesto del habla. El segundo, está relacionado con la reflexión de una superficie rugosa de una pared, lo cual tiende a atenuar en altas frecuencias, pero a reforzar en el rango de bajas frecuencias. [Cater. 1984]. Ruido del ambiente afecta si el usuario del sistema está operando el dispositivo en cualquier lugar que no sea una habitación tranquila, existe la posibilidad de la interferencia del ruido con las formas de onda. No obstante sin ruido externo, el sistema es susceptible de captar ruido a través del micrófono, y aunque suene extraño, muchas veces el ruido proviene desde la boca durante la pronunciación del mensaje.
En el caso de los sonidos plosivos, si el micrófono es ubicado directamente enfrente de la boca del hablante, entonces es muy susceptible de ser bombardeado por pequeñas ráfagas de aire ocasionadas por los sonidos plosivos. La mejor forma de tratar el problema es de rodear el micrófono con un material esponjoso transparente acústico, que rápidamente disipe la velocidad del viento de las pronunciaciones plosivas, permitiendo a las vibraciones acústicas normales pasar a través del micrófono. Otras fuentes de ruido externo, tal como los ventiladores en las computadoras, aire acondicionados, teléfonos, y otras personas hablando puede también causar problemas con la exactitud del sistema de reconocimiento. Otra técnica para cancelar el ruido externo es filtrar la señal de audio antes procesarla. Debido a que las frecuencias de voz que contienen información relevante están dentro de un rango relativamente estrecho desde 200 a 3000 Hz, el espectro de audio puede ser filtrado a través de un filtro pasabanda para rechazar las señales acústicas fuera de ese rango de frecuencias.
La calidad del micrófono probablemente es, el factor que más influye en la adquisición electrónica de señales del habla es el tipo de micrófono que se está usando.
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